离线示教机器人的机器人示教装置的制造方法
离线示教机器人的机器人示教装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种针对在虚拟空间内进行加工的机器人进行示教的机器人示教装 置。
【背景技术】
[0002] 目前，在离线进行用于使进行焊接等加工的机器人动作的机器人程序的示教的装 置中，在配置在虚拟空间内的工件的三维模型上指定焊接部位，进而指定设置在机器人指 尖上的焊炬的姿势等条件，生成示教点。
[0003] 作为与此关联的公知技术，例如在日本特开平10-011127号公报中公开了电弧焊 接用机器人的离线示教方法，具体地说，记载有"在焊炬示教数据操作部中，操作者通过CAD 边观察工件和焊炬，边输入多个示教点的焊炬角度和焊炬侧安装点的位置，将这些状态作 为焊炬示教数据存储在计算机中。即只使焊炬相对工件移动而进行示教，因此焊炬的示教 操作极其容易，特别是在电弧焊接操作时需要进行多个点的示教，因此扩大了示教操作的 容易性"。
[0004] 在现有技术中，指定包括焊炬的姿势的条件而生成了示教点，不过适当的瞄准角 和前进角根据工件的形状而不同。进而，在现有技术中，工具（焊炬）的旋转角是不定的， 为了姿势变化少地得到稳定的焊炬的姿势，必须要一边进行反复试验一边搜索适当的旋转 角。因此，目前为了进行与焊炬的姿势有关的设定而需要大量时间。
【发明内容】
[0005] 因此，本发明目的在于提供一种机器人示教装置，其在离线的机器人的示教中，适 当地设定工具的瞄准角、前进角以及旋转角，能够得到姿势变化少的稳定的工具的姿势。
[0006] 为了达到上述目的，本发明提供一种机器人示教装置，其将搭载了工具的机器人 以及工件配置在虚拟空间内，设定用于决定上述机器人对上述工件进行加工时的上述工具 的姿势的瞄准角、前进角以及围绕上述工具的长度方向轴的旋转角，该机器人示教装置具 备：配置部，其将上述机器人和上述工件的三维模型配置在虚拟空间内；指定部，其指定上 述工件的三维模型的加工部位；存储部，其存储预先决定的多个加工部位形状和与上述加 工部位形状分别关联的上述工具的瞄准角以及前进角的组合；选择部，其从存储在上述存 储部中的多个加工部位形状中选择与所指定的加工部位对应的加工部位形状；第一设定 部，其将与选择出的加工部位形状关联的上述工具的瞄准角以及前进角设定为针对所指定 的加工部位的上述工具的瞄准角以及前进角；第二设定部，其在维持针对上述加工部位的 上述工具的瞄准角以及前进角的状态下，使上述工具围绕上述工具的长度方向轴旋转，求 出并设定上述机器人的脸盘相对于上述虚拟空间的地平面的高度成为最大的、围绕针对上 述加工部位的上述工具的长度方向轴的旋转角。
[0007] 在优选的实施方式中，机器人示教装置还具备：检测部，其在维持针对上述加工部 位设定的瞄准角、前进角以及旋转角的状态下使上述机器人移动时，检测上述机器人无法 到达的无法到达点；和第三设定部，其在上述无法到达点，在维持针对上述加工部位的上述 工具的瞄准角以及前进角的状态下，使上述工具围绕上述工具的长度方向轴旋转，求出并 设定上述机器人的原点和上述机器人的脸盘之间的距离成为最短并且上述机器人能够到 达的点。
【附图说明】
[0008] 通过参照【附图说明】以下优选的实施方式，能够更加明确本发明的上述或其他目 的、特征以及优点。
[0009] 图1是表示本发明的机器人示教装置的一个实施方式的功能框图。
[0010] 图2是表示图1的机器人示教装置的处理一例的流程图。
[0011] 图3是表示在虚拟空间内配置了机器人以及工件的例子的图。
[0012] 图4是表示对T接头形状的工件指定加工线的例子的图。
[0013] 图5是表示对T接头形状的工件指定加工部位的其他例子的图。
[0014] 图6是表示根据工件的种类和加工方式将加工部位的形状分类为多个模式的例 子的图。
[0015] 图7是表示将加工部位形状、与该加工部位形状关联的瞄准角以及前进角Φ的组 合的一例的图。
[0016] 图8是表示与T接头进行角焊时的示教例的图。
[0017] 图9是表示根据图8的状态，使工具围绕其长度方向轴旋转的状态的图。
[0018] 图10是表示根据图9的状态，为了避让不能到达点而求出能够到达点使工具围绕 其长度方向轴旋转的状态的图。
[0019] 图11是表示在虚拟空间内配置了机器人以及工件的例子的图，相当于图10的状 态的图。
【具体实施方式】
[0020] 图1是表示本发明的机器人示教装置的一个实施方式的功能框图。机器人示教装 置10将搭载了工具的机器人以及工件配置在虚拟空间内，进行设定用于决定由机器人对 工件进行焊接等加工的工具的姿势的瞄准角、前进角以及围绕上述工具的长度方向轴的旋 转角，机器人示教装置10具备：配置部12,其将机器人和工件的三维模型配置在虚拟空间 内；指定部（加工部位指定部）14,其指定工件的三维模型的加工部位；存储部（加工部位 形状存储部）16,其存储预先决定的多个加工部位形状、与各加工部位形状关联的工具的瞄 准角以及前进角的组合；选择部（加工部位形状选择部）18,其从存储在存储部16中的多 个加工部位形状中选择与所指定的加工部位对应的加工部位形状；第一设定部（瞄准角、 前进角设定部）20,其将与选择出的加工部位形状关联的工具的瞄准角以及前进角设定为 针对所指定的加工部位的工具的瞄准角以及前进角；第二设定部（旋转角设定部）22,其在 维持针对加工部位的工具的瞄准角以及前进角的状态下，使工具围绕工具的长度方向轴进 行旋转，求出并设定机器人的脸盘（faceplate)相对于虚拟空间的地平面的高度成为最大 的、围绕针对加工部位的工具的长度方向轴的旋转角。
[0021] 另外，机器人示教装置10还具备：检测部（无法到达点检测部）24,其使机器人移 动而使工具成为能够针对加工部位进行加工的姿势，如果有机器人无法到达的点（无法到 达点）则对其进行检测；和第三设定部（能够到达点设定部）26,其在无法到达点，在维持 针对加工部位的工具的瞄准角以及前进角的状态下，使工具围绕工具的长度方向轴旋转， 求出并设定机器人的原点和机器人的脸盘之间的距离成为最短并且机器人能够到达的点。
[0022] 本发明的机器人示教装置10例如是个人电脑，上述各结构要素通过由操作者经 由适当的输入单元的操作，能够进行预定的处理。或者，能够将机器人示教装置10的功能 组装到机器人控制装置中，本发明的机器人示教装置中也包括这样的形式的内容。
[0023] 以下参照图2所示的流程图说明使用了机器人示教装置10的处理的一例。首先， 如图3所示，操作者使用适当的输入单元在虚拟空间内配置搭载了工具的机器人30以及 机器人30的加工对象物（工件）32的三维模型（步骤S1)。在图示例中，所配置的机器人 30是6轴的多关节机器人，具备基部34、针对基部34以可旋转的方式安装的回旋躯干36、 以可旋转的方式安装在回旋躯干36上的上臂38、以可旋转的方式安装在上臂38上的前臂 40、以可旋转的方式安装在前臂40上的手腕部42以及安装在手腕部42上的焊炬等的操作 工具44,针对配置在夹具46上的工件32进行机械加工和焊接等预定的加工的模拟、用于进 行加工的机器人程序的示教能够离线地进行。
[0024] 接着在步骤S2,操作者使用适当的输入单元在配置在虚拟空间上的工件32的三 维模型上指定加工部位。这里作为一例，如图4所示，通过角焊将两个大致矩形的板状部件 48和50接合，形成T接头。因此该情况下的焊接部位是如图4所示的直线状的加工线（焊 接线）52,工具（焊炬）44的前端沿着加工线52移动。
[0025] 另外，在指定加工部位时，可以代替图4所示的加工线52而指定面。例如，如图5 所示，能够将第一板状部件48的一方的面54和第二板状部件50的一方的面中通过焊接线 52进行分割而成的2个区域中的一个区域56指定为加工部位。这时候，2个面54和56的 边界被指定为加工部位。
[0026] 在接着的步骤S3,将预先决定的多个典型加工部位的形状（加工部位行政）和针 对各加工部位的工具44的瞄准角以及前进角的组合存储在存储部16中。例如，在焊接加工 时，如图6所示，根据接头的种类（对接、T接头、角接头或搭接接头）和焊接形式（坡口或 角焊缝）将加工部位的形状分类为多个模式，根据各个模式组合预先决定的工具（焊炬）44 的瞄准角和前进角，将这些多个组合存储在数据库等存储部16中。
[0027] 图7是表示存储在数据库（存储部16)中的加工部位形状和与该加工部位形状相 关联的瞄准角Θ以及前进角φ的组合的一例的图。瞄准角Θ以及前进角(P是记述焊炬等 工具的姿势的量， 例如在加工部位形状为如图4所示的Τ接头的情况下，瞄准角Θ是由代 表存在加工线58的工件的部分的平面即基准面60和具有（包括）工具的长度方向轴64以 及加工线58 (加工线58不是直线的情况下为其接线）的平面62所成的角度。另一方面， 前进角Φ是由从工具前端点66 (长度方向轴64和加工线58之间的交点）开始，在平面62 上（包括）且与加工线58 (加工线58不是直线的情况下为其接线）垂直延伸的垂直线68 和工具的长度方向轴64所成的角度。
[0028] 这样在步骤S3,将适于各加工部位的加工的工具的瞄准角以及前进角进行关联， 存储在数据库（存储部16)中。另外，步骤S3的处理可以前进到下一个步骤S4,也可以在 步骤S1或S2之前进行。
[0029] 在接着的步骤S4,操作者使用适当的输入单元从存储在存储部16中的加工部位 形状中选择与所指定的加工部位对应的加工部位形状。例如如图6中折线69所示，操作者 能够通过鼠标点击等操作选择进行了画面显示的多个加工部位形状中的一个。
[0030] 在接着的步骤S5中，将图7所例示的与选择出的加工部位形状组合并存储的工具 的瞄准角Θ以及前进角平设定为针对加工线52的工具的瞄准角Θ以及前进角φ。图8表 示当加工部位形状为图4所示的Τ接头时通过工具44沿着加工线52进行角焊时的示教例， 瞄准角Θ是由包括加工线52的工件32的一方的面（这里是第二板状部件50的面56 (参 照图5))和具有（包括）工具44的长度方向轴72以及加工线52 (加工线52不是直线的 情况下为其接线）的平面70所成的角度。另一方面，前进角φ是由从工具前端点74(长度 方向轴72和加工线52之间的交点）开始，在平面70上（包括）且与加工线52 (加工线52 不是直线的情况下为其接线）垂直延伸的垂直线75和工具的长度方向轴72所成的角度。
[0031] 另外，第一设定部20能够根据步骤S1~S4的处理自动地进行步骤S5的设定，而 且操作者也能够进行数值输入。另外在该时间点，设定用于决定工具44的姿势的瞄准角、 前进角以及旋转角中的瞄准角和前进角，不过围绕工具44的长度方向轴72的旋转角是不 定的。
[0032] 在接着的步骤S6,如图9所示，在将针对加工部位的瞄准角Θ以及前进角φ维持 在没有从设定的值发生变化的状态下，使工具44围绕工具44的长度方向轴72进行旋转， 机器人的脸盘针对地表面76 (参照图3)向下，求出并设定机器人脸盘78 (例如板块中心） 相对虚拟空间的地平面76的高度Η为最大的、围绕相对于加工线52的工具44的长度方向 轴72的旋转角。这里，脸盘78表示安装了工具44的机器人30的略平面状的部位，例如安 装了工具44的手腕部42的前端面与其对应。另外，这里的平面76表示在虚拟空间内成为 基准的水平面，例如搭载了机器人30或夹具46的设置面（参照图3)与其对应，不过位于 工具44的垂直方向的下方，如果即使机器人30进行动作在垂直方向的高度也不变，则也可 以使用其它水平面。
[0033] 通过到步骤S6为止的处理来决定相对于加工线52的工具44的姿势（瞄准角、前 进角和旋转角），能够在沿着加工线52进行加工时进行机器人30 (使机器人30动作的机 器人程序）的示教。即本发明中设定的瞄准角和前进角基本不从与预定的加工部位形状关 联的角度发生变化。另外机器人30的脸盘78为相对地表面76向下，求出并设定机器人 30的脸盘78相对于地表面76的高度Η成为最大的、围绕工具44的长度方向轴72的旋转 角，从而能够得到姿势变化少且稳定的工具44的姿势，在应用于实际设备时能够期待加工 精度的大幅提尚。
[0034] 另一方面，如果维持针对加工部位设定的工具姿势（瞄准角、前进角以及旋转角） 而使机器人30移动，则会产生在机器人30的至少一个轴中动作范围超过其可动范围等机 器人无法到达的点（无法到达点）。
[0035] 因此，在步骤S7中，通过上述的无法到达点检测部24,能够检测无法到达点的有 无，在存在无法到达点时能够检测其信息（机器人的工具前端点的坐标等）。如果检测出无 法到达点，则在无法到达点，上述第三设定部（能够到达点设定部）26在维持相对于加工线 52的工具44的瞄准角和前进角的状态下，使工具44围绕工具44的长度方向轴72旋转，求 出并设定机器人30的原点与机器人30的脸盘78之间的距离成为最短且机器人能够到达 的点（步骤S8)。
[0036] 图10和图11是表示步骤S8的处理的具体例的图。在检测出以图9的工具44的 姿势使机器人30移动时有无法到达点时，使工具44围绕其长度方向轴72旋转（图10)，使 机器人30的原点（例如机器人30的基准坐标系80的原点82)和机器人30的脸盘78之 间的距离D成为最短（图11)。这时的机器人位置（各轴的位置/姿势）如果是机器人30 的能够到达点，则将该机器人位置设定为能够到达点。不是该情况时，则重复判断将机器人 30的原点和脸盘78之间的距离D设为比最短值大适当的步长的值的机器人位置是否是能 够到达点的处理，由此能够求出适当的能够到达点。
[0037] 通过无法到达点检测部24和能够到达点设定部（第三设定部）26 (步骤S7和S8)， 能够在机器人30存在无法到达点的情况下自动求出并设定机器人30在能够到达点中最佳 的到达点，因此能够大幅削减为了进行工具44的姿势的设定所需要的时间。
[0038] 根据本发明的机器人示教装置，能够自动设定瞄准角、前进角以及旋转角，能够大 幅削减为了进行工具的姿势的设定所需要的时间。进而，求出并设定机器人的脸盘相对于 地表面的高度成为最大的围绕工具的长度方向轴的旋转角，由此能够得到姿势变化少且稳 定的工具的姿势，提高加工精度。
[0039] 通过检测部和第三设定部，能够在机器人存在无法到达点时求出并设定机器人能 够到达点，能够大幅削减为了进行工具的姿势的设定所需要的时间。
【主权项】
1. 一种机器人示教装置，将搭载了工具的机器人以及工件配置在虚拟空间内，设定用 于决定上述机器人对上述工件进行加工时的上述工具的姿势的瞄准角、前进角以及围绕上 述工具的长度方向轴的旋转角，该机器人示教装置的特征在于， 具备： 配置部，其将上述机器人和上述工件的三维模型配置在虚拟空间内； 指定部，其指定上述工件的三维模型的加工部位； 存储部，其存储预先决定的加工部位形状和与上述加工部位形状分别关联的上述工具 的瞄准角以及前进角的组合； 选择部，其从存储在上述存储部中的多个加工部位形状选择与所指定的加工部位对应 的加工部位形状； 第一设定部，其将与选择出的加工部位形状关联的上述工具的瞄准角以及前进角设定 为针对所指定的加工部位的上述工具的瞄准角以及前进角；以及 第二设定部，其在维持针对上述加工部位的上述工具的瞄准角以及前进角的状态下， 使上述工具围绕上述工具的长度方向轴旋转，求出并设定上述机器人的脸盘相对于上述虚 拟空间的地平面的高度成为最大的、围绕针对上述加工部位的上述工具的长度方向轴的旋 转角。2. 根据权利要求1所述的机器人示教装置，其特征在于， 还具备： 检测部，其在维持针对上述加工部位设定的瞄准角、前进角以及旋转角的状态下使上 述机器人移动时，检测上述机器人无法到达的无法到达点；和 第三设定部，其在上述无法到达点，在维持针对上述加工部位的上述工具的瞄准角以 及前进角的状态下，使上述工具围绕上述工具的长度方向轴旋转，求出并设定上述机器人 的原点与上述机器人的脸盘之间的距离成为最短并且上述机器人能够到达的点。
【专利摘要】本发明涉及离线示教机器人的机器人示教装置，在离线的机器人的示教中，适当地设定工具的瞄准角、前进角以及旋转角，能够得到姿势变化少的稳定的工具的姿势。该机器人示教装置具备：存储部，其存储预先决定的多个加工部位形状、与各加工部位形状关联的工具的瞄准角以及前进角的组合；第一设定部，其将与选择出的加工部位形状关联的工具的瞄准角以及前进角设定为相对于所指定的加工部位的工具的瞄准角以及前进角；以及第二设定部，其在维持相对于所指定的加工部位的工具的瞄准角以及前进角的状态下，使工具围绕其长度方向轴进行旋转，求出并设定机器人的脸盘相对于虚拟空间的地平面的高度成为最大的、围绕相对于工具的长度方向轴的旋转角。
【IPC分类】G05B19/19, B25J9/22, B23K9/127
【公开号】CN105487481
【申请号】CN201510641987
【发明人】后平宽之, 长塚嘉治, 井上幸三
【申请人】发那科株式会社
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年9月30日
【公告号】DE102015012763A1, US20160096269
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种针对在虚拟空间内进行加工的机器人进行示教的机器人示教装 置。
【背景技术】
[0002] 目前，在离线进行用于使进行焊接等加工的机器人动作的机器人程序的示教的装 置中，在配置在虚拟空间内的工件的三维模型上指定焊接部位，进而指定设置在机器人指 尖上的焊炬的姿势等条件，生成示教点。
[0003] 作为与此关联的公知技术，例如在日本特开平10-011127号公报中公开了电弧焊 接用机器人的离线示教方法，具体地说，记载有"在焊炬示教数据操作部中，操作者通过CAD 边观察工件和焊炬，边输入多个示教点的焊炬角度和焊炬侧安装点的位置，将这些状态作 为焊炬示教数据存储在计算机中。即只使焊炬相对工件移动而进行示教，因此焊炬的示教 操作极其容易，特别是在电弧焊接操作时需要进行多个点的示教，因此扩大了示教操作的 容易性"。
[0004] 在现有技术中，指定包括焊炬的姿势的条件而生成了示教点，不过适当的瞄准角 和前进角根据工件的形状而不同。进而，在现有技术中，工具（焊炬）的旋转角是不定的， 为了姿势变化少地得到稳定的焊炬的姿势，必须要一边进行反复试验一边搜索适当的旋转 角。因此，目前为了进行与焊炬的姿势有关的设定而需要大量时间。
【发明内容】
[0005] 因此，本发明目的在于提供一种机器人示教装置，其在离线的机器人的示教中，适 当地设定工具的瞄准角、前进角以及旋转角，能够得到姿势变化少的稳定的工具的姿势。
[0006] 为了达到上述目的，本发明提供一种机器人示教装置，其将搭载了工具的机器人 以及工件配置在虚拟空间内，设定用于决定上述机器人对上述工件进行加工时的上述工具 的姿势的瞄准角、前进角以及围绕上述工具的长度方向轴的旋转角，该机器人示教装置具 备：配置部，其将上述机器人和上述工件的三维模型配置在虚拟空间内；指定部，其指定上 述工件的三维模型的加工部位；存储部，其存储预先决定的多个加工部位形状和与上述加 工部位形状分别关联的上述工具的瞄准角以及前进角的组合；选择部，其从存储在上述存 储部中的多个加工部位形状中选择与所指定的加工部位对应的加工部位形状；第一设定 部，其将与选择出的加工部位形状关联的上述工具的瞄准角以及前进角设定为针对所指定 的加工部位的上述工具的瞄准角以及前进角；第二设定部，其在维持针对上述加工部位的 上述工具的瞄准角以及前进角的状态下，使上述工具围绕上述工具的长度方向轴旋转，求 出并设定上述机器人的脸盘相对于上述虚拟空间的地平面的高度成为最大的、围绕针对上 述加工部位的上述工具的长度方向轴的旋转角。
[0007] 在优选的实施方式中，机器人示教装置还具备：检测部，其在维持针对上述加工部 位设定的瞄准角、前进角以及旋转角的状态下使上述机器人移动时，检测上述机器人无法 到达的无法到达点；和第三设定部，其在上述无法到达点，在维持针对上述加工部位的上述 工具的瞄准角以及前进角的状态下，使上述工具围绕上述工具的长度方向轴旋转，求出并 设定上述机器人的原点和上述机器人的脸盘之间的距离成为最短并且上述机器人能够到 达的点。
【附图说明】
[0008] 通过参照【附图说明】以下优选的实施方式，能够更加明确本发明的上述或其他目 的、特征以及优点。
[0009] 图1是表示本发明的机器人示教装置的一个实施方式的功能框图。
[0010] 图2是表示图1的机器人示教装置的处理一例的流程图。
[0011] 图3是表示在虚拟空间内配置了机器人以及工件的例子的图。
[0012] 图4是表示对T接头形状的工件指定加工线的例子的图。
[0013] 图5是表示对T接头形状的工件指定加工部位的其他例子的图。
[0014] 图6是表示根据工件的种类和加工方式将加工部位的形状分类为多个模式的例 子的图。
[0015] 图7是表示将加工部位形状、与该加工部位形状关联的瞄准角以及前进角Φ的组 合的一例的图。
[0016] 图8是表示与T接头进行角焊时的示教例的图。
[0017] 图9是表示根据图8的状态，使工具围绕其长度方向轴旋转的状态的图。
[0018] 图10是表示根据图9的状态，为了避让不能到达点而求出能够到达点使工具围绕 其长度方向轴旋转的状态的图。
[0019] 图11是表示在虚拟空间内配置了机器人以及工件的例子的图，相当于图10的状 态的图。
【具体实施方式】
[0020] 图1是表示本发明的机器人示教装置的一个实施方式的功能框图。机器人示教装 置10将搭载了工具的机器人以及工件配置在虚拟空间内，进行设定用于决定由机器人对 工件进行焊接等加工的工具的姿势的瞄准角、前进角以及围绕上述工具的长度方向轴的旋 转角，机器人示教装置10具备：配置部12,其将机器人和工件的三维模型配置在虚拟空间 内；指定部（加工部位指定部）14,其指定工件的三维模型的加工部位；存储部（加工部位 形状存储部）16,其存储预先决定的多个加工部位形状、与各加工部位形状关联的工具的瞄 准角以及前进角的组合；选择部（加工部位形状选择部）18,其从存储在存储部16中的多 个加工部位形状中选择与所指定的加工部位对应的加工部位形状；第一设定部（瞄准角、 前进角设定部）20,其将与选择出的加工部位形状关联的工具的瞄准角以及前进角设定为 针对所指定的加工部位的工具的瞄准角以及前进角；第二设定部（旋转角设定部）22,其在 维持针对加工部位的工具的瞄准角以及前进角的状态下，使工具围绕工具的长度方向轴进 行旋转，求出并设定机器人的脸盘（faceplate)相对于虚拟空间的地平面的高度成为最大 的、围绕针对加工部位的工具的长度方向轴的旋转角。
[0021] 另外，机器人示教装置10还具备：检测部（无法到达点检测部）24,其使机器人移 动而使工具成为能够针对加工部位进行加工的姿势，如果有机器人无法到达的点（无法到 达点）则对其进行检测；和第三设定部（能够到达点设定部）26,其在无法到达点，在维持 针对加工部位的工具的瞄准角以及前进角的状态下，使工具围绕工具的长度方向轴旋转， 求出并设定机器人的原点和机器人的脸盘之间的距离成为最短并且机器人能够到达的点。
[0022] 本发明的机器人示教装置10例如是个人电脑，上述各结构要素通过由操作者经 由适当的输入单元的操作，能够进行预定的处理。或者，能够将机器人示教装置10的功能 组装到机器人控制装置中，本发明的机器人示教装置中也包括这样的形式的内容。
[0023] 以下参照图2所示的流程图说明使用了机器人示教装置10的处理的一例。首先， 如图3所示，操作者使用适当的输入单元在虚拟空间内配置搭载了工具的机器人30以及 机器人30的加工对象物（工件）32的三维模型（步骤S1)。在图示例中，所配置的机器人 30是6轴的多关节机器人，具备基部34、针对基部34以可旋转的方式安装的回旋躯干36、 以可旋转的方式安装在回旋躯干36上的上臂38、以可旋转的方式安装在上臂38上的前臂 40、以可旋转的方式安装在前臂40上的手腕部42以及安装在手腕部42上的焊炬等的操作 工具44,针对配置在夹具46上的工件32进行机械加工和焊接等预定的加工的模拟、用于进 行加工的机器人程序的示教能够离线地进行。
[0024] 接着在步骤S2,操作者使用适当的输入单元在配置在虚拟空间上的工件32的三 维模型上指定加工部位。这里作为一例，如图4所示，通过角焊将两个大致矩形的板状部件 48和50接合，形成T接头。因此该情况下的焊接部位是如图4所示的直线状的加工线（焊 接线）52,工具（焊炬）44的前端沿着加工线52移动。
[0025] 另外，在指定加工部位时，可以代替图4所示的加工线52而指定面。例如，如图5 所示，能够将第一板状部件48的一方的面54和第二板状部件50的一方的面中通过焊接线 52进行分割而成的2个区域中的一个区域56指定为加工部位。这时候，2个面54和56的 边界被指定为加工部位。
[0026] 在接着的步骤S3,将预先决定的多个典型加工部位的形状（加工部位行政）和针 对各加工部位的工具44的瞄准角以及前进角的组合存储在存储部16中。例如，在焊接加工 时，如图6所示，根据接头的种类（对接、T接头、角接头或搭接接头）和焊接形式（坡口或 角焊缝）将加工部位的形状分类为多个模式，根据各个模式组合预先决定的工具（焊炬）44 的瞄准角和前进角，将这些多个组合存储在数据库等存储部16中。
[0027] 图7是表示存储在数据库（存储部16)中的加工部位形状和与该加工部位形状相 关联的瞄准角Θ以及前进角φ的组合的一例的图。瞄准角Θ以及前进角(P是记述焊炬等 工具的姿势的量， 例如在加工部位形状为如图4所示的Τ接头的情况下，瞄准角Θ是由代 表存在加工线58的工件的部分的平面即基准面60和具有（包括）工具的长度方向轴64以 及加工线58 (加工线58不是直线的情况下为其接线）的平面62所成的角度。另一方面， 前进角Φ是由从工具前端点66 (长度方向轴64和加工线58之间的交点）开始，在平面62 上（包括）且与加工线58 (加工线58不是直线的情况下为其接线）垂直延伸的垂直线68 和工具的长度方向轴64所成的角度。
[0028] 这样在步骤S3,将适于各加工部位的加工的工具的瞄准角以及前进角进行关联， 存储在数据库（存储部16)中。另外，步骤S3的处理可以前进到下一个步骤S4,也可以在 步骤S1或S2之前进行。
[0029] 在接着的步骤S4,操作者使用适当的输入单元从存储在存储部16中的加工部位 形状中选择与所指定的加工部位对应的加工部位形状。例如如图6中折线69所示，操作者 能够通过鼠标点击等操作选择进行了画面显示的多个加工部位形状中的一个。
[0030] 在接着的步骤S5中，将图7所例示的与选择出的加工部位形状组合并存储的工具 的瞄准角Θ以及前进角平设定为针对加工线52的工具的瞄准角Θ以及前进角φ。图8表 示当加工部位形状为图4所示的Τ接头时通过工具44沿着加工线52进行角焊时的示教例， 瞄准角Θ是由包括加工线52的工件32的一方的面（这里是第二板状部件50的面56 (参 照图5))和具有（包括）工具44的长度方向轴72以及加工线52 (加工线52不是直线的 情况下为其接线）的平面70所成的角度。另一方面，前进角φ是由从工具前端点74(长度 方向轴72和加工线52之间的交点）开始，在平面70上（包括）且与加工线52 (加工线52 不是直线的情况下为其接线）垂直延伸的垂直线75和工具的长度方向轴72所成的角度。
[0031] 另外，第一设定部20能够根据步骤S1~S4的处理自动地进行步骤S5的设定，而 且操作者也能够进行数值输入。另外在该时间点，设定用于决定工具44的姿势的瞄准角、 前进角以及旋转角中的瞄准角和前进角，不过围绕工具44的长度方向轴72的旋转角是不 定的。
[0032] 在接着的步骤S6,如图9所示，在将针对加工部位的瞄准角Θ以及前进角φ维持 在没有从设定的值发生变化的状态下，使工具44围绕工具44的长度方向轴72进行旋转， 机器人的脸盘针对地表面76 (参照图3)向下，求出并设定机器人脸盘78 (例如板块中心） 相对虚拟空间的地平面76的高度Η为最大的、围绕相对于加工线52的工具44的长度方向 轴72的旋转角。这里，脸盘78表示安装了工具44的机器人30的略平面状的部位，例如安 装了工具44的手腕部42的前端面与其对应。另外，这里的平面76表示在虚拟空间内成为 基准的水平面，例如搭载了机器人30或夹具46的设置面（参照图3)与其对应，不过位于 工具44的垂直方向的下方，如果即使机器人30进行动作在垂直方向的高度也不变，则也可 以使用其它水平面。
[0033] 通过到步骤S6为止的处理来决定相对于加工线52的工具44的姿势（瞄准角、前 进角和旋转角），能够在沿着加工线52进行加工时进行机器人30 (使机器人30动作的机 器人程序）的示教。即本发明中设定的瞄准角和前进角基本不从与预定的加工部位形状关 联的角度发生变化。另外机器人30的脸盘78为相对地表面76向下，求出并设定机器人 30的脸盘78相对于地表面76的高度Η成为最大的、围绕工具44的长度方向轴72的旋转 角，从而能够得到姿势变化少且稳定的工具44的姿势，在应用于实际设备时能够期待加工 精度的大幅提尚。
[0034] 另一方面，如果维持针对加工部位设定的工具姿势（瞄准角、前进角以及旋转角） 而使机器人30移动，则会产生在机器人30的至少一个轴中动作范围超过其可动范围等机 器人无法到达的点（无法到达点）。
[0035] 因此，在步骤S7中，通过上述的无法到达点检测部24,能够检测无法到达点的有 无，在存在无法到达点时能够检测其信息（机器人的工具前端点的坐标等）。如果检测出无 法到达点，则在无法到达点，上述第三设定部（能够到达点设定部）26在维持相对于加工线 52的工具44的瞄准角和前进角的状态下，使工具44围绕工具44的长度方向轴72旋转，求 出并设定机器人30的原点与机器人30的脸盘78之间的距离成为最短且机器人能够到达 的点（步骤S8)。
[0036] 图10和图11是表示步骤S8的处理的具体例的图。在检测出以图9的工具44的 姿势使机器人30移动时有无法到达点时，使工具44围绕其长度方向轴72旋转（图10)，使 机器人30的原点（例如机器人30的基准坐标系80的原点82)和机器人30的脸盘78之 间的距离D成为最短（图11)。这时的机器人位置（各轴的位置/姿势）如果是机器人30 的能够到达点，则将该机器人位置设定为能够到达点。不是该情况时，则重复判断将机器人 30的原点和脸盘78之间的距离D设为比最短值大适当的步长的值的机器人位置是否是能 够到达点的处理，由此能够求出适当的能够到达点。
[0037] 通过无法到达点检测部24和能够到达点设定部（第三设定部）26 (步骤S7和S8)， 能够在机器人30存在无法到达点的情况下自动求出并设定机器人30在能够到达点中最佳 的到达点，因此能够大幅削减为了进行工具44的姿势的设定所需要的时间。
[0038] 根据本发明的机器人示教装置，能够自动设定瞄准角、前进角以及旋转角，能够大 幅削减为了进行工具的姿势的设定所需要的时间。进而，求出并设定机器人的脸盘相对于 地表面的高度成为最大的围绕工具的长度方向轴的旋转角，由此能够得到姿势变化少且稳 定的工具的姿势，提高加工精度。
[0039] 通过检测部和第三设定部，能够在机器人存在无法到达点时求出并设定机器人能 够到达点，能够大幅削减为了进行工具的姿势的设定所需要的时间。
【主权项】
1. 一种机器人示教装置，将搭载了工具的机器人以及工件配置在虚拟空间内，设定用 于决定上述机器人对上述工件进行加工时的上述工具的姿势的瞄准角、前进角以及围绕上 述工具的长度方向轴的旋转角，该机器人示教装置的特征在于， 具备： 配置部，其将上述机器人和上述工件的三维模型配置在虚拟空间内； 指定部，其指定上述工件的三维模型的加工部位； 存储部，其存储预先决定的加工部位形状和与上述加工部位形状分别关联的上述工具 的瞄准角以及前进角的组合； 选择部，其从存储在上述存储部中的多个加工部位形状选择与所指定的加工部位对应 的加工部位形状； 第一设定部，其将与选择出的加工部位形状关联的上述工具的瞄准角以及前进角设定 为针对所指定的加工部位的上述工具的瞄准角以及前进角；以及 第二设定部，其在维持针对上述加工部位的上述工具的瞄准角以及前进角的状态下， 使上述工具围绕上述工具的长度方向轴旋转，求出并设定上述机器人的脸盘相对于上述虚 拟空间的地平面的高度成为最大的、围绕针对上述加工部位的上述工具的长度方向轴的旋 转角。2. 根据权利要求1所述的机器人示教装置，其特征在于， 还具备： 检测部，其在维持针对上述加工部位设定的瞄准角、前进角以及旋转角的状态下使上 述机器人移动时，检测上述机器人无法到达的无法到达点；和 第三设定部，其在上述无法到达点，在维持针对上述加工部位的上述工具的瞄准角以 及前进角的状态下，使上述工具围绕上述工具的长度方向轴旋转，求出并设定上述机器人 的原点与上述机器人的脸盘之间的距离成为最短并且上述机器人能够到达的点。
【专利摘要】本发明涉及离线示教机器人的机器人示教装置，在离线的机器人的示教中，适当地设定工具的瞄准角、前进角以及旋转角，能够得到姿势变化少的稳定的工具的姿势。该机器人示教装置具备：存储部，其存储预先决定的多个加工部位形状、与各加工部位形状关联的工具的瞄准角以及前进角的组合；第一设定部，其将与选择出的加工部位形状关联的工具的瞄准角以及前进角设定为相对于所指定的加工部位的工具的瞄准角以及前进角；以及第二设定部，其在维持相对于所指定的加工部位的工具的瞄准角以及前进角的状态下，使工具围绕其长度方向轴进行旋转，求出并设定机器人的脸盘相对于虚拟空间的地平面的高度成为最大的、围绕相对于工具的长度方向轴的旋转角。
【IPC分类】G05B19/19, B25J9/22, B23K9/127
【公开号】CN105487481
【申请号】CN201510641987
【发明人】后平宽之, 长塚嘉治, 井上幸三
【申请人】发那科株式会社
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年9月30日
【公告号】DE102015012763A1, US20160096269
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