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{Technisches Gebiet}
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Robotersteuerung.
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{Hintergrund}
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Herkömmlicherweise ist ein Knickarmroboter-Steuerverfahren an sich bekannt, das ein Bewegen eines spezifischen Teils eines Roboters entlang einer spezifischen kontinuierlichen Bewegungsbahn umfasst, indem mehrere Gelenke auf eine koordinierte Weise bewegt werden (siehe zum Beispiel PTL 1 bis PTL 4). Zum Beispiel sind eine erste Position und eine zweite Position eingelernt, und mehrere Gelenke werden derart gesteuert, dass sich ein Steuerpunkt, wie z. B. ein Werkzeugmittelpunkt (tool center point, TCP) in einer geraden Linie von der ersten Position zur zweiten Position auf einer geradlinigen Bewegungsbahn bewegt.
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{Auflistung von Entgegenhaltungen}
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{Patentliteratur}
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- {PTL 1} Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2018-111155
- {PTL 2} Internationale Veröffentlichung Nr. WO 2016/135861
- {PTL 3} Internationale Veröffentlichung Nr. WO 2017/002208
- {PTL 4} Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2015-066668
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{Kurzdarstellung}
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{Technisches Problem}
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Wenn sich ein Roboter entlang einer kontinuierlichen Bewegungsbahn bewegt, könnte sich die Haltung des Roboters einem singulären Punkt nähern, und mindestens ein Gelenk könnte sich plötzlich bewegen. In einem solchen Fall bestimmt die Robotersteuerung, dass ein Fehler aufgetreten ist und führt ein Verfahren, wie z. B. ein Anhalten der Bewegung des Roboters, durch. Daher ist jedes Mal, wenn ein Fehler auftritt, zusätzliche Arbeit für ein erneutes Einlernen einer anderen Bewegungsbahn und ein Neustarten des Roboters usw. erforderlich.
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{Lösung des Problems}
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt eine Robotersteuerung dar, die dazu eingerichtet ist, einen Knickarmroboter zu steuern, wobei der Knickarmroboter mehrere Grundgelenke, die eine Position einer Handgelenkeinheit ändern, und mehrere Handgelenke, die eine Position und Haltung eines Steuerpunktes, der in der Handgelenkeinheit oder in einem mit der Handgelenkeinheit verbundenen Endeffektor eingestellt ist, ändern, aufweist, wobei die Robotersteuerung umfasst: eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, zu veranlassen, dass sich der Steuerpunkt von einer ersten Position zu einer zweiten Position bewegt, indem die mehreren Grundgelenke und die mehreren Handgelenke bewegt werden; und eine Positionsinformation-Aufzeichnungseinheit, die dazu eingerichtet ist, Positionsinformationen aufzuzeichnen, die eine Position der zweiten Position und Drehwinkel, in die die mehreren Handgelenke gedreht sind, wenn der Steuerpunkt an der zweiten Position angeordnet ist, umfassen, wobei in einem Fall, in dem eine Haltung der Handgelenkeinheit, wenn sich der Steuerpunkt an der zweiten Position befindet, kein singulärer Punkt ist, die Steuereinheit veranlasst, dass die mehreren Grundgelenke und die mehreren Handgelenke eine geradlinige Bewegung auf eine koordinierte Weise ausführen, so dass der Steuerpunkt an die zweite Position entlang einer geraden Linie bewegt wird, und in einem Fall, in dem die Haltung der Handgelenkeinheit, wenn sich der Steuerpunkt an der zweiten Position befindet, ein singulärer Punkt ist, die Steuereinheit veranlasst, dass die mehreren Handgelenke eine jedes Gelenk steuernde Bewegung ohne Koordination durchführen, um den Steuerpunkt an die zweite Position zu bewegen.
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{Kurze Beschreibung von Zeichnungen}
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- {1} 1 ist ein Diagramm, das einen Roboter darstellt, der durch eine Robotersteuerung gesteuert werden soll.
- {2} 2 ist ein Blockdiagramm der Robotersteuerung.
- {3} 3 ist ein Diagramm, das ein anderes Beispiel einer Bewegungsbahn eines Steuerpunktes von einer ersten Position zu einer zweiten Position darstellt.
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{Beschreibung von Ausführungsformen}
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Eine Robotersteuerung gemäß einer Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Wie in 1 und 2 dargestellt, ist eine Robotersteuerung 1 mit einem Knickarmroboter 2 verbunden, der mit einer Handgelenkeinheit 3 ausgerüstet ist, und steuert den Roboter 2.
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Der Roboter 2 ist mit mehreren Grundgelenken J1, J2 und J3, die die Position der Handgelenkeinheit 3 dreidimensional ändern, und mehreren Handgelenken J4, J5 und J6, die die Position (X, Y, Z) und die Haltung (W, P, R) eines Steuerpunktes Pc dreidimensional ändern, ausgestattet. Der Steuerpunkt Pc ist ein Punkt, der an einer vorgegebenen Position in der Handgelenkeinheit 3 eingestellt ist, oder ein Punkt, der an einer vorgegebenen Position in einem mit der Handgelenkeinheit 3 verbundenen Endeffektor 8 eingestellt ist. Zum Beispiel ist der Steuerpunkt Pc ein Mittelpunkt einer Spitzenfläche 3a der Handgelenkeinheit 3 oder ein Werkzeugmittelpunkt (TCP).
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In dieser Ausführungsform ist der Roboter 2 ein sechsachsiger vertikaler Knickarmroboter, der sechs Gelenke J1 bis J6 aufweist. Der Roboter 2 weist eine Basis 4, die auf dem Fußboden befestigt wird, einen drehbaren Rumpf 5, der an der Basis 4 angebracht ist, einen ersten Arm 6, der mit dem drehbaren Rumpf 5 verbunden ist, und einen zweiten Arm 7, der mit einer Spitze des ersten Arms 6 verbunden ist, auf. Die Handgelenkeinheit 3 ist mit einer Spitze des zweiten Arms 7 verbunden und weist eine Spitzenfläche 3a auf, an der ein Endeffektor 8, wie z. B. eine Hand oder ein Werkzeug, angebracht werden kann.
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Die Gelenke J1 bis J6 sind jeweils mit Servomotoren, die die Gelenke J1 bis J6 gemäß Steuerbefehlen von der Robotersteuerung 1 antreiben, und Gebern, die die Drehwinkel der Gelenke J1 bis J6 detektieren, ausgestattet.
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Die Grundgelenke sind das erste Gelenk J1, das zweite Gelenk J2 und das dritte Gelenk J3. Das erste Gelenk J1 veranlasst, dass sich der drehbare Rumpf 5 in Bezug auf die Basis 4 um eine erste Achse A1, die sich in vertikaler Richtung erstreckt, dreht. Das zweite Gelenk J2 veranlasst, dass sich der erste Arm 6 in Bezug auf den drehbaren Rumpf 5 um eine zweite Achse A2, die sich horizontal erstreckt, dreht. Das dritte Gelenk J3 veranlasst, dass sich der zweite Arm 7 in Bezug auf den ersten Arm 6 um eine dritte Achse A3, die sich horizontal erstreckt, dreht.
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Die Handgelenke sind das vierte Gelenk J4, das fünfte Gelenk J5 und das sechste Gelenk J6. Das vierte Gelenk J4 veranlasst, dass sich der zweite Arm 7 in Bezug auf den ersten Arm 6 um eine vierte Achse A4 dreht. Das fünfte Gelenk J5 veranlasst, dass sich die Handgelenkeinheit 3 in Bezug auf den zweiten Arm 7 um eine fünfte Achse A5 dreht. Das sechste Gelenk J6 veranlasst, dass sich die Spitzenfläche 3a der Handgelenkeinheit 3 um eine sechste Achse A6 dreht. Die vierte Achse A4 erstreckt sich entlang der Längsachse des zweiten Arms 7, die fünfte Achse A5 ist zur vierten Achse A4 senkrecht, und die sechste Achse A6 ist zur fünften Achse A5 senkrecht.
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Wie in 2 dargestellt, ist die Robotersteuerung 1 mit einer Speichereinheit 11 und einer Steuereinheit 12 ausgestattet.
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Die Speichereinheit 11 weist Speichervorrichtungen, wie z. B. einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Festwertspeicher (ROM) und ein Festplattenlaufwerk (HDD), auf. Die Robotersteuerung 1 weist mindestens einen Prozessor, wie z. B. eine zentrale Verarbeitungseinheit, auf. Die Speichereinheit 11 speichert ein Steuerprogramm, das den Prozessor dazu veranlasst, die nachstehend beschriebenen Prozesse der Steuereinheit 12 auszuführen. Mit anderen Worten wird die Steuereinheit 12 durch mindestens einen Prozessor umgesetzt.
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Die Steuereinheit 12 führt eine Geradeninterpolation zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 durch, um eine gradlinige Bewegungsbahn T zu berechnen, die sich in einer geraden Linie von der ersten Position P1 zur zweiten Position P2 erstreckt. Die erste Position P1 und die zweite Position P2 sind beliebige gewünschte dreidimensionale Positionen, die durch die Bedienperson eingestellt werden, und sind zum Beispiel Lehrpunkte, die durch einen Einlernvorgang, wie z. B. direktes Einlernen, eingelernt werden.
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Die Steuereinheit 12 steuert die Gelenke J1 bis J6 derart, dass der Steuerpunkt Pc von der ersten Position P1 zur zweiten Position P2 bewegt wird.
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Vor dem Bewegen des Steuerpunktes Pc berechnet die Steuereinheit 12 nach inverser Kinematik die Drehwinkel der Handgelenke J4, J5 und J6, die gedreht werden sollen, wenn sich der Steuerpunkt Pc, der die eingestellte Haltung aufweist, an der zweiten Position P2 befindet. Die Haltung des Steuerpunktes Pc (die Haltung der Spitzenfläche 3a) wird durch die Bedienperson eingestellt, wie bei der ersten Position P1 und der zweiten Position P2. Die Positionsinformationen, die die berechneten Drehwinkel der Handgelenke J4, J5 und J6 und die dreidimensionale Position (X2, Y2, Z2) der zweiten Position P2 umfassen, werden in der Speichereinheit (Positionsinformation-Aufzeichnungseinheit) 11 gespeichert (aufgezeichnet).
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Die Steuereinheit 12 bestimmt, ob die Haltung der Handgelenkeinheit 3, wenn sich der Steuerpunkt Pc an der zweiten Position P2 befindet, ein singulärer Punkt oder nah einem singulären Punkt ist oder nicht. Als Nächstes veranlasst die Steuereinheit 12, dass die Gelenke J1 bis J6 in Abhängigkeit vom Bestimmungsergebnis eine gradlinige Bewegung oder eine jedes Gelenk steuernde Bewegung durchführen, um den Steuerpunkt Pc von der ersten Position P1 zur zweiten Position zu bewegen. Das Verfahren, in dem die Steuereinheit 12 die Gelenke J1 bis J6 steuert, wird später beschrieben.
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In den Referenzzeichnungen zeigt ein Bereich S einen singulären Punktbereich an, in dem die Haltung der Handgelenkeinheit 3 ein singulärer Punkt oder nah einem singulären Punkt ist. In dieser Ausführungsform ist der singuläre Punkt eine Haltung, mit der die vierte Achse A4 und die sechste Achse A6 in der gleichen Linie ausgerichtet sind. Wenn die Haltung der Handgelenkeinheit 3 an einem singulären Punkt angeordnet ist, kann die Bewegung der Handgelenkeinheit 3 nicht mehr gesteuert werden.
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Zum Beispiel berechnet die Steuereinheit 12 auf der Grundlage der in der Speichereinheit 11 gespeicherten Positionsinformationen den Drehwinkel θ zwischen der vierten Achse A4 und der sechsten Achse A6, der gebildet ist, wenn sich der Steuerpunkt Pc an der zweiten Position P2 befindet. Wenn der Drehwinkel θ einem vorgegebenen Schwellenwert, zum Beispiel 5° oder weniger, gleicht oder geringer ist als dieser, bestimmt dann die Steuereinheit 12, dass die Haltung der Handgelenkeinheit 3, wenn sich der Steuerpunkt Pc an der zweiten Position P2 befindet, ein singulärer Punkt oder nah einem singulären Punkt ist.
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Als Nächstes wird der Betrieb der Robotersteuerung 1 beschrieben.
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Wenn zum Beispiel der Robotersteuerung 1 eine Bewegungsbahn des Steuerpunktes Pc beigebracht wird, stellt die Bedienperson eine erste Position P1 (X1, Y1, Z1) und eine zweite Position P2 (X2, Y2, Z2) als die Einlernpositionen ein, und stellt eine Haltung (W1, P1, R1) des Steuerpunktes Pc als die Einlernhaltung ein. Die erste Position P1 (X1, Y1, Z1), die zweite Position P2 (X2, Y2, Z2), und die Haltung (W1, P1, R1) werden in der Speichereinheit 11 gespeichert.
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Als Nächstes bestimmt die Steuereinheit 12, ob die Haltung der Handgelenkeinheit 3, wenn der Steuerpunkt Pc, der sich an der zweiten Position P2 mit der eingestellten Haltung (W1, P1, R1) befindet, an einem singulären Punkt angeordnet ist oder nicht. Als Nächstes steuert die Steuereinheit 12 die Gelenke J1 bis J6 derart, dass der Steuerpunkt Pc von der ersten Position P1 zur zweiten Position P2 durch gradlinige Bewegung oder eine jedes Gelenk steuernde Bewegung der Gelenke J1 bis J6 bewegt wird.
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Wenn die Haltung der Handgelenkeinheit 3, wenn sich der Steuerpunkt Pc an der zweiten Position P2 befindet, nicht an einem singulären Punkt angeordnet ist, veranlasst die Steuereinheit 12, dass die Gelenke J1 bis J6 eine gradlinige Bewegung auf eine koordinierte Weise durchführen, so dass der Steuerpunkt Pc, der die Haltung (W1, P1, R1) beibehält, in einer geraden Linie von der ersten Position P1 (X1, Y1, Z1) zur zweiten Position P2 (X2, Y2, Z2) entlang der gradlinigen Bewegungsbahn T bewegt wird. Insbesondere berechnet die Steuereinheit 12 nach inverser Kinematik die Drehwinkel der Gelenke J1 bis J6 für jede der Positionen des Steuerpunktes Pc, der die eingestellte Haltung (W1, P1, R1) aufweist, auf der gradlinigen Bewegungsbahn T, und erlangt als Ergebnis Zeitreihendaten von Drehwinkeln zum Bewegen des Steuerpunktes Pc, der die Haltung (W1, P1, R1) beibehält, in einer geraden Linie von der ersten Position P1 zur zweiten Position P2. Als Nächstes steuert die Steuereinheit 12 die Gelenke J1 bis J6 gemäß den Zeitreihendaten der berechneten Winkel.
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Wenn die Haltung der Handgelenkeinheit 3, wenn sich der Steuerpunkt Pc an der zweiten Position P2 befindet, an einem singulären Punkt angeordnet ist, veranlasst die Steuereinheit 12, dass die Grundgelenke J1, J2 und J3 eine gradlinige Bewegung durchführen, während bewirkt wird, dass die Handgelenke J4, J5 und J6 eine jedes Gelenk steuernde Bewegung durchführen, um den Steuerpunkt Pc von der ersten Position P1 zur zweiten Position P2 zu bewegen. Die gradlinige Bewegung der Grundgelenke J1, J2 und J3 wird durch Steuern der Gelenke J1, J2, und J3 gemäß den durch das vorstehend erwähnte Verfahren erlangten Zeitreihendaten der Drehwinkel der Gelenke J1, J2 und J3 durchgeführt.
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In der jedes Gelenk steuernden Bewegung berechnet die Steuereinheit 12 die Unterschiede zwischen den Drehwinkeln der Handgelenke J4, J5 und J6, wenn der Steuerpunkt Pc, der eine eingestellte Haltung (W1, P1, R1) aufweist, an der ersten Position P1 angeordnet ist, und den Drehwinkeln der Handgelenke J4, J5 und J6, wenn der Steuerpunkt Pc, der die eingestellte Haltung (W1, P1, R1) aufweist, an der zweiten Position P2 angeordnet ist. Als Nächstes bewegt die Steuereinheit 12 jedes der Handgelenke J4, J5 und J6 unabhängig durch die berechneten Unterschiede, mit anderen Worten ohne Koordination. In der jedes Gelenk steuernden Bewegung kann die Steuereinheit 12 die Handgelenke J4, J5 und J6 in einer Sequenz oder gleichzeitig bewegen.
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Aufgrund der gradlinigen Bewegung der Grundgelenke J1, J2 und J3 bewegt sich der Handgelenkmittelpunkt (WCP) in einer geraden Linie entlang einer Bewegungsbahn T', die zur gradlinigen Bewegungsbahn T parallel ist. Der WCP stellt einen Punkt dar, an dem die Achsen A4, A5 und A6 der Handgelenke J4, J5 und J6 einander überkreuzen. Außerdem bewegt sich als Folge der jedes Gelenk steuernden Bewegung der Handgelenke J4, J5 und J6 der Steuerpunkt Pc von der ersten Position P1 zur zweiten Position P2, während die Haltung (W, P, R) geändert wird, und gelangt an die zweite Position P2, die die eingestellte Haltung (W1, P1, R1) ist.
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Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Handgelenkeinheit 3 an der zweiten Position P2 ein singulärer Punkt oder nah einem singulären Punkt ist, der Steuerpunkt Pc zur zweiten Position P2 durch die jedes Gelenk steuernde Bewegung der Handgelenke J4, J5 und J6 bewegt. Da sich die Handgelenke J4, J5 und J6 ohne Koordination in der jedes Gelenk steuernden Bewegung bewegen, bewegt sich der Steuerpunkt Pc, während die Haltung geändert wird. Mit anderen Worten nimmt, während der Steuerpunkt Pc von der ersten Position P1 zur zweiten Position P2 bewegt wird, die Handgelenkeinheit 3 eine Haltung ein, die von einem singulären Punkt verschieden ist. Daher kann, während verhindert wird, dass die Handgelenkeinheit 3 einen singulären Punkt oder eine Nähe eines singulären Punktes erreicht, der Steuerpunkt Pc von der ersten Position P1 zur zweiten Position P2 bewegt werden.
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Es ist für die Bedienperson schwierig, singuläre Punkte eines beweglichen Roboters 2 zu erkennen, und daher kann der Roboter 2 an einen singulären Punkt gelangen. Nachdem der Roboter 2 an einem singulären Punkt angeordnet ist, verursacht eine plötzliche Bewegung eines bestimmten Gelenks einen Fehler und stoppt den Roboter 2. In einem solchen Fall muss die Bedienperson die zweite Position P2 zurücksetzen, so dass der Roboter 2 nicht über den singulären Punkt läuft. Eine solche Aufgabe ist für die Bedienperson mühsam und beeinflusst negativ die Arbeitseffizienz. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird automatisch bestimmt, ob die Handgelenkeinheit 3 an einen singulären Punkt gelangen würde oder nicht, und der Steuerpunkt Pc bewegt sich von der ersten Position P1 zur zweiten Position P2, während die Haltung der Handgelenkeinheit 3, die an einen singulären Punkt oder in die Nähe eines singulären Punktes gelangt, automatisch vermieden wird. Daher können Fehler vermieden werden und der Roboter 2 kann problemlos eingelernt werden.
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Wenn sich der Steuerpunkt Pc zur zweiten Position P2 hin bewegt, bewegt sich außerdem der WCP entlang einer geraden Linie durch die gradlinige Bewegung der Grundgelenke J1, J2 und J3. Auch wenn die Handgelenke J4, J5 und J6 eine jedes Gelenk steuernde Bewegung durchführen, weicht daher die Position des Steuerpunktes Pc nicht merklich von der gradlinigen Bewegungsbahn T ab, und die Bewegungsbahn des Steuerpunktes Pc nähert sich der gradlinigen Bewegungsbahn T. Daher kann der Steuerpunkt Pc im Wesentlichen entlang der gleichen Bewegungsbahn bewegt werden wie die durch die Bedienperson vorgesehene gradlinige Bewegungsbahn T.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann die Robotersteuerung 1 außerdem mit einer Benachrichtigungseinheit 13 ausgestattet sein, die eine Benachrichtigung generiert, dass die Entfernung von der gradlinigen Bewegungsbahn T zum Steuerpunkt Pc einen vorgegebenen Schwellenwert überschritten hat. Durch die Benachrichtigung von der Benachrichtigungseinheit 13 kann die Bedienperson erkennen, dass die Position des Steuerpunktes Pc von der gradlinigen Bewegungsbahn T über den Schwellenwert hinaus abgewichen ist, und kann, falls notwendig, die erste Position P1 und die zweite Position P2 auf andere Positionen zurücksetzen.
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Zum Beispiel berechnet während der jedes Gelenk steuernden Bewegung der Handgelenke J4, J5 und J6 die Steuereinheit 12 die dreidimensionale Position des Steuerpunktes Pc aus den Drehwinkeln der Gelenke J1 bis J6, die mit den Gebern detektiert wurden, und berechnet die Entfernung zum Steuerpunkt Pc von der gradlinigen Bewegungsbahn T. Wenn die berechnete Entfernung den Schwellenwert überschritten hat, benachrichtigt die Benachrichtigungseinheit 13 die Bedienperson über die Tatsache, dass die Entfernung den Schwellenwert überschritten hat, indem zum Beispiel ein Alarm ausgelöst wird. Die Steuereinheit 12 kann die Bewegung des Roboters 2 stoppen, wenn die Entfernung den Schwellenwert übersteigt.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann, wenn die Haltung der Handgelenkeinheit 3, wenn sich der Steuerpunkt Pc an der zweiten Position P2 befindet, ein singulärer Punkt ist, die Steuereinheit 12 die Position des Steuerpunktes Pc auf der gradlinigen Bewegungsbahn T bewahren und kann veranlassen, dass die Handgelenke J4, J5 und J6 eine jedes Gelenk steuernde Bewegung durchführen, so dass sich der Steuerpunkt Pc auf der gradlinigen Bewegungsbahn T zur zweiten Position P2 bewegt, während die Haltung geändert wird.
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Gemäß dieser Ausgestaltung wird verhindert, dass die Handgelenkeinheit 3 an einen singulären Punkt gelangt, und der Steuerpunkt Pc kann entlang der gleichen gradlinigen Bewegungsbahn T wie jene für die gradlinige Bewegung bewegt werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform veranlasst, wenn die Haltung der Handgelenkeinheit 3, wenn sich der Steuerpunkt Pc an der zweiten Position P2 befindet, ein singulärer Punkt ist, die Steuereinheit 12, dass die Grundgelenke J1, J2 und J3 eine gradlinige Bewegung durchführen; alternativ können, wenn es für die Bewegungsbahn des Steuerpunktes Pc von der ersten Position P1 zur zweiten Position P2 zulässig ist, beträchtlich von der gradlinigen Bewegungsbahn T abzuweichen, die Grundgelenke J1, J2 und J3 dazu gebracht werden, eine jedes Gelenk steuernde Bewegung durchzuführen.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist der Roboter 2 ein sechsachsiger vertikaler Knickarmroboter; alternativ kann der Roboter 2 ein vertikaler Knickarmroboter sein, der eine beliebige Anzahl von Achsen aufweist, oder kann ein Roboter sein, der eine andere Gelenkausgestaltung aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Robotersteuerung
- 2
- Roboter
- 3
- Gelenkeinheit
- 8
- Endeffektor
- 11
- Speichereinheit (Positionsinformation-Aufzeichnungseinheit)
- 12
- Steuereinheit
- 13
- Benachrichtigungseinheit
- J1, J2, J3
- Grundgelenke
- J4, J5, J6
- Handgelenke
- P1
- erste Position
- P2
- zweite Position
- Pc
- Steuerpunkt
- S
- singulärer Punktbereich
- T
- gradlinige Bewegungsbahn
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2016/135861 [0002]
- WO 2017/002208 [0002]
