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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Robotersteuervorrichtung, die einen Roboter steuert.
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Beschreibung des verwandten Stands der Technik
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In den vergangenen Jahren erlangte ein Robotersystem Bekanntheit, in dem eine Person einen Arbeitsvorgang in Zusammenarbeit mit einem Roboter durchführt. In diesem Robotersystem führen der Roboter und die Person einen Arbeitsvorgang in einem Zustand aus, in dem kein Sicherheitszaun um den Roboter herum vorgesehen ist. Ein Schalter, der als ein Totmannschalter bekannt ist, ist in einer Robotersteuervorrichtung angelegt. Wenn zum Beispiel ein Arbeiter den Totmannschalter zu einem Zeitpunkt drückt, zu dem der Roboter anzuhalten ist, dann kann der Roboter mit Nachdruck angehalten werden. Die Bereitstellung des Totmannschalters kann somit die Sicherheit verbessern.
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Zusätzlich gelangt während des Betriebs eines Roboters der Roboter manchmal in Kontakt mit einem umgebenden Objekt oder einer Person. Wenn zum Beispiel eine Person einen Arbeitsvorgang in Zusammenarbeit mit einem Roboter durchführt, dann kann der Roboter in Kontakt mit umliegender Ausrüstung gelangen oder kann mit einem Arbeiter in Kontakt gelangen. Für einen solchen Fall ist ein Robotersystem bekannt, um eine Steuerung derart durchzuführen, um wiederum eine externe Kraft zu erfassen und den Roboter anzuhalten oder einen Rückzugsbetrieb durchzuführen, um das kontaktierte Objekt zu meiden (siehe zum Beispiel
JP 3 367 641 B2 ,
JP 3 459 973 B2 oder
JP 2014 -
18 901 A ).
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Ein Roboter wird derart gesteuert, um sich entlang einer zuvor erzeugten Bahnkurve zu bewegen. Die Bahnkurve des Roboters kann auf der Grundlage von Lernpunkten und einer Geschwindigkeit erzeugt werden, die durch einen Arbeiter ausgewiesen werden. Die Lernpunkte können durch die Bedienung eines Lernbedienpaneels durch den Arbeiter gesetzt werden. Indem zum Beispiel das Lernbedienpaneel bedient wird, wird der Roboter in eine gewünschte Position und Stellung verbracht. Die Position eines Werkzeugendpunkts des Roboters zu jenem Zeitpunkt kann als ein Lernpunkt gespeichert werden. Dann kann die Robotersteuervorrichtung eine Bahnkurve derart erzeugen, dass der Roboter den Lernpunkt durchläuft oder nahe dem Lernpunkt passiert.
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In einer Zeitspanne, während der die Lernpunkte dem Roboter gelehrt werden, kann der Roboter häufig in Kontakt mit umgebender Ausrüstung gelangen. Wenn zum Beispiel ein Betrieb zum Platzieren eines Werkstücks auf einem Werktisch gelehrt wird, dann wird die Hand des Roboters in einem Zustand geöffnet, in dem das Werkstück nahe an den Werktisch verbracht wird. In diesem Fall, wenn eine Position zum Öffnen der Hand zu hoch ist, dann kann das Werkstück beschädigt werden. Demgemäß ist die Position zum Öffnen der Hand vorzugsweise eine Position, bei der das Werkstück sich nahe dem Werktisch befindet.
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Der Arbeiter bewegt den Roboter zur Einstellung nach oben und nach unten, um eine Position zu lehren, bei der sich das Werkstück geringfügig oberhalb des Werktisches befindet. Wenn der Arbeiter den Vorgang zum Verbringen des Werkstücks nahe an den Werktisch durchführt, dann kann das Werkstück den Werktisch kontaktieren.
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Wenn der Roboter in Kontakt mit einem äußeren Objekt gelangt, dann ist es vorzuziehen, den Roboter zu veranlassen, sich durch ein geeignetes Verfahren zurückzuziehen. In einem Verfahren zum Anhalten eines Roboters, wenn der Roboter in Kontakt mit einem äußeren Objekt gelangt, dann dauert der Kontaktzustand fort und kann deshalb der Roboter nicht bedient werden, was ein Problem dahingehend verursacht, dass der Lernvorgang nicht fortgesetzt werden kann.
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Wenn demgegenüber der Roboter automatisch einen Rückzugsbetrieb durchführt, dann liegt ein Problem dahingehend vor, dass die Effizienz der Lernverarbeitung verschlechtert wird. Wenn zum Beispiel das Werkstück sich absenkt und in Kontakt mit dem Werktisch gelangt, dann wird eine Steuerung in Betracht gezogen, um den Roboter zu veranlassen, um einen automatischen Hebevorgang durchzuführen. Dann wird ein Vorgang eingestellt, den Roboter zu veranlassen, um sich in großem Maße nach oben hin zu bewegen, um Sicherheitsaspekten zu genügen. Aufgrund dessen muss der Arbeiter den Roboter veranlassen, sich wieder abzusenken, um das Werkstück nahe an den Werktisch zu verbringen. Wenn jedoch der Betrieb nicht wie gewünscht durchgeführt wird, dann kann das Werkstück wieder in Kontakt mit dem Werktisch gelangen. Es werden mit anderen Worten ein Zustand, in dem sich das Werkstück in Kontakt mit dem Werktisch befindet, und ein Zustand, in dem das Werkstück sich entfernt von dem Werktisch befindet, womöglich alternierend wiederholt. Da der Arbeiter denselben Vorgang wiederholen muss, liegt ein Problem dahingehend vor, dass die Lehrzeit womöglich lang wird.
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Die Druckschrift
US 6 429 617 B1 offenbart eine Robotersteuervorrichtung, die eine Kontakterfassungseinheit, die beurteilt, ob sich ein Roboter in Kontakt mit einem Objekt befindet oder nicht, das von dem Roboter verschieden ist, und eine Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit umfasst, die eine Betriebsrichtung des Roboters erfasst, nachdem der Roboter in Kontakt mit dem Objekt gelangt, und die den Betrieb des Roboters überwacht.
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Die Druckschrift
DE 10 2008 024 950 A1 offenbart eine Technik, in der, wenn eine Überschreitungsposition einer Position erfasst wird, die ein Manipulator aufgewiesen hat, als oder nachdem ein Fehlerkriterium erstmals erfüllt ist, dann durch entsprechende Anpassung des Fehlerkriteriums, beispielsweise Verkleinerung eines zulässigen Schleppabstandes oder Arbeitsbereiches bzw. Vergrößerung eines unzulässigen Schutzbereiches sichergestellt wird, dass der Manipulator eine geeignete kollisionsfrei bzw. nicht bereichsverletzende Freiposition anfährt, wenn Überschreitungs- und Freiposition übereinstimmen.
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Die Druckschrift
US 5 956 465 A offenbart eine Technik zum Anlernen einer Robotersteuervorrichtung.
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Kurzfassung der Erfindung
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Gemäß der Offenbarung wird eine Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch bereitgestellt. Entwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.
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Eine Robotersteuervorrichtung umfasst vorzugsweise eine Kontakterfassungseinheit, die beurteilt, ob sich ein Roboter in Kontakt mit einem Objekt befindet oder nicht, das von dem Roboter verschieden ist, und eine Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit, die eine Betriebsrichtung des Roboters überwacht, nachdem der Roboter in Kontakt mit dem Objekt gelangte, und einen Betrieb des Roboters überwacht. Ein zulässiger Bereich für die Betriebsrichtung des Roboters, nachdem der Roboter in Kontakt mit dem Objekt gelangte, wird vorab vorzugsweise bestimmt. Nachdem der Roboter in Kontakt mit dem Objekt gelangte, lässt die Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit vorzugsweise einen Betrieb des Roboters zu, sich innerhalb eines zulässigen Bereichs zu befinden, und untersagt vorzugsweise einen Betrieb des Roboters, der aus dem zulässigen Bereich heraus fällt.
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Vorzugsweise umfasst die Robotersteuervorrichtung einen Auswahlschalter, der zwischen einem Lernmodus, in dem ein Arbeiter manuell den Roboter bedient, um einen Lernvorgang des Roboters durchzuführen, und einem Wiedergabemodus umschaltet, in dem der Roboter automatisch den gelernten Vorgang wiederholt, und eine Rückzugsbefehlseinheit, die den Roboter automatisch in eine Richtung weg von dem Objekt betätigt, wenn der Roboter in Kontakt mit dem Objekt gelangt, in dem, wenn der Wiedergabemodus durch den Auswahlschalter ausgewählt ist, der Roboter durch die Rückzugsbefehlseinheit bedient werden kann, wenn der Roboter in Kontakt mit dem Objekt gelangt, und wenn der Lernmodus durch den Auswahlschalter ausgewählt ist, der Betrieb des Roboters durch die Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit überwacht werden kann, wenn der Roboter in Kontakt mit dem Objekt gelangt.
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Vorzugsweise hält die Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit den Roboter an, wenn die Betriebsrichtung des Roboters aus dem zulässigen Bereich heraus fällt.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Robotersystems in einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine Blockdarstellung eines ersten Robotersystems in dem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine Darstellung, die einen zulässigen Bereich für eine Richtung eines Rückzugbetriebs in dem Ausführungsbeispiel zeigt;
- 4 ein Ablaufdiagramm der Betriebssteuerung in dem Ausführungsbeispiel; und
- 5 eine Blockdarstellung eines zweiten Robotersystems in einem Ausführungsbeispiel.
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Ausführliche Beschreibung
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Nachstehend werden Robotersteuervorrichtungen in Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben werden. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Robotersystems in einem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Das Robotersystem umfasst einen Roboter 1, der eine Zuführung eines Werkstücks W durchführt, und eine Steuervorrichtung 2 als eine Robotersteuervorrichtung, die den Roboter 1 steuert.
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Der Roboter 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist ein Mehrgelenksroboter, der einen Arm 12 und eine Vielzahl von Gelenkeinheiten 13 umfasst. Eine Hand 17 weist eine Funktion zum Halten und Loslassen des Werkstücks W auf. Der Roboter 1 umfasst eine Basiseinheit 11, die den Arm 12 lagert. Die Basiseinheit 11 ist an einer Installationsoberfläche 20 fixiert.
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Der Roboter 1 umfasst eine Armantriebsvorrichtung, die jede der Gelenkeinheiten 13 antreibt. Die Armantriebsvorrichtung umfasst einen Armantriebsmotor 14, der in den Gelenkeinheiten 13 angeordnet ist. Das Antreiben des Armantriebsmotors 14 ermöglicht eine Biegung des Arms 12 bei einem gewünschten Winkel bei den Gelenkeinheiten 13. Zudem ist der Roboter 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels derart ausgebildet, dass ein gesamter Teil des Arms 12 um eine Drehachse herum gedreht werden kann, die sich in einer vertikalen Richtung erstreckt. Die Armantriebsvorrichtung umfasst einen Antriebsmotor, der bei der Basiseinheit 11 angeordnet ist und der den gesamten Teil des Arms 12 dreht.
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Der Roboter 1 umfasst eine Handantriebsvorrichtung, die die Hand 17 öffnet und schließt. Die Handantriebsvorrichtung in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel treibt die Hand 17 durch Luftdruck an. Die Handantriebsvorrichtung umfasst einen Handantriebszylinder 18, der mit der Hand 17 verbunden ist, eine Luftpumpe zum Zuführen komprimierter Luft zu dem Handantriebszylinder 18 und ein elektromagnetisches Ventil.
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Der Roboter 1 wird auf der Grundlage eines Betriebsbefehls der Steuervorrichtung 2 angetrieben. Die Armantriebsvorrichtung und die Handantriebsvorrichtung werden durch die Steuervorrichtung 2 gesteuert. Der Drehwinkel des Armantriebsmotors 14 und der Luftdruck des Handantriebszylinders 18 werden zum Beispiel durch die Steuervorrichtung 2 gesteuert.
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2 zeigt eine Blockdarstellung eines ersten Robotersystems in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Unter Bezugnahme auf 1 und 2 kann der Roboter 1 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Werkstück auf der Grundlage eines Betriebsprogramms 41 zuführen. Der Roboter 1 kann automatisch ein Werkstück W aus einer initialen Position zu einer Zielposition zuführen. Die Steuervorrichtung 2 umfasst eine arithmetische Verarbeitungsvorrichtung mit einer CPU (zentrale Verarbeitungseinheit), einem RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff), einem ROM (Festwertspeicher) und dergleichen, die miteinander über einen Bus verbunden sind.
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Das Betriebsprogramm 41, das zuvor bestimmt wurde, um einen Betrieb des Roboters 1 durchzuführen, wird in die Steuervorrichtung 2 eingegeben. Das Betriebsprogramm 41 wird in einer Betriebsprogrammspeichereinheit 42 gespeichert. Eine Betriebssteuereinheit 43 sendet einen Betriebsbefehl zum Antreiben des Roboters 1 auf der Grundlage des Betriebsprogramms 41. Die Betriebssteuereinheit 43 sendet einen Betriebsbefehl zum Antreiben der Armantriebsvorrichtung zu einer Armantriebseinheit 44. Die Armantriebseinheit 44 umfasst eine elektrische Schaltung, die den Armantriebsmotor 14 und dergleichen antreibt, und auf der Grundlage des Betriebsbefehls dem Armantriebsmotor 14 und dergleichen elektrischen Strom zuführt. Das Antreiben des Armantriebsmotors 14 ermöglicht Einstellungen in dem Biegewinkel des Arms 12, von dessen Richtung und dergleichen.
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Zudem sendet die Betriebssteuereinheit 43 einen Betriebsbefehl zum Antreiben der Handantriebsvorrichtung zu einer Handantriebseinheit 45. Die Handantriebseinheit 45 umfasst eine elektrische Schaltung zum Antreiben der Luftpumpe und dergleichen, und es wird auf der Grundlage des Betriebsbefehls dem Handantriebszylinder 18 komprimierte Luft zugeführt. Die Hand 17 wird durch eine Einstellung des Luftdrucks, die durch den Handantriebszylinder 18 zugeführt wird, geöffnet oder geschlossen.
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Der Roboter 1 umfasst eine Krafterfassungseinrichtung 19, die eine Kraft erfasst, die auf die Gelenkeinheiten 13 wirkt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Krafterfassungseinrichtung 19 bei jeder Gelenkeinheit 13 angeordnet. Die Krafterfassungseinrichtung 19 wird ausgebildet, um in der Lage zu sein, einen Betrag an Kraft, der auf die Gelenkeinheit 13 wirkt, und eine Richtung der Kraft zu erfassen. Ein Beispiel der Krafterfassungseinrichtung 19, die eingesetzt werden kann, ist ein sechsachsiger Kraftsensor, der Kräfte in drei orthogonalen Achsrichtungen und Momente bezüglich der drei orthogonalen Achsen erfassen kann. Zudem kann die Krafterfassungseinrichtung ebenso zwischen einem Ende des Arms 12 und der Hand 17 angefügt sein.
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Der Roboter 1 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst eine Zustandserfassungseinrichtung 16, die eine Position und eine Stellung des Roboters erfasst. Die Zustandserfassungseinrichtung 16 erfasst eine Position, die sich auf einen Referenzpunkt des Arms 12 bezieht, wie ein Werkzeugendpunkt, Biegezustände des Arms 12 bei den Gelenkeinheiten 13, eine Richtung, in der der Arm 12 ausgerichtet ist, und dergleichen. Eine Ausgabe der Zustandserfassungseinrichtung 16 wird in die Steuervorrichtung 2 eingegeben.
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Die Zustandserfassungseinrichtung 16 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst eine Drehwinkelerfassungseinrichtung 15, die an jeden Armantriebsmotor 14 angefügt ist. Die Drehwinkelerfassungseinrichtung 15 erfasst einen Drehwinkel, mit dem der Armantriebsmotor 14 angetrieben wird. Auf der Grundlage des Drehwinkels von jedem Armantriebsmotor 14 können Winkel der Gelenkeinheiten 13 erfasst werden. Zudem umfasst die Zustandserfassungseinrichtung 16 eine Drehwinkelerfassungseinrichtung, die einen Drehwinkel des Arms 12 hinsichtlich der Basiseinheit 11 erfasst. Auf der Grundlage des erfassten Drehwinkels kann eine Richtung erfasst werden, in der sich der Arm 12 erstreckt.
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Die Steuervorrichtung 2 des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst eine Anhaltebefehlseinheit 46, die einen Befehl zum Verbringen des Roboters 1 in einen Anhaltezustand zu der Betriebssteuereinheit 43 sendet. Die Anhaltebefehlseinheit 46 ist derart ausgebildet, um in der Lage zu sein, um einen Antriebsanhaltebefehl in beiden Zuständen einer Antriebsspanne und einer Anhaltespanne des Roboters 1 zu senden. Bei Empfang des Anhaltebefehls hält die Betriebssteuereinheit 43 die Ausführung des Betriebsprogramms 41 an. Dann wird der Antrieb des Roboters 1 angehalten. Wenn der Anhaltebefehl während der Anhaltespanne des Roboters 1 gesendet wird, dann behält die Betriebssteuereinheit 43 den Anhaltezustand des Roboters 1 bei.
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Die Steuervorrichtung 2 umfasst eine Beurteilungswertspeichereinheit 56. Ein Beurteilungswert 55 zum Bestimmen eines zulässigen Bereichs für einen Winkel, bei dem ein Rückzugsbetrieb durchgeführt wird, wird vorab in die Beurteilungswertspeichereinheit 56 eingegeben, wie nachstehend beschrieben werden wird. Die Beurteilungswertspeichereinheit 56 speichert einen Winkelbeurteilungswert. Die Anhaltebefehlseinheit 46 liest den Winkelbeurteilungswert aus der Beurteilungswertspeichereinheit 56. Zudem kann eine einzelne Speichereinheit für die Speichereinheiten gemeinsam verwendet werden, wie die Betriebsprogrammspeichereinheit 42 und die Beurteilungswertspeichereinheit 56.
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Die Steuervorrichtung 2 umfasst das Lernbedienpaneel 49. Das Lernbedienpaneel 49 wird ebenso als ein Programmierhandgerät bezeichnet. Das Lernbedienpaneel 49 ist ein Bedienpaneel zum Speichern, nachdem ein Arbeiter den Roboter 1 zu einer beliebigen Position bewegt, der Position als ein Lernpunkt in der Steuervorrichtung 2. Schalter und Knöpfe, die zum Bedienen des Roboters 1 erforderlich sind, sind auf dem Lernbedienpaneel 49 angeordnet. Das Lernbedienpaneel 49 sendet ein Signal entsprechend dem Betrieb des Arbeiters zu der Betriebssteuereinheit 43. Die Betriebssteuereinheit 43 treibt den Armantriebsmotor 14 und den Handantriebszylinder 18 auf der Grundlage des von dem Lernbedienpaneel 49 empfangenen Signals an.
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Die Steuervorrichtung 2 umfasst eine Lernpunktspeichereinheit 52, die Lernpunkte speichert, die durch die Bedienung des Lernbedienpaneels 49 ausgewiesen wurden. Die Lernpunktspeichereinheit 52 speichert die Lernpunkte auf der Grundlage der Ausgabe der Zustandserfassungseinrichtung 16. Die Steuervorrichtung 2 umfasst eine Wiedergabebetriebsbefehlseinheit 53, die einen Befehl zum Durchführen eines Wiedergabebetriebs des Roboters 1 auf der Grundlage der gespeicherten Lernpunkte sendet. Die Ausgabe der Wiedergabebetriebsbefehlseinheit 53 wird zu der Betriebssteuereinheit 43 gesendet.
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Das Robotersystem des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird ausgebildet, um in der Lage zu sein, den Roboter 1 auf der Grundlage des Betriebsprogramms 41 anzutreiben. Zudem ist das Robotersystem des vorliegenden Ausführungsbeispiels derart ausgebildet, dass ein Arbeiter den Roboter 1 manuell bedienen kann. Zuerst wird eine Beschreibung der Steuerung angegeben werden, in der der Arbeiter den Roboter 1 manuell bedient.
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Die Steuervorrichtung 2 umfasst eine Kontakterfassungseinheit 47, die beurteilt, ob der Roboter 1 sich in Kontakt mit einem Objekt befindet oder nicht, das von dem Roboter 1 verschieden ist (nachstehend der Einfachheit halber als „anderes Objekt“ bezeichnet). Das andere Objekt umfasst Ausrüstung und eine Person, wie einen Arbeiter, um den Roboter 1 herum. Ein Ausgabesignal der Krafterfassungseinrichtung 19 wird in die Kontakterfassungseinheit 47 eingegeben. Während einer Betriebsspanne des Roboters 1 widerfährt dem Roboter 1 manchmal eine Kraft von außerhalb (nachstehend als „externe Kraft“ bezeichnet). Die Kontakterfassungseinheit 47 ist derart ausgebildet, um in der Lage zu sein, eine externe Kraft zu erfassen, die auf den Roboter 1 wirkt. Eine Kraft, die auf den Arm 12 wirkt, kann durch die Krafterfassungseinrichtung 19 erfasst werden.
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Ein Parameter zum Antreiben des Roboters wird in die Steuervorrichtung 2 eingegeben. Der Parameter umfasst einen Masseparameter. Der Masseparameter umfasst Informationen, die sich auf eine Masse von jedem Abschnitt des Roboters 1 und eine Masse des Werkstücks W zum Schätzen einer internen Kraft beziehen, die auf den Roboter 1 wirkt.
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Die Kontakterfassungseinheit 47 schätzt eine interne Kraft, die durch die Masse des Roboters 1 und den Betrieb des Roboters 1 erzeugt wird. Die interne Kraft ist eine Kraft, die auf den Roboter 1 durch dessen Eigengewicht wirkt, wenn der Roboter 1 in einem Zustand bedient wird, in dem keine Kraft von außerhalb auf den Roboter 1 wirkt. Die interne Kraft kann auf der Grundlage einer Position und einer Stellung des Roboters 1 berechnet werden, die durch die Zustandserfassungseinrichtung und den Masseparameter erfasst sind.
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Die Kontakterfassungseinheit 47 kann eine externe Kraft durch Subtrahieren der geschätzten internen Kraft von der durch die Krafterfassungseinrichtung 19 erfassten Kraft berechnen. Die Kontakterfassungseinheit 47 vergleicht die berechnete externe Kraft mit einem Kontaktbeurteilungswert. Dann, wenn die berechnete externe Kraft größer als der Kontaktbeurteilungswert ist, kann die Kontaktbeurteilungseinheit 47 beurteilen, dass das andere Objekt in Kontakt mit dem Roboter 1 gelangt.
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Zudem kann eine beliebige Steuerung als die Steuerung zum Beurteilen verwendet werden, ob das andere Objekt in Kontakt mit dem Roboter gelangte oder nicht. Zum Beispiel auf der Grundlage eines Störstroms des Motors der Armantriebsvorrichtung kann ein Stördrehmoment geschätzt werden. Dann, wenn das Stördrehmoment einen vorbestimmten Beurteilungswert überschreitet, kann beurteilt werden, dass sich der Roboter 1 in Kontakt mit einem anderen Objekt befindet. Als Alternative können Oberflächen des Arms und der Gelenkeinheiten mit einem Abdeckungselement bedeckt werden, das einen Kontaktsensor aufweist. Wenn das andere Objekt in Kontakt mit dem Roboter gelangt, dann wird ein Signal von dem Kontaktsensor ausgegeben, wodurch die Erfassung des Kontakts des anderen Objekts mit dem Roboter ermöglicht wird.
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Die Steuervorrichtung 2 des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst die Anhaltebefehlseinheit 46 für einen Anhaltebetrieb des Roboters 1. Die Anhaltebefehlseinheit 46 sendet ein Signal zum Anhalten des Roboters 1 zu der Betriebssteuereinheit 43, wenn der Roboter in einen vorbestimmten Zustand gelangt. Wenn sich der Roboter 1 in Betrieb befindet, dann hält die Betriebssteuereinheit 43 den Betrieb des Roboters 1 an. Während einer Anhaltespanne des Roboters 1 behält die Betriebssteuereinheit 43 den Anhaltezustand des Roboters 1 bei.
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Wenn erkannt wird, dass sich der Roboter 1 in Kontakt mit dem anderen Objekt befindet, dann bedient der Arbeiter das Lernbedienpaneel 49 derart, dass ein Abschnitt des Roboters 1, der sich in Kontakt mit dem anderen Objekt befindet, von dem anderen Objekt zurückzieht. In der Steuervorrichtung 2 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird ein zulässiger Bereich für eine Betriebsrichtung des Roboters zu einem Zeitpunkt, zu dem der Roboter 1 in Kontakt mit dem anderen Objekt gelangt, vorab bestimmt. Es wird mit anderen Worten ein zulässiger Bereich für eine Richtung, in die sich der Roboter zurückzieht, vorab bestimmt.
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3 zeigt eine schematische Darstellung, die einen zulässigen Bereich für eine Betriebsrichtung des Roboters zeigt. Ein Beispiel, das in 3 gezeigt ist, ist eine Darstellung, in der ein Teil des Werkstücks W oder des Roboters 1 sich in Kontakt mit einer Oberfläche des anderen Objekts 61 befindet. Es gelangt zum Beispiel der Arm 12 des Roboters 1 in Kontakt mit einem Kontaktpunkt 81 des anderen Objekts 61. Eine Richtung einer Kraft, die auf das andere Objekt 61 wirkt, wird durch einen Pfeil 92 dargestellt. Eine Richtung einer externen Kraft, die auf den Roboter 1 wirkt, ist entgegengerichtet der Richtung der Kraft, die auf das andere Objekt 61 wirkt, wie durch einen Pfeil 91 angegeben.
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Unter Bezugnahme auf 2 und 3 wird die Kontakterfassungseinheit 47 des vorliegenden Ausführungsbeispiels derart ausgebildet, um in der Lage zu sein, den Wirkpunkt zu erfassen, bei dem die externe Kraft auf den Roboter 1 wirkt, und die Richtung, in der die externe Kraft wirkt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Richtung, die eine Referenz für den Rückzug zu dem Zeitpunkt des Rückzugs des Roboters 1 wird, als eine Referenzrichtung bezeichnet. In diesem Beispiel wird die Referenzrichtung auf die durch den Pfeil 91 bezeichnete Richtung gesetzt, in der die externe Kraft von dem anderen Objekt 61 wirkt. Die Kontakterfassungseinheit 47 setzt die Referenzrichtung auf der Grundlage der Position des Kontaktpunkts 81 und der Richtung, in der die externe Kraft wirkt. Der Arbeiter bedient den Roboter 1 derart, dass der Abschnitt des Roboters 1, der sich in Kontakt mit dem Kontaktpunkt 81 befindet, weg von dem anderen Objekt 61 bewegt.
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Die Anhaltebefehlseinheit 46 umfasst eine Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit 48, die den Betrieb des Roboters 1 überwacht. Ein Winkelbeurteilungswert θ, der sich auf die Betriebsrichtung des Roboters 1 bezieht, wird vorab bestimmt. Der Winkelbeurteilungswert θ wird vorab als der Beurteilungswert 55 in der Beurteilungswertspeichereinheit 56 gespeichert. Die Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit 48 setzt Richtungen innerhalb eines Bereichs des Winkelbeurteilungswerts θ hinsichtlich der Referenzrichtung auf einen zulässigen Bereich. Auf diese Art und Weise setzt die Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit 48 den zulässigen Bereich für eine Betriebsrichtung des Roboters auf der Grundlage des Winkelbeurteilungswerts θ und der Position des Kontaktpunkts 81.
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Zusätzlich erfasst die Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit 48 eine Betriebsrichtung des Roboters 1, nachdem der Roboter 1 in Kontakt mit dem anderen Objekt 61 gelangte. Die Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit 48 kann die Betriebsrichtung des Roboters 1 auf der Grundlage der Ausgabe der Zustandserfassungseinrichtung 16 erfassen. Die Zustandserfassungseinrichtung 16 sendet einen Zustand des Roboters 1 zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Rückzugsbetrieb durchgeführt wird, zu der Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit 48. Die Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit 48 kann zum Beispiel Ist-Änderungen in der Position und der Stellung der Roboters 1 durch Ausgaben der Drehwinkelerfassungseinrichtung 15 und dergleichen erfassen. Dann kann die Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit 48 die Betriebsrichtung des Roboters auf der Grundlage der Änderungen in der Position und der Stellung des Roboters 1 berechnen.
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Das Verfahren zum Erfassen einer Richtung, in der der Roboter 1 tatsächlich betrieben wird, ist nicht auf diese Form beschränkt, und es kann ein beliebiges Verfahren verwendet werden. Die Richtung, in der der Roboter 1 tatsächlich betrieben wird, kann zum Beispiel auf der Grundlage eines Signals erfasst werden, das zu der Betriebssteuereinheit 43 von dem Lernbedienpaneel 49 gesendet wird. Alternativ kann die Richtung, in der der Roboter 1 tatsächlich betrieben wird, auf der Grundlage eines Betriebsbefehls erfasst werden, der zu der Armantriebseinheit 44 von der Betriebssteuereinheit 43 gesendet wird.
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Die Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit 48 lässt den Betrieb des Roboters zu, wenn der Roboter 1 innerhalb des zulässigen Bereichs betrieben wird. Die Anhaltebefehlseinheit 46 sendet mit anderen Worten keinen Befehl zum Anhalten des Roboters 1 zu der Betriebssteuereinheit 43. Demgegenüber untersagt die Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit 48 den Betrieb des Roboters 1, wenn eine Ist-Betriebsrichtung des Roboters 1 aus dem zulässigen Bereich heraus fällt. Die Anhaltebefehlseinheit 46 sendet mit anderen Worten einen Befehl zum Anhalten des Roboters 1 zu der Betriebssteuereinheit 43. Die Betriebssteuereinheit 43 hält den Antrieb des Roboters 1 gemäß dem Anhaltebefehl an.
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Auf diese Art und Weise, wenn sich der Roboter 1 in Kontakt mit einem anderen Objekt befindet, lässt die Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit 48 einen Betrieb in der Richtung in geeigneter Weise ab von dem anderen Objekt zu. Demgegenüber untersagt die Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit 48 einen Betrieb ab von dem anderen Objekt in einer unerwünschten Richtung. Somit kann der Arbeiter mit Sicherheit einen Betriebsvorgang durchführen, während Betriebe vermieden werden, die das andere Objekt beschädigen und ebenso den Roboter beschädigen können. Alternativ, wenn das andere Objekt eine Person ist, kann die Sicherheit der Person gewährleistet werden.
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Wenn zudem der Roboter in Kontakt mit einer Person gelangt, dann macht die Person oft unmittelbar einen Schritt weg von dem Roboter. Es wird mit anderen Worten der Roboter 1 kurzfristig in einen Zustand ab vor der Person verbracht. Die Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit 48 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel überwacht den Betrieb des Roboters in einer Spanne, während der sich der Roboter in Kontakt mit dem anderen Objekt befindet. Demgegenüber überwacht die Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit 48 nicht den Betrieb des Roboters 1, wenn kein Kontakt des Roboters 1 vorliegt. Demgemäß, unmittelbar nachdem der Kontakt des Roboters 1 beseitigt wird, kann der Roboter 1 frei bedient werden.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm der Betriebssteuerung in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Die in 4 gezeigte Steuerung kann in einer Spanne durchgeführt werden, während der der Arbeiter den Roboter manuell durch das Lernbedienpaneel 49 antreibt. Die Steuerung kann zudem wiederholt bei jedem vorbestimmten Zeitintervall wiederholt werden.
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Unter Bezugnahme auf 2 und 4, beurteilt in Schritt 71 die Kontaktbeurteilungseinheit 47, ob sich der Roboter 1 in Kontakt mit dem anderen Objekt befindet oder nicht. Wenn sich der Roboter 1 nicht in Kontakt mit irgendeinem anderen Objekt befindet, dann endet die Steuerung. Wenn sich der Roboter 1 in Kontakt mit dem anderen Objekt befindet, dann geht die Routine zu Schritt 72 über.
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In Schritt 72 erfasst die Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit 48 eine Ist-Betriebsrichtung des Roboters 1. Als nächstes beurteilt in Schritt 73 die Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit 48, ob die erfasste Betriebsrichtung sich innerhalb des zulässigen Bereichs befindet oder nicht. Wenn sich die Betriebsrichtung des Roboters 1 innerhalb des zulässigen Bereichs befindet, dann kehrt die Verarbeitung zu Schritt 71 zurück und es wird die Überwachung des Betriebs des Roboters 1 wiederholt. In Schritt 73, wenn die Betriebsrichtung des Roboters 1 sich außerhalb des zulässigen Bereichs befindet, dann geht die Routine zu Schritt 74 über.
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In Schritt 74 wird der Betrieb des Roboters 1 angehalten. Die Anhaltebefehlseinheit 46 sendet einen Befehl zum Anhalten des Betriebs des Roboters 1 zu der Betriebssteuereinheit 43.
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Durch Übernahme dieser Steuerung kann die Überwachung der Betriebsrichtung des Roboters 1 in der Spanne durchgeführt werden, während der der Roboter 1 sich in Kontakt mit dem anderen Objekt befindet. Außerdem kann die Überwachung gleichzeitig zu dem Zeitpunkt beendet werden, zu dem sich der Roboter 1 weg von dem anderen Objekt bewegt. Obwohl die Überwachung der Betriebsrichtung des Roboters gleichzeitig mit der Erfassung von dessen Kontakt mit einem anderen Objekt in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel begonnen wird, ist zudem das Ausführungsbeispiel nicht darauf beschränkt. Das Überwachen der Betriebsrichtung des Roboters kann zu einem Zeitpunkt begonnen werden, zu dem der Roboter für zum ersten Mal angehalten wird, nachdem der Kontakt mit dem anderen Objekt erfasst wurde.
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Wie vorstehend beschrieben wurde, in der Steuerung des vorliegenden Ausführungsbeispiels, wird die Referenzrichtung zum Bewegen des Roboters 1 oder des Werkstücks W weg von dem anderen Objekt zu dem Zeitpunkt des Kontakts mit dem anderen Objekt gesetzt. In der vorstehend beschriebenen Steuervorrichtung, da der Wirkpunkt einer externen Kraft und die Richtung der externen Kraft erfasst werden können, wird die Richtung, in der die externe Kraft auf den Roboter wirkt, als die Referenzrichtung gesetzt. Das Verfahren zum Setzen der Referenzrichtung ist nicht auf diese Form beschränkt, und es kann eine beliebige Richtung, in der das andere Objekt sich weg von dem Roboter bewegt, angewendet werden.
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Wenn zum Beispiel der Roboter mit einem Abdeckungselement bedeckt ist, das einen Kontaktsensor aufweist, dann kann der Wirkpunkt erfasst werden, bei dem die externe Kraft auf den Roboter wirkt. Die Richtung, in der die externe Kraft auf den Roboter wirkt, wird jedoch nicht erfasst. Aufgrund dessen kann unter normalen Richtungen bei dem Wirkpunkt auf einer Oberfläche des Abdeckungselements die Richtung weg von dem anderen Objekt als die Referenzrichtung gesetzt werden. Es kann mit anderen Worten eine Richtung lotrecht zu der Oberfläche des Abdeckungselements als die Referenzrichtung, also als eine geeignete Richtung, in der der Roboter betrieben wird, gesetzt werden.
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Alternativ kann die Bahnkurve des Roboters in der Speichereinheit gespeichert werden, während der Roboter manuell angetrieben wird. Die Speichereinheit kann zum Beispiel eine Position und eine Stellung des Roboters zu jedem vorbestimmten Zeitintervall speichern. Wenn der Roboter in Kontakt mit dem anderen Objekt gelangt, dann kann eine Richtung zum Bewegen in eine entgegengesetzte Richtung entlang der gespeicherten Bahnkurve als eine Referenzrichtung gesetzt werden. In diesem Fall kann die Referenzrichtung eine Kurve sein. Dann kann ein Bereich einer vorbestimmten Distanz hinsichtlich der gespeicherten Bahnkurve als ein zulässiger Bereich gesetzt werden.
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Die Krafterfassungseinrichtung kann zum Beispiel bei der Basiseinheit 11 des Roboters 1 angeordnet sein. Wenn die Krafterfassungseinrichtung bei der Basiseinheit 11 des Roboters angeordnet ist, dann kann die Richtung einer externen Kraft, die auf den Roboter 1 wirkt, erfasst werden, es kann aber nicht der Wirkpunkt der externen Kraft erfasst werden, die auf den Roboter 1 wirkt. Selbst in einem derartigen Fall kann eine Richtung zum Rückzug entlang der gespeicherten Bahnkurve als die Referenzrichtung verwendet werden. Dieses Verfahren ist wirksam, wenn sich das andere Objekt in einem Anhaltezustand befindet oder sich das andere Objekt langsamer als der Roboter bewegt.
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Alternativ, wenn der Roboter 1 in Kontakt mit dem anderen Objekt gelangt, wird ein unmittelbar vorangehender Bewegungspunkt in der gespeicherten Bahnkurve erfasst. Dann kann eine Richtung, die sich von einer Position zu dem Zeitpunkt eines Kontakts hin zu einer Position unmittelbar vor dem Kontakt orientiert, als die Referenzrichtung gesetzt werden. Somit, wenn die Position und die Stellung des Roboters zu jedem vorbestimmten Zeitintervall gesteuert werden, dann kann die Richtung, die sich von der Position zu dem Zeitpunkt des Kontakts zu der Position unmittelbar vor dem Kontakt orientiert, als die Referenzrichtung gesetzt werden. Dann kann ein zulässiger Bereich, innerhalb dessen sich der Roboter bewegt, auf der Grundlage der Referenzrichtung gesetzt werden.
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In dem vorstehend beschriebenen Beispiel ist der Fall des manuellen Betriebs des Roboters durch das Lernbedienpaneel 49 beschrieben. Das Verfahren zum manuellen Bedienen des Roboters ist nicht auf diese Form beschränkt, und es kann ein beliebiges Verfahren verwendet werden. Es ist zum Beispiel ein Griff (eine Handführung), die durch den Arbeiter bedient werden kann, an dem Ende des Roboters angeordnet. Dann kann das Robotersystem eine direkte Lernvorrichtung umfassen, in der der Arbeiter den Griff bedient und die Lernpunkte speichert. In der direkten Lernvorrichtung kann der Arbeiter den Betrieb des Roboters direkt lehren.
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Nachstehend wird eine Beschreibung der Steuerung in dem automatischen Betrieb des Roboters angegeben werden. Unter Bezugnahme auf 2 ist die Steuervorrichtung 2 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, um in der Lage zu sein, den Roboter auf der Grundlage des Betriebsprogramms 41 anzutreiben. Das Betriebsprogramm 41 kann zum Beispiel einen Befehl zum Rückzug aus einem Kontaktpunkt umfassen, wenn der Roboter in Kontakt mit dem anderen Objekt in einer Spanne gelangt, während der der Roboter automatisch angetrieben wird. Die Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit 48 des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann überwachen, ob der Betrieb des Roboters 1 normal verläuft oder nicht, selbst in einer Spanne, in der der Rückzugsvorgang auf der Grundlage des Betriebsprogramms durchgeführt wird. Wenn die Rückzugsrichtung des Roboters 1 den zulässigen Bereich überschreitet, dann kann die Anhaltebefehlseinheit 46 den Roboter 1 anhalten.
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5 zeigt eine Blockdarstellung eines zweiten Robotersystems in einem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Ein Teil einer Steuervorrichtung 2 ist in 5 beschrieben. Die Konfiguration des Roboters ist dieselbe wie jene des ersten Robotersystems (vergleiche 2). Die Steuervorrichtung 2 des zweiten Robotersystems ist derart ausgebildet, um in der Lage zu sein, um zwischen einem Lernmodus, in dem ein Betrieb des Roboters durch manuelles Bedienen des Roboters gelehrt wird, und einem Wiedergabemodus umzuschalten, in dem der Roboter 1 automatisch den gelernten Vorgang wiedergibt. Die Steuervorrichtung 2 umfasst einen Auswahlschalter 50 zum Umschalten zwischen dem Lernmodus und dem Wiedergabemodus.
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Wenn der Arbeiter den Lernmodus bei dem Auswahlschalter 50 auswählt, dann wird der Roboter 1 durch das Lernbedienpaneel 49 bedient, um die Lernpunkte dem Roboter 1 zu lehren. Die Lernpunktspeichereinheit 52 speichert die Lernpunkte, die durch den Arbeiter gesetzt wurden. Wenn demgegenüber der Arbeiter den Wiedergabemodus bei dem Auswahlschalter 50 auswählt, dann erzeugt die Wiedergabebetriebsbefehlseinheit 53 eine Bahnkurve auf der Grundlage der Lernpunkte, die in der Lernpunktespeichereinheit 52 gespeichert sind. Die Wiedergabebetriebsbefehlseinheit 53 sendet einen Befehl zum Betreiben des Roboters 1 entlang einer erzeugten Bahnkurve zu der Betriebssteuereinheit 43.
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Die Steuervorrichtung 2 umfasst eine Rückzugbefehlseinheit 51, die den Roboter 1 automatisch in einer Richtung weg von dem anderen Objekt zu dem Zeitpunkt betreibt, zu dem der Roboter 1 in Kontakt mit dem anderen Objekt gelangt. Als die Betriebsrichtung des Roboters 1, die durch die Rückzugbefehlseinheit 51 angewiesen ist, kann die Richtung, in der sich der Roboter 1 weg von dem anderen Objekt bewegt, verwendet werden, wie vorstehend beschrieben wurde. Wenn der Kontakt zwischen dem Roboter 1 und dem anderen Objekt erfasst wird, dann kann die Rückzugbefehlseinheit 51 einen Befehl zum Durchführen eines Rückzugbetriebs des Roboters 1 zu der Betriebssteuereinheit 43 senden.
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Wenn der Wiedergabemodus durch den Auswahlschalter 50 ausgewählt ist, dann wird die Steuerung durch die Anhaltebefehlseinheit 46 angehalten und wird die Steuerung durch die Rückzugbefehlseinheit 51 durchgeführt. Wenn demgegenüber der Lernmodus durch den Auswahlschalter 50 ausgewählt ist, dann wird die Steuerung durch die Rückzugbefehlseinheit 51 angehalten und wird die Steuerung durch die Anhaltebefehlseinheit 46 durchgeführt.
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Wie vorstehend beschrieben wurde, ist der Auswahlschalter 50 vorgesehen, um den Betrieb des Roboters zu dem Zeitpunkt umzuschalten, zu dem der Roboter in Kontakt mit dem anderen Objekt gelangt. In dem Wiedergabemodus, wenn der Roboter in Kontakt mit dem anderen Objekt gelangt, bewegt sich der Roboter automatisch in einer Richtung weg von dem anderen Objekt. Demgemäß kann eine Beschädigung des anderen Objekts vermieden werden. Zudem, in dem Lernmodus, wenn der Roboter in Kontakt mit dem anderen Objekt gelangt, dann überwacht die Betriebsrichtungs-Überwachungseinheit die Betriebsrichtung des Roboters. Somit, selbst wenn der Arbeiter einen fehlerhaften Betrieb durchführt, kann eine Beschädigung des anderen Objekts vermieden werden. Dann wird der Roboter in einen Zustand verbracht, in dem er nicht länger in Kontakt mit dem anderen Objekt steht, und es kann der Roboter frei betrieben werden.
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Die Robotersteuervorrichtungen der vorliegenden Ausführungsbeispiele sind für Robotersysteme geeignet, in denen ein zusammenarbeitsfähiger Roboter vorgesehen ist, wobei eine Person und der Roboter zusammenarbeiten können. Sie ist zum Beispiel für ein Robotersystem geeignet, in dem ein Roboter und ein Arbeiter einen einzelnen Arbeitsvorgang durchführen. Alternativ ist sie für ein Robotersystem geeignet, in dem kein Sicherheitszaun zwischen einem Arbeiter und einem Roboter in einem Zustand vorgesehen ist, in dem der Roboter und der Arbeiter einen jeweils verschiedenen Arbeitsvorgang durchführen.
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Während die vorliegenden Ausführungsbeispiele beispielhaft angesichts des Mehrgelenksroboters beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Erfindung kann bei jedweder Robotersteuervorrichtung angewendet werden, die einen beliebigen Roboter steuert.
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Die Robotersteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann einen Betrieb zum sicheren Beseitigen eines Kontakts durchführen, wenn der Roboter in Kontakt mit einer Person oder einem Objekt gelangt.
