使用机器人的三维打印机和机器人的控制装置制造方法及图纸

提供一种能够对高强度且高精度的物品进行成型的、使用机器人的3D打印机和该机器人的控制装置。用作3D打印机的机器人具有：输入侧编码器，其用于获取基于控制指令进行了动作的机器人的关节的输入轴的角度信息；以及输出侧编码器，其用于获取输出轴的角度信息。控制装置的运算部具有：控制指令保存部，其保存对机器人的各轴的马达的控制指令；偏差估计部，其接收输入侧编码器和输出侧编码器双方的检测结果，并估计控制指令与机器人的实际的轨迹之间的偏差；以及控制指令校正部，其使用偏差估计部的估计结果来对控制指令进行校正。计部的估计结果来对控制指令进行校正。计部的估计结果来对控制指令进行校正。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用机器人的三维打印机和机器人的控制装置


[0001]本专利技术涉及一种使用机器人的3D打印机和该机器人的控制装置。

技术介绍

[0002]将树脂、金属等材料层叠来对立体物进行成型(打印)的层叠成型装置(所谓的3D打印机)与注塑成型等相比，即使是复杂的形状也能够容易地进行成型。作为典型的3D打印机，可例举门型的加工机，但使用工业用机器人的3D打印机也是周知的(例如参照专利文献1和2)。
[0003]另一方面，在机器人的减速机的内部机构中，由于刚性不足等而可能发生弯曲或变形，因此，除了具备用于检测马达的旋转轴的旋转角度的输入侧编码器之外还具备用于检测减速机的输出轴的旋转角度的输出侧编码器的机器人是周知的(例如参照专利文献3和4)。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本特表2019
‑
537521号公报
[0007]专利文献2：日本特开2019
‑
098682号公报
[0008]专利文献3：日本特开2016
‑
027951号公报
[0009]专利文献4：日本特开2020
‑
121355号公报

技术实现思路

[0010]专利技术要解决的问题
[0011]在使用门型的加工机的3D打印机中，由于树脂等的层叠方向被限制，因此有时成型物的强度、刚性不足。另一方面，在使用机器人的3D打印机中，由于能够任意变更层叠方向，因此能够提高成型物的强度、刚性，但由于减速机构的齿隙(backlash)、机器人在从设置于机械臂前端的喷嘴喷出熔融后的树脂时受到的反作用力的影响等，机器人的动作轨迹的精度有时会恶化。仅通过在驱动机器人的各轴的马达设置输入侧编码器作为用于防止该精度恶化的单元，无法正确地测定或估计减速机的齿隙等的影响，因此难以适当地对动作轨迹进行校正。
[0012]用于解决问题的方案
[0013]本公开的一个方式是一种机器人控制装置，对具备用于喷出成型对象物的材料的喷嘴的多关节机器人进行控制，所述机器人控制装置具有：控制指令保存部，其保存控制指令，所述控制指令包含所述喷嘴在一边对所述成型对象物涂布所述材料一边进行移动时应按照的预定打印路径；偏差估计部，其基于根据所述控制指令进行了动作的所述多关节机器人的关节的输入侧的角度信息和输出侧的角度信息，来求出作为所述喷嘴的实际的动作轨迹的打印完毕路径，并估计该打印完毕路径与所述预定打印路径之间的偏差；以及控制指令校正部，其对所述控制指令进行校正，以减少或消除所估计出的所述偏差。
[0014]本公开的另一方式是一种三维打印机，具备：多关节机器人，其具备喷嘴，所述喷嘴用于涂布成型对象物的材料并使所述材料层叠；以及上述一个方式所涉及的机器人控制装置，其控制所述多关节机器人。
[0015]专利技术的效果
[0016]根据本公开，在使用机器人的3D打印机中，不仅在机器人的输入轴侧设置角度信息获取部，还在输出轴侧设置角度信息获取部，并且还考虑涂布反作用力造成的影响来进行机器人动作轨迹的校正，由此能够极高精度地形成成型对象物。
附图说明
[0017]图1是在一个实施方式所涉及的3D打印机中使用的机器人和成型对象物的概要图。
[0018]图2是安装于图1的机器人的喷嘴单元的概要图。
[0019]图3是比较例所涉及的门型3D打印机和成型对象物的概要图。
[0020]图4是示意性地示出图1的机器人的主要部分的图。
[0021]图5是第一实施例所涉及的机器人控制装置的功能框图。
[0022]图6是示出对成型对象物涂布了树脂长丝的状态的概要图。
[0023]图7是示出作为比较例的在图6的状态下进一步涂布了树脂长丝的状态的概要图。
[0024]图8是示出打印的疏密的一例的图。
[0025]图9是示出打印的疏密的另一例的图。
[0026]图10是示出打印的疏密的又一例的图。
[0027]图11是第二实施例所涉及的机器人控制装置的功能框图。
[0028]图12是示出第二实施例中的在图6的状态下进一步涂布了树脂长丝的状态的概要图。
[0029]图13是说明对机器人的轨迹阶段性地进行校正的处理的一例的图。
[0030]图14是示出作为比较例的在具有凹凸的涂布表面涂布了树脂长丝的状态的概要图。
[0031]图15是示意性地示出图1的机器人的主要部分并且追加了力传感器的图。
[0032]图16是第三实施例所涉及的机器人控制装置的功能框图。
[0033]图17是示出涂布方向与涂布反作用力之间的关系的一例的曲线图。
[0034]图18是示出第三实施例中的在具有凹凸的涂布表面涂布了树脂长丝的状态的概要图。
[0035]图19是示出第三实施例中的在涂布表面层叠了树脂长丝的状态的概要图。
[0036]图20是第四实施例所涉及的机器人控制装置的功能框图。
[0037]图21是示出第四实施例中的在涂布表面层叠了树脂长丝的状态的概要图。
具体实施方式
[0038]图1是用作优选的实施方式所涉及的3D打印机的机器人10和由该3D打印机成型的成型对象物12的概要图。机器人10例如是六轴的工业用垂直多关节机器人，该机器人10具有设置于地面等的基座14、以能够绕大致铅垂方向的轴旋转的方式相对于基座14连接的回
旋筒16、以能够旋转的方式相对于回旋筒16连接的上臂18、以能够旋转的方式相对于上臂18连接的前臂20、以能够旋转的方式相对于前臂20连接的手腕22、以及以能够旋转的方式相对于手腕22连接的末端执行器24。在本实施方式中，末端执行器24是用于将作为构成成型对象物12的材料的树脂长丝喷出并涂布于对象物12的喷嘴单元。
[0039]图2示出喷嘴单元24的概要结构。喷嘴单元24具备：喷嘴27，其将作为熔化后的丝状的树脂材料的长丝26涂布于成型对象物12；加热器(未图示)，其将长丝26熔化；以及辊28，其用于送出长丝26，这些结构与周知的结构相同即可。能够至少使用来自后述的机器人控制装置的控制指令来控制加热器的温度和辊28的旋转量。另外，能够预先获取、存储表示加热器的温度及辊的旋转量与长丝的进给量之间的相关性的数据，并能够基于该数据来控制长丝的进给量。
[0040]图3是比较例所涉及的门型3D打印机11和由门型3D打印机11成型的成型对象物13的概要图，在此，设为成型对象物13的形状与成型对象物12的形状相同。如图所示，在门型3D打印机11中，树脂长丝的涂布方向在成型对象物13的整体中被限定为大致水平方向，长丝沿大致铅垂方向层叠。若像这样涂布方向与层叠方向相同，则存在如下问题：成型物的针对特定方向的力的强度比针对其它方向的强度弱，例如容易在其腿部15这样的应力容易集中的部位发生破损。
[0041]与此相对，在使用多关节机器人10的机器人3D打印机中，喷嘴2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种机器人控制装置，对具备用于喷出成型对象物的材料的喷嘴的多关节机器人进行控制，所述机器人控制装置具有：控制指令保存部，其保存控制指令，所述控制指令包含所述喷嘴在一边对所述成型对象物涂布所述材料一边进行移动时应按照的预定打印路径；偏差估计部，其基于根据所述控制指令进行了动作的所述多关节机器人的关节的输入侧的角度信息和输出侧的角度信息，来求出作为所述喷嘴的实际的动作轨迹的打印完毕路径，并估计该打印完毕路径与所述预定打印路径之间的偏差；以及控制指令校正部，其对所述控制指令进行校正，以减少或消除所估计出的所述偏差。2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其中，还具有重新计算部，所述重新计算部以使所述预定打印路径与所述打印完毕路径之间的偏差呈阶段性地减少从而在涂布的宽度方向上与所述预定打印路径逐渐接近的方式生成预定打印校正路径，所述控制指令校正部基于所述重新计算部所生成的所述预定打印校正路径、以及该预定打印校正路径与所述打印完毕路径之间的偏差，来对所述控制指令进行校正。3.根据权利要求1或2所述的机器人控制装置，其中，还具有涂布状态估计部，所述涂布状态估计部基于在喷出所述材料的期间作用于所述喷嘴的反作用力来估计所述成型...

【专利技术属性】
技术研发人员：近藤勇树，
申请(专利权)人：发那科株式会社，
类型：发明
国别省市：