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Allgemeiner Stand der Technik
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Robotersteuerung zum Bewegen eines Roboters auf der Basis einer Kraft, die auf den Roboter ausgeübt wird, und betrifft ein Robotersystem, das den Roboter und die Robotersteuerung umfasst.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Als ein Betriebs- bzw. Bedienungsverfahren zum Bewegen eines Roboters durch Ausüben einer Kraft auf den Roboter oder ein Verfahren zum Bewegen eines Roboters durch Ausüben einer Kraft auf den Roboter, um eine Position zu lehren, ist das direkte Lehren (engl.: direct teaching) wohl bekannt. Beim direkten Lehren kann der Roboter durch direktes Führen des Roboters durch Ausüben einer Kraft auf den Roboter in einer gewünschten Bewegungsrichtung zu einer gewünschten Position und/oder Ausrichtung auf einem orthogonalen Koordinatensystem bewegt werden.
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Als relevante Dokumente des Standes der Technik offenbart
JP S56-085106 A ein Verfahren zum Bewegen der Position und der Ausrichtung eines vorderen Endes eines Roboterarms auf der Basis eines Signals, das von einem Kraftdetektor erzeugt wird, wenn ein Handbetriebsteil, das an dem vorderen Ende des Roboterarms angebracht ist, betrieben wird.
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Des Weiteren offenbart
JP H06-250728 A eine Vorrichtung zum direkten Lehren für einen Roboter, wobei ein Kraftsensor, der an dem Roboter angeordnet ist, eine Kraft von einem Menschen erfasst, die auf einen Endeffektor ausgeübt wird, und ein Roboterarm nur in einer Richtung geführt wird, die von einem Betriebsrichtungseinstellungsmittel bestimmt wird, wenn die Bewegung des Roboterarms auf der Basis eines Kraftsignals, das von dem Kraftsensor erhalten wird, gesteuert werden soll.
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Bei dem Verfahren von
JP S56-085106 A werden die Position und/oder die Ausrichtung des vorderen Endes des Roboters auf dem orthogonalen Koordinatensystem als Reaktion auf die Kraft bewegt. In dieser Hinsicht kann die Bewegung zum Ändern der Ausrichtung in Abhängigkeit von einer Einstellung der Ansprechempfindlichkeit der Kraftsteuerung oder einer Bewegungsweise instabil sein. Des Weiteren beschreibt
JP S56-085106 A kein Verfahren oder Mittel zum Bewegen der Position jeder Achse während des direkten Lehrens.
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Andererseits könnte verstanden werden, dass die Vorrichtung von
JP H06-250728 A dazu konfiguriert ist, die Bewegungsrichtung des Roboters in Bezug auf eine Richtung bezüglich der Position oder Ausrichtung des vorderen Endes des Roboters auf einem kartesischen Koordinatensystem einzuschränken, wenn der Roboter durch das direkte Lehren bewegt wird, und den Roboter nur in der eingeschränkten Richtung zu bewegen, um die Bedienbarkeit des Roboters zu verbessern.
JP H06-250728 A beschreibt jedoch kein Verfahren zum stabilen Ändern der Ausrichtung des Roboters oder stabilen Bewegen der Position jeder Achse.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Folglich besteht ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung darin, Folgendes bereitzustellen: eine Robotersteuerung, die die Ausrichtung eines vorderen Endes eines Roboters durch Ausüben einer Kraft auf das vordere Ende stabil ändern und jede Achse in eine gewünschte Position durch Ändern der Ausrichtung des vorderen Endes des Roboters auf einem orthogonalen Koordinatensystem bewegen kann; und ein Robotersystem, das die Robotersteuerung und den Roboter umfasst.
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Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Robotersteuerung zum Bewegen eines Roboters auf der Basis einer Kraft, die auf den Roboter ausgeübt wird, bereitgestellt, wobei die Robotersteuerung Folgendes umfasst: einen Kraftmessungsteil, der eine Kraft misst, die auf ein vorderes Ende des Roboters ausgeübt wird; einen Steuerpunktspezifizierungsteil, der einen Steuerpunkt in Bezug auf den Roboter spezifiziert; einen Kraftberechnungsteil, der auf der Basis der Kraft, die von dem Kraftmessungsteil gemessen wurde, eine Kraft auf einem Steuerkoordinatensystem an dem Steuerpunkt berechnet; und einen Betriebsbefehlsteil, der auf der Basis der Kraft auf dem Steuerkoordinatensystem, die von dem Kraftberechnungsteil berechnet wurde, einen Befehl an den Roboter ausgibt, so dass der Roboter eine Drehbewegung um den Steuerpunkt herum durchführt, wobei der Roboter eine Struktur aufweist, die gebildet wird, indem nacheinander drei oder mehr Achsen kombiniert werden, die mindestens drei Drehachsen umfassen, und die Drehmittellinien der drei Drehachsen sich an einem Ausgangspunkt einer mittellinienschneidenden Achse schneiden, wobei die mittellinienschneidende Achse einer der drei Drehachsen entspricht, und wobei der Steuerpunktspezifizierungsteil den Ausgangspunkt der mittellinienschneidenden Achse als den Steuerpunkt definiert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Roboter einen Sockel und mindestens eine Achse, die zwischen dem Sockel und der Drehachse, die von den drei Drehachsen dem Sockel am nächsten ist, positioniert ist, und wobei der Roboter ein mehrgelenkiger Vertikalroboter ist, bei dem eine Raumposition des Ausgangspunkts der mittellinienschneidenden Achse auf der Basis einer Position der mindestens einen Achse bestimmt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform gibt der Betriebsbefehlsteil einen Befehl an den Roboter auf der Basis der Kraft auf dem Steuerkoordinatensystem, die von dem Kraftberechnungsteil berechnet wurde, aus, so dass der Roboter eine Drehbewegung um den Steuerpunkt herum und eine Translationsbewegung durchführt.
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Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Robotersystem, das den Roboter und die Robotersteuerung umfasst, bereitgestellt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die obigen und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen davon unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlicher werden, in denen:
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1 eine schematische Konfiguration eines Robotersystems, das einen Roboter umfasst, der von einer Robotersteuerung gesteuert wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ein Funktionsblockdiagramm ist, das eine Konfiguration der Robotersteuerung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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3 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Beispiel eines Vorgangs zeigt, der von der Robotersteuerung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
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Ausführliche Beschreibungen
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird hierin im Folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert. Um ein Verständnis der Erfindung zu erleichtern, wird ein Maßstab in den Zeichnungen korrekt variiert.
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Hierin umfasst der Begriff „Kraft” eine Translationskomponente und eine Momentkomponente der Kraft, sofern nichts anderes spezifiziert ist, und der Begriff „Position und/oder Ausrichtung” umfasst mindestens eine der Position und der Ausrichtung. Des Weiteren steht der Begriff „Achse” für einen Gelenkabschnitt zum Verbinden von Gliedern, die einen Roboter bilden, durch den die Positions- und Winkelbeziehungen zwischen den Gliedern geändert werden können. Durch Ändern der Position der Achse (oder des Winkels, wenn die Achse eine Drehachse ist) beispielsweise kann die Positionsbeziehung zwischen den Gliedern geändert werden, wodurch die Position und/oder die Ausrichtung eines vorderen Endes des Roboters geändert werden kann. In dieser Hinsicht kann ein Aktor zum Bewegen der Position der Achse an einem Abschnitt, bei dem es sich nicht um die Achse handelt, angeordnet sein. Des Weiteren steht der Begriff „Kraftsteuerungszunahme” für einen Koeffizienten zum Bestimmen eines Bewegungsumfangs bei der Kraftsteuerung zum Bewegen des Roboters als Reaktion auf eine Kraft, die auf den Roboter ausgeübt wird, auf der Basis der Größenordnung der ausgeübten Kraft. Der Bewegungsumfang kann beispielsweise die Position und/oder die Ausrichtung eines vorderen Endes des Roboters auf einem orthogonalen Koordinatensystem zu jeder Steuerperiode oder die Position jeder Achse des Roboters zu jeder Steuerperiode umfassen.
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1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Konfiguration eines Robotersystems 11 zeigt, das eine Robotersteuerung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einen Roboter 50, der von der Robotersteuerung 10 gesteuert wird, umfasst. Die Robotersteuerung 10 ist dazu konfiguriert, die Position jeder Achse des Roboters 50 zu jeder der vorherbestimmten Steuerperioden zu steuern.
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Wenn ein Bediener 60 im Robotersystem 11 eine Kraft (externe Kraft) auf ein vorderes Ende 58 des Roboters 50 ausübt, steuert die Robotersteuerung 10 einen Aktor zum Bewegen jeder Achse des Roboters 50 auf der Basis der Kraft, die auf das vordere Ende 58 des Roboters 50 ausgeübt wurde und die von einem Kraftmessungsteil 21 (2) gemessen wurde, von Daten, die eingestellt wurden, und Positionsdaten des Roboters 50 usw., wodurch die Position von Achsen, die den Roboter 50 bilden, geändert und der Roboter 50 bewegt wird. Des Weiteren weist die Robotersteuerung 10 Hardware auf, die eine arithmetische Verarbeitungseinheit, einen ROM und einen RAM usw. umfasst, und führt verschiedene Funktionen aus, wie im Folgenden erläutert.
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Der Roboter 50, der von der Robotersteuerung 10 gemäß der Ausführungsform der Erfindung gesteuert wird, ist ein mehrgelenkiger Vertikalroboter, der eine Struktur aufweist, die gebildet wird, indem nacheinander drei oder mehr Achsen kombiniert werden, die mindestens drei Drehachsen umfassen. Des Weiteren, ohne Abhängigkeit von der Position der Achsen, schneiden sich Drehmittellinien der drei Drehachsen an einem Ausgangspunkt einer mittellinienschneidenden Achse, die einer der drei Drehachsen entspricht, und eine Raumposition des Ausgangspunkts der mittellinienschneidenden Achse wird auf der Basis einer Position von mindestens einer Achse der drei oder mehr Achsen zwischen einem Sockel des Roboters und der Drehachse, die von den drei Drehachsen dem Sockel am nächsten ist, bestimmt.
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Die Struktur des Roboters 50 wird hierin im Folgenden anschaulich unter Bezugnahme auf 1 erläutert. Obwohl der Roboter 50 ein mehrgelenkiger Vertikalroboter ist, der in der Ausführungsform von 1 sechs Achsen aufweist, kann die vorliegende Erfindung auch auf einen beliebigen herkömmlichen Roboter angewendet werden, der die obige Struktur aufweist. Des Weiteren, obwohl alle sechs Achsen in 1 Drehachsen sind, können die Achsen eine Linearachse umfassen.
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Der Roboter 50 weist sechs Achsen auf, d. h. J1-Achse 51, J2-Achse 52, J3-Achse 53, J4-Achse 54, J5-Achse 55 und J6-Achse 56, um einen Abstand von einem Sockel 59 des Roboters 50 zu vergrößern. Jede der J1-Achse 51, der J4-Achse 54 und der J6-Achse 56 weist eine Drehachse R1 auf, die sich um ein Glied dreht, das die Achsen verbindet (d. h. R1 ist parallel zu der Zeichnung), und jede der J2-Achse 52, der J3-Achse 53 und der J5-Achse 55 weist eine Drehachse R2 auf, die sich um eine Richtung dreht, die senkrecht zu dem Glied ist, das die Achsen verbindet (d. h. R2 ist senkrecht zu der Zeichnung). In dieser Hinsicht ist 1 eine vereinfachte erläuternde Ansicht zum Darstellen der Struktur der Achsen des Roboters 50.
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Wenn ein Ausgangspunkt jeder Achse als ein Ausgangspunkt eines Koordinatensystems definiert ist, das mit der entsprechenden Achse assoziiert ist, an der die Glieder miteinander verbunden sind, wird die Position des Ausgangspunkts jeder Achse als eine Position auf einem Koordinatensystem dargestellt, das in einem Raum spezifiziert ist (hierin im Folgenden auch als ein Bezugskoordinatensystem bezeichnet). In der Struktur von 1 sind die Ausgangspunkte der J1-Achse 51 und der J2-Achse 52 an derselben Position, die Ausgangspunkte der J3-Achse 53 und der J4-Achse 54 sind an derselben Position und die Ausgangspunkte der J5-Achse 55 und der J6-Achse 56 sind an derselben Position.
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In der Ausführungsform von 1 bezüglich kontinuierlicher drei Drehachsen, d. h. der J4-Achse 54, der J5-Achse 55 und der J6-Achse 56, von den mehreren (in der Ausführungsform sechs) Achsen, die den Roboter 50 bilden, schneiden sich drei Drehmittellinien der J4-Achse 54, der J5-Achse 55 und der J6-Achse 56 am Ausgangspunkt 41 der J5-Achse 55. Anders ausgedrückt, der Ausgangspunkt der J5-Achse 55 entspricht einem Schnittpunkt der drei Drehmittellinien der drei Drehachsen und die J5-Achse 55 kann als eine mittellinienschneidende Achse bezeichnet werden. In diesem Fall, wenn jede der Achsen, die den Roboter 50 bilden, zu beliebigen Positionen bewegt wird, entspricht der Ausgangspunkt 41 dem Schnittpunkt der Drehmittellinien der drei Drehachsen (der J4-Achse 54, der J5-Achse 55 und der J6-Achse 56). Folglich, ohne Abhängigkeit von der Position jeder der Achsen, die den Roboter 50 bilden, schneiden sich im Roboter 50 die Drehmittellinien der drei Drehachsen von den Achsen, die den Roboter 50 bilden, am Ausgangspunkt einer der drei Drehachsen.
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Im Roboter 50 wird die Raumposition des Ausgangspunkts der mittellinienschneidenden Achse auf der Basis der Positionen der J1-Achse 51, der J2-Achse 52 und der J3-Achse 53 bestimmt, die zwischen dem Sockel 59 des Roboters 50 und der Achse (in diesem Fall der J4-Achse 54), die von den drei Drehachsen (der J4-Achse 54, der J5-Achse 55 und der J6-Achse 56) dem Sockel 59 am nächsten ist, positioniert sind.
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In der Ausführungsform, bezüglich dem Ausdruck „die Position der Drehachse wird bewegt”, steht die Position der Achse für den Drehwinkel dieser und „wird bewegt” steht für „wird gedreht”. Die „Position des Ausgangspunkts der Achse” steht für die Position des Ausgangspunkts des Koordinatensystems, das mit jeder Achse auf dem Bezugskoordinatensystem assoziiert ist, das in dem Raum spezifiziert ist. Das Bezugskoordinatensystem steht für ein orthogonales Koordinatensystem, das in einem Raum festgelegt ist, und wird dazu verwendet, die Position und/oder die Ausrichtung des vorderen Endes 58 oder eines Flanschabschnitts 57 (an dem das vordere Ende 58 angebracht ist) des Roboters 50 oder die Position und/oder die Ausrichtung eines Koordinatensystems, das mit jeder Achse assoziiert ist, usw. darzustellen.
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Ein Werkzeugkoordinatensystem wird in Bezug auf den Roboter 50 spezifiziert, um die Position und/oder die Ausrichtung des Roboters 50 auf dem Bezugskoordinatensystem, das mit dem Raum assoziiert ist, darzustellen. Der Ausgangspunkt des Werkzeugkoordinatensystems, der einem Punkt, der übertragen (translationsbewegt) werden soll, oder einem Mittelpunkt, um den herum eine Drehbewegung durchgeführt wird, entspricht, ist als ein Steuerpunkt definiert. Des Weiteren ist ein Koordinatensystem, das mit dem Steuerpunkt assoziiert und parallel zu dem Bezugskoordinatensystem ist, als ein Steuerkoordinatensystem definiert. Darüber hinaus kann die Position des Steuerpunkts willkürlich bestimmt werden, solange der Steuerpunkt mit dem Roboter 50 assoziiert ist.
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Das vordere Ende 58 des Roboters 50 ist ein Gegenstand, der an einer Vorderseite (oder einem Flanschabschnitt 57 des Roboters 50) der Achse, die von dem Sockel 59 des Roboters 50 am weitesten entfernt ist (in diesem Fall die J6-Achse 56), angebracht ist. Ein Sechs-Achsen-Kraftsensor (nicht gezeigt) ist an dem vorderen Ende 58 des Roboters 50 angebracht. In der Robotersteuerung 10 misst ein Kraftmessungsteil 21 eine Kraft, die auf das vordere Ende 58 des Roboters von dem Bediener ausgeübt wird, auf der Basis von Ausgaben des Kraftsensors, und die zu spezifizierten Zeitintervallen erfasst wird.
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Der Kraftmessungsteil 21 spezifiziert ein Koordinatensystem, das den Ausgangspunkt aufweist, der an einem Kraftmesspunkt am vorderen Ende 58 des Roboters 50 positioniert ist, und misst eine Translationskomponente F und eine Momentkomponente M der Kraft, die auf das vordere Ende 58 des Roboters ausgeübt wird, auf dem spezifizierten Koordinatensystem. Dieses Koordinatensystem wird hierin im Folgenden als ein Kraftmessungskoordinatensystem bezeichnet und der Ausgangspunkt des Kraftmessungskoordinatensystems wird als ein Kraftmesspunkt bezeichnet. In dieser Hinsicht werden die Translationskomponenten der Kraft der X-, der Y- und der Z-Achse auf dem Koordinatensystem, die an dem vorderen Ende 58 des Roboters 50 spezifiziert sind, von Fx, Fy bzw. Fz dargestellt und die Momentkomponenten der Kraft um die X-, die Y- und die Z-Achse auf dem Koordinatensystem werden von Mx, My bzw. Mz dargestellt.
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Der Kraftmesspunkt kann an einem Ausübungspunkt, auf den der Bediener die Kraft ausübt, dem Ausgangspunkt des Sensorkoordinatensystems, das mit dem Kraftsensor assoziiert ist, oder einem Punkt auf der Achse des Sensorkoordinatensystems uws. spezifiziert werden. Obwohl die sechs Komponenten der Kraft in der Ausführungsform gemessen werden, können möglicherweise nur die Translationskomponente bzw. Translationskomponenten F oder nur die Momentkomponente bzw. Momentkomponenten M der Kraft gemessen werden. Des Weiteren kann der Kraftsensor an einem beliebigen Abschnitt angebracht werden, solange der Sensor die Kraft messen kann, die auf das vordere Ende 58 des Roboters 50 ausgeübt wird.
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Anstelle des Sechs-Achsen-Kraftsensors kann beispielsweise ein Drei-Achsen-Kraftsensor als ein Mittel zum Messen der Kraft, die auf das vordere Ende 58 des Roboters 50 ausgeübt wird, verwendet werden. Andernfalls kann anstelle des Verwendens des Kraftsensors die Kraft, die auf das vordere Ende 58 des Roboters 50 ausgeübt wird, geschätzt werden, indem ein aktueller Wert des Aktors zum Bewegen der Achse, die den Roboter 50 bildet, wenn der Aktor ein Motor ist, oder eine Abweichung zwischen einer Befehlsposition und einer tatsächlichen Position der Achse oder eine Ausgabe eines Drehmomentsensors, der an jeder Achse angebracht ist, usw. verwendet werden kann.
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An dem vorderen Ende 58 des Roboters 50 kann ein Werkzeug zum Bearbeiten oder Befördern eines Werkstücks oder eine Manövriereinheit zum Betreiben oder Bewegen des Roboters als Reaktion auf die Kraft angebracht sein. Die Manövriereinheit kann beispielsweise als ein Griff oder eine Steuersäule konfiguriert sein, die von dem Bediener 60 ergriffen werden kann und einen Knopf usw. zum Lehren des Roboters aufweisen kann. Wenn der Kraftsensor an dem vorderen Ende 58 des Roboters 50 angebracht ist, kann das Werkzeug oder die Manövriereinheit an dem Kraftsensor angebracht sein, der an dem Roboter 50 angebracht ist. Andernfalls kann der Kraftsensor an dem Werkzeug angebracht sein, das an dem Roboter 50 angebracht ist, und die Manövriereinheit kann an der Vorderseite des Kraftsensors angebracht sein. Wenn die Kraft auf das vordere Ende 58 des Roboters 50 ausgeübt werden soll, kann die Kraft auf das Werkzeug ausgeübt werden, das an dem Kraftsensor angebracht ist, ohne die Manövriereinheit zu verwenden; andernfalls kann die Kraft auf die Manövriereinheit ausgeübt werden, die an dem Kraftsensor angebracht ist.
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Wenn der Bediener die Kraft auf das Werkzeug oder die Manövriereinheit, die an dem Kraftsensor angebracht ist, ausübt, um den Roboter 50 zu bewegen, misst der Kraftmessungsteil 21 eine Nettokraft, die von dem Bediener auf das vordere Ende 58 des Roboters 50 ausgeübt wird, auf der Basis der Kraft, die von dem Kraftsensor erfasst wurde. In dieser Hinsicht, wenn eine Baugruppe des Kraftsensors und der Manövriereinheit an dem Werkzeug angebracht ist, das an dem vorderen Ende 58 des Roboters 50 angebracht ist, wird der Kraftsensor von einer Schwerkraft oder einer Trägheitskraft eines Abschnitts, der an dem Kraftsensor angebracht ist, weniger beeinträchtigt, wodurch ein Fehler beim Berechnen oder Bestimmen der Nettokraft kleiner sein kann.
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Damit die Baugruppe des Kraftsensors und der Manövriereinheit leicht von dem Werkzeug abgenommen werden kann, kann die Baugruppe an dem Werkzeug unter Verwendung eines Mechanismus angebracht werden, der von einem Magnet oder einer Feder usw. gebildet wird. Dank dieses Mechanismus kann die Baugruppe zum Erfassen der Kraft an dem Roboter nur angebracht werden, wenn der Roboter 50 als Reaktion auf die Kraft bewegt oder betrieben werden soll. Folglich kann die Baugruppe abgenommen werden, wenn ein Lehrarbeitsvorgang nicht erforderlich ist, oder die Baugruppe kann bei Bedarf in einem anderen Robotersystem verwendet werden.
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2 ist ein Funktionsdiagramm eines Beispiels der Konfiguration der Robotersteuerung 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt, weist die Robotersteuerung 10 einen Kraftmessungsteil 21, einen Steuerpunktspezifizierungsteil 22, einen Kraftberechnungsteil 23, einen Betriebsbefehlsteil 24, einen Speicherteil 25 und einen Eingabeteil 71 auf.
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Der Kraftmessungsteil
21 misst eine Nettokraft, die von dem Bediener auf das vordere Ende
58 des Roboters
50 ausgeübt wird. In dieser Hinsicht gleicht der Kraftmessungsteil
21 die Auswirkung auf die Kraft, die von dem Kraftsensor erfasst wird, aufgrund der Schwerkraft oder Trägheitskraft (einschließlich der Corioliskraft und des Kreiseleffekts) eines Gegenstands, wie des Werkzeugs und der Manövriereinheit, die an dem Kraftsensor oder dem ergriffenen Werkstück angebracht ist, aus, um die Nettokraft zu bestimmen, die von dem Bediener auf das vordere Ende
58 des Roboters
50 ausgeübt wird. Die Auswirkung der Schwerkraft oder der Trägheitskraft auf den Gegenstand, der an dem Kraftsensor angebracht ist, kann durch ein herkömmliches Verfahren ausgeglichen werden. Die Masse und der Schwerpunkt des Gegenstands, der an dem Kraftsensor angebracht ist, kann beispielsweise vorher berechnet werden, bevor der Bediener die Kraft auf den Roboter ausübt, und die Kraft kann durch Verwenden eines wie in
JP 2008-142810 A offenbarten Verfahrens unter Bezugnahme auf die berechnete Masse und den berechneten Schwerpunkt des Gegenstands und die Bewegung des Roboters korrigiert werden.
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Der Steuerpunktspezifizierungsteil 22 spezifiziert einen Steuerpunkt in Bezug auf den Roboter 50. Wenn die Kraft von außen auf das vordere Ende 58 des Roboters 50 ausgeübt wird, überträgt (translationsbewegt) die Robotersteuerung 50 den spezifizierten Steuerpunkt oder dreht den Roboter um den Steuerpunkt herum auf der Basis der Kraft von außen. Der Steuerpunkt kann auf der Basis von Einstellungen, die in der Robotersteuerung 10 gespeichert sind, spezifiziert werden oder kann durch Verwenden einer externen Eingabevorrichtung usw., die mit der Robotersteuerung 10 verbunden ist, spezifiziert werden. Der spezifizierte Steuerpunkt kann während eines Bewegungsarbeitsvorgangs des Roboters 50 geändert werden. Des Weiteren kann die Robotersteuerung 10 die Position des Steuerpunkts auf der Basis der Position der Achse des Roboters 50 oder der Kraft, die von dem Kraftmessungsteil 21 gemessen wurde, in Abhängigkeit von einem Status des Bewegungsarbeitsvorgangs des Roboters 50 ändern.
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Der Steuerpunktspezifizierungsteil 22 spezifiziert den Ausgangspunkt der mittellinienschneidenden Achse (in dem veranschaulichten Beispiel der Ausgangspunkt 41 der J5-Achse 55) als den Steuerpunkt. In dieser Hinsicht kann der Steuerpunktspezifizierungspunkt 22 den Steuerpunkt von einer vorherbestimmten Position (Punkt) zu dem Ausgangspunkt der mittellinienschneidenden Achse verschieben. Des Weiteren kann der Steuerpunktspezifizierungsteil 22 den Steuerpunkt von dem Ausgangspunkt der mittellinienschneidenden Achse zu einem anderen Punkt verschieben. Derart kann der Roboter 50 durch Verschieben des Steuerpunkts nach Bedarf bewegt werden, wie in der Ausführungsform.
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Der Kraftberechnungsteil 23 berechnet eine Betriebskraft zum Bewegen der Position und/oder der Ausrichtung des vorderen Endes 58 des Roboters 50 auf dem orthogonalen Koordinatensystem auf der Basis der Kraft, die die Translationskomponente und/oder die Momentkomponente der Kraft umfasst, die auf das vordere Ende 58 des Roboters 50 ausgeübt wird. Konkret berechnet der Kraftberechnungsteil 23 die Betriebskraft durch Umwandeln der Kraft, die von dem Kraftmessungsteil 21 gemessen wurde, in eine Kraft auf dem Steuerkoordinatensystem, das mit dem spezifizierten Steuerpunkt assoziiert ist. Des Weiteren, um die Bedienbarkeit beim Bewegen des Roboters als Reaktion auf die Kraft zu verbessern, kann der Kraftberechnungsteil 23 die Größenordnung und/oder die Richtung der berechneten Betriebskraft in Anbetracht der Richtung und der Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters, während dieser betrieben wird, nach Bedarf anpassen.
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Der Betriebsbefehlsteil 24 gibt einen Befehl zum Bewegen des Roboters 50 als Reaktion auf die Kraft aus, die auf das vordere Ende 58 des Roboters 50 ausgeübt wird, indem die Betriebskraft, die von dem Kraftberechnungsteil 23 auf der Basis der Kraft, die von dem Kraftmessungsteil 21 gemessen wurde, berechnet wurde, verwendet wird. Detailliert gibt der Betriebsbefehlsteil 24 einen Betriebsbefehl zum Bewegen (Ändern) der Position und/oder der Ausrichtung des vorderen Endes 58 des Roboters 50 auf dem orthogonalen Koordinatensystem zu jeder Steuerperiode aus, indem das Werkzeugkoordinatensystem übertragen (translationsbewegt) oder das Werkzeugkoordinatensystem um den Steuerpunkt herum gedreht wird und dann die Richtung und die Bewegungsgeschwindigkeit des vorderen Endes 58 des Roboters auf dem orthogonalen Koordinatensystem auf der Basis der Betriebskraft, die von dem Kraftberechnungsteil 23 berechnet wurde, berechnet werden. In dieser Hinsicht wird der Befehl der Position und/oder der Ausrichtung des vorderen Endes 58 des Roboters 50 auf dem orthogonalen Koordinatensystem ausgegeben, nachdem er in einen Befehl der Position jeder Achse umgewandelt wurde. Zu diesem Zeitpunkt kann die Bewegungsgeschwindigkeit in Bezug auf die Betriebskraft durch eine Kraftsteuerungszunahme bestimmt werden. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Bewegungsgeschwindigkeit nach Bedarf angepasst wird. Die Ansprechbarkeit der Geschwindigkeit gegen die Betriebskraft beispielsweise kann gesenkt werden oder die Geschwindigkeit kann beschleunigt oder verlangsamt werden, in Abhängigkeit von einem Status des Bewegungsbetriebs des Roboters 50.
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Der Speicherteil 26 speichert Parameter, die für verschiedene Berechnungen erforderlich sind, wie einen Parameter, der von dem Kraftmessungsteil 21 zum Messen der Kraft benötigt wird, einen Parameter, der von dem Kraftberechnungsteil 23 zum Berechnen der Betriebskraft benötigt wird, und einen Parameter, der von dem Betriebsbefehlsteil 24 zum Ausgeben des Betriebsbefehls benötigt wird, usw., und der Speicherteil 26 speichert auch Ergebnisse der Berechnungen.
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Der Eingabeteil 71 empfängt und verarbeitet Daten, die in die Robotersteuerung 10 eingegeben werden, wobei die Daten Daten umfassen, die von einer Eingabevorrichtung übertragen werden, die mit der Robotersteuerung 10 verbunden ist und verschiedene Einstellungen eingeben und Daten einstellen kann, die in eine andere Steuerung oder einen Computer eingegeben und mittels eines Netzes usw. an die Robotersteuerung 10 übertragen werden. Mittels des Eingabeteils 71 kann der Steuerpunkt durch die Eingabedaten von außerhalb der Robotersteuerung 10 spezifiziert oder verschoben werden.
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Obwohl nicht gezeigt, kann die Robotersteuerung 10 ein Mittel zum Berechnen der Position jeder Achse des Roboters 50, der Position und/oder der Ausrichtung des vorderen Endes des Roboters 50, der Geschwindigkeit und der Beschleunigung des Roboters 50 usw. auf der Basis von Informationen von einem Positionsdetektor, wie einem Geber, der an jeder Achse des Roboters 50 angebracht ist, aufweisen.
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Unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm von 3 wird hierin im Folgenden ein Beispiel eines Vorgangs, der von der Robotersteuerung 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, wobei der Roboter 50 drehbar um den Steuerpunkt herum bewegt wird, indem die Kraft auf das vordere Ende 58 des Roboters 50 ausgeübt wird, erläutert.
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Wenn eine externe Kraft auf das vordere Ende 58 des Roboters 50 von dem Bediener 60 usw. ausgeübt wird, misst der Kraftmessungsteil 21 die Kraft, die auf das vordere Ende 58 ausgeübt wird (Schritt S1). Dann spezifiziert der Steuerpunktspezifizierungsteil 22 den Ausgangspunkt 41 der mittellinienschneidenden Achse als einen Steuerpunkt und spezifiziert ein Steuerkoordinatensystem auf der Basis des Steuerpunkts 41 (Schritt S2).
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Als Nächstes wandelt der Kraftberechnungsteil 23 die Kraft, die auf das vordere Ende 58 des Roboters 50 ausgeübt wird, in eine Kraft auf dem Steuerkoordinatensystem um, um die Kraft auf dem Steuerkoordinatensystem auf der Basis der Kraft, die auf das vordere Ende 58 ausgeübt wird und die von dem Kraftmessungsteil 21 gemessen wurde, und dem Steuerkoordinatensystem bei Steuerpunkt 41 zu berechnen (Schritt S3). Dann erzeugt der Betriebsbefehlsteil 24 einen Betriebsbefehl zum drehbaren Bewegen des Roboters um den Steuerpunkt herum auf der Basis der Kraft auf dem Steuerkoordinatensystem, die von dem Kraftberechnungsteil 23 berechnet wurde, und gibt diesen aus (Schritt S4). Aufgrund des Betriebsbefehls führt der Roboter 50 die Drehbewegung um den Steuerpunkt herum aus.
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1 zeigt, dass der Ausgangspunkt der mittellinienschneidenden Achse als der Steuerpunkt spezifiziert ist und der Roboter drehbar um den Steuerpunkt herum bewegt wird. In der Ausführungsform ist die J5-Achse 55 als die mittellinienschneidende Achse spezifiziert, und die Drehbewegung um den Ausgangspunkt 41 der J5-Achse 55 wird durchgeführt. Die Position des Ausgangspunkts 41 der J5-Achse 55 (die die mittellinienschneidende Achse sein wird) auf dem Bezugskoordinatensystem wird durch die Positionen der J1-Achse 51, der J2-Achse 52 und der J3-Achse 53 bestimmt. Wenn der Roboter 50 um den Ausgangspunkt 41 der J5-Achse 55 bewegt wird, werden folglich nur die J4-Achse 54, die J5-Achse 55 und die J6-Achse 56 von den Achsen, die den Roboter 50 bilden, bewegt, ohne die Positionen der J1-Achse 51, der J2-Achse 52 und der J3-Achse 53 zu ändern.
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Wie oben erläutert, reicht es durch das Spezifizieren des Ausgangspunkts 41 der J5-Achse 55 als das Drehzentrum, die Positionen von nur drei Achsen von den (sechs) Achsen, die den Roboter 50 bilden, zu bewegen, wenn die Ausrichtung des vorderen Endes 58 des Roboters 50 bewegt (geändert) wird. Folglich kann die Anzahl der Achsen, die gleichzeitig gesteuert werden sollten, verringert werden, wodurch die Drehbewegung des Roboters 50 stabil ist. Des Weiteren, da nur die drei Achsen bewegt werden, ist es einfach, die drei Achsen in jeweilige gewünschte Positionen zu bewegen, im Vergleich zu einem Fall, in dem alle der sechs Achsen gleichzeitig bewegt werden.
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Da die Drehmittellinien der drei Drehachsen sich am Ausgangspunkt 41 der J5-Achse 55 (die die mittellinienschneidende Achse sein wird) schneiden, wenn die Kraft auf das vordere Ende 58 des Roboters 50 ausgeübt wird, so dass die Richtung der Kraft parallel zur Mittellinie einer der drei Achsen ist, können die anderen Achsen aufgrund des Bewegungsarbeitsvorgangs der Ausrichtung auf dem orthogonalen Koordinatensystem ohne Bewegen der einen Achse bewegt werden. Folglich ist es in Abhängigkeit von der Ausrichtung des vorderen Endes 58 des Roboters 50 und/oder der Richtung der ausgeübten Kraft möglich, nur die gewünschte Achse (die gewünschten Achsen) zu bewegen.
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Somit wird nur durch Spezifizieren des Steuerpunkts, ohne Bestimmen einer Achse, die nicht bewegt werden soll, die Anzahl der Achsen, die von den sechs Achsen, die den Roboter 50 bilden, bewegt werden sollen, in dem Bewegungsarbeitsvorgang in Bezug auf die Ausrichtung des vorderen Endes 58 des Roboters 50 erheblich auf drei verringert werden. Folglich kann die Ausrichtung des vorderen Endes 58 des Roboters 50 stabil geändert werden und eine oder mehr gewünschte Achsen von den drei Achsen können einfach in eine gewünschte Position bzw. mehrere gewünschte Positionen bewegt werden.
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Wie oben beschrieben, spezifiziert der Steuerpunktspezifizierungsteil 22 den Ausgangspunkt 41 der mittellinienschneidenden Achse als den Steuerpunkt, der Kraftberechnungsteil 23 berechnet die Kraft auf dem Steuerkoordinatensystem mit dem Ausgangspunkt, der dem Steuerpunkt entspricht, und der Roboter 50 wird drehbar um den Steuerpunkt herum auf der Basis der berechneten Kraft bewegt. Aufgrund dessen kann die Ausrichtung des vorderen Endes 58 des Roboters 50 stabil geändert werden. Des Weiteren kann durch den Bewegungsarbeitsvorgang in Bezug auf die Ausrichtung auf dem orthogonalen Koordinatensystem eine gewünschte Achse leicht in eine gewünschte Position bewegt werden.
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Nachdem der Steuerpunktspezifizierungsteil 22 den Ausgangspunkt 41 der mittellinienschneidenden Achse als den Steuerpunkt spezifiziert hat und der Kraftberechnungsteil 23 die Kraft auf dem Steuerkoordinatensystem mit dem Ausgangspunkt, der dem Steuerpunkt entspricht, berechnet hat, kann der Betriebsbefehlsteil 24 den Roboter 50 übertragen (translationsbewegen) sowie den Roboter 50 um den Steuerpunkt herum auf der Basis der Kraft auf dem Steuerkoordinatensystem, die von dem Kraftberechnungsteil 23 berechnet wurde, bewegen. Aufgrund dessen können die Position und die Ausrichtung des vorderen Endes 58 des Roboters 50 als Reaktion auf die Kraft, die auf das vordere Ende 58 des Roboters 50 ausgeübt wird, stabil bewegt (geändert) werden, ähnlich dem Obigen.
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Obwohl der Roboter gemäß der obigen Ausführungsform sechs Achsen (d. h. drei Achsen (34 bis 36), die sich an dem Steuerpunkt schneiden, und die anderen drei Achsen (31 bis 33), die zwischen dem Sockel und der Achse der vorherigen drei Achsen, die dem Sockel am nächsten ist, positioniert sind) aufweist, kann die vorliegende Erfindung auf einen Roboter angewendet werden, der die anderen drei Achsen nicht umfasst. Des Weiteren kann die Anzahl der Achsen, die zwischen dem Sockel und der Achse der vorherigen drei Achsen, die dem Sockel am nächsten ist, positioniert sind, eine, zwei oder vier oder mehr sein.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn jede der mehreren Achsen, die den Roboter bilden, in eine beliebige Position bewegt wird, entspricht der Ausgangspunkt der mittellinienschneidenden Achse dem Schnittpunkt der Drehmittellinien der drei Drehachsen. Wenn der Roboter bewegt werden soll, indem die Kraft auf das vordere Ende des Roboters ausgeübt und die Ausrichtung des vorderen Endes um den Steuerpunkt herum geändert wird, kann der Roboter folglich stabil bewegt werden. Des Weiteren kann in dem Bewegungsarbeitsvorgang in Bezug auf die Ausrichtung des vorderen Endes des Roboters auf dem orthogonalen Koordinatensystem die gewünschte Achse leicht in die gewünschte Position bewegt werden.
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Wenn mindestens eine Achse zwischen dem Sockel und den drei Drehachsen hinzugefügt wird, wird die Position des Steuerpunkts auf dem Bezugskoordinatensystem durch die Position der mindestens einen Achse bestimmt. Wenn der Roboter um den Steuerpunkt herum bewegt wird, kann die Ausrichtung des vorderen Endes des Roboters folglich stabil geändert werden, ohne die Position der mindestens einen Achse zu ändern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 56-085106 A [0003, 0005, 0005]
- JP 06-250728 A [0004, 0006, 0006]
- JP 2008-142810 A [0036]
