TWI899391B

TWI899391B - 機器人控制裝置及機器人系統

Info

Publication number: TWI899391B
Application number: TW110145663A
Authority: TW
Inventors: 稻垣聰; 鈴木元
Original assignee: 日商發那科股份有限公司
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2021-12-07
Publication date: 2025-10-01
Also published as: DE112021005419T5; US20230364789A1; CN116615316B; WO2022138337A1; JPWO2022138337A1; US12447613B2; TW202225872A; CN116615316A; JP7460800B2

Abstract

[課題]提供一種可以藉由依據較少的次數的動作之機械學習來減低機器人的振動量之機器人控制裝置。 [解決手段]本發明的一態樣之機器人控制裝置，為了對藉由機器人來使其移動之對象物進行作業，而依據動作程式來控制機器人的動作，前述動作程式將包含進行作業之1個或複數個作業區間的移動路徑藉由複數個通過點來特定，前述機器人控制裝置具備：指令值製作部，依據動作程式來製作指示機器人的每個時刻的狀態之指令值；驅動部，依照指令值來驅動機器人；振動量取得部，取得藉由驅動部所驅動之機器人的每個時刻的振動量；振動量提取部，依據動作程式，從振動量取得部所取得的振動量中，提取和作業區間對應之時刻的振動量；及指令值補正部，依據振動量提取部所提取出之振動量來補正指令值。

Description

機器人控制裝置及機器人系統

本發明是有關於一種機器人控制裝置及機器人系統。

例如機器人熔接系統等藉由使以保持於機器人的前端部之工具、工件等的搬送物之位置為代表之基準點沿著預先決定之軌跡移動來進行所期望的作業之系統已廣泛地被利用。在像這樣的機器人系統中，會依照以複數個通過點來表示期望的軌跡之動作程式，來讓機器人動作成機器人的前端部依序地通過複數個通過點。

因為機器人在其機械性的構造中雖然只是稍微但仍具有彈性，所以會伴隨於其動作而產生振動。若欲藉由讓機器人的動作高速化來提升作業效率，機器人的振動會變大。於是，已提出有以下作法：測定實際的機器人的動作時的振動，並藉由依據此測定值之機械學習，來將機器人的加減速時間修正成可以抑制機器人的振動(參照例如專利文獻1)。

先前技術文獻專利文獻

專利文獻1：日本特開2019-147197號公報

發明概要

為了藉由機械學習來充分地抑制機器人的振動，必須重複地進行以下步驟：使機器人動作來確認實際上產生之振動的步驟、及補正指令值來操作已確認到之振動的步驟。在將機器人使用於例如品類多數量少之生產的製造線之情況等而會在相同的機器人系統中執行多種的動作程式的情況下，必須按每個動作程式來重複用於機械學習之動作。若將機器人的動作速度設得較大，為了將振動設為容許範圍內所需要之用於機械學習的重複次數便會增加。因此，在必要之動作程式執行次數少的情況下，會導致為了機械學習所需要的時間會抵消掉藉由機器人的動作速度的增大而形成之時間縮短。

有鑒於所述之實際情況，本發明的課題在於提供一種可以藉由依據較少的次數的動作之機械學習來減低機器人的振動之機器人控制裝置及機器人系統。

本發明的一態樣之機器人控制裝置，為了對藉由機器人來使其移動之對象物進行作業，而依據動作程式來控制前述機器人的動作，前述動作程式將包含進行前述作業之1個或複數個作業區間的移動路徑藉由複數個通過點來特定，前述機器人控制裝置具備：指令值製作部，依據前述動作程式來製作指示前述機器人的每個時刻的狀態之指令值；驅動部，依照前述指令值來驅動前述機器人；振動量取得部，取得藉由前述驅動部所驅動之前述機器人的每個時刻的振動量；振動量提取部，依據前述動作程式，從前述振動量取得部所取得的前述振動量之中，提取和前述作業區間對應之時刻的前述振動量；及指令值補正部，依據前述振動量提取部所提取出之前述振動量來補正前述指令值。

根據本發明，可以提供一種可以藉由依據較少的次數的動作之機械學習來減低振動之機器人系統。

1:機器人系統

10:機器人

20:對象物

30:振動檢測器

40:機器人控制裝置

41:程式記憶部

42:指令值製作部

43:指令值記憶部

44:驅動部

45:振動量取得部

46:振動量提取部

47:指令值補正部

P[1]~P[12]:位置

圖1是顯示本發明的一實施形態之機器人系統的構成的示意圖。

圖2是顯示藉由圖1之機器人系統來進行點熔接的情況下之對象物的移動路徑的示意圖。

圖3是顯示藉由圖1之機器人系統來進行雷射加工的情況下之對象物的移動路徑的示意圖。

圖4是顯示在圖2的移動路徑中提取振動量之範圍的示意圖。

圖5是顯示在圖3的移動路徑中提取振動量之範圍的示意圖。

圖6是顯示圖1之機器人系統中的指令值補正的流程的控制方塊圖。

圖7是顯示圖1之機器人系統中的對象物的位置的變化的圖表。

用以實施發明之形態

以下，針對本發明之實施形態，一邊參照圖式一邊說明。圖1是顯示本發明的一實施形態之機器人系統1的構成的示意圖。

本實施形態之機器人系統1具備：機器人10；對象物20，保持於機器人10的前端且藉由機器人10而移動；振動檢測器30，檢測有關於機器人10的振動量(前端部的理論上的位置與實際的位置之背離)之值；及機器人控制裝置40，控制機器人10。

作為機器人10，典型上使用的是如圖示之垂直多關節型機器人。在以下的說明中，雖然以機器人10為垂直多關節型機器人來說明，但機器人10亦可為例如水平多關節(SCARA)型機器人、並聯(parallel link)型機器人、正交座標型機器人等。

機器人10包含以關節連接之複數個連桿，並依照從機器人控制裝置40所輸入之指令值來決定各關節的驅動軸的角度位置，藉此將對象物20在世界座標系統(world coordinate system)(通常是固定有機器人10的基部之空間的座標系統)上定位。因為機器人10的連桿以及關節的驅動機構雖然只是稍微仍會彈性變形，所以可能會伴隨於機器人10的動作而產生振動。機器人10的振動會產生對象物20的振動量。

作為對象物20，可設想例如進行加工、測定等各種作業之機器、作為作業的對象之工件等，亦可為保持其等的保持具。作為一例而圖示於圖1之對象物20是藉由將工件夾入並施加熔接電流來進行點熔接之熔接頭。

振動檢測器30會檢測機器人10的前端部或對象物20在世界座標系統上的位置、加速度等為了計算振動量可利用之值。在圖示之例中，雖然已將振動檢測器30在機器人10的前端部固定成對於對象物20不相對移動，但振動檢測器30亦可在世界座標系統中呈不動地配設。

機器人控制裝置40為了針對藉由機器人10而移動之對象物20進行作業，而依據動作程式來控制機器人10的動作，前述動作程式會將包含進行該作業之1個或複數個作業區間之移動路徑藉由複數個通過點來特定。具體而言，機器人控制裝置40為了使機器人10依照動作程式來動作，而對機器人10的各驅動軸供給驅動電流。

機器人控制裝置40可以藉由例如使具有記憶體、CPU、輸入輸出介面等之1個或複數個電腦裝置執行適當的控制程式來實現。再者，於以下說明之機器人控制裝置40的各構成要素也可是在其功能上被分類之構成要素，而非可以在實體構成以及程式構成上明確地區分之構成要素。

機器人控制裝置40具備程式記憶部41、指令值製作部42、指令值記憶部43、驅動部44、振動量取得部45、振動量提取部46及指令值補正部47。

程式記憶部41會記憶動作程式。在機器人系統1中，例如可將用於在如圖2部分地顯示之移動路徑上進行點熔接之動作程式如下地描述。

例示之動作程式會和以往同樣地，包含指定機器人10的通過點之命令語句、與表示學習的開始點以及結束點之命令語句。在指定機器人10的通過點之命令語句中，可以描述指示針對對象物20的作業的執行之命令。在例示的動作程式中，「位置[n]」是表示在另行定義通過點的表格中已定義成第n個的通過點。實際上針對對象物進行作業的作業區間之起點以及終點，可各自藉由任一個通過點來特定。再者，關於「位置[n]」，在圖式上，為了簡化而表示為「P[n]」。

在本實施形態之機器人控制裝置40中，構成為可以在表示學習的開始點之命令語句中描述作業的種類。藉由所描述的作業的種類，可判別：是否為如點熔接一般在單一通過點進行之作業，是否為例如雷射加工一般在任一個通過點開始而在其他的通過點結束之作業。在例示之動作程式中，第6行的顯示學習的開始點之命令語句末尾之「點」是表示以下內容之開關(switch)：作業內容為點熔接，且作業區間只有1個通過點，亦即作業區間的起點與終點為相同。在上述動作程式中，第7行、第9行以及第11行之「點[S=1]」是表示應當在該行所描述之通過點上進行點熔接。

其次，例示以下情況之動作程式：作為用於讓對象物20連續地對工件照射雷射來形成線狀之溝的雷射頭，而在如例如圖3所示之移動路徑上進行雷射加工。

在例示之動作程式中，第3行的顯示學習的開始點之命令語句末尾之「雷射加工」是表示以下內容之開關：作業內容為雷射加工，且作業區間從記載有表示雷射照射的開始點之命令的通過點開始，並在記載有表示雷射照射的結束點之命令的通過點結束。在上述動作程式中，第4行、第11行以及第19 行之「DO[1]=開啟」是指示以下情形之命令：在下一行所描述之通過點上開始雷射照射，第8行、第16行及第23行的「DO[1]=關閉」是指示以下情形之命令：在前一行所描述之通過點上結束雷射照射。

指令值製作部42會依據動作程式來製作指示機器人10的每個時刻的狀態之指令值。具體而言，會計算在使對象物20沿著描述於動作程式之路徑移動的情況下，機器人10的各驅動軸在每個時刻應採取之位置。

指令值記憶部43會記憶指令值製作部42所製作出之指令值。記憶於指令值記憶部43的指令值可藉由指令值補正部47來更新。

驅動部44是依照已記憶於指令值記憶部43之指令值來驅動機器人10。具體而言，是計算驅動軸的旋轉速度以及該旋轉速度所需要之驅動電流，並將所計算出之驅動電流供給到機器人10的各軸，以讓機器人10的各驅動軸成為藉由指令值所指定之角度位置。

振動量取得部45會依據振動檢測器30的檢測值，來取得藉由驅動部44所驅動之機器人10的每個時刻的振動量。具體而言，在振動檢測器30會檢測機器人10的前端部或對象物20在世界座標系統中的位置的情況下，振動量取得部45可構成為從由振動檢測器30的檢測值與機器人控制裝置40的指令值所計算的位置之差來計算振動量。又，在振動檢測器30會檢測機器人10的前端部或對象物20的加速度的情況下，振動量取得部45亦可構成為從由振動檢測器30的檢測值與機器人控制裝置40的指令值所計算的加速度之差來計算振動量。

振動量提取部46會依據動作程式，從振動量取得部45所取得的振動量之中，提取和作業區間對應之時刻的振動量。在此，所謂「和作業區間對應之時刻」宜設為屬於以下範圍之時刻：作業區間的整個範圍、以及其終點和作業區間的起點一致之預定的設定範圍，亦即緊接在作業區間之前的設定範圍。「設定範圍」是預想為會對作業區間的起點中的機器人10的振動帶來大的影響之範圍，且可依據事先設定之預定的規則來決定。具體而言，可因應於預想得到的機器人10的振動來將例如一定的時間範圍、一定的移動距離範圍、和移動速度成比例之時間範圍等適當設定為設定範圍。再者，設定範圍亦可設定為「零」，亦即設定成使振動量的提取範圍和作業區間一致。

於圖4以粗線來表示在圖2的移動路徑中提取振動量之範圍，於圖5以粗線表示在圖3的移動路徑中提取振動量之範圍。像這樣，振動量提取部46會僅提取針對對象物20進行作業之作業區間及緊接在其之前的設定範圍中的振動量，而無視除了緊接在作業區間之前的設定範圍以外之不進行作業的區間的振動量。

一般而言，雖然動作程式會為了在作業區間中針對對象物20正確地進行作業而製作成限制對象物20的速度以及加速度，但是在作業區間之間會為了縮短週期時間而以不限制速度及加速度的方式來製作。若依照這種動作程式，於剛從作業區間的終點開始往下一個作業區間的起點移動之後，因機器人10的加速度成為最大之機器人10的彈性變形所造成之振動量會容易變大。

指令值補正部47會藉由依據振動量提取部46所提取出的振動量之機械學習來補正讓機器人10的振動量變小之指令值。指令值補正部47會當作振動量提取部46所未提取出之時刻的振動量為零來處理。亦即，指令值補正部47會以如下的方式來補正指令值：僅將作業區間及緊接在其之前的設定範圍中的可能影響到針對對象物20的作業之精度的振動量變小。另一方面，指令值補正部47對剛從作業區間的終點開始往下一個作業區間的起點移動後的不影響針對對象物20的作業之精度且振動量容易變大之範圍中的振動量不進行補償。再者，由依據振動量之機械學習所進行之指令值的補正可以藉由公知的方法來進行。

若補償機器人10的加速度較大的期間的振動時，可能會在機器人 10的加速度降低時發生過衝(overshoot)而使振動量變大。由於指令值補正部47會容許這種機器人10的加速度較大的期間之振動，因此可以防止在作業區間內產生因振動量補償的過衝所造成的振動量的增大之情形。再者，在作業區間與下一個作業區間之間不進行作業而移動對象物20的期間，即使機器人10的實際的位置與藉由動作程式所預期的位置之間產生背離，也不會對作業的結果造成影響。

於圖6以控制方塊圖來顯示機器人系統1中的指令值補正的流程。如此，將振動檢測器30的檢測值的一部分藉由振動量提取部46遮蔽(masking)之後，藉由指令值補正部47來補正指令值，藉此可以藉由依據較少的次數的動作之機械學習來有效地減低作業區間中的機器人10的振動。

於圖7將藉由機器人系統1所進行之點熔接中的對象物20的位置的時間變化之一例顯示為圖表。於圖中顯示：由依照動作程式之補正前的指令值所形成之位置變化、由補正成藉由3次的動作而減輕整個區間的振動之指令值所形成之位置變化、及由補正成藉由3次的動作而減輕作業區間以及設定範圍的振動之指令值所形成之位置變化。在此例中，作業區間(進行點熔接之通過點)的時刻為1.5秒，設定範圍的起點的時刻為0.7秒。

如圖所示，藉由以振動量提取部46僅提取作業區間以及設定範圍的振動量來補正指令值，可以大幅地抑制在進行點熔接之時間點上的振動。

以上，雖然已針對本揭示之機器人系統的實施形態進行了說明，但本揭示的範圍並不受限於前述之實施形態。又，前述之實施形態所記載的效果，不過只是列舉了由本揭示之機器人系統所產生之最理想的效果，本揭示之機器人系統之效果並不限定於前述之實施形態所記載的效果。