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TW202529973A - 工具座標系統之設定裝置及設定方法以及機器人系統 - Google Patents

工具座標系統之設定裝置及設定方法以及機器人系統

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TW202529973A
TW202529973A TW113150352A TW113150352A TW202529973A TW 202529973 A TW202529973 A TW 202529973A TW 113150352 A TW113150352 A TW 113150352A TW 113150352 A TW113150352 A TW 113150352A TW 202529973 A TW202529973 A TW 202529973A
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robot
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tool
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TW113150352A
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Inventor
山﨑岳
Original Assignee
日商發那科股份有限公司
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

本發明提供一種可簡單地教示、設定機器人之工具座標系統，且亦容易進行之後之微調整等之設定裝置、機器人系統及設定方法。本發明之設定裝置具有：顯示部，其顯示自與機器人之位置姿勢關係為已知之3維感測器取得之表示上述機器人之構成要件之3維形狀之第1圖像、與包含姿勢相關之資訊之第2圖像；操作部，其可於上述顯示部上變更上述第2圖像之位置姿勢；及設定部，其基於上述第1圖像與上述第2圖像之相對之位置姿勢之關係，設定具有與上述第2圖像之位置姿勢相同之位置姿勢之工具座標系統。

Description

工具座標系統之設定裝置及設定方法以及機器人系統
本揭示係關於一種工具座標系統之設定裝置及設定方法以及機器人系統。
已知於使用機器人進行作業時，對機器人教示或設定工具座標系統之技術。工具座標系統例如為相對於設置於機器人之臂前端之工具設定之座標系統，可基於此進行機器人之動作之教示等。
作為對機器人教示或設定工具座標系統之技術，已知有各種者。例如，周知相對於實體空間內之1個點，以複數個姿勢觸摸工具前端點等之機器人之代表點的方法。
作為其他方法，周知如下之技術：於將可以2維相機檢測之目標物安裝於工具前端之狀態下，使機器人動作，檢測該目標物之位置，並個別地輸入該目標物之姿勢。作為進而其他方法，已知執行離線之模擬，將該結果負載於實體機器人之技術。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2020-075325號公報 [專利文獻2]日本專利特開2018-069361號公報
[發明所欲解決之問題] 於將工具前端點觸摸至實體空間內之點之方法中，若工具前端點並非如可正確地規定特定位置般之(例如較尖之)形狀，則難以進行正確之教示、設定。又於使用目標物之方法中，除存在難以於工具前端安裝目標物之情形外，亦於因姿勢由作業者等輸入，故工具前端傾斜之情形時等花費較多精力。再者，於使用離線之模擬之情形時，除需要另外模擬軟體外，於該模擬軟體與實體機器人之連結不良好之情形時，難以調整設定之工具座標系統。
因此，期望可簡單地教示、設定工具座標系統，且根據需要亦容易進行之後之微調整等的裝置或方法。 [解決問題之技術手段]
本揭示之一態樣之工具座標系統之設定裝置具有：顯示部，其顯示自與機器人之位置姿勢關係為已知之3維感測器取得之表示上述機器人之構成要件之3維形狀之第1圖像、及包含與姿勢相關之資訊之第2圖像；操作部，其可於上述顯示部上變更上述第2圖像之位置姿勢；及設定部，其基於上述第1圖像與上述第2圖像之相對之位置姿勢之關係，設定具有與上述第2圖像之位置姿勢相同之位置姿勢之工具座標系統。
本揭示之另一態樣之機器人系統具有：機器人；3維感測器，其與上述機器人之位置姿勢關係為已知；顯示部，其顯示自上述3維感測器取得之表示上述機器人之構成要件之3維形狀之第1圖像、及與包含姿勢相關之資訊之第2圖像；操作部，其可於上述顯示部上變更上述第2圖像之位置姿勢；及設定部，其基於上述第1圖像與上述第2圖像之相對之位置姿勢之關係，設定具有與上述第2圖像之位置姿勢相同之位置姿勢之工具座標系統。
本揭示之又一態様之工具座標系統之設定方法包含如下步驟：將自與機器人之位置姿勢關係為已知之3維感測器取得之表示上述機器人之構成要件之3維形狀之第1圖像、與包含姿勢相關之資訊之第2圖像顯示於顯示部；於上述顯示部上變更上述第2圖像之位置姿勢；及基於上述第1圖像與上述第2圖像之相對之位置姿勢之關係，設定具有與上述第2圖像之位置姿勢相同之位置姿勢之工具座標系統。
圖1係包含實施形態之設定裝置之機器人系統之概略構成圖。機器人系統2具有：垂直多關節機器人等之產業用機器人4；機器人控制裝置6，其具備處理器及記憶體等，控制機器人4；教示操作盤8，其具備處理器及記憶體等，以有線或無線可通信地連接於機器人控制裝置6；及個人電腦(PC：Personal Computer)等之設定裝置10，其以有線或無線可通信地連接於機器人控制裝置6及教示操作盤8中之至少一者。教示操作盤8例如為使用者為了教示機器人4而可操作之平板等之可攜式終端。
於本說明書中，「使用者」作為包含使用者及作業者等操作設定裝置10等之人之用語使用。又「位置姿勢」作為包含位置及姿勢兩者之用語使用。
機器人4具備：基台12，其設置於工廠等之指定之場所；可動部(此處為機械臂)14，其構成為相對於基台12可動；凸緣16，其安裝於機械臂14之前端；及機械手等之工具18，其安裝於凸緣16。
機器人4之構成要件(此處為工具18)之位置姿勢可由3維(3D)感測器20檢測。3D感測器20例如設置於架台22等之固定部位，可檢測工具18之位置及形狀，例如可輸出後述之點群資料作為表示工具18之3維形狀之第1圖像之例。作為3D感測器，可使用利用2個相機之立體型、將相機與光源組合之TOF(Time Of Flight：飛行時間)型、使用相機與投影機之構造化照明型等各種類型。
使用者可使用教示操作盤8，對機器人控制裝置6輸入各種資訊，或自機器人控制裝置6接收資訊，使其顯示於教示操作盤8之顯示器等。又，使用者可使用設定裝置10，進行用於後述之工具座標系統之設定等之輸入操作等。設定裝置10具有滑鼠或鍵盤等之輸入部24、液晶畫面等之顯示器26、以及處理器及記憶體等之電子零件28，於本實施形態中，輸入部24、顯示器26及電子零件28分別相當於操作部、顯示部及設定部。
以下，參照圖1-圖7，對系統2中之動作及處理之具體例進行說明。首先於步驟S1中，使用3D感測器20，檢測安裝於機器人4之工具18。另由於將3D感測器20之設置位置定為機器人之作業空間內(使用者座標系統)中之位置，故藉由步驟S1之處理，可知使用者座標系統中之工具18之位置姿勢。
於下一個步驟S2中，如圖2所示，將實際以3D感測器20檢測工具18而獲得之輸出，具體而言工具18之點群資料30顯示於設定裝置10之顯示器26等。此處，工具18係具有如圖5或圖6所示之2個爪54之固持式之手，圖2中之左側之點群32相當於工具18之前端側，右側之點群34相當於後端側(連接於凸緣16之一側)。
接著於步驟S3中，如圖3所示，於點群資料30(此處為前端側之點群32)，重疊顯示表示工具座標系統之第2圖像(此處為指針36)。指針36可藉由使用者經由輸入部24之操作而顯示，但亦可基於預先準備之程式等，於與點群資料30之顯示同時或顯示後，於適當之位置自動地顯示指針36。
由於指針36藉由之後之處理被設定為工具座標系統，故較佳為具備如下之形狀：包含工具座標系統之姿勢相關之資訊，除工具座標系統之位置外亦可視覺上辨識姿勢相關之資訊。於圖示例中，指針36具有與工具前端點(TCP)等之工具座標系統之代表點對應之原點38、以及於原點38互相正交之3條直線40、42及44，該等3條直線分別相當於工具座標系統之X、Y及Z軸。
接著於步驟S4中，變更、教示指針36之位置姿勢。該處理可藉由使用者經由輸入部24之操作而執行。由於使用者可一面視認顯示器26一面視覺上變更指針36之位置姿勢，故可將指針36變更為期望之位置姿勢。又由於指針36之位置姿勢於設定裝置10中假想空間內被變更，故指針36(之原點)未必位於工具18之表面上，例如後述之圖6所示，亦可定位於不存在工具18之空間。
接著於步驟S5中，設定裝置10基於變更之指針之位置姿勢，計算使用者座標系統中之工具18之代表點(此處為工具前端點(TCP))之位置姿勢。具體而言，基於指針36與點群資料30所包含之點中之至少一者(例如最接近指針36之點)之位置關係，計算使用者座標系統中之指針36之原點38之位置姿勢。由於使用者座標系統中之凸緣16之位置為已知，故亦可簡單地計算安裝於凸緣16之表示工具18之點群30各者之位置，因此亦可容易地謀求TCP之位置姿勢。
接著，於步驟S6中，將計算出之TCP設為原點之指針36作為工具座標系統設定於機器人控制裝置6。即工具座標系統具有與指針36之位置姿勢相同之位置姿勢。又作為工具座標系統之設定資訊，點群資料30、與使用者變更、教示之指針36之位置可保存於設定裝置10具有之記憶體等。藉此，於設定裝置10中，可於期望之時序再現設定之工具座標系統，或適當調整其位置或姿勢中之至少一者。又，除指針36之操作外，亦可設置以使用者可直接輸入與使用者座標系統對應之數值之方式構成之使用者介面。
機器人控制裝置6可基於設定之工具座標系統，製作動作指令並發送至機器人4等，適當地控制機器人4。又對難以設定、教示TCP之形狀之工具，亦可簡單地設定、教示TCP，使用者藉由工具座標系統周圍之微動操作，亦可對暫時設定之工具座標系統進行微調整。
於利用上述離線之模擬之情形時，存在工具18相對於凸緣16之安裝誤差時，難以正確地設定工具座標系統。相對於此，於本實施例中，由於使用檢測實際之機器人之工具獲得之3D資料進行工具座標系統之設定、教示，故不受安裝誤差引起之不良影響。
圖4係顯示於表示工具18之點群資料30，重疊顯示表示工具18之形狀之訊框之例。基於預先存儲於設定裝置10之記憶體等之工具18之CAD(Computer Aided Design：電腦輔助設計)資料、與3D感測器20對工具18之檢測結果，可於顯示之點群資料30，重疊顯示表示工具18之形狀之訊框。於圖示例中，於工具18之前端側重疊顯示訊框46，於工具18之凸緣側重疊顯示訊框48。藉由此種顯示，使用者可視覺上高效地進行工具座標系統之設定(指針之操作)。例如，於欲將工具座標系統之原點設定於工具18之外表面之情形時，若顯示訊框46、48，則使用者之操作變得更容易。
於圖4之例中，為了顯示基於CAD資料之訊框46、48，而進行用於自取得之點群資料中檢測與CAD資料同樣之形狀之由CAD模型匹配之檢測處理。但亦可代替CAD模型匹配，將由各種檢測工具檢測出之檢測結果重疊顯示於點群資料。例如，可舉檢測將點群資料中之接近點彼此連結之連結點集合(3維斑點)之處理。於該處理中，至少設定用於將相鄰之點群視為連結點集合之距離之閾值，自點群全體檢測連結點集合。可將藉由該處理檢測出之連結點集合作為表示工具18之3維形狀之第1圖像之一部分而顯示。作為其他檢測工具，亦可將使用AI(人工智慧)產生之分段，重疊顯示於點群資料。
圖5-圖6顯示利用預先準備之工具18之3D模型(CAD模型等)50作為表示工具18之3維形狀之第1圖像之例。基於實際以3D感測器20檢測工具18而獲得之結果，可自記憶體等讀出與工具18對應之3D模型50，且可以適當之位置姿勢顯示3D模型50。藉由利用3D感測器20之檢測結果及CAD模型50，可將具有連接於凸緣16之後端部52、與前端部(此處為2個爪)54之3D模型50顯示於顯示器26，使用者可一面視認顯示之3D模型50一面進行指針36之操作。
圖5顯示變更指針36之姿勢之例。例如，顯示以指針36之原點為中心之球體56，藉由使用者對球體56進行旋轉操作，可使指針36以期望之姿勢旋轉。
圖6顯示變更指針36之位置之例。例如，藉由使用者變更通過圖5之操作而成為期望之姿勢之指針36之原點38之位置，可使指針36成為期望之位置姿勢，可基於該指針36設定工具座標系統。
如此，藉由3D感測器20檢測與CAD資料對應之工具18，於顯示部26顯示CAD模型50及指針36之3維圖像作為該檢測結果，決定指針36相對於CAD模型50之位置姿勢，藉此可設定工具座標系統。由於3D模型50係正確地顯示工具18之形狀者，故使用者可於期望之位置正確地設定工具座標系統。
於上述實施形態中，作為設定裝置10之例已說明連接於機器人控制裝置6之PC10，但並不限定於此。例如，教示操作盤8可具有設定裝置之功能，或可為機器人控制裝置6具有設定裝置之功能，自連接於機器人控制裝置6之PC10經由瀏覽器等進行上述處理。
根據本揭示之實施形態，可顯示實際以3D感測器檢測機器人之一部分而獲得之結果(第1圖像)，使用者可一面視認第1圖像一面決定、變更包含姿勢資訊之第2圖像之位置姿勢。因此，即便工具為複雜之形狀亦可於任意位置設定工具座標系統，且即便存在實際工具之安裝誤差等亦以3D感測器檢測包含該誤差之狀態之機器人，因此誤差不影響工具座標系統之位置精度。
已對本揭示進行詳述，但本揭示並非限定於上述之各個實施形態者。該等實施形態可於不脫離本揭示之主旨之範圍內，或不脫離自申請專利範圍所記載之內容及其均等物導出之本揭示之主旨之範圍內，進行各種追加、置換、變更、部分刪除等。又，該等實施形態亦可組合實施。例如，於上述之實施形態中，各動作之順序或各處理之順序係作為一例而表示者，而並非限定於此等者。又，於上述之實施形態之說明中使用數值或數式之情形亦同樣。
關於上述實施形態及變化例，進而揭示以下附記。
(附記1) 一種工具座標系統之設定裝置，其具有：顯示部，其顯示自與機器人之位置姿勢關係為已知之3維感測器取得之表示上述機器人之構成要件之3維形狀之第1圖像、與包含姿勢相關之資訊之第2圖像；操作部，其可於上述顯示部上變更上述第2圖像之位置姿勢；及設定部，其基於上述第1圖像與上述第2圖像之相對之位置姿勢之關係，設定具有與上述第2圖像之位置姿勢相同之位置姿勢之工具座標系統。
(附記2) 如附記1之設定裝置，其中上述構成要件係安裝於上述機器人之工具，上述顯示部於上述第1圖像重疊顯示上述第2圖像。
(附記3) 如附記1或2之設定裝置，其中上述顯示部顯示表示上述構成要件之3維形狀之點群資料。
(附記4) 如附記1或2之設定裝置，其中上述顯示部將由指定之檢測工具檢測出之檢測結果重疊顯示於上述點群資料。
(附記5) 如附記4之設定裝置，其中上述顯示部將由指定之檢測工具檢測出之將上述點群資料中之接近點彼此連結之連結點集合重疊顯示於上述點群資料。
(附記6) 如附記4之設定裝置，其中上述顯示部將使用AI產生之分段，重疊顯示於上述點群資料。
(附記7) 如附記4之設定裝置，其中上述顯示部將表示上述構成要件之3維形狀之CAD模型作為上述檢測結果顯示。
(附記8) 一種機器人系統，其具有：機器人；3維感測器，其與上述機器人之位置姿勢關係為已知；顯示部，其顯示自上述3維感測器取得之表示上述機器人之構成要件之3維形狀之第1圖像、與包含姿勢相關之資訊之第2圖像；操作部，其可於上述顯示部上變更上述第2圖像之位置姿勢；及設定部，其基於上述第1圖像與上述第2圖像之相對之位置姿勢之關係，設定具有與上述第2圖像之位置姿勢相同之位置姿勢之工具座標系統。
(附記9) 一種工具座標系統之設定方法，其包含如下步驟：將自與機器人之位置姿勢關係為已知之3維感測器取得之表示上述機器人之構成要件之3維形狀之第1圖像、與包含姿勢相關之資訊之第2圖像顯示於顯示部；於上述顯示部上變更上述第2圖像之位置姿勢；及基於上述第1圖像與上述第2圖像之相對之位置姿勢之關係，設定具有與上述第2圖像之位置姿勢相同之位置姿勢之工具座標系統。
2:機器人系統 4:機器人 6:機器人控制裝置 8:教示操作盤 10:設定裝置 12:基台 14:可動部 16:凸緣 18:工具 20:3D感測器 22:架台 24:輸入部 26:顯示器 28:電子零件 30:點群資料 32:點群 34:點群 36:指針 38:原點 40,42,44:直線 46,48:訊框 50:3D模型 52:後端部 54:前端部 56:球體 S1～S6:步驟
圖1係包含實施形態之設定裝置之機器人系統之概略構成圖。 圖2係顯示以3D感測器檢測機器人之工具之結果之一例之圖。 圖3係顯示於圖2之檢測結果重疊顯示工具座標系統之狀態之圖。 圖4係顯示於圖2之檢測結果重疊顯示工具之3D模型之例之圖。 圖5係顯示於工具之3D模型設定工具座標系統並旋轉之例之圖。 圖6係顯示變更圖5之工具座標系統之位置之例之圖。 圖7係顯示工具座標系統之設定方法之一例之流程圖。
2:機器人系統
4:機器人
6:機器人控制裝置
8:教示操作盤
10:設定裝置
12:基台
14:可動部
16:凸緣
18:工具
20:3D感測器
22:架台
24:輸入部
26:顯示器
28:電子零件

Claims (9)

  1. 一種工具座標系統之設定裝置，其具有： 顯示部，其顯示自與機器人之位置姿勢關係為已知之3維感測器取得之表示上述機器人之構成要件之3維形狀之第1圖像、與包含姿勢相關之資訊之第2圖像； 操作部，其可於上述顯示部上變更上述第2圖像之位置姿勢；及 設定部，其基於上述第1圖像與上述第2圖像之相對之位置姿勢之關係，設定具有與上述第2圖像之位置姿勢相同之位置姿勢之工具座標系統。
  2. 如請求項1之設定裝置，其中上述構成要件係安裝於上述機器人之工具，上述顯示部於上述第1圖像重疊顯示上述第2圖像。
  3. 如請求項1或2之設定裝置，其中上述顯示部顯示表示上述構成要件之3維形狀之點群資料。
  4. 如請求項1或2之設定裝置，其中上述顯示部將由指定之檢測工具檢測出之檢測結果重疊顯示於上述點群資料。
  5. 如請求項4之設定裝置，其中上述顯示部將由指定之檢測工具檢測出之將上述點群資料中之接近點彼此連結之連結點集合重疊顯示於上述點群資料。
  6. 如請求項4之設定裝置，其中上述顯示部將使用AI產生之分段，重疊顯示於上述點群資料。
  7. 如請求項4之設定裝置，其中上述顯示部將表示上述構成要件之3維形狀之CAD模型作為上述檢測結果顯示。
  8. 一種機器人系統，其具有： 機器人； 3維感測器，其與上述機器人之位置姿勢關係為已知； 顯示部，其顯示自上述3維感測器取得之表示上述機器人之構成要件之3維形狀之第1圖像、與包含姿勢相關之資訊之第2圖像； 操作部，其可於上述顯示部上變更上述第2圖像之位置姿勢；及 設定部，其基於上述第1圖像與上述第2圖像之相對之位置姿勢之關係，設定具有與上述第2圖像之位置姿勢相同之位置姿勢之工具座標系統。
  9. 一種工具座標系統之設定方法，其包含如下步驟： 將自與機器人之位置姿勢關係為已知之3維感測器取得之表示上述機器人之構成要件之3維形狀之第1圖像、與包含姿勢相關之資訊之第2圖像顯示於顯示部； 於上述顯示部上變更上述第2圖像之位置姿勢；及 基於上述第1圖像與上述第2圖像之相對之位置姿勢之關係，設定具有與上述第2圖像之位置姿勢相同之位置姿勢之工具座標系統。
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