-
Bereich
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Robotersteuerungsvorrichtung und ein Robotersteuerungsverfahren, die einen Roboter steuern.
-
Hintergrund
-
Bisher werden Roboter mit Armen im Bereich der Fabrikautomatisierung genutzt. Der Arm hat eine Konfiguration, in welcher eine Mehrzahl an von Servomotoren angetriebenen Achselementen linear durch eine Mehrzahl an Armgliedern miteinander verbunden ist. Ein Handmechanismus (im Folgenden einfach als eine Hand bezeichnet), welcher mit einem Werkzeug zum Greifen oder Bearbeiten eines Werkstücks verbunden ist, ist mit dem Ende des Arms verbunden.
-
Manchmal müssen einige der Achselemente, die den Roboter bilden, plötzlich beschleunigen oder abbremsen, wenn sich der Weg des Roboters einem singulären Punkt annähert (für Beispiele, siehe Patentliteratur 1 und Patentliteratur 2).
-
Zitierungsliste
-
Patentliteratur
-
- Patentliteratur 1: offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2007 - 004 548 a
- Patentliteratur 2: offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2006 - 227 724 A
-
Zusammenfassung
-
Technisches Problem
-
Bei einem Roboter wird, wenn sich der Bewegungskurs der Hand einem singulären Punkt annähert, die Stellung der Hand schnell in vielen Orientierungen geändert, um die Position und die Orientierung der Hand zu steuern, und infolgedessen wird die Bewegung groß. Aus diesem Grund besteht der Wunsch, die Bewegung des Roboters so weit wie möglich zu reduzieren. Beispielsweise wird die Bewegung des Roboters reduziert, wenn der Bewegungswinkel eines Gelenks reduziert wird.
-
JP 5283541 B2 offenbart ein Verfahren zum Erzeugen einer Operationsroute für einen Knickarmroboter, welches umfasst: einen Bestimmungsschritt zum Bestimmen, ob der Knickarmroboter die bestimmte Haltung durchläuft, oder nicht, wenn die Operationsroute berechnet wird; einen Achsenauswahlschritt zum Auswählen einer Drehgelenksachse, die das Robotergelenk in die spezifische Haltung mitbringt; einen Zuweisungsschritt des Zuweisens eines axialen Werts der ausgewählten Gelenkachse, um den Roboter auf dem Operationsweg einschließlich der spezifischen Bewegung reibungslos zu bewegen; und einen Routenberechnungsschritt zum Berechnen der Operationsroute für den Roboter unter Verwendung des durch den Zuweisungsschritt zugewiesenen axialen Wertes.
-
JP 2011-036956 A offenbart ein Verfahren zur Steuerung der Position und der Lage eines Roboters, wobei der Roboter gemäß einer Koordinatenbeziehung zwischen einem von einem Codierer ausgegebenen Signalwert, einem zuvor vorbereiteten Signalwert und einem Gelenkwinkel gesteuert wird. Ein orthogonales Koordinatensystem wird definiert, so dass eine erste Achse einer zentralen Rotationslinie entspricht. An dem Roboter, der sich in einem Abstand D SB von einem Ursprung des Koordinatensystems befindet, ist ein Sensor zum Erfassen einer Positionsänderung in einer Richtung einer zweiten Achse angebracht.
-
EP 2 684 649 A1 offenbart eine Steuereinheit, ein Steuerverfahren und ein Steuerprogramm eines Knickarmroboters und insbesondere eine Technologie zum Aufrechterhalten der Drehzahlen der Antriebswellen von Handgelenkachsen innerhalb eines zulässigen Bereichs, während die Haltung des Handgelenks beibehalten wird, wenn die Drehzahlen der Antriebswellen den zulässigen Bereich überschreiten.
-
JP 2010-269 421 A beschäftigt sich mit der Verbesserung der Positioniergenauigkeit eines Roboters bei einer Singularität, bei der korrigierte Positions- und Haltungswerte nicht rückwärts in eindeutige jeweilige Achsenwerte umgewandelt werden können. Dabei ist eine Steuerung vorgesehen, die auswertet, ob korrigierte Positions- und Stellungsbefehlswerte in entsprechende Korrekturachsenbefehlswerte, die Drehvolumina der jeweiligen Gelenkantriebsachsen des Roboters anzeigen, umgekehrt umgewandelt werden können oder nicht. Wenn diese nicht umgekehrt umgewandelt werden können, wird ein Vermutungskorrekturwert der jeweiligen Gelenkantriebsachsen auf der Grundlage der jeweiligen in einem Speicher gespeicherten Korrekturwerte zu mindestens einem Steuerzeitpunkt unmittelbar vor einem vorgegebenen Steuerzeitpunkt der jeweiligen Korrekturachse berechnet. Befehlswerte werden dann berechnet, indem die jeweiligen Vermutungskorrekturwerte zu den jeweiligen Achsenbefehlswerten vor der Korrektur addiert werden, und die jeweiligen Vermutungskorrekturwerte werden in dem Speicher als die jeweiligen Korrekturwerte gespeichert.
-
JP 2006-227 724 A offenbart ein Robotersteuergerät, welches über eine singuläre Punktverarbeitungsfunktion zum Steuern eines Roboters verfügt. Ein Interpolationsverarbeitungsteil umfasst einen Erzeugungsabschnitt für interpolierte Positionen zum Erzeugen und Ausgeben eines Positionsbefehls in Abhängigkeit von einem Geschwindigkeitsbefehl, einen Koordinatentransformationsabschnitt zum Erzeugen und Ausgeben von Verbindungsdaten abhängig vom Positionsbefehl, einen Eingabebestimmungsabschnitt
14 zum Bestimmen, ob oder der Roboter gelangt nicht in den singulären Punktbereich gemäß dem Positionsbefehl, den Verbindungsdaten und den singulären Punktbereichsinformationen; und einen Einzelpunktdurchgangspositionserzeugungsteil mit einem Einzelpunktdurchgangspositionsbefehls-Erzeugungsteil, der gemäß dem Bestimmungsergebnis des Eintrittsbestimmungsteils betätigt wird, um einen Positionsbefehl für den Durchgang durch den singulären Punktbereich des eintretenden Roboters zu erzeugen und auszugeben der singuläre Punktbereich.
-
Die vorliegende Erfindung wurde mit Blick auf die oben beschriebenen Umstände getätigt und ein Ziel der Erfindung ist es eine Robotersteuerungsvorrichtung und ein Robotersteuerungsverfahren bereitzustellen, die in der Lage sind die Bewegungen des Roboters so weit wie möglich zu reduzieren.
-
Lösung des Problems
-
Um die obengenannten Probleme zu Lösen und das Ziel zu erreichen, ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Robotersteuerungsvorrichtung, die einen Roboter steuert, der eine Mehrzahl von Achselementen umfasst, welche zwei oder mehr erste Achselemente, die verbundene Strukturen drehen, und zwei oder mehr zweite Achselemente umfassen, die verbundene Strukturen biegen oder strecken, wobei ein J1-Achselement, das unter der Mehrzahl der den ersten Achselementen entsprechenden Achselemente am nächsten am Maschinenbett bereitgestellt ist, wobei die Robotersteuerungsvorrichtung umfasst: eine Verarbeitungseinheit, die eine Zielposition eines Kontrollpunktes des Roboters ermittelt und daraufhin ausführt: eine erste Steuerung des Antreibens des J1-Achselementes zu einem Winkel an der Zielposition des J1-Achselementes; eine zweite Steuerung des Antreibens wenigstens eines der ersten Achselemente unter der Mehrzahl der Achselemente, ohne das J1 Achselement, sodass die Zentralachsen aller zweiten Achselemente unter der Mehrzahl der Achselemente parallel zueinander sind; eine dritte Steuerung des Antreibens aller zweiten Achselemente unter der Mehrzahl der Achselemente zu einem Winkel der Zielposition der zweiten Achselemente ohne Antreiben der ersten Achselemente, die durch die zweite Steuerung angetrieben werden, nachdem die erste Steuerung und die zweite Steuerung ausgeführt wurden; und eine vierte Steuerung des Antreibens eines Achselements unter der Mehrzahl von Achselementen, das den Winkel an der Zielposition nicht erreicht, zu dem Winkel an der Zielposition, nachdem die dritte Steuerung ausgeführt wurde.
-
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
-
Die Robotersteuerungsvorrichtung gemäß der Erfindung kann den Roboter so steuern, dass die Glieder des Arms während der dritten Steuerung nicht von einer geraden Linie abweichen, in der die Bewegung des Roboters am größten ist, selbst wenn die Steuerung in der Nähe des singulären Punktes ausgeführt wird; somit kann die Bewegung des Roboters reduziert werden.
-
Figurenliste
-
- 1 ist ein Diagramm, das ein Herstellungssystem zeigt, das eine Robotersteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform nutzt.
- 2 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Roboters zeigt.
- 3 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration der Robotersteuerungsvorrichtung zeigt.
- 4 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb der Robotersteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt.
- 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Positionsverhältnisses zwischen einer Startposition und einer Endposition zeigt.
- 6 ist ein Diagramm, das einen Bewegungskurs in einem Kompaktbetriebsmodus zeigt.
- 7 ist ein Diagramm, das einen Bewegungskurs in einem Kompaktoperationsmodus zeigt.
-
Beschreibung von Ausführungsformen
-
Im Folgenden wird eine Robotersteuerungsvorrichtung und ein Robotersteuerungsverfahren einer Ausführungsform der Erfindung im Detail unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Darüber hinaus ist die Erfindung nicht auf die Ausführungsform beschränkt.
-
Ausführungsform.
-
1 ist ein Diagramm, das ein Herstellungssystem zeigt, das eine Robotersteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform nutzt. Ein Herstellungssystem 1 hat eine Konfiguration in welcher ein Roboter 100 und eine Robotersteuerungsvorrichtung 200 der Ausführungsform durch einen Übertragungsweg 300 miteinander verbunden sind.
-
Es wird beispielhaft angenommen, dass es sich bei dem Roboter 100 um einen 6-achsigen, vertikal beweglichen Roboter handelt. 2 ist ein Diagramm, das die Konfiguration des Roboters 100 zeigt. Der Roboter 100 umfasst ein Maschinenbett 101, ein J1-Achselement 102, ein J2-Achselement 103, ein J3- Achselement 104, ein J4-Achselement 105, ein J5-Achselement 106, ein J6-Achselement 107, ein Armglied 110, ein Armglied 111, ein Armglied 112, ein Armglied 113 und eine Hand 120. Das J1-Achselement 102, das J2-Achselement 103, das J3-Achselement 104, das J4-Achselement 105, das J5-Achselement 106 und das J6-Achselement 107 sind durch die Armglieder in der Reihenfolge in der sie in dieser Aufzählung erscheinen fortlaufend vom Maschinenbett 101 zur Hand 120 miteinander verbunden.
-
Im Besonderen verbindet das J1 -Achselement 102 das Maschinenbett 101 und das Armglied 110. Das J2-Achselement 103 verbindet das Armglied 110 mit dem Armglied 111. Das J3-Achselement 104 verbindet das Armglied 111 mit dem Armglied 112. Das J4-Achselement 105 verbindet das Armglied 112 mit dem Armglied 113. Das J5-Achselement 106 verbindet das Armglied 113 mit dem J6-Achselement 107. Das J6-Achselement 107 verbindet das J5-Achselement 106 mit der Hand 120. Das J1-Achselement 102, das J4-Achselement 105 und das J6-Achselement 107 sind rotatorische Achselemente und das J2-Achselement 103, das J3-Achselement 104 und das J5-Achselement 106 sind bieg-/streckbare Achselemente. In diesem Falle bezeichnet ein rotatorisches Achselement ein Achselement, das eine mit dem Achselement verbundene Struktur (z. B. das Maschinenbett 101, das Armglied, das Achselement oder die Hand 120) dreht. Der Drehvorgang bezeichnet den Vorgang des Drehens der mit dem Achselement verbundenen Struktur um das Achselement. Das bieg-/streckbare Achselement bezeichnet ein Achselement, an welchem sich eine mit dem Achselement verbundene Struktur biegt oder streckt.
-
Ferner ist die Richtung der Zentralachse des J1-Achselementes 102 orthogonal zu Richtung der Zentralachse des J2-Achselementes 103. Die Zentralachse des J2-Achselementes 103 ist parallel zu der Zentralachse des J3-Achselementes 104. Die Richtung der Zentralachse des J3-Achselementes 104 ist orthogonal zu der Richtung der Zentralachse des J4-Achselementes 105. Die Richtung der Zentralachse des J4-Achselementes 105 ist orthogonal zu der Richtung der Zentralachse des J5-Achselementes 106. Die Richtung der Zentralachse des J5-Achselementes 106 ist orthogonal zu der Richtung der Zentralachse des J6-Achselementes 107.
-
Des Weiteren umfasst der Roboter 100 Servosysteme (nicht gezeigt), die jeweils einen Servomotor und einen Servoverstärker umfassen und die jeweils für das J1-Achselement 102, das J2-Achselement 103, das J3-Achselement 104, das J4-Achselement 105, das J5-Achselement 106 und das J6-Achselement 107 bereitgestellt sind. Jedes Servosystem steuert ein zugehöriges Achselement auf der Basis einer Steuerungsanweisung.
-
Ferner ist ein Kontrollpunkt am Ende des Roboters 100 vorgesehen. Der Kontrollpunkt bezeichnet einen Punkt an dem die Position und Orientierung durch ein Nutzerprogramm (ein später beschriebenes Roboterprogramm 207) kontrolliert werden. In diesem Falle ist der Kontrollpunkt die Hand 120, aber bei dem Kontrollpunkt könnte es sich auch um ein von der Hand 120 gehaltenes Werkstück oder Werkzeug handeln.
-
Die Robotersteuerungsvorrichtung 200 stellt eine Steuerungsanweisung für jeden Servoverstärker bereit. Die Steuerungsanweisung ist beispielsweise eine Winkelanweisung, die einen Zielwinkel eines zugehörigen Achselementes bezeichnet, eine Winkelgeschwindigkeitsanweisung, die eine Zielwinkelgeschwindigkeit eines zugehörigen Achselementes bezeichnet, eine Positionsanweisung, die eine Motorposition bezeichnet oder eine Geschwindigkeitsanweisung, die eine Motorgeschwindigkeit bezeichnet. Ferner kann der Servoverstärker jedes Servosystems in der Robotersteuerungsvorrichtung 200 anstatt im Roboter 100 bereitgestellt sein, sodass jeder Servoverstärker über den Übertragungsweg 300 den Servomotor mit einem Betriebsstrom versorgt.
-
3 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration der Robotersteuerungsvorrichtung 200 zeigt. Die Robotersteuerungsvorrichtung 200 umfasst einen Rechner 201, einen Hauptspeicher 202, einen nicht-flüchtigen Speicher 203, eine Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 204 und ein Bus 205. Der Bus 205 verbindet den Rechner 201, den Hauptspeicher 202, den nicht-flüchtigen Speicher 203 und die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 204 miteinander.
-
Bei dem Rechner 201 handelt es sich beispielsweise um eine CPU (Central Processing Unit). Der Hauptspeicher 202 ist ein Speicher, der schnelleren Zugriff zulässt als der nicht-flüchtige Speicher 203. Der Hauptspeicher 202 ist beispielsweise als ein RAM (Random Access Memory) realisiert. Der nicht-flüchtige Speicher 203 ist ein Speicher, der als Speicherraum zum Speichern verschiedener Daten genutzt wird. Der nicht-flüchtige Speicher ist beispielsweise als eine ROM (Read Only Memory), als ein Flashspeicher, als eine optische Platte, als eine magnetische Platte, als eine entfernbare Speichervorrichtung oder als eine Kombination derer realisiert. Die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 204 ist eine Schnittstellenvorrichtung, die mit dem Übertragungsweg 300 verbunden ist.
-
Der nicht-flüchtige Speicher 203 speichert ein Firmwareprogramm 206 und das Roboterprogramm 207 im Voraus. Das Roboterprogramm 207 ist ein Nutzerprogramm, das die Handlungsabfolge des Roboters 100 beschreibt. Das Roboterprogramm 207 ist vom Nutzer erstellt. Ferner handelt es sich bei dem Firmwareprogramm 206 um ein Systemprogramm, das eine Umgebung zur Ausführung des Roboterprogramms 207 bereitstellt und beispielsweise vom Hersteller des Roboters 100 oder der Robotersteuerungsvorrichtung 200 erstellt ist. Zusätzlich kann das Roboterprogramm 207 in einem flüchtigen Speicher, der von einer Batterie betrieben wird, gespeichert werden.
-
Der Rechner 201 lädt das Firmwareprogramm 206 aus dem nicht-flüchtigen Speicher 203 in den Hauptspeicher 202. Daraufhin dient der Rechner 201 als eine Verarbeitungseinheit, die das Roboterprogramm 207 auf Basis des in den Hauptspeicher 202 geladenen Firmwareprogramms 206 ausführt. In seiner Funktion als Verarbeitungseinheit analysiert der Rechner 201 das Roboterprogramm 207 und berechnet auf Basis der Ergebnisse der Analyse des Roboterprogramms 207 eine Steuerungsanweisung für jeden Servoverstärker. Die berechnete Steuerungsanweisung wird über die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 204 an den Roboter 100 übermittelt.
-
Des Weiteren kann der Rechner 201 in der Funktion als Verarbeitungseinheit eine Steuerungsanweisung auf Basis eines von jedem Servosystem übermittelten Encoderwertes berechnen. Der Encoderwert entspricht beispielsweise einem Winkelerfassungswert, einem Winkelgeschwindgkeitserfassungswert, einem Motorpositionserfassungswert oder einem Motorgeschwindigkeitserfassungswert.
-
Nun wird angenommen, dass ein Kontrollpunkt in einem Fall, in dem die Zentralachse des J1-Achselementes 102 und die Zentralachse des J6-Achselementes 107 fluchten, ein singulärer Punkt ist. Der singuläre Punkt ist die Position und die Orientierung des Kontrollpunktes, an denen die Winkel der Achselemente nicht eindeutig durch die Position und die Orientierung des Kontrollpunktes bestimmt sind. Beispielsweise wenn die Zentralachse des J1-Achselementes 102 und die Zentralachse des J6-Achselementes 107 fluchten, können die Winkel des J1-Achselementes 102 und des J6-Achselementes 107 auf willkürliche Werte gesetzt werden. Wenn die Hand 120, welche der Kontrollpunkt ist, in die Nähe eines solchen Punktes kommt, entsteht ein Fall in dem sich die Achselemente abrupt bewegen müssen. Im Besonderen wird die Steuergeschwindigkeit des J1-Achselementes 102, die erreicht wird, wenn die Hand 120 auf dem Bewegungskurs passiert, schneller, wenn sich der Bewegungskurs der Hand 120 der geraden Linie, die durch die Achse des J1-Achselementes 102 läuft, annähert und die Bewegungen der anderen Achselemente (manche oder alle der Achselemente J2-Achselement 103, J3-Achselement 104, J4-Achselement 105, J5-Achselement 106 und J6-Achselement 107) ändern sich abrupt, um die Position und die Orientierung der Hand 120 aufrecht zu erhalten. Selbst wenn sich die Hand 120 auf einem linearen Bewegungskurs langsam bewegt, gibt es einen Fall, in dem sich aufgrund der großen Bewegung des J1-Achselementes während der Bewegung der Hand 120 die Position und die Orientierung jedes Armgliedes schnell ändern.
-
Im Folgenden wird angenommen, dass eine Position, soweit nicht besonders angegeben, auch eine Orientierung impliziert.
-
Ein Kompaktbetriebsmodus und ein Normalmodus sind als Beschreibungen definiert, die im Roboterprogramm 207 genutzt werden können. Der Normalmodus bezeichnet einen Modus einer linearen Bewegung der Hand 120 von einer Startposition zu einer Endposition und der Kompaktbetriebsmodus bezeichnet einen Modus einer Bewegung der Hand 120 von der Start- zur Endposition, der so geartet ist, dass die Bewegung des Roboters 100 im Vergleich zum Normalmodus reduziert ist. Die Verarbeitungseinheit berechnet einen Bewegungskurs, der unterschiedlich ist, je nachdem, ob die im Roboterprogramm 207 geschriebene Bewegungsanweisung ein Modus der Bewegung der Hand 120 im Normalmodus oder ein Modus der Bewegung der Hand 120 im Kompaktbetriebsmodus ist.
-
4 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb der Robotersteuerungsvorrichtung 200 der Ausführungsform zeigt.
-
Wenn die Verarbeitungseinheit die Bewegungsanweisung für die Hand 120 aus dem Roboterprogramm 207 analysiert, wird bestimmt, ob der Kompaktbetriebsmodus als Modus der Bewegungsanweisung angegeben ist (S1). Wenn der Kompaktbetriebsmodus nicht angegeben ist (S1, Nein), beispielsweise wenn der Normalmodus angegeben ist, bewegt die Verarbeitungseinheit die Hand 120 entlang dem Bewegungskurs, der von der Startposition zur Endposition linear interpoliert ist (S2) und beendet den Vorgang gemäß der Bewegungsanweisung.
-
Die Bestimmung der Bewegung basierend auf dem Roboterprogramm 207 umfasst wenigstens die Bestimmung der Zielposition der Hand 120. Die Verarbeitungseinheit setzt eine Position, die vor Ausführung der Bewegungsanweisung erreicht wurde als die Startposition fest und setzt die von der Bewegungsanweisung festgelegte Zielposition als die Endposition fest. Das heißt, gemäß diesem Beispiel, gewinnt die Verarbeitungseinheit die Zielposition aus dem Roboterprogramm 207
-
Im Vorgang S2 berechnet die Verarbeitungseinheit einen Winkel jedes Achselementes an der Endposition auf Basis der Orientierung der Hand 120 und der Koordinaten der Endposition. Der Winkel jedes Achselementes an der Endposition wird als Element markiert (J1e, J2e, J3e, J4e, J5e und J6e). Die Elemente der Aufzählung bezeichnen jeweils den Winkel des J1-Achselementes 102, den Winkel des J2-Achselementes 103, den Winkel des J3-Achselementes 104, den Winkel des J4-Achselementes 105, den Winkel des J5-Achselementes 106 und den Winkel des J6-Achselementes 107 von der Vorderseite aus. Ferner wird die Einheit des Winkels als „°(Grad)“ festgelegt. Die Elemente (J1s, J2s, J3s, J4s, J5s und J6s) entsprechen den Winkeln der Achselemente an der Startposition. Welches Element einen Winkel welchen Achselementes bezeichnet, ist auf ähnliche Weise festgelegt wie die Winkel jedes Achselementes an der Endposition. Als die Winkel jedes Achselementes an der Startposition wird ein zuvor auf Basis der Zielposition der unmittelbar vorhergehenden Bewegungsanweisung errechneter Winkel genutzt. Ferner kann, wenn der Winkelbestimmungswert als Encoderwert gewonnen werden kann, der Encoderwert als der Winkel jedes Achselementes an der Startposition verwendet werden. Ferner kann, wenn ein vom Winkelbestimmungswert verschiedener Wert als Encoderwert gewonnen werden kann, der Winkel jedes Achselementes an der Startposition aus dem Encoderwert berechnet werden.
-
Bei S2 führt die Verarbeitungseinheit eine Interpolation so aus, dass sich die Hand 120 linear von der Startposition (J1s, J2s, J3s, J4s, J5s oder J6s) zu der Endposition (J1e, J2e, J3e, J4e, J5e oder J6e) bewegt. Das Interpolationsintervall ist, zum Beispiel, dem Intervall gleich, in dem die Bewegungsanweisung dem Roboter 100 bereitgestellt wird. Die Verarbeitungseinheit generiert für jede Position, die durch die Interpolation generiert wurde, eine Bewegungsanweisung und versorgt den Roboter 100 nacheinander mit der generierten Bewegungsanweisung.
-
5 ist ein Diagramm, das ein Positionsverhältnis zwischen der Startposition und der Endposition zeigt. Dieses Diagramm zeigt den Zustand des Roboters 100, wenn der Roboter 100 von oben in Richtung der Zentralachse des J1-Achselementes betrachtet wird. Es zeigt sich, dass das Armglied 111, das Armglied 112 und das Armglied 113 fluchten, wenn der Roboter 100 von oben betrachtet wird. Ferner wird, gemäß dem Beispiel der Zeichnung, ein Werkstück 400 von der Hand 120 gegriffen. Dann ist der Winkelunterschied des J1-Achselementes 102 zwischen der Startposition und der Endposition leicht verschieden von 180° (Grad). Gemäß dem S2 Vorgang kann die Hand 120 (und das Werkstück 400) linear von der Startposition zur Endposition bewegt werden, wie durch den gestrichelten Pfeil in 5 angezeigt. Diesem Bewegungskurs zufolge durchquert die Hand 120 die Umgebung des singulären Punktes. Wenn die Hand 120 die Umgebung des singulären Punktes durchquert, wird die Position der Hand gesteuert, während deren Orientierung gesteuert wird. Aus diesem Grund ändern sich die Positionen und die Orientierungen des Armgliedes 111, des Armgliedes 112 und des Armgliedes 113 schnell in Übereinstimmung mit der Bewegungsgeschwindigkeit der Hand 120.
-
Wenn der Kompaktbetriebsmodus angegeben ist (S1, Ja), generiert die Verarbeitungseinheit zwei Relaispunkte (eine erste Zwischenposition und eine zweite Zwischenposition) welche die Hand 120 durchläuft, um die Bewegung des Roboters 100 im Vergleich zum S2 Vorgang zu reduzieren.
-
Im Besonderen bestimmt die Verarbeitungseinheit zuerst, ob der Winkel J4s des J4-Achselementes 105 an der Startposition kleiner als -90° ist (S3). Wenn der Winkel J4s des J4-Achselementes 105 an der Startposition kleiner als -90° ist (S3, Ja) setzt die Verarbeitungseinheit die Positionen (J1e, J2s, J3s, -180, J5s und J6s) als die ersten Zwischenpositionen (S4). Wenn der Winkel J4s des J4-Achselementes 105 an der Startposition größer als -90° ist (S3, Nein), bestimmt die Verarbeitungseinheit ferner, ob der Winkel J4s des J4-Achselementes 105 an der Startposition größer als 90° ist (S5). Wenn der Winkel J4s des J4-Achselementes 105 als 90° ist (S5, Ja), setzt die Verarbeitungseinheit die Positionen (J1e, J2s, J3s, 180, J5s und J6s) als die ersten Zwischenpositionen (S6).Wenn der Winkel J4s des J4-Achselementes 105 als 90° ist (S5, Nein), setzt die Verarbeitungseinheit die Positionen (J1e, J2s, J3s, 0, J5s und J6s) als die ersten Zwischenpositionen (S7).
-
Nach der Durchführung von S4, S6 oder S7 bewegt die Verarbeitungseinheit die Hand 120 entlang dem Bewegungskurs, in dem die Distanz zwischen der Startposition und der ersten Zwischenposition linear interpoliert ist(S8).
-
Der Vorgang S8 umfasst eine erste Steuerung des Antreibens des J1-Achselementes 102 zu dem Winkel J1e des J1-Achselementes 102 an der Zielposition. Ferner umfasst der Vorgang S8 eine zweite Steuerung des Antreibens des J4-Achselementes 105 von dem Winkel J4s zu 0°, 180° oder -180°.
-
Wie oben beschrieben, sind das J2-Achselement 103, das J3-Achselement 104 und das J5-Achselement 106 allesamt bieg-/streckbare Achselemente und die Zentralachse des J2-Achselementes 103 und die Zentralachse des J3-Achselementes 104 sind parallel zueinander. Das J4-Achselement 105, welches das rotatorische Achselement ist, ist zwischen dem J3-Achselement 104 und dem J5-Achselement 106 eingefügt. Wenn jedoch das J4-Achselement 105 auf 0°, 180° oder -180° angetrieben wird, werden die Zentralachs des J2-Achselementes 103, die Zentralachse des J3-Achselementes 104 und die Zentralachse des J5-Achselementes 106 parallel zueinander.
-
Ferner kann der Winkel des J4-Achselementes 105 an der ersten Zwischenposition beliebig gewählt werden, solange die Zentralachse des J2-Achselementes 103, die Zentralachse des J3-Achselementes 104 und die Zentralachse des J5-Achselementes 106 parallel zueinander gestellt werden können.
-
Ferner ist der Vorgang S8 ein Vorgang, in dem die erste Steuerung und die zweite Steuerung zu gleichen Zeit durchgeführt werden, aber anstatt des Vorgangs S8 können die erste Steuerung und die zweite Steuerung auch separat ausgeführt werden. Ob die erste Steuerung oder die zweite Steuerung zuerst ausführt wird ist völlig willkürlich.
-
Nachdem die Hand 120 auf die erste Zwischenposition bewegt wurde, berechnet die Verarbeitungseinheit die Winkel der Achselemente an den zweiten Zwischenpositionen, indem sie unter den Winkeln der ersten Zwischenpositionen die Winkel des J2-Achselementes 103, des J3-Achselementes 104, des J5-Achselementes 106 und des J6-Achselementes 107 zu den Winkeln J2e, J3e, J5e und J6e an den Endpositionen ändert (S9).Daraufhin bewegt die Verarbeitungseinheit die Hand 120 entlang dem Bewegungskurs, bei dem die Distanz zwischen der ersten Zwischenposition und der zweiten Zwischenposition linear interpoliert ist(S10).
-
Der Vorgang S10 entspricht einer dritten Steuerung , in der alle bieg-/streckbaren Achselemente (d. h. das J2-Achselement 103, das J3-Achselement 104 und das J5-Achselement 106) auf die Winkel J2e, J3e und J5e an den Zielpositionen der Achselemente angetrieben werden, ohne, dass das J4-Achselement 105 angetrieben wird, welches als rotatorisches Achselement von der zweiten Steuerung gesteuert wird. Ferner wird hier ein Fall beschrieben, in welchem das J6-Achselement 107 in dem S10 Vorgang angetrieben wird, aber das J6-Achselement 107 kann auch nicht vom Vorgang S10 gesteuert werden, wenn das J6 Achselement 107 in einem vorhergehenden oder nachfolgenden Vorgang auf den Winkel J6e gesteuert wird. Die bieg- und streckbaren Achselemente werden durch die dritte Steuerung gesteuert, während die Zentralachsen der bieg-/streckbaren Achselemente so gehalten werden, dass sie parallel zueinander sind.
-
Nach dem Vorgang S10 treibt die Verarbeitungseinheit das J4-Achselement 105 an bis der Winkel des J4-Achselementes dem Winkel J4e des J4-Achselementes 105 an der Endposition übereinstimmt (S11) und beendet dann den Vorgang gemäß der Bewegungsanweisung. Der Vorgang S11 entspricht einer vierten Steuerung, in der das J4-Achselement 105, welches nicht auf den Winkel der Zielposition angetrieben ist, zu dem J4e Winkel der Zielposition angetrieben wird. Das J6-Achselement 107 kann durch die vierte Steuerung angetrieben werden.
-
6 und 7 sind Diagramme, die einen Bewegungskurs im Kompaktoperationsmodus zeigen. Ein Zustand A gibt einen Zustand an, in dem sich die Hand 120 an der Startposition befindet. Ein Zustand B gibt einen Zustand an, in dem sich die Hand 120 an der ersten Zwischenposition befindet. Ein Zustand C gibt einen Zustand an, in dem sich die Hand 120 an der zweiten Zwischenposition befindet.
-
Die erste Zwischenposition gibt eine Position an, die erzeugt wird durch das Ändern des Winkels des J1-Achselementes 102 unter den Winkeln der Achselemente an den Startpositionen zum Winkel J1e des J1-Achselementes 102 an der Endposition und das Ändern des Winkels des J4-Achselementes 105 zu 0°, 180° oder 180°. Wie in den Zeichnungen gezeigt, kann die Hand 120 derart bewegt werden, dass sie einen Punkt auf der geraden Linie durch die Zentralachse des J1-Achselementes 102 durchläuft, anstatt der Umgebung der Linie durch die Zentralachse des J1-Achselementes 102, weil die Hand ebenso die erste Zwischenposition durchläuft, in welcher der Winkel des J1-Achselementes 102 zum Winkel J1e des J1-Achselementes 102 an der Endposition geändert wird.
-
Ferner ist der Bewegungsabstand in der Bewegung von der ersten Zwischenposition zur zweiten Zwischenposition größer, als die Bewegung von der Ursprungsposition zur ersten Zwischenposition und der Bewegung von der zweiten Zwischenposition zur Endposition. Während sich die Hand 120 von der ersten Zwischenposition zur zweiten Zwischenposition bewegt, wird das J4-Achselement 105 nicht angetrieben und das J2-Achselement 103, das J3-Achselement 104 und das J5-Achselement 106 werden angetrieben. Auf diese Weise werden, wenn der Roboter 100 von oben betrachtet wird, während sich die Hand 120 von der ersten Zwischenposition zur zweiten Zwischenposition bewegt, das Armglied 111, das Armglied 112 und das Armglied 113 so angetrieben, dass sie nicht von einer die erste und zweite Zwischenposition verbindenden geraden Linie abweichen. Somit ist die Bewegung des Roboters 100 im Vergleich zum Vorgang S2 reduziert.
-
Auf solche Weise, gemäß der Ausführungsform, führt die Verarbeitungseinheit die erste bis zur vierten Steuerung aus, nachdem die Zielposition des Kontrollpunktes am Ende des Roboter 100 ermittelt wurde. Die erste Steuerung ist eine Steuerung, in der das J1-Achselement 102 zu dem Winkel J 1 e an der Zielposition des J1-Achselementes 102 angetrieben wird. Die zweite Steuerung ist eine Steuerung, in der das J4-Achselement 105 so angetrieben wird, dass die Zentralachsen des J2-Achselementes 102, des J3-Achselementes 104 und des J5-Achselementes 106, welche alle bieg-/streckbare Achselemente und unter 6 Achselementen sind, parallel zueinander stehen. Die dritte Steuerung ist eine Steuerung, in der das J2-Achselement 103, das J3-Achselement 104 und das J5-Achselement 106, welche alle bieg-/streckbare Achselement sind, zu den Winkeln J2e, J3e und J5e an den Zielpositionen der Achselemente angetrieben werden, ohne dass das J4-Achselement 105 angetrieben wird, welches das rotatorisches Achselement ist, das durch die zweite Steuerung angetrieben wird. Die vierte Steuerung ist eine Steuerung, in der ein Achselement, das den Winkel an der Zielposition nicht erreicht, zum Winkel an der Zielposition angetrieben wird. In der vierten Steuerung wird das J4-Achselement 105 angetrieben. Das J6-Achselement 107 kann in der dritten Steuerung oder in der vierten Steuerung angetrieben werden. Entsprechend werden, wenn der Roboter 100 von oben betrachtet wird, das Armglied 111, das Armglied 112 und das Armglied 113 so gesteuert, dass sie nicht von einer die erste und zweite Zwischenposition verbindenden geraden Linie abweichen und die Bewegung des Roboter 100 kann im Vergleich zu dem Fall in dem der Roboter linear von der Startposition zu der Endposition gesteuert wird reduziert werden.
-
Ferner wurde in obiger Beschreibung ein Fall beschrieben in welchem der Roboter 100 sechs Achselemente umfasst, d. h. das J1-Achselement 102, das J2-Achselement 103, das J3-Achselement 104, das J4-Achselement 105, das J5-Achselement 106 und das J6-Achselement 107 in der Reihenfolge in der sie in der Aufzählung erscheinen vom Maschinenbett 101 aus, aber die Anzahl der Achselemente des Roboter 100 ist nicht hierauf beschränkt. Wenn der Roboter 100 beispielsweise mehr rotatorische Achselemente umfasst, werden in der zweiten Steuerung manche oder alle Achselemente unter den rotatorischen Achselementen, das J1-Achselement ausgeschlossen, so angetrieben, dass die Zentralachsen aller bieg-/streckbaren Achselemente parallel zueinander sind. Daraufhin wird, wenn das vom J4-Achselement 105 unterschiedliche rotatorische Achselement vor Durchführung der vierten Steuerung nicht den Winkel an der Zielposition erreicht, das Achselement von der vierten Steuerung angetrieben. Ferner ist die Auswahl der rotatorischen Achselemente unter sechs Achselementen nicht auf das Beispiel des oben beschriebenen 6-achsigen vertikal beweglichen Roboters beschränkt.
-
Ferner wurde ein Fall beschrieben, in dem die Verarbeitungseinheit die Zielposition aus dem Roboterprogramm 207 gewinnt, aber die Verarbeitungseinheit kann die Zielposition durch Berechnung ermitteln. Beispielsweise kann die Verarbeitungseinheit einen Weg von einer gegenwärtigen Position (einer angewiesenen Position), die von der Bewegungsanweisung des Roboterprogramms 207 angegeben wird, in eine Mehrzahl von Abschnitten teilen und die Zielposition für jeden Abschnitt berechnen.
-
Ferner könnte die Verarbeitungseinheit beispielsweise im Normalmodus betrieben werden, wenn der Abstand des Bewegungskurses von der geraden Linie durch die Zentralachse des J1 Achselementes 102 größer als ein zuvor gesetzter Schwellwert ist und die Verarbeitungseinheit könnte im Kompaktbetriebsmodus betrieben werden, wenn der Abstand des Bewegungskurses von der geraden Linie durch die Zentralachse des J1 Achselementes 102 kleiner als der oben beschriebene Schwellwert ist. Auf diese Weise könnten die Modi automatisch gewechselt werden. Wenn die Verarbeitungseinheit beispielsweise einen Weg in eine Mehrzahl von Abschnitten teilt, kann die Verarbeitungseinheit einen Modus für jeden der Teilabschnitte bestimmen. Außerdem kann der Schwellwert zum Bestimmen des Modus im Zusammenhang mit der in der Bewegungsanweisung angegebenen Bewegungsgeschwindigkeit geändert werden. Wenn die Bewegungsgeschwindigkeit zum Beispiel groß ist, wird der Schwellwert zum Bestimmen des Modus groß. Ferner kann die Verarbeitungseinheit, wenn der Kompaktbetriebsmodus eingestellt ist, nur in einem Abschnitt im Kompaktbetriebsmodus betrieben werden, der am nächsten der geraden Linie durch die Zentralachse des J1-Achselements 102 ist und in den anderen Abschnitten im Normalmodus. Ferner kann ein Bewegungskurs von der zweiten Zwischenposition zu von der Bewegungsanweisung angegebenen Position nach der Steuerung zur zweiten Zwischenposition wieder berechnet werden, wenn die Verarbeitungseinheit in den Teilabschnitten im Kompaktbetriebsmodus betrieben wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Herstellungssystem,
- 100
- Roboter,
- 101
- Maschinenbett,
- 102
- J 1-Achselement,
- 103
- J2-Achselement,
- 104
- J3-Achselement,
- 105
- J4-Achselement,
- 106
- J5-Achselement,
- 107
- J6-Achselement,
- 110, 111, 112, 113
- Armglied,
- 120
- Hand,
- 200
- Robotersteuerungsvorrichtung,
- 201
- Rechner,
- 202
- Hauptspeicher,
- 203
- nicht-flüchtiger Speicher,
- 204
- Eingabe-/Ausgabeschnittstelle,
- 205
- Bus,
- 206
- Firmwareprogramm,
- 207
- Roboterprogramm,
- 300
- Übertragungsweg,
- 400
- Werkstück.
