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{Technisches Gebiet}
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Roboter und ein Robotersystem.
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{Stand der Technik}
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Bei einem im Stand der Technik bekannten Robotersystem, bei welchem Werkstücke von einem Roboter einer Bearbeitungsvorrichtung zugeführt und ihr entnommen werden, selbst wenn der Roboter bewegt wird, ändert sich folglich die relative Lagebeziehung zwischen der Bearbeitungsvorrichtung und dem Roboter, wird die relative Lagebeziehung durch Erfassen eines Bildes eines auf der äußeren Fläche der Bearbeitungsvorrichtung vorgesehenen sichtbaren Ziels mit einer an dem abgelegenen Ende eines Roboterarms vorgesehenen Kamera gemessen und wird die Arbeitsposition des Roboters auf der Grundlage der gemessenen relativen Lagebeziehung kompensiert (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1 und 2).
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{Literaturliste}
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- {PTL 1} Japanische nicht geprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. Hei 11-58273
- {PTL 2} Japanische nicht geprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. Sho 62-54115
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{Zusammenfassung der Erfindung}
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[Technische Aufgabe]
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Bei den Systemen in der Patentliteratur 1 und 2 ist die Kamera jedoch am abgelegenen Ende des Handgelenks des Roboters angebracht. Daher wird eine an dem abgelegenen Ende des Handgelenks angebrachte Hand oder anderes Werkzeug auf Grund des Vorhandenseins der Kamera groß, was dadurch zu einem Nachteil führt, dass es schwierig ist, das abgelegene Ende des Handgelenks in ein enges Inneres der Bearbeitungsvorrichtung einzuführen. Weil das Gewicht der Kamera einen Teil der Gewichtsaufnahmefähigkeit einnimmt, liegt ein Nachteil darin, dass das Gewicht des Werkzeugs, wie beispielsweise die Hand, reduziert werden muss.
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Wenn die Kamera an der Hand angebracht ist, muss die Kamera jedes Mal, wenn die Hand ausgetauscht wird, kalibriert werden, was problematisch ist. Da die an dem abgelegenen Ende des Handgelenks angebrachte Kamera bis in die Nähe der Hauptwelle der Bearbeitungsvorrichtung eingeführt wird, wird die Kamera voraussichtlich mit der Schneidflüssigkeit bespritzt und kann sich verschlechtern.
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Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die zuvor beschriebenen Umstände gemacht worden, und eine Aufgabe davon besteht darin, einen Roboter und ein Robotersystem bereitzustellen, bei welchen es möglich ist, die Arbeitsposition davon in Bezug auf eine Arbeitszieleinrichtung ohne Montage einer sichtbaren Einrichtung, wie beispielsweise eine Kamera, an dem abgelegenen Ende des Handgelenks zu kompensieren.
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{Lösung der Aufgabe}
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Um die zuvor beschriebene Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung die folgenden Lösungen bereit.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt einen Roboter bereit, umfassend: eine Handgelenkeinheit, welche ein an einer abgelegenen Endfläche davon angebrachtes Werkzeug aufweist und welche die Ausrichtung des Werkzeugs ändert, wobei das Werkzeug Arbeit an einer an einer Montagefläche fixierten Arbeitszieleinrichtung durchführt; und eine bewegliche Einheit, welche die dreidimensionale Position der Handgelenkeinheit ändert. Die bewegliche Einheit umfasst einen Arm, welcher eine Längsachse aufweist, und die Handgelenkeinheit ist an dessen abgelegenen Ende angebracht. Ein optischer Sensor, welcher ein Sichtfeld aufweist, welches in eine Richtung ausgerichtet ist, welche die Längsachse des Armes schneidet, ist an einer Position angebracht, welche sich näher an dem Basisende als die abgelegene Endfläche der Handgelenkeinheit befindet.
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Gemäß diesem Aspekt ist der Roboter in Bezug auf die Arbeitszieleinrichtung montiert, welche an der Montagefläche fixiert ist, und wird die bewegliche Einheit betrieben. Indem die dreidimensionale Position der an dem abgelegenen Ende des Arms der beweglichen Einheit angebrachten Handgelenkeinheit geändert wird, also die Handgelenkeinheit betrieben wird, ist es möglich, die Ausrichtung des an der abgelegenen Endfläche angebrachten Werkzeugs zu ändern und eine Arbeit an der Arbeitszieleinrichtung mit dem Werkzeug durchzuführen. Da das Sichtfeld des optischen Sensors durch den Betrieb der beweglichen Einheit und/oder der Handgelenkeinheit bewegt wird, indem ein sichtbares Ziel an einer Position bereitstellt wird, an welcher die relative Lagebeziehung in Bezug auf die Arbeitszieleinrichtung vorgegeben ist, ist es möglich, mit dem optischen Sensor ein Bild des Ziels zu erfassen, die relative Lagebeziehung zwischen dem Roboter und der Arbeitszieleinrichtung zu messen, und somit die Arbeitsposition des Roboters in Bezug auf die Arbeitszieleinrichtung zu kompensieren.
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Weil der optische Sensor nicht an der abgelegenen Endfläche der Handgelenkeinheit angebracht ist, verringert sich in diesem Fall der Freiheitsgrad der Ausrichtung des optischen Sensors um mindestens den Freiheitsgrad der abgelegenen Endfläche. Durch Montage des optischen Sensors derartig, dass er ein Sichtfeld aufweist, welches in einer Richtung ausgerichtet ist, welche die Längsachse des Armes schneidet, ist es jedoch selbst mit dem Freiheitsgrad, welcher geringer ist als der Freiheitsgrad des Roboters, möglich, die Position des optischen Sensors über einen weiten Bereich in Übereinstimmung mit dem Betrieb des Armes zu bewegen. Wenn somit eine Mehrzahl von sichtbaren Zielen bereitgestellt ist, ist es möglich, Bilder von den an unterschiedlichen Positionen angeordneten sichtbaren Zielen zu erfassen, wohingegen, wenn ein einzelnes sichtbares Ziel bereitgestellt ist, es möglich ist, Bilder davon aus einer Vielzahl von Ansichten durch Bewegen des optischen Sensors zu erfassen. Der optische Sensor ist nicht an der abgelegenen Endfläche angebracht, der Einfluss auf die Gewichtsaufnahmefähigkeit kann reduziert werden im Vergleich zu einem Fall, bei dem der optische Sensor an der abgelegenen Endfläche oder dem Werkzeug angebracht ist. Es ist möglich, den Raum um das Werkzeug herum zu reduzieren, und die Handgelenkeinheit kann leicht in einen engen Raum eingeführt werden. Wenn die Arbeitszieleinrichtung eine Bearbeitungsvorrichtung ist, welche Zerspanung durchführt, ist es möglich, die Kamera weniger wahrscheinlich mit Schneidflüssigkeit bespritzen zu lassen, selbst wenn die Handgelenkeinheit bis in die Nähe der Hauptwelle eingeführt wird.
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Der optische Sensor muss nicht jedes Mal entfernt werden, wenn das Werkzeug an der abgelegenen Endfläche ausgetauscht wird. Die Kalibrierung zum Erfassen der Position der Kamera 16 muss nur einmal durchgeführt werden, nachdem die Kamera 16 auf dem zweiten Arm 12 befestigt ist, und eine weitere Kalibrierung des optischen Sensors ist nicht erforderlich, unabhängig vom Zustand des Werkzeugs, was die Notwendigkeit eines mühevollen Anfahrvorgangs am Arbeitsplatz beseitigt.
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Bei dem vorstehenden Aspekt kann die bewegliche Einheit eine Basis, welche an einer beliebigen Position in Bezug auf die Arbeitszieleinrichtung vorgesehen sein kann, einen Drehkörper, welcher gehalten wird, um drehbar um eine vertikale Achse in Bezug auf die Basis zu sein, und den Arm umfassen, welcher gehalten wird, um drehbar um eine oder mehrere horizontale Achsen in Bezug auf den Drehkörper zu sein.
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Mit dieser Konfiguration ist es möglich, die dreidimensionale Position zu ändern, indem der Drehkörper und zwei oder mehr Arme der Handgelenkeinheit betrieben werden. Selbst wenn die Position in Bezug auf die Arbeitszieleinrichtung grob eingestellt ist, ist es möglich, die Arbeitsposition des Roboters zu kompensieren, indem die dreidimensionale Position des optischen Sensors, welcher in einer Position befestigt ist, welche sich näher an dem Basisende als die abgelegene Endfläche der Handgelenkeinheit befindet, durch den Betrieb der bewegliche Einheit bewegt wird, indem ein Bild des in einer Position vorgesehenen sichtbaren Ziels erfasst wird, in welcher die relative Lagebeziehung in Bezug auf die Arbeitszieleinrichtung vorgegeben ist, und indem die relative Lagebeziehung zwischen der Roboter und der Arbeitszieleinrichtung gemessen wird.
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Bei dem vorstehenden Aspekt kann der Arm einen ersten Arm, welcher gehalten wird, um drehbar um eine horizontale Achse in Bezug auf den Drehkörper zu sein, und einen zweiten Arm umfassen, welcher an dem abgelegenen Ende des ersten Arms gehalten wird, um drehbar um eine horizontale Achse in Bezug auf den ersten Arm zu sein. Die Handgelenkeinheit ist an dem abgelegenen Ende des zweiten Arms angebracht.
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Mit dieser Konfiguration ist es möglich durch Drehen des Drehkörpers um die vertikale Achse in Bezug auf die Basis, durch Drehen des ersten Arms um die horizontale Achse in Bezug auf den Drehkörper und durch Drehen des zweiten Arms um die horizontale Achse in Bezug auf den erste Arm die an dem abgelegenen Ende des zweiten Arms angebrachte Handgelenkeinheit in eine beliebige dreidimensionale Position zu bewegen. Durch Bereitstellen des optischen Sensors am abgelegenen Ende des zweiten Arms kann der optische Sensor auch in jede beliebige dreidimensionale Position bewegt werden.
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Bei dem vorstehenden Aspekt kann die bewegliche Einheit eine Basis, welche an einer beliebigen Position in Bezug auf die Arbeitszieleinrichtung vorgesehen sein kann, einen Drehkörper, welcher gehalten wird, um drehbar um eine vertikale Achse in Bezug auf die Basis zu sein, und den Arm umfassen, welcher gehalten wird, um drehbar um eine oder mehrere zu der Achse des Drehkörpers paralleler Achsen zu sein.
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Mit dieser Konfiguration ist es möglich, einen weiten Armbewegungsbereich auf der Bodenfläche zu gewährleisten. Dies ist effektiv, wenn das sichtbare Ziel auf einer zu der Bodenfläche im wesentlichen parallelen Ebene vorgesehen wird, weil ein weiter Erfassungsbereich gewährleistet wird.
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Bei dem vorstehenden Aspekt kann der Roboter ferner ein Fahrgestell umfassen, an welchem die Basis befestigt ist und welches die bewegliche Einheit, die Handgelenkeinheit und den optische Sensor in Bezug auf die Arbeitszieleinrichtung bewegt.
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Diese Konfiguration ermöglicht es dem auf dem Fahrgestell geladenen Roboter, sich durch Betreiben des Fahrgestells zu bewegen und in eine andere Position in Bezug auf die Arbeitszieleinrichtung bewegt zu werden.
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Dadurch, dass das Fahrgestell beweglich gemacht wird, kann der Roboter leicht entsprechend des Arbeitsstadiums der Arbeitszieleinrichtung bewegt werden. Wenn ein Mensch eine Aufgabe durchführt, wie beispielsweise Wartung der Arbeitszieleinrichtung, kann der Roboter leicht bewegt werden, um einen Arbeitsraum zu gewährleisten.
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Bei dem vorstehenden Aspekt kann das Fahrgestell ein eigenständig fahrendes Fahrgestell sein.
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Bei dem vorstehenden Aspekt kann das Fahrgestell ein Handfahrgestell sein.
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Bei dem vorstehenden Aspekt kann der optische Sensor ein Sichtfeld aufweisen, welches in einer Richtung parallel zu einer im wesentlichen senkrecht auf der Längsachse des Armes stehenden Ebene ausgerichtet ist.
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Bei dieser Konfiguration kann die Richtung, in welcher das Sichtfeld des optischen Sensors ausgerichtet ist, im wesentlichen senkrecht zu der Arbeitszieleinrichtung eingerichtet werden, und somit ist es möglich, das Sichtfeld auf einfache Weise durch Betreiben der beweglichen Einheit in eine Mehrzahl von Positionen zu bewegen, indem der Roboter derartig angeordnet ist, dass sich der Arm im wesentlichen parallel zu einer Fläche der Arbeitszieleinrichtung erstreckt, wobei die Fläche dem Roboter zugewandt ist.
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Bei dem vorstehenden Aspekt kann der optische Sensor im Wesentlichen horizontal vorgesehen sein.
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Mit dieser Konfiguration wird der optische Sensor konstant im Wesentlichen senkrecht zu dem sichtbaren Ziel gehalten, dessen relative Lagebeziehung in Bezug auf die Arbeitszieleinrichtung vorgegeben ist, insbesondere das sichtbare Ziel, welches auf einer Ebene senkrecht zu einer Montagefläche vorgesehen ist. Somit kann die Genauigkeit der Erfassung des sichtbaren Ziels verbessert werden.
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Bei dem vorstehenden Aspekt kann der optische Sensor im Wesentlichen vertikal angeordnet sein.
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Mit dieser Konfiguration wird der optische Sensor, wenn das sichtbare Ziel auf einer im Wesentlichen zu der Bodenfläche parallelen Fläche vorgesehen ist, konstant im Wesentlichen vertikal zu der im Wesentlichen zu der Bodenfläche parallelen Fläche gehalten. Daher kann die Genauigkeit der Erfassung des sichtbaren Ziels verbessert werden.
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Bei dem vorstehenden Aspekt kann der Roboter ein Horizontal-Gelenk-Roboter sein.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Robotersystem, umfassend: eine an einer Montagefläche fixierte Arbeitszieleinrichtung; einer der vorstehend beschriebenen Roboter, welcher Arbeit an der Arbeitszieleinrichtung durchführt; und eine Kompensationseinheit, welche die Arbeitsposition des Roboters auf der Grundlage der gemessenen relativen Lagebeziehung zwischen dem Roboter und der Arbeitszieleinrichtung kompensiert, indem mit dem optischen Sensor ein Bild eines sichtbaren Ziels erfasst wird, welches an einer Position vorgesehen ist, an welcher die relative Lagebeziehung in Bezug auf die Arbeitszieleinrichtung vorgegeben ist.
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Gemäß diesem Aspekt ist es dadurch, dass der Roboter in Bezug auf die Arbeitszieleinrichtung an der Montagefläche fixiert ist, dass das Sichtfeld des optischen Sensors durch Betreiben der beweglichen Einheit und/oder der Handgelenkeinheit bewegt wird, und dass ein Bild des sichtbaren Ziels erfasst wird, welches an einer Position vorgesehen ist, an welcher die relative Lagebeziehung in Bezug auf die Arbeitszieleinrichtung vorgegeben ist, möglich, die relative Lagebeziehung zwischen dem Roboter und der Arbeitszieleinrichtung zu messen und die Arbeitsposition des Roboters in Bezug auf die Arbeitszieleinrichtung mit der Kompensationseinheit zu kompensieren.
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Bei dem vorstehenden Aspekt kann das sichtbare Ziel auf einer äußeren Fläche der Arbeitszieleinrichtung vorgesehen werden.
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Mit dieser Konfiguration kann eine charakteristische Form, eine ursprünglich vorgesehene Markierung oder dergleichen auf der äußeren Fläche der Arbeitszieleinrichtung als das sichtbare Ziel verwendet werden, und im Vergleich zu einem Fall, bei welchem das sichtbare Ziel separat von der Arbeitszieleinrichtung vorgesehen ist, kann der Aufwand und die Kosten zum Bereitstellen des sichtbaren Ziels reduziert werden kann. Es ist ebenfalls möglich, ein neues sichtbares Ziel auf der äußeren Fläche der Arbeitszieleinrichtung vorzusehen. Im Vergleich zu einem Fall, bei welchem das sichtbare Ziel an einer Peripherieeinrichtung oder dergleichen vorgesehen ist, welche nicht die Arbeitszieleinrichtung ist, kann der Raum effizient genutzt werden, und das System kann kompakt ausgeführt werden.
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{Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung}
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Die vorliegende Erfindung stellt insofern einen Vorteil bereit, als es möglich ist, die Arbeitsposition in Bezug auf die Arbeitszieleinrichtung ohne Montage einer sichtbaren Einrichtung, wie beispielsweise eine Kamera, an dem abgelegenen Ende des Handgelenks zu kompensieren.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Diagramm, welches die Gesamtkonfiguration eines Robotersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 2 ist eine Seitenansicht, welche ein Beispiel eines Roboters gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, welcher in dem Robotersystem in 1 bereitgestellt ist.
- 3 ist eine Draufsicht des Roboters in 2.
- 4 ist eine Draufsicht, welche ein Stadium zeigt, in welchem der Roboter in 2 in Bezug auf die eine Bearbeitungsvorrichtung positioniert ist.
- 5 ist eine Draufsicht, welche ein Stadium zeigt, in welchem der Roboter in Bezug auf die Bearbeitungsvorrichtung neu positioniert ist, nachdem er bewegt wurde.
- 6 ist eine Draufsicht, welche ein Stadium zeigt, in welchem ein erster Arm und ein zweiter Arm des Roboters in 2 angeordnet sind, um im Wesentlichen parallel zu der Vorderseite der Bearbeitungsvorrichtung zu verlaufen.
- 7 ist ein Flussdiagramm, welches den Betrieb des Robotersystems von 1 erklärt.
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{Beschreibung von Ausführungsformen}
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Ein Roboter 3 und ein Robotersystem 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst das Robotersystem 1 gemäß dieser Ausführungsform eine Bearbeitungsvorrichtung (Arbeitszieleinrichtung) 2 zum Zerspanen eines Werkstücks, den Roboter 3, welcher das Werkstück der Bearbeitungsvorrichtung 2 zuführt und ihr entnimmt, und eine Steuereinheit 4, welche den Roboter 3 steuert. Die Steuereinheit 4 umfasst eine (nicht gezeigte, nachstehend beschriebene) Kompensationseinheit darin.
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Die Bearbeitungsvorrichtung 2 ist an der Bodenfläche (Montagefläche) fixiert und führt mit einem an einer Hauptwelle angebrachten Werkzeug Zerspanung oder eine andere Tätigkeit an einem von dem Roboter 3 zugeführten (nicht gezeigten) Werkstück aus.
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Sichtbare Ziele 5 sind zum Beispiel an drei Positionen auf der äußeren, dem Roboter 3 zugewandten Fläche (d. h. der Vorderseite) von den äußeren Flächen der Bearbeitungsvorrichtung 2 vorgesehen. Die sichtbaren Ziele 5 können zum Beispiel Markierungen sein, wie beispielsweise Kreise, deren geometrische Mittenposition oder Helligkeitsmittenposition genau ermittelt werden kann, wenn ein Bild davon durch einen (nachfolgend beschrieben) optischen Sensor 16 erfasst wird. Die sichtbaren Ziele 5 sind an der äußeren Fläche der Bearbeitungsvorrichtung 2 befestigt, so dass die Mittenpositionen davon präzise mit bekannten Koordinatenpositionen zusammenfallen.
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Der Roboter 3 umfasst einen Rollwagen (Fahrgestell) 6, welcher auf der Bodenfläche in beliebiger Richtung fahren kann, eine auf dem Rollwagen 6 montierte bewegliche Einheit 7 und eine am abgelegenen Ende der beweglichen Einheit 7 angebrachte Handgelenkeinheit 8.
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Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, umfasst die bewegliche Einheit 7 eine an dem Rollwagen 6 befestigte Basis 9, einen Drehkörper 10, welcher gehalten wird, um drehbar um eine vertikale Achse A in Bezug auf die Basis 9 zu sein, einen ersten Arm (Arm) 11, welcher gehalten wird, um drehbar um eine horizontale zweite Achse B in Bezug auf den drehbaren Körper 10 zu sein, und einen zweiten Arm (Arm) 12, welcher am abgelegenen Ende des ersten Arms 11 gehalten wird, um drehbar um eine horizontale dritte Achse C zu sein.
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Die Handgelenkeinheit 8 umfasst eine erste Handgelenkwelle 13, welche an dem abgelegenen Ende des zweiten Arms 12 angebracht ist und gehalten wird, um drehbar um eine vierte Achse D zu sein, welche sich entlang einer senkrecht zu der dritten Achse C stehenden Ebene befindet, eine zweite Handgelenkwelle 14, welche gehalten wird, um drehbar um eine senkrecht auf der vierten Achse D stehende fünfte Achse E zu sein, und eine dritte Handgelenkwelle 15, welche gehalten wird, um drehbar um eine auf der fünften Achse E senkrecht stehende sechste Achse F zu sein. Eine abgelegene Endfläche 15a, welche um die sechste Achse F gedreht wird, ist am abgelegenen Ende der dritten Handgelenkwelle 15 vorgesehen, und eine (nicht gezeigte) Hand zum Greifen eines Werkstücks ist an der abgelegenen Endfläche 15a angebracht.
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Der Roboter 3 gemäß dieser Ausführungsform umfasst eine an dem zweiten Arm 12 angebrachte Kamera (optischer Sensor) 16, welche sich näher an dem Basisende als die abgelegene Endfläche 15a befindet. Die Kamera 16 ist derartig angeordnet, dass das Sichtfeld davon in einer Richtung ausgerichtet ist, welche parallel zu einer im Wesentlichen senkrecht auf der vierten Achse D stehenden Ebene ist, welche die Längsachse des zweiten Arms 12 ist.
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Die Kompensationseinheit verarbeitet das Bild der von der Kamera 16 erfassten sichtbaren Ziele 5, um die Mittenpositionen der sichtbaren Ziele 5 zu ermitteln und misst die relative Lagebeziehung zwischen dem Roboter 3 und der Bearbeitungsvorrichtung 2 auf der Grundlage der ermittelten mittleren Positionen.
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Die Kompensationseinheit kompensiert auf der Grundlage der gemessenen relativen Lagebeziehung die vorläufig eingelernte oder programmierte Position, in welcher der Roboter 3 Zuführ- und Entnahmevorgänge des Werkstücks durchführt. Bezugszeichen 17 in 2 ist eine Einlernbedieneinheit.
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Der Betrieb des so ausgelegten Roboters 3 und Robotersystems 1 gemäß dieser Ausführungsform wird nunmehr beschrieben.
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Wie es in 4 gezeigt ist, wird bei dem Robotersystem 1 gemäß dieser Ausführungsform in einem Stadium, in welchem der Roboter 3 an einer vorgegebenen Position in Bezug auf die Bearbeitungsvorrichtung 2 positioniert ist, ein Einlernvorgang an dem Roboter 3 durchgeführt und ein Einlernprogramm erzeugt, bei welchem der Roboter 3 der Bearbeitungsvorrichtung 2 Werkstücke zuführt und ihr zerspante Werkstücke entnimmt.
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Wenn die Steuereinheit 4 das erzeugte Einlernprogramm ausführt, wird eine Reihe von Aufgaben, einschließlich Zuführen eines Werkstücks mit dem Roboter 3, Zerspanen des Werkstücks mit der Bearbeitungsvorrichtung 2 und Entnehmen des Werkstücks mit dem Roboter 3, automatisch durchgeführt.
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Ein Fall, bei welchem der Roboter 3 bewegt wird, indem der Rollwagen 6 in eine andere Position bewegt wird, zum Beispiel in eine Position, in welcher der Roboter 3 Werkstücke einer anderen Bearbeitungsvorrichtung 2 zuführt und ihr entnimmt, und der Roboter 3 in eine Position zurück bewegt wird, in welcher er Werkstücke der ursprünglichen Bearbeitungsvorrichtung 2 zuführen und ihr entnehmen kann, wird beschrieben.
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In diesem Fall, wie es in 5 gezeigt ist, wenn der durch die durchgezogene Linie angegebene Rollwagen 6 nicht genau in der durch eine strichpunktierte Linie angegebene vorgegebenen Position des Roboters 3 angeordnet ist, in welcher der ursprüngliche Einlernvorgang durchgeführt wurde, kann der Roboter 3 Werkstücke der Bearbeitungsvorrichtung 2 nicht richtig zuführen und ihr entnehmen, selbst wenn das Einlernprogramm ausgeführt wird.
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Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, selbst wenn der Rollwagen 6 vorgesehen ist, um in Bezug auf die Bearbeitungsvorrichtung 2 gedreht werden, durch Erfassen eines Bildes der sichtbaren Ziele 5 mit der Kamera 16 eine Positions- oder Rotationsverschiebung des Rollwagens 6 automatisch zu ermitteln und die Arbeitsposition in dem Einlernprogramm zu kompensieren. Wenn die Positions- oder Rotationsverschiebung des Rollwagens 6 groß ist und die sichtbaren Ziele 5 bei einer vorgegebenen Robotertätigkeit nicht in dem Sichtfeld der Kamera 16 zum Erfassen eines Bildes der sichtbaren Ziele 5 enthalten sein können, wird die Robotertätigkeit automatisch geändert, so dass die sichtbaren Ziele 5 in dem Sichtfeld der Kamera 16 enthalten sind.
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Insbesondere wird, wie es in 7 gezeigt ist, wenn der Roboter 3 (Schritt S1) bewegt wird, bestimmt, ob die sichtbaren Ziele 5 an der Vorderseite der Bearbeitungsvorrichtung 2 in dem Sichtfeld der Kamera 16 enthalten sind oder nicht (Schritt S2). Wenn die sichtbaren Ziele 5 nicht in dem Sichtfeld der Kamera 16 in einem Stadium enthalten sind, in welchem sich der Roboter 3 nicht genau an der vorgegebenen Position befindet und in welchem die Position des Rollwagens 6 verschoben ist, wird der erste Arm 11 um die zweite Achse B gedreht, und wird der zweite Arm 12 um die dritte Achse C gedreht (Schritt S3), was den Roboter 3 dazu veranlasst, automatisch zu arbeiten, so dass die sichtbaren Ziele 5 an der Vorderseite der Bearbeitungsvorrichtung 2 in dem Sichtfeld der Kamera 16 enthalten sind.
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Falls die sichtbaren Ziele 5 nicht in dem Sichtfeld der Kamera 16 enthalten sind, selbst nachdem der erste Arm 11 und der zweite Arm bewegt worden sind, wie es in 6 gezeigt ist, wird der Drehkörper 10 automatisch um die erste Achse A gedreht, so dass die vierte Achse D des zweiten Arms 12 im Wesentlichen parallel zu der Vorderseite der Bearbeitungsvorrichtung 2 verläuft, um die sichtbaren Ziele 5 in dem Sichtfeld der Kamera 16 zu halten. Daraus ergibt sich, dass die am abgelegenen Ende des zweiten Arms 12 angebrachte Kamera 16 in eine Richtung gerichtet ist, in welcher deren Sichtfeld in Richtung auf die Vorderseite der Bearbeitungsvorrichtung 2 ausgerichtet ist.
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Dann wird die Kamera 16 in einem Stadium betätigt, in welchem die sichtbaren Ziele 5 in dem Sichtfeld der Kamera 16 gehalten werden, und ein Bild der sichtbaren Ziele 5 wird erfasst, um ein Bild zu erlangen (Schritt S4).
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Das Bild der sichtbaren Ziele 5 wird in zwei Richtungen, unter unterschiedlichen Winkeln in Bezug auf die Normale zu der Vorderseite der Bearbeitungsvorrichtung 2 erfasst. Dies ermöglicht es, die Koordinaten der sichtbaren Ziele 5 in einer zur Vorderseite der Bearbeitungsvorrichtung 2 parallelen Richtung aus den Positionen der sichtbaren Ziele 5 in den Bildern zu ermitteln und die Koordinaten der sichtbaren Ziele 5 in einer zu der Vorderseite der Bearbeitungsvorrichtung 2 senkrechten Richtung aus den beiden Bildern zu ermitteln, welche in zwei Richtungen unter unterschiedlichen Winkeln erlangt wurden.
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Die erlangten Bilder werden an die Kompensationseinheit weitergeleitet und in der Kompensationseinheit verarbeitet, und die Mittenpositionen davon werden ermittelt (Schritt S5). Das Verfahren von Schritt S2 wird wiederholt, bis drei Mittenpositionen der sichtbaren Ziele 5 erlangt sind (Schritt S6).
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In der Kompensationseinheit wird die relative Lagebeziehung zwischen dem Roboter 3 und der Bearbeitungsvorrichtung 2 aus den erlangten drei Mittenpositionen (Schritt S7) erzielt. In der Kompensationseinheit wird die Arbeitsposition in dem zuvor eingelernten Einlernprogramm auf der Grundlage der erzielten relativen Lagebeziehung kompensiert (Schritt S8) .
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Somit stellt das Robotersystem 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel dahingehend einen Vorteil bereit, dass, wenn zum Beispiel der Roboter 3 durch Betätigen des Rollwagens 6 zwischen verschiedenen Bearbeitungsvorrichtungen 2 bewegt wird, von welchen er in einer gemeinsamen Weise zu verwendet ist, selbst wenn der Rollwagen 6 nicht genau an der gleichen Position in Bezug auf jede Bearbeitungsvorrichtung 2 positioniert ist, es möglich ist, ein zuvor erzeugtes Einlernprogramm zu kompensieren und wiederzuverwenden, anstatt einen Einlernvorgang wieder durchzuführen.
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Daher ist es möglich, Werkstücke jeder Bearbeitungsvorrichtung 2 genau zuzuführen und ihr zu entnehmen, und der Roboter 3 muss nur mit einem einfachen Befestigungselement, nicht mit einer Ankerschraube, befestigt werden.
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Bei dem Roboter 3 und dem Robotersystem 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Kamera 16 nicht mit sechs Freiheitsgraden betrieben werden, weil die Kamera 16 nicht an der abgelegenen Endfläche 15a der Handgelenkeinheit 8 angebracht ist. Indem die Kamera 16 an dem abgelegenen Ende des zweiten Arms 12 montiert ist, kann die Kamera 16 jedoch mit drei Freiheitsgraden in einem weiten Betriebsbereich betrieben werden. Weil die Kamera 16 derart angeordnet ist, dass ihr Sichtfeld in einer zu einer Ebene senkrecht zur vierten Achse D parallelen Richtung ausgerichtet ist, selbst wenn der Rollwagen 6 unter einem Winkel zu der Bearbeitungsvorrichtung 2 angeordnet ist, kann die vierte Achse D parallel zu der Bearbeitungsvorrichtung 2 angeordnet sein, und es ist somit möglich, Bilder der sichtbaren Ziele 5, welche an einer Vielzahl von Positionen auf der Vorderseite der Bearbeitungsvorrichtung 2 angeordnet ist, leicht zu erfassen. Wenn der Rollwagen 6 unter einem Winkel zu der Bearbeitungsvorrichtung 2 angeordnet ist, und wenn Bilder der sichtbaren Ziele 5 in diesem Stadium nicht erfasst werden können, wird der Drehkörper 10 manuell oder automatisch um die erste Achse A gedreht, und die Bilder der sichtbaren Ziele 5 werden erfasst.
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Daraus ergibt sich, dass die Abmessung des an der abgelegenen Endfläche 15a angebrachten Werkzeugs, einschließlich der Hand, minimiert werden kann, weil die Kamera 16 nicht an der abgelegenen Endfläche 15a der Handgelenkeinheit 8 angebracht ist, was dadurch zu einem Vorteil führt, dass Einführen in die Bearbeitungsvorrichtung 2 einfach ist.
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Weil die Kamera 16 nicht an der abgelegenen Endfläche 15a angebracht ist, ist es möglich, die Kamera 16 daran zu hindern, die Gewichtsaufnahmefähigkeit zu verringern. Mit anderen Worten ist es vorteilhaft, dass es keine Notwendigkeit dafür gibt, das Gewicht von anderen Werkzeugen, wie beispielsweise die Hand, aufgrund des Gewichtes der Kamera 16 zu reduzieren.
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Weil die in das Innere der Bearbeitungsvorrichtung 2 eingeführte Handgelenkeinheit 8 höchst wahrscheinlich mit Schneidflüssigkeit bespritzt wird, wird durch Montieren der Kamera 16 an dem zweiten Arm 12, welcher von der Handgelenkeinheit 8 entfernt ist, das Risiko, dass die Kamera 16 mit Schneidflüssigkeit bespritzt wird, reduziert und somit die Zuverlässigkeit der Kamera 16 aufrechterhalten, was vorteilhaft ist.
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Die Kamera 16 muss nicht jedes Mal entfernt werden, wenn das Werkzeug an der abgelegenen Endfläche 15a ausgetauscht wird. Die Kalibrierung zum Erfassen der Position der Kamera 16 muss nur einmal durchgeführt werden, nachdem die Kamera 16 auf dem zweiten Arm 12 befestigt ist, und eine weitere Kalibrierung der Kamera 16 ist nicht erforderlich, unabhängig vom Zustand des Werkzeugs, was dadurch vorteilhaft ist, dass ein mühevoller Anfahrvorgang am Arbeitsplatz unnötig wird.
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Den Rollwagen 6 beweglich zu machen, ist dadurch vorteilhaft, dass der Roboter 3 gemäß dem Arbeitsstadium der Bearbeitungsvorrichtung 2 leicht bewegt werden kann. Wenn ein Mensch eine Aufgabe durchführt, wie beispielsweise Wartung der Bearbeitungsvorrichtung 2, kann der Roboter leicht bewegt werden, um einen Arbeitsraum zu gewährleisten, was vorteilhaft ist.
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Eine charakteristische Form, eine ursprünglich vorgesehene Markierung oder dergleichen auf der äußeren Oberfläche der Bearbeitungsvorrichtung 2 können als sichtbare Ziele 5 verwendet werden. Im Vergleich zu einem Fall, bei dem die sichtbaren Ziele 5 separat von der Bearbeitungsvorrichtung 2 vorgesehen sind, können Aufwand und Kosten für die Bereitstellung der sichtbaren Ziele reduziert werden. Es ist ebenfalls möglich, ein neues sichtbares Ziel auf der äußeren Fläche der Bearbeitungsvorrichtung 2 vorzusehen. Im Vergleich zu einem Fall, bei welchem die sichtbaren Ziele an einer Peripherieeinrichtung oder dergleichen vorgesehen sind, welche nicht die Bearbeitungsvorrichtung 2 ist, kann der Raum effizient genutzt werden, was dadurch zu einem Vorteil führt, dass das Robotersystem 1 gemäß dieser Ausführungsform kompakt ausgeführt werden kann.
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Bei dem Robotersystem 1 gemäß dieser Ausführungsform können, obwohl kreisförmige Markierungen als ein Beispiel für die sichtbaren Ziele 5 gezeigt worden sind, wie es oben beschrieben ist, Markierungen von anderer Form verwendet werden, solange die Merkmalspunkte, wie beispielsweise die geometrische Mittenposition oder Helligkeitsmittenposition, ermittelt werden können, oder können einige charakteristische Formen der Bearbeitungsvorrichtung 2 als die sichtbaren Ziele 5 verwendet werden.
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Obwohl ein beispielhafter Fall gezeigt worden ist, bei welchem eine Vielzahl von sichtbaren Zielen 5 an der Bearbeitungsvorrichtung 2 vorgesehen ist, ist es stattdessen möglich, ein einzelnes sichtbares Ziel 5 an der Bearbeitungsvorrichtung 2 vorzusehen.
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Obwohl es bevorzugt ist, dass sich die sichtbaren Ziele 5 auf der Vorderseite der Bearbeitungsvorrichtung 2 befinden, welche sich in vertikaler Richtung erstreckt, können sich die sichtbaren Ziele 5 stattdessen in einer sich in horizontaler Richtung erstreckenden Ebene oder auf einer geneigten Fläche befinden.
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Die sichtbaren Ziele 5 können im Inneren der Bearbeitungsvorrichtung 2 angeordnet sein.
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Bei dieser Ausführungsform ist eine beispielhafte Konfiguration gezeigt worden, bei welcher die sichtbaren Ziele 5 auf der äußeren Fläche der Bearbeitungsvorrichtung 2 vorgesehen sind. Die sichtbaren Ziele 5 müssen jedoch nicht notwendigerweise auf der äußeren Fläche der Bearbeitungsvorrichtung 2 vorgesehen werden, sondern die sichtbaren Ziele 5 müssen nur an Positionen vorgesehen werden, wo die relativen Positionen in Bezug auf die Bearbeitungsvorrichtung 2 vorgegeben sind. Die sichtbaren Ziele 5 können zum Beispiel auf der Bodenoberfläche, auf welcher die Bearbeitungsvorrichtung 2 bereitgestellt ist, oder auf einer Peripherieeinrichtung oder dergleichen vorgesehen sein, deren relative Position in Bezug auf die Bearbeitungsvorrichtung 2 vorgegeben ist.
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Obwohl die Kamera 16 an dem abgelegenen Ende des zweiten Arms 12 in dieser Ausführungsform angebracht ist, ist die Konfiguration darauf nicht beschränkt. Weil es bevorzugt ist, dass die sichtbaren Ziele 5 für eine genaue Messung der relativen Lagebeziehung zwischen dem Roboter 3 und der Bearbeitungsvorrichtung 2 über einen weiten Bereich angeordnet sind, wird das abgelegene Ende des zweiten Armes 12, welcher einen weiten Betriebsbereich aufweist, zum Erfassen von Bildern von derartigen sichtbaren Zielen 5 bevorzugt.
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Stattdessen kann die Kamera 16 angebracht sein an: der Mittenposition oder dem Basisende des zweiten Arms 12; dem abgelegenen Ende, der Mittenposition oder dem Basisendabschnitt des ersten Arms 11; oder dem Drehkörper 10, da die an einer dieser Positionen angebrachte Kamera 16 über einen vorgegebenen Betriebsbereich bewegt werden kann.
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Die Kamera 16 kann mit Ausnahme der abgelegenen Endfläche 15a der Handgelenkeinheit 8 an einem Abschnitt angebracht sein, zum Beispiel der ersten Handgelenkwelle 13 oder der zweiten Handgelenkwelle 14. In diesem Fall wird der Freiheitsgrad zum Bewegen der Kamera 16 erhöht, und die Kamera 16 kann bewegt werden, während deren Ausrichtung konstant gehalten wird. Dies verringert die Veränderung der relativen Ausrichtung der Kamera 16 in Bezug auf die sichtbaren Ziele 5, was die Ermittlungsgenauigkeit verbessert.
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Wenn die Kamera 16 an einer Position angebracht ist, welche in Bezug auf die Bodenoberfläche im Wesentlichen horizontal ist, wird die Kamera 16 fortwährend im Wesentlichen senkrecht zu den auf der Außenfläche der Bearbeitungsvorrichtung 2 vorgesehenen sichtbaren Zielen gehalten. Daher kann die Genauigkeit zur Ermittlung der sichtbaren Ziele 5 verbessert werden.
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Bei dieser Ausführungsform ist eine beispielhafte Konfiguration beschrieben worden, bei welcher die Robotertätigkeit automatisch kompensiert wird. Stattdessen kann ein Benutzer die Betriebsposition in dem Einlernprogramm kompensieren, indem der Roboter 3 betrieben wird, um die Kamera 16 zu veranlassen, Bilder der Mehrzahl von auf der Vorderseite der Bearbeitungsvorrichtung 2 vorgesehenen sichtbaren Zielen 5 zu erfassen.
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Bei dieser Ausführungsform ist der Roboter 3 mit der sechsachsigen, beweglichen Vertikal-Gelenk-Einheit 7 als ein Beispiel gezeigt worden. Die Konfiguration ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es ist möglich, einen Vertikal-Gelenk-, Horizontal-Gelenk- oder einen direkt angetriebenen Roboter mit beliebiger Anzahl von Achsen einzusetzen.
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Wenn der Roboter 3 ein Horizontal-Gelenk-Roboter ist, kann die Kamera 16 an einer Position im wesentlichen senkrecht zur Bodenfläche angebracht sein. Mit dieser Konfiguration wird die Kamera, wenn die sichtbaren Ziel auf einer im Wesentlichen zu der Bodenfläche parallelen Fläche vorgesehen sind, fortwährend im Wesentlichen vertikal zu einer im Wesentlichen zu der Bodenfläche parallelen Ebene gehalten. Daher kann die Genauigkeit zur Ermittlung der sichtbaren Ziele 5 verbessert werden. Die Kamera 16 kann auch an einer Position im Wesentlichen senkrecht zur Bodenfläche angebracht sein, wenn der Roboter 3 ein Vertikal-Gelenk-Roboter ist.
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Obwohl die Bearbeitungsvorrichtung 2 als eine beispielhafte Arbeitszieleinrichtung gezeigt worden ist, ist die Arbeitszieleinrichtung darauf nicht beschränkt und es kann jede andere Arbeitszieleinrichtung, mit welcher der Roboter 3 arbeitet, eingesetzt werden.
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Obwohl der Roboter 3 mit dem Rollwagen 6, welcher ein eigenständig fahrendes Fahrgestell ist, als ein Beispiel gezeigt worden ist, ist die Konfiguration darauf nicht beschränkt, und der Roboter 3 kann von einer Bauart sein, bei welcher die Basis 9 mit der ersten Achse A direkt an der Montagefläche befestigt ist, wie beispielsweise die Bodenfläche, nachdem er transportiert wurde, oder es kann ein Roboter 3, welcher auf ein manuell bewegtes Hand-Fahrgestell geladen ist, eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Robotersystem
- 2
- Bearbeitungsvorrichtung (Arbeitszieleinrichtung)
- 3
- Roboter
- 5
- sichtbares Ziel
- 6
- Rollwagen (Fahrgestell)
- 7
- bewegliche Einheit
- 8
- Handgelenkeinheit
- 9
- Basis
- 10
- Drehkörper
- 11
- erster Arm (Arm)
- 12
- zweiter Arm (Arm)
- 15a
- abgelegene Endfläche
- 16
- Kamera (optischer Sensor)
- A, B, C
- Achse
