DE102016115302B4

DE102016115302B4 - Robotersteuerungsvorrichtung zum steuern eines motorgetriebenen roboters

Info

Publication number: DE102016115302B4
Application number: DE102016115302.8A
Authority: DE
Inventors: Kenichiro Oguri; Soichi Arita
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2016-08-18
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2036-08-19
Also published as: CN106476008A; CN106476008B; DE102016115302A1; JP6400538B2; JP2017042850A; US9855656B2; US20170060103A1

Abstract

Robotersteuerungsvorrichtung (20) zum Steuern eines Roboters (10), der durch einen Motor (M) angetrieben wird, umfassend:
einen ersten Sensor (11), der in einem ersten Bereich verwendet werden kann, der die Gesamtheit des Betriebsbereichs des Roboters umfasst;
eine erste Steuereinheit (21) zum Berechnen einer ersten Steuereingabe in den Motor unter Verwendung eines Rückführwerts des ersten Sensors;
einen zweiten Sensor (12), der in einem zweiten Bereich verwendet werden kann, der mindestens einen Teil des Betriebsbereichs des Roboters umfasst;
eine zweite Steuereinheit (22) zum Berechnen einer zweiten Steuereingabe in den Motor unter Verwendung eines Rückführwerts des zweiten Sensors oder von Rückführwerten von sowohl dem ersten Sensor als auch dem zweiten Sensor;
eine Bereichsspeichereinheit (23) zum Speichern eines dritten Bereichs, der sowohl im Betriebsbereich des Roboters als auch im zweiten Bereich beinhaltet ist;
eine Verhältniseinstelleinheit (24) zum Einstellen eines Verhältnisses zwischen der ersten Steuereingabe und der zweiten Steuereingabe in Bezug auf Steuereingaben in den Motor basierend auf dem Vergleich des dritten Bereichs, der in der Bereichsspeichereinheit gespeichert ist, mit der Position und Stellung des Roboters;
eine Addiereinheit (25) zum Addieren der ersten Steuereingabe und der zweiten Steuereingabe gemäß dem Verhältnis, das durch die Verhältniseinstelleinheit eingestellt ist; und
eine Steuerungsausführeinheit (29) zum Ausführen einer Steuerung mit Rückführung des Motors basierend auf einem Resultat der Addition, die durch die Addiereinheit ausgeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Robotersteuerungsvorrichtung zum Steuern eines motorgetriebenen Roboters.
Konventionell werden Roboter nur durch Rückführen der Winkelgeschwindigkeit, des Drehwinkels und des Drehmoments (Stromwert) eines Motors, wie beispielsweise einem Servomotor, gesteuert. Bei solch einem Steuerungsverfahren ist es nur erforderlich, einen am Motor angebrachten Encoder oder Stromauswerter vorzusehen.
In den letzten Jahren wurden Roboter jedoch in verschiedenen Gebieten verwendet und konventionelle Steuerungsverfahren können unzureichend sein. Daher wurde zusätzlich zu einem Encoder oder Stromauswerter ein weiterer Sensor verwendet, um einen Roboter zu steuern.
In der JP 2012-168 926 A erfolgt eine vollständig geschlossene Positionssteuerung unter Verwendung eines zusätzlichen Encoders, um einen Positionsfehler, der durch beispielsweise einen Übertragungsfehler eines Bremsreglers verursacht wird, zu reduzieren. Weiter wird in der JP 2011-136 416 A eine Positionssteuerung unter Verwendung eines Positionserfassungsinstruments wie einer Lasernachführungsvorrichtung oder einem Indoor-GPS ausgeführt, um einen Flugzeugrumpf und andere von einem Roboter unterstützte Teile exakt zu positionieren.
Ursprünglich fällt jedoch ein Bereich, in dem ein Roboter beweglich ist, nicht zwangsläufig mit einem Bereich zusammen, in dem ein zusätzlicher Sensor anwendbar ist. Daher kann ein Ändern des Steuerungsverfahrens, bei dem ein zusätzlicher Sensor verwendet wird, eine Begrenzung des Betriebsbereichs des Roboters bewirken.
Die Anwendung einer vollständig geschlossenen Steuerung zum exakten Betreiben eines Roboters wird nachfolgend in einem Beispiel beschrieben. In dieser Hinsicht wird ein Winkelcodierer oder ein Drehgeber als ein zusätzlicher Sensor verwendet. Zum Befestigen solch eines zusätzlichen Sensors am Roboter ist es jedoch erforderlich, das Design des Roboters drastisch zu verändern. Daher kann aus wirtschaftlichen Gründen eine bandartige lineare Skala an einem vorhandenen Roboter angebracht werden, um eine vollständig geschlossene Steuerung auszuführen.
Wenn die bandartige lineare Skala verwendet wird, wird jedoch ein Signal an einem Endpunkt eines Bandes unterbrochen. Wenn die vollständig geschlossene Steuerung verwendet wird, würde sich eine rotierende Welle nicht um mehr als 360 Grad drehen, selbst wenn sich die rotierende Welle um mehr als 360 Grad drehen kann.
In einem weiteren Beispiel wird nachfolgend ein Steuervorgang beschrieben, bei dem eine Lasernachführungsvorrichtung verwendet wird, um die Position und Stellung eines Endeffektors eines Roboters rückzuführen. Um die Position und Stellung unter Verwendung der Lasernachführungsvorrichtung zu erfassen, ist es erforderlich, dass ein Reflektor, der an einem Roboter oder einem Werkzeug des Roboters befestigt ist, von der Nachführungsvorrichtung gesehen werden kann, die um den Roboter herum angeordnet ist.
Der Reflektor mag jedoch abhängig von der Stellung des Roboters, aufgrund einer Peripherievorrichtung, eines Arms des Roboters oder eines am Roboter befestigten Werkzeugs, das als ein Hindernis wirkt, nicht gesehen werden. Dementsprechend begrenzt ein Steuervorgang, der eine Lasernachführungsvorrichtung verwendet, den Betriebsbereich des Roboters.
Daher können die Steuersysteme umgeschaltet werden, sodass ein Steuervorgang ausgeführt wird, der einen zusätzlichen Sensor verwendet, wenn der zusätzliche Sensor erforderlich ist, und ein Steuervorgang ohne einen zusätzlichen Sensor ausgeführt wird, wenn der zusätzliche Sensor nicht erforderlich ist. Somit wird der ursprüngliche Betriebsbereich des Roboters aufrechterhalten.
Es kann ein mechanischer Stoß auftreten, wenn die Steuersysteme schnell umgeschaltet werden, und dementsprechend ist es bevorzugt, dass die Steuersysteme reibungslos umgeschaltet werden. Wenn die Steuersysteme in Übereinstimmung mit einem Betriebsprogramm umgeschaltet werden, nimmt die Komplexität des Programms weiter zu, während die Umschaltfrequenz zunimmt. Daher ist es bevorzugt, dass die Steuersysteme automatisch umgeschaltet werden.
Die JP 2001-222 324 A offenbart, dass das Verhältnis zwischen einer halb geschlossenen Steuerung ohne einen zusätzlichen Sensor und einer halb geschlossenen Steuerung unter Verwendung eines zusätzlichen Sensors, die bei der Positionssteuerung angewandt werden, durch Umschalten von Steuerverstärkungen geändert wird, sodass Steuersysteme reibungslos umgeschaltet werden.
Die JP 5 158 542 B2 offenbart, dass Steuersysteme abhängig von der Eigenschaft eines zu steuernden Objekts umgeschaltet werden. Unter der Annahme, dass die Position und die Stellung eines Roboters in der Eigenschaft eines zu steuernden Objekts beinhaltet sind, können die Steuersysteme abhängig von der Position und der Stellung des Roboters umgeschaltet werden.
Die DE 10 2012 001 480 A1 zeigt eine Positionssteuervorrichtung, die einen Positionserfassungswert durch Addieren einer Ausgabe einer Verzögerungsschaltung erster Ordnung, welche eine Differenz zwischen einem Positionserfassungswert eines angetriebenen Elements und eines Motorpositionserfassungswerts empfängt, zu dem Motorpositionserfassungswert und verwendet den erhaltenen Positionserfassungswert als einen Positionsrückführwert.
Die US 9,073,210 B2 zeigt eine Positionsteuerungsvorrichtung für einen Roboterarm mit einer Kamera.
Die US 8,879,822 B2 zeigt eine Robotersteuerungsvorrichtung, bei der der Roboter basierend auf einem aufgenommenen Bild und einem Referenzbild gesteuert wird.
Die JP 2015-074 061 A zeigt eine Robotersteuerung die einen Endpunkt eines Roboterarms basierend auf einem Pfad mit mehreren Lehrpositionen bewegt, sowie basierend auf einem aktuellen Bild und einem Zielbild.
In der JP 2001-222 324 A wird jedoch eine Positionsabweichung in der halb geschlossenen Steuerung und eine Positionsabweichung in der vollständig geschlossenen Steuerung verwendet, um Verstärkungen umzuschalten. Daher kann in einem Bereich, in dem die vollständig geschlossene Steuerung nicht anwendbar ist, die halb geschlossene Steuerung nicht verwendet werden, und dementsprechend ist der Betriebsbereich eines Roboters eingeschränkt. Weiter können in der JP 5 158 542 B2 die Steuersysteme nicht reibungslos umgeschaltet werden.
Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts dieser Probleme. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Robotersteuerungsvorrichtung bereitzustellen, bei der ein Steuervorgang unter Verwendung eines zusätzlichen Sensors und ein Steuervorgang ohne Verwendung eines zusätzlichen Sensors reibungslos umgeschaltet werden können, ohne den Betriebsbereich eines Roboters zu begrenzen.
Um die vorstehende Aufgabe zu erreichen, stellt ein erster Aspekt der Erfindung eine Robotersteuerungsvorrichtung zum Steuern eines Roboters bereit, der durch einen Motor angetrieben wird, welcher einen ersten Sensor beinhaltet, der in einem ersten Bereich verwendet werden kann, der den gesamten Betriebsbereich des Roboters umfasst, eine erste Steuereinheit, um eine erste Steuereingabe an den Motor unter Verwendung eines Rückführwerts des ersten Sensors zu berechnen, einen zweiten Sensor, der in einem zweiten Bereich verwendet werden kann, der mindestens einen Teil des Betriebsbereichs des Roboters umfasst, eine zweite Steuereinheit, um eine zweite Steuereingabe an den Motor unter Verwendung eines Rückführwerts von dem zweiten Sensor oder von Rückführwerten von sowohl dem ersten Sensor als auch dem zweiten Sensor zu berechnen, eine Bereichsspeichereinheit zum Speichern eines dritten Bereichs, der sowohl im Arbeitsbereich des Roboters als auch dem zweiten Bereich beinhaltet ist, eine Verhältniseinstelleinheit, um ein Verhältnis zwischen der ersten Steuereingabe und der zweiten Steuereingabe in Bezug auf Steuereingaben in den Motor basierend auf dem Vergleich des dritten Bereichs, der in der Bereichsspeichereinheit gespeichert ist, mit der Position und der Stellung des Roboters einzustellen, eine Addiereinheit, um die erste Steuereingabe und die zweite Steuereingabe gemäß dem Verhältnis, das durch die Verhältniseinstelleinheit eingestellt ist, zu addieren, und eine Steuerungsausführeinheit, um eine Steuerung mit Rückführung des Motors basierend auf einem Resultat der von der Addiereinheit ausgeführten Addition auszuführen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist im ersten Aspekt der Erfindung der dritte Bereich ein Überlappungsabschnitt des Betriebsbereichs des Roboters und des zweiten Bereichs.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung stellt im ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung die Verhältniseinstelleinheit ein Verhältnis zwischen der ersten Steuereingabe und der zweiten Steuereingabe in Bezug auf Steuereingaben an den Motor basierend auf mindestens einem von einer Entfernung zwischen der Grenze des dritten Bereichs, die in der Bereichsspeichereinheit gespeichert ist, und der gegenwärtigen Position des Roboters und einer Differenz zwischen der Grenze des dritten Bereichs und dem Winkel von jeder der Achsen des Roboters ein.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung stellt in irgendeinem von dem ersten bis dritten Aspekt der Erfindung die Verhältniseinstelleinheit schrittweise ein Verhältnis zwischen der ersten Steuereingabe und der zweiten Steuereingabe in Bezug auf Steuereingaben an den Motor ein.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird in irgendeinem von dem ersten bis vierten Aspekt der Erfindung eine Sendeeinheit zum Senden einer Ausgabe der Verhältniseinstelleinheit an einen Bediener bereitgestellt.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden angesichts der ausführlichen Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen davon, wie sie durch die Zeichnungen veranschaulicht sind, offensichtlicher.

1 ist ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Robotersteuerungsvorrichtung.
2 ist eine Ansicht eines Betriebsbereichs eines Roboters.
3A ist eine erste Ansicht eines Roboters und eines dritten Bereichs.
3B ist eine zweite Ansicht eines Roboters und eines dritten Bereichs.
3C ist eine erste Ansicht der Beziehung zwischen der Entfernung zwischen einem Spitzenende eines Roboters und einem dritten Bereich und dem Verhältnis einer ersten Steuereingabe.
4A ist eine erste Ansicht der Beziehung zwischen den Winkeln von zwei Achsen eines Roboters.
4B ist eine zweite Ansicht der Beziehung zwischen den Winkeln von zwei Achsen eines Roboters.
4C ist eine zweite Ansicht der Beziehung zwischen der Entfernung zwischen einem Spitzenende eines Roboters und einem dritten Bereich und dem Verhältnis einer ersten Steuereingabe.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Zeichnungen sind ähnliche Komponenten mit den gleichen Bezugsnummern bezeichnet. Um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, wurden die Maßstäbe der Zeichnungen geändert.
1 ist ein Blockdiagramm einer Robotersteuerungsvorrichtung, die auf der vorliegenden Erfindung basiert. Ein in 1 gezeigtes System 1 umfasst hauptsächlich einen Roboter 10 und eine Robotersteuerungsvorrichtung 20 zum Steuern des Roboters 10. Der Roboter 10 ist beispielsweise ein hexaxialer Vertikalgelenkroboter. Weiter weist der Roboter 10 auf einem Spitzenende eines Arms davon eine Hand 18 auf.
1 zeigt einen Motor, wie beispielsweise einen Motor M zum Antreiben einer Achse des Roboters 10 und einen Positionsgeber, wie beispielsweise einen Encoder E zum Detektieren einer Drehposition des Motors M. Der Motor M und der Encoder E sind repräsentativ gezeigt. Tatsächlich sind mehrere Motoren M und mehrere Encoder E, deren Anzahl der Anzahl an Achsen des Roboters 10 entspricht, im Roboter 10 eingebettet. In der Beschreibung dieser Anmeldung werden die Encoder E im Folgenden gemeinsam als ein erster Sensor 11 bezeichnet. Zu beachten ist, dass die Encoder E auch verwendet werden, um die Position und Stellung des Roboters 10 zu detektieren.
2 ist eine Ansicht des Betriebsbereichs eines Roboters. Wie in 2 gezeigt, kann der erste Sensor 11 in einem ersten Bereich Z1, der den gesamten Betriebsbereich Z0 des Roboters 10 umfasst, verwendet werden. Zu beachten ist, dass der erste Sensor 11 ein anderer Sensor sein kann, der in der Gesamtheit des Betriebsbereichs Z0 des Roboters 10 verwendet werden und der die Zustandsgröße messen kann, die erforderlich ist, um den Roboter 10 zu steuern. Beispielsweise kann der erste Sensor 11 ein einzelner Sensor sein, der in einem tragenden Roboterteil 19 des Roboters 10 angeordnet ist.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 ist ein zweiter Sensor 12 an einem Spitzenende der Hand 18 angeordnet. Der zweite Sensor 12 ist ein Positionserfassungsinstrument, wie beispielsweise eine Lasernachführungsvorrichtung oder ein Indoor-GPS, die bzw. das die Position des Spitzenendes des Roboters 10 erfassen kann. Alternativ kann der zweite Sensor 12 eine Kombination einer bandartigen linearen Skala oder eines Encoders für die vollständig geschlossene Steuerung sein. Der zweite Sensor 12 kann ein anderer einzelner Sensor oder mehrere andere Sensoren sein, welche die Zustandsgröße erfassen können, die erforderlich ist, um den Roboter 10 zu steuern.
Wie aus 2 ersichtlich, kann der zweite Sensor 12 in einem zweiten Bereich Z2, der mindestens einen Teil des Betriebsbereichs Z0 des Roboters umfasst, verwendet werden. Weiter unterscheiden sich der erste Bereich Z1 und der zweite Bereich Z2 voneinander und der erste Bereich Z1 umfasst die Gesamtheit des Betriebsbereichs Z0 des Roboters 10, und dementsprechend ist es offensichtlich, dass der erste Sensor 11 in einem Bereich verwendet werden kann, in dem der zweite Sensor 12 nicht verwendet werden kann. Daher ist es nicht erforderlich, dass der zweite Sensor 12 in der Gesamtheit des Betriebsbereichs Z0 des Roboters 10 verwendet werden kann.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 ist die Robotersteuerungsvorrichtung 20 ein Digitalrechner, der eine erste Steuereinheit 21 umfasst, um eine erste Steuereingabe an den Motor M unter Verwendung von Rückführwerten des ersten Sensors 11 zu berechnen. Genau genommen berechnet die erste Steuereinheit 21 die erste Steuereingabe an den Motor M basierend auf gemessenen Werten des ersten Sensors 11 und Betriebsbefehlen für den Roboter.
Des Weiteren umfasst die Robotersteuerungsvorrichtung 20 zudem eine zweite Steuereinheit 22, um eine zweite Steuereingabe an den Motor M unter Verwendung von Rückführwerten des zweiten Sensors 12 oder Rückführwerten von sowohl dem ersten Sensor 11 als auch dem zweiten Sensor 12 zu berechnen. In einem in 2 gezeigten dritten Bereich Z3 ist eine zweite Steuereingabe anwendbar. Genau genommen berechnet die zweite Steuereinheit 22 die zweite Steuereingabe an den Motor M basierend auf gemessenen Werten des zweiten Sensors 12 oder von sowohl dem ersten Sensor 11 gemessenen Werten als auch von dem zweiten Sensor 12 gemessenen Werten und Betriebsbefehlen für den Roboter 10.
In dieser Hinsicht sind die Betriebsbefehle für den Roboter 10 Sollwerte, die gemäß dem Betriebszweck des Roboters 10 bestimmt werden. Beispielsweise umfassen die Betriebsbefehle für den Roboter 10 die Position des Spitzenendes des Roboters 10 oder den Winkel von jeder Achse des Roboters 10. Alternativ können die Betriebsbefehle des Roboters 10 eine durch das Spitzenende des Roboters 10 oder durch ein Drehmoment von jeder Achse des Roboters 10 erzeugte Kraft umfassen.
Weiter sind die erste Steuereingabe und die zweite Steuereingabe an den Motor M die Zustandsgröße, die den Zustand des Motors M definiert. Beispielsweise umfassen die erste Steuereingabe und die zweite Steuereingabe den Drehwinkel oder die Winkelgeschwindigkeit oder das Drehmoment des Motors M. Zu beachten ist, dass wie später beschrieben die zweite Steuereingabe zur ersten Steuereingabe addiert wird, und dementsprechend ist es erforderlich, die zweite Steuereingabe und die erste Steuereingabe in der gleichen Dimension festzulegen.
Des Weiteren umfasst die Robotersteuerungsvorrichtung 20 wie in 1 gezeigt eine Bereichsspeichereinheit 23 zum Speichern des dritten Bereichs Z3, der sowohl im Betriebsbereich Z0 des Roboters 10 als auch im zweiten Bereich Z2 beinhaltet ist. Im dritten Bereich Z3 wird der Roboter 10 durch die zweite Steuereingabe unter Verwendung des zweiten Sensors 12 gesteuert. Der dritte Bereich Z3 ist ein Bereich, in dem ein Bediener des Roboters 10 den Roboter 10 unter Verwendung des zweiten Sensors 12 basierend auf der zweiten Steuereingabe betreiben möchte.
Der dritte Bereich Z3 ist ein Bereich mit irgendeiner Form in einem Bereich, der einem Bereich gemeinsam ist, in dem der zweite Sensor 12 verwendet werden kann, und der Betriebsbereich Z0 des Roboters 10. Daher wird der dritte Bereich Z3 gewöhnlich vorläufig durch einen Bediener des Roboters 10 bestimmt. Es kann jedoch die Gesamtheit des Überlappungsabschnitts des Betriebsbereichs Z0 des Roboters 10 und des zweiten Bereichs Z2 als der dritte Bereich Z3 definiert sein. Daher kann der dritte Bereich Z3 automatisch bestimmt werden. Zu beachten ist, dass der dritte Bereich Z3 als ein Bereich definiert sein kann, bei dem sowohl der erste Sensor 11 als auch der zweite Sensor 12 verwendet wird, um den Roboter 10 zu steuern.
Weiter ist es bevorzugt, dass der dritte Bereich Z3 in einem orthogonalen dreidimensionalen Koordinatensystem definiert ist, das an dem tragenden Roboterteil 19 des Roboters 10 befestigt ist, wenn der zweite Sensor 12 ein Positionserfassungsinstrument ist. Wenn der zweite Sensor 12 eine Kombination aus einer bandartigen linearen Skala und einem Encoder ist, die für die vollständig geschlossene Steuerung vorgesehen ist, ist der dritte Bereich Z3 weiter bevorzugt in jedem axialen Koordinatensystem unter Verwendung des Winkels von jeder Achse des Roboters 10 als eine Dimension definiert. Der dritte Bereich Z3, der von der Bereichsspeichereinheit 23 gespeichert wird, kann jedoch in einer anderen Dimension definiert sein, die den Betriebsbereich Z0 des Roboters 10 und den Bereich Z2 wiedergeben kann, in dem der zweite Sensor 12 verwendet werden kann. Weiter kann die Bereichsspeichereinheit 23 einen Bereich als den dritten Bereich Z3 definieren, der abhängig von der Zeit sich umformen, erscheinen oder verschwinden kann.
Weiter umfasst die Robotersteuerungsvorrichtung 20 eine Verhältniseinstelleinheit 24, um das Verhältnis zwischen der ersten Steuereingabe und der zweiten Steuereingabe in Bezug auf Steuereingaben an den Motor M basierend auf dem Vergleich zwischen dem dritten Bereich Z3, der von der Bereichsspeichereinheit 23 gespeichert wird, und der Position und der Stellung des Roboters 10 einzustellen.
Wenn der zweite Sensor 12 beispielsweise ein Positionserfassungsinstrument ist, das am Spitzenende des Roboters 10 befestigt ist, wird der dritte Bereich Z3, der im vorstehend genannten orthogonalen dreidimensionalen Koordinatensystem definiert ist, mit der dreidimensionalen Position des zweiten Sensors 12, die aus der Stellung des Roboters 10 berechnet wird, verglichen. Wenn der zweite Sensor 12 eine Kombination aus einer bandartigen linearen Skala und einem Encoder für die vollständig geschlossene Steuerung ist, wird der dritte Bereich, der im vorstehend genannten Koordinatensystem unter Verwendung der Position von jeder Achse des Roboters 10 als eine Dimension definiert ist, mit der Position von jeder Achse des Roboters 10 verglichen, was die Position des Encoders darstellt, um Werte von der linearen Skala zu lesen.
Wenn sich beispielsweise der zweite Sensor 12 außerhalb des dritten Bereichs Z3 befindet, ist das Verhältnis zwischen der ersten Steuereingabe und der zweiten Steuereingabe, das durch die Verhältniseinstelleinheit 24 eingestellt wird, 1:0. Wenn sich der zweite Sensor innerhalb des dritten Bereichs Z3 befindet, ist das Verhältnis zwischen der ersten Steuereingabe und der zweiten Steuereingabe, das durch die Verhältniseinstelleinheit 24 eingestellt wird, 0:1.
Wenn sich weiter der zweite Sensor 12 in der Nähe der Grenze des dritten Bereichs Z3 befindet, wird das Verhältnis abhängig von beispielsweise dem Ort des zweiten Sensors 12 eingestellt, sodass die erste Steuereingabe und die zweite Steuereingabe reibungslos umgeschaltet werden. Während sich der zweite Sensor 12 von außerhalb des dritten Bereichs Z3 nach innerhalb des dritten Bereichs Z3 über die Grenze des dritten Bereichs Z3 hinaus bewegt, wird speziell das vorstehend genannte Verhältnis schrittweise von 1:0 zu 0:1 über beispielsweise 0,99:0,01, 0,98:0,02 ..., 0,01:0,99 umgeschaltet. Wenn das vorstehend genannte Verhältnis von 1:0 zu 0:1 auf einmal geändert wird, kann zum Zeitpunkt der Änderung ein Stoß auftreten. Im Gegensatz dazu kann verhindert werden, dass ein Stoß auftritt, wenn das Verhältnis schrittweise geändert wird.
Weiter umfasst die Robotersteuerungsvorrichtung 20 eine Addiereinheit 25, um die erste Steuereingabe und die zweite Steuereingabe gemäß dem von der Verhältniseinstelleinheit 24 eingestellten Verhältnis zu addieren. Weiter umfasst die Robotersteuerungsvorrichtung 20 eine Steuerungsausführeinheit 29, um eine Steuerung mit Rückführung des Motors M gemäß der Steuereingabe auszuführen, die von der Addiereinheit 25 berechnet wird, um den Roboter 10 anzusteuern. Zu beachten ist, dass in 1 die Steuereingabe, die durch die Addiereinheit 25 berechnet wird, direkt in den Motor M eingegeben wird. Die Steuereingabe, die von der Addiereinheit 25 berechnet wird, kann jedoch in den Motor M eingegeben werden, nachdem sie einer vorbestimmten Korrektur unterzogen wurde.
Weiter ist, wie in 1 gezeigt, eine Übertragungseinheit 26 zum Senden einer Ausgabe der Verhältniseinstelleinheit 24 an einen Bediener vorgesehen. Die Sendeeinheit 26 sendet eine Ausgabe der Verhältniseinstelleinheit 24 in der Form von mindestens einem von einem optischen Signal und einem Audiosignal an einen Bediener. Bei einem Betrieb, der erforderlich ist, um die zweite Steuerung unter Verwendung von nur dem zweiten Sensor 12 auszuführen, ist es beispielsweise erforderlich, ein automatisches Umschalten zur ersten Steuerung unter Verwendung von nur dem ersten Sensor 11 zu vermeiden. Der Bediener bestätigt solch einen Umschaltvorgang über die Sendeeinheit 26 und kann daher für eine geeignete Reaktion sorgen. Weiter ermöglicht die Sendeeinheit 26, dass der Bediener den Grad an Gewichtung von der ersten Steuerung und der zweiten Steuerung leicht bestätigen kann.
Das Verhältnis zwischen der ersten Steuereingabe und der zweiten Steuereingabe, das durch die Verhältniseinstelleinheit 24 eingestellt wird, wird nachfolgend beschrieben. Dieses Einstellen des Verhältnisses wird wiederholt ausgeführt, wenn der Roboter 10 gemäß einem Betriebsprogramm betrieben wird. Die 3A und 3B zeigen einen Roboter und einen dritten Bereich. In den 3A und 3B ist der erste Sensor 11 ein Encoder E verbunden mit dem Motor M für jede Achse des Roboters 10 und der zweite Sensor 12 ist eine Lasernachführungsvorrichtung zum Erfassen der Position des Spitzenendes des Roboters 10. Zu beachten ist, dass in den 3A und 3B eine Richtung weg vom dritten Bereich Z3 als eine positive Richtung definiert ist.
Weiter ist in der in 3A und 3B gezeigten Ausführungsform die erste Steuereinheit 21 ein Rückführungssteuersystem, um einen Drehmomentbefehl für den Motor M basierend auf dem detektierten Wert des ersten Sensors 11 als der Encoder E zu berechnen. Weiter ist die zweite Steuereinheit 22 ein Rückführungssteuersystem, um einen Drehmomentbefehl für den Motor M basierend auf der Position des Spitzenendes des Roboters 10, die durch den zweiten Sensor 12 als eine Lasernachführungsvorrichtung erfasst wird, zu berechnen.
In derartigen Situationen berechnet die Verhältniseinstelleinheit 24 eine Entfernung S (kürzeste Entfernung) zwischen der Grenze des dritten Bereichs Z3 und der Position des Spitzenendes des Roboters 10 im orthogonalen Koordinatensystem, die in der Bereichsspeichereinheit 23 gespeichert wird. Anschließend stellt die Verhältniseinstelleinheit 24 das Verhältnis zwischen der ersten Steuereingabe und der zweiten Steuereingabe gemäß der Entfernung S ein.
Wenn sich speziell, wie in 3A gezeigt, die Position des Spitzenendes des Roboters 10 außerhalb des dritten Bereichs Z3 (S≥0) befindet, stellt die Verhältniseinstelleinheit 24 das Verhältnis zwischen der ersten Steuereingabe und der zweiten Steuereingabe auf 1:0 ein. Wenn sich wie in 3B gezeigt, die Position des Spitzenendes des Roboters 10 innerhalb des dritten Bereichs Z3 befindet und mehr als eine vorbestimmte Entfernung „a“ von der Grenze des dritten Bereichs Z3 (-a>S) entfernt ist, stellt die Verhältniseinstelleinheit 24 das Verhältnis zwischen der ersten Steuereingabe und der zweiten Steuereingabe auf 0:1 ein. Wenn sich die Position des Spitzenendes des Roboters 10 innerhalb des dritten Bereichs Z3 befindet und eine vorbestimmte Entfernung a (a>0) oder kleiner von der Grenze des dritten Bereichs Z3 (0>S≥-a) entfernt ist, stellt die Verhältniseinstelleinheit 24 das Verhältnis zwischen der ersten Steuereingabe und der zweiten Steuereingabe auf (S/a+1):(-S/a) ein.
3C zeigt die Beziehung zwischen der Entfernung zwischen dem Spitzenende des Roboters und dem dritten Bereich und dem Verhältnis der ersten Steuereingabe. Wie in 3C gezeigt ist das Verhältnis der ersten Steuereingabe 0, wenn die Entfernung S nicht mehr als ein voreingestellter Wert -a ist. Daher wird nur die zweite Steuereingabe angewandt. Weiter ist das Verhältnis der ersten Steuereingabe 1, wenn die Entfernung S nicht kleiner als Null ist. Daher wird die zweite Steuereingabe nicht angewandt. Weiter ist das Verhältnis der ersten Steuereingabe (S/a+1), wenn sich die Entfernung S zwischen dem voreingestellten Wert -a und Null befindet.
Bei der in den 3A bis 3C gezeigten Ausführungsform variiert die Verhältniseinstelleinheit 24 das Verhältnis zwischen der ersten Steuereingabe und der zweiten Steuereingabe abhängig von der Entfernung S zwischen der Grenze des dritten Bereichs Z3, der von der Bereichsspeichereinheit 23 gespeichert wird, und der Position des Spitzenendes des Roboters 10. Daher ist es offensichtlich, dass die erste Steuereingabe und die zweite Steuereingabe reibungslos und leicht umgeschaltet werden können.
Weiter zeigen die 4A und 4B die Beziehung zwischen den Winkeln zweier Achsen des Roboters. In diesen Zeichnungen stellt die horizontale Achse den Winkel einer ersten Achse J1 des Roboters 10 dar und die vertikale Achse stellt den Winkel einer zweiten Achse J2 des Roboters 10 dar. Zu beachten ist, dass die vertikale Achse und die horizontale Achse den Winkel von anderen Achsen des Roboters 10 darstellen können.
Die 4A und 4B zeigen einen Winkelbereich W1, in dem die zweite Steuereingabe in der ersten Achse J1 angewandt wird, und einen Winkelbereich W2, in dem die zweite Steuereingabe in der zweiten Achse J2 angewandt wird. Wenn sich die erste Achse J1 und die zweite Achse J2 entsprechend innerhalb des Winkelbereichs W1 und des Winkelbereichs W2 befinden, befindet sich das Spitzenende des Roboters 10 innerhalb des dritten Bereichs Z3 und die zweite Steuereingabe wird grundlegend wie folgt angewandt.
Weiter sind in den 4A und 4B gestrichelte Linien an einem Ort gezogen, der nur ein voreingestellter Wert a1 ist, der von der Obergrenze des Winkelbereichs W1 in der negativen Richtung verschoben ist, und an einem Ort, der nur ein voreingestellter Wert a1 ist, der von der Untergrenze des Winkelbereichs W1 in der positiven Richtung verschoben ist. Desgleichen sind gestrichelte Linien auch an einem Ort gezogen, der nur ein voreingestellter Wert a2 ist, der von der Obergrenze des Winkelbereichs W2 in der negativen Richtung verschoben ist, und an einem Ort, der nur ein voreingestellter Wert a2 ist, der von der Untergrenze des Winkelbereichs W2 in der positiven Richtung verschoben ist.
Weiter ist in den 4A und 4B der erste Sensor 11 ein Encoder E verbunden mit dem Motor M für jede Achse des Roboters 10 und der zweite Sensor 12 ist eine Kombination aus einer bandartigen linearen Skala und einem Encoder für die vollständig geschlossene Steuerung.
Weiter ist in der in 4A und 4B gezeigten Ausführungsform die erste Steuereinheit 21 ein Rückführungssteuersystem, um einen Drehmomentbefehl für den Motor M basierend auf dem detektierten Wert des ersten Sensors 11 als der Encoder E zu berechnen. Weiter ist die zweite Steuereinheit 22 ein Rückführungssteuersystem, um einen Drehmomentbefehl für den Motor M basierend auf Werten des Encoders für die vollständig geschlossene Steuerung zu berechnen.
In derartigen Situationen berechnet die Verhältniseinstelleinheit 24 eine Differenz Ti (der Buchstabe „i“ stellt die Achsennummer dar, und daher stellt der Buchstabe i in den 4A und 4B 1 oder 2 dar) zwischen der Grenze des dritten Bereichs Z3 und dem Winkel von jeder Achse des Roboters 10 im Koordinatensystem unter Verwendung der Position von jeder Achse des Roboters 10 als eine Dimension, die in der Bereichsspeichereinheit 23 gespeichert wird. Die Differenz T1 wird mit anderen Worten für die erste Achse J1 berechnet und die Differenz T2 wird für die zweite Achse J2 berechnet.
Wenn sich speziell wie durch einen Punkt A1 in 4A gezeigt der Winkel der ersten Achse J1 und der Winkel der zweiten Achse J2 entsprechend außerhalb der Winkelbereiche W1 und W2 befinden, stellt die Verhältniseinstelleinheit 24 das Verhältnis zwischen der ersten Steuereingabe und der zweiten Steuereingabe auf 1:0 ein. Wenn sich weiter wie durch einen Punkt A2 in 4A gezeigt der Winkel der ersten Achse J1 und der Winkel der zweiten Achse J2 entsprechend innerhalb der Winkelbereiche W1 und W2 befinden und entsprechend voreingestellte Werte a1 und a2 und von den Grenzen der Winkelbereiche W1 und W2 weiter entfernt sind, stellt die Verhältniseinstelleinheit 24 das Verhältnis zwischen der ersten Steuereingabe und der zweiten Steuereingabe auf 0:1 ein.
Wenn sich weiter wie durch einen Punkt A3 in 4A gezeigt der Winkel der ersten Achse J1 und der Winkel der zweiten Achse J2 entsprechend innerhalb der Winkelbereiche W1 und W2 befinden und sich die Differenzen der oberen und unteren Grenzen der Winkelbereiche W1 und W2 innerhalb vorbestimmter Werte ai (ai>0) (0>T≥ai) befinden, stellt die Verhältniseinstelleinheit 24 das Verhältnis zwischen der ersten Steuereingabe und der zweiten Steuereingabe auf (Ti/ai+1):(-Ti/ai) ein.
4C zeigt die Beziehung zwischen der Entfernung zwischen dem Spitzenende des Roboters und dem dritten Bereich und dem Verhältnis der ersten Steuereingabe. Wie in 4C gezeigt, ist das Verhältnis von der ersten Steuereingabe 0, wenn der Winkel Ti nicht mehr als ein voreingestellter Wert -ai ist. Daher wird nur die zweite Steuereingabe angewandt. Weiter ist das Verhältnis der ersten Steuereingabe 1, wenn der Winkel Ti nicht kleiner als Null ist. Daher wird die zweite Steuereingabe nicht angewandt. Weiter beträgt das Verhältnis der ersten Steuereingabe (Ti/ai+1) und die zweite Steuereingabe ist für das verbleibende Verhältnis verantwortlich, wenn sich der Winkel Ti zwischen dem voreingestellten Wert -ai und Null befindet.
In dieser Hinsicht liegt ein in 4B gezeigter Punkt A4 innerhalb des Winkelbereichs W1 und außerhalb des Winkelbereichs W2. Weiter befindet sich der Punkt A4 um einen voreingestellten Wert a1 oder mehr von der Obergrenze des Winkelbereichs W1 entfernt. Dementsprechend wird nur die zweite Steuereingabe in der ersten Achse J1 angewandt und nur die erste Steuereingabe wird in der zweiten Achse J2 angewandt.
Weiter befindet sich ein in 4B gezeigter Punkt A5 innerhalb der Winkelbereiche W1 und W2. Der Punkt A5 befindet sich auch um einen voreingestellten Wert a1 oder mehr von der Obergrenze des Winkelbereichs W1 entfernt und um einen voreingestellten Wert a2 oder weniger von der Untergrenze des Winkelbereichs W2 entfernt. Dementsprechend wird nur die zweite Steuereingabe in der ersten Achse J1 angewandt und in der zweiten Achse J2 beträgt das Verhältnis der ersten Steuereingabe (Ti/ai+1) und die zweite Steuereingabe ist für das verbleibende Verhältnis verantwortlich. Das heißt, dass in der ersten Achse J1 und der zweiten Achse J2 unterschiedliche Steuervorgänge ausgeführt werden können.
Bei der in den 4A bis 4C gezeigten Ausführungsform variiert die Verhältniseinstelleinheit 24 das Verhältnis zwischen der ersten Steuereingabe und der zweiten Steuereingabe für jede Achse abhängig von der Differenz zwischen der Grenze des dritten Bereichs Z3 und dem Winkel jeder Achse des Roboters 10, die durch die Bereichsspeichereinheit 23 gespeichert werden. Daher ist es offensichtlich, dass die erste Steuereingabe und die zweite Steuereingabe reibungslos und leicht umgeschaltet werden können.
Wie vorstehend beschrieben, wird in der vorliegenden Erfindung nur die erste Steuereingabe innerhalb des Betriebsbereichs Z0 des Roboters 10 und in der Außenseite des dritten Bereichs Z3 angewandt und nur die zweite Steuereingabe wird innerhalb des dritten Bereichs Z3 angewandt. Daher ist der Betriebsbereich des Roboters 10 nicht eingeschränkt.
Weiter wird bei der vorliegenden Erfindung basierend auf dem Vergleich des dritten Bereichs Z3, der sowohl im Betriebsbereich Z0 des Roboters 10 als auch im zweiten Bereich Z2 beinhaltet ist, in dem der zweite Sensor 12 verwendet werden kann, mit der Position und Stellung des Roboters 10 die Gewichtung von der ersten Steuerung ohne Verwendung des zweiten Sensors 12 und der zweiten Steuerung unter Verwendung des zweiten Sensors 12 ausgeführt. Daher können die erste Steuerung und die zweite Steuerung reibungslos umgeschaltet werden.
Bei einem ersten Aspekt der Erfindung wird basierend auf dem Vergleich eines dritten Bereichs, der sowohl im Betriebsbereich eines Roboters als auch in einem zweiten Bereich beinhaltet ist, in dem ein zweiter Sensor (zusätzlicher Sensor) verwendet werden kann, mit der Position und Stellung des Roboters die Gewichtung der ersten Steuerung ohne Verwendung des zweiten Sensors (zusätzlicher Sensor) und der zweiten Steuerung unter Verwendung des zweiten Sensors ausgeführt. Daher können die erste Steuerung und die zweite Steuerung reibungslos umgeschaltet werden.
Bei einem zweiten Aspekt der Erfindung kann der dritte Bereich automatisch bestimmt werden.
Bei einem dritten Aspekt der Erfindung variiert die Gewichtung, beispielsweise basierend auf der Entfernung zwischen der Grenze des dritten Bereichs und der gegenwärtigen Position des Roboters. Daher können die erste Steuerung und die zweite Steuerung reibungslos und leicht umgeschaltet werden. Weiter kann ein Stoß, der beim Umschalten auftreten kann, verhindert werden.
Bei einem vierten Aspekt der Erfindung wird das Verhältnis schrittweise umgeschaltet und dementsprechend können die erste Steuerung und die zweite Steuerung weiter reibungslos und leicht umgeschaltet werden.
Bei einem fünften Aspekt der Erfindung kann ein Bediener den Grad an Gewichtung der ersten Steuerung und der zweiten Steuerung leicht bestätigen.

Claims

Robotersteuerungsvorrichtung (20) zum Steuern eines Roboters (10), der durch einen Motor (M) angetrieben wird, umfassend: einen ersten Sensor (11), der in einem ersten Bereich verwendet werden kann, der die Gesamtheit des Betriebsbereichs des Roboters umfasst; eine erste Steuereinheit (21) zum Berechnen einer ersten Steuereingabe in den Motor unter Verwendung eines Rückführwerts des ersten Sensors; einen zweiten Sensor (12), der in einem zweiten Bereich verwendet werden kann, der mindestens einen Teil des Betriebsbereichs des Roboters umfasst; eine zweite Steuereinheit (22) zum Berechnen einer zweiten Steuereingabe in den Motor unter Verwendung eines Rückführwerts des zweiten Sensors oder von Rückführwerten von sowohl dem ersten Sensor als auch dem zweiten Sensor; eine Bereichsspeichereinheit (23) zum Speichern eines dritten Bereichs, der sowohl im Betriebsbereich des Roboters als auch im zweiten Bereich beinhaltet ist; eine Verhältniseinstelleinheit (24) zum Einstellen eines Verhältnisses zwischen der ersten Steuereingabe und der zweiten Steuereingabe in Bezug auf Steuereingaben in den Motor basierend auf dem Vergleich des dritten Bereichs, der in der Bereichsspeichereinheit gespeichert ist, mit der Position und Stellung des Roboters; eine Addiereinheit (25) zum Addieren der ersten Steuereingabe und der zweiten Steuereingabe gemäß dem Verhältnis, das durch die Verhältniseinstelleinheit eingestellt ist; und eine Steuerungsausführeinheit (29) zum Ausführen einer Steuerung mit Rückführung des Motors basierend auf einem Resultat der Addition, die durch die Addiereinheit ausgeführt wird.
Robotersteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der dritte Bereich ein Überlappungsabschnitt des Betriebsbereichs des Roboters und des zweiten Bereichs ist.
Robotersteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verhältnisseinstelleinheit ein Verhältnis zwischen der ersten Steuereingabe und der zweiten Steuereingabe in Bezug auf Steuereingaben in den Motor basierend auf mindestens einem von einer Entfernung zwischen der Grenze des dritten Bereichs, der in der Bereichsspeichereinheit gespeichert ist, und der gegenwärtigen Position des Roboters und einer Differenz zwischen der Grenze des dritten Bereichs und dem Winkel von jeder der Achsen des Roboters einstellt.
Robotersteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verhältnisseinstelleinheit ein Verhältnis zwischen der ersten Steuereingabe und der zweiten Steuereingabe in Bezug auf Steuereingaben in den Motor schrittweise einstellt.
Robotersteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, umfassend eine Sendeeinheit (26) zum Senden einer Ausgabe der Verhältniseinstelleinheit an einen Bediener.