工業機器人的幹擾防止方法
2023-05-20 11:16:21
專利名稱：工業機器人的幹擾防止方法
技術領域：
本發明涉及一種工業機器人的幹擾防止方法以及用於同樣目的的裝卸機器人，尤其涉及這樣的方法和用於該方法的機器人。該方法可以將一個由於出現故障而被迫停止其操作的機器人送回到一個預定的位置，並且在裝卸操作期間通過該機器人周圍布置的一個物體來防止機器人的幹擾。在該裝卸操作中堆疊在工件堆疊臺上的工件被逐一抓起，並且工件被逐一送到一個加工機械如壓製機或彎板機或打包機如綑紮機，而且逐一被堆疊在一個堆疊臺之上。
通常，如圖7所示，這種類型的機器人布置在一個加工機械50如彎板機之前。該機器人這樣構造，使得在水平軸(第一軸J1)上旋轉的第一臂53通過一個第一旋轉接頭52與固定在地板上的支撐結構51的上部徑向連接。在水平軸(第二軸J2)上旋轉的第二臂55通過一個第二旋轉接頭54與第一臂53的一個末端徑向連接。在水平軸(第三軸J3)上旋轉的第三臂57通過一個第三旋轉接頭56與第二臂55的一個末端在同軸方向上連接。在水平軸(第四軸J4)上旋轉的手59通過一個第四旋轉接頭58與第三臂57的一個末端徑向連接。為這些旋轉接頭分別提供了伺服電動機M1、M2、M3和M4，以及位置檢測裝置如用於檢測這些旋轉接頭的旋轉位置的編碼器。通過使用位置檢測裝置持續檢測手59的位置，這些旋轉接頭的旋轉角度受到控制，以便手59查出多個記憶中初始教授和存儲的點。手59中心位置的坐標是由X坐標(箭頭X的方向)和Y坐標(箭頭Y的方向)構成的笛卡爾坐標，其中，當手59由於第一到第三旋轉接頭旋轉的共同作用以水平方向平行移動時，X坐標是手59的橫向距離；當手59由於第一到第三旋轉接頭旋轉的共同作用以垂直方向平行移動時，Y坐標是手59的橫向距離。手59的姿態通過由A坐標和B坐標構成的兩個極坐標來控制，其中，A坐標是手59環繞第四軸J4的旋轉角度；B坐標是手59的環繞第三軸J3的旋轉角度。四個軸的坐標的原點是任意的，並且機器人的一個基本姿態可以預定為這樣的一個原點。為手59提供了一個諸如真空罩60的抓取部件。伺服發動機M1到M4由一個安裝在控制板61內的微計算機控制。
使用這樣的機器人62，在一個周期內實現一系列操作並且這些周期性操作被反覆執行。這些操作包括下降手59吸拾起一個供給臺(worksupply base)63處的沒有進行任何加工的工件；將該工件的一個邊沿推進並插入加工機械50以彎曲工件；從加工機械50中收回該工件到一個預定的位置，然後手關於水平軸旋轉；對該工件的另一邊沿執行加工機械50的加工；並且在該工件的加工完成之後將工件堆疊在制品堆疊臺(productstacking base)64上以及將手59返回供給臺63處以拾起下一個還沒有進行任何加工的工件。然而，必須提到的是，手提升量的改變相當於供給臺63處剩餘工件的高度，同樣也相當於製品堆疊臺64處剩餘工件的高度。
為以最有效的方式實現上面提到的重複操作，機器人62被預先教授以便以重疊方式或同步地在上面提及的四個軸上執行操作。由於機器人62根據預先教授的順序和時間控制實現操作，在常規過程中完成操作期間都不會出現故障。然而，當出現一個故障，如在工作過程中間工件的墜落和機器人的操作相應地停止時，機器人62返回到一個能夠確定工件的固定位置，例如供給臺上的一個位置或者加工機械模板上的一個位置，並且重新抓取工件。接著，被機器人抓取著的工件返回到機器人停止的位置，並且機器人根據原過程的程序再次操作。通常，在這樣的情況下，手移動到的下一個目標位置被教授，並且使用一個自動操作將手移到該目標位置或者使用手工操作將手移到該目標位置以便通過逐個地手工操作軸來一點一點地移動手。
使用自動操作將手移動到所教授的目標位置，然而，如果不採用任何次序同時完成四個軸上的操作，那麼工件或手可能會與機器人周圍布置的物體發生猛烈碰撞，並導致該手摺斷或破裂。另一方面，通過逐個低速操作軸完成的手工操作會佔用大量的操作時間，從而導致操作效率的降低。
因此，本發明的一個目的是提供一種幹擾防止方法和能夠實現該方法的機器人，該方法能在出現故障之後增強將機器人恢復到正常操作的效率。
根據本發明的工業機器人的幹擾防止方法的特徵在於一個自動將機器人手移動到一個教授目標位置的操作，包括如下步驟一個讀取當前手位置的步驟；計算手當前位置和教授目標位置之間差異步驟；判斷這一差異是否在預定範圍之內還是之外的步驟；當差異處於預定範圍之內時，則將手的運動速度設置為一個預定通常速度；當差異超出預定範圍時，則將手的運動速度設置為一個預定低速的步驟以及以設定速度將手自動移動到目標位置的步驟。上面提及的預定範圍的確定是根據操作的類型、工件的大小或者布置在機器人周圍的物體的形狀來確定的。上面提及的手的移動包括除場地中手的中心點的橫向移動之外的環繞水平軸或垂直軸的手的旋轉。這種情況下，手的中心點沒有移動，手只是角度的移動。
根據本發明的方法，當前位置是由多個坐標確定的並且計算教授目標位置與至少一個軸上的坐標之間的差異以及基於這種差異所作的判斷。另外，當至少一個坐標超出預定範圍時，將手的移動速度設置為一低速是可能的。
根據本發明的裝卸機器人是機器人的一種類型，該類型機器人重複一個從預定位置拾起一個工件的操作以及按照教授的路徑和操作次序傳送工件到另一個恰當的位置。裝卸機器人包括一隻用來抓取工件的手、一種移動手的裝置、用於檢測手的當前位置的檢測器、用於教授手目標位置的方法、用於移動手的裝置、存儲手的運動速度和一個這些速度之間差異的預定範圍的方法，該速度至少在兩級上變化、判斷這種差異是否在預定範圍之內還是之外的方法以及當獲得的差異在預定的範圍之內時將手的運動速度設置為一個通常速度同時當獲得的差異在預定範圍之外時將手的運動速度設置為低速的方法。
根據本發明的方法，不用計算幹擾是否實際發生還是沒有發生，而是基於教授的目標位置和當前位置之間的距離是否在預定範圍之內還是之外來判斷幹擾概率是高還是低。換句話說，在從當前位置到教授位置間的距離短的情況下，發生這樣的事情，例如當一個沒有進行任何加工的工件恰好在工件從供給臺上拾起之後墜落，那麼幹擾的概率相對低些。另一方面，在手從當前位置到目標位置必須運動或移動一段長距離的情況下，發生這樣的事情，例如當一個已經加工過的工件恰好在工件堆疊到製品堆疊臺上之前墜落，那麼幹擾的概率相對高些。當目前位置和目標位置間的距離，即被移動的距離長時，幹擾的概率就高些，同時，被移動的距離較短時，幹擾的概率就低些，基於從實踐中得來的這一原理，本發明使用目標位置和當前位置間的差異作為一個判斷幹擾概率的標準。因此，本發明的一個優點是使得用於判斷幹擾是否出現的計算變的簡單，使得能夠進行高速判斷，同時足夠可靠地防止幹擾。
進一步，當手要移動通過一短距離時，手以一通常速度移動以便確保較高的操作效率；同時當手要移動通過一長距離時，速度轉換到一低速以便操作員在手導致幹擾之前恰好能夠強迫停止手的移動，因此可靠地防止這樣一種幹擾。在強迫停止手的移動之後，操作員手工操作該機器人使得手移動到一個能夠防止幹擾的位置。當不存在幹擾的可能時，手自動移動到目標位置。在恰好出現幹擾之前手被停止之後再次確定目標位置是可能的。根據本發明，在這種方式中，使用一種簡單的計算能夠可靠地防止幹擾，概括地說，就是基於當前位置和目標位置之間距離的差異來改變操作的速度，同時巧妙地結合自動操作和手工操作。
上面提及的幹擾防止方法是為這樣的機器人提供的，該機器人能夠跟蹤防止幹擾的路徑，即該機器人具有多於兩個的橫向坐標。然而，這種方法對於這樣的機器人更為有效，該機器人具有一個包括多於三個或四個橫向坐標的複雜的橫向坐標系統。在這種情況下，上面提及的方法應用於任何一個易於導致幹擾的橫向坐標或者應用於多個橫向坐標，並且噹噹前位置和目標位置之間的差異超出一個預定範圍時，所有的操作均以一低速完成。根據本發明提供這樣一種機器人，該機器人用於實現上面提及的幹擾防止方法。
圖1是一個示意流程圖。該流程圖顯示了根據本發明的幹擾防止方法的一種實施方式。
圖2是一個示意流程圖。該流程圖顯示了圖1所應用的裝卸方法的主要過程的步驟。
圖3是顯示圖2的主要過程的示意流程圖。
圖4是一個簡圖。該簡圖顯示了本發明的幹擾防止方法的另一實施方式的細節。
圖5是一個簡圖。該簡圖顯示了本發明的幹擾防止方法的又一實施方式的細節。
圖6是一個簡圖。該簡圖顯示了本發明的幹擾防止方法的再一實施方式的細節。
圖7是一個概要示圖。該示圖顯示了用於本發明方法的裝卸機器人和其外圍設備。
幹擾防止方法和用於該方法的機器人將參考其實施方式以及下面相應的附圖進行解釋。
在這些圖中，圖1是一個示意流程圖，該流程圖顯示了根據本發明的幹擾防止方法的一個實施方式；圖2是一個示意流程圖，該流程圖顯示了幹擾防止方法所應用的裝卸方法的主要過程的步驟；圖3是一個顯示幹擾防止方法的主要過程的示意流程圖；圖4、圖5和圖6是簡圖，該簡圖顯示了本發明的幹擾防止方法的其它實施方式的細節；以及圖7是一個概要示圖，該示圖顯示了用於本發明方法的裝卸機器人。
本發明所應用的裝卸方法的整個步驟參考圖2和圖3解釋。在圖2和圖3中，數字1表示一個提供沒有進行任何加工的工件的供給臺，數字3表示諸如彎板機這樣的加工機械，以及數字4表示一個用於堆疊加工過的製品10的製品堆疊臺。在點P1處設置手6的參考位置，手6下降到點P1(箭頭S1)並且吸力罩7與供給臺上的工件2有力地接觸使得由於吸力吸附住工件2，然後提升手6(箭頭方向S2)。這一步驟構成了圖3中的工件拾起步驟。
順後，手6環繞水平軸(圖7中的第三軸J3)作180度旋轉並且前進到加工機械3(箭頭S3)以便將工件2的一個邊沿放到彎板模板8上，而衝頭9下降以便在V形槽中彎曲工件的邊沿。在這一彎曲加工中，機器人的手6環繞彎曲的中心進行旋轉(圖7中的第一軸J1)，同時依靠吸力保持對工件2的吸附。接著，手6收回(箭頭方向S4)並且環繞一垂直軸旋轉180度，進一步對工件2的另一邊沿以進行同樣方式的彎曲加工。這一操作構成了圖3中的加工步驟。
接著，手6再次收回並移動以便將作為加工結果的製品10傳送到製品堆疊臺4之上的點P3，同時保持其姿態。這裡，手6環繞垂直軸旋轉90度，並且下降以便將製品10放到製品堆疊臺4上並且上升返回到參考位置(P2)。這些操作分別構成工件取出步驟和返回原點步驟。
主要過程由這些步驟構成以及在實際操作中，進行程序設計以便上面提及的循環步驟能夠重複特定的次數。然而，由於在從供給臺1上拾起沒有進行任何加工的工件的時刻以及將製品放到製品堆疊臺4上的時刻手6的下降和上升高度必須改變以對應於供給臺上工件的高度和製品堆疊臺上製品的高度，高度的改變將對應於重複操作的次數。
只要上面提及的主要過程能夠正常執行就不會引發任何問題。然而，當諸如沒有加工過的工件2或製品10的墜落這樣的故障在操作的中間出現(在圖3右側的T)，上面提及的循環就會暫時停止。接著通過手工操作將該操作再次啟動並且如果手工操作通過使用一個本發明的幹擾防止方法的子過程Rs實現，那麼機器人在防止幹擾出現的同時通過自動操作和手工操作的結合能有效地返回到一個常規過程操作。(例子1)為了簡便起見，考慮這樣的情況，該情況中還沒有進行任何加工的工件2逐一從供給臺1運動或移動到製品堆疊臺4。在這種情況下，當在從點P2到點P3的橫向運動中間出現一個吸力故障並且手6停止在點3的鄰近位置時，手6返回到能夠判斷工件2的絕對位置的點P1以便判斷手6和工件2的相對位置。新的工件2或者墜落的工件2在點P1再次被手6吸附。隨後，抓著工件2的手6移動到點P3，在監測手6和工件2沒有幹擾的同時操作在這裡停止，並且從此位置繼續主過程。將點P3作為一個目標位置並且從點P1到點P3自動移動手6和工件2是可能的。然而，在這樣的情況下，手6在完成上升運動(在Y軸方向)和橫向運動(在X軸方向)的同時直接移動到點P3使得手6由於標尺11或磁性浮標而易於導致幹擾。
根據本發明，如果首先在圖1中所示予過程的步驟I處檢查幹擾概率，那麼代表當前位置的點P3的坐標在步驟II中讀入。當前位置和手6移動到的目標位置之間的差異在步驟III中計算。在步驟IV中判斷差異是否在預定範圍之內還是之外。如果差異在預定範圍之內，在步驟V中就將手6的運動速度設置為一個通常速度；但如果差異在預定範圍之外，步驟VI中就將手6的運動速度設置為一低速。例如，點P1的坐標(X，Y)是(500，400)，並且預定範圍是X＝±100和Y＝±100，並且目標位置P3的坐標(X，Y)是(1500，1400)，當前位置(500，400)在步驟II中讀入，而當前位置的坐標和目標位置坐標(1500，1400)之間的差異Xd、Yd在步驟III處計算。在這種情況下，Xd＝1000並且Yd＝1000，判斷出兩個坐標均超出了允許的範圍±100。因此，手6的速度在步驟VI中被設置為低速並且手6以該速度從點P1移動到點P3。
在這種方式中，甚至當工件2易於與標尺11碰撞時，操作員能夠在工件與標尺11發生碰撞之前容易地停止操作，從而防止了幹擾。在停止手6的操作之後，該操作員通過手工操作在Y軸方向上提起手6直到工件2上升到超出標尺11的點PC，並且順後在Y軸方向上提起手6的同時通過手工操作在橫向方向上移動手6。接著，手6依照圖1中所示的過程再次從點P3的鄰近一點自動移動。由於該位置與目標位置之間的差異在允許的範圍內(±100)，手6以通常速度移動到目標位置。因此，手6到目標位置的位置調整所採用的麻煩的手工操作就可以避免。當為了防止幹擾設置點P3為目標位置時，從點PC處執行子過程是可能的。在到達點P3(目標位置)之後，依靠的主過程的程序，操作再次啟動。如圖1所示，當幹擾檢查沒有完成時，操作直接前進到步驟V以使得手6以通常速度移動。
當在緊靠點P1之上的一個點Pn處出現一個吸力故障時，手6返回到點P1並且手6在點P1以先前提到的方式再次吸起工件2。如果點Pn的坐標被教授作為目標位置並且基於圖1所示的子過程執行該操作時，當前位置和目標位置之間的差異在步驟IV的判斷中處於允許的範圍之內，並且手6的移動速度被設置為通常速度(步驟V)以及手6以通常速度移動到點Pn。因此，操作可以有效地返回到原先的過程。在點P3或點Pn處停止操作之後，可以通過執行圖1所示的子過程將手6返回到點P1，同時設置點P1為目標位置。在這種情況下，與目標位置和當前位置之間距離相對應，手6即可以以通常速度也可以以低速移動以便操作員能夠在手6與標尺11發生幹擾之前恰好停止手6的運動。(例子2)圖4顯示了這樣一種情況，其中通過吸力吸附工件2的手6從供給臺1處上升並且在從點Q3到點Q4的移動中間手6在第三軸J3上旋轉180度，而且在點Q3和點Q4之間手6的旋轉期間工件2由於吸力故障墜落。在這種情況下，手6通過手工操作返回到點Q1。接著，在設置點Q4作為目標位置之後，作為第一步基於圖1所示的子過程再次啟動操作，同時依靠吸力吸附工件2。第三軸J3的旋轉角度B的一個允許角度被設置為±5度，由於當前位置是0度而目標位置是180度，目標位置和當前位置的差異是180-0＝180度＞10度，所以在步驟IV中判斷出該差異超出預定範圍。因此，手6的運動速度在步驟V被設置為低速並且手6以該速度移動到點Q4。在這種情況下，甚至當手6在Y軸方向上的橫移或移動量在允許的範圍之內時，在旋轉角度B的允許值的範圍內手6仍以低速移動。(例子3)圖5a和圖5b顯示了這樣一種情況，其中工件2從供給臺1拾起並且在那裡稍微上升之後就進行180度旋轉，而且在旋轉期間因為故障使得操作在旋轉中間停止，並且操作再次返回到一個常規操作。在圖5a中，由於旋轉角度B被設置為45度，如果手6的旋轉繼續，工件2就會與安裝在供給臺1上的工件2發生幹擾。因此，手6必須以一低速旋轉。另一方面，在圖5b中，由於旋轉角度B超出了90度並靠近135度，手6能夠以通常速度旋轉。亦即，將目標角度設置為180度，允許的角度設置為90度。在這種情況下，在圖5a中，由於目標角度和當前角度之間的差異是180度-45度＝135度＞90度，手6的旋轉速度被設置為一低速；同時，在圖5b中，由於目標角度和當前角度之間的差異是180度-135度＝45度＜90度，手6的旋轉速度被設置為通常速度。雖然，在情況2和情況3中，手6旋轉角度B，允許的旋轉值的變化依賴於環繞該機器人的狀況和目標位置的改變。(例子4)圖6顯示了這樣一種情況，其中工件2的一個邊沿插入到彎板機3的彎曲模板8中，手6收回並在垂直軸J4上旋轉，手6前進以便將工件2的另一邊沿插入彎曲模板8中。在這些步驟中，當從點R3到點R4的旋轉中間工件2墜落時，工件2再次放置並定位到彎曲模板8，並且返回到點R1的手6抓住工件2而且基於圖1所示的子過程手6移動到位置R3。在這種情況下，旋轉角度A的允許角度Ad被設置為±45度。由於當前位置(A＝0度)由編碼器讀入並且目標位置(A＝180度)與當前位置的差異是180度＞45度，手6以一低速旋轉。因此，甚至當手6收回和旋轉同時完成並且工件2與模板的幹擾概率上升時，操作員均能夠恰好在幹擾出現之前停止手6的運動。當手6沒有設置為低速操作，手6的操作繼續保持通常速度。
上面提及的幹擾防止方法能夠使用圖7中所示的機器人62同時將圖1中所示的子過程合併到常規操作程序中來實現。作為讀取手6當前位置的設備，可以利用已經合併到原機器人中用於讀取旋轉角度的編碼器，同時利用常規教授方法作為用於教授目標位置的方法。雖然上面提及的本發明的實施方式通過具有4個旋轉接頭(J1到J4)上的自由度和4個移動坐標(X，Y，A，B)的機器人來說明，但是具有2個到3個自由度或者等於或者多於5個自由度的機器人也能夠用於本發明的幹擾防止方法。
雖然主要從這樣的情況來解釋實施方式，該情況中由於出現故障而導致停止之後操作返回到主過程，但是本發明的方法並不限於這些情況並且該方法能夠應用於其它的情況，例如，這樣的情況其中該方法應用於基於基本過程的一個操作路徑的教授，以便手有效地移動到指定的目標位置。工業適用範圍在工件於操作中間墜落的情況下，本發明的幹擾防止方法能夠在防止幹擾的同時容易地將操作返回原過程，使得操作的效率得到增強。本發明的機器人實現該方法。
權利要求
1.工業機器人的幹擾防止方法，其中機器人的手自動移動到一個教授的目標位置，包括讀取手的實際位置的步驟、計算教授目標位置和手的當前位置之間的差異的步驟、判斷差異是否在預定範圍之內或之外的步驟、當差異在預定範圍之內時設置手的運動速度為預定通常速度的步驟、當差異在預定範圍之外時設置手的運動速度為一預定低速的步驟以及以設定速度將手自動移動到目標位置的步驟。
2.根據權利要求1的工業機器人幹擾防止方法，其中通過多個坐標確定當前位置並且計算教授目標位置和至少一個軸上坐標之間的差異以及基於這一差異作出判斷。
3.根據權利要求1的工業機器人的幹擾防止方法，其中當至少一個構成教授位置和當前位置的坐標在預定範圍之外時，手的運動速度被設置為一低速。
4.一種用於根據一個教授路徑和一個操作序列重複從預定位置拾起一個工件並且傳送該工件恰好到另一位置的操作的裝卸機器人，包括一隻抓取工件的手、用於移動手的裝置、用於檢測手當前位置的檢測器、教授手目標位置的方置、移動手的裝置，存儲至少在兩級上變化的手的運動速度和這些速度之間差異的預定範圍的方置、計算教授目標位置和手當前位置之間差異的方置、判斷差異是否在預定範圍之內或之外的方置以及這樣的方置該方置用於當獲得的差異在預定範圍之內時將手的運動速度設置為通常速度同時當獲得的差異在預定範圍之外時將手的運動速度設置為一低速速度。
全文摘要
工業機器人的一種幹擾防止方法包括一個讀入手的當前位置的步驟(Ⅱ)、計算教授目標位置和手的當前位置之間差異的步驟(Ⅲ)、判斷這一差異是否在預定範圍之內還是之外的步驟(Ⅳ)、當差異在預定範圍之內時設置手的運動速度為一預定通常速度的步驟(Ⅴ)、當差異在預定範圍之外時設置手的運動速度為一預定低速的步驟(Ⅵ)以及以該設定速度自動移動手到目標位置的步驟(Ⅶ)。當在幹擾易於出現的情況下手移動一個長距離時,其運動速度是低速;當手移動一個短距離時,其運動速度是通常速度。因此,手能夠在幹擾出現之前恰好容易地停止,並且能夠改善整個操作效率。
文檔編號G05B19/4061GK1190365SQ9619541
公開日1998年8月12日 申請日期1996年6月12日 優先權日1995年6月13日
發明者高橋紀之, 中島厚, 鹽道行正 申請人:東洋鋼板株式會社