DE102015009872B4

DE102015009872B4 - Steuervorrichtung für Roboter, der seine Arbeit durch Drücken eines Werkzeugs gegen ein Werkstück ausführt

Info

Publication number: DE102015009872B4
Application number: DE102015009872.1A
Authority: DE
Inventors: Kunihiko Harada; Hiromitsu Takahashi; Soichi Arita
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-08-05
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2018-11-15
Anticipated expiration: 2035-07-30
Also published as: CN105312632A; DE102015009872A1; US9895806B2; JP2016036858A; CN105312632B; JP5890488B1; US20160039092A1

Abstract

Robotersteuervorrichtung (10) zum Steuern eines Roboters (R), der seine Arbeit durch Drücken eines Werkzeugs (T), das an einer Spitze des Roboters (R) angebracht ist, gegen ein Werkstück (W) ausführt, wobei die Robotersteuervorrichtung (10) Folgendes umfasst:eine Korrekturumfangsberechnungseinheit (11), die einen Korrekturumfang zum Korrigieren einer Ablenkung einer Spitzenposition des Werkzeugs (T) aufgrund einer auf das Werkzeug (T) ausgeübten externen Kraft berechnet; undeine Korrekturprofilerzeugungseinheit (12), die ein Korrekturprofil erzeugt, das eine Beziehung zwischen dem Korrekturumfang, der von der Korrekturumfangsberechnungseinheit (11) berechnet wurde, und der Zeit angibt;wobei der Korrekturumfang einem Betriebsbefehl des Roboters (R) auf Grundlage des vorab von der Korrekturprofilerzeugungseinheit (12) erzeugten Korrekturprofils hinzugefügt wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Robotersteuervorrichtung zum Steuern eines Roboters, der seine Arbeit durch Drücken eines Werkzeugs gegen ein Werkstück ausführt.
Beschreibung des Standes der Technik
FLS (englisch: flow drilling screw; deutsch: fließlochformendes Schrauben) ist als ein mechanisches Fügeverfahren zum mechanischen Aneinanderfügen mehrerer unterschiedlicher Arten von Metallelementen bekannt. Das Fügeverfahren ist eine Technik, bei der eine Schraube, die sich mit hoher Geschwindigkeit dreht, in die Metallelemente, die aufeinander geschichtet sind, gebohrt wird, um die Metallelemente miteinander zu verschweißen. Ein derartiges mechanisches Fügeverfahren wie FLS erzeugt keine Verbindungsschicht zwischen den Metallelementen und ist somit im Hinblick auf das Aneinanderfügen mehrerer unterschiedlicher Arten von Metallelementen vorteilhaft.
Darüber hinaus reicht es aus, dass das mechanische Fügeverfahren wie FLS die Schraube nah an die Metallelemente, die aufeinander geschichtet sind, in nur einer Richtung bringt. Dementsprechend ermöglicht die Verwendung eines Roboters, das mechanische Fügeverfahren einfach zu automatisieren. Ein derartiges Fügeverfahren wird somit in Automobilmontagevorgängen und dergleichen verwendet, in denen eine Umsetzung mit mehreren Materialien gewünscht wird.
In einem FLS-Vorgang nimmt der Roboter eine entgegenwirkende Kraft gegen eine Kraft auf, die ausgeübt wird, wenn eine Schraube in die Metallelemente, die aufeinander geschichtet sind, gebohrt wird. Die von dem Roboter aufgenommene entgegenwirkende Kraft verdreht ein Reduktionsgetriebe des Roboters und verformt einen Arm des Roboters, was dazu führt, dass eine Position einer Werkzeugspitze des Roboters abgelenkt wird. Die Ablenkung der Position der Werkzeugspitze führt zu einer Ablenkung einer Fügeposition der Metallelemente und folglich kann die Fügequalität verringert werden oder die Fügearbeit kann fehlschlagen.
Um eine derartige Positionsablenkung einer Werkzeugspitze zu korrigieren, gibt es bekannte Verfahren zum Korrigieren eines Verdrehens eines Reduktionsgetriebes eines Roboters. Das japanische Patent JP 3 654 475 B2 offenbart eine Steuertechnik für einen Motor, der mit einem Reduktionsgetriebe versehen ist, dessen Positionierung sehr genau durchgeführt werden kann, ohne durch einen Verdrehwinkel des Reduktionsgetriebes beeinträchtigt zu werden. Spezifisch wird ein Ausgleichswert auf der Basis eines aktuellen Werts berechnet, der aufgrund eines Verdrehens des Reduktionsgetriebes auftritt, um eine Rückkopplungssteuerung bereitzustellen.
Darüber hinaus offenbart die japanische Offenlegungsschrift JP H11-221 707 A eine Technik zum Verhindern einer Aus- bzw. Ablenkung einer Spitzenposition eines Werkzeugs durch Befestigen des Werkzeugs und eines Werkstücks aneinander.
Die in dem japanischen Patent JP 3 654 475 B2 offenbarte Technik setzt voraus, dass ein Arm des Roboters ein starrer Körper ist und es keine Reibung an einer Spitze des Werkzeugs gibt. In der Tat ist der Arm jedoch ein elastischer Körper und wird von einer Gegenwirkung von einem Werkstück verformt werden. Darüber hinaus wird in der Tat eine Reibung in der Spitzenposition des Werkzeugs erzeugt. Dementsprechend bewirken in der Technik des japanischen Patents JP 3 654 475 B2 die Verformung des Arms und eine Verzögerung aufgrund der Rückkopplungssteuerung eine Ablenkung der Spitzenposition des Werkzeugs.
Sobald eine Positionsablenkung der Spitze des Werkzeugs auftritt, ist es erforderlich, eine Kraft, die größer als eine maximale statische Reibungskraft zwischen einer Oberfläche eines Metallelements und einer Oberfläche des Werkzeugs, das damit in Kontakt gebracht wird, in einer Richtung auszuüben, die entgegengesetzt zu einer Richtung der Positionsablenkung ist. Dies macht die Steuerung des Roboters äußerst kompliziert.
Darüber hinaus erfordert die Technik der japanischen Offenlegungsschrift JP H11-221 707 A eine Komponente zum Befestigen des Werkzeugs und des Werkstücks aneinander. Dies macht die Struktur kompliziert und kann außerdem die Kosten erhöhen.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der Gegebenheiten verwirklicht. Es ist ein Gegenstand der Erfindung, eine Robotersteuervorrichtung bereitzustellen, die ermöglicht, eine Positionsablenkung einer Spitze eines Werkzeugs einfach zu korrigieren, ohne eine spezifische Komponente zu verwenden.
Kurzdarstellung der Erfindung
Um den oben beschriebenen Gegenstand zu erzielen, wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Robotersteuervorrichtung zum Steuern eines Roboters bereitgestellt, der seine Arbeit durch Drücken eines Werkzeugs, das an einer Spitze des Roboters angebracht ist, gegen ein Werkstück ausführt, wobei die Robotersteuervorrichtung Folgendes umfasst: eine Korrekturumfangsberechnungseinheit, die einen Korrekturumfang zum Korrigieren einer Ablenkung einer Spitzenposition des Werkzeugs aufgrund einer auf das Werkzeug ausgeübten externen Kraft berechnet; und eine Korrekturprofilerzeugungseinheit, die ein Korrekturprofil erzeugt, das eine Beziehung zwischen dem Korrekturumfang, der von der Korrekturumfangsberechnungseinheit berechnet wurde, und der Zeit angibt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung in dem ersten Aspekt, wenn das Drücken des Werkzeugs gegen das Werkstück gestartet wird und die auf das Werkzeug ausgeübte externe Kraft zunimmt, erzeugt die Korrekturprofilerzeugungseinheit das Korrekturprofil, um den Korrekturumfang zu erhöhen.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung in dem ersten Aspekt, wenn das Trennen des Werkzeugs von dem Werkstück beginnt und die auf das Werkzeug ausgeübte externe Kraft abnimmt, erzeugt die Korrekturprofilerzeugungseinheit das Korrekturprofil, um den Korrekturumfang zu verringern.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung in einem beliebigen des ersten bis dritten Aspekts umfasst die Robotersteuervorrichtung weiterhin eine Umkehrbestimmungseinheit, die auf der Basis eines aktuellen Werts eines Motors, der an dem Roboter oder dem Werkzeug vorgesehen ist, bestimmt, ob der Motor umgekehrt wurde; und eine Rückschlagskorrekturumfangsberechnungseinheit, die, wenn die Umkehrbestimmungseinheit bestimmt, dass der Motor umgekehrt wurde, einen Rückschlagskorrekturumfang zum Korrigieren einer Ablenkung der Spitzenposition des Werkzeugs aufgrund eines Rückschlags berechnet, um diesen dem Korrekturumfang, der von der Korrekturumfangsberechnungseinheit berechnet wurde, hinzuzufügen.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung in einem beliebigen des ersten bis vierten Aspekts umfasst die Robotersteuervorrichtung weiterhin eine Speichereinheit, die eine Beziehung zwischen dem aktuellen Wert des Motors, der an dem Roboter oder dem Werkzeug vorgesehen ist, und der auf das Werkzeug ausgeübten externen Kraft speichert; und eine externe Kraftberechnungseinheit, die die externe Kraft auf der Basis der in der Speichereinheit gespeicherten Beziehung und des aktuellen Werts des Motors berechnet.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung in dem fünften Aspekt umfasst die Robotersteuervorrichtung weiterhin eine Zeitreihenspeichereinheit, die den aktuellen Wert des Motors in einer Zeitreihe vom Starten des Drückens des Werkzeugs gegen das Werkstück bis zum vollständigen Trennen des Werkzeugs von dem Werkstück speichert, und wobei die externe Kraftberechnungseinheit die externe Kraft auf der Basis der in der Speichereinheit gespeicherten Beziehung und des in der Zeitreihenspeichereinheit gespeicherten aktuellen Werts des Motors berechnet.
Die vorstehenden und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung typischer Ausführungsformen der Erfindung, die in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind, offensichtlicher werden.
Figurenliste

1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Steuersystems, das eine Robotersteuervorrichtung umfasst, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Draufsicht eines Werkstücks;
3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Druckbeaufschlagungskraft und Zeit darstellt;
4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Korrekturumfang und Zeit darstellt;
5 ist eine Seitenansicht eines Roboters;
6 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Korrekturumfang und aktuellem Wert eines Motors darstellt;
7 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen auf ein Werkzeug ausgeübter externer Kraft und aktuellem Wert des Motors darstellt und
8 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen aktuellem Wert und Zeit und eine Beziehung zwischen Korrekturumfang und Zeit darstellt.

Ausführliche Beschreibung
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hierin im Folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Zeichnungen werden gleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Zwecks eines einfacheren Verständnisses der Erfindung sind die Zeichnungen in unterschiedlichen Maßstäben dargestellt, wie jeweils anwendbar.
1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Steuersystems, das eine Robotersteuervorrichtung umfasst, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein in 1 dargestelltes Steuersystem 1 umfasst hauptsächlich einen Roboter R und eine Robotersteuervorrichtung 10 zum Steuern des Roboters R. Der Roboter R ist beispielsweise ein sechsachsiger mehrgelenkiger Vertikalroboter und hat sechs Achsen J1 bis J6. Darüber hinaus umfasst der Roboter R ein Werkzeug T, beispielsweise eine Schraube, das an einer Spitze davon angebracht ist. Das Werkzeug T wird von einem Motor M gedreht, der an einer Basis B des Werkzeugs T angebracht ist. An dem Motor M ist ein Positionsdetektor E, beispielsweise ein Geber, zum Erkennen einer Position des Motors M angebracht.
Ein in 1 dargestelltes Werkstück W umfasst ein erstes Metallelement W1 und ein zweites Metallelement W2, die von unterschiedlicher Art sind und aufeinander geschichtet sind. In der Regel sind das erste Metallelement W1 und das zweite Metallelement W2 plattenartige Elemente mit derselben Form. Das erste und das zweite Metallelement W1 und W2 können jedoch plattenartige Elemente sein, deren äußere Formen sich voneinander unterscheiden. Das Steuersystem 1 der vorliegenden Ausführungsform wird zum mechanischen Fügen des ersten Metallelements W1 und des zweiten Metallelements W2 verwendet.
Darüber hinaus ist in 1 einen Drückabschnitt C um das Werkzeug T herum angeordnet. Eine Spitze des Drückabschnitts C erreicht das Werkstück W, bevor das Werkzeug T das Werkstück W berührt, wodurch es in der Lage ist zu verhindern, dass das Werkzeug T zuerst gegen das Werkstück W gedrückt wird. Selbst wenn das Steuersystem 1 eine Struktur hat, in der der Drückabschnitt C ausgeschlossen ist, ist es dennoch auch im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung enthalten.
Beim mechanischen Fügen (FLS) des ersten Metallelements W1 und des zweiten Metallelements W2 bewegt eine Vorrichtung (in der Zeichnung nicht dargestellt) zum Bringen des Werkzeugs T nahe an das Werkstück W oder Trennen des Werkzeugs T davon oder der Roboter R das Werkzeug T zu dem Werkstück W, während das Werkzeug T durch den Motor M gedreht wird. Wenn das Werkzeug T das Werkstück W erreicht, wird eine Gegenkraft von dem Werkstück W auf das Werkzeug T in einer Richtung ausgeübt, die entgegengesetzt zu einer Bewegungsrichtung des Werkzeugs T ist. In 1, wie durch die Pfeile A1 und A2 angezeigt, verdreht die Gegenkraft eines Reduktionsgetriebes (in der Zeichnung nicht dargestellt) des Roboters R und einen Arm davon.
Aufgrund dessen verschiebt sich eine Spitzenposition des Werkzeugs T auf dem Werkstück W, und eine Verarbeitungsposition auf dem Werkstück W kann sich zu einer Position bewegen, die von einer Strichlinie angezeigt wird, wie in 2 als eine Draufsicht des Werkstücks W dargestellt wird. Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, dieses Problem zu lösen, wie später beschrieben wird. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung auf die Korrektur der Spitzenposition des Werkzeugs T in Beispielen, die FLS ähnlich sind, angewendet werden.
Wieder unter Bezugnahme auf 1 umfasst die Robotersteuervorrichtung 10 eine Korrekturumfangsberechnungseinheit 11, die einen Korrekturumfang zum Korrigieren einer Ablenkung der Spitzenposition des Werkzeugs T aufgrund einer auf das Werkzeug T ausgeübten externen Kraft berechnet, und eine Korrekturprofilerzeugungseinheit 12, die ein Korrekturprofil erzeugt, das eine Beziehung zwischen dem Korrekturumfang, der von der Korrekturumfangsberechnungseinheit 11 berechnet wurde, und der Zeit angibt.
Des Weiteren umfasst die Robotersteuervorrichtung 10 eine Umkehrbestimmungseinheit 13, die auf der Basis eines aktuellen Werts eines Motors jeder Achse des Roboters R bestimmt, ob der Motor umgekehrt wurde, und eine Rückschlagskorrekturumfangsberechnungseinheit 14, die, wenn die Umkehrbestimmungseinheit 13 bestimmt, dass der Motor umgekehrt wurde, einen Rückschlagskorrekturumfang zum Korrigieren einer Ablenkung der Spitzenposition des Werkzeugs aufgrund eines Rückschlags einer umgekehrten Achse berechnet, um diesen dem oben erwähnten Korrekturumfang hinzuzufügen. Anstelle des Bestimmens der Umkehr des Motors jeder Achse des Roboters R kann die Umkehrbestimmungseinheit 13 die Umkehr des Motors M, der an dem Werkzeug T vorgesehen ist, oder eines Motors (in der Zeichnung nicht dargestellt) zum Bringen des Werkzeugs T nahe zu dem Werkstück W und Trennen dieses davon bestimmen.
Des Weiteren umfasst die Robotersteuervorrichtung 10 eine Speichereinheit 15, die eine Beziehung zwischen dem aktuellen Wert des Motors jeder Achse des Roboters R und der auf das Werkzeug T ausgeübten externen Kraft in einer Form einer Karte oder Tabelle speichert, und eine externe Kraftberechnungseinheit 16, die eine externe Kraft auf der Basis der in der Speichereinheit 15 gespeicherten Beziehung und des aktuellen Werts des Motors berechnet. Die Speichereinheit 15 kann eine Beziehung zwischen dem aktuellen Wert des Motors M, der an dem Werkzeug T vorgesehen ist, oder des Motors (in der Zeichnung nicht dargestellt) zum Bringen des Werkzeugs T nahe zu dem Werkstück W und Trennen dieses davon und der externen Kraft speichern.
Darüber hinaus umfasst die Robotersteuervorrichtung 10 eine Zeitreihenspeichereinheit 17, die den aktuellen Wert des Motors M in einer Zeitreihe vom Starten des Drückens des Werkzeugs T gegen das Werkstück W bis zum vollständigen Trennen des Werkzeugs von dem Werkstück speichert. Die Zeitreihenspeichereinheit 17 kann den aktuellen Wert des Motors jeder Achse des Roboters R oder den aktuellen Wert des Motors (in der Zeichnung nicht dargestellt) zum Bringen des Werkzeugs T nahe zu dem Werkstück W und Trennen dieses davon, wie oben beschrieben, speichern.
3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Druckbeaufschlagungskraft und Zeit in der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Hierin im Folgenden wird eine Beschreibung eines Verarbeitungsvorgangs für das Steuersystem 1 der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 3 angegeben. Zunächst treibt die Robotersteuervorrichtung 10 in einem Zeitbereich T1 den Roboter R an, um das Werkzeug T zu einer gewünschten Verarbeitungsposition auf dem Werkstück W zu bewegen. Dann gibt die Robotersteuervorrichtung 10 zu einem Zeitpunkt T2 ein Druckbeaufschlagungsstartsignal aus. Dadurch wird der Motor M dazu angetrieben, mit dem Drehen des Werkzeugs T zu starten, und dann wird bewirkt, dass das Werkzeug T sich auf das Werkstück W absenkt. In dem Zeitbereich T1 und zu dem Zeitpunkt T2 ist eine auf das Werkzeug T ausgeübte Druckbeaufschlagungskraft null.
Dann erreicht das Werkzeug T zu einem Zeitpunkt T3 das Werkstück W und beginnt damit, gegen das Werkstück W gedrückt zu werden, wodurch ein mechanischer Fügevorgang startet. Dementsprechend beginnt die Druckbeaufschlagungskraft damit, ab dem Zeitpunkt T3 erzeugt zu werden, wie in 3 dargestellt. Wie in 3 zu erkennen ist, nimmt die Druckbeaufschlagungskraft im Laufe der Zeit linear zu und erreicht dann eine Solldruckbeaufschlagungskraft zu einem Zeitpunkt T4.
Zu einem Zeitpunkt T5, zu dem eine vorherbestimmte Zeit ab dem Zeitpunkt T4 vergangen ist, gibt die Robotersteuervorrichtung 10 ein Druckabbaustartsignal aus. Dadurch beginnt das Werkzeug T zu einem Zeitpunkt T6 damit, von dem Werkstück W getrennt zu werden, wodurch bewirkt wird, dass die Druckbeaufschlagungskraft abnimmt. Wie in 3 zu erkennen ist, nimmt die Druckbeaufschlagungskraft im Laufe der Zeit linear ab und die Druckbeaufschlagungskraft wird zu einem Zeitpunkt T7 zu null, wodurch der Druckabbauarbeitsvorgang abgeschlossen wird. Dies ist ein Abschluss des mechanischen Fügevorgangs in einer Verarbeitungsposition auf dem Werkstück W. In einem Zeitbereich T8 wird angenommen, dass das Werkzeug T zu einer nächsten Absenkposition auf dem Werkstück W bewegt wurde, oder wird angenommen, dass das Werkstück W ausgetauscht wurde.
Wenn die Spitzenposition des Werkzeugs T in einem Bereich ab dem Zeitpunkt T3 bis zu dem Zeitpunkt T4 abgelenkt wird, ist es in den herkömmlichen Techniken erforderlich, eine Kraft, die größer als eine maximale statische Reibungskraft zwischen einer Oberfläche des Werkstücks W und einer Oberfläche des Werkzeugs T, das damit in Kontakt gebracht wird, in einer Richtung auszuüben, die entgegengesetzt zu der Richtung der Positionsablenkung ist.
Um eine derartige Situation zu meistern, berechnet die Korrekturumfangsberechnungseinheit 11 in der vorliegenden Ausführungsform einen Korrekturumfang zum Korrigieren einer Ablenkung der Spitzenposition des Werkzeugs aufgrund einer auf das Werkzeug T ausgeübten externen Kraft. Dann erzeugt die Korrekturprofilerzeugungseinheit 12 ein Korrekturprofil auf der Basis eines Korrekturumfangs pro vorherbestimmtem Steuerzyklus.
4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Korrekturumfang und Zeit darstellt, und gibt ein Korrekturprofil an. Wie durch Vergleichen von 3 mit 4 zu erkennen ist, entspricht das Korrekturprofil im Wesentlichen der Beziehung zwischen Druckbeaufschlagungskraft und Zeit, die in 3 dargestellt ist. Dann fügt die Robotersteuervorrichtung 10 auf der Basis des Korrekturumfangs des Korrekturprofils einen Korrekturumfang einem Betriebsbefehl pro vorherbestimmtem Steuerzyklus des Roboters R hinzu.
Hierin im Folgenden wird eine Beschreibung eines Verfahrens zur Berechnung eines Korrekturumfangs angegeben. 5 ist eine Seitenansicht des Roboters. Wie in 5 dargestellt, wird eine Federkonstante in einem Weltkoordinatensystem für den Roboter R als ein Federmodell vorherbestimmt. In 5 stellen Ks(θ1 bis θ6) jeweils eine Federkonstante um eine Achse Z herum in jeweiligen Achsen J1 bis J6 des Roboters R dar; Ks(α1 bis α6) stellen jeweils eine Federkonstante um eine Achse X herum in jeweiligen Achsen J1 bis J6 dar und Ks(β1 bis β6) stellen jeweils eine Federkonstante um eine Achse Y herum in jeweiligen Achsen J1 bis J6 dar. Zur Vereinfachung werden einige der Federkonstanten in 5 weggelassen.
Die Korrekturumfangsberechnungseinheit 11 berechnet einen Korrekturumfang (Δx, Δy, Δz) in der Spitzenposition des Werkzeugs T aus der folgenden Formel (1) auf der Basis der in 5 dargestellten Federkonstanten. Von einem derartigen Korrekturumfang wird angenommen, dass er pro vorherbestimmtem Steuerzyklus berechnet wird. $(Δ x, Δ y, Δ z) = f (ω, KRAFT, Ks)$
In der Formel (1) stellt ω eine derzeitige Position des Roboters R dar; KRAFT stellt eine zuvor bezeichnete externe Kraft dar und Ks stellt in 5 dargestellte Federkonstanten dar. Von der derzeitigen Position des Roboters R wird angenommen, dass sie von einem Geber (in der Zeichnung nicht dargestellt), der an dem Motor zum Antreiben jeder Achse des Roboters R vorgesehen ist, erfasst wird. Die externe Kraft wird später beschrieben.
Die Korrekturumfangsberechnungseinheit 11 berechnet ein Drehmoment, das auf jede der Achsen J1 bis J6 vor und nach der Druckbeaufschlagung angewendet wird, aus der zuvor bezeichneten externen Kraft und der derzeitigen Position des Roboters und multipliziert das Drehmoment mit den oben erwähnten Federkonstanten. Infolgedessen wird ein Korrekturumfang um jede der Achsen J1 bis J6 herum berechnet. Dann berechnet die Korrekturumfangsberechnungseinheit 11 eine Differenz zwischen einer Position, wenn eine Vorwärtsumstellung unter Berücksichtigung des Korrekturumfangs um jede Achse herum durchgeführt wird, und einer Position, wenn eine Vorwärtsumstellung ohne Berücksichtigung des Korrekturumfangs dort herum durchgeführt wird, als einen Korrekturumfang (Δx, Δy, Δz) in der Spitzenposition des Werkzeugs T aufgrund einer externen Kraft auf dem Weltkoordinatensystem.
Ein Umfang einer tatsächlichen Ablenkung in der Spitzenposition des Werkzeugs T wird von der Reibung zwischen der Oberfläche des Werkstücks W und der Oberfläche des Werkzeugs T, das damit in Kontakt gebracht wird, beeinflusst, ist jedoch im Wesentlichen proportional zu dem Drehmoment, das auf jede der Achsen J1 bis J6 vor und nach der Druckbeaufschlagung angewendet wird. Elemente, die von der Reibung aufgrund der Drehung des Werkzeugs T abhängig sind, und nichtlineare Charakteristika des Roboters R sind jedoch nicht proportional zur Druckbeaufschlagungskraft. Im Hinblick auf derartige Elemente, die nicht proportional zur Druckbeaufschlagungskraft sind, reicht es aus, diesen gerecht zu werden, indem eine Variable, die pro Verarbeitungsposition justierbar ist, der Formel (1) hinzugefügt wird.
Wenn eine Rückkopplungssteuerung durch einen sekundären Geber beim Steuern des Roboters R verwendet wird, können Einflüsse eines Rückschlags des Reduktionsgetriebes des Roboters R und einer nichtlinearen Komponente einer Leerlaufregion eliminiert werden. Die Rückkopplungssteuerung durch den sekundären Geber kann jedoch nicht das Verdrehen von Teilen, bei denen es sich nicht um die Region um das Reduktionsgetriebe (eine Region um die Achse Z herum in 5) herum handelt, und einen Verformungsumfang des Arms des Roboters R korrigieren. Somit können die Rückkopplungssteuerung durch den sekundären Geber und das oben beschriebene Federmodell in Kombination verwendet werden und in diesem Fall kann die Korrekturgenauigkeit für die Positionsablenkung der Werkzeugspitze verbessert werden.
Wenn die Korrekturprofilerzeugungseinheit 12 ein Korrekturprofil auf der Basis des Korrekturumfangs pro vorherbestimmtem Steuerzyklus, der von der Korrekturumfangsberechnungseinheit 11 berechnet wurde, erzeugt, werden die folgenden Elemente (a) bis (d) eingestellt:

(a) eine Verzögerungszeit ab der Ausgabe eines Druckbeaufschlagungsstartsignals zu dem Zeitpunkt T2 bis zu dem Start der Druckbeaufschlagung zu dem Zeitpunkt T3 (eine Druckbeaufschlagungsverzögerungszeit)
(b) eine Zeitkonstante ab dem Start der Druckbeaufschlagung zu dem Zeitpunkt T3 bis zum Erreichen einer Solldruckbeaufschlagungskraft zu dem Zeitpunkt T4 (eine Druckbeaufschlagungszeitkonstante)
(c) eine Verzögerungszeit ab der Ausgabe eines Druckabbaustartsignals zu dem Zeitpunkt T5 bis zu dem Start des Druckabbaus zu dem Zeitpunkt T6 (eine Druckabbauverzögerungszeit)
(d) eine Zeitkonstante ab dem Start des Druckabbaus zu dem Zeitpunkt T6 bis zu dem Abschluss des Druckabbaus zu dem Zeitpunkt T7 (eine Druckabbauzeitkonstante)

Die Korrekturprofilerzeugungseinheit 12 erzeugt im Voraus ein Korrekturprofil aus dem Korrekturumfang pro vorherbestimmtem Steuerzyklus und fügt ab dem Zeitpunkt T2 bis zu dem Zeitpunkt T7 in 5 den Korrekturumfang einem Betriebsbefehl pro vorherbestimmtem Steuerzyklus des Roboters R hinzu, um diesen einem Servomotor jeder der Achsen J1 bis J6 des Roboters R zuzuführen. In diesem Fall wird angenommen, dass die oben beschriebenen Elemente (a) bis (d) berücksichtigt werden.
Wie hierin oben beschrieben, wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Korrekturumfang in den Betriebsbefehl des Roboters auf der Basis des zuvor erzeugten Korrekturprofils eingegeben. Dadurch kann der Roboter derart gesteuert werden, dass die Spitzenposition des Werkzeugs T nicht abgelenkt wird. Dementsprechend kann eine Positionsablenkung der Werkzeugspitze leicht korrigiert werden.
Somit bewirkt die vorliegende Ausführungsform keine Ablenkung der Verarbeitungsposition auf dem Werkstück W, wie durch die Strichlinie in 2 angezeigt. Infolgedessen können das erste und das zweite Metallelement W1 und W2 vorteilhaft mechanisch zusammengefügt werden. Darüber hinaus muss die vorliegende Ausführungsform keine Komponente zum Befestigen des Werkzeugs T und des Werkstücks W miteinander verwenden, so dass der mechanische Fügevorgang in der einfachen Struktur durchgeführt werden kann.
Zu dem Zeitpunkt T4 in 5 kann eine Überschwingung der Druckbeaufschlagungskraft manchmal auftreten; manchmal können mehrere unterschiedliche Solldruckbeaufschlagungskräfte existieren. In einem derartigen Fall reicht es aus, Variablen zu erhöhen, die für das Korrekturprofil eingestellt werden, wodurch die Positionsablenkung der Werkzeugspitze genauer korrigiert werden kann.
Wenn ein Druckaufbeschlagungsarbeitsvorgang durch Antreiben des Roboters R durchgeführt wird, kann es manchmal in der Zwischenzeit vorkommen, dass der aktuelle Wert des Motors vor der Druckbeaufschlagung beispielsweise zu dem Zeitpunkt T2 negativ ist und der aktuelle Wert des Motors nach der Druckbeaufschlagung beispielsweise zu dem Zeitpunkt T4 sich auf positiv ändert. In einem derartigen Fall gibt es aufgrund der Umkehr des Motors einen Einfluss eines Rückschlags, wodurch eine Situation bewirkt wird, in der eine Unterdeckung des Korrekturumfangs vorliegt.
Dementsprechend bestimmt die Umkehrbestimmungseinheit 13 vorzugsweise, ob das Vorzeichen des aktuellen Werts des Motors sich vor und nach dem Druckbeaufschlagungsarbeitsvorgang ändert. Wenn das Vorzeichen sich ändert, wird dann ein Rückschlagskorrekturumfang, der von der Rückschlagskorrekturumfangsberechnungseinheit 14 berechnet wurde, dem Korrekturumfang, der von der Korrekturumfangseinheit 11 berechnet wurde, hinzugefügt.
6 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Korrekturumfang und aktuellem Wert des Motors darstellt. Wenn der aktuelle Wert sich von negativ in positiv ändert, wird in 6 ein Rückschlagskorrekturumfang dem Korrekturumfang hinzugefügt. Infolgedessen nimmt der Korrekturumfang wesentlich zu, wenn der aktuelle Wert sich von negativ in positiv ändert. Dadurch ist zu erkennen, dass die Unterdeckung des Korrekturumfangs für die Spitzenposition des Werkzeugs T ausgeglichen werden kann und die Spitzenposition davon genau korrigiert werden kann.
Der Rückschlagskorrekturumfang, der von der Rückschlagskorrekturumfangsberechnungseinheit 14 berechnet wurde, kann gleichzeitig bei der Kalibrierung der Federkonstanten für das in 5 dargestellte Federmodell identifiziert werden. Alternativ dazu kann die Leerlaufregion durch eine nichtlineare Funktion approximiert werden und bei der Kalibrierung der Federkonstanten des in 5 dargestellten Federmodells kann eine Konstante der Funktion gleichzeitig identifiziert werden, um einen Leerlaufumfang zu erhalten. Darüber hinaus kann ein bekannter Wert als der Rückschlagskorrekturumfang verwendet werden.
7 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen auf das Werkzeug ausgeübter externer Kraft und aktuellem Wert des Motors darstellt. Wie in 7 dargestellt, befinden sich eine auf das Werkzeug ausgeübte externe Kraft und der aktuelle Wert des Motors im Wesentlichen in einer linearen Beziehung. Dann ist in 7 ein Bereich ab einem aktuellen Wert vor dem Zeitpunkt T3 bis zu einem aktuellen Wert nach dem Zeitpunkt T3, beispielsweise ein aktueller Wert zu dem Zeitpunkt T5, dargestellt. Dann entspricht eine Ablenkung zwischen einer externen Kraft, die dem aktuellen Wert vor dem Zeitpunkt T3 entspricht, und einer externen Kraft, die dem aktuellen Wert nach dem Zeitpunkt T3 entspricht, einer externen Kraft, die von der Korrekturumfangsberechnungseinheit 11 berechnet wurde.
Die Beziehung zwischen einer derartigen auf das Werkzeug ausgeübten externen Kraft und einem aktuellen Wert des Motors wird zuvor in der Form einer Karte oder Tabelle in der Speichereinheit 15 gespeichert. Um einige Variable des Korrekturprofils zu bestimmen, wird dann der Roboter R angetrieben, um einen Druckbeaufschlagungsarbeitsvorgang in einem Zustand ohne Korrektur durchzuführen. In diesem Fall erfasst die externe Kraftberechnungseinheit 16 einen aktuellen Wert jedes Motors der Achsen J1 bis J6.
Dann bezieht sich die externe Kraftberechnungseinheit 16 auf die Karte oder Tabelle, die in der Speichereinheit 15 gespeichert ist, um eine externe Kraft zu berechnen, die dem erfassten aktuellen Wert jedes Motors entspricht. In diesem Fall ist es bevorzugt, einen aktuellen Wert mit einem maximalen Änderungsumfang vor und nach dem Druckbeaufschlagungsarbeitsvorgang zu übernehmen. Danach kann die Korrekturumfangsberechnungseinheit 11 einen Korrekturumfang unter Verwendung der berechneten externen Kraft berechnen und die Korrekturprofilerzeugungseinheit 12 kann ein Korrekturprofil unter Verwendung des berechneten Korrekturumfangs erzeugen. In einem derartigen Fall kann eine externe Kraft, die von der Korrekturumfangsberechnungseinheit 11 verwendet wird, unter Verwendung der Beziehung zwischen externer Kraft und aktuellem Wert des Motors, die in der Speichereinheit 15 gespeichert ist, automatisch eingestellt werden.
Beim Durchführen des Druckbeaufschlagungsarbeitsvorgangs durch Antreiben des Roboters R kann der aktuelle Wert des Motors vom Starten des Drückens des Werkzeugs T gegen das Werkstück W bis zum vollständigen Trennen des Werkzeugs T von dem Werkstück W in einer Zeitreihe in der Zeitreihenspeichereinheit 17 gespeichert werden. 8 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen so gespeichertem aktuellem Wert und Zeit und eine Beziehung zwischen Korrekturumfang und Zeit angibt. Von 8 wird angenommen, dass sie einen Zeitbereich angibt, der dem Bereich ab dem Zeitpunkt T2 bis zu dem Zeitpunkt T7 in 3 entspricht. Aus dem so in einer Zeitreihe gespeicherten aktuellen Wert des Motors können Variable, die zum Erzeugen eines Korrekturprofils erforderlich sind, automatisch eingestellt werden. Dann kann ein Korrekturprofil in demselben Verfahren wie oben beschrieben erzeugt werden.
Wenn der gespeicherte aktuelle Wert des Motors eine Verzögerung aufgrund einer Rückkopplung umfasst, werden eine Druckbeaufschlagungsverzögerungszeit, eine Druckabbauverzögerungszeit und dergleichen unter Berücksichtigung der Verzögerung eingestellt. Anstelle des aktuellen Werts des Motors kann ein Ablenkungsumfang des Motors gespeichert werden.
Wie in 8 dargestellt, wurde der aktuelle Wert nach dem Zeitpunkt T4 überschwungen und wurde außerdem vor dem Zeitpunkt T6 unterschwungen. Dementsprechend kann die externe Kraftberechnungseinheit 16 eine externe Kraft genauer berechnen. Wie aus 8 zu erkennen ist, umfasst ein Korrekturumfang, der auf der Basis einer derartigen externen Kraft erzeugt wird, Umfänge, die der Überschwingung und der Unterschwingung entsprechen. Es wird somit offensichtlich sein, dass ein noch genauerer Korrekturumfang berechnet werden kann. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Roboter R dieselbe Arbeit wiederholt durchführt.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
In dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Korrekturumfang in einen Betriebsbefehl des Roboters auf der Basis eines zuvor erzeugten Korrekturprofils eingegeben. Somit kann eine Positionsablenkung der Werkzeugspitze einfach korrigiert werden, ohne eine spezifische Komponente zu verwenden.
In dem zweiten Aspekt der Erfindung kann ein Korrekturumfang zu einer Zeit, wenn das Drücken des Werkzeugs gegen das Werkstück gestartet wird, genau erhalten werden.
In dem dritten Aspekt der Erfindung kann ein Korrekturumfang zu einer Zeit, wenn das Trennen des Werkzeugs von dem Werkstück gestartet wird, genau erhalten werden.
In dem vierten Aspekt der Erfindung kann eine Unterdeckung des Korrekturumfangs ausgeglichen werden, indem ein Rückschlagskorrekturumfang hinzugefügt wird, wodurch ermöglicht wird, dass die Spitzenposition des Werkzeugs genauer korrigiert wird. Der an dem Roboter oder dem Werkzeug vorgesehene Motor kann ein beliebiger des Motors jeder Achse des Roboters, des Motors zum Drehen des Werkzeugs oder des Motors zum Bringen des Werkzeugs nahe zu dem Werkstück oder Trennen dieses davon sein.
In dem fünften Aspekt der Erfindung kann eine externe Kraft, die von der Korrekturumfangsberechnungseinheit verwendet wird, unter Verwendung der Beziehung zwischen externer Kraft und aktuellem Wert, die in der Speichereinheit gespeichert ist, automatisch eingestellt werden. Die Speichereinheit speichert vorzugsweise eine Karte oder Tabelle der Beziehung zwischen externer Kraft und aktuellem Wert des Motors.
In dem sechsten Aspekt der Erfindung ermöglicht die Verwendung des aktuellen Werts des Motors, der tatsächlich durch Betreiben des Roboters aufgezeichnet wurde, eine genauere Berechnung einer externen Kraft. Somit kann ein noch genauerer Korrekturumfang berechnet werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Roboter dieselbe Arbeit wiederholt durchführt.

Claims

Robotersteuervorrichtung (10) zum Steuern eines Roboters (R), der seine Arbeit durch Drücken eines Werkzeugs (T), das an einer Spitze des Roboters (R) angebracht ist, gegen ein Werkstück (W) ausführt, wobei die Robotersteuervorrichtung (10) Folgendes umfasst: eine Korrekturumfangsberechnungseinheit (11), die einen Korrekturumfang zum Korrigieren einer Ablenkung einer Spitzenposition des Werkzeugs (T) aufgrund einer auf das Werkzeug (T) ausgeübten externen Kraft berechnet; und eine Korrekturprofilerzeugungseinheit (12), die ein Korrekturprofil erzeugt, das eine Beziehung zwischen dem Korrekturumfang, der von der Korrekturumfangsberechnungseinheit (11) berechnet wurde, und der Zeit angibt; wobei der Korrekturumfang einem Betriebsbefehl des Roboters (R) auf Grundlage des vorab von der Korrekturprofilerzeugungseinheit (12) erzeugten Korrekturprofils hinzugefügt wird.
Robotersteuervorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei, wenn das Drücken des Werkzeugs (T) gegen das Werkstück (W) gestartet wird und die auf das Werkzeug (T) ausgeübte externe Kraft zunimmt, die Korrekturprofilerzeugungseinheit (12) das Korrekturprofil erzeugt, um den Korrekturumfang zu erhöhen.
Robotersteuervorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei, wenn das Trennen des Werkzeugs (T) von dem Werkstück (W) gestartet wird und die auf das Werkzeug (T) ausgeübte externe Kraft abnimmt, die Korrekturprofilerzeugungseinheit (12) das Korrekturprofil erzeugt, um den Korrekturumfang zu verringern.
Robotersteuervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die weiterhin Folgendes umfasst: eine Umkehrbestimmungseinheit (13), die auf der Basis eines aktuellen Werts eines Motors (M), der an dem Roboter (R) oder dem Werkzeug (T) vorgesehen ist, bestimmt, ob der Motor (M) umgekehrt wurde; und eine Rückschlagskorrekturumfangsberechnungseinheit (14), die, wenn die Umkehrbestimmungseinheit (13) bestimmt, dass der Motor (M) umgekehrt wurde, einen Rückschlagskorrekturumfang zum Korrigieren einer Ablenkung der Spitzenposition des Werkzeugs (T) aufgrund eines Rückschlags berechnet, um diesen dem Korrekturumfang, der von der Korrekturumfangsberechnungseinheit (11) berechnet wurde, hinzuzufügen.
Robotersteuervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die weiterhin Folgendes umfasst: eine Speichereinheit (15), die eine Beziehung zwischen dem aktuellen Wert des Motors (M), der an dem Roboter (R) oder dem Werkzeug (T) vorgesehen ist, und der auf das Werkzeug (T) ausgeübten externen Kraft speichert; und eine externe Kraftberechnungseinheit (16), die die externe Kraft auf der Basis der in der Speichereinheit (15) gespeicherten Beziehung und des aktuellen Werts des Motors (M) berechnet.
Robotersteuervorrichtung (10) nach Anspruch 5, die weiterhin Folgendes umfasst: eine Zeitreihenspeichereinheit (17), die den aktuellen Wert des Motors (M) in einer Zeitreihe vom Starten des Drückens des Werkzeugs (T) gegen das Werkstück (W) bis zum vollständigen Trennen des Werkzeugs (T) von dem Werkstück (W) speichert, und wobei die externe Kraftberechnungseinheit (16) die externe Kraft auf der Basis der in der Speichereinheit (15) gespeicherten Beziehung und des in der Zeitreihenspeichereinheit (17) gespeicherten aktuellen Werts des Motors (M) berechnet.
Robotersteuervorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Korrekturumfang derart berechnet wird, dass die auf das Werkstück (W) ausgeübte externe Kraft kleiner wird als eine maximale statische Reibungskraft zwischen dem Werkstück (W) und dem Werkzeug (T).