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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Robotersystem mit einem Roboter, und betrifft insbesondere ein Robotersystem mit einer Fehlererfassungsfunktion eines Roboters.
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2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
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Die
japanische ungeprüfte Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2009-196030 offenbart eine Robotersteuereinrichtung, die einen Betrieb eines Roboterarms mit hoher Genauigkeit steuert. In dieser Robotersteuereinrichtung ist ein Sensor in einem Ansteuerabschnitt von Achsen eines Roboterarms mit umfasst. Der Roboterarm wird auf der Grundlage eines Befehlsdrehmomentwerts angesteuert, der zu diesem Roboterarm ausgegeben wird. Der Sensor gibt einen erfassten Ist-Drehmomentwert aus, der effektiv zu dem Roboterarm übermittelt wird. Ein Berechnungsabschnitt identifiziert eine Differenz zwischen dem Befehlsdrehmomentwert und dem erfassten Drehmomentwert. Ist die identifizierte Differenz größer oder gleich einer vorbestimmten Schwelle, dann wird die elektrische Stromversorgung zu dem Roboterarm blockiert.
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Die
japanische ungeprüfte Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2007-301691 offenbart eine Robotersteuereinrichtung, die zwei Sensoren und zwei Berechnungsabschnitte umfasst, die zum Ansteuern von Achsen eines Roboterarms mit umfasst sind. In dieser Robotersteuereinrichtung schätzen die zwei Berechnungsabschnitte unabhängig die Befehlsdrehmomentwerte, die zu dem Roboterarm ausgegeben sind. Sind die zwei geschätzten Befehlsdrehmomentwerte einander gleich, werden jeweils Differenzen zwischen den zwei erfassten Drehmomentwerten, die durch die zwei Sensoren erfasst sind, und den zwei Befehlsdrehmomentwerten identifiziert. Sind die identifizierten Differenzen größer oder gleich einer vorbestimmten Schwelle, dann wird die elektrische Stromversorgung zu dem Roboterarm blockiert.
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In den Techniken, die in den
japanischen ungeprüften Patentanmeldungsoffenlegungen Nr. 2009-196030 und Nr.
2007-301691 offenbart sind, fluktuieren Reibungskräfte in Komponenten des Roboterarms, wie Getrieben und Vorgelegen, auf Grund von Temperaturänderungen in einem Betriebszustand und der Einsatzumgebung des Roboterarms. Die Fluktuationen der Reibungskräfte beeinflussen die vorstehend beschriebenen Robotersteuereinrichtungen. Je größer die Reibungskräfte sind, desto größer ist z. B. die Differenz zwischen dem Befehlsdrehmomentwert und dem erfassten Drehmomentwert. Damit eine Fehlerfassung vermieden wird, muss im Ergebnis eine Schwelle mit einem Spielraum gesetzt werden. Selbst wenn der Roboterarm zum Beispiel mit einem Menschen oder einem Objekt kollidiert, kann deshalb die Kollision nicht mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
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Die vorliegende Erfindung wurde getätigt, um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in einem Bereitstellen eines Robotersystems, das einen in dem Robotersystem auftretenden Fehler mit hoher Empfindlichkeit erfassen kann, und eines Steuerverfahrens hierfür.
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Kurzfassung der Erfindung
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Damit das vorstehende Problem gelöst wird, wird gemäß der Erfindung ein Robotersystem bereitgestellt, umfassend:
- einen Roboter;
- einen ersten bzw. zweiten Sensor, der einen vorbestimmten ersten bzw. zweiten Erfassungswert auf der Grundlage einer auf den Roboter wirkenden Kraft ausgibt; und
- einen Steuerabschnitt, der eine Differenz zwischen dem ersten Erfassungswert, der von dem ersten Sensor ausgegeben ist, und dem zweiten Erfassungswert, der von dem zweiten Sensor ausgegeben ist, identifiziert, und bestimmt, wenn die Differenz eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, dass ein Fehler in dem Roboter auftritt.
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In diesem Robotersystem bestimmt der Steuerabschnitt, dass eine Kraft größer oder gleich einer vorbestimmten Kraft auf den Roboter wirkt, wenn die Differenz die Schwelle überschreitet und zumindest einer des ersten und zweiten Erfassungswerts des ersten und zweiten Sensors einen vorbestimmten zulässigen Wert überschreitet.
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In diesem Robotersystem bestimmt der Steuerabschnitt, dass ein Fehler in zumindest einem des ersten und zweiten Sensors auftritt, wenn die Differenz die Schwelle überschreitet und weder der erste noch der zweite Erfassungswert des ersten und zweiten Sensors einen vorbestimmten zulässigen Wert überschreitet.
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In diesem Robotersystem ist die Ansprechempfindlichkeit des ersten Sensors von jenem des zweiten Sensors verschieden.
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Des Weiteren wird gemäß der Erfindung ein Steuerverfahren eines Robotersystems bereitgestellt, umfassend die Schritte:
- Identifizieren einer Differenz zwischen einem ersten bzw. zweiten Erfassungswert, der von einem ersten bzw. zweiten Sensor auf der Grundlage einer auf den Roboter wirkenden Kraft ausgegeben wird; und
- Bestimmen, dass ein Fehler in dem Roboter auftritt, wenn die Differenz eine vorbestimmte Schwelle überschreitet.
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Dieses Steuerverfahren des Robotersystems umfasst weiterhin den Schritt des Bestimmens, dass eine Kraft größer oder gleich einer vorbestimmten Kraft auf den Roboter wirkt, wenn die Differenz die Schwelle überschreitet und zumindest einer des ersten und zweiten Erfassungswerts des ersten und zweiten Sensors einen vorbestimmten zulässigen Wert überschreitet.
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Dieses Steuerverfahren des Robotersystems umfasst weiterhin den Schritt des Bestimmens, dass ein Fehler in zumindest einem des ersten und zweiten Sensors auftritt, wenn die Differenz die Schwelle überschreitet und weder der erste noch der zweite Erfassungswert des ersten und zweiten Sensors einen vorbestimmten zulässigen Wert überschreitet.
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In diesem Steuerverfahren des Robotersystems ist die Ansprechempfindlichkeit des ersten Sensors von jenem des zweiten Sensors verschieden.
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Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in Anbetracht der ausführlichen Beschreibung von deren beispielhaften Ausführungsbeispielen offensichtlicher, wie sie in den Zeichnungen gezeigt sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung, die eine Struktur eines Robotersystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
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2 ein Ablaufdiagramm, das einen Betriebsablauf eines Steuerverfahrens eines Robotersystems gemäß der Erfindung zeigt;
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3 einen Graph, der Variationen des ersten und zweiten Erfassungswerts gemäß einem spezifischen Beispiels zeigt;
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4 einen Graph, der Variationen des ersten und zweiten Erfassungswerts gemäß einem anderen spezifischen Beispiel zeigt;
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5 einen Graph, der Variationen des ersten und zweiten Erfassungswerts gemäß einem weiteren spezifischen Beispiel zeigt;
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6 eine schematische Darstellung, die eine Struktur eines Robotersystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
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7 eine schematische Darstellung, die eine Struktur eines Robotersystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und
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8 eine schematische Darstellung, die eine Struktur eines Robotersystems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
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Ausführliche Beschreibung
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden. 1 zeigt eine schematische Darstellung, die eine Struktur eines Robotersystems 11 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Dieses Robotersystem 11 umfasst: einen Gelenkroboter 12, der z. B. einen vertikalen Sechs-Achsen-Gelenkroboter bildet; und einen Steuerabschnitt 13, der mit dem Gelenkroboter 12 verbunden ist, um den Betrieb des Gelenkroboters 12 zu steuern. Der Gelenkroboter 12 und der Steuerabschnitt 13 sind durch eine Verdrahtung 14 verbunden. Der Gelenkroboter 12 umfasst ein Arbeitsmittel oder eine Roboterhand 15. Die Roboterhand 15 kann z. B. ein Werkstück greifen. Dieser Gelenkroboter 12 ist in einer Welt angelegt, in der z. B. Gelenkroboter 12 und Menschen zusammen arbeiten.
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Der Gelenkroboter 12 umfasst: einen Basisfuß 16, der z. B. stabil an einer Bodenoberfläche fixiert ist; einen proximalen Endarm 17, der drehbar mit dem Basisfuß 16 verbunden ist, z. B. bezüglich einer Drehachsenlinie x1, die lotrecht auf der Bodenoberfläche steht; ein erstes Gelenkelement 18, das mit dem proximalen Endarm 17 drehbar bezüglich einer Drehachsenlinie x2 gelagert ist, die lotrecht auf der Drehachsenlinie x1 steht; einen ersten Zwischenarm 19a, der mit dem ersten Gelenkelement 18 drehbar bezüglich einer Drehachsenlinie x3 verbunden ist, die lotrecht auf der Drehachsenlinie x2 steht; ein zweites Gelenkelement 20, das mit dem ersten Zwischenarm 19a drehbar bezüglich einer Drehachsenlinie x4 verbunden ist, die lotrecht auf der Drehachsenlinie x3 steht; einen zweiten Zwischenarm 19d, der mit dem zweiten Gelenkelement 20 verbunden ist; ein drittes Gelenkelement 21, das mit dem zweiten Zwischenarm 19d drehbar bezüglich einer Drehachsenlinie x5 verbunden ist, die lotrecht auf der Drehachsenlinie x4 steht; und einen distalen Endarm 22, der mit dem dritten Gelenkelement 21 drehbar bezüglich einer Drehachsenlinie x6 verbunden ist, die lotrecht auf der Drehachsenlinie x5 steht.
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Die vorstehend beschriebene Roboterhand 15 ist z. B. entfernbar auf einer Spitze des distalen Endarms 22 angebracht. Damit Drehungen bezüglich der Drehachsenlinien x1 bis x6 implementiert werden, sind (nicht gezeigte) Servomotoren in dem Gelenkroboter 12 mit umfasst. Jeder Servomotor weist einen Messgeber auf, der einen Drehwinkel eines solchen Servomotors erfasst. Die Servomotoren drehen sich auf vorbestimmte Drehwinkel auf der Grundlage von Ansteuersignalen, die von dem Steuerabschnitt 13 ausgegeben werden. Die Drehungen der Servomotoren ermöglichen dem Gelenkroboter 12, sich bezüglich der Drehachsenlinien x1 bis x6 zu bewegen. Gelenksignale, die die Drehwinkel der Servomotoren angeben, werden von den Messgebern zu dem Steuerabschnitt 13 rückgekoppelt. Somit kann der Gelenkroboter 12 seine Stellung bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit zu einer vorbestimmten Position verändern.
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In dem ersten Ausführungsbeispiel sind zwei Sensoren oder ein erster und ein zweiter Sensor 23 und 24 aneinander angrenzend zwischen dem distalen Endarm 22 und der Roboterhand 15 in der Richtung der Drehachsenlinie x6 angelegt. Der erste Sensor 23 ist bei einer Position angelegt, die näher bei der Roboterhand 15 liegt als der zweite Sensor 24. Der zweite Sensor 24 ist an eine Spitze des distalen Endarms 22 angefügt. Die Roboterhand 15 ist an den ersten Sensor 23 angefügt, der wiederum an den zweiten Sensor 24 angefügt ist. Als erster und zweiter Sensor 23 und 24 werden z. B. Dehnmessstreifen oder Kraftsensoren verwendet, die eine mechanische Dehnung durch eine Änderung der Lichtreflektion, der Kapazität zwischen Objekten und so fort erfassen. Der erste und zweite Sensor 23 und 24 können eine auf die Roboterhand 15 wirkende Kraft und eine Kraft erfassen, die auf das durch die Roboterhand 15 gegriffene Werkstück wirken. Die erfassten Werte werden von dem ersten und zweiten Sensor 23 und 24 zu dem Steuerabschnitt 13 ausgegeben. Die erfassten Werte sind hinsichtlich der Roboterhand 15 und des durch die Roboterhand 15 gegriffenen Werkstücks schwerpunktkorrigiert.
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Das orthogonale Dreiachsenbezugskoordinatensystem wird auf jeden des ersten und zweiten Sensors 23 und 24 des Robotersystems 11 gesetzt. Die Z-Achse wird parallel zu der Drehachsenlinie x6 und lotrecht zu den X- und Y-Achsen definiert. Der vorstehend beschriebene erste und zweite Sensor 23 und 24 können Kraftkomponenten in den X-, Y- und Z-Richtungen (Fx, Fy, Fz), die auf den ersten und zweiten Sensor 23 und 24 selbst wirken, und Momentenkomponenten bezüglich der X-, Y- und Z-Achsen (Mx, My, Mz) des ersten und zweiten Sensors 23 und 24 selbst erfassen. Die so erfassten Werte der Kraftkomponenten und der Momentenkomponenten werden zu dem Steuerabschnitt 13 ausgegeben. Damit die Werte ausgegeben werden, werden Verdrahtungen 25a bzw. 25b zwischen dem ersten bzw. zweiten Sensor 23 und 24 und dem Steuerabschnitt 13 verwendet. Während des Betriebs des Gelenkroboters 12 geben der erste bzw. der zweite Sensor 23 und 24 fortlaufend einen ersten bzw. einen zweiten Erfassungswert zu dem Steuerabschnitt 13 aus.
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Der Steuerabschnitt 13 ist mit einer (nicht gezeigten) Speichereinrichtung verbunden, die den ersten Erfassungswert, der von dem ersten Sensor 23 ausgegeben ist, den zweiten Erfassungswert, der von dem zweiten Sensor 24 ausgegeben ist, und ein Fehlererfassungssoftwareprogramm zum Erfassen des Fehlers in dem Robotersystem 11 speichert. Auf der Grundlage des in der Speichereinrichtung gespeicherten Fehlererfassungssoftwareprogramms kann der Steuerabschnitt 13 verschiedene Berechnungen durchführen. Das Fehlererfassungssoftwareprogramm kann zeitweise aus einem (nicht gezeigten) Speicher zum Zeitpunkt der Berechnung gelesen werden. Alternativ kann das Fehlererfassungssoftwareprogramm auf der Speichereinrichtung von einem tragbaren Speichermedium gespeichert werden, wie z. B. einer FD (flexible Diskette), einer CD-ROM und dergleichen, oder es kann auf die Speichereinrichtung von einem Computernetzwerk gespeichert werden, wie einem LAN oder im Internet.
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Vor einem Starten des Betriebs des Robotersystems 11 werden zuvor verschiedene Bedingungen in dem Robotersystem 11 gesetzt. Als erstes wird ein Normalbetrieb des Gelenkroboters 12 geprüft. In dem Normalbetrieb wiederholt der Gelenkroboter 12 eine vorbestimmte Bewegung hinsichtlich des Werkstücks. Zu diesem Zeitpunkt werden die Erfassungswerte des ersten und des zweiten Sensors 23 und 24 zu dem Steuerabschnitt 13 ausgegeben. Selbst wenn kein Fehler vorliegt, treten Variationen in den Erfassungswerten in dem ersten und zweiten Sensor 23 und 24 auf Grund einer individuellen Differenz zwischen den Sensoren und dergleichen auf. Hier verwendet das Steuersystem 13 zum Beispiel eine sich ergebende Kraft, die aus den Kraftkomponenten (Fx, Fy; Fz) berechnet ist, um die Differenz zu identifizieren.
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In dem Robotersystem 11 variieren während des Normalbetriebs des Gelenkroboters 12 der erste und zweite Erfassungswert gemäß dem Betrieb des Gelenkroboters 12. Auf der Grundlage des ersten und zweiten Erfassungswerts identifiziert der Steuerabschnitt 13 die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Erfassungswert. Auf der Grundlage der identifizierten Differenz wird eine vorbestimmte Schwelle gesetzt, die z. B. größer als der Maximalwert der Differenz ist, die bei dem Normalbetrieb des Gelenkroboters 12 identifiziert wird. Die Schwelle wird vorab in Anbetracht eines Spielraums identifiziert, um eine Fehlerfassung zu vermeiden. Tritt ein Fehler in dem Robotersystem 11 auf, dann tritt eine große Differenz, die die vorbestimmte Schwelle überschreitet, zwischen dem ersten und dem zweiten Erfassungswert auf Grund der Differenz zwischen den Installationspositionen und Ansprechempfindlichkeiten zwischen dem ersten und dem zweiten Sensor 23 und 24 auf. Überschreitet die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Erfassungswert diese Schwelle, dann kann der Steuerabschnitt 13 deshalb bestimmen, dass der Fehler in dem Robotersystem 11 auftritt, wie nachstehend beschrieben. Diese Schwelle wird in der Speichereinrichtung gespeichert. Der Fehler des Robotersystems 11 tritt auf, wenn eine Kraft größer oder gleich dem vorbestimmten Wert auf den Gelenkroboter 12 wirkt, oder wenn mit anderen Worten z. B. ein Fremdobjekt mit dem Gelenkroboter 12 kollidiert oder wenn ein Fehler in zumindest einem des ersten und zweiten Sensors 23 und 24 auftritt, und so fort.
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Zum gleichen Zeitpunkt identifiziert der Steuerabschnitt 13 den Maximalwert des ersten und zweiten Erfassungswerts während des Normalbetriebs des Gelenkroboters 12. Ein Wert größer dem identifizierten Maximalwert wird als ein vorbestimmter zulässiger Wert gesetzt, der nachstehend beschrieben wird. Die Größenordnung des Spielraums zwischen dem identifizierten Maximalwert und dem zulässigen Wert kann beispielsweise in Anbetracht eines Werts bestimmt werden, der als ein Ergebnis einer Kollision mit den Personen erfasst wird, die die Welt betreten, in der das Robotersystem 11 befindlich ist. In Anbetracht der vorstehenden Beschreibung, wenn zumindest einer des ersten und zweiten Erfassungswerts diesen zulässigen Wert überschreitet, bestimmt der Steuerabschnitt 13, dass der Gelenkroboter 12 mit dem Fremdobjekt kollidiert, wie nachstehend beschrieben. Dieser zulässige Wert wird in der Speichereinrichtung gespeichert. Das Fremdobjekt umfasst Personen und Peripheriegeräte, die bei dem Robotersystem 11 angelegt sind.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm, das einen Betriebsablauf des Steuerabschnitts 13 des Robotersystems 11 gemäß der Erfindung zeigt. Der Steuerabschnitt 13 führt eine Berechnung auf der Grundlage des Fehlererfassungssoftwareprogramms durch. Startet das Robotersystem 11, dann geben der erste und der zweite Sensor 23 und 24 jeweils den ersten und zweiten Erfassungswert gemäß dem Betrieb des Gelenkroboters 12 aus. In Schritt S1 identifiziert der Steuerabschnitt 13 die Differenz zwischen dem ausgegebenen ersten und zweiten Erfassungswert. In Schritt S2 überwacht der Steuerabschnitt 14, ob die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Erfassungswert die vorbestimmte Schwelle, die vorstehend beschrieben ist, überschreitet oder größer als diese ist oder nicht. Überschreitet die Differenz die vorstehend beschriebene vorbestimmte Schwelle nicht (Schritt S2, NEIN), dann bestimmt der Steuerabschnitt 13 in Schritt S3, dass in dem Robotersystem 11 kein Fehler auftritt. Der Vorgang kehrt zu Schritt S1 zurück. Somit wiederholt der Steuerabschnitt den Vorgang der Schritte S1 bis S3.
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3 zeigt einen Graph, der Variationen des ersten zweiten Erfassungswerts gemäß einem spezifischen Beispiel zeigt. In diesem Graphen stellt die vertikale Achse den Erfassungswert dar, und stellt die horizontale Achse die Zeit dar. Der zulässige Wert p, der vorstehend beschrieben ist, wird auf der vertikalen Achse gesetzt. Der erste Erfassungswert v1 wird durch eine durchgezogene Kurve angegeben, und der zweite Erfassungswert v2 wird durch eine gestrichelte Kurve angegeben. Der erste und zweite Erfassungswert v1 und v2 variieren mit fortschreitender Zeit. Der Steuerabschnitt 13 erfasst, dass die Differenz d zwischen dem ersten und zweiten Erfassungswert v1 und v2 die Schwelle zu einem Zeitpunkt t überschreitet (Schritt S2, JA). Im Ergebnis bestimmt in Schritt S4 der Steuerabschnitt 13, dass irgendein Fehler in dem Robotersystem 11 auftritt. Bei Erfassen des Auftretens des Fehlers, in Schritt S5, überwacht der Steuerabschnitt 13, ob zumindest einer des ersten und zweiten Erfassungswerts v1 und v2 den zulässigen Wert p für eine vorbestimmte Zeitspannt überschreitet oder nicht.
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Wie aus 3 ersichtlich, überschreiten sowohl der erste als auch der zweite Erfassungswert v1 und v2 den zulässigen Wert p (Schritt S5, JA) und deshalb geht der Vorgang des Steuerabschnitts 13 zu Schritt S6 über. In Schritt S6 bestimmt der Steuerabschnitt 13, dass eine übermäßige Einwirkkraft auf die Roboterhand 15 auf Grund einer Kollision wirkt. Im Ergebnis gibt in Schritt S7 der Steuerabschnitt 13 ein Alarmsignal aus, das angibt, dass der Fehler in dem Robotersystem 11 auftritt. Auf der Grundlage der Ausgabe des Alarmsignals erteilt das Robotersystem 11 eine Warnung durch einen Alarm, der auf einem (nicht gezeigten) Monitor angezeigt wird, einen Geräuschalarm, z. B. durch eine (nicht gezeigte) Alarmeinrichtung, ein Aufleuchten einer (nicht gezeigten) Alarmlampe und so fort. Auf Grund der vorstehend beschriebenen Warnung können ein Administrator des Robotersystems 11 und andere Robotersysteme um das Robotersystem 11 herum über das Auftreten des Fehlers in dem Robotersystem 11 informiert werden. Im Ergebnis können die benachbarten Robotersysteme den Betrieb ebenso in Antwort auf den Fehler durchführen.
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Des Weiteren kann an Stelle oder zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Warnung auf der Grundlage der Ausgabe des Alarmsignals der Gelenkroboter 12 einen Betrieb zur Sicherstellung eines sicheren Zustands durchführen. Zum Beispiel kann der Gelenkroboter 12 seinen Betrieb anhalten. In diesem Fall kann z. B. der Gelenkroboter 12 seinen Betrieb in Antwort auf das Erreichen eines Zustands ähnlich einem Erfassungszustand eines (nicht gezeigten) Lichtvorhangs anhalten. Alternativ kann der Gelenkroboter 12 einen Betrieb derart durchführen, dass sich die Roboterhand 15 in eine Richtung bewegt, in der der erste und zweite Erfassungswert v1 und v2 verringert werden. Die Richtung, in der der erste und zweite Erfassungswert v1 und v2 verringert werden, wird als die Richtung identifiziert, in der die Kraftkomponenten in den Erfassungswerten umgekehrt werden. Diese Bewegung ermöglicht der Roboterhand 15 eine Trennung von dem kollidierenden Fremdobjekt. Des Weiteren kann in Antwort auf die Ausgabe des Alarmsignals der Gelenkroboter 12 einen vorbestimmten Sicherheitsbetrieb durchführen.
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4 zeigt einen Graph, der Variationen des ersten und zweiten Erfassungswerts gemäß einem weiteren spezifischen Beispiel zeigt. Ähnlich 3 stellt die vertikale Achse den Erfassungswert dar, und stellt die horizontale Achse die Zeit dar. Der zulässige Wert p, der vorstehend beschrieben ist, wird auf der vertikalen Achse ähnlich dem vorigen Beispiel gesetzt. Der erste Erfassungswert v1 wird durch eine durchgezogenen Kurve angegeben, und der zweite Erfassungswert v2 wird durch eine gestrichelte Kurve angegeben. Ähnlich dem vorstehend beschriebenen Beispiel erfasst der Steuerabschnitt 13, dass die Differenz d zwischen dem ersten und zweiten Erfassungswert v1 und v2 zu einem Zeitpunkt t die Schwelle überschreitet (Schritt S2, JA). Als Ergebnis bestimmt in Schritt S4 der Steuerabschnitt 13, dass irgendein Fehler in dem Robotersystem 11 auftritt. Bei Erfassen des Auftretens des Fehlers überwacht, in Schritt S5, der Steuerabschnitt 13, ob zumindest einer des ersten und zweiten Erfassungswerts v1 und v2 den zulässigen Wert p überschreitet oder nicht, für eine vorbestimmte Zeitspanne. Wie aus 4 ersichtlich, überschreiten weder der erste noch der zweite Erfassungswert v1 und v2 den zulässigen Wert p (Schritt S5, NEIN), und deshalb kollidiert die Roboterhand 15 mit nichts. Im Ergebnis geht der Vorgang des Steuerabschnitts 13 zu Schritt S8 über.
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In Schritt S8 bestimmt der Steuerabschnitt 13, dass der Fehler in zumindest einem des ersten des ersten und zweiten Sensors 23 und 24 auftritt. In diesem Fall geht der Vorgang des Steuerabschnitts 13 zu dem vorstehend beschriebenen Schritt S7 über. Hierbei, wie aus 4 ersichtlich, wird im Vergleich mit dem ersten Erfassungswert v1 der zweite Erfassungswert v2 kaum erfasst, und wird deshalb z. B. angenommen, dass der Fehler in dem zweiten Sensor 24 auftritt. Ähnlich dem vorstehend beschriebenen Beispiel gibt in Schritt S7 der Steuerabschnitt 13 ein Alarmsignal aus, das angibt, dass der Fehler in dem Robotersystem 11 auftritt. Auf der Grundlage der Ausgabe des Alarmsignals führt das Robotersystem 11 den Betrieb ähnlich jenem vorstehend beschriebenen durch. Der Fehler des ersten und zweiten Sensors 23 und 24 beinhaltet z. B. einen Hardwarefehler und eine Softwarefehlfunktion des ersten und zweiten Sensors 23 und 24 selbst, eine Fehlfunktion der Verdrahtungen 24a und 24b, eine Hardwarefehlfunktion des Steuerabschnitts 13 und dergleichen.
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In dem vorstehend beschriebenen Robotersystem 11 tritt eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Erfassungswert auf Grund der Differenz zwischen den Positionen zwischen zwei Sensoren oder einem ersten und einem zweiten Sensor 23 und 24 auf. Überschreitet diese Differenz eine vorbestimmte Schwelle, erfasst der Steuerabschnitt 13, dass irgendein Fehler in dem Robotersystem 11 auftritt. Somit werden der erste und der zweite Erfassungswert von zwei Sensoren oder dem ersten und dem zweiten Sensor 23 und 24 relativ verglichen, und deshalb kann die Zuverlässigkeit der Erfassungswerte sichergestellt werden. Des Weitern kann der anomale Zustand durch die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Erfassungswert bestimmt werden, und können somit Fehler, die aus unsicheren Elementen herrühren, wie Variationen von Getrieben und Vorgelegen, auf Grund von Temperaturänderungen des Betriebszustands und der Einsatzumgebung des Roboters vermieden werden. Da solche Fehler nicht berücksichtigt zu werden brauchen, kann die Schwelle der Differenz zwischen den Erfassungswerten kleiner gesetzt werden. Im Ergebnis kann das Robotersystem 11 den in dem Robotersystem 11 auftretenden Fehler mit hoher Empfindlichkeit erfassen.
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Überschreitet zumindest einer des ersten und zweiten Erfassungswerts des ersten und zweiten Sensors 23 und 24 einen vorbestimmten zulässigen Wert, dann kann des Weiteren der Steuerabschnitt 13 erfassen, dass die Roboterhand 15 mit irgendetwas kollidiert. Somit kann die Kollision der Roboterhand 15 mit hoher Empfindlichkeit erfasst werden. Überschreitet weder der erste noch der zweite Erfassungswert des ersten und zweiten Sensors 23 und 24 den vorbestimmten zulässigen Wert, dann kann demgegenüber der Steuerabschnitt 13 erfassen, dass die Kollision nicht auftritt, aber dass zumindest einer des ersten und zweiten Sensors 23 und 24 eine Fehlfunktion aufweist. Somit kann die Fehlfunktion des ersten und zweiten Sensors 23 und 24 mit hoher Empfindlichkeit erfasst werden, und kann deshalb die Zuverlässigkeit der Erfassungswerte des ersten und zweiten Sensors sichergestellt werden.
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Des Weiteren sind in dem Robotersystem 11 der erste und zweite Sensor 23 und 24 aneinander angrenzend angelegt, z. B. in der Richtung der Drehachsenlinie x6. In dem in 1 gezeigten Beispiel sind der erste Sensor 23 und zweite Sensor 24 angelegt, um einander direkt zu kontaktieren. Es sind mit anderen Worten keine weiteren Komponenten zwischen dem ersten Sensor 23 und dem zweiten Sensor 24 eingefügt. Im Gegenteil, werden Komponenten zwischen dem ersten Sensor 23 und dem zweiten Sensor 24 eingefügt, dann treten unsichere Elemente, wie eine übermäßige Differenz zwischen dem ersten Erfassungswert und dem zweiten Erfassungswert, auf der Grundlage der Steifigkeit der Komponenten auf. Die vorliegende Erfindung kann derartige unsichere Elemente eliminieren. Die Erfassungswerte müssen mit anderen Worten nicht wegen der übermäßigen Differenz korrigiert werden. Die vorliegende Erfindung kann deshalb eine Herabminderung der Genauigkeit der Erfassung der Kollision und die Fehlfunktion des ersten und zweiten Sensors 23 und 24 verhindern.
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Des Weiteren können in dem vorstehend beschriebenen Robotersystem 11, wenn die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Erfassungswert identifiziert wird, die Kraftkomponenten (Fx, Fy, Fz) oder die Momentenkomponenten (Mx, My, Mz) verglichen werden, die z. B. von dem ersten und zweiten Sensor 23 und 24 ausgegeben werden. Wird die sich ergebende Kraft identifiziert, dann können des Weiteren z. B. die Kraftkomponenten in den zwei Richtungen kombiniert werden. Des Weiteren kann die sich ergebende Kraft womöglich nicht aus den Kraftkomponenten gewonnen werden, sondern aus Mx und My und Ansatzpunkten der Kräfte.
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5 zeigt einen Graph, der Variationen des ersten und zweiten Erfassungswerts gemäß einem weiteren spezifischen Beispiel zeigt. Dieser Graph ist dem Graph gemäß 3 ähnlich. Aber in diesem Beispiel werden der erste Sensor 23 und der zweite Sensor 24 verwendet, die voneinander verschiedene Eigenschaften aufweisen. Zum Beispiel weist der zweite Sensor 24, der von der Roboterhand 15 weiter entfernt ist, eine Ansprechempfindlichkeit auf, die niedriger als jene des ersten Sensors 23 ist. Im Ergebnis, wie aus 5 ersichtlich, auf Grund der Tatsache, dass die Erfassung des zweiten Erfassungswerts v2 stärker verzögert wird als jene des ersten Erfassungswerts v1 und so fort, erhöht sich die Differenz zwischen dem ersten Erfassungswert v1 und dem zweiten Erfassungswert v2 bei dem Auftreten des Fehlers abrupter als in dem Fall gemäß 3. Der Steuerabschnitt 13 kann deshalb schneller und mit höherer Genauigkeit erfassen, dass die Differenz die Schwelle übersteigt, als in dem Fall gemäß 3. Zusätzlich kann dieses Robotersystem 11 die Wirkungen ähnlich den vorstehend beschriebenen implementieren.
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6 zeigt eine schematische Darstellung, die eine Struktur eines Robotersystems 11a gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. In dieser Figur sind Elemente mit Aufbau oder Struktur, die mit jenen vorstehend beschriebenen identisch sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In diesem Robotersystem 11a sind der erste und der zweite Sensor 23 und 24 mit einem zweiten Steuerabschnitt 27 verbunden. Der erste und der zweite Erfassungswert werden zu dem zweiten Steuerabschnitt 27 ausgegeben. Der zweite Steuerabschnitt 27 ist mit dem Steuerabschnitt 13, der vorstehend beschrieben ist, über eine Verdrahtung 28 verbunden. Der zweite Steuerabschnitt 27 führt die Fehlererfassungssoftware wie vorstehend beschrieben aus. Der Steuerabschnitt 13 steuert jedoch den Betrieb des Gelenkroboters 12 auf der Grundlage von z. B. einem Alarmsignal, das von dem zweiten Steuerabschnitt 27 ausgegeben wird. Der Vorgang zum Erfassen des Fehlers und der Vorgang zum Steuern des Betriebs des Gelenkroboters 12 werden durch die getrennten Steuerabschnitte durchgeführt, und deshalb kann die Verarbeitungsgeschwindigkeit in dem Robotersystem 11 erhöht werden.
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7 zeigt eine schematische Darstellung, die eine Struktur eines Robotersystems 11b gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. In dieser Figur sind Elemente mit Aufbau oder Struktur, die mit jenen vorstehend beschriebenen identisch sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In diesem Robotersystem 11b grenzen der erste und der zweite Sensor 23 und 24 aneinander an und sind zwischen dem Basisfuß 16 und dem proximalen Endarm 16 angelegt. Der erste Sensor 23 ist z. B. an den proximalen Endarm 17 angefügt. Der zweite Sensor 24 ist z. B. an den Basisfuß 16 angefügt. Dieser erste und zweite Sensor 23 und 24 kann die auf den Gelenkroboter 12 wirkenden Kräfte zwischen dem proximalen Endarm 17 und der Roboterhand 15 erfassen. Eine Kollision mit dem Großteil des Gelenkroboters 12 kann deshalb mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Zusätzlich kann dieses Robotersystem 11b die Wirkweisen ähnlich jenen vorstehend beschriebenen implementieren.
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8 zeigt eine schematische Darstellung, die eine Struktur eines Robotersystems 11c gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. In dieser Figur sind Elemente mit Aufbau und Struktur, die jenen vorstehend beschrieben identisch sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Dieses Robotersystem 11c umfasst eine Peripherieeinrichtung 29, die bezüglich des Gelenkroboters 12 angelegt ist. Als Peripherieeinrichtung 29 wird z. B. ein Tisch verwendet. Der erste und zweite Sensor 23 und 24 sind an die Peripherieeinrichtung 29 angefügt. Die Roboterhand 15 des Gelenkroboters 12 führt einen Betrieb beispielsweise zum Montieren eines Verbinders auf einem Substrat (wobei beide nicht gezeigt sind) aus, das auf dem ersten Sensor 23 angelegt ist. Wird dieser Verbinder montiert, dann übt die Roboterhand 15 eine Kraft auf die Oberfläche oder den ersten und zweiten Sensor 23 und 24 über den Verbinder aus. Zu diesem Zeitpunkt, auf der Grundlage der Erfassung der Kraft aus dem Substrat, geben der erste und der zweite Sensor 23 und 24 jeweils den ersten und zweiten Erfassungswert aus.
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In dem vorstehend beschriebenen Robotersystem 11c werden während der Prüfung des Normalbetriebs des Gelenkroboters 12 die Schwelle und der zulässige Wert ähnlich wie in den vorstehend beschriebene Ausführungsbeispielen gesetzt. In Antwort auf eine Kollision eines Fremdobjekts mit dem Gelenkroboter 12 kann z. B. die Roboterhand 15 unabsichtlich mit dem Substrat über den Verbinder kollidieren. Zu diesem Zeitpunkt, auf der Grundlage der Kraft, die von dem Gelenkroboter 12 auf die Peripherieeinrichtung 29 wirkt, geben der erste und der zweite Sensor 23 und 24 jeweils einen vorbestimmten ersten und zweiten Erfassungswert aus. Auf der Grundlage der vorbestimmten Schwelle und des zulässigen Werts wird der Vorgang ähnlich dem vorstehend beschriebenen durchgeführt. Im Ergebnis kann der Steuerabschnitt 13 die Kollision des Gelenkroboters 12 mit hoher Empfindlichkeit erfassen. Des Weiteren kann, ähnlich dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, die Fehlfunktion des ersten und zweiten Sensors 23 und 24 mit hoher Empfindlichkeit erfasst werden.
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Des Weiteren können der erste und der zweite Sensor 23 und 24 in der Roboterhand 15 angelegt werden. Des Weiteren können in den Robotersystemen 11 bis 11c der erste Sensor 23 und der zweite Sensor 24 derart angelegt werden, dass sie voneinander getrennt sind. In diesem Fall wird eine übermäßige Differenz zwischen dem ersten Erfassungswert und dem zweiten Erfassungswert, die auf Grund der Steifigkeit der Komponenten auftritt, die zwischen dem ersten Sensor 23 und dem zweiten Sensor 24 angefügt sind, vorab gemessen. Die übermäßige Differenz wird durch einen vorbestimmten Koeffizienten zum Korrigieren der Differenz der Anlage des ersten und zweiten Sensors 23 und 24 korrigiert. Ein berechneter Wert, der durch Multiplizieren des Erfassungswerts mit dem Koeffizienten erhalten wird, wird nach der Korrektur als der Erfassungswert verwendet. Dieser Koeffizient kann aus dem ersten und zweiten Erfassungswert des ersten und zweiten Sensors 23 und 24 z. B. während der Prüfung des Normalbetriebs bestimmt werden.
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Des Weiteren können in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel zusätzlich zu beispielsweise der Roboterhand 15 zum Handhaben des Werkstücks zusätzliche Arbeitsmittel verwendet werden, die gemäß dem durchzuführenden Vorgang gewählt sind, wie z. B. Bogenschweißen, Punktschweißen; Zusammenbauen, Inspektionen, Versiegelung, Lasern, Wasserstrahlen und dergleichen.
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Wirkung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Robotersystem, das einen in einem Roboter auftretenden Fehler mit hoher Empfindlichkeit erfassen kann, und ein Steuerverfahren hierfür bereitzustellen.
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Während die Erfindung unter Bezugnahme auf die typischen Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, leuchtet dem Fachmann ein, dass die vorstehend beschriebenen Änderungen und andere vielfältige Änderungen, Auslassungen oder Hinzufügungen getätigt werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2009-196030 [0002, 0004]
- JP 2007-301691 [0003, 0004]
