專利名稱：機(jī)器人控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人控制系統(tǒng)。具體地說，本發(fā)明涉及用于控制裝備有一種磨削工件表面之磨具的機(jī)器人控制系統(tǒng)，以及涉及用于控制一種使用彼此相互替換的一組工具的機(jī)器人的系統(tǒng)，這些工具協(xié)同作用對一工件順序地實(shí)施各種作業(yè)。
能夠裝備各種工具，自動地完成如焊接、涂復(fù)、零件組裝及檢驗(yàn)?zāi)菢訁f(xié)同作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人(下面簡稱為機(jī)器人)是公知的，并且已在實(shí)際上被使用。在磨削領(lǐng)域中，裝備有磨具的機(jī)器人被用于自動地除去多余的焊接金屬，整修加工氣割或整修切割鑄件表面后之溝槽表面。但是，這類機(jī)器人不能克服由于工件形狀的多樣性、工件位置以及被除去對象的大小(例如毛刺)所引起的過量磨削或磨削不足的問題。
已有了數(shù)種配置了克服上述不足的機(jī)器人的自動磨削系統(tǒng)，在下列出版物中公開了這類系統(tǒng)的實(shí)施。
(1)日本專利公開(laid-open publication)NO3-60963(1991)用由一個基體金屬的外廓導(dǎo)向的磨頭進(jìn)行成形磨削，磨頭與工件之間的距離被調(diào)整得使用于磨頭之負(fù)載電流成為常量。
(2)日本專利公開(laid-open publication)NO3-142159(1991)一個用于檢測從工件傳送來的反作用力的動力傳感器連接于機(jī)器人的肘腕。根據(jù)來自動力傳感器的資料數(shù)據(jù)對機(jī)器人的位置和動力進(jìn)行調(diào)整，從而使施加于工件的壓力保持恒定。此外，該壓力的調(diào)整定值可以根據(jù)目前位置與標(biāo)的位置之間的差值進(jìn)行改變。
除了上述的機(jī)器人系統(tǒng)外，還采用另外種類的機(jī)器人系統(tǒng)，在此系統(tǒng)內(nèi)，一個單獨(dú)的機(jī)器人不僅完成磨削，而且還根據(jù)所完成的作業(yè)自動更換工具對一工件施行一種相同的或相似的作業(yè)。這類系統(tǒng)配置有用于實(shí)施所期望作業(yè)的自適應(yīng)控制機(jī)構(gòu)，那些作業(yè)只是通過機(jī)器人的基本機(jī)構(gòu)(即示教再現(xiàn)機(jī)構(gòu))是不可能應(yīng)付的。
但是，這些現(xiàn)有系統(tǒng)正受到它們固有不足的困擾。例如日本專利公開(1)的磨削系統(tǒng)通過機(jī)器人以恒定的壓力追隨工件的基體金屬的輪廓進(jìn)行磨削，因而在磨削前的待除對象的形狀(包括毛刺)被反映折射到磨削后的工件的形狀上。這就意味著，在磨削之后工件的不均勻性被相對減小，但仍然保留著不均勻性。這類磨削系統(tǒng)只適合用于簡單的拋光，而不適合用于包括除去多余金屬和修整鑄件等一類成型作業(yè)的磨削。
在日本專利公開(2)中公開的磨削系統(tǒng)需要將一動力傳感器連接于機(jī)器人肘腕，因而需要用于處理動力傳感器送出資料的單獨(dú)處理部件。這就使整個系統(tǒng)變復(fù)雜。
在用一個機(jī)器人實(shí)施一組類似作業(yè)的情況下，如果對每一個作業(yè)獨(dú)立地實(shí)施自適應(yīng)控制，這就要求對有用于各種作業(yè)的不同的控制器，于是導(dǎo)致涉及大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)。因而，從用于每項(xiàng)作業(yè)的自適應(yīng)控制中獲得的資料需要單獨(dú)地保存在各自的控制器中，其效能不會比每項(xiàng)作業(yè)被分開單獨(dú)實(shí)行時更好。
為了解決上述問題作出了本發(fā)明。因此本發(fā)明的目的之一是，通過采用磨頭裝備機(jī)器人，能以高精度但不用復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行包括成型在內(nèi)的自動磨削作業(yè)磨削工件的表面。本發(fā)明的另一個目的是，使得在由一個機(jī)器人完成的一組相似的作業(yè)中能共享數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)與每項(xiàng)作業(yè)以及自適應(yīng)控制有關(guān)，從而使從一項(xiàng)作業(yè)獲得的數(shù)據(jù)可以被利用于其它作業(yè)中，從而允許整個作業(yè)能高效率。
本發(fā)明的一個目的是提供一種用以控制一裝備一磨削工具、用于磨削一工件表面的機(jī)器人之機(jī)器人控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)具有(a)負(fù)載電流檢測機(jī)構(gòu)，用以檢測供給到磨削工具的負(fù)載電流；(b)負(fù)載電流變換檢測機(jī)構(gòu)，用以檢測供應(yīng)至磨削工具的負(fù)載電流內(nèi)的變化量；(c)進(jìn)入量控制機(jī)構(gòu)，用以控制根據(jù)由負(fù)載電流檢測機(jī)構(gòu)檢測的負(fù)載電流，由磨削工具進(jìn)入工件的量；(d)磨削速度控制機(jī)構(gòu)，用以根據(jù)負(fù)載電流檢測機(jī)構(gòu)檢測的負(fù)載電流控制磨削工具的速度；以及(e)開關(guān)機(jī)構(gòu)，用以連接或斷開從進(jìn)入量控制機(jī)構(gòu)至磨削速度控制機(jī)構(gòu)間的聯(lián)系，從而使得在由負(fù)載電流變換檢測機(jī)構(gòu)檢測到的負(fù)載電流中的變化量不大于一指定閾值時，進(jìn)入量控制機(jī)構(gòu)實(shí)施其控制，并且使得在由負(fù)載電流變換檢測機(jī)構(gòu)檢測到的負(fù)載電流中的變化量大于該指定閾值時，磨削速度控制機(jī)構(gòu)實(shí)施其控制。
在具有第一特征的本發(fā)明中，在供應(yīng)至磨削工具的負(fù)載電流中的變化量不大于規(guī)定閾值時，磨削工具相對工件的進(jìn)入量被根據(jù)負(fù)載電流進(jìn)行控制。在另一方面，當(dāng)在負(fù)載電流中的變換量超過規(guī)定閾值時，根據(jù)負(fù)載電流對磨削工具的磨削速度進(jìn)行控制。對于在其形狀方面變化較大的工件來說，磨削工具的磨削速度被相應(yīng)地控制得使工件能被成型而不留下任何未被磨削區(qū)域。對于在其形狀方面沒有多大變化的工件來說，磨削工具的進(jìn)入量被控制得使修整能被追隨著該工件基本金屬的輪廓進(jìn)行。這樣，即使待磨削工件的位置或形狀變化劇烈，也能以高精度成型成所期望的形狀而不使用復(fù)雜的方案。而且，控制是以負(fù)載電流為基準(zhǔn)的，這就使直接檢測磨削狀態(tài)有了可能，從而使砂輪磨削性能的變化能被立即應(yīng)付。
在本發(fā)明中，推薦使進(jìn)入量控制機(jī)構(gòu)實(shí)施其控制，從而在負(fù)載電流高時進(jìn)入量變小，而在負(fù)載電流低時，進(jìn)入量變大，也推薦使磨削速度控制機(jī)構(gòu)實(shí)施其控制，以便在負(fù)載電流高時使磨削速度變低，在負(fù)載電流低時磨削速度變高。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種用以控制一個使用可彼此替換的多種工具的機(jī)器人之機(jī)器人控制系統(tǒng)，從而使得可以在一個工件上實(shí)施與各個工具協(xié)同作用的一系列作業(yè)，此控制系統(tǒng)包含(a)標(biāo)的位置存儲機(jī)構(gòu)，用以貯存用于機(jī)器人的一預(yù)先示教的標(biāo)的位置；(b)位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，用以調(diào)整機(jī)器人的實(shí)際位置，使之適合工件上應(yīng)該對之施行一種作業(yè)的區(qū)域；(c)修整值存儲機(jī)構(gòu)，用以儲存存入標(biāo)的位置存儲機(jī)構(gòu)中的標(biāo)的位置與由位置調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整的實(shí)際位置的差值，并用作一作業(yè)期間的位置修整值；(d)修整機(jī)構(gòu)，用于在實(shí)施緊接著上一個作業(yè)的另一個作業(yè)時，根據(jù)在上一個作業(yè)期間已貯存在修整值存儲機(jī)構(gòu)中的位置修整值修整機(jī)器人的標(biāo)的位置。
根據(jù)具有第二特征的本發(fā)明，在機(jī)器人的實(shí)際位置被位置調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整得適合于工件中要求施行作業(yè)的區(qū)域時，施行第一作業(yè)。在施行第一作業(yè)期間，機(jī)器人的實(shí)際位置與其預(yù)先示教的標(biāo)的位置之間的差值被作為一位置修正值儲存于修正值存儲機(jī)構(gòu)中。在緊接著第一作業(yè)后順序?qū)嵤┑诙鳂I(yè)時，用于機(jī)器人的標(biāo)的位置被根據(jù)已在第一作業(yè)期間儲存于修正值存儲機(jī)構(gòu)中的位置修正值進(jìn)行修正。以這種方式使數(shù)據(jù)在一組作業(yè)的自適應(yīng)控制之間被共享，從而使之能在單個機(jī)器人中由自適應(yīng)控制實(shí)施不可能進(jìn)行的控制。此外，這種方案不涉及大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)，但使得用一個機(jī)器人高效能地順序?qū)嵤┮唤M不同的作業(yè)成為可能。
推薦的作法是，在第一作業(yè)中使用的工具可通過一種自動更換裝置被準(zhǔn)備在第二作業(yè)中使用的工具替換。采用此方案可使一系列作業(yè)被良好地自動控制。
可以體會到，第一作業(yè)可以是焊接，而第二作業(yè)可以是在焊接之后接著進(jìn)行的磨削。
最好，標(biāo)的位置存儲機(jī)構(gòu)將一線性部分作為機(jī)器人的標(biāo)的位置，此線性部分將焊接終結(jié)點(diǎn)與焊接起始點(diǎn)連接。
位置調(diào)整機(jī)構(gòu)最好實(shí)施水平位置控制，在水平位置上，一焊炬在焊接點(diǎn)結(jié)合部處擺動期間，使焊炬在右端處之焊接電流值與其在左端處之焊接電流值間的差值為零；還最好實(shí)施垂直位置控制，在此控制中使焊接電流值與一指定的基準(zhǔn)值間的差值為零。
最好，修正值存儲機(jī)構(gòu)將在焊接點(diǎn)結(jié)合部處之焊炬擺動的中心線與標(biāo)的位置間的差值作為位置修正值儲存。
通過下面進(jìn)行的詳細(xì)介紹，本發(fā)明的其余目的將會更加清楚。但是應(yīng)該理解，雖然指定為本發(fā)明的最佳實(shí)施例，但給出詳細(xì)介紹和特定的樣例只是為了解釋本發(fā)明，因?yàn)閷Ρ绢I(lǐng)域的技術(shù)人員來說，從這種詳細(xì)的介紹中會明顯地得出在本發(fā)明基本實(shí)質(zhì)原則范圍內(nèi)的各種變化和改型。


圖1-18與本發(fā)明的機(jī)器人控制系統(tǒng)是有配合關(guān)系的。
圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的系統(tǒng)圖，展示磨削作業(yè)中使用的一機(jī)器人系統(tǒng)。
圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的機(jī)器人控制器的系統(tǒng)框圖。
圖3是第一實(shí)施例機(jī)器人系統(tǒng)的基本程序流程圖。
圖4是一速度控制實(shí)施程序的流程圖。
圖5是一進(jìn)入控制實(shí)施程序流程圖。
圖6是利用第一實(shí)施例機(jī)器人系統(tǒng)處理工件的一個實(shí)例圖表。
圖7是展示第二實(shí)施例的多種作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的一系統(tǒng)圖。
圖8是展示第二實(shí)施例的機(jī)器人控制器的系統(tǒng)框圖。
圖9展示對焊炬的水平位置控制。
圖10是展示第二實(shí)施例多種作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的基本程序流程圖。
圖11是焊接程序的流程圖。
圖12是磨削程序的流程圖。
圖13是ATC程序的流程圖。
圖14(a)是用于拆卸工具程序(a)的流程圖。
圖14(b)是用于安裝工具程序(b)的流程圖。
圖15是展示焊接作業(yè)的一立體圖。
圖16展示焊接作業(yè)期間修正值的儲存。
圖17展示磨削作業(yè)期間一存儲的修正值的補(bǔ)償。
圖18展示一工具更換作業(yè)。
現(xiàn)在參看附圖對本發(fā)明最佳實(shí)施例的機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行說明。
(第一實(shí)施例)在本實(shí)施例中，本發(fā)明被應(yīng)用于磨削作業(yè)中使用的一機(jī)器人系統(tǒng)。如圖1所示，第一實(shí)施例的機(jī)器人系統(tǒng)包括(i)一個具有砂輪1的磨頭2，砂輪1固定于磨頭2中以便使之可以一特定的回轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)動；(ii)一個具有一組臂3a，3b和3c的鉸接式機(jī)器人4，各臂可以一指定速度相對工件磨削面運(yùn)動；(iii)一個用以對機(jī)器人4的驅(qū)動進(jìn)行控制(更正確地說是進(jìn)行砂輪的回轉(zhuǎn)速度控制，和對臂3a，3b，3c等的速度控制)的機(jī)器人控制器(機(jī)器人驅(qū)動控制組件)5。將一操作機(jī)構(gòu)6連接于機(jī)器人控制器5，操作者處理操作裝置6設(shè)定各種條件(示教)。
驅(qū)動磨頭2的馬達(dá)(未示出)由一動力源7(以后稱之為磨頭動力源)提供動力。用于馬達(dá)的負(fù)載電流由電流傳感器8檢測，之后從傳感器8將一負(fù)載電流信號輸入機(jī)器人控制器5。輸入控制器5的其它信號包括一個位置信號，它代表機(jī)器人4的當(dāng)前位置，而且是從置于機(jī)器人4上的一位置傳感器(未示出)送出的；以及一速度信號，它代表機(jī)器人4的當(dāng)前速度，而且是從一個速度傳感器(未示出)送出的。根據(jù)輸入數(shù)據(jù)，機(jī)器人控制器5進(jìn)行特定的運(yùn)算作業(yè)以便給機(jī)器人4輸出一驅(qū)動信號。
圖2具體地展示本實(shí)施例的機(jī)器人控制器5的結(jié)構(gòu)。如圖2所示，機(jī)器人控制器5包括一存儲器9，用于儲存如待使用的工具類型和所希望的修整類型等已由操作者通過操作裝置6設(shè)定的工作條件。一負(fù)載控制方式設(shè)定單元11輸入從存儲器9送出的如代表究竟進(jìn)行粗加工還是精修整的標(biāo)的修整值那樣的數(shù)據(jù)，和輸入預(yù)先儲存于一數(shù)據(jù)庫單元10中的數(shù)據(jù)。為了應(yīng)付各種工件形狀和工件的用途，對每個工具類型和每個修整目的的控制方式和設(shè)定的負(fù)載值(一個標(biāo)的電流值，閾值等)事先儲存入數(shù)據(jù)庫單元10。已通過示教存入存儲器9中的關(guān)于標(biāo)的位置值和標(biāo)的速度值的數(shù)據(jù)被從存儲器9中送至位置指令計(jì)算單元12。
來自電流傳感器8的負(fù)載電流信號通過輸入單元13被輸入負(fù)載信號處理單元14。負(fù)載信號處理單元根據(jù)輸入的負(fù)載電流信號計(jì)算出一位置修正值和一速度修正值，并將這些修正值輸送至位置指令計(jì)算單元12。該位置指令計(jì)算單元12根據(jù)代表機(jī)器人4目前位置的位置信號，代表機(jī)器人4目前速度的速度信號，輸入存儲器9中的標(biāo)的位置值和標(biāo)的速度值，以及輸入負(fù)載信號處理單元14中的位置修正值和速度修正值進(jìn)行計(jì)算，以產(chǎn)生一驅(qū)動信號。由單元12計(jì)算出的驅(qū)動信號送至機(jī)器人4。應(yīng)該注意，如起始信號和誤差信號這樣的信號在機(jī)器人控制器5與磨頭動力源7之間被傳送。
參看圖3所示基本程序的流程圖，在下面將詳細(xì)說明由上述結(jié)構(gòu)的機(jī)器人控制器5實(shí)施的磨頭2自適應(yīng)控制。
A到B在每個指定的采樣時間內(nèi)采取代表由電流傳感器8檢測的負(fù)載電流的數(shù)據(jù)。利用下面的公式對已被采集的幾項(xiàng)采樣數(shù)據(jù)Iin(i)…Iin(n)進(jìn)行平均Ismt(k)＝[Iin(i)+…+Iin(n)]/nC電流差值ΔI(m)是利用下列公式從平均后的采樣數(shù)據(jù)(平均數(shù)據(jù)值)計(jì)算出來的ΔI(m)＝[Ismt(k)-Ismt(k-l)]/2D利用下列公式對從前面的K次循環(huán)獲得的平均數(shù)據(jù)項(xiàng)Ismt(k)和差值ΔI(k)分別平均，以獲得平均電流Iavg和平均電流差ΔIavg。
Iavg＝[Ismt(i)+…+Ismt(k)]/kΔIavg＝[ΔI(i)+…+ΔI(k)]/kE到G如果用于速度控制的目前電流差值ΔIavg與標(biāo)的電流差值ΔIsp之間的差的絕對值超過一指定的閾值Thsp，換言之，如果負(fù)載電流的時間變化率是高的，流程就進(jìn)行速度控制執(zhí)行程序，這在下面將結(jié)合圖4進(jìn)行說明。另一方面，如果負(fù)載電流時間變率是低的，流程就進(jìn)行下面結(jié)合圖5說明的進(jìn)入控制執(zhí)行程序。
下面參看圖4的流程圖說明上述的速度控制執(zhí)行程序(各F步驟)。
F1到F2如果平均電流Iavg超過預(yù)定的最大允許負(fù)載電流IE，則磨削速度SP被設(shè)至零。
F3到F4如果平均電流Iavg不超過預(yù)定的最大允許負(fù)載電流IE，但已超過標(biāo)的電流的上限IH，將通過從目前磨削速度SP中減去SP0/4(SP0＝初始磨削速度)獲得的數(shù)值，設(shè)定為一個新的磨削速度SP。
F5到F6如果平均電流Iavg不大于標(biāo)的電流的上限IH且低于標(biāo)的電流下限IL，則通過將SP0/4加到目前磨削速度SP(即SP+SP0/4)而獲得的數(shù)值設(shè)定為新的磨削速度SP。如果平均電流Iavg不大于標(biāo)的電流的上限IH和不低于標(biāo)的電流的下限IL，則將當(dāng)前設(shè)定的磨削速度SP用作為磨削速度。
因此，在這類速度控制執(zhí)行程序中，磨削速度被控制得使進(jìn)入磨頭2中的負(fù)載電流處于標(biāo)的電流的上、下限IH和IL之間的范圍內(nèi)。就這種速度控制的控制方式而言，每單位時間從工件上除去的體積量可以被調(diào)整。因此，即使在對于成型是很重要的處理情況下，如在十分粗糙的部分被修整成平表面的時候，被除去部分的截面區(qū)域是變化的情況下，工件亦可以根據(jù)示教被磨削，而且不留下未被磨削的部分。
下面參看圖5的流程圖，對上述的進(jìn)入控制執(zhí)行程序進(jìn)行說明(各步驟G)。
G1到G2如果平均電流Iavg超過標(biāo)的電流的上限IH，通過從目前進(jìn)入量T中減去進(jìn)入修正量Ti得到的值(T-Ti)被設(shè)定作為一新的進(jìn)入量T。
G3到G4如果平均電流Iavg不比標(biāo)的電流的上限IH高，但低于標(biāo)的電流的下限值IL，則將進(jìn)入修正值Ti加上目前進(jìn)入量T得到的值(T+Ti)設(shè)定為一新的進(jìn)入量T。如果平均電流不高于標(biāo)的電流的上限IH而且不低于標(biāo)的電流的下限IL，目前設(shè)定的進(jìn)入量T就作為它的進(jìn)入量。
因此，在這種進(jìn)入控制執(zhí)行程序中，進(jìn)入量能夠被控制得使進(jìn)入磨頭2中的負(fù)載電流處于標(biāo)的電流上、下限IH與IL之間的范圍。應(yīng)該理解在磨頭2的速度恒定的情況下，單位時間內(nèi)從工件上除去的體積量隨進(jìn)入量的增加而增加。上述進(jìn)入控制的控制方式對于希望光滑修整沿工件基體金屬輪廓進(jìn)行的處理是特別有用的。因?yàn)榭梢哉{(diào)整進(jìn)入量而使進(jìn)入磨頭2的負(fù)載電流保持恒定，由此而使除去的體積量恒定。
例如，具有如圖6(a)所示形狀的截面工件用上述的機(jī)器人系統(tǒng)磨削，由電流傳感器8檢測到的負(fù)載電流值和電流差值分別由示于圖6(b)6(c)中的曲線來表示。如果將第一實(shí)施例的控制應(yīng)用于這樣的工件，其速度控制在以P標(biāo)示的區(qū)域內(nèi)執(zhí)行，進(jìn)入控制在以Q標(biāo)示的區(qū)域內(nèi)執(zhí)行，P，Q均示于圖6(a)中。其結(jié)果是可以完成成型而不在有形狀變化劇烈的區(qū)域留下不被磨削的部分。同時，整修作業(yè)能追隨在形狀方面有較小變化的區(qū)域的基體金屬的輪廓進(jìn)行。
因此，即使待磨削的工件有如鑄件的水口或澆口那樣的大隆起部分，該工件也可以在成形的同時被修整得使表面光滑。
雖然在根據(jù)進(jìn)入磨頭2的負(fù)載電流的變化量的大小決定是否自動地關(guān)斷速度控制和進(jìn)入控制的情況下說明了第一實(shí)施例，本發(fā)明的該機(jī)器人系統(tǒng)也可以應(yīng)用于另一種處理情況，在此種處理情況中，加工對于成型是重要的(例如粗加工后再進(jìn)行修整作業(yè))，以及加工對于光滑修整是重要的情況下，加工作業(yè)以不同的工藝步驟分開實(shí)施。
(第二實(shí)施例)在此實(shí)施例中，在本發(fā)明被應(yīng)用于一種多種作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，此系統(tǒng)先用一焊炬作為加工工具進(jìn)行焊接作業(yè)，并在焊接作業(yè)后緊接著用磨頭更換焊炬進(jìn)行磨削作業(yè)。
從圖7中可以明白，第二實(shí)施例多種作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中的具有一組臂3a、3b、3c的機(jī)器人，在主體結(jié)構(gòu)上與第一實(shí)施例的機(jī)器人基本上相同。在第二實(shí)施例中，一自動工具變換器20用來自動地更替加工工具，將一焊炬21換成磨頭2。其中也配設(shè)一機(jī)器人控制器22，該控制器22用于如在第一實(shí)施例中說明的那樣，對磨頭執(zhí)行自適應(yīng)控制，并如在以后要說明的那樣，對焊炬21執(zhí)行自適應(yīng)控制，機(jī)器人控制器22連接于操作裝置23。操作員通過操作裝置23設(shè)定(示教)各種條件。
用于驅(qū)動磨頭2的馬達(dá)(未示出)由磨頭動力源7提供動力。馬達(dá)的負(fù)載電流由電流傳感器8檢測，傳感器8又將磨頭負(fù)載電流信號傳送給機(jī)器人控制器22。向焊炬21供應(yīng)來自焊接動力源24的焊接電流。來自焊接動力源24的焊接電流由電流傳感器25檢測，該傳感器25又將焊接電流信號傳送給機(jī)器人控制器22。與第一實(shí)施例相似，機(jī)器人控制器22輸入一位置信號和一速度信號。該位置信號代表機(jī)器人4的目前位置，且由置于機(jī)器人4上的一位置傳感器(未示出)送出的。該速度信號代表機(jī)器人4的當(dāng)前速度。且由一個速度傳感器(未示出)送出的。根據(jù)這些輸入信號，機(jī)器人控制器22施行指定的運(yùn)算運(yùn)作并將一驅(qū)動信號輸送給機(jī)器人4。應(yīng)該注意起始信號和誤差信號這樣的信號是在機(jī)器人控制器22與磨頭動力源7之間和機(jī)器人控制器22與焊接動力源24之間傳送。
圖8具體地展示第二實(shí)施例機(jī)器人控制器22的結(jié)構(gòu)。如圖8所示，機(jī)器人控制器22具有一個用以控制機(jī)器人4基本位置和速度的位置控制單元26；一個用以根據(jù)待實(shí)施的作業(yè)類型執(zhí)行自適應(yīng)控制的自適應(yīng)控制單元27；以及一個數(shù)據(jù)庫單元28，用于每一種作業(yè)自適應(yīng)控制的操作方式、參量及輸入/輸出設(shè)定均被引入該單元28中。
在每一個步驟中，由操作員根據(jù)待施行的作業(yè)通過操作裝置23設(shè)定的，用于指示機(jī)器人4的位置和速度的命令被立即儲存在連接在機(jī)器人控制器22內(nèi)的指令存儲器29中，并由位置控制單元26的主控制部分26a分析。當(dāng)產(chǎn)生相應(yīng)于待實(shí)施的作業(yè)的自適應(yīng)控制的需要時，主控制器26a就將一操作起始命令及待實(shí)施的操作類型的信息傳送給自適應(yīng)控制單元27的自適應(yīng)控制設(shè)定部分27a，根據(jù)收到的操作起始命令，自適應(yīng)控制設(shè)定部分27a就設(shè)定相應(yīng)于待實(shí)施作業(yè)的自適應(yīng)控制方式及參量，從數(shù)據(jù)庫單元28中讀取它們并執(zhí)行輸入/輸出設(shè)定，在完成自適應(yīng)控制設(shè)定部分27a中的設(shè)定后，自適應(yīng)控制單元27的修正值計(jì)算部分27b根據(jù)通過輸入裝置30接收到的磨頭負(fù)載電流信號或焊接電流信號，計(jì)算出一位置修正值和一速度修正值。這些算出的值通過一輸出裝置31輸送至外圍設(shè)備和位置控制單元26的一位置命令計(jì)算部分26b。在位置命令計(jì)算部分26b中，根據(jù)代表機(jī)器人4的目前位置的位置信號、代表機(jī)器人4當(dāng)前速度的速度信號，已被從主控制部分26a輸入的位置標(biāo)的值和速度標(biāo)的值，以及已從修正值計(jì)算部分27b輸入的速度修正值和位置修正值計(jì)算出一驅(qū)動信號。將計(jì)算出的驅(qū)動信號輸送給機(jī)器人4。將位置修正值和速度修正值儲存于修正值存儲器32中，并在為了產(chǎn)生一驅(qū)動信號而要求計(jì)算時，再從修正值存儲器32中讀取。
用于磨頭2的自適應(yīng)控制的詳細(xì)情況已在第一實(shí)施例中詳細(xì)說明。在用于焊炬21的自適應(yīng)控制中，兩種控制，即水平位置(相對橫越焊炬21傳運(yùn)方向的方向的位置)控制和垂直位置(高度)控制以下列方式同時被實(shí)施。
在水平位置控制中，在焊炬21沿被焊接材料33，34的結(jié)合部運(yùn)動時，賦予焊炬21一種波動運(yùn)動，使之以正弦方式橫向波動，而且焊炬的水平位置被調(diào)整得使焊炬21在右端和在左端時的焊接電流之間的差值為零，這些電流是在波動移動期間由一電流傳感器25檢測。圖9(a)展示焊矩21偏左邊，從而使當(dāng)焊炬21處于左端時的焊接電流峰值大于右端的峰值一差值P。圖9(c)展示焊炬偏向右邊的狀態(tài)，在此狀態(tài)中，焊炬21處在右端時的焊接電流峰值大于左端的電流峰值一差值q。因此，在焊炬21處于右端和處于左端時的焊接電流峰值之間產(chǎn)生一個差值，對焊炬21的位置控制執(zhí)行使該差值如圖9(b)所示那樣變?yōu)榱恪?br> 在垂直位置控制中，將焊接電流的低頻分量取出，由此來檢測焊炬21的平均垂直位置(平均高度)。將這平均位置與預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，然后對焊炬21的垂直位置加以調(diào)整使得平均位置和基準(zhǔn)值之間的差值為零。
在第二實(shí)施例的多種作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中，用于焊炬的自適應(yīng)控制相對用于磨頭的自適應(yīng)控制是可轉(zhuǎn)換的，這些自適應(yīng)控制大體上趨向于在操作員示教下能自動地修正工具對一個位置的位移，并且在對焊炬21的自適應(yīng)控制期間儲存于修正值存儲器32的修正值被用于對磨頭2的自適應(yīng)控制中。這就可以使之沿垂直于磨削平面內(nèi)的磨削作業(yè)的方向修正磨頭2的位移，這種位移采用用于磨頭2的自適應(yīng)控制一般是不能修正的。
下面參看圖10到14中的流程圖，用以說明在焊接之后接著進(jìn)行磨削時所實(shí)施的控制的詳細(xì)情況。
圖10是一基本程序的流程圖。在此基本程序中，焊接程序首先被調(diào)用(步驟S′)，然后是磨削程序被調(diào)用(步驟T)。
焊接程序按照圖11所示的流程圖執(zhí)行。
S1執(zhí)行初始化。在該初始化中，將工具請求信號置于1(它代表焊炬)，與此同時，將與焊炬有關(guān)的工具參量從一工具參量表中讀取以便將之設(shè)定。然后將控制點(diǎn)移向工具參量標(biāo)明的位置處。應(yīng)該注意到，工具參量是一工具的長度、角度及其它因素的值，這些值是由安裝于機(jī)器人4的一個六軸突緣面(six-axes flange face)上的一坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)的坐標(biāo)點(diǎn)代表的。
S2到S4將一個在以后結(jié)合圖13的流程圖說明的ATC程序調(diào)出，并將焊炬21安裝于機(jī)器人4上。然后將機(jī)器人4移動至搜索起始點(diǎn)P0(即工件相對于Z方向的位置，這已由操作員在事先示教過)。之后，將用于修正焊接起始點(diǎn)的位移的搜索程序調(diào)出。應(yīng)該注意到，在此搜索程序中，由操作員示教的工件W的端面位置P0(Z-方向)，P1(Y-方向)，及P2(X-方向)被設(shè)定作為搜索起始點(diǎn)(參看圖15)，并且從這些搜索起始點(diǎn)沿一個初始化示教的方向?qū)嵤┧阉髯鳂I(yè)，以便獲得由用于機(jī)器人4的基本坐標(biāo)系統(tǒng)表示的工件W的目前位置(P01，P11，P12)。搜索作業(yè)例如以這樣的一種方式實(shí)施，即在焊炬21的導(dǎo)電狀態(tài)被檢測的同時，將焊炬21移向工件W，而且在工件W處于導(dǎo)電狀態(tài)的時候，停止焊炬21的移動。以這種方法可以獲得工件的目前位置與示教位置間的偏差，并以此偏差為準(zhǔn)采用下列公式對焊接起始位置P3的位移進(jìn)行修正。應(yīng)該注意在修正之后的焊接起始點(diǎn)的值由P3new表示，而其修正前的該值由P3old表示。
P3new，x＝P3old，x+(P21x-P2x)P3new，y＝P3old，y+(P11y-P1y)P3new，z＝P3old，z+(P01z-P0z)S5到S6將焊炬21移向焊接起始點(diǎn)P3，而且從數(shù)據(jù)庫部分28中讀取焊接條件。之后，設(shè)定用于焊接動力源24及相應(yīng)的自適應(yīng)控制的指令。
S7使焊接起始程序起動。具體地說，將關(guān)于電流、電壓以及起始命令的指令送至焊接動力源24，與此同時，由自適應(yīng)控制單元27起動自適應(yīng)控制。在這種自適應(yīng)控制中，修正值計(jì)算部分27b以與先前說明的相同方法，計(jì)算出用于相對X-方向即水平方向的修正值(一個用于相對Z-方向即垂直方向的修正值同樣也可以算出)。將此修正值送至位置命令計(jì)算部分26b，該計(jì)算部分26b又將此修正值轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器人4的基本坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)值，以便添加一目前的標(biāo)的值而得到一新的標(biāo)的值。此外，結(jié)合修正值的標(biāo)的值Pn，new與由操作員為目前進(jìn)行的循環(huán)示教的標(biāo)的值Pn，old之間的偏差ΔWn＝Pn，new-Pn，old被儲存起來(參看圖16)。注意該偏差值ΔWn是由機(jī)器人基本坐標(biāo)系統(tǒng)表示的一個累積修正值。之后，將該偏差值ΔWn與前一處理循環(huán)中的偏差值ΔWn-1之間的差值ΔPn＝ΔWn-ΔWn-1存入修正值存儲器32中。注意該差值ΔPn是到前一循環(huán)為止的累積值與到目前循環(huán)為止的累積值間的差值。
S8到S10在自適應(yīng)控制和修正值的儲存被執(zhí)行的同時，使焊矩21向焊接端點(diǎn)P4處線性地移動。在焊炬移動達(dá)到焊接端點(diǎn)P4后，就執(zhí)行一焊接終止程序。更具體地說，將一個終止命令傳送給焊接動力源，從而使自適應(yīng)控制停止。在這之后，將焊炬21移至被事先示教的一預(yù)備位置處，使焊接程序結(jié)束。
之后，使磨削程序按照圖12所示的流程圖執(zhí)行。
T1執(zhí)行初始化。此初始化與焊接程序中的相似。具體地說，將工具要求信號置于2(該信號代表一磨頭)，并從工具參數(shù)表中讀取相應(yīng)于磨頭的工具參量以便設(shè)定它們。之后，將控制點(diǎn)移向由那些工具參量標(biāo)明的位置處。
T2到T4在焊炬21被拆下和磨頭2被安裝的同時，調(diào)出以后會結(jié)合圖13的流程圖說明的ATC程序。之后，將機(jī)器人4移向在焊接程序中已對之作了修正的起始點(diǎn)P3(磨削起始位置)。在磨削條件從數(shù)據(jù)庫部分28中讀取之后，用于磨削動力源7的一命令值及相應(yīng)的自適應(yīng)控制就被設(shè)定。
T5執(zhí)行磨削起始程序，在此程序中，將一作業(yè)起始命令送至磨削動力源，而且自適應(yīng)控制單元27開始相應(yīng)的自適應(yīng)控制。在此自適應(yīng)控制中，修正值計(jì)算部分27b根據(jù)來自電流傳感器8的負(fù)載電流信號對Z-方向計(jì)算出一修正值，并將計(jì)算出的修正值送至位置命令計(jì)算部分26b，其情況如同先前在第一實(shí)施例中說明的那樣。為了還原(regeneration)被儲存的數(shù)據(jù)，位置命令計(jì)算部分26b讀取在對焊炬21自適應(yīng)控制期間已被存入修正值存儲器32中的修正值ΔPn。之后將該修正值ΔPn加到由操作員示教的一標(biāo)的值Pn，old而得到一新標(biāo)的值Pn，new。與此同時，修正值計(jì)算部分27b計(jì)算出一修正值ΔGn，并且將之轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器人基本坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)值，以便將之加到在此次作業(yè)中計(jì)算出的標(biāo)的值Pn，new中，從而能夠得到一實(shí)標(biāo)的值Pn，real。
圖17展示了一個在磨頭2的自適應(yīng)控制中用于獲得實(shí)標(biāo)的值Pn，real的一計(jì)算過程的實(shí)例。圖17中展示的實(shí)例中，是在焊炬21的自適應(yīng)控制期間只存儲用于X-方向的修正值ΔPn，而在磨頭2的自適應(yīng)控制期間只對Z-方向的位置作出修正。如圖17(a)所示，結(jié)合有儲存的修正值之標(biāo)的值Pn，new利用下列公式從示教數(shù)據(jù)中的標(biāo)的值Pn，old得到。
Pn，new＝Pn，old+ΔPΔP儲存的累積修正值之后，將在磨頭的自適應(yīng)控制中獲得的修正值ΔGn加到從上述公式中得到的標(biāo)的值Pn，new中，如圖17(b)所示，從而獲得實(shí)標(biāo)的值Pn，real。這種情況用下列公式表達(dá)。
Pn，real＝Pn，new+ΔGnT6到T8在實(shí)施自適應(yīng)控制和還原修正值的同時，使磨頭2向磨削終點(diǎn)P4作線性移動。在磨頭2到達(dá)終端P4后，起動一磨削終止程序，在此程序中，將一終止命令傳向磨頭2，因而使自適應(yīng)控制停止。在這之后，使磨頭2移向一事先示教的預(yù)備位置處，由此而使磨削程序結(jié)束。
參看圖13的流程圖，對ATC程序的過程(在圖11中的步驟S2及在圖12中的步驟T2)說明如下。
U1到U4在標(biāo)志目前被安裝工具的工具判別信號為零(沒有安裝)時，如果工具請求信號標(biāo)示1(焊炬)，工具1(焊炬)就被安裝；如果工具請求信號標(biāo)示為2(磨頭)，工具2(磨頭)就被安裝。
U5到U7在工具判別信號標(biāo)示為1(焊炬)時，如果工具請求信號標(biāo)示為1(焊炬)就不需要更換工具，從而使此流程終止；如果工具請求信號標(biāo)示為2(磨頭)，就將當(dāng)前安裝著的工具1(焊炬)拆下，然后安裝工具2(磨頭)。
U8到U10在工具判別信號標(biāo)示為2(磨頭)時，如果工具請求信號標(biāo)示為2(磨頭)，那就無需更換工具，所以將此流程結(jié)束；如果工具請求信號標(biāo)示為1(焊炬)，就將當(dāng)前安裝著的工具2(磨頭)卸下，然后安裝工具1(焊炬)。
圖14展示一拆卸工具程序(a)及一安裝工具程序(b)。工具更換以這樣的一種方法進(jìn)行機(jī)器人4的臂端(肘腕)3C如圖18所示向安放著磨頭2和焊炬21的工具站35移動，而且在該站將目前安裝的工具拆下，之后將一新工具安裝上。圖14的流程圖與圖18結(jié)合說明。
V1到V4為了拆卸工具1(焊炬21)，臂3C在移到位置Pt11后，沿直線向位置Ptl2移動，然后將一個ATC夾緊信號關(guān)斷。以許可工具1被工具站35夾持。之后臂3C沿直線向位置Pt13移動。與之相似，為了拆下工具2(磨頭2)，在移向位置P121后，臂3C沿直線移向P122，然后將ATC夾緊信號關(guān)斷，以便允許工具2被工具站35夾持。之后，臂3C就沿直線移向位置P123。
W1到W4為了安裝工具1(焊炬21)，在移至位置Pt11之后，臂3C沿直線移向位置Pt12，然后接通ATC夾緊信號以允許臂3C抓緊儲存于工具站35的工具1。之后，將臂3C沿直線移向位置Pt13。與此相類似，為了安裝工具2(磨頭2)，在移至位置P121后，將臂3C沿直線移向位置P122。接著使ATC夾緊信號接通，以允許臂3C抓住儲存于工具站35內(nèi)之工具2，之后使臂3C沿直線移向位置P123。
通過采用第二實(shí)施例的多種作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，可以使數(shù)據(jù)在焊接作業(yè)自適應(yīng)控制與磨削作業(yè)自適應(yīng)控制之間共享。這就能夠?qū)δヮ^沿在磨削平面內(nèi)的垂直于磨削方向的方向(也就是橫越過磨頭傳送方向的方向)進(jìn)行位置控制。這種控制用在磨削作業(yè)內(nèi)和在磨削期間的自適應(yīng)控制中獲得的資料原則上是不可能進(jìn)行的。因此，在第二實(shí)施例的機(jī)器人控制系統(tǒng)中，用于一種作業(yè)的自適應(yīng)控制與用于另一種作業(yè)的自適應(yīng)控制彼此良好地互補(bǔ)，從而使之能夠?qū)嵤┰趩雾?xiàng)作業(yè)中不能實(shí)施的控制。此外，在用一個機(jī)器人順序地實(shí)施不同類型的作業(yè)時，可以不使用大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)而獲得高效能。
雖然在實(shí)施例中，本發(fā)明已具體地說明了在焊接作業(yè)之后順序地接著實(shí)施磨削作業(yè)的情況，但本發(fā)明不局限于這種情況，它還適用于別的情況，在該情況中可以在一系列作業(yè)中要求對機(jī)器人臂的路徑進(jìn)行修正，例如在焊接之后又接著順序地執(zhí)行對焊接部分進(jìn)行探傷檢測作業(yè)(例如超聲波探傷)時所要求的那樣。
在說明了本發(fā)明后，很明顯，所說明的情況可以用多種方式加以變化。那類變化并不被認(rèn)為是偏離本發(fā)明的基本實(shí)質(zhì)的，因此對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的所有的這類變化均被包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于控制裝備有用于磨削一個工件表面的磨削工具的機(jī)器人的機(jī)器人控制系統(tǒng)，此控制系統(tǒng)包含(a)，負(fù)載電流檢測機(jī)構(gòu)，用于檢測供應(yīng)至磨削工具的負(fù)載電流；(b)，負(fù)載電流變化檢測機(jī)構(gòu)，用于檢測供應(yīng)至磨削工具的負(fù)載電流內(nèi)的變化量；(c)，進(jìn)入量控制機(jī)構(gòu)，用于根據(jù)由負(fù)載電流檢測機(jī)構(gòu)檢測到的負(fù)載電流，控制磨削工具進(jìn)入工件的量；(d)，磨削速度控制機(jī)構(gòu)，用以根據(jù)負(fù)載電流檢測機(jī)構(gòu)檢測到的負(fù)載電流，控制磨削工具的磨削速度；以及(e)，開關(guān)機(jī)構(gòu)，用于開關(guān)進(jìn)入量控制機(jī)構(gòu)與磨削速度控制機(jī)構(gòu)之間的聯(lián)系，從而使得在由負(fù)載電流檢測機(jī)構(gòu)檢測到的負(fù)載電流的變化量不大于一規(guī)定閾值時，進(jìn)入量控制機(jī)構(gòu)執(zhí)行控制；并且在由負(fù)載電流檢測機(jī)構(gòu)測得的負(fù)載電流的變化量大于規(guī)定閾值時，使磨削速度控制機(jī)構(gòu)執(zhí)行其控制。
2.如權(quán)利要求1所述機(jī)器人控制系統(tǒng)，其中，進(jìn)入量控制機(jī)構(gòu)實(shí)施控制，從而使得在負(fù)載電流高時，進(jìn)入量變小，在負(fù)載電流低時，使進(jìn)入量變大；以及其中磨削速度控制機(jī)構(gòu)實(shí)施控制，從而使得在負(fù)載電流高時，磨削速度變低，在負(fù)載電流低時，磨削速度變高。
3.一種用于控制使用多個相互替換工具的機(jī)器人的機(jī)器人控制系統(tǒng)，使得在一個工件上與各個工具配合作用實(shí)施一系列作業(yè)，該控制系統(tǒng)包含(a)，標(biāo)的位置存儲機(jī)構(gòu)，用于儲存一個用于機(jī)器人的初始化示教標(biāo)的位置；(b)，位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，用于調(diào)整機(jī)器人的實(shí)際位置，以便使機(jī)器人適合于工件上的一種作業(yè)實(shí)施的區(qū)域；(c)，修正量存儲機(jī)構(gòu)，用于儲存存入標(biāo)的位置存儲機(jī)構(gòu)內(nèi)的標(biāo)的位置與由位置調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整過的實(shí)際位置間的差值，在實(shí)施一種作業(yè)期間，該差值用作位置修正值；以及(d)，修正機(jī)構(gòu)，在所說一項(xiàng)作業(yè)之后緊接著順序進(jìn)行另一作業(yè)時，修正機(jī)構(gòu)根據(jù)已在上一個作業(yè)期間儲存入修正量存儲機(jī)構(gòu)中的位置修正值，修正機(jī)器人的標(biāo)的位置。
4.如權(quán)利要求3所述機(jī)器人控制系統(tǒng)，其中，借助于一自動更換裝置，在一種作業(yè)中使用過的工具被在另一種作業(yè)中待使用的工具更換。
5.如權(quán)利要求3或4所述機(jī)器人控制系統(tǒng)，其中，所述的一種作業(yè)是焊接，另一種作業(yè)則是在焊接后要順序接著進(jìn)行的磨削。
6.如權(quán)利要求5所述機(jī)器人控制系統(tǒng)，其中，標(biāo)的位置存儲機(jī)構(gòu)儲存連接焊接起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)的一線性部分作為該標(biāo)的位置。
7.如權(quán)利要求5所述機(jī)器人控制系統(tǒng)，其中，位置調(diào)整機(jī)構(gòu)實(shí)施水平位置控制，在此控制中，使焊炬在焊接點(diǎn)結(jié)合部擺動期間，焊炬在右端時的焊接電流值與其在左端時的焊接電流值間的差值為零；并實(shí)施垂直位置控制，在此控制中，使焊接電流值與一指定基準(zhǔn)值之間的差值為零。
8.如權(quán)利要求6所述機(jī)器人控制系統(tǒng)，其中，該修正值存儲機(jī)構(gòu)將標(biāo)的位置與在焊接點(diǎn)結(jié)合部分處之焊炬擺動中心線之間的差值，作為位置修正值儲存。
全文摘要
當(dāng)供應(yīng)到磨頭的負(fù)載電流中的變化不大于一預(yù)定閾值時，使磨頭進(jìn)入工件的量根據(jù)負(fù)載電流控制。在負(fù)載電流的變化量超過預(yù)定閾值時，根據(jù)負(fù)載電流控制磨頭的磨削速度。在用一個機(jī)器人實(shí)施多種作業(yè)時，在一種作業(yè)中計(jì)算出的位置修正值在另一作業(yè)中被用來修正一標(biāo)的位置。
文檔編號B24B27/04GK1150401SQ9519350
公開日1997年5月21日 申請日期1995年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月17日
發(fā)明者谷長禎, 小川哲也 申請人:株式會社小松制作所