DE102018128784A1

DE102018128784A1 - Werkstückanordnungssystem, das Werkstücke in einem Aufnahmebereich oder an einer Einspanneinrichtung anordnet

Info

Publication number: DE102018128784A1
Application number: DE102018128784.4A
Authority: DE
Inventors: Jun Wada
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2038-11-17
Also published as: CN109835706B; US10722992B2; JP2019093495A; CN109835706A; US20190160617A1; JP6662836B2; DE102018128784B4

Abstract

Ein Werkstückanordnungssystem umfasst einen Roboter, der das Werkstück in dem Anordnungsbereich oder an der Einspanneinrichtung anordnet; einen Sensor, der die dreidimensionale Form des Anordnungsbereichs oder der Einspanneinrichtung misst; eine Verarbeitungseinheit, die auf Basis der dreidimensionalen Form eine Verarbeitung zur Bestimmung einer Werkstückanordnungsposition und einer Anordnungslage vornimmt; und eine Robotersteuereinheit, die den Roboter auf Basis der Werkstückanordnungsposition und der Anordnungslage steuert, wobei die Verarbeitungseinheit die Werkstückform des anzuordnenden Werkstücks erlangt, von einem Benutzer Anordnungslagen erlangt, auf Basis der dreidimensionalen Form einen freien Bereich des Aufnahmebereichs oder der Einspanneinrichtung berechnet, in dem freien Bereich einen Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereich, der die Werkstückform und die Werkstückanordnungslage erfüllt, berechnet, und die für das Anordnen des Werkstücks passende Werkstückanordnungsposition und Werkstückanordnungslage in dem Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereich bestimmt.

Description

Allgemeiner Stand der Technik
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkstückanordnungssystem, und betrifft insbesondere ein Werkstückanordnungssystem, das ein oder mehr Werkstücke in einem oder mehreren Werkstückanordnungsbereichen oder an einer oder mehreren Einspanneinrichtungen anordnet.
Beschreibung des Stands der Technik
Es gibt Werkstückanordnungssysteme, bei denen Roboter Werkstücke in Aufnahmebereichen oder an Einspanneinrichtungen anordnen. Als Aufgabe, die der Roboter erledigt, wird häufig verlangt, dass der Roboter ein Werkstück von einem Aufnahmebereich entnimmt und an einer vorherbestimmten Position einer Einspanneinrichtung anordnet. Dabei bewegt sich der Roboter, der das Werkstück hält, herkömmlich häufig an eine vorab erlernte Position und ordnet das Werkstück an dieser Position an.
Als Technik im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung gibt es beispielsweise die nachstehend genannten Literaturbeispiele. In der Patentoffenlegungsschrift 2001-278409 ist ein Liefer- und Aufnahmesystem für Proben offenbart. Bei diesem System wird eine Anordnung von Probenhaltern in einem Probenlagerbereich durch einen photoelektrischen Detektor erkannt, eine Bestimmung vorgenommen, ob in dem Probenlagerbereich eine freie Stelle vorhanden ist oder nicht, und der Probenhalter bei Vorhandensein einer freien Stelle durch einen Roboter an der freien Stelle in dem Probenlagerbereich angeordnet.
In der Patentoffenlegungsschrift 2012-030320 ist ein Arbeitssystem beschreiben, dass eine Zusammenbautätigkeit in einem Zusammenbaubereich vornimmt. Bei diesem System werden Informationen bezüglich einer freien Stelle auf einer Ablage erkannt und wird die freie Stelle auf der Ablage als Ort zur Ablage eines Zwischenzusammenbauprodukts benutzt.
Kurzdarstellung der Erfindung
Wenn die Formdaten eines Werkstücks unbekannt sind (zum Beispiel, wenn mehrere Arten von Werkstücken behandelt werden, oder dergleichen), kann die Position zum Anordnen des Werkstücks nicht im Voraus gelehrt werden. Da keine Formdaten des Werkstücks vorhanden sind, gibt es auch keine Garantie, dass ein Werkstück passend in dem Aufnahmebereich oder an der Einspanneinrichtung angeordnet werden kann. Auch wenn die Formdaten eines Werkstücks bereits bekannt sind, kann es vorkommen, dass ein bereits angeordnetes Werkstück aus irgendwelchen Gründen eine Fehlausrichtung verursacht und danach an der Stelle, an der Werkstücke angeordnet werden sollen, eine Fehlausrichtung auftritt. Auch in diesem Fall gibt es keine Garantie, dass ein Werkstück passend angeordnet werden kann.
Außerdem gibt es ebenfalls keine Garantie, dass ein Werkstück passend angeordnet werden kann, wenn die Position oder die Form des Aufnahmebereichs oder der Einspanneinrichtung nicht bekannt ist. Und auch wenn in dem Aufnahmebereich oder an der Einspanneinrichtung bereits ein Werkstück vorhanden ist, oder wenn die Form des Aufnahmebereichs oder der Einspanneinrichtung für das Anordnen eines Werkstücks ungeeignet ist, besteht die Möglichkeit, dass ein Werkstück an dieser Stelle angeordnet wird. Zudem wird auch eine derartige Funktion gewünscht, dass ein Benutzer die Anordnungslage eines Werkstücks flexibel wählen kann.
Daher wird eine Technik gewünscht, wodurch ein Werkstück unabhängig von der Form des Werkstücks und der Form des Aufnahmebereichs oder der Einspanneinrichtung, und ohne eine Fehlausrichtung hervorzurufen, in einer gewünschten Anordnungslage angeordnet wird.
Eine Form der vorliegenden Offenbarung stellt ein Werkstückanordnungssystem, das ein oder mehr Werkstücke in einem oder mehreren Aufnahmebereichen oder an einer oder mehreren Einspanneinrichtungen anordnet, bereit, das einen Roboter, der das Werkstück in dem Anordnungsbereich oder an der Einspanneinrichtung anordnet; einen Sensor, der die dreidimensionale Form des Anordnungsbereichs oder der Einspanneinrichtung misst; eine Verarbeitungseinheit, die auf Basis der dreidimensionalen Form eine Verarbeitung zur Bestimmung einer Werkstückanordnungsposition und einer Werkstückanordnungslage vornimmt; und eine Robotersteuereinheit, die den Roboter auf Basis der Werkstückanordnungsposition und der Werkstückanordnungslage steuert, umfasst, wobei die Verarbeitungseinheit eine Werkstückformerlangungseinheit, die die Werkstückform des anzuordnenden Werkstücks erlangt, eine Anordnungslagenerlangungseinheit, die eine oder mehr von einem Benutzer gewählte Arten von Anordnungslagen erlangt, eine Freibereichsberechnungseinheit, die auf Basis der dreidimensionalen Form einen freien Bereich des Aufnahmebereichs oder der Einspanneinrichtung berechnet, eine Anordnungsmöglichkeitsbereichsberechnungseinheit, die in dem freien Bereich einen oder mehrere Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche, die die Werkstückform und die Werkstückanordnungslage erfüllen, berechnet, und eine Positions/Lagenbestimmungseinheit, die die für das Anordnen des Werkstücks passende Werkstückanordnungsposition und Werkstückanordnungslage in dem einen oder den mehreren Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereichen bestimmt, aufweist.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansicht, die den schematischen Aufbau eines Werkstückanordnungssystem bei einer Ausführungsform zeigt.
2 ist eine Ansicht, die das Verfahren zur Erlangung der Werkstückform bei der Ausführungsform zeigt.
3 ist eine Ansicht, die das Verfahren zur Erlangung der Werkstückform bei einer alternativen Ausführungsform zeigt.
4 ist eine Ansicht, die eine Roboterlehrvorrichtung bei der Ausführungsform zeigt.
5A ist eine Schrägansicht, die eine Beispiel für eine Werkstückform bei der Ausführungsform zeigt.
5B ist eine Schrägansicht, die eine Beispiel für eine Werkstückform bei der Ausführungsform zeigt.
5C ist eine Schrägansicht, die eine Beispiel für eine Werkstückform bei der Ausführungsform zeigt.
6A ist eine Draufsicht, die einen Aufnahmebereich bei der Ausführungsform zeigt.
6B ist eine Draufsicht, die den Aufnahmebereich bei der Ausführungsform zeigt.
7A ist eine Draufsicht, die einen freien Bereich des Aufnahmebereichs bei der Ausführungsform zeigt.
7B ist eine Seitenansicht, die den freien Bereich des Aufnahmebereichs bei der Ausführungsform zeigt.
8A ist eine Draufsicht, die Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche bei der Ausführungsform zeigt.
8B ist eine Seitenansicht, die die Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche bei der Ausführungsform zeigt.
9A ist eine Draufsicht, die eine Werkstückanordnungsposition und eine Werkstückanordnungslage bei der Ausführungsform zeigt.
9B ist eine Seitenansicht, die die Werkstückanordnungsposition und die Werkstückanordnungslage bei der Ausführungsform zeigt.
10A ist eine Draufsicht, die eine Werkstückschwerpunktposition bei der Ausführungsform zeigt.
10B ist eine Seitenansicht, die die Werkstückschwerpunktposition bei der Ausführungsform zeigt.
11 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Werkstückanordnungssystems bei der Ausführungsform zeigt.
12 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb des Werkstückanordnungssystems bei der Ausführungsform zeigt.
13A ist eine Draufsicht, die Einspanneinrichtungen bei einer anderen Ausführungsform zeigt.
13B ist eine Seitenansicht, die die Einspanneinrichtungen bei der anderen Ausführungsform zeigt.
14A ist eine Draufsicht, die freie Bereiche der Einspanneinrichtungen bei der anderen Ausführungsform zeigt.
14B ist eine Seitenansicht, die die freien Bereichen der Einspanneinrichtungen bei der anderen Ausführungsform zeigt.
15A ist eine Draufsicht, die Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche bei der anderen Ausführungsform zeigt.
15B ist eine Seitenansicht, die die Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche bei der anderen Ausführungsform zeigt.
16A ist eine Draufsicht, die eine Werkstückanordnungsposition und eine Werkstückanordnungslage bei der anderen Ausführungsform zeigt.
16B ist eine Seitenansicht, die die Werkstückanordnungsposition und die Werkstückanordnungslage bei der anderen Ausführungsform zeigt.
17A ist eine Draufsicht, die Einspanneinrichtungen bei einer unterschiedlichen Ausführungsform zeigt.
17B ist eine Seitenansicht, die die Einspanneinrichtungen bei der unterschiedlichen Ausführungsform zeigt.
18A ist eine Draufsicht, die freie Bereiche der Einspanneinrichtungen bei der unterschiedlichen Ausführungsform zeigt.
18B ist eine Seitenansicht, die die freien Bereiche der Einspanneinrichtungen bei der unterschiedlichen Ausführungsform zeigt.
19A ist eine Draufsicht, die Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche bei der unterschiedlichen Ausführungsform zeigt.
19B ist eine Seitenansicht, die die Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche bei der unterschiedlichen Ausführungsform zeigt.
20A ist eine Draufsicht, die eine Werkstückanordnungsposition und eine Werkstückanordnungslage bei der unterschiedlichen Ausführungsform zeigt.
20B ist eine Seitenansicht, die die Werkstückanordnungsposition und die Werkstückanordnungslage bei der unterschiedlichen Ausführungsform zeigt.

Ausführliche Erklärung
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich erklärt. In den einzelnen Zeichnungen sind gleiche oder ähnliche Aufbauelemente mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränken den technischen Umfang der Erfindung und die Bedeutung der Terminologie in den Patentansprüchen nicht.
1 ist eine Seitenansicht, die den schematischen Aufbau eines Werkstückanordnungssystems 10 nach einer vorliegenden Ausführungsform zeigt. Das Werkstückanordnungssystem 10 ordnet ein Werkstück 14 in einem Aufnahmebereich 11 an. Das Werkstückanordnungssystem 10 umfasst einen Roboter 12, der das Werkstück 14 in dem Aufnahmebereich 11 anordnet, einen Sensor 13, der die dreidimensionale Form des Aufnahmebereichs 11 misst, eine Verarbeitungseinheit 15, die auf Basis der dreidimensionalen Form des Aufnahmebereichs 11 eine Verarbeitung zur Bestimmung einer Werkstückanordnungsposition und einer Werkstückanordnungslage vornimmt, und eine Robotersteuereinheit 16, die den Roboter auf Basis der Werkstückanordnungsposition und der Werkstückanordnungslage steuert.
Der Aufnahmebereich 11 kann ein Aufnahmebehälter 17 mit einer senkrecht gerichteten Öffnung oder ein Aufnahmeregal (nicht gezeigt) mit waagerecht gerichteten Öffnungen sein. In 1 ist die vordere Seitenwand des Aufnahmebehälters 17 nicht dargestellt, damit die Werkstücke 14 erkennbar sind. Der Aufnahmebereich 11 nimmt ein oder mehr Werkstücke auf. Es können ein oder mehr Aufnahmebereiche 11 vorhanden sein.
Der Roboter 12 ist ein allgemein bekannter sechsachsiger Manipulator, der mit einer Hand 18, die das Werkstück ergreift, versehen ist. Die Hand 18 ist mit einem Sensor 13 versehen. Der Sensor 13 ist ein mit einer Stereokamera versehener allgemein bekannter optischer Sensor, und der optische Sensor kann beispielsweise Kinect (eingetragenes Warenzeichen) verwenden. Kinect projiziert mit einem Infrarotlaser ein Strukturmuster auf das Werkstück 14, nimmt das projizierte Werkstück mit zwei Infrarotkameras auf, und erlangt durch das Prinzip der Triangulation die dreidimensionale Form des Werkstücks 14. Daher kann die dreidimensionale Form des Aufnahmebereichs 11 auch dann präzise erlangt werden, wenn der Aufnahmebereich 14 dunkel ist.
Die Verarbeitungseinheit 15 ist im Inneren einer Robotersteuervorrichtung 19 eingerichtet und umfasst eine allgemein bekannte CPU, ASIC, FPGA, oder dergleichen. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Verarbeitungseinheit 15 auch außerhalb der Robotersteuervorrichtung 19 eingerichtet sein und zum Beispiel in einer nachstehend beschriebenen Roboterlehrvorrichtung eingerichtet werden. Die Robotersteuereinheit 16 ist im Inneren der Robotersteuervorrichtung 19 eingerichtet und umfasst allgemeine Steuerschaltungen, die eine Positionssteuerung, eine Geschwindigkeitssteuerung, und dergleichen von Servomotoren, die den Roboter 12 bewegen, vornimmt.
2 ist eine Ansicht, die das Verfahren zur Erlangung der Werkstückform bei der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Werkstückform des Werkstücks 14 wird vorzugsweise vorab durch den Sensor 13 erlangt, bevor das Werkstück 14 in dem Aufnahmebereich 11 angeordnet wird. Das anzuordnende Werkstück 14 kann zum Beispiel auch auf einem Gestell 1 für die Bildaufnahme angeordnet sein. Die Werkstückform wird als Anfangswert in einer Speichereinheit (siehe 11) gespeichert.
3 ist eine Ansicht, die das Verfahren zur Erlangung der Werkstückform bei einer alternativen Ausführungsform zeigt. Die Werkstückform des Werkstücks 14 kann durch den Sensor 13 erlangt werden, während das Werkstück 14 in dem Aufnahmebereich 11 angeordnet wird. Der Sensor 13 kann an der Hand 18 des Roboters 12 eingerichtet sein, doch kann er auch an einer von dem Roboter 12 verschiedenen Stelle wie zum Beispiel an einer Tragwerkstütze eingerichtet sein.
4 ist eine Ansicht, die eine Roboterlehrvorrichtung 20 bei der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Roboterlehrvorrichtung 20 ist eine allgemein bekannte Computervorrichtung, die eine mit einer Tastatur 21 und einer Maus 22 versehene Eingabeeinheit und eine mit einem Monitor 23 versehene Ausgabeeinheit umfasst. Die Roboterlehrvorrichtung 20 zeigt eine durch den Sensor 13 erlangte Werkstückform 24 an einer Anzeigeeinheit an. Die Roboterlehrvorrichtung 20 ist mit einer Funktion zur Wahl der Werkstückanordnungslage durch einen Benutzer versehen, und die Anzeigeeinheit zeigt Auswahlmöglichkeiten 25 für die Wahl der Werkstückanordnungslage durch den Benutzer an.
Es ist günstig, wenn als Auswahlmöglichkeiten 25 für die Werkstückanordnungslage etwa die folgenden Punkte enthalten sind:

(1) derartiges Anordnen, dass die Anzahl oder die Größe der Kontaktpunkte, Kontaktlinien oder Kontaktflächen des Werkstücks in dem Aufnahmebereich maximal wird;
(2) derartiges Anordnen, dass ein vorspringender Bereich der Werkstückform nach oben gerichtet ist;
(3) derartiges Anordnen, dass ein flacher Bereich der Werkstückform nach oben gerichtet ist;
(4) derartiges Anordnen, dass ein flacher Bereich der Werkstückform nach unten gerichtet ist;
(5) derartiges Anordnen, dass eine lange Achse der Werkstückform in die vertikale Richtung gerichtet ist; und
(6) derartiges Anordnen, dass eine kurze Achse der Werkstückform in die vertikale Richtung gerichtet ist.

Die oben genannte Verarbeitungseinheit 15 (siehe 1 bis 3) berechnet die Werkstückanordnungslage auf Basis der durch den Benutzer gewählten Auswahlmöglichkeit 25. Die berechnete Werkstückanordnungslage kann pro Werkstück eine Art oder mehrere Arten von Werkstückanordnungslagen enthalten. Wenn diese Auswahlmöglichkeiten 25 verwendet werden, entfällt die Notwendigkeit, die Werkstückform vorab durch den Sensor 13 zu erlangen.
5A bis 5C sind Schrägansichten, die Beispiele für Werkstückformen bei der vorliegenden Ausführungsform zeigen. Das Werkstück 30 ist eine dreieckige Säule, das Werkstück 31 eine runde Säule, und das Werkstück 32 L-förmig, doch besteht keine Beschränkung darauf und kann das Werkstück auch eine komplizierte Form aufweisen. Die Bezugszeichen 40 bis 44 zeigen durch den Benutzer gewählte Werkstückanordnungslagen (der Pfeil gibt die vertikale Richtung an) . Der Benutzer kann die Werkstückanordnungslagen 40 bis 44 auch ohne Benutzung der in 4 gezeigten Auswahlmöglichkeiten direkt auf Basis der in einem virtuellen Raum angeordneten Werkstückform 24 wählen. Die direkt gewählte Werkstückanordnungslage kann pro Werkstück eine Art oder mehrere Arten von Werkstückanordnungslagen enthalten.
Das in 5C gezeigte Bezugszeichen 45 zeigt die Werkstückschwerpunktposition. Der Benutzer kann die Werkstückschwerpunktposition 45 auch direkt auf Basis der wie in 4 gezeigt in dem virtuellen Raum angeordneten Werkstückform 24 wählen. Oder wenn die Dichte des Werkstücks 32 einheitlich ist, kann sie die oben beschriebene Verarbeitungseinheit 15 (siehe 1 bis 3) auch aus der Werkstückform berechnen. Die Werkstückanordnungslage und die Werkstückschwerpunktposition werden als Anfangswerte in der Speichereinheit (siehe 11) gespeichert.
Anschließend wird das Werkstückanordnungsverfahren bei der vorliegenden Ausführungsform erklärt. 6A und 6B sind eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die den Aufnahmebereich 11 zeigen. Hier wird ein Beispiel erklärt, bei dem in einem Zustand, in dem in dem Aufnahmebereich 11 bereits drei Arten von Werkstücken 30 bis 32 angeordnet sind, ein säulenförmiges Werkstück 31 in durch den Benutzer gewählten Anordnungslagen 42, 43 (siehe 5B) in dem Aufnahmebereich 11 angeordnet wird. Zunächst erlangt der Sensor 13 (siehe 1 bis 3) die dreidimensionale Form des Aufnahmebereichs 11 von oben her. In der Seitenansicht von 6B sind zur Vereinfachung der Erklärung auch die Räume an der Unterseite der Werkstücke 31, 32 dargestellt, doch sollte sich verstehen, dass die erlangte dreidimensionale Form des Aufnahmebereichs 11 die Räume an der Unterseite nicht enthält.
7A und 7B sind eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die den freien Bereich 50 des Aufnahmebereichs bei der vorliegenden Ausführungsform zeigen. Der freie Bereich 50 des Aufnahmebereichs 11 wird nach dem Erlangen der dreidimensionalen Form des Aufnahmebereichs 11 berechnet.
8A und 8B sind eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche 60 bis 65 bei der vorliegenden Ausführungsform zeigen. Die Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche 60 bis 65 in dem freien Bereich 50, worin ein Anordnen des Werkstücks 31 möglich ist, werden nach der Berechnung des freien Bereichs 50 berechnet. Die Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche 60 bis 65 werden als Bereiche berechnet, die die Werkstückform (das heißt, die runde Säulenform, siehe 5B) des Werkstücks 31, das in dem freien Bereich 50 angeordnet werden soll, und die durch den Benutzer gewählten zwei Arten von Werkstückanordnungslagen 42, 43 (das heißt, der Breite nach bzw. aufrecht, siehe 5B) erfüllen.
Oder es kann auch eine Anordnungsliste erstellt werden, in der die berechneten Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche 60 bis 65 und die durch den Benutzer gewählten zwei Arten von Werkstückanordnungslagen 42, 43 (das heißt, der Breite nach bzw. aufrecht) in einen Zusammenhang gebracht sind. Diese Liste kann beispielsweise Folgendes enthalten:

(1) Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereich 60 -> der Breite nach, aufrecht;
(2) Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereich 61 -> der Breite nach, aufrecht;
(3) Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereich 62 -> der Breite nach, aufrecht;
(4) Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereich 63 -> aufrecht
(5) Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereich 64 -> aufrecht
(6) Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereich 65 -> der Breite nach, aufrecht.

9A und 9B sind eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die die Werkstückanordnungsposition und die Werkstückanordnungslage bei der vorliegenden Ausführungsform zeigen. Die Werkstückanordnungspositionen und die Werkstückanordnungslagen, die für das Anordnen des Werkstücks in den Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereichen 60 bis 65 passend sind, werden nach dem Berechnen der Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche 60 bis 65 bestimmt.
Da das Werkstück 31 bei einem Anordnen des Werkstücks 31 an der Werkstückanordnungsposition 70 und in der Werkstückanordnungslage 71 (fett gestrichelt gezeigt) mit zwei Werkstücken 31 darunter, der inneren Seitenfläche des Aufnahmebereichs 11 und dem Werkstück 32 an der linken Seite in Kontakt steht, kommt es dazu, dass es an zwei Kontaktpunkten, einer Kontaktlinie und zwei Kontaktflächen in Kontakt steht. Wenn das Werkstück 31 andererseits bei einem Anordnen des Werkstücks 31 an der Werkstückanordnungsposition 72 und in der Werkstückanordnungslage 73 (dick gestrichelt gezeigt) mit der Bodenfläche des Aufnahmebereichs 11 darunter, dem Werkstück an der linken Seite, dem Werkstück 31 in der Mitte und dem Werkstück 32 an der rechten Seite in Kontakt steht, kommt es dazu, dass es an zwei Kontaktlinien und einer Kontaktfläche in Kontakt steht. Daher ist die Anzahl der Kontaktpunkte, Kontaktlinien und Kontaktflächen an der Werkstückanordnungsposition 70 und in der Werkstückanordnungslage 71 größer als an der Werkstückanordnungsposition 72 und in der Werkstückanordnungslage 73. Außerdem wird die Anzahl oder die Größe der Kontaktpunkte, Kontaktlinien und Kontaktflächen des Werkstücks 31 auch in Bezug auf die anderen Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche 60 bis 65 am größten. Folglich werden für die Werkstückanordnungsposition und die Werkstückanordnungslage die Position und die Lage, die mit den Bezugszeichen 70 und 71 gezeigt sind, bestimmt. Wenn an der Werkstückanordnungsposition und in der Werkstückanordnungslage bereits angeordnete Werkstücke vorhanden sind, wird vorzugsweise bestimmt, dass das anzuordnende Werkstück 31 an einer Position und in einer Lage angeordnet wird, die den bereits angeordneten Werkstücken 30 bis 32 am nächsten liegen. Es ist auch eine passende Wahl der Prioritätsrangordnung der Anzahl und der Größe der Kontaktpunkte, Kontaktlinien und Kontaktflächen des Werkstücks 31 durch den Benutzer möglich.
10A und 10B sind eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die die Werkstückschwerpunktposition bei der vorliegenden Ausführungsform zeigen. Wenn in dem Aufnahmebereich 11 ein L-förmiges Werkstück 32 in einer durch den Benutzer gewählten Werkstückanordnungslage 44 angeordnet wird, besteht die Gefahr, dass das Werkstück 32 infolge der Werkstückschwerpunktposition 45 umfällt. Daher werden die Werkstückanordnungsposition und die Werkstückanordnungslage vorzugsweise so bestimmt, dass in dem Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereich eine vertikale Linie 74, die durch die Werkstückschwerpunktposition 45 verläuft, in einen durch die Kontaktpunkte, die Kontaktlinien und die Kontaktflächen gebildeten Kontaktbereich 75 fällt. Dieser Kontaktbereich 75 kann als Bereich, der die Kontaktpunkte, Kontaktlinie und Kontaktflächen einhüllt, definiert werden. Folglich wird das L-förmige Werkstück 32, das die Schwerpunktposition 45 aufweist, so angeordnet, dass es an der inneren Seitenfläche des Aufnahmebereichs 11 gestützt wird.
11 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau des Werkstückanordnungssystem 10 bei der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Das Werkstückanordnungssystem 10 umfasst die Verarbeitungseinheit 15, die auf Basis der dreidimensionalen Form des Aufnahmebereichs 11 eine Verarbeitung zur Bestimmung einer Werkstückanordnungsposition und einer Werkstückanordnungslage vornimmt, die Robotersteuereinheit 16, die den Roboter auf Basis der Werkstückanordnungsposition und der Werkstückanordnungslage steuert, und eine Speichereinheit 90, die verschiedene Daten speichert. Die Hauptaufbauelemente der Verarbeitungseinheit 15 werden als Programm, das durch eine CPU ausgeführt wird, oder als integrierte Schaltung einer ASIC oder einer FPGA ausgeführt. Die Verarbeitungseinheit 15 umfasst eine Werkstückergreifbefehlseinheit 80, die der Robotersteuereinheit 16 einen Befehl zum Ergreifen eines anzuordnenden Werkstücks 14 erteilt, eine Werkstückformerlangungseinheit 81, die von einem Sensor 13 oder von der Speichereinheit 90 eine Werkstückform 91 des zu ergreifenden Werkstücks 14 erlangt, und eine Anordnungslagenerlangungseinheit 82, die eine oder mehr durch den Benutzer gewählte Arten von Werkstückanordnungslagen 92 erlangt. Die Verarbeitungseinheit 15 umfasst ferner eine Schwerpunktpositionserlangungseinheit 83, die eine durch den Benutzer gewählte Werkstückschwerpunktposition 93 erlangt.
Die Verarbeitungseinheit 15 umfasst ferner eine Dreidimensionalformerlangungseinheit 84, die von dem Sensor 13 die dreidimensionale Form des Aufnahmebereichs 11 erlangt, eine Freibereichsberechnungseinheit 85, die auf Basis der dreidimensionalen Form des Aufnahmebereichs den freien Bereich des Aufnahmebereichs 11 berechnet, und eine Anordnungsmöglichkeitsbereichsberechnungseinheit 86, die einen oder mehr die Werkstückform und die Werkstückanordnungslage erfüllende Anordnungsmöglichkeitsbereiche in dem freien Bereich berechnet. Die Verarbeitungseinheit 15 kann ferner eine Listenerstellungseinheit 87 umfassen, die eine Anordnungsliste 94 erstellt, in der der eine oder die mehreren Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche, die berechnet wurden, und die eine oder die mehreren Arten von Werkstückanordnungslagen, die durch den Benutzer gewählt wurden, in einen Zusammenhang gebracht sind. Die durch die Listenerstellungseinheit 87 erstellte Anordnungsliste 94 wird in der Speichereinheit 90 gespeichert.
Die Verarbeitungseinheit 15 umfasst ferner eine Positions/Lagenbestimmungseinheit 88, die die für das Anordnen des Werkstücks passende Werkstückanordnungsposition und Werkstückanordnungslage in dem einen oder den mehreren Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereichen bestimmt, und eine Werkstückanordnungsbefehlseinheit 89, die der Robotersteuereinheit 16 einen Befehl erteilt, das anzuordnende Werkstück 14 an der bestimmten Werkstückanordnungsposition und in der bestimmten Werkstückanordnungslage in dem Aufnahmebereich 11 anzuordnen. Die Positions/Lagenbestimmungseinheit 88 bestimmt die Werkstückanordnungsposition und die Werkstückanordnungslage so, dass die Anzahl oder die Größe der Kontaktpunkte, Kontaktlinien und Kontaktflächen des anzuordnenden Werkstücks 14 in dem Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereich maximal wird. Die Positions/Lagebestimmungseinheit 88 kann die für das Anordnen des Werkstücks 14 geeignete Werkstückanordnungsposition und Werkstückanordnungslage in dem einen oder den mehreren Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereichen auch unter Bezugnahme auf die oben genannte Anordnungsliste 94 bestimmen.
12 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb des Werkstückanordnungssystems 10 nach der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Wenn die Verarbeitung zum Anordnen eines Werkstücks begonnen wird, ergreift in Schritt S10 der Roboter 12 das Werkstück 14. In Schritt S11 wird die Werkstückform von dem Sensor 13 oder der Speichereinheit 90 erlangt. In Schritt S12 werden die durch den Benutzer gewählte Werkstückanordnungslage und die Werkstückschwerpunktposition von der Speichereinheit 90 erlangt. In Schritt S14 wird auf Basis der dreidimensionalen Form des Aufnahmebereichs 11 der freie Bereich des Aufnahmebereichs 11 berechnet. In Schritt S15 wird auf Basis der Werkstückform und der durch den Benutzer gewählten Werkstückanordnungslage der Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereich berechnet.
In Schritt S16 kann die Anordnungsliste 94, in der der berechnete Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereich und die durch den Benutzer gewählten ein oder mehreren Arten von Werkstückanordnungslagen in einen Zusammenhang gebracht sind, erstellt werden. In Schritt S17 werden die für das Anordnen des Werkstücks 14 passende Werkstückanordnungsposition und Werkstückanordnungslage in dem Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereich bestimmt. In Schritt S18 wird das Werkstück 14 auf Basis der bestimmten Werkstückanordnungsposition und Werkstückanordnungslage angeordnet. In Schritt S19 wird bestimmt, ob ein anzuordnendes Werkstück vorhanden ist oder nicht, und bei Vorhandensein eines anzuordnenden Werkstücks (JA in Schritt S19) die Verarbeitung von Schritt S10 bis Schritt S18 wiederholt. Wenn kein anzuordnendes Werkstück vorhanden ist (NEIN in Schritt S19), wird die Verarbeitung beendet.
Anschließend wird ein Werkstückanordnungsverfahren nach einer anderen Ausführungsform erklärt. 13A und 13B sind eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die die dreidimensionale Form von Einspanneinrichtungen 100 bei der anderen Ausführungsform zeigen. Hier wird ein Beispiel erklärt, bei dem in einem Zustand, in dem bereits ein Werkstück 30 in einer rechteckig geformten Einspanneinrichtung 100 angeordnet ist, ein Werkstück 102 in einer durch den Benutzer gewählten Werkstückanordnungslage 101 (das heißt, so angeordnet, dass ein vorstehender Bereich nach oben gerichtet ist) in einer Einspanneinrichtung 100 angeordnet wird. Zunächst erlangt der Sensor 103 (siehe 1 bis 3) von oben her die dreidimensionalen Form der Einspanneinrichtungen 100.
14A und 14B sind eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die freie Bereiche 104, 105 der Einspanneinrichtung bei der anderen Ausführungsform zeigen. Die freien Bereiche 103, 104 der Einspanneinrichtung 100 werden nach dem Erlangen der dreidimensionalen Form der Einspanneinrichtungen 100 berechnet.
15A und 15B sind eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche 105, 106 bei der anderen Ausführungsform zeigen. Die Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche 105, 106, worin das Werkstück 102 in den freien Bereichen 103, 104 angeordnet werden kann, werden nach dem Berechnen der freien Bereiche 103, 104 berechnet. Die Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche 105, 106 werden als Bereiche berechnet, die die Werkstückform des Werkstücks 102, das in einem freien Bereich 103, 104 angeordnet werden soll, und die durch den Benutzer gewählte Werkstückanordnungslage 101 erfüllen.
16A und 16B sind eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die die Werkstückanordnungsposition 107 und die Werkstückanordnungslage 108 bei der anderen Ausführungsform zeigen. Die zum Anordnen des Werkstücks 102 passende Werkstückanordnungsposition 107 und Werkstückanordnungslage 108 (fett gestrichelt) in den Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereichen 105, 106 werden nach dem Berechnen der Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche 105, 106 bestimmt. Wenn an der Werkstückanordnungsposition und in der Werkstückanordnungslage ein bereits angeordnetes Werkstück 30 vorhanden ist, wird vorzugsweise bestimmt, dass das anzuordnende Werkstück 102 an einer Position und in einer Lage angeordnet wird, die dem bereits angeordneten Werkstück 30 am nächsten liegen.
Anschließend wird ein Werkstückanordnungsverfahren nach einer unterschiedlichen Ausführungsform erklärt. 17A und 17B sind eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die Einspanneinrichtungen 200 bei der unterschiedlichen Ausführungsform zeigen. Hier wird ein Beispiel erklärt, bei dem in einem Zustand, in dem bereits ein ringförmiges Werkstück 202 an einer stabförmigen Einspanneinrichtung 200 angeordnet ist, ein ringförmiges Werkstück 202 in einer durch den Benutzer gewählten Werkstückanordnungslage 201 (das heißt, so angeordnet, dass die kurze Achse in die vertikale Richtung gerichtet ist) an einer Einspanneinrichtung 200 angeordnet wird. Zunächst erlangt der Sensor 13 (siehe 1 bis 3) von oben her die dreidimensionale Form der Einspanneinrichtungen 200.
18A und 18B sind eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die freie Bereiche der Einspanneinrichtungen 200 bei der unterschiedlichen Ausführungsform zeigen. Die freien Bereiche 203, 204, 205 der Einspanneinrichtungen 200 werden nach dem Erlangen der dreidimensionalen Form der Einspanneinrichtungen 200 berechnet.
19A und 19B sind eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche 206, 207, 208 bei der unterschiedlichen Ausführungsform zeigt.
Die Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche 206, 207, 208, worin das Werkstück 202 in den freien Bereichen 203, 204, 205 angeordnet werden kann, werden nach dem Berechnen der freien Bereiche 203, 204, 205 berechnet. Die Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche 206, 207, 208 werden als Bereiche berechnet, die die Werkstückform des Werkstücks 202, das in einem freien Bereich 203, 204, 205 angeordnet werden soll, und die durch den Benutzer gewählte Werkstückanordnungslage 201 erfüllen.
20A und 20B sind eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die die Werkstückanordnungsposition und die Werkstückanordnungslage bei der unterschiedlichen Ausführungsform zeigen. Die zum Anordnen des Werkstücks 202 passende Werkstückanordnungsposition 209 und Werkstückanordnungslage 210 (fett gestrichelt) in den Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereichen 206, 207, 208 werden nach dem Berechnen der Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche 206, 207, 208 bestimmt. Wenn an der Werkstückanordnungsposition und in der Werkstückanordnungslage ein bereits angeordnetes Werkstück 202 vorhanden ist, wird vorzugsweise bestimmt, dass das anzuordnende Werkstück 202 an einer Position und in einer Lage angeordnet wird, die dem bereits angeordneten Werkstück 202 am nächsten liegen.
Da bei dem Werkstückanordnungssystem nach den oben beschriebenen Ausführungsformen die Werkstückanordnungsposition und die Werkstückanordnungslage auf Basis einer durch den Benutzer gewählten Werkstückanordnungslage bestimmt werden, können Werkstücke in einer gewünschten Anordnungslage angeordnet werden, ohne eine Fehlausrichtung hervorzurufen.
Das durch einen Computer ausführbare Programm bei den oben beschriebenen Ausführungsformen kann auf ein computerlesbares nichtflüchtiges Aufzeichnungsmedium eine CD-ROM oder dergleichen aufgezeichnet bereitgestellt werden. In der vorliegenden Beschreibung wurden verschiedene Ausführungsformen erklärt, doch sollte sich verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern innerhalb des Umfangs, der in den nachstehenden Ansprüchen angegeben ist, verschiedene Änderungen vorgenommen werden können.

Claims

Werkstückanordnungssystem (10), das ein oder mehr Werkstücke in einem oder mehreren Aufnahmebereichen oder an einer oder mehreren Einspanneinrichtungen anordnet, umfassend: einen Roboter (12), der das Werkstück in dem Anordnungsbereich (11) oder an der Einspanneinrichtung (100, 200) anordnet; einen Sensor (13), der die dreidimensionale Form des Anordnungsbereichs (11) oder der Einspanneinrichtung (100, 200) misst; eine Verarbeitungseinheit (15), die auf Basis der dreidimensionalen Form eine Verarbeitung zur Bestimmung einer Werkstückanordnungsposition und einer Werkstückanordnungslage vornimmt; und eine Robotersteuereinheit (16), die den Roboter (12) auf Basis der Werkstückanordnungsposition und der Werkstückanordnungslage steuert, wobei die Verarbeitungseinheit (15) eine Werkstückformerlangungseinheit (81), die die Werkstückform des anzuordnenden Werkstücks erlangt, eine Anordnungslagenerlangungseinheit (82), die eine oder mehr von einem Benutzer gewählte Arten von Anordnungslagen erlangt, eine Freibereichsberechnungseinheit (85), die auf Basis der dreidimensionalen Form einen freien Bereich des Aufnahmebereichs oder der Einspanneinrichtung berechnet, eine Anordnungsmöglichkeitsbereichsberechnungseinheit (86), die in dem freien Bereich einen oder mehrere Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche, die die Werkstückform und die Werkstückanordnungslage erfüllen, berechnet, und eine Positions/Lagenbestimmungseinheit (88), die die für das Anordnen des Werkstücks passende Werkstückanordnungsposition und Werkstückanordnungslage in dem einen oder den mehreren Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereichen bestimmt, aufweist.
Werkstückanordnungssystem nach Anspruch 1, wobei die Positions/Lagenbestimmungseinheit (88) die Werkstückanordnungsposition und die Werkstückanordnungslage so bestimmt, dass die Anzahl oder die Größe der Kontaktpunkte, Kontaktlinien und Kontaktflächen des anzuordnenden Werkstücks in dem Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereich maximal wird.
Werkstückanordnungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verarbeitungseinheit (15) ferner eine Listenerstellungseinheit aufweist, die eine Anordnungsliste erstellt, in der der eine oder die mehreren Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereiche, die berechnet wurden, und die eine oder die mehreren Arten von Werkstückanordnungslagen, die durch den Benutzer gewählt wurden, in einen Zusammenhang gebracht sind, und die Positions/Lagenbestimmungseinheit (88) die für das Anordnen des Werkstücks geeignete Werkstückanordnungsposition und Werkstückanordnungslage in dem einen oder den mehreren Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereichen unter Bezugnahme auf die oben genannte Anordnungsliste bestimmt.
Werkstückanordnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verarbeitungseinheit (15) ferner eine Schwerpunktpositionserlangungseinheit (83) aufweist, die eine durch den Benutzer gewählte Werkstückschwerpunktposition erlangt.
Werkstückanordnungssystem nach Anspruch 4, wobei die Positions/Lagenbestimmungseinheit (88) die Werkstückanordnungsposition und die Werkstückanordnungslage so bestimmt, dass in dem einen oder den mehreren Werkstückanordnungsmöglichkeitsbereichen eine vertikale Linie, die durch die Werkstückschwerpunktposition verläuft, in einen durch die Kontaktpunkte, die Kontaktlinien und die Kontaktflächen gebildeten Kontaktbereich fällt.
Werkstückanordnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die mehreren Werkstücke eine Art oder mehrere Arten von Werkstückformen aufweisen.
Werkstückanordnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Aufnahmebereich (11) ein Aufnahmebehälter (17) oder ein Aufnahmeregal ist, der oder das die mehreren Werkstücke aufnimmt.
Werkstückanordnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Einspanneinrichtung (200) eine Stabform zum Positionieren von ringförmigen Werkstücken aufweist.
Werkstückanordnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend eine Anzeigeeinheit (23), die Auswahlmöglichkeiten für die Wahl der Werkstückanordnungslage durch den Benutzer anzeigt.
Werkstückanordnungssystem nach Anspruch 9, wobei die Auswahlmöglichkeiten den Punkt eines derartiges Anordnens, dass ein vorspringender Bereich der Werkstückform nach oben gerichtet ist, enthalten.