DE112021000429T5

DE112021000429T5 - Kraftsensordiagnosevorrichtung und robotersteuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112021000429T5
Application number: DE112021000429.8T
Authority: DE
Inventors: Takatoshi Iwayama
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-03-05
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2022-10-27
Also published as: CN115190834A; JPWO2021177147A1; US20230040101A1; JP7376683B2; WO2021177147A1

Abstract

Kraftsensordiagnosevorrichtung, die einen Kraftsensor diagnostiziert, der in einem Roboter bereitgestellt ist, wobei der Kraftsensor in der Nähe einer Installationsfläche eingerichtet ist, auf der der Roboter installiert ist, und eine Kraft und ein Moment erfasst, die von außen auf den Roboter einwirken. Die Vorrichtung beinhaltet: eine Berechnungseinheit (23), die einen theoretischen Wert der Kraft und einen theoretischen Wert des Moments berechnet, die vom Kraftsensor erfasst werden, eine Bestimmungseinheit (24), die bestimmt, ob der Kraftsensor verzogen ist, indem sie einen tatsächlich gemessenen Wert der Kraft und einen tatsächlich gemessenen Wert des Moments, die vom Kraftsensor erfasst werden, mit den theoretischen Werten der Kraft und des Moments vergleicht; und eine Benachrichtigungseinheit (25), die ein Bestimmungsergebnis der Bestimmungseinheit (24) meldet.

Description

{Technisches Sachgebiet}
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftsensordiagnosevorrichtung und eine Robotersteuerungsvorrichtung.
{Stand der Technik}
Industrieroboter sind üblicherweise mit einem Kraftsensor bereitgestellt, der eine auf den Roboter einwirkende äußere Kraft erfasst, um den Kontakt des Roboters mit einem Objekt oder einer Person zu erkennen (siehe z. B. PTL 1 und 2). In PTL 1 und 2 ist ein Kraftsensor in der Nähe einer Installationsfläche eingerichtet, auf der ein Roboter installiert ist.
{Zitierliste}
{Patentliteratur}

{PTL 1} Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2019-042906
{PTL 2} Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2018-080941

{Kurzdarstellung}
{Technisches Problem}
Die Erfassungsgenauigkeit eines Kraftsensors kann aus verschiedenen Gründen nachlassen. Wenn der Roboter in einem Zustand arbeitet, in dem die Erfassungsgenauigkeit des Kraftsensors nachgelassen hat, wird der Kontakt des Roboters mit einem Objekt oder einer Person möglicherweise nicht richtig erfasst. Daher ist es notwendig, vor Inbetriebnahme des Roboters zu prüfen, ob die Erfassungsgenauigkeit des Kraftsensors ein vorbestimmtes Kriterium erfüllt. Da es jedoch mehrere Ursachen für ein Nachlassen der Erfassungsgenauigkeit gibt, ist es nicht einfach, die Ursache zu identifizieren.
{Lösung für das Problem}
Ein Aspekt dieser Offenbarung ist eine Kraftsensordiagnosevorrichtung, die einen Kraftsensor in einem Roboter diagnostiziert. Der Kraftsensor ist in der Nähe einer Installationsfläche eingerichtet, auf der der Roboter installiert ist, und erfasst eine Kraft und ein Moment, die von außen auf den Roboter einwirken. Die Kraftsensordiagnosevorrichtung beinhaltet: eine Berechnungseinheit, die einen theoretischen Wert der Kraft und einen theoretischen Wert des Moments berechnet, die vom Kraftsensor erfasst werden; eine Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob der Kraftsensor verzogen ist, indem sie einen tatsächlich gemessenen Wert der Kraft und einen tatsächlich gemessenen Wert des Moments, die vom Kraftsensor erfasst werden, mit den theoretischen Werten der Kraft und des Moments vergleicht; und eine Benachrichtigungseinheit, die ein Bestimmungsergebnis der Bestimmungseinheit meldet.
Figurenliste

{1} 1 ist eine Ansicht der allgemeinen Auslegung eines Robotersystems gemäß einer Ausführungsform.
{2A} 2A ist eine Ansicht, die ein Beispiel für die korrekte Installation einer Installationsplatte zeigt.
{2B} 2B ist eine Ansicht, die ein Beispiel für eine fehlerhafte Installation der Installationsplatte zeigt.
{3} 3 ist ein funktionelles Blockdiagramm einer Robotersteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
{4} 4 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für Vorgabewerte einer mit einem Roboter verbundenen Last zeigt.
{5} 5 ist eine Ansicht, die den Betrieb eines Drehkörpers eines Roboterhauptkörpers in einem Sensordiagnosebetrieb zeigt.
{6} 6 ist eine Ansicht, die den Betrieb eines ersten Arms des Roboterhauptkörpers beim Sensordiagnosebetrieb zeigt.
{7} 7 ist eine Tabelle, die ein Beispiel für ein Diagnoseergebnis eines Kraftsensors zeigt, das von einer Benachrichtigungseinheit angezeigt wird.
{8} 8 ist ein Flussdiagramm, das ein Kraftsensordiagnoseverfahren zeigt, das von der Robotersteuerungsvorrichtung ausgeführt wird.
{9A} 9A ist ein Diagramm, das zeitliche Veränderungen der Drehwinkel des Drehkörpers und des ersten Arms während des Sensordiagnosebetriebs zeigt.
{9B} 9B ist ein Diagramm, das zeitliche Veränderungen einer Kraftabweichung ΔF im Sensordiagnosebetrieb zeigt.
{9C} 9C ist ein Diagramm, das zeitliche Veränderungen einer Momentabweichung ΔM im Sensordiagnosebetrieb zeigt.
{10} 10 ist eine Tabelle, die ein modifiziertes Beispiel für ein Bestimmungsergebnis der Bestimmungseinheit zeigt.

{Beschreibung von Ausführungsformen}
Eine Kraftsensordiagnosevorrichtung, eine Robotersteuerungsvorrichtung und ein Robotersystem gemäß einer Ausführungsform werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, beinhaltet ein Robotersystem 100 gemäß der Ausführungsform einen Roboter 1 für industrielle Zwecke und eine Robotersteuerungsvorrichtung 2, die mit dem Roboter 1 verbunden ist und den Roboter 1 steuert.
Der Roboter 1 beinhaltet einen Roboterhauptkörper 3, eine Installationsplatte 4 zur Befestigung des Roboterhauptkörpers 3 an einer Installationsfläche S und einen Kraftsensor 5, der eine Kraft und ein Moment erfasst, die von außen auf den Roboterhauptkörper 3 einwirken. Zum Beispiel ist der Roboter 1 ein kooperativer Roboter, der im selben Arbeitsbereich wie Arbeiter arbeitet, und der Roboterhauptkörper 3 ist ein sechsachsiger vertikaler Gelenkroboter.
Der Roboterhauptkörper 3 hat eine Basis 6, einen Drehkörper 7, einen ersten Arm 8 und einen zweiten Arm 9. Der Drehkörper 7 ist auf der Basis 6 angeordnet und kann sich relativ zur Basis 6 um eine erste, in einer vertikalen Richtung verlaufende Achse J1 drehen. Ein proximaler Endabschnitt des ersten Arms 8 wird vom Drehkörper 7 getragen und kann sich relativ zum Drehkörper 7 um eine zweite Achse J2 drehen, die in einer horizontalen Richtung verläuft. Ein proximaler Endabschnitt des zweiten Arms 9 wird von einem distalen Endabschnitt des ersten Arms 8 getragen und kann sich relativ zum ersten Arm 8 um eine dritte, in einer horizontalen Richtung verlaufende Achse J3 drehen.
Der Roboterhauptkörper 3 ist mit mehreren Servomotoren (nicht dargestellt), die den Drehkörper 7, den ersten Arm 8 und den zweiten Arm 9 drehen, sowie mit mehreren Kodierern (nicht dargestellt) bereitgestellt, die Drehwinkel des Drehkörpers 7, des ersten Arms 8 und des zweiten Arms 9 erfassen.
An einem distalen Ende des zweiten Arms 9 ist eine Montagefläche 10 bereitgestellt, an der eine Last 11 montiert wird. Die Last 11 ist ein Endeffektor, zum Beispiel ein Greifer oder ein Werkzeug.
Wie in 2A gezeigt, wird die Installationsplatte 4 auf der Installationsfläche S, wie etwa einer horizontalen oder im Wesentlichen horizontalen Bodenfläche, eingerichtet und mit einer enormen Kraft, zum Beispiel einer Kraft von einigen Tonnen, mittels Ankerbolzen 12, wie etwa chemischen Ankern, an der Installationsfläche S befestigt.
Der Kraftsensor 5 ist zwischen der Basis 6 und der Installationsplatte 4 eingerichtet und an der Basis 6 und der Installationsplatte 4 befestigt. Zum Beispiel hat der Kraftsensor 5 einen zylindrischen Hauptkörper, der sich unter einer auf den Roboterhauptkörper 3 einwirkenden äußeren Kraft verzieht, und eine Vielzahl von Dehnungssensoren, die am Hauptkörper befestigt sind. Beispielsweise ist der Kraftsensor 5 ein sechsachsiger Kraftsensor, und eine vom Kraftsensor 5 erfasste Kraft beinhaltet drei Kraftkomponenten in den Richtungen einer X-Achse, einer Y-Achse und einer Z-Achse, und ein vom Kraftsensor 5 erfasstes Moment beinhaltet drei Momentkomponenten um die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse. Die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse sind orthogonal zueinander.
Der in der Nähe der Installationsfläche S eingerichtete Kraftsensor 5 ist dem Einfluss eines Installationszustandes der Installationsplatte 4 auf der Installationsfläche S ausgesetzt, und der Kraftsensor 5 kann sich aufgrund einer fehlerhaften Installation der Installationsplatte 4 auf der Installationsfläche S verziehen.
2A zeigt ein Beispiel für die korrekte Installation der Installationsplatte 4, und 2B zeigt ein Beispiel für die fehlerhaften Installation der Installationsplatte 4. Wie in 2A gezeigt, wird bei einer unebenen Installationsfläche S eine Unterlegscheibe 13 in den Spalt zwischen der Installationsplatte 4 und der Installationsfläche S eingesetzt, um die Ebenheit der Installationsplatte 4 zu gewährleisten. Wie in 2B gezeigt, verformt sich die Installationsplatte 4 unter den von den Ankerbolzen 12 ausgehenden Kräften, wie durch die Pfeile angedeutet, und der an der Installationsplatte 4 befestigte Kraftsensor 5 verzieht sich, wenn die Unterlegscheibe 13 nicht oder nicht in geeigneter Weise eingesetzt wird.
Wie in 3 gezeigt, beinhaltet die Robotersteuerungsvorrichtung 2 eine Speichereinheit 21, eine Steuereinheit 22, eine Berechnungseinheit 23, eine Bestimmungseinheit 24 und eine Benachrichtigungseinheit 25.
Die Robotersteuerungsvorrichtung 2 hat eine Sensordiagnosefunktion zur Diagnose des Kraftsensors 5, und die Berechnungseinheit 23, die Bestimmungseinheit 24 und die Benachrichtigungseinheit 25 sind für die Sensordiagnosefunktion verantwortlich. So ist in einer Ausführungsform eine Kraftsensordiagnosevorrichtung in der Robotersteuerungsvorrichtung 2 als Teil der Robotersteuerungsvorrichtung 2 installiert.
In der Speichereinheit 21 ist ein Sensordiagnoseprogramm zur Diagnose des Kraftsensors 5 gespeichert. Die Robotersteuerungsvorrichtung 2 verfügt über einen Prozessor, und wenn der Prozessor einen Prozess gemäß dem Sensordiagnoseprogramm ausführt, werden die Funktionen der Steuereinheit 22, der Berechnungseinheit 23, der Bestimmungseinheit 24 und der Benachrichtigungseinheit 25, die später beschrieben werden, realisiert.
Die Speichereinheit 21 verfügt über einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Festwertspeicher (ROM) und eine weitere optionale Speichervorrichtung. Die Speichereinheit 21 speichert Vorgabewerte der mit dem Roboter 1 verbundenen Last 11. Beispielsweise, wie in 4 gezeigt, beinhalten die Vorgabewerte eine Masse M der Last 11, die Position des Schwerpunkts (Gx, Gy, Gz) der Last 11 in Bezug auf eine Mittelposition der Montagefläche 10 und Trägheiten Ix, Iy, Iz der Last 11 um einen Schwerpunkt G. Die Vorgabewerte werden beispielsweise von einem Arbeiter in die Robotersteuerungsvorrichtung 2 eingegeben und in der Speichereinheit 21 gespeichert.
Die Steuereinheit 22 steuert den Roboterhauptkörper 3 und den Kraftsensor 5. Durch die Steuerung der Servomotoren veranlasst die Steuereinheit 22 den Roboterhauptkörper 3, einen Sensordiagnosebetrieb zur Änderung der Stellung des Roboterhauptkörpers 3 durchzuführen. Die Steuereinheit 22 veranlasst den Kraftsensor 5, eine Kraft und ein Moment zu erfassen, während sich die Stellung des Roboterhauptkörpers 3 im Sensordiagnosebetrieb ändert. Die tatsächlich gemessenen Werte Fa, Ma der vom Kraftsensor 5 erfassten Kraft und des Moments werden vom Kraftsensor 5 an die Robotersteuerungsvorrichtung 2 gesendet und zur Diagnose des Kraftsensors 5 verwendet.
5 und 6 zeigen den Sensordiagnosebetrieb des Roboterhauptkörpers 3. Beim Sensordiagnosebetrieb ändert sich die Stellung des Roboterhauptkörpers 3 von einer Ausgangsstellung zu einer ersten Stellung durch Drehung nur des Drehkörpers 7 um die erste Achse J1 (siehe 5) und dann von der ersten Stellung zu einer zweiten Stellung durch Drehung nur des ersten Arms 8 um die zweite Achse J2 (siehe 6). Die Ausgangsstellung ist eine Stellung, in der die Last 11 in einer von der ersten Achse J1 in der horizontalen Richtung entfernten Position eingerichtet ist, zum Beispiel eine Stellung, in der der erste Arm 8 und der zweite Arm 9 sich horizontal erstrecken.
Der Drehwinkelbereich von jedem vom Drehkörper 7 und dem ersten Arm 8 wird beim Sensordiagnosebetrieb von einem Arbeiter auf einen beliebigen Bereich eingestellt. Vorzugsweise drehen sich der Drehkörper 7 und der erste Arm 8 bis zu ihrem maximalen Drehwinkel, und der Drehwinkel des Drehkörpers 7 und des ersten Arms 8 beträgt jeweils 90° oder mehr.
Beispielsweise dreht sich der Drehkörper 7 beim Sensordiagnosebetrieb von 0° bis 180°, und der erste Arm 8 dreht sich von 90° bis 0° (siehe 9A). In der Ausgangsstellung beträgt der Drehwinkel des Drehkörpers 7 also 0° und der Drehwinkel des ersten Arms 8 beträgt 90°. Der erste Arm 8 erstreckt sich in der horizontalen Richtung unter 90° und in vertikaler Richtung unter 0°.
Die Berechnungseinheit 23 ruft die Vorgabewerte der Last 11 aus der Speichereinheit 21 ab und berechnet unter Verwendung der Vorgabewerte der Last 11 die theoretischen Werte Ft und Mt der Kraft bzw. des Moments, die vom Kraftsensor 5 während des Sensordiagnosebetriebs erfasst werden. Beispielsweise ist der theoretische Wert Ft die Quadratwurzel theoretischer Werte von drei Kraftkomponenten in Richtung der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse, und der theoretische Wert Mt ist die Quadratwurzel von drei Momentkomponenten um die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse.
Wenn sich die theoretischen Werte Ft, Mt mit der Stellung des Roboterhauptkörpers 3 ändern, sind für die Berechnung der theoretischen Werte Ft, Mt Informationen über die Stellung des Roboterhauptkörpers 3 erforderlich. In einem solchen Fall erfasst die Berechnungseinheit 23 Informationen über die Stellung des Roboterhauptkörpers 3 zu jedem Zeitpunkt des Sensordiagnosebetriebs. Beispielsweise werden die jeweiligen Drehwinkel des Drehkörpers 7, des ersten Arms 8 und des zweiten Arms 9 von den Kodierern an die Robotersteuerungsvorrichtung 2 gesendet und in der Speichereinheit 21 in chronologischer Reihenfolge gespeichert. Die Berechnungseinheit 23 berechnet aus den in der Speichereinheit 21 gespeicherten Drehwinkeln die Stellung des Roboterhauptkörpers 3 zu jedem Zeitpunkt und errechnet aus den Vorgabewerten der Last 11 und der Stellung des Roboterhauptkörpers 3 die theoretischen Werte Ft, Mt.
Wie später noch näher beschrieben wird, bestimmt die Bestimmungseinheit 24 durch den Vergleich der tatsächlich gemessenen Werte Fa, Ma mit den theoretischen Werten Ft, Mt, ob die Vorgabewerte der Last 11 korrekt sind und ob der Kraftsensor 5 durch eine fehlerhafte Installation der Installationsplatte 4 verzogen ist. Beispielsweise ist der tatsächlich gemessene Wert Fa eine Quadratwurzel aus drei Kraftkomponenten in Richtung der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse, die vom Kraftsensor 5 tatsächlich erfasst werden, und der tatsächlich gemessene Wert Ma ist eine Quadratwurzel aus drei Momentkomponenten um die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse, die vom Kraftsensor 5 tatsächlich erfasst werden.
Wenn bestimmt wird, dass die Vorgabewerte der Last 11 korrekt sind und bestimmt wird, dass der Kraftsensor 5 nicht verzogen ist, bestimmt die Bestimmungseinheit 24, dass die Erfassungsgenauigkeit des Kraftsensors 5 „Akzeptabel“ ist.
Andererseits, wenn bestimmt wird, dass die Vorgabewerte der Last 11 falsch sind und/oder bestimmt wird, dass der Kraftsensor 5 verzogen ist, bestimmt die Bestimmungseinheit 24, dass die Erfassungsgenauigkeit des Kraftsensors 5 „Nicht akzeptabel“ ist, und wählt ferner einen Modus aus „Modus 1“, „Modus 2“ und „Modus 3“ auf der Grundlage der Ursache für „Nicht akzeptabel“ aus.
Die Benachrichtigungseinheit 25 verfügt über eine Anzeige (nicht dargestellt) und zeigt ein Bestimmungsergebnis der Bestimmungseinheit 24 auf der Anzeige an. Wenn das Bestimmungsergebnis „Akzeptabel“ ist, zeigt die Benachrichtigungseinheit 25 „Akzeptabel“ an. Wenn das Bestimmungsergebnis „Nicht akzeptabel“ ist, wie in 7 gezeigt, zeigt die Benachrichtigungseinheit 25 einen von der Bestimmungseinheit 24 ausgewählten Modus und ein dem ausgewählten Modus entsprechendes Korrekturverfahren an.
Als nächstes wird ein Diagnoseverfahren des Kraftsensors 5, das von der Robotersteuerungsvorrichtung 2 ausgeführt wird, unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Die Robotersteuerungsvorrichtung 2 startet das Diagnoseverfahren des Kraftsensors 5, wenn das Sensordiagnoseprogramm ausgeführt wird, zum Beispiel auf der Grundlage einer Anweisung von einem Arbeiter. Das Sensordiagnoseverfahren wird in einer Situation durchgeführt, in der keine Kraft und kein Moment von außen auf den Roboterhauptkörper 3 einwirken.
Zunächst steuert die Steuereinheit 22 den Roboterhauptkörper 3 und den Kraftsensor 5 so, dass dadurch der tatsächlich gemessene Wert Fa einer Kraft und der tatsächlich gemessene Wert Ma eines Moments erfasst werden (Schritt S1). Insbesondere führt der Roboterhauptkörper 3 den Sensordiagnosebetrieb durch und dreht den Drehkörper 7 und den ersten Arm 8 nacheinander. Infolgedessen ändert sich die Stellung des Roboterhauptkörpers 3 von der Ausgangsstellung in die erste Stellung und anschließend von der ersten Stellung in die zweite Stellung. Dann werden die Kraft und das Moment vom Kraftsensor 5 erfasst, während sich der Drehkörper 7 dreht und der erste Arm 8 sich dreht.
Anschließend berechnet die Berechnungseinheit 23 unter Verwendung der Vorgabewerte der mit dem Roboterhauptkörper 3 verbundenen Last 11 die theoretischen Werte Ft, Mt der vom Kraftsensor 5 erfassten Kraft und des erfassten Moments, während sich der Drehkörper 7 dreht und der erste Arm 8 sich dreht (Schritt S2).
Danach berechnet die Bestimmungseinheit 24 eine Kraftabweichung ΔF = |Fa - Ft|, die die Größe der Differenz zwischen dem tatsächlich gemessenen Wert Fa und dem theoretischen Wert Ft ist, und eine Momentenabweichung ΔM = |Ma - Mt|, die die Größe der Differenz zwischen dem tatsächlich gemessenen Wert Ma und dem theoretischen Wert Mt ist (Schritt S3) .
Die Steuereinheit 22 kann den Nullpunkt des Kraftsensors 5 so einstellen, dass die Kraft und das Moment, die vom Kraftsensor 5 erfasst werden, wenn der Roboterhauptkörper 3 in der Ausgangsstellung eingerichtet ist, beide null sind, und kann danach die Stellung des Roboterhauptkörpers 3 ändern. In diesem Fall bleiben die von der Berechnungseinheit 23 berechneten theoretischen Werte Ft, Mt unabhängig von einer Änderung der Stellung des Roboterhauptkörpers 3 gegenüber der Ausgangsstellung gleich null.
9A zeigt zeitliche Veränderungen der Drehwinkel des Drehkörpers 7 und des ersten Arms 8 während des Sensordiagnosebetriebs. 9B zeigt zeitliche Veränderungen des tatsächlich gemessenen Wertes Fa und des theoretischen Wertes Ft, d. h. die zeitliche Veränderung der Kraftabweichung ΔF, während des Sensordiagnosebetriebs. 9C zeigt zeitliche Veränderungen des tatsächlich gemessenen Wertes Ma und des theoretischen Wertes Mt, d. h. die zeitliche Veränderung der Momentenabweichung ΔM, während des Sensordiagnosebetriebs.
In 9B und 9C ist der Nullpunkt des Kraftsensors 5 so eingestellt, dass sowohl die Kraftabweichung ΔF als auch die Momentenabweichung ΔM in der Ausgangsstellung null ist. Wenn die Vorgabewerte der Last 11 korrekt sind und der Kraftsensor 5 nicht durch eine fehlerhafte Installation der Installationsplatte 4 verzogen ist, bleiben die Kraftabweichung ΔF und die Momentenabweichung ΔM jeweils null oder im Wesentlichen null.
Sind dagegen die Vorgabewerte der Last 11 aufgrund einer Ursache wie etwa falscher Werteingaben durch einen Arbeiter bezüglich der Masse M oder der Position des Schwerpunktes (Gx, Gy, Gz) falsch, werden eine Kraftabweichung ΔF und eine Momentenabweichung ΔM ungleich null erfasst, obwohl von außen keine Kraft oder kein Moment auf den Roboterhauptkörper 3 einwirkt. In diesem Fall ändern sich die Kraftabweichung ΔF und die Momentabweichung ΔM, wenn sich die Stellung des Roboterhauptkörpers 3 ändert, und insbesondere die Momentabweichung ΔM ändert sich stark, wenn sich der Drehkörper 7 dreht.
Ferner werden, wenn der Kraftsensor 5 aufgrund einer fehlerhaften Installation der Installationsplatte 4 verzogen ist, eine Kraftabweichung ΔF und eine Momentenabweichung ΔM ungleich null erfasst, obwohl keine Kraft von außen auf den Roboterhauptkörper 3 einwirkt. In diesem Fall ändern sich die Kraftabweichung ΔF und die Momentabweichung ΔM, wenn sich die Stellung des Roboterhauptkörpers 3 ändert, und insbesondere die Kraftabweichung ΔF ändert sich stark, wenn sich der erste Arm 8 dreht.
Anschließend vergleicht die Bestimmungseinheit 24 die Momentenabweichung ΔM mit einem vorbestimmten ersten Schwellenwert Th1 (Schritt S4) und bestimmt, ob die Vorgabewerte der Last 11 korrekt sind. Insbesondere wenn die Momentenabweichung ΔM während eines Zeitraums, in dem sich die Stellung des Roboterhauptkörpers 3 ändert, gleich oder kleiner als der erste Schwellenwert Th1 bleibt, wird bestimmt, dass die Vorgabewerte der Last 11 korrekt sind. Andererseits wird, wie in 9C gezeigt, bei einem Zeitraum, in der die Momentabweichung ΔM größer als der erste Schwellenwert Th1 ist, während sich die Stellung des Roboterhauptkörpers 3 ändert, bestimmt, dass die Vorgabewerte der Last 11 falsch sind.
Danach vergleicht die Bestimmungseinheit 24 die Kraftabweichung ΔF mit einem vorbestimmten zweiten Schwellenwert Th2 (Schritt S5 oder S6) und bestimmt, ob der Kraftsensor 5 durch eine fehlerhafte Installation der Installationsplatte 4 verzogen ist. Insbesondere wenn die Kraftabweichung ΔF während eines Zeitraums, in dem sich die Stellung des Roboterhauptkörpers 3 ändert, gleich oder kleiner als der zweite Schwellenwert Th2 bleibt, wird bestimmt, dass der Kraftsensor 5 nicht verzogen ist. Andererseits wird, wie in 9B gezeigt, bei einem Zeitraum, in dem die Kraftabweichung ΔF größer als der zweite Schwellenwert Th2 ist, während sich die Stellung des Roboterhauptkörpers 3 ändert, bestimmt, dass der Kraftsensor 5 verzogen ist.
Wenn bestimmt wird, dass die Vorgabewerte der Last 11 korrekt sind und der Kraftsensor 5 nicht verzogen ist (JA in Schritt S4 und JA in Schritt S5), bestimmt die Bestimmungseinheit 24, dass die Erfassungsgenauigkeit des Kraftsensors 5 „Akzeptabel“ ist. Dann meldet die Benachrichtigungseinheit 25, dass das Diagnoseergebnis „Akzeptabel“ ist (Schritt S7), und das Diagnoseverfahren des Kraftsensors 5 wird beendet.
Wenn bestimmt wird, dass die Vorgabewerte der Last 11 korrekt sind (JA in Schritt S4) und dass der Kraftsensor 5 verzogen ist (NEIN in Schritt S5), bestimmt die Bestimmungseinheit 24, dass die Erfassungsgenauigkeit des Kraftsensors 5 „Nicht akzeptabel“ ist In diesem Fall ist die Ursache für „Nicht akzeptabel“ ein Verzug des Kraftsensors 5 aufgrund einer falschen Installation der Installationsplatte 4. Daher wählt die Bestimmungseinheit 24 den „Modus 3“ aus, der einer fehlerhaften Installation der Installationsplatte 4 entspricht, und die Benachrichtigungseinheit 25 meldet, dass das Diagnoseergebnis „Modus 3“ ist (Schritt S8). In diesem Fall wird zusammen mit dem Diagnoseergebnis als Korrekturverfahren das Überprüfen des Installationszustands der Installationsplatte 4 mitgeteilt.
Wenn bestimmt wird, dass die Vorgabewerte der Last 11 falsch sind (NEIN in Schritt S4) und dass der Kraftsensor 5 nicht verzogen ist (JA in Schritt S6), bestimmt die Bestimmungseinheit 24, dass die Erfassungsgenauigkeit des Kraftsensors 5 „Nicht akzeptabel“ ist In diesem Fall liegt die Ursache für „Nicht akzeptabel“ in falschen Vorgabewerten für die Last 11. Daher wählt die Bestimmungseinheit 24 den „Modus 2“ aus, der den falschen Vorgabewerten der Last 11 entspricht, und die Benachrichtigungseinheit 25 meldet, dass das Diagnoseergebnis „Modus 2“ ist (Schritt S9). In diesem Fall wird zusammen mit dem Diagnoseergebnis als Korrekturverfahren das Überprüfen der Vorgabewerte der Last 11 mitgeteilt.
Wenn bestimmt wird, dass die Vorgabewerte der Last 11 falsch sind und dass der Kraftsensor 5 verzogen ist (NEIN in Schritt S4 und NEIN in Schritt S6), bestimmt die Bestimmungseinheit 24, dass die Erfassungsgenauigkeit des Kraftsensors 5 „Nicht akzeptabel“ ist In diesem Fall sind die Ursachen für „Nicht akzeptabel“ eine fehlerhafte Installation der Installationsplatte 4 und falsche Vorgabewerte der Last 11. Daher wählt die Bestimmungseinheit 24 den „Modus 1“ aus, der einer falschen Installation der Installationsplatte 4 und falschen Vorgabewerten der Last 11 entspricht, und die Benachrichtigungseinheit 25 meldet, dass das Diagnoseergebnis „Modus 1“ ist (Schritt S10). In diesem Fall wird zusammen mit dem Diagnoseergebnis als Korrekturverfahren das Überprüfen der Vorgabewerte der Last 11 und das erneute Durchführen der Diagnose mitgeteilt.
Wenn das Diagnoseergebnis „Nicht akzeptabel“ ist, korrigiert ein Arbeiter die Vorgabewerte der Last 11 oder den Installationszustand der Installationsplatte 4 gemäß dem von der Benachrichtigungseinheit 25 mitgeteilten Korrekturverfahren und führt dann das Diagnoseverfahren des Kraftsensors 5 erneut aus (JA in Schritt S11). Bis das Diagnoseergebnis „Akzeptabel“ ist, korrigiert der Arbeiter wiederholt die Vorgabewerte der Last 11 oder den Installationszustand der Installationsplatte 4 und führt die Diagnose durch.
Wie bereits beschrieben, kann die Erfassungsgenauigkeit des Kraftsensors 5 durch einen Verzug des Kraftsensors 5 aufgrund einer fehlerhaften Installation der Installationsplatte 4 sowie durch eine falsche Einstellung der Vorgabewerte der Last 11 nachlassen. Wenn der Roboterhauptkörper 3 in einem Zustand betrieben wird, in dem die Erfassungsgenauigkeit des Kraftsensors 5 nachgelassen hat, kann eine Situation entstehen, in der beispielsweise eine Berührung erkannt wird, obwohl der Roboterhauptkörper 3 keinen Gegenstand oder keine Person berührt, und der Roboterhauptkörper 3 folglich stoppt. Um einen normalen Betrieb des Roboters 1 zu ermöglichen, muss daher vor der Inbetriebnahme des Roboterhauptkörpers 3 geprüft werden, ob die Erfassungsgenauigkeit des Kraftsensors 5 einem notwendigen Kriterium entspricht. Für einen Arbeiter ist es jedoch nicht einfach, beispielsweise nur auf der Grundlage der Kraftabweichung ΔF und der Momentenabweichung ΔM die Ursache für das Nachlassen der Erfassungsgenauigkeit zu identifizieren.
Gemäß dieser Ausführungsform werden beim Sensordiagnosebetrieb die Kraft und das Moment vom Kraftsensor 5 erfasst, während die Stellung des Roboterhauptkörpers 3 geändert wird, und die Kraftabweichung ΔF und die Momentabweichung ΔM werden gemessen. Wenn die Vorgabewerte der Last 11 falsch sind, wird insbesondere die Momentabweichung ΔM groß, und wenn der Kraftsensor 5 verzogen ist, wird insbesondere die Kraftabweichung ΔF groß. So kann auf der Grundlage der Momentenabweichung ΔM und der Kraftabweichung ΔF bestimmt werden, ob die Vorgabewerte der Last korrekt sind und ob der Kraftsensor 5 verzogen ist. Ferner kann die Ursache für das Nachlassen der Erfassungsgenauigkeit des Kraftsensors 5 durch einen einfachen Betrieb des Roboterhauptkörpers 3 und eine einfache Berechnung durch die Robotersteuerungsvorrichtung 2 identifiziert werden.
Wenn die Vorgabewerte der Last 11 falsch sind, wird die Momentabweichung ΔM, die bei der Drehung des Drehkörpers 7 auftritt, groß, und wenn der Kraftsensor 5 verzogen ist, wird die Kraftabweichung ΔF, die bei der Drehung des ersten Arms 8 auftritt, groß. Dadurch, dass der Drehkörper 7 und der erste Arm 8 unabhängig voneinander gedreht werden, können eine falsche Einstellung der Vorgabewerte der Last 11 und ein Verzug des Kraftsensors 5 festgestellt und voneinander unterschieden werden.
Ferner wird gemäß dieser Ausführungsform dem Arbeiter ein Korrekturverfahren, das einer identifizierten Ursache entspricht, zusammen mit der Ursache mitgeteilt. Damit kann der Arbeiter auf die Situation angemessen reagieren. Durch entsprechende Korrekturen gemäß dem mitgeteilten Korrekturverfahren kann der Arbeiter die Einstellung der Erfassungsgenauigkeit des Kraftsensors 5 in kurzer Zeit zuverlässig vornehmen.
In der obigen Ausführungsform können die Schwellenwerte Th1, Th2 für die Abweichungen ΔM, ΔF entsprechend dem Ausmaß der Änderung der Stellung des Roboterhauptkörpers 3, d. h. der Drehung des Drehkörpers 7 und des ersten Arms 8, während des Sensordiagnosebetriebs geändert werden.
Beispielsweise können die Drehbereiche des Drehkörpers 7 und des ersten Arms 8 aufgrund einer Ursache wie etwa einer Struktur um den Roboterhauptkörper 3 herum eingeschränkt sein. Die Abweichungen ΔM, ΔF werden größer, wenn die Drehbewegungen des Drehkörpers 7 und des ersten Arms 8 größer werden. Wenn die Schwellenwerte Th1, Th2 unabhängig von den Drehbeträgen festgelegt sind, kann daher möglicherweise nicht korrekt bestimmt werden, ob die Vorgabewerte der Last 11 korrekt sind und ob der Kraftsensor 5 verzogen ist.
Ob die Vorgabewerte der Last 11 korrekt sind und ob der Kraftsensor 5 verzogen ist, lässt sich korrekt bestimmen, indem die Schwellenwerte Th1, Th2 bei größeren Drehbeträgen auf größere Werte eingestellt werden. Wenn zum Beispiel die Drehbeträge kleiner als 90° sind, können die Schwellenwerte Th1, Th2 proportional zu den Drehbeträgen eingestellt werden, derart, dass die Schwellenwerte Th1, Th2 kleiner werden, wenn die Drehbeträge kleiner werden.
In der obigen Ausführungsform bestimmt die Bestimmungseinheit 24 die Erfassungsgenauigkeit des Kraftsensors 5 in den zwei Stufen „Akzeptabel“ und „Nicht akzeptabel“, kann aber stattdessen die Erfassungsgenauigkeit in drei oder mehr Stufen bestimmen. Beispielsweise kann die Bestimmungseinheit 24, wie in 10 dargestellt, die Erfassungsgenauigkeit in den vier Stufen „Hervorragend“, „Gut“, „Mangelhaft“ und „Ungenügend“ bestimmen. Wenn in diesem Beispiel die Erfassungsgenauigkeit „Mangelhaft“ oder „Ungenügend“ ist, werden ein Modus und ein Korrekturverfahren von der Benachrichtigungseinheit 25 mitgeteilt.
Gemäß dieser Auslegung kann ein Arbeiter den Grad der Erfassungsgenauigkeit des Kraftsensors 5 auf der Grundlage eines detaillierteren Bestimmungsergebnisses spezifisch erkennen.
In der obigen Ausführungsform werden die Kraftabweichung ΔF und die Momentabweichung ΔM kontinuierlich erfasst, während sich die Stellung des Roboterhauptkörpers 3 ändert. Stattdessen könnten auch die Kraftabweichung ΔF und die Momentabweichung ΔM nur dann erfasst werden, wenn die Stellung des Roboterhauptkörpers 3 eine vorbestimmte Stellung ist.
Beispielsweise können die Kraftabweichung ΔF und die Momentenabweichung ΔM zu zwei Tageszeiten erfasst werden, zu denen die Stellung des Roboterhauptkörpers 3 die erste Stellung und die zweite Stellung ist, und die Bestimmungen von Schritt S4 bis Schritt S6 können unter Verwendung der Differenz zwischen den Abweichungen zu den zwei Tageszeiten durchgeführt werden.
In der obigen Ausführungsform bestimmt die Bestimmungseinheit 24 sowohl, ob die Vorgabewerte der Last 11 korrekt sind, als auch, ob der Kraftsensor 5 verzogen ist. Stattdessen könnte auch die Bestimmungseinheit 24 nur bestimmen, ob der Kraftsensor 5 verzogen ist.
Auch wenn das zu meldende Bestimmungsergebnis nur darin besteht, ob der Kraftsensor 5 verzogen ist, ist es möglich, einen Arbeiter dabei zu unterstützen, die Ursache für ein Nachlassen der Erfassungsgenauigkeit des Kraftsensors 5 zu identifizieren und entsprechend auf die Situation zu reagieren.
In der obigen Ausführungsform ist die Kraftsensordiagnosevorrichtung als Teil der Funktionen der Robotersteuerungsvorrichtung 2 realisiert. Stattdessen kann die Kraftsensordiagnosevorrichtung ein von der Robotersteuerungsvorrichtung 2 getrenntes Teil sein. Beispielsweise kann eine Kraftsensordiagnosevorrichtung die Berechnungseinheit 23 und die Bestimmungseinheit 24 beinhalten und die Benachrichtigungseinheit 25 kann außerhalb der Robotersteuerungsvorrichtung 2 eingerichtet und mit der Robotersteuerungsvorrichtung 2 verbunden sein.
In der obigen Ausführungsform ist der Roboter 1 ein sechsachsiger vertikaler Gelenkroboter. Alternativ kann der Roboter 1 auch ein vertikaler Gelenkroboter mit einer anderen Anzahl von Achsen als sechs oder ein Roboter mit einer anderen Gelenkauslegung sein.
Bezugszeichenliste

1: Roboter
2: Robotersteuerungsvorrichtung
5: Kraftsensor
11: Last
21: Speichereinheit
22: Steuereinheit
23: Berechnungseinheit
24: Bestimmungseinheit
25: Benachrichtigungseinheit
S: Installationsfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019042906 [0002]
JP 2018080941 [0002]

Claims

Kraftsensordiagnosevorrichtung, die einen Kraftsensor diagnostiziert, der in einem Roboter bereitgestellt ist, wobei der Kraftsensor in der Nähe einer Installationsfläche eingerichtet ist, auf der der Roboter installiert ist, und eine Kraft und ein Moment erfasst, die von außen auf den Roboter einwirken, wobei die Kraftsensordiagnosevorrichtung folgende Elemente umfasst: eine Berechnungseinheit, die einen theoretischen Wert der Kraft und einen theoretischen Wert des Moments, die vom Kraftsensor erfasst werden, berechnet; eine Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob der Kraftsensor verzogen ist, indem sie einen tatsächlich gemessenen Wert der Kraft und einen tatsächlich gemessenen Wert des Moments, die vom Kraftsensor erfasst werden, mit den theoretischen Werten der Kraft und des Moments vergleicht; und eine Benachrichtigungseinheit, die ein Bestimmungsergebnis von der Bestimmungseinheit meldet.
Kraftsensordiagnosevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bestimmungseinheit auf der Grundlage einer Momentenabweichung und einer Kraftabweichung bestimmt, ob der Kraftsensor verzogen ist, wobei die Momentenabweichung eine Größe einer Differenz zwischen dem tatsächlich gemessenen Wert des Moments und dem theoretischen Wert des Moments ist, und die Kraftabweichung eine Größe einer Differenz zwischen dem tatsächlich gemessenen Wert der Kraft und dem theoretischen Wert der Kraft ist.
Kraftsensordiagnosevorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Bestimmungseinheit bestimmt, dass der Kraftsensor nicht verzogen ist, wenn die Momentabweichung gleich oder kleiner als ein vorbestimmter erster Schwellenwert ist und die Kraftabweichung gleich oder kleiner als ein vorbestimmter zweiter Schwellenwert ist, und wenn die Momentabweichung gleich oder kleiner als der vorbestimmte erste Schwellenwert ist und die Kraftabweichung größer als der vorbestimmte zweite Schwellenwert ist, die Bestimmungseinheit bestimmt, dass der Kraftsensor verzogen ist.
Kraftsensordiagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Berechnungseinheit einen theoretischen Wert der Kraft und einen theoretischen Wert des Moments unter Verwendung eines Vorgabewertes einer mit dem Roboter verbundenen Last berechnet, und die Bestimmungseinheit ferner bestimmt, ob der Vorgabewert der Last korrekt ist, indem sie die tatsächlich gemessenen Werte der Kraft und des Moments mit den theoretischen Werten der Kraft und des Moments vergleicht.
Kraftsensordiagnosevorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Bestimmungseinheit auf der Grundlage einer Momentenabweichung, die eine Größe einer Differenz zwischen dem tatsächlich gemessenen Wert des Moments und dem theoretischen Wert des Moments ist, bestimmt, ob der Vorgabewert der Last korrekt ist.
Kraftsensordiagnosevorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Bestimmungseinheit bestimmt, dass der Vorgabewert der Last korrekt ist, wenn die Momentabweichung gleich oder kleiner als ein vorbestimmter erster Schwellenwert ist, und die Bestimmungseinheit bestimmt, dass der Vorgabewert der Last falsch ist, wenn die Momentabweichung größer ist als der vorbestimmte erste Schwellenwert.
Kraftsensordiagnosevorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Bestimmungseinheit auf der Grundlage der Momentabweichung und der Kraftabweichung, die auftreten, wenn sich die Stellung des Roboters ändert, bestimmt, ob der Kraftsensor verzogen ist.
Kraftsensordiagnosevorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Bestimmungseinheit den vorbestimmten zweiten Schwellenwert entsprechend einem Ausmaß der Änderung der Stellung des Roboters ändert.
Kraftsensordiagnosevorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Bestimmungseinheit auf der Grundlage der Momentabweichung, die auftritt, wenn sich die Stellung des Roboters ändert, bestimmt, ob der Vorgabewert der Last korrekt ist.
Kraftsensordiagnosevorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Bestimmungseinheit den vorbestimmten ersten Schwellenwert entsprechend einem Ausmaß der Änderung der Stellung des Roboters ändert.
Kraftsensordiagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Berechnungseinheit Informationen über die Stellung des Roboters erfasst und den theoretischen Wert der Kraft und den theoretischen Wert des Moments auf der Grundlage der erfassten Stellung berechnet.
Robotersteuerungsvorrichtung, die eine Funktion zur Diagnose eines Kraftsensors aufweist, der in einem Roboter bereitgestellt ist, wobei der Kraftsensor in der Nähe einer Installationsfläche eingerichtet ist, auf der der Roboter installiert ist, und eine Kraft und ein Moment erfasst, die von außen auf den Roboter einwirken, wobei die Robotersteuerungsvorrichtung folgende Elemente umfasst: eine Steuereinheit, die den Roboter steuert; eine Berechnungseinheit, die einen theoretischen Wert der Kraft und einen theoretischen Wert des Moments, die vom Kraftsensor erfasst werden, berechnet; eine Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob der Kraftsensor verzogen ist, indem sie einen tatsächlich gemessenen Wert der Kraft und einen tatsächlich gemessenen Wert des Moments, die vom Kraftsensor erfasst werden, mit den theoretischen Werten der Kraft und des Moments vergleicht; und eine Benachrichtigungseinheit, die ein Bestimmungsergebnis von der Bestimmungseinheit meldet.
Robotersteuerungsvorrichtung nach Anspruch 12, umfassend: eine Speichereinheit, die einen Vorgabewert einer mit dem Roboter verbundenen Last speichert, wobei die Berechnungseinheit den theoretischen Wert von jedem von der Kraft und des Moments unter Verwendung des in der Speichereinheit gespeicherten Vorgabewertes der Last berechnet, und die Bestimmungseinheit ferner bestimmt, ob der Vorgabewert der Last korrekt ist, indem sie die tatsächlich gemessenen Werte der Kraft und des Moments mit den theoretischen Werten der Kraft und des Moments vergleicht.
Robotersteuerungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Steuereinheit den Roboter veranlasst, einen Sensordiagnosebetrieb zum Ändern der Stellung des Roboters durchzuführen, und den Kraftsensor veranlasst, eine Erfassung der Kraft und des Moments durchzuführen, während sich die Stellung des Roboters beim Sensordiagnosebetrieb ändert.