DE102015013496B4

DE102015013496B4 - System, Roboter und Robotersystem zum Erkennen von auf einen Roboter einwirkender Last

Info

Publication number: DE102015013496B4
Application number: DE102015013496.5A
Authority: DE
Inventors: Kazutaka Nakayama; Takatoshi Iwayama
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-10-23
Filing date: 2015-10-16
Publication date: 2022-01-20
Anticipated expiration: 2035-10-17
Also published as: JP5980877B2; JP2016083710A; US20160114484A1; CN110370281A; US9946248B2; CN110370281B; DE102015013496A1; CN105538308A

Abstract

System (50) zum Erkennen einer auf einen Roboter (12) einwirkenden Last, umfassend:
einen Kraftsensor (52), umfassend einen Erkennungsteil (56), der eine Last in einer Richtung erkennt, wobei der Erkennungsteil ein erstes einachsiges Erkennungselement (58) und ein zweites einachsiges Erkennungselement (60) umfasst;
zwei unterschiedliche Leitungen (L1, L2), wobei das erste Erkennungselement eine erste der zwei unterschiedlichen Leitungen für ein Senden eines ersten Erkennungswerts verwendet und das zweite Erkennungselement eine zweite der zwei unterschiedlichen Leitungen für ein Senden eines zweiten Erkennungswerts verwendet;1 (Siehe Beschreibung, Seite 10, Abs. 3; Seite 14, Abs. 3; Seite 15 Abs. 7 bis Seite 16 Abs. 1; Fig. 1 und Fig. 2) und
einen Fehlfunktions-Beurteilungsteil (54), der beurteilt, ob sich der vom ersten Erkennungselement erkannte erste Erkennungswert und der vom zweiten Erkennungselement erkannte zweite Erkennungswert unterscheiden, und der beurteilt, dass das erste Erkennungselement oder das zweite Erkennungselement eine Fehlfunktion aufweist, wenn sich der erste Erkennungswert und der zweite Erkennungswert unterscheiden.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein System zum Erkennen einer Last, die auf einen Roboter einwirkt, einen Roboter und ein Robotersystem.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Stand der Technik ist die Praxis des Anbringens eines Kraftsensors an einem Roboterarm und das Verwenden des Kraftsensors zum Erkennen einer Last, die auf den Roboterarm einwirkt (siehe beispielsweise Japanische Patentliteratur JP 2006 - 21 287 A und Japanische Patentliteratur JP 2006 - 275 650 A ).
Die Druckschrift US 3 427 875 A offenbart verschiedene Ausführungsformen eines Kraftsensors, welcher zur Erfassung einer auf ihn einwirkenden Last geeignet ist. Der Kraftsensor kann hierbei mehrere Erkennungselemente aufweisen.
Die Druckschrift US 5 648 617 A offenbart einen einachsigen Kraftsensor, der zur Erfassung einer auf ihn einwirkenden Last geeignet ist, wobei der offenbarte Kraftsensor hierzu zwei Erkennungselemente aufweist.
Die Druckschrift DE 10 2012 006 629 A1 betrifft ein Robotersystem mit einer Fehlererfassungsfunktion und ein entsprechendes Verfahren. Das Robotersystem weist hierzu Kraftsensoren auf, deren Erfassungswerte durch das Robotersystem miteinander verglichen werden. Abhängig von diesem Vergleichen kann das Robotersystem das Vorhandensein eines Fehlers feststellen.
Die Druckschrift US 5 315 882 A betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer einwirkenden Last, wobei die Last jeweils entlang von drei zueinander orthogonalen Raumachsen bestimmt werden kann. Ferner eignet sich die Vorrichtung gleichzeitig zur Bestimmung eines Drehmoments, um drei jeweils zueinander orthogonale Drehachsen.
Weiter offenbart auch die Druckschrift US 4 094 192 A einen Kraftsensor, der dazu eingerichtet ist, Kräfte bzw. Drehmomente entlang von sechs Freiheitsgraden zu erfassen.
Die Druckschrift US 3 956 930 A betrifft eine Messvorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments und/oder einer Last, wobei die offenbarte Vorrichtung insbesondere für eine Verwendung in einem Antriebsstrang eines Automobils geeignet ist.
Die Druckschrift US 4 488 441 A offenbart eine Messvorrichtung zur Bestimmung von zueinander senkrecht wirkenden Kräften, wobei die Vorrichtung insbesondere für eine Verwendung in einem Arm eines Roboters geeignet ist.
Ferner offenbart auch die Druckschrift US 3 618 376 A eine Messvorrichtung zur multiaxialen Erfassung von Lasten bzw. Kräften, insbesondere von auf eine Lenksäule eines Autos wirkenden Lasten bzw. Kräften.
Es besteht ein wachsender Bedarf nach einem sogenannten „kollaborativen Roboter“, der mit einem Menschen am gleichen Arbeitsplatz zusammenarbeitet. Solch ein Roboter ist zum Stoppen des Betriebs in einem Notfall ausgebildet, wenn ein Kontakt mit einer Arbeitskraft erkannt wird, um die Sicherheit der Arbeitskraft zu gewährleisten. Ziel bisher war bereits eine größere Zuverlässigkeit eines derartigen Not-Aus-Betriebs.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein System zum Erkennen einer auf einen Roboter einwirkenden Kraft einen Kraftsensor. Der Kraftsensor umfasst einen Erkennungsteil, der eine Last in einer Richtung erkennt. Der Erkennungsteil umfasst ein erstes Erkennungselement und ein zweites Erkennungselement. Das System umfasst ferner zwei unterschiedliche Leitungen, wobei das erste Erkennungselement eine erste der zwei unterschiedlichen Leitungen für ein Senden eines ersten Erkennungswerts verwendet und das zweite Erkennungselement eine zweite der zwei unterschiedlichen Leitungen für ein Senden eines zweiten Erkennungswerts verwendet.
Ferner umfasst das System einen Fehlfunktions-Beurteilungsteil, der beurteilt, ob sich der vom ersten Erkennungselement erkannte erste Erkennungswert und der vom zweiten Erkennungselement erkannte zweite Erkennungswert unterscheiden, und beurteilt, ob das erste Erkennungselement oder das zweite Erkennungselement eine Fehlfunktion aufweisen, wenn sich der erste Erkennungswert und der zweite Erkennungswert unterscheiden.
Der Fehlfunktions-Beurteilungsteil kann eine Differenz zwischen dem ersten Erkennungswert und dem zweiten Erkennungswert berechnen und kann beurteilen, dass sich der erste Erkennungswert und der zweite Erkennungswert unterscheiden, wenn die Differenz einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Der Fehlfunktions-Beurteilungsteil kann eine Differenz zwischen einer ersten Kraft, die aus dem ersten Erkennungswert berechnet wird, und einer zweiten Kraft, die aus dem zweiten Erkennungswert berechnet wird, berechnen und kann beurteilen, dass sich der erste Erkennungswert und der zweite Erkennungswert unterscheiden, wenn die Differenz einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Das erste Erkennungselement und das zweite Erkennungselement können so angeordnet sein, dass sie miteinander ausgerichtet sind. Das erste Erkennungselement kann ein Erkennungselement eines Typs sein, der sich von dem des zweiten Erkennungselements unterscheidet.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Roboter einen Roboterarm und das zuvor genannte System. Der Kraftsensor ist am Roboterarm angebracht. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Robotersystem einen Roboter und einen Controller, der den Roboter steuert. Der Controller stoppt den Betrieb des Roboters, wenn der Fehlfunktions-Erkennungsteil beurteilt, dass das erste Erkennungselement oder das zweite Erkennungselement eine Fehlfunktion aufweist.
Figurenliste
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden anhand der folgenden bevorzugten Ausführungsformen in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Robotersystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Robotersystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht des in 2 dargestellten Kraftsensors.
4 zeigt eine Ansicht des in 3 dargestellten Kraftsensors in einer vom Pfeil IV in 3 angegebenen Richtung.
5 zeigt eine vergrößerte Teilansicht des in 3 dargestellten Kraftsensors.
6 zeigt eine vergrößerte Teilansicht eines Kraftsensors gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und entspricht 5.
7 zeigt ein Fließbild eines Gefahrenvermeidungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung ausführlich in Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Zunächst wird in Bezug auf 1 ein Robotersystem 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert. Das Robotersystem 10 umfasst einen Roboter 12 und einen Controller 14, der den Roboter 12 steuert.
Der Controller 14 steuert jede der Komponenten des Roboters 12 direkt oder indirekt. Der Roboter 12 umfasst eine Befestigungsplatte 16, ein Roboterpodest 18, eine Drehtrommel 20, einen Roboterarm 22, eine Roboterhand 24 und ein System 50.
Die Befestigungsplatte 16 ist an einem Boden (nicht dargestellt) einer Arbeitszelle befestigt. Das Roboterpodest 18 ist oberhalb von der Befestigungsplatte 16 angeordnet und in Bezug auf die Befestigungsplatte 16 befestigt. Die Drehtrommel 20 ist am Roboterpodest 18 angebracht, um um eine vertikale Achse schwenken zu können.
Der Roboterarm 22 umfasst einen mit der Drehtrommel 20 über eine erste Drehachse 27 verbundenen hinteren Arm 26 und einen am oberen Arm 26 über eine zweite Drehachse 28 angebrachten vorderen Arm 30. Die Roboterhand 24 ist am distalen Ende des vorderen Arms 30 über ein Handgelenk 32 angebracht. Die Roboterhand 24 greift ein Werkstück W und lässt dieses los.
Das System 50 gemäß dieser Ausführungsform erkennt eine auf den Roboterarm 22 einwirkende Last. Das System 50 umfasst einen Kraftsensor 52 und einen Fehlfunktions-Erkennungsteil 54. In dieser Ausführungsform ist der Kraftsensor 52 zwischen der Befestigungsplatte 16 und dem Roboterpodest 18 angeordnet.
Der Kraftsensor 52 umfasst einen Erkennungsteil 56, der eine Last in einer Richtung erkennen kann. In dieser Ausführungsform kann der Erkennungsteil 56 eine Last in der horizontalen Richtung erkennen. Der Erkennungsteil 56 umfasst ein Paar aus einem ersten Erkennungselement 58 und einem zweiten Erkennungselement 60.
Das erste Erkennungselement 58 und das zweite Erkennungselement 60 sind in Positionen angeordnet, in denen das erste Erkennungselement 58 und das zweite Erkennungselement 60 Erkennungswerte erfassen können, die im Wesentlichen gleich sind. Hier ist der in dieser Beschreibung beschriebene „Erkennungswert“ als beispielsweise ein von einem Erkennungselement ausgegebenes elektrisches Signal, eine Dehnungsmenge oder Wegmenge, die aus dem elektrischen Signal ermittelt werden kann, oder jede andere vom Erkennungselement ausgegebene Information definiert.
Ferner entspricht ein Fall, bei dem zwei Erkennungswerte „im Wesentlichen gleich sind“ einem Fall, bei dem beide Vorzeichen („+“ oder „-“) und Absolutwerte dieser Erkennungswerte übereinstimmen, einem Fall, bei dem die Absolutwerte dieser Erkennungswerte übereinstimmen, während sich die Vorzeichen unterscheiden, oder einem Fall, bei dem ein Erkennungswert ein durch Multiplizieren des anderen Erkennungswerts mit einem vorgegebenen Koeffizienten erzielter Wert wird, usw. In dieser Ausführungsform sind das erste Erkennungselement 58 und das zweite Erkennungselement 60 am gleichen Teil des Kraftsensors 52 angeordnet, so dass sie miteinander ausgerichtet sind.
Das erste Erkennungselement 58 und das zweite Erkennungselement 60 können beispielsweise aus einem Dehnungsmesser wie einem Halbleiter-Dehnungsmesser oder einem Metallfolien-Dehnungsmesser, einem Laserwegmesser oder einem elektrostatischen Kapazitätswegmesser, einem Näherungssensor oder einem Opto-Sensor usw. bestehen. Beispielsweise sind beim Anordnen von einachsigen Dehnungsmessern, so dass diese miteinander ausgerichtet sind, das erste Erkennungselement 58 (beispielsweise ein Halbleiter-Dehnungsmesser) und das zweite Erkennungselement 60 (beispielsweise ein Halbleiter-Dehnungsmesser) so angeordnet, dass sie parallel zueinander sind.
Es ist darauf hinzuweisen, dass in dieser Ausführungsform das erste Erkennungselement 58 und das zweite Erkennungselement 60 die gleichen Typen von Erkennungselementen aufweisen. Das erste Erkennungselement 58 und das zweite Erkennungselement 60 können aber auch unterschiedliche Typen von Erkennungselementen aufweisen. Insbesondere kann das erste Erkennungselement 58 aus einem Halbleiter-Dehnungsmesser bestehen, während das zweite Erkennungselement 60 aus einem Metallfolien-Dehnungsmesser bestehen kann.
Das erste Erkennungselement 58 und das zweite Erkennungselement 60 sind so angeordnet, dass sie eine Last in horizontaler Richtung erkennen. Das erste Erkennungselement 58 ist mit dem Controller 14 über eine Leitung L₁ verbunden. Es ist darauf hinzuweisen, dass das erste Erkennungselement 58 und das zweite Erkennungselement 60 so angeordnet sein können, dass sie eine Last in jeder anderen Richtung als die horizontale Richtung erkennen können.
Andererseits ist das zweite Erkennungselement 60 mit dem Controller 14 über eine Leitung L₂, die sich von der Leitung L₁ unterscheidet, verbunden. Auf diese Weise senden das erste Erkennungselement 58 und das zweite Erkennungselement 60 die ermittelten Erkennungswerte an den Controller 14 über jeweils unterschiedliche Leitungen.
Nachfolgend wird der Betrieb des Robotersystems 10 gemäß dieser Ausführungsform erläutert. Beim Ausführen eines Prozesses am Werkstück W betätigt der Controller 14 den Roboterarm 22, so dass die Roboterhand 24 bewegt wird und das Werkstück W von der Roboterhand 24 ergriffen und losgelassen wird.
Während des Betriebs des Roboters 12 empfängt der Controller 14 den ersten Erkennungswert vom ersten Erkennungselement 58 und den zweiten Erkennungswert vom zweiten Erkennungselement 60 beispielsweise jeweils in einem konstanten Zeitraum T. Der Controller 14 berechnet die auf den Roboterarm 22 einwirkende Kraft auf Basis der vom Kraftsensor 52 empfangenen Erkennungswerte.
Gegebenenfalls hat der Roboterarm 22 oder die Roboterhand 24 Kontakt mit der Arbeitskraft A, die in der gleichen Arbeitszelle arbeitet. Wenn der Roboterarm 22 usw. Kontakt mit der Arbeitskraft A hat, variiert der vom Kraftsensor 52 ermittelte Erkennungswert ungewöhnlich abweichend zur Zeit des Normalbetriebs.
Beim Erkennen solch einer ungewöhnlichen Variation des Erkennungswerts führt der Controller 14 einen Gefahrenvermeidungsvorgang durch, um den Betrieb des Roboters 12 zu stoppen oder den Roboterarm 22 in eine Richtung weg von der Arbeitskraft A zu bewegen.
In dieser Ausführungsform kann das System 50 eine Fehlfunktion des Kraftsensors 52 erkennen, um die Zuverlässigkeit des Gefahrenvermeidungsvorgangs zu verbessern. Insbesondere beurteilt der Controller 14 während des Betriebs des Roboters 12, ob sich der vom ersten Erkennungselement 58 erkannte erste Erkennungswert und der vom zweiten Erkennungselement 60 erkannte zweite Erkennungswert unterscheiden.
Beispielsweise berechnet der Controller 14 eine Differenz δ_S1=S_1-2-S_1-1 zwischen dem ersten Erkennungswert S_1-1, der vom ersten Erkennungselement 58 zu einem bestimmten Zeitpunkt τ₁ erfasst wird, und dem ersten Erkennungswert S_1-2, der vom ersten Erkennungselement 58 zu einem Zeitpunkt τ₂ nach dem Verstreichen eines Zeitraums T ab dem Zeitpunkt τ₁ erfasst wird.
Die Differenz δ_S1=S_1-2-S_1-1 kann beispielsweise eine Differenz zwischen Spannungen der vom ersten Erkennungselement 58 ausgegebenen elektrischen Signale sein. Alternativ kann die Differenz δ_S1=S_1-2-S_1-1 eine Differenz zwischen Dehnungsmengen (Wegmenge), die auf der Basis des vom ersten Erkennungselement 58 ausgegebenen Signals ermittelt werden, sein.
Andererseits berechnet der Controller 14 eine Differenz δ_S2=S_2-2-S_2-1 zwischen dem zweiten Erkennungswert S_2-1, der vom zweiten Erkennungselement 60 zum Zeitpunkt τ₁ erfasst wird, und dem zweiten Erkennungswert S_2-2, der vom zweiten Erkennungselement 60 zum Zeitpunkt τ₂ erfasst wird.
Anschließend berechnet der Controller 14 eine Differenz Δ1=δ_S1-δ_S2 als die Differenz zwischen dem ersten Erkennungswert und dem zweiten Erkennungswert. Hier sind wie zuvor erläutert das erste Erkennungselement 58 und das zweite Erkennungselement 60 so angeordnet, dass sie Erkennungswerte (das heißt Dehnungsmengen, Wegmengen usw.) erfassen können, die im Wesentlichen gleich sind.
Wenn somit sowohl das erste Erkennungselement 58 als auch das zweite Erkennungselement 60 normal funktionieren, sind erster Erkennungswert und zweiter Erkennungswert im Wesentlichen gleich, so dass die zuvor genannte Differenz Δ₁ ein relativ kleiner Wert sein sollte.
Wenn hingegen die Differenz Δ₁ ein außergewöhnlich großer Wert ist, unterscheiden sich der erste Erkennungswert und der zweite Erkennungswerte erheblich voneinander. In diesem Fall ist davon auszugehen, dass das erste Erkennungselement 58 oder das zweite Erkennungselement 60 gegebenenfalls defekt ist und somit eine Fehlfunktion aufweist.
In dieser Ausführungsform beurteilt der Controller 14, dass sich der erste Erkennungswert und der zweite Erkennungswert unterscheiden, wenn die Differenz Δ₁ einen vorgegebenen Schwellenwert α₁ überschreitet (das heißt |Δ₁|>α₁), und somit beurteilt dieser, dass das erste Erkennungselement 58 oder das zweite Erkennungselement 60 eine Fehlfunktion aufweist.
In einem weiteren Beispiel berechnet der Controller 14 zum Beurteilen der Fehlfunktion des ersten Erkennungselements 58 oder zweiten Erkennungselements 60 eine Differenz Δ₂=S_1-1-S_2-1 zwischen dem ersten Erkennungswert S_1-1, der vom ersten Erkennungselement 58 zu einem bestimmten Zeitpunkt τ₁ erfasst wird, und dem zweiten Erkennungswert S_2-1, der vom zweiten Erkennungselement 60 zum Zeitpunkt τ₁ erfasst wird.
Anschließend beurteilt der Controller 14, dass sich der erste Erkennungswert und der zweite Erkennungswert unterscheiden, wenn die Differenz Δ₂ einen vorgegebenen Schwellenwert α₂ überschreitet (das heißt |Δ₂|>α₂), und somit beurteilt dieser, dass das erste Erkennungselement 58 oder das zweite Erkennungselement 60 eine Fehlfunktion aufweist.
In einem weiteren Beispiel vergleicht der Controller 14 den ersten Erkennungswert und den zweiten Erkennungswert mit einem anderen Referenzwert (beispielsweise einem berechneten Wert oder theoretischen Wert an dem Teil, an dem das erste Erkennungselement 58 und das zweite Erkennungselement 60 angeordnet sind), der vorab gespeichert wird.
Anschließend kann der Controller 14 beurteilen, ob der erste Erkennungswert und der zweite Erkennungswert in einem vorgegebenen zulässigen Bereich (beispielsweise einem Bereich des Referenzwerts ±0,1 %) für den Referenzwert (das heißt den berechneten Wert oder den theoretischen Wert) liegen, um die Fehlfunktion des ersten Erkennungselements 58 oder zweiten Erkennungselements 60 zu beurteilen.
Ferner kann in einem weiteren Beispiel der Controller 14 zum Beurteilen der Fehlfunktion des ersten Erkennungselements 58 oder zweiten Erkennungselements 60 eine Differenz zwischen einer aus dem ersten Erkennungswert berechneten ersten Kraft und einer aus dem zweiten Erkennungswert berechneten zweiten Kraft berechnen.
Insbesondere berechnet der Controller 14 die erste Kraft F_1-1 zum Zeitpunkt τ₁ durch Einfügen des ersten Erkennungswerts S_1-1, der vom ersten Erkennungselement 58 zum Zeitpunkt τ₁ erfasst wird, in die folgende Formel 1. $F_{1-1} = C_{1} S_{1 - 1}$
In der Formel 1 ist C₁ ein Kalibrierungskoeffizient, der durch Ermitteln einer Vielzahl von Ausgaben der Erkennungselemente 58, 60 für bekannte Lasten, das heißt eine Vielzahl von Beziehungen zwischen bekannten Werten für F und S, mit Experimenten und mit der Formel 1 sowie der Methode der kleinsten Quadrate ermittelt werden kann.
Entsprechend berechnet der Controller 14 die zweite Kraft F_2-1 zum Zeitpunkt τ₁ durch Einfügen des zweiten Erkennungswerts S_2-1, der vom zweiten Erkennungselement 60 zum Zeitpunkt τ₁ erfasst wird, in die folgende Formel 2. $F_{2-1} = C_{2} S_{2 - 1}$
In der Formel 2 ist C₂ ein Kalibrierungskoeffizient ähnlich dem Koeffizienten C₁, der durch experimentelle Methoden ermittelt werden kann. Anschließend berechnet der Controller 14 die Differenz Δ₃=F_1-1-F_2-1 zwischen der ersten Kraft F_1-1 und der zweiten Kraft F_2-1.
Dann kann der Controller 14 beurteilen, dass sich der erste Erkennungswert und der zweite Erkennungswert unterscheiden, wenn die Differenz Δ₃ einen vorgegebenen Schwellenwert α₃ überschreitet (das heißt |Δ₃|>α₃), und somit beurteilen, dass das erste Erkennungselement 58 oder das zweite Erkennungselement 60 eine Fehlfunktion aufweist.
In einem weiteren Beispiel setzt der Controller 14 den ersten Erkennungswert S_1-1, der vom ersten Erkennungselement 58 zum Zeitpunkt τ₁ ermittelt wird, in die Formel 1 ein, um die Kraft F_1-1 zum Zeitpunkt τ₁ zu berechnen.
Anschließend setzt der Controller 14 den ersten Erkennungswert S_1-2, der vom ersten Erkennungselement 58 zum Zeitpunkt τ₂ nach Verstreichen des Zeitraums T ab dem Zeitpunkt τ₁ ermittelt wird, in die folgende Formel 3 ein, um die Kraft F_1-2 zum Zeitpunkt τ₂ zu berechnen. $F_{1-2} = C_{1} S_{1 - 2}$
Dann berechnet der Controller 14 eine Differenz δ_F1=F_1-1-F_1-2 zwischen der Kraft F_1-1 und der Kraft F_1-2. Andererseits setzt der Controller 14 den zweiten Erkennungswert S_2-1, der vom zweiten Erkennungselement 60 zum Zeitpunkt τ₁ ermittelt wird, in die Formel 2 ein, um die Kraft F_2-1 zum Zeitpunkt τ₁ zu berechnen.
Anschließend setzt der Controller 14 den zweiten Erkennungswert S_2-2, der vom zweiten Erkennungselement 60 zum Zeitpunkt τ₂ ermittelt wird, in die folgende Formel 4 ein, um die Kraft F_2-2 zum Zeitpunkt τ₂ zu berechnen. $F_{2-2} = C_{2} S_{2 - 2}$
Dann berechnet der Controller 14 eine Differenz δ_F2=F_2-1-F_2-2 zwischen der Kraft F_2-1 und der Kraft F_2-2. Anschließend berechnet der Controller 14 eine Differenz Δ₄=δ_F1-δ_F2 zwischen der Differenz δ_F1 und der Differenz δ_F2. Dann beurteilt der Controller 14, dass sich der erste Erkennungswert und der zweite Erkennungswert unterscheiden, wenn die Differenz Δ₄ einen vorgegebenen Schwellenwert α₄ überschreitet (das heißt |Δ₄| >α₄), und somit beurteilt dieser, dass das erste Erkennungselement 58 oder das zweite Erkennungselement 60 eine Fehlfunktion aufweist.
Ferner kann in einem weiteren Beispiel der Controller 14 wenigstens zwei der Differenzen Δ₁, Δ₂, Δ₃ und Δ₄ parallel berechnen und beurteilen, ob wenigstens zwei der Differenzen Δ₁, Δ₂, Δ₃ und Δ₄ jeweils die entsprechenden Schwellenwerte α₁, α₂, α₃ oder α₄ für diese Differenzen überschreiten.
Beispielsweise berechnet der Controller 14 die Differenz Δ₁ und beurteilt, ob die Differenz Δ₁ den Schwellenwert α₁ überschreitet (das heißt ob |Δ₁|>α₁). Parallel hierzu berechnet der Controller 14 die Differenz Δ₄ und beurteilt, ob die Differenz Δ₄ den Schwellenwert α₄ überschreitet (das heißt ob |Δ₄| >α₄).
Dann kann der Controller 14 beurteilen, dass das erste Erkennungselement 58 oder das zweite Erkennungselement 60 eine Fehlfunktion aufweist, wenn die Differenz Δ₁ den Schwellenwert α₁ überschreitet oder wenn die Differenz Δ₄ den Schwellenwert α₄ überschreitet.
Somit hat in dieser Ausführungsform der Controller 14 eine Funktion des Fehlfunktions-Beurteilungsteils 54, der beurteilt, ob sich der erste Erkennungswert und der zweite Erkennungswert unterscheiden, und dadurch beurteilt, ob das erste Erkennungselement 58 oder das zweite Erkennungselement 60 eine Fehlfunktion aufweist. Beim Beurteilen durch die Funktion des Fehlfunktions-Beurteilungsteils 54, dass das erste Erkennungselement 58 oder das zweite Erkennungselement 60 eine Fehlfunktion aufweist, schaltet der Controller 14 den Betrieb des Roboters 12 auf Not-Aus.
Gemäß dieser Konfiguration kann der Controller 14 den Betrieb des Roboters 12 sofort stoppen, wenn eine Fehlfunktion des ersten Erkennungselements 58 oder zweiten Erkennungselements 60 erkannt wird. Entsprechend kann ein Unfall durch den Kontakt zwischen dem Roboterarm 22 und der Arbeitskraft A zuverlässiger verhindert werden.
Ferner besteht in dieser Ausführungsform der Erkennungsteil 56 zum Erkennen der Last in einer Richtung aus dem ersten Erkennungselement 58 und dem zweiten Erkennungselement 60 und es werden zwei unterschiedliche Leitungen zum Senden der ermittelten Erkennungswerte an den Controller 14 verwendet.
Gemäß dieser Konfiguration kann selbst dann, wenn das erste Erkennungselement 58 oder das zweite Erkennungselement 60 aus irgendeinem Grund eine Fehlfunktion aufweist, der Erkennungsteil 56 die Last in einer Richtung durch das andere Element von erstem Erkennungselement 58 und zweitem Erkennungselement 60 erkennen.
Das heißt selbst wenn das erste Erkennungselement 58 oder das zweite Erkennungselement 60 eine Fehlfunktion aufweist, kann der Kraftsensor 52 weiter funktionieren. Entsprechend kann der Controller 14 den Kontakt zwischen dem Roboterarm 22 und der Arbeitskraft A durch den Erkennungswert vom Kraftsensor 52 erkennen, so dass ein Unfall durch einen Kontakt zwischen dem Roboterarm 22 und der Arbeitskraft A zuverlässig verhindert werden kann.
Ferner weisen gemäß dieser Ausführungsform das erste Erkennungselement 58 und das zweite Erkennungselement 60 die gleichen Typen von Erkennungselement auf. Gemäß dieser Konfiguration kann genauer beurteilt werden, ob sich der erste Erkennungswert und der zweite Erkennungswert unterscheiden.
Es ist darauf hinzuweisen, dass wie zuvor erläutert das erste Erkennungselement 58 und das zweite Erkennungselement 60 auch verschiedene Typen von Erkennungselement aufweisen können. Gemäß dieser Konfiguration kann die Gefahr von gleichzeitigen Fehlfunktionen von erstem Erkennungselement 58 und zweitem Erkennungselement 60 verringert werden, wenn der Roboter 12 beispielsweise in einer rauen Umgebung verwendet wird.
Ferner wird in dieser Ausführungsform ein Fall erläutert, bei dem der Kraftsensor 52 zwischen der Befestigungsplatte 16 und dem Roboterpodest 18 angeordnet ist. Der Kraftsensor 52 kann aber auch an der ersten Drehachse 27 oder zweiten Drehachse 28 des Roboterarms 22 oder Handgelenks 32 angebracht sein. Ferner kann eine Vielzahl von Kraftsensoren 52 angeordnet sein.
Nachfolgend wird in Bezug auf 2 ein Robotersystem 70 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen Elemente, die den bereits genannten Ausführungsformen ähneln, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und auf eine ausführliche Erläuterung dieser verzichtet wird.
Das Robotersystem 70 umfasst einen Roboter 72 und einen Controller 74, der den Roboter 72 steuert. Der Roboter 72 umfasst die Befestigungsplatte 16, das Roboterpodest 18, die Drehtrommel 20, den Roboterarm 22, die Roboterhand 24 und ein System 90.
Das System 90 dieser Ausführungsform erkennt eine auf den Roboterarm 22 einwirkende Last ähnlich wie beim System 50. Das System 90 umfasst einen Kraftsensor 92 und einen Fehlfunktions-Erkennungsteil 94. In dieser Ausführungsform ist der Kraftsensor 92 zwischen der Befestigungsplatte 16 und dem Roboterpodest 18 angeordnet.
Nachfolgend wird in Bezug auf 3 bis 5 der Kraftsensor 92 gemäß dieser Ausführungsform erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass in der folgenden Erläuterung die axiale Richtung eine Richtung entlang der Achse O in 3 bezeichnet, die radiale Richtung eine radiale Richtung eines mittig um die Achse O angeordneten Kreises bezeichnet und die Umfangsrichtung eine Umfangsrichtung eines mittig um die Achse O angeordneten Kreises bezeichnet. Ferner entspricht nach oben in axialer Richtung (axial nach oben) nach oben in 3.
Der Kraftsensor 92 umfasst ein Paar von Ringen 95 und 96, die einander gegenüber in axialer Richtung angeordnet sind, und eine Vielzahl von Schenkeln 98, 100, 102 und 104, die sich zwischen den Ringen 95 und 96 erstrecken.
Die Ringe 95 und 96 sind konzentrisch zueinander angeordnet und ihre Mittelachsen stimmen mit der Achse O überein. An den Mittelteilen der Ringe 95 und 96 ist ein Durchgangsloch 106 ausgebildet, das sich in der axialen Richtung erstreckt. Das Gelenk oder ein anderer Bestandteil des Roboters 72 ist im Durchgangsloch 106 angebracht, wodurch der Kraftsensor 92 am Roboter 72 befestigt ist.
Die Schenkel 98, 100, 102 und 104 sind in der Umfangsrichtung in im Wesentlichen gleichen Intervallen (das heißt etwa 90°) angeordnet. Wie in 4 und 5 dargestellt umfasst der Schenkel 98 einen Seitenträger 108, der sich in Umfangsrichtung erstreckt, und einen Längsträger 110, der sich axial nach unten vom Mittelteil in Umfangsrichtung des Seitenträgers 108 erstreckt, so dass er mit dem Ring 96 am unteren Ende verbunden ist.
Ein fächerförmiger Ausschnitt 112 ist an einem Teil des äußeren Umfangsrands des Rings 95 angeordnet oberhalb des Schenkels 98 ausgebildet. Die zwei Enden in Umfangsrichtung des Seitenträgers 108 des Schenkels 98 sind mit den zwei Endflächen in Umfangsrichtung des Ausschnitts 112 verbunden und durch diese gestützt. Ferner ist der Längsträger 110 mit einer Öffnung 114 ausgebildet, die sich durch den Längsträger 110 in radialer Richtung erstreckt.
Durch diese Öffnung 114 kann sich der Längsträger 110 problemlos in der Umfangsrichtung verformen. Entsprechend kann sich der Längsträger 110 erheblich in der Umfangsrichtung verformen, selbst wenn eine kleine Last auf den Kraftsensor 92 einwirkt.
Wenn andererseits der Kraftsensor 92 Kraft beispielsweise in der z-axialen Richtung erhält, erhält der Seitenträger 108 Kraft vom Längsträger 110, so dass er sich in der z-axialen Richtung verformt. Die Schenkel 100, 102 und 104 sind ähnlich ausgebildet wie der Schenkel 98.
Der Kraftsensor 92 umfasst insgesamt acht Erkennungsteile 116, 118, 120, 122, 124, 126, 128 und 130. Mit jedem der Erkennungsteile 116, 118, 120, 122, 124, 126, 128 und 130 kann der Kraftsensor 92 Kräfte (einschließlich Momente) in Richtungen von sechs Achsen wie die Lasten in der x-axialen Richtung, y-axialen Richtung und z-axialen Richtung und die Momente um die x-Achse, y-Achse und z-Achse erkennen.
Die Erkennungsteile 116 und 118 sind am Schenkel 98 angeordnet. Insbesondere ist der Erkennungsteil 116 an der oberen Fläche des Seitenträgers 108 des Schenkels 98 angeordnet, während der Erkennungsteil 118 an einer Endfläche in Umfangsrichtung des Längsträgers 110 des Schenkels 98 angeordnet ist.
Wie in 5 dargestellt umfasst der Erkennungsteil 116 ein Paar aus einem ersten Erkennungselement 132 und einem zweiten Erkennungselement 134. Das erste Erkennungselement 132 und das zweite Erkennungselement 134 sind so angeordnet, dass sie in radialer Richtung miteinander ausgerichtet (oder in Kontakt miteinander) sind, so dass das erste Erkennungselement 132 und das zweite Erkennungselement 134 die Erkennungswerte (das heißt Dehnungs- oder Wegmenge des Seitenträgers 108) erfassen können, die im Wesentlichen gleich sind.
Andererseits umfasst der Erkennungsteil 118 ein Paar aus einem ersten Erkennungselement 136 und einem zweiten Erkennungselement 138. Das erste Erkennungselement 136 und das zweite Erkennungselement 138 sind so angeordnet, dass sie in radialer Richtung miteinander ausgerichtet (oder in Kontakt miteinander) sind, so dass das erste Erkennungselement 136 und das zweite Erkennungselement 138 die Erkennungswerte (das heißt Dehnungs- oder Wegmenge des Längsträgers 110) erfassen können, die im Wesentlichen gleich sind.
Entsprechend ist der Erkennungsteil 120 am Seitenträger 108 des Schenkels 100 angeordnet und umfasst ein Paar aus erstem Erkennungselement 132 und zweitem Erkennungselement 134. Ferner ist der Erkennungsteil 122 am Längsträger 110 des Schenkels 100 angeordnet und umfasst ein Paar aus erstem Erkennungselement 136 und zweitem Erkennungselement 138.
Entsprechend ist der Erkennungsteil 124 am Seitenträger 108 des Schenkels 102 angeordnet und umfasst ein Paar aus erstem Erkennungselement 132 und zweitem Erkennungselement 134. Ferner ist der Erkennungsteil 126 am Längsträger 110 des Schenkels 102 angeordnet und umfasst ein Paar aus erstem Erkennungselement 136 und zweitem Erkennungselement 138.
Entsprechend ist der Erkennungsteil 128 am Seitenträger 108 des Schenkels 104 angeordnet und umfasst ein Paar aus erstem Erkennungselement 132 und zweitem Erkennungselement 134. Ferner ist der Erkennungsteil 130 am Längsträger 110 des Schenkels 104 angeordnet und umfasst ein Paar aus erstem Erkennungselement 136 und zweitem Erkennungselement 138.
Die ersten Erkennungselemente 132, 136 und die zweiten Erkennungselemente 134, 138 können beispielsweise aus einem Dehnungsmesser wie einem Halbleiter-Dehnungsmesser oder einem Metallfolien-Dehnungsmesser, einem Laserwegmesser oder einem elektrostatischen Kapazitätswegmesser, einem Näherungssensor oder einem Opto-Sensor usw. bestehen. In dieser Ausführungsform bestehen die ersten Erkennungselemente 132, 136 aus Halbleiter-Dehnungsmessern, während die zweiten Erkennungselemente 134, 138 aus Metallfolien-Dehnungsmessern bestehen.
Die ersten Erkennungselemente 132 und 136 sind mit dem Controller 74 über eine Leitung L₁ (2) verbunden, während die zweiten Erkennungselemente 134 und 138 mit dem Controller 74 über eine Leitung L₂, die sich von der Leitung L₁ unterscheidet, verbunden sind. Auf diese Weise senden die ersten Erkennungselemente 132, 136 und die zweiten Erkennungselemente 134, 138 die ermittelten Erkennungswerte an den Controller 14 über die unterschiedlichen Leitungen.
Nachfolgend wird in Bezug auf 2 bis 5 der Betrieb des Robotersystems 70 gemäß dieser Ausführungsform erläutert. Ähnlich wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann das Robotersystem 70 eine Fehlfunktion des Kraftsensors 92 erkennen, um die Zuverlässigkeit des Gefahrenvermeidungsvorgangs zu verbessern.
Insbesondere beurteilt der Controller 74 während des Betriebs des Roboters 72, ob sich der vom ersten Erkennungselement 132, 136 erkannte erste Erkennungswert und der vom zweiten Erkennungselement 134, 138 erkannte zweite Erkennungswert unterscheiden.
Dieser Vorgang wird in Bezug auf den am Schenkel 98 angeordneten Erkennungsteil 116 erläutert. Wie zuvor erläutert wird der Erkennungsteil 116 zum Erkennen der Lasten in den Richtungen der sechs Achsen verwendet. Beispielsweise berechnet der Controller 74 eine Differenz δ_S3=S_3-2-S_3-1 zwischen dem ersten Erkennungswert S_3-1, der vom ersten Erkennungselement 132 zu einem bestimmten Zeitpunkt τ₁ erfasst wird, und dem ersten Erkennungswert S_3-2, der vom ersten Erkennungselement 132 zu einem Zeitpunkt τ₂ nach dem Verstreichen eines Zeitraums T ab dem Zeitpunkt τ₁ erfasst wird.
Andererseits berechnet der Controller 74 eine Differenz δ_S4=S_4-2-S_4-1 zwischen dem zweiten Erkennungswert S_4-1, der vom zweiten Erkennungselement 134 zum Zeitpunkt τ₁ erfasst wird, und dem zweiten Erkennungswert S_4-2, der vom zweiten Erkennungselement 134 zum Zeitpunkt τ₂ erfasst wird.
Anschließend berechnet der Controller 74 eine Differenz Δ₅=δ_S3-δ_S4 als eine Differenz zwischen dem ersten Erkennungswert und dem zweiten Erkennungswert. Der Controller 74 beurteilt, dass sich der erste Erkennungswert und der zweite Erkennungswert unterscheiden, wenn die Differenz Δ₅ einen vorgegebenen Schwellenwert α₅ überschreitet (das heißt |Δ₅| >α₅), und somit beurteilt dieser, dass das erste Erkennungselement 132 oder das zweite Erkennungselement 134 eine Fehlfunktion aufweist.
Somit hat in dieser Ausführungsform der Controller 74 eine Funktion des Fehlfunktions-Beurteilungsteils 94, der beurteilt, ob das erste Erkennungselement 132 oder das zweite Erkennungselement 134 eine Fehlfunktion aufweist. Beim Beurteilen durch die Funktion des Fehlfunktions-Beurteilungsteils 94, dass das erste Erkennungselement 132 oder das zweite Erkennungselement 134 eine Fehlfunktion aufweist, schaltet der Controller 74 den Betrieb des Roboters 12 auf Not-Aus.
Entsprechend funktioniert der Controller 74 in Bezug auf die anderen Erkennungsteile 118, 120, 122, 124, 126, 128 und 130 als Fehlfunktions-Beurteilungsteil 94, um Fehlfunktionen der ersten Erkennungselemente 132, 136 oder zweiten Erkennungselemente 134, 138 zu beurteilen.
Gemäß dieser Konfiguration erkennt der Controller 74 jede der Fehlfunktionen der ersten Erkennungselemente 132, 136 oder zweiten Erkennungselemente 134, 138 und kann den Betrieb des Roboters 12 sofort stoppen, wenn er solch eine erkennt. Somit kann ein Unfall durch den Kontakt zwischen dem Roboterarm 22 und der Arbeitskraft A zuverlässiger verhindert werden.
Ferner besteht in dieser Ausführungsform jeder der Erkennungsteile 116, 118, 120, 122, 124, 126, 128 und 130 zum Erkennen der Lasten in den Richtungen der sechs Achsen aus den ersten Erkennungselementen 132, 136 und den zweiten Erkennungselementen 134, 138 und es werden zwei unterschiedliche Leitungen zum Senden der ermittelten Erkennungswerte an den Controller 74 verwendet.
Gemäß dieser Konfiguration kann der Kraftsensor 92 weiter funktionieren, selbst wenn einer der ersten Erkennungselemente 132, 136 und zweiten Erkennungselemente 134, 138 eine Fehlfunktion aufweist. Entsprechend kann der Controller 74 den Kontakt zwischen dem Roboterarm 22 und der Arbeitskraft A durch den Erkennungswert vom Kraftsensor 92 weiterhin erkennen, so dass ein Unfall durch einen Kontakt zwischen dem Roboterarm 22 und der Arbeitskraft A zuverlässig verhindert werden kann.
Es ist darauf hinzuweisen, dass in dieser Ausführungsform ein Fall beschrieben ist, bei dem der Kraftsensor 92 zwischen der Befestigungsplatte 16 und dem Roboterpodest 18 angeordnet ist. Der Kraftsensor 92 kann aber auch an der ersten Drehachse 27 oder zweiten Drehachse 28 des Roboterarms 22 oder Handgelenks 32 angebracht sein.
Nachfolgend wird in Bezug auf 6 ein Kraftsensor 140 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erläutert. Der Kraftsensor 140 dieser Ausführungsform unterscheidet sich vom Kraftsensor 92 in den folgenden Punkten. Beim Kraftsensor 140 sind zwei Erkennungselemente, die einen am Längsträger 110 angeordneten Erkennungsteil bilden, getrennt voneinander angeordnet.
Diese Konfiguration wird in Bezug auf einen am Längsträger 110 des Schenkels 98 angeordneten Erkennungsteil 118' erläutert. Der Erkennungsteil 118' umfasst ein an einer Endfläche in Umfangsrichtung des Längsträgers 110 angeordnetes erstes Erkennungselement 136' und ein an der anderen Endfläche in Umfangsrichtung des Längsträgers 110 angeordnetes Erkennungselement 138'.
Das erste Erkennungselement 136' und das zweite Erkennungselement 138' sind in Positionen angeordnet, in denen das erste Erkennungselement 136' und das zweite Erkennungselement 138' die Erkennungswerte (das heißt Dehnungs- oder Wegmenge des Längsträgers 110) erfassen können, die im Wesentlichen gleich sind. Insbesondere sind das erste Erkennungselement 136' und das zweite Erkennungselement 138' auf der gleichen Höhe in axialer Richtung des Längsträgers 110, insbesondere aber in Positionen symmetrisch zueinander in Bezug zur Mitte (in axialer Richtung und Umfangsrichtung) des Längsträgers 110, angeordnet.
Wenn eine Last in x-Achsen-Richtung auf den Kraftsensor 140 einwirkt, wird das obere Ende des Längsträgers 110 vom Seitenträger 108 in die x-axiale Richtung geschoben, wodurch sich der Längsträger 110 in Umfangsrichtung verformt.
In diesem Fall wird die eine Endfläche des Längsträgers 110 gedehnt, wodurch das erste Erkennungselement 136' gedehnt wird, während die andere Endfläche in Umfangsrichtung des Längsträgers 110 zusammengedrückt wird, wodurch das zweite Erkennungselement 138' zusammengedrückt wird. Somit werden der vom ersten Erkennungselement 136' ermittelte erste Erkennungswert und der vom zweiten Erkennungselement 138' erkannte zweite Erkennungswert Werte mit umgekehrten Vorzeichen (das heißt „+“ und „-“).
Wie zuvor erläutert sind aber das erste Erkennungselement 136' und das zweite Erkennungselement 138' so angeordnet, dass sie die gleichen Erkennungswerte erkennen, (insbesondere so angeordnet, dass sie symmetrisch zueinander im Längsträger 110 sind), so dass die Absolutwerte des ersten Erkennungswerts und des zweiten Erkennungswerts im Wesentlichen gleich sind.
Wenn daher das erste Erkennungselement 136' und das zweite Erkennungselement 138' getrennt voneinander angeordnet sind wie in 6 dargestellt, kann die Differenz Δ₁ oder Δ₂ zwischen dem ersten Erkennungswert und dem zweiten Erkennungswert entsprechend berechnet werden. Entsprechend kann die Fehlfunktion des ersten Erkennungselements 136' oder des zweiten Erkennungselements 138' erkannt werden.
Nachfolgend wird in Bezug auf 7 ein Verfahren zum Verhindern eines Unfalls durch einen Kontakt zwischen der Arbeitskraft A und dem Roboter 12 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert. Der in 7 dargestellte Ablauf startet, wenn ein Befehl zum Bearbeiten des Werkstücks W von einem Benutzer empfangen wird.
In Schritt S1 werden der erste Erkennungswert und der zweite Erkennungswert vom ersten Erkennungselement und zweiten Erkennungselement erfasst. Beispielsweise empfängt im Fall der in 1 dargestellten Ausführungsform der Controller 14 in diesem Schritt S1 den ersten Erkennungswert und den zweiten Erkennungswert vom ersten Erkennungselement 58 und zweiten Erkennungselement 60.
In Schritt S2 wird beurteilt, ob sich der erste Erkennungswert und der zweite Erkennungswert unterscheiden. Beispielsweise berechnet im Falle der in 1 dargestellten Ausführungsform der Controller 14 in diesem Schritt S2 die Differenz Δ₁=δ_S1-δ_S2. Alternativ kann der Controller 14 in diesem Schritt S2 die Differenz Δ₃ zwischen der aus dem ersten Erkennungswert berechneten ersten Kraft und der aus dem zweiten Erkennungswert berechneten zweiten Kraft berechnen.
Anschließend beurteilt der Controller 14, ob die berechnete Differenz Δ₁ den Schwellenwert α₁ überschreitet. Bei der Beurteilung, dass die berechnete Differenz Δ₁ den Schwellenwert α₁ überschreitet, fährt der Controller 14 mit Schritt S4 fort. Bei der Beurteilung hingegen, dass die berechnete Differenz Δ₁ den Schwellenwert α₁ nicht überschreitet, fährt der Controller 14 mit Schritt S3 fort.
In Schritt S3 wird beurteilt, ob ein Ende-Befehl zum Beenden der Arbeit vom Benutzer empfangen wird oder nicht. Wenn kein Ende-Befehl vom Benutzer empfangen wird, kehrt der Betriebsablauf zum Schritt S1 zurück. Wenn hingegen der Ende-Befehl empfangen wird, wird der Betriebsablauf beendet.
Bei der Beurteilung „JA“ in Schritt S2, wird der Betrieb des Roboters mit einem Not-Aus gestoppt. Insbesondere wenn im Falle der in 1 dargestellten Ausführungsform eine Beurteilung mit „JA“ in Schritt S2 erfolgt, beurteilt der Controller 14, dass das erste Erkennungselement 58 oder das zweite Erkennungselement 60 eine Fehlfunktion aufweisen, und sendet einen Befehl an den Roboter 12, den Betrieb des Roboters 12 vollständig zu stoppen.
Mit diesem Verfahren kann der Betrieb des Roboters 12 sofort gestoppt werden, wenn eine Fehlfunktion des ersten Erkennungselements und zweiten Erkennungselements erkannt wird. Somit kann ein Unfall durch den Kontakt zwischen dem Roboterarm 22 und der Arbeitskraft A zuverlässiger verhindert werden.
Es ist darauf hinzuweisen, dass in den zuvor genannten Ausführungsformen die ersten Erkennungselemente 58, 132, 136 aus Halbleiter-Dehnungsmessern bestehen. Durch die Verwendung solcher Halbleiter-Dehnungsmesser kann eine Dehnung mit hoher Empfindlichkeit erkannt werden und es kann die Auflösung der Krafterkennung verbessert werden, so dass der Roboter auch gestoppt werden kann, wenn nur eine kleine Kontaktkraft erkannt wird. Dadurch kann die Sicherheit zusätzlich verbessert werden.
Ferner wurde in der zuvor genannten Ausführungsform ein Fall erläutert, bei dem die ersten Erkennungselemente 132, 136 und die zweiten Erkennungselemente 134, 138 aus unterschiedlichen Typen bestehen, nämlich aus Halbleiter-Dehnungsmessern und Metallfolien-Dehnungsmessern.
Die ersten Erkennungselemente 132, 136 und die zweiten Erkennungselemente 134, 138 können aber aus unterschiedlichen Typen von Erkennungselementen bestehen, indem die ersten Erkennungselemente 132, 136 und die zweiten Erkennungselemente 134, 138 aus den gleichen Typen von Dehnungsmessern bestehen und ein für einen verwendetes Bindemittel sich von dem für den anderen verwendeten unterscheidet. In diesem Fall unterscheidet sich ebenfalls je nach verwendetem Bindemittel die Umweltbeständigkeit usw., so dass die Gefahr von Fehlfunktionen von beiden durch die Umwelt verringert werden kann.
Ferner wurde in den zuvor genannten Ausführungsformen ein Fall erläutert, bei dem der Erkennungsteil ein Paar aus erstem Erkennungselement und zweitem Erkennungselement umfasst. Der Erkennungsteil kann aber auch drei oder mehr Erkennungselemente umfassen.
Beispielsweise berechnet der Fehlfunktions-Beurteilungsteil einen Durchschnitt einer Vielzahl von Erkennungswerten, die von einer Vielzahl von Erkennungselementen ermittelt werden, und berechnet eine Differenz zwischen jedem der Vielzahl von Erkennungswerten und den Durchschnitt. Anschließend kann der Fehlfunktions-Beurteilungsteil beurteilen, ob die Differenz einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, um die Fehlfunktion von jedem der Vielzahl von Erkennungselementen zu beurteilen.
Ferner sind in der zuvor genannten Ausführungsform Beispiele erläutert, die sich auf den Kraftsensor zum Erkennen der Kontaktkraft zwischen dem Roboter und der Arbeitskraft bei einem sogenannten kollaborativen Industrieroboter beziehen. Das Konzept der Erfindung gilt jedoch auch für das Verbessern der Zuverlässigkeit eines beispielsweise an einem Roboterhandgelenk eines herkömmlichen Industrieroboters angebrachten Kraftsensors. Ferner sind die Form und die Erkennungselemente des Kraftsensors nicht auf die zuvor genannte Ausführungsform beschränkt.
Zur Erläuterung der Erfindung wurden Ausführungsformen verwendet; die zuvor genannten Ausführungsformen schränken aber die Erfindung nach den Ansprüchen nicht ein. Ferner können auch Kombinationen der Merkmale, die in den Ausführungsformen der Erfindung erläutert sind, im technischen Umfang der Erfindung enthalten sein. Nicht alle Kombinationen dieser Merkmale sind aber notwendigerweise für die Lösung der Erfindung wesentlich. Einem Fachmann ist ferner klar, dass die zuvor genannten Ausführungsformen geändert oder auf vielfältige Weise verbessert werden können.
Ferner ist darauf hinzuweisen, dass in Ansprüchen, Beschreibung und Zeichnungen die Vorgänge, Routinen, Schritte, Prozesse, Stufen und sonstige Verarbeitung in einer beliebigen Reihenfolge erfolgen können, solange nicht ausdrücklich Angaben wie „vorher“, „vorab“ usw. gemacht werden und ferner das Ergebnis eines vorhergehenden Verarbeitung nicht in der späteren Verarbeitung verwendet wird. Wenn in Ansprüchen, Beschreibungen und Zeichnungen Begriffe wie „zunächst“, „nachfolgend“, „anschließend“ usw. zur einfacheren Erläuterung des Betriebsablaufs verwendet werden, bedeutet dies nicht, dass ein Ausführen in dieser Reihenfolge wesentlich ist.

Claims

System (50) zum Erkennen einer auf einen Roboter (12) einwirkenden Last, umfassend: einen Kraftsensor (52), umfassend einen Erkennungsteil (56), der eine Last in einer Richtung erkennt, wobei der Erkennungsteil ein erstes einachsiges Erkennungselement (58) und ein zweites einachsiges Erkennungselement (60) umfasst; zwei unterschiedliche Leitungen (L1, L2), wobei das erste Erkennungselement eine erste der zwei unterschiedlichen Leitungen für ein Senden eines ersten Erkennungswerts verwendet und das zweite Erkennungselement eine zweite der zwei unterschiedlichen Leitungen für ein Senden eines zweiten Erkennungswerts verwendet;1 (Siehe Beschreibung, Seite 10, Abs. 3; Seite 14, Abs. 3; Seite 15 Abs. 7 bis Seite 16 Abs. 1; 1 und 2) und einen Fehlfunktions-Beurteilungsteil (54), der beurteilt, ob sich der vom ersten Erkennungselement erkannte erste Erkennungswert und der vom zweiten Erkennungselement erkannte zweite Erkennungswert unterscheiden, und der beurteilt, dass das erste Erkennungselement oder das zweite Erkennungselement eine Fehlfunktion aufweist, wenn sich der erste Erkennungswert und der zweite Erkennungswert unterscheiden.
System nach Anspruch 1, wobei der Fehlfunktions-Beurteilungsteil eine Differenz zwischen dem ersten Erkennungswert und dem zweiten Erkennungswert berechnet und beurteilt, dass sich der erste Erkennungswert und der zweite Erkennungswert unterscheiden, wenn die Differenz einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Fehlfunktions-Beurteilungsteil eine Differenz zwischen einer aus dem ersten Erkennungswert berechneten ersten Kraft und einer aus dem zweiten Erkennungswert berechneten zweiten Kraft berechnet und beurteilt, dass sich der erste Erkennungswert und der zweite Erkennungswert unterscheiden, wenn die Differenz einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Erkennungselement und das zweite Erkennungselement so angeordnet sind, dass sie aneinander ausgerichtet sind.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste Erkennungselement ein Erkennungselement eines Typs ist, der sich vom zweiten Erkennungselement unterscheidet.
Roboter (12) umfassend: einen Roboterarm (22); und ein System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Kraftsensor am Roboterarm angebracht ist.
Robotersystem (10) umfassend: einen Roboter nach Anspruch 6; und einen Controller (14), der den Roboter steuert, wobei der Controller den Betrieb des Roboters stoppt, wenn der Fehlfunktions-Erkennungsteil beurteilt, dass das erste Erkennungselement oder das zweite Erkennungselement eine Fehlfunktion aufweist.