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Hintergrund der vorliegenden Erfindung
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(Gebiet der Erfindung)
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gelenkarmroboter und insbesondere auf ein Verfahren zum Kalibrieren von Ursprungspositionen von Armen eines Gelenkarmroboters und eine Vorrichtung zum Kalibrieren der Ursprungspositionen der Arme.
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(Verwandte Technik)
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Gelenkarmroboter, wie beispielsweise 6-Achsenroboter, werden in einer Mehrzahl von industriellen Fabriken verwendet. Achsen solcher Gelenkarmroboter müssen kalibriert werden, so dass die Achsen an ihren Ursprungspositionen platziert sind.
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Wenn ein Gelenkarmroboter von einer Fabrik versandt wird, wo der Roboter hergestellt wird, wird die Kalibrierung vor dem Versand in der Fabrik durchgeführt. Auch wenn ein Gelenkarmroboter in einer Fabrik installiert und in Betrieb ist, tritt eine Notwendigkeit zum Ausführen der Kalibrierung auf. Beispielsweise müssen, wenn ein Motor, welcher in dem Gelenkarmroboter montiert ist, durch einen neuen ersetzt wird, die Ursprungspositionen der Achsen des Roboters wiederum vor Ort kalibriert werden.
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Wie die Ursprungspositionen der jeweiligen Achsen zu kalibrieren sind, wird durch viele Patentveröffentlichungen offenbart. Unter diesen lehrt die japanische Patentoffenlegungsschrift
JP H06-304 893A die Verwendung eines großen Erfassungswerkzeugs für die Kalibrierung. Die japanischen Patentoffenlegungsschriften
JP H06-304 893A und
JP 2003-220 587 A zeigen die Verwendung eines zusätzlichen besonderen Sensors zum Erfassen von Positionen. Weiterhin zeigen die japanischen Patentoffenlegungsschriften
JP 2009-274 186 A ,
JP 2009-274 187 A und
JP 2009-274 188 A die Kalibrierung für die fünfte, dritte und zweite Achse eines 6-Achsenroboters, wobei kein großer Sensor verwendet wird.
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Die Kalibriertechniken jedoch, welche durch die vorstehenden verschiedenen Publikationen gelehrt werden, sind unzureichend hinsichtlich einer effektiven Verwendung von Raum und Kalibrierkosten. Wenn der große Detektor, wie beispielsweise ein großer Laserdetektor verwendet wird, sind die Kosten für solch einen Detektor relativ hoch und er besetzt einen großen Raum für eine vorübergehende Installation an dem Ort. Es ist manchmal schwierig, einen solch großen Raum in Fabriken zu haben, wo viele Arten von Maschinen gewöhnlicherweise benachbart zueinander sind. Weiterhin kosten, wenn der zusätzliche besondere Sensor verwendet werden soll, die Ausgaben zum Vorbereiten eines System für die Kalibrierung mehr, dessen Verwendung demnach vorzugsweise vermieden werden sollte. Auf diesem Wege ist bis jetzt noch nicht bekannt, wie die Ursprungsposition der sechsten Achse eines 6-Achsenroboters auf eine billige und raumsparende Art und Weise kalibriert wird. Dies gilt auch für die Kalibrierung einer siebten Achse eines 7-Achsenroboters.
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Weiterer Stand der Technik ist hierzu aus der
JP S63-127 306A , der
US 2008/0 188 986 A1 , der
US 2010/0 168 915 A1 und der
US 6 845 295 B2 bekannt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung wurde getätigt unter Berücksichtigung der vorstehenden herkömmlichen Schwierigkeiten und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine billige und weniger Raum benötigende Technik zum Kalibrieren der Ursprungsposition der sechsten Achse oder der vierten Achse eines 6-Achsenroboters und der Ursprungsposition der siebten Achse oder der fünften Achse eines 7-Achsenroboters vorzusehen.
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Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der weiteren nebengeordneten und abhängigen Ansprüche.
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Um die Aufgabe zu erfüllen, sieht die vorliegende Erfindung als einen Aspekt ein Verfahren zum Kalibrieren einer Ursprungsposition einer sechsten Achse eines 6-Achsenroboters vor, welcher an bzw. auf einer Installationsebene installiert ist, wobei der Roboter eine erste Achse mit einer Achsenmitte davon, eine zweite Achse mit einer Achsenmitte davon, eine dritte Achse mit einer Achsenmitte davon, eine vierte Achse mit einer Achsenmitte davon, eine fünfte Achse mit einer Achsenmitte davon und die sechste Achse mit einer Achsenmitte davon hat, wobei die Achsenmitte der ersten Achse senkrecht zu der Installationsebene ist, die Achsenmitte der zweiten Achse senkrecht zu der Achsenmitte der ersten Achse ist, die Achsenmitten der zweiten, dritten und fünften Achse parallel zueinander sind, die Achsenmitte der fünften Achse senkrecht zu sowohl der Achsenmitte der vierten als auch der sechsten Achse an einem gleichen Punkt in einem Koordinatensystem, welches der fünften Achse gegeben bzw. zugewiesen ist, ist. Das Verfahren weist auf: einen ersten Schritt eines Drehens der zweiten Achse relativ zu der Achsenmitte der ersten Achse um π/2 [rad], ein Drehen der dritten Achse in Richtung der Installationsebene derart, dass die Achsenmitte der vierten Achse parallel zu der Achsenmitte der ersten Achse wird, ein Drehen der fünften Achse derart, dass die Achsenmitte der sechsten Achse parallel zu der Installationsebene wird, und in dieser gedrehten Stellung der Achsen ein Positionieren eines ersten Endes einer Messplatte, welche senkrecht zu der Achsenmitte der sechsten Achse ist, als einen ersten Messpunkt, welcher ein durch ein Entfernungsmessmittel zu messendes Ziel ist; einen zweiten Schritt eines Messens eines ersten Abstandes L1 zu dem ersten Messpunkt durch das Abstandsmessmittel; einen dritten Schritt des Drehens der ersten Achse derart, dass ein zweites Ende der Messplatte, welches senkrecht zu der Achsenmitte der sechsten Achse ist, als ein zweiter Messpunkt positioniert ist, welcher ein durch das Abstandsmessmittel zu messendes Ziel ist, wobei das zweite Ende dem ersten Ende gegenüberliegt; einen vierten Schritt des Messens eines zweiten Abstandes L2 zu dem zweiten Messpunkt durch das Abstandsmessmittel; einen fünften Schritt des Erhaltens eines Winkelfehlers ΔΘ6 der sechsten Achse basierend auf einem Ausdruck ΔΘ6 = arctan{ΔL·cos(Θ_def)/M} – Θ6, wobei ein Abstand von dem ersten Messpunkt zu dem zweiten Messpunkt durch M bezeichnet ist, eine Differenz zwischen dem ersten Abstand L1 und dem zweiten Abstand L2 durch ΔL bezeichnet ist, ein Drehwinkel der sechsten Achse durch Θ6 [rad] bezeichnet ist, und ein Winkel, welcher zwischen einer Messrichtung, entlang welcher das Abstandsmessmittel den Abstand misst, und einer Linie, welche normal bzw. senkrecht zur Installationsebene liegt, erzeugt wird, durch Θ_def [rad] bezeichnet ist; und einen sechsten Schritt des Kalibrierens der Ursprungsposition der sechsten Achse basierend auf dem erhaltenen Winkelfehler ΔΘ6.
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Diese Kalibrierweise kann angewandt werden auf diejenige für die siebte Achse eines 7-Achsenroboters.
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Vorzugsweise weist das Verfahren des Anspruches noch Schritte des Installierens des Abstandsmessmittels an bzw. auf der Installationsebene; und ein Anbringen der Messplatte an der Achsenmitte der sechsten Achse auf.
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Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Kalibrieren einer Ursprungsposition einer vierten Achse eines 6-Achsenroboters vor, welcher an bzw. auf einer Installationsebene installiert ist, wobei der Roboter eine erste Achse mit einer Achsenmitte davon, eine zweite Achse mit einer Achsenmitte davon, eine dritte Achse mit einer Achsenmitte davon, eine vierte Achse mit einer Achsenmitte davon, eine fünfte Achse mit einer Achsenmitte davon und die sechste Achse mit einer Achsenmitte davon hat, wobei die Achsenmitte der ersten Achse senkrecht zu der Installationsebene ist, die Achsenmitte der zweiten Achse rechtwinklig bzw. senkrecht zu der Achsenmitte der ersten Achse ist, die Achsenmitten der zweiten, dritten und fünften Achse parallel zueinander sind, die Achsenmitte der fünften Achse senkrecht zu sowohl der Achsenmitte der vierten als auch der sechsten Achse an einem gleichen Punkt in einem Koordinatensystem, welches der fünften Achse gegeben bzw. zugewiesen ist, ist. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Platzieren eines zu messenden Objekts, um einen Messpunkt auf einer Linie, welche von der Achsenmitte der sechsten Achse erstreckt ist, zu entscheiden bzw. bestimmen; ein erstes Bewegen des Messpunktes zu einem ersten Messpunkt durch ein Drehen der fünften Achse von einer Linie, welche von der Achsenmitte der vierten Achse durch bzw. um einen Winkel Θ5_1 [rad] erstreckt ist; ein erstes Messen einer Position des ersten Messpunktes durch ein Positionsmessmittel; ein Drehen der fünften Achse um einen Winkel Θ (> Θ5_1) von der Linie, welche von der vierten Achse erstreckt ist, in einer entgegengesetzten Richtung zu einer in dem ersten Bewegungsschritt gedrehten Richtung, ein zweites Bewegen des Messpunktes zu einem zweiten Messpunkt, welcher die Lage betreffend mit dem ersten Messpunkt in einem Zustand koinzidiert bzw. zusammenfällt, in welchem wenigstens die sechste Achse festgehalten bzw. fixiert ist; ein zweites Messen einer Position des zweiten Messpunktes durch das Positionsmessmittel; ein Erhalten eines Winkelfehlers ΔΘ4 der vierten Achse basierend auf einem Ausdruck ΔΘ4 = E/[L{|sin(Θ5_2)| + |sin(Θ5_1)|}], wobei ein Abstand von der fünften Achse zu dem Messpunkt durch L bezeichnet ist und ein Abstand zwischen der ersten und der zweiten Messposition durch E bezeichnet ist und der Winkel Θ von der Achsenmitte der vierten Achse durch Θ5_2 bezeichnet ist; und ein Kalibrieren der Ursprungsposition der vierten Achse basierend auf dem berechneten Winkelfehler ΔΘ4.
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Diese Kalibrierart kann auch auf diejenige für die fünfte Achse eines 7-Achsenroboters angewandt werden.
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Andere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden verständlich basierend auf verschiedenen Ausführungsformen, welche zusammen mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben werden werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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In den beigefügten Zeichnungen sind:
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1 eine perspektivische Ansicht, welche einen Industrieroboter gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ein Blockdiagramm, welches die elektrische Konfiguration bzw. den elektrischen Aufbau, welcher in dem Roboter inkorporiert ist, zeigt;
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3 eine Veranschaulichung, welche bildlich die Verbindungen von Verbindungselementen, welche den Roboter aufbauen, erklärt;
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4 ein Flussdiagramm, welches einen Kalibriervorgang, welcher in einer ersten Ausführungsform durchgeführt wird, zeigt;
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5A und 5B Veranschaulichungen, von welchen jede Verbindungsarten der Verbindungselemente zeigt, welche für die Kalibrierung notwendig sind;
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6 auch eine Veranschaulichung, welche eine Drehung der Verbindung der Verbindungselemente, welche für die Kalibrierung notwendig sind, zeigt;
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7A eine Veranschaulichung, welche eine Berechnung einer Verschiebung in dem Ursprung der sechsten Achse des Roboters erklärt;
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7B eine Veranschaulichung, welche eine Definition der Drehrichtung der sechsten Achse erklärt;
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8 eine Veranschaulichung, welche eine Berechnung einer Verschiebung in dem Ursprung der sechsten Achse des Roboters gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt;
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9A und 9B Veranschaulichungen, von welchen jede eine Berechnung einer Verschiebung in dem Ursprung der sechsten Achse des Roboters gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt;
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10 ein Flussdiagramm, welches den Vorgang eines Kalibriervorganges zeigt, welcher in einer vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
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11A bis 11C Veranschaulichungen, von welchen jede Verbindungsmodi der Verbindungselemente zeigt, welche für die Kalibrierung in der vierten Ausführungsform notwendig sind;
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12 eine Veranschaulichung, welche eine geometrische Beziehung zwischen einem Messpunkt und einem Winkelfehler ΔΘ4 in der vierten Ausführungsform erklärt;
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13A zeigt die Definition von Vorzeichen von Drehrichtungen um die vierte Achse in der vierten Ausführungsform;
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13B bis 13D Veranschaulichungen, von welchen jede eine Messung hinsichtlich Messpunkten in der vierten Ausführungsform erklärt;
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14 ein Flussdiagramm, welches den Vorgang eines Kalibriervorganges, welcher in einer fünften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, zeigt;
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15A bis 15C Veranschaulichungen, von welchen jede Verbindungsmodi der Verbindungselemente zeigt, welche für die Kalibrierung in der fünften Ausführungsform notwendig sind;
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16A und 16B Veranschaulichungen, welche Roboterstellungen für eine Messung hinsichtlich Messpunkten in der fünften Ausführungsform zeigen;
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17A und 17B Veranschaulichungen, welche Roboterstellungen für eine Messung hinsichtlich Messpunkten in der fünften Ausführungsform zeigen;
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18A eine Veranschaulichung, welche bildlich die Verbindung von Verbindungselementen erklärt, welche einen Roboter gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufbauen; und
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18B eine Veranschaulichung, welche eine Messung hinsichtlich eines Messpunktes in der sechsten Ausführungsform erklärt.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden nun verschiedene Ausführungsformen eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Kalibrieren von Ursprungspositionen von Armen eines Gelenkarmroboters, welcher gemäß der vorliegenden Erfindung ist, beschrieben werden.
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(Erste Ausführungsform)
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Unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 wird mm eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
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1 zeigt den Gesamtaufbau eines Robotersystems 1. Das Robotersystem 1 ist mit einem vertikalen Gelenkarmroboter (hierauf wird hierin nachstehend einfach Bezug genommen als „Roboter”) 2, einer Steuer- bzw. Regeleinheit 3, welche den Betrieb des Roboters regelt bzw. steuert und einem Handprogrammiergerät bzw. einer Schalttafel 4 vorgesehen, welche kommunikativ mit der Steuer- bzw. Regeleinheit 3 verbunden ist. Die Steuer- bzw. Regeleinheit 3 führt verschiedene Funktionen durch einschließlich eines Position/Stellungs-Steuer- bzw. -Regelmittels und eines Ursprungspositionskalibriermittels zum Kalibrieren der Ursprungsposition von Armen des Roboters 2.
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Der Roboter 2 hat eine Basis 5, welche fest auf dem Boden montiert ist und hat verschiedene Gelenkarmkomponenten bzw. Gelenkarmbauteile, welche aus einer Schulter 6, einem unteren Arm 7, einem ersten oberen Arm 8, einem zweiten oberen Arm 9, einem Gelenk bzw. Handgelenk 10 und einem Flansch 11 bestehen. Die Schulter 6 ist auf der Schulter 6 derart abgestützt, dass die Schulter 6 entlang der horizontalen Ebene gedreht bzw. geschwenkt werden kann. Der Wortlaut „horizontal”, welcher definiert werden kann, wenn die Roboterarme an ihren Ursprungspositionen, welche in 1 gezeigt sind, platziert sind, bedeutet, horizontal zu dem Boden zu sein, auf welchem die Roboterbasis 5 montiert ist. Der untere Arm 7 wird durch die Schulter 6 abgestützt bzw. unterstützt, so dass der untere Arm 7 in einer vertikalen Richtung gedreht bzw. geschwenkt werden kann. Der Wortlaut „vertikal”, welcher definiert werden kann, wenn die Roboterarme an ihren Ursprungspositionen, welche in 1 gezeigt sind, platziert sind, bedeutet, vertikal zu dem Boden zu sein.
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Zusätzlich wird der erste obere Arm durch den unteren Arm 7 abgestützt, so dass untere Arm 7 in der vertikalen Richtung gedreht bzw. geschwenkt werden kann. Der zweite obere Arm 9 wird durch den Endabschnitt des ersten oberen Arms 8 abgestützt, so dass der zweite obere Arm 9 an bzw. auf einer Achse davon verdreht werden kann. Das Gelenk bzw. Handgelenk 10 wird durch den zweiten oberen Arm 9 abgestützt, um in der vertikalen Richtung geschwenkt bzw. gedreht zu werden. Der Flansch 11 ist auch drehbar (verdrehbar auf seiner Achse) durch das Gelenk bzw. Handgelenk 10 abgestützt.
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Die Basis 5, die Schulter 6, der untere Arm 7, der erste obere Arm 8, der zweite obere Arm 9, das Gelenk 10 und der Flansch 11 fungieren bzw. funktionieren als die Verbindungselemente des Roboters 2. Neben der Basis 5 sind die verbleibenden Verbindungselemente drehbar mit jeweiligen Verbindungselementen niedriger Stufe über Drehverbindungen verbunden. An dem Flansch 11, welcher an der Spitze ein Verbindungselement ist, kann eine Hand (nicht gezeigt) zum Halten eines Werkstückes entfernbar angebracht werden. In jeder der jeweiligen Drehverbindungen, welche jeweils zwei der Verbindungselemente verbinden, ist ein Geschwindigkeitsverringerer vorgesehen, welcher die Drehgeschwindigkeit eines Motors, welcher an dem Verbindungselement der ersten Stufe gesichert ist, derart verringert, dass die verringerte Drehgeschwindigkeit zu dem Verbindungselement der zweiten Stufe übertragen wird.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind, wie in den 1 und 3 gezeigt ist, die Basis 5, welche das erste Verbindungselement ist, und die Schulter 6, welche das zweite Verbindungselement ist, durch eine Drehverbindung verbunden, welche eine Verbindungsachse hat, welche die erste Achse A1 genannt wird. Die Schulter 6 und der untere Arm 7, welcher das dritte Verbindungselement ist, sind durch eine Drehverbindung verbunden, welche eine Verbindungsachse hat, welche als die zweite Achse A2 bezeichnet wird. Der untere Arm 7 und der erste obere Arm 8, welcher das vierte Verbindungselement ist, sind durch eine Drehverbindung verbunden, welche eine Verbindungsachse hat, welche als die dritte Achse A3 bezeichnet wird. Der erste obere Arm 8 und zweite obere Arm 9, welcher das fünfte Verbindungselement ist, sind durch eine Drehverbindung verbunden, welche eine Verbindungsachse hat, welche als die vierte Achse A4 bezeichnet wird. Der zweite obere Arm 9 und das Gelenk 10, welches das sechste Verbindungselement ist, sind durch eine Drehverbindung verbunden, welche eine Verbindungsachse hat, welche als die fünfte Achse A5 bezeichnet wird. Das Gelenk und der Flansch, welches das siebte Verbindungselement ist, sind durch eine Drehverbindung verbunden, welche eine Verbindungsachse hat, welche als die sechste Achse A6 bezeichnet wird.
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Auf diesem Wege ist, wie in 3 gezeigt ist, der Roboter 2 ein PUMA-Roboter (PUMA = Programmable Universal Machine for Assembly = Programmierbare, universelle Montage-Maschine bzw. Programmable Universal Manipulation Arm = Programmierbarer, universeller Handhabungs-Arm), welcher 6-Achsen-Vertikal-Multiverbindungen hat. Die erste Achse A1 hat eine Achsenmitte (d. h. eine Drehachse, auf welcher die Drehverbindung drehbar ist) rechtwinklig bzw. senkrecht zu der Installationsebene, auf welcher der 6-Achsenroboter 2 installiert ist. Die zweite Achse A2 hat eine Achsenmitte rechtwinklig bzw. senkrecht zu derjenigen der ersten Achse A1 und die drei Achsen, welche aus der zweiten, dritten und fünften Achse A2, A3 und A5 aufgebaut sind, haben Achsenmitten, welche parallel zueinander sind. Die fünfte Achse A5 hat eine Achsenmitte rechtwinklig bzw. senkrecht zu derjenigen der vierten und der sechsten Achse A4 und A6.
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Die Antriebseinheit bzw. Ansteuereinheit 3 ist aufgebaut bzw. konfiguriert, um den Betrieb des Roboters 2 zu regeln bzw. zu steuern und hat, wie in 2 gezeigt ist, eine CPU (CPU = Central Processing Unit = Zentrale Steuer- bzw. Regeleinheit) 12, eine Antriebs- bzw. Ansteuerschaltung 13 und eine Positionserfassungsschaltung 15. Die Steuer- bzw. Regeleinheit 3 hat auch einen ROM (ROM = Read Only Memory = Lesespeicher) 15, in welchem Systemprogramme und Steuer- bzw. Regelprogramme für den Roboter 2 als Robotersprache gespeichert sind, und einen RAM (RAM = Random Access Memory = Schreibe-Lesespeicher) 16, in welchem Betriebsprogramme für den Roboter 2 gespeichert sind. Der ROM 15 speichert auch Steuer- bzw. Regelprogramme zum Kalibrieren der Ursprungspositionen von vorgesehenen Achsen des Roboters 2. Demnach kann die CPU 12 die Steuer- bzw. Regelprogramme für die Kalibrierung lesen.
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Das Programmiergerät bzw. Handprogrammiergerät bzw. die Schalttafel 4, welche verwendet wird, wenn Programmierungsarbeit für den Roboter 2 durchgeführt wird, ist kommunikativ mit der CPU 12 verbunden. Dieses Programmiergerät 4 hat verschiedene Manipulatoren 4a und eine Anzeige 4b, wie in 1 dargestellt ist.
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Die Positionserfassungsschaltung 14 ist konfiguriert bzw. aufgebaut, um die Positionen der Schulter 6, der Arme 7 bis 9, des Gelenks 10 und des Flansches 11 zu erfassen. Praktisch ist diese Positionserfassungsschaltung 14 elektrisch mit einem Drehgeber verbunden, welcher an jedem der Motoren 17 angebracht ist, welche Antriebsquellen der jeweiligen Achsen der Schulter 6, der Arme 7 bis 9, des Gelenks 10 und des Flansches 11 sind. Demnach empfängt die Positionserfassungsschaltung 14 Erfassungssignale von den jeweiligen Drehgebern 18 und verwendet diese Signale, um einen Drehwinkel der Schulter 6 relativ zu der Basis 5, einen Drehwinkel des unteren Arms 7 relativ zu der Schulter 6, einen Drehwinkel des ersten oberen Armes 8 relativ zu dem unteren Arm 7, einen Drehwinkel des zweiten oberen Armes 9 relativ zu dem ersten oberen Arm 8, einen Drehwinkel des Gelenks 10 relativ zu dem zweiten oberen Arm 9 und einen Drehwinkel des Flansches 11 relativ zu dem Gelenk 10 zu erfassen. Die erfassten Drehwinkel werden von der Schaltung 14 zu der CPU 12 als Informationen, welche erfasste Positionen anzeigen, ausgegeben.
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Die CPU 12 steuert bzw. regelt den Betrieb der Schulter 6 der Arme 7 bis 9, des Gelenks 10 und des Flansches 11 basierend auf gegebenen Steuer- bzw. Regelprogrammen, wobei die CPU 12 während der Steuerung bzw. Regelung die Drehwinkel, welche von der Positionserfassungsschaltung 14 als Rückkopplungssignale empfangen werden, für die Steuerung bzw. Regelung verwendet.
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Den Verbindungselementen sind jeweilige dreidimensionale Koordinatensysteme gegeben bzw. zugewiesen. Von diesen Koordinaten ist der Basis 5, welche auf dem Boden installiert ist, ein Referenzkoordinatensystem gegeben bzw. zugewiesen, welches ein feststehendes bzw. fixiertes Koordinatensystem für den Roboter 2 ist, wie in 1 gezeigt ist. Dieses Referenzkoordinatensystem ist durch den Ursprung definiert, welcher an der Mitte der Basis 5 gewählt ist und durch zwei zueinander orthogonale Achsen Xb und Yb und eine vertikale Achse Zb, von welchen jede durch den Ursprung hindurchtritt. Die Koordinatensysteme, welche den anderen Verbindungselementen gegeben bzw. zugewiesen sind, verändern ihre Positionen und Richtungen an bzw. auf dem Referenzkoordinatensystem in Antwort auf die Drehung der jeweiligen Drehverbindungen. Basierend sowohl auf den Drehwinkeln der jeweiligen Drehverbindungen der Schulter 6, der Arme 7 bis 9, des Gelenks 10 und des Flansches 11, welche von der Positionserfassungsschaltung 14 empfangen werden, als auch auf Informationen, welche die Länge der jeweiligen Verbindungen anzeigen, welche zuvor in dem ROM 15 gespeichert werden, wandelt die CPU 12 eine Position und eine Richtung des Koordinatensystems jeder Verbindung in eine Position und eine Richtung in dem Referenzkoordinatensystem um unter Verwendung einer Funktion zum Umwandeln von Koordinatensystemen. Auf diesem Wege kann die CPU 12 die Koordinatensysteme der anderen Verbindungselemente erhalten.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind, wie in der herkömmlichen, die Ursprungspositionen der jeweiligen Achsen im Wesentlichen in einer Fabrik kalibriert, bevor sie den Versand von der Fabrik durchlaufen. Wenn jedoch der Roboter 2 einmal in einer Fabrik oder an einem Ort installiert worden ist, und wenn die Ursprungspositionen Änderungen in Antwort auf Vorkommnisse wie ein Ersetzen des Motors 17 unterworfen sind, wird die Kalibrierung normalerweise in der Fabrik oder an dem Ort ausgeführt.
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Hierin nachstehend wird nun unter Bezugnahme auf die 4 bis 7 der Vorgang zum Kalibrieren der Ursprungsposition der sechsten Achse A6 des Roboters 2 beschrieben werden.
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4 zeigt den Kalibriervorgang, welcher durch die CPU 12 durchgeführt wird, während die 5A und 5B anfängliche Stellungen zeigen, welche durch den Roboter 2 eingenommen werden, um einen Messpunkt P1 zu messen. Bei Schritt S1 (dem ersten Schritt) in 4 wird diese anfängliche Stellung erreicht durch ein Befehlen der zweiten Achse A2, sich um 90° (π/2 [rad]) zu drehen derart, dass der untere Arm 7 parallel zu der Installationsebene (der Koordinatenachse Xb) wird und durch ein Befehlen der dritten Achse A3, sich relativ zu dem unteren Arm 7 um 90 Grad zu drehen derart, dass sowohl der erste als auch der zweite obere Arm 8 und 9 vertikal zu der Installationsebene werden und in der negativen Richtung der Koordinatenachse Zb orientiert sind. Hierbei kann alternativ die dritte Achse A3 relativ zu dem unteren Arm 7 um 90 Grad gedreht werden, so dass beide Arme 8 und 9 in der positiven Richtung der Koordinatenachse Zb orientiert sein können. Nach den obigen Drehungen wird der fünften Achse A5 befohlen, relativ zu dem zweiten oberen Arm 9 um 90 Grad gedreht zu werden derart, dass das Gelenk 10, d. h. die axiale Mitte der sechsten Achse A6 parallel zu der Installationsebene wird.
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In dieser anfänglichen Stellung der vorliegenden Ausführungsform wird die Annahme getätigt, dass die Richtung der Achsenmitte der sechsten Achse A6 mit der Koordinatenachse Xb übereinstimmt und der Drehwinkel der sechsten Achse A6 ein beliebiger Winkel von Θ6 [rad] ist. Eine rechtwinklige Messplatte 19 ist an dem Flansch 11 unter einem bekannten Winkel relativ zu der Installationsebene angebracht. Es wird in dieser Stellung auch angenommen, dass die Drehwinkel der ersten bis sechsten Achsen A1 bis A6 jeweils 0, π/2, π/2, 0, –π/2 und Θ6 sind.
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Auf der Installationsebene ist beispielsweise ein Lasermesswerkzeug 20 angeordnet. Dieses Lasermesswerkzeug 20 kann auf derselben Installationsebene wie derjenigen für den Roboter 2 oder auch in einer verschiedenen Ebene von derjenigen für den Roboter 2 installiert sein. In anderen Worten gesagt sind beide Installationsebenen nicht immer dieselben, sondern sie können unterschiedlich voneinander sein, vorausgesetzt, dass beide Installationsebenen parallel zueinander sind. In der vorangehenden anfänglichen Stellung ist das Gelenk 10 mutmaßlich niedriger im Niveau bzw. der Höhe als die Installationsebene der Basis 5 aufgrund der Längen der oberen Arme 8 und 9. In einem solchen Fall wird eine andere Basis einer gegebenen Höhe auf bzw. an der Installationsbasis montiert, an bzw. auf welcher das Lasermesswerkzeug 20 montiert ist, und der Roboter 2 wird an bzw. auf der zusätzlichen Basis montiert.
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Das Lasermesswerkzeug 20 wird installiert, um einen Abstand in der Koordinatenachse Zb zu messen. Demnach misst bei Schritt S2 (dem zweiten Schritt) das Lasermesswerkzeug 20 einen Abstand L1 von dem Werkzeug zu dem Messpunkt P1 der Messplatte 19, welche an einem Ende davon gesetzt bzw. angeordnet ist. 5A verdeutlicht durch ein Beispiel eine Draufsicht auf den Messpunkt P1, in welcher der Messpunkt P1 an dem linken Ende der Messplatte 10 gesetzt bzw. gewählt ist.
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Dann wird bei Schritt S3 (dem dritten Schritt) der ersten Achse A1 befohlen, sich um einen Winkel von Θ zu drehen, wobei die zweite bis sechste Achse A2 bis A6 noch fest bzw. feststehend sind derart, dass das Lasermesswerkzeug 20 einen unterschiedlichen Messpunkt P2 der Messplatte 19 messen kann. Dieser unterschiedliche Messpunkt P2, welcher an einem rechten Ende davon gesetzt bzw. gewählt ist, ist in 6 veranschaulicht. Bei dieser Drehbetätigung bzw. bei diesem Drehbetrieb dreht sich die erste Achse A1 gegen den Uhrzeigersinn, wie in 6 veranschaulicht ist.
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Dann misst bei Schritt S4 (dem vierten Schritt) das Lasermesswerkzeug 20 einen Abstand von dem Werkzeug zu dem Messpunkt P2 der Messplatte 19.
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Die sechste Achse A6 hat einen offensichtlichen Drehwinkel Θ6', welcher eine Summe eines wirklichen Drehwinkels Θ6 und eines vom Ursprung verschobenen Winkels ΔΘ6 ist. Die Messplatte 19 hat eine Neigung bzw. Verkippung zu der Installationsebene, wobei die Neigung dem offensichtlichen Drehwinkel Θ6' entspricht, was eine Differenz ΔL zwischen beiden Abständen L1 und L2 verursachen wird, wie in 7A gezeigt ist. Demnach ist es verständlich, dass ein Drehen der Roboterarme von der anfänglichen Stellung, welche in Schritt S1 gezeigt ist, zu der Stellung, welche in Schritt S3 gezeigt ist, eine Messung des offensichtlichen Rotationswinkels Θ6' ermöglicht, ohne durch Positionsfehler der ersten bis fünften Achsen A1 bis A5 betroffen zu sein.
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Demzufolge kann, wenn der Abstand zwischen den Messpunkten P1 und P2 als M repräsentiert wird, der vom Ursprung verschobene Winkel ΔΘ6 [rad] durch ein Berechnen des folgenden Ausdrucks erhalten werden: ΔΘ6 = arctan(ΔL/M) – Θ6 (1), wobei der Abstand M basierend auf M = R × Θ berechnet wird, wobei R ein Radius der Drehung von der Achsenmitte der ersten Achse A1 zu den ersten und zweiten Messpunkten P1 und P2 ist, und der Winkel Θ der Drehwinkel der ersten Achse A1 ist, welcher bei Schritt S3 durchgeführt wird. Bei Schritt S5 (dem fünften Schritt) wird die Berechnung basierend auf dem Ausdruck (1) durchgeführt.
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Nach der Berechnung dieses verschobenen Winkels ΔΘ6 wird dieser verschobene Betrag ΔΘ6 verwendet, um die Ursprungsposition der sechsten Achse A6 bei Schritt S6 (dem sechsten Schritt) zu kalibrieren. Beispielsweise kann, wenn die Ursprungsposition der sechsten Achse A6 in der positiven Richtung ihrer Drehung, wie in 7A gezeigt ist (die Definition der „positiven Richtung” ist in 7B veranschaulicht), voranschreitet, die Kalibrierung durch ein Subtrahieren des verschobenen Winkels ΔΘ6 von dem offensichtlichen Drehwinkel Θ6' durchgeführt werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird auf diesem Wege das Lasermesswerkzeug 20 an bzw. auf der Installationsebene montiert, um die Abstände zwischen dem Werkzeug und der Messplatte 19, welche überhalb des Werkzeugs positioniert ist, zu messen. Die Messplatte 19 ist an der Achsenmitte der sechsten Achse A6 des Roboters 2 angebracht. Die zweite Achse A2 des Roboters 2 wird um 90 Grad relativ zu der Achsenmitte der ersten Achse A1 gedreht. Die dritte Achse A3 wird in Richtung der Installationsebene gedreht, derart, dass die Achsenmitte der vierten Achse A4 parallel zu derjenigen der ersten Achse A1 wird. Weiterhin wird die fünfte Achse A5 derart gedreht, dass die Achsenmitte der sechsten Achse A6 parallel zu der Installationsebene wird. In dieser Stellung des Roboters 2 wird ein Punkt, welcher an einer Endseite der Messplatte 19 platziert ist, als der erste Messpunkt P1 als Ziel gesetzt bzw. bestimmt. Nach einem Erhalten dieser Stellung des Roboters und einem Positionieren wird das Lasermesswerkzeug 20 verwendet, um den ersten Abstand L1 von dem Werkzeug zu dem ersten Messpunkt P1 zu messen.
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Dann wird die erste Achse A1 gedreht, um als der zweite Messpunkt P2, ein unterschiedlicher Punkt an einer anderen Endseite der Messplatte 19, positioniert zu sein, welche gegenüberliegend zu der einen Endseite davon platziert ist. Das Lasermesswerkzeug 20 wird wiederum verwendet, um den zweiten Abstand L2 von dem Werkzeug zu dem zweiten Messpunkt P2 zu messen. Der verschobene Winkel, welcher demnach ein Winkelfehler ΔΘ6 der sechsten Achse A6 ist, wird basierend auf dem Ausdruck (1) berechnet und verwendet, um die Ursprungsposition der sechsten Achse A6 zu kalibrieren.
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In anderen Worten gesagt wird die Differenz ΔL zwischen dem ersten und dem zweiten Abstand L2 durch nur den Drehwinkel Θ6' der sechsten Achse A6 entschieden, welcher eine Verschiebung der Ursprungsposition der sechsten Achse A6 einschließt, wenn es eine solche Verschiebung gibt. Demnach hat die Abstandsdifferenz ΔL keinen Einfluss auf die gegenwärtigen Winkel der ersten bis fünften Achsen A1 bis A5. Demzufolge kann, auch wenn die Ursprungspositionen der ersten bis fünften Achsen A1 bis A5 noch nicht kalibriert sind, der Winkelfehler ΔΘ6 der sechsten Achse A6 wohl erhalten werden, was es ermöglicht, dass die Ursprungsposition der sechsten Achse A6 kalibriert wird.
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Demnach wird eine Abstandsdifferenz ΔL zwischen den ersten und zweiten Abständen L1 und L2 abhängig von nur dem offensichtlichen Drehwinkel Θ6' der sechsten Achse A6 entschieden, da der erste Abstand L1 in der Roboterstellung, welche in dem ersten Schritt erhalten wird, gemessen wird, und der zweite Abstand L2 in einer Roboterstellung, welche durch ein Drehen der ersten Achse A1 in dem dritten Schritt erhalten wird, gemessen wird. Dies bedeutet, dass die Abstandsdifferenz ΔL nicht durch Fehler der Drehung der ersten bis fünften Achsen A1 bis A5 beeinflusst bzw. betroffen ist. Als ein Ergebnis kann der Winkelfehler ΔΘ6 der sechsten Achse A6 für ein Kalibrieren der Ursprungsposition davon erhalten werden, auch wenn die Ursprungspositionen der ersten bis fünften Achse A1 bis A5 nicht kalibriert sind.
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(Zweite Ausführungsform)
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Bezug nehmend auf 8 wird nun eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. In der zweiten Ausführungsform und darauf folgenden Ausführungsformen sind Komponenten bzw. Bauteile, welche identisch mit oder ähnlich zu denjenigen der ersten Ausführungsform sind, dieselben Bezugszeichen zum Zwecke der Erleichterung von Erklärungen in den Ausführungsformen gegeben bzw. zugewiesen. Demnach sind Erklärungen zu unterschiedlichen Teilen von den vorangehenden Ausführungsformen getätigt.
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8 entspricht 7A, welche in der ersten Ausführungsform erklärt ist, wobei das Lasermesswerkzeug 20 installiert ist, um seine Lasermessachse geneigt zu einer Linie normal bzw. senkrecht zu der Installationsebene zu haben, was nicht allgemein ist. Wenn dieser Neigungswinkel durch Θ_def ausgedrückt wird, sollte der vorangehende Ausdruck (1) geändert werden zu: ΔΘ6 = arctan{ΔL × cos(Θ_def)/M – Θ6} (2), welcher nach wie vor den Fehlerwinkel ΔΘ6 der sechsten Achse A6 des Roboters 2 vorsieht. Wenn der Neigungswinkel Θ_def 0 [rad] ist, wird der Ausdruck (2) identisch mit dem Ausdruck (1).
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Im Übrigen veranschaulicht 8 die Messplatte 19 betrachtet von der Vorderseite davon, so dass der Messpunkt P1 an der linken Endseite der Platte positioniert ist. Demnach wird die Richtung, in welcher die erste Achse A1 bei Schritt S3 gedreht wird, entgegengesetzt zu derjenigen, welche in 6 gezeigt ist, d. h. der im Uhrzeigersinn gerichteten Richtung. Der Messpunkt P2 ist demnach an der rechten Endseite der Messplatte 19 platziert, wenn sie in Richtung des vorderen Endes davon betrachtet wird.
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In der zweiten Ausführungsform ist das Lasermesswerkzeug 20 auf der Installationsebene unter einem geneigten Winkel platziert, d. h. die Lasermessachse von dem Werkzeug ist geneigt zu einer Linie, welche normal bzw. senkrecht zu der Installationsebene ist, wobei die Ursprungsposition der sechsten Achse A6 in der ähnlichen Technik zu derjenigen der ersten Ausführungsform kalibriert werden kann.
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(Dritte Ausführungsform)
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Bezug nehmend auf die 9A und 9B wird nun eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
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In dieser Ausführungsform wird die Konfiguration bzw. der Aufbau für die Kalibrierung, welcher in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, auf einen 7-Achsenroboter 2A angewandt. 9A erklärt bildlich die Verbindungen von Verbindungselementen, welche den 7-Achsenroboter 2A aufbauen, und ist eine Veranschaulichung entsprechend 3. Wie gezeigt ist, hat der 7-Achsenroboter 2A nicht nur die zweite Achse A2 und die vierte Achse A4 jeweils entsprechend der zweiten und dritten Achse A2 und A3 des 6-Achsenroboters 2 sondern auch eine dritte Achse A3, welche eine Achsenmitte rechtwinklig bzw. senkrecht zu den Achsenmitten der zweiten und vierten Achse A2 und A4 hat.
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Demzufolge ist es durch ein Ersetzen der Kalibrierweise für die dritte bis sechste Achse A3 bis A6 des 6-Achsenroboters 2, welcher in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, durch diejenige für die vierte bis siebte Achse A4 bis A7 des 7-Achsenroboters 2A möglich, die Ursprungspositionen der vierten bis siebten Achse A4 bis A7 des 7-Achsenroboters 2A zu kalibrieren, vorausgesetzt, dass die Ursprungsposition der dritten Achse A3 des 7-Achsenroboters 2A bereits kalibriert worden ist.
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Das heißt, es kann basierend auf dem folgenden Ausdruck ΔΘ7 = arctan{ΔL/M} – Θ7 (3) ein Winkelfehler ΔΘ7 der siebten Achse A7 wie beschrieben berechnet und kalibriert werden. In dem Ausdruck (3) ist M ein Abstand von dem ersten Messpunkt P1 zu dem zweiten Messpunkt P2 und ΔL ist eine Differenz zwischen dem ersten Abstand L1 und dem zweiten Abstand L2, welche wie beschrieben gemessen werden.
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(Abwandlungen der ersten bis dritten Ausführungsformen)
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Die vorangehenden ersten bis dritten Ausführungsformen können in eine Vielzahl von Modi abgewandelt werden, welche als andere Modi der vorliegenden Erfindung in die Praxis umgesetzt werden können.
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Die Roboterstellung in dem vorangehenden ersten Schritt ist nicht auf die bereits beschriebene beschränkt, sondern kann eine andere Stellung sein wie folgt: (Θ1, π/2, π/2, Θ4, π/2, Θ6),
(Θ1, π/2, –π/2, Θ4, π/2, Θ6), oder
(Θ1, π/2, –π/2, Θ4, –π/2, Θ6), wobei die Winkel Θ1 und Θ4 beliebige Beträge sind. Die Winkel Θ1, Θ4, Θ6 können als 0 [rad] gewählt werden.
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Die Messplatte 19 kann an dem Flansch 11 zu jedem Zeitpunkt angebracht werden, vorausgesetzt, dass der Zeitpunkt vor der Verarbeitung des Schrittes S2 ist, wie beispielsweise ein Zeitpunkt vor dem Ausführen des Vorganges, welcher in 4 gezeigt ist.
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In der dritten Ausführungsform kann auch die Kalibriertechnik, welche in der zweiten Ausführungsform beschrieben ist, angewandt werden. Das heißt, in der dritten Ausführungsform kann die Kalibrierung in einem Zustand durchgeführt werden, in dem die Messachse des Lasermesswerkzeuges 20 zu der Linie normal bzw. senkrecht zu der Installationsebene geneigt ist. In diesem Fall wird ein Winkelfehler ΔΘ7 der siebten Achse basierend auf einem Ausdruck ΔΘ7 = arctan{ΔL·cos(Θ_def)/M} – Θ7 (4) erhalten, wobei ein Abstand von dem ersten Messpunkt zu dem zweiten Messpunkt durch M bezeichnet ist, eine Differenz zwischen dem ersten Abstand L1 und dem zweiten Abstand L2 durch ΔL bezeichnet ist, und ein Winkel, welcher zwischen einer Messrichtung, entlang welcher das Messmittel den Abstand misst, und einer Linie normal bzw. senkrecht zu der Installationsebene erzeugt wird, ist durch Θ_def [rad] bezeichnet.
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Das Abstandsmessmittel ist nicht auf das Lasermesswerkzeug 20 beschränkt, sondern kann irgendein Mittel zum Messen von Abständen, beispielsweise einen optischen Strahl oder einen Ultraschallstrahl verwendend, sein.
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Die Winkel in den Berechnungsausdrücken, welche in den vorangehenden Ausführungsformen vorgesehen sind, sind durch das Radianten-Maß bzw. Bogen-Maß gegeben, es kann jedoch selbstverständlich ein Grad-Maß in diesen Ausdrücken verwendet werden, wenn das Grad-Maß auf das Bogen-Maß re-formuliert ist. Demnach können durch eine Verwendung der Berechnung basierend auf dem Grad-Maß Verschiebungen in den Ursprungspositionen der sechsten Achse A6 oder der siebten Achse A7 in der identischen Art und Weise, die vorstehend beschrieben ist, erhalten werden.
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(Vierte Ausführungsform)
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Bezug nehmend auf die 10 bis 12 wird nun eine vierte Ausführungsform der vorangehenden Erfindung beschrieben werden.
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Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich wiederum auf den 6-Achsenroboter 2, welcher in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, ein zu kalibrierendes Objekt jedoch ist die Ursprungsposition der vierten Achse A4 des 6-Achsenroboters 2.
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Die CPU 12 führt ein Kalibrierprogramm durch, welches in 10 gezeigt ist und vorher beispielsweise in dem ROM 15 gespeichert wurde, wo das Programm zum Kalibrieren der Ursprungsposition der vierten Achse A4 ist. In der vorliegenden Ausführungsform sollte die Ursprungsposition der vierten Achse A4 dieses 6-Achsenroboters 2 nach dem Kalibrieren der Ursprungspositionen der zweiten und dritten Achse A2 und A3 durchgeführt werden.
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11A zeigt eine anfängliche Stellung des Roboters 2, welche für die Messung des Messpunktes P1 ist. In den 11A und 11B, 11C sind die erste bis dritte Achse A1 bis A3 bei der Veranschaulichung ausgelassen.
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Die anfängliche Stellung wird wie folgt (Schritt S11 in 10; der erste Schritt) erhalten bzw. erreicht. Praktisch wird die vierte Achse A4 auf ihre Ursprungsposition gesetzt, welche als eine gegenwärtige Ursprungsposition gegeben ist, dann werden die zweite und die dritte Achse A2 und A3 derart gedreht, dass i) der zweite obere Arm 9 senkrecht zu der Installationsebene ist, und ii) der zweite obere Arm 9 in der Minusrichtung der Koordinatenachse Zb orientiert ist. Die Winkel, um welche um die zweite und die dritte Achse A2 und A3 gedreht werden müssen, sind beliebig vorausgesetzt, dass die Bedingungen i) und ii) aufrecht erhalten werden. Weiterhin wird die fünfte Achse A5 relativ zu der Achsenmitte der vierten Achse A4 um einen beliebigen Winkel Θ5_1 gedreht, welche die anfängliche Stellung, welche in 11A gezeigt ist, realisiert.
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Wie in der ersten Ausführungsform ist eine Messplatte 19, welche ein Hilfswerkzeug zum Messen eines Messpunktes ist, an dem Flansch 11 derart angebracht, dass der Messpunkt an einer Position auf einer Linie, welche von der Achsenmitte der sechsten Achse A6 erstreckt ist, platziert ist. Wenn die vierte Achse A4 an ihrer wirklichen Ursprungsposition platziert ist, wird die fünfte Achse A5 entlang einer Xb-Yb-Ebene gedreht.
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Bei dem nächsten Schritt S12 (dem zweiten Schritt) wird ein Laserabstandsmessgerät 20A (es sei Bezug genommen auf 13D) verwendet, um einen Messpunkt P1 (den ersten Messpunkt), welcher an der Messplatte 19 gesetzt bzw. gewählt ist, zu messen. Bei dem nächsten Schritt S13 (dem dritten Schritt), wird, wie in 5B veranschaulicht ist, die fünfte Achse A5 umgekehrt um einen Winkel Θ (> Θ5_1) gedreht, so dass der Winkel Θ, welcher zwischen der sechsten Achse A6 und der Achsenmitte der vierten Achse A4 gebildet wird, Θ5_2 ist.
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Dann werden bei dem nächsten Schritt S14 (dem vierten Schritt) in einem Zustand, in dem wenigstens die sechste Achse A6 festgehalten wird, die erste, zweite, dritte und fünfte Achse A1, A2, A3 und A5, und falls notwendig die vierte Achse A4 derart gedreht, dass der Messpunkt, welcher an der Messplatte 19 gesetzt bzw. gewählt ist, die Lage bzw. Position betreffend mit dem Messpunkt P1 übereinstimmt, was in 11C veranschaulicht ist.
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Dann wird bei dem nächsten Schritt S15 (dem fünften Schritt), vorausgesetzt, dass der Messpunkt, zu welchem der Messpunkt bei Schritt S14 bewegt wird, ein zweiter Messpunkt P2 (der zweite Messpunkt) ist, das Laserabstandsmessgerät 19A wiederum verwendet, um die Position des zweiten Messpunktes P2 zu messen.
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Wenn die vierte Achse A4 an ihrer Ursprungsposition positioniert ist, wird der Messpunkt P2 vollständig mit dem Messpunkt P1 übereinstimmen. Der gegenwärtige Ursprungspunkt der vierten Achse A4 hat jedoch einen Winkelfehler ΔΘ4 und es kann geschlossen werden, dass es eine Verschiebung zwischen sowohl dem Messwinkel P2 als auch P1 in Richtungen senkrecht zum Papier, auf welchem die 11A bis 11C gezeichnet sind, gibt, d. h. den Richtungen parallel zu der fünften Achse A5. Demnach erlaubt die Messung der Position des Messpunktes P2 eine Berechnung der Verschiebung zwischen den Messpunkten P1 und P2 als einen Abstandsfehler E. 12 zeigt solch eine geometrische positionelle Beziehung.
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Wie in 12 gezeigt ist, wird ein Abstand L von der Drehmitte der fünften Achse A5 zu dem Messpunkt, welcher an der Messplatte 19 gegeben ist, erhalten. In der anfänglichen Stellung, welche bei Schritt S1 vorgesehen ist, ist ein Abstand L1 von der Achsenmitte der vierten Achse A4 zu dem Messpunkt P1 in der Koordinatenachse Yb gegeben durch einen Ausdruck L1 = |L·sin(Θ5_1)| (11).
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Weiterhin ist in der Stellung, welche bei Schritt S4 vorgesehen ist, ein Abstand L2 von der Achsenmitte der vierten Achse A4 zu dem Messpunkt P2 in Koordinatenachse Yb gegeben durch einen Ausdruck L2 = |L·sin(Θ5_2)| (12).
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In diesen Ausdrücken sind die Einheiten von Winkeln gegeben als [rad].
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Demzufolge kann, wenn der Winkelfehler ΔΘ4 ausreichend klein bzw. gering ist, der Abstandsfehler E ausgedrückt werden durch E = L1·ΔΘ4 + L2·Θ4 = L·{|sin(Θ5_1)| + sin |(Θ5_2)|}·ΔΘ4 (13).
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Demnach kann der Winkelfehler ΔΘ4 erhalten werden als ΔΘ4 = E/[L·{|sin(Θ5_1)| + |sin(Θ5_2)|}] (14).
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Bei Schritt S6 (dem sechsten Schritt) wird die Berechnung, um den Winkelfehler ΔΘ4 zu erhalten, durch die CPU 12 durchgeführt.
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Dieser erhaltene Winkelfehler ΔΘ4 wird dann verwendet, um die gegenwärtige fehlerhafte Ursprungsposition der vierten Achse A4 bei Schritt S7 (dem siebten Schritt) zu kalibrieren.
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Um eine dreidimensionale positionale Beziehung auszugleichen bzw. zu kompensieren, welche in 12 nicht ausreichend gezeigt ist, werden zusätzlich die 7A bis 7D verwendet, um die vorangehenden Ausdrücke (11) bis (14) zu beschreiben. 13A ist eine Darstellung, welche die Vorderseite der vierten Achse A4 zeigt, und die im Uhrzeigersinn gerichtete Richtung in einer Draufsicht auf die vierte Achse A4 ist definiert als eine positive (+) Drehrichtung.
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Es kann beispielsweise eine Annahme getroffen werden derart, dass es tatsächlich eine Verschiebung in dem Winkel gibt, um den Winkelfehler ΔΘ4 in der positiven Drehrichtung zu erzeugen. In einem solchen Fall ist die Position des Messpunktes P1, welcher bei Schritt S2 gemessen wird, von einer berechneten Position in der positiven Drehrichtung um einen Betrag verschoben, welcher durch ein Multiplizieren des Ausdruckes (11) mit dem Winkelfehler ΔΘ4 zu erzeugen ist, wie in 13B gezeigt ist. In diesem Fall ist auch die Position des Messpunktes P2, welcher bei Schritt S5 gemessen wird, von seiner berechneten Position in der negativen (–) Drehrichtung um einen Betrag verschoben, welcher durch ein Multiplizieren des Ausdruckes (12) mit dem Winkelfehler ΔΘ4 erzeugt wird, wie in 13C gezeigt ist.
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13D zeigt einen Zustand, in dem das Laserabstandsmessgerät 20A verwendet wird, um die Messpunkte P1 und P2 zu messen. Wenn ein Ausdruck „Abstandsfehler E” =
„Gemessener Abstand 2” – „Gemessener Abstand 1” (15) definiert ist, welcher dem Abstandsfehler E ein positives Vorzeichen (+) gibt, welcher basierend auf dem Ausdruck (13) erhalten wird, bedeutet dies, dass das positive Vorzeichen (+) dem Winkelfehler ΔΘ4 in dem Ausdruck (14) gegeben wird. Demzufolge kann in diesem Falle die Ursprungsposition der vierten Achse A4 durch ein Subtrahieren des Winkelfehlers ΔΘ4 von der tatsächlich gemessenen Position kalibriert werden.
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Im Gegensatz hierzu werden, wenn die Messposition P1, welche in 13B gezeigt ist, von ihrer berechneten Position in der negativen (–) Drehrichtung verschoben ist, das Vorzeichen des Abstandsfehlers E basierend auf dem Ausdruck (13) und das Vorzeichen des Winkelfehlers ΔΘ4 basierend auf dem Ausdruck (14) negativ (–). Demzufolge wird in diesem Fall der Winkelfehler ΔΘ4 zu der tatsächlich gemessenen Position addiert, so dass der Ursprungspunkt der vierten Achse A4 berechnet wird.
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Es kann im Übrigen angenommen werden, dass unter der Bedingung, dass die positive (+) Drehrichtung, welche in 13A gezeigt ist, entgegengesetzt definiert ist, eine Winkelverschiebung in der Drehrichtung, welche in 13B gezeigt ist, vorhanden ist. In diesem Fall werden das Vorzeichen des Abstandsfehlers E basierend auf dem Ausdruck (13) und das Vorzeichen des Winkelfehlers ΔΘ4 basierend auf dem Ausdruck (14) beide negativ (–). Demnach ist die vorangehende Addition für die Kalibrierung wahr.
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Wie beschrieben wird in bzw. für den Vertikal-Gelenkarm-6-Achsenroboter 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Messplatte 19 an dem Flansch 11 derart angebracht, dass der Messpunkt an einer Position auf einer Linie, welche von der Achsenmitte der sechsten Achse A6 erstreckt ist, platziert ist. Dann wird die fünfte Achse A5 um einen gegebenen Winkel Θ5_1 von einer Linie, welche von der Achsenmitte der vierten Achse A4 derart erstreckt ist, dass der Messpunkt zu dem ersten Messpunkt P1 bewegt wird, gedreht. Die Position des ersten Messpunkts P1 wird durch das Laserabstandsmessgerät 20A gemessenen. Dann wird die fünfte Achse A5 um einen Winkel Θ in der Richtung entgegengesetzt zu der obigen gedreht, um die erstreckte Linie von der Achsenmitte der vierten Achse A4 zu verlassen.
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Dann wird in einem Zustand, in dem wenigstens die sechste Achse A6 festgehalten ist, der Messpunkt zu dem zweiten Messpunkt P2 bewegt derart, dass der zweite Messpunkt P2 die Lage betreffend mit dem ersten Messpunkt P1 übereinstimmt. Die Position des zweiten Messpunktes P2 wird durch das Laserabstandsmessgerät 20A gemessen. Der Winkelfehler ΔΘ4 der vierten Achse A4 wird basierend auf dem Ausdruck (14) berechnet und der berechnete Winkelfehler ΔΘ4 wird zum Kalibrieren der Ursprungsposition der vierten Achse A4 verwendet.
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Demnach kann, vorausgesetzt, dass die Ursprungspositionen der zweiten und dritten Achse A2 und A3 bereits kalibriert sind, der Winkelfehler ΔΘ4 der vierten Achse A4 für die Kalibrierung vorgesehen werden.
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(Fünfte Ausführungsform)
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Bezug nehmend auf die 14 bis 17A und 17B wird nun eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
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Die 14, 15A, 15B und 15C entsprechen jeweils den 10, 11A, 11B und 11C, welche in der vierten Ausführungsform beschrieben werden.
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In dem Kalibriervorgang, welcher in 14 gezeigt ist, sind Schritte S3' und S6' gegenüber denjenigen in 10 geändert, wobei die verbleibenden Schritte identisch zu denjenigen in 10 sind.
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Bei Schritt S3 in 10 in der vorangehenden vierten Ausführungsform wird der umgekehrte Drehwinkel Θ der fünften Achse A5 gewählt, um größer zu sein als der Winkel Θ5_1 in der Stellung, welche bei Schritt S1 gehalten wird. Die fünfte Ausführungsform bezieht sich auf ein Setzen bzw. Wählen des Drehwinkels und praktisch wird bei Schritt S3', welcher in 14 gezeigt ist, der umgekehrte Drehwinkel Θ der fünften Achse A5 zu einem Drehwinkel Θ gewählt, welcher zweimal größer ist als ein Winkel Θ5(Θ = 2 × Θ5), welcher bei Schritt S1 gewählt wird.
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Demnach ergeben, wenn der Messpunkt auf einen Messpunkt P2 bewegt wird, welcher mit dem Messpunkt P1 bei Schritt S4 übereinstimmt, die Roboterstellungen, welche realisiert werden, wenn der Messpunkt an den Messpunkten P1 und P2 ist, eine symmetrische Erscheinung in seiner Vorderansicht, d. h. ein Spiegelbild auf der rechten und linken Seite. Um diese Stellung zu realisieren, ist es notwendig, wenigstens die zweite, dritte und sechste Achse A2, A3 und A6 festzuhalten, und was die vierte Achse A4 betrifft, ist es notwendig, diese abhängig von der Situation zu bewegen oder festzuhalten.
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Die 16A und 16B zeigen wahlweise ein Festhalten oder Bewegen (Drehen) der Achsen einschließlich dieser vierten Achse A4. 16A zeigt die Stellung, welche in dem vierten Schritt realisiert ist, in welchem es notwendig ist, dass die vierte Achse A4 festgehalten wird, und nur die erste und fünfte Achse A1 und A5 gedreht werden (das Erscheinungsbild des Roboters 2 in den 16A und 16B ist geringfügig unterschiedlich von demjenigen, welches in 1 gezeigt ist). Dies zeigt eine Messung der Z-achsengerichteten Punkte, in welcher die erste Achse A1 von „–20,00” zu „20,00” gedreht wird und die fünfte Achse A5 von „110,00” zu „–110,00” gedreht wird. Indessen zeigen die 11A und 11B auch die Stellung, welche in dem vierten Schritt realisiert wird, in welchem die erste, vierte und fünfte Achse A1, A4 und A5 gedreht werden. Dies zeigt eine Messung von X-achsengerichteten Punkten, in welchen die erste Achse A1 von „30,00” auf „–30,00” gedreht wird, die vierte Achse A4 von „120,00” auf „60,00” gedreht wird und die fünfte Achse A5 von „–90,00” auf „90,00” gedreht wird.
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Zusätzlich ist Schritt S6' in 14 vorgesehen, um einen Winkelfehler ΔΘ4 basierend auf dem folgenden Ausdruck an Stelle des vorangehenden Ausdrucks (14) zu berechnen: ΔΘ4 = E/{2L·|sin(Θ5)|} (16).
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Demzufolge ist es in der fünften Ausführungsform nicht notwendig, die zweite und die dritte Achse A2 und A3 zu drehen, wenn der Messpunkt, welcher dem Roboter 2 gegeben wird, von dem ersten Messpunkt P1 zu dem zweiten Messpunkt P2 bewegt wird. Dies ist der Fall, da der Roboter 2 symmetrische Spiegelstellungen einnimmt, wenn er kalibriert wird. Es ist demnach möglich, den Winkelfehler ΔΘ4 der vierten Achse A4 des 6-Achsenroboters 2 zu erhalten und die Ursprungsposition der vierten Achse A4 zu kalibrieren, auch wenn die Ursprungspositionen der zweiten und der dritten Achse A2 und A3 noch nicht kalibriert sind.
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(Sechste Ausführungsform)
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Bezug nehmend auf die 18A und 18B wird nun eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
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Die sechste Ausführungsform bezieht sich auf einen 7-Achsenroboter 2A, dessen Verbindungselemente ähnlich zu denjenigen sind, welche in der vierten und fünften Ausführungsform beschrieben werden. 18A zeigt die Verbindungselemente der sieben Achsen A1 bis A7 des Roboters 2A gemäß der vorliegenden Ausführungsform, welche dieselbe ist, wie diejenige, welche in 9A gezeigt ist. Demnach ist es durch ein Ersetzen der dritten bis sechsten Achse A3 bis A6 des 6-Achsenroboters 2 durch die vierte bis siebte Achse A4 bis A7 des 7-Achsenroboters 2A möglich, die Kalibrierweise, welche in der vierten Ausführungsform erklärt ist, auf die Ursprungspositionskalibrierung der fünften Achse A5 des 7-Achsenroboters 2A anzuwenden, vorausgesetzt, dass die Ursprungsposition der dritten Achse A3 bereits kalibriert ist.
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Praktisch kann ein Winkelfehler ΔΘ5 der fünften Achse A5 des 7-Achsenroboters 2A basierend auf einem Ausdruck ΔΘ5 = E/{2L|sin(Θ6)|) (17) berechnet werden, wobei ein Abstand von der sechsten Achse zu dem Messpunkt durch L bezeichnet wird und ein Abstand zwischen der ersten und zweiten Messposition durch E bezeichnet wird. Demnach kann der Winkelfehler ΔΘ5 für die Kalibrierung verwendet werden.
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Die Kalibrierweise, welche in der fünften Ausführungsform beschrieben ist, kann auch auf den 7-Achsenroboter 2A angewendet werden, welcher in der dritten Ausführungsform beschrieben ist. In diesem Fall kann ein Winkelfehler ΔΘ5 der fünften Achse A5 des 7-Achsenroboters 2A basierend auf einem Ausdruck ΔΘ5 = E/[L{|sin(Θ6_2| + |sin(Θ6_1)|}] (18) berechnet werden, wobei ein Abstand von der sechsten Achse A6 zu dem Messpunkt durch L bezeichnet ist und ein Abstand zwischen der ersten und zweiten Messposition durch E bezeichnet ist, und wobei der Winkel Θ von der Achsenmitte der fünften Achse durch Θ6_2 bezeichnet ist. Dieser Verschiebungswinkel, welcher auf diesem Wege berechnet wird, kann für die Kalibrierung verwendet werden.
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Die Winkel in den Berechnungsausdrücken, welche in den vorangehenden Ausführungsformen vorgesehen sind, sind durch ein Radianten-Maß bzw. Bogen-Maß ausgedrückt, es kann jedoch selbstverständlich ein Grad-Maß in diesen Ausdrücken verwendet werden, wenn das Grad-Maß auf das Bogenmaß re-formuliert ist. Demnach können durch eine Verwendung der Berechnung basierend auf einem Grad-Maß Verschiebungen in den Ursprungspositionen der vierten Achse A4 oder der fünften Achse A5 in der identischen Art und Weise, welche vorstehend beschrieben ist, erhalten werden.
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Zusätzlich kann, obwohl die Berechnung für die Kalibrierung, welche in den vorangehenden Ausführungsformen beschrieben ist, durch die CPU 12 ausgeführt wird, auch ein anderer Prozessor für die Berechnung in dem Robotersystem 1 bereitgestellt werden.
