DE102010023736B4 - Robot system with problem detection function - Google Patents
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Abstract
Robotersystem (10) mit einer mechanischen Robotereinheit (12) und einer Steuerung (14), die zum Steuern der mechanischen Robotereinheit (12) eingerichtet ist, wobei die Steuerung (14) dazu ausgebildet ist, jeden Motor (22, 24, 26) zum Antreiben der mechanischen Robotereinheit (12) zu steuern, indem sie einen Wert oder ein Signal von einem Codierer (28, 30, 32) empfängt, das die Position jedes Motors (22, 24, 26) angibt, und indem sie einen Befehl oder ein Signal an jeden Motor (22, 24, 26) überträgt, so dass die Position jeder Achse zu jedem Zeitpunkt der Position entspricht, die in einem vorbestimmten Roboterprogramm bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Robotersystem eine Störung oder Anomalie des Codierers (28, 30, 32) erkennt und hierfür folgendes aufweist: ein visuelles Ziel (44, 46, 48) mit einer bekannten geometrischen Eigenschaft, das an einer vorgegebenen Stelle positioniert ist; einen optischen Sensor (34), der an einem beweglichen Glied (20) der mechanischen Robotereinheit (12) angebracht ist, so dass der optische Sensor (34) das visuelle Ziel (44, 46, 48) in einem Sichtfeld des optischen Sensors erfasst; einen ersten Messteil (38), der ausgebildet ist zum Verarbeiten von Bildern des an der vorgegebenen Stelle positionierten visuellen Ziels (44, 46, 48), wobei die Bilder vom optischen Sensor (34) während einer vorgegebenen Zeitspanne erhalten werden, zum Berechnen der positionsmäßigen Beziehung zwischen dem optischen Sensor und dem visuellen Ziel auf Grundlage wie das visuelle Ziel in einem von dem optischen Sensor erhaltenen Bild wiedergegeben wird, und zum Berechnen mindestens entweder der räumlichen Position oder der Bewegungsgeschwindigkeit eines Referenzpunktes als einen ersten Messwert, wobei die Lagebeziehung zwischen dem Referenzpunkt und dem optischen Sensor (34) konstant ist; einen zweiten Messteil (36), der dazu eingerichtet ist, mindestens entweder die räumliche Position oder die Bewegungsgeschwindigkeit des Referenzpunktes auf Basis des Ausgangssignals des Codierers (28, 30, 32) als einen zweiten Messwert zu erfassen; ...A robotic system (10) comprising a mechanical robotic unit (12) and a controller (14) adapted to control the robotic mechanical unit (12), the controller (14) being adapted to connect each motor (22, 24, 26) to the robot Driving the mechanical robot unit (12) by receiving a value or signal from an encoder (28, 30, 32) indicating the position of each motor (22, 24, 26) and by a command or Signal to each motor (22, 24, 26) transmits, so that the position of each axis at any time corresponds to the position determined in a predetermined robot program, characterized in that the robot system a malfunction or anomaly of the encoder (28, 30 , 32), comprising: a visual target (44, 46, 48) having a known geometric characteristic positioned at a predetermined location; an optical sensor (34) mounted on a movable member (20) of the robotic mechanical unit (12) so that the optical sensor (34) detects the visual target (44, 46, 48) in a field of view of the optical sensor; a first measuring part (38) adapted to process images of the visual target (44, 46, 48) positioned at the predetermined location, the images being obtained from the optical sensor (34) for a predetermined period of time to calculate the positional Relationship between the optical sensor and the visual target on the basis of how the visual target is reproduced in an image obtained from the optical sensor, and for calculating at least either the spatial position or the moving speed of a reference point as a first measured value, wherein the positional relationship between the reference point and the optical sensor (34) is constant; a second measuring part (36) arranged to detect at least one of the spatial position and the moving speed of the reference point based on the output of the encoder (28, 30, 32) as a second measured value; ...
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Robotersystem mit einer Problemerkennungsfunktion und insbesondere ein Robotersystem, das einen Mehrgelenk-Roboter aufweist, der mit einem Servomotor mit einem Codierer ausgerüstet ist, bei dem ein in Zusammenhang mit dem Codierer auftretendes Problem erkannt werden kann.The present invention relates to a robot system having a problem detection function, and more particularly, to a robot system including a multi-joint robot equipped with a servo motor having an encoder in which a problem associated with the encoder can be recognized.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Im Stand der Technik ist in einem Mehrgelenk-Roboter, der einen Servomotor aufweist, ein Codierer im Servomotor vorgesehen. Der Roboter wird von einem Befehlswert gesteuert und die Position oder Geschwindigkeit jeder Achse wird durch Verarbeiten eines Rückkopplungswertes vom Codierer erhalten. Wenn die Differenz zwischen dem Befehlswert und dem Rückkopplungswert größer ist als ein zulässiger Wert, wird eine solche Differenz als Problem bestimmt und der Betrieb des Roboters angehalten.In the prior art, in a multi-joint robot having a servomotor, an encoder is provided in the servomotor. The robot is controlled by a command value and the position or velocity of each axis is obtained by processing a feedback value from the encoder. If the difference between the command value and the feedback value is larger than an allowable value, such a difference is determined as a problem and the operation of the robot is stopped.
Zur sicheren Steuerung des Roboters muss eine Störung des Codierers (z. B. ein anomaler Ausgang des Codierers) und/oder ein Problem bei der Kommunikation zwischen dem Codierer und einer Steuerung oder dgl. erkannt werden. Als eine Technik dafür offenbart die nicht geprüfte
Bei den oben genannten Erfindungen kann die Sicherheit des Codierers gewährleistet werden, wenn eine Störung oder Anomalie des Codierers auftritt. Bei der nicht geprüften
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Robotersystem mit einer Problemerkennungsfunktion bereitzustellen, durch die Störungen oder Anomalien eines Codierers erkannt werden können, die durch die herkömmliche Technik nicht erkannt werden können.It is therefore an object of the present invention to provide a robot system having a problem detection function by which abnormalities or anomalies of an encoder can be recognized that can not be recognized by the conventional technique.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Robotersystem bereitgestellt, das eine mechanische Robotereinheit und eine Steuerung aufweist, die zum Steuern der mechanischen Robotereinheit eingerichtet ist, bei dem ein Motor, der zum Antreiben der mechanischen Robotereinheit eingerichtet ist, einen Codierer aufweist, und der Motor von einem Ausgang des Codierers gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Robotersystem eine Störung oder Anomalie des Codierers erkennt und hierfür folgendes enthält: ein visuelles Ziel, das an einer vorgegebenen Stelle positioniert ist; einen optischen Sensor, der an einem beweglichen Glied der mechanischen Robotereinheit montiert ist, so dass der optische Sensor das visuelle Ziel in einem Sichtfeld des optischen Sensors erfasst; einen ersten Messteil, der zum Verarbeiten von Bildern des an der vorgegebenen Stelle positionierten visuellen Ziels, wobei die Bilder vom optischen Sensor während einer vorgegebenen Zeitspanne erhalten werden, und zum Berechnen mindestens entweder der räumlichen Position oder der Bewegungsgeschwindigkeit eines Referenzpunktes als einen ersten Messwert eingerichtet ist, wobei die Lagebeziehung zwischen dem Referenzpunkt und dem optischen Sensor konstant ist; einen zweiten Messteil, der dazu eingerichtet ist, mindestens entweder die räumliche Position oder die Bewegungsgeschwindigkeit des Referenzpunktes auf Basis des Ausgangs des Codierers als einen zweiten Messwert zu erfassen; einen Vergleichsteil, der dazu eingerichtet ist, Daten des ersten Messwerts und Daten des zweiten Messwerts zu wählen, wobei die Zeit der Erfassung der Daten des ersten Messwerts dieselbe ist wie die Zeit der Erfassung der Daten des zweiten Messwerts, und die Differenz zwischen den gewählten Daten des ersten Messwerts und den gewählten Daten des zweiten Messwert zu berechnen; und einen Alarmausgabeteil, der dazu einrichtet ist, einen Alarm auszugeben, wenn die vom Vergleichsteil berechnete Differenz einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.According to the present invention, there is provided a robot system comprising a mechanical robot unit and a controller adapted to control the mechanical robot unit, in which a motor adapted to drive the mechanical robot unit has an encoder, and the motor of one Output of the encoder is controlled, characterized in that the robot system detects a disturbance or anomaly of the encoder and includes the following: a visual target, which is positioned at a predetermined location; an optical sensor mounted on a movable member of the mechanical robot unit so that the optical sensor detects the visual target in a field of view of the optical sensor; a first measuring part adapted to process images of the visual target positioned at the predetermined location, the images being obtained by the optical sensor for a predetermined period of time, and calculating at least one of the spatial position and the moving speed of a reference point as a first measured value wherein the positional relationship between the reference point and the optical sensor is constant; a second measuring part, which is set up, at least determine either the spatial position or the moving speed of the reference point based on the output of the encoder as a second measured value; a comparison part adapted to select data of the first measurement value and data of the second measurement value, wherein the time of acquiring the data of the first measurement value is the same as the time of acquiring the data of the second measurement value, and the difference between the selected data calculate the first measured value and the selected data of the second measured value; and an alarm output part configured to output an alarm when the difference calculated by the comparing part exceeds a predetermined threshold.
Beim Robotersystem gemäß der Erfindung kann ein gemeinsamer Aufgabenbereich als ein Überlappungsbereich eines Arbeitsbereichs der mechanischen Robotereinheit und eines Arbeitsbereichs eines Bedieners vorgegeben sein, wobei das Robotersystem ferner einen Detektorteil aufweisen kann, der dazu eingerichtet ist, zu erkennen, ob sich die mechanische Robotereinheit im gemeinsamen Aufgabenbereich befindet oder nicht, und bei dem der erste Messwert mit dem zweiten Messwert nur dann verglichen wird, wenn sich die mechanische Robotereinheit im gemeinsamen Aufgabenbereich befindet.In the robot system according to the invention, a common task area may be defined as an overlap area of a working area of the robotic and an operator's work area, the robotic system may further comprise a detector portion configured to detect if the robotic robotic unit is in the common task area or not, and in which the first measured value is compared with the second measured value only if the mechanical robot unit is located in the common task area.
Bei der Robotersteuerung der Erfindung kann der erste Messwert mit dem zweiten Messwert verglichen werden, wenn eine Bremse der mechanischen Robotereinheit deaktiviert und wenn die mechanische Robotereinheit so gesteuert wird, dass sie eine konstante Orientierung beibehält.In the robot controller of the invention, the first measured value may be compared with the second measured value when a brake of the mechanical robot unit is deactivated and when the mechanical robot unit is controlled so as to maintain a constant orientation.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Robotersystem mit einer mechanischen Robotereinheit und einer Steuerung bereitgestellt, die zum Steuern der mechanischen Robotereinheit eingerichtet ist, bei dem ein Motor für den Antrieb der mechanischen Robotereinheit einen Codierer hat und der Motor von einem Ausgang des Codierers gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Robotersystem eine Störung oder Anomalie des Codierers erkennt und hierfür folgendes aufweist: einen optischen Sensor, der an einem beweglichen Glied der mechanischen Robotereinheit angebracht ist; einen ersten Messteil, der zum Verarbeiten von Bildern der Umgebung um die mechanische Robotereinheit, wobei die Bilder vom optischen Sensor während einer vorgegebenen Zeitspanne erhalten werden, und zum Erkennen einer Änderung der räumlichen Position des optischen Sensors eingerichtet ist; einen zweiten Messteil, der dazu eingerichtet ist, mindestens entweder die räumliche Position oder die Bewegungsgeschwindigkeit eines Referenzpunktes auf Basis des Ausgangs des Codierers zu erfassen, wobei die Lagebeziehung zwischen dem Referenzpunkt und dem optischen Sensor konstant ist; und einen Alarmausgabeteil, der dazu eingerichtet ist, einen Alarm auszugeben, wenn ein Änderungsbetrag der Position oder der Geschwindigkeit des optischen Sensors, der anhand der räumlichen Position oder der Bewegungsgeschwindigkeit des vom zweiten Messteil erfassten Referenzpunktes berechnet wird, innerhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts liegt, und wenn der erste Messteil die Änderung der räumlichen Position des optischen Sensors erkennt.According to the present invention, there is further provided a robot system having a robot mechanical unit and a controller adapted to control the robot mechanical unit, in which a motor for driving the robot mechanical unit has an encoder and the motor is controlled by an output of the encoder; characterized in that the robot system detects a malfunction or abnormality of the encoder and includes: an optical sensor mounted on a movable member of the mechanical robot unit; a first measuring part adapted to process images of the surroundings around the mechanical robot unit, the images being obtained from the optical sensor for a predetermined period of time, and to detect a change in the spatial position of the optical sensor; a second measuring part configured to detect at least one of the spatial position and the moving speed of a reference point based on the output of the encoder, the positional relationship between the reference point and the optical sensor being constant; and an alarm output part configured to output an alarm when a change amount of the position or velocity of the optical sensor calculated based on the spatial position or the moving speed of the reference point detected by the second measuring part is within a predetermined threshold, and the first measuring part detects the change in the spatial position of the optical sensor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Die Robotersteuerung
Das Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die sequentielle Verarbeitung von Bildern, die vom optischen Sensor periodisch erfasst werden, die Berechnung der räumlichen Position oder der Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters auf Basis der verarbeiteten Bilder und die gleichzeitige Berechnung der räumlichen Position oder der Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters mit Hilfe des Codierers sowie die Kontrolle der Differenz zwischen beiden Größen. Wenn ein optischer Sensor z. B. an einer Handgelenkachse eines sechsachsigen Roboters installiert ist, wird die räumliche Position oder die Bewegungsgeschwindigkeit der Anbauposition des Sensors und/oder des vorderen Endes des Gelenks durch die obigen Verfahren verglichen.The feature of the present invention is the sequential processing of images periodically acquired by the optical sensor, the calculation of the spatial position or the velocity of movement of the robot based on the processed images and the simultaneous calculation of the spatial position or the velocity of movement of the robot by means of the robot Encoder as well as the control of the difference between both sizes. If an optical sensor z. B. is installed on a wrist axis of a six-axis robot, the spatial position or the movement speed of the mounting position of the sensor and / or the front end of the joint by the above method is compared.
Bei einem Verfahren zum Erkennen der Position mittels des optischen Sensors wird ein visuelles Ziel mit bekannten geometrischen Merkmalen an einer vorgegebenen Stelle positioniert und vom optischen Sensor erkannt. Dann wird die Lagebeziehung zwischen dem optischen Sensor und dem visuellen Ziel darauf basierend, wie das visuelle Ziel in einem vom optischen Sensor erfassten Bild angegeben wird, berechnet. Andererseits wird die räumliche Position eines Referenzpunktes relativ zum visuellen Ziel auf Basis der Lagebeziehung zwischen dem Referenzpunkt und dem optischen Sensor sowie die Lagebeziehung zwischen dem optischen Sensor und dem visuellen Ziel berechnet. Dabei ist die Lagebeziehung zwischen dem Referenzpunkt und dem optischen Sensor stets konstant. Durch die regelmäßige Berechung der obigen Lagebeziehung wird der Bewegungsbetrag des optischen Sensors oder des Referenzpunkts berechnet. Durch die regelmäßige Berechung des Bewegungsbetrags kann die Bewegungsgeschwindigkeit des optischen Sensors oder des Referenzpunktes berechnet werden. Im Folgenden wird ein konkretes Berechnungsbeispiel anhand der
Wie in der rechten Skizze von
Wie in der rechten Skizze von
Wie in der rechten Skizze von
Wie in der rechten Skizze von
Wie die
Als konkretes Beispiel für den Referenzpunkt kann ein Teil des dritten Roboterarms
Der Motorsteuerteil
Der Vergleichsteil
Die
Der Vergleichsteil
Bei der Prozedur von
Bei einer bevorzugten Anwendung der Erfindung kann ein Robotersystem verwendet werden, bei dem ein Bediener und ein Roboter eine gemeinsame Aufgabe ausführen. Um bei einem derartigen System die Sicherheit des Bedieners zu gewährleisten, kann ein Sensormittel wie ein Bereichssensor, ein Näherungssensor oder eine Überwachungskamera vorgesehen sein, das dazu einrichtet ist, zu erkennen, ob sich der Roboter in einem gemeinsamen Aufgabenbereich befindet, der als überlappender Bereich des Arbeitsbereichs des Roboters mit dem Arbeitsbereich des Bedieners definiert ist. Mit anderen Worten, sowohl der Roboter als auch der Bediener können in den gemeinsamen Aufgabenbereich eintreten. Wenn das Sensormittel dieses Systems erkennt, dass sich der Roboter im gemeinsamen Aufgabenbereich befindet, wird das Detektionsergebnis an eine Steuerung gesendet. Nur dann, wenn sich der Roboter im gemeinsamen Aufgabenbereich befindet, kann die Steuerung die jeweilige Position oder Geschwindigkeit des Referenzpunkts mittels des Codierers und des optischen Sensors zur selben Zeit messen und die gemessenen Daten vergleichen.In a preferred application of the invention, a robotic system may be used in which an operator and a robot perform a common task. In order to ensure the safety of the operator in such a system, a sensor means such as an area sensor, a proximity sensor or a surveillance camera can be provided, which is set up to detect whether the robot is in a common task area, which is an overlapping area of the robot Workspace of the robot is defined with the workspace of the operator. In other words, both the robot and the operator can enter the common task area. When the sensor means of this system detects that the robot is in the common task area, the detection result is sent to a controller. Only when the robot is in the common task area, the controller can measure the respective position or speed of the reference point by means of the encoder and the optical sensor at the same time and compare the measured data.
Bei einer weiteren bevorzugten Anwendung der Erfindung kann ein Robotersystem mit einem Roboterarm verwendet werden, wobei ein optischer Sensor am Roboterarm befestigt ist und sich eine mechanische Robotereinheit im Ruhezustand befindet, ohne dass eine Bremse angelegt ist. Mit anderen Worten, die Bremse ist gelöst und die mechanische Robotereinheit wird so gesteuert, dass sie eine konstante Position und Orientierung einhält. In einem solchen Fall wird durch Vergleichen des ersten und zweiten Messwerts die Bestimmung verhindert, dass der Roboter aufgrund eines Problems im Codierer anzuhalten ist, obwohl er sich tatsächlich bewegt. Die Sicherheit des Bedieners kann deshalb gewährleistet werden.In another preferred application of the invention, a robotic system may be used with a robotic arm with an optical sensor attached to the robotic arm and a mechanical robotic unit at rest without a brake applied. In other words, the brake is released and the mechanical robot unit is controlled to maintain a constant position and orientation. In such a case, by comparing the first and second measured values, the determination that the robot is to be stopped due to a problem in the encoder although it is actually moving is prevented. The safety of the operator can therefore be guaranteed.
Konkret werden die räumliche Position und die Bewegungsgeschwindigkeit des Referenzpunkts, dessen Lagebeziehung zur Kamera
Beim Robotersystem der Erfindung wird das vom optischen Sensor, der am Roboter angebaut ist, erhaltene Bild ohne die Anzahl der Codierer oder eines Kommunikationsverfahrens gemäß dem Stand der Technik zu ändern, verarbeitet, die Position und/oder die Geschwindigkeit des Roboters wird auf Basis des Bildverarbeitungsergebnisses berechnet und die berechnete Position und/oder Geschwindigkeit mit der vom Codierer erhaltenen Position und/oder Geschwindigkeit verglichen. Wenn der Codierer ausfällt und keine genauen Daten ausgeben kann, ist die Differenz zwischen den vom optischen Sensor und den vom Codierer erhaltenen Daten erheblich. Indem die Differenz als eine Störung des Codierers erkannt wird, wenn sie einen zulässigen Wert überschreitet, kann das Problem des Codierers, das im Stand der Technik nicht erkannt werden kann, erkannt werden.In the robot system of the invention, the image obtained by the optical sensor mounted on the robot is processed without changing the number of encoders or a communication method according to the prior art, the position and / or the speed of the robot is determined on the basis of the image processing result calculated and the calculated position and / or speed compared with the position and / or speed obtained by the encoder. If the encoder fails and can not output accurate data, the difference between the data received from the optical sensor and that from the encoder is significant. By recognizing the difference as a disturbance of the encoder when it exceeds an allowable value, the problem of the encoder, which can not be recognized in the prior art, can be recognized.
Gemäß dem Robotersystem der Erfindung wird der Änderungsbetrag der Bewegung des Roboters vom Codierer und gleichzeitig vom optischen Sensor gemessen, der vom Codierer getrennt ist, und dann werden die Messergebnisse von Codierer und optischen Sensor miteinander verglichen. Deshalb kann selbst bei Vorliegen eines Problems des Codierers oder eines Ausfalls, das bzw. der durch eine herkömmliche Steuerung nicht feststellbar ist, die Steuerung das Problem oder den Ausfall erkennen.According to the robot system of the invention, the amount of change of movement of the robot from the encoder and at the same time the optical sensor separated from the encoder is measured, and then the measurement results of the encoder and the optical sensor are compared with each other. Therefore, even in the presence of a problem of the encoder or a failure that is not detectable by a conventional control, the controller can recognize the problem or the failure.
Wenn die Erfindung auf ein Robotersystem mit einem gemeinsamen Arbeitsbereich oder auf ein Robotersystem, bei dem eine Bremse der mechanischen Robotereinheit deaktiviert ist, angewendet wird und die mechanische Robotereinheit so gesteuert wird, dass eine konstante Orientierung aufrechterhalten wird, kann dadurch die Sicherheit des Bedieners gewährleistet werden.When the invention is applied to a robot system having a common work area or a robot system in which a brake of the mechanical robot unit is deactivated, and the mechanical robot unit is controlled so as to maintain a constant orientation, the safety of the operator can be ensured ,
Durch Verarbeiten eines vom optischen Sensor erfassten Bildes der Umgebung der mechanischen Robotereinheit kann der Änderungsbetrag der Position eines Gliedes, an dem der optische Sensor angebracht ist, ohne Verwendung eines bestimmten visuellen Ziels berechnet werden, wodurch ein Problem oder der Ausfall des Codierers erkannt werden kann.By processing an image of the environment of the robot mechanical unit detected by the optical sensor, the amount of change of the position of a member to which the optical sensor is attached can be calculated without using a specific visual target, whereby a problem or failure of the encoder can be recognized.
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