DE112021004704T5

DE112021004704T5 - Befehlswert-Korrekturvorrichtung und Robotersystem

Info

Publication number: DE112021004704T5
Application number: DE112021004704.3T
Authority: DE
Inventors: Kunihiko Harada
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2023-06-29
Also published as: JPWO2022131172A1; CN116669910A; WO2022131172A1; US20230364793A1; TW202224874A

Abstract

Es wird eine Befehlswert-Korrekturvorrichtung bereitgestellt, die den Positionierungsfehler eines Roboters reduzieren kann. Eine Befehlswert-Korrekturvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung korrigiert einen Befehlswert zum Lenken der Orientierung eines Gelenkroboters, der ein Spitzenende eines Arms positioniert, der eine Vielzahl von Gelenken aufweist, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Robotermodell-Einstelleinheit, die ein Robotermodell einstellt, das den Gelenkroboter mit einem elastisch verformbaren Modell darstellt; eine Trägermodell-Einstelleinheit, die ein Trägermodell einstellt, das einen Träger, an dem der Gelenkroboter befestigt ist, mit einem elastisch verformbaren Modell darstellt; eine Kraftberechnungseinheit, die eine Kraft berechnet, die durch das Gewicht des Gelenkroboters auf den Träger wirkt, wenn die Ausrichtung des Gelenkroboters vor der Korrektur dem Befehlswert folgt; und eine Korrektureinheit, die den Befehlswert korrigiert, um eine elastische Verformung des Trägermodells aufgrund der von der Kraftberechnungseinheit berechneten Kraft aufzuheben.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Befehlswert-Korrekturvorrichtung und ein Robotersystem.
HINTERGRUND
Es ist ein System weit verbreitet, das einen Gelenkroboter verwendet, der eine Vielzahl von Abschnitten (Gliedern) umfasst, die über Gelenke (Verbindungen) mit Antriebswellen verbunden sind, und der so konfiguriert ist, dass ein Winkel für eine Antriebswelle in Übereinstimmung mit einem Befehlswert definiert ist, um ein Zielobjekt, beispielsweise ein Werkstück oder ein Werkzeug, zu positionieren. Bei einem Gelenkroboter wird die Ausrichtung (Position und Richtung) eines Zielobjekts aus Streckenlängen und Wellenwinkeln berechnet. Unter anderem aufgrund der Durchbiegung eines Abschnitts können jedoch Fehler zwischen der berechneten Ausrichtung eines Zielobjekts und der tatsächlichen Ausrichtung des Zielobjekts auftreten.
Um einen solchen Fehler zu reduzieren, wurde vorgeschlagen, ein Modell zu erstellen, das jeden Abschnitt eines Roboters als Feder darstellt und einen Betrag der Durchbiegung berechnet, der der Ausrichtung des Roboters zugehört, um dadurch einen Befehlswert so zu korrigieren, dass es möglich ist, ein Zielobjekt genau zu positionieren (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2002-307344
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Durch die Erfindung zu lösende Aufgabenstellung
Bei der Verwendung eines großen Gelenkroboters kommt es auch zu einer Durchbiegung eines Trägers, beispielsweise des Bodens, eines Trägers oder eines Gestells, an dem der Roboter befestigt ist, und kann eine Ursache für einen Positionierungsfehler eines Zielobjekts sein. In Anbetracht solcher tatsächlichen Umstände ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Befehlswert-Korrekturvorrichtung und ein Robotersystem vorzusehen, die Positionierungsfehler für einen Roboter reduzieren können.
Mittel zur Lösung der Aufgabe
Eine Befehlswert-Korrekturvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Befehlswert-Korrekturvorrichtung zum Korrigieren eines Befehlswertes zum Anweisen einer Orientierung eines Gelenk-Roboters, der ein Spitzenende eines Arms mit einer Vielzahl von Gelenken positioniert. Die Befehlswert-Korrekturvorrichtung umfasst: eine Robotermodell-Einstelleinheit, die ein Robotermodell einstellt, das den Gelenkroboter durch ein elastisch verformbares Modell repräsentiert; eine Trägermodell-Einstelleinheit, die so konfiguriert ist, dass sie ein Trägermodell einstellt, das einen Träger repräsentiert, an dem der Gelenkroboter befestigt ist, durch ein elastisch verformbares Modell; eine Kraftberechnungseinheit, die eine Kraft berechnet, die auf den Träger entsprechend dem Gewicht des Gelenkroboters in einem Fall wirkt, in dem die Ausrichtung des Gelenkroboters mit dem Befehlswert vor der Korrektur übereinstimmt; und eine Korrektureinheit, die den Befehlswert in einer solchen Weise korrigiert, dass ein Betrag der elastischen Verformung des Trägermodells aufgehoben wird, der eine elastische Verformung für das Trägermodell aufgrund der von der Kraftberechnungseinheit berechneten Kraft ist.
Auswirkungen der
Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Positionierungsfehler eines Roboters zu reduzieren.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration eines Robotersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für die Einstellung eines Robotermodells in dem Robotersystem in 1 zeigt;
3 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für die Einstellung eines Trägermodells in dem Robotersystem in 1 zeigt;
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Korrektur von Befehlswerten in dem Robotersystem in 1 veranschaulicht; und
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Fehlermodellkorrektur in dem Robotersystem in 1 veranschaulicht.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration eines Robotersystems 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Das Robotersystem 1 ist mit einem Gelenkroboter 10, einem Träger 20, einer Robotersteuervorrichtung 30, einer Befehlswert-Korrekturvorrichtung 40 und einer dreidimensionalen Messvorrichtung 50 versehen.
Als Gelenkroboter 10 wird typischerweise ein vertikaler Gelenkroboter verwendet; der Gelenkroboter 10 kann jedoch auch ein horizontaler Gelenkroboter sein. Insbesondere hat der Gelenkroboter 10 einen Arm 11, der eine Vielzahl von Abschnitten (Gliedern) umfasst, die miteinander verbunden sind, und eine Vielzahl von Antriebswellen, die einen relativen Winkel zwischen benachbarten Abschnitten bestimmen, und führt eine Positionierung durch, die die Position und Richtung eines Spitzenendes 12 bestimmt, das zum Arm 11 gehört.
Der Gelenkroboter 10 wird verwendet, um ein Zielobjekt W an dem Spitzenende 12 zu halten und das Zielobjekt W zu positionieren. Beispielsweise kann das Zielobjekt W unter anderem ein Schneidwerkzeug, ein Laserkopf, eine Vorrichtung oder ein Werkstück (ein zu bearbeitender, zu prüfender oder ähnlicher Gegenstand) sein. Für den Gelenkroboter 10 wird normalerweise ein Positionierungsvorgang in einem Roboterkoordinatensystem gesteuert, in dem ein am Träger 20 befestigtes Basisende 13 als Referenz festgelegt ist.
Aufgrund der elastischen Verformung durch jeden Abschnitt und der elastischen Verformung durch einen internen Mechanismus, der zu einer Antriebswelle gehört, kann für den Gelenkroboter 10 ein Positionierungsfehler entstehen, bei dem die Position des Spitzenendes 12 von einer theoretischen Position abweicht, die aus der konstruierten Form jedes Abschnitts und der kontrollierten Winkelposition der Antriebswelle berechnet wird.
Der Träger 20 ist ein Element, das den Gelenkroboter 10 abstützt und kann beispielsweise aus einem Boden, einer Säule, einem Balken, einem Betonfundament, einem Bock oder einer Kombination davon bestehen und zudem einen Verbinder, beispielsweise einen Bolzen, umfassen. Ein Referenzstützpunkt 21 wird auf dem Träger 20 als eine Position festgelegt, die den Gelenkroboter 10 stützt. Als spezifisches Beispiel kann der Referenzstützpunkt 21 als Mittelpunkt einer Stoßfläche mit dem Basisende 13 des Gelenkroboters 10 festgelegt werden.
Der Träger 20 verformt sich elastisch, wenn auch nur geringfügig, als Reaktion auf eine Betätigung des Gelenkroboters 10 und kann dazu führen, dass sich der Referenzstützpunkt 21 bewegt und eine Richtungsänderung erfährt, bezogen auf einen unbeweglichen Punkt, der sich in einem Weltkoordinatensystem befindet, das eine absolute Position zur Positionierung des Zielobjekts W darstellt. Beispielsweise ist in einem Fall, in dem das Zielobjekt W ein Schneidwerkzeug ist, das Weltkoordinatensystem ein Koordinatensystem, in dem ein durch das Zielobjekt W zu schneidendes Werkstück fixiert ist. Selbst wenn die Änderung der Position und der Richtung des Referenzträgerpunktes 21 sehr gering ist, kann eine solche elastische Verformung aufgrund der Neigung des gesamten Gelenkroboters 10 dazu führen, dass sich die Position und die Richtung des Spitzenendes 12 am Gelenkroboter 10 in einem Ausmaß ändert, das nicht ignoriert werden kann.
Die Robotersteuervorrichtung 30 ist ein bekanntes Bauteil, das eine Programmspeichereinheit 31 umfasst, die ein Betriebsprogramm zum Bestimmen eines Betriebs durch den Gelenkroboter 10 speichert, und einen Befehlswert erzeugt, der Winkelpositionen bestimmt, die für jeweilige Antriebswellen erforderlich sind, um das Spitzenende 12 des Gelenkroboters 10 in Übereinstimmung mit dem in der Programmspeichereinheit 31 gespeicherten Betriebsprogramm zu positionieren. Beispielsweise kann die Robotersteuervorrichtung 30 konfiguriert werden, indem ein Computer, der unter anderem einen Speicher, eine CPU und eine Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle aufweist, veranlasst wird, ein entsprechendes Steuerprogramm auszuführen.
Die Befehlswert-Korrekturvorrichtung 40 korrigiert einen von der Robotersteuervorrichtung 30 erzeugten Befehlswert derart, dass ein Positionierungsfehler aufgrund einer elastischen Verformung durch den Gelenkroboter 10 und den Träger 20 kompensiert wird. Mit anderen Worten: Im Robotersystem 1 arbeitet der Gelenkroboter 10 in Übereinstimmung mit einem Befehlswert, der von der Befehlswert-Korrekturvorrichtung 40 korrigiert wird, nachdem er von der Robotersteuervorrichtung 30 erzeugt wurde. Die Befehlswert-Korrekturvorrichtung 40 ist selbst eine Ausführungsform einer Befehlswert-Korrekturvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Beispielsweise kann die Befehlswert-Korrekturvorrichtung 40 konfiguriert werden, indem ein Computer, der unter anderem einen Speicher, eine CPU und eine Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle aufweist, veranlasst wird, ein entsprechendes Steuerprogramm auszuführen. Obwohl die Befehlswert-Korrekturvorrichtung 40 durch einen unabhängigen Computer konfiguriert werden kann, wird sie normalerweise integral mit der Robotersteuervorrichtung 30 konfiguriert. Mit anderen Worten, die Befehlswert-Korrekturvorrichtung 40 kann als eine Funktion in einem Computer realisiert werden, der die Robotersteuervorrichtung 30 konfiguriert. Die Robotersteuervorrichtung 30, die Befehlswert-Korrekturvorrichtung 40 und ihre jeweiligen Komponenten sind in Bezug auf die jeweilige Funktionalität klassifiziert und müssen keine Komponenten sein, die in Bezug auf die Programmstruktur und die physische Konfiguration eindeutig klassifiziert werden können.
Die Befehlswert-Korrekturvorrichtung 40 weist eine Robotermodell-Einstelleinheit 41, eine Trägermodell-Einstelleinheit 42, eine Anfangswert-Eingabeeinheit 43, eine Kraftberechnungseinheit 44, eine Korrektureinheit 45, eine Verformungsbetrag-Erfassungseinheit 46, eine Trägermodell-Korrektureinheit 47, eine Messausrichtungs-Befehlseinheit 48 und eine Robotermodell-Korrektureinheit 49 auf.
Wie in 2 beispielhaft dargestellt, stellt die Robotermodell-Einstelleinheit 41 ein Robotermodell Mr ein, das den Gelenkroboter 10 unter Verwendung einer Mehrzahl von Gliedern (Abschnitten) L1, L2, L3, L4 und L5 und einer Mehrzahl von Gelenken (Verbindungen) J1, J2, J3, J4, J5 und J6, die benachbarte Glieder L1, L2, L3, L4, L5 verbinden, darstellt. Es ist möglich, das Robotermodell Mr nach einer bekannten Methode wie beispielsweise der Methode von Denavit und Hartenberg (DH) zu bestimmen. Die Glieder L1, L2, L3, L4, L5 sind Federn, die sich auf Biegung verformen können, und die Gelenke J1, J2, J3, J4, J5, J6 sind Federn, die sich auf Torsion verformen können. Das Robotermodell Mr kann im Voraus für jedes Produkt des Gelenkroboters 10 als Standardvorgabe für die Befehlswert-Korrekturvorrichtung 40 festgelegt werden.
Die Trägermodell-Einstelleinheit 42 stellt ein Trägermodell Ms ein, das durch ein elastisch verformbares Modell den Träger 20 darstellt, an dem der Gelenkroboter 10 befestigt ist. In einem Fall, in dem der Träger 20 eine Basis ist, wie in 1 dargestellt, kann das Trägermodell Ms als eine einzelne Feder dargestellt werden, wie in 2 dargestellt. Wie jedoch in 3 beispielhaft dargestellt, kann das Trägermodell Ms in Übereinstimmung mit der Konfiguration des Trägers 20 als eine Kombination mehrerer Federn dargestellt werden, die mindestens einen Gelenkpunkt aufweisen, der sich in einer Richtung parallel zu einer auf den Träger 20 wirkenden Kraft bewegt oder dreht. Mit anderen Worten, das Trägermodell Ms kann auf ein Modell eingestellt werden, das eine Feder umfasst, die eine Druck- oder Zugverformung erfährt, und eine Feder, die eine Biegeverformung erfährt.
In dem Beispiel in 3 ist das Trägermodell Ms als Glieder definiert, die von einem Ursprung P0 in dem Roboterkoordinatensystem, in dem der Gelenkroboter 10 arbeitet, verbunden sind. Neben dem Ursprung P0 hat das Trägermodell Ms drei Gelenkpunkte P1, P2, P3, die in der Reihenfolge vom Ursprung P0 aus gesetzt werden. In diesem Beispiel sind die Positionen der Gelenkpunkte P1, P2, P3 durch Koordinaten im Roboterkoordinatensystem des Gelenkroboters 10 definiert. Genauer gesagt wird jeder der Gelenkpunkte P1, P2, P3 jeweils durch Position und Richtung in einem XYZWPR-Format im Roboterkoordinatensystem bestimmt, und für jede Achsrichtung wird eine Federkonstante für eine Verbindung zwischen dem jeweiligen der Gelenkpunkte P1, P2, P3 und einem vorherigen Gelenkpunkt festgelegt. Das Trägermodell Ms kann unter anderem von einem Systemadministrator zum Zeitpunkt der Systeminstallation für jedes Robotersystem 1 einzeln eingestellt werden.
In einem anderen Beispiel kann die Trägermodell-Einstelleinheit 42 das Trägermodell Ms als eine Referenztabelle definieren, die für jede Kraftkategorie, die auf den Träger 20 wirkt, einen repräsentativen Wert für einen Betrag der elastischen Verformung durch den Träger 20 bestimmt. Insbesondere kann das Trägermodell Ms eine Referenztabelle sein, die die Größe eines Kraftmoments, das auf den Ursprung P0 wirkt, mit einem Betrag der elastischen Verformung verbindet, d.h. einem theoretischen Betrag der Bewegung durch das Spitzenende 12 für vor und nach der Korrektur des Befehlswerts.
Die Anfangswert-Eingabeeinheit 43 gibt der Trägermodell-Einstelleinheit 42 einen Anfangswert vor, der für einen Parameter in einem Fehlermodell wie in 3 beispielhaft dargestellt ist. Obwohl die Anfangswert-Eingabeeinheit 43 eine Eingabe von einer Vorrichtung, wie beispielsweise einer Tastatur, akzeptieren kann, kann sie so konfiguriert sein, dass sie einen Fehlermodell-Anfangswert einliest, der von einem externen Computer C erzeugt wurde. Es ist möglich, vergleichsweise einfach und genau ein Fehlermodell zu erstellen, indem eine Offline-Simulationssoftware verwendet wird, die von dem Computer C ausgeführt werden kann und zur Erstellung eines Modells des Trägers 20 dient. Darüber hinaus wird es durch eine solche Konfiguration, dass der externe Computer C verwendet wird, um das Fehlermodell zu konstruieren, einfach, die Robotersteuervorrichtung 30 und die Befehlswert-Korrekturvorrichtung 40 integral zu konfigurieren, das heißt, einer herkömmlichen Robotersteuervorrichtung eine Funktionalität für die Befehlswert-Korrekturvorrichtung 40 hinzuzufügen.
Die Kraftberechnungseinheit 44 berechnet eine auf den Träger 20 wirkende Kraft für den Fall, dass der Gelenkroboter 10 vor der Korrektur eine Orientierung eingenommen hat, die einem Befehlswert entspricht. Genauer gesagt berechnet die Kraftberechnungseinheit 44 eine Rotationskraft, d.h. ein Kraftmoment, das auf den Gelenkpunkt P0 und folglich auf die Gelenkpunkte P1, P2, P3 im Trägermodell Ms aufgrund der Gewichtung des Gelenkroboters 10 und des Trägers 20 in einem Fall wirkt, in dem der Gelenkroboter 10 in einer mit einem Befehlswert übereinstimmenden Ausrichtung stationär ist. Weiterhin kann die Kraftberechnungseinheit 44 eine Kraft (Druck-/Zugkraft) berechnen, die auf die Gelenkpunkte P0, P1, P2, P3 in translatorischer Richtung wirkt. Darüber hinaus ist es wünschenswert, dass die Kraftberechnungseinheit 44 einzelne Kräfte berechnet, die auf die Gelenke J1, J2, J3, J4, J5, J6 im Robotermodell Mr wirken.
Die Korrektureinheit 45 korrigiert einen von der Robotersteuervorrichtung 30 eingegebenen BEFEHLSWERT derart, dass die elastische Verformung für das Trägermodell Ms aufgrund der von der Kraftberechnungseinheit 44 berechneten Kraft aufgehoben wird. Vorzugsweise korrigiert die Korrektureinheit 45 einen von der Robotersteuervorrichtung 30 eingegebenen Befehlswert derart, dass zusätzlich zu dem Trägermodell Ms auch die elastische Verformung für das Robotermodell Mr aufgehoben wird.
Die Korrektureinheit 45 kann in einer Konfiguration mit einer Berechnungseinheit für die Roboterverformung, einer Berechnungseinheit für die Verformung des Trägermodells, einer Fehlerberechnungseinheit und einer Einheit für die Neuberechnung des Befehlswerts eingerichtet werden.
Die Berechnungseinheit für die Roboterverformung berechnet die Beträge der elastischen Verformung für die Glieder L1, L2, L3, L4, L5 und die Gelenke J1, J2, J3, J4, J5, J6 im Robotermodell Mr für einen Fall, in dem die Ausrichtung des Gelenkroboters 10 mit einem Befehlswert vor der Korrektur übereinstimmt. Obwohl der Betrag der elastischen Verformung für das Robotermodell Mr nach einer bekannten Methode berechnet wird, wird er typischerweise auf der Grundlage von Kräften berechnet, die jeweils auf die Gelenke J1, J2, J3, J4, J5, J6 wirken und von der Kraftberechnungseinheit 44 berechnet werden.
Die Berechnungseinheit für die Verformung des Trägermodells berechnet aus den von der Kraftberechnungseinheit 44 berechneten Kräften einen Betrag der elastischen Verformung des Trägermodells Ms (auch als „Betrag der elastischen Verformung des Trägermodells“ bezeichnet). Mit anderen Worten, aus den von der Kraftberechnungseinheit 44 berechneten Kräften, die auf P1, P2 und P3 einwirken, sowie den Federkonstanten zwischen den Gelenkpunkten, die von der Trägermodell-Einstelleinheit 42 eingestellt werden, berechnet die Trägermodell-Verformungsberechnungseinheit die jeweiligen Beträge der Bewegung für P1, P2 und P3 aufgrund der elastischen Verformung und berechnet die Änderung der Position und Richtung des Ursprungs P0 als Ergebnis davon.
Auf der Grundlage des Betrags der elastischen Verformung, der für das Trägermodell Ms gilt und von der Berechnungseinheit für die Verformung des Trägermodells berechnet wird, und des Betrags der elastischen Verformung, der für das Robotermodell Mr gilt und von der Berechnungseinheit für die Verformung des Roboters berechnet wird, berechnet die Fehlerberechnungseinheit den Positionierungsfehler für das Spitzenende 12 des Gelenkroboters 10.
Die Berechnungseinheit für den Befehlswert berechnet einen solchen Befehlswert, der die Ausrichtung des Gelenkroboters 10 in einem Zustand angibt, in dem das Spitzenende 12 dazu gebracht wird, sich in die Richtung zu bewegen, die dem von der Berechnungseinheit für den Fehler berechneten Positionierungsfehler um die gleiche Strecke entgegengesetzt ist. Dieser korrigierte Befehlswert wird in den Gelenkroboter 10 eingegeben, wodurch es möglich ist, den Positionierungsfehler für das Spitzenende 12 zu reduzieren.
Die Verformungsbetrag-Erfassungseinheit 46 ermittelt einen tatsächlichen Betrag der elastischen Verformung durch den Träger 20 (auch als „Betrag der tatsächlichen elastischen Verformung“ bezeichnet). Insbesondere kann die Verformungsbetrag-Erfassungseinheit 46 konfiguriert werden, um einen tatsächlichen Betrag der elastischen Verformung des Trägers 20 zu bestimmen, basierend auf einem Referenzpunkt (einem messbaren Punkt, für den sich eine relative Position in Bezug auf den Referenzträgerpunkt 21 nicht wesentlich ändert) auf dem Träger 20, der von der dreidimensionalen Messvorrichtung 50 gemessen wird, oder einer relativen Position des Spitzenendes 12 des Gelenkroboters relativ zu einem unbeweglichen Punkt im Weltkoordinatensystem.
Die Ermittlung des tatsächlichen Betrags der elastischen Verformung durch den Träger 20 auf der Grundlage der Position des zum Gelenkroboter 10 gehörenden Spitzenendes 12 kann durch Berechnung eines Schätzwerts für den tatsächlichen Betrag der elastischen Verformung durch den Träger 20 erfolgen, wobei davon ausgegangen wird, dass die Abweichung zwischen der von der dreidimensionalen Messvorrichtung 50 gemessenen tatsächlichen Position des Spitzenendes 12 und der aus einem Befehlswert unter Berücksichtigung des Robotermodells Mr berechneten theoretischen Position des Spitzenendes 12 nur durch Fehler im Trägermodell Ms verursacht wird. Ein Anfangswert für einen Parameter im Robotermodell Mr für einen Gelenkroboter 10, der in Serie gefertigt wird, weist einen vergleichsweise geringen Fehler auf, wohingegen der Anfangswert eines Parameters im Trägermodell Ms für Träger 20, die individuell unterschiedlich gestaltet sind, einen vergleichsweise großen Fehler aufweisen dürfte. Dementsprechend wird der Betrag der elastischen Verformung durch den Träger 20, der aus der tatsächlichen Position des Spitzenendes 12 unter der Annahme berechnet wird, dass das Robotermodell Mr keinen Fehler aufweist, als ein Wert betrachtet, der näher an dem tatsächlichen Betrag der elastischen Verformung durch den Träger 20 liegt als der theoretische Betrag der elastischen Verformung, der aus dem Trägermodell Ms berechnet wird, das ursprünglich eingestellt wurde.
Die Trägermodell-Korrektureinheit 47 korrigiert einen Parameter in dem Trägermodell Ms derart, dass ein Betrag der elastischen Verformung des Trägermodells, der von der Trägermodell-Verformungsberechnungseinheit auf der Grundlage des Befehlswerts berechnet wird, der in den Gelenkroboter 10 eingegeben wird, wenn die Verformungsbetrag-Erfassungseinheit 46 einen Betrag der tatsächlichen elastischen Verformung erhält, sich dem Betrag der tatsächlichen elastischen Verformung annähert, der von der Verformungsbetrag-Erfassungseinheit 46 erhalten wird.
Die Messausrichtungs-Befehlseinheit 48 erzeugt eine Vielzahl von Messbefehlswerten, um den Gelenkroboter 10 zu veranlassen, verschiedene Messausrichtungen anzunehmen, um ein vorbestimmtes Drehmoment auf den Träger 20 wirken zu lassen. Indem der Gelenkroboter 10 veranlasst wird, eine Vielzahl von Messausrichtungen anzunehmen, bei denen die Beträge der elastischen Verformung durch den Träger 20 gleich sind, ist es möglich, einen Positionierungsfehler für das Spitzenende 12 zu bestätigen, der nur auf elastische Verformung durch den Gelenkroboter 10 zurückzuführen ist. Es ist zu beachten, dass es auch möglich ist, den tatsächlichen Betrag der elastischen Verformung durch den Träger 20 gleichzeitig mit der Bestätigung der elastischen Verformung durch den Gelenkroboter 10 in Übereinstimmung mit einem Messbefehlswert zu berechnen.
Basierend auf der Position des Spitzenendes 12 in einem Zustand, in dem der Gelenkroboter 10 eine Orientierung eingenommen hat, die mit einem Messbefehlswert übereinstimmt, bestätigt die Robotermodell-Korrektureinheit 49 den Positionierungsfehler für das Spitzenende 12 des Gelenkroboters 10 und korrigiert einen Parameter im Robotermodell Mr. Infolgedessen ist es in einem Fall der Korrektur des Trägermodells Ms basierend auf der Position des Spitzenendes 12 des Gelenkroboters 10 möglich, das Trägermodell Ms genauer zu korrigieren.
Wie dargestellt, ist die dreidimensionale Messvorrichtung 50 unverrückbar im Weltkoordinatensystem installiert, d.h. so, dass sich ihre Position in Abhängigkeit von der Orientierung des Gelenkroboters 10 nicht ändert, und kann vorgesehen sein, um die relative Position des Spitzenendes 12 des Gelenkroboters 10 und/oder des Referenzpunktes für den Träger 20 relativ zur Position der dreidimensionalen Messvorrichtung 50 selbst zu messen. Darüber hinaus kann die dreidimensionale Messvorrichtung 50 in Bezug auf den Bezugspunkt für den Träger 20 oder das Spitzenende 12 des Gelenkroboters 10 unbeweglich installiert und so vorgesehen sein, dass sie relativ zur Position der dreidimensionalen Messvorrichtung 50 selbst die relative Position eines Messpunkts misst, der im Weltkoordinatensystem unbeweglich vorgesehen ist.
4 veranschaulicht ein Verfahren zur Korrektur eines Befehlswertes durch die Befehlswert-Korrekturvorrichtung 40. Die Korrektur eines Befehlswertes umfasst einen Modellerfassungsschritt (Schritt S11), einen Kraftberechnungsschritt (Schritt S12) und einen Befehlswertkorrekturschritt (Schritt S13).
In dem Modellerfassungsschritt in Schritt S11 werden das von der Robotermodell-Einstelleinheit 41 eingestellte Robotermodell Mr und das von der Trägermodell-Einstelleinheit 42 eingestellte Trägermodell Ms erfasst, mit anderen Worten in den Arbeitsspeicher in dem die Robotersteuervorrichtung 30 konfigurierenden Computer eingelesen.
In dem Momentberechnungsschritt in Schritt S12 berechnet die Kraftberechnungseinheit 44 in einem Fall, in dem der Gelenkroboter 10 eine Orientierung eingenommen hat, die einem Befehlswert vor der Korrektur für das Robotermodell Mr und das Trägermodell M entspricht, ein Kraftmoment, das auf den Gelenkroboter 10 und den Träger 20 aufgrund der Schwerkraft wirkt.
In dem Befehlswert-Korrekturschritt in Schritt S13 wird der Befehlswert so korrigiert, dass die unter Verwendung des Robotermodells Mr und des Trägermodells Ms berechnete Position des Spitzenendes 12 zu der Position des Spitzenendes 12 wird, die durch den Befehlswert vor der Korrektur beabsichtigt ist, d.h. die Position des Spitzenendes 12, für die keine elastische Verformung des Gelenkroboters 10 und des Trägers 20 berücksichtigt wird.
5 veranschaulicht ein Verfahren zur Korrektur des Robotermodells Mr und des Trägermodells Ms durch die Befehlswert-Korrekturvorrichtung 40. Die Korrektur des Robotermodells Mr und des Trägermodells Ms umfasst einen Modellerfassungsschritt (Schritt S21), einen Messbefehlswert-Eingabeschritt (Schritt S22), einen Kraftberechnungsschritt (Schritt S23), einen Positionsmessungsschritt (Schritt S24), einen Messausrichtung-Ende-Bestätigungsschritt (Schritt S25) und einen Modellkorrekturschritt (Schritt S26).
In dem Modellerfassungsschritt in Schritt S21 werden das von der Robotermodell-Einstelleinheit 41 eingestellte Robotermodell Mr und das von der Trägermodell-Einstelleinheit 42 eingestellte Trägermodell Ms gewonnen.
In dem Messausrichtungs-Befehlswert-Eingabeschritt in Schritt S22 gibt die Messausrichtungs-Befehlseinheit 48 einen Messausrichtungs-Befehlswert an den Gelenkroboter 10 ein, um den Gelenkroboter 10 zu veranlassen, eine Messausrichtung einzunehmen.
In dem Kraftberechnungsschritt in Schritt S23 wird das Kraftmoment, das für die in Schritt S22 angewiesenen Messorientierung wirkt, berechnet.
In dem Positionierungspositionsmessschritt in Schritt S24 misst die dreidimensionale Messvorrichtung 50 die Position des Spitzenendes 12 des Gelenkroboters 10 bei der in Schritt S22 angewiesenen Messorientierung.
In dem Messausrichtung-Ende-Bestätigungsschritt in Schritt S25 wird bestätigt, ob die Schritte der Schritte S22 bis S24 für alle voreingestellten Messorientierungen durchgeführt worden sind. Die Schritte der Schritte S22 bis S24 werden wiederholt, bis die Verarbeitung für alle Messorientierungen abgeschlossen ist, und die Verarbeitung schreitet zu Schritt S26 fort, sobald die Verarbeitung für alle Messorientierungen abgeschlossen ist.
In dem Modellkorrekturschritt in Schritt S26 werden auf der Grundlage einer Kombination einer theoretischen Position und einer tatsächlich gemessenen Position für die Position des Spitzenendes 12, die unter Verwendung des Robotermodells Mr und des Trägermodells Ms bei jeder Messorientierung berechnet wird, Parameter in dem Robotermodell Mr und dem Trägermodell Ms so korrigiert, dass sich die theoretischen Positionen für die Position des Spitzenendes 12, die unter Verwendung des Robotermodells Mr und des Trägermodells Ms berechnet werden, den tatsächlich gemessenen Positionen nähern.
Auf diese Weise ist das Robotersystem 1 mit der Trägermodell-Einstelleinheit 42 vorgesehen, die das Trägermodell Ms einstellt und das Trägermodell Ms verwendet, um einen Befehlswert zu korrigieren, und somit das Spitzenende 12 genau positionieren kann, indem die elastische Verformung des Trägers 20 entsprechend der Ausrichtung des Gelenkroboters 10 kompensiert wird.
Zusätzlich ist das Robotersystem 1 mit der Trägermodell-Korrektureinheit 47 vorgesehen, die das Trägermodell Ms auf der Grundlage eines Betrages der elastischen Verformung korrigiert, der durch die Verformungsbetrag-Erfassungseinheit 46 erhalten wird, und somit das Spitzenende 12 genauer positionieren kann, indem ein Betrag der elastischen Verformung des Trägers 20 genau vorhergesagt wird.
Obwohl oben eine Beschreibung einer Ausführungsform für ein Robotersystem und eine Befehlswert-Korrekturvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung vorgesehen ist, ist der Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Darüber hinaus sind die in der oben beschriebenen Ausführungsform dargelegten Effekte lediglich eine Auflistung der bevorzugten Effekte, die von dem Robotersystem und der Befehlswert-Korrekturvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgehen. Die Wirkungen des Robotersystems und der Befehlswert-Korrekturvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die Wirkungen beschränkt, die in der oben beschriebenen Ausführungsform angegeben sind.
Das Robotersystem und die Befehlswert-Korrekturvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung müssen nicht notwendigerweise eine Konfiguration aufweisen, die sich auf die Korrektur eines Trägermodells oder auf die Korrektur eines Robotermodells bezieht. Darüber hinaus ist das Verfahren zur Korrektur eines Robotermodells und eines Trägermodells nicht auf das oben beschriebene Verfahren beschränkt und kann mit einem anderen Algorithmus durchgeführt werden. Beispielsweise können die Korrektur eines Trägermodells und die Korrektur eines Robotermodells unabhängig voneinander durchgeführt werden. Dementsprechend kann das Ermitteln eines Betrages der elastischen Verformung zur Korrektur eines Trägermodells und das Ermitteln eines Betrages der elastischen Verformung zur Korrektur eines Robotermodells in unterschiedlichen Orientierungen durchgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: Robotersystem
10: Gelenkroboter
20: Träger
30: Robotersteuervorrichtung
40: Befehlswert-Korrekturvorrichtung
50: Dreidimensionale Messvorrichtung
11: Arm
12: Spitzenende
41: Robotermodell- Einstelleinheit
42: Trägermodell-Einstelleinheit
43: Anfangswert-Eingabeeinheit
44: Kraftberechnungseinheit
45: Korrektureinheit
46: Verformungsbetrag-Erfassungseinheit
47: Trägermodell-Korrektureinheit
48: Messausrichtung-Befehlseinheit
49: Robotermodell-Korrektureinheit

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 2002307344 [0004]

Claims

Eine Befehlswert-Korrekturvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie einen Befehlswert zum Anweisen einer Orientierung eines Gelenkroboters korrigiert, der ein Spitzenende eines Arms mit einer Vielzahl von Gelenken positioniert, wobei die Befehlswert-Korrekturvorrichtung umfasst: eine Robotermodell-Einstelleinheit, die so konfiguriert ist, dass sie ein Robotermodell einstellt, das den Gelenkroboter durch ein elastisch verformbares Modell darstellt; eine Trägermodell-Einstelleinheit, die so konfiguriert ist, dass sie ein Trägermodell, das einen Träger darstellt, an dem der Gelenkroboter befestigt ist, durch ein elastisch verformbares Modell einstellt; eine Kraftberechnungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Kraft berechnet, die auf den Träger entsprechend der Gewichtung des Gelenkroboters in einem Fall wirkt, in dem die Ausrichtung des Gelenkroboters mit dem Befehlswert vor der Korrektur übereinstimmt; und eine Korrektureinheit, die so konfiguriert ist, dass sie den Befehlswert so korrigiert, dass ein Betrag der elastischen Verformung des Trägermodells, die eine elastische Verformung für das Trägermodell aufgrund der von der Kraftberechnungseinheit berechneten Kraft ist, aufgehoben wird.
Befehlswert-Korrekturvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Verformungsbetrag-Erfassungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Betrag der tatsächlichen elastischen Verformung zu erhalten, der ein tatsächlicher Betrag der elastischen Verformung durch den Träger ist; und eine Modellkorrektureinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Parameter in dem Trägermodell derart korrigiert, dass der Betrag der elastischen Verformung des Trägermodells, der auf der Grundlage des Befehlswerts berechnet wird, der in den Gelenkroboter eingegeben wird, wenn die Verformungsbetrag-Erfassungseinheit den Betrag der tatsächlichen elastischen Verformung erhält, sich dem Betrag der tatsächlichen elastischen Verformung annähert, der von der Verformungsbetrag-Erfassungseinheit erhalten wird.
Befehlswert-Korrekturvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Verformungsbetrag-Erfassungseinheit vorgesehen ist, um eine relative Position eines Referenzpunktes für den Träger in Bezug auf einen unbeweglichen Punkt in einem Weltkoordinatensystem zu erhalten.
Befehlswert-Korrekturvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Verformungsbetrag-Erfassungseinheit vorgesehen ist, um eine relative Position des Spitzenendes in Bezug auf einen unbeweglichen Punkt in einem Weltkoordinatensystem zu erhalten.
Befehlswert-Korrekturvorrichtung nach Anspruch 4, ferner umfassend: eine Messausrichtungs-Befehlseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Vielzahl von Messbefehlswerten erzeugt, um den Gelenkroboter zu veranlassen, verschiedene Messausrichtungen anzunehmen, um ein vorbestimmtes Drehmoment auf den Träger einwirken zu lassen.
Befehlswert-Korrekturvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Trägermodell als eine Referenztabelle definiert ist, die für jede Kraftkategorie, die auf den Träger einwirkt, einen repräsentativen Wert für den Betrag der elastischen Verformung des Trägermodells bestimmt.
Befehlswert-Korrekturvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Trägermodell mindestens einen Gelenkpunkt aufweist, der sich parallel zu einer auf den Träger wirkenden Kraft bewegt oder dreht.
Befehlswert-Korrekturvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend: eine Anfangswert-Eingabeeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie der Trägermodell-Einstelleinheit einen Anfangswert für einen Parameter in dem Trägermodell eingibt.
Befehlswert-Korrekturvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Anfangswert-Eingabeeinheit den Anfangswert für den Parameter liest, der von einem externen Computer erzeugt wurde.
Ein Robotersystem, umfassend: die Befehlswert-Korrekturvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9; eine Robotersteuervorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie einen Befehlswert gemäß einem Programm in die Befehlswert-Korrekturvorrichtung eingibt; und einen Gelenkroboter, der so konfiguriert ist, dass er in Übereinstimmung mit einem von der Befehlswert-Korrekturvorrichtung korrigierten Befehlswert arbeitet.