CN105983970A - 机器人 - Google Patents

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CN105983970A CN201510062354.3A CN201510062354A CN105983970A CN 105983970 A CN105983970 A CN 105983970A CN 201510062354 A CN201510062354 A CN 201510062354A CN 105983970 A CN105983970 A CN 105983970A
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Abstract

本发明提供一种机器人。机器人(1)具备：进行针对作业点(Pa)的作业的作业工具(4)、及对作业工具(4)进行移动及姿势变更的移动单元(2)。利用操作单元(35)接受斜面上的任意2点或3点的坐标指定的操作。当接受该操作时，由运算单元(553)基于任意2点或3点的坐标，运算作业工具(4)从作业开始点(Pb)朝向作业点(Pa)的方向。然后，由控制单元(53)使作业工具(4)移动到作业开始点(Pb)，按照运算单元(553)的运算，使作业工具(4)的姿势朝向作业点(Pa)，并使作业工具(4)开始对作业点(Pa)的处理。本发明的机器人既能降低示教的工作量又能高精度地达成。

Description

机器人
技术领域
本发明涉及一种能够通过示教(teaching)来进行点(point)指定而进行动作的机器人(robot)。
背景技术
针对工件(work)的螺丝紧固、熔接、涂装、工件的搬送、零件往工件上的安装、焊接等的各种产业用机器人例如具有垂直多关节型的移动单元，并在计算机(computer)的程序控制下，使装配在移动单元上的作业工具(tool)移动到规定点并位移成规定姿势后，驱动作业工具。
针对机器人的控制程序(program)是通过工业机器人标准语言(Standard Languagefor Industrial Manipulators，SLIM)或超级SEL语言等各种机器人语言来描述。编程(programing)主要是使用键盘(keyboard)或图形用户界面(Graphical User Interfaces，GUI)来输入代码(code)或者叫出函数等的与计算机工具的面对面的处理，但点或姿势的记录多依靠示教。
在示教过程中，示教技术人员使用计算机工具或者示教手控器(teaching pendant)来操作模拟器(simulator)、仿真器(emulator)或实际上的机器人。示教技术人员使作业工具JOG移动到所需点，并使作业工具采取所需姿势，记录该点及姿势来作为点数据。点数据在程序执行时被叫出。在此过程中，例如若机器人语言遵循SLIM，则机器人的控制器(controller)追踪移动单元的移动，对点的XYZ坐标或者表示作业工具的姿势的双轴等的各旋转角度进行分析，并与Move命令等中附带的变量相关联地记录分析结果。
例如，在为螺丝紧固作业的机器人的情况下，示教技术人员对在相对于落座点的铅垂方向上至少隔开螺丝紧固长度的螺丝紧固开始点进行示教。示教技术人员一边以落座点为基准并通过目测来使作业工具进行朝向XYZ轴方向移动、平行于水平面的旋转及平行于垂直面的旋转，一边对准螺丝紧固开始点。
当落座点处于工件的水平面上时，示教技术人员只要对作业工具的水平面移动加以最大注意即可。对于高度方向及作业工具的姿势，只要进行与数值吻合的简单操作即可。例如，在若将+Z方向按钮(button)按下1次，则作业工具上升1mm的情况下，若螺丝紧固长度为9mm，则只要使作业工具位于落座点，之后将+Z方向按钮按下9次，由此完成高度方向的指定，而对于平行于垂直面的旋转角度，只要使作业工具恢复到正下方等初始值即可。
因而，尽管螺丝紧固开始点位于无表示其自身的标记的空中，但该示教可相对较容易且高精度地指定该螺丝紧固开始点。并不限于螺丝紧固，也存在如下情况，即，使作业点与作业工具所处的点不同，使作业工具所处的点位于无明确标记的空中，但即使在所述情况下，当作业点位于水平面或垂直面时，该示教相对较容易且可达成高精度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平7-64619号公报
专利文献2：日本专利特开平5-257522号公报
专利文献3：日本专利4222828号公报
近年来，对于使各种倾斜角的斜面朝向各种方位角的多面的立体工件，迫切期望通过机器人来进行螺丝紧固等作业。在编程时，需要进行如下示教，即：在朝铅垂方向与位于斜面上的螺丝紧固点等作业点隔开螺丝紧固长度等适当距离的位置，使螺丝紧固开始点等的作业工具朝向作业点。
在该示教中，为了使作业工具精度良好地朝向作业点，必须通过目测来计测工件的斜面，以准确地想象(image)出连结作业工具与作业点且与斜面铅垂的假想线。而且，为了使作业工具与作业点的距离适当化，必须既要运用三角函数等数学方法，又要准确掌握XYZ各轴的移动量。
进而，作业工具的姿势决定及位置决定的示教是一体的，彼此产生影响。例如，即使距离已适当化，但若为了变更姿势而使作业工具绕马达(motor)轴中心旋转，则应适当化的距离会发生变化。
若无法在该示教作业中教示出作业工具的准确位置，并无法教示出准确的姿势，则会对机器人的作业品质造成影响，例如螺丝的角度会与落座点发生微妙的偏离，或者螺丝紧固量不足，从而对螺丝紧固准确度造成影响等。因而，若作业点位于斜面上，则对于示教技术人员而言，将成为非常需要耐心的示教作业。
发明内容
本发明是为了解决如上所述的以往技术的问题而提出的，其目的在于提供一种既能降低示教的工作量又能高精度地达成的机器人，该机器人从朝铅垂方向与斜面隔开的第1点开始针对该斜面上的第2点的处理。
[解决问题的手段]
为了达成所述目的，本发明的机器人从朝铅垂方向与斜面隔开的第1点开始针对所述斜面上的第2点的处理，所述机器人的特征在于包括：作业工具，进行针对所述第2点的作业；移动单元，对所述作业工具进行移动及姿势变更；操作单元，接受所述斜面上的任意2点或3点的坐标指定的操作；运算单元，基于所述任意2点或3点的坐标，运算所述作业工具从所述第1点朝向所述第2点的方向；以及控制单元，至少使所述作业工具移动到所述第1点，并按照所述运算单元的运算来将所述作业工具的姿势朝向所述第2点，使所述作业工具开始对所述第2点的处理。
本发明的机器人也可包括：数据存储单元，存储所述第1点与所述第2点的分隔距离，所述操作单元接受所述斜面上的第2点的坐标指定的操作，基于所述第2点的坐标、所述任意2点或3点的坐标及所述分隔距离来运算所述第1点的坐标，所述控制单元按照所述运算单元的运算结果来使所述作业工具移动到所述第1点。
本发明的机器人也可包括：存储单元，存储针对所述作业工具的各点将命令联系的描述格式的控制程序，所述控制单元是与所述存储单元的控制程序所表示的各点相关联地叫出所述命令，来控制所述移动单元与所述作业工具。
所述存储单元也可存储如下所述的所述控制程序，即，针对所述第2点，将运算所述第1点的坐标的运算命令、使所述作业工具朝向通过所述运算命令获得的所述第1点的坐标移动的移动命令634、及所述作业工具的动作命令相关联的所述控制程序。
所述控制单元也可在示教模式时，按照所述操作单元所接受的操作，使所述作业工具朝所述运算单元所运算出的朝向的顺方向及逆方向移动。
所述控制单元也可在示教模式时，按照所述操作单元所接受的操作，使所述作业工具沿着与所述运算单元所运算出的朝向正交的所述斜面移动。
所述操作单元也可包括：切换单元，在示教模式时，切换成将所述运算单元所运算出的朝向作为一轴的正交坐标系，所述控制单元在示教模式时，通过所述切换单元向所述正交坐标系的切换，利用将所述运算单元所运算出的朝向作为一轴的正交坐标系来接受所述操作单元的操作。
所述控制单元也可在所述示教模式时，通过所述切换单元向所述正交坐标系的切换，按照所述操作单元的操作，来使所述作业工具以所述作业工具的前端为中心而旋转。
所述作业工具也可为电动的螺丝紧固起子(driver)，所述第2点为螺丝的落座点，所述第1点为螺丝紧固开始时使所述螺丝紧固起子处于的位置。
所述第1点也可为朝斜面铅垂方向与所述第2点相隔将螺丝紧固长度加上预先设置的缓冲量及按压量的距离的位置。
(发明的效果)
根据本发明，即使作业点位于斜面上，也能够降低相对于该作业点来指定作业工具所处的作业开始点所需的工作量，且相对于作业点的作业准确度也提高。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的机器人的整体结构图。
图2(a)、图2(b)是表示本发明的第1实施方式的作业工具的放大图。
图3是本发明的第1实施方式的控制器的结构图。
图4是本发明的第1实施方式的控制器的运转模式下的功能方块图。
图5是本发明的第1实施方式的控制器的编程模式下的功能方块图。
图6是表示本发明的第1实施方式的示教手控器的示意图。
图7是表示本发明的第1实施方式的对斜面及其周围设定的各特征的示意图。
图8是表示本发明的第1实施方式的机器人的作业开始点Pb的登记动作的流程图。
图9是表示本发明的第1实施方式的机器人的螺丝紧固动作的流程图。
图10是本发明的第2实施方式的工件的示意图。
图11是表示本发明的第3实施方式的控制程序的结构图。
图12是本发明的第3实施方式的控制器的功能方块图。
图13是表示本发明的第4实施方式的控制程序的作业命令的结构图。
图14(a)、图14(b)涉及控制程序的结构，图14(a)表示第3实施方式的控制程序，图14(b)表示第4实施方式的控制程序。
图15是表示本发明的第5实施方式的作业工具的移动方向的示意图。
图16是表示本发明的第6实施方式的作业工具的旋转及移动的示意图。
附图标记：
1：机器人 2：移动单元
3：控制器 4：作业工具
21：X线性滑块 22：Y线性滑块
23：ZR机构 24：P旋转机构
31：CPU 32：存贮器
33：存储器 34：马达驱动器
35：操作单元 51：程序存储部
52：点数据存储部 53：控制单元
54：控制程序生成单元 55：点数据生成单元
56：点列存储部 57：作业命令存储部
61：点编号 62：点种类信息
63：作业命令 231：R旋转轴
241：P旋转轴 321：控制程序
322：点数据 351：示教手控器
352：显示部 353：朝向方向行进按钮
354：逆朝向方向后退按钮 355：坐标系切换按钮
551：JOG控制单元 552：引导单元
553：运算单元 631：移动前作业的命令行
632：移动后作业的命令行 633：运算命令
634：移动命令 635：驱动命令
L：分隔距离 La：螺丝紧固长度
Lb：缓冲量 Lc：按压量
Pa：作业点 Pb：作业开始点
Pc：斜面 Q1、Q2、Q2：点
S1～S17：步骤 Xa、Ya、Za：移动量
θ：迎角 方位角
X、Y、Z：轴
具体实施方式
(第1实施方式)
以下，参照附图来详细说明本发明的机器人1的第1实施方式。图1是本实施方式的机器人1的整体结构图。图2(a)、图2(b)是表示作业工具4的放大图，图2(a)是从正上方观察的XY平面方向的平面图，图2(b)是从正侧面观察的XZ平面方向的侧面图。如图1所示，机器人1大致具备移动单元2与控制器3，从作业开始点Pb开始针对位于工件斜面Pc上的作业点Pa的作业。在移动单元2上，安装有作业工具4。移动单元2使作业工具4朝X方向、Y方向及Z方向移动，并使作业工具4进行使方位角发生变化的R旋转及使迎角θ发生变化的P旋转，以使作业工具4位于指定的点上，并使作业工具4采取指定的姿势。
作业点Pa是由作业工具4来实施作业的部位。作业开始点Pb是设置作业工具4以开始针对作业点Pa的作业的部位。作业工具4例如为电动的螺丝紧固起子、熔接机、涂装枪(gun)、处理机(handler)等，取决于机器人1的作业内容。X轴方向是与水平面平行的一轴方向，Y轴方向是与水平面平行且与X轴正交的另一轴方向，Z轴方向是高度方向。R旋转是维持水平且使方位角变动的旋转，P旋转是维持垂直且使迎角θ变动的旋转。
该移动单元2具备：使作业工具4沿X轴方向移动的X线性滑块(linear slider)21、使作业工具4沿Y轴方向移动的Y线性滑块22、使作业工具4沿Z轴方向线性移动并使作业工具4进行R旋转的ZR机构23、及使作业工具4进行P旋转的P旋转机构24。
X线性滑块21是在沿X轴方向延伸设置的导轨(rail)上滑动设置Y线性滑块22，并使Y线性滑块22正交地固定在沿X轴方向行走的无接头皮带(belt)上，利用X轴马达来使无接头皮带行走，从而使Y线性滑块22沿X轴移动。
Y线性滑块22是在沿Y轴方向延伸设置的导轨上滑动设置ZR机构23，将ZR机构23固定于沿Y轴方向行走的无接头皮带上，利用Y轴马达来使无接头皮带行走，从而使ZR机构23沿Y轴移动。作为X线性滑块21及Y线性滑块22的传动机构，除了无接头皮带以外，还可列举气缸(cylinder)、导螺杆(lead screw)等各种致动器(actuator)。
ZR机构23例如具有齿条和小齿轮(rack and pinion)机构，沿Z轴方向延伸设置齿条，并将可旋转地保持R旋转轴231的轴承固定于该齿条上。通过利用Z轴马达来使小齿轮旋转，从而使R旋转轴231连同轴承一起沿Z轴方向移动，通过使R旋转马达旋转，从而使R旋转轴231进行R旋转。借助该ZR机构23，作业工具4进行Z轴方向的移动与变更方位角的R旋转。
P旋转机构24经由托架(bracket)而安装于R旋转轴231的前端，且具有P旋转轴241，并在P旋转轴241的前端安装有作业工具4。托架被固定于R旋转轴231，且与R旋转轴231从动。P旋转轴241将托架作为轴承而沿水平方向延伸设置，并连接于P旋转马达。借助该P旋转机构24，作业工具4进行变更迎角θ的P旋转。
图3是控制器3的结构图。控制器3是所谓的计算机，包含：中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)31，按照程序来进行运算处理及向周边设备输出指令信号；硬盘驱动器(Hard Disk Driver，HDD)等存储程序的存贮器(storage)32；存储器(memory)33，展开程序，并临时存储CPU 31的运算结果；以及周边设备。周边设备是按照指令信号来对各马达供给电力脉冲(pulse)的马达驱动器34、以及液晶显示器(display)等显示部352及鼠标(mouse)、键盘或示教手控器351等操作单元35。
该控制器3具有：运转模式，遵循移动单元2及作业工具4的控制程序321；以及编程模式，输入移动单元2及作业工具4的控制程序321及作业点Pa或作业开始点Pb的点数据322。点数据322包含作业开始点Pb或作业点Pa的XYZ的坐标位置与R旋转的方位角与P旋转的迎角θ。编程模式中包含示教模式。
图4是表示控制器3的功能的功能方块图。在运转模式的情况下，存贮器32或存储器33成为存储控制程序321的程序存储部51及存储点数据322的点数据存储部52，CPU 31作为控制单元53，适当读出点数据存储部52中存储的点数据322，并按照存储在程序存储部51中的控制程序321来对运算处理及周边设备输出指令信号。
例如SLIM语言的控制程序321是以MOVE命令、作业工具4的驱动命令、控制语句等的命令为主体而描述。在点数据存储部52中，与点识别信息相关联地存储有点数据322。CPU 31按照控制程序321，针对MOVE命令，与MOVE命令中附带的点识别信息对应地读出点数据322，将作业工具4移动到点数据322所表示的位置及姿势。即，遵循控制程序321的CPU 31成为使作业工具4进行移动及姿势位移，并使作业工具4进行作业的控制单元53。
在编程模式的情况下，CPU 31如图5所示，成为控制程序生成单元54及点数据生成单元55。控制程序生成单元54根据对示教手控器351、鼠标或键盘等操作单元35的输入，对控制程序321的代码进行追加、删除或修正等，以编辑控制程序321。
点数据生成单元55在示教模式中运算点及姿势，并存储到点数据存储部52中。该点数据生成单元55具备JOG控制单元551、引导(guidance)单元552及运算单元553。JOG控制单元551响应手控器351的操作来控制移动单元2，使作业工具4进行移动及姿势位移。
图6是表示示教手控器351的示意图。如图6所示，在示教手控器351上，准备有用于朝+X方向移动1mm等规定距离的按钮、用于朝-X方向移动1mm等规定距离的按钮、用于朝+Y方向移动1mm等规定距离的按钮、用于朝-Y方向移动1mm等规定距离的按钮、用于朝+Z方向移动1mm等规定距离的按钮、用于朝-Z方向移动1mm等规定距离的按钮。
而且，在示教手控器351上，准备有用于使方位角水平且顺方向地R旋转1度等规定角度的按钮、用于使方位角水平且逆方向地R旋转1度等规定角度的按钮、用于使迎角θ垂直且顺方向地P旋转1度等规定角度的按钮、用于使迎角θ垂直且逆方向地P旋转1度等规定角度的按钮。
例如，当用于朝+X方向移动1mm等规定距离的按钮被按下1次时，从示教手控器351产生表示该按钮被按下的输入信号，并输入至CPU 31。CPU 31作为JOG控制单元551，接收该输入信号，算出与1mm等规定距离吻合的马达的旋转角，并将表示该算出的旋转角的指令信号输出至马达驱动器34。马达驱动器34接收指令信号，将旋转角转换成脉冲信号，并供给至X线性滑块21的X轴马达。
引导单元552引导示教技术人员输入为了运算点及姿势所需的信息。CPU 31作为引导单元552，使示教手控器351的显示部352上显示催促JOG操作的讯息(message)及催促输入操作的讯息，所述JOG操作用于对作业点Pa所处的斜面Pc上的作业点Pa与任意3点进行指定，所述输入操作用于决定使作业工具4与作业点Pa分隔的分隔距离。另外，任意3点中也可包含作业点Pa。
在螺丝紧固作业的情况下，使显示部352上显示输入螺丝紧固长度与按压量的区域(area)。按压量是不使螺丝旋转而使螺丝钻入落座点的螺丝孔内的长度。螺丝紧固长度是从标称长度(nominal length)减去按压量所得的长度，是一边使螺丝旋转一边***落座点的螺丝孔内的长度。
表1表示除此以外关于螺丝紧固可输入的信息。如表1所示，关于螺丝紧固，输入直线进给量、进给速度、螺丝紧固完成等待时间、螺丝紧固后返回量、返回速度。直线进给量是将螺丝长度与按压量加上缓冲量所得的距离。螺丝紧固完成等待时间是等待表示螺丝紧固已完成的信号的超时(time out)时间。螺丝紧固后返回量是为了使螺丝从作业工具4的起子脱离而使作业工具后退的距离。
项目名 值 变量ID
直线进给量(mm) 6.0 dScrewLine
进给速度(mm/s) 2.5 dScrewSpeed
螺丝紧固长度(mm) 4.0 dScrewLength
按压量(mm) 0.5 dScrewPress
螺丝紧固完成等待时间(sec) 1.0 dScrewFinTime
螺丝紧固后返回量(mm) 10.0 dScrewBack
返回速度(mm) 30.0 dScrewBackSpeed
表1
示教技术人员只要按照显示来操作示教手控器351，如图8所示，使作业工具4的前端接触斜面Pc上的作业点Pa与任意3点Q1、Q2、Q3即可。而且，示教技术人员只要按照显示，操作键盘或示教点的数字键(key)来输入螺丝紧固长度与按压量即可。
作为运算单元553的CPU 31根据任意3点Q1、Q2、Q3的坐标来运算与作业点Pa所处的斜面Pc铅垂的方向。如图7所示，该铅垂方向是作为R旋转的方位角与P旋转的迎角θ而运算。并且，将R旋转的方位角与P旋转的迎角θ作为作业工具4的姿势而包含在点数据322中，并存储于点数据存储部52中。
而且，如图7所示，作为运算单元553的CPU 31根据使作业工具4与作业点Pa分隔的分隔距离L、与斜面Pc铅垂的方向及作业点Pa的坐标，来运算作业开始点Pb的坐标。并且，将作业开始点Pb的坐标包含在点数据322中，并存储于点数据存储部52中。
对运算单元553的铅垂方向的计算及作业开始点Pb的位置坐标的计算方法进行说明。对于铅垂方向的计算，只要求出与斜面Pc为同一平面的方程式，并求出与该方程式所表示的平面正交的直线即可。斜面Pc的方程式也可采用使用矢量(vector)的外积与法线矢量的方法、解连立方程式的方法、解矢量方程式的方法等中的任一种方法。本实施方式中，对解连立方程式的方法进行说明。
正交的直线也可使用：导出斜面Pc的方程式所表示的平面与XY平面的交叉线的斜率、该平面与XY平面所成的角度的方法；及导出与斜面Pc的方程式内的任意3点Q1、Q2、Q3形成的2个矢量正交的矢量的方法等中的任一种方法。本实施方式中，对前者进行说明。
首先，如图7所示，指示斜面Pc上的不处于直线L上的适当的3点。该3点只要不排列在一条直线上，可为任意。将该3点的坐标设为Q1(X1，Y1，Z1)、Q2(X2，Y2，Z2)、Q3(X3，Y3，Z3)。斜面Pc的方程式是求出通过该3点Q1(X1，Y1，Z1)、Q2(X2，Y2，Z2)、Q3(X3，Y3，Z3)的平面的方程式。
将与斜面Pc为同一平面的方程式设为以下的式(1)。
AX+BY+CZ+D＝0...(1)
由于3点Q1、Q1、Q3位于该斜面Pc上，因此对上式(1)的XYZ输入Q1、Q2、Q3的坐标，导出以下式(2)至式(4)的连立方程式。
AX1+BY1+CZ1+D＝0...(2)
AX2+BY2+CZ2+D＝0...(3)
AX3+BY3+CZ3+D＝0...(4)
此处，若将D设为常量并使式(1)至式(4)连立，并对A、B、C、D求解，则成为以下的式(5)至式(8)。
A＝+Y1*Z2-Y1*Z3-Y2*Z1+Y2*Z3+Y3*Z1-Y3*Z2...(5)
B＝-X1*Z2+X1*Z3+X2*Z1-X2*Z3-X3*Z1+X3*Z2...(6)
C＝+X1*Y2-X1*Y3-X2*Y1+X2*Y3+X3*Y1-X3*Y2...(7)
D＝-X1*Y2*Z3+X1*Y3*Z2+X2*Y1*Z3-X2*Y3*Z1-X3*Y1*Z2+X3*Y2*Z1...(8)
与斜面Pc平行且通过原点的平面由于D＝0，因此该平面与XY平面交叉而形成的直线将与Z＝0的XY平面连立，而成为以下的式(9)。
Y＝-(A/B)X...(9)
若将该直线与X轴所成的角设为α，则导出以下的式(10)。
tan(α)＝-(A/B)...(10)
而且，若将与斜面Pc平行的平面和XY平面所成的角设为β，则根据公式而导出以下的式(11)。
cos(β)＝±C/sqrt(A2+B2+C2)...(11)
该角度α为用于使作业工具4朝向与斜面Pc铅垂的方向的R旋转轴231的方位角而且，该角度β为用于使作业工具4朝向与斜面Pc铅垂的方向的P旋转轴241的迎角θ。运算单元553将作为该运算结果的角度α与角度θ作为R旋转轴231的方位角与P旋转轴241的迎角θ而包含在作业开始点Pb的点数据322中，并存储于点数据存储部52中。
而且，作业开始点Pb的坐标XYZ是以作业点Pa为基准，运算以下的式(12)至式(14)而求出。式中，L是从作业点Pa分隔的分隔距离。运算单元553例如以螺丝不会划到斜面Pc的方式，预先运算出将所输入的螺丝紧固长度La加上预先设置的缓冲量Lb与按压量Lc所得的值La+Lb+Lc来作为分隔距离。
Za＝L*cos(θ)...(14)
运算单元553使该Xa、Ya、Za的值包含在作业开始点Pb的点数据322中并存储于点数据存储部52中。
对于该机器人1的动作，以下述动作为例进行说明，即，输入相对于斜面Pc上的落座点即作业点Pa的、作业开始点Pb即螺丝紧固开始点。图8是表示作业开始点Pb的输入动作的流程图。
首先，由示教技术人员操作示教手控器351，将控制器3的功能切换成编程模式(步骤(step)S01)及示教模式(步骤S02)。
在示教模式中，当示教手控器351受到操作时，控制单元53按照操作来使移动单元2移动，按照操作来使作业工具4依次接触斜面Pc上的任意3点(步骤S03)。此时，控制单元53利用编码器(encoder)等来分析作业工具4的XYZ轴方向的移动量，并将任意3点的坐标信息预先存储到存储器33中。
当对斜面Pc上的3点的坐标信息进行分析时，运算单元553根据3点的坐标信息，对表示与斜面Pc铅垂的方向的方位角与迎角θ的成分进行运算(步骤S04)。运算结果即方位角与迎角θ作为姿势信息而记录在以预先作为螺丝紧固开始点而说明的变量名所表示的点数据322中(步骤S05)。
进而，当示教手控器351受到操作而输入螺丝紧固长度与按压量时(步骤S06)，运算单元553将螺丝紧固长度与按压量的信息预先存储在存储器33中。
而且，当示教手控器351受到操作时，控制单元53按照操作来使移动单元2移动，按照操作来使作业工具4位于斜面Pc上的落座点(步骤S07)。此时，控制单元53利用编码器来分析作业工具4的XYZ轴方向的移动量，并将落座点的坐标信息预先存储到存储器33中(步骤S08)。
并且，运算单元553根据将螺丝紧固长度加上缓冲量所得的长度、表示螺丝的落座点的坐标信息、表示与斜面Pc铅垂的方向的方位角与迎角θ，来运算螺丝紧固开始点的坐标(步骤S09)。运算结果即螺丝紧固开始点的坐标被记录在以作为螺丝紧固开始点而说明的变量名所表示的点数据322中(步骤S10)。
根据以上所述，将螺丝紧固于斜面Pc上的落座点时的螺丝紧固开始点的坐标与作业工具4的姿势记录为点数据322。如此，具备作业工具4、移动单元2及控制器3的机器人1具备：操作单元35，在示教模式时，接受斜面Pc上的任意3点的坐标指定的操作；以及运算单元553，基于任意3点的坐标，运算从作业开始点Pb朝向作业点Pa的方向，至少使作业工具4移动到作业点Pa，并按照运算单元553的运算来使作业工具4的姿势朝向作业点Pa，使作业工具4开始对作业点Pa的处理。
由此，为了使作业工具4朝向作业点Pa，不需要一边对比斜面Pc与作业工具4一边进行试行错误的示教，只要指定斜面Pc上的任意3点，便能够将作业工具4精度良好地朝向作业点Pa。即，可排除直接指定作业工具4的姿势的示教，降低示教技术人员的工作量，并且针对作业点Pa的作业准确度也提高。
而且，在该机器人1中，预先存储有作业开始点Pb与作业点Pa的分隔距离，当由操作单元35接受斜面Pc上的作业点Pa的坐标教示的操作时，基于作业点Pa的坐标、任意3点的坐标及分隔距离来运算作业开始点Pb的坐标。
由此，为了探索使作业工具4在与作业点Pa铅垂的位置隔开规定距离的点，不需要一边对比作业点Pa与作业工具4一边进行试行错误的示教，只要指定明朗的作业点Pa，并输入分隔距离的数值即可。即，可排除直接指定作业开始点Pb的示教，而且可相对于作业点Pa而使作业工具4精度良好地位于铅垂方向，并仅隔开准确的距离，因此可降低示教技术人员的工作量，并且针对作业点Pa的作业准确度也提高。
接下来，对该机器人1按照控制程序321的螺丝紧固动作进行说明。图9是表示该机器人1按照控制程序321的螺丝紧固动作的流程图。首先，由示教技术人员来操作示教手控器351，以将控制器3的功能切换为运转模式(步骤S11)。
在运转模式中，控制器3的CPU 31按照控制程序321，使作业工具4位于螺丝紧固开始点(步骤S12)，并朝向落座点(步骤S13)。此时，作业工具4与落座点的距离成为将螺丝紧固长度、按压量及缓冲量相加所得的分隔距离。
接下来，CPU 31使作业工具4朝向落座点仅移动缓冲量(步骤S14)。此时，螺丝前端到达落座点的螺丝孔。进而，CPU 31使作业工具4朝向落座点仅移动按压量(步骤S15)。此时，螺丝在落座点被按入螺丝孔。
然后，CPU 31一边使作业工具4的起子旋转(步骤S16)，一边使作业工具4朝向落座点仅移动螺丝紧固长度量(步骤S17)。该前进移动设为进给速度。随后，当检测到扭矩上升(torque up)时，完成螺丝紧固，使作业工具4仅后退螺丝紧固后返回量。该后退移动设为螺丝紧固后返回量。若无法在螺丝紧固完成等待时间的期间内检测到扭矩上升，则视为错误(error)。
由此，螺丝落座于形成在斜面Pc上的螺丝孔内。当存在多个落座点时，控制器3按照控制程序321，使作业工具4位于与各落座点铅垂的方向，并使作业工具4朝向各落座点，相对于各落座点进行缓冲量的移动、按压量的移动、进而一边伴随起子旋转一边进行螺丝紧固长度量的移动。
如此，在该机器人1中，例如，作业工具4为螺丝紧固起子，作业点Pa为螺丝的落座点，作业开始点Pb为在螺丝紧固开始时使螺丝紧固起子所处的位置，作业开始点Pb为与螺丝的落座点隔开将螺丝紧固长度加上预先设置的缓冲量及按压量所得的距离的位置。
在该螺丝紧固作业的情况下，将螺丝紧固长度、缓冲量及按压量相加所得的分隔距离无论是与螺丝的标称长度，还是与螺丝的整体长度均不同，也无明确的尺度。因而，根据该机器人1，对斜面Pc的螺丝紧固作业必然会成为高精度，而且，作业开始点Pb的输入也会飞跃式地降低工作量。
(第2实施方式)
接下来，参照附图来详细说明本发明的机器人1的第2实施方式。关于与第1实施方式相同的结构、相同的功能，标注相同的符号并省略详细说明。
图10是本实施方式的机器人1进行作业的工件的示意图。如图10所示，根据工件的载置形态或工件的形状，也存在作业点Pa位于相对于Y轴而平行的斜面Pc或相对于X轴而平行的斜面Pc上的情况。对于与该相对于Y轴而平行的斜面Pc铅垂的方向、及与相对于X轴而平行的斜面Pc铅垂的方向而言，方位角定为0度、90度、180度或270度中的任一者，能够通过示教作业者的目测来确认正确的方位角对于示教作业者而言，难以设定的剩余项目是迎角θ。
当作业点Pa位于相对于Y轴而平行的斜面Pc或相对于X轴而平行的斜面Pc上时，机器人1的运算单元553根据斜面Pc上的任意2点的坐标来算出与斜面Pc铅垂的方向的迎角θ。操作单元35接受示教技术人员对方位角的输入及移动单元2的JOG操作。引导单元552以将任意2点设为斜面Pc上的高度不同的位置的方式来显示讯息。控制单元53响应JOG操作，使作业工具4移动到斜面Pc上的任意2点，并输出任意2点的坐标。运算单元553根据斜面Pc上的任意2点的坐标来算出迎角θ，并与方位角一同记录到点数据322中。
运算单元553的运算使用几何学的数学方法、矢量方法等中的任一种皆可。作为一例，若斜面Pc平行地沿着Y轴，则算出任意2点的Z轴坐标的差值ΔZ与任意2点的X轴坐标的差值ΔX，并运算以下的式(15)。
θ＝2/π-arctan(ΔZ/ΔX)...(15)
而且，作为一例，若斜面Pc平行地沿着X轴，则算出任意2点的Z轴坐标的差值ΔZ与任意2点的Y轴坐标的差值ΔY，并运算以下的式(16)。
θ＝2/π-arctan(ΔZ/ΔY)...(16)
如上所述，当在准确估算出方位角的斜面Pc上具有作业点Pa时，也可由操作单元35接受斜面Pc上的任意2点的坐标指定的操作，并由运算单元553基于任意2点的坐标来运算从作业开始点Pb朝向作业点Pa的方向。由此，也能够减少在斜面Pc上指定的点的数量，从而能进一步降低示教技术人员的工作量。
另外，当斜面Pc为垂直地竖立设置并与X轴与Y轴斜交时，迎角θ确定为正侧面，因此只要在斜面Pc上的横方向上不同的位置指定任意2点，并运算方位角即可。
(第3实施方式)
接下来，参照附图来详细说明本发明的机器人1的第3实施方式。关于与第1实施方式相同的结构、相同的功能，标注相同的符号并省略详细说明。
SLIM等程序语言一般是以针对机器人1的MOVE命令等命令为主体来描述。作业开始点Pb或作业点Pa被处理为针对MOVE命令等命令的简单的常量或变量，从而导致点识别信息或点数据322的内容被掩藏在程序中。
因此，在第3实施方式的机器人1中，CPU 31作为控制程序生成单元54，生成以位置为主体的描述格式的控制程序321。图11是表示该控制程序321的示意图。如图11所示，该控制程序321是以对点编号61附加点种类信息62与点数据322的方式而描述。
点编号61识别作业开始点Pb或作业点Pa。点种类信息62是在以点编号61所表示的点处执行的处理程序的函数名。点数据322包含以点编号61所表示的点的位置及表示作业工具4的姿势的X坐标、Y坐标、Z坐标、R旋转的方位角P旋转的迎角θ。
控制程序生成单元54按照操作单元35的操作来登记点编号61，输入附加于点编号61的点数据322的识别信息，通过示教模式或数值输入来存储该识别信息的点数据322，并登记附加于点编号61的点种类信息62。而且，控制程序生成单元54响应键盘等的输入，对点种类信息62所表示的作业命令63进行编辑。
即，HDD等程序存储部51如图12所示，大致分为存储该控制程序321的点列存储部56、存储点数据322的点数据存储部52、及作业命令存储部57，该作业命令存储部57存储点种类信息62所表示的作业命令63的代码。
CPU 31作为控制单元53，依照点列存储部56的点编号61的顺序来叫出附加于点编号61的点数据322与作业命令63，一边将点数据322的各内容适当代入处理程序内的自变量，一边进行移动单元2或作业工具4的控制。
如此，该控制程序321对代表作业开始点Pb或作业点Pa的点编号61进行登记，并使点数据322或点种类信息62附加于该点编号61。即，并非如SLIM语言般以“行为”为基准来附带“地点”，该控制程序321采用以“地点”为基准来附带“行为”的描述形态，迎合了使机器人1移动时的技术人员的思考方式，具有非常容易编程的优点。
但是，该控制程序321是以“地点”为基准来进行描述，因此必须输入作业开始点Pb及作业点Pa，即，在螺丝紧固的情况下，必须输入螺丝紧固开始点与落座点的点。因而，当在斜面Pc上具有作业点Pa，且作业开始点Pb位于作业点Pa的铅垂方向的空中时，该控制程序321会增加编程时的繁琐程度。
但是，本实施方式的机器人1在示教模式时，接受斜面Pc上的任意2点或3点的坐标指定的操作，并基于任意2点或3点的坐标来运算作业工具4朝向作业点Pa的方向。而且，在示教模式时，接受斜面Pc上的作业点Pa的坐标教示的操作，并基于作业点Pa的坐标、任意2点或3点的坐标、作业开始点Pb与作业点Pa的分隔距离，来运算作业开始点Pb的坐标。
因此，当采用该控制程序321时，能够飞跃性地降低示教技术人员的工作量。
(第4实施方式)
接下来，参照附图来详细说明本发明的机器人1的第4实施方式。关于与第1实施方式及第3实施方式相同的结构、相同的功能，标注相同的符号并省略详细说明。
图13表示控制程序生成单元54所生成的作业命令63。该作业命令63包含在以位置为主体的描述格式的控制程序321中。该作业命令63是附带于表示螺丝的落座点即作业点Pa的点编号61的作业命令63，利用附带于点编号61的点种类信息62来识别。该作业命令63描述附带于螺丝紧固点、换言之附带于落座点的内容，来作为点种类信息62。
如图13所示，在附带于落座点的内容中，描述有移动前作业的命令行631与移动后作业的命令行632。移动前作业的命令行631是由作为控制单元53的CPU 31在移动到落座点之前进行处理。在移动前作业的命令行631中，首先在第002行，如“callPoints Feeder”般描述有进料机螺丝取得动作的命令。通过该命令，作为针对螺丝的落座点即作业点Pa的作业，控制单元53控制移动单元2来从进料机取得螺丝。
接下来，在第003行以后，描述有作业开始点Pb的坐标运算与作业工具4的朝向运算的命令。即，运算单元553在运转模式中，通过执行控制程序321的CPU 31而实现，该控制程序321控制移动单元2与作业工具4。
若展示一例，则在第003行～第00X行为止的期间内，预先运算R旋转的方位角与P旋转的迎角θ。并且，第(00X+1)行以后，运算单元553利用degrad函数将#point_R与#point_P转换成弧度(radian)，通过let theta＝degrad(#point_P)与let phi＝degrad(#point_R)，而代入局部变量(local variable)theta与phi中，所述#point_R与#point_P是恢复取方位角的P旋转的迎角θ的***变量。
然后，根据下3行的命令，运算单元553对表示作业工具4的位置的坐标XYZ进行运算，并代入特殊***变量#jobStartX、#jobStartY、#jobStartZ中。L是作业开始点Pb与作业点Pa的分隔距离。
#jobStartZ＝L*cos(θ)
该特殊***变量#jobStartX、#jobStartY、#jobStartZ是如下所述的值，即，在移动到作业点Pa之前供参照，用于移动到仅偏移(offset)该***变量的值的坐标。即，控制单元53通过移动单元2的控制，使作业工具4移动到螺丝紧固开始点而作为针对螺丝落座点进行的作业。即，控制单元53使作业工具4移动到作业开始点Pb而作为针对作业点Pa进行的作业。
接下来，在移动后作业的命令行632、即作业工具4移动到螺丝紧固开始点后执行的命令行中，首先在第004行中，描述有如下所述的运算内容，即，对将螺丝长度加上缓冲量所得的dScrewLine加上按压量即dScrewPress，从而算出分隔距离dL。进而，在第005行～第007行中，描述有从作业工具4所处的点到作业点Pa为止的X轴、Y轴及Z轴方向的各移动量dX、dY、dZ的运算内容。运算单元553执行这些命令，对到作业点Pa为止的移动量进行运算。
进而，执行第008行与第009行的运算单元553算出移动与缓冲量和按压量相应的距离的移动时间，执行第010行的控制单元53使作业工具4从该作业工具4所处的点朝向作业点Pa移动与缓冲量和按压量相应的距离。
然后，执行第011行的“lineMove(dScrewSpeed，dX，dY，dZ，0，0)”命令的控制单元53一边使螺丝紧固起子以代入至dScrewSpeed中的旋转速度来旋转，一边使作业工具4在XYZ轴方向上移动表示到作业点Pa为止的距离的dX、dY、dZ量。最后，执行012行的控制单元53接收表示螺丝紧固完成的扭矩上升信号，停止作业工具4向作业点Pa的移动与驱动。
此处，在该描述格式的编程中，认知了在作业点Pa处进行何操作。因此，只要随附于作业点Pa而有与作业开始点Pb相关的描述，便能够理解该代码的含义，但若与作业点Pa无关地出现作业开始点Pb的代码，则理解其内容将非常耗费工夫。
但是，控制程序生成单元54是与图14(a)所示的控制程序不同地，如图14(b)所示，使对作业开始点Pb的坐标进行运算的运算命令633、使作业工具4朝向通过运算命令633的处理而获得的作业点Pa的坐标移动的移动命令634、及作业工具4的驱动命令635附带于作业点Pa，从而生成控制程序321。
根据由该控制程序生成单元54所生成的控制程序321，只要看与实际实施作业的落座点相关的代码的描述，而无须认知作业开始点Pb这一不直接进行作业的点。因而，该描述格式的控制程序321的制作变得更为容易，编程时的工作量进一步降低。
具体而言，在制作用于螺丝紧固作业的程序时，制作者只要仅以存在螺丝孔的落座点的数量来指定点编号61即可，而无须指定使作业工具4所处的其他点的点编号61。并且，对于所指定的点编号61，只要附带1个螺丝紧固的程序种类信息即可，而无须附带为了开始螺丝紧固而使起子开始旋转的程序，或者无须附带为了结束螺丝紧固而使起子结束旋转的程序。
(第5实施方式)
接下来，参照附图来详细说明本发明的机器人1的第5实施方式。关于与第1实施方式至第4实施方式相同的结构、相同的功能，标注相同的符号并省略详细说明。
图6是表示示教手控器351的结构的图。如图6所示，示教手控器351具备朝向方向行进按钮353、逆朝向方向后退按钮354及坐标系切换按钮355。
对于朝向方向行进按钮353与逆朝向方向后退按钮354的按下，JOG控制单元551根据1节距(pitch)的移动量L、方位角与迎角θa的信息，运算以下的式(17)至式(19)。是表示当前的作业工具4的朝向的方位角，θa是表示当前的作业工具4的朝向的迎角。
Za＝Lsinθa...(19)
JOG控制单元551在求出移动量Xa、移动量Yb及移动量Za时，对X线性滑块21输出使其以移动量Xa而移动的指令信号，对Y线性滑块22输出使其以移动量Ya而移动的指令信号，对ZR机构23输出使其以移动量Za而移动的指令信号。
即，通过朝向方向行进按钮353的按下，JOG控制单元551如图15所示，使作业工具4朝与作业工具4的朝向平行的顺方向移动。通过逆朝向方向后退按钮354的按下，使作业工具4朝与作业工具4的朝向平行的逆方向移动。顺方向是从作业工具4的后端朝向前端的方向，逆方向是从作业工具4的前端朝向后端的方向。
通过指定斜面Pc上的任意2点或3点，当作业工具4朝向与作业点Pa所处的斜面Pc铅垂的方向时，JOG控制单元551使作业工具4朝与斜面Pc铅垂的方向移动。
接下来，相对于坐标系切换按钮355的按下，JOG控制单元551将X轴、Y轴及Z轴从由X线性滑块21、Y线性滑块22及R旋转轴231的延伸方向所规定的坐标系，切换成由作业点Pa所处的斜面Pc及与该斜面Pc铅垂的方向所规定的坐标系。通过该切换，如图15所示，与斜面Pc铅垂的方向成为Z轴，彼此正交且也与Z轴正交的2轴成为X轴、Y轴。
该JOG控制单元551利用通过指定斜面Pc上的任意2点或3点而求出的方位角与迎角θ，来转换坐标系。并且，在坐标系切换按钮的按下后，JOG控制单元551相对于示教手控器351的操作X轴方向、Y轴方向的移动的按钮的按下，使作业工具4与斜面Pc平行地移动。
如上所述，该机器人1中，在示教模式时，按照操作单元35所接受的操作，使作业工具4朝运算单元553所运算出的朝向的顺方向及逆方向移动。而且，在示教模式时，切换成将运算单元553所运算出的方向作为一轴的正交坐标系，并按照操作单元35所接受的操作，使作业工具4沿着与运算单元553所运算出的朝向正交的斜面Pc移动。
由此，通过指定斜面Pc上的任意2点或3点，将作业工具4的朝向变更为与斜面Pc铅垂的方向后，作业点Pa的示教变得容易，示教技术人员的工作量进一步降低，作业点Pa的示教精度上升，作业准确度提高。
(第6实施方式)
接下来，参照附图来详细说明本发明的机器人1的第6实施方式。关于与第5实施方式相同的结构、相同的功能标注相同的符号，并省略详细说明。
在该机器人1中，JOG控制单元551在进行R旋转及P旋转的操作时，如图16所示般控制移动单元2，以在作业工具4的前端位置固定的状态下，使作业工具4以其前端为中心而旋转。JOG控制单元551在存贮器32中预先存储有作业工具4的工具中心点设定值。
工具中心点设定值为作业工具4的安装信息。该工具中心点设定值是使作业工具4朝向正下方的方位角为0及迎角θ为0的状态下的R旋转轴231与P旋转轴241的交叉点的XYZ坐标值、表示从该交叉点到作业工具4前端为止的距离的X轴成分Lx与Y轴成分Ly、进而从如下正交点到作业工具4前端为止的距离Ld，所述正交点是通过作业工具4的前端并与P旋转轴241的延长线正交的假想线和P旋转轴241的正交点。
此时，作业工具4前端的坐标(Xt，Yt，Zt)用以下的式(20)至式(22)来表示。
Zt＝Z0+Ld*cos(θ)...(22)
例如在进行将方位角由移到的操作、或者将迎角θ由θ1移到θ2的操作时，根据所述式(20)至式(22)，作业工具4前端将从T1(Xt1，Yt1，Zt1)移动到T2(Xt2，Yt2，Zt2)。JOG控制单元551控制X线性滑块21、Y线性滑块22及ZR机构23，使作业工具4沿X轴、Y轴及Z轴方向移动，以从T2(Xt2，Yt2，Zt2)移动到T1(Xt1，Yt1，Zt1)。
如此，该机器人1使作业工具4沿X轴、Y轴及Z轴方向移动，以抵消因旋转造成的作业工具4的前端位置的变动。即，在示教模式时，按照操作单元35的操作，以作业工具4的前端为中心来使作业工具4旋转。
作业点Pa为最重要的事项，另一方面，也有欲在从该作业点Pa分隔的位置实施例如激光标记(laser marking)等的需求。此时，若对从与斜面Pc铅垂的方向朝向作业点Pa的作业工具4的方向角度进行变更，则作业工具4前端的位置也有可能发生变动，从而微调整变得繁琐。但是，根据该机器人1，即使变更作业工具4的方向角度，作业工具4前端的位置也不动，因此示教技术人员的工作量飞跃式地减少，进而，示教的精度飞跃式地提高。
(其他实施方式)
如上所述，对本发明的实施方式进行了说明，但在不脱离发明的主旨的范围内，可进行各种省略、置换、变更。并且，该实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨内，并且包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。
例如，表示了直接对机器人1进行编程的示例，该编程包含针对机器人1的点数据322的登记，但并不限于此，也可利用独立于机器人1的计算机等编程工具来进行，还可将控制程序321与点数据322加载(load)到机器人1中。

Claims (10)

1.一种机器人，从朝铅垂方向与斜面隔开的第1点开始针对所述斜面上的第2点的处理，所述机器人的特征在于包括：
作业工具，进行针对所述第2点的作业；
移动单元，对所述作业工具进行移动及姿势变更；
操作单元，接受所述斜面上的任意2点或3点的坐标指定的操作；
运算单元，基于所述任意2点或3点的坐标，运算所述作业工具从所述第1点朝向所述第2点的方向；以及
控制单元，至少使所述作业工具移动到所述第1点，并按照所述运算单元的运算结果来将所述作业工具的姿势朝向所述第2点，使所述作业工具开始对所述第2点的处理。
2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于包括：
数据存储单元，存储所述第1点与所述第2点的分隔距离，
所述操作单元接受所述斜面上的第2点的坐标指定的操作，
基于所述第2点的坐标、所述任意2点或3点的坐标及所述分隔距离来运算所述第1点的坐标，
所述控制单元按照所述运算单元的运算结果来使所述作业工具移动到所述第1点。
3.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于包括：
存储单元，存储针对所述作业工具的各点将命令联系的描述格式的控制程序，
所述控制单元是与所述存储单元的控制程序所表示的各点相关联地叫出所述命令，来控制所述移动单元与所述作业工具。
4.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，
所述存储单元存储如下所述的所述控制程序：针对所述第2点，将运算所述第1点的坐标的运算命令、使所述作业工具朝向通过所述运算命令获得的所述第1点的坐标移动的移动命令、及所述作业工具的动作命令相关联的所述控制程序。
5.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，
所述控制单元在示教模式时，按照所述操作单元所接受的操作，使所述作业工具朝所述运算单元所运算出的朝向的顺方向及逆方向移动。
6.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，
所述控制单元在示教模式时，按照所述操作单元所接受的操作，使所述作业工具沿着与所述运算单元所运算出的朝向正交的所述斜面移动。
7.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，
所述操作单元包括：切换单元，在示教模式时，切换成将所述运算单元所运算出的朝向作为一轴的正交坐标系，
所述控制单元在示教模式时，通过所述切换单元向所述正交坐标系的切换，利用将所述运算单元所运算出的朝向作为一轴的正交坐标系来接受所述操作单元的操作。
8.根据权利要求7所述的机器人，其特征在于，
所述控制单元在所述示教模式时，通过所述切换单元向所述正交坐标系的切换，按照所述操作单元的操作，来使所述作业工具以所述作业工具的前端为中心而旋转。
9.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，
所述作业工具为电动的螺丝紧固起子，
所述第2点为螺丝的落座点，
所述第1点为螺丝紧固开始时使所述螺丝紧固起子处于的位置。
10.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，
所述第1点为朝斜面铅垂方向与所述第2点隔开将螺丝紧固长度加上预先设置的缓冲量及按压量的距离的位置。
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