DE112011104865B4

DE112011104865B4 - Sensorsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE112011104865B4
Application number: DE112011104865.3T
Authority: DE
Inventors: Takafumi Ishikawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2019-01-17
Anticipated expiration: 2031-02-10
Also published as: CN103347659A; TWI438064B; KR20130117870A; DE112011104865T5; US20130325180A1; WO2012108022A1; US8948916B2; TW201233509A; JPWO2012108022A1; JP5138121B2

Abstract

Sensorsteuervorrichtung (5), welche auf Grundlage von Sensordaten, mit einer Vielzahl von Komponenten und ausgegeben von einem in einem Teil eines Gelenks eines Roboters vorgesehenen externen Sensor, Rückkopplungsdaten generiert, und die mit einer Robotersteuervorrichtung (1) verbunden ist, welche auf Grundlage der Rückkopplungsdaten eine Rückkopplungssteuerung des Roboters ausführt, wobei die Sensorsteuervorrichtung umfasst:eine Erzeugungseinheit (8), welche von dem externen Sensor ausgegebene und auf das Zentrum des Sensors bezogene Sensordaten importiert und Steuerdaten für jeweilige Achsmotoren, die das Gelenk des Roboters bewegen, so erzeugt, dass sich die Steuerdaten auf entsprechende Komponenten beziehen, die in den Sensordaten enthalten sind, die sich auf einen Steuerungspunkt des Roboters beziehen, mittels eines Prozesses einschließlich eines Schritts zum Umwandeln jeweiliger Komponenten der importierten Sensordaten in Daten, die sich auf den Steuerungspunkt des Roboters beziehen;eine Synchronisiereinheit (9), welche die Steuerdaten der jeweiligen Achsmotoren mit einem Steuerzyklus der Robotersteuervorrichtung (1) synchronisiert; undeine Ausgabeeinheit (10), welche die mit dem Steuerzyklus der Robotersteuervorrichtung (1) synchronisierten Steuerdaten der jeweiligen Achsmotoren an die Robotersteuervorrichtung (1) als Rückkopplungsdaten ausgibt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorsteuervorrichtung, welche einer Robotersteuervorrichtung ein Ausführen einer Steuerung zum Rückführen von Rückkopplungsdaten eines Kraftsensors oder ähnlichem auf einen Betrieb eines Roboters ermöglicht, ohne die Verarbeitungsleistung der Robotersteuerungseinheit zu verschlechtern.
Üblicherweise gibt es mehrere Verfahren zur Verbindung eines Roboters und eines externen Sensors wie einem Kraftsensor.
Ein Beispiel dieser Verfahren ist ein Verfahren, in dem eine Robotersteuereinheit direkt von einem Kraftsensor erhaltene Rückkopplungsdaten importiert, einmalig Verarbeitung einer vom Sensor erhaltenen Eingabeinformation so durchführt, dass die Eingabeinformation zur Steuerung eines Roboters verwendet werden kann, die verarbeiteten Informationen mit einem Steuerzyklus des Roboters synchronisiert, und dann einen Betrieb des Roboters gemäß der vom Sensor erhaltenen Eingabeinformation korrigiert (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1).
Ein weiteres Beispiel ist ein Verfahren, in welchem ein Personalcomputer von einem Kraftsensor erhaltene Rückkopplungsdaten importiert, Verarbeitung von vom Sensor erhaltener Eingabeinformation derart durchführt, dass die Eingabeinformation zur Steuerung eines Roboters verwendet werden kann, und die verarbeitete Information an eine Robotersteuervorrichtung ausgibt. In diesem Verfahren synchronisiert die Robotersteuervorrichtung, welche die Information importiert hat, die von dem Personalcomputer erhaltene Eingabeinformation mit einem Steuerzyklus des Roboters, und korrigiert dann den Betrieb des Roboters gemäß der vom Sensor erhaltenen Eingabeinformation.
Patentliteratur 1: JP 2008 - 188 722 A
DD 247406 A1 beschreibt eine Sensorsteuerungsanordnung, bei der Handhabungseinrichtungen ohne sensorgesteuerte Handverfolgung durch ein Sensorsystem erweitert werden können. Sensorinformationen werden digital ausgewertet, um eine achsrichtige Korrekturbewegung von Bewegungsachsen zu bewirken.
DE 11 2005 003 456 T5 lehrt ein Antriebssteuersystem mit einer Steuervorrichtung zur Erzeugung von Anweisungen für Motoren, bei dem Positions- oder Geschwindigkeitsinformation physikalische Größe des gesteuerten Objekts dessen Antriebswelle vom Motor gestartet wird, detektiert wird, wobei ein Antriebssteuersignal für den Motor durch eine durch die Steuervorrichtung erzeugte Anweisung und die zusätzliche physikalische Größe gegeben wird. Die physikalische Größe wird in eine Kommunikationsdatenformat umgewandelt und so verarbeitet.
US 2008/0188985 A1 beschreibt eine weitere Robotersteuereinheit mit einem Geschwindigkeitsjustiermittel, wobei in die Justierung ein durch einen Kraftsensor detektierten Kraftdetektionswert einfließt.
DE 19616855 A1 ist auf eine weitere Datensverarbeitungseinrichtung in einer nummerisch gesteuerten antriebsgesteuerten Antriebseinheit gerichtet.
In dem vorhergehenden Verfahren muss die Robotersteuerungseinheit alle die sequentiellen Prozesse zur Verarbeitung von Eingabeinformation, erhalten von dem Kraftsensor oder ähnlichem, zur Steuerung des Roboters durchführen und den Betrieb des Roboters korrigieren. Da die von einem externen Sensor erhaltene Eingabeinformation nicht immer mit dem Steuerzyklus des Roboters synchronisiert ist, gibt es einen Vorhersagefaktor in einem Prozess zur Erzeugung der Korrekturdaten. Falls die Robotersteuervorrichtung die Korrekturdaten mit einer Verarbeitungslast generiert, welche die Steuerung des Roboters nicht stört, reduziert sich eine Vorhersagegenauigkeit und die Korrekturdaten werden unzuverlässig. Auf der anderen Seite, falls die Vorhersagegenauigkeit erhöht wird, erhöht sich die Verarbeitungslast der Robotersteuervorrichtung, was die Steuerung des Roboters stören könnte.
Da die Kommunikation zwischen dem Computer und der Robotersteuervorrichtung nicht immer mit dem Steuerzyklus des Roboters synchronisiert ist, gibt es in einem von der Robotersteuerungseinheit durchgeführten Prozess zur Erzeugung von Korrekturdaten auch in dem letzteren Verfahren wie in dem vorherigen Verfahren einen Vorhersagefaktor. Falls die Robotersteuervorrichtung die Korrekturdaten mit einer Verarbeitungslast generiert, welche die Steuerung des Roboters nicht stört, reduziert sich daher die Vorhersagegenauigkeit und die Korrekturdaten werden unzuverlässig. Auf der anderen Seite, falls die Vorhersagegenauigkeit erhöht wird, erhöht sich auch die Verarbeitungslast der Robotersteuervorrichtung, was die Steuerung des Roboters stören könnte.
Die vorliegende Erfindung wurde verwirklicht, um obige Probleme zu lösen und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sensorsteuervorrichtung bereitzustellen, welche einer Robotersteuervorrichtung ein Ausführen einer Steuerung zum Rückführen von Rückkopplungsdaten eines Kraftsensors oder ähnlichem auf einen Betrieb eines Roboters ermöglicht, ohne die Verarbeitungslast zu erhöhen.
Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, eine entsprechende, verbesserte Robotersteuervorrichtung bereitzustellen.
Um die obigeAufgabe zu lösen und das Ziel gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung zu erreichen, wird eine Sensorsteuervorrichtunggemäß dem unabhängigenn Patentanspruch 1 bereitgestellt.
Die Sensorrückkopplungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gibt Steuerdaten der Motoren an die Robotersteuervorrichtung synchron mit dem Steuerzyklus des Roboters aus, was die Notwendigkeit eines Synchronisationsprozesses in der Robotersteuervorrichtung eliminiert. Dementsprechend kann ein Anstieg der Verarbeitungslast der Robotersteuervorrichtung unterbunden werden.

1 stellt Verbindungsverfahren einer Sensorsteuervorrichtung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dar.
2 stellt eine Konfiguration der Sensorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
3 ist ein Beispiel eines Prozesses in einer Datenverarbeitungseinheit durchgeführt.
4 ist ein Beispiel eines in einer Datensynchronisiereinheit durchgeführten Prozesses.

Beispielhafte Ausführungsformen einer Sensorsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im Detail mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
1 stellt ein Verbindungsverfahren einer Sensorsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Eine Sensorsteuervorrichtung 5 ist zwischen einem Kraftsensor 3 als ein externer Sensor und einer Robotersteuervorrichtung 1 vorgesehen und ist mit diesen Vorrichtungen verbunden.
Ein Roboter 4 umfasst einen Roboterarm 2. Der Kraftsensor 3 zur Rückmeldung einer an einer Roboterarbeitsebene angewendeten Kraft an die Robotersteuervorrichtung 1 ist am Roboterarm 2 vorgesehen. Zum Beispiel ist der Kraftsensor 3 an einem Gelenk (einem sogenannten „Handgelenk“) am nächsten zu einer Arbeitsebene des Roboterarms 2 vorgesehen.
2 stellt eine Konfiguration der Sensorsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform dar. Die Sensorsteuervorrichtung 5 umfasst eine Sensordateneingabeeinheit 7, eine Datenverarbeitungseinheit 8, eine Datensynchronisiereinheit 9 und eine Datenausgabeeinheit 10. Die Sensordateneingabeeinheit 7 erhält Eingabedaten von dem Kraftsensor 3 basierend auf Kommunikationsspezifikationen des Sensors. Die Datenverarbeitungseinheit 8 konvertiert ein Datenformat der von dem Kraftsensor 3 erhaltenen Eingabedaten derart, dass die Robotersteuervorrichtung 1 die Eingabedaten bearbeiten kann, ohne eine Verarbeitung durchzuführen. Die Datensynchronisiereinheit 9 synchronisiert die von dem Kraftsensor 3 erhaltene Information, welche asynchron mit einem Steuerzyklus des Roboters 4 in die Robotersteuervorrichtung eingegeben wird, mit dem Steuerzyklus des Roboters 4. Die Datenausgabeeinheit 10 übermittelt die von der Sensordateneingabeeinheit 7, der Datenverarbeitungseinheit 8 und der Datensynchronisiereinheit 9 verarbeiteten Daten an die Robotersteuervorrichtung 1.
Die Sensordateneingabeeinheit 7 erhält mit den Sensorspezifikationen konforme Daten, übermittelt von dem Kraftsensor 3, und analysiert die Eingabedaten. Der Analyseprozess umfasst das Lesen der Eingabedaten und eine Validitätsbestätigung der Eingabedaten (eine Bestätigung ob die Daten nicht beschädigt sind, auf Grund von exogenem Rauschen oder ähnlichem).
Die Datenverarbeitungseinheit 8 konvertiert die von dem Kraftsensor 3 erhaltenen Eingabedaten, welche von der Sensordateneingabeeinheit 7 gelesen werden, von den Sensorspezifikationen in die durch die Robotersteuervorrichtung 1 dekodierbaren Spezifikationen.
3 ist ein Beispiel eines in der Datenverarbeitungseinheit 8 durchgeführten Prozesses und stellt einen Prozess der Konvertierung der von beispielsweise einem 6-achsigen Kraftsensor erhaltenen Eingabedaten dar. In 3 sind die von dem 6-achsigen Kraftsensor erhaltenen Eingabedaten eingegeben als 6-achsige Kraftsensoreingabedaten 11, umfassend sechs Komponenten, und zwar X, Y, Z, Mx (ein Moment um die X-Achse), My (ein Moment um die Y-Achse), und Mz (ein Moment um die Z-Achse), bezogen auf das Zentrum des Sensors. Die Datenverarbeitungseinheit 8 konvertiert einmalig die 6-achsigen Kraftsensoreingabedaten 11 in sechs Komponenten von X, Y, Z, Mx, My und Mz, bezogen auf einen Steuerungspunkt des Roboters 4 (zum Beispiel eine Flanschzentrumsposition oder eine Endposition eines Werkzeugs wie eine Hand), um als Robotersteuerungspunkt-Korrekturdaten 12 verwendet zu werden.
Die Datenverarbeitungseinheit 8 konvertiert die Robotersteuerungspunkt-Korrekturdaten 12 in Korrekturdaten für entsprechende Achsmotoren des Roboters, um jeweilige Achsmotor-Korrekturdaten 13 zu erhalten. Die jeweiligen Achsmotor-Korrekturdaten 13 weisen Datenspezifikationen auf, welche an die Robotersteuervorrichtung ausgegeben werden können.
In 2 synchronisiert die Datensynchronisiereinheit 9 die von der Datenverarbeitungseinheit 8 erhaltene Sensoreingabeinformation (verarbeitete Information) in Spezifikationen für die Robotersteuervorrichtung mit dem Steuerzyklus des Roboters 4.
4 stellt ein Beispiel eines Prozesses in der Datensynchronisiereinheit 9 dar. In 4 haben der Sensorzyklus und der Robotersteuerzyklus feste Werte. Als ein Synchronisierkorrekturprozess wird ein Prozess zum Teilen der jeweiligen Achsmotor Korrekturdaten gemäß dem Steuerzyklus des Roboters 4 durchgeführt, zum Berechnen von optimalen Korrekturdaten, korrespondierend zu dem Steuerzyklus des Roboters 4. Zum Beispiel wird eine lineare Interpolation basierend auf den letzten jeweiligen Achsmotor Korrekturdaten und vorherigen jeweiligen Achsmotor Korrekturdaten durchgeführt, was es erlaubt, die optimalen Korrekturdaten korrespondierend zum Steuerzyklus des Roboters 4 vorherzusagen und zu berechnen.
Wenn der Sensorzyklus kürzer als der Steuerzyklus des Roboters 4 ist, wird ein Prozess zum Ausdünnen der jeweiligen Achsmotor Korrekturdaten durchgeführt. Damit wird es möglich, die jeweiligen Achsmotor Korrekturdaten mit dem Steuerzyklus des Roboters 4 zu synchronisieren.
In 2 gibt die Datenausgabeeinheit 10 die durch die Sensordateneingabeeinheit 7, die Datenverarbeitungseinheit 8 und die Datensynchronisiereinheit 9 konvertierten Daten an die Robotersteuervorrichtung aus.
Eine Vielzahl von Mehrzweckkommunikationsschnittstellen (z.B. RS-232C und RS-422) sind als Hardwarespezifikationen der Sensordateneingabeeinheit 7 vorgesehen und Software bezogen auf Datenspezifikationen, und ein Konvertierungsverfahren wird später entsprechend einem zu verbindenden Sensor hinzugefügt. Daher wird es möglich, eine breite Vielzahl von externen Sensoren zu unterstützen. Daher kann die Verbindung eines kommerziell angebotenen externen Sensors über die Verbindung des externen Sensors über die Mehrzweckkommunikationsschnittstelle erreicht werden, und eine Erhöhung von Beschaffungskosten des externen Sensors kann unterbunden werden.
In dieser Art konvertiert die Sensorsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung von einem Sensor erhaltene Eingabedaten in Information zur Robotersteuerung; und trennt vom normalen Steuerprozess verschiedene Prozesse, wie Datenkonvertierung und Datensynchronisation, zwischen Prozessen auf, notwendig zur Zeit der Korrektur des Betriebs des Roboters von der Robotersteuervorrichtung. Dadurch wird es möglich, den Rückgang von Steuerungsleistung aufgrund der Verarbeitungslast der Robotersteuerung zu verhindern, welche während der Zeit der Durchführung von den Sensor benutzender erweiterter Arbeit zur Erhöhung neigt. Daher muss die mit der Sensorrückkopplungsvorrichtung verbundene Robotersteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht den Prozess der Synchronisation der von der Sensorsteuervorrichtung eingegebenen jeweiligen Achsmotor Korrekturdaten mit dem Steuerzyklus des Roboters 4 durchführen.
Ferner wird es durch die Konfiguration der Sensorrückkopplungsvorrichtung als eine zweckbestimmte Vorrichtung, spezialisiert auf den Prozess der Verarbeitung von vom Sensor erhaltener Eingabeinformation zur Verwendung zur Robotersteuerung, einfach, die Verarbeitungsleistung zu verbessern und die Verarbeitung mit Echtzeiteigenschaften bereitzustellen. Da die Vorrichtung keine Funktion aufweisen muss, welche nicht für den Prozess der Verarbeitung der Eingabeinformationen, erhalten von dem zur Robotersteuerung zum Einsatz kommenden Sensor, erforderlich ist, kann die Vorrichtung kleiner als ein Personal Computer ausgeführt werden. Dementsprechend, wenn die Vorrichtung unnötig wird, ist der Transport zur Entsorgung einfach und die Menge des erzeugten Abfalls ist reduziert, was die Umweltbelastung verringert.
In den obigen Ausführungen ist der Kraftsensor als ein Beispiel für einen externen Sensor angeführt. Allerdings kann die vorliegende Erfindung ähnlich ausgeführt werden auch in einem Fall, wo als ein externer Sensor ein anderer als der Kraftsensor ist, z.B. ein visueller Sensor, ein Orientierungssensor, ein Umgebungssensor oder ein Tastsensor verwendet wird.
Bezugszeichenliste

1: Robotersteuervorrichtung
2: Roboterarm
3: Kraftsensor
4: Roboter
5: Sensorsteuervorrichtung
7: Sensordateneingabeeinheit
8: Datenverarbeitungseinheit
9: Datensynchronisiereinheit
10: Datenausgabeeinheit
11: 6-Achsen Kraftsensor Eingabedaten
12: Robotersteuerpunkt Korrekturdaten
13: Jeweilige Achsmotor Korrekturdaten

Claims

Sensorsteuervorrichtung (5), welche auf Grundlage von Sensordaten, mit einer Vielzahl von Komponenten und ausgegeben von einem in einem Teil eines Gelenks eines Roboters vorgesehenen externen Sensor, Rückkopplungsdaten generiert, und die mit einer Robotersteuervorrichtung (1) verbunden ist, welche auf Grundlage der Rückkopplungsdaten eine Rückkopplungssteuerung des Roboters ausführt, wobei die Sensorsteuervorrichtung umfasst: eine Erzeugungseinheit (8), welche von dem externen Sensor ausgegebene und auf das Zentrum des Sensors bezogene Sensordaten importiert und Steuerdaten für jeweilige Achsmotoren, die das Gelenk des Roboters bewegen, so erzeugt, dass sich die Steuerdaten auf entsprechende Komponenten beziehen, die in den Sensordaten enthalten sind, die sich auf einen Steuerungspunkt des Roboters beziehen, mittels eines Prozesses einschließlich eines Schritts zum Umwandeln jeweiliger Komponenten der importierten Sensordaten in Daten, die sich auf den Steuerungspunkt des Roboters beziehen; eine Synchronisiereinheit (9), welche die Steuerdaten der jeweiligen Achsmotoren mit einem Steuerzyklus der Robotersteuervorrichtung (1) synchronisiert; und eine Ausgabeeinheit (10), welche die mit dem Steuerzyklus der Robotersteuervorrichtung (1) synchronisierten Steuerdaten der jeweiligen Achsmotoren an die Robotersteuervorrichtung (1) als Rückkopplungsdaten ausgibt.
Die Sensorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die von dem externen Sensor ausgegebenen Sensordaten über eine Mehrzweckschnittstelle importiert sind.