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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Produktionsverfahren und Produktionssystem, die einen Roboter verwenden.
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Ein System zum Verarbeiten von Werkstücken, die verschiedene Oberflächenformen aufweisen, ist bekannt. Gemäß diesem Verarbeitungssystem wird ein Roboter, der einen Greifer aufweist, an dem ein Werkzeug befestigt ist, basierend auf einem Kraftsignal gesteuert, das von einem Kraftsensor detektiert wird, der derart in dem Greifer eingerichtet ist, dass das Werkzeug sich bewegt und die Oberflächenform des Werkstücks nachverfolgt (siehe zum Beispiel
JP 2011-041 992 A ).
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Beispielsweise in dem Fall, in dem ein Werkstück mit einem Greifer gegriffen wird, der an einem Ende eines Roboters befestigt ist, und gegen ein Werkzeug gedrückt wird, damit seine Oberfläche verarbeitet wird, kann indes die Oberfläche aufgrund der geringen Greifleistung des Greifers, sogar wenn der Roboter basierend auf einem während der Verarbeitung von einem Kraftsensor detektierten Kraftsignal gesteuert wird, nicht mit hoher Präzision verarbeitet werden.
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DE 10 2016 008 060 A1 offenbart zudem eine Robotersteuereinheit, für einen Roboter, der die zwischen einem gegebenen Gegenstand, der am Endwirkglied des Roboters angeordnet ist, und einem anderen Gegenstand wirkende Kraft regelt, um den gegebenen Gegenstand bezüglich des anderen Gegenstands zu bewegen, sodass der gegebene Gegenstand und der andere Gegenstand in einen kombinierten Zustand versetzt werden, in dem ein festgelegter Abschnitt des gegebenen Gegenstands und ein festgelegter Abschnitt des anderen Gegenstands miteinander in Kontakt und kombiniert sind.
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Außerdem ist in
DE 10 2015 213 326 A1 ein Verfahren zum Handhaben eines Bauteils, und insbesondere zum Bestimmen einer Ausrichtung des Bauteils und Bearbeiten des Bauteils beschrieben.
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Ferner ist in
EP 2 990 165 A2 ein Roboter und ein Robotersystem offenbart. Weiterhin sind in
US 2017/0057093 A1 ein Roboter, eine Steuereinrichtung und ein Robotersystem gezeigt.
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Darüber hinaus ist in
US 2012/0028545 A1 eine Schleifvorrichtung mit geringer Reibung und ein Verfahren zum lösbaren Befestigen flexibler Schleifscheiben an einer Platte mit ebener Oberfläche, die in Dreipunkt-Schleifkontakt mit Werkstücken mit ebener Oberfläche schwimmt, die an drei Drehspindeln befestigt sind, beschrieben.
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Ein weiterer Roboter ist in
JP H09-225 871 A gezeigt.
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PATENTLITERATUR
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Produktionsverfahren und ein Produktionssystem bereitzustellen, die einen Roboter verwenden, mit dem zum Beispiel ein Werkstück mit Präzision verarbeitet werden kann, sogar wenn die Greifleistung des Greifers, der das Werkstück greift, gering ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Produktionsverfahren, das Folgendes umfasst: Greifen eines Werkstücks mit einem Greifer, der an einem Ende eines Roboters befestigt ist, der mit einem Kraftsensor ausgestattet ist; und Drücken einer flachen Gegenstandsoberfläche des gegriffenen Werkstücks gegen eine flache Zieloberfläche bei einer gleichmäßigen Druckverteilung. Der Greifer umfasst zwei Greifstücke, die das Werkstück durch Einschichten des Werkstücks in einer Breitenrichtung zwischen zwei Oberflächen orthogonal zur flachen Gegenstandsoberfläche greifen, und Drückoberflächen, die an einer zu drückenden Oberfläche des Werkstücks der flachen Gegenstandsoberfläche gegenüberliegend anliegen. Beim Greifen des Werkstücks mit dem Greifer wird bewirkt, dass die Drückoberflächen an der zu drückenden Oberfläche in einer Nähe einer Greifposition anliegen, wobei der Roboter basierend auf Kräften betätigt wird, die von dem Kraftsensor detektiert werden, sodass der Roboter eine Ausrichtung annimmt, in der Momente um Achsen, die innerhalb der flachen Gegenstandsoberfläche liegen, ausgeglichen sind, und das Werkstück mit den zwei Greifstücken des Greifers an einer Position gegriffen wird, wo die Momente ausgeglichen sind. Dann wird der Roboter betätigt, um eine Ausrichtung anzunehmen, mit der die flache Gegenstandsoberfläche an der flachen Zieloberfläche ausgerichtet ist.
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Wenn das Werkstück mit dem Greifer gegriffen wird, der an dem Ende des Roboters befestigt ist, wird gemäß diesem Aspekt bewirkt, dass die Drückoberflächen des Greifers an der zu drückenden Oberfläche des Werkstücks anliegen und somit wirkt Kraft von dem Werkstück auf den Greifer und wird von dem Kraftsensor, der in dem Roboter eingerichtet ist, detektiert. Dann werden basierend auf der detektierten Kraft die Momente um die Achsen, die innerhalb der flachen Gegenstandsoberfläche des Werkstücks liegen, berechnet und der Roboter wird betätigt, um eine Ausrichtung anzunehmen, mit der die Momente ausgeglichen sind. In diesem Zustand wird das Werkstück mit zwei Greifstücken in der Breitenrichtung gegriffen und der Roboter wird betätigt, um eine Ausrichtung anzunehmen, mit der die flache Gegenstandsoberfläche an der flachen Zieloberfläche ausgerichtet ist. Folglich kann die Betätigung zum Drücken der flachen Gegenstandsoberfläche des Werkstücks gegen die flache Zieloberfläche bei einer gleichmäßigen Druckverteilung durchgeführt werden.
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Mit anderen Worten, die Ausrichtung des Greifers wird während des Verfahrens zum Greifen des Werkstücks mit dem Greifer angepasst, um zur Form des Werkstücks zu passen. Sogar wenn ein Werkstück mit geringer Formpräzision mit einem Greifer mit geringer Greifleistung zu greifen ist, kann somit die Betätigung zum Drücken der flachen Gegenstandsoberfläche des Werkstücks gegen die flache Zieloberfläche bei einer gleichmäßigen Druckverteilung durchgeführt werden.
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Bevor der Roboter betätigt wird, um die Ausrichtung anzunehmen, mit der die flache Gegenstandsoberfläche an der flachen Zieloberfläche ausgerichtet wird, kann der Roboter in dem vorhergehend beschriebenen Aspekt betätigt werden, um eine Ausrichtung anzunehmen, in der die flache Gegenstandsoberfläche an einer flachen Ausrichtungsoberfläche ausgerichtet ist, die parallel zur flachen Zieloberfläche ist, und anschließend kann der Roboter betätigt werden, um sich von der flachen Ausrichtungsoberfläche zur flachen Zieloberfläche zu bewegen, während die Ausrichtung des Werkstücks beibehalten wird.
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Wenn die flache Oberfläche, auf der das Werkstück platziert wird, und die flache Zieloberfläche zu dem Zeitpunkt, an dem das Werkstück gegriffen wird, nicht parallel zueinander sind, wird die flache Ausrichtungsoberfläche gemäß diesem Merkmal parallel zur flachen Zieloberfläche verwendet, um die Ausrichtung des Greifers zu bestimmen, und dann wird der Roboter betätigt, um sich von der flachen Ausrichtungsoberfläche zur flachen Zieloberfläche zu bewegen, während die Ausrichtung des Werkstücks beibehalten wird. Durch diese einfache Betätigung kann die Betätigung zum Drücken der flachen Gegenstandsoberfläche des Werkstücks gegen die flache Zieloberfläche bei einer gleichmäßigen Druckverteilung einfach durchgeführt werden.
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In dem vorhergehend beschriebenen Aspekt kann die flache Zieloberfläche eine Polieroberfläche einer Poliermaschine sein, die poliert, und die flache Gegenstandsoberfläche kann eine zu polierende Oberfläche sein.
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Gemäß diesem Merkmal kann, sogar wenn die Formpräzision des Werkstücks gering ist und die Greifleistung des Greifers gering ist, die zu polierende Oberfläche des Werkstücks bei einer gleichmäßigen Druckverteilung gegen die Polieroberfläche der Poliermaschine gedrückt werden und das Polieren kann mit hoher Präzision durchgeführt werden.
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In dem vorhergehend beschriebenen Aspekt kann die flache Zieloberfläche eine Oberfläche sein, auf der das Werkstück zu verbinden ist, und die flache Gegenstandsoberfläche kann eine Verbindungsoberfläche sein.
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Gemäß diesem Merkmal kann, sogar wenn die Formpräzision des Werkstücks gering ist und die Greifleistung des Greifers gering ist, die Verbindungsoberfläche des Werkstücks bei einer gleichmäßigen Druckverteilung gegen die zu verbindende Oberfläche gedrückt werden und das Verbindungsverfahren kann mit hoher Präzision durchgeführt werden.
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Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Produktionssystem, das Folgendes umfasst: einen Roboter, der mit einem Kraftsensor ausgestattet ist; einen Greifer, der ein Werkstück greift, wobei der Greifer an einem Ende des Roboters befestigt ist; und eine Steuereinheit, die den Roboter steuert. Der Greifer umfasst zwei Greifstücke, die das Werkstück durch Einschichten des Werkstücks in einer Breitenrichtung zwischen zwei Oberflächen orthogonal zu einer flachen Gegenstandsoberfläche des Werkstücks greifen, und Drückoberflächen, die an einer zu drückenden Oberfläche des Werkstücks der flachen Gegenstandsoberfläche gegenüberliegend anliegen. Beim Greifen des Werkstücks mit dem Greifer steuert die Steuereinheit den Roboter derart, dass bewirkt wird, dass die Drückoberflächen an der zu drückenden Oberfläche in einer Nähe einer Greifposition anliegen, wobei der Roboter basierend auf Kräften betätigt wird, die von dem Kraftsensor detektiert werden, sodass der Roboter eine Ausrichtung annimmt, in der Momente um Achsen, die innerhalb der flachen Gegenstandsoberfläche liegen, ausgeglichen sind, und das Werkstück mit den zwei Greifstücken des Greifers an einer Position gegriffen wird, wo die Momente ausgeglichen sind; und dann steuert die Steuereinheit den Roboter derart, dass der Roboter eine Ausrichtung annimmt, mit der die flache Gegenstandsoberfläche an der flachen Zieloberfläche ausgerichtet ist.
- 1 ist eine Darstellung, die die Gesamtstruktur eines Produktionssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
- 2 ist eine perspektivische Teilansicht, die einen Greifer und einen Kraftsensor veranschaulicht, die an einem Roboter des in 1 veranschaulichten Produktionssystems befestigt sind.
- 3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein typisches durch das in 1 veranschaulichte Produktionssystem zu verarbeitendes Werkstück veranschaulicht.
- 4 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Werkstück veranschaulicht, das eine im Vergleich zum in 3 veranschaulichten Werkstück abgeschrägte obere Oberfläche aufweist.
- 5 ist eine perspektivische Teilansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem der Greifer in der Nähe der Greifposition des in 4 veranschaulichten Werkstücks platziert ist.
- 6 ist eine schematische Darstellung, die eine Druckverteilung veranschaulicht, die in einer zu polierenden Oberfläche erzeugt wird, wenn das in 3 veranschaulichte Werkstück gegriffen wird.
- 7 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Produktionsverfahren veranschaulicht, das einen Roboter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
- 8 ist eine schematische Darstellung, die eine Druckverteilung veranschaulicht, die in einer zu polierenden Oberfläche erzeugt wird, wenn eine Drückoberfläche gegen eine obere Oberfläche des Werkstücks gedrückt wird, wenn das in 4 veranschaulichte Werkstück gegriffen wird.
- 9 ist eine perspektivische Teilansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem die Ausrichtung des Roboters von dem in 8 veranschaulichten Zustand geändert wird, sodass die Momente ausgeglichen werden.
- 10 ist eine schematische Darstellung, die die Druckverteilung veranschaulicht, die in dem in 9 veranschaulichten Zustand in der zu polierenden Oberfläche erzeugt wird.
- 11 ist eine perspektivische Teilansicht, die einen Poliervorgang veranschaulicht, in dem das Werkstück zu einem Bandschleifer bewegt wird, während die in 9 veranschaulichte Ausrichtung des Greifers beibehalten wird.
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Ein Produktionsverfahren und ein Produktionssystem 1, die einen Roboter 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwenden, werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Das Produktionsverfahren dieser Ausführungsform beinhaltet das Drücken einer Polieroberfläche (flache Zieloberfläche) 6a einer Poliermaschine 6 gegen eine zu polierende Oberfläche (flache Gegenstandsoberfläche) W1 eines Werkstücks W, das mit einem Greifer 4 gegriffen wird, um die zu polierende Oberfläche W1 des Werkstücks W zu polieren.
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Wie in 1 veranschaulicht, ist das Produktionssystem 1 dieser Ausführungsform mit dem Roboter 2, einer Steuereinheit (nicht veranschaulicht), die den Roboter 2 steuert, einem Kraftsensor 3, der an dem Ende des Roboters 2 befestigt ist, dem Greifer 4, der an dem Ende des Roboters 2 mit dem Kraftsensor 3 dazwischen befestigt ist, einem Tisch 5, auf dem das Werkstück W platziert wird, und einem Bandschleifer (Poliermaschine) 6 ausgestattet, der die zu polierende Oberfläche W1 des Werkstücks W poliert. In dem in 1 veranschaulichten Beispiel ist der Roboter 2 ein vertikaler Gelenkroboter und der Kraftsensor 3 und der Greifer 4 sind am Ende eines Greifergelenks 22 an dem Ende eines Armes 21 eingerichtet.
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Wie in 2 und 6 veranschaulicht, wird ein Tool Center Point (TCP - Werkzeugmittelpunkt), der in Bezug auf den Greifer 4 fest ist, vor dem Greifergelenk 22 des Roboters 2 eingestellt, und der Kraftsensor 3 detektiert Kräfte in Achsenrichtungen in den XYZ-Koordinaten, die in Bezug auf den TCP eingestellt werden, und die Momente um die entsprechenden Achsen.
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Der Greifer 4 ist mit zwei Greifstücken 9 ausgestattet, die von einer Halterung 7 gestützt werden, die an dem Kraftsensor 3 fixiert ist, und die zwei Greifstücke 9 können durch Betätigen eines Zylinders 8 geschlossen und geöffnet werden. Jedes der Greifstücke 9 weist ein Drückoberflächenelement 10 auf, das die Form eines freitragenden Trägers aufweist. Das Drückoberflächenelement 10 befindet sich an einer Position in einem bestimmten Abstand weg von dem Ende des Greifstücks 9 hin zur Basis und erstreckt sich parallel zur XY-Ebene von der Oberfläche des Greifstücks 9, die dem anderen Greifstück 9 zugewandt ist.
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Wie in 3 veranschaulicht, wird erwartet, dass das Werkstück W, das mit dem Greifer 4 zu greifen ist, ein rechtwinkliges rechteckiges Werkstück W ist. Wie in 5 veranschaulicht, wird zum Greifen eines solchen Werkstücks W der Greifer 4 von oberhalb des Werkstücks W, das mit der nach unten gewandten zu polierenden Oberfläche W1 auf einer Tischoberfläche 5a des Tisches 5 platziert ist, in die Nähe gebracht und die zwei von dem Zylinder 8 voneinander beabstandet eingestellten Greifstücke 9 werden positioniert, um das Werkstück W in der X-Achsenrichtung (Breitenrichtung) zu flankieren.
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Dann werden, wie in 6 veranschaulicht, Endseitenoberflächen (Drückoberflächen) 10a der Drückoberflächenelemente 10 der Greifstücke 9 gegen eine obere Oberfläche (zu drückende Oberfläche) W2 des Werkstücks W gedrückt. In diesem Zustand werden die Greifstücke 9 geschlossen, sodass das Werkstück W zwischen den zwei Greifstücken 9 in der X-Achsenrichtung eingeschichtet wird und das Werkstück W durch Reibung gegriffen werden kann. Der TCP ist vorzugsweise an der mittleren Position zwischen den zwei Greifstücken 9 innerhalb einer flachen Ebene angeordnet, die die Drückoberflächen 10a umfasst.
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Die zu polierende Oberfläche W1 des Werkstücks W, das mit dem Greifer 4 gegriffen wird, wird mit einer Polieroberfläche 6a des Bandschleifers 6 in engen Kontakt gebracht, sodass auf die zu polierende Oberfläche W1 eine gleichmäßige Druckverteilung ausgeübt wird und die Oberfläche gleichmäßig poliert werden kann.
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Die Steuereinheit betätigt den Roboter 2 gemäß einem vorab gelernten Betriebsprogramm und steuert den Roboter 2, um den folgenden Betrieb durchzuführen, um das auf dem Tisch 5 platzierte Werkstück W zu greifen.
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Wie in 7 veranschaulicht, wird in dem Produktionsverfahren, das den Roboter 2 dieser Ausführungsform verwendet, zuerst der Roboter 2 betätigt, um den Greifer 4 an einer Position zu platzieren, wo das Werkstück W zu greifen ist (Schritt S1). Insbesondere wird der Greifer 4 von vertikal über dem Werkstück W in die Nähe des Werkstücks W gebracht und die zwei Greifstücke 9, die von dem Zylinder 8 voneinander beabstandet eingestellt werden, werden positioniert, um das Werkstück W in der X-Achsenrichtung zu flankieren.
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Dann wird der Greifer 4 vertikal nach unten bewegt, um die Drückoberflächen 10a der Drückoberflächenelemente 10 der Greifstücke 9 gegen die obere Oberfläche W2 des Werkstücks W zu drücken (Schritt S2). In diesem Zustand wird der Roboter 2 betätigt, um eine Ausrichtung anzunehmen, in der die Momente um die X-, Y- und Z-Achsen, die von dem Kraftsensor 3 detektiert werden, ausgeglichen sind (Schritt S3). Wie in 3 veranschaulicht, werden, wenn das Werkstück W eine präzise rechtwinklige rechteckige Form aufweist, die Momente um die Achsen nicht erzeugt und ein Gleichgewicht wird beibehalten.
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Wenn indes die Formpräzision des Werkstücks W gering ist, zum Beispiel, wenn die obere Oberfläche W2 des Werkstücks W in der Y-Achsen-Richtung geneigt ist, wie in 4 veranschaulicht, und während des Ausgangszustands, in dem die Drückoberflächen 10a die obere Oberfläche W2 des Werkstücks W kontaktieren, stellen die Drückoberflächen 10a partiellen Kontakt her und es wird ein Moment um die X-Achsenrichtung erzeugt, wie in 8 veranschaulicht. In diesem Fall steuert die Steuereinheit den Roboter 2, um die Ausrichtung des Roboters 2 in eine Richtung zu ändern, in der das Moment abnimmt.
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Mit anderen Worten betätigt die Steuereinheit, wie in 9 und 10 veranschaulicht, den Roboter 2, bis der Roboter 2 eine Ausrichtung annimmt, mit der alle Teile der Drückoberfläche 10a die obere Oberfläche W2 des Werkstücks W kontaktieren und das Moment um die X-Achse durch die Reaktionskraft von dem Werkstück W ausgeglichen wird.
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Aus diesem Zustand betätigt die Steuereinheit den Greifer 4, um das Werkstück W zwischen den Greifstücken 9 zu greifen (Schritt S4). Dann betätigt die Steuereinheit, wie in 11 veranschaulicht, den Roboter 2 bis zu einer Position, wo die zu polierende Oberfläche W1 des Werkstücks W an der Polieroberfläche 6a des Bandschleifers 6 ausgerichtet ist (Schritt S5). Der Bewegungsweg und die Ausrichtung des Roboters 2 in dem Bewegungsweg können beliebig sein; wenn indes die Tischoberfläche 5a des Tisches 5 und die Polieroberfläche 6a des Bandschleifers 6 parallel zueinander sind, wird der Roboter 2 vorzugsweise translatorisch bewegt, während die Ausrichtung des Greifers 4 beibehalten wird.
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Dann wird aus diesem Zustand das Werkstück W nach unten in eine Richtung orthogonal zu der Polieroberfläche 6a gebracht, sodass die zu polierende Oberfläche W1 des Werkstücks W bei einer gleichmäßigen Druckverteilung gegen die Polieroberfläche 6a des Bandschleifers 6 gedrückt werden kann und das Polieren gleichmäßig durchgeführt werden kann, was ein Vorteil ist.
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Gemäß dem Produktionsverfahren und dem Produktionssystem 1, die den Roboter 2 dieser Ausführungsform verwenden, der die vorhergehend erwähnte Struktur aufweist, wird die Ausrichtung des Roboters 2 nicht basierend auf den Momenten angepasst, die während des Poliervorgangs detektiert werden, das den Bandschleifer 6 einbezieht, sondern der Roboter 2 wird betätigt, um eine Ausrichtung anzunehmen, mit der die Momente ausgeglichen sind, wenn der Greifer 4 das Werkstück W greift. Dann kann partieller Kontakt zwischen der zu polierenden Oberfläche W1 und der Polieroberfläche 6a von dem Beginn des Poliervorgangs an vermieden werden und somit kann das Polieren gleichmäßig durchgeführt werden, was ein Vorteil ist.
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Mit anderen Worten, sogar wenn das Werkstück W eine geringe Formpräzision aufweist und der Greifer 4 eine geringe Greifleistung aufweist, kann die zu polierende Oberfläche W1 des Werkstücks W bei einer gleichmäßigen Druckverteilung gegen die Polieroberfläche 6a der Poliermaschine 6 gedrückt werden und das Polieren kann mit hoher Präzision durchgeführt werden, was ein Vorteil ist.
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In dieser Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, in dem die Tischoberfläche 5a des Tisches 5 und die Polioberfläche 6a des Bandschleifers 6 parallel zueinander sind; wenn diese Oberflächen indes nicht parallel sind, kann ein vorübergehender Platzierungstisch, der eine obere Oberfläche (flache Ausrichtungsoberfläche) parallel zu der Polieroberfläche 6a aufweist, in der Nähe des Bandschleifers 6 angeordnet werden, und, nachdem das Werkstück W gegen den vorübergehenden Platzierungstisch gedrückt wurde, um die zu polierende Oberfläche W1 und die Polieroberfläche 6a parallel zueinander zu machen, kann das Werkstück W translatorisch bis zum Bandschleifer 6 bewegt werden.
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In dieser Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, in dem die flache Gegenstandsoberfläche des mit dem Bandschleifer 6 zu polierenden Werkstücks W die zu polierende Oberfläche W1 ist; alternativ kann die vorliegende Erfindung auf ein Produktionsverfahren und ein Produktionssystem 1 angewandt werden, mit denen das Verbinden durch Drücken bei einer gleichmäßigen Druckverteilung erfolgt, wie beispielsweise in dem Fall, in dem die flache Gegenstandsoberfläche (Verbindungsoberfläche) des Werkstücks W mit einer Oberfläche (zu verbindende Oberfläche) eines anderen Elements verbunden ist. Alternativ kann die vorliegende Erfindung auf irgendein anderes Produktionsverfahren und Produktionssystem 1 angewandt werden, in dem die flache Gegenstandsoberfläche des Werkstücks W bei einer gleichmäßigen Druckverteilung gegen eine flache Zieloberfläche gedrückt wird.
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Alternativ kann der Roboter 2 von irgendeinem anderen Typ als dem vertikalen Gelenktyp sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Produktionssystem
- 2
- Roboter
- 3
- Kraftsensor
- 4
- Greifer
- 6
- Bandschleifer (Poliermaschine)
- 6a
- Polieroberfläche (flache Zieloberfläche)
- 9
- Greifstück
- 10a
- Oberfläche (Drückoberfläche)
- W
- Werkstück
- W1
- zu polierende Oberfläche (flache Gegenstandsoberfläche)
- W2
- obere Oberfläche (zu drückende Oberfläche)
