DE112021000986T5

DE112021000986T5 - Robotersystem

Info

Publication number: DE112021000986T5
Application number: DE112021000986.9T
Authority: DE
Inventors: Takashi Yamazaki
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-02-12
Filing date: 2021-02-08
Publication date: 2022-11-24
Also published as: JPWO2021161950A1; US20220388179A1; WO2021161950A1; CN115003464A; JP7364773B2

Abstract

Bereitstellung eines Robotersystems, das auf einfache Weise eine vollständige 3D-Punktgruppe für ein Messobjekt erzeugen kann. Robotersystem, aufweisend: einen Roboter, der einen Arm aufweist; einen 3D-Sensor, der dem Arm bereitgestellt ist; und eine Einheit zur Erzeugung einer 3D-Punktgruppe zum Erzeugen einer 3D-Punktgruppe eines Messobjekts gemäß 3D-Daten, die durch Messung des Messobjekts mit dem 3D-Sensor erlangt werden, wobei die Einheit zur Erzeugung einer 3D-Punktgruppe die 3D-Punktgruppe des Messobjekts durch Kombinieren von 3D-Daten aus der Messung des Messobjekts erzeugt, während der 3D-Sensor als Reaktion auf die Bewegung des Arms in einem beliebigen Koordinatensystem in einem Arbeitsbereich des Roboters neu positioniert wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Robotersystem.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Herkömmlicherweise ist ein Robotersystem bekannt, das eine Aufgabe unter Verwendung eines Roboters mit einem Arm durchführt, der imstande ist, ein Werkstück zu greifen (siehe zum Beispiel Patentdokument 1). Der Arm des Roboters ist mit einer Kamera zur Erkennung des Werkstücks versehen. Das Robotersystem speichert eine dreidimensionale Form des Werkstücks im Voraus, erkennt das Werkstück auf Grundlage der durch die Kamera erkannten dreidimensionalen Form und greift das Werkstück mit dem Arm.
In einem Robotersystem, das ein Werkstück in Zusammenwirkung mit einer Werkzeugmaschine bearbeitet, führt ein Roboter eine Aufgabe des Platzierens eines unbearbeiteten Werkstücks auf einem Tisch der Werkzeugmaschine, indem er das Werkstück mit einem Arm greift, und eine Aufgabe des Entnehmens des bearbeiteten Werkstücks von dem Tisch durch. Die Bewegung des Arms des Roboters während der Aufgabe wird durch einen Bediener im Voraus eingelernt. Da es in einer Aufgabenzone des Roboters verschiedene Hindernisse gibt, die mit dem Roboter kollidieren können, sollte der Bediener die Bewegung des Arms derart einlernen, dass der Roboter eine Kollision mit den Hindernissen vermeidet.
Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2007-319938
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Es ist zudem eine Technik zum Verhindern, dass ein Roboter mit Hindernissen kollidiert, bekannt. Gemäß dieser Technik werden die Hindernisse mit einem dreidimensionalen Sensor im Voraus gemessen, der an einer anderen Stelle als dem Installationsort des Roboters fest installiert ist, und es werden dreidimensionale Punktwolken der Hindernisse erzeugt. In diesem Fall bewegt sich der Roboter so, dass er nicht mit den Hindernissen kollidiert, indem er auf Grundlage der dreidimensionalen Punktwolken das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Hindernissen innerhalb eines Aufgabenbereichs erfasst.
Es gibt jedoch eine Zone, die durch den fest installierten dreidimensionalen Sensor nicht gemessen werden kann, und Daten einer solchen Zone werden ausgelassen. Zum Beispiel wird eine Zone, die hinter einem Hindernis verborgen ist, durch den fest installierten dreidimensionalen Sensor nicht erkannt und Daten davon werden ausgelassen. Wenn ein Hindernis hinter einem anderen Hindernis vorhanden ist, kann aus diesem Grund der Arm des Roboters während einer Aufgabe mit dem Hindernis kollidieren. Um das Auslassen von Daten zu vermeiden, ist es ebenso denkbar, eine Vielzahl von dreidimensionalen Sensoren zu installieren oder eine Messung unter Änderung der Position des dreidimensionalen Sensors erneut durchzuführen. In einem solchen Fall ist es jedoch notwendig, jedes Mal, wenn der dreidimensionale Sensor installiert wird, eine Kalibrierung durchzuführen, was nicht praktikabel ist. Daher besteht ein Bedarf nach einem Robotersystem, das imstande ist, auf einfache Weise eine dreidimensionale Punktwolke eines Messziels zu erzeugen, ohne Daten auszulassen.
Mittel zur Lösung der Probleme
Ein Robotersystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist auf: einen Roboter mit einem Arm; einen dreidimensionalen Sensor, der an dem Arm bereitgestellt ist; und eine Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke, die konfiguriert ist, auf Grundlage von durch den dreidimensionalen Sensor gemessenen dreidimensionalen Daten eines Messziels eine dreidimensionale Punktwolke des Messziels zu erzeugen. Die Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke erzeugt die dreidimensionale Punktwolke des Messziels durch Kombinieren dreidimensionaler Daten des Messziels, wobei die dreidimensionalen Daten des Messziels in einem beliebigen Koordinatensystem innerhalb einer Aufgabenzone des Roboters gemessen werden, während eine Position des dreidimensionalen Sensors durch Bewegung des Arms geändert wird.
Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem Aspekt ist es möglich, ein Robotersystem bereitzustellen, das imstande ist, auf einfache Weise eine dreidimensionale Punktwolke eines Messziels zu erzeugen, ohne Daten auszulassen.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Robotersystems;
2 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Konfiguration eines Robotersystems gemäß einer ersten Ausführungsform;
3 ist ein Flussdiagramm zur Beschreibung eines Prozesses des Erzeugens eines Roboterbewegungsprogramms in dem Robotersystem gemäß der ersten Ausführungsform;
4 ist ein Flussdiagramm zur Beschreibung eines Prozesses zum Zeitpunkt des Erzeugens einer dreidimensionalen Punktwolke in dem Robotersystem gemäß der ersten Ausführungsform;
5 ist ein Schaubild zur Beschreibung eines Vorgangs des Erzeugens der dreidimensionalen Punktwolke in dem Robotersystem gemäß der ersten Ausführungsform;
6 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Konfiguration eines Robotersystems gemäß einer zweiten Ausführungsform;
7 ist ein Schaubild zur Beschreibung eines Vorgangs des Erzeugens einer dreidimensionalen Punktwolke in dem Robotersystem gemäß der zweiten Ausführungsform; und
8 ist ein erklärendes Schaubild zur Beschreibung von Messbereichen eines dreidimensionalen Sensors während der Messung eines Messziels.

BEVORZUGTE BETRIEBSART ZUR VERWIRKLICHUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
(Übersicht über das Robotersystem)
Ein in 1 dargestelltes Robotersystem 1 ist in einem Nahbereich eines Bearbeitungsraums 100 installiert, in dem Werkstücke bearbeitet werden. Das Robotersystem 1 weist einen auf einer Basis 2 installierten Roboter 3 und eine Robotersteuerung 4 auf, die einen Betrieb des Roboters 3 steuert. Auf der Basis 2 sind eine Vielzahl von Werkstücken W angeordnet, die Aufgabenziele des Roboters 3 sind. Innerhalb des Bearbeitungsraums 100 ist eine Werkzeugmaschine 200 installiert, um eine vorbestimmte Bearbeitung an dem Werkstück W durchzuführen.
Der Roboter 3 ist ein Knickarmroboter und weist einen Körperabschnitt 31, der an der Basis 2 befestigt ist, und einen Arm 32 auf, der an einem oberen Teil des Körperabschnitts 31 bereitgestellt ist und mittels einer Vielzahl von Gelenken in jeder beliebigen Richtung beweglich ist. An einem distalen Ende des Arms 32 sind ein Greifer 33 zum Greifen des Werkstücks W, ein dreidimensionaler Sensor 34, der imstande ist, einen Außenraum zu fotografieren, und eine Handführung 35 zum Greifen und manuellen Bewegen des Arms 32 durch einen Bediener bereitgestellt.
Der Roboter 3 weist einen Positionsdetektionssensor 36 (siehe 2) auf, der konfiguriert ist, eine Position und eine Stellung des Roboters 3 zu detektieren. Der Positionsdetektionssensor 36 ist zum Beispiel durch Winkelsensoren gebildet, die jeweils Antriebsmotoren (nicht dargestellt) entsprechend Antriebswellen der Gelenke des Arms 32 bereitgestellt sind. Der Positionsdetektionssensor 36 kann einen Drehwinkel jedes der Antriebsmotoren des Arms 32 erfassen. Somit werden die Position und die Stellung des Greifers 33 des Arms 32 des Roboters 3 detektiert.
Der Roboter 3 bewegt den Arm 32 entlang einer Bewegungsbahn auf Grundlage eines Roboterbewegungsprogramms durch eine Öffnung 102 des Bearbeitungsraums 100, in der eine Tür 101 geöffnet ist, und führt somit eine Bewegung des Platzierens des mit dem Greifer 33 gegriffenen unbearbeiteten Werkstücks W auf einem Tisch 201 einer Werkzeugmaschine 200 in dem Bearbeitungsraum 100 durch. Ferner führt der Roboter 3 eine Bewegung des Entnehmens des bearbeiteten Werkstücks W von dem Tisch 201 der Werkzeugmaschine 200 durch, indem er das bearbeitete Werkstück mit dem Greifer 33 greift. Zu diesem Zeitpunkt muss sich der Arm 32 des Roboters 3 so bewegen, dass er nicht mit einer Außenwandfläche 103, welche die Tür 101 aufweist, des Bearbeitungsraums 100 und Hindernissen wie etwa Vorrichtungen und Komponenten in dem Bearbeitungsraum 100 kollidiert.
Der dreidimensionale Sensor 34 ist zum Beispiel durch einen Sichtsensor gebildet. Der dreidimensionale Sensor 34 nimmt Bilder von Messzielen auf, einschließlich der Außenwandfläche 103 des Bearbeitungsraums 100, die in einer Aufgabenzone des Roboters 3 vorhanden ist, des Inneren des Bearbeitungsraums 100 und des Werkstücks W, und erfasst dreidimensionale Daten der Messziele. Konkret misst der dreidimensionale Sensor 34 dreidimensionale Daten wie etwa eine Abstandsverteilung zu den Messzielen und gibt die gemessenen dreidimensionalen Daten an die Robotersteuerung 4 aus. Der dreidimensionale Sensor 34 ist an dem distalen Ende des Arms 32 neben dem Arm 32 des Greifers 33 angebracht und eine relative Position des dreidimensionalen Sensors 34 in Bezug auf den Arm 32 wird durch Kalibrierung im Voraus definiert. Aus diesem Grund detektiert der Positionsdetektionssensor 36 nicht nur die Position und die Stellung des Greifers 33 des Arms 32, sondern auch die Position und die Stellung des dreidimensionalen Sensors 34.
(Robotersystem der ersten Ausführungsform)
2 zeigt eine Konfiguration des Robotersystems 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Robotersteuerung 4 weist eine Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke 41, eine Einheit zur Erzeugung von Hindernisinformationen 42, eine Speichereinheit 43, eine Steuereinheit 44, eine Armantriebseinheit 45 und eine Einheit zur Erzeugung eines Roboterbewegungsprogramms 46 auf.
Die Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke 41 erzeugt und gibt eine dreidimensionale Punktwolke aus den dreidimensionalen Daten aus, die durch den dreidimensionalen Sensor 34 gemessen werden. Die dreidimensionale Punktwolke ist ein Satz aus einer Vielzahl von Punkten, die auf der Oberfläche eines oder mehrerer Objekte (Messziele) verteilt sind, die in einem dreidimensionalen Raum vorhanden sind. Die Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke 41 erzeugt eine dreidimensionale Punktwolke des Messziels durch Kombinieren einer Vielzahl von dreidimensionalen Datenelementen, die durch den dreidimensionalen Sensor 34 gemessen werden, und gibt die erzeugte dreidimensionale Punktwolke an die Einheit zur Erzeugung von Hindernisinformationen 42 aus. Wenn das Messziel das Werkstück W ist, gibt die Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke 41 außerdem die gemessene dreidimensionale Punktwolke des Werkstücks W an die Speichereinheit 43 aus.
Die Einheit zur Erzeugung von Hindernisinformationen 42 erzeugt Hindernisinformationen auf Grundlage der dreidimensionalen Punktwolke des Messziels, das ein Hindernis ist, die durch die Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke 41 erzeugt wird. Die Hindernisinformationen geben eine Position eines Hindernisses an, das mit dem Arm 32, der sich in der Aufgabenzone des Roboters 3 bewegt, kollidieren kann. Da ein Aufgabenbereich des Roboters 3 (ein Bewegungsbereich des Arms 32) im Voraus definiert ist, kann die Position eines Hindernisses, das mit dem Arm 32 kollidieren kann, in der dreidimensionalen Punktwolke identifiziert werden. Die durch die Einheit zur Erzeugung von Hindernisinformationen 42 erzeugten Hindernisinformationen werden an die Speichereinheit 43 gesendet und wird darin gespeichert und registriert.
Die Steuereinheit 44 steuert die Armantriebseinheit 45 auf Grundlage der durch den Positionsdetektionssensor 36 detektierten Positionsinformationen des Arms 32. Durch das Steuern der Armantriebseinheit 45 durch die Steuereinheit 44 bewegt sich der Arm 32 und der Greifer 33 greift das Werkstück W.
Die Einheit zur Erzeugung eines Roboterbewegungsprogramms 46 erzeugt ein Bewegungsprogramm des Roboters 3, um es dem Roboter 3 zu ermöglichen, eine Aufgabe an dem Werkstück W durchzuführen. Das Roboterbewegungsprogramm umfasst Informationen über die Bewegungsbahn des Roboters 3 während einer Aufgabe. Die Bewegungsbahn des Roboters 3 wird auf Grundlage der Hindernisinformationen erstellt, die durch die oben beschriebene Einheit zur Erzeugung von Hindernisinformationen 42 erzeugt werden. Das durch die Einheit zur Erzeugung eines Roboterbewegungsprogramms 46 erzeugte Roboterbewegungsprogramm wird an die Speichereinheit 43 gesendet und wird darin gespeichert und registriert.
Ein Prozess des Erzeugens des Roboterbewegungsprogramms zur Durchführung einer Aufgabe an dem Werkstück W in dem Robotersystem 1 wird nachstehend unter Bezugnahme auf ein in 3 dargestelltes Flussdiagramm beschrieben. Der Prozess des Erzeugens des Roboterbewegungsprogramms wird gemäß einem vorbestimmten Prozessprogramm ausgeführt, das in der Robotersteuerung 4 im Voraus gespeichert ist.
Zunächst erfasst und registriert die Einheit zur Erzeugung eines Roboterbewegungsprogramms 46 eine Ausgangsposition des Roboters 3 (S1). Die Ausgangsposition des Roboters 3 wird durch den Positionsdetektionssensor 36 erfasst. Als nächstes steuert die Einheit zur Erzeugung eines Roboterbewegungsprogramms 46 mittels der Steuereinheit 44 die Armantriebseinheit 45, um den Arm 32 zu bewegen, und misst das Werkstück W mit dem dreidimensionalen Sensor 34. Dadurch erfasst und registriert die Einheit zur Erzeugung eines Roboterbewegungsprogramms 46 das Werkstück W (S2). Danach erstellt die Einheit zur Erzeugung eines Roboterbewegungsprogramms 46 ein Roboterbewegungsprogramm als Ausgangsprogramm (S3).
Das Roboterbewegungsprogramm als das Ausgangsprogramm ist ein vorläufiges Bewegungsprogramm, das zum Beispiel eine Bewegungsbahn des Roboters 3, bis das Werkstück W von dem Arm 32 gegriffen und auf dem Tisch 201 platziert wird, umfasst. Das Roboterbewegungsprogramm als das Ausgangsprogramm gibt nicht notwendigerweise Informationen über Hindernisse wieder, die mit dem Arm 32 kollidieren können. Daher schaltet die Einheit zur Erzeugung eines Roboterbewegungsprogramms 46 einen Modus des Robotersystems 1 in einen Modus zur Erzeugung von Hindernisinformationen um und erfasst und registriert die Hindernisinformationen (S4).
Ein konkreter Prozess zum Erfassen der Hindernisinformationen in Schritt S4 wird ferner unter Bezugnahme auf ein in 4 dargestelltes Flussdiagramm beschrieben. Zunächst wird das Messziel als Hindernis gemessen, während die Position des dreidimensionalen Sensors 34 in Bezug auf das Messziel durch Bewegung des Arms 32 geändert wird, wodurch dreidimensionale Daten erfasst werden (S41). Das Messziel ist ein Objekt, das mit dem Arm 32 innerhalb des Aufgabenbereichs des Roboters 3 kollidieren kann. Konkret umfasst das Messziel die Außenwandfläche 103 des Bearbeitungsraums 100 und Vorrichtungen und Komponenten, die innerhalb des Bearbeitungsraums 100 angeordnet sind.
In der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn der dreidimensionale Sensor 34 die Messziele misst, der Arm 32 wie in 5 dargestellt durch einen Bediener OP manuell bewegt. Konkret greift der Bediener OP die an dem distalen Ende des Arms 32 bereitgestellte Handführung 35 mit der Hand und bewegt den Arm 32 direkt von Hand in einem beliebigen Koordinatensystem innerhalb des Aufgabenbereichs des Roboters 3, während er das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Hindernisses in der Bewegungsbahn des Arms 32 überprüft.
Selbst in einem Fall, in dem verborgene Hindernisse, die von dem Roboter 3 aus nicht sichtbar sind (zum Beispiel Vorrichtungen und Komponenten, die hinter der Tür 101 und der Außenwandfläche 103 verborgen sind), in dem Aufgabenbereich des Roboters 3 vorhanden sind, können die Hindernisse zuverlässig gemessen werden, wenn der Bediener OP wie in 5 dargestellt den Arm 32 manuell in die Nähe der Hindernisse bewegt.
Auf diese Weise misst der dreidimensionale Sensor 34 die Messziele in einem beliebigen Koordinatensystem innerhalb des Aufgabenbereichs des Roboters 3, während der Bediener OP den Arm 32 manuell zu den Messzielen bewegt, wodurch der dreidimensionale Sensor 34 eine Vielzahl von dreidimensionalen Datenelementen erfasst. Der dreidimensionale Sensor 34 gibt die erfasste Vielzahl von dreidimensionalen Datenelementen an die Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke 41 der Robotersteuerung 4 aus.
Die Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke 41 kombiniert die Vielzahl von dreidimensionalen Datenelementen, die durch den dreidimensionalen Sensor 34 erfasst werden, und erzeugt eine dreidimensionale Punktwolke des Messziels (S42). Daten der dreidimensionalen Punktwolke, die durch die Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke 41 erzeugt wird, werden an die Einheit zur Erzeugung von Hindernisinformationen 42 ausgegeben.
Die Einheit zur Erzeugung von Hindernisinformationen 42 erzeugt auf Grundlage der von der Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke 41 gesendeten dreidimensionalen Punktwolke Hindernisinformationen bezüglich der Positionsinformationen des Hindernisses, das mit dem Arm 32 kollidieren kann (S43). Die durch die Einheit zur Erzeugung von Hindernisinformationen 42 erzeugten Hindernisinformationen werden in der Speichereinheit 43 gespeichert (S44). Somit ist der Modus zur Erzeugung von Hindernisinformationen beendet.
Nachdem die Einheit zur Erzeugung eines Roboterbewegungsprogramms 46 die Hindernisinformationen wie oben beschrieben erfasst, kehrt der Prozess wieder zu dem in 3 dargestellten Ablauf zurück. Die Einheit zur Erzeugung eines Roboterbewegungsprogramms 46 nimmt eine Änderung an dem Roboterbewegungsprogramm als dem Ausgangsprogramm gemäß den Hindernisinformationen vor, die in dem Modus zur Erzeugung von Hindernisinformationen erfasst wurden (S5). Dadurch erzeugt die Einheit zur Erzeugung eines Roboterbewegungsprogramms 46 ein Roboterbewegungsprogramm auf Grundlage der Hindernisinformationen. Das Roboterbewegungsprogramm gibt alle Hindernisinformationen bezüglich der Hindernisse wieder, die mit dem Arm 32 kollidieren können, und umfasst die Bewegungsbahn des Roboters 3, die es dem Roboter 3 ermöglicht, eine Kollision mit dem Hindernis zu vermeiden. Das erzeugte Roboterbewegungsprogramm wird an die Speichereinheit 43 gesendet und wird gespeichert.
Danach betreibt das Robotersystem 1 den Roboter 3 automatisch auf Grundlage des Roboterbewegungsprogramms, das die Hindernisinformationen bezüglich der Hindernisse umfasst, die mit dem Arm 32 kollidieren können, und führt die Aufgabe des Greifens und Transportierens des Werkstücks W durch (S6). Da das Roboterbewegungsprogramm zum Bewegen des automatisch zu betreibenden Roboters 3 die Hindernisinformationen umfasst, die durch die dreidimensionale Punktwolke gebildet sind, die frei von Datenauslassungen ist und die Informationen über das verborgene Hindernis umfasst, das von dem Installationsort des Roboters 3 aus nicht sichtbar ist, wird die Kollision des Arms 32 mit dem Hindernis während der Bewegung des Roboters 3 reduziert oder verhindert.
Das Robotersystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform kann die folgenden Wirkungen erzielen. Die Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke 41 erzeugt die dreidimensionale Punktwolke des Messziels durch Kombinieren dreidimensionaler Daten des Messziels, wobei die dreidimensionalen Daten des Messziels in einem beliebigen Koordinatensystem innerhalb der Aufgabenzone des Roboters 3 gemessen werden, während die Position des dreidimensionalen Sensors 34 durch die Bewegung des Arms 32 geändert wird. Dieses Merkmal ermöglicht es, die dreidimensionale Punktwolke des Messziels auf einfache Weise zu erzeugen und zu erfassen, ohne Daten auszulassen.
Die Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke 41 erzeugt die dreidimensionale Punktwolke des Messziels durch Kombinieren dreidimensionaler Daten des Messziels, wobei die dreidimensionalen Daten des Messziels gemessen werden, während die Position des dreidimensionalen Sensors 34 geändert wird, indem der Bediener OP den Arm 32 manuell bewegt. Daher können die Messziele aus verschiedenen Blickwinkeln gemessen werden und die Hindernisse, die in dem Aufgabenbereich des Roboters 3 vorhanden sind, können durch den dreidimensionalen Sensor 34 auf einfache Weise gemessen werden, ohne Daten auszulassen.
Die auf diese Weise erfassten Hindernisinformationen bleiben selbst dann unverändert, wenn die Bewegungsbahn des Roboters 3 in Abhängigkeit von der Änderung des Typs des Werkstücks W geändert wird. Daher ist es nicht notwendig, dass der dreidimensionale Sensor 34 jedes Mal, wenn der Typ des Werkstücks W geändert wird, Hindernisinformationen neu erzeugt oder die Bewegungsbahn des Arms 32 neu einlernt.
Der an dem Arm 32 bereitgestellte dreidimensionale Sensor 34 dient zudem als dreidimensionaler Sensor zur Erkennung des Werkstücks W während einer Aufgabe. Daher ist es nicht notwendig, separate dreidimensionale Sensoren zur Erzeugung der Hindernisinformationen und Erkennung des Werkstücks W bereitzustellen, wodurch es möglich ist, das Robotersystem 1 mit geringen Kosten zu konstruieren.
Die Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke 41 ist konfiguriert, die dreidimensionale Punktwolke des Messziels durch Kombinieren dreidimensionaler Daten des Messziels zu erzeugen, wobei die dreidimensionalen Daten des Messziels gemessen werden, während die Position des dreidimensionalen Sensors 34 geändert wird, indem der Bediener OP die Handführung 35 des Arms 32 direkt greift und den Arm 32 manuell bewegt. Dieses Merkmal ermöglicht es, die dreidimensionale Punktwolke auf einfache Weise zu erzeugen, ohne Daten auszulassen. Die Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke 41 kann jedoch konfiguriert sein, die dreidimensionale Punktwolke des Messziels durch Kombinieren dreidimensionaler Daten des Messziels zu erzeugen, wobei die dreidimensionalen Daten des Messziels gemessen werden, während die Position des dreidimensionalen Sensors 34 geändert wird, indem der Bediener den Arm 32 mittels einer Vorschub-Tippbedienung unter Verwendung eines Programmierhandgeräts bewegt.
(Robotersystem der zweiten Ausführungsform)
In dem Robotersystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform bewegt, wenn der dreidimensionale Sensor 34 die Messziele misst, der Bediener OP den Arm 32 manuell, während er das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Hindernisse überprüft. Jedoch kann eine Positionsbeziehung zwischen dem Hindernis innerhalb des Aufgabenbereichs des Roboters 3 und dem Roboter 3 im Allgemeinen festgelegt sein. In einem solchen Fall kann das Robotersystem 1 den Arm 32 auf Grundlage eines vorbestimmten Bewegungsprogramms automatisch bewegen.
6 zeigt eine Konfiguration eines Robotersystems 1A gemäß einer zweiten Ausführungsform. Eine Robotersteuerung 4A weist zusätzlich zu den Komponenten der in 2 dargestellten Robotersteuerung 4 eine Bewegungsprogrammspeichereinheit 47 zur Erzeugung von Hindernisinformationen auf.
Die Bewegungsprogrammspeichereinheit 47 zur Erzeugung von Hindernisinformationen speichert im Voraus ein Bewegungsprogramm zur Erzeugung von Hindernisinformationen zum automatischen Bewegen des Arms 32 während der Messung des Messziels unter Verwendung des dreidimensionalen Sensors 34. Das Bewegungsprogramm zur Erzeugung von Hindernisinformationen umfasst einen Bewegungsbefehl, der an den Roboter 3 gerichtet ist und dazu dient, den Arm 32 innerhalb eines Bereichs zu bewegen, in dem angenommen wird, dass das bekannte Hindernis und der Arm 32 nicht miteinander kollidieren. Daher steuert wie in 7 dargestellt die Einheit zur Erzeugung eines Roboterbewegungsprogramms 46 der Robotersteuerung 4A die Armantriebseinheit 45 so, dass der Arm 32 auf Grundlage des Bewegungsprogramms zur Erzeugung von Hindernisinformationen während der Messung des Messziels unter Verwendung des dreidimensionalen Sensors 34 in dem Modus zur Erzeugung von Hindernisinformationen automatisch bewegt wird.
In dem Robotersystem 1, das die Robotersteuerung 4A aufweist, wird ein konkreter Vorgang zum Messen des Messziels unter Verwendung des dreidimensionalen Sensors 34 gemäß dem in 4 dargestellten Flussdiagramm ausgeführt. Konkret bewegt in Schritt S41 in 4 der Bediener OP den Arm 32 nicht von Hand, sondern die Einheit zur Erzeugung eines Roboterbewegungsprogramms 46 liest das Bewegungsprogramm zur Erzeugung von Hindernisinformationen aus der Bewegungsprogrammspeichereinheit 47 zur Erzeugung von Hindernisinformationen. Die Einheit zur Erzeugung eines Roboterbewegungsprogramms 46 steuert die Armantriebseinheit 45 mittels der Steuereinheit 44 auf Grundlage des gelesenen Bewegungsprogramms zur Erzeugung von Hindernisinformationen, um den Arm 32 automatisch zu bewegen, und misst das Messziel mit dem dreidimensionalen Sensor 34. Somit werden dreidimensionale Daten erfasst, die durch Messen von in dem Aufgabenbereich des Roboters 3 vorhandenen Hindernissen mit dem dreidimensionalen Sensor 34 erlangt werden. Anschließend werden die gleichen Prozesse wie in den in 4 dargestellten Schritten S42 bis S44 ausgeführt.
Analog zu dem Robotersystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform ermöglicht es das Robotersystem 1A ebenso, die dreidimensionale Punktwolke des Messziels auf einfache Weise zu erzeugen, ohne Daten auszulassen. Das Merkmal, dass der Bediener OP den Arm 32 nicht von Hand bewegen muss, stellt den Vorteil bereit, dass Hindernisinformationen schneller und einfacher erfasst werden können.
Das Bewegungsprogramm zur Erzeugung von Hindernisinformationen wird vorzugsweise auf Grundlage eines Messbereichs des dreidimensionalen Sensors 34 erzeugt. Konkret veranlasst wie in 8 dargestellt das Bewegungsprogramm zur Erzeugung von Hindernisinformationen den Roboter 3, sich derart zu bewegen, dass ein Messbereich X1 des dreidimensionalen Sensors 34 vor der Bewegung des Arms 32 mit einem Messbereich X2 des dreidimensionalen Sensors 34 nach der Bewegung des Arms 32 in Kontakt gelangt oder sich teilweise damit überschneidet. 8 zeigt einen Fall, in dem die Außenwandfläche 103 des Bearbeitungsraums 100 durch den dreidimensionalen Sensor 34 als Messziel gemessen wird. Somit kann selbst dann, wenn der Arm 32 automatisch bewegt wird, um das Messziel zu messen, der dreidimensionale Sensor 34 das Messziel messen, ohne Daten auszulassen.
Die Speichereinheit 43 kann die Funktion der Bewegungsprogrammspeichereinheit 47 zur Erzeugung von Hindernisinformationen durchführen. Das Bewegungsprogramm zur Erzeugung von Hindernisinformationen kann in die Robotersteuerung 4A von einer Speichervorrichtung wie etwa einem externen Server geladen werden, wenn das Messziel mit dem dreidimensionalen Sensor 34 gemessen wird. Die Robotersteuerung 4A kann einen Umschalter (nicht dargestellt) zum Umschalten zwischen einer Betriebsart, bei welcher der Arm 32 durch den Bediener OP manuell bewegt wird, und einer Betriebsart, bei welcher der Arm 32 auf Grundlage des Bewegungsprogramms zur Erzeugung von Hindernisinformationen automatisch bewegt wird, wenn das Messziel mit dem dreidimensionalen Sensor 34 gemessen wird, aufweisen und es dem Bediener OP ermöglichen, eine der Betriebsarten auszuwählen.
In jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen bilden die Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke 41, die Einheit zur Erzeugung von Hindernisinformationen 42 und die Einheit zur Erzeugung eines Roboterbewegungsprogramms 46 einen Teil der Funktionen der Robotersteuerung 4 oder 4A, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Die Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke 41 und/oder die Einheit zur Erzeugung von Hindernisinformationen 42 und/oder die Einheit zur Erzeugung eines Roboterbewegungsprogramms 46 kann/können getrennt von der Robotersteuerung 4 oder 4A bereitgestellt sein. Die Armantriebseinheit 45 kann getrennt von der Robotersteuerung 4 oder 4A bereitgestellt sein. Die Bewegungsprogrammspeichereinheit 47 zur Erzeugung von Hindernisinformationen kann getrennt von der Robotersteuerung 4 oder 4A bereitgestellt sein.
Bezugszeichenliste

1, 1A: Robotersystem
3: Roboter
32: Arm
34: Dreidimensionaler Sensor
41: Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke
43: Einheit zur Erzeugung von Hindernisinformationen
46: Einheit zur Erzeugung eines Roboterbewegungsprogramms
W: Werkstück

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007319938 [0004]

Claims

Robotersystem, aufweisend: einen Roboter mit einem Arm; einen dreidimensionalen Sensor, der an dem Arm bereitgestellt ist; und eine Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke, die konfiguriert ist, auf Grundlage von durch den dreidimensionalen Sensor gemessenen dreidimensionalen Daten eines Messziels eine dreidimensionale Punktwolke des Messziels zu erzeugen, wobei die Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke die dreidimensionale Punktwolke des Messziels durch Kombinieren dreidimensionaler Daten des Messziels erzeugt, wobei die dreidimensionalen Daten des Messziels in einem beliebigen Koordinatensystem innerhalb einer Aufgabenzone des Roboters gemessen werden, während eine Position des dreidimensionalen Sensors durch Bewegung des Arms geändert wird.
Robotersystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Einheit zur Erzeugung von Hindernisinformationen, die konfiguriert ist, Hindernisinformationen auf Grundlage der dreidimensionalen Punktwolke zu erzeugen, die durch die Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke erzeugt wird.
Robotersystem nach Anspruch 2, ferner aufweisend: eine Einheit zur Erzeugung eines Roboterbewegungsprogramms, die konfiguriert ist, ein Roboterbewegungsprogramm zu erzeugen, das eine Bewegungsbahn für eine Aufgabe des Roboters umfasst, wobei die Bewegungsbahn von einer Ausgangsposition des Roboters zu einem erkannten Werkstück verläuft, wobei die Einheit zur Erzeugung eines Roboterbewegungsprogramms auf Grundlage der durch die Einheit zur Erzeugung von Hindernisinformationen erzeugten Hindernisinformationen das Roboterbewegungsprogramm erzeugt, das eine Bewegungsbahn für den Roboter umfasst, um eine Kollision mit einem Hindernis zu vermeiden.
Robotersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der dreidimensionale Sensor zudem als dreidimensionaler Sensor dient, der ein Werkstück erkennt.
Robotersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke die dreidimensionale Punktwolke des Messziels durch Kombinieren dreidimensionaler Daten des Messziels erzeugt, wobei die dreidimensionalen Daten des Messziels gemessen werden, während die Position des dreidimensionalen Sensors geändert wird, indem ein Bediener den Arm manuell bewegt.
Robotersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Einheit zur Erzeugung einer dreidimensionalen Punktwolke die dreidimensionale Punktwolke des Messziels durch Kombinieren dreidimensionaler Daten des Messziels erzeugt, wobei die dreidimensionalen Daten des Messziels gemessen werden, während die Position des dreidimensionalen Sensors durch Bewegung des Arms auf Grundlage eines Bewegungsprogramms zur Erzeugung von Hindernisinformationen geändert wird.
Robotersystem nach Anspruch 6, wobei das Bewegungsprogramm zur Erzeugung von Hindernisinformationen auf Grundlage eines Messbereichs des dreidimensionalen Sensors erzeugt wird.