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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Programmierhandgerät und ein damit versehenes Robotersystem.
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Als eine solche Art von Robotersystem ist ein System bekannt, in dem, um die Position oder die Haltung einer Spitze eines Knickarmroboters zu korrigieren, eine Robotersteuerung eine Auslenkung, die an jedem Gelenk und an jedem Glied auftritt, nach der Newton-Euler-Methode oder ähnlichem berechnet, und dann eine Auslenkung der Position oder der Haltung der Spitze des Roboters von einer Zielposition aus berechnet, die auf der ermittelten Auslenkung basiert, und den Betrieb jedes Gelenks steuert, um die Auslenkung zu korrigieren (siehe z.B. PTL 1).
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Außerdem ist ein Robotersystem bekannt, das darauf abzielt, den Kontakt zwischen einem Roboter und einem Bediener zu verhindern oder eine Kraft zu reduzieren, die der Bediener zum Zeitpunkt des Kontakts mit dem Roboter spürt, indem es einen Detektionswert eines Kraftsensors verwendet, der in einem Basisteil des Roboters untergebracht ist (siehe z.B. PTL 2).
- PTL 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, JP 2002 - 307 344 A
- PTL 2: Europäische Patentanmeldung, EP 2 324 967 A2
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Die
DE 10 2015 206 578 B3 und die
DE 10 2015 206 575 A1 beschreiben Roboter-Bedienhandgeräte, aufweisend ein Gehäuse, eine im Gehäuse angeordnete Sicherheits-Grundsteuervorrichtung und wenigstens einen mit dem Gehäuse verbundenen Halter, der zum manuell lösbaren mechanischen Ankoppeln des Gehäuses an ein vom Roboter-Bedienhandgerät verschiedenes, mit der Sicherheits-Grundsteuervorrichtung elektronisch kommunizierendes Gerät ausgebildet ist.
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Die
DE 10 2007 029 335 A1 beschreibt ein Programmierhandgerät zum Programmieren eines Industrieroboters, aufweisend einen Griff und eine Kamera mit einer bildgebenden Optik.
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Die
DE 10 2004 020 099 A1 beschreibt ein Verfahren zum Beeinflussen eines mehrachsigen Handhabungsgeräts, wie eines Mehrachs-Industrieroboters, mit einer handgeführten Beeinflussungs-Vorrichtung, deren Position und Lage im Raum gemessen und zum Beeinflussen des Handhabungsgeräts verwendet wird.
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Die
DE 696 22 572 T2 beschreibt eine Lehrvorrichtung für Lehrdaten mit Bezug auf einen Arbeitspunkt an einem Roboter.
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Die
JP 2016 - 175 132 A beschreibt eine Roboterbedienungsvorrichtung und ein Roboterbedienverfahren, die in der Lage sind, die Möglichkeit einer Fehlbedienung zu reduzieren und die Verarbeitbarkeit in einer Konfiguration mit einem Touchpanel zu verbessern.
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Bei der Berechnung der Position oder der Haltung der Spitze eines Roboters, z.B. mit dem herkömmlichen Robotersystem, wird die Neigung eines Basisteils des Roboters zu einem wichtigen Parameter. Dementsprechend gibt es ein Robotersystem, das die Eingabe einer Neigung des Basisteils eines Roboters in eine Robotersteuerung durch ein Eingabegerät ermöglicht, wobei aber die Messung einer Neigung des Basisteils Zeit benötigt, wobei außerdem, wenn ein vom Messergebnis abweichender Wert irrtümlich in das Eingabegerät eingegeben wird, kein genaues Berechnungsergebnis der Position oder der Haltung der Spitze des Roboters erzielt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände gemacht und hat zum Ziel, ein Programmierhandgerät bereitzustellen, das es ermöglicht, ein Messergebnis einer Neigung eines Roboters einfach und präzise zur Steuerung des Roboters zu verwenden, sowie ein Robotersystem bereitzustellen, das mit dem Programmierhandgerät ausgestattet ist.
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Die oben genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Programmierhandgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Programmierhandgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2, ein Robotersystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 und ein Robotersystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.
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Ein Programmierhandgerät gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Programmierhandgerät, welches eine Eingabeeinheit umfasst und ein Programmieren eines Betriebs eines Roboters durch eine Eingabe in die Eingabeeinheit ermöglicht, wobei das Programmierhandgerät umfasst: eine Messreferenzoberfläche, die mit einer gemessenen Oberfläche des Roboters in Kontakt kommt; einen Neigungssensor, dessen Position in Bezug auf die Messreferenzoberfläche festgelegt ist; und eine Ausgabeeinrichtung, die einen Erfassungswert des Neigungssensors oder Daten basierend auf dem Erfassungswert an eine Steuereinrichtung des Roboters in einem Zustand ausgibt, in dem die Messreferenzoberfläche in Oberflächenkontakt mit der gemessenen Oberfläche steht, und wenn ein vorgegebener Eingang an der Eingabeeinheit oder ein Kontakterfassungssensor zur Erfassung des Oberflächenkontakts zwischen der Messreferenzoberfläche und der gemessenen Oberfläche den Oberflächenkontakt erfasst.
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In diesem Zusammenhang sind die Messreferenzfläche und der Neigungssensor im Programmierhandgerät vorgesehen, und wenn die Messreferenzfläche des Programmierhandgeräts in Oberflächenkontakt mit der gemessenen Oberfläche des Roboters gebracht wird und eine vorgegebene Eingabe an der Eingabeeinheit vorgenommen wird oder der Oberflächenkontakt durch den Kontakterfassungssensor zur Erfassung des Oberflächenkontaktes erfasst wird, werden ein Erfassungswert des Neigungssensors oder Daten auf Basis des Erfassungswertes an die Steuereinrichtung des Roboters übertragen. Daher wird ein Messergebnis bezüglich einer Neigung des Roboters einfach und präzise in das Steuergerät des Roboters eingegeben.
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Im ersten Aspekt kann der Kontakterfassungssensor so konfiguriert sein, dass er den Oberflächenkontakt auf der Grundlage einer Kraftverteilung, die auf die Messreferenzoberfläche wirkt, erfasst. Beispielsweise kann der Kontakterfassungssensor so konfiguriert sein, dass der Oberflächenkontakt nicht erkannt wird, wenn die auf die Messreferenzfläche einwirkende Kraft ungleichmäßig verteilt ist, und dass der Oberflächenkontakt erkannt wird, wenn die Ebenheit der auf die Messreferenzfläche einwirkenden Kraft höher ist als ein Referenzwert. Dadurch kann der Oberflächenkontakt einfach und sicher detektiert werden.
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Ein Programmierhandgerät gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Programmierhandgerät, welches eine Eingabeeinheit umfasst und ein Programmieren eines Betriebs eines Roboters durch eine Eingabe in die Eingabeeinheit ermöglicht, wobei das Programmierhandgerät umfasst: eine Vielzahl von Messreferenzüberständen, die mit einer gemessenen Oberfläche des Roboters in Kontakt kommen; einen Neigungssensor, dessen Position in Bezug auf die Vielzahl von Messreferenzüberständen festgelegt ist; und eine Ausgabeeinrichtung, die einen Erfassungswert des Neigungssensors oder Daten basierend auf dem Erfassungswert an eine Steuereinrichtung des Roboters in einem Zustand ausgibt, in dem die Vielzahl von Messreferenzüberständen mit der gemessenen Oberfläche in Kontakt steht, und wenn ein vorgegebener Eingang an der Eingabeeinheit oder einem Kontakterfassungssensor zur Erfassung des Kontakts zwischen der Vielzahl von Messreferenzüberständen und der gemessenen Oberfläche den Kontakt erfasst.
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In diesem Zusammenhang sind die Vielzahl von Messreferenzüberständen und der Neigungssensor im Programmierhandgerät vorgesehen, und wenn die Vielzahl von Messreferenzüberständen des Programmierhandgeräts mit der gemessenen Oberfläche des Roboters in Kontakt gebracht wird und eine vorbestimmte Eingabe an der Eingabeeinheit vorgenommen wird oder der Kontakt von dem Kontakterfassungssensor erfasst wird, um den Kontakt zwischen den Messreferenzüberständen und der gemessenen Oberfläche zu erfassen, werden ein Erfassungswert des Neigungssensors oder Daten basierend auf der Erfassung an die Steuereinrichtung des Roboters übertragen. Daher wird ein Messergebnis bezüglich einer Neigung des Roboters einfach und präzise in das Steuergerät des Roboters eingegeben.
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Im zweiten Aspekt kann der Kontakterfassungssensor eine Kraft erfassen, die auf mindestens einen der mehreren Messreferenzüberstände einwirkt, und kann den Kontakt erfassen, wenn eine Kraft von vorgegebener Größe oder mehr auf den mindestens einen Messreferenzüberstand aufgebracht wird.
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Wenn z.B. in einem Fall, in dem drei Messreferenzüberstände vorgesehen sind und eine Kraft, die auf einen der Messreferenzüberstände einwirkt, durch den Kontakterfassungssensor erfasst werden soll, wenn der eine Messreferenzüberstand, für den die Kraft durch den Kontakterfassungssensor erfasst werden soll, gegen die gemessene Oberfläche gedrückt wird, nachdem die beiden Messreferenzüberstände, für die die Kräfte durch den Kontakterfassungssensor nicht erfasst werden sollen, z.B. visuell bestätigt wurden, dass sie in Kontakt gekommen sind, werden der Erfassungswert des Neigungssensors oder Daten basierend auf dem Erfassungswert an die Steuereinrichtung des Roboters ausgegeben. Auf diese Weise können der Oberflächenkontakt einfach und sicher erkannt und die Zeit für die Ausgabe eines Erfassungswertes des Neigungssensors oder von Daten auf Basis des Erfassungswertes an die Steuerung des Roboters verkürzt werden.
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Ein Robotersystem nach einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eines der zuvor genannten Programmierhandgeräte; die gemessene Oberfläche, die auf mindestens einem von einem Basisabschnitt und einem beweglichen Teil des Roboters vorgesehen ist; die Steuereinrichtung, die den Erfassungswert oder die Daten auf der Grundlage des vom Programmierhandgerät ausgegebenen Erfassungswerts empfängt; und einen Rotationsbeschränkungsabschnitt, der die Rotation des Programmierhandgeräts um eine Achslinie senkrecht zur gemessenen Oberfläche einschränkt, wenn das Programmierhandgerät in Oberflächenkontakt oder Kontakt mit der gemessenen Oberfläche steht.
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Im dritten Aspekt kann ein Bildsensor, der eine Rotationsposition des Programmierhandgeräts um eine zur Messreferenzfläche senkrechte Achslinie erfasst, einbezogen werden, wobei die Steuereinrichtung eine Neigung des Roboters berechnet, indem sie die vom Bildsensor erfasste Rotationsposition des Programmierhandgeräts und den Erfassungswert oder die Daten auf der Grundlage des vom Programmierhandgeräts ausgegebenen Erfassungswertes verwendet. Die Messgenauigkeit einer Neigung des Roboters kann dadurch erhöht werden.
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Ein Robotersystem nach einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eines der oben genannten Programmierhandgeräte; die gemessene Fläche, die nach oben zeigt und die auf dem Roboter oder einer Montagefläche des Roboters vorgesehen ist; einen Bildsensor, der in einer Draufsicht einen Winkel erfasst, der durch eine zweite Messreferenzfläche des Programmierhandgeräts und eine zweite Messoberfläche des Roboters in einem Zustand gebildet wird, in dem das Programmierhandgerät auf der Messoberfläche derart montiert ist, dass die Messreferenzfläche in Oberflächenkontakt mit der Messoberfläche steht oder die Vielzahl von Messreferenzüberständen in Kontakt mit der Messoberfläche steht; und die Steuereinrichtung des Roboters, die eine Neigung des Roboters unter Verwendung eines Erfassungswinkels des Bildsensors und des Erfassungswertes oder der Daten, die auf dem vom Programmierhandgerät ausgegebenen Erfassungswert basieren, berechnet.
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Entsprechend dieser Konfiguration wird eine Neigung des Roboters unter Verwendung eines Winkels in einer Draufsicht berechnet, der sich aus der zweiten Messreferenzfläche des Programmierhandgeräts und der zweiten Messoberfläche des Roboters und einem Erfassungswert oder Daten auf der Grundlage des vom Programmierhandgerät ausgegebenen Erfassungswertes zusammensetzt.
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Nach der vorliegenden Erfindung kann das Messergebnis einer Neigung eines Roboters einfach und präzise für die Steuerung des Roboters verwendet werden.
- 1 ist eine schematische Seitenansicht eines Robotersystems nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist ein schematisches Blockschaltbild des Robotersystems nach der ersten Ausführungsform.
- 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Programmierhandgeräts des Robotersystems nach der ersten Ausführungsform.
- 4 ist ein erläuterndes Diagramm einer Bedienung des Robotersystems nach der ersten Ausführungsform.
- 5 ist ein erläuterndes Diagramm einer Bedienung des Robotersystems nach der ersten Ausführungsform.
- 6 ist eine Draufsicht auf ein Programmierhandgerät eines Robotersystems einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform.
- 7 ist eine Seitenansicht des Programmierhandgeräts des Robotersystems, die die erste Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt.
- 8 ist eine perspektivische Ansicht der Hauptteile eines Robotersystems einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform.
- 9 ist eine perspektivische Ansicht der Hauptteile eines Robotersystems einer dritten Modifikation der ersten Ausführungsform.
- 10 ist eine schematische Seitenansicht eines Robotersystems einer vierten Modifikation der ersten Ausführungsform.
- 11 ist eine perspektivische Ansicht der Hauptteile eines Programmierhandgeräts eines Robotersystems nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 12 ist eine perspektivische Ansicht der Hauptteile eines Programmierhandgeräts einer ersten Modifikation der zweiten Ausführungsform.
- 13 ist eine perspektivische Ansicht der Hauptteile eines Programmierhandgeräts einer zweiten Modifikation der zweiten Ausführungsform.
- 14 ist eine schematische Draufsicht eines Robotersystems einer fünften Modifikation der ersten Ausführungsform.
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Im Folgenden wird ein Robotersystem nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.
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Wie in 1 dargestellt ist, besteht das Robotersystem aus einem Roboter 10, einer Robotersteuerung 20, die mit dem Roboter 10 verbunden ist und den Roboter 10 steuert, und einem Programmierhandgerät 30, das mit der Robotersteuerung 20 verbunden ist und von einem Bediener getragen werden kann. Das Programmierhandgerät 30 kann so konfiguriert werden, dass es drahtlos mit dem Robotersteuergerät 20 kommunizieren kann.
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Der Roboter 10 enthält eine Vielzahl von beweglichen Teilen und auch eine Vielzahl von Servomotoren 11 zum Antrieb der Vielzahl von beweglichen Teilen (siehe 2). Für jeden der Servomotoren 11 können verschiedene Servomotoren, wie z.B. ein Rotationsmotor, ein Linear-Motor o.ä., eingesetzt werden. Jeder Servomotor 11 ist mit einer Betriebspositionserkennung, wie z.B. einem Encoder, zur Erfassung einer Betriebsposition des Servomotors 11 ausgestattet, wobei ein Erfassungswert der Betriebspositionserkennung an die Robotersteuerung 20 übertragen wird.
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Beispielsweise enthält die Robotersteuerung 20: eine Hauptsteuereinheit 21 mit CPU, RAM und dergleichen; eine Anzeigevorrichtung 22; eine Speichereinrichtung 23 mit einem nichtflüchtigen Speicher, ROM und dergleichen; das Programmierhandgerät 30, das zum Beispiel zum Zeitpunkt der Erstellung eines Betriebsprogramms für den Roboter 10 zu bedienen ist; und eine Vielzahl von Servoreglern 24, die entsprechend den jeweiligen Servomotoren 11 vorgesehen sind (siehe 2).
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Im Speichergerät 23 ist ein Systemprogramm 23a hinterlegt, wobei das Systemprogramm 23a eine Grundfunktion der Robotersteuerung 20 zur Verfügung stellt. Weiterhin ist im Speichergerät 23 mindestens ein Betriebsprogramm 23b gespeichert, das mit dem Programmierhandgerät 30 erstellt wurde. So arbeitet z.B. die Hauptsteuerung 21 der Robotersteuerung 20 nach dem Systemprogramm 23a und liest und speichert im RAM das im Speicher 23 gespeicherte Betriebsprogramm 23b aus, überträgt Steuersignale an die Servoregler 24 nach dem ausgelesenen Betriebsprogramm 23b und steuert damit Servoverstärker der Servomotoren 11.
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Wie in 3 dargestellt ist, hat das Programmierhandgerät 30 die Funktionen eines bekannten Programmierhandgerätes. In der vorliegenden Ausführungsform hat das Programmierhandgerät 30 eine Anzeigevorrichtung 31, die auf einer Oberseite eines Gehäuses 30a des Programmierhandgerätes 30a vorgesehen ist, eine erste Bedientastengruppe 32, die auf der Oberseite des Gehäuses 30a vorgesehen ist und eine Vielzahl von Bedientasten umfasst, eine Programmierhandgerätesteuerung 33, die ein Computer ist, der innerhalb des Gehäuses 30a vorgesehen ist und eine CPU, ein RAM, eine Speichereinrichtung und dergleichen umfasst, und ein Programm, das in der Speichereinrichtung der Programmierhandgerätesteuerung 33 gespeichert ist, um die Programmierhandgerätesteuerung 33 dazu zu bringen, auf die unten beschriebene Art und Weise zu funktionieren. Das Anzeigegerät 31 verfügt über eine Touchscreen-Funktion.
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Beispielsweise erfolgt die Bearbeitung des in der Speichereinrichtung 23 der Robotersteuerung 20 gespeicherten Betriebsprogramms 23b und die Erstellung eines neuen Betriebsprogramms 23b und die Speicherung des Betriebsprogramms 23b in der Speichereinrichtung 23 durch die Bedienung einer zweiten Bedientastengruppe 31a, die mehrere auf der Anzeigeeinrichtung 31 und der ersten Operationstastengruppe 32 angezeigte Bedientasten enthält.
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Darüber hinaus kann der Roboter 10 manuell durch Bedienung der zweiten Bedientastengruppe 31a, die auf dem Anzeigegerät 31 angezeigt wird, und der ersten Bedientastengruppe 32 bedient werden. So wird z.B. das Betriebsprogramm 23b editiert oder neu erstellt, indem der Roboter 10 manuell in Betrieb genommen wird und indem eine Arbeitsspur jedes Servomotors 11 zum Zeitpunkt des Beginns und des Endes des Betriebs jedes Servomotors 11 verwendet wird.
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Im Programmierhandgerät 30 ist eine Neigungssensoreinheit 34 vorgesehen, wobei die Neigungssensoreinheit 34 einen Neigungssensor 34a enthält. Die Neigungssensoreinheit 34 hat z.B. eine quaderförmige Form, wobei eine Fläche an einer Spitzenfläche des Gehäuses 30a des Programmierhandgeräts 30 befestigt ist, und wobei eine andere Fläche (Spitzenfläche der Neigungssensoreinheit 34) gegenüber der genannten Fläche eben ist und als Messreferenzfläche 34b dient.
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Beispielsweise ist der Neigungssensor 34a ein herkömmlicher Zwei-Achsen-Neigungssensor zur Erfassung von Neigungswinkeln um die X-Achse und die Z-Achse (siehe 3). Beispielsweise kann ein Neigungssensor verwendet werden, der einen Behälter mit einer Elektrolytlösung und mehreren in die Elektrolytlösung eingetauchten Elektroden enthält, und der einen Neigungswinkel relativ zur Richtung der Gravitationskraft auf der Grundlage eines Widerstandswertes zwischen jedem Elektrodenpaar erfasst.
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Darüber hinaus kann ein Neigungssensor verwendet werden, der einen Gyrosensor und einen Beschleunigungssensor enthält, der mit Hilfe des Beschleunigungssensors eine Referenzposition des Gyrosensors ermittelt und einen Neigungswinkel relativ zur Richtung der Gravitationskraft auf der Grundlage der Verschiebung des Gyrosensors relativ zur Referenzposition ermittelt.
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Darüber hinaus kann ein Neigungssensor verwendet werden, der einen Behälter mit einer bogenförmigen oder gekrümmten oberen Wandfläche umfasst und der zum Aufbewahren einer Flüssigkeit ausgebildet ist, und einen Sensor zur Erfassung einer Blase oder einer Kugel in dem Behälter und der Position der Blase oder der Kugel umfasst, wobei der Neigungssensor so konfiguriert ist, dass er einen Neigungswinkel relativ zur Richtung der Gravitationskraft auf der Grundlage der Position der Blase oder der Kugel erfasst.
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Zusätzlich kann der Neigungssensor 34a mit einer Vielzahl der oben beschriebenen Neigungssensoren ausgestattet sein, und kann Neigungswinkel um die X-Achse und die Z-Achse relativ zur Richtung der Gravitationskraft durch Verwendung der Vielzahl von Sensoren erfassen.
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In 3 ist die Y-Achse senkrecht zur X-Achse und zur Z-Achse, und die Z-Achse senkrecht zur X-Achse und zur Y-Achse. Außerdem steht in 1 die horizontale Achse Y' senkrecht zur horizontalen Achse X' und zur vertikalen Achse Z', die sich in Richtung der Gravitationskraft erstreckt, und die vertikale Achse Z' ist senkrecht zur horizontalen Achse X' und zur horizontalen Achse Y'. Außerdem steht die Y-Achse senkrecht zur Messreferenzfläche 34b.
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Zum Beispiel wird, wie es in 1 und 4 beschrieben wird, ein Fall beschrieben, in dem die Messreferenzfläche 34b in Oberflächenkontakt mit einer gemessenen Oberfläche 12a steht, die eine ebene Oberfläche eines Basisabschnitts 12 des Roboters 10 ist und die parallel zur horizontalen Achse X' verläuft, wobei der Neigungswinkel der gemessenen Oberfläche 12a um die horizontale Achse X' bestimmt wird.
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Dabei empfängt eine im Neigungssensor 34a oder in der Programmierhandgerät-Steuerung 33 vorgesehene Sensorsteuereinheit vom Neigungssensor 34a einen Erfassungswert des Neigungswinkels um die X-Achse und einen Erfassungswert des Neigungswinkels um die Z-Achse, und ermittelt den Neigungswinkel der gemessenen Fläche 12a um die horizontale Achse X' auf der Grundlage der beiden empfangenen Erfassungswerte.
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Beschrieben wird ein Fall, in dem die gemessene Fläche 12a z.B. um einen Grad um die horizontale Achse X' geneigt ist. In diesem Zustand, wenn die X-Achse des Programmierhandgerätes 30 parallel zur horizontalen Achse X' in 1 ist, wird der Neigungswinkel um die X-Achse als ein Grad und der Neigungswinkel um die Z-Achse als Null Grad erkannt.
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Andererseits wird, wie es in 5 gezeigt ist, wenn das Programmierhandgerät 30 um 90 Grad um die Y-Achse gedreht wird, und dann die Messreferenzfläche 34b mit der gemessenen Oberfläche in Oberflächenkontakt gebracht wird, der Neigungswinkel um die X-Achse als Null Grad erkannt, wobei der Neigungswinkel um die Z-Achse als ein Grad erkannt wird.
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Zwischen den beiden oben beschriebenen Positionen nehmen die Erfassungswerte des Neigungswinkels um die X-Achse und des Neigungswinkels um die Z-Achse jeweils einen Wert zwischen Null Grad und einem Grad an. Der Neigungswinkel der gemessenen Fläche 12a um die horizontale Achse X' kann somit aus den beiden empfangenen Detektionswerten ermittelt werden.
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Währenddessen, wenn eine vorgegebene Eingabe von der ersten Bedientastengruppe 32 oder der zweiten Bedientastengruppe 31a, die jeweils eine Eingabeeinheit sind, empfangen wird, gibt die Programmierhandgerät-Steuerung 33 Daten aus (basierend auf den Erfassungswerten des Neigungssensors 34a), die den zu diesem Zeitpunkt ermittelten Neigungswinkel um die horizontale Achse X' an die Robotersteuerung 20 anzeigen. Zu diesem Zeitpunkt führt ein Bediener die vorgegebene Eingabe durch, während er überprüft, dass die Neigungsmessung in einem Zustand durchgeführt wird, in dem die Messreferenzfläche 34b in Oberflächenkontakt mit der gemessenen Oberfläche 12a steht, basierend auf dem Gefühl in der Hand, die das Programmierhandgerät 30 hält, oder z.B. durch Sichtkontrolle.
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In dem oben beschriebenen Fall wird der Neigungswinkel der gemessenen Fläche 12a des Basisabschnitts 12 erfasst, aber auch der Neigungswinkel einer gemessenen Fläche 12b, des Basisabschnitts 12, rechtwinklig zur gemessenen Fläche 12a, kann erfasst werden. In diesem Fall sind das Verfahren zur Bestimmung des Neigungswinkels der gemessenen Fläche 12b um die horizontale Achse Y' durch das Programmierhandgerät 30 und das Verfahren zur Ausgabe von Daten, die den Neigungswinkel an das Robotersteuergerät 20 anzeigen, die gleichen wie die Verfahren im Fall der gemessenen Fläche 12a. Darüber hinaus kann eine ebene gemessene Fläche an verschiedenen Stellen außer dem Basisteil 12 des Roboters 10 vorgesehen werden, und der Neigungswinkel der Messfläche um die horizontale Achse kann nach dem gleichen Verfahren wie das oben beschriebene Verfahren bestimmt werden, und Daten, die den Neigungswinkel angeben, können nach dem gleichen Verfahren wie das oben beschriebene Verfahren an die Robotersteuerung 20 ausgegeben werden.
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Zum Beispiel berechnet die Robotersteuerung 20 eine Auslenkung, die an jedem beweglichen Teil und jedem Verbindungselement des Roboters 10 auftritt, nach dem Newton-Euler-Verfahren oder ähnlichem und unter Verwendung von Daten, die den Neigungswinkel angeben, der von der Programmierhandgerät-Steuerung 33 empfangen wird, und berechnet dann eine Abweichung der Position oder der Haltung der Spitze des Roboters 10 von einer Zielposition auf der Grundlage der ermittelten Auslenkungen und steuert die Bedienung jedes Servomotors 11, so dass die Abweichung korrigiert wird.
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Wenn der ermittelte Neigungswinkel mit der Neigungswinkelmessposition verknüpft ist, für die der Neigungswinkel ermittelt wurde, kann hier die Berechnung der Auslenkung an der Robotersteuerung 20 mit einer höheren Genauigkeit durchgeführt werden. Dementsprechend werden in der vorliegenden Ausführungsform zum Zeitpunkt der Ausgabe bzw. vor oder nach der Ausgabe von Daten, die den Neigungswinkel der Robotersteuerung 20 durch die Programmierhandgerät-Steuerung 33 anzeigen, Daten, die die Neigungswinkelmessposition anzeigen, an die Robotersteuerung 20 ausgegeben, um eine Zuordnung der Neigungswinkelmessposition zu den Daten, die den Neigungswinkel anzeigen, zu ermöglichen.
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Die Daten zur Angabe der Neigungswinkel-Messposition basieren auf der Eingabe in die erste Bedientastengruppe 32 oder die zweite Bedientastengruppe 31a, die jeweils z.B. eine Eingabeeinheit sind. Alternativ kann das Programmierhandgerät 30 ein Lesegerät zum Lesen von Informationen eines Identifizierers, wie z.B. eines ID-Tags oder eines zweidimensionalen Codes, enthalten, das an der Neigungswinkelmessposition des Roboters 10 vorgesehen ist, und Informationen, die vom Lesegerät ausgelesen werden, können als Daten ausgegeben werden, die die Neigungswinkelmessposition anzeigen.
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Nach der vorliegenden Ausführungsform sind der Neigungssensor 34a und die Messreferenzfläche 34b am Programmierhandgerät 30 vorgesehen, und wenn die Messreferenzfläche 34b des Programmierhandgeräts 30 mit der gemessenen Fläche 12a, 12b des Roboters 10 in Oberflächenkontakt gebracht wird und eine vorgegebene Eingabe an die erste Bedientastengruppe 32 oder die zweite Bedientastengruppe 31a erfolgt, werden Daten auf der Basis von Erfassungswerten des Neigungssensors 34a an die Robotersteuerung übertragen. Daher wird ein Messergebnis bezüglich einer Neigung des Roboters 10 einfach und präzise in die Steuerung des Roboters eingegeben.
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Zusätzlich kann, wie es in 6 und 7 gezeigt ist, eine Vielzahl von Kraftsensoren 35, 36 zur Erfassung einer Kräfteverteilung, die auf die Messreferenzoberfläche 34b einwirkt, vorgesehen werden. In 6 und 7 ist ein Paar von Kraftsensoren 35, die in X-Achsenrichtung mit einem Abstand zwischen den Sensoren angeordnet sind, zwischen der Spitzenfläche des Gehäuses 30a des Programmierhandgeräts 30 und der Neigungssensoreinheit 34 angeordnet, auf einer Stirnseite in Z-Achsenrichtung, und ein Paar von Kraftsensoren 36, die in X-Achsenrichtung mit einem Abstand zwischen den Sensoren angeordnet sind, ist zwischen der Spitzenfläche des Gehäuses 30a des Programmierhandgeräts 30 und der Neigungssensoreinheit 34 angeordnet, auf der anderen Seite in der Z-Achsenrichtung.
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In diesem Fall, wenn die Erfassungswerte der Kraftsensoren 35, 36 einen vorgegebenen Wert erreichen oder überschreiten und eine Differenz zwischen den Erfassungswerten der Kraftsensoren 35, 36 einen vorgegebenen Wert erreicht oder unterschreitet und die Verteilung der Kräfte, die auf die Messreferenzfläche 34b einwirken, dadurch in einen vorgegebenen Referenzbereich fällt, werden Daten basierend auf den Erfassungswerten des Neigungssensors 34a zu diesem Zeitpunkt von der Programmierhandgerät-Steuerung 33 an die Robotersteuerung 20 ausgegeben. Bei Verwendung einer solchen Konfiguration wird der Oberflächenkontakt zwischen der Messreferenzfläche 34b und der gemessenen Oberfläche 12a, 12b anhand der Kräfteverteilung einfach und sicher erkannt.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird der Neigungssensor 34a als Zwei-Achsen-Neigungssensor bezeichnet. Der Neigungssensor 34a kann aber auch ein einachsiger Neigungssensor sein, der z.B. nur den Neigungswinkel um die X-Achse erfasst. In diesem Fall ist der Roboter 10, wie in 8 dargestellt ist, mit einem Drehbegrenzungsabschnitt 12d versehen, der in der Nähe einer gemessenen Oberfläche 12c vorgesehen ist, die auf dem Basisabschnitt 12 oder einem anderen Teil des Roboters 10 vorgesehen ist, und der in einer im Wesentlichen senkrechten Richtung in Bezug auf die gemessene Oberfläche 12c vorsteht.
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Zusätzlich ist der Drehbegrenzungsabschnitt 12d so konfiguriert, dass, wenn mindestens ein Teil einer unteren Fläche des Programmierhandgeräts 30 mit einer oberen Fläche des Drehbegrenzungsabschnitts 12d in Oberflächenkontakt oder Linienkontakt kommt, sich die X-Achse des Programmierhandgeräts 30 entlang der horizontalen Richtung erstreckt. Solange die Funktion erfüllt ist, können stattdessen die Rotationsbegrenzungsabschnitte 12e vorgesehen werden, die aus mehreren stabförmigen Elementen bestehen, die mit einem Spalt dazwischen in horizontaler Richtung versehen sind, wie es in 9 dargestellt ist. Entsprechend einer solchen Konfiguration kann der Neigungswinkel der gemessenen Fläche 12c auch dann genau erfasst werden, wenn der Neigungssensor 34a ein einachsiger Neigungssensor ist.
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Alternativ kann, wie es in 10 dargestellt ist, ein Bildsensor 40 zur Erfassung einer Rotationsposition des Programmierhandgeräts 30 um die Y-Achse vorgesehen werden, wobei die Robotersteuerung 20 die Neigung einer gemessenen Fläche berechnen kann, indem sie ein Erkennungsergebnis des Bildsensors 40 und Daten auf der Grundlage eines von der Programmierhandgerät-Steuerung 33 ausgegebenen Erfassungswertes verwendet.
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In diesem Fall enthält der Bildsensor 40 eine Bildaufnahmevorrichtung 41 zur Aufnahme eines Bildes des mit einer gemessenen Oberfläche in Kontakt stehenden Programmierhandgeräts 30 von oben, eine mit der Bildaufnahmevorrichtung 41 verbundene Bildsensor-Steuereinheit 42 mit einer CPU, einem RAM, einer Speichereinrichtung und dergleichen sowie ein im Speichergerät der Bildsensor-Steuereinheit 42 gespeichertes Programm, um die Bildsensor-Steuereinheit 42 zu veranlassen, wie folgt zu arbeiten.
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Die Bildsensor-Steuereinheit 42 führt eine Bildverarbeitung von Bilddaten aus der Bildaufnahmevorrichtung 41 durch und erzeugt verarbeitete Daten, bei denen die Kontur der gesamten Oberseite des Programmierhandgeräts 30, die Kontur der Oberseite eines Referenzteils oder dergleichen hervorgehoben werden, und führt einen Ausgabeprozess durch zur Berechnung einer Rotationsposition (Winkel zwischen der X-Achse und der horizontalen Achse X') des Programmierhandgeräts 30 um die Y-Achse basierend auf den verarbeiteten Daten, und gibt das Berechnungsergebnis an die Robotersteuerungs 20 aus.
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Beispielsweise wird der Winkel zwischen der X-Achse des Programmierhandgeräts 30 und der horizontalen Achse X' berechnet, indem die X-Achsenrichtung des Programmierhandgeräts 30 in den verarbeiteten Daten bestimmt wird und ein maximales Maß der Kontur der gesamten oberen Fläche des Programmierhandgeräts 30 in der X-Achsenrichtung bestimmt wird, wobei das maximale Maß mit einem Bezugsmaß verglichen wird (z.B. ein maximales Maß in der X-Achsenrichtung, wenn der Winkel zwischen der X-Achse und der horizontalen Achse X' Null Grad beträgt).
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Selbst wenn der Neigungssensor 34a ein einachsiger Neigungssensor ist, der z.B. nur den Neigungswinkel um die X-Achse erfasst, und der bzw. die Drehbegrenzungsabschnitte 12d, 12e nicht vorgesehen ist bzw. sind, kann der Neigungswinkel einer gemessenen Fläche genau gemessen werden.
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Zusätzlich wird in einem Fall, in dem ein zweiachsiger Neigungssensor als Neigungssensor 34a verwendet wird, wenn der bzw. die Drehbegrenzungsabschnitte 12d, 12e vorgesehen ist bzw. sind, die Haltung des Programmierhandgeräts 30 stabilisiert, was bei der genauen Messung des Neigungswinkels einer gemessenen Oberfläche von Vorteil ist.
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Wenn der Bildsensor 40 zur Verfügung gestellt wird, können außerdem Daten, die auf dem Erfassungswert des Neigungssensors 34a basieren, auf der Grundlage einer Rotationsposition des Programmierhandgeräts 30 um die Y-Achse korrigiert werden, auch wenn ein zweiachsiger Neigungssensor als Neigungssensor 34a verwendet wird, was bei der genauen Messung des Neigungswinkels einer gemessenen Oberfläche von Vorteil ist.
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Ein Robotersystem nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beschrieben.
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Wie in 11 dargestellt ist, wird in der zweiten Ausführungsform die Messreferenzoberfläche 34b in der ersten Ausführungsform durch eine Vielzahl von Messreferenzüberständen 34c, 34d, 34e ersetzt. In der zweiten Ausführungsform werden Strukturelemente, die denjenigen in der ersten Ausführungsform entsprechen, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, wobei ihre Beschreibung entfällt.
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In der zweiten Ausführungsform ragen drei Messreferenzüberstände 34c, 34d, 34e aus der Spitzenfläche der Neigungssensoreinheit 34 heraus. In diesem Fall ist die Y-Achse des Programmierhandgeräts 30 senkrecht zu einer virtuellen Messreferenz-Oberfläche IP angeordnet, die Spitzen der drei Messreferenzüberstände 34c, 34d, 34e und 34e enthält.
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Die Messreferenzüberstände 34c, 34d sind mit einem Spalt dazwischen in X-Richtung angeordnet und befinden sich auf der Spitzenfläche der Neigungssensoreinheit 34, auf einer Endseite in Z-Richtung. Der Messreferenzüberstand 34e befindet sich an einer Position zwischen dem Messreferenzüberstand 34c und dem Messreferenzüberstand 34d in X-Achsen-Richtung und ist auf der Spitzenfläche der Neigungssensoreinheit 34 angeordnet, auf der anderen EndSeite in Z-Achsen-Richtung. Zusätzlich können alternativ vier oder mehr Messreferenzüberstände vorgesehen werden.
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Anstatt zu überprüfen, dass die Neigungsmessung in einem Zustand durchgeführt wird, in dem die Messreferenzoberfläche 34b in Oberflächenkontakt mit der gemessenen Oberfläche 12a des Basisabschnitts 12 steht, wird in der vorliegenden Ausführungsform, wie in der ersten Ausführungsform, die Neigungsmessung überprüft, um in einem Zustand durchgeführt zu werden, in dem jeder der Messreferenzüberstände 34c, 34d, 34e, 34e in Kontakt mit der gemessenen Oberfläche 12a steht, wobei eine vorbestimmte Eingabe an der ersten Bedientastengruppe 32 oder der zweiten Bedientastengruppe 31a durchgeführt wird, wie in der ersten Ausführungsform. Die Daten zur Angabe des Neigungswinkels werden somit auf die selbe Art und Weise wie in der ersten Ausführungsform an die Robotersteuerung 20 ausgegeben.
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Zusätzlich kann auch in der zweiten Ausführungsform ein Kraftsensor 37 an einer proximalen Endseite des Messreferenzüberstandes 34e vorgesehen werden. Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform, bei der Daten auf der Basis eines Erfassungswertes an die Robotersteuerung 20 ausgegeben werden, wenn die Verteilung der auf die Messreferenzfläche 34b einwirkenden Kräfte innerhalb eines vorgegebenen Referenzbereichs liegt, werden Daten auf der Basis eines Erfassungswertes des Neigungssensors 34a zum Zeitpunkt der Erfassung durch den Kraftsensor 37 des Mesreferenzüberstands 34e einer Kraft, die größer als die vorgegebene Größe ist, von der Programmierhandgerät-Steuerung 33 an die Robotersteuerung ausgegeben. Der Kraftsensor 37 kann auch an den Messreferenzüberständen 34c, 34d angebracht werden.
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Zusätzlich können, wie es in 12 dargestellt ist, die Messreferenzüberstände 34c, 34d in einen Messreferenzüberstand 34f geändert werden, der sich in X-Richtung erstreckt. Auch in diesem Fall werden die gleichen Effekte erzielt wie bei der Bereitstellung der Messreferenzüberstände 34c, 34d.
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Darüber hinaus können, wie es in 13 dargestellt ist, mehrere Messreferenzüberstände 34g, 34h auf der Spitzenfläche der Neigungssensoreinheit 34 mit einem Spalt dazwischen in vertikaler Richtung (Z-Achsenrichtung) vorgesehen werden. In 13 erstreckt sich jeder der Messreferenzüberstände 34g, 34h in Breitenrichtung (X-Achsenrichtung) und ragt vorwärts (Y-Achsenrichtung) aus der Spitzenfläche der Neigungssensoreinheit 34 heraus. Eine oder beide der Messreferenzüberstände 34g, 34h können mit einem Kraftsensor versehen werden. Auch in diesem Fall werden die gleichen Effekte erzielt wie im Falle der Bereitstellung der Messreferenzüberstände 34c, 34d.
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Zusätzlich gibt in der ersten und zweiten Ausführungsform die Programmierhandgerät-Steuerung 33 als Ausgabemittel Daten aus, die einen Neigungswinkel an die Robotersteuerung 20 anzeigen, wobei eine im Neigungssensor 34a vorgesehene Sensorsteuerung alternativ auch als Ausgabemittel für die Ausgabe von Daten dienen kann, die einen Neigungswinkel an die Robotersteuerung 20 anzeigen.
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Weiterhin werden in der ersten und zweiten Ausführungsform Daten, die einen Neigungswinkel anzeigen, an die Robotersteuerung 20 ausgegeben, wobei aber ein Erfassungswert um die X-Achse und/oder ein Erfassungswert um die Z-Achse, der vom Neigungssensor 34a erfasst wird, alternativ auch an die Robotersteuerung 20 ausgegeben werden kann.
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Darüber hinaus ist in der ersten und zweiten Ausführungsform die Neigungssensoreinheit 34 auf der Spitzenfläche des Gehäuses 30a des Programmierhandgerätes 30a befestigt, wobei jedoch die Neigungssensoreinheit 34 auch an einer anderen als der Spitzenfläche des Gehäuses 30a befestigt werden kann. Die Neigungssensoreinheit 34 kann teilweise innerhalb des Gehäuses 30a angeordnet werden.
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Darüber hinaus kann das Programmiergerät 30 in der ersten und zweiten Ausführungsform ein tragbarer Computer wie z.B. ein Tablet-Computer sein. In diesem Fall verfügt das Programmierhandgerät 30 über die gleichen Funktionen wie ein normaler Computer.
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Zusätzlich kann in der ersten und zweiten Ausführungsform der Bildsensor 40 über dem Programmierhandgerät 30, wie in 10 gezeigt, und einem Winkel α vorgesehen werden (siehe 14), gebildet durch die Messreferenzfläche 34b des Programmierhandgeräts 30, wobei z.B. die gemessene Oberfläche 12a des Basisabschnitts 12 des Roboters 10 von der Robotersteuerung 20 auf der Grundlage eines Erfassungsergebnisses des Bildsensors 40 bestimmt werden kann, und wobei eine Neigung der gemessenen Oberfläche von der Robotersteuerung 20 unter Verwendung des Winkels α und Daten auf der Grundlage eines Erfassungswertes, der von der Programmierhandgerätsteuerung 33 ausgegeben wird, berechnet werden kann.
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In diesem Fall wird, wie es in 10 dargestellt ist, das Programmierhandgerät 30 auf einer gemessenen Fläche 101 auf einer Montagefläche 100 des Roboters 10 platziert, wobei der Neigungssensor 34a die Neigung in einem Zustand erfasst, in dem die Unterseite des Programmierhandgerätes 30 mit der Messfläche 101 in Oberflächenkontakt steht. Dementsprechend fungiert die untere Oberfläche des Programmierhandgeräts 30 als Messreferenzfläche, und die Messreferenzfläche 34b des Programmierhandgeräts 30 und die gemessene Oberfläche 12a des Basisabschnitts 12 des Roboters 10 fungieren als Messreferenzfläche und eine gemessene Oberfläche (zweite Messreferenzfläche und zweite gemessene Oberfläche) zur Erfassung einer Rotationsposition des Programmierhandgeräts 30 um die Z-Achse.
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Zusätzlich kann das Programmierhandgerät 30 auf einer gemessenen Oberfläche platziert werden, die am Roboter 10 in einer nach oben gerichteten Weise vorgesehen ist, wobei die Unterseite des Programmierhandgerätes 30 mit der gemessenen Oberfläche des Roboters 10 in Kontakt gebracht werden kann.
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Entsprechend dieser Konfiguration wird eine Neigung des Roboters 10 unter Verwendung des Winkels α berechnet, in einer Draufsicht, die sich aus der Messreferenzfläche 34b des Programmierhandgeräts 30 und der gemessenen Oberfläche 12a des Roboters 10 und einem Erfassungswert oder Daten basierend auf dem vom Programmierhandgeräts 30 ausgegebenen Erfassungswert zusammensetzt, so dass eine Neigung des Roboters 10 einfach dadurch gemessen werden kann, dass das Programmierhandgerät 30 auf dem Roboter 10 oder auf der Montagefläche 100 platziert wird, ohne dass das Programmierhandgerät 30 in Kontakt mit dem Roboter 10 in der horizontalen Richtung gebracht wird.
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Zusätzlich kann das Programmierhandgerät 30 so konfiguriert werden, dass, wenn das Programmierhandgerät 30 auf der gemessenen Fläche 101 auf der Montagefläche 100 des Roboters 10 platziert wird, die Erfassung durch den Neigungssensor 34a in einem Zustand erfolgt, in dem eine Vielzahl von Überständen bzw. Vorsprüngen, die auf der Unterseite des Programmierhandgerätes 30 gebildet sind, mit der gemessenen Fläche 101 in Kontakt stehen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Roboter
- 12
- Basisteil
- 12a
- gemessene Oberfläche
- 12b
- gemessene Oberfläche
- 20
- Robotersteuerung
- 30
- Programmierhandgerät
- 31a
- zweite Bedientastengruppe
- 32
- erste Bedientatstengruppe
- 33
- Programmierhandgerät-Steuerung
- 34
- Neigungssensoreinheit
- 34a
- Neigungssensor
- 34b
- Messreferenzoberfläche
- 40
- Bildsensor
