DE102020113686A1

DE102020113686A1 - Robotersystem

Info

Publication number: DE102020113686A1
Application number: DE102020113686.2A
Authority: DE
Inventors: Akifumi FURUICHI; Kazutaka Nakayama; Kuniyasu Matsumoto; Yasuhiro Naitou
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2020-05-20
Publication date: 2020-12-24
Also published as: US11389959B2; US20200376660A1; JP7290472B2; CN112008715A; JP2020192652A

Abstract

Die vorliegende Erfindung sieht ein Robotersystem (1) vor, das einen Roboter (2) und eine den Roboter (2) steuernde Steuervorrichtung (3) umfasst. Der Roboter (2) umfasst ein erstes Glied (5), ein um eine vorbestimmte erste Achse (B) relativ zum ersten Glied (5) drehangetriebenes zweites Glied (6), und einen ein Drehmoment um die erste Achse (B) erfassenden ersten Drehmomentdetektor (13). Die Steuervorrichtung (3) umfasst eine Außenkraftobergrenzwert-Schätzeinrichtung, die basierend auf dem vom ersten Drehmomentdetektor (13) erfassten Drehmoment einen Außenkraftobergrenzwert schätzt, der als anzunehmender Obergrenzwert für eine auf das zweite Glied (6) wirkende Außenkraft dient, und steuert den Roboter (2) dahingehend, eine Erhöhung der Außenkraft zu vermeiden, wenn der geschätzte Außenkraftobergrenzwert größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.

Description

{Gebiet der Technik}
Die vorliegende Offenbarung betrifft Robotersysteme.
{Stand der Technik}
In einer bekannten Technik wird ein auf einen Roboter wirkendes Drehmoment erfasst und der Roboter angehalten, wenn das erfasste Drehmoment einen Obergrenzwert überschreitet (siehe z. B. Patentliteratur 1).
{Liste der Anführungen}
{Patentliteratur}
{PTL 1}
Japanische Patentveröffentlichung Nr. 5927284
{ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG}
{Technische Aufgabe}
Wenn ein Objekt mit einem Roboter in Kontakt kommt, kann das Drehmoment, das gemäß einer aus dem Objekt auf den Roboter ausgeübten Außenkraft jeweils auf die Wellen des Roboters wirkt, unter Verwendung von zum Beispiel einem Drehmomentsensor erfasst werden. Es ist dabei nicht möglich, die spezielle Position, an welcher das Objekt mit dem Roboter in Kontakt kommt, näher zu bestimmen, was ein genaues Erfassen der Größe der Außenkraft erschwert.
Im Fall von Robotern, die kollaborativ mit Menschen arbeiten, wie im Fall von kollaborativen Robotern, ist die Größe einer zulässigen Kraft (zulässige Kontaktkraft), die von einem Roboter als Folge eines Kontakts zwischen dem Roboter und dem Menschen ausgeübt wird, in ISO/TS 15066 vorgeschrieben.
Es ist daher in dem Fall, in dem zum Beispiel ein Drehmomentsensor, der die auf den Roboter wirkende Außenkraft erfasst, vorgesehen ist, auch wenn das erfasste Drehmoment den Obergrenzwert nicht übersteigt, dennoch wünschenswert, den Roboter bei einer kleineren Außenkraft als der in ISO/TS 15066 vorgeschriebenen zulässigen Kontaktkraft anzuhalten.
{Technische Lösung}
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung sieht ein Robotersystem vor, das einen Roboter und eine den Roboter steuernde Steuervorrichtung umfasst. Der Roboter umfasst ein erstes Glied, ein um eine vorbestimmte erste Achse relativ zum ersten Glied drehangetriebenes zweites Glied und einen ein Drehmoment um die erste Achse erfassenden ersten Drehmomentdetektor, und die Steuervorrichtung umfasst eine Außenkraftobergrenzwert-Schätzeinrichtung, die basierend auf dem vom ersten Drehmomentdetektor erfassten Drehmoment einen Außenkraftobergrenzwert schätzt, der als anzunehmender Obergrenzwert für eine auf das zweite Glied wirkende Außenkraft dient, und steuert den Roboter dahingehend, eine Erhöhung der Außenkraft zu vermeiden, wenn der geschätzte Außenkraftobergrenzwert größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
Figurenliste

{1} 1 zeigt die Gesamtkonfiguration eines Robotersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
{2} 2 zeigt in einem Blockdiagramm eine im Robotersystem von 1 umfasste Steuervorrichtung.
{3} 3 zeigt eine Seitenansicht eines im Robotersystem von 1 umfassten Roboters und veranschaulicht ein Beispiel von Außenkraftobergrenzwerten um eine J1-Achse bis J3-Achse des Roboters.
{4} 4 zeigt eine Draufsicht auf den Roboter und erläutert einen Außenkraftobergrenzwert in einer Modifikation des Robotersystems von 1.
{5} 5 zeigt eine Seitenansicht des Roboters im Robotersystem von 4.
{6} 6 zeigt ein Diagramm, das ein Verfahren zum Berechnen einer kombinierten Außenkraft aus im Robotersystem von 4 und 5 geschätzten Außenkraftobergrenzwerten für Wellen erläutert.
{7} 7 zeigt eine Seitenansicht des Roboters und erläutert einen Außenkraftobergrenzwert in einer weiteren Modifikation des Robotersystems von 1.
{8} 8 zeigt eine Vorderansicht einer Handgelenkeinheit des Roboters im Robotersystem von 7.
{9} 9 zeigt ein Diagramm, das ein Verfahren zum Berechnen einer kombinierten Außenkraft aus im Robotersystem von 7 und 8 geschätzten Außenkraftobergrenzwerten für Wellen erläutert.
{10} 10 zeigt eine Seitenansicht des Roboters und erläutert ein Verfahren zum Schätzen eines Außenkraftobergrenzwerts in einer Modifikation des Robotersystems von 1.
{11} 11 zeigt eine Seitenansicht des Roboters und erläutert ein Verfahren zum Schätzen eines Außenkraftobergrenzwerts in einer anderen Orientierung als der von 4.
{12} 12 zeigt eine Seitenansicht des Roboters und erläutert eine spezielle Orientierung des Roboters im Robotersystem von 1.
{13} 13 zeigt eine Seitenansicht des Roboters und veranschaulicht eine Modifikation des Roboters im Robotersystem von 1.
{14} 14 zeigt eine erweiterte Vorderansicht des Roboters und veranschaulicht eine weitere Modifikation des Roboters im Robotersystem von 1.

{Beschreibung der Ausführungsformen}
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Robotersystem 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, umfasst das Robotersystem 1 gemäß dieser Ausführungsform einen Roboter 2 und eine Steuervorrichtung 3, die den Roboter 2 steuert.
Der Roboter 2 umfasst eine auf eine Bodenfläche G aufgesetzte Basis (drittes Glied) 4 und umfasst auch einen von der Basis 4 drehbar um eine vertikale J1-Achse (zweite Achse) A getragenen Drehkörper (erstes Glied) 5. Der Roboter 2 umfasst einen vom Drehkörper 5 drehbar um eine horizontale J2-Achse (erste Achse) B getragenen ersten Arm (zweites Glied) 6, und umfasst auch einen vom ersten Arm 6 drehbar um eine parallel zur J2-Achse B verlaufende J3-Achse (dritte Achse) C getragenen zweiten Arm (viertes Glied) 7.
Der Roboter 2 umfasst eine dreiachsige Handgelenkeinheit 8 am abgelegenen Ende des zweiten Arms 7.
Die Handgelenkeinheit 8 umfasst eine vom zweiten Arm 7 drehbar um eine in Längsrichtung des zweiten Arms 7 verlaufende J4-Achse D getragene erste Handgelenkkomponente 9. Die Handgelenkeinheit 8 umfasst eine von der ersten Handgelenkkomponente 9 drehbar um eine orthogonal zur J4-Achse D verlaufende J5-Achse E getragene zweite Handgelenkkomponente 10. Die Handgelenkeinheit 8 umfasst eine von der zweiten Handgelenkkomponente 10 drehbar um eine orthogonal zur J5-Achse E und durch einen Schnittpunkt zwischen der J4-Achse D und der J5-Achse E verlaufende J6-Achse F getragene dritte Handgelenkkomponente 11.
Der Roboter 2 gemäß dieser Ausführungsform umfasst einen Drehmomentsensor (zweiter Drehmomentdetektor) 12, der zwischen der Bodenfläche G und der Basis 4 angeordnet ist und ein Drehmoment um die J1-Achse A erfasst. Der Roboter 2 umfasst einen Drehmomentsensor (erster Drehmomentdetektor) 13, der ein Drehmoment um die J2-Achse B zwischen dem Drehkörper 5 und dem ersten Arm 6 erfasst. Der Roboter 2 umfasst einen Drehmomentsensor (dritter Drehmomentdetektor) 14, der ein Drehmoment um die J3-Achse C zwischen dem ersten Arm 6 und dem zweiten Arm 7 erfasst.
Die Steuervorrichtung 3 wird durch einen Prozessor und einen Speicher gebildet. Wie in 2 gezeigt, umfasst die Steuervorrichtung 3 eine Steuerung 15, die gemäß einem erlernten Programm ein Befehlssignal an den Roboter 2 ausgibt. Die Steuervorrichtung 3 umfasst einen Drehmomentrechner 16, der die Position (Orientierung) einer Werkzeugspitze des Roboters 2 und die Geschwindigkeit (Bewegung) jeder Welle von der Steuerung 15 empfängt und um die J1-Achse A bis J3-Achse C wirkende Drehmomente gemäß der Orientierung und der Bewegung nacheinander berechnet.
Die Steuervorrichtung 3 umfasst einen Differenzdrehmomentrechner 17, der einen jeweils von den Drehmomentsensoren 12, 13 und 14 erfassten Drehmomentwert empfängt und für jede Welle einen Absolutwert eines Differenzdrehmomentwerts berechnet, der eine Differenz zwischen dem empfangenen Drehmomentwert und einem vom Drehmomentrechner 16 gemäß der Orientierung des Roboters 2 und der Geschwindigkeit und Beschleunigung jeder Antriebseinheit berechneten Drehmoment angibt. Darüber hinaus umfasst die Steuervorrichtung 3 eine Außenkraftobergrenzwert-Schätzeinrichtung 18, die basierend auf dem berechneten Differenzdrehmomentwert einen Außenkraftobergrenzwert Pa als anzunehmenden Obergrenzwert für eine auf den Roboter 2 wirkende Außenkraft P schätzt.
Die Außenkraftobergrenzwert-Schätzeinrichtung 18 speichert für jede Welle einen Mindestradius von einer Achse aus an einer aufgrund der Konstruktion des Roboters 2 physisch kontaktierbaren Position an einer an jedem der gegenüberliegenden Enden angeordneten Oberfläche in der Drehrichtung eines beliebigen von zweien der relativ um die Achsen A, B und C gedrehten Glieder 4, 5, 6 und 7.
Zum Beispiel wird bezüglich des um die J1-Achse A relativ zur Basis 4 gedrehten Drehkörpers 5 der Radius an einer der J1-Achse A nächstgelegenen Position auf einer in radialer Richtung des Drehkörpers 5 verlaufenden Oberfläche, bei der die Möglichkeit besteht, dass eine Bedienperson physisch damit in Kontakt kommt, in der Richtung der J1-Achse A gespeichert. Zum Beispiel wird, wie in 3 gezeigt, in einem Fall, in dem der Drehkörper 5 eine auf der J1-Achse A zentrierte konische Außenfläche aufweist, ein Radius R1 von der J1-Achse A aus auf einer Oberfläche, an der der Querschnitt am kleinsten ist, gespeichert.
Zum Beispiel wird bezüglich des um die J2-Achse B relativ zum Drehkörper 5 gedrehten ersten Arms 6 der Radius an einer der J2-Achse B nächstgelegenen Position auf einer in radialer Richtung des ersten Arms 6 verlaufenden Oberfläche, bei der die Möglichkeit besteht, dass eine Bedienperson physisch damit in Kontakt kommt, in Richtung der J2-Achse B gespeichert. Zum Beispiel wird, wie in 3 gezeigt, in einem Fall, in dem der erste Arm 6 ein Ende 6a mit einer auf der J2-Achse B zentrierten zylindrischen Außenfläche und einen von der Oberfläche des Endes 6a radial nach außen verlaufenden Arm 6b umfasst, ein Radius R2 von der J2-Achse B aus an der Basis des Arms 6b, das heißt ein Radius R2 auf der Außenfläche des Endes 6a, gespeichert.
Zum Beispiel wird bezüglich des um die J3-Achse C relativ zum ersten Arm 6 gedrehten zweiten Arms 7 der Radius an einer der J3-Achse C nächstgelegenen Position auf einer in radialer Richtung des zweiten Arms 7 verlaufenden Oberfläche, bei der die Möglichkeit besteht, dass eine Bedienperson physisch damit in Kontakt kommt, gespeichert. Zum Beispiel wird, wie in 3 gezeigt, in einem Fall, in dem der zweite Arm 7 ein Ende 7a mit einer auf der J3-Achse C zentrierten zylindrischen Außenfläche und einen von der Oberfläche des Endes 7a radial nach außen verlaufenden Arm 7b umfasst, ein Radius R3 von der J3-Achse C aus an der Basis des Arms 7b, das heißt ein Radius R3 auf der Außenfläche des Endes 7a, gespeichert.
Die Außenkraftobergrenzwert-Schätzeinrichtung 18 teilt den Absolutwert des vom Differenzdrehmomentrechner 17 berechneten Differenzdrehmoments durch jeden gespeicherten Mindestradius, um den Außenkraftobergrenzwert Pa zu berechnen. Insbesondere ist es, falls ein vom Differenzdrehmomentrechner 17 berechnetes Differenzdrehmoment gegeben ist, klar, dass dass in Bezug auf eine Welle, an der das Differenzdrehmoment vorliegt, eine Außenkraft P auf eine Stelle an der Oberfläche des Roboters 2 einwirkt.
Da es nicht möglich ist, die Stelle, die die Außenkraft empfängt, näher zu bestimmen, ist es nicht möglich, die Größe der tatsächlichen Außenkraft P rein basierend auf der Größe des Differenzdrehmoments anzugeben. Jedoch lassen sich durch Teilen des Differenzdrehmoments durch jeden der Mindestradien R1, R2 und R3 an den physisch kontaktierbaren Positionen jeweils die Maximalwerte P1, P2 und P3 für eine Außenkraft, die als Folge des Kontakts erzeugt werden kann, als ein Außenkraftobergrenzwert Pa bestimmen.
Die Steuerung 15 vergleicht dann den von der Außenkraftobergrenzwert-Schätzeinrichtung 18 geschätzten Außenkraftobergrenzwert Pa mit einem vorbestimmten Schwellenwert. Wenn der Außenkraftobergrenzwert Pa größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert, steuert die Steuerung 15 den Roboter 2 dahingehend, dass dieser angehalten oder zurückgezogen wird.
In ISO/TS 15066 ist ein Schwellenwert für eine biodynamische Belastung, die eine Bedienperson aushalten kann, ohne verletzt zu werden, wenn der Roboter 2 und die Bedienperson miteinander in Kontakt kommen, für jedes kontaktierbare Körperteil der Bedienperson festgelegt. Die Steuerung 15 speichert den kleinsten Wert dieser Schwellenwerte als Schwellenwert und bestimmt, ob der berechnete Außenkraftobergrenzwert Pa größer ist als der Schwellenwert, oder nicht.
Der von der Steuerung 15 durchgeführte Anhaltevorgang oder Rückziehvorgang des Roboters 2 dient dazu, zu verhindern, dass sich der Außenkraftobergrenzwert Pa erhöht. Insbesondere wird beim Anhaltevorgang der Roboter 2 an jener Stelle angehalten und beim Rückziehvorgang bewegt sich der Roboter 2 in eine Richtung zum Mindern der Außenkraft, wie etwa in die zur vorherigen Bewegung entgegengesetzte Richtung.
Bei dem die oben beschriebene Konfiguration aufweisenden Robotersystem 1 gemäß dieser Ausführungsform wird bezüglich der Außenkraft, die das jeweils von den Drehmomentsensoren 12, 13, 14 erfasste Drehmoment erzeugen kann, der auf die physisch kontaktierbare Position mit dem Mindestradius einwirkende Außenkraftobergrenzwert Pa mit dem vorbestimmten Schwellenwert verglichen. Insbesondere wird in einem Fall, in dem vom Drehmomentsensor 12, 13 oder 14 ein bedeutendes Drehmoment erfasst wird, eine Außenkraft P mit der Größe des Außenkraftobergrenzwerts Pa als auf die physisch kontaktierbare Position mit dem Mindestradius einwirkend angesehen.
Demnach ist zum Beispiel die tatsächliche auf die Bedienperson ausgeübte Belastung, wenn die Bedienperson mit dem Roboter 2 in Kontakt kommt, zuverlässig kleiner oder gleich dem Außenkraftobergrenzwert Pa. Insbesondere ist das Robotersystem 1 gemäß dieser Ausführungsform dahingehend vorteilhaft, dass der Roboter 2 zuverlässig angehalten oder zurückgezogen werden kann, bevor die Bedienperson eine biodynamische Belastung erfährt, die die Bedienperson aushalten kann, ohne verletzt zu werden.
Der Außenkraftobergrenzwert Pa kann sicherer geschätzt werden, indem ein noch kleinerer Wert als Mindestradiuswert gespeichert wird. Dies ist jedoch nicht wünschenswert, da der Außenkraftobergrenzwert Pa zu sehr in Richtung Sicher festgelegt wird, derart, dass der Roboter 2 auch dann angehalten oder zurückgezogen wird, wenn eine extrem kleine Außenkraft P auf eine von der Achse A, B oder C entfernte Position ausgeübt wird.
Bei dieser Ausführungsform werden die Außenkraftobergrenzwerte P1, P2 und P3 für die jeweiligen Wellen berechnet und jeweils mit dem Schwellenwert verglichen. Alternativ dazu kann, zum Beispiel in einem Fall, in dem vom Drehmomentsensor 12 ein Drehmoment um die J1-Achse A erfasst wird und vom Drehmomentsensor 13 ein Drehmoment um die in einer orthogonal zur J1-Achse A verlaufenden Ebene angeordnete J2-Achse B erfasst wird, der Außenkraftobergrenzwert Pa geschätzt werden wie folgt.
Insbesondere wird ein Außenkraftobergrenzwert (zweiter Außenkraftobergrenzwert) P1 gemäß dem oben beschriebenen Verfahren basierend auf dem Drehmoment um die J1-Achse A berechnet, ein Außenkraftobergrenzwert (erster Außenkraftobergrenzwert) P2 wird gemäß dem oben beschriebenen Verfahren basierend auf dem Drehmoment um die J2-Achse B berechnet, und die beiden berechneten Außenkraftobergrenzwerte werden miteinander kombiniert. Der kombinierte Außenkraftobergrenzwert (kombinierte Außenkraft) Pa lässt sich entsprechend unter Verwendung des folgenden Ausdrucks berechnen: $Pa = \sqrt ({P1}^{2} + P 2^{2})$
wobei Pa für den kombinierten Außenkraftobergrenzwert steht, P1 für den Außenkraftobergrenzwert um die J1-Achse A steht, und P2 für den Außenkraftobergrenzwert um die J2-Achse B steht.
Zum Beispiel wird, wie in 4 und 5 gezeigt, ein orthogonales Koordinatensystem in Bezug auf den Roboter 2 konzeptualisiert.
Dann wird angenommen, dass eine Außenkraftkomponente F1 in einer horizontalen Ebene, wie in 4 gezeigt, und eine Außenkraftkomponente F2 in einer vertikalen Ebene, wie in 5 gezeigt, als Außenkraft auf den ersten Arm 6 des Roboters 2 ausgeübt werden.
Dabei wird, wie in 4 gezeigt, der Außenkraftobergrenzwert P1 aus dem vom Drehmomentsensor 12 erfassten Drehmoment um die J1-Achse A geschätzt. Es ist vorstellbar, dass der Außenkraftobergrenzwert P1 in einer beliebigen Richtung in der Fx-Fy-Ebene wirkt. Wie in 5 gezeigt, wird der Außenkraftobergrenzwert P2 aus dem vom Drehmomentsensor 13 erfassten Drehmoment um die J2-Achse B geschätzt. Es ist vorstellbar, dass der Außenkraftobergrenzwert P2 in einer beliebigen Richtung in der Fx-Fz-Ebene wirkt.
Es kann daher dabei der kombinierte Außenkraftobergrenzwert Pa gemäß dem Summenwert der in Ausdruck (1) angegebenen Außenkraftobergrenzwerte P1 und P2, wie sie in 6 gezeigt sind, berechnet werden.
Die obige Beschreibung bezieht sich zwar auf ein Beispiel, in welchem das Drehmoment um die J1-Achse A und das Drehmoment um die J2-Achse B erfasst werden, die Ausführungsform ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
Zum Beispiel gilt, wie in 7 und 8 gezeigt, das Gleiche für einen Fall, in dem ein Drehmomentsensor (nicht gezeigt), der ein Drehmoment um die J4-Achse D erfasst, und ein Drehmomentsensor (nicht gezeigt), der ein Drehmoment um die J5-Achse E erfasst, vorgesehen sind. Insbesondere wirkt ein Außenkraftobergrenzwert P1, der aus dem vom entsprechenden Drehmomentsensor erfassten Drehmoment um die J4-Achse D geschätzt wird, in einer beliebigen Richtung in der Fx-Fy-Ebene, wie in 8 gezeigt.
Ein Außenkraftobergrenzwert P2, der aus dem vom entsprechenden Drehmomentsensor erfassten Drehmoment um die J5-Achse E geschätzt wird, wirkt in einer beliebigen Richtung in der Fx-Fz-Ebene, wie in 7 gezeigt.
Die J4-Achse D und die J5-Achse E verlaufen in zueinander orthogonalen Ebenen.
Daher kann dabei der kombinierte Außenkraftobergrenzwert Pa ähnlich gemäß dem Summenwert der in Ausdruck (1) angegebenen Außenkraftobergrenzwerte P1 und P2, wie sie in 9 gezeigt sind, berechnet werden.
Die obige Beschreibung bezieht sich zwar auf ein Beispiel, in welchem die Drehmomente um die beiden benachbarten Achsen B und C der Achsen A, B, C, D, E und F des Roboters 2 erfasst werden, die Ausführungsform ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Es können zum Beispiel Drehmomente um zwei nicht benachbarte Achsen der Achsen A, B, C, D, E und F, wie etwa die J1-Achse A und die J3-Achse C oder die J2-Achse B und die J4-Achse D, erfasst und kombiniert werden.
In einem Fall, in welchem ein Drehmoment um die J2-Achse B und ein Drehmoment um die parallel zur J2-Achse B verlaufende J3-Achse C erfasst werden, wird ein Außenkraftobergrenzwert P2 gemäß dem oben beschriebenen Verfahren basierend auf dem Drehmoment um die J2-Achse B berechnet, und ein Außenkraftobergrenzwert (dritter Außenkraftobergrenzwert) P3 wird gemäß dem oben beschriebenen Verfahren basierend auf dem Drehmoment um die J3-Achse C berechnet. Dann kann zum Beispiel ein Außenkraftobergrenzwert Pa basierend auf der J1-Achse A aus dem berechneten ersten Außenkraftobergrenzwert P2 und dem dritten Außenkraftobergrenzwert P3 geschätzt werden.
In einem Fall, in welchem ein Drehmoment um die J2-Achse B und ein Drehmoment um die parallel zur J2-Achse B verlaufende J3-Achse C erfasst werden, wird ein Außenkraftobergrenzwert P2 gemäß dem oben beschriebenen Verfahren basierend auf dem Drehmoment um die J2-Achse B berechnet, und ein Außenkraftobergrenzwert (dritter Außenkraftobergrenzwert) P3 wird gemäß dem oben beschriebenen Verfahren basierend auf dem Drehmoment um die J3-Achse C berechnet. Dann werden der berechnete erste Außenkraftobergrenzwert P2 und dritte Außenkraftobergrenzwert P3 miteinander verglichen, und der kleinere der Werte kann als ein Außenkraftobergrenzwert Pa geschätzt werden.
Insbesondere werden, wie in 10 und 11 gezeigt, in einem Fall, in dem eine Außenkraft auf das abgelegene Ende des zweiten Arms 7 wirkt, in der gleichen Richtung wirkende Drehmomente um die J2-Achse B und die J3-Achse C, die zueinander parallel sind, erfasst. Die basierend auf den beiden erfassten Drehmomenten berechneten zwei Außenkraftobergrenzwerte P2 und P3 werden beide zum Schätzen derselben Außenkraft verwendet und sind beide jeweils ein anzunehmender Maximalwert, so dass der kleinere der Werte als Wert dient, der näher an der tatsächlichen Außenkraft P liegt.
Daher kann, im Fall von 10, der basierend auf dem Drehmoment um die J2-Achse B berechnete Außenkraftobergrenzwert P2 als ein Außenkraftobergrenzwert Pa geschätzt werden, und im Fall von 11 kann der basierend auf dem Drehmoment um die J3-Achse C berechnete Außenkraftobergrenzwert P3 als ein Außenkraftobergrenzwert Pa geschätzt werden. Dementsprechend kann die Außenkraft P genauer geschätzt werden.
Bei dieser Ausführungsform wird der Außenkraftobergrenzwert Pa unter Verwendung eines Mindestradius an einer aufgrund der Konstruktion des Roboters 2 physisch kontaktierbaren Position berechnet. Alternativ dazu kann, wie in einem Fall, in dem der Roboter 2 teilweise abgedeckt oder von einem Sicherheitszaun umgeben ist, die Ausführungsform auf einen Fall angewendet werden, in welcher aufgrund der Abdeckung oder des Sicherheitszauns eine physisch nicht kontaktierbare Position vorhanden ist.
Falls aufgrund der Installationsumgebung des Roboters 2 ein Abschnitt nicht von außen von der Bedienperson kontaktierbar ist, kann ein Mindestradius in einem Bereich verwendet werden, in dem der Roboter 2 kontaktierbar ist. Ein Beispiel für einen Fall, in dem aufgrund der Installationsumgebung ein nicht kontaktierbarer Abschnitt vorliegt, ist ein Fall, in dem die Bedienperson durch, zum Beispiel, einen Sensor daran gehindert wird, sich einem speziellen Abschnitt des Roboters 2 zu nähern.
Wie in 12 gezeigt, sind in einem Fall, in welchem die Außenkraft P in einer Richtung wirkt, die entlang einer zur J2-Achse B und der J3-Achse C in einer die J1-Achse A umfassenden Ebene orthogonalen Linie verläuft, die Drehmomente um die J1-Achse A bis J3-Achse C alle klein. Insbesondere ist eine solche Orientierung des Roboters 2 eine Orientierung (spezielle Orientierung), in welcher es für alle der Drehmomentsensoren 12, 13 und 14 schwierig ist, Drehmomente zu erfassen.
In dieser Ausführungsform kann, da die Schätzung eines Außenkraftobergrenzwerts Pa basierend auf der Tatsache angenommen wird, dass ein Drehmoment erfassbar ist, die Steuervorrichtung 3 aus dem Winkel jeder Antriebseinheit des Roboters 2 bestimmen, ob sich der Roboter 2 in der speziellen Orientierung befindet, oder nicht, und kann den Roboter 2 daran hindern, sich zu bewegen, wenn bestimmt wird, dass sich der Roboter 2 in der speziellen Orientierung befindet.
Der Roboter 2 kann daran gehindert werden, sich zu bewegen, in dem die Betriebsgeschwindigkeit auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit oder darunter reduziert wird. Eine andere Alternative besteht darin, den Roboter 2 daran zu hindern, sich in die Richtung einer Außenkraft P zu bewegen, die die Drehmomentdetektion durch die Drehmomentsensoren 12, 13 und 14 erschwert.
Als Alternative zu dieser Ausführungsform, in welcher der Roboter 2 ein vertikaler Gelenkrobotertyp ist, kann ein horizontaler Gelenkroboter eingesetzt werden.
Als Alternative zu dieser Ausführungsform, in welcher die Drehmomentsensoren 12, 13 und 14 als Drehmomentdetektoren beschrieben sind, die Drehmomente erfassen, können die Drehmomente jeweils durch Erfassen eines elektrischen Stroms eines Motors geschätzt werden, der jeweils die Komponenten antreibt.
In einem Fall, in dem ein sekundärer Encoder vorgesehen ist, könnend die Drehmomente jeweils basierend auf vom sekundären Encoder erfassten Winkelinformationen geschätzt werden.
Als Alternative zum Roboter 2 als sechsachsiger Gelenkrobotertyp, lässt sich die Ausführungsform auf einen siebenachsigen Gelenkroboter 20 anwenden. In diesem Fall können, wie in 13 gezeigt, Drehmomentsensoren 12, 13, 14 und 22 angeordnet sein, die Drehmomente um eine J1-Achse A1 bis J4-Achse D1 erfassen. Das Bezugszeichen 21 bezeichnet einen vom zweiten Arm 7 drehbar um die parallel zur J3-Achse C1 verlaufende J4-Achse D1 getragenen dritten Arm.
Dabei wird die erste Handgelenkkomponente 9 vom dritten Arm 21 drehbar um eine in Längsrichtung des dritten Arms 21 verlaufende J5-Achse E getragen. Die zweite Handgelenkkomponente 10 ist von der ersten Handgelenkkomponente 9 drehbar um eine orthogonal zur J5-Achse E1 verlaufende J6-Achse E1 getragen. Die dritte Handgelenkkomponente 11 ist von der zweiten Handgelenkkomponente 10 drehbar um eine orthogonal zur J6-Achse F1 und durch einen Schnittpunkt zwischen der J5-Achse E1 und der J6-Achse F1 verlaufende J7-Achse H1 getragen.
Basierend auf dem niedrigsten Außenkraftobergrenzwert von drei basierend auf von den Drehmomentsensoren 13, 14 und 22 erfassten Drehmomentwerten geschätzten Außenkraftobergrenzwerten und einem basierend auf einem vom Drehmomentsensor 12 erfassten Drehmomentwert geschätzten Außenkraftobergrenzwert schätzt dann die Außenkraftobergrenzwert-Schätzeinrichtung 18 einen Außenkraftobergrenzwert, der für einen Vergleich mit dem vorbestimmten Schwellenwert verwendet wird.
Als Alternative zu dieser Ausführungsform, in welcher der Drehmomentsensor 12 in der Basis 4 vorgesehen ist, der Drehmomentsensor 13 im Drehkörper 5 vorgesehen ist, und der Drehmomentsensor 14 im ersten Arm 6 vorgesehen ist, kann der Drehmomentsensor 12 in der Bodenfläche G vorgesehen sein, der Drehmomentsensor 13 kann im ersten Arm 6 vorgesehen sein und der Drehmomentsensor 14 kann im zweiten Arm 7 vorgesehen sein. Insbesondere kann dadurch, dass das Drehmomentberechnungsverfahren im Drehmomentrechner 16 eingestellt wird, jeder Drehmomentsensor in einer von zwei Antriebseinheiten angeordnet sein, die sich relativ gemäß der Drehung um jede der Achsen A, B und C bewegen.
Zum Beispiel sind in einem Fall, in dem der erste Arm 6 und der zweite Arm 7 als zwei Antriebseinheiten verwendet werden, der Drehmomentsensor 14, ein den zweiten Arm 7 um die J3-Achse C antreibender Motor 23 und ein Drehzahlminderer 24 im ersten Arm 6 und zweiten Arm 7 angeordnet, wie in 14 gezeigt. Dabei ist der zweite Arm 7 als wünschenswerterweise schmäler auszuführende Antriebseinheit mit dem Drehmomentsensor 14 versehen, so dass der zweite Arm 7 schmäler ausgeführt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Robotersystem
2, 20: Roboter
3: Steuervorrichtung
4: Basis (drittes Glied)
5: Drehkörper (erstes Glied)
6: erster Arm (zweites Glied)
7: zweiter Arm (viertes Glied)
12: Drehmomentsensor (zweiter Drehmomentdetektor)
13: Drehmomentsensor (erster Drehmomentdetektor)
14: Drehmomentsensor (dritter Drehmomentdetektor)
18: Außenkraftobergrenzwert-Schätzeinrichtung
A, A1: J1-Achse (zweite Achse)
B, B1: J2-Achse (erste Achse)
C, C1: J3-Achse (dritte Achse)
P: Außenkraft
Pa: Außenkraftobergrenzwert
P1: Außenkraftobergrenzwert (zweiter Außenkraftobergrenzwert)
P2: Außenkraftobergrenzwert (erster Außenkraftobergrenzwert)
P3: Außenkraftobergrenzwert (dritter Außenkraftobergrenzwert)

Claims

Robotersystem, umfassend: einen Roboter; und eine Steuervorrichtung, die den Roboter steuert, wobei der Roboter ein erstes Glied, ein um eine vorbestimmte erste Achse relativ zum ersten Glied drehangetriebenes zweites Glied und einen ein Drehmoment um die erste Achse erfassenden ersten Drehmomentdetektor umfasst, und wobei die Steuervorrichtung eine Außenkraftobergrenzwert-Schätzeinrichtung umfasst, die basierend auf dem vom ersten Drehmomentdetektor erfassten Drehmoment einen Außenkraftobergrenzwert schätzt, der als anzunehmender Obergrenzwert für eine auf das zweite Glied wirkende Außenkraft dient, und den Roboter dahingehend steuert, eine Erhöhung der Außenkraft zu vermeiden, wenn der geschätzte Außenkraftobergrenzwert größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
Robotersystem gemäß Anspruch 1, wobei die Außenkraftobergrenzwert-Schätzeinrichtung den Außenkraftobergrenzwert basierend auf einem Absolutwert eines Differenzdrehmoments zwischen dem vom ersten Drehmomentdetektor erfassten Drehmoment und einem aus einer Orientierung und einer Bewegung des Roboters berechneten berechneten Drehmoment berechnet.
Robotersystem gemäß Anspruch 2, wobei die Außenkraftobergrenzwert-Schätzeinrichtung als den Außenkraftobergrenzwert einen Wert schätzt, der durch Teilen des Absolutwerts des Differenzdrehmoments durch einen Mindestradius von der ersten Achse aus an einer physisch kontaktierbaren Position auf einer als gegenüberliegende Enden des zweiten Glieds in einer Drehrichtung dienenden Oberfläche erhalten wird.
Robotersystem gemäß Anspruch 2, wobei die Außenkraftobergrenzwert-Schätzeinrichtung als Außenkraftobergrenzwert einen Wert schätzt, der durch Teilen des Absolutwerts des Differenzdrehmoments durch einen Mindestradius von der ersten Achse aus an einer aufgrund einer Installationsumgebung des Roboters kontaktierbaren Position auf einer als gegenüberliegende Enden des zweiten Glieds in einer Drehrichtung dienenden Oberfläche erhalten wird.
Robotersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Roboter ein drittes Glied umfasst, das relativ zum ersten Glied um eine in einer zur ersten Achse orthogonalen Ebene angeordnete zweite Achse drehangetrieben ist, und einen zweiten Drehmomentdetektor, der ein Drehmoment um die zweite Achse erfasst, und wobei die Außenkraftobergrenzwert-Schätzeinrichtung den Außenkraftobergrenzwert unter Verwendung eines basierend auf dem vom ersten Drehmomentdetektor erfassten Drehmoment berechneten ersten Außenkraftobergrenzwerts und eines basierend auf dem vom zweiten Drehmomentdetektor erfassten Drehmoment berechneten zweiten Außenkraftobergrenzwerts schätzt.
Robotersystem gemäß Anspruch 5, wobei die Außenkraftobergrenzwert-Schätzeinrichtung den Außenkraftobergrenzwert gemäß dem Summenwert des ersten Außenkraftobergrenzwerts und des zweiten Außenkraftobergrenzwerts schätzt.
Robotersystem gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei der Roboter ein viertes Glied umfasst, das relativ zum zweiten Glied um eine parallel zur ersten Achse verlaufende dritte Achse drehangetrieben ist, und einen dritten Drehmomentdetektor, der ein Drehmoment um die dritte Achse erfasst, und wobei die Außenkraftobergrenzwert-Schätzeinrichtung den Außenkraftobergrenzwert unter Verwendung des basierend auf dem vom ersten Drehmomentdetektor erfassten Drehmoment berechneten ersten Außenkraftobergrenzwerts und eines basierend auf dem vom dritten Drehmomentdetektor erfassten Drehmoment berechneten dritten Außenkraftobergrenzwerts schätzt.
Robotersystem gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei der Roboter ein viertes Glied umfasst, das relativ zum zweiten Glied um eine parallel zur ersten Achse verlaufende dritte Achse drehangetrieben ist, und einen dritten Drehmomentdetektor, der ein Drehmoment um die dritte Achse erfasst, und wobei die Außenkraftobergrenzwert-Schätzeinrichtung den basierend auf dem vom ersten Drehmomentdetektor erfassten Drehmoment berechneten ersten Außenkraftobergrenzwert mit einem basierend auf dem vom dritten Drehmomentdetektor erfassten Drehmoment berechneten dritten Außenkraftobergrenzwert vergleicht und den Außenkraftobergrenzwert unter Verwendung von nur einem kleineren der verglichenen Werte schätzt.
Robotersystem gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Steuervorrichtung bestimmt, ob sich der Roboter in einer speziellen Orientierung befindet, in welcher der Roboter eine Kontaktmöglichkeit hat, bei der der Roboter eine Außenkraft empfängt, die das Erfassen der Drehmomente durch alle im Roboter umfassten Drehmomentdetektoren erschwert, oder nicht, und den Roboter daran hindert, sich zu bewegen, wenn bestimmt wird, dass sich der Roboter in der speziellen Orientierung befindet.
Robotersystem gemäß Anspruch 9, wobei, wenn bestimmt wird, dass sich der Roboter in der speziellen Orientierung befindet, die Steuervorrichtung eine Betriebsgeschwindigkeit des Roboters reduziert.
Robotersystem gemäß Anspruch 9, wobei, wenn bestimmt wird, dass sich der Roboter in der speziellen Orientierung befindet, die Steuervorrichtung den Roboter daran hindert, sich in einer Richtung der Außenkraft zu bewegen, die das Erfassen der Drehmomente erschwert.