CN105690395B

CN105690395B - 工业机器人及其控制方法

Info

Publication number: CN105690395B
Application number: CN201610254101.0A
Authority: CN
Inventors: 甘中学
Original assignee: Ningbo Double Witkey Investment Co Ltd; Ningbo Institute Of Intelligent Manufacturing Industry
Current assignee: Zhichang Technology Group Co.,Ltd.
Priority date: 2016-04-23
Filing date: 2016-04-23
Publication date: 2017-09-19
Anticipated expiration: 2036-04-23
Also published as: CN105690395A

Abstract

一种工业机器人，包括：机器臂，其用于对于焊接平面的进行焊接；环境存储部，其存储焊接面周围物体配置信息；路径记录部，其存储预设包括多个路径点以及路径动作的机器臂路径，机器人基于该机器臂路径能够进行无干扰的操作；到达确定部，其在机器人到达路径点后确认；动作完成部，其在机器人完成路径点的动作后确认；最近点记录部，其在机器人完成当前路径点的动作后记录该路径点的位置和动作；复位程序生成部，其在机器人紧急停止时生成使机器臂返回复位点的复位程序。

Description

工业机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及程序控制机器人领域，尤其是涉及一种程序控制的工业机器人及其控制方法。

背景技术

工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感技术、人工智能等多学科先进技术于一体的现代化制造业重要的自动化装备。工业机器人具有的灵活、柔性生产的特点，并且随着经济的不断发展和人力成本增加、安全保护要求提高，工业自动化程度也随之提高，因此工业机器人会获得更广泛的应用前景。

制造过程一直是机器人一个传统的应用领域，批量产品的持续生产加工需求为机器人提供了施展才能的舞台。在面向未来制造过程的生产单元中，机器人不仅仅被要求能进行简单的重复工作，更重要的是能作为一个高度柔性、开放并具有友好的人机交互功能的可编程、可重构制造单元融合到制造业***中。

工业机器人完成的典型任务通常具有重复性，并且经常发生在已知的环境中。这些任务需要通过机器人示教程序来完成。根据工业机器人自身特点，机器人在进行示教和示教检查后，生成机器人示教程序，然后示教再现阶段进行自动作业。

在机器人的作业过程中，有时候会由于错误、干扰等在操作途中紧急停止。当发生紧急停止后，可能需要使机器人在特定时间内返回待机位置，从而在恢复作业时从待机位置重新执行机器人的作业。现有技术中的技术方案中是通过使机器人沿着示教程序中的示教路径的示教点反向地返回，如发那科株式会社在CN100408277C发明专利中所提出的技术方案。现有技术中这样的路线，能够确定机器人的返回路径，但是由于示教路径往往是较为曲折，沿着路径返回可能耗时较长，并且经过的路径环境可能发生变化，导致返回时发生干扰。

发明内容

本发明提供了工业机器人及其控制方法，能够在机器人紧急停止时，通过与常规路径不同的复位路径回到复位点，并且减小复位过程中发生干扰的可能。

作为本发明的一个方面，提供了一种工业机器人，包括：机器臂，其用于对于二维平板型焊接平面进行焊接；环境存储部，其存储焊接面周围物体配置信息；路径记录部，其存储预设包括多个路径点以及路径动作的机器臂路径，机器人基于该机器臂路径能够进行无干扰的操作；到达确定部，其在机器人到达路径点后确认；动作完成部，其在机器人完成路径点的动作后确认；最近点记录部，其在机器人完成当前路径点的动作后记录该路径点的位置和动作；复位程序生成部，其在机器人紧急停止时生成使机器臂返回复位点的复位程序。

优选的，还包括重启程序生成部，其基于复位程序以及机器人紧急停止时的状态，生成使机器人恢复运行的重启程序。

优选的，还包括高度确定部，其基于所述环境存储部存储的焊接平面周围物体配置信息确定障碍物最高点；在机器人紧急停止时所述复位程序生成部使用所述障碍物最高点信息生成复位程序。

优选的，在机器人紧急停止时，所述复位程序生成部基于到达确定部确定机器人是否在路径点上：（1）如果机器人在路径点上，确定第一路径为该路径点到安全高度点，所述安全高度点位于路径点上方，为使机器人最低点的高度高于所述障碍物最高点的高度；第二路径为安全高度点到复位高度点，所述复位高度点的高度与所述安全高度点高度相等，位于复位点上方；第三路径为所述复位高度点到所述复位点；所述复位程序生成部基于所述第一路径、第二路径以及第三路径生成复位程序；（2））如果机器人不在路径点上，基于最近点记录部记录的最近点的位置，确定第一路径为当前位置到最近点的位置；第二路径为最近点的位置到该最近点上方的安全高度点的位置；第三路径为安全高度点到复位高度点，所述复位高度点的高度与所述安全高度点高度相等，位于复位点上方；第四路径为所述复位高度点到到所述复位点；所述复位程序生成部基于所述第一路径、第二路径、第三路径以及第四路径生成复位程序。

优选的，所述复位高度点与所述机器人路径不处于同一平面，并且所述复位高度点的高度高于所述机器人路径所在平面。

优选的，包括停止时间计数部，其在机器人紧急停止时进行计数，当计数时间高于阈值时，控制所述机器人臂基于复位程序返回复位点。

作为本发明的另外一个方面，提供上述工业机器人的控制方法，包括如下流程：1）在机器人紧急停止时，所述复位程序生成部基于到达确定部确定机器臂是否在路径点上：（2）如果机器臂在路径点上，基于所述复位程序生成部基于所述第一路径、第二路径以及第三路径生成复位程序；（3）如果机器臂不在路径点上，所述复位程序生成部基于所述第一路径、第二路径、第三路径以及第四路径生成复位程序；（4）基于该复位程序控制机器臂返回复位点；（5）在机器人恢复作业时，基于复位程序以及机器人紧急停止时的状态，生成使机器臂恢复运行的重启程序；（6）机器臂基于该重启程序恢复运行。

附图说明

图1是本发明机器人***的示意图。

图2是本发明机器人***的框架结构图。

图3是本发明实施例的一种复位程序路径示意图。

图4是本发明实施例的另一种复位程序路径示意图。

图5是本发明实施例的工业机器人的控制方法流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

本发明的工业机器人为用于二维焊接面的焊接机器人，如图1所示，机器人***10，包括机器臂11，用于二维平板型焊接平面20进行焊接，在焊接平面20上具有不同高度的环境物体30和40。机器臂11在焊接平面20上具有焊接路径21，其包括多个不在同一直线上的路径点。正常作业时，机器臂11在示教程序控制下，沿着焊接路径21在路径点上执行焊接动作。

本发明的程序生成***100，其能够生成机器人复位程序，如图2所示，包括环境存储部101，路径记录部102，到达确定部103，动作完成部104，最近点记录部105，以及复位程序生成部106。路径记录部102存储预设的机器人路径，其包括焊接路径21上的路径点以及各个路径点的动作。机器臂11执行作业时在不同的路径点之间移动，到达路径点后进行路径点的焊接，到达确定部103用于在机器人10到达路径点后确认；动作完成部104用于机器臂11完成路径点的焊接动作后确认。在动作完成部104确认机器人完成路径点的焊接动作后，最近点记录部105记录该路径点的位置和动作。

环境存储部101，其存储焊接面周围物体配置信息，在本实施例中其为环境物体30、40的三维数据信息。可以使用高位确定部基于基于环境存储部101存储的焊接平面周围物体配置信息确定障碍物最高点，其为环境物体40的顶部高度。复位程序生成部106，在机器臂11紧急停止时，生成复位程序。具体的，首先基于到达确定部103确定机器臂11是否在路径点上：（1）如果如图3所示，机器臂11的停止点S在路径点P1上，确定第一路径为该路径点P1到安全高度点P2，其中安全高度点P2位于路径点上方，为使机器臂11最低点的高度高于高度存储器105中存储的高度；第二路径为安全高度点P2到复位高度点P3，复位高度点P3的高度与安全高度点P2高度相等，位于复位点P4上方；第三路径为复位高度点P3到到复位点P4；复位程序生成部基于第一路径、第二路径以及第三路径生成复位程序；（2））如果如图4所示，机器臂11的停止点S不在路径点上，基于最近点记录部105记录的最近点的位置，确定第一路径为停止点S到最近点P1的位置；第二路径为最近点P1的位置到该最近点上方的安全高度点P2的位置；第三路径为安全高度点P2到复位高度点P3，复位高度点P3的高度与安全高度点P2高度相等，位于复位点P4上方；第四路径为复位高度点P3到到复位点P4；复位程序生成部106基于所述第一路径、第二路径、第三路径以及第四路径生成复位程序。

由于机器臂11在进行焊接时通常是具有特定的倾斜角度，如果直接将机器臂11由路径点提高到位于其上方的安全高度点，该倾斜部位可能会与周围环境如环境物体40形成干扰。优选的，实施例的程序生成***还可以包括角度调节部，其基于所述机器人在所述路径点或者所述最近点的机器人动作姿态确定机器人角度调节为竖直的调节程序；复位程序生成部106在生成到达安全高度点的路径程序前，先基于角度调节部生成调节程序。具体的，复位程序生成部居于如下生成复位程序：（1）如果机器人在路径点上，确定该路径点使机器臂11角度调节为竖直的角度调节程序；确定第一路径为该路径点到安全高度点，所述安全高度点位于路径点上方，为使机器臂11最低点的高度高于所述高度存储器中存储的高度；确定第二路径为安全高度点到复位高度点，所述复位高度点的高度与所述安全高度点高度相等，位于复位点上方；确定第三路径为所述复位高度点到到所述复位点；所述复位程序生成部基于所述角度调节程序、第一路径、第二路径以及第三路径生成复位程序；（2））如果机器臂11不在路径点上，基于最近点记录部记录的最近点的位置，确定第一路径为当前位置到最近点的位置；确定该最近点使机器臂11角度调节为竖直的角度调节程序；确定第二路径为最近点的位置到该最近点上方的安全高度点的位置；确定第三路径为安全高度点到复位高度点，所述复位高度点的高度与所述安全高度点高度相等，位于复位点上方；第四路径为所述复位高度点到到所述复位点；所述复位程序生成部基于所述第一路径、角度调节程序、第二路径、第三路径以及第四路径生成复位程序。

在机器人返回复位位置后，在重新启动时需要恢复执行。优选的，本发明实施例中还包括动作完成度统计部，反向路径生成部以及重启动作执行部；其中，动作完成度统计部在机器人到达路径点后进行计时，在机器人紧急停止时基于该计数确定该路径点的动作完成度；所述反向路径生成部基于所述复位程序生成与复位路径相反的方向路径；所述重启动作执行部在紧急停止结束后接收到到恢复作业的命令时，基于所述反向路径以及所述动作完成度，确定恢复作业的重启动作。

具体的，所述重启动作执行部基于所述反向路径确定恢复作业时所述机器人到达所述紧急停止位置的行进路径；如果所述紧急停止位置不在路径点上，所述重启动作执行部基于未执行完的机器人路径继续执行；如果所述紧急停止位置在路径点上，所述重启动作执行部基于所述动作完成度以及该路径点的路径动作确定未完成动作度，基于该未完成动作度以及冗余系数确定恢复作业时该路径点的动作。其中，所述动作完成度根据下式计算：ε＝t/T，其中t为在路径点机器人紧急停止时的计时，T为路径记录部中存储的机器人路径在该路径点的路径动作时间；所述未完成动作度根据下式计算：ξ＝1－ε；恢复作业时该路径点的动作时间为 t1=T×ξ×е,其中e为冗余系数。优选的，所述冗余系数为大于1的数，优选为1.2。

优选的，某些紧急停止是瞬时的，机器人***在很短的时间内即恢复作业状态，可以在机器人***中设置停止时间计数部，其在机器人紧急停止时进行计数，当计数时间高于阈值时，控制所述机器人臂基于复位程序返回复位点。

本发明实施例的工业机器人的控制方法，参见图5，包括如下流程：1）在机器人紧急停止时，所述复位程序生成部基于到达确定部确定机器臂是否在路径点上：（2）如果机器臂在路径点上，基于所述复位程序生成部基于所述第一路径、第二路径以及第三路径生成复位程序；（3）如果机器臂不在路径点上，所述复位程序生成部基于所述第一路径、第二路径、第三路径以及第四路径生成复位程序；（4）基于该复位程序控制机器臂返回复位点；（5）在机器人恢复作业时，基于复位程序以及机器人紧急停止时的状态，生成使机器臂恢复运行的重启程序；（6）机器臂基于该重启程序恢复运行。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。本发明以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种工业机器人，包括：机器臂，其用于对于二维平板型焊接平面进行焊接；环境存储部，其存储焊接面周围物体配置信息；路径记录部，其存储预设包括多个路径点以及路径动作的机器臂路径，机器人基于该机器臂路径能够进行无干扰的操作；到达确定部，其在机器人到达路径点后确认；动作完成部，其在机器人完成路径点的动作后确认；最近点记录部，其在机器人完成当前路径点的动作后记录该路径点的位置和动作；复位程序生成部，其在机器人紧急停止时生成使机器臂返回复位点的复位程序；重启程序生成部，其基于复位程序以及机器人紧急停止时的状态，生成使机器人恢复运行的重启程序；高度确定部，其基于所述环境存储部存储的焊接平面周围物体配置信息确定障碍物最高点；在机器人紧急停止时所述复位程序生成部使用所述障碍物最高点信息生成复位程序；在机器人紧急停止时，所述复位程序生成部基于到达确定部确定机器臂是否在路径点上：（1）如果机器臂在路径点上，确定第一路径为该路径点到安全高度点，所述安全高度点位于路径点上方，为使机器臂最低点的高度高于所述障碍物最高点的高度；第二路径为安全高度点到复位高度点，所述复位高度点的高度与所述安全高度点高度相等，位于复位点上方；第三路径为所述复位高度点到所述复位点；所述复位程序生成部基于所述第一路径、第二路径以及第三路径生成复位程序；（2））如果机器臂不在路径点上，基于最近点记录部记录的最近点的位置，确定第一路径为当前位置到最近点的位置；第二路径为最近点的位置到该最近点上方的安全高度点的位置；第三路径为安全高度点到复位高度点，所述复位高度点的高度与所述安全高度点高度相等，位于复位点上方；第四路径为所述复位高度点到到所述复位点；所述复位程序生成部基于所述第一路径、第二路径、第三路径以及第四路径生成复位程序。

2.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于：包括停止时间计数部，其在机器人紧急停止时进行计数，当计数时间高于阈值时，控制所述机器臂基于复位程序返回复位点。

3.根据权利要求1－2之一的工业机器人的控制方法，包括如下流程：（1）在机器人紧急停止时，所述复位程序生成部基于到达确定部确定机器臂是否在路径点上：（2）如果机器臂在路径点上，基于所述复位程序生成部基于所述第一路径、第二路径以及第三路径生成复位程序；（3）如果机器臂不在路径点上，所述复位程序生成部基于所述第一路径、第二路径、第三路径以及第四路径生成复位程序；（4）基于该复位程序控制机器臂返回复位点；（5）在机器人恢复作业时，基于复位程序以及机器人紧急停止时的状态，生成使机器臂恢复运行的重启程序；（6）机器臂基于该重启程序恢复运行。