DE102018007842B4

DE102018007842B4 - Steuergerät zum Überwachen der Bewegungsrichtung eines Betätigungswerkzeugs

Info

Publication number: DE102018007842B4
Application number: DE102018007842.7A
Authority: DE
Inventors: Takumi OYAMA; Tomoyuki Yamamoto
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2018-10-04
Publication date: 2020-11-19
Anticipated expiration: 2038-10-05
Also published as: US20190105774A1; JP6592053B2; CN109648585A; JP2019069500A; US10850396B2; DE102018007842A1; CN109648585B

Abstract

Steuergerät (4) zum Steuern eines Roboters (1), bei dem ein Referenzkoordinatensystem (37) des Roboters (1), ein Flanschkoordinatensystem (33), das aus dem Referenzkoordinatensystem (37) transformiert wird, wobei ein Ursprung an einer Oberfläche eines Flansches (16) an einer Spitze des Roboters (1), an der ein Betätigungswerkzeug (2, 6, 9) angebracht ist, eingestellt ist, und ein Werkzeugkoordinatensystem (34), das aus dem Flanschkoordinatensystem (33) transformiert wird, vorbestimmt sind, wobei das Steuergerät (4) umfasst:eine Speichereinheit (42), die eine Konfigurationsdatei (51) speichert, in der ein Werkzeugkoordinatensystem (34) eingestellt ist, wobei das Werkzeugkoordinatensystem (34) eine Koordinatenachse umfasst, die sich in einer Einschränkungsrichtung erstreckt, um eine Bewegung des Betätigungswerkzeugs (2, 6, 9) einzuschränken,eine Richtungsberechnungseinheit (53), die eine Bewegungsrichtung eines Ursprungs des Werkzeugkoordinatensystems (34) basierend auf dem Werkzeugkoordinatensystem (34), das in der Konfigurationsdatei eingestellt ist, und einer Position und Lage des Roboters (1) berechnet;eine Bestimmungseinheit (54), die bestimmt, ob sich der Ursprung des Werkzeugkoordinatensystems (34) in einer Richtung der Koordinatenachse, die sich in der Einschränkungsrichtung erstreckt, bewegt oder nicht; undeine Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit (55), die eine Fortbewegungsgeschwindigkeit des Roboters (1) basierend auf einem Fortbewegungsprogramm begrenzt, wobeidie Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit (55) eine Geschwindigkeitsreduzierungssteuerung zum Reduzieren einer Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs (2, 6, 9) oder eine Bremssteuerung zum Bremsen des Roboters (1) ausführt, falls sich der Ursprung des Werkzeugkoordinatensystems (34) in der Richtung der Koordinatenachse, die sich in der Einschränkungsrichtung erstreckt, bewegt,wobei die Bestimmungseinheit (54) die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs (2, 6, 9) berechnet und bestimmt, ob die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs (2, 6, 9) höher als ein vorbestimmter Geschwindigkeitsbeurteilungswert ist oder nicht, undwobei die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit (55) die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs (2, 6, 9) auf den Geschwindigkeitsbeurteilungswert oder weniger steuert, falls die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs (2, 6, 9) höher als der Geschwindigkeitsbeurteilungswert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuergerät zum Überwachen der Fortbewegungsrichtung eines Betätigungswerkzeugs.
Eine Robotervorrichtung umfasst einen Roboter, ein Betätigungswerkzeug, das an dem Roboter angebracht ist, und ein Steuergerät zum Steuern des Roboters. Das Steuergerät treibt den Roboter und das Betätigungswerkzeug basierend auf einem Fortbewegungsprogramm, das im Voraus vorbereitet wird, an. Das Steuergerät kann eine Überwachungsfunktion aufweisen, die darin besteht, die Fortbewegung des Roboters zu überwachen. Insbesondere kann das Steuergerät die Funktion des Überwachens aufweisen, ob der Roboter mit einer gewünschten Fortbewegung angetrieben wird oder nicht. Wenn der Roboter beispielsweise andere Fortbewegungen als die gewünschte Fortbewegung ausführt, kann das Steuergerät die Fortbewegung des Roboters einschränken (z.B. japanische Offenlegungsschrift JP 2017-94 430 A ).
DE 10 2012 012 291 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem ein Roboter durch einen Austauschroboter ersetzt wird. Zur Anpassung von Bewegungsparametern wird der Austauschroboter mit einer Kalibriervorrichtung gekoppelt und es wird ein Referenzpunkt angefahren. Dessen Koordinaten werden mit abgespeicherten Referenzkoordinaten verglichen. Die Bewegungsparameter werden dann solange angepasst, bis die angefahrenen Koordinaten im Wesentlichen mit den abgespeicherten Referenzkoordinaten übereinstimmen.
Aus DE 10 2011 084 412 A1 ist ein Robotersteuerungsverfahren bekannt, bei dem mittels einer durch eine Zusatzachse verstellbaren Roboterbasis ein Stellungswert einer geplanten einzunehmenden Position und Orientierung eines Roboters eine geplante einzunehmende Position und eine tatsächlich einzunehmende Position einander angenähert werden.
Ferner ist aus DE 10 2007 059 480 A1 ein Verfahren zur Überwachung einer Pose eines Manipulators bekannt, bei dem zulässige Posen des Manipulators in zulässige Bereiche in einem Koordinatensystem übersetzt werden, um den Manipulator zu überwachen.
DE 10 2006 055 359 A1 offenbart zudem ein Verfahren zur Vermeidung einer Interferenz bei mehreren Robotern, das die Überwachung bewegter Komponenten unterschiedlicher Roboter vorsieht und im Fall einer erkannten Interferenz eine Roboterbewegung stoppt.
Aus DE 699 36 073 T2 ist eine Roboter-Steuervorrichtung bekannt, die eine Handbedienung dahingehend überwacht, dass die Handbedienung unterbrochen wird, falls ein Kontakt eines an einem bedienten Roboter angebrachten Werkzeugs mit einem Werkstück erfasst wird, ein Lastmoment einen vorgegebenen Wert überschreitet oder eine während der Handbedienung überwundene Bewegungsstrecke größer ist als ein eingestellter Weg.
Ferner offenbart DE 697 36 055 T2 ein Verfahren zum Festlegen eines Bearbeitungsgrenzbereichs, bei dem anhand von Formdaten eine gewünschte Bearbeitungsform eingegeben wird, auf deren Grundlage ein Bearbeitungsgrenzbereich festgelegt wird, der bei einer manuellen Bearbeitung nicht verlassen werden kann.
Bei einer Betätigung, die durch eine Robotervorrichtung ausgeführt wird, wird ein Betätigungswerkzeug manchmal in eine gewünschte Richtung bewegt. Mit anderen Worten wird das Betätigungswerkzeug manchmal nicht in einer anderen Richtung als der gewünschten Richtung bewegt. Das Steuergerät kann die Fortbewegung des Roboters basierend auf dem Fortbewegungsprogramm unter Verwendung der Überwachungsfunktion überwachen.
Bei der Überwachung der Fortbewegung des Roboters kann ein Bediener diverse Koordinatensysteme einstellen, um die Steuerungen auszuführen. Bei der Robotervorrichtung kann der Bediener einen Punkt bestimmen, der selbst bei der Fortbewegung des Roboters stationär ist, und ein Referenzkoordinatensystem einstellen, wobei der stationäre Punkt als Ursprung dient. Das Referenzkoordinatensystem wird beispielsweise an der Basis des Roboters eingestellt. Ferner kann der Bediener ein beliebiges Koordinatensystem an einem zu verarbeitenden Werkstück einstellen. Ein derartiges Koordinatensystem wird auch als Benutzerkoordinatensystem bezeichnet. Das Benutzerkoordinatensystem kann durch Transformieren des Referenzkoordinatensystems eingestellt werden.
Wenn der Bediener eine Einschränkungsrichtung einstellt, in der sich das Betätigungswerkzeug nicht bewegen soll, kann das Benutzerkoordinatensystem an einer Oberfläche eines Werkstücks, das an einem Arbeitstisch befestigt ist, eingestellt werden. Der Bediener kann die Einschränkungsrichtung auf den Koordinatenachsen des Benutzerkoordinatensystems bestimmen. Während der Fortbewegung des Roboters kann sich das Betätigungswerkzeug in anderen Richtungen als der Einschränkungsrichtung bewegen. Wenn eine Bewegung, die zur Einschränkungsrichtung des Betätigungswerkzeugs parallel ist, detektiert wird, kann das Steuergerät eine Steuerung ausführen, um den Roboter zu bremsen.
Das Steuergerät überwacht manchmal die Fortbewegungen bei einer Mehrzahl von Betätigungen, die an den Werkstücken ausgeführt werden. Bei einem Verfahren des Einstellens des Benutzerkoordinatensystems an der Oberfläche des Werkstücks überwacht das Steuergerät die Fortbewegungen, während es bei jeder Betätigung das Benutzerkoordinatensystem wechselt. Der Bediener muss eine Mehrzahl von Benutzerkoordinatensystemen für eine Mehrzahl von Betätigungen einstellen. Des Weiteren muss der Bediener ein Benutzerkoordinatensystem für jeden Punkt einstellen, wenn die Bewegungsrichtungen auf eine Mehrzahl von Punkten an einem Werkstück begrenzt sind. Somit erfordert die Erstellung einer Konfigurationsdatei viel Zeit.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Steuergerät zum Steuern eines Roboters bereitzustellen, das eine einfache und zuverlässige Überwachung der Fortbewegung eines Roboters ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Steuergerät zum Steuern eines Roboters. Es wird ein Referenzkoordinatensystem für den Roboter vorbestimmt, ein Flanschkoordinatensystem, aus dem Referenzkoordinatensystem transformiert wird, wobei ein Ursprung an einer Oberfläche eines Flansches an der Spitze des Roboters, an der ein Betätigungswerkzeug angebracht ist, eingestellt wird, wird vorbestimmt, und es wird ein Werkzeugkoordinatensystem, das aus dem Flanschkoordinatensystem transformiert wird, vorbestimmt. Das Steuergerät umfasst eine Speichereinheit, die eine Konfigurationsdatei speichert, in der das Werkzeugkoordinatensystem eingestellt ist. Das Werkzeugkoordinatensystem umfasst eine Koordinatenachse, die sich in der Einschränkungsrichtung zum Einschränken einer Bewegung des Betätigungswerkzeugs erstreckt. Das Steuergerät umfasst eine Richtungsberechnungseinheit, welche die Bewegungsrichtung des Ursprungs des Werkzeugkoordinatensystems basierend auf dem Werkzeugkoordinatensystem, das in der Konfigurationsdatei eingestellt ist, und der Position und Lage des Roboters berechnet. Das Steuergerät umfasst eine Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob sich der Ursprung des Werkzeugkoordinatensystems in der Richtung der Koordinatenachse, die sich in der Einschränkungsrichtung erstreckt, bewegt oder nicht. Das Steuergerät umfasst eine Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit, welche die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Roboters basierend auf einem Fortbewegungsprogramm begrenzt. Die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit führt eine Geschwindigkeitsreduzierungssteuerung zum Reduzieren der Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs oder eine Bremssteuerung zum Bremsen des Roboters aus, falls sich der Ursprung des Werkzeugkoordinatensystems in der Richtung der Koordinatenachse, die sich in der Einschränkungsrichtung erstreckt, bewegt.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Steuergerät zum Steuern eines Roboters. Es wird ein Referenzkoordinatensystem für den Roboter vorbestimmt, ein Flanschkoordinatensystem, das aus dem Referenzkoordinatensystem transformiert wird, wobei ein Ursprung an einer Oberfläche eines Flansches an der Spitze des Roboters, an der ein Betätigungswerkzeug angebracht ist, eingestellt ist, wird vorbestimmt, und es wird ein Werkzeugkoordinatensystem, das aus dem Flanschkoordinatensystem transformiert wird, vorbestimmt. Das Steuergerät umfasst eine Speichereinheit, die eine Konfigurationsdatei speichert, in der das Werkzeugkoordinatensystem eingestellt ist. Das Werkzeugkoordinatensystem umfasst eine Koordinatenachse, die sich in einer erlaubten Richtung erstreckt, um eine Bewegung des Betätigungswerkzeugs zu erlauben. Das Steuergerät umfasst eine Richtungsberechnungseinheit, welche die Bewegungsrichtung des Ursprungs des Werkzeugkoordinatensystems basierend auf dem Werkzeugkoordinatensystem, das in der Konfigurationsdatei eingestellt ist, und der Position und Lage des Roboters berechnet. Das Steuergerät umfasst eine Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob sich der Ursprung des Werkzeugkoordinatensystems in der Richtung einer anderen Koordinatenachse als der Koordinatenachse, die sich in der erlaubten Richtung erstreckt, bewegt oder nicht. Das Steuergerät umfasst eine Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit, welche die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Roboters basierend auf einem Fortbewegungsprogramm begrenzt. Die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit führt eine Geschwindigkeitsreduzierungssteuerung zum Reduzieren der Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs oder eine Bremssteuerung zum Bremsen des Roboters aus, falls sich der Ursprung des Werkzeugkoordinatensystems in der Richtung der anderen Koordinatenachse als der Koordinatenachse, die sich in der erlaubten Richtung erstreckt, bewegt.
Es zeigen:

1 eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Robotervorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt.
2 ein Blockdiagramm, das die Robotervorrichtung gemäß der Ausführungsform zeigt.
3 eine perspektivische Ansicht, die ein Werkstück zeigt, das an einem Arbeitstisch befestigt ist.
4 eine perspektivische Ansicht, die ein Handgelenk des Roboters gemäß der Ausführungsform zeigt.
5 eine perspektivische Ansicht, die das Handgelenk und die Hand des Roboters gemäß der Ausführungsform zeigt.
6 ein Ablaufschema, das eine erste Überwachungssteuerung gemäß der Ausführungsform zeigt.
7 eine erklärende Zeichnung, die ein Benutzerkoordinatensystem zeigt, das für das Werkstück eingestellt ist, in einem Vergleichsbeispiel.
8 ein erstes Ablaufschema, das eine zweite Überwachungssteuerung gemäß der Ausführungsform zeigt.
9 ein zweites Ablaufschema, das eine zweite Überwachungssteuerung gemäß der Ausführungsform zeigt.
10 eine schematische Zeichnung, welche die Hand und das Werkstück bei einer dritten Überwachungssteuerung gemäß der Ausführungsform zeigt.
11 ein Ablaufschema, das die dritte Steuerung gemäß der Ausführungsform zeigt.
12 eine Seitenansicht, die das Handgelenk des Roboters gemäß der Ausführungsform zeigt.
13 eine Seitenansicht, die das Handgelenk und die Hand des Roboters gemäß der Ausführungsform zeigt.
14 eine perspektivische Ansicht, die das Handgelenk und die Hand des Roboters gemäß der Ausführungsform zeigt.
15 eine erste perspektivische Ansicht, die eine andere Hand und eine Kontaktzwinge gemäß der Ausführungsform zeigt.
16 eine zweite perspektivische Ansicht, die eine andere Hand und die Kontaktzwinge gemäß der Ausführungsform zeigt.
17 eine perspektivische Ansicht, die eine andere Hand gemäß der Ausführungsform zeigt.

Mit Bezug auf 1 bis 17 wird nachstehend ein Steuergerät für einen Roboter gemäß einer Ausführungsform beschrieben. Das Steuergerät der vorliegenden Ausführungsform überwacht die Bewegung eines Betätigungswerkzeugs in einer Periode, in welcher der Roboter basierend auf einem Fortbewegungsprogramm angetrieben wird.
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Robotervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Eine Robotervorrichtung 5 umfasst einen Roboter 1 und eine Hand 2. Die Robotervorrichtung 5 umfasst ein Steuergerät 4, das den Roboter 1 und die Hand 2 steuert. Der Roboter 1 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Knickarmroboter, der eine Mehrzahl von Gelenken umfasst. Bei dem Knickarmroboter werden die Ausrichtungen der Arme und Handgelenke an den Gelenken geändert.
Die Hand 2 ist ein Betätigungswerkzeug, das ein Werkstück 70 ergreift und loslässt. Das Betätigungswerkzeug wird auch als Endeffektor bezeichnet. Die Hand 2 ist gebildet, um die Klauen 2a zu öffnen und zu schließen. Das Betätigungswerkzeug ist nicht auf die Hand 2 eingeschränkt, sondern es kann ein beliebiges Werkzeug für einen Vorgang verwendet werden, der durch die Robotervorrichtung 5 ausgeführt wird. Beispielsweise kann das Betätigungswerkzeug ein Betätigungswerkzeug zum Lichtbogenschweißen, ein Betätigungswerkzeug zum Anbringen von Dichtungsmasse auf einer Oberfläche eines Werkstücks oder dergleichen sein.
Der Roboter 1 der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Mehrzahl von Armen. Der Roboter 1 umfasst einen Oberarm 11 und einen Unterarm 12. Der Unterarm 12 wird von einer Rotationsbasis 13 getragen. Die Rotationsbasis 13 wird von einer Basis 14 getragen. Der Roboter 1 umfasst ein Handgelenk 15, das mit einem Ende des Oberarms 11 verbunden ist. Das Handgelenk 15 umfasst ferner einen Flansch 16 zur Anbringung der Hand 2. Der Flansch 16 ist an der Spitze des Roboters 1 angeordnet. Diese Bestandteile sind gebildet, um sich um eine vorbestimmte Rotationsachse zu drehen.
2 ist ein Blockdiagramm, das die Robotervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Mit Bezug auf 1 und 2 umfasst der Roboter 1 eine Roboterantriebsvorrichtung, welche die Position und Lage des Roboters 1 ändert. Die Roboterantriebsvorrichtung treibt die Bestandteile des Roboters an. Die Roboterantriebsvorrichtung umfasst Roboterantriebsmotoren 22, welche die Bestandteile, wie etwa den Arm und das Handgelenk, antreiben. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Roboterantriebsmotoren 22, die den jeweiligen Antriebsachsen entsprechen, eingerichtet. Der Antrieb der Roboterantriebsmotoren 22 erfolgt, um die Ausrichtungen der jeweiligen Bestandteile zu ändern.
Die Robotervorrichtung 5 umfasst eine Handantriebsvorrichtung, welche die Hand 2 antreibt. Die Handantriebsvorrichtung umfasst einen Handantriebsmotor 21, der die Klauen 2a der Hand 2 antreibt. Die Klauen 2a der Hand 2 werden dadurch geöffnet und geschlossen, dass der Handantriebsmotor 21 angetrieben wird. Die Hand kann gebildet sein, um durch Luftdruck angetrieben zu werden. In diesem Fall kann die Handantriebsvorrichtung eine Luftpumpe oder dergleichen zum Zuführen von Druckluft zu der Hand umfassen.
Die Robotervorrichtung 5 der vorliegenden Ausführungsform überträgt das Werkstück 70 basierend auf einem Fortbewegungsprogramm 41. Der Roboter 1 kann das Werkstück 70 basierend auf dem Fortbewegungsprogramm 41 automatisch von einer Anfangsposition in eine Zielposition übertragen.
Das Steuergerät 4 besteht aus einer arithmetischen Verarbeitungseinheit (Computer), die eine Zentraleinheit (CPU), einen Arbeitsspeicher (RAM) und einen Festspeicher (ROM), die über einen Bus mit der CPU verbunden sind, und dergleichen umfasst. Das Fortbewegungsprogramm 41, das im Voraus für die Fortbewegung des Roboters 1 erzeugt wird, wird in das Steuergerät 4 eingegeben. Das Fortbewegungsprogramm 41 wird in einer Speichereinheit 42 gespeichert. Eine Fortbewegungssteuereinheit 43 sendet einen Fortbewegungsbefehl zum Antreiben des Roboters 1 basierend auf dem Fortbewegungsprogramm 41 an eine Roboterantriebseinheit 45. Die Roboterantriebseinheit 45 umfasst eine elektrische Schaltung, die den Roboterantriebsmotor 22 antreibt. Die Roboterantriebseinheit 45 führt elektrische Energie zu dem Roboterantriebsmotor 22 basierend auf dem Fortbewegungsbefehl zu. Der Roboterantriebsmotor 22 wird angetrieben, um die Position und Lage des Roboters 1 zu ändern, wodurch die Hand 2 bewegt wird.
Des Weiteren sendet die Fortbewegungssteuereinheit 43 einen Fortbewegungsbefehl zum Antreiben der Hand 2 basierend auf dem Fortbewegungsprogramm 41 an eine Handantriebseinheit 44. Die Handantriebseinheit 44 umfasst eine elektrische Schaltung, die den Handantriebsmotor 21 antreibt. Die Handantriebseinheit 44 führt dem Handantriebsmotor 21 basierend auf dem Fortbewegungsbefehl elektrische Energie zu. Der Handantriebsmotor 21 wird angetrieben, um die Klauen 2a der Hand 2 anzutreiben. Die Hand 2 kann das Werkstück 70 ergreifen und loslassen.
Der Roboter 1 umfasst einen Statusdetektor, der die Position und Lage des Roboters 1 detektiert. Der Statusdetektor der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Positionsdetektor 18, der an dem Roboterantriebsmotor 22 angebracht ist, welcher der Antriebsachse des Bestandteils, wie etwa des Arms, entspricht. Die Ausrichtung des Bestandteils im Verhältnis zu den Antriebsachsen kann durch die Ausgabe des Positionsdetektors 18 erfasst werden. Beispielsweise detektiert der Positionsdetektor 18 einen Rotationswinkel, wenn der Roboterantriebsmotor 22 angetrieben wird. Des Weiteren kann der Positionsdetektor 18 die Drehzahl des Roboterantriebsmotors 22 basierend auf dem Rotationswinkel des Roboterantriebsmotors 22 berechnen.
Manchmal ist es notwendig, die Bewegungsrichtung zu steuern, in der sich das Betätigungswerkzeug in eine vorbestimmte Richtung bei einer Betätigung der Robotervorrichtung 5 bewegt. Insbesondere ist es manchmal notwendig, dass das Betätigungswerkzeug in einer gewünschten Richtung präzise bewegt wird. Das Steuergerät 4 umfasst eine Überwachungseinheit 52, welche die Fortbewegung des Roboters 1 überwacht. Die Überwachungseinheit 52 der vorliegenden Ausführungsform überwacht die Bewegungsrichtung der Hand 2. Insbesondere wenn sich die Hand 2 bewegt, überwacht die Überwachungseinheit 52, ob sich die Position und Lage des Roboters 1 wie gewünscht geändert haben oder nicht.
3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die ein Werkstück zeigt, das an einem Arbeitstisch befestigt ist, gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Mit Bezug auf 1 und 3, ist ein Werkstück 71, das an einem Arbeitstisch 8 befestigt ist, ringförmig gestaltet. Eine Mehrzahl von Löchern 71a bis 71f ist auf der Umfangsfläche des Werkstücks 71 gebildet. Der stabförmige Abschnitt 70a ist an dem Werkstück 70 gebildet, das von der Hand 2 ergriffen wird. Wie durch die Pfeile 91 und 92 angegeben, fügt die Robotervorrichtung 5 die stabförmigen Abschnitte 70a des Werkstücks 70 in die Löcher 71a bis 71f des Werkstücks 71 ein. Somit führt die Robotervorrichtung 5 der vorliegenden Ausführungsform die Betätigung zum Anbringen der Werkstücke 70 an den Löchern 71a bis 71f aus.
Die Löcher 71a bis 71f erstrecken sich bis zur Mitte des äußeren Kreises des Werkstücks 71 in Draufsicht. Somit werden die Werkstücke 70 in die jeweiligen Löcher 71a bis 71f in verschiedenen Richtungen eingefügt. Die Robotervorrichtung 5 muss die Werkstücke 70 in mehreren Richtungen in die Löcher 71a bis 71f bewegen. Die Überwachungseinheit 52 des Steuergeräts 4 überwacht, ob sich die Hand 2 entlang der Richtung, in der sich jedes der Löcher 71a bis 71f erstreckt, bewegt oder nicht.
Mit Bezug auf 1 wird ein Referenzkoordinatensystem 37, das nicht bewegt wird, wenn die Position und Lage des Roboters 1 geändert werden, für die Robotervorrichtung 5 eingestellt. Bei dem Beispiel aus 1 ist der Ursprung des Referenzkoordinatensystems 37 in der Basis 14 des Roboters 1 angeordnet. Das Referenzkoordinatensystem 37 wird auch als Weltkoordinatensystem bezeichnet. Das Referenzkoordinatensystem 37 ist ein festgelegtes Koordinatensystem, selbst wenn die Position und Lage des Roboters geändert werden. In dem Referenzkoordinatensystem 37 sind die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse, die zueinander rechtwinklig sind, als Koordinatenachsen eingestellt. Des Weiteren ist die W-Achse als eine Koordinatenachse um die X-Achse herum eingestellt. Die P-Achse ist als eine Koordinatenachse um die Y-Achse herum eingestellt. Die R-Achse ist als eine Koordinatenachse um die Z-Achse herum eingestellt. Die Koordinatenwerte (x_b, y_b, z_b, w_b, p_b, r_b) des Referenzkoordinatensystems 37 können eingestellt werden.
4 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die das Handgelenk des Roboters gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Der Flansch 16 ist an der Spitze des Handgelenks 15 angeordnet. Der Flansch 16 ist gebildet, um sich um eine Rotationsachse 81 herum zu drehen. Die Hand 2, die an dem Flansch 16 befestigt ist, dreht sich um die Rotationsachse 81 herum. In den Oberflächen des Flansches 16 ist das Flanschkoordinatensystem 33 an einer Oberfläche, an der die Hand 2 befestigt ist, eingestellt. Ein Ursprung 31 des Flanschkoordinatensystems 33 ist an der Rotationsachse 81 und an der Oberfläche, an der die Hand 2 befestigt ist, eingestellt. Die Koordinatenachsen des Flanschkoordinatensystems 33 umfassen die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse, die zueinander rechtwinklig sind. Bei dem Beispiel aus 4 ist das Flanschkoordinatensystem 33 derart angeordnet, dass die Richtung, in der sich die Rotationsachse 81 erstreckt, mit der Richtung zusammenfällt, in der sich die Z-Achse erstreckt. Ferner umfasst das Flanschkoordinatensystem 33 die W-Achse um die X-Achse herum, die P-Achse um die Y-Achse herum, und die R-Achse um die Z-Achse herum. Die Koordinatenwerte (x_f, y_f, z_f, w_f, p_f, r_f) des Flanschkoordinatensystems 33 können eingestellt werden. Somit umfasst das Flanschkoordinatensystem 33 eine Mehrzahl von Koordinatenachsen.
Das Flanschkoordinatensystem 33 kann berechnet werden, indem das Referenzkoordinatensystem 37 transformiert wird. Beispielsweise wird die Position des Ursprungs 31 durch den Koordinatenwert der X-Achse, den Koordinatenwert der Y-Achse und den Koordinatenwert der Z-Achse des Referenzkoordinatensystems 37 eingestellt. Die Ausrichtung des Flanschkoordinatensystems 33 kann durch den Koordinatenwert der W-Achse, den Koordinatenwert der P-Achse und den Koordinatenwert der R-Achse des Referenzkoordinatensystems 37 eingestellt werden. Das Flanschkoordinatensystem 33 ist ein Koordinatensystem, in dem die Position des Ursprungs 31 und die Ausrichtung geändert werden, wenn die Position und Lage des Roboters 1 geändert werden. Das Flanschkoordinatensystem 33 bewegt sich gemäß einer Fortbewegung des Roboters 1. Das Flanschkoordinatensystem 33 dreht sich insbesondere mit einer Oberfläche des Flansches 16 während einer Drehung des Flansches 16.
5 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die das Handgelenk und die Hand der Robotervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Werkzeugkoordinatensystem 34 mit einem Ursprung 32 in einer beliebigen Position an der Hand 2 eingestellt. Bei dem Beispiel aus 5 wird der Ursprung 32 in einem Werkzeugmittelpunkt eingestellt. Der Ursprung 32 der vorliegenden Ausführungsform wird in einem Punkt eingestellt, in dem sich die beiden Klauen 2a berühren, wenn sie geschlossen werden.
Die Koordinatenachsen des Werkzeugkoordinatensystems 34 umfassen die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse, die zueinander rechtwinklig sind. Bei dem Beispiel aus 5 ist das Werkzeugkoordinatensystem 34 derart angeordnet, dass die Richtung, in der sich die Z-Achse erstreckt, parallel zu der Richtung ist, in der sich die Klauen 2a erstrecken. Ferner umfasst das Werkzeugkoordinatensystem 34 die W-Achse um die X-Achse herum, die P-Achse um die Y-Achse herum und die R-Achse um die Z-Achse herum. Die Koordinatenwerte (x_t, y_t, z_t, w_t, p_t, r_t) des Werkzeugkoordinatensystems 34 können eingestellt werden. Somit umfasst das Flanschkoordinatensystem 33 eine Mehrzahl von Koordinatenachsen.
Das Werkzeugkoordinatensystem 34 kann berechnet werden, indem das Flanschkoordinatensystem 33 transformiert wird. Somit wird die Transformation des Koordinatensystems auch als Koordinatentransformation bezeichnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Position des Werkzeugkoordinatensystems 34 mit Bezug auf das Flanschkoordinatensystem 33 im Voraus bestimmt. Beispielsweise wird die Position des Ursprungs 32 des Werkzeugkoordinatensystems 34 durch den Koordinatenwert der X-Achse, den Koordinatenwert der Y-Achse und den Koordinatenwert der Z-Achse des Flanschkoordinatensystems 33 bestimmt. Die Ausrichtung des Werkzeugkoordinatensystems 34 kann durch den Koordinatenwert der W-Achse, den Koordinatenwert der P-Achse und den Koordinatenwert der R-Achse des Flanschkoordinatensystems 33 eingestellt werden. Das Werkzeugkoordinatensystem 34 ist ein Koordinatensystem, das sich mit der Hand 2 bewegt. Des Weiteren bewegt sich das Werkzeugkoordinatensystem 34 der vorliegenden Ausführungsform mit dem Flanschkoordinatensystem 33. Wenn die Position und die Ausrichtung des Roboters 1 geändert werden, bewegt sich das Werkzeugkoordinatensystem 34 mit dem Flanschkoordinatensystem 33. Die Überwachungseinheit 52 der vorliegenden Ausführungsform überwacht eine Bewegung der Hand 2 unter Verwendung des Werkzeugkoordinatensystems 34. Mit anderen Worten überwacht die Überwachungseinheit 52 eine Bewegung des Roboters 1 unter Verwendung des Werkzeugkoordinatensystems 34.
Mit Bezug auf 2, 3 und 5 wird eine Konfigurationsdatei 51 zum Überwachen der Fortbewegung des Roboters 1 in das Steuergerät 4 eingegeben. Das Werkzeugkoordinatensystem 34 wird im Voraus in der Konfigurationsdatei 51 eingestellt. In der Konfigurationsdatei 51 wird die Koordinatenachse in dem Werkzeugkoordinatensystem 34 als Einschränkungsrichtung eingestellt, welche die Bewegung der Hand 2 bei einer spezifischen Betätigung einschränkt. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die X-Achse und die Y-Achse als Einschränkungsrichtungen eingestellt, welche die Bewegung der Hand 2 einschränken. Die X-Achse und die Y-Achse sind Koordinatenachsen, die sich in den Einschränkungsrichtungen erstrecken. Die Konfigurationsdatei 51 wird in der Speichereinheit 42 gespeichert.
Die Überwachungseinheit 52 überwacht die Bewegungsrichtung der Hand 2, wenn die stabförmigen Abschnitte 70a der Werkstücke 70 in die Löcher 71a bis 71f des Werkstücks 71 eingefügt werden. Bei dem Werkzeugkoordinatensystem 34 der vorliegenden Ausführungsform, wenn die stabförmigen Abschnitte 70a in die Löcher 71a bis 71f eingefügt werden, bewegt sich die Hand 2 in der Richtung der Z-Achse des Werkzeugkoordinatensystems 34.
Beispielsweise steuert die Fortbewegungssteuereinheit 43 die Position und Lage des Roboters 1 basierend auf dem Fortbewegungsprogramm 41, so dass der stabförmige Abschnitt 70a dem Loch 71a gegenüberliegt. Die Überwachungseinheit 52 startet eine Überwachungssteuerung zum Überwachen der Bewegung der Hand 2. Die Fortbewegungssteuereinheit 43 bewegt die Hand 2 in einer Richtung, die durch den Pfeil 91 angegeben wird, basierend auf dem Fortbewegungsprogramm 41. Der stabförmige Abschnitt 70a wird in das Loch 71a eingefügt. Die Überwachungseinheit 52 schränkt eine Bewegung der Hand 2 in der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung in dem Werkzeugkoordinatensystem 34 ein. Falls sich die Hand 2 in der X-Achsenrichtung oder der Y-Achsenrichtung bewegt, kann die Überwachungseinheit 52 bestimmen, dass die Bewegungsrichtung anders als eine gewünschte Richtung ist. Mit anderen Worten nimmt die Überwachungseinheit 52 die Bewegung der Hand 2 in der Z-Achsenrichtung in dem Werkzeugkoordinatensystem 34 an.
Falls sich die Hand 2 in der X-Achsenrichtung oder der Y-Achsenrichtung bewegt, reduziert die Überwachungseinheit 52 die Bewegungsgeschwindigkeit der Hand 2 oder brems den Roboter 1. Eine derartige Überwachungssteuerung wird bis zur Beendigung der spezifischen Betätigung fortgeführt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Überwachungssteuerung fortgeführt, bis der stabförmige Abschnitt 70a bis auf eine vorbestimmte Tiefe des Lochs 71a eingefügt ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Konfigurationsdatei 51 von außerhalb des Steuergeräts 4 eingegeben, doch die Ausführungsform ist nicht darauf eingeschränkt. Die Konfigurationsdatei 51 kann mit einer Tastatur oder dergleichen an dem Steuergerät 4 erstellt werden, und die erstellte Konfigurationsdatei kann dann in der Speichereinheit 42 gespeichert werden.
Die Überwachungseinheit 52 der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Richtungsberechnungseinheit 53, welche die Bewegungsrichtung des Ursprungs 32 des Werkzeugkoordinatensystems 34 basierend auf der Position und Lage des Roboters 1 berechnet. Die Überwachungseinheit 52 umfasst eine Bestimmungseinheit 54, die bestimmt, ob sich der Ursprung 32 des Werkzeugkoordinatensystems 34 in der Richtung der Koordinatenachse, die sich in der Einschränkungsrichtung erstreckt, bewegt oder nicht. Die Überwachungseinheit 52 umfasst eine Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit 55, welche die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters 1 basierend auf dem Fortbewegungsprogramm 41 begrenzt. Falls sich der Ursprung 32 des Werkzeugkoordinatensystems 34 in der Richtung der Koordinatenachse, die sich in der Einschränkungsrichtung erstreckt, bewegt, führt die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit 55 eine Geschwindigkeitsreduzierungssteuerung zum Reduzieren der Bewegungsgeschwindigkeit der Hand 2 oder eine Bremssteuerung zum Bremsen des Roboters 1 aus.
6 ist ein Ablaufschema, das eine erste Überwachungssteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Überwachungssteuerung in 6 kann in vorbestimmten Zeitintervallen wiederholt werden. Die Überwachungssteuerung kann gestartet werden, wenn die Position und Lage des Roboters 1 einen Zustand erreichen, in dem die Überwachung gestartet wird. Des Weiteren kann die Überwachungssteuerung ausgeführt werden, bis die Bewegung der zu überwachenden Hand 2 beendet ist. Bei diesem Beispiel, wie in 3 gezeigt, kann die Überwachungssteuerung gestartet werden, wenn die Steuerung zum Bewegen der Hand 2 in der Z-Achsenrichtung des Werkzeugkoordinatensystems 34 gestartet wird, um den stabförmigen Abschnitt 70a in das Loch 71a einzufügen. Des Weiteren kann die Überwachungssteuerung fortgeführt werden, bis die Bewegung der Hand 2 in der Z-Achsenrichtung beendet ist.
Mit Bezug auf 2 und 6 erfasst die Richtungsberechnungseinheit 53 in Schritt 111 die aktuelle Position und Lage des Roboters 1. Die Richtungsberechnungseinheit 53 kann die Position und Richtung des Ursprungs 31 des Flanschkoordinatensystems 33 als Position und Lage des Roboters 1 berechnen. Die Position und Lage des Roboters 1 können basierend auf den Ausgaben der Positionsdetektoren 18, die an den Roboterantriebsmotoren 22 angebracht sind, berechnet werden.
In Schritt 112 erfasst die Richtungsberechnungseinheit 53 die Position des Ursprungs 31 des Flanschkoordinatensystems 33 bei der vorherigen Steuerung. In Schritt 113 berechnet die Richtungsberechnungseinheit 53 die Bewegungsrichtung des Roboters 1. In diesem Fall kann die Bewegungsrichtung des Ursprungs 31 des Flanschkoordinatensystems 33 als Bewegungsrichtung des Roboters 1 berechnet werden. Die Bewegungsrichtung kann als Vektor ausgedrückt werden. Die Richtungsberechnungseinheit 53 kann eine Richtung von einer früheren Position in eine aktuelle Position berechnen.
Danach berechnet die Richtungsberechnungseinheit 53 in Schritt 114 die Bewegungsrichtung der Hand 2, die als Betätigungswerkzeug dient. Die Richtungsberechnungseinheit 53 erfasst den eingestellten Wert des Werkzeugkoordinatensystems 34 aus der Konfigurationsdatei 51. Die Richtungsberechnungseinheit 53 berechnet die Bewegungsrichtung des Ursprungs 32 des Werkzeugkoordinatensystems 34 basierend auf der Bewegungsrichtung des Ursprungs 31 des Flanschkoordinatensystems 33. Die Bewegungsrichtung des Ursprungs 32 des Werkzeugkoordinatensystems 34 entspricht der Bewegungsrichtung der Hand 2. Somit berechnet die Richtungsberechnungseinheit 53 die Bewegungsrichtung des Betätigungswerkzeugs in einem kleinen Teilabschnitt, der einem Zeitintervall zum Wiederholen der Steuerung entspricht.
Anschließend bestimmt die Bestimmungseinheit 54 in Schritt 115, ob sich der Ursprung 32 des Werkzeugkoordinatensystems 34 in den Richtungen der Koordinatenachsen, die sich in der Einschränkungsrichtung erstrecken, bewegt oder nicht. Mit anderen Worten bestimmt die Bestimmungseinheit 54, ob die Bewegungsrichtung des Betätigungswerkzeugs die Komponenten der Einschränkungsrichtungen umfasst oder nicht. Die Bestimmungseinheit 54 erfasst die Konfigurationsdatei 51 aus der Speichereinheit 42. Bei der Bestimmung der vorliegenden Ausführungsform sind die Richtungen für die Bestimmung die X-Achsenrichtung, die Y-Achsenrichtung und die Z-Achsenrichtung des Werkzeugkoordinatensystems 34. In der Konfigurationsdatei 51 sind die X-Achsenrichtung und die Y-Achsenrichtung als Einschränkungsrichtungen eingestellt.
Die Bestimmungseinheit 54 bestimmt, ob die Bewegungsrichtung, die in Schritt 114 berechnet wird, mindestens eine von einer X-Achsenkomponente und einer Y-Achsenkomponente umfasst oder nicht. Falls die Bewegungsrichtung, die in Schritt 114 berechnet wird, mindestens eine von der X-Achsenkomponente und der Y-Achsenkomponente umfasst, kann die Bestimmungseinheit 54 bestimmen, dass sich die Hand 2 in einer anderen Richtung als der Z-Achsenrichtung bewegt. Die Bestimmungseinheit 54 kann bestimmen, dass sich die Hand 2 in der Einschränkungsrichtung bewegt. In diesem Fall fährt die Steuerung mit Schritt 116 fort.
In Schritt 116 berechnet die Bestimmungseinheit 54 die Bewegungsgeschwindigkeit der Hand 2. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Hand 2 kann basierend auf der Position des Ursprungs 32 des Werkzeugkoordinatensystems 34 bei der vorhergehenden Steuerung, der Position des Ursprungs 32 des Werkzeugkoordinatensystems 34 bei der aktuellen Steuerung und dem Zeitintervall für die Steuerung berechnet werden. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Hand 2 kann berechnet werden, indem die Bewegungsdistanz des Ursprungs 32 des Werkzeugkoordinatensystems 34 durch eine Steuerperiode geteilt wird.
Anschließend bestimmt die Bestimmungseinheit 54 in Schritt 117, ob die Bewegungsgeschwindigkeit der Hand 2 höher als ein Geschwindigkeitsbeurteilungswert ist oder nicht. Der Geschwindigkeitsbeurteilungswert kann gemäß der Betätigung, die durch die Robotervorrichtung 5 ausgeführt wird, in Voraus eingestellt werden. Falls beispielsweise das Loch 71a im Wesentlichen so groß wie die stabförmigen Abschnitte 70a ist, wird die Betätigung bevorzugt mit geringer Geschwindigkeit ausgeführt. In diesem Fall kann der Geschwindigkeitsbeurteilungswert auf einen geringen Wert eingestellt werden. Der Geschwindigkeitsbeurteilungswert des Betätigungswerkzeugs kann im Voraus in der Konfigurationsdatei 51 eingestellt werden.
Falls in Schritt 117 die Bewegungsgeschwindigkeit der Hand 2 nicht höher als der Geschwindigkeitsbeurteilungswert ist, kann bestimmt werden, dass die Bewegungsgeschwindigkeit der Hand 2 basierend auf dem Fortbewegungsprogramm 41 gering genug ist. In diesem Fall wird die Bewegungsgeschwindigkeit der Hand 2 gehalten. Dann fährt die Steuerung mit Schritt 119 fort. In Schritt 119 werden die aktuelle Position und Lage des Roboters 1 in der Speichereinheit 42 gespeichert.
Falls die Bewegungsgeschwindigkeit der Hand 2 in Schritt 117 höher als der Geschwindigkeitsbeurteilungswert ist, fährt die Steuerung mit Schritt 118 fort. In Schritt 118 sendet die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit 55 einen Befehl zum Reduzieren der Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters 1 an die Fortbewegungssteuereinheit 43, so dass die Bewegungsgeschwindigkeit der Hand 2 bis auf den Geschwindigkeitsbeurteilungswert oder weniger abnimmt. Die Fortbewegungssteuereinheit 43 steuert den Roboterantriebsmotor 22, so dass die Bewegungsgeschwindigkeit der Hand 2 bis auf den Geschwindigkeitsbeurteilungswert oder weniger abnimmt. Beispielsweise kann die Fortbewegungssteuereinheit 43 die Steuerung zum Reduzieren der Geschwindigkeit auf den Geschwindigkeitsbeurteilungswert ausführen. Dadurch dass eine derartige Geschwindigkeitsreduzierungssteuerung ausgeführt wird, kann der Fortbewegungsfehler des Roboters 1 reduziert werden. Somit kann eine gewünschte Betätigung beendet werden, selbst wenn die Bewegungsrichtung der Hand 2 gegenüber der gewünschten Richtung geringfügig versetzt wird. Danach fährt die Steuerung mit Schritt 119 fort, um die aktuelle Position und Lage des Roboters 1 zu speichern.
Wie zuvor beschrieben, kann bei der Überwachungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform eine Fortbewegung des Roboters basierend auf dem Werkzeugkoordinatensystem überwacht werden. Der Bediener muss nur die Einschränkungsrichtung (Koordinatenachse) zum Einschränken der Bewegung in dem Werkzeugkoordinatensystem in die Konfigurationsdatei eingeben, wodurch die Einstellung für die Überwachung ermöglicht werden kann.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Werkstück zeigt, um ein Benutzerkoordinatensystem bei einem Vergleichsbeispiel zu erläutern. Bei dem Vergleichsbeispiel wird ein Benutzerkoordinatensystem 38 zum Überwachen der Bewegungsrichtung der Hand 2 für jedes der Löcher 71a bis 71f eingestellt. Beispielsweise wird das Benutzerkoordinatensystem für jedes der Löcher derart eingestellt, dass sich die Löcher 71a bis 71f in der Z-Achsenrichtung erstrecken. Das Benutzerkoordinatensystem 38 kann basierend auf dem Referenzkoordinatensystem eingestellt werden. Das Steuergerät überwacht die Bewegungsrichtung des Betätigungswerkzeugs basierend auf dem Benutzerkoordinatensystem 38.
Bei dem Beispiel aus 7 sind die sechs Löcher 71a bis 71f gebildet, wodurch es notwendig ist, dass der Bediener die sechs Benutzerkoordinatensysteme 38 in der Konfigurationsdatei einstellt. Des Weiteren ist es notwendig, dass die Einschränkungsrichtungen (die X-Achsenrichtung und die Y-Achsenrichtung) in den jeweiligen Benutzerkoordinatensystemen 38 eingestellt werden. Somit erfordert die Erstellung der Konfigurationsdatei einen längeren Zeitraum.
Dagegen wird bei der Überwachungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform das Werkzeugkoordinatensystem 34 zum Überwachen verwendet, und somit ist nur das einzige Werkzeugkoordinatensystem für die Konfigurationsdatei 51 notwendig. Ferner ist es nur notwendig, die Koordinatenachse des einzigen Werkzeugkoordinatensystems als Einschränkungsrichtung der Bewegung einzustellen. Somit kann der Bediener die Konfigurationsdatei mühelos erstellen. Des Weiteren können Einstellfehler beim Erstellen der Konfigurationsdatei behoben werden.
Mit Bezug auf 6, falls bei der ersten Überwachungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs höher als der Geschwindigkeitsbeurteilungswert in Schritt 116 und Schritt 117 ist, wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs auf eine geringere Geschwindigkeit gesteuert. Falls sich das Betätigungswerkzeug basierend auf dem Fortbewegungsprogramm 41 mit einer geringen Geschwindigkeit bewegt, kann diese Steuerung eine weitere Reduzierung der Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs vermeiden. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs wird nicht dermaßen reduziert, dass die Verlängerung der Betätigungszeit behoben wird.
Es sei zu beachten, dass die Geschwindigkeitsreduzierungssteuerung ausgeführt werden kann, um die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs ohne Bestimmung bezüglich der Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs zu reduzieren. Insbesondere kann in Schritt 115, falls die Bewegungsrichtung des Betätigungswerkzeugs die Komponente der Koordinatenachse umfasst, die sich in der Einschränkungsrichtung erstreckt, die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs auf eine geringere Geschwindigkeit gesteuert werden. In diesem Fall kann beispielsweise ein Reduzierungsbetrag der Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs im Voraus eingestellt werden. Die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit 55 kann eine aktuelle Geschwindigkeit um den vorbestimmten Reduzierungsbetrag reduzieren.
Alternativ kann anstelle der Geschwindigkeitsreduzierungssteuerung die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit 55 die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs auf 0 steuern. Mit anderen Worten kann die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit 55 eine Bremssteuerung ausführen, um den Roboter 1 zu bremsen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die X-Achsenrichtung und die Y-Achsenrichtung als Einschränkungsrichtungen eingestellt, doch die Ausführungsform ist nicht darauf eingeschränkt. Es kann eine beliebige Richtung als Einschränkungsrichtung eingestellt werden. Beispielsweise kann die Einschränkungsrichtung auf einer einzigen Koordinatenachse eingestellt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Steuerung zum Einpassen des Werkstücks 70 in das andere Werkstück 71, das an dem Arbeitstisch 8 befestigt ist, abgebildet, doch die Ausführungsform ist nicht darauf eingeschränkt. Die vorliegende Erfindung ist auf die Überwachung anwendbar, wenn das Betätigungswerkzeug in der gewünschten Richtung bewegt wird. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung auf die Steuerung zum Überwachen einer Betätigung zum Stellen eines Werkstücks an eine schmale Stelle eines anderen Werkstücks, einer Betätigung zum linearen Auftragen von Dichtungsmasse, von Lichtbogenschweißen oder dergleichen anwendbar.
8 ist ein erstes Ablaufschema, das die zweite Überwachungssteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Wenn die Geschwindigkeitsreduzierungssteuerung unter der Überwachungssteuerung ausgeführt wird, sind einige Geschwindigkeitsreduzierungsverfahren unter den Verfahren, bei denen die Geschwindigkeit reduziert wird, unerwünscht. Wenn beispielsweise zwei Werkstücke durch Lichtbogenschweißen verbunden werden, bewegt sich das Betätigungswerkzeug, während es das Lichtbogenschweißen an den Werkstücken ausführt. Falls nun die Geschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs schnell reduziert wird, kann die Qualität des Schweißens beeinträchtigt werden.
Beispielsweise kann sich eine Schweißmarkierung ausdehnen. Alternativ kann, falls Dichtungsmasse linear aufgetragen wird, eine schnelle Verringerung der Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs bewirken, dass die Dichtungsmasse ausflockt. Auch wird bei der Bremssteuerung zum Bremsen des Roboters Strom, der dem Roboterantriebsmotor zugeführt wird, sofort abgeschaltet, um den Roboter zu bremsen. Mit anderen Worten nimmt die Bewegungsgeschwindigkeit schnell ab. Somit kann sich die Geschwindigkeitsreduzierung oder die Bremsung bei der Überwachungssteuerung auf die Betätigung, die durch die Robotervorrichtung ausgeführt wird, negativ auswirken.
Mit Bezug auf 2 und 8 bei der zweiten Überwachungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform, falls die Bestimmungseinheit 54 bestimmt, dass sich der Ursprung 32 des Werkzeugkoordinatensystems 34 in der Richtung der Koordinatenachse, die sich in der Einschränkungsrichtung erstreckt, bewegt, führt die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit 55 eine aktuelle Bewegung während einer vorbestimmten eingestellten Zeit fort. Falls mit anderen Worten die Bestimmungseinheit 54 bestimmt, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs zu begrenzen ist, führt die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit 55 die aktuelle Fortbewegung während der vorbestimmten eingestellten Zeit fort. Nach dem Ablauf der eingestellten Zeit führt die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit 55 die Geschwindigkeitsreduzierungssteuerung oder die Bremssteuerung aus.
Die Steuerung in 8 kann in vorbestimmten Zeitintervallen wiederholt werden. In 8 sind die Schritte 111 bis 117 und Schritt 119 ähnlich wie die der in 6 gezeigten ersten Steuerung. Falls in Schritt 117 die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs höher als der Geschwindigkeitsbeurteilungswert ist, fährt die Steuerung mit Schritt 121 fort. Die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit 55 erfüllt die Funktion des Messens einer abgelaufenen Zeit seit einer vorbestimmten Zeit. Mit anderen Worten dient die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit 55 als Zeitmesser, um eine Geschwindigkeit zu begrenzen.
In Schritt 121 bestimmt die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit 55, ob der Zeitmesser angesteuert wird oder nicht. Falls der Zeitmesser in Schritt 121 nicht angesteuert wird, fährt die Steuerung mit Schritt 122 fort. In Schritt 122 löst die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit 55 einen Alarm für andere Vorrichtungen aus. Beispielsweise löst die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit 55 einen Alarm für eine Anzeigeeinheit aus, die an dem Steuergerät 4 angeordnet ist. Die Anzeigeeinheit kann eine Warnung anzeigen, dass die Richtung des Betätigungswerkzeugs von der gewünschten Richtung abgewichen ist. Wie es noch besprochen wird, kann die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit 55 einen Alarm an die Fortbewegungssteuereinheit 43 senden.
In Schritt 123 startet die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit 55 den Zeitmesser. Die Steuerung fährt dann mit Schritt 119 fort. Falls der Zeitmesser in Schritt 121 gestartet wurde, fährt die Steuerung mit Schritt 119 fort. In Schritt 119 speichert die Speichereinheit 42 die aktuelle Position und Lage des Roboters 1.
Falls sich in Schritt 115 das Betätigungswerkzeug nicht in der Einschränkungsrichtung bewegt, fährt die Steuerung mit Schritt 125 fort. Falls in Schritt 117 die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs nicht höher als der Geschwindigkeitsbeurteilungswert ist, fährt die Steuerung mit Schritt 124 fort. In den Schritten 124 und 125 hält die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit 55 den Zeitmesser an. Falls der Zeitmesser nicht gestartet wird, bewahrt die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit 55 den angehaltenen Zustand des Zeitmessers.
9 ist ein zweites Ablaufschema, das die zweite Überwachungssteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Steuerung aus 9 kann gleichzeitig mit der Steuerung aus 8 erfolgen. Alternativ kann die Steuerung aus 9 nach der Steuerung aus 8 erfolgen. Mit Bezug auf 2 und 9 bestimmt die Bestimmungseinheit 54 in Schritt 127, ob der Zeitmesser angesteuert wird oder nicht. Falls der Zeitmesser in Schritt 127 nicht angesteuert wird, ist die Steuerung beendet. Falls in Schritt 127 der Zeitmesser angesteuert wird, fährt die Steuerung mit Schritt 128 fort.
In Schritt 128 berechnet die Bestimmungseinheit 54 eine abgelaufene Zeit seit dem Start des Zeitmessers. Mit anderen Worten berechnet die Bestimmungseinheit 54 die abgelaufene Zeit seit der Bestimmung, dass die Bewegungsgeschwindigkeit der Hand 2 zu begrenzen ist. Die Bestimmungseinheit 54 bestimmt, ob die abgelaufene Zeit seit dem Start des Zeitmessers größer als ein vorbestimmter Zeitbeurteilungswert ist oder nicht. Falls in Schritt 128 die abgelaufene Zeit seit dem Start des Zeitmessers nicht größer als der Zeitbeurteilungswert ist, ist die Steuerung beendet. Falls in Schritt 128 die abgelaufene Zeit seit dem Start des Zeitmessers größer als der Zeitbeurteilungswert ist, ist die gewünschte Zeit seit der Startzeit zum Begrenzen der Geschwindigkeit abgelaufen. In diesem Fall fährt die Steuerung mit Schritt 129 fort.
In Schritt 129 sendet die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit 55 einen Befehl an die Fortbewegungssteuereinheit 43, um die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs auf den Geschwindigkeitsbeurteilungswert oder weniger zu reduzieren. Somit misst die Überwachungseinheit 52 die abgelaufene Zeit seit der Ausgabe eines Signals, dass die Geschwindigkeit zu begrenzen ist. Die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit 55 begrenzt die Geschwindigkeit, nachdem die vorbestimmte eingestellte Zeit abgelaufen ist.
Bei der zweiten Überwachungssteuerung wird eine vorbestimmte verlängerte Zeit für den Fall eingestellt, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs mindestens auf den Geschwindigkeitsbeurteilungswert reduziert wird. Während der verlängerten Zeit kann das Steuergerät 4 eine beliebige Steuerung ausführen.
Beispielsweise kann in dem Fortbewegungsprogramm 41 ein Verfahren zum Reduzieren der Fortbewegungsgeschwindigkeit des Roboters 1 oder ein Verfahren zum Bremsen des Roboters 1 als Vorbereitung auf den Empfang eines Signals, das die Bewegungsgeschwindigkeit der Hand 2 reduziert oder den Roboter 1 bremst, vorbestimmt werden. Das Fortbewegungsprogramm 41 kann eingestellt werden, um den Roboter 1 allmählich zu bremsen oder um die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters 1 allmählich zu reduzieren.
Falls in Schritt 117 aus 8 die Bestimmungseinheit 54 bestimmt, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs höher als der Geschwindigkeitsbeurteilungswert ist, kann die Überwachungseinheit 52 in Schritt 122 ein Signal in einem Geschwindigkeitsbegrenzungszustand an die Fortbewegungssteuereinheit 43 senden. Die Fortbewegungssteuereinheit 43 kann die Bewegungsgeschwindigkeit der Hand 2 basierend auf dem Fortbewegungsprogramm 41 allmählich reduzieren. Alternativ kann die Fortbewegungssteuereinheit 43 den Roboter 1 allmählich verzögern, um den Roboter 1 zu bremsen. Dadurch kann die Steuerung zum plötzlichen Bremsen des Roboters 1 oder zum schnellen Reduzieren der Geschwindigkeit des Roboters 1 vermieden werden, wodurch eine Beeinträchtigung der Qualität der Betätigung, die durch die Robotervorrichtung 5 ausgeführt wird, behoben werden kann. Die anderen Steuerungen sind ähnlich wie die der ersten Überwachungssteuerung.
Die dritte Steuerung der vorliegenden Ausführungsform wird nachstehend beschrieben. 10 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Hand und das Werkstück bei der dritten Überwachungssteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Wie zuvor beschrieben wird bei der Überwachungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform überwacht, ob sich die Hand 2 in der Z-Achsenrichtung des Werkzeugkoordinatensystems 34 bewegt oder nicht. Mit anderen Worten wird bei Vorliegen der Geschwindigkeitskomponente in der X-Achsenrichtung oder der Y-Achsenrichtung, die als Einschränkungsrichtung dient, die Bewegungsgeschwindigkeit der Hand 2 begrenzt.
Der Roboter 1 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Knickarmroboter. Um die Hand 2 in der Z-Achsenrichtung des Werkzeugkoordinatensystems 34 zu bewegen, wird eine Mehrzahl der Antriebswellen manchmal gleichzeitig angetrieben. Mit anderen Worten werden in manchen Fällen die Ausrichtungen des Arms und des Handgelenks an den Gelenken geändert, um die Hand 2 linear zu bewegen. Die Mehrzahl der Antriebswellen wird gleichzeitig angetrieben, wodurch es sein kann, dass die Hand 2 in der anderen Richtung als der Z-Achsenrichtung des Werkzeugkoordinatensystems 34 leicht schwingt, wie durch den Pfeil 93 angegeben. Selbst bei solch geringen Schwingungen begrenzt die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit 55 die Bewegungsgeschwindigkeit der Hand 2 als Reaktion auf die Detektion einer Bewegung in der X-Achsenrichtung oder der Y-Achsenrichtung. Somit wird bei der dritten Überwachungssteuerung, selbst wenn die Bewegung der Hand 2 in der Einschränkungsrichtung detektiert wird, die Bewegungsgeschwindigkeit der Hand 2, die über geringe Distanzen bewegt wird, ohne Begrenzung gesteuert.
11 ist ein Ablaufschema, das die dritte Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Steuerung aus 11 kann in vorbestimmten Zeitintervallen wiederholt werden. Mit Bezug auf 2, 10 und 11 bestimmt die Bestimmungseinheit 54 in Schritt 131, ob die Position und Lage des Roboters 1 in einen Zustand, in dem die Bewegung des Betätigungswerkzeugs überwacht wird, versetzt werden oder nicht. Mit Bezug auf 3 bestimmt die Bestimmungseinheit 54 beispielsweise, ob die Position und Lage des Roboters 1 auf einen Anfangszustand, in dem sich die Hand 2 in der Z-Achsenrichtung des Werkzeugkoordinatensystems 34 bewegt (einen Zustand, in dem die Spitzen des stabförmigen Abschnitts 70a einem der Löcher 71a bis 71f gegenüberliegen), geändert werden oder nicht. Falls die Bewegung der Hand 2 nicht überwacht werden soll, fährt die Steuerung mit Schritt 132 fort. In Schritt 132 erfasst die Richtungsberechnungseinheit 53 die Position des Ursprungs 32 des Werkzeugkoordinatensystems 34 und die Ausrichtung des Werkzeugkoordinatensystems 34 basierend auf der aktuellen Position und Lage des Roboters 1. In Schritt 133 speichert die Speichereinheit 42 die Position des Ursprungs 32 des Werkzeugkoordinatensystems 34 und die Ausrichtung des Werkzeugkoordinatensystems 34 als Anfangsposition und als Anfangsausrichtung.
Die Schritte 131 bis 133 werden fortgeführt, bis ein Zustand erreicht ist, in dem die Bewegung des Betätigungswerkzeugs überwacht werden soll. Die Schritte 131 bis 133 werden in einer Periode wiederholt, während der die Bewegung des Betätigungswerkzeugs nicht überwacht wird, wodurch die Anfangsposition des Werkzeugkoordinatensystems 34 überschrieben wird. Die Anfangsposition des Werkzeugkoordinatensystems 34 wird verwendet, wenn die Bewegungsdistanz in der Einschränkungsrichtung in dem folgenden Schritt berechnet wird. Des Weiteren dient die Anfangsposition des Werkzeugkoordinatensystems 34 als Referenzposition des Ursprungs 32 des Werkzeugkoordinatensystems 34, bevor die Bewegung des Betätigungswerkzeugs überwacht wird.
Falls in Schritt 131 der Zustand, in dem die Bewegung des Betätigungswerkzeugs überwacht wird, erreicht ist, fährt die Steuerung mit Schritt 111 fort. Die Schritte 111 bis 117 sind ähnlich wie die der ersten Überwachungssteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform (siehe 6). Falls in Schritt 117 die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs höher als der Geschwindigkeitsbeurteilungswert ist, fährt die Steuerung mit Schritt 134 fort.
Die Überwachungseinheit 52 der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Distanzberechnungseinheit 56, welche die Bewegungsdistanz auf der Koordinatenachse, die sich in der Einschränkungsrichtung erstreckt, berechnet. In Schritt 134 erfasst die Distanzberechnungseinheit 56 die Anfangsposition des Ursprungs 32 des Werkzeugkoordinatensystems 34, bevor die Überwachung des Betätigungswerkzeugs gestartet wird. Die Distanzberechnungseinheit 56 erfasst die in Schritt 133 gespeicherte Anfangsposition. Die Distanzberechnungseinheit 56 berechnet dann die Bewegungsdistanz auf der Koordinatenachse, die sich in der Einschränkungsrichtung erstreckt.
Beispielsweise berechnet die Distanzberechnungseinheit 56 eine Bewegungsdistanz DX in der X-Achsenrichtung und eine Bewegungsdistanz DY in der Y-Achsenrichtung. Die Bewegungsdistanz DX kann durch die Differenz zwischen dem Koordinatenwert der X-Achse in der Anfangsposition und dem Koordinatenwert der X-Achse in der aktuellen Position berechnet werden. Ähnlich kann die Bewegungsdistanz DY in der Y-Achsenrichtung durch ein ähnliches Verfahren berechnet werden.
Anschließend bestimmt die Bestimmungseinheit 54 in Schritt 135, ob die Bewegungsdistanz auf der zu überwachenden Koordinatenachse größer als der vorbestimmte Distanzbeurteilungswert ist oder nicht. Der Distanzbeurteilungswert kann im Voraus bestimmt werden und in der Konfigurationsdatei 51 durch einen Bediener eingestellt werden. Der Geschwindigkeitsbeurteilungswert kann für jede der zu überwachenden Koordinatenachsen eingestellt werden. Bei dem Beispiel aus 10 bestimmt die Bestimmungseinheit 54, ob die Bewegungsdistanz DX in der X-Achsenrichtung größer als ein Distanzbeurteilungswert LX ist oder nicht. Des Weiteren bestimmt die Bestimmungseinheit 54, ob die Bewegungsdistanz DY in der Y-Achsenrichtung größer als ein Distanzbeurteilungswert LY ist oder nicht. Für den Fall, dass mehrere Einschränkungsrichtungen eingestellt werden, wenn die Bewegungsdistanz mindestens auf einer Koordinatenachse den Distanzbeurteilungswert überschreitet, kann die Bestimmungseinheit 54 bestimmen, dass die Bewegungsdistanz den Distanzbeurteilungswert in Schritt 135 überschreitet.
Falls die Bewegungsdistanz in Schritt 135 nicht größer als der Distanzbeurteilungswert ist, fährt die Steuerung mit Schritt 119 fort. In diesem Fall ist die Bewegungsdistanz in der Einschränkungsrichtung gering, und somit wird die Steuerung zum Begrenzen der Geschwindigkeit nicht ausgeführt. Die Fortbewegungssteuereinheit 43 fährt mit der aktuellen Fortbewegung des Roboters 1 fort. Falls in Schritt 135 die Bewegungsdistanz den Distanzbeurteilungswert überschreitet, fährt die Steuerung mit Schritt 136 fort. In Schritt 136 steuert die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit 55 die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs auf den Geschwindigkeitsbeurteilungswert oder weniger.
Durch das Ausführen der dritten Überwachungssteuerung kann die Steuerung zum Begrenzen der Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs für den Fall, dass die Bewegung in der Einschränkungsrichtung gering ist, vermieden werden. Für den Fall, dass eine geringe Schwingung durch das Antreiben der Mehrzahl von Antriebswellen verursacht wird, kann eine Reduzierung der Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs oder die Bremsung des Betätigungswerkzeugs vermieden werden. Die anderen Steuerungen sind ähnlich wie die der ersten Überwachungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform.
Ein Verfahren zum Einstellen des Werkzeugkoordinatensystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nachstehend beschrieben. Wie zuvor beschrieben kann der Bediener bei der vorliegenden Ausführungsform das Werkzeugkoordinatensystem 34 in der Konfigurationsdatei 51 einstellen. Des Weiteren kann der Bediener die Koordinatenachse, die der Einschränkungsrichtung in dem Werkzeugkoordinatensystem 34 entspricht, einstellen. Das Steuergerät 4 der vorliegenden Ausführungsform erfüllt die Funktion des einfachen Einstellens des Werkzeugkoordinatensystems und der Einschränkungsrichtung.
Mit Bezug auf 2 umfasst die Überwachungseinheit 52 der vorliegenden Ausführungsform eine Koordinateneinstelleinheit 57, die das Werkzeugkoordinatensystem 34 in der Konfigurationsdatei einstellt. Die Koordinateneinstelleinheit 57 stellt die Einschränkungsrichtung zum Begrenzen der Bewegung des Betätigungswerkzeugs basierend auf den Koordinatenwerten von zwei Messpunkten an dem Betätigungswerkzeug ein. Die Koordinateneinstelleinheit 57 stellt die Richtung der Koordinatenachse basierend auf der Einschränkungsrichtung ein und stellt das Werkzeugkoordinatensystem basierend auf der Richtung der Koordinatenachse ein.
12 ist eine Seitenansicht, die das Handgelenk des Roboters gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Das Flanschkoordinatensystem 33, das den Ursprung 31 aufweist, wird an der Oberfläche des Flansches 16 des Handgelenks 15 eingestellt. 13 ist eine Seitenansicht, die das Handgelenk des Roboters und die Hand gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Bei dem Beispiel aus 13 ist die Hand 6 als Betätigungswerkzeug angeordnet. Die Hand 6 ist derart gebildet, dass sich die Klauen 6a in einer Richtung erstrecken, die gegenüber der Richtung der Rotationsachse des Flansches 16 versetzt ist. Auch kann für die Hand 6 das Werkzeugkoordinatensystem 34 eingestellt werden, wobei der Ursprung 32 an der Hand 6 angeordnet ist.
14 ist eine andere perspektivische Ansicht, die das Handgelenk und die Hand gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Bei dem Beispiel aus 14 zeigt die perspektivische Ansicht, dass die Hand 6 an dem Flansch 16 befestigt ist, während sie um 30° um die X-Achse herum (in der W-Achsenrichtung) des Flanschkoordinatensystems 33 gedreht ist. Ein Vergleich zwischen 13 und 14 gibt an, dass die Y-Achsenrichtung und die Z-Achsenrichtung geändert werden, jedoch die X-Achsenrichtung nicht geändert wird. Somit müssen die Richtungen der Koordinatenachsen des Werkzeugkoordinatensystems vorgegeben sein, um die Einschränkungsrichtung zu bestimmen. Das Werkzeugkoordinatensystem der vorliegenden Ausführungsform weist sechs Freiheitsgrade auf. Es müssen nur Richtungen für zwei der Koordinatenachsen eingestellt werden. Ferner kann die Position des Ursprungs 32 des Werkzeugkoordinatensystems 34 (der Koordinatenwert der X-Achse, der Koordinatenwert der Y-Achse und der Koordinatenwert der Z-Achse in dem Flanschkoordinatensystem) wahlweise eingestellt werden.
15 ist eine erste perspektivische Ansicht, die eine Hand zeigt, um die Steuerung zum Einstellen der Einschränkungsrichtung einer Bewegung der Hand zeigt. Eine in 15 gezeigte Hand 9 ergreift ein Werkstück durch Ansaugen. Eine Kontaktzwinge 73 ist beispielsweise an einer Bodenfläche befestigt. Die Kontaktzwinge 73 ist feststehend, selbst wenn die Position und Lage des Roboters 1 geändert werden.
Um die Richtung zum Einschränken der Bewegung der Hand einzustellen, ändert der Bediener die Position und Lage des Roboters unter Verwendung eines Handbediengeräts. Mit anderen Worten werden die Position und Lage des Roboters 1 manuell angepasst. Der Bediener bringt die Kontaktzwinge 73 in Kontakt mit einem vorbestimmten Messpunkt an der Hand 9. Nun erfasst die Koordinateneinstelleinheit 57 die Position und Lage des Roboters 1. Beispielsweise erfasst die Koordinateneinstelleinheit 57 die Position des Ursprungs 31 des Flanschkoordinatensystems 33 und die Ausrichtung des Flanschkoordinatensystems 33. Die Speichereinheit 42 speichert die Position und Lage des Roboters 1.
16 ist eine zweite perspektivische Ansicht, welche die Hand zeigt, um die Steuerung zum Einstellen der Einschränkungsrichtung einer Bewegung der Hand zu erklären. Der Bediener steuert dann die Position und Lage des Roboters 1, um die Kontaktzwinge 73 mit einem anderen vorbestimmten Messpunkt an der Hand 9 in Kontakt zu bringen. Nun erfasst die Koordinateneinstelleinheit 57 die Position und Lage des Roboters 1. Die Speichereinheit 42 speichert die Position und Lage des Roboters 1.
17 ist eine dritte perspektivische Ansicht, welche die Hand zeigt, um die Steuerung zum Einstellen der Einschränkungsrichtung einer Bewegung der Hand zu erklären. Die Einschränkungsrichtung der Bewegung der Hand 9 ist eine Richtung, die den Messpunkt 35, der bei der ersten Messung gemessen wird, und den Messpunkt 36, der bei der zweiten Messung gemessen wird, verbindet. Die Koordinateneinstelleinheit 57 kann die Einschränkungsrichtung, die durch den Pfeil 95 angegeben wird, basierend auf den Positionen und Lagen des Roboters 1, wenn die Kontaktzwinge 73 mit den beiden Messpunkten in Kontakt gebracht wird, berechnen. Die Einschränkungsrichtung kann durch die Koordinatenwerte von zwei Drehrichtungen der W-Achse, der P-Achse und der R-Achse des Flanschkoordinatensystems angegeben werden. Mit anderen Worten kann die Einschränkungsrichtung durch zwei beliebige der drei Koordinatenwerte der Drehrichtungen des Flanschkoordinatensystems eingestellt werden. Die Koordinateneinstelleinheit 57 kann die Koordinatenachsen derart einstellen, dass die Einschränkungsrichtung, die durch den Pfeil 95 angegeben wird, parallel zu einer der Koordinatenachsen des Werkzeugkoordinatensystems ist. Beispielsweise kann die Koordinateneinstelleinheit 57 das Werkzeugkoordinatensystem derart einstellen, dass die Einschränkungsrichtung die X-Achsenrichtung des Werkzeugkoordinatensystems ist.
Des Weiteren misst der Bediener die Messpunkte an jeder Einschränkungsrichtung des Betätigungswerkzeugs. Wenn beispielsweise Einschränkungsrichtung rechtwinklig zur X-Achsenrichtung eingestellt ist, misst der Bediener zwei Messpunkte, indem er die Kontaktzwinge 73 mit den beiden verschiedenen Punkten an einer Oberfläche eines Werkstücks in Kontakt bringt. Die Koordinateneinstelleinheit 57 kann die Einschränkungsrichtung basierend auf diesen Messpunkten einstellen. Die Koordinateneinstelleinheit 57 kann das Werkzeugkoordinatensystem derart einstellen, dass die berechnete Richtung die Y-Achsenrichtung ist.
Ferner kann, wie zuvor beschrieben, die Position des Ursprungs des Werkzeugkoordinatensystems wahlweise in der Überwachungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform eingestellt werden. Die Position des Ursprungs des Werkzeugkoordinatensystems wird durch den Koordinatenwert der X-Achse, den Koordinatenwert der Y-Achse und den Koordinatenwert der Z-Achse in dem Flanschkoordinatensystem angegeben, und es können beliebige Koordinatenwerte eingestellt werden. Beispielsweise kann die Position des Ursprungs des Werkzeugkoordinatensystems in einer beliebigen Position an dem Betätigungswerkzeug eingestellt werden. Die Koordinateneinstelleinheit 57 kann Informationen bezüglich des erstellten Werkzeugkoordinatensystems in der Konfigurationsdatei angeben.
Wie zuvor beschrieben, gibt gemäß dem Steuergerät der vorliegenden Ausführungsform der Bediener mehrere Messpunkte an dem Betätigungswerkzeug vor, um die Einschränkungsrichtung einzustellen, und um das Werkzeugkoordinatensystem basierend auf der Einschränkungsrichtung einzustellen. Bei Vorliegen der Einschränkungsrichtung für eine Bewegung des Betätigungswerkzeugs kann das Werkzeugkoordinatensystem für die Überwachung ohne Weiteres in der Konfigurationsdatei eingestellt werden.
Bei der zuvor erwähnten Steuerung wird die Koordinatenachse, die sich in der Einschränkungsrichtung erstreckt, in der die Bewegung des Betätigungswerkzeugs eingeschränkt ist, in der Konfigurationsdatei eingestellt. Mit anderen Worten wird die Richtung, welche die Bewegung des Betätigungswerkzeugs einschränkt, in der Konfigurationsdatei eingestellt, doch ist die Ausführungsform nicht darauf eingeschränkt. Eine Koordinatenachse, die sich in der erlaubten Richtung erstreckt, in der die Bewegung des Betätigungswerkzeugs erlaubt ist, kann in der Konfigurationsdatei eingestellt werden. In diesem Fall entspricht die Richtung der anderen Koordinatenachse als der Koordinatenachse, die sich in der erlaubten Richtung erstreckt, der Einschränkungsrichtung. Wie bei der zuvor erwähnten Steuerung kann die Steuerung zum Begrenzen der Geschwindigkeit an einer anderen Koordinatenachse als der Koordinatenachse, die sich in der erlaubten Richtung erstreckt, erfolgen. Die Bestimmungseinheit bestimmt, ob sich der Ursprung des Werkzeugkoordinatensystems in der Richtung der anderen Koordinatenachse als der Koordinatenachse, die sich in der erlaubten Richtung erstreckt, bewegt oder nicht. Falls sich der Ursprung des Werkzeugkoordinatensystems in der Richtung der anderen Koordinatenachse als der Koordinatenachse, die sich in der erlaubten Richtung erstreckt, bewegt, führt die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit die Geschwindigkeitsreduzierungssteuerung zum Reduzieren der Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs oder die Bremssteuerung zum Bremsen des Roboters aus.
Bei den vorstehenden Schritten der Steuerung kann die Reihenfolge der Schritte wahlweise geändert werden, ohne Funktion und Wirkung zu ändern.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann ein Robotersteuergerät bereitgestellt werden, das eine Konfigurationsdatei zum Überwachen der Bewegungsrichtung des Betätigungswerkzeugs mühelos erstellt.

Claims

Steuergerät (4) zum Steuern eines Roboters (1), bei dem ein Referenzkoordinatensystem (37) des Roboters (1), ein Flanschkoordinatensystem (33), das aus dem Referenzkoordinatensystem (37) transformiert wird, wobei ein Ursprung an einer Oberfläche eines Flansches (16) an einer Spitze des Roboters (1), an der ein Betätigungswerkzeug (2, 6, 9) angebracht ist, eingestellt ist, und ein Werkzeugkoordinatensystem (34), das aus dem Flanschkoordinatensystem (33) transformiert wird, vorbestimmt sind, wobei das Steuergerät (4) umfasst: eine Speichereinheit (42), die eine Konfigurationsdatei (51) speichert, in der ein Werkzeugkoordinatensystem (34) eingestellt ist, wobei das Werkzeugkoordinatensystem (34) eine Koordinatenachse umfasst, die sich in einer Einschränkungsrichtung erstreckt, um eine Bewegung des Betätigungswerkzeugs (2, 6, 9) einzuschränken, eine Richtungsberechnungseinheit (53), die eine Bewegungsrichtung eines Ursprungs des Werkzeugkoordinatensystems (34) basierend auf dem Werkzeugkoordinatensystem (34), das in der Konfigurationsdatei eingestellt ist, und einer Position und Lage des Roboters (1) berechnet; eine Bestimmungseinheit (54), die bestimmt, ob sich der Ursprung des Werkzeugkoordinatensystems (34) in einer Richtung der Koordinatenachse, die sich in der Einschränkungsrichtung erstreckt, bewegt oder nicht; und eine Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit (55), die eine Fortbewegungsgeschwindigkeit des Roboters (1) basierend auf einem Fortbewegungsprogramm begrenzt, wobei die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit (55) eine Geschwindigkeitsreduzierungssteuerung zum Reduzieren einer Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs (2, 6, 9) oder eine Bremssteuerung zum Bremsen des Roboters (1) ausführt, falls sich der Ursprung des Werkzeugkoordinatensystems (34) in der Richtung der Koordinatenachse, die sich in der Einschränkungsrichtung erstreckt, bewegt, wobei die Bestimmungseinheit (54) die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs (2, 6, 9) berechnet und bestimmt, ob die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs (2, 6, 9) höher als ein vorbestimmter Geschwindigkeitsbeurteilungswert ist oder nicht, und wobei die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit (55) die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs (2, 6, 9) auf den Geschwindigkeitsbeurteilungswert oder weniger steuert, falls die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs (2, 6, 9) höher als der Geschwindigkeitsbeurteilungswert ist.
Steuergerät (4) nach Anspruch 1, wobei, falls sich der Ursprung des Werkzeugkoordinatensystems (34) in der Richtung der Koordinatenachse, die sich in der Einschränkungsrichtung erstreckt, bewegt, die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit eine aktuelle Fortbewegung während einer vorbestimmten eingestellten Zeit fortführt und die Geschwindigkeitsreduzierungssteuerung oder die Bremssteuerung ausführt, nachdem die eingestellte Zeit abgelaufen ist.
Steuergerät (4) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine Distanzberechnungseinheit (56) zum Berechnen einer Bewegungsdistanz auf der Koordinatenachse, die sich in der Einschränkungsrichtung erstreckt, basierend auf einer Position des Ursprungs des Werkzeugkoordinatensystems (34), bevor die Bewegung des Betätigungswerkzeugs (2, 6, 9) überwacht wird, wobei die Bestimmungseinheit (54) bestimmt, ob die Bewegungsdistanz in einem vorbestimmten Distanzbeurteilungswert liegt oder nicht, falls sich der Ursprung des Werkzeugkoordinatensystems (34) in der Richtung der Koordinatenachse, die sich in der Einschränkungsrichtung erstreckt, bewegt und die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit (55) die aktuelle Fortbewegung des Roboters (1) fortführt, falls die Bewegungsdistanz in dem Distanzbeurteilungswert liegt, und die Geschwindigkeitsreduzierungssteuerung oder die Bremssteuerung ausführt, falls die Bewegungsdistanz den Distanzbeurteilungswert überschreitet.
Steuergerät (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend eine Koordinateneinstelleinheit (57), die das Werkzeugkoordinatensystem (34) in der Konfigurationsdatei einstellt, wobei die Koordinateneinstelleinheit (57) die Einschränkungsrichtung zum Einschränken der Bewegung des Betätigungswerkzeugs (2, 6, 9) basierend auf den Koordinatenwerten von zwei Messpunkten an dem Betätigungswerkzeug (2, 6, 9) berechnet, die Richtung der Koordinatenachse basierend auf der Einschränkungsrichtung einstellt, und das Werkzeugkoordinatensystem (34) basierend auf der Richtung der Koordinatenachse einstellt.
Steuergerät (4) zum Steuern eines Roboters (1), bei dem ein Referenzkoordinatensystem (37) des Roboters, ein Flanschkoordinatensystem (33), das aus dem Referenzkoordinatensystem transformiert wird, wobei ein Ursprung an einer Oberfläche eines Flansches (16) an einer Spitze des Roboters, an der ein Betätigungswerkzeug (2, 6, 9) angebracht ist, eingestellt ist, und ein Werkzeugkoordinatensystem (34), das aus dem Flanschkoordinatensystem transformiert wird, vorbestimmt sind, wobei das Steuergerät (4) umfasst: eine Speichereinheit (42), die eine Konfigurationsdatei (51) speichert, in der ein Werkzeugkoordinatensystem (34) eingestellt ist, wobei das Werkzeugkoordinatensystem (34) eine Koordinatenachse umfasst, die sich in einer erlaubten Richtung erstreckt, um eine Bewegung des Betätigungswerkzeugs (2, 6, 9) zu erlauben; eine Richtungsberechnungseinheit (53), die eine Bewegungsrichtung eines Ursprungs des Werkzeugkoordinatensystems (34) basierend auf dem Werkzeugkoordinatensystem (34), das in der Konfigurationsdatei eingestellt ist, und einer Position und Lage des Roboters (1) berechnet; eine Bestimmungseinheit (54), die bestimmt, ob sich der Ursprung des Werkzeugkoordinatensystems (34) in einer Richtung einer anderen Koordinatenachse als der Koordinatenachse, die sich in der erlaubten Richtung erstreckt, bewegt oder nicht; und eine Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit (55), die eine Fortbewegungsgeschwindigkeit des Roboters (1) basierend auf einem Fortbewegungsprogramm begrenzt, wobei die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit (55) eine Geschwindigkeitsreduzierungssteuerung zum Reduzieren einer Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs (2, 6, 9) oder eine Bremssteuerung zum Bremsen des Roboters (1) ausführt, falls sich der Ursprung des Werkzeugkoordinatensystems (34) in der Richtung der anderen Koordinatenachse als der Koordinatenachse, die sich in der erlaubten Richtung erstreckt, bewegt, wobei die Bestimmungseinheit (54) die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs (2, 6, 9) berechnet und bestimmt, ob die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs (2, 6, 9) höher als ein vorbestimmter Geschwindigkeitsbeurteilungswert ist oder nicht, und wobei die Geschwindigkeitsbegrenzungseinheit (55) die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs (2, 6, 9) auf den Geschwindigkeitsbeurteilungswert oder weniger steuert, falls die Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungswerkzeugs (2, 6, 9) höher als der Geschwindigkeitsbeurteilungswert ist.