DE112018007703B4

DE112018007703B4 - Robotersteuerung

Info

Publication number: DE112018007703B4
Application number: DE112018007703.9T
Authority: DE
Inventors: Ryosuke Kawanishi; Yasunori Sakuramoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-07-10
Filing date: 2018-07-10
Publication date: 2022-03-03
Anticipated expiration: 2038-07-11
Also published as: CN112384340A; DE112018007703C5; JP6632783B1; JPWO2020012565A1; WO2020012565A1; DE112018007703T5

Abstract

Robotersteuerung, die aufweist:eine Speichereinheit, in der ein Roboterprogramm gespeichert ist, das einen Anweisungspunkt umfasst, wobei der Anweisungspunkt eine Position und/oder Haltung eines Roboters angibt;eine Behinderungsvermeidungsverarbeitungseinheit zum Durchführen eines Verfahrens zur Behinderungsvermeidung, um zu verhindern, dass der Roboter oder ein Werkstück von einem Hindernis behindert wird, wenn der Roboter das Werkstück greift;eine Greifkorrekturwertbezugseinheit zum Beziehen eines Greifkorrekturwertes, der Korrekturwerte für eine Greifposition und Lage des Werkstücks umfasst, wobei der Greifkorrekturwert in dem Verfahren zur Behinderungsvermeidung verwendet wird und die Greifposition eine Position ist, an der das Werkstück vom Roboter gegriffen wird;eine Anweisungspunktbezugseinheit zum Beziehen des Anweisungspunkts;eine Anweisungspunktkorrektureinheit zum Korrigieren des Anweisungspunkts auf Basis des Greifkorrekturwertes, wenn die Greifposition und die Lage des Werkstücks auf Basis des Greifkorrekturwertes im Zusammenhang mit dem Behinderungsvermeidungsverfahren geändert werden; undeine Aktionsbefehlseinheit zum Übertragen eines Aktionsbefehls an den Roboter nach Maßgabe des Roboterprogramms, in dem der Anweisungspunkt auf Basis des Greifkorrekturwertes korrigiert wurde.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Robotersteuerung, die bewirkt, dass ein Roboter auf Basis eines Roboterprogramms betrieben wird.
Wenn das Erkennen von ungeordnet platzierten Werkstücken mit Hilfe einer Bildverarbeitung erfolgt und ein Werkstück von einem Roboter gegriffen wird, können Hindernisse in der Nähe des Werkstücks zu Behinderungen des Roboters oder des Werkstücks führen, wenn der Roboter so betrieben wird, dass er das Werkstück an einer angewiesenen Werkstückposition mit einer angewiesenen Haltung des Roboters greift. Um zu vermeiden, dass Hindernisse in der Nähe des Werkstücks zu einer Behinderung des Roboters oder des Werkstücks führen, wird daher ein angewiesener Punkt, der eine Position und/oder Haltung des Roboters angibt, so geändert, dass sich eine Greifposition, an der ein Werkstück gegriffen wird, und eine Haltung des Roboters von denen zum Zeitpunkt der Anweisung unterscheiden.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2015 - 231 640 A offenbart eine Technik zur Definition eines für jeden Anweisungspunkt zulässigen Änderungswertes und zur Bestimmung, ob ein Änderungswert eines jeweiligen Anweisungspunkts innerhalb eines zulässigen Wertebereichs liegt oder nicht, wenn ein Betriebsprogramm modifiziert wird, um Behinderungen zu vermeiden.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2015 015 093 A1 offenbart eine Roboterprogrammiervorrichtung zum Instruieren eines Roboters für eine Bearbeitung. Mit einer Roboterprogrammiervorrichtung werden die Position und Stellung eines Werkzeuges auf Basis eines Bearbeitungsweges bestimmt, welcher durch Projektion eines Arbeitsmusters auf ein Werkstückmodell erzeugt wird. Die Roboterprogrammiervorrichtung besitzt eine Bestimmungseinheit, die ausgebildet ist, festzustellen, ob ein Werkstück und ein Werkzeug außer an Bearbeitungspunkten des Werkzeuges an einer weiteren Stelle in einen unerwünschten Eingriff kommen, und eine Positions- und Stellungskorrektureinheit, die ausgebildet ist, die Position und/oder Stellung des Werkzeuges so zu korrigieren, dass Werkstück und Werkzeug an keinen Stellen außer an den Bearbeitungspunkten des Werkzeuges in Eingriff kommen.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2014 223 167 A1 offenbart ein Verfahren und ein System zum Bestimmen von Greifräumen an Objekten, wobei die Objekte durch einen Roboter mittels einer Greifpose basierend auf den bestimmten Greifräumen gegriffen werden sollen. Dabei wird zunächst ein Objektkoordinatensystem des Objekts, das von dem Greifer gegriffen werden soll, definiert. Dann wird durch Positionieren des Greifers an dem Objekt zumindest eine erste Greifpose festgelegt und mindestens einer weiteren Greifpose an dem Objekt vorgegeben. Anschließend wird im Objektkoordinatensystem des Objekts basierend auf der zumindest einen ersten und der mindestens einen weiteren Greifpose ein erster Greifraum bestimmt.
Die Offenlegungsschrift EP 3 093 108 A1 offenbart ein Informationsverarbeitungsverfahren und eine Informationsverarbeitungsvorrichtung, welche Positionsdaten und Orientierungsdaten bearbeiten, welche die Positionen oder Orientierungen von Teilen einer Robotervorrichtung angeben. Weiter zeigen das Informationsverarbeitungsverfahren und die Informationsverarbeitungsvorrichtung den durch die Positionsdaten und die Orientierungsdaten angegebenen Zustand des Roboters an.
Die Offenlegungsschrift WO 2018 / 092 860 A1 offenbart eine Interferenzvermeidungsvorrichtung, die es einem Werkzeugteil ermöglicht, eine Interferenz mit Peripheriegeräten zu vermeiden. Die Vorrichtung umfasst eine Greifpunktkandidaten-Erzeugungseinheit, die auf der Grundlage von Messdaten, die durch Messen der Zustände von Peripheriegeräten und Modellinformationen über einen Roboter und Peripheriegeräte erhalten werden, eine Vielzahl von Greifpunktkandidaten berechnet, an denen das Werkzeugteil ein von dem Werkzeugteil zu greifendes Objekt greifen kann. Weiter umfasst die Vorrichtung eine Trajektorien-Berechnungseinheit, die auf der Grundlage der Vielzahl von Greifpunktkandidaten eine störungsvermeidende Trajektorie berechnet, auf der sich das Werkzeugteil dem zu greifenden Objekt nähert, ohne Peripheriegeräte zu stören.
Das japanischsprachige Dokument JP 2016 - 185 573 A offenbart ein Robotersystem, das dazu in der Lage ist, Objekte einzeln zu entladen, ohne andere Objekte, die ein Zielobjekt umgeben, zu stören. Hierfür umfasst das Robotersystem eine ein Zielobjekt auswählende Zielobjektauswahleinheit, eine Näherungszustandsbestimmungseinheit, die bestimmt, ob in der Nähe des Zielobjekts ein anderes Objekt angeordnet ist, eine Vermeidungsvektor-Bestimmungseinheit, die einen Vermeidungsvektor bestimmt, um eine Störung des Objekts zu vermeiden, eine Entladetrajektorie-Korrektureinheit, die durch Korrigieren einer Entladetrajektorie auf der Grundlage des Vermeidungsvektors eine korrigierte Trajektorie erzeugt und eine Entladebetriebs-Ausführungseinheit. Die Entladebetriebs-Ausführungseinheit entlädt das Zielobjekt gemäß der Entladetrajektorie, wenn bestimmt wird, dass kein Objekt in der Nähe des Zielobjekts angeordnet ist, entlädt das Zielobjekt gemäß der korrigierten Trajektorie, wenn bestimmt wird, dass ein Objekt nahe dem Zielobjekt angeordnet ist.
Das japanischsprachige Dokument JP 2009 - 050 921 A offenbart eine Handhabungsvorrichtung zum Greifen eines Werkstücks mittels eines Roboterarms, wobei der Roboterarms mit einem photoelektrischen Sensor ausgestattet ist. Ein auf einer Montageebene mit vorbekannter Position abgelegtes Werkstück wird kreuzweise mit dem Sensor abgetastet und eine Position und Haltung des Roboterarms werden unter Verwendung des vom Sensor erhaltenen Messergebnisses und der während der Abtastung verwendeten Position und Haltung des Roboterarms korrigiert.
Die in der JP 2015 - 231 640 A offenbarte Erfindung berücksichtigt jedoch keine Änderungen der Greifposition sowie der Lage des Werkstücks bei einer Aktion, die nach einer zum Vermeiden von Behinderungen vom Anweisungspunkt ausgehenden Änderung der Greifposition und dergleichen erfolgt. Daher können, wenn eine Korrektur der Greifposition und der Lage des Werkstücks zur Vermeidung von Behinderungen erfolgt, die Greifposition und die Lage des Werkstücks bei Aktionen nach dem Greifen des Werkstücks, wie beispielsweise bei Zusammenbau und Montage, von der angewiesenen Greifposition und der angewiesenen Lage abweichen, wodurch möglicherweise Fehler beim Zusammenbau auftreten können.
Daher wurde eine Technik zur Behinderungsvermeidung angestrebt, bei der berücksichtigt wird, dass sich die Greifposition und die Lage des Werkstücks im Zusammenhang mit einer Behinderungsvermeidung ändern.
Die vorliegende Erfindung entstand angesichts der oben genannten Umstände, wobei deren Aufgabe in der Angabe einer Robotersteuerung besteht, die einen Fehler bei einer nach dem Greifen eines Werkstücks erfolgenden Aktion verhindert, wenn die Greifposition und Lage des Werkstücks infolge der Durchführung eines Verfahrens zur Vermeidung von Behinderungen von einer angewiesenen Greifposition und einer angewiesenen Lage abweichen.
Die genannten Probleme und die sich stellende Aufgabe werden durch die Kombination der Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen 2 und 3.
Eine Robotersteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung hat den vorteilhaften Effekt, dass ein Fehler bei einer Aktion nach dem Greifen eines Werkstücks vermieden werden kann, wenn sich die Greifposition und die Lage des Werkstücks infolge der Durchführung eines Verfahrens zur Behinderungsvermeidung von denen zum Zeitpunkt der Anweisung unterscheiden.

1 zeigt ein Funktionsblockschaltbild einer Robotersteuerung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Arbeitsablaufs einer Robotersteuerung gemäß der ersten Ausführungsform.
3 zeigt ein Funktionsblockschaltbild einer Robotersteuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Arbeitsablaufs einer Robotersteuerung gemäß der zweiten Ausführungsform.
5 zeigt ein Funktionsblockschaltbild einer Robotersteuerung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Arbeitsablaufs einer Robotersteuerung gemäß der dritten Ausführungsform.
7 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer Konfiguration, bei der die Funktionen einer Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform, der zweiten Ausführungsform oder der dritten Ausführungsform durch Hardware implementiert sind.
8 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer Konfiguration, bei der die Funktionen einer Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform, der zweiten Ausführungsform oder der dritten Ausführungsform durch Software implementiert sind.

Robotersteuerungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren ausführlich beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung durch diese Ausführungsformen nicht zwingend eingeschränkt wird.
Erste Ausführungsform
1 zeigt ein Funktionsblockschaltbild einer Robotersteuerung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Robotersteuerung 100 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst eine Steuereinheit 10 und eine Speichereinheit 20. Die Steuereinheit 10 steuert einen Roboter 30. In der Speichereinheit 20 ist ein Roboterprogramm 21 gespeichert, das den Roboter 30 betreibt. Das Roboterprogramm 21 enthält eine Anweisungspunktgruppe 24. Die Anweisungspunktgruppe 24 umfasst zumindest einen Anweisungspunkt, der eine Position und/oder Haltung des Roboters 30 angibt. Die Steuereinheit 10 umfasst eine Bewegungsgruppenerzeugungseinheit 11, eine Behinderungsvermeidungsverarbeitungseinheit 12, eine Greifkorrekturwertbezugseinheit 13, eine Anweisungspunktbezugseinheit 14, eine Anweisungspunktkorrektureinheit 15 und eine Aktionsbefehlseinheit 16. Die Bewegungsgruppenerzeugungseinheit 11 erzeugt eine Bewegungsgruppe 23, indem sie einige der in der Anweisungspunktgruppe 24 enthaltenen Anweisungspunkte gruppiert. Die Behinderungsvermeidungsverarbeitungseinheit 12 führt ein Verfahren zur Vermeidung von Behinderungen durch. Die Greifkorrekturwertbezugseinheit 13 bezieht einen Greifkorrekturwert auf Basis eines Ergebnisses des Behinderungsvermeidungsverfahrens. Die Anweisungspunktbezugseinheit 14 bezieht einen Anweisungspunkt, der in der Bewegungsgruppe 23 enthalten ist. Die Anweisungspunktkorrektureinheit 15 korrigiert den Anweisungspunkt. Die Aktionsbefehlseinheit 16 gibt einen Aktionsbefehl aus, der den Roboter 30 tätig werden lässt. In der Speichereinheit 20 ist auch eine Hindernisinformation 22 gespeichert, die Position und Form eines Hindernisses angibt, das den Roboter 30 behindern könnte.
Der Roboter 30 weist eine Hand 31 auf, die ein Werkstück greift. Die Hand 31 greift ein Werkstück nach Maßgabe eines Aktionsbefehls, der von der Aktionsbefehlseinheit 16 in Übereinstimmung mit einem Greifbefehl des Roboterprogramms 21 ausgegeben wird, und gibt das Werkstück nach Maßgabe eines Aktionsbefehls frei, der von der Aktionsbefehlseinheit 16 in Übereinstimmung mit einem Freigabebefehl des Roboterprogramms 21 ausgegeben wird. Demnach ist der Greifbefehl ein Befehl zum Greifen eines Werkstücks und der Freigabebefehl ein Befehl zum Beenden des Greifens des Werkstücks. Es wird darauf hingewiesen, dass als Beispiele für die zum Halten eines Werkstücks ausgebildete Hand 31 eine Greifhand, die ein Werkstück festhält, ein Saug-Endeffektor, der mit Hilfe von Luftansaugung funktioniert, und ein magnetisch anziehend wirkender Endeffektor angegeben werden können. Der Greifbefehl und der Freigabebefehl können daher durch einen Befehl zum Öffnen und Schließen der Hand 31 und einen Befehl zum Ein- und Ausschalten der Ansaugung oder der magnetischen Anziehung veranschaulicht werden. Das Verfahren zum Aufnehmen eines Werkstücks mit der Hand 31 ist jedoch nicht auf die veranschaulichten Methoden beschränkt.
Die Bewegungsgruppenerzeugungseinheit 11 kann entweder auf einen manuellen Modus zur Gruppierung von Anweisungspunkten, die durch einen Eingabevorgang eines Benutzers festgelegt wurden, oder auf einen automatischen Modus zur Analyse des Roboterprogramms 21 und zur Gruppierung von Anweisungspunkten eingestellt werden. Wenn die Bewegungsgruppenerzeugungseinheit 11 auf den manuellen Modus eingestellt ist, erzeugt die Bewegungsgruppenerzeugungseinheit 11 die Bewegungsgruppe 23 durch Gruppieren von Anweisungspunkten, die durch die Auswahl des Benutzers bei der Erstellung des Roboterprogramms 21 markiert wurden. Wenn die Bewegungsgruppenerzeugungseinheit 11 auf den automatischen Modus eingestellt ist, ermittelt die Bewegungsgruppenerzeugungseinheit 11 den Greifbefehl und den Freigabebefehl im Roboterprogramm 21, bestimmt, ob jeder Anweisungspunkt innerhalb eines Zeitraums liegt, in dem der Roboter 30 betrieben wird während er ein Objekt greift, und gruppiert zum Erzeugen der Bewegungsgruppe 23 Anweisungspunkte in der Prozedur des ein Objekt greifenden Roboters 30.
Auch wenn die Bewegungsgruppenerzeugungseinheit 11 im manuellen Modus arbeitet, ist es möglich, dass ein Anweisungspunkt in der Prozedur des ein Objekt greifenden Roboters 30 nicht in die Bewegungsgruppe 23 aufgenommen wird. Daher kann, wenn der Roboter 30 zum Zwecke einer Optimierung der Arbeitsgeschwindigkeit des Roboters 30 in einem vom Benutzer vorgegebenen Gelenkwinkel arbeiten soll, auch dann verhindert werden, dass ein Anweisungspunkt in die Bewegungsgruppe 23 aufgenommen wird, wenn es sich bei dem Anweisungspunkt um einen Punkt in der Prozedur des ein Objekt greifenden Roboters 30 handelt.
Wenn die Bewegungsgruppenerzeugungseinheit 11 in den automatischen Modus versetzt ist, muss ein Benutzer keinen Vorgang zum Spezifizieren eines Anweisungspunktes durchführen, der in die Bewegungsgruppe 23 aufgenommen werden soll, sodass eine Arbeitseinsparung erzielt werden kann. Darüber hinaus kann ein menschliches Versagen wie das unbeabsichtigte Unterlassen einer Auswahl der zu gruppierenden Anweisungspunkte vermieden werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass auch dann, wenn die Bewegungsgruppenerzeugungseinheit 11 im manuellen Modus betrieben wird, durch Analyse des Roboterprogramms 21 oder durch Erfassen eines Greifbefehls und eines Freigabebefehls während des Betriebs des Roboters 30 festgestellt werden kann, ob die Bewegungsgruppe 23 einen Anweisungspunkt enthält, bei dem nicht davon ausgegangen wird, dass der Roboter 30 ein Objekt greift. Wenn die Bewegungsgruppe 23 einen Anweisungspunkt enthält, bei dem nicht davon ausgegangen wird, dass der Roboter 30 ein Objekt greift, kann verhindert werden, dass ein unnötiger Anweisungspunkt in eine Gruppe aufgenommen wird, indem eine Warnung ausgegeben wird, um den Benutzer darüber zu informieren.
Wenn die Bewegungsgruppenerzeugungseinheit 11 im manuellen Modus betrieben wird, erfasst die Bewegungsgruppenerzeugungseinheit 11 ferner Anweisungspunkte, die sich auf eine Reihe von Bewegungen des Roboters 30 beim Greifen eines Objekts beziehen, und zeigt einem Benutzer die erfassten Anweisungspunkte an, sodass der Benutzer Anweisungspunkte aus den angezeigten Anweisungspunkten auswählen kann, die gruppiert werden sollen. Dadurch können Fehler bei der Auswahl eines Anweisungspunkts vermieden werden.
Die Behinderungsvermeidungsverarbeitungseinheit 12 bestimmt basierend auf der in der Speichereinheit 20 gespeicherten Hindernisinformation 22 und dem Roboterprogramm 21, ob das Verfahren zur Behinderungsvermeidung während des Betriebs des Roboters 30 durchgeführt werden soll oder nicht.
Wenn ein Verfahren zur Behinderungsvermeidung durchgeführt wird, greift der Roboter 30 das Werkstück an einer Greifposition und in einer Haltung, die sich von der angewiesenen Greifposition und Haltung unterscheiden. Daher ist ein von der Greifkorrekturwertbezugseinheit 13 bezogener Greifkorrekturwert durch die Änderungswerte definiert, um die die Greifposition und die Lage des Werkstücks zum Zeitpunkt der Anweisung in eine Greifposition und Haltung geändert werden, nachdem das Verfahren zur Behinderungsvermeidung durchgeführt wurde.
Der Greifkorrekturwert zur Vermeidung von Behinderungen kann durch Verwendung einer fallweisen Berechnungsmethode bezogen werden, bei der die Änderungswerte jedes Mal berechnet und bezogen werden, wenn das Verfahren zur Behinderungsvermeidung durchgeführt wird, oder er kann durch Verwendung einer Musterauswahlmethode bezogen werden, bei der zwei oder mehr Korrekturmuster vorab gespeichert wurden und aus diesen ein Korrekturmuster ausgewählt wird. Im Falle der fallweisen Berechnungsmethode berechnet und bezieht die Greifkorrekturwertbezugseinheit 13 einen Greifkorrekturwert auf Basis der Hindernisinformation 22 und des Roboterprogramms 21. Bei der Musterauswahlmethode liest und bezieht die Greifkorrekturwertbezugseinheit 13 einen in der Speichereinheit 20 gespeicherten Greifkorrekturwert.
Bei der Durchführung des Verfahrens zur Behinderungsvermeidung mit der fallweisen Berechnungsmethode kann das Verfahren zur Behinderungsvermeidung auch dann durchgeführt werden, wenn zum Zeitpunkt der Erstellung des Roboterprogramms 21 kein Greifkorrekturwert bestimmt werden kann.
Im Falle der Durchführung des Verfahrens zur Behinderungsvermeidung mit der Musterauswahlmethode kann der Rechenaufwand für die Berechnung eines Greifkorrekturwertes reduziert werden.
Die Anweisungspunktkorrektureinheit 15 korrigiert einen von der Anweisungspunktbezugseinheit 14 bezogenen Anweisungspunkt auf Basis des Greifkorrekturwertes so, dass sich die Position und Lage eines zu greifenden Werkstücks auch dann nicht ändern, wenn die Greifposition und die Lage des Werkstücks im Zusammenhang mit dem Verfahren zur Behinderungsvermeidung geändert werden.
Wenn der Greifkorrekturwert und der zu korrigierende Anweisungspunkt in einem Werkzeugkoordinatensystem angegeben sind, kann die gleiche Korrektur an dem als Korrektur der Greifposition und Haltung zu korrigierenden Anweisungspunkt dazu führen, dass die korrigierte Position und Lage des Werkstücks der Position und Lage des Werkstücks eines Falls entsprechen, bei dem kein Verfahren zur Behinderungsvermeidung erfolgt. Wenn der Greifkorrekturwert und/oder der zu korrigierende Anweisungspunkt nicht im Werkzeugkoordinatensystem angegeben sind, kann eine ähnliche Korrektur vorgenommen werden, indem ein Koordinatensystem mit dem Werkzeugkoordinatensystem zusammengeführt wird.
2 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Arbeitsablaufs einer Robotersteuerung gemäß der ersten Ausführungsform. In Schritt S1 bezieht die Behinderungsvermeidungsverarbeitungseinheit 12 alle Anweisungspunkte des Roboterprogramms 21, d. h. die Anweisungspunktgruppe 24. In Schritt S2 bestimmt die Behinderungsvermeidungsverarbeitungseinheit 12, ob es notwendig ist, das Verfahren zur Behinderungsvermeidung durchzuführen oder nicht. Wenn es notwendig ist, das Verfahren zur Behinderungsvermeidung durchzuführen, wird in Schritt S2 „Ja“ bestimmt und die Greifkorrekturwertbezugseinheit 13 bezieht in Schritt S3 einen Greifkorrekturwert. In Schritt S4 führt die Behinderungsvermeidungsverarbeitungseinheit 12 das Verfahren zur Behinderungsvermeidung durch, um die Greifposition und Lage des Werkstücks zu ändern. In Schritt S5 bezieht die Anweisungspunktbezugseinheit 14 die von der Bewegungsgruppenerzeugungseinheit 11 erzeugte Bewegungsgruppe 23. In Schritt S6 bestimmt die Anweisungspunktbezugseinheit 14, ob es unter den in der Bewegungsgruppe 23 enthaltenen Anweisungspunkten einen nicht korrigierten Anweisungspunkt gibt oder nicht. Wenn es einen nicht korrigierten Anweisungspunkt gibt, wird in Schritt S6 „Ja“ bestimmt und die Anweisungspunktbezugseinheit 14 bezieht den Wert des nicht korrigierten Anweisungspunktes der Bewegungsgruppe 23 in Schritt S7. In Schritt S8 korrigiert die Anweisungspunktkorrektureinheit 15 den Anweisungspunkt. Nach Schritt S8 kehrt die Prozedur zu Schritt S6 zurück.
Wenn es unter den in der Bewegungsgruppe 23 enthaltenen Anweisungspunkten keinen nicht korrigierten Anweisungspunkt gibt, wird in Schritt S6 „Nein“ bestimmt und die Aktionsbefehlseinheit 16 überträgt in Schritt S9 einen Aktionsbefehl an den Roboter 30 nach Maßgabe des Roboterprogramms 21, in dem die Anweisungspunkte auf Basis des Greifkorrekturwertes korrigiert wurden. In Schritt S10 bestimmt die Aktionsbefehlseinheit 16, ob die Aktion des Roboters 30 beendet werden soll oder nicht. Wenn ein anderes Roboterprogramm 21 ausgeführt werden soll, wird die Aktion des Roboters 30 fortgesetzt, wenn dagegen kein anderes Roboterprogramm 21 ausgeführt werden soll, wird die Aktion des Roboters 30 beendet. Wenn die Aktion des Roboters 30 beendet ist, wird in Schritt S10 „Ja“ bestimmt und die Prozedur wird beendet. Wenn die Aktion des Roboters 30 nicht beendet wird, wird in Schritt S10 „Nein“ bestimmt und die Prozedur kehrt zu Schritt S1 zurück.
Die Robotersteuerung 100 gemäß der ersten Ausführungsform führt das Verfahren zur Behinderungsvermeidung durch, indem sie die Anweisungspunktkorrektureinheit 15 veranlasst, einen Anweisungspunkt zu korrigieren. In der Robotersteuerung 100 gemäß der ersten Ausführungsform ändern sich die Position und Lage eines Werkstücks nicht an jedem Anweisungspunkt der Bewegungsgruppe 23, selbst wenn sich die Greifposition und Lage des Werkstücks infolge der Durchführung des Verfahrens zur Behinderungsvermeidung ändern. Daher kann die Robotersteuerung 100 gemäß der ersten Ausführungsform eine Behinderungsvermeidung erreichen und gleichzeitig sicherstellen, dass der Roboter 30 bei einer Aktion nach dem Greifen des Werkstücks nicht versagt. Darüber hinaus führt die Robotersteuerung 100 gemäß der ersten Ausführungsform die Korrektur von Anweisungspunkten innerhalb der Robotersteuerung 100 durch. Daher ist es möglich, die Benutzerfreundlichkeit zu verbessern und eine Komplizierung des Roboterprogramms 21 zu vermeiden, ohne dass beispielsweise eine Korrekturformel für Anweisungspunkte zum Roboterprogramm 21 hinzugefügt werden muss. Es wird darauf hingewiesen, dass, auch wenn in der obigen Beschreibung jeder Anweisungspunkt der Bewegungsgruppe 23 korrigiert wurde, die Bewegungsgruppenerzeugungseinheit 11 weggelassen werden kann und alle Anweisungspunkte in der Anweisungspunktgruppe 24 korrigiert werden können, nicht nur die Anweisungspunkte in der Bewegungsgruppe 23.
Zweite Ausführungsform
3 zeigt ein Funktionsblockschaltbild einer Robotersteuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Robotersteuerung 101 gemäß der zweiten Ausführungsform weist eine Beweglichkeitsbestimmungseinheit 17 auf, die bestimmt, ob sich der Roboter 30 zu einem Anweisungspunkt der Bewegungsgruppe 23 bewegen kann, der durch die Anweisungspunktkorrektureinheit 15 korrigiert wurde. Abgesehen von diesem Unterschied entspricht die Robotersteuerung 101 im Grunde der Robotersteuerung 100 gemäß der ersten Ausführungsform.
Die Beweglichkeitsbestimmungseinheit 17 bestimmt, ob sich der Roboter 30 zu einem von der Anweisungspunktkorrektureinheit 15 korrigierten Anweisungspunkt der Bewegungsgruppe 23 bewegen kann, indem sie prüft, ob der Anweisungspunkt innerhalb des Bereichs einer Betriebsgrenze des Roboters 30 liegt.
Die Betriebsgrenze kann in Form von Bereichen der möglichen Position und Haltung des Roboters 30 in einem beliebigen Koordinatensystem oder als Bereich des bei jedem Gelenk des Roboters 30 möglichen Gelenkwinkels festgelegt werden. Die Betriebsgrenze kann durch einen Benutzer festgelegt werden, der die Wertebereiche der translatorischen Position und der Haltung im rechtwinkligen Koordinatensystem festlegt.
Die Betriebsgrenze kann ein Bewegungsbereich des Roboters 30 sein. Der genannte Bewegungsbereich des Roboters 30 bezieht sich hier auf einen Bereich der physikalisch möglichen Bewegung eines Gelenks des Roboters 30. Es wird darauf hingewiesen, dass der Bewegungsbereich des Roboters 30 ein Konstruktionswert oder ein durch Spezifikationen definierter Wert sein kann.
Alternativ kann der Bewegungsbereich des Roboters 30 vom Benutzer festgelegt werden, indem er einen Bereich angibt, in dem der Roboter 30 und eine mit dem Roboter 30 verbundene Vorrichtung nicht mit einer sich in der Nähe des Roboters 30 befindenden Struktur kollidieren. Es wird darauf hingewiesen, dass ein Endeffektor und ein Vision-Sensor Beispiele für einen mit dem Roboter 30 verbundene Vorrichtung darstellen. Der Bewegungsbereich des Roboters 30 kann durch Simulation des Arrangements von Strukturen um den Roboter 30 herum in einem Simulationsraum, in dem die Bewegung des Roboters 30 simuliert wird, als Ergebnis der Berechnung eines Bereichs festgelegt werden, in dem der Roboter 30 betrieben werden kann, ohne mit umgebenden Strukturen in der Nähe des Roboters 30 zu kollidieren.
Darüber hinaus kann die Position eines Objekts um den Roboter 30 herum mit Hilfe einer Vorrichtung wie einem Laserscanner erfasst werden, der die Position eines Objekts feststellen kann, wobei die Betriebsgrenze hierbei auf Basis der erfassten Position des Objekts bestimmt werden kann.
Die Betriebsgrenze kann auch in Übereinstimmung mit einer Kombination aus zwei oder mehreren Einstellmethoden festgelegt werden. Auch eine Methode, bei der der Bewegungsbereich und die Bereichsspezifizierung im rechtwinkligen Koordinatensystem gleichzeitig verwendet werden, als Beispiel für eine Methode zur Einstellung der Betriebsgrenze angegeben wird, ist die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
4 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Arbeitsablaufs einer Robotersteuerung gemäß der zweiten Ausführungsform. Der Betrieb der Robotersteuerung 101 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Betrieb der Robotersteuerung 100 gemäß der ersten Ausführungsform durch die zusätzlichen Schritte S11 und S12 nach Schritt S8.
Nachdem die Anweisungspunktkorrektureinheit 15 den Anweisungspunkt in Schritt S8 korrigiert hat, bestimmt die Beweglichkeitsbestimmungseinheit 17 in Schritt S11, ob der korrigierte Anweisungspunkt innerhalb des Bereichs der Betriebsgrenze liegt oder nicht.
Wenn der korrigierte Anweisungspunkt innerhalb des Bereichs der Betriebsgrenze liegt, wird in Schritt S11 „Ja“ bestimmt, und die Prozedur wird mit Schritt S6 fortgesetzt. Wenn der korrigierte Anweisungspunkt nicht innerhalb des Bereichs der Betriebsgrenze liegt, wird in Schritt S11 „Nein“ bestimmt und die Beweglichkeitsbestimmungseinheit 17 gibt in Schritt S12 einen Fehler aus.
Wenn die Anweisungspunktkorrektureinheit 15 einen Anweisungspunkt in der Bewegungsgruppe 23 korrigiert, kann die Robotersteuerung 101 gemäß der zweiten Ausführungsform im Voraus erkennen, ob der korrigierte Anweisungspunkt innerhalb des eingestellten Bereichs der Betriebsgrenze liegt. Dadurch ist es möglich, einen Unfall, wie beispielsweise eine Kollision zwischen dem Roboter 30 und einer umgebenden Struktur, zu verhindern.
Dritte Ausführungsform
5 zeigt ein Funktionsblockschaltbild einer Robotersteuerung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Robotersteuerung 102 gemäß der dritten Ausführungsform weist eine Greifkorrekturbereichsbezugseinheit 18 und eine Greifkorrekturwertänderungseinheit 19 auf. Die Greifkorrekturbereichsbezugseinheit 18 bezieht einen Bereich für den möglichen Greifkorrekturwert. Die Greifkorrekturwertänderungseinheit 19 ändert einen Greifkorrekturwert anhand des Bereichs für den möglichen Greifkorrekturwert. Weitere Komponenten ähneln denen der Robotersteuerung 101 gemäß der zweiten Ausführungsform. Im Folgenden wird der Bereich für den möglichen Greifkorrekturwert als Greifkorrekturbereich bezeichnet.
Die Greifkorrekturbereichsbezugseinheit 18 bezieht einen Greifkorrekturbereich, wenn die Greifposition und Lage eines Werkstücks in dem Verfahren zur Behinderungsvermeidung als Bereiche bezogen werden können, d. h., wenn es sich bei einem Greifkorrekturwert nicht um einen spezifischen Wert handelt, sondern um Werte eines bestimmten Bereichs.
In manchen Fällen lässt sich ein möglicher Greifkorrekturwert zur Behinderungsvermeidung nicht eindeutig bestimmen. Nimmt man als Beispiel ein zylindrisches Werkstück, dann ist die Greifposition des Werkstücks dann nicht eindeutig bestimmt, wenn eine Behinderung durch Verschieben einer Greifposition entlang der Richtung der Zylinderachse des Werkstücks verhindert werden kann, während die Lage des zylindrischen Werkstücks relativ zum Endeffektor des Roboters 30 beibehalten wird. In einem solchen Fall kann die Greifkorrekturbereichsbezugseinheit 18 den Greifkorrekturbereich beziehen.
Der Greifkorrekturbereich wird als Bereich von Koordinatenwerten in einem beliebigen vorhandenen Koordinatensystem dargestellt. Im Falle des oben beschriebenen zylindrischen Werkstücks wird ein Werkstück-Koordinatensystem für das Werkstück festgelegt, und es müssen, wenn die Richtung der Zylinderachse mit der X-Achsenrichtung des Werkstücks übereinstimmt, lediglich der Maximalwert und der Minimalwert von X, die eine Behinderungsvermeidung ermöglichen, festgelegt zu werden. Wenn der Greifkorrekturbereich als ein Bereich von Koordinatenwerten dargestellt wird, bedeutet dies, dass Wertekandidaten für den Greifkorrekturwert als kontinuierliche Werte angegeben werden.
Der Greifkorrekturbereich kann durch Kombination mehrerer Bereiche gebildet werden. Der Greifkorrekturbereich kann ein Bereich sein, der aus zwei oder mehr sich gegenseitig überlappenden Bereichen gebildet wird.
Ferner kann es sich bei dem Greifkorrekturbereich um einen Satz von diskreten Werten anstelle eines Bereichs von kontinuierlichen Koordinatenwerten handeln.
Die Greifkorrekturwertänderungseinheit 19 ändert einen Greifkorrekturwert auf Basis des Greifkorrekturbereichs und des Ergebnisses der Bestimmung der Beweglichkeitsbestimmungseinheit 17. Wenn der Greifkorrekturbereich kontinuierlichen Werten entspricht, ändert die Greifkorrekturwertänderungseinheit 19 den Greifkorrekturwert, indem sie aus den Werten des Greifkorrekturbereichs einen Wert auswählt, der in der Beweglichkeitsbestimmungseinheit 17 einem Bestimmungsergebnis „Ja“ entspricht. Wenn der Greifkorrekturbereich einem Satz diskreter Werte entspricht, ändert die Greifkorrekturwertänderungseinheit 19 den Greifkorrekturwert, indem sie Wertekandidaten für den Greifkorrekturwert bezieht und aus den bezogenen Kandidaten einen Wertekandidaten auswählt, der in der Beweglichkeitsbestimmungseinheit 17 einem Bestimmungsergebnis „Ja“ entspricht.
Beispiele für eine Methode zum Beziehen von Wertekandidaten umfassen ein Verfahren zur Berechnung von mehreren Greifkorrekturwerten durch Unterteilen des Greifkorrekturbereichs in beliebige Intervalle und ein Verfahren zur zufälligen Auswahl von Greifpositionen und Haltungen, die vom Greifkorrekturbereich umfasst sind. Im Falle einer zufälligen Auswahl von Greifpositionen und Haltungen, die vom Greifkorrekturbereich umfasst sind, fällt das Ergebnis der Beweglichkeitsbestimmung von den gewählten Wertekandidaten abhängig unterschiedlich aus. Dadurch kann eine Behinderung durch nochmalige Auswahl von Wertekandidaten erfolgreich vermieden werden.
6 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Arbeitsablaufs einer Robotersteuerung gemäß der dritten Ausführungsform. Der Betrieb der Robotersteuerung 102 gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Betrieb der Robotersteuerung 101 gemäß der zweiten Ausführungsform durch die zusätzlichen Schritte S21, S22 und S23 nach Schritt S 11.
Wenn die Beweglichkeitsbestimmungseinheit 17 in Schritt S11 feststellt, dass der korrigierte Anweisungspunkt nicht innerhalb des Bereichs der Betriebsgrenze liegt, wird in Schritt S11 „Nein“ bestimmt, und die Greifkorrekturwertänderungseinheit 19 bestimmt in Schritt S21, ob der Greifkorrekturwert geändert werden soll oder nicht. Wenn der Greifkorrekturwert geändert wird, wird in Schritt S21 „Ja“ bestimmt, und die Greifkorrekturbereichsbezugseinheit 18 bezieht in Schritt S22 einen Greifkorrekturbereich. In Schritt S23 ändert die Greifkorrekturwertänderungseinheit 19 den Greifkorrekturwert innerhalb des Greifkorrekturbereichs. Nach Schritt S23 wird die Prozedur mit Schritt S5 fortgesetzt.
Wenn dagegen der Greifkorrekturwert nicht geändert wird, wird in Schritt S21 „Nein“ bestimmt, und die Prozedur wird mit Schritt S12 fortgesetzt.
Wie oben beschrieben wurde, weist bei der Robotersteuerung 102 gemäß der dritten Ausführungsform ein Greifkorrekturwert mehrere Wertekandidaten innerhalb eines Greifkorrekturbereichs auf, wobei der Greifkorrekturwert, wenn ein korrigierter Anweisungspunkt, der infolge einer Festlegung eines Wertekandidaten aus dem Greifkorrekturbereich als Greifkorrekturwert erhalten wird, nicht innerhalb eines Bereichs der Betriebsgrenze liegt, auf einen anderen Wertekandidaten geändert werden und erneut bestimmt werden kann, ob ein korrigierter Anweisungspunkt innerhalb des Bereichs der Betriebsgrenze liegt oder nicht. Wenn die Korrektur mit Hilfe eines eindeutig bestimmten Greifkorrekturwertes durchgeführt wird, besteht die Gefahr, dass der Roboter einen korrigierten Anweisungspunkt nicht erreichen kann, da der Punkt abhängig von einer Roboterbewegung nach dem Greifen eines Objekts außerhalb des Bereichs der Betriebsgrenze liegt. Bei der Robotersteuerung 102 gemäß der dritten Ausführungsform kann der Greifkorrekturwert so modifiziert werden, dass ein Korrekturwert erhalten wird, bei dem sich der Roboter 30 in einem Bereich bewegen kann, in dem Behinderungen vermieden werden können. Auf diese Weise kann die Bewegung des Roboters 30 leichter angepasst und die Anzahl der Stopps des Roboters 30 reduziert werden.
Die Funktionen einer Steuereinheit 10 gemäß der oben beschriebenen ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform werden durch eine Verarbeitungsschaltung implementiert. Bei der Verarbeitungsschaltung kann es sich um spezialisierte Hardware oder eine arithmetische Vorrichtung handeln, die ein in einer Speichervorrichtung gespeichertes Programm ausführt.
Wenn es sich bei der Verarbeitungsschaltung um spezialisierte Hardware handelt, entspricht die Verarbeitungsschaltung einer einzelnen Schaltung, einer Kombination von Schaltungen, einem programmierten Prozessor, einem parallel programmierten Prozessor, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung, einem Field Programmable Gate Array oder einer Kombination dieser. 7 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer Konfiguration, bei der die Funktionen einer Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform, der zweiten Ausführungsform oder der dritten Ausführungsform mittels Hardware implementiert sind. Eine Logikschaltung 29a, die die Funktionen der Steuereinheit 10 implementiert, ist in eine Verarbeitungsschaltung 29 eingebunden. Ein Mikrocontroller kann ein Beispiel für eine die Verarbeitungsschaltung 29 implementierende Hardware sein.
Wenn die Verarbeitungsschaltung 29 eine arithmetische Vorrichtung ist, werden die Funktionen der Steuereinheit 10 durch Software, Firmware oder eine Kombination aus Software und Firmware implementiert.
8 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer Konfiguration, bei der die Funktionen einer Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform, der zweiten Ausführungsform oder der dritten Ausführungsform mit Hilfe von Software implementiert sind. Die Verarbeitungsschaltung 29 umfasst eine Zentraleinheit 291, einen Direktzugriffsspeicher 292 und eine Speichervorrichtung 293. Die Zentraleinheit 291 führt ein Programm 29b aus. Der Direktzugriffsspeicher 292 wird von der Zentraleinheit 291 als Arbeitsbereich verwendet. Das Programm 29b ist in der Speichervorrichtung 293 gespeichert. Die Zentraleinheit 291 lädt das in der Speichervorrichtung 293 gespeicherte Programm 29b in den Direktzugriffsspeicher 292 und führt das Programm 29b aus. Dadurch werden die Funktionen der Steuereinheit 10 implementiert. Die Software oder Firmware ist in einer Programmiersprache geschrieben und in der Speichervorrichtung 293 gespeichert.
Die Verarbeitungsschaltung 29 implementiert die Funktionen der Steuereinheit 10, indem sie das in der Speichervorrichtung 293 gespeicherte Programm 29b liest und ausführt. Man kann auch sagen, dass das Programm 29b einen Computer veranlasst, eine Prozedur und ein Verfahren zur Implementierung der Funktionen der Steuereinheit 10 auszuführen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Verarbeitungsschaltung 29 teilweise durch spezialisierte Hardware und teilweise durch Software oder Firmware implementiert sein kann.
Demnach kann die Verarbeitungsschaltung 29 jede der oben beschriebenen Funktionen mittels spezieller Hardware, Software, Firmware oder einer beliebigen Kombination davon implementieren.
Bezugszeichenliste

10: Steuereinheit;
11: Bewegungsgruppenerzeugungseinheit;
12: Behinderungsvermeidungsverarbeitungseinheit;
13: Greifkorrekturwertbezugseinheit;
14: Anweisungspunktbezugseinheit;
15: Anweisungspunktkorrektureinheit;
16: Aktionsbefehlseinheit;
17: Beweglichkeitsbestimmungseinheit;
18: Greifkorrekturbereichsbezugseinheit;
19: Greifkorrekturwertänderungseinheit;
20: Speichereinheit;
21: Roboterprogramm;
22: Hindernisinformation;
23: Bewegungsgruppe;
24: Anweisungspunktgruppe;
29: Verarbeitungsschaltung;
29a: Logikschaltung;
29b: Programm;
30: Roboter;
31: Hand;
100, 101, 102: Robotersteuerung;
291: Zentraleinheit;
292: Direktzugriffsspeicher;
293: Speichervorrichtung.

Claims

Robotersteuerung, die aufweist: eine Speichereinheit, in der ein Roboterprogramm gespeichert ist, das einen Anweisungspunkt umfasst, wobei der Anweisungspunkt eine Position und/oder Haltung eines Roboters angibt; eine Behinderungsvermeidungsverarbeitungseinheit zum Durchführen eines Verfahrens zur Behinderungsvermeidung, um zu verhindern, dass der Roboter oder ein Werkstück von einem Hindernis behindert wird, wenn der Roboter das Werkstück greift; eine Greifkorrekturwertbezugseinheit zum Beziehen eines Greifkorrekturwertes, der Korrekturwerte für eine Greifposition und Lage des Werkstücks umfasst, wobei der Greifkorrekturwert in dem Verfahren zur Behinderungsvermeidung verwendet wird und die Greifposition eine Position ist, an der das Werkstück vom Roboter gegriffen wird; eine Anweisungspunktbezugseinheit zum Beziehen des Anweisungspunkts; eine Anweisungspunktkorrektureinheit zum Korrigieren des Anweisungspunkts auf Basis des Greifkorrekturwertes, wenn die Greifposition und die Lage des Werkstücks auf Basis des Greifkorrekturwertes im Zusammenhang mit dem Behinderungsvermeidungsverfahren geändert werden; und eine Aktionsbefehlseinheit zum Übertragen eines Aktionsbefehls an den Roboter nach Maßgabe des Roboterprogramms, in dem der Anweisungspunkt auf Basis des Greifkorrekturwertes korrigiert wurde.
Robotersteuerung nach Anspruch 1, die aufweist: eine Beweglichkeitsbestimmungseinheit zum Bestimmen, ob der korrigierte Anweisungspunkt innerhalb eines Bereichs der Betriebsgrenze des Roboters liegt oder nicht, und zum Ausgeben einer Warnung, wenn der korrigierte Anweisungspunkt nicht innerhalb des Bereichs der Betriebsgrenze liegt.
Robotersteuerung nach Anspruch 2, wobei der Greifkorrekturwert mehrere Wertekandidaten innerhalb eines Greifkorrekturbereichs aufweist, und wenn der korrigierte Anweisungspunkt, der infolge einer Festlegung eines Wertekandidaten aus dem Greifkorrekturbereich als Greifkorrekturwert erhalten wird, nicht innerhalb des Bereichs der Betriebsgrenze liegt, der Greifkorrekturwert auf einen anderen der Wertekandidaten geändert wird und erneut bestimmt wird, ob der korrigierte Anweisungspunkt innerhalb des Bereichs der Betriebsgrenze liegt oder nicht.
Robotersteuerung nach Anspruch 3, wobei der Greifkorrekturwert auf einen anderen der Wertekandidaten geändert wird, der zufällig unter den Wertekandidaten ausgewählt wird.
Robotersteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die aufweist: eine Bewegungsgruppenerzeugungseinheit zum Erzeugen einer Bewegungsgruppe durch Gruppieren von zwei oder mehr der in dem Roboterprogramm enthaltenen Anweisungspunkte, wobei die Bewegungsgruppenerzeugungseinheit einen Befehl zum Greifen des Werkstücks und einen Befehl zum Freigeben des Werkstücks im Roboterprogramm ermittelt und die Anweisungspunkte in einem Zustand, in dem der Roboter das Werkstück greift, auswählt und gruppiert, die Anweisungspunktbezugseinheit den in der Bewegungsgruppe enthaltenen Anweisungspunkt bezieht, und die Anweisungspunktkorrektureinheit den in der Bewegungsgruppe enthaltenen Anweisungspunkt auf Basis des Greifkorrekturwertes korrigiert.