本發(fā)明涉及一種離線進(jìn)行機(jī)器人的動作程序的示教的機(jī)器人編程裝置。

背景技術(shù)：

在離線進(jìn)行機(jī)器人程序的示教的裝置中，在進(jìn)行去毛刺和焊接等與加工相關(guān)的機(jī)器人程序的示教時(shí)，大多會在加工對象即工件的cad模型上指定加工場所并生成機(jī)器人程序。作為與此關(guān)聯(lián)的現(xiàn)有技術(shù)，例如在日本特開2000-190264號公報(bào)中記載一種示教方法，即通過具備無教學(xué)功能即第一示教步驟和離線教學(xué)功能即第二示教步驟，對不能夠通過無教學(xué)功能示教的焊接線適用通過操作員的輸入而進(jìn)行的離線教學(xué)，地高效地進(jìn)行離線示教作業(yè)。

另外，日本特開2007-108916號公報(bào)中記載一種離線示教裝置，該裝置具備：數(shù)據(jù)取得部，其從針對第一工件的既存加工程序取得多個既定示教點(diǎn)的既定示教數(shù)據(jù)；加工路徑計(jì)算部，其根據(jù)既定示教數(shù)據(jù)求出既存加工程序的加工路徑；模型生成部，其使用具有與第一工件不同的幾何學(xué)特征的第二工件的模型數(shù)據(jù)來生成表示被加工范圍的加工線；示教點(diǎn)計(jì)算部，其根據(jù)加工路徑和加工線之間的幾何學(xué)相關(guān)性、各既定示教點(diǎn)的位置以及姿勢數(shù)據(jù)，求出加工線上的各示教點(diǎn)的位置以及姿勢；以及程序生成部，其使用各既定示教點(diǎn)的加工條件數(shù)據(jù)和各示教點(diǎn)的位置以及姿勢來生成針對第二工件的加工程序。

進(jìn)一步日本特開2008-015683號公報(bào)中記載一種機(jī)器人編程裝置，該裝置具備：工件特征取得部，其取得工件特征信息；夾具位置取得部，其取得工件和工件夾具之間的第一相對位置信息；機(jī)械手位置取得部，其取得工件和機(jī)械手之間的第二相對位置信息；存儲部，其針對多個工件，將工件特征信息、第一相對位置信息以及第二相對位置信息相互關(guān)聯(lián)作為一組既得數(shù)據(jù)來存儲；既得數(shù)據(jù)搜索部，其從所存儲的多組既得數(shù)據(jù)中搜索包括與新工件特征信息的一致度最高的工件特征信息的最佳既得數(shù)據(jù)；以及程序生成部，其使用最佳既得數(shù)據(jù)來生成針對新工件的輸送作業(yè)程序。

目前，大多提倡使用工件的三維形狀來生成機(jī)器人程序的技術(shù)。但是，在對于去毛刺和焊接等加工以離線方式來進(jìn)行機(jī)器人程序的示教時(shí)，在工件的cad模型上指定加工場所并生成機(jī)器人程序，但是作業(yè)者通過手動操作來進(jìn)行該加工場所的指定，因此如果工件的種類比較多，或加工場所比較多，則需要非常多的作業(yè)時(shí)間。進(jìn)一步，示教機(jī)器人以適當(dāng)?shù)捻樞蛟诟骷庸鏊g移動的機(jī)器人程序的作業(yè)是一種要求作業(yè)者的經(jīng)驗(yàn)和熟練程度并且伴隨試錯的繁瑣的作業(yè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)器人編程裝置，能夠不依賴作業(yè)者的熟練程度等來生成能夠大幅削減加工場所的指定所需要的作業(yè)者的作業(yè)時(shí)間，并機(jī)器人以適當(dāng)?shù)捻樞蛟诟骷庸鏊g移動的機(jī)器人程序。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種機(jī)器人編程裝置，離線進(jìn)行使用搭載在機(jī)器人上的工具加工工件的動作程序的示教，該機(jī)器人編程裝置具備：三維模型配置部，其在虛擬空間內(nèi)配置搭載了上述工具的上述機(jī)器人以及上述工件的三維模型；形狀特征提取部，其從上述工件的三維模型提取由包括圓形以及多邊形的基本形狀或者組合了多個上述基本形狀而構(gòu)成的形狀的、輪廓線或者面組成的多個形狀特征；第一基準(zhǔn)位置設(shè)定部，其設(shè)定上述形狀特征的基準(zhǔn)位置；第二基準(zhǔn)位置設(shè)定部，其設(shè)定上述機(jī)器人的基準(zhǔn)位置；移動順序決定部，其根據(jù)上述形狀特征的基準(zhǔn)位置以及上述機(jī)器人的基準(zhǔn)位置來決定上述機(jī)器人在上述多個形狀特征之間移動的順序；以及動作程序生成部，其生成上述機(jī)器人的動作程序，使上述機(jī)器人沿著上述形狀特征移動上述工具，并且使上述機(jī)器人按照上述順序在上述多個形狀特征之間移動。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，上述三維模型配置部構(gòu)成為將外圍設(shè)備的三維模型配置在上述虛擬空間內(nèi)，上述機(jī)器人編程裝置具有：干擾檢測部，其檢測上述動作程序的示教點(diǎn)處的上述機(jī)器人或者上述工具與上述工件或者上述外圍設(shè)備之間的干擾；非干擾位置搜索部，其在上述干擾檢測部檢測出干擾時(shí)，搜索上述機(jī)器人或上述工具與上述工件或上述外圍設(shè)備不干擾的位置；以及示教點(diǎn)位置修正部，其根據(jù)上述非干擾位置搜索部的搜索結(jié)果來修正上述示教點(diǎn)的位置。

附圖說明

通過參照附圖說明以下優(yōu)選的實(shí)施方式，能夠更加明確本發(fā)明的上述或其他的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。

圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的機(jī)器人編程裝置的功能框圖。

圖2是例示將機(jī)器人以及工件的三維模型配置在虛擬空間內(nèi)的狀態(tài)的圖。

圖3是表示圖1的機(jī)器人編程裝置中的處理的一例的流程圖。

圖4是表示從工件的三維模型提取形狀特征，并設(shè)定了形狀特征的基準(zhǔn)位置的狀態(tài)的圖。

圖5是例示形狀特征與虛擬空間的xy平面平行時(shí)的圖。

圖6是表示形狀特征的基準(zhǔn)位置的其他例子的圖。

圖7是表示機(jī)器人的基準(zhǔn)位置的其他例子的圖。

圖8是表示機(jī)器人的移動順序的一例的圖。

圖9是表示機(jī)器人的移動順序的其他例子的圖。

圖10是表示機(jī)器人的工具沿著工件的形狀特征進(jìn)行移動的例子的圖。

圖11是表示機(jī)器人的工具沿著工件的形狀特征進(jìn)行移動的其他例子的圖。

圖12是例示在虛擬空間內(nèi)還配置了外圍設(shè)備的狀態(tài)的圖。

圖13是表示從干擾的檢測對象排除了工具的加工部位的例子的圖。

圖14是表示將工具的非加工部位追加到干擾的檢測對象中的例子的圖。

圖15是例示在機(jī)器人程序的某示教點(diǎn)處檢測出工具與外圍設(shè)備之間的干擾的情況的圖。

圖16是說明通過將工具前端點(diǎn)設(shè)為中心的旋轉(zhuǎn)移動來搜索避免干擾的位置的例子的圖。

圖17是說明通過工具前端點(diǎn)的并行移動來搜索避免干擾的位置的例子的圖。

具體實(shí)施方式

圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的機(jī)器人編程裝置10(例如個人計(jì)算機(jī))的功能框圖。如圖2例示，機(jī)器人編程裝置10構(gòu)成為，在虛擬空間內(nèi)配置具有搭載了工具12的機(jī)器人臂(可動部)14的機(jī)器人(例如6軸多關(guān)節(jié)機(jī)器人)16的三維模型和工件18的三維模型，機(jī)器人16離線進(jìn)行通過工具12加工工件18的機(jī)器人動作程序的示教，該機(jī)器人編程裝置10也可以具有顯示該虛擬空間的顯示器等的顯示畫面20。

如圖1所示，機(jī)器人編程裝置10具備：三維模型配置部22，其在虛擬空間內(nèi)配置搭載了工具12的機(jī)器人16的三維模型和工件18的三維模型；形狀特征提取部24，其從工件18的三維模型提取由圓形以及多邊形的基本形狀或者組合了多個該基本形狀而構(gòu)成的形狀的、輪廓線或者面組成的多個形狀特征(后述)；形狀特征基準(zhǔn)位置設(shè)定部(第一基準(zhǔn)位置設(shè)定部)26，其設(shè)定形狀特征的基準(zhǔn)位置；機(jī)器人基準(zhǔn)位置設(shè)定部(第二基準(zhǔn)位置設(shè)定部)28，其設(shè)定機(jī)器人16的基準(zhǔn)位置；移動順序決定部30，其根據(jù)形狀特征的基準(zhǔn)位置以及上述機(jī)器人的基準(zhǔn)位置來決定機(jī)器人16在多個形狀特征之間移動的順序；以及動作程序生成部32，其生成機(jī)器人16的動作程序，使機(jī)器人16沿著上述形狀特征移動工具12，并且使機(jī)器人16按照所決定的順序在多個形狀特征之間移動。

另外，三維模型配置部22還能夠?qū)C(jī)器人16以及工件18以外的外圍設(shè)備的三維模型(后述)配置在虛擬空間內(nèi)，此時(shí)機(jī)器人編程裝置10具有：干擾檢測部34，其檢測動作程序的示教點(diǎn)處的機(jī)器人16或者工具12與工件18或者外圍設(shè)備之間的干擾；非干擾位置搜索部36，其在干擾檢測部34檢測出干擾時(shí)，搜索機(jī)器人16或工具12與工件18或外圍設(shè)備不干擾的位置；以及示教點(diǎn)位置修正部38，其根據(jù)非干擾位置搜索部36的搜索結(jié)果來修正示教點(diǎn)的位置。

接著，參照圖3的流程圖來說明機(jī)器人編程裝置10進(jìn)行的處理流程。首先，在步驟s1中，如圖2所示，在虛擬空間內(nèi)配置搭載了工具12的機(jī)器人16以及工件18的三維模型。

接著，如圖4所示，從工件18的三維模型提取由包括圓形以及多邊形的基本形狀或者組合了多個基本形狀而構(gòu)成的形狀的、輪廓線或者面組成的形狀的特征(步驟s2)。例如，如圖4所示，能夠判別在工件18的cad模型上預(yù)先被顏色區(qū)分的場所(圓柱的端面)40a～40b，提取該場所作為形狀特征。對于該判別能夠指定各種條件，例如可以指定要提取的輪廓線長度的閾值和要提取的面的面積閾值，也可以在形狀特征的內(nèi)側(cè)和外側(cè)有輪廓線時(shí)，指定提取哪一個輪廓線。或者，也能夠指定沿著形狀特征的輪廓線或者面來移動工具的方向。

另外，如圖4所示，在形狀特征40a～40b的每一個上設(shè)定機(jī)器人16的動作開始點(diǎn)。例如，能夠在形狀特征40a～40b的每一個輪廓線上并且是離機(jī)器人原點(diǎn)(機(jī)器人坐標(biāo)系42的原點(diǎn))最近的點(diǎn)(44a～44d)上設(shè)定機(jī)器人的動作開始點(diǎn)。

另外，將虛擬空間的原點(diǎn)(虛擬空間坐標(biāo)系46的原點(diǎn))作為基準(zhǔn)，在形狀特征的x方向、y方向以及z方向的值最大或最小的點(diǎn)上設(shè)定機(jī)器人的動作開始點(diǎn)。圖5表示形狀特征與虛擬空間的xy平面平行時(shí)的例子，在該形狀特征中x坐標(biāo)最大的點(diǎn)(xmax)設(shè)定機(jī)器人16的動作開始點(diǎn)。

在接著的步驟s3中，設(shè)定形狀特征的基準(zhǔn)位置。例如，能夠?qū)D4所示的機(jī)器人16的動作開始點(diǎn)40a～44d設(shè)定為形狀特征的基準(zhǔn)位置?；蛘撸鐖D6所示，也可以將形狀特征40a～44d的各自的中心點(diǎn)48a～48d設(shè)定為形狀特征的基準(zhǔn)位置。

在接著的步驟s4中，設(shè)定機(jī)器人的基準(zhǔn)位置。例如能夠?qū)C(jī)器人16的工具12的前端(工具前端點(diǎn))的當(dāng)前位置50(參照圖4)設(shè)定為機(jī)器人的基準(zhǔn)位置?；蛘撸鐖D7所示，能夠?qū)⑹箼C(jī)器人16的工具前端點(diǎn)50在離機(jī)器人原點(diǎn)最近的機(jī)器人的動作開始點(diǎn)(圖示例中開始點(diǎn)44b)的鉛直上方移動的位置設(shè)定為機(jī)器人的基準(zhǔn)位置。

在接著的步驟s5中，根據(jù)形狀特征的基準(zhǔn)位置以及機(jī)器人的基準(zhǔn)位置來決定機(jī)器人16(工具12)在多個形狀特征之間移動的順序。例如，如圖8所示，作為決定機(jī)器人16分別在形狀特征40a～40d之間移動的順序的方法，能夠使用以下所述的巡回銷售員問題的解決方法。

首先，以機(jī)器人16的基準(zhǔn)位置作為出發(fā)點(diǎn)，在形狀特征40a～40d的基準(zhǔn)位置48a～48d之間移動，隨機(jī)選擇返回到機(jī)器人基準(zhǔn)位置的路徑，求出該路徑的距離并設(shè)為暫定的最短距離。接著，如圖9所示，將機(jī)器人16的基準(zhǔn)位置作為出發(fā)點(diǎn)，在形狀特征40a～40d的基準(zhǔn)位置48a～48d之間移動，隨機(jī)選擇返回到機(jī)器人的基準(zhǔn)位置的其它路徑，如果其它路徑的距離比上述暫定的最短距離短，則更新為新的最短距離的路徑。通過將該處理重復(fù)預(yù)定次數(shù)(或求出所有路徑的距離)，能夠決定最短距離的路徑。例如，當(dāng)圖9所示的路徑成為了最短路徑時(shí)，機(jī)器人在形狀特征之間移動的順序?yàn)?8b→48a→48c→48d(或者相反)。

除了圖8～圖9所示的最短路徑的決定方法以外，也能夠適用各種方法。另外，使用巡回銷售員問題的另外的解決方法，也能夠決定機(jī)器人在形狀特征之間移動的順序。

在接著的步驟s6中，生成機(jī)器人16的動作程序，使機(jī)器人16沿著形狀特征40a～40d移動工具12，并且，使工具12按照步驟s5求出的順序在多個形狀特征40a～40d之間移動。具體地說，指定根據(jù)形狀特征40a～40d生成的示教點(diǎn)的動作形式、速度、位置以及姿勢，根據(jù)所指定的動作形式、速度、位置以及姿勢，生成機(jī)器人的動作程序以使機(jī)器人16沿著形狀特征40a～40d移動工具12，并且使機(jī)器人16按照所決定的順序在形狀特征之間移動。

另外，作為“工具12沿著特征40a～40d移動”的具體例，列舉了如圖10所示的工具12的前端描繪形狀特征40a～40d各自的輪廓線的移動。另外作為其它的具體例，如圖11所示，當(dāng)工具12具有盤狀的研磨部件時(shí)，例舉了工具12的研磨部件分別研磨形狀特征40a～40d的面的移動。

在這樣的發(fā)明中，能夠全部自動進(jìn)行以下一系列的處理，即提取工件的cad模型上的多個形狀特征，針對形狀特征以及機(jī)器人分別設(shè)定基準(zhǔn)位置，決定機(jī)器人在形狀特征間移動的適當(dāng)順序，生成工件沿著形狀特征移動并且機(jī)器人按照所決定的順序移動的動作程序。因此，在進(jìn)行去毛刺和焊接等與加工相關(guān)的機(jī)器人程序的示教時(shí)，不需要作業(yè)者通過手動操作在工件的cad模型上指定加工場所，能夠大幅削減作業(yè)時(shí)間。另外，能夠不依賴作業(yè)者的經(jīng)驗(yàn)和熟練程度而得到機(jī)器人按照適當(dāng)?shù)捻樞蛟诟骷庸鏊g移動的機(jī)器人程序。

圖12例示除了機(jī)器人16以及工件18以外在虛擬空間內(nèi)配置外圍設(shè)備52的三維模型的情況。當(dāng)通過配置外圍設(shè)備52而使機(jī)器人16在機(jī)器人16的動作程序的各個示教點(diǎn)進(jìn)行移動時(shí)，除了檢查機(jī)器人16(工具12)與工件18之間有無干擾，也能夠檢查機(jī)器人16(工具12)與外圍設(shè)備52之間有無干擾。

這里，如圖13所示，指定從與工件18或外圍設(shè)備52之間的干擾檢測對象中排除工具12中包括與工件18直接接觸或接近的部分的工具加工部位54(圖13中用斜線圖示)，從而能夠不檢測工具加工部位54與工件18或外圍設(shè)備52之間的干擾。或者，如圖14所示，即使通過指定將加工部位54以外的工具非加工部位56(圖14中用斜線圖示)設(shè)為干擾對象，也能夠不檢測工具加工部位54與工件18或外圍設(shè)備52之間的干擾。

圖15例示在動作程序的某示教點(diǎn)檢測出工具12與外圍設(shè)備52之間的干擾的情況，這種情況下，能夠通過工具前端點(diǎn)的并行移動或?qū)⒐ぞ咔岸它c(diǎn)設(shè)為中心的旋轉(zhuǎn)移動、或者并行移動以及旋轉(zhuǎn)移動雙方來搜索避免干擾的位置。

作為具體例子，圖16中，將檢測出機(jī)器人16(工具12)與外圍設(shè)備52之間的干擾的位置設(shè)為中心，在預(yù)定的搜索范圍(角度范圍)內(nèi)進(jìn)行機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)移動(w、p、r)，搜索機(jī)器人16(工具12)不干擾的位置。另外，在圖17中，將檢測出機(jī)器人16(工具12)與外圍設(shè)備52之間的干擾的位置設(shè)為基準(zhǔn)，在預(yù)定的搜索范圍內(nèi)使工具前端點(diǎn)沿著x、y、z軸并行移動(x、y、z)，搜索機(jī)器人16(工具12)不干擾的位置。

這里，在搜索機(jī)器人不干擾的位置時(shí)的并行移動或旋轉(zhuǎn)移動中能夠指定各個方向的搜索范圍。另外，在搜索機(jī)器人不干擾的位置時(shí)的并行移動或旋轉(zhuǎn)移動中，也能夠設(shè)定或者切換各個方向的搜索的有效/無效(例如，x、y軸方向的搜索為有效，z軸方向的搜索為無效)。進(jìn)一步，在搜索機(jī)器人不干擾的位置時(shí)的并行移動或旋轉(zhuǎn)移動中也能夠設(shè)定或變更各個方向的搜索順序。

如果得到了機(jī)器人與工件或外圍設(shè)備不干擾的位置(非干擾位置)的搜索結(jié)果，則進(jìn)行示教點(diǎn)的位置修正。這里，按照非干擾位置的搜索結(jié)果，作為修正示教點(diǎn)的位置的方法，能夠指定以下方法，即按照搜索的有效/無效以及搜索順序進(jìn)行機(jī)器人不干擾的位置的搜索，將最初發(fā)現(xiàn)的機(jī)器人不干擾的位置設(shè)為機(jī)器人不干擾的位置的搜索結(jié)果，修正示教點(diǎn)的位置。

此時(shí)，能夠省略在通過搜索的有效/無效以及搜索順序進(jìn)行指定的以后的各個方向的非干擾位置的搜索。或者，作為按照非干擾位置的搜索結(jié)果修正示教點(diǎn)的位置的方法，能夠指定以下方法，即按照搜索的有效/無效以及搜索順序進(jìn)行非干擾位置的搜索，比較搜索到的所有非干擾位置和干擾時(shí)的位置，將變化量最少的位置設(shè)為非干擾位置的搜索結(jié)果，修正示教點(diǎn)的位置。此時(shí)，對于通過搜索的有效/無效以及搜索順序進(jìn)行指定的所有方向執(zhí)行非干擾位置的搜索。

根據(jù)圖16或圖17所示的實(shí)施例，能夠自動生成機(jī)器人或工具與工件或外圍設(shè)備之間沒有干擾的程序，能夠大幅削減現(xiàn)有技術(shù)中程序的確認(rèn)作業(yè)和示教修正所需要的時(shí)間。

另外在上述實(shí)施方式中，將機(jī)器人編程裝置作為個人計(jì)算機(jī)進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明不限于此，例如可以是具有與上述機(jī)器人編程裝置相同功能的其它裝置，或者也能夠?qū)⒃摴δ芙M入到實(shí)際控制機(jī)器人的機(jī)器人控制裝置中。

根據(jù)本發(fā)明，在進(jìn)行去毛刺和焊接等與加工相關(guān)的機(jī)器人程序的示教時(shí)，能夠大幅削減作業(yè)者通過手動操作在工件的cad模型上指定加工場所需要的作業(yè)時(shí)間。另外，能夠不依賴作業(yè)者的經(jīng)驗(yàn)而得到機(jī)器人以適當(dāng)?shù)捻樞蛟诟骷庸鏊g移動的機(jī)器人程序。