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Stand der Technik
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Transportsystem, das ein Werkstück mit Hilfe eines Roboters transportiert.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Ein bekanntes Robotersystem, umfasst eine externe Kraftüberwachungsfunktion zum Überwachen einer Kraft oder eines Drehmoments (hierin im Folgenden als „externe Kraft“ bezeichnet), die bzw. das auf einen Roboter von der Außenseite ausgeübt wird, um zu verhindern, dass der Roboter in Kontakt mit einem Objekt oder einem Betreiber um den Roboter herum ist, um einen schweren Unfall zu verursachen. In einem derartigen Robotersystem wird die Sicherheit gewährleistet, indem ein Roboter gestoppt wird, wenn eine erkannte externe Kraft einen vorherbestimmten Grenzwert übersteigt. Es ist wichtig, eine derartige Sicherheitsmaßnahme insbesondere in dem Fall eines mit einem Menschen zusammenwirkenden Roboters zu treffen, bei dem ein Roboter und ein Betreiber sich einen Arbeitsraum teilen.
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Eine externe Kraft, die auf einen Roboter ausgeübt wird, wird von einem Kraftsensor erfasst, der beispielsweise in einer Basiseinheit des Roboters vorgesehen ist. Spezifisch wird eine externe Kraft berechnet, indem Kräfte (Schwerkraft und Trägheitskraft), die von einem Roboter selbst verursacht werden, wenn keine externe Kraft ausgeübt wird, von einem Erfassungswert des Kraftsensors subtrahiert werden.
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In dem Fall eines Roboters, der dazu verwendet wird, ein Werkstück zu halten und zu einer vorherbestimmten Position zu transportieren, wird der Erfassungswert des Kraftsensors durch den Einfluss des Werkstücks verändert, wenn der Roboter das Werkstück hält. Der Einfluss des Werkstücks muss folglich berücksichtigt werden, um die externe Kraft zu überwachen. Spezifisch werden durch Einstellen der Masse, des Masseschwerpunkts und der Trägheitsmatrix des Werkstücks als Parameter des Werkstücks Kräfte (Schwerkraft und Trägheitskraft), die auf den Roboter ausgeübt werden und von dem Werkstück verursacht werden, berechnet. Kräfte, die von dem Werkstück verursacht werden, werden dann von dem Erfassungswert des Kraftsensors subtrahiert, um eine externe Kraft zu berechnen.
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7A bis 7C sind Zeichnungen, die die Art und Weise darstellen, in der ein Roboter 100 nach dem Stand der Technik ein Werkstück 110 hält und transportiert. Der Roboter 100 beinhaltet eine Hand 102 an einem Spitzenende eines Arms und kann ein Werkstück 110 mit der Hand 102 halten. Der Roboter 100 beinhaltet in einer Basiseinheit einen Kraftsensor 104, der eine Kraft erfasst, die auf den Roboter 100 ausgeübt wird.
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7A stellt den Roboter 100 dar, der an einer Position positioniert ist, an der die Hand 102 das Werkstück 110 halten kann. Die Hand 102 ist in einer geöffneten Position, in der die Hand 102 in einer horizontalen Richtung von dem Werkstück 110 entfernt ist. Das Werkstück 110 wird somit nur von einem Werkstückträger 120 getragen.
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7B stellt den Roboter 100 dar, dessen Hand 102 in der horizontalen Richtung bewegt wird, um das Werkstück 110 zu halten. Das Werkstück 110 befindet sich noch immer auf dem Werkstückträger 120 in derselben Weise wie in dem Zustand in 7A. Das Werkstück 110 wird somit noch immer nur von dem Werkstückträger 120 getragen.
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7C stellt den Roboter 100 dar, dessen Position und Stellung geändert sind, so dass die Hand 102 sich in einer vertikalen Richtung nach oben bewegt. In diesem Fall ist das Werkstück 110 nicht in Kontakt mit dem Werkstückträger 120. Das Werkstück 110 wird folglich nur von der Hand 102 und somit nur von dem Roboter 100 getragen.
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In dem folgenden Beispiel, das unter Bezugnahme auf die 7A bis 7C beschrieben wird, ist die Masse des Roboters 100 200 kg, und die Masse des Werkstücks 110 ist 20 kg. Der Einfachheit halber wird angenommen, dass der Roboter 100 statisch ist. Anders ausgedrückt, eine Trägheitskraft, wenn der Roboter 100 oder das Werkstück 110 sich bewegt, wird ignoriert.
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In dem Zustand von 7A ist der Roboter 100 nicht in Kontakt mit dem Werkstück 110 und ein Erfassungswert des Kraftsensors 104 wird nicht von dem Werkstück 110 beeinflusst. Wenn keine externe Kraft ausgeübt wird, ist der Erfassungswert des Kraftsensors 104 folglich gleich der Masse des Roboters 100, die 200 kg beträgt. In diesem Fall wird die externe Kraft durch Subtrahieren der Masse des Roboters 100 (= 200 kg) von dem Erfassungswert des Kraftsensors 104 (= 200 kg) als 0 kg berechnet. Da in der Tat keine externe Kraft ausgeübt wird, ist der berechnete Wert der externen Kraft (0 kg) korrekt.
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Obwohl im Zustand von 7B die Hand 102 Kräfte in der horizontalen Richtung ausübt, um das Werkstück 110 zu halten, wird keine Kraft in der vertikalen Richtung ausgeübt. Wenn keine externe Kraft ausgeübt wird, ist der Erfassungswert des Kraftsensors 104 folglich gleich der Masse des Roboters 100, die 200 kg beträgt.
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Da der Roboter 100 das Werkstück 110 hält, wird andererseits die externe Kraft unter Berücksichtigung eines Einflusses des Werkstücks 110 gemäß den Werkstückparametern berechnet. Anders ausgedrückt, die externe Kraft wird durch Subtrahieren der Masse des Roboters 100 (200 kg) und der Masse des Werkstücks 110 (20 kg) von dem Erfassungswert des Kraftsensors 104 (200 kg) als -20 kg berechnet. Da in diesem Fall tatsächlich keine externe Kraft ausgeübt wird, ist der berechnete Wert der externen Kraft (-20 kg) inkorrekt. Folglich kann die externe Kraft, die auf den Roboter 100 ausgeübt wird, in derartigen Fällen nicht korrekt erfasst werden.
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Im Zustand von 7C ist der Erfassungswert des Kraftsensors 104 220 kg. Die externe Kraft wird durch Subtrahieren der Masse des Roboters 100 (200 kg) und der Masse des Werkstücks 110 (20 kg) von dem Erfassungswert (220 kg) des Kraftsensors 104 als 0 kg erhalten. Die externe Kraft, die auf den Roboter 100 ausgeübt wird, kann folglich in diesem Fall korrekt erfasst werden.
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Wie oben erwähnt kann eine externe Kraft in einem herkömmlichen Verfahren während des Vorgangs ab der Zeit, wenn das Halten des Werkstücks begonnen wird (siehe 7B), bis zu der Zeit, wenn das Werkstück nur von dem Roboter getragen wird (siehe 7C) nicht korrekt erfasst werden, und die externe Kraftüberwachungsfunktion wird somit nicht wie geplant erzielt.
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WO 2012/077335 A1 offenbart eine Steuerung eines Roboters, die einen stationären Zustand des Roboters aufrechterhält, wenn der Roboter ein Objekt hält oder das Objekt loslässt. Gemäß diesem Stand der Technik kann verhindert werden, dass der Roboter sich unerwartet bewegt, wenn Parameter gemäß einer Veränderung von Zuständen eines gehaltenen Objekts gewechselt werden.
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Im in
WO 2012/077335 A1 offenbarten Stand der Technik wird die Sicherheit während des Vorgangs, ab dem Zeitpunkt, wenn ein Werkstück gehalten wird, bis das Werkstück nur von dem Roboter getragen wird, jedoch nicht berücksichtigt.
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US 6 331 095 B1 offenbart ein Transportsystem umfassend einen Roboterarm und ein Heberpaar zum Transportieren von Flüssigkristallanzeigen (LCDs) und Halbleiterbauteilen. In diesem Zusammenhang ist eine säulenförmige Transportkammer offenbart, die von drei Bearbeitungskammern, einer Pufferkammer und einem Montagemechanismus umgeben ist. Die Bearbeitungskammern weisen das Heberpaar auf. Der Roboterarm kann nun ein auf ihm liegendes Display auf dem ersten Heber ablegen, indem der Heber das Bauteil anhebt und vom Roboterarm trennt. Zur Aufnahme eines neuen Bauteils durch den Roboterarm kann der zweite Heber nach vorherigem Ausfahren des Roboterarms in eine geeignete Position fahren, sodass das Roboterarm darunter erneut einfahren kann. Durch Absenken des zweiten Hebers wird das Bauteil auf dem Roboterarm abgelegt.
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US 2013 / 0 006 422 A1 offenbart ein Robotersystem für Pflege- oder Haushaltsanwendungen, bei denen Gegenstände gegriffen und transportiert werden müssen. Das Robotersystem umfasst einen Arm mit drei Armabschnitten, die mit Gelenken miteinander verbunden sind, sowie eine Hand zum Greifen von Gegenständen. Ein Kraftsensor ist am äußersten Armabschnitt des Roboters zwischen dem Armabschnitt und einem Griff angebracht, um Kräfte zu erfassen, mit denen ein Bediener den Roboter steuert. Eine Steuereinheit wandelt den Bewegungsbefehl des Bedieners in einen Steuerbefehl für die Motoren des Roboters um. Die Steuereinheit kann die Motoren unterschiedlich ansteuern, je nachdem ob ein Gegenstand transportiert wird oder nicht.
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US 2011 / 0 270 444 A1 offenbart ein Robotersystem zur automatisieren Montage, das beurteilen kann, ob ein Arbeitsschritt erfolgreich abgeschlossen wurde. Zur Ermittlung eines erfolgreich abgeschlossenen Arbeitsschritts wird vorgeschlagen, die Position und die Stellung des Roboters zu erfassen und mit einem erwarteten Wert zu vergleichen. Ist der ermittelte Wert innerhalb einer zulässigen Abweichung, so wurde der Arbeitsschritt erfolgreich vollzogen.
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US 6 473 672 B1 offenbart ein Robotersystem zum automatischen Palettieren von Teilen wie Paletten in einer Fertigungslinie durch Greifen derer mit einem Greifer, der am Roboterarm angebracht ist. Durch eine fehlerhafte Positionierung von Paletten kann es dazu kommen, dass der Greifer mit den Paletten unvorteilhaft kollidiert. Um dies zu vermeiden, wird vorgeschlagen, eine Vielzahl an Sensoren zu verwenden, die die Richtung der wirkenden Kraft ermitteln, wenn der Greifer ungeplant an einem Objekt anstößt, und ein entsprechendes Signal ausgeben. Der Greifer wird daraufhin in eine Neustartposition gebracht, die entsprechend der ermittelten Kraft und deren Richtung versetzt ist.
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JP 2010 -
188 504 A zielt zur Erkennung eines ungewollten Kontakts mit Objekten darauf ab, vollständig auf gewöhnliche Kraftsensoren zu verzichten. Dazu wird vorgeschlagen, den für eine entsprechende Bewegung des Roboters notwendigen Energieaufwand zu berechnen und dabei die zu tragende Last zu berücksichtigen. Durch Vergleich des berechneten mit dem tatsächlichen Energieaufwand kann ein ungewollter Kontakt mit einem Objekt ermittelt werden.
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JP S62- 96 225 A offenbart einen Greifmechanismus zum Transport von Gegenständen, der ohne vertikale Bewegung auskommt. Dazu wird für den Greifvorgang ein zu greifender Gegenstand auf einem Tisch platziert, der vertikal verschiebbar ist. Der Greifer weist Fingerpaare mit Fingerspitzen auf, die den Gegenstand greifen, indem sie in eine Lücke unterhalb, somit zwischen Gegenstand und Rollen greifen, die auf dem den Gegenstand tragenden Tisch angeordnet sind. Anschließend wird der Tisch vertikal versenkt und der horizontale Transport kann vollzogen werden.
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All dem genannten Stand der Technik ist gemein, dass die Sicherheit während des Vorgangs, ab dem Zeitpunkt, wenn ein Werkstück gehalten wird, bis das Werkstück nur von dem Roboter getragen wird, jedoch nicht berücksichtigt.
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Es besteht folglich Bedarf an einem Transportsystem, bei dem Kontaktunfälle verhindert werden, um die Sicherheit während eines Vorgangs ab dem Zeitpunkt, wenn ein Roboter ein Werkstück hält, bis der Roboter das Werkstück trägt, sicherzustellen.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Transportsystem nach Anspruch 1 gelöst.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Transportsystem bereitgestellt, das dazu konfiguriert ist, ein Werkstück mit Hilfe eines Roboters zu transportieren, wobei das Transportsystem Folgendes umfasst: einen Roboter, der ein Werkzeug beinhaltet, das ein Werkstück halten kann; einen Werkstückträger, der dazu konfiguriert ist, das Werkstück zu tragen, das nicht transportiert wurde; eine Krafterfassungseinheit, die dazu konfiguriert ist, eine Kraft oder ein Drehmoment zu erfassen, die bzw. das auf den Roboter ausgeübt wird; eine Parameteränderungseinheit, die dazu konfiguriert ist, Werkstückparameter, um eine Kraft oder ein Drehmoment zu berechnen, die bzw. das auf den Roboter ausgeübt wird und von dem Werkstück verursacht wird, gemäß einem Haltezustand des Werkstücks zu ändern; eine externe Kraftberechnungseinheit, die dazu konfiguriert ist, eine externe Kraft, die auf den Roboter ausgeübt wird, auf der Basis der Kraft oder des Drehmoments, die bzw. das auf den Roboter ausgeübt wird und von der Krafterfassungseinheit erfasst wurde, und den Werkstückparametern zu berechnen; eine Roboterstoppeinheit, die dazu konfiguriert ist, den Roboter zu stoppen, wenn die externe Kraft, die von der externen Kraftberechnungseinheit berechnet wurde, einen Grenzwert übersteigt; und eine relative Bewegungseinheit, die dazu konfiguriert ist, das Werkstück, das von dem Werkzeug und dem Werkstückträger gehalten wird, zu bewegen, wobei die relative Bewegungseinheit dazu konfiguriert ist, das Werkstück und den Werkstückträger relativ zueinander zu bewegen, ohne eine Position und Stellung des Roboters zu ändern.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die relative Bewegungseinheit in dem Transportsystem gemäß dem ersten Aspekt dazu konfiguriert, den Werkstückträger von dem Werkstück, das von dem Werkzeug gehalten wird, weg zu bewegen.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die relative Bewegungseinheit in dem Transportsystem gemäß dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt dazu konfiguriert, das Werkzeug zu bewegen, so dass das Werkstück, das von dem Werkzeug gehalten wird, von dem Werkstückträger weg bewegt wird.
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Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Werkzeug in dem Transportsystem gemäß einem beliebigen des ersten bis dritten Aspekts eine Roboterhand.
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Diese und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der ausführlichen Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen dieser, wie in den Zeichnungen dargestellt, offensichtlicher werden.
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Figurenliste
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- 1A ist ein schematisches Diagramm, das ein Transportsystem gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
- 1B ist ein schematisches Diagramm, das das Transportsystem gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
- 2 ist ein Blockdiagramm, das eine Funktion eines Transportsystems gemäß einer Ausführungsform darstellt.
- 3 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Sequenz von Vorgängen darstellt, die von einem Transportsystem gemäß einer Ausführungsform ausgeführt werden.
- 4A ist ein schematisches Diagramm, das ein Transportsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
- 4B ist ein schematisches Diagramm, das das Transportsystem gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.
- 4C ist ein schematisches Diagramm, das das Transportsystem gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.
- 5A ist ein schematisches Diagramm, das ein Transportsystem gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
- 5B ist ein schematisches Diagramm, das das Transportsystem gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.
- 6 ist ein Blockdiagramm, das eine Funktion eines Transportsystems gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt.
- 7A ist ein schematisches Diagramm, das ein Transportsystem gemäß einem Stand der Technik darstellt.
- 7B ist ein schematisches Diagramm, das das Transportsystem gemäß dem Stand der Technik darstellt.
- 7C ist ein schematisches Diagramm, das das Transportsystem gemäß dem Stand der Technik darstellt.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Die Größe von Bestandselementen der dargestellten Ausführungsformen ist bei Bedarf geändert, um ein Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern. Für dieselben oder entsprechende Bestandselemente werden überall in mehreren Ausführungsformen dieselben Bezugsziffern verwendet.
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Die 1A und 1B sind schematische Diagramme, die ein Transportsystem 10 gemäß einer ersten Ausführungsform darstellen. Das Transportsystem 10 beinhaltet Folgendes: einen Roboter 20 und einen Werkstückträger 30, der in einem Bewegungsbereich des Roboters 20 angeordnet ist und auf dessen Oberseite sich ein Werkstück 40 befindet. Der Roboter 20 ist beispielsweise ein Vertikalknickarmroboter, wie dargestellt.
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In einer Ausführungsform ist der Roboter 20 auf einem Kraftsensor 21 vorgesehen, der eine Kraft erfasst, die auf den Roboter 20 ausgeübt werden soll. Der Roboter 20 beinhaltet Folgendes: eine Basis 22, die an dem Kraftsensor 21 angebracht ist; eine Körpereinheit 23, die drehbar an der Basis 22 angebracht ist, so dass die Körpereinheit 23 sich um eine Drehwelle herum drehen kann, die sich in einer vertikalen Richtung erstreckt; einen unteren Arm 24, der drehbar an der Körpereinheit 23 an einem Ende des unteren Arms 24 angebracht ist; einen oberen Arm 25, der drehbar an dem unteren Arm 24 an dem anderen Ende des unteren Arms 24 angebracht ist; und ein Handgelenk 26, das drehbar an dem oberen Arm 25 an der Spitze des oberen Arms 25 angebracht ist. Jedes Gelenk des Roboters 20 wird von einem Servomotor angetrieben und der Roboter kann sich bewegen, um verschiedene Positionen und Stellungen zu haben. Da eine derartige Konfiguration des Roboters 20 wohl bekannt ist, wird eine ausführliche Erläuterung der Konfiguration hierin weggelassen.
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Das Handgelenk 26 des Roboters 20 ist mit einem Werkzeug zum lösbaren Halten eines Werkstücks 40 versehen. In der dargestellten Ausführungsform ist das Werkzeug eine Hand 27, die geöffnet und geschlossen werden kann, um das Werkstück 40 lösbar zu halten. Die Hand 27 ist beispielsweise eine hydraulische oder pneumatische Hand oder eine elektrisch betriebene Hand, die von einem Servomotor geöffnet oder geschlossen wird. 1A stellt einen Zustand dar, in dem das Werkstück 40 von der Hand 27 gehalten wird, die in eine Schließrichtung angetrieben wird.
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Ein Werkzeug, das das Werkstück 40 halten kann, kann in anderen Formen als einer Hand sein. Das Werkzeug kann beispielsweise ein Saugwerkzeug sind, an dem das Werkstück 40 durch Nutzen eines Unterdrucks oder eines Magnets angesaugt wird.
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Der Werkstückträger 30 beinhaltet Folgendes: einen Sitz 31, der an einer Bodenoberfläche fixiert ist; eine Trageeinheit 32, die sich an einer Position nach oben von dem Sitz 31 entfernt erstreckt; und eine Trägersäule 33, die zwischen dem Sitz 31 und der Trageeinheit 32 vorgesehen ist. Die Trageeinheit 32 ist in der Form eines Tischs und ist konfiguriert zu ermöglichen, das Werkstück 40 auf der Trageeinheit 32 zu montieren. Die Trägersäule 33 kann sich durch einen Motor 34 nach oben und nach unten in der vertikalen Richtung bewegen, wodurch die Trageeinheit 32 sich zu dem Sitz 31 hin oder von dem Sitz 31 weg bewegen kann.
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1B stellt einen Zustand dar, in dem die Trägersäule 33 nach unten bewegt wird, so dass die Trageeinheit 32 des Werkstückträgers 30 von dem Werkstück 40 entfernt ist. Anders ausgedrückt, im Zustand von 1B wird das Werkstück 40 von der Hand 27 getragen und der Roboter 20 wird einer Schwerkraft unterzogen, die auf das Werkstück 40 ausgeübt wird. Da die vorliegende Ausführungsform die Trageeinheit 32 beinhaltet, die sich nach oben und nach unten bewegen kann, kann das Werkstück 40 auf diese Weise von dem Werkstückträger 30 getrennt werden, ohne die Position und die Stellung des Roboters 20 zu ändern.
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2 ist ein Blockdiagramm, das eine Funktion des Transportsystems 10 gemäß einer Ausführungsform darstellt. Wie dargestellt beinhaltet das Transportsystem 10 Folgendes: einen Roboter 20; einen Werkstückträger 30 und eine Steuerung 50, die den Roboter 20 und den Werkstückträger 30 steuert. Die Steuerung 50 beinhaltet Folgendes: eine Befehlserzeugungseinheit 51; eine Krafterfassungseinheit 52; eine Parameteränderungseinheit 53; eine externe Kraftberechnungseinheit 54; eine Roboterstoppeinheit 55 und eine relative Bewegungseinheit 56. Die Steuerung 50 ist ein allgemein verwendeter Personalcomputer, der eine Hardwarekonfiguration aufweist, die sich aus Folgendem zusammensetzt: einem CPU, der eine Vielfalt von Berechnungen ausführt; einem RAM, der ein Arbeitsvorgangsergebnis des CPU vorübergehend speichert; einem ROM, der verschiedene Programme und Parameter speichert; Eingabevorrichtungen wie eine Maus und eine Tastatur; einer Anzeigevorrichtung, die verschiedene Informationen anzeigt; oder dergleichen. In einer Ausführungsform können eine Steuerung, die den Roboter 20 steuert, und eine Steuerung, die einen Werkstückträger 30 steuert, separat vorgesehen werden.
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Die Befehlserzeugungseinheit 51 erzeugt einen Befehl für den Roboter 20 beispielsweise gemäß einem vorherbestimmten Roboterprogramm 57. Der Roboter 20 arbeitet gemäß einem Befehl von der Befehlserzeugungseinheit 51. Die Befehlserzeugungseinheit 51 kann einen Befehl als Reaktion auf ein Eingabesignal erzeugen. Die Befehlserzeugungseinheit 51 erzeugt beispielsweise einen Befehl zum Stoppen des Roboters 20 als Reaktion auf eine Stoppsignalausgabe von der Roboterstoppeinheit 55. Die Befehlserzeugungseinheit 51 kann dazu konfiguriert sein, einen Befehl gemäß Informationen zu erzeugen, die von einem Bediener unter Verwendung einer Eingabevorrichtung eingegeben werden.
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Die Krafterfassungseinheit 52 erfasst eine Kraft, die auf den Roboter 20 ausgeübt wird. Der Roboter 20 gemäß der Ausführungsform, die durch 1A und 1B dargestellt wird, beinhaltet den Kraftsensor 21 an der Basiseinheit. Die Krafterfassungseinheit 52 kann folglich eine Kraft, die auf den Roboter 20 ausgeübt wird, durch den Kraftsensor 21 erfassen. Die Kraft, die von dem Kraftsensor 21 erfasst wird, beinhaltet eine externe Kraft, die auf den Roboter 20 von der Außenseite ausgeübt wird, sowie eine Schwerkraft und eine Trägheitskraft, die auf den Roboter 20 ausgeübt wird. Wenn der Roboter 20 das Werkstück 40 hält, wird eine Kraft, die auf den Roboter 20 ausgeübt wird und die von einer Schwerkraft und einer Trägheitskraft, die auf das Werkstück 40 ausgeübt werden, verursacht wird, weiterhin von dem Kraftsensor 21 erfasst. In einer anderen Ausführungsform kann der Kraftsensor 21 an einem anderen Teil als der Basiseinheit des Roboters 20 angebracht sein, wie dem unteren Arm 24, dem oberen Arm 25 oder dem Handgelenk 26, oder kann alternativ dazu darin integriert sein. In einem beliebigen der oben erwähnten Fälle kann der Kraftsensor 21 eine Kraft erfassen, die auf den Roboter 20 auf der Spitzenseite von einem Teil ausgeübt wird, an dem der Kraftsensor 21 angebracht ist. In einer anderen Ausführungsform kann die Krafterfassungseinheit 52 dazu konfiguriert sein, ein Drehmoment zu erfassen, das auf den Roboter 20 ausgeübt wird. In diesem Fall sind anstelle des Kraftsensors 21 mehrere Drehmomentsensoren, die ein Drehmoment erfassen, das auf ein Gelenk des Roboters 20 ausgeübt wird, vorgesehen.
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Die Parameteränderungseinheit 53 ändert Werkstückparameter, die zum Berechnen einer Kraft oder eines Drehmoments verwendet werden, die bzw. das auf den Roboter 20 ausgeübt wird und von einer Schwerkraft und einer Trägheitskraft verursacht wird, die auf das Werkstück 40 ausgeübt werden, gemäß dem Haltezustand des Werkstücks 40. Die Werkstückparameter können Informationen zur Masse, zum Masseschwerpunkt und zur Trägheitsmatrix des Werkstücks 40 beinhalten. Wenn das Werkstück 40 beispielsweise nicht gehalten wird, ändert die Parameteränderungseinheit 53 die Parameter von jeweils der Masse, dem Masseschwerpunkt und der Trägheitsmatrix des Werkstücks 40 auf null. Wenn das Werkstück 40 gehalten wird, bezieht die Parameteränderungseinheit 53 Werkstückparameter von dem Roboterprogramm 57, um aktuelle Werkstückparameter zu ersetzen. In einer anderen Ausführungsform kann die Parameteränderungseinheit 53 die Werkstückparameter gemäß Werkstückparametern ändern, die von einem Bediener unter Verwendung einer Eingabevorrichtung eingegeben werden, oder kann die Werkstückparameter als Reaktion auf eine Signaleingabe von einer externen Vorrichtung ändern.
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Die externe Kraftberechnungseinheit 54 berechnet eine externe Kraft (Kraft oder Drehmoment), die extern auf den Roboter 20 ausgeübt wird. Wenn der Roboter 20 das Werkstück 40 hält, berechnet die externe Kraftberechnungseinheit 54 außerdem eine externe Kraft, die auf das gehaltene Werkstück 40 ausgeübt wird. Die externe Kraftberechnungseinheit 54 berechnet eine externe Kraft, die auf den Roboter 20 ausgeübt wird, beispielsweise durch Subtrahieren einer Kraft oder eines Drehmoments, die bzw. das von einer Schwerkraft und einer Trägheitskraft verursacht wird, die auf den Roboter 20 ausgeübt werden, wenn keine externe Kraft ausgeübt wird, von einem Erfassungswert der Krafterfassungseinheit 52. Wenn der Roboter 20 das Werkstück 40 hält, wird eine Kraft oder ein Drehmoment, die bzw. das auf den Roboter 20 ausgeübt wird und von einer Schwerkraft und einer Trägheitskraft verursacht wird, die auf das Werkstück 40 ausgeübt werden, wenn keine externe Kraft ausgeübt wird, weiterhin von dem Erfassungswert der Krafterfassungseinheit 52 subtrahiert.
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Die Roboterstoppeinheit 55 vergleicht eine externe Kraft, die von der externen Kraftberechnungseinheit 54 berechnet wurde, mit einem vorherbestimmten Grenzwert, um ein Stoppsignal an die Befehlserzeugungseinheit 51 auszugeben, wenn der berechnete Wert der externen Kraft den Grenzwert übersteigt. Die Befehlserzeugungseinheit 51 erzeugt als Reaktion auf das Stoppsignal einen Stoppbefehl, der den Roboter 20 stoppt. In einer Ausführungsform kann der Stoppbefehl einen Rückzugsbefehl beinhalten, durch den der Roboter 20 über eine vorherbestimmte Entfernung in einer Richtung bewegt wird, in der eine externe Kraft ausgeübt wird, bevor der Roboter 20 gestoppt wird. Da der Roboter 20 stoppt, nachdem der Roboter 20 sich zurückzieht, so dass die externe Kraft verringert wird, kann in diesem Fall eine Interferenz zwischen dem Roboter 20 und einem Objekt oder einem Bediener um den Roboter 20 herum unverzüglich gelöst werden. Ein schwerer Unfall kann folglich zuverlässiger verhindert werden.
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Die relative Bewegungseinheit 56 bewegt das Werkstück 40 und den Werkstückträger (insbesondere die Trageeinheit 32) 30 relativ zueinander, um die Positionsbeziehung zwischen ihnen zu ändern. In der Ausführungsform, die durch 1A und 1B dargestellt ist, treibt die relative Bewegungseinheit 56 beispielsweise den Motor 34 des Werkstückträgers 30 an, um die Trageeinheit 32 nach oben und nach unten in der vertikalen Richtung zu bewegen, um eine gewünschte relative Bewegung umzusetzen.
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Unter Bezugnahme auf 3 wird der Betrieb des Transportsystems 10 beschrieben. 3 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Sequenz von Vorgängen darstellt, die von einem Transportsystem 10 gemäß einer Ausführungsform ausgeführt werden. In Schritt S301 wird der Roboter 20 in eine Position bewegt, in der das Werkstück 40 von der Hand 27 des Roboters 20 gehalten werden kann. Anders ausgedrückt, der Roboter 20 wird in einer Position positioniert, in der das Werkstück 40 gehalten werden kann, indem die Hand 27 in eine Schließrichtung bewegt wird, ohne die Position und die Stellung des Roboters 20 zu ändern.
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Als Nächstes wird in Schritt S302 die Hand 27 angetrieben und das Werkstück 40 wird somit von der Hand 27 gehalten (siehe 1A). Eine Auflagekraft, die auf die Hand 27 ausgeübt wird, wenn das Werkstück 40 gehalten wird, wird beispielsweise erfasst, und es wird angenommen, dass das Werkstück 40 gehalten wird, wenn die Auflagekraft einen Grenzwert erreicht. Alternativ dazu kann angenommen werden, dass der Haltearbeitsvorgang des Werkstücks 40 abgeschlossen ist, wenn die Hand 27 eine vorherbestimmte Schließposition erreicht, die von der Form des Werkstücks 40 abhängt.
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In Schritt S303 wird der Roboter 20 gestoppt. Wenn der Roboter 20 sich in einem gestoppten Zustand befindet, wird die Befehlserzeugungseinheit 51 eingeschränkt, um einen neuen Drehmomentbefehl oder Strombefehl zu erzeugen. Dies ermöglicht das Aufrechterhalten der Position und der Stellung des Roboters 20. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der gestoppte Zustand des Roboters 20 bis unmittelbar vor dem Starten eines Transportschritts in Schritt S306 aufrechterhalten.
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In Schritt S304 werden das Werkstück 40 und der Werkstückträger 30 durch die relative Bewegungseinheit 56 relativ zueinander bewegt, so dass das Werkstück 40 von dem Werkstückträger 30 entfernt ist (siehe 1B). Wie im Vergleich von 1A mit 1B erkannt werden kann, wird das Werkstück 40 beispielsweise von dem Werkstückträger 30 getrennt, indem die Trageeinheit 32 des Werkstückträgers 30 nach unten bewegt wird.
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Als Nächstes werden in Schritt S305 Werkstückparameter geändert, um einem Zustand zu entsprechen, in dem das Werkstück 40 gehalten wird. Durch Ändern der Werkstückparameter kann die externe Kraftberechnungseinheit 54 eine externe Kraft unter Berücksichtigung einer Kraft oder eines Drehmoments, die bzw. das auf den Roboter 20 ausgeübt wird und von einer Schwerkraft und einer Trägheitskraft verursacht wird, die auf das Werkstück 40 ausgeübt werden, berechnen, und die externe Kraft kann infolgedessen genau berechnet werden. Die Werkstückparameter werden beispielsweise von dem Roboterprogramm 57 eingegeben (siehe 2).
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In Schritt S306 wird der Roboter 20 angetrieben und das Werkstück 40, das von der Hand 27 gehalten wird, wird somit in eine vorherbestimmte Position, beispielsweise zu einem Arbeitstisch oder einem Förderer, transportiert. Während des Transportvorgangs in Schritt S306 wird eine externe Kraftüberwachungsfunktion, die die Krafterfassungseinheit 52, die externe Kraftberechnungseinheit 54 und die Roboterstoppeinheit 55 nutzt, aktiviert.
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Die oben erwähnte Ausführungsform hat die folgenden Vorteile.
- (1) Die Position und die Stellung eines Roboters werden nicht ab dem Zeitpunkt, wenn der Roboter ein Werkstück hält, bis zu dem Zeitpunkt, wenn das Werkstück nur von dem Roboter getragen wird, geändert. Während dieser Vorgänge können Unfälle, die einen Kontakt zwischen dem Roboter und einem Objekt oder einem Bediener um den Roboter herum beinhalten, folglich verhindert werden.
- (2) Die relative Bewegung des Werkstücks in Bezug auf den Werkstückträger wird nur von der Bewegung des Werkstückträgers nach unten in der vertikalen Richtung verursacht, die von dem Roboter unabhängig ist. Da die Bewegung des Werkstückträgers im Vergleich zu dem Fall, in dem die Position und die Stellung des Roboters geändert werden, relativ einfach ist, kann ein Bediener die Bewegung des Werkstückträgers genau vorhersagen. Ein Risiko von Kontaktunfällen kann beispielsweise somit einfach beurteilt werden und eine Sicherheitsmaßnahme kann einfach umgesetzt werden, beispielsweise kann ein Bediener sich vorübergehend von dem Werkstückträger weg bewegen.
- (3) In einem Vorgang, in dem der Roboter in eine Position bewegt wird, in der ein Werkstück gehalten werden kann, und in einem Vorgang, in dem das gehaltene Werkstück zu einer vorherbestimmten Position transportiert wird, wird eine externe Kraft, die auf den Roboter ausgeübt wird, überwacht und der Roboter wird bei Bedarf gestoppt. Selbst wenn der Roboter mit einem Objekt oder einem Bediener um den Roboter herum in Kontakt kommt, während der Roboter in Bewegung ist, können folglich schwere Unfälle verhindert werden.
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Die 4A bis 4C sind schematische Diagramme, die ein Transportsystem 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Trageeinheit 32 des Werkstückträgers 30 dazu konfiguriert, das Werkstück 40 lösbar zu halten. Spezifisch bewegt sich ein Paar von Trageeinheiten 32, die sich allgemein in der horizontalen Richtung erstrecken, derart, dass die Trageeinheiten 32 einander näher kommen oder sich voneinander trennen, um das Werkstück 40 zu halten oder loszulassen. Die Trageeinheiten 32 werden von dem Motor 34 angetrieben. In einer anderen Ausführungsform können die Trageeinheiten 32 dazu konfiguriert sein, durch Hydraulik- oder Pneumatikdruck geöffnet oder geschlossen zu werden.
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4A stellt ein Transportsystem 10 dar, in dem der Roboter 20 an einer Position positioniert ist, an der das Werkstück 40 gehalten werden kann. In diesem Zustand wird das Werkstück 40 zwischen den Trageeinheiten 32 des Werkstückträgers 30 gehalten. Anders ausgedrückt, das Werkstück 40 wird nur von dem Werkstückträger 30 getragen. 4B stellt einen Zustand dar, in dem die Hand 27 des Roboters 20 geschlossen ist, um das Werkstück 40 zu halten. In diesem Zustand wird das Werkstück 40 noch immer von dem Werkstückträger 30 getragen.
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4C stellt einen Zustand dar, in dem die Trageeinheiten 32 des Werkstückträgers 30 von dem Werkstück 40 weg bewegt werden. Zu diesem Zeitpunkt wird das Werkstück 40 nur von der Hand 27 und somit nur von dem Roboter 20 getragen.
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Das Transportsystem 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform funktioniert auf dieselbe Weise wie die zuvor erwähnte Ausführungsform, mit Ausnahme davon, dass die Trageeinheiten 32 des Werkstückträgers 30 in der horizontalen Richtung beweglich sind, um das Werkstück 40 von dem Werkstückträger 30 weg zu bewegen. Das Transportsystem 10 mit einer derartigen Konfiguration erzielt somit die zuvor erwähnten vorteilhaften Effekte (1) bis (3).
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Die 5A und 5B sind schematische Diagramme, die ein Transportsystem 10 gemäß einer dritten Ausführungsform darstellen. 6 ist ein Blockdiagramm, das eine Funktion des Transportsystems der dritten Ausführungsform darstellt. In der vorliegenden Ausführungsform bewegt die relative Bewegungseinheit 56 im Gegensatz zu der zuvor erwähnten Ausführungsform nicht den Werkstückträger 30, kann jedoch die Position der Hand 27 des Roboters 20 ändern. Spezifisch kann die relative Bewegungseinheit 56 die Hand 27 in Zusammenwirkung mit der Befehlserzeugungseinheit 51 bewegen, die dazu konfiguriert ist, einen Befehl für die Hand 27 zu erzeugen.
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Wie durch Vergleichen von 5A und 5B zu erkennen ist, ist die relative Bewegungseinheit 56 derart konfiguriert, dass die Trageeinheit 28 der Hand 27 durch die Befehlserzeugungseinheit 51 ausgefahren und eingezogen werden kann. Spezifisch kann die Hand 27 sich durch Einziehen der Trageeinheit 28 nach oben bewegen, wodurch das Werkstück 40, das von der Hand 27 gehalten wird, von dem Werkstückträger 30 weg bewegt wird.
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In dem Transportsystem 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden außerdem die Position und die Stellung des Roboters 20 nicht ab dem Zeitpunkt, wenn die Hand 27 das Werkstück 40 hält, bis zu dem Zeitpunkt, wenn die Hand 27 sich nach oben bewegt und das Werkstück 40 von dem Werkstückträger 30 entfernt ist, geändert. Die Bewegung der Hand 27 in einer Aufwärtsrichtung und einer Abwärtsrichtung ist einfacher als in den Fällen, in denen der Roboter 20 wie oben bezüglich der Bewegung des Werkstückträgers 30 unter Bezugnahme auf 1A und 1B und den 4A bis 4C beschrieben arbeitet. Das Transportsystem 10 mit einer derartigen Konfiguration kann auch die zuvor erwähnten vorteilhaften Effekte (1) bis (3) erzielen.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist der Werkstückträger 30 eine Spannvorrichtung in der Form eines Tisches, auf dem das Werkstück 40 montiert werden kann; der Werkstückträger 30 kann jedoch nicht verwendet werden und stattdessen kann das Werkstück 40 direkt auf der Bodenoberfläche platziert werden. Wenn mehrere Werkstücke 40 aufeinander gestapelt werden, kann ein anderes Werkstück 40, das unter dem zu haltenden Werkstück 40 positioniert ist, als ein Werkstückträger dienen. Es sollte beachtet werden, dass auf diese Weise bezüglich der vorliegenden Erfindung der Ausdruck „Werkstückträger“ auf eine Vielfalt von Weisen interpretiert werden kann.
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Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf ein Beispiel beschrieben wurde, in dem entweder die Hand oder der Werkstückträger betrieben wird, können die Hand und der Werkstückträger relativ zueinander bewegt werden, indem sowohl die Hand als auch der Werkstückträger betrieben werden.
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Effekt der Erfindung
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Gemäß dem Transportsystem der vorliegenden Erfindung werden das Werkstück und der Werkstückträger durch die relative Bewegungseinheit relativ zueinander bewegt, während der Roboter bewegungslos bleibt. Anders ausgedrückt, der Roboter arbeitet nicht während Vorgängen ab dem Zeitpunkt, wenn das Werkstück gehalten wird, bis zu dem Zeitpunkt, wenn das Werkstück nur von dem Roboter getragen wird. Der Roboter kann folglich daran gehindert werden, mit einem Objekt oder einem Bediener um den Roboter herum in Kontakt zu kommen.
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Die relative Bewegung des Werkstücks und des Werkstückträgers, die von der relativen Bewegungseinheit ausgeführt wird, ist eine einfache Bewegung im Vergleich zu der Bewegung des Roboters. Ein Bediener kann folglich die Bewegung des Transportsystems beträchtlich einfach vorhersagen, wodurch ein Unfall verhindert wird.
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Obwohl verschiedene Ausführungsformen und Varianten der vorliegenden Erfindung oben beschrieben wurden, ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass die beabsichtigten Funktionen und Effekte auch durch andere Ausführungsformen und Varianten umgesetzt werden können. Es ist insbesondere möglich, ein Bestandselement der Ausführungsformen und Varianten wegzulassen oder auszutauschen oder zusätzlich dazu ein bekanntes Mittel vorzusehen, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Des Weiteren ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung durch eine beliebige Kombination von Merkmalen der Ausführungsformen, die entweder ausdrücklich oder impliziert hierin offenbart sind, umgesetzt werden kann.
