DE112021003153T5

DE112021003153T5 - Robotersteuerung

Info

Publication number: DE112021003153T5
Application number: DE112021003153.8T
Authority: DE
Inventors: Kunihiko Harada
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2021-07-27
Publication date: 2023-04-27
Also published as: CN116133797A; JP7436675B2; US20230234225A1; JPWO2022025060A1; WO2022025060A1

Abstract

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Robotersteuervorrichtung bereitgestellt, welche die Positionierungsgenauigkeit eines Roboters verhältnismäßig einfach verbessern kann. Eine Robotersteuervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist auf: eine Positionsinformationserfassungseinheit, die Positionsinformationen erfasst, welche die tatsächliche Position eines Bezugspunkts an dem Ende eines Roboters mit einer Vielzahl von Antriebswellen angeben; eine Parameterspeichereinheit, die eine Vielzahl von Fehlerparametern speichert, die verwendet werden, um die genaue Position des Bezugspunkts aus einem Befehlswert für den Roboter zu berechnen; eine Empfindlichkeitsberechnungseinheit, die einen Empfindlichkeitswert berechnet, der die Größe des Änderungsbetrags der berechneten Position des Bezugspunkts in Bezug auf den Änderungsbetrag für jeden Fehlerparameter darstellt; eine Zielauswahleinheit, die auf Grundlage des Empfindlichkeitswerts einen durch die Parameterkorrektureinheit zu korrigierenden Fehlerparameter auswählt; und eine Parameterkorrektureinheit, die den zu korrigierenden Fehlerparameter auf Grundlage des Befehlswerts für den Roboter und der Positionsinformationen unter der Annahme korrigiert, dass andere Fehlerparameter als der zu korrigierende Fehlerparameter die Position des Bezugspunkts nicht beeinflussen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Robotersteuerung.
TECHNISCHER HINTERGRUND
In einem Knickarmroboter mit einer Vielzahl von Antriebsachsen wird die Position eines Bezugspunkts an einem distalen Ende des Roboters basierend auf der Distanz zwischen den Antriebsachsen (Verbindungslänge) und den Winkelpositionen der Antriebsachsen berechnet. In einem realen Roboter können jedoch verschiedene Faktoren einen Fehler zwischen einer Position des Bezugspunkts, die aus Winkelbefehlswerten für die Antriebsachsen berechnet wird, und einer Position des tatsächlich positionierten Bezugspunkts verursachen. Es wurde daher erwogen, einen Fehler zwischen einer theoretischen Position des Bezugspunkts, die den Befehlswerten für den Roboter entspricht, und einer tatsächlichen Position des Bezugspunkts unter Verwendung einer Vielzahl von Fehlerparametern zu kompensieren.
Ein Knickarmroboter weist eine große Anzahl an Fehlerfaktoren auf. Ein Einstellen von Fehlerparametern für jeden der Fehlerfaktoren erfordert daher eine beträchtliche Anzahl an Fehlerparametern. Des Weiteren wirken die Fehlerparameter nicht unabhängig voneinander, sondern sind zusammenhängend, um den endgültigen Positionierungsfehler zu beeinflussen. Wenn alle der großen Anzahl an Fehlerparametern unbekannte Variablen sind, können die Werte der Fehlerparameter nicht berechnet werden, ohne Positionierungsfehler für eine äußerst große Anzahl an Posen des Roboters tatsächlich zu messen. Um dies zu beheben, wurde vorgeschlagen, einen Prozess zu wiederholen, der Berechnen von Fehlerparametern basierend auf verhältnismäßig wenigen Informationen durch Auswählen einer Gruppe von Fehlerparametern aus einer Vielzahl von voreingestellten Parametergruppen aus einer großen Anzahl an Fehlerparametern und Bewerten, ob die berechneten Fehlerparameter zweckmäßig sind oder nicht, basierend auf einem tatsächlichen Positionierungsfehler umfasst (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2020-40165
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Bei dem in Patentdokument 1 offenbarten Verfahren hat die Eignung der voreingestellten Parametergruppen großen Einfluss auf die Genauigkeit der berechneten Fehlerparameter. Fehlerparameter, die einen wesentlichen Beitrag zum Erzielen einer genauen Berechnung der Position des Bezugspunkts leisten, variieren in Abhängigkeit davon, wie der Roboter verwendet wird. Es ist daher nicht einfach, Parametergruppen voreinzustellen, die bevorzugt zu korrigieren sind. Somit besteht ein Bedarf nach einer Technologie, die es ermöglicht, die Positionierungsgenauigkeit eines Roboters einfacher zu erhöhen.
Mittel zur Lösung der Probleme
Eine Robotersteuerung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist auf: eine Positionsinformationserfassungseinheit, die konfiguriert ist, Positionsinformationen zu erfassen, die eine tatsächliche Position eines Bezugspunkts an einem distalen Ende eines Roboters mit einer Vielzahl von Antriebsachsen angeben; eine Parameterspeichereinheit, die konfiguriert ist, eine Vielzahl von Fehlerparametern darin zu speichern, die zu verwenden sind, um eine exakte Position des Bezugspunkts aus Befehlswerten für den Roboter zu berechnen; eine Empfindlichkeitsberechnungseinheit, die konfiguriert ist, für jeden der Fehlerparameter einen Empfindlichkeitswert zu berechnen, der eine Größe einer Änderung einer rechnerischen Position des Bezugspunkts in Bezug auf eine Änderung des Fehlerparameters darstellt; eine Zielauswahleinheit, die konfiguriert ist, basierend auf den Empfindlichkeitswerten Korrekturziel-Fehlerparameter, die einer Korrektur zu unterziehen sind, aus der Vielzahl von Fehlerparametern auszuwählen; und eine Parameterkorrektureinheit, die konfiguriert ist, die Korrekturziel-Fehlerparameter basierend auf den Befehlswerten für den Roboter und den Positionsinformationen unter einer Annahme zu korrigieren, dass die anderen Fehlerparameter als die Korrekturziel-Fehlerparameter keine Auswirkung auf die Position des Bezugspunkts haben.
Wirkungen der Erfindung
Eine Robotersteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung ermöglicht es, die Positionierungsgenauigkeit eines Roboters verhältnismäßig einfach zu erhöhen.
Figurenliste

1 ist ein Schaubild zur Veranschaulichung einer Konfiguration eines Robotersystems, das eine Robotersteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist;
2 ist ein Schaubild zur Veranschaulichung eines Modells zur Erläuterung der Beziehung zwischen Positionen von Antriebsachsen eines Roboters und Posen eines Bezugspunkts; und
3 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung von Vorgehensweisen zur Fehlerparameterkorrektur in der Robotersteuerung in 1.

BEVORZUGTE BETRIEBSART ZUR VERWIRKLICHUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Schaubild zur Veranschaulichung einer Konfiguration eines Robotersystems S, das eine Robotersteuerung 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist.
Das Robotersystem S bearbeitet ein Werkstück W unter Verwendung eines Roboters 2, der gemäß einem Steuern der Robotersteuerung 1 arbeitet. Das Robotersystem S weist die Robotersteuerung 1, den Roboter 2, der durch die Robotersteuerung 1 gesteuert wird, und eine dreidimensionale Messvorrichtung 3 auf, welche die dreidimensionale Position eines Bezugspunkts an einem distalen Ende des Roboters 2 misst. Der Roboter 2 weist eine Vielzahl von Antriebsachsen auf. An dem distalen Ende des Roboters 2 ist ein Bearbeitungskopf 21 angeordnet, der ein Werkzeug T hält.
Die Robotersteuerung 1 weist eine Parameterspeichereinheit 11, eine Befehlswertberechnungseinheit 12, eine Positionsinformationserfassungseinheit 13, eine Empfindlichkeitsberechnungseinheit 14, eine Zielauswahleinheit 15, eine Parameterkorrektureinheit 16, eine Bewertungseinheit 17, eine Gewichtsbestimmungseinheit 18 und eine Programmerstellungseinheit 19 auf.
Die Robotersteuerung 1 kann durch Eingeben eines zweckmäßigen Steuerprogramms in eine Computervorrichtung mit zum Beispiel einer CPU und einem Speicher implementiert werden. Die oben erwähnten Konfigurationselemente sind im Hinblick auf Funktionen der Robotersteuerung 1 getrennt, müssen jedoch nicht eindeutig nach Funktion oder Programmstruktur voneinander unterscheidbar sein.
Die Parameterspeichereinheit 11 speichert darin eine Vielzahl von Fehlerparametern, die zu verwenden sind, um eine exakte Position des Bezugspunkts des Roboters 2 aus Befehlswerten zur Vorgabe einer gewünschten Position oder Geschwindigkeit jeder der Antriebsachsen des Roboters 2 zu berechnen. Die Fehlerparameter werden eingestellt, um die Differenz zwischen einer theoretisch berechneten Position (theoretischen Position) des Bezugspunkts und einer tatsächlich gemessenen Position (tatsächlichen Position) des Bezugspunkts zu kompensieren. Die theoretische Position wird zum Beispiel basierend auf dem Winkel jeder Antriebsachse des Roboters 2 und der Distanz zwischen den Antriebsachsen berechnet. Die tatsächliche Position ergibt sich aus einem eventuellen mechanischen Fehler des Roboters 2.
Die theoretische Position des Bezugspunkts wird durch Vorwärtskinematik des Roboters berechnet. Es ist bekannt, die theoretische Position unter Verwendung der Denavit-Hartenberg-Parameter (D-H-Parameter) zur Angabe relativer Beziehungen zwischen benachbarten Gelenkachsen zu berechnen. In einem in 2 dargestellten Beispiel wird eine Position x_i, y_i, z_i) einer xi-Achse in Bezug auf eine x_i-1-Achse berechnet, indem zunächst eine θ-Drehung um eine z_i-1-Achse und dann eine d-Translation entlang der z_i-1-Achse und dann eine Translation entlang der x_i-1 nach der Drehung und dann eine α-Drehung um die xi-Achse und dann eine β-Drehung um eine y_i-Achse herbeigeführt werden, wodurch die Position der xi-Achse bestimmt wird. Die oben erwähnten Bedeutungen von θ, d, a, α und β sind wie folgt und jeder Wert ist als Konstruktionswert des Roboters angegeben.

θ: Drehwinkel von der x_i-1-Achse zu der x_i-Achse (um die z_i-1-Achse)
d: Distanz von dem Ursprung des i - 1-Koordinatensystems zu dem Schnittpunkt der z_i-1-Achse und der x_i-1-Achse
a: Distanz von dem Schnittpunkt der z_i-1-Achse und der x_n-Achse zu dem Ursprung des i-Koordinatensystems
α: Drehwinkel von der z_i-1-Achse zu der z_i-Achse (um die x_i-Achse)
β: Drehwinkel von der z_i-1-Achse zu der z_i-Achse (um die y_i-Achse)

Es liegen jedoch Fehler zwischen den Konstruktionswerten und dem realen Roboter vor und für die oben beschriebenen fünf Konstruktionswerte sind fünf Fehlerparameter notwendig. θ ist der Drehbetrag in Bezug auf einen Geberausgang zum Antreiben jeder Achse und eine Bezugsposition davon ist ein Korrekturfaktor. Für einen sechsachsigen Knickarmroboter sind letztlich 6 Achsen × 5 = 30 Fehlerparameter notwendig, um die DH-Parameter zu korrigieren.
Des Weiteren weist, um eine Durchbiegung jeder Achse in Bezug auf ein Gravitationsmoment der Achse um die x-, die y- und die z-Achse zu korrigieren, jede Achse drei Federkonstanten als Fehlerparameter auf und (Gravitationsmoment × Federkonstante) wird zu den oben beschriebenen θ, α und β als Korrekturbetrag addiert.
Des Weiteren kann der Drehbetrag in Bezug auf den Geberausgang zum Antreiben jeder Achse ein Verhältnis (a) des Drehbetrags (y) zu dem Geberausgang (x) als Fehlerparameter (y = ax) aufweisen oder kann eine Vielzahl von winkelübertragungsbezogenen Fehlerparametern aufweisen, die durch Formulieren der Beziehung zwischen dem Geberausgang und dem Drehbetrag als Winkelübertragungs-Fehlermodell (y = ax + bcos (x)) erlangt werden, und die Fehlerparameter können zur Korrektur zu den oben beschriebenen θ, α und β addiert werden.
Die Befehlswertberechnungseinheit 12 berechnet Befehlswerte zur Vorgabe einer gewünschten Position oder Geschwindigkeit jeder der Antriebsachsen des Roboters 2, um das Werkzeug T entlang eines vorbestimmten Wegs zu bewegen, um das Werkstück W gemäß einem Programm zu bearbeiten. Das heißt, die Befehlswertberechnungseinheit 12 berechnet Befehlswerte derart, dass die Position, die unter Verwendung der in der Parameterspeichereinheit 11 gespeicherten Fehlerparameter berechnet wird, die durch das Programm angeforderte Position ist.
Die Positionsinformationserfassungseinheit 13 erfasst Positionsinformationen, die eine als die tatsächliche Position des Bezugspunkts an dem distalen Ende des Roboters 2 gemessene Position (gemessene Position) angeben. Üblicherweise kann die Positionsinformationserfassungseinheit 13 die Positionsinformationen von der dreidimensionalen Messvorrichtung 3 erfassen. Zusätzlich oder alternativ kann die Positionsinformationserfassungseinheit 13 die Positionsinformationen durch eine Berechnung basierend auf der Handlung des Beibringens einer richtigen Position durch einen Bediener erfassen. Konkret kann die Positionsinformationserfassungseinheit 13 als die gemessene Position eine Position des Bezugspunkts basierend auf einer rechnerischen Position (berechneten Position) des Bezugspunkts berechnen, die aus den Befehlswerten unter Verwendung der Fehlerparameter, und einem Betrag berechnet wird, um den der Bediener den Bezugspunkt von der Position des gemäß den Befehlswerten positionierten Bezugspunkts bewegt hat.
Die Empfindlichkeitsberechnungseinheit 14 berechnet für jeden der Fehlerparameter einen Empfindlichkeitswert, der die Größe (Empfindlichkeit) einer Änderung der rechnerischen Position des Bezugspunkts in Bezug auf eine Änderung des Fehlerparameters darstellt. Die Empfindlichkeitswerte können unabhängige Bewertungsergebnisse, Rangfolgen oder Rangwerte gruppierter Empfindlichkeiten sein.
Ein Vektor p, der die dreidimensionale Position eines Spitzenendes des Roboters darstellt, kann wie folgt unter Verwendung einer Funktion f dargestellt werden, die das oben beschriebene Fehlermodell berücksichtigt, wobei q ein Vektor ist, der die oben beschriebenen Fehlerparameter als Elemente davon aufweist. $p = f (q)$
Ein Vektor Δp, der den Betrag eines Versatzes zwischen der befohlenen Position und der gemessenen Position des Spitzenendes des Roboters darstellt, kann durch eine Summe von Linearkombinationen geringfügiger Variationen der einzelnen Fehlerparameter approximiert werden. Es sei angemerkt, dass JA eine Jacobische ist. $Δ p = (\partial p / \partial q) \cdot Δ q = JA \cdot Δ q$
Ein Lasertracker ermöglicht eine dreidimensionale Messung und somit ergeben sich drei Gleichungen aus einer einzelnen gemessenen Pose. Ein Anwenden der Vorgenannten auf eine Vielzahl von gemessenen Posen ergibt eine Jacobische D und einen Vektor Δr, der den Betrag eines Versatzes entsprechend jeder Pose darstellt, der wie folgt dargestellt wird. $Δ r = D \cdot Δ q$
Im Allgemeinen werden Fehlerparameter durch Lösen eines iterativen Schätzungsproblems zur Minimierung von Δr ermittelt.
Die Jacobische D wird wie folgt angegeben, wobei N die Anzahl an Gleichungen ist und M die Anzahl an Fehlerparametern ist.
$[D] = [\begin{matrix} D 11 & D 12 & \dots & D 1 m \\ D 21 & D 22 & \dots & D 2 m \\ ⋮ & ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ D n 1 & D n 2 & \dots & D n m \end{matrix}]$
Jedes Element von D stellt den Betrag eines Versatzes der Position des Spitzenendes bei der n-ten Messung von Messungen mit einem geringfügig variierten Fehlerparameter dar. Die Spaltenvektoren von D sind Empfindlichkeitsvektoren, die jeweiligen Fehlerparametern entsprechen. Der größte absolute Wert der Elemente (größter absoluter Wert - kleinster absoluter Wert) oder die Vektorgröße jedes der Empfindlichkeitsvektoren kann als Empfindlichkeitsindikator verwendet werden. In einem Fall, in dem eine Elastizität einer J1-Achse um die Z-Achse ein Fehlerparameter ist, welcher der ersten Spalte entspricht, ist zum Beispiel der größte absolute Wert (größter absoluter Wert - kleinster absoluter Wert) oder die Vektorgröße der ersten Spalte im Vergleich zu denen der anderen Spalten signifikant klein, solange eine Änderung eines Drehmoments der Z-Achse der J1-Achse in jeder gemessenen Pose signifikant klein ist. Der Fehlerparameter wird in diesem Fall aus der Fehlerparametergruppe ausgeschlossen.
In einer Situation, in der die Anzahl an Gleichungen größer ist als die Anzahl an Unbekannten, kann ein verallgemeinertes Problem der kleinsten Quadrate gelöst werden, indem [D]{p} = {q} in [D]^T[D]{p} = [D]^T{q} umgewandelt und die folgende Formel erlangt wird.
${[D]}^{T} [D] = [\begin{matrix} D 11 & D 12 & \dots & D 1 m \\ D 21 & D 22 & \dots & D 2 m \\ ⋮ & ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ D m 1 & D m 2 & \dots & D m m \end{matrix}]$
[D]^T[D] ist eine M × M-Matrix. Diese Spaltenvektoren können als Empfindlichkeitsvektoren definiert und in Indikatoren umgesetzt werden.
Des Weiteren ermöglicht eine Berechnung von inneren Produkten zwischen den Spaltenvektoren von [D]^T[D] eine Bestimmung einer Abhängigkeit zwischen Fehlerparametern. In einem Fall, in dem eine Elastizität der J1-Achse um die Z-Achse dem ersten Fehlerparameter entspricht und der zweite Fehlerparameter auf das Verhältnis zwischen dem Geberwert und dem Drehwinkel der J1-Achse bezogen ist, wird zum Beispiel das innere Produkt zwischen dem ersten und dem zweiten Spaltenvektor als 1 berechnet, solange eine Änderung des Geberwerts und eine Änderung des Drehmoments der J1-Achse um die Z-Achse in jeder gemessenen Pose proportional zueinander sind. Es ist bevorzugt, dass der Fehlerparameter in diesem Fall ebenso aus der Fehlerparametergruppe ausgeschlossen wird.
Alternativ können jegliche Fehlerparameter in [D]^T[D], deren Eigenwerte so klein sind, dass das Verhältnis zwischen dem größten Eigenwert und dem kleinsten Eigenwert kleiner als oder gleich einem konkreten Wert ist, aus der Fehlerparametergruppe ausgeschlossen werden.
Die Jacobische D kann berechnet werden, bevor die Positionsinformationen durch die Messung erlangt werden. Es ist daher möglich, vor Beginn der Messung Vorkenntnisse darüber zu erwerben, welche Fehlerparameter zu berechnen sind. In einer Situation, in der die Anzahl an Fehlerparametern, die berechnet werden können, signifikant gering ist, ist zum Beispiel die erwartungsgemäß zu erzielende Genauigkeit wahrscheinlich gering. Die vorgenannten Vorkenntnisse ermöglichen es in einer solchen Situation, im Voraus zu erwägen, die Anzahl an zu messenden Posen zu erhöhen.
Die Zielauswahleinheit 15 wählt basierend auf den durch die Empfindlichkeitsberechnungseinheit 14 berechneten Empfindlichkeitswerten Fehlerparameter aus, die durch die Parameterkorrektureinheit 16 zu berechnen sind. Die Zielauswahleinheit 15 kann eine konkrete Anzahl an Fehlerparametern in höheren Empfindlichkeitswert-Rängen auswählen oder kann Fehlerparameter auswählen, deren Empfindlichkeit größer als oder gleich einem konkreten Wert ist. Die Zielauswahleinheit 15 kann die Anzahl an auszuwählenden Fehlerparametern ebenso in Abhängigkeit von der Anzahl an Positionsinformationselementen erhöhen oder verringern, die zum Beispiel basierend auf einem Bearbeitungsprogramm zu erlangen sind.
Die Zielauswahleinheit 15 kann zu berechnende Fehlerparameter basierend auf für die jeweiligen Fehlerparameter eingestellten Gewichten bzw. Gewichtungen und den durch die Empfindlichkeitsberechnungseinheit 14 berechneten Empfindlichkeitswerten auswählen. Eine Gewichtung der durch die Empfindlichkeitsberechnungseinheit 14 berechneten Empfindlichkeitswerte trägt dazu bei, zweckmäßige Fehlerparameter schneller auszuwählen, wobei Fehlerparametern, die erwartungsgemäß eine größere Auswirkung hinsichtlich der Struktur des Roboters 2 haben, sowie Fehlerparametern, die zum Zeitpunkt der Erfassung der Positionsinformationen eine größere Auswirkung haben, eine höhere Korrekturpriorität eingeräumt wird.
Die Parameterkorrektureinheit 16 korrigiert die Fehlerparameter basierend auf den von der Befehlswertberechnungseinheit 12 an den Roboter 2 ausgegebenen Befehlswerten und den durch die Positionsinformationserfassungseinheit 13 erfassten Positionsinformationen. Die Parameterkorrektureinheit 16 korrigiert lediglich durch die Zielauswahleinheit 15 ausgewählte Korrekturziel-Fehlerparameter unter einer Annahme, dass die anderen Fehlerparameter als die Korrekturziel-Fehlerparameter keine Auswirkung auf die Position des Bezugspunkts des Roboters 2 haben.
Tatsächlich weist der Roboter 2 einen sehr komplexen Mechanismus auf. Um alle Fehlerfaktoren abzubilden, ist es daher notwendig, eine äußerst große Anzahl an Fehlerparametern zu verwenden. Da verschiedene Faktoren wie etwa die Struktur des Bearbeitungskopfs 21 und Bewegungsmuster des Roboters 2 den zu verursachenden Positionierungsfehler beeinflussen, können zweckmäßige Werte der Fehlerparameter zum Beispiel in Abhängigkeit von dem Bearbeitungsmodus oder der Konfiguration des Bearbeitungsprogramms variieren. Um richtige Werte für alle Fehlerparameter zu berechnen, ist es daher notwendig, den Roboter 2 zu veranlassen, Positionierungsbewegungen mit verschiedenen Bewegungsmustern vorzunehmen und eine große Anzahl an Positionsinformationselementen zu erfassen. In einem Beispiel, in dem der Roboter 2 ein sechsachsiger Knickarmroboter ist, übersteigt die Anzahl an Kombinationen von notwendigen Befehlswerten und Positionsinformationen 100.
Die Parameterkorrektureinheit 16 analysiert daher die Beziehung zwischen den Befehlswerten und der tatsächlich gemessenen Position (tatsächlichen Position) des Bezugspunkts, indem sie annimmt, dass lediglich die durch die Zielauswahleinheit 15 ausgewählten Fehlerparameter zu berechnende unbekannte Variablen sind und die anderen Fehlerparameter invariant (konstant bei den jeweiligen aktuellen Werten) sind. Basierend auf dieser Analyse korrigiert die Parameterkorrektureinheit 16 die Werte der durch die Zielauswahleinheit 15 ausgewählten Fehlerparameter, sodass die tatsächliche Position des Bezugspunkts aus den Befehlswerten genauer berechnet werden kann. Diese Konfiguration ermöglicht es, aus einer verhältnismäßig geringen Anzahl an Positionsinformationselementen einen Satz von Fehlerparametern zu gewinnen, die nicht unbedingt exakt sind, jedoch wirksam genug sind, um die Position des Bezugspunkts des Roboters 2 verhältnismäßig genau zu ermitteln.
In der Robotersteuerung 1 können die Empfindlichkeitsberechnungseinheit 14, die Zielauswahleinheit 15 und die Parameterkorrektureinheit 16 jedes Mal, wenn die Positionsinformationen erfasst werden, ihre jeweiligen Operationen durchführen. Das heißt, jedes Mal, wenn die Positionsinformationserfassungseinheit 13 die Positionsinformationen erfasst, kann die Empfindlichkeitsberechnungseinheit 14 die Empfindlichkeitswerte neu berechnen, die Zielauswahleinheit 15 kann Korrekturziel-Fehlerparameter neu auswählen und die Parameterkorrektureinheit 16 kann die Fehlerparameter korrigieren. Diese Konfiguration ermöglicht es, die Fehlerparameter schrittweise zu korrigieren, um sicherzustellen, dass die Fehlerparameter zweckmäßig sind.
Die Bewertungseinheit 17 bestimmt, ob ein Versatz zwischen der Position des Bezugspunkts, die aus den von der Befehlswertberechnungseinheit 12 an den Roboter 2 ausgegebenen Befehlswerten berechnet wird, und der Position des Bezugspunkts, die durch die durch die Positionsinformationserfassungseinheit 13 erfassten Positionsinformationen angegeben wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt oder nicht. Wenn die Bewertungseinheit 17 bestimmt, dass der Versatz zwischen der Position des Bezugspunkts, die aus einer Position aus 1 des Bezugspunkts des Roboters 2 berechnet wird, und der tatsächlich gemessenen Position des Bezugspunkts innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, wird die iterative Verarbeitung zur schrittweisen Korrektur der Fehlerparameter gestoppt, sodass die Zeit, die erforderlich ist, um einen Satz von wirksamen Fehlerparametern zu erlangen, reduziert werden kann. Die Fehlerparameterkorrektur kann zum Beispiel wieder aufgenommen werden, wenn ein vorbestimmtes Ereignis eintritt, wie etwa wenn der Betrieb des Robotersystems S gestoppt wird, wenn das Bearbeitungsprogramm geändert wird oder wenn ein Notstopp eintritt.
Die Gewichtsbestimmungseinheit 18 bestimmt Gewichte bzw. Gewichtungen in Abhängigkeit davon, was bei einem an dem Roboter 2 erfolgten Wartungsvorgang gemacht wurde. Die Gewichtsbestimmungseinheit 18 kann daher konfiguriert sein, eine Eingabe des Bedieners bezüglich dessen, was bei einem Wartungsvorgang gemacht wurde, zu empfangen. Zum Beispiel können sich in einem Fall, in dem ein Motor ausgetauscht wurde, auf den ausgetauschten Motor bezogene Fehlerfaktoren ändern, was dazu führen kann, dass diesbezügliche Fehlerparameter erheblich modifiziert werden müssen. Somit weist die Gewichtsbestimmungseinheit 18 den Empfindlichkeitswerten von Fehlerparametern, die aufgrund des Wartungsvorgangs wahrscheinlich modifiziert werden müssen, ein höheres Gewicht zu, was es ermöglicht, jedweden aus dem Wartungsvorgang resultierenden Positionierungsfehler schnell zu kompensieren. Die Gewichte der Empfindlichkeitswerte von Fehlerparametern können jedes Mal, wenn Messdaten erlangt werden, beibehalten und zwischen vor und nach dem Wartungsvorgang umgeschaltet werden, um Mechanismus-Fehlerparameter des Roboters nach dem Wartungsvorgang unter Verwendung der vor und nach dem Wartungsvorgang erlangten Messdaten zu berechnen.
Die Programmerstellungseinheit 19 erstellt ein Kalibrierungsprogramm, indem sie dem Bearbeitungsprogramm zur Durchführung einer Bearbeitung unter Verwendung des Roboters 2 eine Anweisung zum Veranlassen der Positionsinformationserfassungseinheit 13, die Positionsinformationen zu erfassen, hinzufügt. Das heißt, das Robotersystem S kann die Fehlerparameter berechnen und gleichzeitig eine Bearbeitung gemäß dem Kalibrierungsprogramm durchführen. Somit werden die Korrekturziel-Fehlerparameter basierend auf empfindlichen Werten ausgewählt, die während eines tatsächlichen Bearbeitungsvorgangs bestimmt werden. Es ist daher möglich, die Positionierungsgenauigkeit zuverlässig zu erhöhen und somit die Bearbeitungsgenauigkeit zu erhöhen.
Der Roboter 2 ist üblicherweise ein vertikaler Knickarmroboter, kann jedoch ein anderer Typ von Roboter wie etwa ein SCARA-Roboter, ein Parallelgelenkroboter oder ein Roboter mit kartesischen Koordinaten sein. Der Roboter 2 kann an dem distalen Ende davon eine Markierung aufweisen, die durch die dreidimensionale Messvorrichtung 3 erkannt werden kann.
Der Bearbeitungskopf 21 des Roboters 2 kann das Werkzeug T halten, das zum Beispiel ein Drehschneidwerkzeug ist, und einen Antriebsmechanismus aufweisen, der das Werkzeug T antreibt (zum Beispiel dreht). Der Bearbeitungskopf 21 kann zum Beispiel ein Laser-Bearbeitungskopf sein.
Beispiele von Vorrichtungen, die als die dreidimensionale Messvorrichtung 3 verwendbar sind, umfassen eine Vorrichtung, welche die dreidimensionale Form einer Oberfläche eines Objekts zum Beispiel unter Verwendung eines Lasers misst.
3 zeigt Vorgehensweisen der Fehlerparameterkorrektur durch die Robotersteuerung 1. Die Fehlerparameterkorrektur wird durch ein Verfahren implementiert, das einen Positionierungsschritt (Schritt S1), einen Empfindlichkeitswertberechnungsschritt (Schritt S4), einen Korrekturzielauswahlschritt (Schritt S5), einen Positionsinformationserfassungsschritt (Schritt S2), einen Parameterkorrekturschritt (Schritt S6) und einen Bewertungsschritt (Schritt S3) umfasst.
In dem Positionierungsschritt, der Schritt S1 ist, berechnet die Befehlswertberechnungseinheit 12 Befehlswerte zur Positionierung des Roboters 2 gemäß einem durch die Programmerstellungseinheit 19 erstellten Kalibrierungsprogramm.
In dem Empfindlichkeitswertberechnungsschritt, der Schritt S2 ist, berechnet die Empfindlichkeitsberechnungseinheit 14 jeweils Empfindlichkeitswerte für alle Fehlerparameter basierend auf den Befehlswerten und Positionsinformationen.
In dem Korrekturzielauswahlschritt, der Schritt S3 ist, wählt die Zielauswahleinheit 15 als Korrekturziel-Fehlerparameter Fehlerparameter in höheren Empfindlichkeitswert-Rängen aus.
In dem Positionsinformationserfassungsschritt, der Schritt S4 ist, erfasst die Positionsinformationserfassungseinheit 13 Positionsinformationen des Bezugspunkts des Roboters 2. Mit anderen Worten misst die Positionsinformationserfassungseinheit 13 die dreidimensionale Position des Bezugspunkts.
In dem Parameterkorrekturschritt, der Schritt S5 ist, korrigiert die Parameterkorrektureinheit 16 die in dem Korrekturzielauswahlschritt ausgewählten Fehlerparameter, sodass die berechnete Position näher an der tatsächlich gemessenen Position liegt. Mit anderen Worten modifiziert die Parameterkorrektureinheit 16 die Werte der Fehlerparameter, die in der Parameterspeichereinheit 11 gespeichert sind.
In dem Bewertungsschritt, der Schritt S6 ist, bewertet die Bewertungseinheit 17, ob ein Versatz zwischen der berechneten Position des Bezugspunkts des Roboters 2, die unter Verwendung der aktuell in der Parameterspeichereinheit 11 gespeicherten Fehlerparameter basierend auf den durch die Befehlswertberechnungseinheit 12 berechneten Befehlswerten berechnet wird, und der tatsächlich gemessenen Position des Bezugspunkts, die durch die durch die Positionsinformationserfassungseinheit 13 erfassten Positionsinformationen angegeben wird, innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt oder nicht. Wenn der Versatz zwischen der berechneten Position und der tatsächlich gemessenen Position innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, werden die in der Parameterspeichereinheit 11 gespeicherten Fehlerparameter als zweckmäßig angesehen und die Verarbeitung wird beendet. Wenn der Versatz zwischen der berechneten Position und der tatsächlich gemessenen Position nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S1 zurück und die oben beschriebenen Schritte werden wiederholt. Bei der Rückkehr zu Schritt S1 erfolgt die Fehlerparameterkorrektur mit erfassten neuen Positionsinformationen erneut. Somit können die Fehlerparameter auf zweckmäßigere Werte modifiziert werden und die Positionierungsgenauigkeit des Roboters kann schrittweise erhöht werden.
Wie oben beschrieben kann, da die Robotersteuerung 1 als Korrekturziel-Fehlerparameter lediglich eine geringe Anzahl an Fehlerparametern verwendet, die durch die Zielauswahleinheit 15 ausgewählt werden, die Robotersteuerung 1 verhältnismäßig genaue Fehlerparameter unter Verwendung einer verhältnismäßig geringen Anzahl an Positionsinformationselementen erlangen. Das heißt, die Robotersteuerung 1 kann die Positionierungsgenauigkeit des Roboters 2 verhältnismäßig einfach erhöhen.
Obschon eine Ausführungsform der Robotersteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung oben beschrieben wurde, ist der Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt. Die vorgenannten Wirkungen der vorstehenden Ausführungsform sind lediglich eine Liste der am meisten bevorzugten Wirkungen, die sich aus der Robotersteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung ergeben. Wirkungen, die durch die Robotersteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung erzielt werden, sind nicht auf die vorgenannten Wirkungen der vorstehenden Ausführungsform beschränkt.
In der Robotersteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung sind die Bewertungseinheit, die Gewichtsbestimmungseinheit und die Programmerstellungseinheit optionale Konfigurationselemente und können somit entfallen.
Die Robotersteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf das Steuern eines Roboters beschränkt, der einen Bearbeitungskopf aufweist, und ist zum Beispiel ebenso auf einen Roboter anwendbar, der Werkstücke handhabt.
Bezugszeichenliste

1: Robotersteuerung
11: Parameterspeichereinheit
12: Befehlswertberechnungseinheit
13: Positionsinformationserfassungseinheit
14: Empfindlichkeitsberechnungseinheit
15: Zielauswahleinheit
16: Parameterkorrektureinheit
17: Bewertungseinheit
18: Gewichtsbestimmungseinheit
19: Programmerstellungseinheit
2: Roboter
21: Bearbeitungskopf
3: Dreidimensionale Messvorrichtung
S: Robotersystem
T: Werkzeug
W: Werkstück

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 202040165 [0004]

Claims

Robotersteuerung, aufweisend: eine Positionsinformationserfassungseinheit, die konfiguriert ist, Positionsinformationen zu erfassen, die eine tatsächliche Position eines Bezugspunkts an einem distalen Ende eines Roboters mit einer Vielzahl von Antriebsachsen angeben; eine Parameterspeichereinheit, die konfiguriert ist, eine Vielzahl von Fehlerparametern darin zu speichern, die zu verwenden sind, um eine exakte Position des Bezugspunkts aus Befehlswerten für den Roboter zu berechnen; eine Empfindlichkeitsberechnungseinheit, die konfiguriert ist, für jeden der Fehlerparameter einen Empfindlichkeitswert zu berechnen, der eine Größe einer Änderung einer rechnerischen Position des Bezugspunkts in Bezug auf eine Änderung des Fehlerparameters darstellt; eine Zielauswahleinheit, die konfiguriert ist, basierend auf den Empfindlichkeitswerten Korrekturziel-Fehlerparameter aus der Vielzahl von Fehlerparametern auszuwählen; und eine Parameterkorrektureinheit, die konfiguriert ist, die Korrekturziel-Fehlerparameter basierend auf den Befehlswerten für den Roboter und den Positionsinformationen unter einer Annahme zu korrigieren, dass die anderen Fehlerparameter als die Korrekturziel-Fehlerparameter keine Auswirkung auf die Position des Bezugspunkts haben.
Robotersteuerung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Bewertungseinheit, die konfiguriert ist, zu bestimmen, ob ein Versatz zwischen der Position des Bezugspunkts, die unter Verwendung der Fehlerparameter berechnet wird, und der Position des Bezugspunkts, die durch die Positionsinformationen angegeben wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt oder nicht, wobei die Empfindlichkeitsberechnungseinheit, die Zielauswahleinheit und die Parameterkorrektureinheit ihre jeweiligen Operationen jedes Mal durchführen, wenn die Positionsinformationen erfasst werden.
Robotersteuerung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Bewertungseinheit, die konfiguriert ist, zu bestimmen, ob ein Versatz zwischen der Position des Bezugspunkts, die aus den Befehlswerten berechnet wird, und der Position des Bezugspunkts, die durch die Positionsinformationen angegeben wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt oder nicht, wobei die Empfindlichkeitsberechnungseinheit, die Zielauswahleinheit und die Parameterkorrektureinheit ihre jeweiligen Operationen jedes Mal durchführen, wenn die Positionsinformationen erfasst werden, und ihre jeweilige Verarbeitung stoppen, wenn die Bewertungseinheit bestimmt, dass der Versatz innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt.
Robotersteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Positionsinformationserfassungseinheit die tatsächliche Position des Bezugspunkts basierend auf der aus den Befehlswerten berechneten Position des Bezugspunkts und einem Betrag berechnet, um den ein Bediener den Bezugspunkt von der Position des gemäß den Befehlswerten positionierten Bezugspunkts bewegt hat.
Robotersteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend eine Programmerstellungseinheit, die konfiguriert ist, ein Kalibrierungsprogramm zu erstellen, indem sie einem Bearbeitungsprogramm zur Durchführung einer Bearbeitung unter Verwendung des Roboters eine Anweisung zum Veranlassen der Positionsinformationserfassungseinheit, die Positionsinformationen zu erfassen, hinzufügt, wobei die Fehlerparameter berechnet werden, während die Bearbeitung gemäß dem Kalibrierungsprogramm erfolgt.
Robotersteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zielauswahleinheit die Fehlerparameter basierend auf für die jeweiligen Fehlerparameter eingestellten Gewichten und den Empfindlichkeitswerten einstuft.
Robotersteuerung nach Anspruch 6, ferner aufweisend eine Gewichtsbestimmungseinheit, die konfiguriert ist, die Gewichte in Abhängigkeit davon zu bestimmen, was bei einem an dem Roboter erfolgten Wartungsvorgang gemacht wurde.