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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Robotersteuerung, die einen Roboter steuert, der mit einer Verfahrachse ausgestattet ist.
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Beschreibung des einschlägigen Stands der Technik
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Bei Industrierobotern wurde eine Steuertechnik zum Ausgleichen einer Verformung oder eines Drehmoments eines Bauteils vorgeschlagen, die/das durch den Betrieb einer Achse an einer anderen Stelle hervorgerufen wird.
Die japanische Patenveröffentlichung Nr. 2006-293624A offenbart eine Mehrachs-Steuerung, die eine Mehrzahl von gegenseitig kreuzenden Achsen steuert, wobei ein Störmoment basierend auf den Positionsbefehlen für andere Achsen geschätzt wird und die Drehmomente an den einzelnen Gelenken korrigiert werden.
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Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 2009-082997A offenbart eine Robotersteuerung, die eine Bewegungsgeschwindigkeit eines Handteils eines Roboters an den unterschiedlichen Koordinatenachsen des kartesischen Systems mit Schwellenwerten vergleicht, und wenn die Bewegungsgeschwindigkeit von wenigstens einer Koordinatenachse größer als ein Schwellenwert ist, verursacht, dass der Roboter anhält.
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Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 2002-307344A offenbart eine Robotersteuerung, die eine Modellierung durchführt, die die Gelenke als Federn erachtet, und die die Position und Haltung der Hand des Roboters korrigiert, während die Biegung an den Bauteilen des mehrgelenkigen Roboters berücksichtigt wird.
Bei einem mit einer Verfahrachse ausgestatteten Roboter verursacht die Verfahrachse manchmal, dass sich der Roboter bewegt, während er die Werkzeugspitze in einer bestimmten Position im Raum hält. 5 ist eine Ansicht des Roboters 100, der sich aufgrund der Verfahrachse 110 in einer Ansicht von oben bewegt. Unter Bezugnahme auf 5 bewegt sich die Basis des Roboters 100 entlang der Verfahrachse 110 von der durch die gestrichelte Linie dargestellten Position zu der Position, die von der durchgezogenen Linie dargestellt ist, während die Position der Spitze 132 des Werkzeugs 130, das an dem Arm 120 befestigt ist, vor und nach der Bewegung nicht verändert wird.
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Zu dem Zeitpunkt, zu welchem ein Vorgang ausgeführt wird, wird ein Störmoment T um die J1-Achse des Roboters 100 erzeugt (Achse, die sich um eine Achse dreht, die sich vertikal zur Fläche erstreckt, an welcher die Verfahrachse eingestellt ist) (siehe 6). Wenn die Bewegungs- oder Beschleunigungsgeschwindigkeit der Verfahrachse 110 groß ist, aufgrund der Wirkungen des Störmoments T, rüttelt die Position der Spitze 132 des Werkzeugs 130 manchmal wie von dem Pfeil 140 in 6 dargestellt. Wenn die Position eines Betriebspunkts in dem Zustand mit Falzrollen etc. rüttelt, die ein Werkstück greifen, wird sich das Werkstück wahrscheinlich in eine unbeabsichtigte Form verformen.
Wenn die Bauteile um die J1-Achse durch ein Material mit hoher Steifigkeit gebildet werden, kann das Rütteln der Werkzeugspitze aufgrund des Störmoments unterdrückt werden. Ferner ist es durch die Durchführung einer Modellierung, die die Gelenke als Federn erachtet, möglich, das Rütteln der Werkzeugspitze auszugleichen, wenn die Position der Werkzeugspitze durch Berücksichtigung der Biegung der Gelenke korrigiert wird.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Werkstoffe mit hoher Steifigkeit sind jedoch im Allgemeinen teuer und führen zu erhöhten Kosten. Beim Verfahren des Modellierens, das Gelenke als Federn erachtet, gibt es Grenzen bezüglich der Annäherung des Verhaltens der Bauteile eines tatsächlichen Roboters. Manchmal kann eine ausreichende Präzision nicht erreicht werden.
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Daher wurde eine Robotersteuerung gesucht, die dazu fähig ist, ein Rütteln der Werkzeugspitze eines Roboters aufgrund des Betriebs einer Verfahrachse zu unterdrücken.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Robotersteuerung zur Steuerung eines mehrgelenkigen Roboters vorgesehen, der mit einem Werkzeug an einem Armende und einer Verfahrachse versehen ist, die verursacht, dass sich der mehrgelenkige Roboter hin- und herbewegt, wobei die Robotersteuerung ein Bewegungsberechnungsteil, das eine Menge einer Bewegung der Verfahrachse und eine Menge einer Bewegung der Werkzeugspitze jedes Mal berechnet, wenn die Verfahrachse gemäß einem Befehl betrieben wird, und ein Korrekturteil einschließt, das einen Befehlswert so korrigiert, dass wenigstens ein Befehlswert einer Geschwindigkeit und Beschleunigung für die Verfahrachse kleiner wird, wenn die Menge der Bewegung der Verfahrachse größer als ein vorgegebener erster Schwellenwert ist und die Menge der Bewegung der Werkzeugspitze kleiner als ein vorgegebener zweiter Schwellenwert ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Korrekturteil dazu ausgestaltet, einen Befehlswert so zu korrigieren, dass der Befehlswert stufenweise kleiner wird, während die Menge der Bewegung der Werkzeugspitze kleiner wird, wenn die Menge der Bewegung der Verfahrachse größer als der erste Schwellenwert ist und die Menge der Bewegung der Werkzeugspitze kleiner ist als der zweite Schwellenwert ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Korrekturteil dazu ausgestaltet, den Befehlswert so zu korrigieren, dass der Befehlswert auf einen vorgegebenen unteren Grenzwert verringert wird, wenn die Menge der Bewegung der Verfahrachse größer als der erste Schwellenwert ist und die Menge der Bewegung der Werkzeugspitze kleiner ist als ein dritter Schwellenwert, der kleiner als der zweite Schwellenwert ist.
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Figurenliste
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Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung veranschaulichender Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung deutlicher, die in den anliegenden Zeichnungen gezeigt sind.
- 1 ist eine Ansicht, die ein Robotersystem gemäß einer Ausführungsform zeigt.
- 2 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitung für eine Korrektur eines Befehlswerts zeigt, die von der Robotersteuerung durchgeführt wird.
- 3 ist eine Ansicht, die ein Verhältnis zwischen einer Menge einer Bewegung einer Werkzeugspitze und einer Befehlsgeschwindigkeit zeigt.
- 4 ist eine Ansicht, die ein Verhältnis zwischen einer Menge einer Bewegung einer Werkzeugspitze und einer Befehlsbeschleunigung zeigt.
- 5 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für einen Betrieb eines Roboters zeigt, der mit einer Verfahrachse ausgestattet ist.
- 6 ist eine Ansicht, die ein Rütteln einer Werkzeugspitze zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die anliegenden Zeichnungen erklärt. Der Maßstab der Bauteile in den dargestellten Ausführungsformen ist passend geändert, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu unterstützen. Ferner verwenden dieselben oder entsprechende Bauteilelemente dieselben Bezugszeichen.
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1 ist eine Ansicht, die ein Robotersystem 1 gemäß einer Ausführungsform zeigt. Das Robotersystem 1 schließt einen Roboter 2, eine Verfahrachse 4, die verursacht, dass sich der Roboter 2 hin- und herbewegt, und eine Robotersteuerung 3 ein, die den Roboter 2 und die Verfahrachse 4 steuert.
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Der Roboter 2 ist ein sechsachsiger vertikaler mehrgelenkiger Roboter, der ein Werkzeug, beispielsweise Falzrollen 25, an einem Handgelenk 24 an der Vorderseite des Arms 23 einschließt. Der Roboter 2 schließt ferner eine Basis 21 ein, die von der Verfahrachse 4 getragen wird und selbst ein sich nicht bewegendes Teil ist, und einen Schwenkkörper 22, der in Bezug auf die Basis 21 um eine Achse 29 schwenken kann, die sich in vertikaler Richtung erstreckt. Nachstehend wird ein Beispiel des Roboters 2, der in 1 gezeigt ist, erklärt, aber die Tatsache, dass die vorliegende Erfindung auf Industrieroboter mit anderen Konfigurationen angewandt werden kann, wird für einen Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich sein.
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Die Gelenke des Roboters 2 werden von Drehmotoren 26 angetrieben (lediglich mehrere Drehmotoren sind gezeigt). Jeder Drehmotor 26 ist mit einem Kodierer 27 zum Messen der Position, Geschwindigkeit, etc. des Drehmotors 26 versehen.
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Die Verfahrachse 4 wird von dem Stellglied 41 angetrieben und verursacht, dass sich der Roboter 2 nach links und nach rechts bewegt. Das Stellglied 41 ist aus einem linearen Motor oder einem Drehmotor zusammengesetzt. Bei Verwendung des Drehmotors als Stellglied 41 weist die Verfahrachse 4 einen Mechanismus zum Umwandeln von Drehbewegung in lineare Bewegung auf, z.B. eine Kugelspindel. Das Stellglied 41 der Verfahrachse 4 ist mit einem Kodierer 42 versehen, der die Position der Verfahrachse 4 und wiederum die Position, die Geschwindigkeit, etc. der Basis 21 des Roboters 2 misst.
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Ein Befehl an die Verfahrachse 4 kann ein Befehl sein, welchen die Robotersteuerung 3 gemäß einem Steuerprogramm erzeugt, oder kann ein manueller Vorschubbefehl sein, welcher gemäß einer Eingabe eines Bedieners erzeugt wird.
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Die Robotersteuerung 3 ist ein digitaler Computer, der eine Hardware-Konfiguration aufweist, die eine Zentraleinheit 31, einen Speicher 32 und eine Schnittstelle 33 einschließt. Die Zentraleinheit 31, der Speicher 32 und die Schnittstelle 33 sind miteinander über einen Bus verbunden.
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Die Zentraleinheit 31 betreibt ein Steuerprogramm oder führt eine Verarbeitung durch, die für die Durchführung anderer Funktionen der Robotersteuerung 3 erforderlich ist.
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Der Speicher 32 ist aus einem ROM, einem RAM, einem nicht-flüchtigen Speicher, etc. zusammengesetzt. Der ROM speichert das Programm für eine gesamte Steuerung der Robotersteuerung 3. Der RAM speichert vorübergehend die Ergebnisse der Verarbeitung der Zentraleinheit 31 oder die erfassten Werte der Kodierer 27 und 42 etc. Der nicht-flüchtige Speicher speichert die Steuerprogramme für die Steuerung des Roboters 2 und der Verfahrachse 4 und die Parameter und andere Einstellungen.
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Die Schnittstelle 33 ist mit einer externen Vorrichtung, beispielsweise einer Anzeige, einer Tastatur, einem Betriebslehrpult, etc., verbunden und wird zum Senden und Empfangen von Signalen und Daten damit verwendet.
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Die Robotersteuerung 3 verwendet das Steuerprogramm und Rückkopplungssignale aus den Kodierern 27 und 42 als Basis zur Erteilung von Befehlen an den Roboter 2 und die Verfahrachse 4 und zur Steuerung des Betriebs des Roboters 2 und der Verfahrachse 4.
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Im Robotersystem 1, wie in Bezug auf 5 und 6 gezeigt, rüttelt die Werkzeugspitze 28 manchmal aufgrund eines Störmoments, das erzeugt wird, wenn verursacht wird, dass die Verfahrachse 4 betrieben wird, während die Position der Werkzeugspitze 28 feststehend im dreidimensionalen Raum verbleibt.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Robotersteuerung 3 aus einem Bewegungsberechnungsteil 34, einem Beurteilungsteil 35 und einem Korrekturteil 36 zur Korrektur der Befehlswerte für die Verfahrachse 4 und Unterdrückung des Rüttelns der Werkzeugspitze 28 zusammengesetzt.
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Das Bewegungsberechnungsteil 34 berechnet eine Menge einer Bewegung der Verfahrachse 4 und eine Menge einer Bewegung der Werkzeugspitze 28 jedes Mal, wenn die Verfahrachse 4 gemäß einem Befehl betrieben wird. Die Menge der Bewegung der Verfahrachse 4 wird basierend auf dem Befehl an die Verfahrachse 4 berechnet. Die Menge der Bewegung der Werkzeugspitze 28 wird basierend auf den Befehlen an die Drehmotoren 26, die die verschiedenen Gelenke antreiben, den Systemparametern, die dem Roboter 2 inhärent sind, und der Menge der Bewegung der Verfahrachse 4 berechnet. Es ist anzumerken, dass die Menge der Bewegung der Werkzeugspitze 28 die Menge der Bewegung im Weltkoordinatensystem ist, nicht im Roboterkoordinatensystem, wo die Basis 21 des Roboters 2 als Bezug des Roboterkoordinatensystems verwendet wird.
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Das Beurteilungsteil 35 beurteilt, ob die Menge der Bewegung der Verfahrachse 4 größer als ein vorgegebener erster Schwellenwert ist, und beurteilt, ob die Menge der Bewegung der Werkzeugspitze 28 größer als ein vorgegebener zweiter Schwellenwert ist. Die Ergebnisse der Beurteilung durch das Beurteilungsteil 35 werden in das Korrekturteil 36 eingegeben.
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Das Korrekturteil 36 korrigiert die Befehlswerte, so dass der Befehlswert der Geschwindigkeit oder Beschleunigung an die Verfahrachse 4 oder die Befehlswerte von beiden kleiner werden, wenn erachtet wird, dass die Verfahrachse 4 betrieben wurde, ohne dass die Position der Werkzeugspitze 28 verändert wurde.
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Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 2 die von der Robotersteuerung 3 durchgeführte Verarbeitung gemäß der vorliegenden Ausführungsform erklärt. Die Verarbeitung der später erklärten Schritte S01 bis S05 wird jedes Mal durchgeführt, wenn ein Befehl an die Verfahrachse 4 ausgeführt wird. Wenn sich beispielsweise die Verfahrachse 4 von einer ersten Position in eine zweite Position nach rechts bewegt und anschließend von der zweiten Position in eine dritte Position nach links bewegt, wird die zuvor genannte Verarbeitung durchgeführt, wenn sich die Verfahrachse 4 von der ersten Position in die zweite Position bewegt. Ferner wird die zuvor genannte Verarbeitung nochmals durchgeführt, wenn sich die Verfahrachse 4 von der zweiten Position in die dritte Position bewegt.
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Bei Schritt S01 berechnet das Bewegungsberechnungsteil 34 die Menge der Bewegung der Verfahrachse 4 entsprechend dem Eingabebefehl. Bei Schritt S02 berechnet das Bewegungsberechnungsteil 34 die Menge der Bewegung der Werkzeugspitze 28 in einem dreidimensionalen Raum, während sich die Verfahrachse 4 exakt gemäß der Menge der Bewegung, die bei Schritt S01 berechnet wird, bewegt. Bei Schritt S03 beurteilt das Beurteilungsteil 35, ob die Menge der Bewegung der Verfahrachse 4 größer als der erste Schwellenwert ist. Der erste Schwellenwert ist passend so eingestellt, dass eine Beurteilung dahingehend ermöglicht wird, ob sich die Verfahrachse 4 bewegt hat. Beispielsweise ist der erste Schwellenwert im Allgemeinen auf einen Wert nahe null eingestellt.
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Alternativ dazu kann der erste Schwellenwert gemäß der Menge der Bewegung der Verfahrachse 4 eingestellt sein, so dass das Rütteln der Werkzeugspitze 28 ausreichend klein wird. Wenn beispielsweise die Menge der Bewegung der Verfahrachse 4 ausreichend klein ist und die Verfahrachse 4 anhält, bevor die Geschwindigkeit der Bewegung klein wird, muss das Rütteln der Werkzeugspitze 28 nicht berücksichtigt werden. Auf diese Weise beträgt die Beurteilung bei Schritt S03 manchmal nein, auch wenn die Menge der Bewegung der Verfahrachse 4 nicht null beträgt.
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Wenn das Ergebnis der Beurteilung bei Schritt S03 ja ist, geht die Routine zu Schritt S04 über. Bei Schritt S04 beurteilt das Beurteilungsteil 35, ob die Menge der Bewegung der Werkzeugspitze 28 kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist. Der zweite Schwellenwert ist passend so eingestellt, dass beurteilt werden kann, ob sich die Position der Werkzeugspitze 28 zwischen vor und nach der Bewegung der Verfahrachse 4 geändert hat. Wenn die Menge der Bewegung der Werkzeugspitze 28 in dem Weltkoordinatensystem berechnet wird, wird der zweite Schwellenwert auf einen Wert nahe von ungefähr null eingestellt.
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Wenn das Ergebnis der Beurteilung bei Schritt S04 ja ist, geht die Routine zu Schritt S05 über. Bei Schritt S05 verringert das Korrekturteil 36 den Befehlswert an die Verfahrachse 4. Der korrigierte Befehlswert kann ein Geschwindigkeitsbefehlswert oder ein Beschleunigungsbefehl oder beides sein.
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Wenn das Ergebnis der Beurteilung bei Schritt S03 nein ist oder wenn das Ergebnis der Beurteilung bei Schritt S04 nein ist, wird erachtet, dass es keinen Bedarf gibt, den Befehlswert an die Verfahrachse 4 zu korrigieren und die Verarbeitung wird beendet. In diesem Fall wird die Verfahrachse 4 gemäß den ursprünglich eingegebenen Befehlswerten betrieben. Typischerweise werden Befehlswerte, die der maximalen Geschwindigkeit und der maximalen Beschleunigung entsprechen, an die Verfahrachse 4 übermittelt.
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Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 3 und 4 ein Beispiel der Verarbeitung zur Korrektur der Befehlswerte erklärt. 3 zeigt das Verhältnis zwischen der Menge der Bewegung der Werkzeugspitze 28 und der Befehlsgeschwindigkeit an der Verfahrachse 4. Wenn die Menge der Bewegung der Werkzeugspitze 28 der zweite Schwellenwert Th2 oder mehr ist, wird, wie dargestellt, ein Geschwindigkeitsbefehl v2 entsprechend der maximalen Geschwindigkeit an die Verfahrachse 4 ausgegeben. Wenn die Menge der Bewegung der Werkzeugspitze 28 kleiner als ein dritter Schwellenwert Th3 ist, der kleiner als der zweite Schwellenwert Th2 ist, wird der Geschwindigkeitsbefehl v1 entsprechend der minimalen Geschwindigkeit an die Verfahrachse 4 ausgegeben.
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Wenn die Menge der Bewegung der Werkzeugspitze 28 in einem Bereich zwischen dem zweiten Schwellenwert Th2 und dem dritten Schwellenwert Th3 liegt, wird ein Geschwindigkeitsbefehl, durch welchen die Geschwindigkeit stufenweise abnimmt, während die Menge der Bewegung der Werkzeugspitze 28 kleiner wird, an die Verfahrachse 4 ausgegeben.
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4 zeigt das Verhältnis zwischen der Menge der Bewegung der Werkzeugspitze 28 und der Befehlsbeschleunigung an die Verfahrachse 4. Wenn die Menge der Bewegung der Werkzeugspitze 28 der zweite Schwellenwert Th2 oder mehr ist, wird, wie dargestellt, ein Beschleunigungsbefehl a2 entsprechend der maximalen Beschleunigung an die Verfahrachse 4 ausgegeben. Wenn die Menge der Bewegung der Werkzeugspitze 28 kleiner als ein dritter Schwellenwert Th3 ist, der kleiner als der zweite Schwellenwert Th2 ist, wird ein Beschleunigungsbefehl a1 entsprechend der minimalen Beschleunigung an die Verfahrachse 4 ausgegeben.
Wenn die Menge der Bewegung der Werkzeugspitze 28 in einem Bereich zwischen dem zweiten Schwellenwert Th2 und dem dritten Schwellenwert Th3 liegt, wird ein Beschleunigungsbefehl, durch welchen die Beschleunigung stufenweise abnimmt, während die Menge der Bewegung der Werkzeugspitze 28 kleiner wird, an die Verfahrachse 4 ausgegeben.
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Gemäß der Robotersteuerung 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, werden, wenn verursacht wird, dass die Verfahrachse 4 betrieben wird, während die Werkzeugspitze 28 in Position gehalten wird, die Befehlswerte korrigiert, so dass die Geschwindigkeit oder Beschleunigung der Verfahrachse 4 oder beide beschränkt werden. Aufgrund dieser Tatsache kann ein Rütteln der Werkzeugspitze aufgrund des Betriebs der Verfahrachse 4 unterdrückt werden und die Positionierungspräzision des Roboters 2 kann verbessert werden. Ferner ist es bei der Verwendung des Roboters 2 zur Bearbeitung eines Werkstücks durch Falzrollen 25 möglich, zu verhindern, dass sich das Werkstück in eine unbeabsichtigte Form aufgrund des Rüttelns der Werkzeugspitze 28 verformt.
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Die Position der Basis 21 des Roboters 2 kann durch die Verfahrachse 4 verändert werden, während eine Arbeit unter Verwendung des Werkzeugs ausgeführt wird, so dass sich das Robotersystem 1 nahtlos zum nächsten Prozess bewegen kann und die Zykluszeit verringert werden kann.
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Wenn sich die Werkzeugspitze 28 bewegt, kann die Verfahrachse 4 verursachen, dass sich der Roboter 2 mit maximaler Geschwindigkeit bewegt, ohne dass die Verarbeitung zur Korrektur durch das Korrekturteil 36 durchgeführt wird. Daher ist es möglich, die Zuverlässigkeit der Arbeit unter Verwendung des Werkzeugs zu erhalten, während verhindert wird, dass die Zykluszeit mehr als notwendig zunimmt.
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Es besteht kein Bedarf, ein teures Material mit hoher Steifigkeit für die Bauteile des Roboters 2 zu verwenden, so dass das Robotersystem 1 kostengünstig bereitgestellt werden kann.
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Vorstehend wurden unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erklärt, aber ein Fachmann auf diesem Gebiet würde erkennen, dass andere Ausführungsformen auch verwendet werden können, um die Aktionen und Wirkungen zu realisieren, die von der vorliegenden Erfindung beabsichtigt sind. Insbesondere können die vorstehend erklärten Bauteile der Ausführungsformen entfernt oder ersetzt werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und bekannte Mittel können weiter hinzugefügt werden. Ferner ist die Tatsache, dass die Merkmale der Mehrzahl von Ausführungsformen, die in dieser Patentschrift explizit oder implizit offenbart sind, auch frei kombiniert werden können, so dass die vorliegende Erfindung funktioniert, für Fachmänner auf diesem Gebiet selbstverständlich.
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Gemäß der Robotersteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Befehlswerte korrigiert, wenn verursacht wird, dass sich die Verfahrachse bewegt, während die Position der Werkzeugspitze fixiert wird, so dass die Geschwindigkeit oder Beschleunigung der Verfahrachse kleiner wird. Aufgrund dieser Tatsache kann ein Rütteln der Werkzeugspitze aufgrund des Betriebs der Verfahrachse unterdrückt.
