DE102020001708A1

DE102020001708A1 - Vorrichtung, Verfahren und Programm zur Schätzung eines Gewichts und einer Position des Schwerpunkts einer Last unter Verwendung eines Roboters

Info

Publication number: DE102020001708A1
Application number: DE102020001708.8A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Naitou
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-03-20
Filing date: 2020-03-13
Publication date: 2020-09-24
Also published as: JP2020151812A; JP7136729B2; US20200298417A1; CN111721391A; CN111721391B; US11331810B2

Abstract

Eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Programm, mit denen ein Gewicht und eine horizontale Position eines Schwerpunkts einer an einem beweglichen Teil eines Roboters befestigten Last durch eine einfache Konfiguration abgeschätzt werden kann. Die Vorrichtung weist auf: zwei Drehmomentsensoren, die konfiguriert sind, um ein erstes Drehmoment, das auf eine erste Achse eines Roboters aufgebracht wird, und ein zweites Drehmoment zu erfassen, das auf eine zweite Achse des Roboters aufgebracht wird; und einen Berechnungsabschnitt, der konfiguriert ist, um ein Gewicht und eine horizontale Position eines Schwerpunkts eines Werkstücks zu berechnen, indem zwei Erfassungswerte der Drehmomentsensoren in einer einzelnen Stellung verwendet werden, in der eine an einem beweglichen Teil des Roboters befestigte Hand das Werkstück hält.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Programm zum Schätzen eines Gewichts und einer Position des Schwerpunkts einer Last unter Verwendung eines Roboters.
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Im Allgemeinen wird ein Artikel (oder eine Last) an einem vorderen Ende eines beweglichen Teils (z.B. eines Roboterarms) eines Roboters befestigt, und es ist wichtig, ein Gewicht und eine Position des Schwerpunkts der Last zu kennen oder zu erlangen, um den Roboter mit hoher Genauigkeit zu steuern.
Als relevanter Stand der Technik ist eine Vorrichtung oder ein Verfahren zum Abschätzen des Gewichts oder der Position des Schwerpunkts eines an einem Roboterarm befestigten Artikels wohlbekannt, wobei das Drehmoment einer Drehachse des Roboterarms, an dem der Artikel befestigt ist, verwendet wird (vgl. z.B. JP H03-142179 A , JP H09-091004 A und JP H02-300644 A ).
Weiterhin ist ein Verfahren zur Durchführung einer Kraftsteuerung eines Roboters wohlbekannt, bei dem ein Werkzeug über einen Kraftsensor an einem vorderen Ende eines Roboterarms angebracht wird und eine Kraft von einem Objekt, das das Werkzeug und ein Werkstück umfasst, erfasst wird (z.B. siehe JP H03-055189 A ).
Bei dem herkömmlichen Verfahren zur rechnerischen Schätzung des Gewichts oder der Position des Schwerpunkts des Artikels ist es erforderlich, den Roboter derart zu bewegen, dass er eine Vielzahl von Stellungen einnimmt, und ein auf eine Achse des Roboters bei jeder Stellung aufgebrachtes Drehmoment zu messen. Es dauert jedoch eine gewisse Zeit, um den Roboter für die vorstehend beschriebene Messung zu bedienen.
Wenn insbesondere ein Roboter als Fördereinrichtung in einem Materialflusssystem usw. eingesetzt wird, kann das Gewicht und/oder die Position des Schwerpunkts in vielen Fällen zwischen den zu fördernden Werkstücken unterschiedlich sein, und daher muss die Abschätzung des Gewichtes und/oder der Position des Schwerpunkts des Werkstückes immer dann durchgeführt werden, wenn der Roboter jedes Werkstück hält. In einem solchen Fall verlängert sich die Förderzeit des Werkstücks, wenn der Roboter derart betrieben wird, dass eine Vielzahl von Stellungen eingenommen wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung ist eine Schätzvorrichtung, die umfasst: zumindest einen Sensor, der konfiguriert ist, um ein erstes Drehmoment, das auf einen ersten Abschnitt eines Roboters aufgebracht wird, und ein zweites Drehmoment, das auf einen zweiten Abschnitt des Roboters aufgebracht wird, der sich von dem ersten Abschnitt unterscheidet, oder eine auf den Roboter aufgebrachte Kraft zu erfassen; und einen Berechnungsabschnitt, der konfiguriert ist, um ein Gewicht eines Artikels und eine horizontale Position des Artikels zu berechnen, unter Verwendung eines Erfassungswerts des Sensors in einer Stellung, in der der Roboter den an einem beweglichen Teil des Roboters positionierten Artikel hält.
Eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung ist ein Schätzverfahren, das die Schritte umfasst: Bereitstellen zumindest eines Sensors für einen Roboter, wobei der Sensor konfiguriert ist, um ein erstes Drehmoment, das auf einen ersten Abschnitt des Roboters aufgebracht wird, und ein zweites Drehmoment, das auf einen zweiten Abschnitt des Roboters aufgebracht wird, der sich von dem ersten Abschnitt unterscheidet, oder eine auf den Roboter aufgebrachte Kraft zu erfassen; Anbringen eines Artikels an einem beweglichen Teil des Roboters; und Berechnen eines Gewichts des Artikels und einer horizontalen Position des Artikels unter Verwendung eines Erfassungswerts des Sensors in einer Stellung, in der der Roboter den an dem beweglichen Teil des Roboters positionierten Artikel hält.
Figurenliste
Die vorstehend beschriebenen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung von deren bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen verdeutlicht. Es zeigen:

1 ein Beispiel einer Konfiguration einer Schätzvorrichtung gemäß einem ersten Ausfüh ru ngsbeispiel;
2 einen Zustand, in dem ein Drehmomentsensor zur Konfiguration von 1 hinzugefügt wird;
3 ein Beispiel für die Konfiguration einer Schätzvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
4 ein weiteres Beispiel für die Konfiguration der Schätzvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
(Erstes Ausführungsbeispiel)
1 zeigt ein Beispiel für eine schematische Konfiguration eines Robotersystems 10 einschließlich eines Roboters 14 und einer Schätzvorrichtung 12 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Der Roboter 14 kann jede beliebige Struktur aufweisen, solange ein beweglicher Teil 16 eine Bewegung ausführen kann, wie nachstehend beschrieben wird. In der Zeichnung ist der Roboter 14 ein industrieller Mehrgelenkroboter mit sechs Achsen, der umfasst: ein Basisteil 18, der sich an einer vorbestimmten Position befindet; einen Drehkörper 20, der um eine im Wesentlichen vertikale Achse drehbar an dem Basisteil 18 befestigt ist; einen Oberarm 24, der um eine erste Achse 22 drehbar an dem Drehkörper 20 befestigt ist; einen Unterarm 28, der um eine zweite Achse 26 drehbar an dem Oberarm 24 befestigt ist; und einen Handgelenkteil 30, der drehbar an dem Unterarm 28 befestigt ist.
Die Schätzvorrichtung 12 umfasst: zumindest einen Sensor (in dem Beispiel von 1, zwei Drehmomentsensoren 32 und 34), die konfiguriert sind, um ein erstes Drehmoment, das auf einen ersten Teil (in diesem Fall die erste Achse 22) des Roboters 14 aufgebracht wird, und ein zweites Drehmoment, das auf einen zweiten Teil (in diesem Fall die zweite Achse 26) des Roboters 14 aufgebracht wird, der sich von dem ersten Teil unterscheidet, oder eine auf den Roboter aufgebrachte Kraft (wie nachstehend beschrieben) zu erfassen; und einen Berechnungsabschnitt 40, der konfiguriert ist, um ein Gewicht M eines Artikels (Werkstücks) 38 und eine horizontale Position eines Schwerpunkts G des Werkstücks 38 zu berechnen, unter Verwendung der Erfassungswerte der Sensoren 32 und 34 in einer Stellung, in der eine Hand 36, die an einem beweglichen Teil 16 (in diesem Fall einem Handgelenkteil 30, der einem vorderen Ende des beweglichen Teils entspricht) des Roboters 14 befestigt ist, das Werkstück 38 hält oder greift (d.h. das Gewicht des Werkstücks wirkt lediglich auf den Roboter). Darüber hinaus kann die Schätzvorrichtung 12 einen Speicherabschnitt 42 aufweisen, wie einen Speicher, der konfiguriert ist, um durch den Berechnungsabschnitt 40 verwendete Daten und/oder deren Berechnungsergebnis usw. zu speichern.
Als Beispiel für den Artikel, dessen Gewicht und horizontale Position des Schwerpunkts zu schätzten ist, kann ein zu beförderndes Objekt (oder ein Werkstück) 38 verwendet werden, das mit der an das vordere Ende (in diesem Fall den Handgelenkteil 30) des beweglichen Teils 16 angebrachten Hand 36 gehalten wird. Das zu schätzende Objekt ist jedoch nicht als solches beschränkt, z.B. können das Werkstück 38 und die Hand 36 im Wesentlichen wie ein einzelner Artikel behandelt werden, oder es kann die Hand 36 als das zu schätzende Objekt behandelt werden, wenn die Hand 36 das Werkstück 38 nicht hält. Andernfalls, wenn ein Endeffektor (z.B. ein Werkzeug, ein Schweißbrenner oder ein Laserkopf usw.), der das Werkstück nicht hält, an dem Handgelenkteil 30 angebracht wird, kann der Endeffektor als das zu schätzende Objekt behandelt werden. Dabei kann der zu schätzende Artikel auch als Last bezeichnet werden.
Nachdem das Gewicht und die horizontale Position des Schwerpunkts der Last durch einen Prozess, wie nachstehend beschrieben, geschätzt wurden, kann der Roboter 14 durch die Verwendung von Schätzwerten einen vorgegebenen Betrieb, wie die Förderung oder Bearbeitung des Werkstücks, mit hoher Genauigkeit durchführen, ohne die Last von dem Roboter 14 zu lösen.
Der Berechnungsabschnitt 40 weist eine Funktion zur Berechnung des Gewichts M und der Position des Schwerpunkts G des Werkstücks 38 auf. In der Zeichnung kann der Berechnungsabschnitt 40 als arithmetische Verarbeitungseinheit, wie z.B. ein Prozessor, in eine Robotersteuervorrichtung 44 integriert werden, die konfiguriert ist, um die Bewegung des Roboters 14 unter Verwendung des geschätzten Gewichts und der geschätzten Position des Schwerpunkts zu steuern. Alternativ kann ein (nicht gezeigter) Rechner, wie z.B. ein Personal Computer (PC), der von der Robotersteuervorrichtung 44 getrennt ist, die Funktion des Berechnungsabschnitts 40 aufweisen. In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass die Robotersteuervorrichtung 44 und der Rechner, wie der PC, über Draht oder über Funk kommunikationsfähig miteinander verbunden sind, so dass die Robotersteuervorrichtung 44 den Roboter 14 unter Verwendung des geschätzten Gewichts und der geschätzten Position des Schwerpunkts steuern kann. Zusätzlich kann die Schätzvorrichtung über einen geeigneten (nicht gezeigten) Eingabeabschnitt verfügen, wie eine Tastatur oder ein Berührpaneel, so dass der Bediener verschiedene Einstellungen konfigurieren kann.
Die Komponenten wie z.B. der Berechnungsabschnitt 40 der Schätzvorrichtung 12 können als Software zum Betrieb eines Prozessors wie z.B. einer CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) eines Computers realisiert werden. Alternativ können die Komponenten als Hardware, wie ein Prozessor und/oder ein Speicher, realisiert werden, der konfiguriert ist, um den Prozess der Software zumindest teilweise auszuführen.
Als nächstes wird ein Verfahren (Prozedur) zur Schätzung des Gewichts und der horizontalen Position des Schwerpunkts des Artikels (in diesem Fall des Werkstücks 38) unter Verwendung der Schätzvorrichtung 12 beschrieben ist. Erstens, wie in 1 gezeigt ist, wenn (der bewegliche Teil 16 von) Roboter 14, der das Werkstück 38 hält, eine (einzelne) Stellung einnimmt, wird ein auf die erste Achse 22 aufgebrachtes Drehmoment (erstes Drehmoment T1) durch den ersten Drehmomentsensor 32 und ein auf die zweite Achse 26 aufgebrachtes Drehmoment (zweites Drehmoment T2) durch den zweiten Drehmomentsensor 34 erfasst. Die Drehmomente können erfasst werden, wenn der bewegliche Teil 16 des Roboters 14 angehalten wird oder wenn der bewegliche Teil 16 bewegt wird (solange das erste Drehmoment T1 und das zweite Drehmoment T2 konstant sind).
Zu diesem Zeitpunkt gilt in Bezug auf das Gewicht M des Werkstücks und ein erstes Drehmoment T1', das auf Grund des Gewichts M auf die erste Achse 22 aufgebracht wird, folgende Gleichung (1). Ebenso gilt in Bezug auf das Gewicht M des Werkstücks und ein zweites Drehmoment T2', das auf Grund des Gewichts M auf die zweite Achse 26 aufgebracht wird, die folgende Gleichung (2). In den Gleichungen (1) und (2) ist d1 ein horizontaler Abstand zwischen der ersten Achse 22 und einer vertikalen Linie 48, die durch eine Spitzenposition 46 des beweglichen Teils 16 (in diesem Fall ein vorderes Ende des Handgelenkteils 30, wie z.B. ein Werkzeugmittelpunkt) in einem Zustand von 1 (oder der Stellung des Roboters 14 in 1) verläuft, ist d2 ein horizontaler Abstand zwischen der zweiten Achse 26 und der vertikalen Linie 48 und ist d3 ein horizontaler Abstand zwischen der vertikalen Linie 48 und einer vertikalen Linie 50, die durch die Position des Schwerpunkts G des Werkstücks 38 verläuft. $T1'= (d 1 + d) \times M$
$T2'= (d2 + d) \times M$
In diesem Zusammenhang kann das erste Drehmoment T1' durch den Berechnungsabschnitt 40 usw. erlangt werden, indem ein Drehmoment T1, das sich auf das Gewicht einer Komponente (in diesem Fall jeder Teil, wie z.B. ein Arm und eine Hand, die den beweglichen Teil 16 bilden) des Roboters 14 bezieht, von dem ersten Drehmoment T1, das von dem Drehmomentsensor 32 erfasst wird, subtrahiert wird. Das auf die Komponente des Roboters 14 bezogene Drehmoment kann durch eine Berechnung (z.B. ein Newton-Euler-Verfahren) unter Verwendung der Masse und der Position des Schwerpunkts der Komponente ermittelt werden.
Alternativ kann das erste Drehmoment T1' berechnet werden, indem ein Wert des Drehmomentsensors 32, der gemessen wird, wenn der Roboter 14 das Werkstück 38 nicht hält, während er die gleiche Stellung wie in 1 einnimmt, von dem ersten Drehmoment T1 subtrahiert wird. Andernfalls, wenn der Drehmomentsensor 32 konfiguriert ist, um ein Lastmoment eines Motors (z.B. eines Servomotors) zum Antrieb der ersten Achse zu messen, kann das erste Drehmoment T1' berechnet werden, indem ein Drehmoment auf Grund des beweglichen Teils 16 des Roboters 14 und ein Drehmoment auf Grund von Reibung usw. von dem ersten Drehmoment T1 subtrahiert wird. In ähnlicher Weise kann das zweite Drehmoment T2' berechnet werden, indem das zweite, von dem Drehmomentsensor 34 gemessene Drehmoment T2 verwendet wird.
Andererseits können die horizontalen Abstände d1 und d2 von jedem Drehmomentsensor (oder dem Mittelpunkt jeder Antriebsachse) zu der Spitzenposition 46 des Roboters aus einer Dimension (z.B. einer Länge eines Gliedes) des Roboters 14 und einer Winkelposition jeder Achse berechnet werden. Daher kann durch die gleichzeitige Lösen der Gleichungen (1) und (2) das Gewicht M und die horizontale Position d des Schwerpunkts G (konkret eine Entfernung in horizontaler Richtung von der Spitzenposition 46 des Handgelenkteils 30 zu dem Schwerpunkt G) des Werkstücks erlangt werden.
Wie vorstehend beschrieben ist, werden in dem ersten Ausführungsbeispiel die zwei Drehmomentwerte verwendet, die erfasst werden, wenn Roboter 14 eine Stellung einnimmt, während er das Werkstück 38 hält. Daher ist es nicht erforderlich, den Roboter derart zu betreiben, dass er eine bestimmte Bewegung ausführt, bei der z.B. das bewegliche Teil 16 eine andere Stellung einnimmt, um das Gewicht und die Position des Schwerpunkts von Werkstück 38 abzuschätzen. In dem ersten Ausführungsbeispiel kann eine vertikale Position des Schwerpunkts des Werkstücks 38 nicht angegeben werden. Wenn jedoch der Roboter 14 das Werkstück 38 an einem vorbestimmten Transportursprung greift und das Werkstück 38 zu einem vorbestimmten Transportziel befördert, ohne die Stellung von Werkstück 38 zu ändern, ist die vertikale Position (in Richtung der Schwerkraft) des Schwerpunkts G nicht erforderlich, um den Roboter 14 zu steuern. Wenn daher die Stellung der Last nicht verändert wird, sind das Gewicht und die horizontale Position des Schwerpunkts des Werkstücks geeignete Informationen für eine korrekte Steuerung des Roboters.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 werden die Antriebsachse des Oberarms 24 (erste Achse 22) und die Antriebsachse des Unterarms 28 (zweite Achse 26) als die Objekte verwendet, deren Drehmomente zu erfassen sind, die vorliegende Offenbarung ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt. Zum Beispiel kann eine (nicht gezeigte) Antriebsachse des Handgelenkteils 30 anstelle der ersten Achse 22 oder der zweiten Achse 26 verwendet werden. In jedem Fall ist es erforderlich, den Roboter 14 derart zu steuern, dass die Werte d1 und d2 in den Gleichungen (1) und (2) voneinander verschieden sind.
2 zeigt ein Beispiel für eine Konfiguration zur Ermittlung des horizontalen Abstands von der Roboterspitzenposition 46 zu dem Schwerpunkt G des Werkstücks 38, bezogen auf die Richtung senkrecht zu der Zeichenebene. Dabei wird als Drehmomentsensor zur Erfassung eines auf eine Achse senkrecht zu der ersten Achse 22 oder zweiten Achse 26 aufgebrachten Drehmoments ein Drehmomentsensor 52, der zur Erfassung eines Drehmoments um eine Längsachse des Unterarms 28 konfiguriert ist, dem Unterarm 28 bereitgestellt, und wird ein Erfassungswert des Drehmomentsensors 52 als T3 bezeichnet. In diesem Fall wird ein Drehmoment T3' in der Richtung der Schwerkraft durch die folgende Gleichung (3) dargestellt, wobei θ1 ein Winkel ist, der durch eine Oberfläche senkrecht zu der Längsachse und zu der Richtung der Schwerkraft gebildet wird. Es sei darauf hingewiesen, dass die Längsachse des Unterarms 28 nicht mit der vertikalen Richtung zusammenfällt. Durch Berechnung von T3' kann die horizontale Position des Schwerpunkts G des Werkstücks 38 in Bezug auf die Richtung senkrecht zu der Zeichenebene gemäß der vorstehend beschriebenen arithmetischen Verarbeitung berechnet werden. Daher kann in dem Beispiel von 2, selbst wenn sich die Stellung der Last womöglich ändert, solange sich die Last lediglich entlang der horizontalen Fläche (um die vertikale Achse) dreht, die Position des Schwerpunkts der Last aus deren Drehwinkel usw. leicht berechnet werden. Beispielsweise in einem Fall, in dem der horizontale Abstand von der Spitzenposition 46 zu dem Schwerpunkt G in Bezug auf die Richtung senkrecht zu der Zeichenebene als d' bezeichnet wird, wenn das Werkstück 38 um die vertikale Achse gedreht wird, führt der Schwerpunkt G lediglich eine Drehbewegung aus, deren Drehradius ((d2+d'²)^1/2) beträgt. Daher ist die vorstehende Berechnung einfach. $T3'=T3/cos θ 1$
(Zweites Ausführungsbeispiel)
3 zeigt ein Beispiel für die Konfiguration einer Schätzvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Dabei wird auf eine ausführliche Beschreibung von Komponenten in dem zweiten Ausführungsbeispiel verzichtet, die mit dem ersten Ausführungsbeispiel identisch sein können.
In dem Beispiel von 3 wird, anstelle von zwei Drehmomentsensoren 32, 34 in dem ersten Ausführungsbeispiel, ein sechsachsiger Kraftsensor 54 verwendet, der dem Roboter 14 (in der Zeichnung einer Unterseite der Basis 18) bereitgestellt wird. Wenn der (bewegliche Teil 16 des) Roboter 14, der das Werkstück 38 hält, eine (einzelne) Stellung einnimmt, wird zunächst ein Drehmoment (erstes Drehmoment T1), das auf einen ersten Teil des Roboters 14 (in diesem Fall die Basis 18 einschließlich eines Erfassungspunktes 55 des Sensors 54) aufgebracht wird, von dem sechsachsigen Kraftsensor 54 erfasst, und wird eine auf den Roboter 14 aufgebrachte Kraft F1 ebenfalls von dem sechsachsigen Kraftsensor 54 erfasst.
Zu diesem Zeitpunkt gilt in Bezug auf das Gewicht M des Werkstücks und ein erstes Drehmoment T1', das auf Grund des Gewichts M auf die Basis 18 des Roboters 14 aufgebracht wird, folgende Gleichung (4). Außerdem ist eine Kraft Fl', die auf Grund des Gewichts M auf den Roboter 14 aufgebracht wird, gleich dem Gewicht M (Gleichung (5)). In dieser Hinsicht ist F1' ein Wert, der durch Subtraktion einer Kraft, die sich auf das Gewicht der Komponente des Roboters 14 bezieht, von einem Kraftwert erlangt wird, der von dem sechsachsigen Kraftsensor 54 oder einem Kraftsensor 56 erfasst wird, wie nachstehend beschrieben ist. Es sei darauf hingewiesen, dass in Gleichung (4) d3 ein horizontaler Abstand zwischen der Basis 18 (Erfassungspunkt 55) und der vertikalen Linie 48 ist, die durch die Spitzenposition 46 des beweglichen Teils 16 in einem Zustand von 3 (oder der Stellung des Roboters 14 in 3) verläuft, und d ein horizontaler Abstand zwischen der vertikalen Linie 48 und der vertikalen Linie 50 ist, die durch die Position des Schwerpunkts G des Werkstücks 38 verläuft. $T1'= (d3 + d) \times M$
$M = F1'$
In diesem Zusammenhang kann das erste Drehmoment T1' durch den Berechnungsabschnitt 40 usw. erlangt werden, indem ein (berechnetes) Drehmoment, das sich auf das Gewicht einer Komponente (in diesem Fall einen Arm und eine Hand usw. des beweglichen Teils 16) des Roboters 14 bezieht, von dem ersten Drehmoment T1 um den von dem sechsachsigen Kraftsensor 54 erfassten Erfassungspunkt 55 subtrahiert wird. Alternativ kann das erste Drehmoment T1' berechnet werden, indem ein Wert des sechsachsigen Kraftsensors 54, der gemessen wird, wenn der Roboter 14 das Werkstück 38 nicht hält, während er die gleiche Stellung wie in 3 einnimmt, von dem ersten Drehmoment T1 subtrahiert wird.
Andererseits kann der horizontale Abstand d3 von dem sechsachsigen Kraftsensor 54 (oder dem Erfassungspunkt 55) zu der Spitzenposition 46 des Roboters aus einer Dimension (z.B. einer Länge eines Gliedes) des Roboters 14 und einer Winkelposition jeder Achse berechnet werden. Daher können durch Lösen der Gleichungen (4) und (5) das Gewicht M und die horizontale Position des Schwerpunkts G (konkret, der Abstand d in horizontaler Richtung von der Spitzenposition 46 des Handgelenkteils 30 zu dem Schwerpunkt G) des Werkstücks erlangt werden.
4 zeigt ein weiteres Beispiel für die Konfiguration der Schätzvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. In dem Beispiel von 4 wird anstelle des Drehmomentsensors 34 in dem ersten Ausführungsbeispiel ein Kraftsensor 56 verwendet, der dem Roboter 14 (in der Zeichnung, dem Handgelenkteil 30) bereitgestellt wird. Wenn der (bewegliche Teil 16 des) Roboter 14, der das Werkstück 38 hält, eine (einzelne) Stellung einnimmt, wird zunächst ein Drehmoment (erstes Drehmoment T1), das auf die erste Achse 22 aufgebracht wird, von dem Drehmomentsensor 32, und wird eine Kraft F2, die auf den Roboter 14 aufgebracht wird, von dem Kraftsensor 56 erfasst.
Zu diesem Zeitpunkt gilt in Bezug auf das Gewicht M des Werkstücks und ein erstes Drehmoment T1', das auf Grund des Gewichts M auf die erste Achse 22 aufgebracht wird, Gleichung (4) wie vorstehend beschrieben. Ferner gilt in Bezug auf das Gewicht M des Werkstücks und eine Kraft F2', die auf Grund des Gewichts M auf den Roboter aufgebracht wird, die folgende Gleichung (6). Es sei darauf hingewiesen, dass F2' durch die folgende Gleichung (7) dargestellt wird, wobei θ2 ein Winkel ist, der durch eine von dem Kraftsensor 56 erfasste Richtung der Kraft F2 und die Richtung der Schwerkraft gebildet wird. $M = F2'$
$F2'=F2/cos θ 2$
Andererseits kann der horizontale Abstand d3 von dem Mittelpunkt der ersten Achse 22 bis zu der Spitzenposition 46 des Roboters aus einer Dimension (z.B. einer Länge eines Gliedes) des Roboters 14 und einer Winkelposition jeder Achse berechnet werden. Daher können durch Lösen der Gleichungen (4), (6) und (7) das Gewicht M und die horizontale Position des Schwerpunkts G (konkret, der Abstand d in horizontaler Richtung von der Spitzenposition 46 des Handgelenkteils 30 bis zu dem Schwerpunkt G) des Werkstücks erlangt werden.
Wie vorstehend beschrieben ist, werden in dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Drehmomentwert und ein Kraftwert verwendet, die erfasst werden, wenn der Roboter 14 eine Stellung einnimmt, während er das Werkstück 38 hält. Daher ist es, ähnlich wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, nicht erforderlich, den Roboter derart zu betreiben, dass er eine bestimmte Bewegung ausführt, bei der z.B. das bewegliche Teil 16 eine andere Stellung einnimmt, um das Gewicht und die Position des Schwerpunkts von Werkstück 38 abzuschätzen. Daher können, ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, das Gewicht und die horizontale Position des Schwerpunkts der Last als hinreichende Informationen für die geeignete Steuerung des Roboters in einer Anwendung verwendet werden, bei der die Stellung der Last nicht verändert wird. Außerdem werden bei Verwendung des sechsachsigen Kraftsensors ein erfasster Drehmomentwert und ein erfasster Kraftwert, wie vorstehend beschrieben ist, womöglich lediglich dadurch erlangt, dass dem Roboter 14 im Wesentlichen lediglich ein Sensor bereitgestellt wird.
Auch in dem zweiten Ausführungsbeispiel kann durch die Verwendung des Drehmomentsensors 52 usw., wie vorstehend beschrieben ist, der horizontale Abstand von der Spitzenposition 46 des Roboters zu dem Schwerpunkt G des Werkstücks 38, bezogen auf die Richtung senkrecht zu der Zeichenebene, erlangt werden.
Wie in der vorliegenden Offenbarung beschrieben, ist es insbesondere dann, wenn eine Funktion zur Erfassung eines Kontakts zwischen dem Roboter, der über eine Einrichtung zur Erfassung eines Drehmoments (z.B. einen Drehmomentsensor) verfügt, und einem externen Objekt zu realisieren ist, erforderlich, dass das Gewicht und die Position des Schwerpunkts der Last mit hoher Genauigkeit geschätzt werden. Beispielsweise kann eine externe Kraft, die auf den Roboter aufgebracht wird, durch Subtraktion des Drehmoments und des Trägheitsmoments auf Grund des Gewichts des Roboters und des Drehmoments und des Trägheitsmoments auf Grund der an dem vorderen Ende des beweglichen Teils positionierten Last von dem von dem Drehmomentsensor erfassten Drehmomentwert erfasst werden. Eine Differenz zwischen dem Gewicht und der Position des Schwerpunkts der Last, die in der Robotersteuervorrichtung usw. eingestellt oder gespeichert sind, und einem Ist-Gewicht und einer Ist-Position des Schwerpunkts der Last kann jedoch zu einem Fehler des erfassten Drehmoments der äußeren Kraft werden, wodurch sich die Genauigkeit der Erfassung des Kontakts verschlechtern kann. Ein Roboter, der in der Lage ist, einen Kontakt zu erkennen, kann beispielsweise als zusammenarbeitender Roboter verwendet werden, der sich einen Arbeitsbereich mit einem Menschen teilt, und daher ist es erforderlich, die Genauigkeit der Kontakterfassung zu erhöhen. Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es erforderlich, allein durch die Durchführung einer Messung und arithmetischer Verarbeitung in einer einzelnen Stellung das Gewicht und die horizontale Position des Schwerpunkts der Last mit einer praktisch hinreichenden Genauigkeit zu bestimmen.
Als der Drehmomentsensor in der vorliegenden Offenbarung können verschiedene Arten von Drehmomentsensoren (z.B. ein Sensor eines berührungslosen (magnetostriktiver) Typs oder eines Kontakttyps (Schleifring)) verwendet werden, solange der Drehmomentsensor das auf die spezifische Achse aufgebrachte Drehmoment erfassen (messen) kann. In der vorliegenden Offenbarung entspricht das von dem Drehmomentsensor erfasste „auf eine Achse aufgebrachte Drehmoment“ (d.h. ein erfasster Drehmomentwert) einem Wert, der durch Subtraktion eines Einflusswertes der Reibung usw. von einem Drehmoment eines Motors zum Antrieb jeder Achse des Roboters erlangt wird, oder einer Summe des erlangten Wertes und eines Einflusswertes der Schwerkraft. Daher können unter Verwendung des Drehmomentsensors das Gewicht und die Position des Schwerpunkts des Artikels mit (zumindest praktisch) hoher Genauigkeit geschätzt werden, ohne die Reibung abzuschätzen oder zu identifizieren, da eine solche Abschätzung oder Identifizierung der Reibung als schwierig gilt.
Als der Kraftsensor in der vorliegenden Offenbarung können verschiedene Arten von Kraftsensoren (z.B. ein Dehnmessstreifen oder ein elektrostatischer Sensor vom Kapazitätstyp) verwendet werden, und es kann der Kraftsensor konfiguriert werden, um eine Kraft in lediglich einer Richtung zu messen. Der Kraftsensor kann sowohl an dem Ober- oder Unterarm des Roboters als auch an dem Handgelenkteil des Roboters angebracht werden. Außerdem kann der Kraftsensor an einem Teil angebracht werden, an dem der Drehmomentsensor nicht befestigt ist.
In der vorliegenden Offenbarung kann der Speicherabschnitt der Schätzvorrichtung oder eine andere Speichereinheit ein Programm speichern, durch das der vorstehend genannte Prozess von dem Roboter oder einer arithmetischen Verarbeitungseinheit wie der Schätzvorrichtung, die in Verbindung mit dem Roboter verwendet wird, ausgeführt wird. Das Programm kann auch als ein nicht-vergängliches, computerlesbares Medium (z.B. eine CD-ROM oder ein USB-Speicher) bereitgestellt werden, das zum Speichern des Programms konfiguriert ist.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung können das Gewicht und die horizontale Position des Schwerpunkts der Last durch die Messung in einer einzelnen Stellung, in der der Roboter die Last hält, mit einer praktisch hinreichenden Genauigkeit abgeschätzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP H03142179 A [0003]
JP H09091004 A [0003]
JP H02300644 A [0003]
JP H03055189 A [0004]

Claims

Schätzvorrichtung (12), die umfasst: zumindest einen Sensor (32, 34), der konfiguriert ist, um ein erstes Drehmoment, das auf einen ersten Abschnitt (22) eines Roboters (14) aufgebracht wird, und ein zweites Drehmoment, das auf einen zweiten Abschnitt (26) des Roboters, der sich von dem ersten Abschnitt unterscheidet, oder eine auf den Roboter aufgebrachte Kraft zu erfassen; und einen Berechnungsabschnitt (40), der konfiguriert ist, um ein Gewicht eines Artikels (38) und eine horizontale Position des Artikels zu berechnen, indem ein Erfassungswert des Sensors in einer einzelnen Stellung verwendet wird, in der der Roboter den an einem beweglichen Teil (16) des Roboters positionierten Artikel hält.
Schätzvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Sensor zwei Drehmomentsensoren (32, 34) umfasst, die konfiguriert sind, um jeweils das erste und das zweite Drehmoment zu erfassen.
Schätzvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der Berechnungsabschnitt konfiguriert ist, um das Gewicht und die horizontale Position des Artikels zu berechnen, indem zwei Drehmomentwerte verwendet werden, die durch Subtraktion eines Drehmoments, das sich auf ein Gewicht einer Komponente des Roboters bezieht, von dem ersten und zweiten Drehmoment, die jeweils von den zwei Drehmomentsensoren erfasst werden, erlangt werden.
Schätzvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Sensor einen sechsachsigen Kraftsensor (54) umfasst, der dem Roboter bereitgestellt wird.
Schätzvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Sensor einen Drehmomentsensor (32), der konfiguriert ist, um das erste Drehmoment zu erfassen, und einen Kraftsensor (56) umfasst, der dem Roboter bereitgestellt wird.
Schätzvorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei der Berechnungsabschnitt konfiguriert ist, um das Gewicht und die horizontale Position des Artikels zu berechnen, unter Verwendung von: einem Wert, der durch Subtraktion eines Drehmoments, das sich auf ein Gewicht einer Komponente des Roboters bezieht, von dem ersten Drehmoment, das durch den sechsachsigen Kraftsensor oder den Drehmomentsensor erfasst wird, erlangt wird; und einem Wert, der durch Subtraktion einer Kraft, die sich auf das Gewicht der Komponente des Roboters bezieht, von einem Kraftwert, der durch den sechsachsigen Kraftsensor oder den Kraftsensor erfasst wird, erlangt wird.
Schätzverfahren, das die Schritte umfasst: Bereitstellen zumindest eines Sensors (32, 34) für einen Roboter (14), wobei der Sensor konfiguriert ist, um ein erstes Drehmoment, das auf einen ersten Abschnitt (22) des Roboters aufgebracht wird, und ein zweites Drehmoment, das auf einen zweiten Abschnitt (26) des Roboters aufgebracht wird, der sich von dem ersten Abschnitt unterscheidet, oder eine auf den Roboter aufgebrachte Kraft zu erfassen; Anbringen eines Artikels (38) an einem beweglichen Teil (16) des Roboters; und Berechnen eines Gewichts des Artikels und einer horizontalen Position des Artikels, unter Verwendung eines Erfassungswerts des Sensors in einer einzelnen Stellung, in der der Roboter den an dem beweglichen Teil des Roboters positionierten Artikel hält.
Schätzverfahren gemäß Anspruch 7, umfassend ein Berechnen des Gewichts und der horizontalen Position des Artikels unter Verwendung von zwei Drehmomentwerten, die durch Subtraktion eines Drehmoments, das sich auf das Gewicht einer Komponente des Roboters bezieht, von dem ersten und zweiten Drehmoment erlangt werden.
Schätzverfahren gemäß Anspruch 7, umfassend ein Berechnen des Gewichts und der horizontalen Position des Artikels unter Verwendung von: einem Wert, der durch Subtraktion eines Drehmoments, das sich auf das Gewicht einer Komponente des Roboters bezieht, von dem ersten Drehmoment erlangt wird, und einem Wert, der durch Subtraktion einer Kraft, die sich auf das Gewicht der Komponente des Roboters bezieht, von einem durch den Sensor erfassten Kraftwert erlangt wird.
Programm, das den Roboter und eine arithmetische Verarbeitungseinheit, die in Verbindung mit dem Roboter verwendet wird, veranlasst, das Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 7 bis 9 auszuführen.