DE112021007731T5

DE112021007731T5 - Aufgabenlehrverfahren und aufgabenlehrsystem

Info

Publication number: DE112021007731T5
Application number: DE112021007731.7T
Authority: DE
Inventors: Hiroki Takahashi; Masahiro Koyama; Tomohiro Inoue; Takashi Saegusa; Shinichi Ishikawa
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2021-09-27
Filing date: 2021-09-27
Publication date: 2024-03-07
Also published as: WO2023047574A1; JPWO2023047574A1

Abstract

Ein Aufgabenlehrverfahren, um einem Roboter eine Aufgabe zu lehren, der eine Greifereinheit umfasst, die dazu konfiguriert ist, ein Greifzielobjekt zu greifen, und das durch die Greifereinheit gegriffene Greifzielobjekt bewegt, wird geschaffen, wobei das Aufgabenlehrverfahren umfasst: einen Erzeugungsschritt (S701) zum Ausgeben von Zeitreihendaten hinsichtlich einer Position und einer Haltung des Greifzielobjekts als Referenzpfad, wenn ein Lehrer das Greifzielobjekt greift und bewegt, und Erzeugen von Lehrdaten des Roboters, die dem Referenzpfad entsprechen; und einen Modifikationsschritt (S702) zum Ausgeben von Zeitreihendaten hinsichtlich einer Position und einer Haltung des Greifzielobjekts oder der Greifereinheit als Betriebspfad, wenn der Roboter unter Verwendung der Lehrdaten betrieben wird, bevor eine tatsächliche Aufgabe durch den Roboter ausgeführt wird, und Modifizieren der Lehrdaten, so dass der Betriebspfad mit dem Referenzpfad übereinstimmt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Aufgabenlehrverfahren und eine Aufgabenlehreinrichtung, um einem Roboter eine Aufgabe zu lehren, und einen Roboter mit der Aufgabenlehreinrichtung.
Stand der Technik
PTL 1 offenbart ein Aufgabenlehrverfahren, um einem Roboter eine Aufgabe zu lehren.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur
PTL 1: JP2017-217738A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Im Allgemeinen weist ein Roboter eine hohe Genauigkeit für eine wiederholte Aufgabe auf, die in derselben Position reproduziert wird. Andererseits gibt es viele Fälle, in denen die Positionierungsgenauigkeit einer absoluten Position in einem realen Raum (nachstehend als absolute Positionierungsgenauigkeit bezeichnet) nicht sichergestellt wird. Wenn einem Roboter eine Aufgabe gelehrt wird, verursacht daher die absolute Positionierungsgenauigkeit ein Problem. Es besteht ein Fehler zwischen Koordinaten, die dem Roboter als Befehlswert gegeben werden, und einer Position, die in einem realen Raum bestimmt wird. Um dem Roboter zu lehren, die Aufgabe genau auszuführen, ist es daher erforderlich, eine Gegenmaßnahme gegen den Effekt des Fehlers zu ergreifen. Der Fehler ändert sich jedoch in Abhängigkeit von verschiedenen Ursachen, wie z. B. einer Struktur des Roboters, einem Pfad des dem Roboter gegebenen Befehlswerts und dem Gewicht eines durch den Roboter gegriffenen Objekts.
Bei dem in PTL 1 offenbarten Aufgabenlehrverfahren wird ein Aufgabenbetrieb eines Arbeiters unter Verwendung eines Ultraschallentfernungsmessers dreidimensional gemessen und eine Korrektursteuerung eines Aufgabenbetriebs eines mehrachsigen Roboters wird unter Verwendung der dreidimensionalen Messdaten ausgeführt. Obwohl in PTL 1 eine tatsächliche Aufgabe durch den mehrachsigen Roboter ausgeführt wird, wird der Aufgabenbetrieb des mehrachsigen Roboters unter Verwendung des Ultraschallentfernungsmessers gemessen und die Korrektursteuerung des Aufgabenbetriebs des mehrachsigen Roboters wird unter Verwendung der dreidimensionalen Messdaten in Bezug auf den Aufgabenbetrieb des Arbeiters ausgeführt, die im Voraus gewonnen werden.
In PTL 1 wird die Korrektursteuerung ausgeführt, während die tatsächliche Aufgabe durch den mehrachsigen Roboter ausgeführt wird, und folglich ist der Ultraschallentfernungsmesser immer erforderlich. Wenn der Aufgabenbetrieb ein Betrieb mit hoher Geschwindigkeit ist, ist die Korrektursteuerung während des Betriebs nicht rechtzeitig. Daher besteht ein Problem darin, dass es schwierig ist, PTL 1 auf eine Aufgabe mit hoher Geschwindigkeit anzuwenden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Aufgabenlehrverfahren und eine Aufgabenlehreinrichtung für einen Roboter zu schaffen, bei denen ein Roboter eine tatsächliche Aufgabe mit einer einfachen Konfiguration ausführen kann und ein Aufgabenbetrieb eines Lehrers auch mit hoher Genauigkeit einem Roboter gelehrt werden kann, der eine Aufgabe mit hoher Geschwindigkeit ausführt.
Lösung für das Problem
Um die Aufgabe zu lösen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Aufgabenlehrverfahren geschaffen, das durch eine Aufgabenlehreinrichtung ausgeführt wird, um einem Roboter eine Aufgabe zu lehren, der eine Greifereinheit umfasst, die dazu konfiguriert ist, ein Greifzielobjekt zu greifen, und das Greifzielobjekt, das durch die Greifereinheit gegriffen wird, bewegt, wobei das Aufgabenlehrverfahren umfasst: einen Erzeugungsschritt zum Ausgeben von Zeitreihendaten hinsichtlich einer Position und einer Haltung des Greifzielobjekts als Referenzpfad, wenn ein Lehrer das Greifzielobjekt greift und bewegt, und Erzeugen von Lehrdaten des Roboters, die dem Referenzpfad entsprechen; und einen Modifikationsschritt zum Ausgeben von Zeitreihendaten hinsichtlich einer Position und einer Haltung des Greifzielobjekts oder der Greifereinheit als Betriebspfad, wenn der Roboter unter Verwendung der Lehrdaten betrieben wird, bevor eine tatsächlich Aufgabe durch den Roboter ausgeführt wird, und Modifizieren der Lehrdaten, so dass der Betriebspfad mit dem Referenzpfad übereinstimmt.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Aufgabenlehrverfahren und eine Aufgabenlehreinrichtung für einen Roboter zu schaffen, bei denen ein Roboter eine tatsächliche Aufgabe mit einer einfachen Konfiguration ausführen kann und ein Aufgabenbetrieb eines Lehrers auch einem Roboter mit hoher Genauigkeit gelehrt werden kann, der eine Aufgabe mit hoher Geschwindigkeit ausführt.
Andere Aufgaben, Konfigurationen und Effekte als die vorstehend beschriebenen werden durch Beschreiben der folgenden Ausführungsformen verdeutlicht.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[1] 1 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Aufgabenlehreinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
[2] 2 ist ein Blockdiagramm, das eine Hardware-Konfiguration einer Steuervorrichtung darstellt.
[3] 3 ist ein Diagramm, das die Anordnung von Kameras für einen Arbeitstisch darstellt.
[4] 4 ist ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, in dem eine Markierungsplatte an einem Greifzielobjekt befestigt ist.
[5] 5 ist ein Diagramm, das ein Koordinatensystem darstellt, das für eine Hand eines Roboters festgelegt ist, die ein Teströhrchen greift.
[6] 6 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Koordinatensystem, das für die Hand des Roboters festgelegt ist, die das Teströhrchen greift, und einem Koordinatensystem, das für die Markierungsplatte festgelegt ist, darstellt.
[7] 7 ist ein Ablaufplan, der einen Betrieb der Steuervorrichtung darstellt.
[8] 8 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Aufgabenlehreinrichtung in einem Erzeugungsschritt darstellt.
[9] 9 ist ein Ablaufplan, der die Details des Erzeugungsschritts darstellt.
[10] 10 ist ein Konfigurationsdiagramm, das die Aufgabenlehreinrichtung in einem Modifikationsschritt darstellt.
[11] 11 ist ein Ablaufplan, der die Details des Modifikationsschritts darstellt.
[12] 12 ist ein Konfigurationsdiagramm, das die Aufgabenlehreinrichtung darstellt, wenn der Roboter eine tatsächliche Aufgabe ausführt.
[13] 13 ist ein schematisches Diagramm, das einen Referenzpfad darstellt, der im Erzeugungsschritt gemessen wird.
[14] 14 ist ein schematisches Diagramm, das einen Betriebspfad darstellt, der im Modifikationsschritt gemessen wird.
[15] 15 ist ein Diagramm, das ein Koordinatensystem, das für eine Hand eines Roboters festgelegt ist, in einer zweiten Ausführungsform darstellt.
[16] 16 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Koordinatensystem, das für die Hand des Roboters festgelegt ist, und einem Koordinatensystem, das für eine Markierungsplatte festgelegt ist, in der zweiten Ausführungsform darstellt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend wird eine Ausführungsform eines Aufgabenlehrverfahrens, einer Aufgabenlehreinrichtung und eines Roboters mit der Aufgabenlehreinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Zeichnungen beschrieben.
<Erste Ausführungsform>
In der ersten Ausführungsform wird ein Beispiel eines Aufgabenlehrverfahrens und einer Aufgabenlehreinrichtung, bei denen eine durch einen Lehrer ausgeführte Aufgabe einem Roboter mit hoher Genauigkeit gelehrt werden kann, unter Verwendung von 1 bis 14 beschrieben.
(Aufgabenlehreinrichtung 1)
1 ist ein Konfigurationsdiagramm, das die Aufgabenlehreinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. In der ersten Ausführungsform wird als Beispiel einer durch einen Lehrer 11 zu lehrenden Aufgabe eine Aufgabe zum Ausgeben eines Reagens in ein Teströhrchen 320, das durch eine linke Hand gegriffen wird, unter Verwendung einer Mikropipette 310, die durch eine rechte Hand gegriffen wird, an einem Arbeitstisch 10 einem Roboter 12 gelehrt. Die Aufgabenlehreinrichtung 1 umfasst Kameras 201 bis 204 für ein Bewegungserfassungssystem, das im Arbeitstisch 10 vorgesehen ist, eine Markierungsplatte 311, die an der Mikropipette 310 befestigt ist, eine Markierungsplatte 321, die am Teströhrchen 320 befestigt ist, und eine Steuervorrichtung 100. Die Kameras 201 bis 204 sind ein Beispiel der Erfassungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Roboter 12 greift ein Greifzielobjekt (in der ersten Ausführungsform die Mikropipette 310 und das Teströhrchen 320) und bewegt das gegriffene Greifzielobjekt. Der Roboter 12 weist zwei Hände auf, die die Mikropipette 310 und das Teströhrchen 320 greifen und bewegen, kann das Greifzielobjekt in irgendeine Position in einem beweglichen Bereich bewegen und kann das Greifzielobjekt mit irgendeiner Haltung greifen. Der Betrieb des Roboters 12 wird durch die Steuervorrichtung 100 gesteuert. In der ersten Ausführungsform lehrt die Steuervorrichtung 100, die separat vom Roboter 12 vorgesehen ist, dem Roboter 12 eine Aufgabe. Die Steuervorrichtung 100 kann jedoch in den Roboter 12 eingegliedert sein. Die Steuervorrichtung 100 kann eine Vorrichtung in Räumlichkeiten oder eine Vorrichtung auf Cloud-Basis sein.
(Roboter 12)
Der Roboter 12 umfasst eine Stereokamera 12c, die in einem Abschnitt vorgesehen ist, der Augen eines Kopfs entspricht. Der Roboter 12 umfasst eine oder mehrere Gelenkachsen in einem Hals davon, und kann die Stereokamera 12c in irgendeine Richtung des Arbeitstischs 10 richten. Der Roboter 12 ist in einem unbemannten Träger (nicht dargestellt) vorgesehen, bewegt sich in einem Raum und bewegt sich autonom zur Vorderseite des Arbeitstischs 10 unter Verwendung einer Karte des Raums, die im Voraus erstellt wird.
(Software-Konfiguration der Steuervorrichtung 100)
Die Steuervorrichtung 100 umfasst eine Lagemesseinheit 101, eine Lehrdatenerzeugungs- und Lehrdatenmodifikationseinheit 102 und eine Lehrdatenausführungseinheit 103. Die Lagemesseinheit 101 gibt Zeitreihendaten hinsichtlich einer dreidimensionalen Position und einer Haltung von jeder der Markierungsplatten 311 und 321 von mehreren Bildern aus, die durch die Kameras 201 bis 204 gewonnen werden. Die Lagemesseinheit 101 ist ein Beispiel der Ausgabemittel gemäß der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden die dreidimensionale Position und die Haltung von jeder der Markierungsplatten 311 und 321 als Lage bezeichnet. Die Zeitreihendaten hinsichtlich der Lage, die aus der Lagemesseinheit 101 ausgegeben werden, werden als Referenzpfad 104 oder Betriebspfad 105 aufgezeichnet.
Die Lehrdatenerzeugungs- und Lehrdatenmodifikationseinheit 102 berechnet Daten aus dem Referenzpfad 104 als Befehlswert für den Roboter 12 und die Daten werden als Lehrdaten 106 aufgezeichnet. Die Lehrdatenerzeugungs- und Lehrdatenmodifikationseinheit 102 modifiziert die aufgezeichneten Lehrdaten 106 und zeichnet die modifizierten Lehrdaten 106 auf. Die Lehrdatenerzeugungs- und Lehrdatenmodifikationseinheit 102 ist ein Beispiel der Erzeugungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Lehrdatenausführungseinheit 103 betreibt den Roboter 12 unter Verwendung der Lehrdaten 106 und der modifizierten Lehrdaten 106. Die Details des Referenzpfades 104, des Betriebspfades 105 und der Lehrdaten 106 werden nachstehend beschrieben.
In der ersten Ausführungsform wird das Beispiel, dem Roboter 12 mit den zwei Händen eine Aufgabe zu lehren, beschrieben. Ein oder mehrere Roboter mit einer Hand können jedoch verwendet werden. Wenn mehrere Roboter mit einer Hand verwendet werden, können die Roboter verschiedene Arten von Händen aufweisen.
(Hardware-Konfiguration der Steuervorrichtung 100)
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Hardware-Konfiguration der Steuervorrichtung darstellt. Wie in 2 dargestellt, umfasst die Steuervorrichtung 100 einen Prozessor 120, eine Kommunikationsschnittstelle (nachstehend wird die Schnittstelle als I/F abgekürzt) 121, eine Hauptspeichervorrichtung 122, eine Hilfsspeichervorrichtung 123, eine Eingabe/Ausgabe-I/F 124 und einen Bus 125, über den die vorstehend beschriebenen jeweiligen Einheiten kömmunikationsfähig miteinander verbunden sind.
Der Prozessor 120 ist eine Zentraleinheit, die die Operationen der jeweiligen Einheiten der Steuervorrichtung 100 steuert. Der Prozessor 120 ist beispielsweise eine Zentraleinheit (CPU), ein Digitalsignalprozessor (DSP) oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC). Der Prozessor 120 lädt ein Programm, das in der Hilfsspeichervorrichtung 123 gespeichert ist, in einen Arbeitsbereich der Hauptspeichervorrichtung 122, so dass das Programm im Arbeitsbereich ausführbar ist. Die Hauptspeichervorrichtung 122 speichert ein durch den Prozessor 120 auszuführendes Programm, durch den Prozessor 120 zu verarbeitende Daten und dergleichen. Durch Ausführen des in die Hauptspeichervorrichtung 122 geladenen Programms funktioniert der Prozessor 120 als Lagemesseinheit 101, Lehrdatenerzeugungs- und Lehrdatenmodifikationseinheit 102 und Lehrdatenausführungseinheit 103, die vorstehend beschrieben sind. Die Hauptspeichervorrichtung 122 ist beispielsweise ein Flash-Arbeitsspeicher, ein Direktzugriffsarbeitsspeicher (RAM) oder ein Festwertarbeitsspeicher (ROM). Die Hilfsspeichervorrichtung 123 speichert verschiedene Programme und verschiedene Typen von Daten. Die Hilfsspeichervorrichtung 123 speichert beispielsweise ein Betriebssystem (OS), verschiedene Programme und verschiedene Tabellen. Die Hilfsspeichervorrichtung 123 ist beispielsweise eine Siliziumscheibe mit einem nichtflüchtigen Halbleiterarbeitsspeicher (einem Flash-Arbeitsspeicher oder einem löschbaren programmierbaren ROM (EPROM)), eine Festkörperlaufwerksvorrichtung oder eine Festplattenlaufwerksvorrichtung (HDD-Vorrichtung). Eine Eingabevorrichtung wie z. B. eine Tastatur oder eine Maus und eine Ausgabevorrichtung wie z. B. eine Anzeige, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, sind mit der Eingabe/Ausgabe-I/F 124 verbunden. Die Kommunikations-I/F 121 ist mit den Kameras 201 bis 204 oder dem Roboter 12 kommunikationsfähig verbunden. Bilder, die durch die Kameras 201 bis 204 gewonnen werden, werden in den Prozessor 120 über die Kommunikations-I/F 121 eingegeben. Die in den Prozessor 120 eingegebenen Bilder werden durch den Prozessor 120 verarbeitet und werden in der Hilfsspeichervorrichtung 123 als Referenzpfad 104 oder Betriebspfad 105 aufgezeichnet. Der Prozessor 120 verarbeitet den in der Hilfsspeichervorrichtung 123 aufgezeichneten Referenzpfad 104, erzeugt die Lehrdaten 106 und zeichnet die Lehrdaten 106 in der Hilfsspeichervorrichtung 123 auf. Der Prozessor 120 modifiziert die Lehrdaten 106 und zeichnet die modifizierten Lehrdaten 106 in der Hilfsspeichervorrichtung 123 auf. Die Kommunikations-I/F 121 gibt die Lehrdaten 106 oder die modifizierten Lehrdaten 106 an den Roboter 12 gemäß einer Anweisung vom Prozessor 120 aus.
3 ist ein Diagramm, das die Anordnung der Kameras 201 bis 204 für den Arbeitstisch 10 darstellt. Die Markierungsplatten 311 und 321 sind an der Mikropipette 310 und am Teströhrchen 320 befestigt, die durch den Lehrer 11 gegriffen werden, der vor dem Arbeitstisch 10 steht und eine Aufgabe ausführt. Um die Zeitreihendaten hinsichtlich der Lage der Markierungsplatten 311 und 321 auszugeben, sind die Kameras 201 bis 204 gegenüber dem Lehrer 11 mit dem Arbeitstisch 10 dazwischen vorgesehen. Die Kameras 201 bis 204 sind in Intervallen vorgesehen, so dass Sichtfelder 210 davon den Arbeitstisch 10 abdecken, während sie miteinander überlappen. Das Bewegungserfassungssystem führt eine Kalibrierung aus, versteht eine relative Positionsbeziehung zwischen den Kameras 201 bis 204, die im Arbeitstisch 10 vorgesehen sind, und legt ein Arbeitstischkoordinatensystem 2100 (Σ_W) als Koordinatensystem während der Messung durch das Bewegungserfassungssystem fest. Während der Kalibrierung erfassen die Kameras 201 bis 204 Reflexionsmarkierungen mit einer bekannten Anordnung mehrere Male. Der Referenzpfad 104, der Betriebspfad 105 und die Lehrdaten 106 basieren auf dem Arbeitstischkoordinatensystem 2100 (Σ_W). Das Arbeitstischkoordinatensystem 2100 ist ein Aufgabenumgebungskoordinatensystem, das eine Aufgabenumgebung darstellt, während der Roboter 12 eine Aufgabe ausführt. Drei Markierungen 12m sind am Arbeitstisch 10 vorgesehen. Die Anordnung der Markierungen 12m wird in der Steuervorrichtung 100 im Voraus registriert, und wenn der Roboter 12 vor dem Arbeitstisch 10 arbeitet, werden die Markierungen 12m durch die Stereokamera 12c erfasst, um eine Positionsbeziehung zwischen dem Roboter 12 und dem Arbeitstischkoordinatensystem 2100 (Σ_W) zu erhalten.
4 ist ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, in dem die Markierungsplatte am Greifzielobjekt befestigt ist. Vier Reflexionsmarkeirungen 311a bis 311d und vier Reflexionsmarkierungen 321a bis 321d sind in den Markierungsplatten 311 bzw. 321 angeordnet. Die Reflexionsmarkierungen 311a bis 311d und die Reflexionsmarkierungen 321a bis 321d sind von oben nach unten und von links nach rechts asymmetrisch an den Markierungsplatten 311 und 321 angeordnet. In den Markierungsplatten 311 und 321 sind Markierungsplattenkoordinatensysteme 3100 (Σ_RM) bzw. 3200 (Σ_LM) festgelegt. In der Lagemesseinheit 101 werden Anordnungsmuster der Reflexionsmarkierungen 311a bis 311d und der Reflexionsmarkierungen 321a bis 321d und eine Positionsbeziehung zwischen den Markierungsplattenkoordinatensystemen 3100 (Σ_RM) und 3200 (Σ_LM) im Voraus registriert. Die Lagemesseinheit 101 misst Lagen der Markierungsplattenkoordinatensysteme 3100 (Σ_RM) und 3200 (Σ_LM) auf der Basis des Arbeitstischkoordinatensystems 2100 (Σ_W). Durch Anordnen der Reflexionsmarkierungen 311a bis 311d und der Reflexionsmarkierungen 321a bis 321d in verschiedenen Anordnungsmustern kann die Lagemesseinheit 101 gleichzeitig die Lagen der Markierungsplatten 311 und 321 messen, während zwischen den Markierungsplatten 311 und 321 unterschieden wird. Die Markierungsplatten 311 und 321 können auch voneinander unterschieden werden, indem die Größe oder die Farbe der Reflexionsmarkierungen 311a bis 311d von jener der Reflexionsmarkierungen 321a bis 321d verschieden gemacht wird, anstatt die verschiedenen Anordnungsmuster zu übernehmen. Die Zahlen der Reflexionsmarkierungen, die in der Markierungsplatte 311 und der Markierungsplatte 321 angeordnet sind, können verschieden sein, solange die Zahlen drei oder mehr sind. Die Reflexionsmarkierungen sind in 3 zweidimensional angeordnet, aber können dreidimensional angeordnet sein. Die Markierungsplatte 311 ist an der Mikropipette 310 durch eine Befestigung 312 befestigt. Die Markierungsplatte 321 ist am Teströhrchen 320 durch eine Befestigung 322 befestigt. Die Befestigungen 312 und 322 weisen Formen auf, die den Lehrer 11 nicht beim Greifen und Bewegen der Mikropipette 310 und des Teströhrchens 320 unterbrechen. Folglich kann das Bewegungserfassungssystem leicht die Lagen der Markierungsplatten 311 und 321 messen, wenn der Lehrer 11 die Mikropipette 310 und das Teströhrchen 320 greift und bewegt.
(Details der Hand)
Als nächstes werden Details der Hand des Roboters 12, die das Greifzielobjekt greift, beschrieben. Die Hand des Roboters 12 ist ein Beispiel der Greifereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. Hier werden die Details der linken Hand des Roboters 12, die das Teströhrchen 320 greift, unter Verwendung von 5 und 6 beschrieben.
5 ist ein Diagramm, das ein Koordinatensystem darstellt, das für eine linke Hand 620 des Roboters 12 festgelegt ist, die das Teströhrchen 320 greift. 6 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Koordinatensystem, das für die linke Hand 620 festgelegt ist, und einem Koordinatensystem, das für die Markierungsplatte 321 festgelegt ist, darstellt. Die linke Hand 620 umfasst zwei Finger 620a, die sich öffnen und schließen, und greift das Teströhrchen 320, so dass das Teströhrchen 320 zwischen Aussparungsteile von Spitzen der Finger 620a eingefügt wird. In der Spitze des Fingers 620a ist ein Kerbabschnitt 620b vorgesehen und das Teströhrchen 320, an dem die Markierungsplatte 321 befestigt ist, kann gegriffen werden. Ein Koordinatensystem 6200 (Σ_LT) der linken Greifereinheit ist für das Greifzentrum des Fingers 620a der linken Hand 620 festgelegt und ein Koordinatensystem 7200 (Σ_LE) für die linke Verbindungsspitze ist für das Zentrum eines linken Handgelenkflanschs 620c des Roboters 12 festgelegt, an dem die linke Hand 620 befestigt ist. Eine Positionsbeziehung des Koordinatensystems 6200 (Σ_LT) der linken Greifereinheit relativ zum Koordinatensystem 7200 (Σ_LE) der linken Verbindungsspitze wird in der Steuervorrichtung 100 im Voraus als Verbindungsparameter des Roboters 12 registriert und der Befehlswert für den Roboter 12 wird als Lage des Koordinatensystems 6200 (Σ_LT) der linken Greifereinheit gegeben. Eine Positionsbeziehung zwischen dem Markierungsplattenkoordinatensystem 3200 (Σ_LM) und dem Koordinatensystem 6200 (Σ_LT) der linken Greifereinheit, das in 6 dargestellt ist, wird auch in der Steuervorrichtung 100 im Voraus registriert. Durch Messen der Markierungsplatte 321 unter Verwendung des Bewegungserfassungssystems, um die Lage des Markierungsplattenkoordinatensystems 3200 (Σ_LM) zu messen, kann die Lage des Koordinatensystems 6200 (Σ_LT) der linken Greifereinheit, die der Lage des Markierungsplattenkoordinatensystem 3200 (Σ_LM) entspricht, berechnet werden. In der ersten Ausführungsform wird die Lage des Koordinatensystems 6200 (Σ_LT) der linken Greifereinheit als Lehrdaten 106 verwendet. Hier wird die linke Hand 620, die das Teströhrchen 320 greift, als Beispiel beschrieben. Dasselbe kann jedoch auch auf die rechte Hand angewendet werden, die die Mikropipette 310 greift.
(Betrieb der Steuervorrichtung 100)
7 ist ein Ablaufplan, der einen Betrieb der Steuervorrichtung darstellt. Wie in 7 dargestellt, führt die Steuervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform eine Lehrstufe, um dem Roboter 12 eine Aufgabe zu lehren, und eine Ausführungsstufe, um den Roboter 12 dazu zu bringen, eine tatsächliche Aufgabe auszuführen, aus. Die Lehrstufe, um dem Roboter 12 eine Aufgabe zu lehren, umfasst zwei Schritte eines Erzeugungsschritts (siehe 9), um den Lehrer 11 dazu zu bringen, die Aufgabe zu demonstrieren, um die Lehrdaten 106 zu erzeugen, und einen Modifikationsschritt (siehe 11) zum Modifizieren der Lehrdaten 106. Im Erzeugungsschritt werden Zeitreihendaten hinsichtlich einer Position und einer Haltung des Greifzielobjekts, wenn der Lehrer 11 das Greifzielobjekt greift und bewegt, als Referenzpfad 104 ausgegeben und Lehrdaten des Roboters 12, die dem Referenzpfad 104 entsprechen, werden erzeugt. Im Modifikationsschritt werden Zeitreihendaten hinsichtlich einer Position und einer Haltung des Greifzielobjekts, wenn der Roboter 12 unter Verwendung der Lehrdaten 106 betrieben wird, als Betriebspfad 105 ausgegeben, bevor eine tatsächliche Aufgabe durch den Roboter 12 ausgeführt wird. Im Modifikationsschritt werden die Lehrdaten 106 derart modifiziert, dass der Betriebspfad 105 mit dem Referenzpfad 104 übereinstimmt. Als nächstes bringt im Ausführungsschritt die Steuervorrichtung 100 den Roboter 12 dazu, die tatsächliche Aufgabe unter Verwendung der Lehrdaten 106 oder der im Modifikationsschritt modifizierten Lehrdaten 106 auszuführen.
(Erzeugungsschritt)
Zuerst wird der Erzeugungsschritt zum Erzeugen der Lehrdaten 106 unter Verwendung von 8 und 9 beschrieben. 8 ist ein Konfigurationsdiagramm, das die Aufgabenlehreinrichtung 1 im Erzeugungsschritt darstellt. 9 ist ein Ablaufplan, der die Details des Erzeugungsschritts darstellt. Im Erzeugungsschritt steht zuerst der Lehrer 11 vor dem Arbeitstisch 10. Der Lehrer 11 demonstriert eine Aufgabe zum Greifen und Bewegen der Mikropipette 310 und des Teströhrchens 320, an denen die Markierungsplatten 311 und 321 befestigt sind. Die Lagemesseinheit 101 misst die Lagen der Markierungsplatten 311 und 321 in einer vorbestimmten Abtastperiode (beispielsweise 10 Hz) und gibt Zeitreihendaten hinsichtlich der Lagen der Markierungsplattenkoordinatensysteme 3100 und 3200 (Σ_RM, Σ_LM) als Referenzpfad 104 aus und zeichnet diese auf (S901). Die Zeitreihendaten hinsichtlich der Lagen der Markierungsplatten 311 und 321 sind ein Beispiel des Referenzpfades (die Zeitreihendaten hinsichtlich der Position und der Haltung des Greifzielobjekts) gemäß der vorliegenden Erfindung. Als nächstes erzeugt die Lehrdatenerzeugungs- und Lehrdatenmodifikationseinheit 102 die Lehrdaten 106 des Roboters 12, die dem Referenzpfad 104 entsprechen. Insbesondere erzeugt die Lehrdatenerzeugungs- und Lehrdatenmodifikationseinheit 102 Zeitreihendaten hinsichtlich der Lagen der Greifereinheitskoordinatensysteme 6200 (Σ_LT, Σ_RT) der zwei Hände des Roboters 12 aus dem aufgezeichneten Referenzpfad 104 und legt die erzeugten Zeitreihendaten als Lehrdaten 106 fest (S902). Die Lehrdatenerzeugungs- und Lehrdatenmodifikationseinheit 102 prüft, ob die erzeugten Lehrdaten 106 ausführbar sind (S903). Insbesondere führt die Lehrdatenerzeugungs- und Lehrdatenmodifikationseinheit 102 eine inverse Kinematikberechnung an den Lehrdaten 106 unter der Annahme aus, dass der Roboter 12 in einer vorbestimmten Position vor dem Arbeitstisch 10 vorgesehen ist. Die Lehrdatenerzeugungs- und Lehrdatenmodifikationseinheit 102 prüft, ob eine Lösung eines Gelenkwinkels des Roboters 12 erhalten wird, ob die erhaltene Lösung des Gelenkwinkels diskontinuierlich ist und ob eine Störung des Roboters 12 selbst oder des Umgebungsumfeldes des Roboters 12 bei der erhaltenen Lösung des Gelenkwinkels besteht. Wenn die Lehrdaten 106 ohne Problem ausführbar sind, werden die Lehrdaten 106 als Daten aufgezeichnet, die durch den Roboter 12 ausführbar sind (S904). Folglich ist der Erzeugungsschritt vollendet. Wenn in S903 bestimmt wird, dass die Lehrdaten 106 unausführbar sind, wird dem Lehrer 11 die Bestimmung präsentiert und die Messung des Referenzpfades 104 (S901) wird erneut ausgeführt.
(Modifikationsschritt)
Als nächstes wird der Modifikationsschritt zum Modifizieren der Lehrdaten 106 unter Verwendung von 10 und 11 beschrieben. Das Detail der erforderlichen Berechnung wird nachstehend beschrieben und die Abläufe der Prozedur werden hier beschrieben. 10 ist ein Konfigurationsdiagramm, das die Aufgabenlehreinrichtung 1 im Modifikationsschritt darstellt. 11 ist ein Ablaufplan, der die Details des Modifikationsschritts darstellt. Im Modifikationsschritt bewegt sich der Lehrer 11 vom Arbeitstisch 10 weg und stattdessen wird der Roboter 12 durch einen unbemannten Träger in eine Position vor dem Arbeitstisch 10 bewegt. Der Roboter 12 greift die Mikropipette 310 und das Teströhrchen 320, an denen die Markierungsplatten 311 und 321 befestigt sind. Der Roboter 12 misst die Markierungen 12m am Arbeitstisch 10 unter Verwendung der Stereokamera 12c und erkennt das Arbeitstischkoordinatensystem 2100 (Σ_W) (S1101). Folglich wird ein Fehler der Stehposition des Roboters 12 relativ zum Arbeitstisch 10 erhalten. Als nächstes betreibt die Lehrdatenausführungseinheit 103 den Roboter 12 unter Verwendung der im Erzeugungsschritt aufgezeichneten Lehrdaten 106 und greift und bewegt die Mikropipette 310 und das Teströhrchen 320, an denen die Markierungsplatten 311 und 321 befestigt sind. Hier misst die Lagemesseinheit 101 die Zeitreihendaten hinsichtlich der Lagen der Markierungsplatten 311 und 321 als Betriebspfad 105 und zeichnet diese auf (S1102). Die Zeitreihendaten hinsichtlich der Lagen der Markierungsplatten 311 und 321 sind ein Beispiel des Betriebspfades (die Zeitreihendaten hinsichtlich der Position und der Haltung des Greifzielobjekts) gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Zeitreihendaten hinsichtlich der Lagen der Markierungsplatten 311 und 321 sind die Zeitreihendaten hinsichtlich der Position und der Haltung des Greifzielobjekts gemäß der vorliegenden Erfindung.
Während der Messung des Betriebspfades 105 in S1102 wird anstelle der Ausführung der Lehrdaten 106 als solche der Betrieb des Roboters 12 in Intervallen von mehreren Punkten gestoppt, um Zeitreihendaten hinsichtlich der Lagen der Markierungsplatten 311 und 321 während des Stopps als Betriebspfad 105 zu messen. Als nächstes berechnet die Lehrdatenerzeugungs- und Lehrdatenmodifikationseinheit 102 einen Fehler (nachstehend als Positionierungsfehler bezeichnet) zwischen dem Referenzpfad 104 und dem Betriebspfad 105 (S1103). Wenn der Positionierungsfehler einen vorbestimmten definierten Wert überschreitet (S1104: Ja), modifiziert die Lehrdatenerzeugungs- und Lehrdatenmodifikationseinheit 102 die Lehrdaten 106 unter Verwendung des Positionierungsfehlers (S1105). Die modifizierten Lehrdaten 106 werden in der Hilfsspeichervorrichtung 123 aufgezeichnet. Die Lehrdatenausführungseinheit 103 betreibt den Roboter 12 unter Verwendung der modifizierten Lehrdaten 106 und führt die Messung des Betriebspfades 105 (S1102) und die Berechnung des Positionierungsfehlers (S1103) erneut aus. Wenn der Positionierungsfehler, der erneut berechnet wird, den vorbestimmten definierten Wert überschreitet, oder bis die Anzahl von Malen, die die Lehrdaten 106 modifiziert werden, eine vorbestimmte Anzahl von Malen überschreitet, werden die Schritte S1102 bis S1105 wiederholt. Wenn der Positionierungsfehler innerhalb des vorbestimmten definierten Werts liegt oder wenn die Anzahl von Malen, die die Lehrdaten 106 modifiziert werden, eine vorbestimmte Anzahl von Malen überschreitet, werden die Lehrdaten 106 oder die modifizierten Lehrdaten 106 aufgezeichnet (S1106). Folglich ist der Modifikationsschritt vollendet.
(Ausführungsschritt)
Als nächstes wird die tatsächliche Aufgabe, die durch den Roboter 12 unter Verwendung der Lehrdaten 106 oder der modifizierten Lehrdaten 106 ausgeführt wird, unter Verwendung von 12 beschrieben. 12 ist ein Konfigurationsdiagramm, das die Aufgabenlehreinrichtung 1 darstellt, die den Roboter 12 dazu bringt, die tatsächliche Aufgabe nach der Vollendung der Lehrstufe auszuführen. Nach der Vollendung der Lehrstufe werden die Markierungsplatten 311 und 321 von der Mikropipette 310 und dem Teströhrchen 320 entfernt. Die Kameras 201 bis 204 werden vom Arbeitstisch 10 entfernt. Der Roboter 12 bewegt sich in eine Position vor dem Arbeitstisch 10. Der Roboter 12 misst die Markierungen 12m am Arbeitstisch 10 unter Verwendung der Stereokamera 12c und erkennt das Arbeitstischkoordinatensystem 2100 (Σ_W). Folglich wird ein Fehler der Stehposition des Roboters 12 relativ zum Arbeitstisch 10 erhalten. Als nächstes bringt die Lehrdatenausführungseinheit 103 den Roboter 12 dazu, die tatsächliche Aufgabe unter Verwendung der Lehrdaten 106 oder der modifizierten Lehrdaten 106 auszuführen. Der Roboter 12 arbeitet gemäß den Lehrdaten 106 oder den modifizierten Lehrdaten 106 und greift und bewegt die Mikropipette 310 und das Teströhrchen 320.
(Verfahren zum Berechnen von Lehrdaten 106 und modifizierten Lehrdaten 106)
Die Details eines Verfahrens zum Berechnen der Lehrdaten 106 und der modifizierten Lehrdaten 106 werden unter Verwendung von 13 und 14 beschrieben. Alle des Referenzpfades 104, des Betriebspfades 105 und der Lehrdaten 106 umfassen Daten der zwei Hände des Roboters 12. Wegen der Einfachheit der Beschreibung wird jedoch die linke Hand als Beispiel beschrieben.
Zuerst wird ein Verfahren zum Gewinnen der Lehrdaten 106 vom Referenzpfad 104 beschrieben. 13 ist ein schematisches Diagramm, das den Referenzpfad 104 darstellt, der im Erzeugungsschritt gemessen wird. Der in S901 gemessene Referenzpfad 104 ist Zeitreihendaten hinsichtlich der Lage der Markierungsplatte 321, die in einer vorbestimmten Abtastperiode durch das Bewegungserfassungssystem gemessen wird, und wird durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt. ${}^{W}T_{L M} (i) = [\begin{matrix} {}^{W}R_{L M} (i) & {}^{W}p_{L M} (i) \\ 0 & 1 \end{matrix}]$
Im Ausdruck 1 stellt der obere linke Index „W“ dar, dass das Arbeitstischkoordinatensystem 2100 (Σ_W) die Basis ist, und der untere rechte Index „LM“ stellt dar, dass das Markierungsplattenkoordinatensystem 3200 (Σ_LM) das Ziel ist. Das Argument „i“ stellt die Reihenfolge der Zeitreihendaten dar. Die Bedeutungen der Indizes im Ausdruck sind dieselben in den folgenden Ausdrücken. ^WT_LM(i) ist eine homogene 4x4-Transformationsmatrix, ^WR_LM(i) ist eine 3x3-Rotationsmatrix, die die Haltung darstellt, und ^Wp_LM(i) ist ein 3x1-Positionsvektor, der die Position darstellt. Der Ausdruck der Haltung kann ein Ausdruck unter Verwendung eines Eulerschen Winkels oder einer Quaternion zusätzlich zur Rotationsmatrix sein. 13 ist ein Beispiel, das eine Haltung und eine Position nur an einer X-Koordinate 104x unter Haltungen und Positionen im Referenzpfad 104 darstellt und ist Daten, wobei x(i) in einer vorbestimmten Abtastperiode Δt angeordnet ist.
In S902 werden die Lehrdaten 106 aus dem Referenzpfad 104 gemäß dem nächsten Ausdruck erzeugt. ${}^{W}T_{L T} (i) = {}^{W}T_{L M} (i) \cdot {({}^{L T}T_{L M})}^{- 1}$
Im Ausdruck 2 stellt ^LTT_LM die Lage des Markierungsplattenkoordinatensystem 3200 (Σ_LM) vom Koordinatensystem 6200 (Σ_LT) der linken Greifereinheit gesehen dar und ist aus 6 bekannt. ^WT_LT(i), das aus dem Ausdruck 2 erhalten wird, stellt die Zeitreihendaten hinsichtlich der Lage des Koordinatensystems 6200 (Σ_LT) der linken Greifereinheit auf der Basis des Arbeitstischkoordinatensystems 2100 (Σ_W) dar und ist die Lehrdaten 106.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Modifizieren der Lehrdaten 106 vom Betriebspfad 105 im Modifikationsschritt beschrieben. 14 ist ein schematisches Diagramm, das den Betriebspfad 105 darstellt, der im Modifikationsschritt gemessen wird. Der Betriebspfad 105 ist die Zeitreihendaten hinsichtlich der Lage der Markierungsplatte 321, die durch Betreiben des Roboters 12 unter Verwendung der Lehrdaten 106 in S1102 und Stoppen des Roboters 12 in Intervallen von mehreren Punkten gemessen wird, und wird durch den folgenden Ausdruck durch Hinzufügen von Strichen zur rechten Seite von Ausdruck 1 ausgedrückt. ${}^{W}T_{L M}^{'} (i) = [\begin{matrix} {}^{W}R_{L M}^{'} (i) & {}^{W}p_{L M}^{'} (i) \\ 0 & 1 \end{matrix}]$
14 ist ein Beispiel, das eine Haltung und eine Position nur an einer X-Koordinate 105x unter Haltungen und Positionen im Betriebspfad 105 wie in 13 darstellt und ist Daten, die in Intervallen von zwei Punkten gemessen werden, beispielsweise an Punkten von i = 1, 4, 7, ...
Der Positionierungsfehler in S1103 ist eine Differenz zwischen dem Referenzpfad 104 und dem Betriebspfad 105 und bei i, wo der Betriebspfad 105 gemessen wird, werden ein Positionsfehler p_e(i) und ein Haltungsfehler R_e(i) wie im folgenden Ausdruck definiert. $p_{e} (i) = {}^{W}p_{L M}^{'} (i) - {}^{W}p_{L M}^{'} (i)$
$R_{e} (i) = {({}^{W}R_{L M} (i))}^{- 1} \cdot {}^{W}R_{L M}^{'} (i)$
Wie aus den Ausdrücken 4 und 5 zu sehen ist, ist der Positionsfehler p_e(i) eine Differenz im einfachen Positionsvektor und der Haltungsfehler R_e(i) ist eine Rotationsmatrix der Haltung des Betriebspfades 105 von der Haltung des Referenzpfades 104 aus gesehen. Bei i, wo der Betriebspfad 105 nicht gemessen wird, wird der Positionierungsfehler, der aus den Ausdrücken 4 und 5 erhalten wird, interpoliert, um den Positionierungsfehler zu gewinnen. Das Interpolationsverfahren kann irgendein Interpolationsverfahren wie z. B. eine Spline-Interpolation zusätzlich zu einer linearen Interpolation sein. Es ist zu beachten, dass, da der Haltungsfehler R_e(i) eine 3x3-Rotationsmatrix ist, ein Fall besteht, in dem die Einschränkungen für die Rotationsmatrix nicht erfüllt sind, wenn die Interpolationsberechnung in der Matrixform als solche ausgeführt wird. Durch Umwandeln der Form in eine andere Ausdrucksform wie z. B. einen Eulerschen Winkel oder eine Quaternion, Ausführen der Interpolationsberechnung und erneutes Umwandeln der Form in die Rotationsmatrix können folglich der Positionsfehler p_e(i) und der Haltungsfehler R_e(i) für alle i des Referenzpfades 104 erhalten werden.
Wenn der Positionierungsfehler den definierten Wert überschreitet, werden die Lehrdaten 106 unter Verwendung des Positionierungsfehlers modifiziert. Die Lehrdaten 106, die derart modifiziert werden, dass der Betriebspfad 105 mit dem Referenzpfad 104 übereinstimmt, werden aus dem folgenden Ausdruck gewonnen. ${}^{W}{_{T_{L T}}} (i) = [\begin{matrix} {}^{W}R_{L M} (i) \cdot {(R_{e} (i))}^{- 1} & {}^{W}p_{L M} (i) - p_{e} (i) \\ 0 & 1 \end{matrix}] \cdot {({}^{L T}T_{L M})}^{- 1}$
^WT_LT(i), das aus dem Ausdruck 6 erhalten wird, ist die Lehrdaten 106, die aus dem Positionierungsfehler modifiziert sind. Der Betriebspfad 105, der durch Betreiben des Roboters unter Verwendung der modifizierten Lehrdaten 106 erneut gemessen wird, wird durch den folgenden Ausdruck durch Hinzufügen von Strichen zur rechten Seite des Ausdrucks 3 ausgedrückt. ${}^{W}T_{L M}^{"} (i) = [\begin{matrix} {}^{W}R_{L M}^{"} (i) & {}^{W}p_{L M}^{"} (i) \\ 0 & 1 \end{matrix}]$
Der Positionierungsfehler, der in S1103 erneut gewonnen wird, ist eine Differenz zwischen dem Referenzpfad 104 und dem Betriebspfad 105 und wird durch die folgenden Ausdrücke ausgedrückt. $p_{e}^{'} (i) = {}^{W}p_{L M}^{"} (i) - {}^{W}p_{L M} (i)$
$R_{e}^{'} (i) = {({}^{W}R_{L M} (i))}^{- 1} \cdot {}^{W}R_{L M}^{"} (i)$
Wenn der Positionierungsfehler den definierten Wert in S1104 erneut überschreitet, werden die modifizierten Lehrdaten 106 in S1105 modifiziert. Hier wird die Berechnung der Lehrdaten 106 durch den folgenden Ausdruck unter Verwendung sowohl des ersten Positionierungsfehlers der Ausdrücke 4 und 5 als auch des zweiten Positionierungsfehlers der Ausdrücke 8 und 9 ausgedrückt. ${}^{W}T_{L T} (i) = [\begin{matrix} {}^{W}R_{L M} (i) \cdot {(R_{e}^{'} (i) \cdot R_{e} (i))}^{- 1} & {}^{W}p_{L M} (i) \cdot (p_{e} (i) \cdot p_{e}^{'} (i)) \\ 0 & 1 \end{matrix}] \cdot {({}^{L T}T_{L M})}^{- 1}$
Durch Wiederholen der Messung des Betriebspfades 105 und der Modifikation der Lehrdaten 106, wie vorstehend beschrieben, können die modifizierten Lehrdaten 106, in denen der Betriebspfad 105 fast mit dem Referenzpfad 104 übereinstimmt, erhalten werden.
[Effekt der ersten Ausführungsform]
In der ersten Ausführungsform wird der Modifikationsschritt S702 ausgeführt, bevor der Roboter 12 die tatsächliche Aufgabe ausführt. Folglich ist es während der tatsächlichen Aufgabe durch den Roboter 12 nicht erforderlich, die Markierungsplatten 311 und 321 und die Kameras 201 und 204 zum Erfassen der Markierungsplatten 311 und 321 bereitzustellen. Daher kann der Roboter die tatsächliche Aufgabe mit einer einfachen Konfiguration ausführen.
In der ersten Ausführungsform kann durch Ausführen des Modifikationsschritts S702, bevor der Roboter 12 die tatsächliche Aufgabe ausführt, der Aufgabenbetrieb des Lehrers 11 dem Roboter 12, der eine Aufgabe mit hoher Geschwindigkeit ausführt, auch mit hoher Genauigkeit gelehrt werden.
In der ersten Ausführungsform erkennt der Roboter 12 das Arbeitstischkoordinatensystem 2100 (Σ_W) und arbeitet unter Verwendung der Lehrdaten auf der Basis des Arbeitstischkoordinatensystems 2100 (Σ_W). Selbst wenn die Genauigkeit der Stehposition des Roboters 12 relativ zum Arbeitstisch 10 schlecht ist, kann folglich, indem der Roboter 12 das Arbeitstischkoordinatensystem 2100 (Σ_W) erkennt, der Fehler der Stehposition des Roboters 12 relativ zum Arbeitstisch 10 erhalten werden. Folglich wird die absolute Positionierungsgenauigkeit des Greifzielobjekts, das durch den Roboter 12 gegriffen wird, sichergestellt.
In der ersten Ausführungsform können durch Erfassen der vier Reflexionsmarkierungen 311a bis 311d und der vier Reflexionsmarkierungen 321a bis 321d der Markierungsplatten 311 und 321 mit den Kameras 201 bis 204 die dreidimensionale Position und die Haltung des Greifzielobjekts leicht gemessen werden.
In der ersten Ausführungsform sind sowohl der Referenzpfad 104 als auch der Betriebspfad 105 die Zeitreihendaten hinsichtlich der Position und der Haltung des Greifzielobjekts. Daher können die Position und die Haltung des Greifzielobjekts, das durch den Lehrer 11 gegriffen wird, und die Position und die Haltung des Greifzielobjekts, das durch den Roboter 12 gegriffen wird, mit hoher Genauigkeit positioniert werden.
In der ersten Ausführungsform wird, wenn der Fehler zwischen dem Referenzpfad 104 und dem Betriebspfad 105 mehr als der definierte Wert ist, der Modifikationsschritt ausgeführt. Daher kann verhindert werden, dass ein unnötiger Modifikationsschritt ausgeführt wird. Im Modifikationsschritt können die Lehrdaten 106 unter Verwendung des Fehlers zwischen dem Referenzpfad 104 und dem Betriebspfad 105 modifiziert werden. Daher können die Lehrdaten 106 gemäß dem Fehler geeignet modifiziert werden.
In der ersten Ausführungsform können die Lehrdaten 106 derart erhalten werden, dass der Fehler (Positionierungsfehler) zwischen dem Referenzpfad 104, der gemessen wird, wenn der Lehrer 11 die Aufgabe im Erzeugungsschritt demonstriert, und dem Betriebspfad 105, der gemessen wird, wenn der Roboter 12 im Modifikationsschritt betrieben wird, innerhalb des vordefinierten Werts liegt. Folglich kann der Roboter eine Aufgabe mit hoher Genauigkeit, die der Aufgabe entspricht, die durch den Lehrer 11 demonstriert wird, ausführen. Beispiele von verschiedenen Ursachen des Positionierungsfehlers umfassen einen Fehler, der verursacht wird, wenn der tatsächliche Verbindungsparameter des Roboters 12 nicht streng mit jenem in der Steuervorrichtung 100 übereinstimmt, einen Fehler, der durch eine Verformung aufgrund des Gewichts des Roboters 12 oder des Greifzielobjekts verursacht wird, einen Messfehler des Bewegungserfassungssystems und einen Fehler der Befestigungspositionen der Markierungsplatten 311 und 321. In der ersten Ausführungsform werden jedoch die Lehrdaten 106 derart modifiziert, dass der Referenzpfad 104 und der Betriebspfad 105 miteinander übereinstimmen, wenn der Lehrer 11 und der Roboter 12 das Greifzielobjekt in derselben Messumgebung greifen und bewegen. Folglich können die Effekte aller vorstehend beschriebenen Fehler entfernt werden und der Roboter 12 kann gemäß dem Referenzpfad 104 betrieben werden, der durch den Lehrer 11 gelehrt wird.
In der ersten Ausführungsform ist ein Beispiel beschrieben, in dem das optische Bewegungserfassungssystem für die Messung der Lage des Greifzielobjekts verwendet wird. Andere kontaktlose dreidimensionale Messmittel können jedoch verwendet werden. Beispiele der kontaktlosen dreidimensionalen Messmittel umfassen ein magnetisches dreidimensionales Messinstrument, eine Laserverfolgungseinrichtung und ein System, das ein Bild analysiert, das durch Erfassen des Betriebs des Lehrers 11 mit einer Kamera gewonnen wird. Unter Verwendung der kontaktlosen dreidimensionalen Messmittel kann der Lehrer 11 die Aufgabe lehren, ohne durch die Messmittel eingeschränkt zu sein.
In der ersten Ausführungsform ist ein Beispiel beschrieben, in dem der Referenzpfad 104 als Zeitreihendaten aufgezeichnet wird, die in der vorbestimmten Abtastperiode in S901 gemessen werden. Die vorbestimmte Abtastperiode muss jedoch nicht verwendet werden und repräsentative Punkte einer Bahn können verwendet werden. Durch Aufzeichnen von Daten nur an charakteristischen Punkten als Zeitreihendaten kann die Größe von zu handhabenden Daten verringert werden.
Wenn die Lehrdaten 106 in S902 erzeugt werden, ist es nicht erforderlich, Dauern der Zeitreihendaten des Referenzpfades 104 und der Lehrdaten 106 miteinander abzugleichen. Die Lehrdaten 106 können beispielsweise nach dem Abwärtsabtasten des Referenzpfades 104 erzeugt werden. Folglich kann die Größe der Daten der Lehrdaten 106 verringert werden und die Endgröße von Daten, die erforderlich sind, um den Roboter 12 zu betreiben, kann verringert werden.
In der ersten Ausführungsform ist ein Beispiel beschrieben, in dem, wenn der Betriebspfad 105 in S1102 gemessen wird, der Roboter 12 unter Verwendung der Lehrdaten 106 betrieben wird und der Betrieb des Roboters 12 in Intervallen von mehreren Punkten für die Messung durch die Lagemesseinheit 101 gestoppt wird. Der Betrieb des Roboters 12 kann jedoch an jedem Punkt für die Messung gestoppt werden. Hier ist die Zeit für die Messung des Betriebspfades 105 erforderlich. Der Positionierungsfehler an jedem Punkt kann jedoch ohne Interpolation erhalten werden. Wenn der Betrieb des Roboters 12 an jedem Punkt gestoppt wird, wird der Roboter 12 mit einer langsamen Geschwindigkeit betrieben. Ob der Roboter 12 sicher arbeitet, kann daher auch geprüft werden. Wenn der Roboter 12 in Intervallen von mehreren Punkten gestoppt wird, muss ein Zeitintervall nicht konstant sein. Die Bewegungsausmaße zwischen den jeweiligen Punkten der Lehrdaten 106 werden beispielsweise im Voraus gewonnen, so dass, sobald ein vorbestimmtes Bewegungsausmaß überschritten wird, der Roboter 12 gestoppt wird, um den Betriebspfad 105 zu messen. Folglich muss der Roboter 12 nicht mehr als erforderlich an Abschnitten gestoppt werden, wo das Bewegungsausmaß klein ist, und eine Zeitdauer, die für den Modifikationsschritt erforderlich ist, kann verringert werden.
<Zweite Ausführungsform>
In der zweiten Ausführungsform wird eine Aufgabenlehreinrichtung für einen Roboter, dem eine Aufgabe einfacher gelehrt werden kann als bei der ersten Ausführungsform, unter Verwendung von 15 und 16 beschrieben. 15 ist ein Diagramm, das ein Koordinatensystem, das für die linke Hand 620 des Roboters 12 festgelegt ist, in der zweiten Ausführungsform darstellt. 16 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Koordinatensystem, das für die linke Hand 620 festgelegt ist, und einem Koordinatensystem, das für die Markierungsplatte 321 festgelegt ist, darstellt. In 15 und 16 sind dieselben Komponenten oder Elemente mit denselben Funktionen wie jene von 5 und 6 mit denselben Bezugszeichen dargestellt und die wiederholte Beschreibung davon wird nicht durchgeführt. Die linke Hand 620 des Roboters 12 in der zweiten Ausführungsform umfasst zwei Finger 620d und 620e, die sich öffnen und schließen, und greift das Teströhrchen 320, so dass das Teströhrchen 320 zwischen Aussparungsteile von Spitzen der Finger 620d und 620e eingefügt wird. Auf einer Seitenoberfläche des Fingers 620e ist ein Markierungsplattenmontageabschnitt 620f, wo die Markierungsplatte 321 vorgesehen sein kann, ausgebildet.
Wie in der ersten Ausführungsform umfasst eine Aufgabenlehrprozedur gemäß der zweiten Ausführungsform zwei Schritte eines Erzeugungsschritts, um den Lehrer 11 dazu zu bringen, die Aufgabe zu demonstrieren, um die Lehrdaten 106 zu erzeugen, und einen Modifikationsschritt, um den Roboter 12 dazu zu bringen, die Aufgabe auszuführen, und um die Lehrdaten 106 zu modifizieren. Als nächstes führt der Roboter 12 die Aufgabe unter Verwendung der Lehrdaten 106 aus, die im Modifikationsschritt modifiziert werden. Nachstehend werden Punkte, die von jenen der ersten Ausführungsform verschieden sind, im Einzelnen beschrieben.
Die Prozedur des Erzeugungsschritts ist dieselbe wie jene der ersten Ausführungsform. Die Zeitreihendaten hinsichtlich der Lagen der Markierungsplatten 311 und 321, die im Erzeugungsschritt der zweiten Ausführungsform erzeugt werden, sind ein Beispiel des Referenzpfades (die Zeitreihendaten hinsichtlich der Position und der Haltung der Greifereinheit) gemäß der vorliegenden Erfindung.
(Modifikationsschritt)
Die Prozedur des Modifikationsschritts wird gemäß dem Ablaufplan von 11 beschrieben. Im Modifikationsschritt bewegt sich der Lehrer 11 vom Arbeitstisch 10 weg und der Roboter 12 wird stattdessen durch einen unbemannten Träger in eine vorbestimmte Position vor dem Arbeitstisch 10 bewegt. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform greift der Roboter 12 nichts und die Markierungsplatte 321 ist am Finger 620e der linken Hand 620 vorgesehen, wie in 16 dargestellt. Eine Öffnungsbreite zwischen den Fingern 620d und 620e wird derart eingestellt, dass eine Positionsbeziehung zwischen dem Markierungsplattenkoordinatensystem 3200 (Σ_LM) und dem Koordinatensystem 6200 (Σ_LT) der linken Greifereinheit mit jenem übereinstimmt, wenn die linke Hand 620 das Teströhrchen 320 greift. In der rechten Hand ist ebenso die Markierungsplatte 311 vorgesehen und eine Öffnungsbreite der Finger der rechten Hand wird eingestellt. Der Roboter 12 misst die Markierungen 12m am Arbeitstisch 10 unter Verwendung der Stereokamera 12c und erkennt das Arbeitstischkoordinatensystem 2100 (Σ_W) (S1101). Folglich wird ein Fehler der Stehposition des Roboters 12 relativ zum Arbeitstisch 10 erhalten. Als nächstes betreibt die Lehrdatenausführungseinheit 103 den Roboter 12 unter Verwendung der Lehrdaten 106, die im Erzeugungsschritt aufgezeichnet werden, und betreibt die zwei Hände, an denen die Markierungsplatten 311 und 321 befestigt sind. Hier misst die Lagemesseinheit 101 die Zeitreihendaten hinsichtlich der Lagen der Markierungsplatten 311 und 321 als Betriebspfad 105 und zeichnet diese auf (S1102). Die Zeitreihendaten hinsichtlich der Lagen der Markierungsplatten 311 und 321 sind ein Beispiel des Betriebspfades (die Zeitreihendaten hinsichtlich der Position und der Haltung der Greifereinheit) gemäß der vorliegenden Erfindung.
Während der Messung des Betriebspfades 105 in S1102 wird anstelle der Ausführung der Lehrdaten 106 als solche der Betrieb des Roboters 12 in Intervallen von mehreren Punkten gestoppt, um Zeitreihendaten hinsichtlich der Lagen der Markierungsplatten 311 und 321 während des Stopps als Betriebspfad 105 zu messen. Als nächstes berechnet die Lehrdatenerzeugungs- und Lehrdatenmodifikationseinheit 102 einen Fehler (Positionierungsfehler) zwischen dem Referenzpfad 104, der im Erzeugungsschritt aufgezeichnet wird, und dem Betriebspfad 105, der im Modifikationsschritt aufgezeichnet wird (S1103). Wenn der Positionierungsfehler einen vorbestimmten definierten Wert überschreitet (S1104: Ja), modifiziert die Lehrdatenerzeugungs- und Lehrdatenmodifikationseinheit 102 die Lehrdaten 106 unter Verwendung des Positionierungsfehlers (S1105). Die modifizierten Lehrdaten 106 werden in der Hilfsspeichervorrichtung 123 aufgezeichnet. Die Lehrdatenausführungseinheit 103 betreibt den Roboter 12 unter Verwendung der modifizierten Lehrdaten 106 und führt die Messung des Betriebspfades 105 (S1102) und die Berechnung des Positionierungsfehlers (S1103) erneut aus. Wenn der Positionierungsfehler, der erneut berechnet wird, den vorbestimmten definierten Wert überschreitet, oder bis die Anzahl von Malen, die die Lehrdaten 106 modifiziert werden, eine vorbestimmte Anzahl von Malen überschreitet, werden S1102 bis S1105 wiederholt. Wenn der Positionierungsfehler innerhalb des vorbestimmten definierten Werts liegt oder wenn die Anzahl von Malen, die die Lehrdaten 106 modifiziert werden, eine vorbestimmte Anzahl von Malen überschreitet, werden die Lehrdaten 106 oder die modifizierten Lehrdaten 106 aufgezeichnet (S1106). Folglich ist der Modifikationsschritt vollendet.
(Ausführungsschritt)
Als nächstes wird die tatsächliche Aufgabe, die durch den Roboter 12 unter Verwendung der Lehrdaten 106 oder der modifizierten Lehrdaten 106 ausgeführt wird, beschrieben. Nach der Vollendung der Lehrstufe werden die Markierungsplatten 311 und 321 von den zwei Händen des Roboters 12 entfernt. Die Kameras 201 bis 204 werden vom Arbeitstisch 10 entfernt. Der Roboter 12 wird in einer Position vor dem Arbeitstisch 10 angeordnet. Der Roboter 12 misst die Markierungen 12m am Arbeitstisch 10 unter Verwendung der Stereokamera 12c und erkennt das Arbeitstischkoordinatensystem 2100 (Σ_W). Folglich wird ein Fehler der Stehposition des Roboters 12 relativ zum Arbeitstisch 10 erhalten. Als nächstes betreibt die Lehrdatenausführungseinheit 103 den Roboter 12 unter Verwendung der Lehrdaten 106 oder der modifizierten Lehrdaten 106, um die Mikropipette 310 und das Teströhrchen 320 zu greifen und zu bewegen. Ein Zustand, in dem das Teströhrchen 320 durch die linke Hand während der tatsächlichen Aufgabe durch den gelehrten Roboter 12 gegriffen wird, ist wie in 15 dargestellt.
[Effekt der zweiten Ausführungsform]
In der zweiten Ausführungsform ist es nicht erforderlich, den Roboter 12 dazu zu bringen, das Greifzielobjekt im Modifikationsschritt zu greifen. Wenn die Anzahl der Arten von zu handhabenden Greifzielobjekten groß ist, können die Arbeitsstunden des Aufgabenletirens verringert werden.
In der zweiten Ausführungsform ist das Beispiel, in dem die Markierungsplatten 311 und 321 von den zwei Händen des Roboters 12 während der tatsächlichen Aufgabe durch den Roboter 12 entfernt werden, beschrieben. Solange die Markierungsplatten 311 und 321 die tatsächliche Aufgabe nicht stören, müssen jedoch die Markierungsplatten 311 und 321 nicht entfernt werden. Durch Vorbereiten von zwei Sätzen mit den Markierungsplatten 311 und 321 für das Aufgabenlehren durch den Lehrer 11 und der Markierungsplatten 311 und 321 für die Befestigung an den zwei Händen des Roboters 12 ist eine Verschiebung vom Erzeugungsschritt zum Modifikationsschritt während des Aufgabenlehrens einfach. Die Arbeitsstunden zum Aufgabenlehren können verringert werden.
Die anderen Effekte sind dieselben wie jene der ersten Ausführungsform.
<Abwandlungsbeispiel>
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die Ausführungsformen begrenzt und umfasst verschiedene Abwandlungsbeispiele. Die Ausführungsformen wurden beispielsweise im Einzelnen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung leicht zu beschreiben, und die vorliegende Erfindung umfasst nicht notwendigerweise alle vorstehend beschriebenen Konfigurationen. Ein Teil einer Ausführungsform kann durch eine Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden. Eine Konfiguration einer Ausführungsform kann auch zu einer Konfiguration einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Ein Zusatz, eine Streichung oder ein Austausch eines Teils einer Konfiguration einer anderen Ausführungsform kann auch für einen Teil der Konfiguration von jeder der Ausführungsformen durchgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: Aufgabenlehreinrichtung des Roboters
10: Arbeitstisch
11: Lehrer
12: Roboter
12c: Stereokamera
12m: Markierung
100: Steuervorrichtung
101: Lagemesseinheit
102: Lehrdatenerzeugungs- und Lehrdatenmodifikationseinheit
103: Lehrdatenausführungseinheit
104: Referenzpfad
105: Betriebspfad
106: Lehrdaten
201 bis 204: Kamera
210: Sichtfeld der Kamera
310: Mikropipette
320: Teströhrchen
311, 321: Markierungsplatte
311a bis 311d, 321a bis 321d: Reflexionsmarkierung
312, 322: Befestigung
620: linke Hand
2100: Arbeitstischkoordinatensystem
3100, 3200: Markierungsplattenkoordinatensystem
6200: Koordinatensystem der linken Greifereinheit
7200: Koordinatensystem der linken Verbindungsspitze

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017217738 A [0003]

Claims

Aufgabenlehrverfahren, das durch eine Aufgabenlehreinrichtung ausgeführt wird, um einem Roboter eine Aufgabe zu lehren, der eine Greifereinheit umfasst, die dazu konfiguriert ist, ein Greifzielobjekt zu greifen, und das durch die Greifereinheit gegriffene Greifzielobjekt bewegt, wobei das Aufgabenlehrverfahren umfasst: einen Erzeugungsschritt zum Ausgeben von Zeitreihendaten hinsichtlich einer Position und einer Haltung des Greifzielobjekts als Referenzpfad, wenn ein Lehrer das Greifzielobjekt greift und bewegt, und Erzeugen von Lehrdaten des Roboters, die dem Referenzpfad entsprechen; und einen Modifikationsschritt zum Ausgeben von Zeitreihendaten hinsichtlich einer Position und einer Haltung des Greifzielobjekts oder der Greifereinheit als Betriebspfad, wenn der Roboter unter Verwendung der Lehrdaten betrieben wird, bevor eine tatsächliche Aufgabe durch den Roboter ausgeführt wird, und Modifizieren der Lehrdaten, so dass der Betriebspfad mit dem Referenzpfad übereinstimmt.
Aufgabenlehrverfahren nach Anspruch 1, wobei der Referenzpfad, der Betriebspfad und die Lehrdaten auf einem Aufgabenumgebungskoordinatensystem basieren, das eine Aufgabenumgebung darstellt, in der der Roboter die Aufgabe ausführt, und der Modifikationsschritt umfasst, dass der Roboter dazu gebracht wird, das Aufgabenumgebungskoordinatensystem zu erkennen, und der Roboter unter Verwendung der Lehrdaten auf der Basis des Aufgabenumgebungskoordinatensystems betrieben wird.
Aufgabenlehrverfahren nach Anspruch 1, wobei der Erzeugungsschritt das Ausgeben des Referenzpfades von mehreren Bildern des Greifzielobjekts umfasst, das durch den Lehrer gegriffen und bewegt wird, wobei die mehreren Bilder durch mehrere Erfassungsmittel gewonnen werden, die in einer Aufgabenumgebung vorgesehen sind, in der der Roboter die Aufgabe ausführt, und der Modifikationsschritt das Ausgeben des Betriebspfades von mehreren Bildern des Greifzielobjekts umfasst, das durch den Roboter gegriffen und bewegt wird, wobei die mehreren Bilder durch die mehreren Erfassungsmittel gewonnen werden.
Aufgabenlehrverfahren nach Anspruch 3, wobei die mehreren Erfassungsmittel drei oder mehr Markierungen, die am Greifzielobjekt befestigt sind, oder drei oder mehr Markierungen, die an der Greifereinheit befestigt sind, erfassen.
Aufgabenlehrverfahren nach Anspruch 1, wobei der Referenzpfad und der Betriebspfad Zeitreihendaten hinsichtlich einer Position und einer Haltung des Greifzielobjekts sind.
Aufgabenlehrverfahren nach Anspruch 1, wobei, wenn ein Fehler zwischen dem Referenzpfad und dem Betriebspfad mehr als ein definierter Wert ist, die Modifikation der Lehrdaten ausgeführt wird.
Aufgabenlehrverfahren nach Anspruch 1, wobei im Modifikationsschritt die Lehrdaten unter Verwendung eines Fehlers zwischen dem Referenzpfad und dem Betriebspfad modifiziert werden.
Aufgabenlehreinrichtung, um einem Roboter eine Aufgabe zu lehren, der eine Greifereinheit umfasst, die dazu konfiguriert ist, ein Greifzielobjekt zu greifen, und das durch die Greifereinheit gegriffene Greifzielobjekt bewegt, wobei die Aufgabenlehreinrichtung umfasst: Ausgabemittel zum Ausgeben von Zeitreihendaten hinsichtlich einer Position und einer Haltung des Greifzielobjekts als Referenzpfad, wenn ein Lehrer das Greifzielobjekt greift und bewegt; und Erzeugungsmittel zum Erzeugen von Lehrdaten des Roboters, die dem Referenzpfad entsprechen, der aus den Ausgabemitteln ausgegeben wird, wobei die Ausgabemittel als Betriebspfad Zeitreihendaten hinsichtlich einer Position und einer Haltung des Greifzielobjekts oder der Greifereinheit ausgeben, wenn der Roboter unter Verwendung der Lehrdaten betrieben wird, und die Erzeugungsmittel die Lehrdaten derart modifizieren, dass der Betriebspfad mit dem Referenzpfad übereinstimmt, bevor eine tatsächliche Aufgabe durch den Roboter ausgeführt wird.
Aufgabenlehreinrichtung nach Anspruch 8, wobei der Referenzpfad, der Betriebspfad und die Lehrdaten auf einem Aufgabenumgebungskoordinatensystem basieren, das eine Aufgabenumgebung darstellt, in der der Roboter die Aufgabe ausführt, und der Roboter das Aufgabenumgebungskoordinatensystem erkennt und anschließend unter Verwendung der Lehrdaten auf der Basis des Aufgabenumgebungskoordinatensystems arbeitet.
Aufgabenlehreinrichtung nach Anspruch 8, die ferner mehrere Erfassungsmittel umfasst, die in einer Aufgabenumgebung vorgesehen sind, in der der Roboter die Aufgabe ausführt, wobei die Ausgabemittel den Referenzpfad und den Betriebspfad von mehreren Bildern des Greifzielobjekts, die durch die Erfassungsmittel gewonnen werden, ausgeben.
Aufgabenlehreinrichtung nach Anspruch 10, wobei die Erfassungsmittel drei oder mehr Markierungen, die am Greifzielobjekt befestigt sind, oder drei oder mehr Markierungen, die an der Greifereinheit befestigt sind, erfassen.
Aufgabenlehreinrichtung nach Anspruch 8, wobei der Referenzpfad und der Betriebspfad Zeitreihendaten hinsichtlich einer Position und einer Haltung des Greifzielobjekts sind.
Aufgabenlehreinrichtung nach Anspruch 8, wobei wenn ein Fehler zwischen dem Referenzpfad und dem Betriebspfad mehr als ein definierter Wert ist, die Erzeugungsmittel die Lehrdaten modifizieren.
Aufgabenlehreinrichtung nach Anspruch 8, wobei die Erzeugungsmittel die Lehrdaten unter Verwendung eines Fehlers zwischen dem Referenzpfad und dem Betriebspfad modifizieren.
Roboter mit der Aufgabenlehreinrichtung nach Anspruch 8.