DE102019200117A1

DE102019200117A1 - Robotersteuerung

Info

Publication number: DE102019200117A1
Application number: DE102019200117.3A
Authority: DE
Inventors: Masakazu Ichinose; Takahiro Okamoto
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-01-18
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2019-08-01
Anticipated expiration: 2039-01-09
Also published as: JP2019123060A; CN110053042A; CN110053042B; DE102019200117B4; JP6661676B2; US20190217469A1; US10814482B2

Abstract

Zum Bereitstellen einer Robotersteuerung, die sowohl eine Vibration zur Unterdrückung in einem Roboter als auch Erhöhen der Geschwindigkeit des Roboters erzielt. Eine Robotersteuerung 20 steuert einen Armspitzenendbereich 12 eines Roboters 10, um sich bei einer konstanten vorbestimmten Geschwindigkeit zu bewegen, auf Basis eines, einen Bogenbereich beinhaltenden Bewegungspfads, wobei die Robotersteuerung 20 beinhaltet: eine Zentrifugalkraft-Recheneinheit 22, die eine Zentrifugalkraft berechnet, die auf dem Armspitzenendbereich 12 einwirkt, als Zeitreihendaten; eine Transformationseinheit 23, die FourierTransformation in Bezug auf die Zeitreihendaten der Zentrifugalkraft in Frequenzdaten durchführt; und eine Geschwindigkeits-Bestimmungseinheit, welche die vorbestimmte Geschwindigkeit so bestimmt, dass eine Frequenzkomponente in einem vorbestimmten Bereich, der eine natürliche Vibrationsfrequenz des Roboters beinhaltet, gleich oder kleiner einem Schwellenwert ist, auf Basis von Frequenzdaten der Zentrifugalkraft.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Robotersteuerung.
Stand der Technik
Patentdokumente 1 bis 3 offenbaren Technologien des Unterdrückens von Vibration eines Arms, der durch Resonanz bei einer natürlichen Vibrationsfrequenz (natürliche Resonanzfrequenz) eines Roboters angeregt wird, in einem Industrieroboter. Patentdokument 1 offenbart eine Technologie des Unterdrückens von Vibration eines Arms, durch Bereitstellen eines Kerbfilters in einer Steuerschleife und Entfernen einer Frequenzkomponente, die einer natürlichen Frequenz eines Roboters entspricht, aus einem Steuersignal. Patentdokument 2 offenbart eine Technologie des Unterdrückens von Vibration eines Arms zum Zeitpunkt des Betriebsstarts oder -stopps (zum Zeitpunkt der Beschleunigung und Verlangsamung) eines Roboters durch Durchführen einer Fourier-Transformation in Bezug auf eine Beschleunigung, die durch ein Beschleunigungsmuster angegeben ist, um eine Leistungsspektrumsverteilung zu erhalten, Entfernen eines Bereichs, der einer Frequenz entspricht, die Vibration in einem Roboter anregt, aus der Leistungsspektrumsverteilung und Durchführen inverser Fourier-Transformation in Bezug auf die verbleibende Leistungsspektrumsverteilung, um wieder ein Beschleunigungsmuster zu ermitteln. Patentdokument 3 offenbart eine Technologie des Unterdrückens der Vibration eines Arms in Echtzeit (zum Zeitpunkt der Beschleunigung und Verlangsamung), durch Berechnen einer natürlichen Frequenz eines Roboters aus einer Fehlerkonstante jedes Gelenks und einen Trägheitsmoment eines Arms von Zeitpunkt zu Zeitpunkt, und Einstellen von Beschleunigungszeit und Verlangsamungszeit eines Beschleunigungs- und Verlangsamungsmuster, auf integrales Mehrfaches eines Kehrwerts der natürlichen Frequenz.

Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer H07-261853
Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer H06-250723
Patentdokument 3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2007-272597
Patentdokument 4: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2017-056544
Patentdokument 5: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer H11-024720

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Beispielsweise in einem Roboter, der Abdichtverarbeitung durchführt, wird Steuerung erforderlich, wobei die Steuerung dazu dient, einen komplizierten Pfad bei hoher Geschwindigkeit genau zu verfolgen, während die Geschwindigkeit eines Armspitzenendbereichs des Roboters bewahrt wird, konstant zu sein. Bei einer solchen Steuerung, wenn ein Roboter einen gekrümmten Bereich (Bogenroute) eines Pfads passiert, wirken Zentrifugalkräfte auf den Armspitzenendbereich ein. Dann, aufgrund dieser Zentrifugalkraft, wird Vibration in dem Armspitzenendbereich in einigen Fällen angeregt, nachdem der Roboter den gekrümmten Bereich (Bogenroute) passiert, und sinkt die Pfadgenauigkeit des Armspitzenendbereichs in einigen Fällen.
Im Hinblick auf diesen Punkt offenbaren Patentdokumente 4 und 5 Technologien zum Unterdrücken der Vibration eines durch eine Zentrifugalkraft, die auf den Arm einwirkt, angeregten Arms, wenn ein Roboter einen gekrümmten Bereich (Bogenroute) eines Pfads passiert. Beispielsweise offenbart Patentdokument 5 eine Technologie des Unterdrückens von Vibration eines Armspitzenendbereichs aufgrund von Zentrifugalkraft in einer Bogenroute durch Einstellen der maximal zulässigen Geschwindigkeit anhand eines Bereichs eines Radius der Bogenroute bis zur Geschwindigkeit eines Roboters auf Basis von Tabellendaten, in welchen die maximale zulässige Geschwindigkeit für jeden Bereich des Radius der Bogenroute vorbestimmt ist. Es ist anzumerken, dass in der in Patentdokument 5 offenbarten Technologie nur die Geschwindigkeit in der Nähe der Bogenroute verändert wird.
Wie oben beschrieben, beispielsweise in einem Roboter, der Abdichtverarbeitung durchführt, ist es notwendig, dass die Geschwindigkeit eines Armspitzenendbereichs des Roboters als konstant aufrechterhalten wird, so dass ein Dichtmittel gleichförmig aufgebracht wird. Bei der Steuerung eines solchen Roboters, um vorbestimmte Pfadgenauigkeit aufrecht zu halten, ist ein Bestimmungsverfahren der Maximalgeschwindigkeit erforderlich, wobei das Verfahren eine Zykluszeit so kurz wie möglich realisiert, während durch eine Zentrifugalkraft angeregte Vibration unterdrückt wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Robotersteuerung bereitzustellen, die sowohl Unterdrückung von Vibration in einem Roboter als auch Steigern der Geschwindigkeit des Roboters erzielt.

(1) Eine Robotersteuerung (beispielsweise eine später beschriebene Robotersteuerung 20) gemäß der vorliegenden Erfindung steuert einen Armspitzenendbereich (beispielsweise einen später beschriebenen Armspitzenendbereich 12) eines Roboters (beispielsweise eines später beschriebenen Roboters 10), sich bei einer konstanten vorbestimmten Geschwindigkeit zu bewegen, auf Basis eines Bewegungspfads, der einen Bogenbereich enthält, wobei die Robotersteuerung beinhaltet: eine Zentrifugalkraft-Recheneinheit (beispielsweise eine später beschriebene Zentrifugalkraft-Recheneinheit 22), die eine Zentrifugalkraft berechnet, die auf den Armspitzenendbereich einwirkt, als Zeitreihendaten; eine Transformationseinheit (beispielsweise eine später beschriebene Fourier-Transformationseinheit 23), die Fourier-Transformation in Bezug auf die Zeitreihendaten der Zentrifugalkraft in Frequenzdaten durchführt; und eine Geschwindigkeits-Bestimmungseinheit (beispielsweise eine später beschriebene Geschwindigkeits-Bestimmungseinheit 24), welche die vorbestimmte Geschwindigkeit so bestimmt, dass eine Frequenzkomponente in einem vorbestimmten Bereich einschließlich einer natürlichen Vibrationsfrequenz des Roboters gleich oder kleiner als ein Schwellenwert ist, auf Basis der Frequenzdaten der Zentrifugalkraft.
(2) In der in (1) beschriebenen Robotersteuerung kann der Schwellenwert ein Obergrenzwert der Frequenzkomponente im vorbestimmten Bereich sein, einschließlich der natürlichen Vibrationsfrequenz des Roboters, zum Erfüllen einer Bewegungspfadgenauigkeit des Armspitzenendbereichs mit gewünschter Pfadgenauigkeit.
(3) In der in (1) oder (2) beschriebenen Robotersteuerung kann der, die natürliche Vibrationsfrequenz des Roboters enthaltende vorbestimmte Bereich ein Variationsbereich der natürlichen Vibrationsfrequenz sein, die entsprechend einer Haltung des Roboters variiert.
(4) In der in (1) bis (3) beschriebenen Robotersteuerung kann die Zentrifugalkraft-Recheneinheit die Zentrifugalkraft auf Basis von Geschwindigkeit, Beschleunigung oder Winkelgeschwindigkeit des Armspitzenendbereichs, einer Masse des Armspitzenendbereichs und eines Krümmungsradius des Bogenbereichs des Bewegungspfads berechnen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Robotersteuerung, die sowohl Unterdrückung von Vibration in einem Roboter als auch Steigern der Geschwindigkeit des Roboters erzielt, bereitgestellt werden.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Robotersystems gemäß einer Ausführungsform zeigt.
2 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Robotersteuerung gemäß der Ausführungsform zeigt.
3 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines Bewegungspfads (Pfaddaten) eines Armspitzenendbereichs eines Roboters zeigt.
4A ist ein schematisches Diagramm, das Zeitreihendaten einer Zentrifugalkraft zeigt, die in dem in 3 gezeigten Bewegungspfad erzeugt wird.
4B ist ein schematisches Diagramm, das eine Leistungsspektrumsverteilung zeigt, die durch Durchführen von Fourier-Transformation in Bezug auf die Zeitreihendaten der in 4A gezeigten Zentrifugalkraft erhalten wird.
5A ist ein schematisches Diagramm, welches die Zeitreihendaten einer Zentrifugalkraft F nach Geschwindigkeitsänderung (sinken) zeigt.
5B ist ein schematisches Diagramm, das die Leistungsspektrumsverteilung der Zentrifugalkraft nach Geschwindigkeitsänderung (sinken) zeigt.
6 ist ein Flussdiagramm eines Vibrationsunterdrückungsbetriebs eines Roboters durch eine Robotersteuerung gemäß der Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Beispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf angefügte Zeichnungen beschrieben. Es ist anzumerken, dass dieselben oder entsprechende Bereiche mit denselben Bezugszeichen in jeder Zeichnung versehen sind.
Robotersystem
1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Robotersystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Ein Robotersystem 1, das in 1 gezeigt ist, bewegt ein Werkzeug (Dichtmittel-Aufbringeinheit) T und ein Werkstück W relativ unter Verwendung eines Roboters 10, um eine Dichtverarbeitung auf das Werkstück W unter Verwendung des Werkzeugs T aufzuwenden. Das in 1 gezeigte Robotersystem 1 beinhaltet den Roboter 10, das Werkzeug (Dichtmittel-Aufbringeinheit) T und die Robotersteuerung 20.
Der Roboter 10 ist ein Roboter vom Gelenktyp, wie etwa ein Sechs-Achsen-Vertikalgelenktyproboter oder ein Vier-Achsen-Vertikalgelenktyproboter. Das Werkzeug T ist an einem Armspitzenendbereich 12 des Roboters 10 angebracht. Der Roboter 10 beinhaltet eine Vielzahl von Servomotoren 14, die darin inkorporiert sind, und jede der Vielzahl von Antriebsachsen antreiben (in 1 ist nur für den Zweck der Bequemlichkeit ein Servomotor gezeigt). Der Servomotor 14 wird durch die Robotersteuerung 20 angetrieben und gesteuert, und Position und Stellung des Roboters 10 und des Werkzeugs T werden durch Antrieb und Steuerung des Servomotors 14 gesteuert.
Das Werkzeug T weist einen Kopf zum Aufbringen eines Dichtmittels auf das Werkstück W auf. Das Werkzeug T führt Abdichtverarbeitung in Bezug auf das Werkstück W durch die Steuerung der Robotersteuerung 20 durch.
Ein Geber 16 ist in jedem Servomotor 14 vorgesehen. Der Geber 16 detektiert Rotationswinkel und Rotationsgeschwindigkeit um eine Achse des Servomotors 14 herum, um Position und Bewegungsgeschwindigkeit des Armspitzenendbereichs 12 des Roboters 10 zu detektieren, das heißt Position und Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeugs T. Die detektierte Position und Bewegungsgeschwindigkeit werden als Positionsrückkopplung und Geschwindigkeitsrückkopplung eingesetzt.
Die Robotersteuerung 20 speichert ein Betriebsprogramm, Lehrdaten oder dergleichen für Betriebssteuerung des Roboters 10. Die Lehrdaten beinhalten Pfaddaten, welche Position und Stellung des Roboters 10 und des Werkzeugs T zum Zeitpunkt der Durchführung der Dichtverarbeitung am Werkstück W in einem Pfad eines Bogens, einem graden Linienpfad, einer Kombination davon oder dergleichen angeben. Die Lehrdaten werden durch einen Bediener beispielsweise über ein Lehrbedienerpanel (nicht gezeigt) eingegeben. Die Robotersteuerung 20 berechnet ein Betriebsprogramm für die Betriebssteuerung des Roboters 10 auf Basis der Lehrdaten. Die Robotersteuerung 20 führt die Betriebssteuerung des Roboter 10 auf Basis von Pfaddaten durch, die auf dem Betriebsprogramm basieren, einem Geschwindigkeitsbefehl (Konstantgeschwindigkeit) und der Positionsrückkopplung und der Geschwindigkeitsrückkopplung aus dem Geber 16, um Position und Stellung des Roboters 10 und Position und Stellung des Werkzeugs T zu steuern und die Relativposition des Werkzeugs T und des Werkstücks W zu steuern. Die Robotersteuerung 20 wird unten im Detail beschrieben.
Robotersteuerung
2 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration der Robotersteuerung 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die in 2 gezeigte Robotersteuerung 20 beinhaltet eine Servosteuereinheit 21, eine Zentrifugalkraft-Recheneinheit 22, eine Fourier-Transformationseinheit 23, eine Geschwindigkeits-Bestimmungseinheit 24 und eine Speichereinheit 25.
Die Servosteuereinheit 21 erzeugt einen Antriebsstrom zum Antreiben und Steuern des Servomotors 14 des Roboters 10 so, dass der Roboter 10 sich in dem Bewegungspfad bei konstanter Geschwindigkeit bewegt, auf Basis des Bewegungspfads, der auf dem in der Speichereinheit 25 gespeicherten Betriebsprogramm, dem Geschwindigkeitsbefehl (Konstantgeschwindigkeit) und der Positionsrückkopplung (Positions-FB) und Geschwindigkeitsrückkopplung (Geschwindigkeits-FB) aus dem Geber 16 basiert, um die Betriebssteuerung des Roboters 10 durchzuführen. Auf diese Weise steuert die Servosteuereinheit 21 den Armspitzenendbereich 12 des Roboters 10, so dass er sich bei konstanter Geschwindigkeit bewegt, so dass das Dichtmittel gleichmäßig im Dichtungsprozess aufgebracht wird.
3 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines Bewegungspfads (Pfaddaten) des Armspitzenendbereichs 12 des Roboters 10 zeigt. In 3, um das Verständnis des Merkmals der vorliegenden Ausführungsform zu erleichtern, wird ein einfacher Bewegungspfad, der durch eine grade Linie, einen Bogen und eine grade Linie gebildet wird, angenommen. In einem Bogenbereich dieses Bewegungspfads wirkt eine Zentrifugalkraft F in einer Richtung rechtwinklig zu einer Bewegungsrichtung des Roboters 10 auf den Armspitzenendbereich 12 des Roboters 10 ein. Dann wird aufgrund dieser Zentrifugalkraft F Vibration im Armspitzenendbereich 12 des Roboters 10 angeregt, nachdem der Roboter 10 den Bogenbereich passiert.
Wie in 4A gezeigt, berechnet die Zentrifugalkraft-Recheneinheit 22 die auf den Armspitzenendbereich 12 des Roboters 10 wirkende Zentrifugalkraft F als Zeitreihendaten. 4A ist ein schematisches Diagramm, das die Zeitreihendaten der in dem, in 3 gezeigten Bewegungspfad erzeugten Zentrifugalkraft F zeigt. In 4A wird die Zentrifugalkraft F in Zeit t1 bis t2 entsprechend dem Bogenbereich des in 3 gezeigten Bewegungspfads erzeugt.
Wie beispielsweise in 3 gezeigt, nimmt die Zentrifugalkraft-Recheneinheit 22 den Armspitzenendbereich 12 des Roboters 10 (nachfolgend bedeutet der Armspitzenendbereich auch dass in dem Armspitzenendbereich vorgesehene Werkzeug T) als einen Massenpunkt an und berechnet die Zentrifugalkraft F als Zeitreihendaten auf Basis der nachfolgenden Formel (1) (der zweite Ausdruck), basierend auf der Masse m und der Bewegungsgeschwindigkeit v des Armspitzenendbereichs 12 (Werkzeug T) des Roboters 10 und einen Krümmungsradius r des Bogenbereichs des Bewegungspfads. $F = {mv}^{2} / r = m ω r = ma$
Die Zentrifugalkraft F ist proportional der Krümmung 1/r und der Geschwindigkeit v, die von Zeitpunkt zu Zeitpunkt variieren. Wenn die Krümmung 1/r von Zeitpunkt zu Zeitpunkt variiert, kann der Krümmungsradius r der Minimalwert sein. Die Bewegungsgeschwindigkeit v kann ein Geschwindigkeits-Bewegungsbefehl sein oder kann ein tatsächlich gemessener Wert sein, wenn der Roboter 10 vorab betrieben wird, auf Basis des Betriebsprogramms. Der tatsächlich gemessene Wert kann die Geschwindigkeitsrückkopplung (Geschwindigkeits-FB) aus dem Geber 16 sein oder kann ein Detektionswert eines Geschwindigkeitssensors (nicht gezeigt) sein, der im Armspitzenendbereich 12 (Werkzeug T) des Roboters 10 vorgesehen ist. Der Krümmungsradius r des Bogenbereichs des Bewegungspfads kann aus dem Bewegungspfad (Pfaddaten) ermittelt werden.
Es ist anzumerken, dass die Zentrifugalkraft-Recheneinheit 22 statt der Bewegungsgeschwindigkeit v des Armspitzenendbereichs 12 (Werkzeug T) des Roboters 10 Winkelgeschwindigkeit ω (der dritte Ausdruck in der Formel (1)), oder Beschleunigung a (der vierte Ausdruck in der Formel (1)) verwenden kann. Die Winkelgeschwindigkeit ω kann ein tatsächlich gemessener Wert sein, wenn der Roboter 10 vorab auf Basis des Betriebsprogramms betrieben wird, gemessen unter Verwendung eines beispielsweise in dem Armspitzenendbereich 12 (Werkzeug T) des Roboters 10 vorgesehenen Winkelgeschwindigkeitssensors. Die Beschleunigung a kann ein tatsächlich gemessener Wert sein, wenn der Roboter 10 vorab auf Basis des Betriebsprogramms betrieben wird, gemessen beispielsweise unter Verwendung eines in dem Armspitzenendbereich 12 (Werkzeug T) des Roboters 10 vorgesehenen Beschleunigungssensors.
Wie in 4B gezeigt, führt die Fourier-Transformationseinheit 23 Fourier-Transformation in Bezug auf die Zeitreihendaten der Zentrifugalkraft F durch, welche durch Berechnung durch die Zentrifugalkraft-Recheneinheit 22 erhalten werden, um eine Leistungsspektrumsverteilung (Frequenzdaten) zu ermitteln. 4B ist ein schematisches Diagramm, das die Leistungsspektrumsverteilung zeigt, die durch Durchführen von Fourier-Transformationen in Bezug auf die Zeitreihendaten der in 4A gezeigten Zentrifugalkraft F ermittelt werden. Wenn eine Leistung der Frequenzkomponenten entsprechend einem vorbestimmten Bereich Δf (beispielsweise 10 Hz bis 15 Hz), beinhaltend eine natürliche Vibrationsfrequenz f des Roboters 10, größer ist, wird Vibration in dem Armspitzenendbereich 12 (Werkzeug T) des Roboters 10 einfacher erzeugt, nachdem der Roboter 10 den Bogenbereich passiert. Der vorbestimmte Bereich Δf einschließlich der natürlichen Vibrationsfrequenz f ist ein Variationsbereich der natürlichen Vibrationsfrequenz, die gemäß der Stellung des Roboters 10 variiert.
In 5A und 5B gezeigt, bestimmt die Geschwindigkeits-Bestimmungseinheit 24 und ändert (senkt) die Geschwindigkeit des Roboters 10, so dass die Leistung der Frequenzkomponente des vorbestimmten Bereichs Δf einschließlich der natürlichen Vibrationsfrequenz f des Roboters 10 gleich oder kleiner als ein Schwellenwert Th ist, in der Leistungsspektrumsverteilung der Zentrifugalkraft F. 5A ist ein schematisches Diagramm, das Zeitreihendaten der Zentrifugalkraft F nach der Geschwindigkeitsänderung (Senkung) zeigt und 5B ist ein schematisches Diagramm, welches die Leistungsspektrumsverteilung der Zentrifugalkraft F nach der Geschwindigkeitsänderung (senken) zeigt. Wie in 5A gezeigt, wenn die Geschwindigkeit gesenkt wird, sinkt die in dem Bogenbereich erzeugte Zentrifugalkraft F und wird die Zeit, in welcher der Roboter 10 den Bogenbereich passiert, lang. Als Ergebnis, wie in 5B gezeigt, verschiebt sich die Leistungspektrumsverteilung zu einer Niederfrequenzseite und sinkt die Leistung der, den im vorbestimmten Bereich Δf einschließlich der natürlichen Vibrationsfrequenz des Roboters 10 entsprechende Frequenzkomponente zu gleich oder kleiner als dem Schwellenwert Th.
Der Schwellenwert Th ist ein Obergrenzwert der Leistung der Frequenzkomponente im vorbestimmten Bereich Δf, der die natürliche Vibrationsfrequenz f des Roboters 10 beinhaltet, zum Erfüllen einer Bewegungspfadgenauigkeit des Armspitzenendbereichs 12 (Werkzeug T) des Roboters 10 mit der gewünschten Pfadgenauigkeit. Der Obergrenzwert der die vorbestimmte Pfadgenauigkeit erfüllenden Leistung kann durch einen Test zum Betreiben des Roboters 10 vorab auf Basis des Betriebsprogramms ermittelt werden oder kann durch Berechnung ermittelt werden.
Die Speichereinheit 25 speichert das Betriebsprogramm (Pfaddaten, Geschwindigkeitsbefehl (Konstantgeschwindigkeit) oder dergleichen) und die Lehrdaten, die oben beschrieben sind. Die Speichereinheit 25 speichert den oben beschriebenen Schwellenwert Th. Die Speichereinheit 25 speichert die natürliche Vibrationsfrequenz f des Roboters 10 und den vorbestimmten Bereich Δf derselben. Die natürliche Vibrationsfrequenz f und der vorbestimmte Bereich Δf derselben können ein tatsächlich gemessener Wert sein, der durch Betreiben der Roboter 10 vorab tatsächlich gemessen wird, auf Basis des Betriebsprogramms, oder kann ein durch Berechnung ermittelter berechneter Wert sein. Der berechnete Wert (theoretischer Wert) kann durch die nachfolgende Formel (2) berechnet werden, basierend auf einer Federkonstante Kc jedes Gelenks des Roboters 10 und einem Trägheitsmoment J1 des Arms entsprechend beispielsweise der Stellung des Arms. $F = (1 / 2 Π * \sqrt (Kc/J1)$
Die Speichereinheit 25 ist ein beschreibbarer Speicher wie etwa ein EEPROM.
Die Robotersteuerung 20 beinhaltet beispielsweise einen Rechenprozessor, wie etwa ein Digitalsignalprozessor (DSP) oder ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA). Jede von verschiedenen Funktionen der Robotersteuerung 20 wird beispielsweise durch Ausführen vorbestimmter Software (Programm), die in der Speichereinheit gespeichert ist, realisiert. Jede von verschiedenen Funktionen der Robotersteuerung 20 kann durch Kooperation von Hardware und Software realisiert werden oder kann nur durch Hardware (Elektronikschaltung) realisiert werden.
As Nächstes wird eine Vibrationsunterdrückungsoperation des Roboters 10 durch die Robotersteuerung 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 6 ist ein Flussdiagramm der Vibrationsunterdrückungsoperation des Roboters 10 durch die Robotersteuerung 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Zuerst, wie in 4A gezeigt, berechnet die Zentrifugalkraft-Recheneinheit 22 die Zentrifugalkraft F, die auf dem Armspitzenendbereich 12 des Roboters 10 einwirkt, als die Zeitreihendaten (S1). Als Nächstes, wie in 4B gezeigt, führt die Fourier-Transformationseinheit 23 Fourier-Transformation in Bezug auf die Zeitreihendaten der Zentrifugalkraft F durch, die durch Berechnung durch die Zentrifugalkraft-Recheneinheit 22 ermittelt wird, um eine Leistungsspektrumsverteilung (Frequenzdaten) zu ermitteln (S2). Als Nächstes, wie in 5A und 5B gezeigt, bestimmt die Geschwindigkeits-Bestimmungseinheit 24 die Geschwindigkeit des Roboters 10 so, dass die Leistung der Frequenzkomponente im vorbestimmten Bereich Af einschließlich der natürlichen Vibrationsfrequenz f des Roboters 10 gleich oder kleiner als der Schwellenwert Th ist, in der Leistungspektrumsverteilung der Zentrifugalkraft F (S3). Als Nächstes ändert (senkt) die Servosteuereinheit 21 die Geschwindigkeit des Roboters 10 auf Basis der bestimmten Geschwindigkeit (S4).
Wie oben beschrieben, bei der Robotersteuerung 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, berechnet die Zentrifugalkraft-Recheneinheit 22 die Zentrifugalkraft F, die auf den Armspitzenendbereich 12 (Werkzeug T) des Roboters 10 einwirkt, als die Zeitreihendaten, führt die Fourier-Transformationseinheit 23 eine Fourier-Transformation in Bezug auf die Zeitreihendaten der Zentrifugalkraft F durch, um die Leistungsspektrumsverteilung zu ermitteln und bestimmt die Geschwindigkeits-Bestimmungseinheit 24 die Geschwindigkeit so, dass die Frequenzkomponente im vorbestimmten Bereich Δf einschließlich der natürlichen Vibrationsfrequenz f des Roboters 10 gleich oder kleiner als der Schwellenwert Th ist, auf Basis der Leistungsspektrumsverteilung der Zentrifugalkraft F. Als Ergebnis ist es möglich, die Maximalgeschwindigkeit zu erzielen, die durchgeführt werden kann, unter der Steuerbedingung des Verfolgens eines beliebigen Pfads, während vorbestimmte Pfadgenauigkeit erfüllt wird. Somit, aufgrund der Zentrifugalkraft F, die erzeugt wird, wenn der Roboter 10 den Bogenbereich des Bewegungspfades passiert, nachdem der Roboter den Bogenbereich passiert, können sowohl das Unterdrücken von Vibration in der Nähe der natürlichen Vibrationsfrequenz f des Roboters 10, die im Armspitzenendbereich 12 des Roboters 10 angeregt wird, und das Erhöhen der Geschwindigkeit des Roboters 10 erzielt werden.
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist oben beschrieben worden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und verschiedene Änderungen und Modifikationen können durchgeführt werden. Beispielsweise senkt in der oben beschriebenen Ausführungsform die Geschwindigkeits-Bestimmungseinheit 24 die Geschwindigkeit des Roboters 10 so, dass die Leistung der Frequenzkomponente im vorbestimmten Bereich Δf, welche die natürliche Vibrationsfrequenz f des Roboters 10 enthält, gleich oder kleiner als der Schwellenwert Th ist, in der in 4B gezeigten Leistungsspektrumsverteilung der Zentrifugalkraft F. Jedoch ist die Geschwindigkeits-Bestimmungseinheit 24 nicht darauf beschränkt und kann die Geschwindigkeit des Roboters 10 steigern. In diesem Fall kann die Geschwindigkeit des Roboters 10 so erhöht werden, dass die Frequenzkomponente im vorbestimmten Bereich Δf, welche die natürliche Vibrationsfrequenz f des Roboters 10 enthält, in einem Talbereich in der Leistungsspektrumsverteilung der Zentrifugalkraft F positioniert ist.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist ein Robotersystem 1 exemplifiziert, in welchem das Werkstück W fixiert und installiert ist und das Werkzeug T am Armspitzenendbereich 12 des Roboters 10 so angebracht ist, dass das Werkzeug T relativ zum Werkstück W bewegt wird. Jedoch ist das Merkmal der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt und kann auf ein Robotersystem angewendet werden, in welchem ein Werkzeug fixiert und installiert ist und ein Werkstück an einem Armspitzenendbereich eines Roboters gehalten wird, so dass das Werkzeug relativ zum Werkstück bewegt wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist ein Robotersystem für Abdichtverarbeitung exemplifiziert worden. Jedoch ist das Merkmal der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt und kann auf eine Robotersteuerung in verschiedenen Robotersystemen angewendet werden, die einen Armspitzenendbereich eines Roboters bei konstanter Geschwindigkeit (hoher Geschwindigkeit) auf Basis eines Bewegungspfades, der einen Bogenbereich beinhaltet, bewegen.
Bezugszeichenliste

1: Robotersystem
10: Roboter
12: Armspitzenendbereich
14: Servomotor
16: Geber
20: Robotersteuerung
21: Servosteuereinheit
22: Zentrifugalkraft-Recheneinheit
23: Fourier-Transformationseinheit
24: Geschwindigkeits-Bestimmungseinheit
25: Speichereinheit
T: Werkzeug
W: Werkstück

Claims

Robotersteuerung (20), die einen Armspitzenendbereich (12) eines Roboters (10) steuert, sich bei einer konstanten vorbestimmten Geschwindigkeit zu bewegen, auf Basis eines Bewegungspfads, der einen Bogenbereich enthält, wobei die Robotersteuerung (20) umfasst: eine Zentrifugalkraft-Recheneinheit (22), die eine Zentrifugalkraft berechnet, die auf den Armspitzenendbereich (12) einwirkt, als Zeitreihendaten; eine Transformationseinheit (23), die eine Fourier-Transformation in Bezug auf die Zeitreihendaten der Zentrifugalkraft in Frequenzdaten durchführt; und eine Geschwindigkeits-Bestimmungseinheit (24), welche die vorbestimmte Geschwindigkeit so bestimmt, dass eine Frequenzkomponente in einem vorbestimmten Bereich, der eine natürliche Vibrationsfrequenz des Roboters (10) einschließt, gleich oder kleiner als ein Schwellenwert ist, auf Basis der Frequenzdaten der Zentrifugalkraft.
Robotersteuerung (20) gemäß Anspruch 1, wobei der Schwellenwert ein Obergrenzwert der Frequenzkomponente im vorbestimmten Bereich, der die natürliche Vibrationsfrequenz des Roboters einschließt, ist, zum Erfüllen einer Bewegungspfadgenauigkeit des Armspitzenendbereichs (12) mit gewünschter Pfadgenauigkeit.
Robotersteuerung (20) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der, die natürliche Vibrationsfrequenz des Roboters enthaltende vorbestimmte Bereich ein Variationsbereich der natürlichen Vibrationsfrequenz ist, die entsprechend einer Haltung des Roboters variiert.
Robotersteuerung (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zentrifugalkraft-Recheneinheit die Zentrifugalkraft auf Basis von Geschwindigkeit, Beschleunigung oder Winkelgeschwindigkeit des Armspitzenendbereichs, einer Masse des Armspitzenendbereichs und eines Krümmungsradius des Bogenbereichs des Bewegungspfads berechnet.