DE102019007186B4

DE102019007186B4 - Robotersystem und Robotersteuerungsverfahren für kooperatives Arbeiten mit Menschen

Info

Publication number: DE102019007186B4
Application number: DE102019007186.7A
Authority: DE
Inventors: Gou Inaba
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-10-23
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2023-07-06
Anticipated expiration: 2039-10-17
Also published as: JP6916157B2; DE102019007186A1; US20200122323A1; US11235463B2; JP2020066080A; CN111085993A

Abstract

Robotersystem (10), umfassend:einen Roboter (12);eine Erfassungseinrichtung (16B), die dazu konfiguriert ist, ein Arbeitsobjekt (W) und eine vorbestimmte Aktion einer Person (A) an dem Arbeitsobjekt (W) zu erfassen; undeine Robotersteuerung (42), die dazu konfiguriert ist:zu bewirken, dass der Roboter (12) eine vorbestimmte Arbeit an dem von der Erfassungseinrichtung (16B) erfassten Arbeitsobjekt (W) auszuführt, wenn die Erfassungseinrichtung (16B) die vorbestimmte Aktion erfasst, undzu bewirken, dass der Roboter (12) das Arbeitsobjekt (W) freigibt, wenn die Erfassungseinrichtung (16B) eine von der vorbestimmten Aktion unterschiedliche zweite Aktion der Person (A) erfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Robotersystem und ein Robotersteuerungsverfahren für ein kooperatives Arbeiten mit Menschen.
Es ist ein Robotersystem bekannt, das kooperatives Arbeiten mit Menschen durchführt (z.B. JP 2017 - 074 660 A ). Bisher besteht Bedarf an einem Robotersystem, das kooperatives Arbeiten gemäß einer Aktion einer Person durchführen kann.
JP 2015 - 044 257 A beschreibt ein Verfahren zur Verkürzung der Zeit für Einlernen eines Roboters zur Ausführung einer Aufgabe. Der Roboter gibt das Objekt ohne Aktionen einer Person frei, sobald der Roboter die vorgegebene Position erreicht. Die vorgegebene Position und Orientierung sind vorgespeicherte Informationen, welche von dem Roboter im Schritt des Einlernens gewonnen werden.
DE 10 2017 009 223 A1 beschreibt eine Steuerungsvorrichtung, die einen Roboter durch Einlernen der Aktionen eines Arbeiters steuert.
EP 3 342 562 A1 beschreibt ein System, mit einem Roboter in einer Fabrikanlage und einer abgesetzten Steuerungsvorrichtung, die den Roboter durch ein Betriebssteuerungssystem steuert und bewirkt, dass der Roboter die Arbeit durchführt.
US 2015 / 0 352 719 A1 beschreibt einen Roboter und einen Arbeiter, die zusammen eine Aktion an einem Objekt durchführen. Zur Erhöhung der Effizienz offenbart D4 Gewinnen einer Prozessinformation, die der von dem System erkannten Identität des Arbeiters entspricht.
US 2015 / 0 314 442 A1 beschreibt einen Roboter, der eingelernt wird, einen Pfad zur Durchführung einer Arbeit zu verfolgen.
JP 2011 - 042 011 A beschreibt ein Verfahren zum Steuern eines Roboters basierend auf den Positionen und den Pfaden eines Roboterarms. Das Verfahren umfasst Detektion der Geste eines Arbeiters zur Be-stimmung einer Anweisung. Die Anweisungen für den Roboter werden basierend auf der Anweisung des Arbeiters bereitgestellt, bevor der Roboter zur Durchführung einer Arbeit gesteuert wird.
Im Hinblick auf den Stand der Technik liegt die Aufgabe der Erfindung daran, ein Robotersystem und ein Steuerungsverfahren zur Durchführung der kooperativen Arbeiten gemäß einer Aktion einer Person bereitzustellen.
Als eine Lösung der Aufgabe definieren die unabhängigen Ansprüche ein Robotersystem und ein Steuerungsverfahren gemäß der Erfindung.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Robotersystem einen Roboter; eine Erfassungseinrichtung, die dazu konfiguriert ist, ein Arbeitsobjekt und eine vorbestimmte Aktion einer Person an dem Arbeitsobjekt zu erfassen; und eine Robotersteuerung, die dazu konfiguriert ist, zu bewirken, dass der Roboter eine vorbestimmte Arbeit an dem von der Erfassungseinrichtung erfassten Arbeitsobjekt ausführen, wenn die Erfassungseinrichtung die vorbestimmte Aktion erfasst; und zu bewirken, dass der Roboter (12) das Arbeitsobjekt (W) freigibt, wenn die Erfassungseinrichtung (16B) eine von der vorbestimmten Aktion unterschiedliche zweite Aktion der Person (A) erfasst.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ein Arbeiter den Roboter zu einem gewünschten Zeitpunkt intuitiv aktivieren, ohne eine Vorrichtung zu bedienen. Daher ist es möglich zu bewirken, dass der Roboter eine kooperative Arbeit ausführt, um eine hohe Koordination mit der Bewegung des Arbeiters zu erreichen.

1 ist ein Schaubild eines Robotersystems gemäß einer Ausführungsform.
2 ist ein Blockdiagramm des in 1 dargestellten Robotersystems.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für den Betriebsablauf des in 1 dargestellten Robotersystems darstellt.
4 ist ein Schaubild zur Darstellung eines Beispiels für eine erste Aktion eines Arbeiters.
5 ist Schaubild zur Darstellung eines weiteren Beispiels für die erste Aktion des Arbeiters.
6 ist ein Schaubild zur Darstellung eines weiteren Beispiels für die erste Aktion des Arbeiters.
7 ist ein Schaubild zur Darstellung eines weiteren Beispiels für die erste Aktion des Arbeiters.
8 stellt einen Zustand dar, in dem der Arbeiter das Arbeitsobjekt in Kooperation mit dem Roboter in Schritt S10 in 3 transportiert.
9 ist ein Schaubild zur Darstellung eines Beispiels für eine zweite Aktion des Arbeiters.
10 ist ein Schaubild zur Darstellung eines weiteren Beispiels für die zweite Aktion des Arbeiters.
11 ist ein Schaubild eines Robotersystems gemäß einer weiteren Ausführungsform.
12 ist ein Blockdiagramm des in 11 dargestellten Robotersystems.
13 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für den Betriebsablauf des in 11 dargestellten Robotersystems darstellt.
14 ist ein Schaubild zur Darstellung eines Beispiels für eine vorbestimmte Aktion des Arbeiters.
15 ist ein Schaubild eines Robotersystems gemäß noch einer weiteren Ausführungsform.
16 ist ein Schaubild eines Robotersystems gemäß noch einer weiteren Ausführungsform.

Im Folgenden werden die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ausführlich anhand der Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass in den verschiedenen nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen gleiche Elemente durch die gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind und eine redundante Beschreibung derselben weggelassen wird. Zunächst wird ein Robotersystem 10 gemäß einer Ausführungsform mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben. Das Robotersystem 10 ist ein System zum Durchführen einer Arbeit zum Transportieren eines Arbeitsobjekts W zu einer vorbestimmten Zielposition in Kooperation mit einem Arbeiter A. Das Robotersystem 10 umfasst einen Roboter 12, eine Krafterfassungsvorrichtung 14, Erfassungseinrichtungen 16A und 16B und eine Steuervorrichtung 18. Die Steuervorrichtung 18 umfasst z.B. einen Prozessor (CPU, GPU, etc.) und einen Speicher (RAM, ROM, etc.) und steuert den Roboter 12, die Krafterfassungsvorrichtung 14 und die Erfassungseinrichtungen 16A und 16B.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Roboter 12 ein vertikaler Knickarmroboter und umfasst eine Roboterbasis 20, einen Drehkörper 22, einen Roboterarm 24, ein Handgelenk 32 und eine Roboterhand 26. Die Roboterbasis 20 ist an einer Grundplatte 38 befestigt, die auf dem Boden einer Arbeitszelle befestigt ist. Der Drehkörper 22 ist an der Roboterbasis 20 so vorgesehen, dass er um eine vertikale Achse dreht. Der Roboterarm 24 umfasst einen unteren Arm 28, der drehbar am Drehkörper 22 befestigt ist, und einen oberen Arm 30, der drehbar an einem distalen Ende des unteren Arms 28 befestigt ist.
Das Handgelenk 32 ist mit einem distalen Ende des oberen Arms 30 gekoppelt und stützt die Roboterhand 26 drehbar ab. Die Roboterhand 26 umfasst eine mit dem Handgelenk 32 gekoppelte Handbasis 34 und eine Mehrzahl von Fingern 36, die an der Handbasis 34 zum Öffnen und Schließen vorgesehen sind. Die Roboterhand 26 greift das Arbeitsobjekt W mit den Fingern 36 oder gibt es frei.
Der Roboter 12 umfasst eine Mehrzahl von Servomotoren 40 (2). Die Servomotoren 40 sind in den jeweiligen Komponenten des Roboters 12 (d.h. der Roboterbasis 20, dem Drehkörper 22, dem Roboterarm 24 und dem Handgelenk 32) eingebaut und drehen diese Komponenten um die Antriebsachsen.
Die Krafterfassungsvorrichtung 14 ist zwischen dem Handgelenk 32 und der Roboterhand 26 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Krafterfassungsvorrichtung 14 einen sechsachsigen Kraftsensor mit einer Mehrzahl von Dehnungsmessstreifen (nicht dargestellt) und ist dazu konfiguriert, eine auf die Roboterhand 26 ausgeübte äußere Kraft zu erfassen. Es ist zu beachten, dass die Krafterfassungsvorrichtung 14 nicht auf den sechsachsigen Kraftsensor beschränkt ist, sondern jede Art von Vorrichtung umfassen kann, die die auf die Roboterhand 26 ausgeübte äußere Kraft erfassen kann.
Die Erfassungseinrichtung 16A ist dazu konfiguriert, das Arbeitsobjekt W zu erfassen. Insbesondere ist die Erfassungseinrichtung 16A an einer vorbestimmten Position in der Arbeitszelle befestigt und dazu konfiguriert, das Arbeitsobjekt W abzubilden und basierend auf dem aufgenommenen Bild die Position des Arbeitsobjekts W in einem Roboterkoordinatensystem C_R zu erfassen. Es ist zu beachten, dass in dieser Offenbarung die „Position“ des Arbeitsobjekts und des Roboters deren Position und Ausrichtung bedeuten kann.
Die Erfassungseinrichtung 16B ist dazu konfiguriert, eine vorbestimmte Aktion des Arbeiters A an dem Arbeitsobjekt W zu erfassen. Insbesondere bildet die Erfassungseinrichtung 16B den Arbeiter A ab und erfasst die vorbestimmte Aktion des Arbeiters A an dem Arbeitsobjekt W basierend auf dem aufgenommenen Bild (sogenanntes Optical Motion Capture). Die vorbestimmte Aktion des Arbeiters A, die von der Erfassungseinrichtung 16B erfasst werden soll, wird später beschrieben. Beispielsweise können die Erfassungseinrichtungen 16A und 16B aus einem dreidimensionalen visuellen Sensor mit einem Bildsensor, einer optischen Linse, wie einer Fokuslinse, und einem Bildprozessor (z.B. einer GPU) usw. bestehen.
Als Nächstes wird der Betrieb des Robotersystems 10 mit Bezug auf 3 beschrieben. Der in 3 dargestellte Betriebsablauf wird begonnen, wenn die Steuervorrichtung 18 einen Betriebsstartbefehl von einem Bediener, einer Host-Steuerung oder einem Roboterprogramm empfängt. In dieser Ausführungsform werden beim Starten des in 3 dargestellten Betriebsablaufs eine Mehrzahl von Arbeitsobjekten W₁ bis W₄ willkürlich abgelegt, wie in 4 dargestellt.
In Schritt S1 erfasst die Erfassungseinrichtung 16A jedes der Arbeitsobjekte W₁ bis W₄. Insbesondere sendet die Steuervorrichtung 18 einen Positionserfassungsbefehl an die Erfassungseinrichtung 16A, woraufhin die Erfassungseinrichtung 16A jedes der Arbeitsobjekte W₁ bis W₄ abbildet und die Position jedes der Arbeitsobjekte W₁ bis W₄ im Roboterkoordinatensystem C_R basierend auf dem aufgenommenen Bild erfasst.
In Schritt S2 beginnt die Erfassungseinrichtung 16B, die Aktion des Arbeiters A zu erfassen. Insbesondere sendet die Steuervorrichtung 18 einen Aktionserfassungsbefehl an die Erfassungseinrichtung 16B, woraufhin die Erfassungseinrichtung 16B den Arbeiter A fortlaufend abbildet (z.B. in einem vorbestimmten Zyklus) und die Aktion des Arbeiters A basierend auf dem erfassten Bild fortlaufend erfasst.
In diesem Zusammenhang ist die Erfassungseinrichtung 16B dazu konfiguriert, eine erste Aktion und eine zweite Aktion des Arbeiters A zu erfassen. Die erste Aktion ist eine vorbestimmte Aktion, die von dem Arbeiter A an dem von dem Roboter 12 zu ergreifenden Arbeitsobjekt W ausgeführt wird, um zu bewirken, dass der Roboter 12 die Arbeit des Greifens des Arbeitsobjekts W auszuführt. Beispiele für die erste Aktion werden anhand der 4 bis 7 beschrieben.
In dem in 4 dargestellten Beispiel ist die erste Aktion definiert als eine Aktion des Arbeiters A, der sich einem Arbeitsobjekt W₁ nähert, das vom Roboter 12 gegriffen werden soll. Die Erfassungseinrichtung 16B bildet den Arbeiter A fortlaufend ab und berechnet einen Abstand d₁ zwischen dem Arbeiter A und dem Arbeitsobjekt W₁, einen Abstand d₂ zwischen dem Arbeiter A und dem Arbeitsobjekt W₂, einen Abstand d₃ zwischen dem Arbeiter A und dem Arbeitsobjekt W₃ und einen Abstand d₄ zwischen dem Arbeiter A und dem Arbeitsobjekt W₄ aus dem aufgenommenen Bild und der Information über die Position jedes der Arbeitsobjekte W₁ bis W₄, die in dem oben beschriebenen Schritt S1 erfasst wurde.
Dann bestimmt die Erfassungseinrichtung 16B, ob jeder der berechneten Abstände d₁ bis d₄ gleich oder kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert d_th1 ist oder nicht. Wenn einer der Abstände d₁ bis d₄ gleich oder kleiner als der Schwellenwert d_th1 wird, erfasst die Erfassungseinrichtung 16B als erste Aktion, dass sich der Arbeiter A dem einen der Arbeitsobjekte W₁ bis W₄ nähert.
In dem in 4 dargestellten Beispiel nähert sich der Arbeiter A dem Arbeitsobjekt W₁, und die Erfassungseinrichtung 16B erfasst die erste Aktion des sich dem Arbeitsobjekt W₁ nähernden Arbeiters A, wenn der Abstand d₁ gleich oder kleiner als der Schwellenwert d_th1 ist, und identifiziert das Arbeitsobjekt W₁ als ein Ziel, das vom Roboter 12 gegriffen werden soll. Alternativ kann die Erfassungseinrichtung 16B aus dem fortlaufend aufgenommenen Bild eine Bewegungsrichtung E des Arbeiters A berechnen und das sich mit der Bewegungsrichtung E schneidende Arbeitsobjekt W₁ als das Ziel identifizieren, das von dem Roboter 12 gegriffen werden soll.
In dem in 5 dargestellten Beispiel ist die erste Aktion definiert als eine Aktion des Arbeiters A, der ein Arbeitsobjekt W₁, das vom Roboter 12 erfasst werden soll, mit seiner/ihrer Hand B greift. Die Erfassungseinrichtung 16B bildet fortlaufend den Arbeiter A ab, erfasst unter Verwendung einer sogenannten Motion-Capture-Technologie die erste Aktion des Arbeiters A, der das Arbeitsobjekt W₁ greift, und identifiziert das vom Arbeiter A gegriffene Arbeitsobjekt W₁ als das Ziel, das von dem Roboter 12 gegriffen werden soll.
Als ein Beispiel zeichnet die Erfassungseinrichtung 16B ein Referenz-Aktionsmuster einer Aktion des Arbeiters A auf (oder führt maschinelles Lernen davon durch), der das Arbeitsobjekt W₁ greift. Die Erfassungseinrichtung 16B bestimmt, ob die aktuelle Aktion des Arbeitnehmers A mit dem Referenz-Aktionsmuster übereinstimmt oder nicht, wenn sie die Aktion des Arbeiter A nach Beginn des Schrittes S2 überwacht. Die Erfassungseinrichtung 16B erfasst, dass der Arbeiter A die erste Aktion des Greifens des Arbeitsobjekts W₁ ausführt, wenn sie bestimmt, dass die aktuelle Aktion des Arbeiters A mit dem Referenz-Aktionsmuster übereinstimmt.
In dem in 6 dargestellten Beispiel ist die erste Aktion definiert als eine Aktion des Arbeiters A, der mit seinem/ihrem Finger C auf ein Arbeitsobjekt W₁ zeigt, das vom Roboter 12 gegriffen werden soll. Die Erfassungseinrichtung 16B bildet fortlaufend den Arbeiter A ab und erfasst unter Verwendung der Motion-Capture-Technologie die Aktion des Arbeiters A, der auf das Arbeitsobjekt W₁ zeigt, sowie eine Zeigerichtung D, in der der Arbeiter A auf das Arbeitsobjekt W₁ zeigt. Die Erfassungseinrichtung 16B identifiziert das Arbeitsobjekt W₁, das sich mit der Zeigerichtung D überschneidet, als das Ziel, das vom Roboter 12 gegriffen werden soll.
In dem in 7 dargestellten Beispiel ist die erste Aktion definiert als eine Aktion des Arbeiters A, der mit seiner/ihrer Hand B auf ein Arbeitsobjekt W₁ tippt, das von dem Roboter 12 gegriffen werden soll. Die Erfassungseinrichtung 16B bildet fortlaufend den Arbeiter A ab und erfasst unter Verwendung der Motion-Capture-Technologie die Aktion des Arbeiters A, der auf das Arbeitsobjekt W₁ tippt. Die Erkennungseinrichtung 16B identifiziert das angetippte Arbeitsobjekt W₁ als das Ziel, das von dem Roboter 12 gegriffen werden soll.
In diesem Fall kann der Arbeiter A das Arbeitsobjekt W₁ für eine vorbestimmte Anzahl von Malen n antippen („n“ ist eine ganze Zahl von 2 oder größer), und die Erfassungseinrichtung 16B kann die erste Aktion erfassen, wenn sie feststellt, dass der Arbeiter A das Arbeitsobjekt W₁ n-mal angetippt hat. Es ist zu beachten, dass die zweite Aktion des Arbeiters A, die von der Erfassungseinrichtung 16B erfasst wird, später beschrieben wird.
In Schritt S3 bestimmt die Erfassungseinrichtung 16B, ob sie die erste Aktion des Arbeiters A erfasst oder nicht. Insbesondere bestimmt die Erfassungseinrichtung 16B, ob sie die erste Aktion des Arbeiters A erkennt oder nicht, wie beispielsweise mit Bezug auf die 4 bis 7 beschrieben. Wenn die Erfassungseinrichtung 16B die erste Aktion des Arbeiters A erfasst, bestimmt sie JA und identifiziert das Arbeitsobjekt W₁ als Ziel, das vom Roboter 12 gegriffen werden soll. Dann sendet die Erfassungseinrichtung 16A die Information über die Position des von der Erfassungseinrichtung 16B als Greifziel identifizierten Arbeitsobjekts W₁ im Roboterkoordinatensystem C_R an die Steuervorrichtung 18, und dann geht der Prozess weiter zu Schritt S5. Wenn andererseits die Erfassungseinrichtung 16B die erste Aktion nicht erfasst, bestimmt sie NEIN und der Prozess geht weiter zu Schritt S4.
In Schritt S4 bestimmt die Steuervorrichtung 18, ob sie einen Betriebsendebefehl von dem Bediener, der Host-Steuerung oder dem Roboterprogramm empfängt oder nicht. Die Steuervorrichtung 18 beendet den in 3 dargestellten Ablauf, wenn sie bestimmt, dass sie den Betriebsendebefehl empfängt (d.h. bestimmt JA), während die Steuervorrichtung 18 zu Schritt S3 zurückkehrt, wenn sie bestimmt, dass sie den Betriebsendebefehl nicht empfängt (d.h. bestimmt NEIN).
In Schritt S5 bewegt die Steuervorrichtung 18 den Roboter 12 in eine Position zum Greifen des Arbeitsobjekts W₁ (im Folgenden als Greifposition bezeichnet) und bewirkt, dass der Roboter 12 das Arbeitsobjekt W₁ greift. Insbesondere sendet die Steuervorrichtung 18 basierend auf der Information über die Position des Arbeitsobjekts W₁, die von der Erfassungseinrichtung 16A in dem oben beschriebenen Schritt S3 empfangen wird, einen Befehl an jeden Servomotor 40 des Roboters 12, und bewegt den Roboter 12 in die Greifposition.
Wenn der Roboter 12 in der Greifposition angeordnet ist, wird das Arbeitsobjekt W₁ zwischen den Fingern 36 der Roboterhand 26 angeordnet. Auf diese Weise wird die Steuervorrichtung 18 dadurch ausgelöst, dass die Erfassungseinrichtung 16B die erste Aktion des Arbeiters A erfasst und beginnt die Arbeit des Bewegens des Roboters 12 in die Greifposition (d.h. dem Senden des Befehls an jeden Servomotor 40).
Dann betätigt die Steuereinrichtung 18 die Roboterhand 26 zum Schließen der Finger 36. Dadurch greift der Roboter 12 das Arbeitsobjekt W₁ mit der Roboterhand 26.
Somit fungiert die Steuervorrichtung 18 in dieser Ausführungsform als Robotersteuerung 42 (2), die dazu konfiguriert ist, zu bewirken, dass der Roboter 12 eine vorbestimmte Arbeit ausführt (Arbeit des Bewegens des Roboters 12 in die Greifposition und des Greifens des Arbeitsobjekts W₁), wenn die Erfassungseinrichtung 16B die erste Aktion des Arbeiters A erfasst.
In diesem Schritt S5 kann die Steuereinrichtung 18, basierend auf der fortlaufend von der Erfassungseinrichtung 16B erfassten Information über die Aktion des Arbeiters A, den Bewegungsweg des Roboters 12 berechnen, der eine Kollision mit dem Arbeiter A vermeiden kann. Die Steuervorrichtung 18 erfasst beispielsweise aus der Erfassungseinrichtung 16B Daten, die den Bewegungsweg des Arbeiters A anzeigen, und berechnet den Bewegungsweg des Roboters 12, der den Bewegungsweg des Arbeiters A vermeidet (nicht schneidet). Danach bewegt die Steuervorrichtung 18 den Roboter 12 entlang des berechneten Bewegungswegs. Gemäß dieser Konfiguration kann eine Kollision zwischen dem Roboter 12 und dem Arbeiter A vermieden werden.
Wenn die Arbeit des Ergreifens des Arbeitsobjekts W₁ durch den Roboter 12 in Schritt S5 abgeschlossen ist, übt der Arbeiter A eine äußere Kraft F auf den Roboter 12 aus, um das Arbeitsobjekt W₁ in Kooperation mit dem Roboter 12 in die Zielposition zu transportieren. Als Beispiel hebt der Arbeiter A das vom Roboter 12 gegriffene Arbeitsobjekt W₁ an und schiebt das Arbeitsobjekt W₁ in Richtung Zielposition. Die vom Arbeiter A zu diesem Zeitpunkt auf das Arbeitsobjekt W ausgeübte äußere Kraft F wird ferner über das Arbeitsobjekt W₁ auch auf die Roboterhand 26 ausgeübt.
Als weiteres Beispiel kann der Arbeiter A die äußere Kraft F mit seiner/ihrer Hand B direkt auf die Roboterhand 26 ausüben. In diesem Fall kann die Roboterhand 26 (z.B. die Handbasis 34) mit einem Griff (nicht dargestellt) versehen sein, der von der Arbeiter A ergriffen werden kann, und der Arbeiter A kann den Griff mit seiner/ihrer Hand B greifen, um die äußere Kraft F durch den Griff auf die Roboterhand 26 auszuüben.
In dieser Ausführungsform schaltet die Steuervorrichtung 18 nach Abschluss von Schritt S5 die Steuerung des Roboters 12 von der Positionsverfolgungssteuerung (Schritt S2 bis S5), die bewirkt, dass der Roboter 12 sich der von der Erfassungsvorrichtung 16A erfassten Zielposition nähert, um der von der Erfassungseinrichtung 16B erfassten Aktion des Arbeiters A zu folgen, auf die Durchführungssteuerung (Schritt S6 bis S10, wie unten beschrieben) zum Steuern des Roboters 12 gemäß der auf den Roboter 12 ausgeübten äußeren Kraft F um.
In Schritt S6 beginnt die Steuereinrichtung 18, die auf den Roboter 12 ausgeübte äußere Kraft F zu erfassen. Insbesondere beginnt die Steuervorrichtung 18 einen Vorgang, um fortlaufend (z.B. periodisch) von der Krafterfassungsvorrichtung 14 die Daten der von der Krafterfassungsvorrichtung 14 erfassten äußeren Kraft F zu erfassen. Die vom Arbeiter A über das Arbeitsobjekt W₁ (oder direkt mit der Hand B) auf den Roboter 12 ausgeübte äußere Kraft F (Größe und Richtung) wird von der Krafterfassungsvorrichtung 14 erfasst.
In Schritt S7 bestimmt die Steuervorrichtung 18, ob die von der Krafterfassungsvorrichtung 14 zuletzt erfasste äußere Kraft F gleich oder größer als ein vorgegebener Schwellenwert F_th ist oder nicht. Wenn die Steuervorrichtung 18 bestimmt, dass die letzte äußere Kraft F F≥F_th erfüllt (d.h. JA bestimmt), geht sie weiter zu Schritt S10, wohingegen, wenn die Steuervorrichtung 18 bestimmt, dass F<F_th (d.h. NEIN bestimmt), sie zu Schritt S8 weitergeht.
In Schritt S8 bestimmt die Steuereinrichtung 18, ob sie den Betriebsendebefehl empfängt, ähnlich wie im oben beschriebenen Schritt S4. Wenn die Steuervorrichtung 18 bestimmt, dass sie den Betriebsendebefehl empfängt (d.h. JA bestimmt), beendet sie den in 3 dargestellten Ablauf, wohingegen, wenn die Steuervorrichtung 18 bestimmt, dass sie den Betriebsendebefehl nicht empfängt (d.h. NEIN bestimmt), sie zu Schritt S9 weitergeht.
In Schritt S9 erzeugt die Steuereinrichtung 18 ein Alarmsignal. Die Steuereinrichtung 18 kann beispielsweise das Alarmsignal in Form einer Stimme oder eines Bildes mit der Anzeige „Bitte den Roboter zur Zielposition führen“ erzeugen und den Alarm über einen Lautsprecher oder ein Display (nicht dargestellt) ausgeben. Nach Schritt S9 kehrt die Steuereinrichtung 18 zu Schritt S7 zurück.
In Schritt S10 bewirkt die Steuereinrichtung 18, dass der Roboter 12 das Arbeitsobjekt W₁ basierend auf den Daten der zuletzt von der Krafterfassungsvorrichtung 14 erfasst äußeren Kraft F transportiert. Insbesondere erfasst die Steuervorrichtung 18 die Richtung der äußeren Kraft F, die zuletzt von der Krafterfassungsvorrichtung 14 erfasst wurde, und steuert den Roboter 12, um die das Arbeitsobjekt W₁ greifende Roboterhand 26 in Richtung der äußeren Kraft F zu bewegen.
Die Steuervorrichtung 18 kann die Größe der zuletzt von der Krafterfassungsvorrichtung 14 erfassten äußeren Kraft F erfassen, und die Geschwindigkeit steuern, mit der die Roboterhand 26 als Reaktion auf die Größe der äußeren Kraft F in Richtung der äußeren Kraft F bewegt wird. Die Steuervorrichtung 18 kann beispielsweise die Bewegungsgeschwindigkeit der Roboterhand 26 steuern, um sie mit zunehmender Größe der äußeren Kraft F zu erhöhen.
Aus diesem Grund bewegt der Roboter 12, wie in 8 dargestellt, das Arbeitsobjekt W₁ gemäß der vom Arbeiter A auf den Roboter 12 ausgeübten Außenkraft F. 8 zeigt ein Beispiel, bei dem der Arbeiter A das Arbeitsobjekt W₁ mit seiner/ihrer Hand B zusammen mit dem Roboter 12 greift und die äußere Kraft F über das Arbeitsobjekt W₁ auf den Roboter 12 ausübt. Auf diese Weise transportiert der Roboter 12 das Arbeitsobjekt W₁ in Kooperation mit dem Arbeiter A in Richtung Zielposition.
Es ist zu beachten, dass die Steuervorrichtung 18 bestimmen kann, ob die von der Krafterfassungsvorrichtung 14 erfasste äußere Kraft F während der Ausführung von Schritt S10 einen oberen Grenzwert F_MAX überschreitet oder nicht, und den Betrieb des Roboters 12 dringend stoppen kann, wenn die äußere Kraft F den oberen Grenzwert F_MAX (d. h. F≥F_MAX) überschreitet. Der obere Grenzwert F_MAX wird vom Anwender als ein Wert vorbestimmt, der größer als der oben genannte Schwellenwert F_th ist, um zu erfassen, dass die Roboterhand 26 oder das Arbeitsobjekt W₁ während der Ausführung von Schritt S10 mit dem Hindernis kollidiert.
Wenn das Arbeitsobjekt W₁ in die Zielposition bewegt wird, führt der Arbeiter A die zweite Aktion aus. Die zweite Aktion ist eine vorbestimmte Aktion, die von dem Arbeiter A ausgeführt wird, um zu bewirken, dass der Roboter 12 das Arbeitsobjekt W₁ freigibt, was sich von der vorstehend beschriebenen ersten Aktion unterscheidet. Beispiele für die zweite Aktion werden mit Bezug auf die 9 und 10 beschrieben.
In dem in 9 dargestellten Beispiel ist die zweite Aktion definiert als eine Aktion des Arbeiters A, der sich von dem vom Roboter 12 erfassten Arbeitsobjekt W₁ entfernt. Die Erfassungseinrichtung 16B bildet beispielsweise den Arbeiter A und das Arbeitsobjekt W₁ fortlaufend ab und berechnet aus dem aufgenommenen Bild den Abstand d₁ zwischen dem Arbeiter A und dem Arbeitsobjekt W₁. Die Erfassungseinrichtung 16B kann beginnen, den Abstand d₁ zwischen dem Arbeiter A und dem Arbeitsobjekt W₁ zu berechnen, wenn Schritt S5 abgeschlossen ist oder wenn Schritt S10 begonnen wird.
Die Erfassungseinrichtung 16B bestimmt, ob der berechnete Abstand d₁ gleich oder größer als ein vorgegebener Schwellenwert d_th2 ist oder nicht. Die Erfassungseinrichtung 16B erkennt als zweite Aktion, dass sich der Arbeiter A von dem Arbeitsobjekt W₁ entfernt, wenn der Abstand d₁ gleich oder größer als der Schwellenwert d_th2 ist. Es ist zu beachten, dass der Schwellenwert d_th2 derselbe Wert sein kann, wie der oben beschriebene Schwellenwert d_th1, oder ein anderer Wert sein kann.
In dem in 10 dargestellten Beispiel ist die zweite Aktion definiert als eine Aktion des Arbeiters A, der seine/ihre Hand B, die das Arbeitsobjekt W₁ gegriffen hat, öffnet, um das Arbeitsobjekt W₁ freizugeben. Die Erfassungseinrichtung 16B bildet fortlaufend den Arbeiter A ab und erfasst mittels einer sogenannten Motion-Capture-Technologie die Aktion des Arbeiters A, der seine das Arbeitsobjekt W₁ greifende Hand B öffnet.
Als ein Beispiel speichert die Erfassungseinrichtung 16B (oder führt maschinelles Lernen über) ein Referenz-Aktionsmuster der Aktion des Arbeiters A, der seine/ihre Hand B, die das Arbeitsobjekt W₁ gegriffen hat, öffnet. Wenn die Erfassungseinrichtung 16B die Aktion des Arbeiters A während der Ausführung von Schritt S10 überwacht, bestimmt sie, ob die aktuelle Aktion des Arbeiters A mit dem Referenz-Aktionsmuster übereinstimmt oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die aktuelle Aktion des Arbeiters A mit dem Referenz-Aktionsmuster übereinstimmt, erfasst die Erfassungseinrichtung 16B, dass der Arbeiter A die zweite Aktion des Öffnens seiner/ihrer Hand B durchgeführt hat.
In Schritt S11 bestimmt die Erfassungseinrichtung 16B, ob sie die zweite Aktion des Arbeiters A erfasst oder nicht. Insbesondere bestimmt die Erfassungseinrichtung 16B, ob sie die zweite Aktion des Arbeiters A, wie beispielsweise in den 9 und 10 beschrieben, erfasst oder nicht. Die Erfassungseinrichtung 16B bestimmt JA, wenn sie die zweite Aktion erfasst, und geht weiter zu Schritt S12. Wenn andererseits die Erfassungseinrichtung 16B die zweite Aktion des Arbeiters A nicht erfasst, bestimmt sie NEIN und kehrt zu Schritt S7 zurück.
Wie vorstehend beschrieben, erkennt die Erfassungseinrichtung 16B in dieser Ausführungsform die erste Aktion, die von dem Arbeiter A ausgeführt wird, bevor das Arbeitsobjekt W₁ transportiert wird, und die zweite Aktion, die von dem Arbeiter A ausgeführt wird, wenn das Arbeitsobjekt W₁ zur Zielposition transportiert wird. Dementsprechend ist die Erfassungseinrichtung 16B an einer Position installiert, an der sie mindestens den Arbeiter A vor dem Transportieren des Arbeitsobjekts W₁ und den Arbeiter A beim Transportieren des Arbeitsobjekts W₁ zur Zielposition erfassen kann.
In Schritt S12 bewirkt die Steuereinrichtung 18, dass der Roboter 12 das Arbeitsobjekt W₁ freigibt. Insbesondere betätigt die Steuereinrichtung 18 die Roboterhand 26, um die Finger 36 zu öffnen. Dabei gibt die Roboterhand 26 das von der Roboterhand 26 ergriffene Arbeitsobjekt W₁ frei. Dadurch wird das Arbeitsobjekt W₁ an der Zielposition abgelegt.
Es ist zu beachten, dass, wenn in Schritt S11 JA bestimmt wird, die Steuereinrichtung 18 in diesem Schritt S12 den Roboter 12 gemäß dem Roboterprogramm betreiben kann, um das von dem Roboter 12 gegriffene Arbeitsobjekt W₁ in eine vorbestimmte Richtung (z.B. vertikal nach unten) zu bewegen, bevor das Arbeitsobjekt W₁ freigegeben wird.
Es sei beispielsweise angenommen, dass der Arbeiter A die zweite Aktion ausführt, wenn der Roboter 12 das Arbeitsobjekt W₁ vertikal nach oben von einem Ablagetisch bewegt, der die Zielposition ist. Wenn die zweite Aktion in Schritt S11 erkannt wird, betreibt die Steuereinrichtung 18 den Roboter 12, um das Arbeitsobjekt W₁ in Schritt S12 vertikal nach unten zu bewegen und das Arbeitsobjekt W₁ freizugeben, wenn das Arbeitsobjekt W₁ auf dem Ablagetisch abgelegt ist.
Diesbezüglich kann die Steuervorrichtung 18 die von der Krafterfassungsvorrichtung 14 erfasste äußere Kraft überwachen, wenn das Arbeitsobjekt W₁ vom Roboter 12 vertikal nach unten bewegt wird, und basierend auf den Daten der äußeren Kraft erfassen, ob das Arbeitsobjekt W₁ in Kontakt mit der Ablagetisch steht oder nicht. Dann kann die Steuervorrichtung 18 bewirken, dass der Roboter 12 das Arbeitsobjekt W₁ freigibt, wenn sie erfasst, dass das Arbeitsobjekt W₁ den Ablagetisch berührt.
In Schritt S13 bestimmt die Steuereinrichtung 18, ob sie den Betriebsendebefehl empfängt, ähnlich wie oben in Schritt S4 beschrieben. Wenn die Steuervorrichtung 18 bestimmt, dass sie den Betriebsendebefehl empfängt (d.h. JA bestimmt), beendet die Steuervorrichtung 18 den in 3 dargestellten Ablauf, wohingegen, wenn die Steuervorrichtung 18 bestimmt, dass sie den Betriebsendebefehl nicht empfängt (d.h. NEIN bestimmt), sie zu Schritt S3 zurückkehrt.
Danach führt der Arbeiter A erneut die erste Aktion an einem der anderen Arbeitsobjekte W₂ bis W₄ durch, und die Steuervorrichtung 18 führt wiederholt die Schleife der Schritte S3 bis Schritt S13 aus, um zu bewirken, dass der Roboter 12 die Arbeitsobjekte W₂ bis W₄ in Kooperation mit dem Arbeiter A sequentiell zur Zielposition transportiert.
Wie vorstehend beschrieben, bewirkt die Steuervorrichtung 18 in dieser Ausführungsform, dass der Roboter 12 eine vorbestimmte Arbeit (Bewegung in die Greifposition und das Greifen) am Arbeitsobjekt W ausführt, wenn die Erfassungseinrichtung 16B die erste Aktion des Arbeiters A erfasst. Gemäß dieser Konfiguration kann der Arbeiter A den Roboter 12 zu einem gewünschten Zeitpunkt intuitiv aktivieren, ohne eine Vorrichtung zu bedienen. Daher ist es möglich zu bewirken, dass der Roboter 12 eine kooperative Arbeit auszuführen, um eine hohe Koordination mit der Bewegung des Arbeiters A zu erreichen.
Ferner schaltet die Steuereinrichtung 18 in dieser Ausführungsform nach Abschluss des Schrittes S5 von der Positionsverfolgungssteuerung (Schritt S2 bis S5) basierend auf den Erfassungsdaten durch die Erfassungseinrichtung 16B auf die Durchführungssteuerung (Schritt S6 bis S10) basierend auf den Erfassungsdaten durch die Krafterfassungsvorrichtung 14 um. Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, eine Reihe von Arbeiten, das Aktivieren des Roboters 12 durch die erste Aktion des Arbeiters A und das Transportieren des Arbeitsobjekt W₁ in die Zielposition in Kooperation mit dem Roboter 12 reibungslos durchzuführen.
Ferner bewirkt die Steuervorrichtung 18 in dieser Ausführungsform, dass der Roboter 12 das Arbeitsobjekt W₁ freigibt, wenn die Erfassungseinrichtung 16B die zweite Aktion des Arbeiters A erfasst. Gemäß dieser Konfiguration kann der Arbeiter A intuitiv bewirken, dass der Roboter 12 das Arbeitsobjekt W₁ zum Zeitpunkt des Transports des Arbeitsobjekts W₁ in die Zielposition freigibt, ohne eine Vorrichtung zu bedienen.
In dieser Ausführungsform erfasst die Erfassungseinrichtung 16A die Position der Arbeitsobjekte W₁ bis W₄ in dem Roboterkoordinatensystem C_R. Die Arbeitsobjekte W₁ bis W₄ können jedoch durch eine Spannvorrichtung oder dergleichen an vorbestimmten Positionen im Roboterkoordinatensystem C_R angeordnet werden, und die Steuervorrichtung 18 kann die Positionen dieser Arbeitsobjekte W₁ bis W₄ beispielsweise im Roboterkoordinatensystem C_R vorab speichern.
In diesem Fall kann möglicherweise die Erfassungseinrichtung 16A in Schritt S1 die Positionen der Arbeitsobjekte W₁ bis W₄ im Roboterkoordinatensystem C_R nicht erfassen, sondern nur das Vorhandensein der Arbeitsobjekte W₁ bis W₄ erfassen. Dann identifiziert die Erfassungseinrichtung 16B in Schritt S3 das Arbeitsobjekt W₁, das das Ziel der ersten Aktion des Arbeiters A ist, und in Schritt S5 kann die Steuervorrichtung 18 den Roboter 12 basierend auf der vorab gespeicherten Positionsinformation des Arbeitsobjekts W₁ in die Greifposition bringen.
Weiterhin kann die Steuervorrichtung 18 in dem in 3 dargestellten Ablauf den oben beschriebenen Schritt S6 vor dem Schritt S5 (z.B. zu einem Zeitpunkt unmittelbar vor oder nach Schritt S2) ausführen, und während der Ausführung von Schritt S5, wenn die von der Krafterfassungsvorrichtung 14 erfasste äußere Kraft F den oberen Grenzwert F_MAX überschreitet, kann die Steuervorrichtung 18 bestimmen, dass die Roboterhand 26 mit dem Arbeiter A kollidiert, und den Roboter 12 dringend stoppen.
Wenn in diesem Fall bestimmt wird, dass der Roboter 12 mit dem Arbeiter A kollidiert, kann die Steuervorrichtung 18 ein Alarmsignal in der Form von Sprache oder eines Bildes erzeugen, das die Kollision zwischen dem Roboter 12 und dem Arbeiter A anzeigt, und den Alarm über den Lautsprecher oder das Display ausgeben.
Ferner kann die Krafterfassungsvorrichtung 14 aus dem Robotersystem 10 weggelassen werden. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung 18 anstelle der Schritte S6 bis S12 in 3 den Roboter 12 gemäß dem Roboterprogramm so betreiben, dass der Roboter 12 das Arbeitsobjekt W₁ automatisch in die Zielposition transportiert.
Dieses Roboterprogramm kann z.B. dadurch erstellt werden, dass dem Roboter 12 eingelernt wird, das Arbeitsobjekt W₁ in die Zielposition zu transportieren. Darüber hinaus ist die erste Aktion oder die zweite Aktion des Arbeiters A nicht auf die oben beschriebene Aktion beschränkt, sondern kann jede Aktion sein, solange die Erfassungseinrichtung 16B sie erkennen kann.
Als Nächstes wird ein Robotersystem 50 gemäß einer weiteren Ausführungsform mit Bezug auf die 11 und 12 beschrieben. Das Robotersystem 50 dient zum Ausführen einer Arbeit des Befestigens von Arbeitsobjekten V an einem Element F in Kooperation mit dem Arbeiter A. Das Robotersystem 50 unterscheidet sich vom oben beschriebenen Robotersystem 10 dadurch, dass es die Krafterfassungsvorrichtung 14 nicht umfasst, und durch Konfiguration eines Roboters 52.
Der Roboter 52 ist ein vertikaler Knickarmroboter und umfasst die Roboterbasis 20, den Drehkörper 22, den Roboterarm 24, das Handgelenk 32 und einen Endeffektor 54. Der Endeffektor 54 ist an dem Handgelenk 32 befestigt und umfasst ein Werkzeug 56. Das Werkzeug 56 hat eine Achse O, und der Endeffektor 54 treibt das Werkzeug 56 so an, dass es sich um die Achse O dreht. Das Arbeitsobjekt V ist z.B. eine Schraube, und der Endeffektor 54 dreht das Werkzeug 56 in einem Zustand, in dem das Werkzeug 56 an dem Arbeitsobjekt V eingreift, wodurch das Arbeitsobjekt V an dem Element F befestigt wird.
Anschließend wird der Betrieb des Robotersystems 50 mit Bezug auf 13 beschrieben. Der in 13 dargestellte Betriebsablauf wird begonnen, wenn die Steuereinrichtung 18 einen Betriebsstartbefehl von einem Bediener, einer Host-Steuerung oder einem Roboterprogramm empfängt. In dieser Ausführungsform, wie in 14 dargestellt, ist eine Mehrzahl von Arbeitsobjekten V₁ bis V₄ auf dem Element F abgelegt.
In Schritt S21 erfasst die Erfassungseinrichtung 16A jedes der Arbeitsobjekte V₁ bis V₄. Insbesondere sendet die Steuervorrichtung 18 einen Positionserfassungsbefehl an die Erfassungseinrichtung 16A. Beim Empfangen des Positionserfassungsbefehls von der Steuervorrichtung 18 bildet die Erfassungseinrichtung 16A jedes der Arbeitsobjekte V₁ bis V₄ ab und erfasst die Position (z.B. die Mitte) jedes der Arbeitsobjekte V₁ bis V₄ in dem Roboterkoordinatensystem C_R basierend auf dem aufgenommenen Bild.
In Schritt S22 beginnt die Erfassungseinrichtung 16B, die Aktion des Arbeiters A zu erfassen. Insbesondere sendet die Steuervorrichtung 18 einen Aktionserfassungsbefehl an die Erfassungseinrichtung 16B. Beim Empfangen des Aktionserfassungsbefehls bildet die Erfassungseinrichtung 16B den Arbeiter A fortlaufend ab und erfasst fortlaufend die Aktion des Arbeiters A basierend auf den aufgenommenen Bildern.
Die Erfassungseinrichtung 16B ist dazu konfiguriert, eine vorbestimmte Aktion des Arbeiters A zu erfassen. Diese vorbestimmte Aktion ist eine Aktion, die von dem Arbeiter A an dem zu befestigenden Arbeitsobjekt V durchgeführt wird, um zu bewirken, dass der Roboter 52 die Befestigungsarbeit des Arbeitsobjekts V auszuführt. Ein Beispiel für diese vorbestimmte Aktion wird mit Bezug auf 14 beschrieben.
In dem in 14 dargestellten Beispiel ist die vorbestimmte Aktion definiert als eine Aktion des Arbeiters A, der mit seinem/ihrem Finger C auf ein zu befestigendes Arbeitsobjekt V₁ zeigt. Die Erfassungseinrichtung 16B bildet fortlaufend den Arbeiter A ab und erfasst unter Verwendung der sogenannten Motion-Capture-Technologie die Aktion des Arbeiters A, der auf das Arbeitsobjekt V₁ zeigt, sowie eine Zeigerichtung G. Danach identifiziert die Erfassungseinrichtung 16B das sich mit der erfassten Zeigerichtung G schneidende Arbeitsobjekt V₁ als ein Befestigungsziel.
In Schritt S23 bestimmt die Erfassungseinrichtung 16B, ob sie die vorbestimmte Aktion des Arbeiters A erfasst oder nicht. Insbesondere bestimmt die Erfassungseinrichtung 16B, ob sie die Aktion des Arbeiters A, wie beispielsweise in 14 beschrieben, erfasst oder nicht. Beim Erfassen der Aktion des Arbeiters A bestimmt die Erfassungseinrichtung 16B JA und identifiziert das Arbeitsobjekt V₁ als das Befestigungsziel.
Danach sendet die Erfassungseinrichtung 16A an die Steuervorrichtung 18 eine Information über die Position des als Befestigungsziel identifizierten Arbeitsobjekts V₁ im Roboterkoordinatensystem C_R und geht weiter zu Schritt S25. Wenn andererseits die Erfassungseinrichtung 16B die vorbestimmte Aktion des Arbeiters A nicht erfasst, bestimmt sie NEIN und geht weiter zu Schritt S24.
In Schritt S24 bestimmt die Steuereinrichtung 18, ob sie den Betriebsendebefehl empfängt oder nicht, ähnlich wie in Schritt S4 beschrieben. Wenn die Steuervorrichtung 18 bestimmt, dass sie den Betriebsendebefehl empfängt (d.h. JA bestimmt), beendet die Steuervorrichtung 18 den in 13 dargestellten Ablauf. Wenn die Steuereinrichtung 18 andererseits bestimmt, dass sie den Betriebsendebefehl nicht empfängt (d.h. NEIN bestimmt), kehrt sie zu Schritt S23 zurück.
In Schritt S25 fungiert die Steuervorrichtung 18 als Robotersteuerung 42, um den Roboter 52 in eine Position zum Befestigen des Arbeitsobjekts V₁ (nachfolgend als „Befestigungsposition“ bezeichnet) zu bewegen, und zu bewirken, dass der Roboter 52 das Arbeitsobjekt V₁ am Element F befestigt. Insbesondere sendet die Steuervorrichtung 18 basierend auf der Information über die Position des Arbeitsobjekts V₁, die von der Erfassungsvorrichtung 16A im oben beschriebenen Schritt S23 empfangen wurde, einen Befehl an jeden Servomotor 40 des Roboters 52, und bewegt den Roboter 52 in die Befestigungsposition.
Wenn der Roboter 52 an der Befestigungsposition angeordnet ist, stimmen die Achse O des Werkzeugs 56 und die Mittelachse des Arbeitsobjekts V₁ miteinander überein, und das Werkzeug 56 greift an dem Arbeitsobjekt V₁ so an, dass es sich nicht relativ dazu dreht. Wie vorstehend beschrieben, wird die Steuervorrichtung 18 dadurch ausgelöst, dass die Erfassungseinrichtung 16B die vorbestimmte Aktion des Arbeiters A erfasst, und eine Arbeit (d.h. einen Befehl an den Servomotor 40) zum Bewegen des Roboters 52 in die Befestigungsposition beginnt.
Anschließend betätigt die Steuervorrichtung 18 den Endeffektor 54, um das Werkzeug 56 um die Achse O zu drehen. Dadurch wird das Arbeitsobjekt V₁ von dem Werkzeug 56 gedreht, um am Element F befestigt zu werden. Es ist zu beachten, dass die Steuervorrichtung 18 in diesem Schritt S25 den Betriebsweg des Roboters 52, der eine Kollision mit dem Arbeiter A vermeiden kann, basierend auf der Information über die Aktion des Arbeiters A, die fortlaufend von der Erfassungseinrichtung 16B erfasst wird, berechnen kann. Danach kann die Steuervorrichtung 18 den Roboter 52 entlang des berechneten Betriebswegs bewegen. Gemäß dieser Konfiguration kann eine Kollision zwischen dem Roboter 52 und dem Arbeiter A verhindert werden.
In Schritt S26 bestimmt die Steuervorrichtung 18, ob sie den Betriebsendebefehl empfängt, ähnlich wie beim oben beschriebenen Schritt S4. Wenn die Steuervorrichtung 18 bestimmt, dass sie den Betriebsendebefehl empfängt (d.h. JA bestimmt), beendet die Steuervorrichtung 18 den in 13 dargestellten Ablauf. Wenn andererseits die Steuervorrichtung 18 feststellt, dass sie den Betriebsendebefehl nicht empfängt (d.h. NEIN bestimmt), kehrt die Steuervorrichtung 18 zu Schritt S23 zurück.
Dann führt der Arbeiter A die erste Aktion an einem der anderen Arbeitsobjekte V₂ bis V₄ erneut durch, und die Steuervorrichtung 18 führt wiederholt die Schleife der Schritte S23 bis S26 aus, wodurch bewirkt wird, dass der Roboter 52 die Befestigungsarbeit an den Arbeitsobjekten V₂ bis V₄ in Kooperation mit dem Arbeiter A ausführt.
Wenn in dieser Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben, die Erfassungseinrichtung 16B die vorbestimmte Aktion des Arbeiters A erfasst, bewirkt die Steuervorrichtung 18, dass der Roboter 52 die vorbestimmte Arbeit (in die Befestigungsposition fahren und das Arbeitsobjekt befestigen) an dem Arbeitsobjekt V ausführt. Gemäß dieser Konfiguration kann der Arbeiter A den Roboter 52 zu einem gewünschten Zeitpunkt intuitiv aktivieren, ohne eine Vorrichtung zu bedienen.
Es ist zu beachten, dass in dieser Ausführungsform die von der Erfassungseinrichtung 16B erfasste vorbestimmte Aktion des Arbeiters A die in 4 dargestellte Annäherungsaktion, die in 5 dargestellte Greifaktion oder die in 7 dargestellte Antippaktion sein kann. Weiterhin führt der Roboter 52 in dieser Ausführungsform die Arbeit des Befestigens des Arbeitsobjekts V durch, kann aber auch z.B. eine Schweißarbeit an einem Arbeitsobjekt oder eine andere Arbeit durchführen. Wenn der Roboter 52 die Schweißarbeiten durchführt, kann der Endeffektor 54 des Roboters 52 einen Schweißbrenner umfassen.
In den obigen Ausführungsformen führt der Roboter 12, 52 die Arbeit an einer Mehrzahl von Arbeitsobjekten W, V durch, kann die Arbeit aber auch an nur einem Arbeitsobjekt durchführen. Ferner kann die Erkennungseinrichtung 16B durch eine Kamera und den Prozessor der Steuervorrichtung 18 konfiguriert werden. Insbesondere kann die Kamera den Arbeiter A abbilden, und der Prozessor der Steuervorrichtung 18 kann das von der Kamera aufgenommene Bild analysieren, um die Aktion des Arbeiters A zu erfassen.
Außerdem ist die Erfassungseinrichtung 16B nicht auf den visuellen 3D-Sensor beschränkt, sondern kann eine Mehrzahl von Trägheitssensoren umfassen, die am Körper des Arbeiters A angebracht sind. In diesem Fall kann die Steuervorrichtung 18 die Aktion des Arbeiters A basierend auf den Ausgangsdaten der Mehrzahl von Trägheitssensoren erfassen. Ferner ist die Erfassungseinrichtung 16B nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann jede Art von Sensor umfassen, der die Aktion des Arbeiters A unter Verwendung einer beliebigen Art von Motion-Capture-Technologie erfasst.
Weiterhin können die Erfassungseinrichtungen 16A und 16B durch eine Erfassungseinrichtung konfiguriert werden. Eine solche Ausführungsform ist in 15 dargestellt. Das in 15 dargestellte Robotersystem 10' umfasst eine Erfassungseinrichtung 16. Die Erfassungseinrichtung 16 besteht z.B. aus einem visuellen 3D-Sensor und funktioniert als die oben beschriebenen Erfassungseinrichtungen 16A und 16B. Insbesondere erfasst die Erfassungseinrichtung 16 das Arbeitsobjekt W sowie die vorgegebene Aktion des Arbeiters A an dem Arbeitsobjekt W. Die Erfassungseinrichtung 16 kann ferner auf das oben beschriebene Robotersystem 50 angewendet werden.
Es ist zu beachten, dass in dem Robotersystem 10 die Krafterfassungsvorrichtung 14 an einer beliebigen Position vorgesehen werden kann. Im Folgenden wird ein weiteres Beispiel für die Einbauposition der Krafterfassungsvorrichtung 14 mit Bezug auf 16 beschrieben. In einem in 16 dargestellten Robotersystem 10" ist die Krafterfassungsvorrichtung 14 zwischen der Roboterbasis 20 und der Grundplatte 38 angeordnet. In diesem Beispiel kann die Krafterfassungsvorrichtung 14 die auf jede Komponente des Roboters 12 (d.h. die Roboterbasis 20, den Drehkörper 22, den Roboterarm 24, das Handgelenk 32 oder die Roboterhand 26) ausgeübte äußere Kraft F erfassen.
Es ist zu beachten, dass die Krafterfassungsvorrichtung 14 nicht auf den sechsachsigen Kraftsensor beschränkt ist, sondern z.B. einen Drehmomentsensor umfassen kann, der dazu konfiguriert ist, ein Drehmoment um die Antriebswelle jedes Servomotors 40 zu erfassen, und dazu konfiguriert ist, die auf die Komponente des Roboters 12 ausgeübte äußere kraft F basierend auf dem von jedem Drehmomentsensor erfassten Wert zu erfassen. Alternativ kann die Krafterfassungsvorrichtung 14 dazu konfiguriert sein, die auf die Komponente des Roboters 12 ausgeübte äußere Kraft F basierend auf einem von jedem Servomotor 40 zurückgeführten Stördrehmoment zu erfassen.
Der Roboter 12 (oder 52) ist nicht auf den vertikalen Knickarmroboter beschränkt, sondern kann jede Art von Roboter sein, wie beispielsweise ein horizontaler Knickarmroboter, ein Parallelgelenkroboter oder eine Ladeeinrichtung. Außerdem kann der Roboter 12 (oder 52) einen Roboterhauptkörper, der aus der Roboterbasis 20, dem Drehkörper 22, dem Roboterarm 24, dem Handgelenk 32 und der Roboterhand 26 (oder dem Endeffektor 54) besteht, und eine Verfahrvorrichtung zum Bewegen des Roboterhauptkörpers in jede Richtung umfassen. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung 18 die Verfahrvorrichtung betreiben, um den Roboterhauptkörper in den oben beschriebenen Schritten S5 und S10 (oder Schritt S25) zu bewegen.

Claims

Robotersystem (10), umfassend: einen Roboter (12); eine Erfassungseinrichtung (16B), die dazu konfiguriert ist, ein Arbeitsobjekt (W) und eine vorbestimmte Aktion einer Person (A) an dem Arbeitsobjekt (W) zu erfassen; und eine Robotersteuerung (42), die dazu konfiguriert ist: zu bewirken, dass der Roboter (12) eine vorbestimmte Arbeit an dem von der Erfassungseinrichtung (16B) erfassten Arbeitsobjekt (W) auszuführt, wenn die Erfassungseinrichtung (16B) die vorbestimmte Aktion erfasst, und zu bewirken, dass der Roboter (12) das Arbeitsobjekt (W) freigibt, wenn die Erfassungseinrichtung (16B) eine von der vorbestimmten Aktion unterschiedliche zweite Aktion der Person (A) erfasst.
Robotersystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Arbeit darin besteht, dass der Roboter (12) das Arbeitsobjekt (W) greift und transportiert, wobei die Robotersteuerung (42) den Roboter (12) in eine Greifposition bewegt, in der der Roboter (12) das Arbeitsobjekt (W) basierend auf einer von der Erfassungseinrichtung (16B) erfassten Position des Arbeitsobjekts (W) greifen soll, und bewirkt, dass der Roboter (12) das Arbeitsobjekt an der Greifposition greift.
Robotersystem (10) nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Krafterfassungsvorrichtung (14), die dazu konfiguriert ist, eine auf den Roboter (12) ausgeübte äußere Kraft zu erfassen, wobei die Robotersteuerung (42) bewirkt, dass der Roboter (12) das Arbeitsobjekt basierend auf Daten der von der Krafterfassungsvorrichtung (14) erfassten äußeren Kraft transportiert.
Robotersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Erfassungseinrichtung (16B) dazu konfiguriert ist, als die vorbestimmte Aktion zu erfassen: eine Aktion der Person (A), die sich dem Arbeitsobjekt (W) nähert; eine Aktion der Person (A), die das Arbeitsobjekt (W) mit einer Hand (B) greift; eine Aktion der Person (A), die mit einem Finger (C) auf das Arbeitsobjekt (W) zeigt; oder eine Aktion der Person (A), die das Arbeitsobjekt (W) mit der Hand (B) antippt.
Steuerungsverfahren eines Roboters (10), umfassend: Erfassen eines Arbeitsobjekts (W); Erfassen einer vorbestimmten Aktion einer Person (A) an dem Arbeitsobjekt (W); Bewirken, dass der Roboter eine vorbestimmte Arbeit an dem erfassten Arbeitsobjekt (W) ausführt, wenn die vorbestimmte Aktion erfasst wird; und Bewirken, dass der Roboter das Arbeitsobjekt (W) freigibt, wenn eine von der vorbestimmten Aktion unterschiedliche zweite Aktion der Person (A) erfasst wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 5, wobei die Arbeit darin besteht, dass der Roboter (10) das Arbeitsobjekt (W) greift und transportiert, wobei das Verfahren umfasst: Bewegen des Roboters (10) in eine Greifposition, in der der Roboter (10) das Arbeitsobjekt (W) basierend auf einer Position des erfassten Arbeitsobjekts (W) greifen soll, wenn die vorbestimmte Aktion erfasst wird; Bewirken, dass der Roboter (10) das Arbeitsobjekt (W) an der Greifposition greift; und Bewirken, dass der Roboter (10) das Arbeitsobjekt (W) basierend auf Daten einer auf den Roboter (10) ausgeübten äußeren Kraft, die von der Krafterfassungseinrichtung (16B) erfasst wird, transportiert.