DE112022000796T5

DE112022000796T5 - Steuervorrichtung zur berechnung von parametern zur steuerung von position und pose eines roboters

Info

Publication number: DE112022000796T5
Application number: DE112022000796.6T
Authority: DE
Inventors: Yuki Ishii
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2021-03-30
Filing date: 2022-03-23
Publication date: 2023-11-23
Also published as: WO2022210186A1; US20240165822A1; JP7477716B2; JPWO2022210186A1; TW202239551A; CN116997445A

Abstract

Diese Steuervorrichtung umfasst einen Kraftsensor und eine Parameterberechnungseinheit zum Berechnen einer Bewegungsrichtung zum Bewegen eines ersten Werkstücks und der Position eines Werkstückendpunkts bei Durchführung einer Kraftsteuerung. Ein Bediener bewirkt, dass ein Roboter den Werkstückendpunkt des ersten Werkstücks mit einer Ecke eines zweiten Werkstücks in Kontakt bringt. Der Kraftsensor detektiert eine Kraft in einem Zeitraum, in dem das erste Werkstück in eine Drückrichtung gedrückt wird. Die Parameterberechnungseinheit berechnet die Bewegungsrichtung und die Position des Werkstückendpunkts auf Basis von Kräften, die von dem Kraftsensor für mehrere Drückrichtungen detektiert werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung zur Berechnung von Parametern zur Steuerung einer Position und einer Ausrichtung eines Roboters.
STAND DER TECHNIK
Eine Robotereinrichtung umfasst einen Roboter und ein Arbeitswerkzeug, das an dem Roboter angebracht ist, und kann einen vorbestimmten Arbeitsgang durchführen, während der Roboter Position und Ausrichtung wechselt. Eine bekannte Robotereinrichtung ist mit einer Hand als ein Arbeitswerkzeug zum Ergreifen eines Werkstücks versehen und ordnet das Werkstück an einer vorbestimmten Position an. Als ein Arbeitsgang zum präzisen Einstellen einer Position und einer Ausrichtung des Werkstücks ist Steuerung zum Passen eines Werkstücks an ein anderes Werkstück bekannt. Ferner ist die Steuerung bekannt, bei der ein Werkstück in Kontakt mit einer vorbestimmten Position eines anderen Werkstücks gebracht wird. Beispielsweise ist eine Robotereinrichtung zum Durchführen eines Arbeitsgangs des Einführens eines Werkstücks in ein Loch oder dergleichen eines an einem Arbeitstisch fixierten Glieds (z. B. Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 4-256526A) bekannt.
Beim Durchführen solch eines Arbeitsgangs korrigiert eine Steuerung eines Roboters eine Position und eine Ausrichtung des Roboters, während ein Werkstück zu einem anderen Werkstück bewegt wird. Bei einer bekannten Methode wird Kraftsteuerung, wie z. B. Nachgiebigkeitssteuerung, unter Anbringung eines Kraftsensors an einem Roboter durchgeführt. Bei der Kraftsteuerung können eine Position und eine Ausrichtung des Roboters so korrigiert werden, dass dafür gesorgt wird, dass eine Kraft in einer vorbestimmten Richtung, die von dem Kraftsensor detektiert wird, in einen Bestimmungsbereich fällt (beispielsweise Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2008-307634A und Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2017-127932A).
Liste bekannter Schriften
Patentliteratur

[PTL 1] Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 4-256526A
[PTL 2] Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2008-307634A
[PTL 3] Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2017-127932A

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Bei der Kraftsteuerung können eine Position und eine Ausrichtung eines von einem Roboter ergriffenen Werkstücks basierend auf einer Ausgabe von einem an dem Roboter angebrachten Kraftsensor eingestellt werden. Wenn diese Steuerung durchgeführt wird, ist es erforderlich, einen Steuerpunkt für den Roboter, der das Werkstück bewegt, festzulegen. Der Steuerpunkt für die Kraftsteuerung kann an einem Spitzenpunkt des Werkstücks oder einem Spitzenpunkt eines Arbeitswerkzeugs festgelegt werden. Ferner ist es erforderlich, eine Bewegungsrichtung (einen Bewegungsvektor) festzulegen, die als eine Richtung für die Bewegung zum Einpassen oder Drücken des Werkstücks dient.
Solche Parameter, einschließlich des Steuerpunkts und der Bewegungsrichtung, können in mindestens einem Koordinatensystem eines Werkzeugkoordinatensystems mit dem Ursprung in dem Arbeitswerkzeug und eines Benutzerkoordinatensystems, das von einem Bediener festgelegt wird, angegeben werden. Üblicherweise kann der Ursprung des Koordinatensystems als der Steuerpunkt festgelegt werden, und die Richtung einer Koordinatenachse des Koordinatensystems kann als die Bewegungsrichtung festgelegt werden. Dann kann der Roboter basierend auf der Position des Ursprungs des Koordinatensystems und der Bewegungsrichtung gesteuert werden.
Das Werkzeugkoordinatensystem und das Benutzerkoordinatensystem können durch Betreiben eines realen Roboters festgelegt werden. Ein Problem besteht jedoch darin, dass es für einen Bediener, der nicht mit der Betriebsweise des Roboters vertraut ist, schwierig ist, das Koordinatensystem festzulegen. Beispielsweise bestimmt der Bediener beim Festlegen des Benutzerkoordinatensystems für ein an einem Arbeitstisch fixiertes Werkzeug drei Positionen in einem Raum unter Verwendung des in dem Roboter festgelegten Bezugskoordinatensystems und legt Vektoren parallel zu der X-Achse und der Y-Achse fest. Ferner legt der Bediener das Benutzerkoordinatensystem, das die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse umfasst, durch Angeben der Position des Ursprungs fest.
Somit sind beim Festlegen des Koordinatensystems viele Arbeitsschritte involviert, und ein Problem besteht darin, dass es für einen Bediener, der nicht mit der Betriebsweise des Roboters vertraut ist, schwierig ist, das Koordinatensystem festzulegen. Insbesondere besteht, wenn eine Richtung in einem dreidimensionalen Raum durch Koordinatenachsenrichtungen angegeben wird, ein Problem darin, dass es schwierig ist, den Roboter zu bedienen.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Bei einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung handelt es sich um eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, einen Parameter zur Durchführung einer Kraftsteuerung, wenn ein Roboter ein erstes Werkstück zu einem zweiten Werkstück bewegt, zu berechnen. Die Steuerung umfasst einen Kraftdetektor, der dazu konfiguriert ist, eine an das erste Werkstück oder das Kontaktglied angelegte Kraft, wenn der Roboter das erste Werkstück mit dem Kontaktglied, das einen Eckabschnitt umfasst, in Kontakt bringt, zu detektieren. Die Steuerung umfasst eine Parameterberechnungseinheit, die dazu konfiguriert ist, eine Bewegungsrichtung, in der sich das erste Werkstück bezüglich des zweiten Werkstücks bewegt, wenn die Kraftsteuerung durchgeführt wird, und eine Position eines Werkstückspitzenpunkts, der als ein Steuerpunkt bei der Kraftsteuerung dient, zu berechnen. Der Kraftdetektor detektiert die Kraft während eines Zeitraums, während dessen der Roboter den Werkstückspitzenpunkt des ersten Werkstücks in Kontakt mit dem Eckabschnitt des Kontaktglieds bringt und das erste Werkstück in eine vorbestimmte Drückrichtung drückt. Die Parameterberechnungseinheit erhält die Kraft, die von dem Kraftdetektor detektiert wird und jeder von mehreren Drückrichtungen, wenn das erste Werkstück in den mehreren Drückrichtungen auf das Kontaktglied gedrückt wird, entspricht, und berechnet die Bewegungsrichtung des ersten Werkstücks und die Position des Werkstückspitzenpunkts des ersten Werkstücks basierend auf der Kraft, die den mehreren Drückrichtungen entspricht.
Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung handelt es sich um eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, einen Parameter zur Durchführung einer Kraftsteuerung, wenn ein Roboter ein zweites Werkstück zu einem ersten Werkstück bewegt, zu berechnen. Die Steuerung umfasst einen Kraftdetektor, der dazu konfiguriert ist, eine an das erste Werkstück oder ein Kontaktglied angelegte Kraft, wenn der Roboter das Kontaktglied, das einen Eckabschnitt umfasst, mit dem ersten Werkstück in Kontakt bringt, zu detektieren. Die Steuerung umfasst eine Parameterberechnungseinheit, die dazu konfiguriert ist, eine Bewegungsrichtung, in der sich das zweite Werkstück bezüglich des ersten Werkstücks bewegt, wenn die Kraftsteuerung durchgeführt wird, und eine Position eines Werkstückspitzenpunkts, der als ein Steuerpunkt bei der Kraftsteuerung dient, zu berechnen. Der Kraftdetektor detektiert die Kraft während eines Zeitraums, während dessen der Roboter den Eckabschnitt des Kontaktglieds mit dem Werkstückspitzenpunkt des ersten Werkstücks in Kontakt bringt und das Kontaktglied in eine vorbestimmte Drückrichtung drückt. Die Parameterberechnungseinheit erhält die Kraft, die von dem Kraftdetektor detektiert wird und jeder von mehreren Drückrichtungen, wenn Kontaktglied in den mehreren Drückrichtungen auf das erste Werkstück gedrückt wird, entspricht, und berechnet die Bewegungsrichtung des zweiten Werkstücks und die Position des Werkstückspitzenpunkts des ersten Werkstücks basierend auf der Kraft, die den mehreren Drückrichtungen entspricht.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Steuerung bereitzustellen, die einen Parameter zur Durchführung von Kraftsteuerung für einen Roboter durch leichtes Bedienen des Roboters berechnet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Ansicht einer ersten Robotereinrichtung bei einer Ausführungsform.
2 ist ein Blockdiagramm der ersten Robotereinrichtung bei der Ausführungsform.
3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, wenn ein erstes Werkstück an ein zweites Werkstück gepasst wird.
4 ist eine schematische Ansicht der ersten Robotereinrichtung, wenn eine Endfläche des ersten Werkstücks mit einem Eckabschnitt des zweiten Werkstücks in Kontakt gebracht wird.
5 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, wenn das erste Werkstück mit dem Eckabschnitt des zweiten Werkstücks in Kontakt gebracht wird.
6 ist eine erste schematische Ansicht, die ein Verfahren zum Berechnen einer Position und einer Bewegungsrichtung eines Werkstückspitzenpunkts darstellt.
7 ist eine zweite schematische Ansicht, die ein Verfahren zum Berechnen der Position und der Bewegungsrichtung des Werkstückspitzenpunkts darstellt.
8 ist eine schematische Ansicht der ersten Robotereinrichtung, die den Werkstückspitzenpunkt und die Bewegungsrichtung, die bei einem Parameterfestlegungsarbeitsschritt erzeugt werden, darstellt.
9 ist ein Bild eines Roboters und eines Werkstücks, das auf einem Anzeigenteil eines Programmierhandgeräts angezeigt wird.
10 ist eine schematische Ansicht einer zweiten Robotereinrichtung gemäß der Ausführungsform.
11 ist eine schematische Ansicht der zweiten Robotereinrichtung, wenn ein Eckabschnitt des zweiten Werkstücks mit einer Endfläche des ersten Werkstücks in Kontakt gebracht wird.
12 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, wenn der Eckabschnitt des zweiten Werkstücks mit der Endfläche des ersten Werkstücks in Kontakt gebracht wird.
13 ist eine schematische Ansicht der zweiten Robotereinrichtung zur Darstellung des Werkstückspitzenpunkts und der Bewegungsrichtung, die bei dem Parameterfestlegungsarbeitsschritt erzeugt werden.
14 ist eine schematische Ansicht einer dritten Robotereinrichtung gemäß der Ausführungsform.
15 ist eine schematische Ansicht der dritten Robotereinrichtung, wenn die Endfläche des ersten Werkstücks mit dem Eckabschnitt des zweiten Werkstücks in Kontakt gebracht wird.
16 ist eine schematische Ansicht der dritten Robotereinrichtung zur Darstellung des Werkstückspitzenpunkts und der Bewegungsrichtung, die bei dem Parameterfestlegungsarbeitsschritt erzeugt werden.
17 ist eine schematische Ansicht einer vierten Robotereinrichtung gemäß der Ausführungsform.
18 ist eine schematische Ansicht der vierten Robotereinrichtung, wenn die Endfläche des ersten Werkstücks mit dem Eckabschnitt des zweiten Werkstücks in Kontakt gebracht wird.
19 ist eine schematische Ansicht der vierten Robotereinrichtung zur Darstellung des Werkstückspitzenpunkts und der Bewegungsrichtung, die bei dem Parameterfestlegungsarbeitsschritt erzeugt werden.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Steuerung bei einer Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 1 bis 19 beschrieben. Die Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform berechnet einen Parameter zur Durchführung einer Kraftsteuerung, wenn ein Roboter ein Werkstück zu einem anderen Werkstück bewegt. 1 ist eine schematische Ansicht einer ersten Robotereinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Eine erste Robotereinrichtung 5 umfasst eine Hand 2, die als ein Arbeitswerkzeug dient, und einen Roboter 1, der zum Bewegen der Hand 2 konfiguriert ist.
Der Roboter 1 bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Gelenkroboter, der mehrere Gelenke 18 umfasst. Der Roboter 1 umfasst mehrere bewegliche Bestandteile. Die Bestandteile des Roboters 1 sind dahingehend ausgebildet, sich um jeweilige Antriebsachsen zu drehen. Der Roboter 1 umfasst einen Basisteil 14 und eine Drehbasis 13, die sich bezüglich des Basisteils 14 dreht. Der Roboter 1 umfasst einen oberen Arm 11 und einen unteren Arm 12. Der Unterarm 12 wird von der Drehbasis 13 drehbar gestützt. Der obere Arm 11 wird von dem unteren Arm 12 drehbar gestützt. Der Roboter 1 umfasst einen Handgelenkteil 15, der von dem oberen Arm 11 drehbar gestützt wird. Die Hand 2 ist an einem Flansch 16 des Handgelenkteils 15 fixiert. Ferner drehen sich der obere Arm 11 und der Flansch 16 um andere Antriebsachsen.
Der Roboter der vorliegenden Ausführungsform umfasst sechs Antriebsachsen, jedoch ist die Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Ein Roboter, der seine Position und Ausrichtung mit einem beliebigen Mechanismus ändert, kann verwendet werden. Ferner ist das Arbeitsgerät der vorliegenden Ausführungsform eine Hand, die zwei Klauenteile umfasst, jedoch ist die Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Als das Arbeitswerkzeug kann eine beliebige Vorrichtung, die ein Werkstück ergreifen kann, verwendet werden.
Ein Bezugskoordinatensystem 81 wird für die Robotereinrichtung 5 der vorliegenden Ausführungsform festgelegt. In dem in 1 dargestellten Beispiel befindet sich der Ursprung des Bezugskoordinatensystems 81 an dem Basisteil 14 des Roboters 1. Das Bezugskoordinatensystem 81 wird auch als ein Weltkoordinatensystem bezeichnet. Das Bezugskoordinatensystem 81 ist ein Koordinatensystem, bei dem eine Position des Ursprungs festgelegt ist, und ferner sind Koordinatenachsenrichtungen festgelegt. Selbst wenn sich die Position und Ausrichtung des Roboters 1 ändern, ändern sich die Position und Ausrichtung des Bezugskoordinatensystems 81 nicht. Das Koordinatensystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse, die als Koordinatenachsen orthogonal zueinander sind. Das Koordinatensystem weist die W-Achse um die X-Achse, die P-Achse um die Y-Achse und die R-Achse um die Z-Achse auf.
Die Robotereinrichtung 5 weist ein Werkzeugkoordinatensystem mit einem an einer beliebigen Position des Arbeitswerkzeugs festgelegtem Ursprung auf. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Ursprung des Werkzeugkoordinatensystems an einem Werkzeugmittelpunkt festgelegt, bei dem es sich um einen Mittelpunkt zwischen den Spitzen der zwei Klauenteile der Hand 2 handelt. Das Werkzeugkoordinatensystem ist ein Koordinatensystem, dessen Position und Ausrichtung mit dem Arbeitswerkzeug geändert werden. Beispielsweise entspricht die Position des Roboters 1 der Position des Ursprungs des Werkzeugkoordinatensystems. Ferner entspricht die Ausrichtung des Roboters 1 der Ausrichtung des Werkzeugkoordinatensystems bezüglich des Bezugskoordinatensystems 81.
Bei der Robotereinrichtung 5 ist ein Flanschkoordinatensystem 83 mit seinem Ursprung am Flansch 16 des Handgelenkteils 15 festgelegt. Das Flanschkoordinatensystem 83 ist ein Koordinatensystem, das sich zusammen mit dem Flansch 16 bewegt und dreht. Das Flanschkoordinatensystem 83 ist so festgelegt, dass sich der Ursprung auf der Fläche des Flanschs 16 befindet und die Z-Achse die Drehachse des Flanschs 16 überlagert.
2 ist ein Blockdiagramm, das die Robotereinrichtung der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Unter Bezugnahme auf 1 und 2 umfasst der Roboter 1 eine Roboterantriebsvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, eine Position und eine Ausrichtung des Roboters 1 zu ändern. Die Roboterantriebsvorrichtung umfasst Roboterantriebsmotoren 22, die dazu konfiguriert sind, Bestandteile, wie z. B. einen Arm und einen Handgelenkteil, anzutreiben. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind mehrere der Roboterantriebsmotoren 22 entsprechend der jeweiligen Antriebsachsen angeordnet.
Die Robotereinrichtung 5 umfasst eine Handantriebsvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, die Hand 2 anzutreiben. Die Handantriebsvorrichtung umfasst einen Handantriebsmotor 21, der dazu konfiguriert ist, den Klauenteil der Hand 2 anzutreiben. Der Klauenteil der Hand 2 wird über den Antrieb durch den Handantriebsmotor 21 geöffnet oder geschlossen. Es wird angemerkt, dass die Hand so ausgebildet sein kann, dass sie durch Luftdruck oder dergleichen angetrieben wird.
Die Robotereinrichtung 5 umfasst eine Steuerung 4, die den Roboter 1 und die Hand 2 steuert. Die Steuerung 4 umfasst einen Steuerungskörper 40, der dazu konfiguriert ist, eine Steuerung durchzuführen, und ein Programmierhandgerät 37 für einen Bediener zum Bedienen des Steuerungskörpers 40. Der Steuerungskörper 40 umfasst eine arithmetische Verarbeitungsvorrichtung (Computer), die einen Hauptprozessor (CPU) umfasst, der als ein Prozessor dient. Die arithmetische Verarbeitungsvorrichtung umfasst einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und einen Nurlesespeicher (ROM) oder dergleichen, der über einen Bus mit dem CPU verbunden ist.
Das Programmierhandgerät 37 ist über eine Kommunikationsvorrichtung mit dem Steuerkörper 40 verbunden. Das Programmierhandgerät 37 umfasst einen Eingabeteil 38 zum Eingeben von Informationen bezüglich des Roboters 1 und der Hand 2. Der Eingabeteil 38 wird durch Eingabeglieder, wie z. B. eine Tastatur und einen Wähler, gebildet. Das Programmierhandgerät 37 umfasst einen Anzeigeteil 39, der dazu konfiguriert ist, Informationen zu dem Roboter 1 und der Hand 2 anzuzeigen. Der Anzeigeteil 39 kann durch eine beliebige Anzeigetafel, wie z. B. eine LCD-Tafel oder eine OELD(Organic Electro Luminescence Display - organische Elektrolumineszenz nutzende Anzeige)-Tafel, gebildet werden.
Ein im Voraus erzeugtes Bedienungsprogramm 46 zum Betreiben des Roboters 1 und der Hand 2 wird in die Steuerung 4 eingegeben. Alternativ dazu kann der Bediener einen Einlernpunkt des Roboters 1 durch Bedienen des Programmierhandgeräts 37 und Betreiben des Roboters 1 festlegen. Die Steuerung 4 kann das Bedienungsprogramm 46 für den Roboter 1 und die Hand 2 basierend auf dem Einlernpunkt erzeugen. Das Bedienungsprogramm 46 wird in dem Speicher 42 gespeichert.
Der Steuerkörper 40 umfasst eine Bedienungssteuereinheit 43, die dazu konfiguriert ist, die Bewegung des Roboters 1 und der Hand 2 zu steuern. Die Bedienungssteuereinheit 43 sendet Bewegungsbefehle an einen Roboterantriebsteil 45 zum Betreiben des Roboters 1 basierend auf dem Bedienungsprogramm 46. Der Roboterantriebsteil 45 umfasst eine elektrische Schaltung zum Betreiben des Roboterantriebsmotors 22. Der Roboterantriebsteil 45 führt dem Roboterantriebsmotor 22 basierend auf dem Bewegungsbefehl Strom zu. Die Bedienungssteuereinheit 43 überträgt einen Bewegungsbefehl an einen Handantriebsteil 44 zum Betreiben der Hand 2 basierend auf dem Bedienungsprogramm 46. Der Handantriebsteil 44 umfasst eine elektrische Schaltung zum Betreiben des Handantriebsmotors 21. Der Handantriebsteil 44 führt dem Handantriebsmotor 21 basierend auf den Bewegungsbefehlen Strom zu.
Der Steuerungskörper 40 umfasst den Speicher 42, der Informationen zur Steuerung des Roboters 1 und der Hand 2 speichert. Der Speicher 42 kann ein nicht flüchtiges Speichermedium, das Informationen speichern kann, umfassen. Beispielsweise kann der Speicher 42 durch ein Speichermedium, wie z. B. einen flüchtigen Speicher, einen nicht flüchtigen Speicher, ein magnetisches Speichermedium oder ein optisches Speichermedium, gebildet werden.
Die Bedienungssteuereinheit 43 entspricht einem Prozessor, der entsprechend dem Bedienungsprogramm 46 betrieben wird. Die Bedienungssteuereinheit 43 ist so ausgebildet, dass sie in dem Speicherteil 42 gespeicherte Informationen lesen kann. Der Prozessor liest das Bedienungsprogramm 46 und führt eine in dem Bedienungsprogramm 46 festgesetzte Steuerung durch, wodurch er als die Bedienungssteuereinheit 43 wirkt. Der Roboter 1 umfasst einen Zustandsdetektor zum Detektieren der Position und der Ausrichtung des Roboters 1.
Der Zustandsdetektor gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Positionsdetektor 19, der an dem Roboterantriebsmotor 22 an jeder Antriebsachse angebracht und dazu konfiguriert ist, eine Drehposition zu detektieren. Der Positionsdetektor 19 kann aus einem Codierer zum Detektieren eines Drehwinkels einer Ausgangswelle des Roboterantriebsmotors 22 zusammengesetzt sein. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Position und die Ausrichtung des Roboters 1 basierend auf einer Ausgabe von mehreren Positionsdetektoren 19 detektiert.
Die Steuerung 4 der ersten Robotereinrichtung 5 umfasst einen Kraftsensor 24 als einen Kraftdetektor, der an dem Roboter 1 angebracht ist. Der Kraftsensor 24 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Sechs-Achs-Sensor. Bei der ersten Robotereinrichtung 5 ist der Kraftsensor 24 zwischen dem Flansch 16 und der Hand 2 angeordnet. Der Kraftsensor 24 detektiert Kraft und ein auf ein Werkstück 71 wirkendes Moment. Als der Kraftsensor 24 kann ein beliebiger Kraftsensor, wie z. B. ein Sensor, der einen Spannungssensor oder einen kapazitiven Sensor umfasst, verwendet werden.
Die Kraft, die bei der vorliegenden Ausführungsform von dem Kraftsensor 24 detektiert wird, umfasst Kraft in Richtungen von drei zueinander orthogonalen Achsen in einem Sensorkoordinatensystem und Kraft um die drei Achsen herum. Spezifischer detektiert der Kraftsensor 24 Kraft in Richtungen von drei orthogonalen Achsen (X-Achse, Y-Achse und Z-Achse) und Momente (Mx, My und Mz) als Kraft in Richtungen von Achsen (W-Achse, P-Achse und R-Achse) um die drei Achsen herum.
Die erste Robotereinrichtung 5 der vorliegenden Ausführungsform führt eine Steuerung zum Passen des ersten Werkstücks 71 an ein zweites Werkstück 72 durch. Die Robotereinrichtung 5 bewegt das erste Werkstück 71 zu dem zweiten Werkstück 72 unter Verwendung des Roboters 1. Dann wird, wie durch einen Pfeil 91 angezeigt, das erste Werkstück 71 in eine Vertiefung 72a des zweiten Werkstücks 72 eingeführt.
2 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des ersten Werkstücks und des zweiten Werkstücks bei der vorliegenden Ausführungsform. Das erste Werkstück 71 der vorliegenden Ausführungsform weist eine zylindrische Form auf. Eine Endfläche des ersten Werkstücks 71 weist eine Kreisform auf. Das zweite Werkstück 72 weist die Form eines rechteckigen Parallelepipeds auf. Das zweite Werkstück 72 ist an einem Arbeitstisch 75 fixiert. Das zweite Werkstück 72 umfasst eine Fläche, auf der die Vertiefung 72a ausgebildet ist. Die Vertiefung 72a ist zylinderförmig ausgebildet. Die Vertiefung 72a weist eine Form auf, die der Form des ersten Werkstücks 71 entspricht, so dass das erste Werkstück 71 dort hineinpasst.
Wie durch den Pfeil 91 angezeigt wird, führt die Steuerung 4 eine Steuerung zum Passen des zylindrischen Werkstücks 71 in die Vertiefung 72a des Werkstücks 72 durch. Wenn eine Mittelachse 71a des Werkstücks 71 und eine Mittelachse 72aa der Vertiefung 72a ausgerichtet sind, wird das Werkstück 71 gleichmäßig in die Vertiefung 72a des Werkstücks 72 eingeführt. Die Mittelachse 72aa kann sich jedoch hinsichtlich Position oder Ausrichtung bezüglich der Mittelachse 71a verschieben.
Unter Bezugnahme auf 2 und 3 führt die Steuerung 4 eine Kraftsteuerung basierend auf der Ausgabe des Kraftsensors 24, wenn das Werkstück 71 in die Vertiefung 72a gepasst wird, durch. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Steuerung zum Einstellen der Position und Ausrichtung des Roboters basierend auf der von dem Kraftdetektor detektierten Kraft als die Kraftsteuerung bezeichnet. Bei der Kraftsteuerung wird Kraft genutzt, die erzeugt wird, wenn die Werkstücke miteinander in Kontakt gelangen. Basierend auf der Kraft, die von dem Kraftsensor 24 detektiert wird, kann die Steuerung 4 eine Steuerung zum Ändern einer Geschwindigkeit des Werkstücks in einer orthogonal zur Bewegungsrichtung verlaufenden Richtung und eine Steuerung zum Ändern der Ausrichtung des Werkstücks durchführen. Die Steuerung 4 kann beispielsweise eine Nachgiebigkeitssteuerung, eine Impedanzsteuerung oder dergleichen basierend auf der von dem Kraftsensor 24 detektierten Kraft durchführen.
Beim Durchführen der oben beschriebenen Kraftsteuerung sind ein Steuerpunkt, der als ein Bezug für die Kraftsteuerung dient, und eine Bewegungsrichtung (ein Bewegungsvektor) zum Bewegen des Werkstücks durch den Roboter erforderlich. Der Steuerpunkt kann an einer beliebigen Position entweder eines von dem Roboter bewegten Werkstücks oder eines anderen Werkstücks, das mit diesem Werkstück in Kontakt ist, angeordnet sein. Bei der ersten Robotereinrichtung 5 wird ein Werkstückspitzenpunkt 65, der als der Steuerpunkt dient, auf einer Endfläche des ersten Werkstücks 71 festgelegt. Bei der vorliegenden Ausführungsform befindet sich der Werkstückspitzenpunkt 65 in der Mitte eines Kreises mit einer planaren Form auf der Endfläche des ersten Werkstücks 71. Wenn das Werkstück 71 in die Vertiefung 72a gepasst wird, wird die durch einen Pfeil 66 angezeigte Richtung als die Bewegungsrichtung des Werkstücks 71, das von dem Roboter 1 gestützt wird, festgelegt.
Unter Bezugnahme auf 3 ist idealerweise die an den Steuerpunkt angelegte Kraft nur die Kraft in der Richtung, die zur Bewegungsrichtung entgegengesetzt ist, und wenn das Moment um den Steuerpunkt herum null beträgt, wird das Werkstück 71 gleichmäßig in die Vertiefung 72a eingeführt. Bei der Kraftsteuerung können die Position und die Ausrichtung des Roboters beispielsweise so gesteuert werden, dass die Kraft, die in einer Richtung, bei der es sich nicht um die zur Bewegungsrichtung parallele Richtung handelt, an den Steuerpunkt angelegt wird, und das Moment um den Steuerpunkt herum weniger als ein vorbestimmter Festsetzungswert betragen. Durch Durchführen der Kraftsteuerung ist es möglich, Passarbeiten bei gleichzeitigem Korrigieren der Position und der Ausrichtung des ersten Werkstücks 71 bezüglich der Vertiefung 72a durchzuführen.
Die Steuerung 4 umfasst eine Parameterberechnungseinheit 51, die einen Parameter zur Durchführung der Kraftsteuerung berechnet. Die Parameterberechnungseinheit 51 umfasst eine Bewegungsrichtungsberechnungseinheit 52, die eine Bewegungsrichtung berechnet, in der das erste Werkstück 71 bezüglich des zweiten Werkstücks 72 bewegt wird, wenn die Kraftsteuerung durchgeführt wird. Die Parameterberechnungseinheit 51 umfasst eine Positionsberechnungseinheit 53, die die Position des Werkstückspitzenpunkts, der sich auf der Endfläche des ersten Werkstücks 71 befindet, berechnet. Die Parameterberechnungseinheit 51 umfasst eine Anzeigesteuereinheit 54, die ein auf dem Anzeigeteil 39 des Programmierhandgeräts 37 angezeigtes Bild steuert.
Das Bedienungsprogramm 46 umfasst ein Berechnungsprogramm zum Berechnen eines Parameters zur Durchführung der Kraftsteuerung. Die Parameterberechnungseinheit 51 entspricht einem Prozessor, der entsprechend dem Berechnungsprogramm betrieben wird. Der Prozessor führt eine in dem Berechnungsprogramm festgesetzte Steuerung durch und wirkt somit als die Parameterberechnungseinheit 51. Sowohl die Bewegungsrichtungsberechnungseinheit 52 als auch die Positionsberechnungseinheit 53 und die Anzeigesteuereinheit 54 entsprechen dem Prozessor, der entsprechend dem Berechnungsprogramm betrieben wird. Der Prozessor führt eine in dem Berechnungsprogramm festgesetzte Steuerung durch und wirkt somit als die jeweiligen Einheiten.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Steuerung zum Berechnen des Parameters zur Durchführung der Kraftsteuerung als ein Parameterfestlegungsarbeitsschritt bezeichnet. Bei dem Parameterfestlegungsarbeitsschritt der ersten Robotereinrichtung 5 wird die Position des Werkstückspitzenpunkts 65 als der Steuerpunkt berechnet. Die Bewegungsrichtung (der Bewegungsvektor), die durch den Pfeil 66 angezeigt wird, zum Bewegen des ersten Werkstücks 71 bezüglich des zweiten Werkstücks 72 wird berechnet.
4 ist eine schematische Ansicht einer ersten Robotereinrichtung zur Erläuterung einer Bedienung des Roboters bei dem Parameterfestlegungsarbeitsschritt. 5 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Abschnitts, an dem das erste Werkstück mit dem zweiten Werkstück in Kontakt ist. Unter Bezugnahme auf 4 und 5 kann der Bediener die Position und die Ausrichtung des Roboters 1 durch Bedienen des Programmierhandgeräts 37 manuell ändern.
Der Bediener ändert die Position und die Ausrichtung des Roboters 1 dahingehend, eine Endfläche 71b des Werkstücks 71 mit einem Eckabschnitt 72b des Werkstücks 72 in Kontakt zu bringen. In diesem Beispiel wird das zweite Werkstück 72 als ein Kontaktglied verwendet, mit dem das erste Werkstück 71 in Kontakt gebracht wird. Das Kontaktglied ist ein Glied mit einem Eckabschnitt, der eine scharfe Spitze umfasst, die mit dem ersten Werkstück 71 in Kontakt gebracht werden kann.
Der Bediener ändert die Position und die Ausrichtung des Roboters 1 und bringt den Werkstückspitzenpunkt auf der Endfläche 71b des Werkstücks 71 zur Durchführung von richtigen Passarbeiten mit dem Eckabschnitt 72b des Werkstücks 72 in Kontakt. Der Werkstückspitzenpunkt 65 ist der Kontaktpunkt zwischen dem Werkstück 71 und dem Werkstück 72. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Steuerung zum Drücken des ersten Werkstücks 71 auf das zweite Werkstück 72 mehrfach durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Richtung, in der das erste Werkstück 71 auf das zweite Werkstück 72 gedrückt wird, geändert. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Richtung, in der ein Glied auf ein anderes Glied gedrückt wird, als eine Drückrichtung bezeichnet. Die Drückrichtung kann von dem Bediener im Voraus festgesetzt werden.
Wenn das erste Werkstück 71 in mehreren der Drückrichtungen auf das zweite Werkstück 72 gedrückt wird, erhält die Parameterberechnungseinheit 51 die Kraft, die von dem Kraftsensor 24 detektiert wird und jeder Drückrichtung entspricht. Die Parameterberechnungseinheit 51 berechnet die Bewegungsrichtung des ersten Werkstücks und die Position des Werkstückspitzenpunkts des ersten Werkstücks basierend auf der Kraft, die den mehreren Drückrichtungen entspricht.
Bei der ersten Steuerung zum Drücken des ersten Werkstücks 71 betreibt der Bediener den Roboter 1 dahingehend, das erste Werkstück 71 in eine vorbestimmte Drückrichtung, die durch einen Pfeil 92 angezeigt wird, zu drücken. In diesem Beispiel entspricht der Pfeil 92 einer Richtung (Bewegungsrichtung), in die das erste Werkstück 71 bewegt wird, wenn die richtigen Passarbeiten durchgeführt werden. Der Bediener betreibt den Roboter 1 dahingehend, die Hand 2 in eine Richtung zu bewegen, die im Wesentlichen parallel zur Mittelachse des zylindrischen Werkstücks 71 ist. Der Kraftsensor 24 detektiert die Kraft, die während eines Zeitraums, während dessen der Roboter 1 so betrieben wird, dass das erste Werkstück 71 auf das zweite Werkstück 72 drückt, an das Werkstück 71 angelegt wird. Ein Sensorkoordinatensystem 82 zum Detektieren der an den Sensor angelegten Kraft ist in dem Kraftsensor 24 festgelegt.
Bei der zweiten Steuerung zum Drücken des ersten Werkstücks 71 drückt der Bediener das erste Werkstück 71 in eine vorbestimmte Drückrichtung, die durch einen Pfeil 93 angezeigt wird. Der Roboter 1 wird dahingehend betrieben, das erste Werkstück 71 in einer Richtung, die von der Richtung, in die das erste Werkstück 71 bei der ersten Steuerung gedrückt wird, verschieden ist, auf das zweite Werkstück 72 zu drücken. Der Kraftsensor 24 detektiert die Kraft, die während eines Zeitraums, während dessen der Roboter 1 so betrieben wird, dass das erste Werkstück 71 auf das zweite Werkstück 72 drückt, an das Werkstück 71 angelegt wird.
6 ist eine erste schematische Ansicht, die ein Verfahren zum Berechnen der Drückrichtung des Werkstücks und der Position des Kontaktpunkts darstellt. In diesem Beispiel wird das erste Werkstück 71 von einem Greifglied 9, das der Hand entspricht, ergriffen. Der Kraftsensor 24 ist an dem Greifglied 9 angebracht. Ein Ursprung 82a des Sensorkoordinatensystems ist in dem Kraftsensor 24 festgelegt. 6 stellt einen Zustand dar, in dem das erste Werkstück 71 bei der ersten Steuerung in die Drückrichtung gedrückt wird. Das erste Werkstück 71 wird durch Betreiben des Roboters in der durch den Pfeil 92 angezeigten Richtung zu dem zweiten Werkstück 72 gedrückt. Der Kraftsensor 24 detektiert Kraft in den Richtungen der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse und Momente in den Richtungen der W-Achse, der P-Achse und der R-Achse in dem Sensorkoordinatensystem.
Bei der ersten Steuerung zum Drücken des ersten Werkstücks 71 wird das erste Werkstück in die durch den Pfeil 92 angezeigte Richtung gedrückt. Die Bewegungsrichtungsberechnungseinheit 52 detektiert die Richtung, in der das erste Werkstück 71 auf das zweite Werkstück 72 gedrückt wird. Die Bewegungsrichtungsberechnungseinheit 52 erhält von dem Kraftsensor 24 ausgegebene Kraftkomponenten in den jeweiligen orthogonalen Achsen (der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse). Die Bewegungsrichtungsberechnungseinheit 52 berechnet die Drückrichtung des Werkstücks 71, die durch den Pfeil 92 angezeigt wird, aus den Kraftkomponenten der jeweiligen orthogonalen Achsen.
Der Kraftsensor 24 detektiert Momente (Mx, My und Mz) der jeweiligen Achsen (der W-Achse, der P-Achse und der R-Achse) um die orthogonalen Achsen herum, wie durch einen Pfeil 96 angezeigt wird. Basierend auf den Momenten der jeweiligen Achsen berechnet die Positionsberechnungseinheit 53 einen Positionsvektor eines proximalen Punkts 67, der am nächsten an einer parallel zur Drückrichtung des Werkstücks verlaufenden Linie liegt, von dem Ursprung 82a des Sensorkoordinatensystems 82, wie durch einen Pfeil 97 angezeigt wird. Die Positionsberechnungseinheit 53 berechnet eine Wirkungslinie 85, die zu der durch den Pfeil 92 angezeigten Drückrichtung des Werkstücks 71 parallel ist und durch den proximalen Punkt 67 verläuft. Der Werkstückspitzenpunkt 65, der als der Kontaktpunkt dient, befindet sich auf der Wirkungslinie 85. Somit kann die durch den proximalen Punkt 67 verlaufende Wirkungslinie 85 als ein Bereich, der den Werkstückspitzenpunkt 65 umfasst, berechnet werden.
7 ist eine zweite schematische Ansicht, die das Verfahren zum Berechnen der Drückrichtung des Werkstücks und der Position des Kontaktpunkts darstellt. Bei der zweiten Steuerung zum Drücken des Werkstücks ist die Drückrichtung des ersten Werkstücks 71 auf eine Richtung festgelegt, die sich von jener bei der ersten Steuerung zum Drücken des Werkstücks unterscheidet. Anders ausgedrückt wird das erste Werkstück 71 in einer anderen Richtung zu dem zweiten Werkstück gedrückt. In diesem Fall wird das erste Werkstück 71 in die durch den Pfeil 93 angezeigte Richtung gedrückt. Die Bewegungsrichtungsberechnungseinheit 52 berechnet die durch den Pfeil 93 angezeigte Drückrichtung des Werkstücks 71 aus den Kraftkomponenten der jeweiligen orthogonalen Achsen. Die Positionsberechnungseinheit 53 berechnet eine Wirkungslinie 86, die durch den proximalen Punkt 67 verläuft und parallel zur Drückrichtung des Werkstücks 71 ist. Der Werkstückspitzenpunkt 65 befindet sich auf der Wirkungslinie 86.
Als Nächstes berechnet die Positionsberechnungseinheit 53 einen Schnittpunkt zwischen der Wirkungslinie 85, die der Drückrichtung bei der ersten Steuerung entspricht, und der Wirkungslinie 86, die der Drückrichtung bei der zweiten Steuerung entspricht. Die Positionsberechnungseinheit 53 legt den Schnittpunkt als den Werkstückspitzenpunkt 65 fest. Die Positionsberechnungseinheit 53 berechnet die Position des Schnittpunkts als die Position des Werkstückspitzenpunkts 65. Somit kann die Positionsberechnungseinheit 53 den Werkstückspitzenpunkt als den Schnittpunkt zwischen mehreren Wirkungslinien berechnen.
Die Bewegungsrichtungsberechnungseinheit 52 kann die eine detektierte Drückrichtung unter den bei mehreren der Steuerungen zum Drücken des Werkstücks detektierten Richtungen als die Bewegungsrichtung festlegen, wenn die Kraftsteuerung implementiert wird. In diesem Beispiel legt die Bewegungsrichtungsberechnungseinheit 52 die durch den Pfeil 92 angezeigte Richtung bei der ersten Drücksteuerung als die Bewegungsrichtung fest. Der Bediener kann die als die Bewegungsrichtung festzulegende Drückrichtung unter mehreren Drückrichtungen, die bei der mehrfach durchgeführten Drücksteuerung berechnet werden, auswählen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Steuerung zum Drücken des Werkstücks in die zwei Drückrichtungen durchgeführt, die Ausführungsform ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es kann eine Steuerung zum Drücken des Werkstücks in drei oder mehr Drückrichtungen durchgeführt werden. In diesem Fall wird bevorzugt, dass der Roboter betrieben wird, so dass ein Werkstück in verschiedenen Richtungen auf ein anderes Werkstück gedrückt wird. Die Positionsberechnungseinheit erhält Kraft, die jeder Drückrichtung entspricht und von einem Detektor detektiert wird. Die Positionsberechnungseinheit berechnet mehrere Wirkungslinien, die den mehreren Drückrichtungen entsprechen. Die Positionsberechnungseinheit kann den Schnittpunkt zwischen mehreren Wirkungslinien als den Kontaktpunkt berechnen. Durch Erhöhen der Anzahl an Werkstückdrückrichtungen wird die Genauigkeit der Berechnung der Kontaktpunkte verbessert.
Wenn mehrere Wirkungslinien berechnet werden, können sich die mehreren Wirkungslinien aufgrund eines Messfehlers oder dergleichen nicht an einem Punkt überschneiden. Wenn das Werkstück in zwei Drückrichtungen gedrückt wird, kann ein Mittelpunkt eines Liniensegments, das Punkte von zwei Wirkungslinien, die am nächsten zueinander liegen, verbindet, als der Kontaktpunkt berechnet werden. Ferner kann, wenn das Werkstück in drei oder mehr Drückrichtungen gedrückt wird, mindestens eine Wirkungslinie unter den mehreren Wirkungslinien nicht eine andere Wirkungslinie überschneiden. In diesem Fall kann die Positionsberechnungseinheit die Position des Werkstückspitzenpunkts basierend auf den Abständen zu den mehreren Wirkungslinien berechnen. Die Positionsberechnungseinheit kann als den Kontaktpunkt einen Punkt mit kurzen Abständen zu den mehreren Wirkungslinien berechnen. Beispielsweise kann die Positionsberechnungseinheit als den Kontaktpunkt einen Punkt mit der minimalen Summe oder Varianz der Abstände zu den mehreren Wirkungslinien berechnen.
8 ist eine schematische Ansicht der Robotereinrichtung, die den an dem ersten Werkstück festgelegten Werkstückspitzenpunkt und die Bewegungsrichtung des Werkstücks darstellt. Bei der ersten Robotereinrichtung 5 bewegen sich die durch den Pfeil 66 angezeigte Bewegungsrichtung und der Werkstückspitzenpunkt 65 zusammen mit dem ersten Werkstück 71. Die Bewegungsrichtung und die Position des Werkstückspitzenpunkts können unter Verwendung von Koordinatenwerten des Sensorkoordinatensystems 82 berechnet werden. Spezifisch kann die Bewegungsrichtungsberechnungseinheit 52 die durch den Pfeil 66 angezeigte Bewegungsrichtung in dem Sensorkoordinatensystem 82 berechnen. Die Positionsberechnungseinheit 53 kann die Position des Werkstückspitzenpunkts 65 in dem Sensorkoordinatensystem 82 berechnen.
Die relative Position und Ausrichtung des Sensorkoordinatensystems 82 bezüglich des an dem Flansch 16 des Roboters 1 festgelegten Flanschkoordinatensystems 83 werden im Voraus bestimmt. Die Parameterberechnungseinheit 51 ist so kalibriert, dass die Koordinatenwerte des Sensorkoordinatensystems 82 in die Koordinatenwerte des Flanschkoordinatensystems 83 umgewandelt werden können. Die Parameterberechnungseinheit 51 wandelt die Bewegungsrichtung und die Position des Werkstückspitzenpunkts, die in dem Sensorkoordinatensystem 82 ausgedrückt werden, in die Bewegungsrichtung und die Position des Werkstückspitzenpunkts, die in dem Flanschkoordinatensystem 83 ausgedrückt werden, um.
Die Parameterberechnungseinheit 51 kann die Bewegungsrichtung und die Position des Werkstückspitzenpunkts, die in dem Flanschkoordinatensystem 83 ausgedrückt werden, in dem Bedienungsprogramm 46 als Parameter (Sollwerte) der Kraftsteuerung festlegen. Alternativ dazu kann die Anzeigesteuereinheit 54 auf dem Anzeigeteil 39 die Bewegungsrichtung und die Position des Werkstückspitzenpunkts, die berechnet werden sollen, anzeigen. Der Bediener kann die Bewegungsrichtung und die Position des Werkstückspitzenpunkts in dem Bedienungsprogramm 46 bei Betrachtung der Anzeige auf dem Anzeigeteil 39 festlegen.
Als Nächstes gibt der Bediener die Position und die Ausrichtung des Werkstücks 71 bezüglich des Werkstücks 72 zum Zeitpunkt des Beginnens des Arbeitsgangs zum Passen des Werkstücks 71 an. Der Bediener bedient das Programmierhandgerät 37 so, dass die Position und die Ausrichtung des Roboters 1 dahingehend geändert werden, das Werkstück 71 direkt über der Vertiefung 72a anzuordnen, wie in 1 und 3 dargestellt wird. Die Position und die Ausrichtung des Werkstücks 71 werden so geändert, dass die Mittelachse 72aa der Vertiefung 72a und die Mittelachse 71a des Werkstücks 71 im Wesentlichen linear angeordnet sind. Die Position und die Ausrichtung des Roboters 1 zu diesem Zeitpunkt sind die Ausgangsposition und die Ausgangsausrichtung des Roboters zu Beginn der Steuerung zum Passen des ersten Werkstücks 71 an das zweite Werkstück 72.
Die Parameterberechnungseinheit 51 legt die Ausgangsposition und die Ausgangsausrichtung des Roboters in dem Bedienungsprogramm 46 fest. Alternativ dazu kann die Anzeigesteuereinheit 54 die Ausgangsposition und die Ausgangsausrichtung des Roboters auf dem Anzeigeteil 39 anzeigen, und dann kann der Bediener sie in dem Bedienungsprogramm 46 festlegen.
Unter Bezugnahme auf 1 und 3 steuert die Bedienungssteuereinheit 43 bei richtigen Passarbeiten die Position und die Ausrichtung des Roboters 1 basierend auf dem Bedienungsprogramm 46 so an, dass das Werkstück 71 an der Ausgangsposition und in der Ausgangsausrichtung platziert wird. Als Nächstes beginnt die Bedienungssteuereinheit 43 die Kraftsteuerung. Die Bedienungssteuereinheit 43 bewegt das Werkstück 71 in die durch den Pfeil 66 angezeigte Bewegungsrichtung. Wenn das erste Werkstück 71 mit dem zweiten Werkstück 72 in Kontakt gelangt, wird die Kraft von dem Kraftsensor 24 detektiert.
Die Bedienungssteuereinheit 43 kann die von dem Kraftsensor 24 detektierte Kraft in auf den Werkstückspitzenpunkt 65 wirkende Kraft umwandeln. Dann können die Position und die Ausrichtung des Roboters so gesteuert werden, dass die auf den Werkstückspitzenpunkt 65 wirkende Kraft in einen vorbestimmten Bestimmungsbereich fällt. Auf diese Weise kann die Kraftsteuerung basierend auf der durch den Pfeil 66 angezeigten Bewegungsrichtung und der Position des Werkstückspitzenpunkts 65 durchgeführt werden.
Bei bekannten Methoden muss ein Koordinatensystem zur Bestimmung der Position des Werkstückspitzenpunkts und der Richtung, in der das Werkstück gepasst wird, festgelegt werden. Wenn beispielsweise ein Werkstück in eine Vertiefung eines anderen Werkstücks, das an einem Arbeitstisch fixiert ist, gepasst wird, muss ein Benutzerkoordinatensystem für die Vertiefung des Werkstücks festgelegt werden. Andererseits muss bei dem Parameterfestlegungsarbeitsschritt gemäß der vorliegenden Ausführungsform kein Koordinatensystem für das Werkstück festgelegt werden, und die Parameter zur Durchführung der Kraftsteuerung können leicht festgelegt werden. Insbesondere muss bei der vorliegenden Ausführungsform kein Koordinatensystem in einem dreidimensionalen Raum festgelegt werden. Somit kann selbst ein Benutzer, der nicht mit der Betriebsweise des Roboters vertraut ist, die Parameter der Kraftsteuerung ohne Weiteres festlegen.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird das zweite Werkstück 72 als ein Kontaktglied, mit dem das erste Werkstück 71 in Kontakt gebracht wird, verwendet, jedoch ist die Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Als das Kontaktglied kann ein beliebiges Glied, das einen Eckabschnitt mit einem Scheitelpunkt umfasst, verwendet werden. Beispielsweise kann eine Vorrichtung mit einem Eckabschnitt an dem Arbeitstisch fixiert sein, und die Endfläche des ersten Werkstücks kann mit dem Eckabschnitt der Vorrichtung in Kontakt gebracht werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Roboter durch dahingehendes Verwenden des Programmierhandgeräts, das erste Werkstück in Kontakt mit dem zweiten Werkstück zu bringen, bedient, jedoch ist die Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Der Bediener kann jegliche Steuerung zum manuellen Ändern der Position und der Ausrichtung des Roboters durchführen. Beispielsweise kann ein Kraftsensor an dem Basisteil des Roboters angeordnet sein, und der Roboter kann auf dieselbe Art und Weise wie beim direkten Einlernen bedient werden. Der Bediener kann die Position und die Ausrichtung des Roboters durch direktes Schieben oder Ziehen der Bestandteile des Roboters ändern.
Unter Bezugnahme auf 2 kann die Anzeigesteuereinheit 54 bei der vorliegenden Ausführungsform ein Bild anzeigen, so dass die Richtung der Kraft zum Drücken des ersten Werkstücks 71 zu sehen ist, wenn der Arbeitsgang des Inkontaktbringens der Endfläche 71b des ersten Werkstücks 71 mit dem Eckabschnitt 72b des zweiten Werkstücks 72 durchgeführt wird.
9 stellt das auf dem Anzeigeteil angezeigte Bild dar. In einem Bild 61 ist ein Teil des ersten Werkstücks, der mit dem zweiten Werkstück in Kontakt gelangt, vergrößert. Unter Bezugnahme auf 2 und 9 werden bei der vorliegenden Ausführungsform dreidimensionale Formdaten 58 der Robotereinrichtung 5, des ersten Werkstücks 71 und des zweiten Werkstücks 72 in dem Speicher 42 gespeichert. Die Anzeigesteuereinheit 54 erzeugt ein Modell jedes Glieds basierend auf den dreidimensionalen Formdaten 58.
Die Ist-Positionen der Robotereinrichtung und des Werkstücks werden im Voraus eingegeben. Die Anzeigesteuereinheit 54 richtet ein Modell in einem virtuellen Raum entsprechend den Ist-Positionen der Robotereinrichtung und des Werkstücks ein. Die Anzeigesteuereinheit 54 erzeugt ein Bild des Modells des Werkstücks bei Betrachtung in einer vorbestimmten Richtung. Die Anzeigesteuereinheit 54 erhält die Position und die Ausrichtung des Roboters 1 basierend auf der Ausgabe des Positionsdetektors 19. Die Anzeigesteuereinheit 54 erzeugt ein Bild des Modells der Robotereinrichtung basierend auf der Position und der Ausrichtung des Roboters 1.
In dem Bild 61 werden ein Modell 71M des ersten Werkstücks und ein Modell 72M des zweiten Werkstücks angezeigt. Neben den Modellen der Robotereinrichtung werden ein Modell 2M der Hand, ein Modell 24M des Kraftsensors, ein Modell 15M des Handgelenkteils und ein Modell 11M des oberen Arms angezeigt.
Die Anzeigesteuereinheit 54 erhält die Drückrichtung des Werkstücks 71 von der Bewegungsrichtungsberechnungseinheit 52. Die Anzeigesteuereinheit 54 zeigt einen Pfeil an, der die Drückrichtung auf dem Bild anzeigt. In diesem Fall zeigt die Anzeigesteuereinheit 54 einen Pfeil 99M in der Drückrichtung des Werkstücks 71, der sich von einem Eckabschnitt des Modells 72M des zweiten Werkstücks aus erstreckt, an.
Wie oben beschrieben wird, erhält die Anzeigesteuereinheit 54 während eines Zeitraums, während dessen der Roboter dahingehend angetrieben wird, das erste Werkstück 71 oder das zweite Werkstück 72 zu dem jeweiligen anderen Werkstück zu drücken, die Drückrichtung des Werkstücks, die von der Bewegungsrichtungsberechnungseinheit 52 berechnet wird, und zeigt die Drückrichtung auf dem Bild des Roboters 1 eingeblendet an. Es wird angemerkt, dass die Positionsberechnungseinheit 53 die Position des Kontaktpunkts durch Durchführung der Steuerung zum Drücken des Werkstücks bei der zweiten und nachfolgenden Steuerungen berechnen kann. Somit kann die Anzeigesteuereinheit 54 die Position des Kontaktpunkts von der Positionsberechnungseinheit 53 erhalten und den Kontaktpunkt so anzeigen, dass er auf dem Bild des Roboters 1 eingeblendet ist.
Der Bediener kann die Drückrichtung des ersten Werkstücks 71 bezüglich des zweiten Werkstücks 72 auf dem Bild 61, das auf dem Anzeigeteil 39 angezeigt wird, prüfen. Der Bediener kann bestimmen, ob die Drückrichtung des Werkstücks passend ist. Wenn beispielsweise die Drückrichtung des ersten Werkstücks auf die Bewegungsrichtung des ersten Werkstücks festgelegt ist, kann der Bediener bestimmen, ob die Drückrichtung passend ist. Der Bediener kann die Position und die Ausrichtung des Roboters 1 bei Betrachtung des Bilds 61 ändern.
Für den Bediener kann es schwierig sein, den tatsächlichen Kontaktpunkt des Werkstücks visuell zu prüfen. Ferner kann es, wenn das Werkstück klein ist, schwierig sein, die Ausrichtung des zu drückenden Werkstücks zu prüfen. Selbst in solch einem Fall kann der Bediener die Richtung, in der ein Werkstück auf ein anderes Werkstück drückt, bei Betrachtung des auf dem Anzeigeteil angezeigten Bilds einstellen.
Es wird angemerkt, dass die Anzeigesteuereinheit 54 beliebige Informationen zur Drückrichtung des Werkstücks und Position des Kontaktpunkts auf dem Anzeigeteil anzeigen kann. Beispielsweise kann die Bewegungsrichtung oder die Position des Kontaktpunkts unter Verwendung von Koordinatenwerten eines vorbestimmten Koordinatensystems angezeigt werden. Beispielsweise kann die Drückrichtung des Werkstücks unter Verwendung von Koordinatenwerten der W-Achse der P-Achse und der R-Achse in dem Bezugskoordinatensystem angezeigt werden.
10 ist eine schematische Ansicht einer zweiten Robotereinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Bei der zweiten Robotereinrichtung 6 ist das erste Werkstück 71 an dem Arbeitstisch 75 fixiert. Das zweite Werkstück 72 wird von der Hand 2 ergriffen und von der zweiten Robotereinrichtung 6 bewegt. Die zweite Robotereinrichtung 6 bewegt das Werkstück 72, wie durch den Pfeil 91 angezeigt wird, und führt dann einen Arbeitsgang zum Passen des Werkstücks 71 in die Vertiefung 72a des Werkstücks 72 durch.
Bei der zweiten Robotereinrichtung 6 wird auch wie bei der ersten Robotereinrichtung 5 die Kraftsteuerung zum dahingehenden Steuern der Position und der Ausrichtung des Roboters 1, die Kraft in einer vorbestimmten Richtung, die an das distale Ende des ersten Werkstücks 71 angelegt wird, zu reduzieren, durchgeführt. Insbesondere werden die Position und die Ausrichtung des Roboters 1 so gesteuert, dass die Kraft, die in einer anderen als der parallel zur Bewegungsrichtung verlaufenden Richtung an die Spitze des Werkstücks 71 angelegt wird, und das an die Spitze des Werkstücks 71 angelegte Moment nahe null sind. Bei dem Parameterfestlegungsarbeitsschritt wird zum Durchführen der Kraftsteuerung der Werkstückspitzenpunkt auf der Endfläche 71b des ersten Werkstücks 71 festgelegt. Ferner wird die Bewegungsrichtung, in der das zweite Werkstück 72 bezüglich des ersten Werkstücks 71 bewegt wird, festgelegt.
11 ist eine schematische Ansicht der zweiten Robotereinrichtung, wenn der Eckabschnitt des zweiten Werkstücks mit dem ersten Werkstück in Kontakt gebracht wird. 12 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Abschnitts, an dem das zweite Werkstück mit dem ersten Werkstück in Kontakt gelangt. Unter Bezugnahme auf 11 und 12 betreibt der Bediener die Robotereinrichtung manuell und führt eine Steuerung zum Drücken des zweiten Werkstücks 72, das als das Kontaktglied dient, auf das erste Werkstück 71 durch. Der Bediener bringt den Eckabschnitt 72b des zweiten Werkstücks 72 in den Kontakt mit der Endfläche 71b des Werkstücks 71. Zu diesem Zeitpunkt bringt der Bediener den Eckabschnitt 72b bei richtigen Passarbeiten in Kontakt mit dem Werkstückspitzenpunkt.
Wenn das zweite Werkstück 72 in mehreren der Drückrichtungen auf das erste Werkstück 71 gedrückt wird, erhält die Parameterberechnungseinheit 51 die Kraft, die von dem Kraftsensor 24 detektiert wird und jeder Drückrichtung entspricht. Die Parameterberechnungseinheit 51 berechnet die Bewegungsrichtung des zweiten Werkstücks 72 und die Position des Werkstückspitzenpunkts des ersten Werkstücks 71 basierend auf der Kraft, die den mehreren Drückrichtungen entspricht.
Bei der ersten Steuerung zum Drücken des zweiten Werkstücks 72 wird der Roboter 1 dahingehend betrieben, das zweite Werkstück 72 in eine vorbestimmte Drückrichtung, die durch einen Pfeil 94 angezeigt wird, zu drücken. In solch einer Situation wird der Roboter 1 bei den richtigen Passarbeiten dahingehend betrieben, das zweite Werkstück 72 in die Richtung der Bewegung (Bewegungsrichtung) zu drücken. Die Position und die Ausrichtung des Roboters 1 werden dahingehend geändert, das zweite Werkstück 72 in eine Richtung zu drücken, die zu der Richtung, in der die Mittelachse des ersten Werkstücks 71 verläuft, parallel ist. Der Kraftsensor 24 detektiert eine Kraft, die während eines Zeitraums, während dessen das zweite Werkstück 72 auf das erste Werkstück 71 gedrückt wird, an das zweite Werkstück 72 angelegt wird.
Bei der zweiten Steuerung zum Drücken des zweiten Werkstücks 72 wird der Roboter 1 dahingehend betrieben, das zweite Werkstück 72 in eine vorbestimmte Drückrichtung, die von einem Pfeil 95 angezeigt wird, zu drücken. Als die Drückrichtung bei der zweiten Steuerung wird eine Richtung, die sich von der Drückrichtung bei der ersten Steuerung unterscheidet, eingesetzt. Der Kraftsensor 24 detektiert eine Kraft, die während eines Zeitraums, während dessen das zweite Werkstück 72 auf das erste Werkstück 71 gedrückt wird, an das zweite Werkstück 72 angelegt wird.
13 ist eine schematische Ansicht der Robotereinrichtung, die Parameter darstellt, die durch Drücken des Eckabschnitts des zweiten Werkstücks auf die Endfläche des ersten Werkstücks festgelegt werden. Unter Bezugnahme auf 2, 12 und 13 kann die Bewegungsrichtungsberechnungseinheit 52 der Parameterberechnungseinheit 51 die Drückrichtungen basierend auf der Kraft in den Richtungen der orthogonalen Achsen in dem Sensorkoordinatensystem berechnen. Die Bewegungsrichtungsberechnungseinheit 52 legt eine der basierend auf der Ausgabe des Kraftsensors 24 berechneten Drückrichtungen als die Bewegungsrichtung, die durch den Pfeil 66 angezeigt wird, fest.
Die Positionsberechnungseinheit 53 der Parameterberechnungseinheit 51 berechnet die Wirkungslinie basierend auf den Drückrichtungen und den Momenten um die orthogonalen Achsen in dem Sensorkoordinatensystem. Die Positionsberechnungseinheit 53 berechnet mehrere Wirkungslinien, die den mehreren Drückrichtungen entsprechen, basierend auf der Ausgabe des Kraftsensors 24. Die Positionsberechnungseinheit 53 kann die Position des Werkstückspitzenpunkts 65 des Werkstücks 71 basierend auf den mehreren Wirkungslinien berechnen.
Die Parameterberechnungseinheit 51 berechnet die Bewegungsrichtung und die Position des Werkstückspitzenpunkts in dem Sensorkoordinatensystem 82, wenn das zweite Werkstück 72 mit dem ersten Werkstück 71 in Kontakt ist. Als Nächstes wandelt die Parameterberechnungseinheit 51 basierend auf der Position und der Ausrichtung des Roboters, wenn das zweite Werkstück 72 mit dem ersten Werkstück 71 in Kontakt ist, die Bewegungsrichtung und die Position des Werkstückspitzenpunkts 65, die in dem Sensorkoordinatensystem 82 ausgedrückt werden, in die Bewegungsrichtung und die Position des Werkstückspitzenpunkts 65, die in dem Bezugskoordinatensystem 81 ausgedrückt werden, um.
Bei der zweiten Robotereinrichtung 6 legt die Parameterberechnungseinheit 51 in dem Bedienungsprogramm 46 die Bewegungsrichtung und die Position des Werkstückspitzenpunkts 65 in dem Bezugskoordinatensystem 81 fest. Alternativ dazu kann der Bediener in dem Bedienungsprogramm 46 die Bewegungsrichtung und die Position des Werkstückspitzenpunkts 65, die auf dem Anzeigeteil 39 angezeigt werden, festlegen. Wie oben beschrieben wird, können, wenn das zweite Werkstück 72 an das erste an dem Arbeitsstand fixierte erste Werkzeug 71 gepasst wird, der Werkstückspitzenpunkt 65 und die Bewegungsrichtung bezüglich des an dem Arbeitstisch fixierten ersten Werkstücks 71 festgelegt werden.
Als Nächstes legt der Bediener die Ausgangsposition und die Ausgangsausrichtung des zweiten Werkstücks 72, wenn die Steuerung zum Passen des Werkstücks 72 an das Werkstück 71 durchgeführt wird, fest. Der Bediener bedient manuell den Roboter 1 dahingehend, die Vertiefung 72a des Werkstücks 72 direkt über dem Werkstück 71 anzuordnen, wie in 10 dargestellt wird. Der Bediener stellt die Position und die Ausrichtung des Roboters so ein, dass die Mittelachse 71a des Werkstücks 71 die Mittelachse 72aa der Vertiefung 72a im Wesentlichen überlagert. Die Parameterberechnungseinheit 51 oder der Bediener legt die Position und die Ausrichtung des Roboters zu diesem Zeitpunkt in dem Bedienungsprogramm 46 als die Ausgangsposition und die Ausgangsausrichtung des Roboters, mit denen die Steuerung zum Passen des Werkstücks begonnen wird, fest.
Bei der Steuerung zum tatsächlichen Passen des zweiten Werkstücks 72 an das erste Werkstück 71 kann eine Kraftsteuerung ähnlich jener bei der ersten Robotereinrichtung durchgeführt werden. Die Bedienungssteuereinheit 43 beginnt die Kraftsteuerung nach dem Betreiben des Roboters 1 in seine Ausgangsposition und Ausgangsausrichtung. Die Bedienungssteuereinheit 43 betreibt den Roboter 1 dahingehend, das zweite Werkstück 91 in der Bewegungsrichtung zu bewegen. Die von dem Kraftsensor 24 detektierte Kraft (Kraft in der Richtung der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse und Momente in der Richtung der W-Achse, P-Achse und R-Achse) wird in eine auf den Werkstückspitzenpunkt 65 wirkende Kraft basierend auf der Position und der Ausrichtung des Roboters umgewandelt. Die Bedienungssteuereinheit 43 steuert die Position und die Ausrichtung des Roboters so, dass die an den Werkstückspitzenpunkt 65 in der vorbestimmten Richtung angelegte Kraft in den vorbestimmten Bestimmungsbereich fällt. Auf diese Weise kann die Steuerung 4 eine Kraftsteuerung basierend auf dem Werkstückspitzenpunkt 65 und der Bewegungsrichtung, die durch den Pfeil 66 angezeigt wird, durchführen.
Auch bei der zweiten Robotereinrichtung kann die Anzeigesteuereinheit 54 der Parameterberechnungseinheit 51 auf dem Anzeigeteil 39 ein Bild anzeigen, wenn der Roboter 1 dahingehend betrieben wird, das zweite Werkstück 72 auf das erste Werkstück 71 zu drücken. Die Anzeigesteuereinheit 54 erhält die von der Bewegungsrichtungsberechnungseinheit 52 berechnete Bewegungsrichtung und zeigt die Bewegungsrichtung auf dem Bild des Roboters 1 eingeblendet an. Die Anzeigesteuereinheit 54 kann den von der Positionsberechnungseinheit 53 berechneten Werkstückspitzenpunkt 65 auf dem Bild anzeigen.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird das zweite Werkstück als ein Kontaktglied, mit dem das erste Werkstück in Kontakt gebracht wird, verwendet, die Ausführungsform ist jedoch nicht darauf beschränkt. Als das Kontaktglied kann ein beliebiges Glied, das einen Eckabschnitt mit einer Spitze umfasst, eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine Vorrichtung, die einen Eckabschnitt umfasst, von der Robotereinrichtung bewegt werden.
Weitere Konfigurationen, Vorgänge und Wirkungen der zweiten Robotereinrichtung ähneln jenen der ersten Robotereinrichtung, und ihre Beschreibung wird hier nicht wiederholt.
14 ist eine schematische Ansicht einer dritten Robotereinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Bei einer dritten Robotereinrichtung 7 unterscheidet sich die Position, an der der Kraftsensor 24 angeordnet ist, von jener bei der ersten Robotereinrichtung 5. Der Kraftsensor 24 ist zwischen dem zweiten Werkstück 72, das von dem Arbeitstisch 75 gestützt wird, und der Fläche des Arbeitstischs 75 angeordnet. Der Kraftsensor 24 ist über ein Stützglied 26 an dem Arbeitstisch 75 fixiert. Das zweite Werkstück 72 ist über den Kraftsensor 24 und das Stützglied 26 an dem Arbeitstisch 75 fixiert. Auch bei der dritten Robotereinrichtung 7 kann eine Steuerung, die jener bei dem Parameterfestlegungsarbeitsschritt der ersten Robotereinrichtung 5 ähnelt, durchgeführt werden.
15 ist eine schematische Ansicht der dritten Robotereinrichtung, wenn das erste Werkstück auf das zweite Werkstück gedrückt wird. Wie bei der ersten Robotereinrichtung 5 bringt der Bediener den Werkstückspitzenpunkt des ersten Werkstücks 71 in den Kontakt mit dem Eckabschnitt 72b des zweiten Werkstücks 72. Bei der ersten Steuerung zum Drücken des ersten Werkstücks 71 wird das erste Werkstück 71 zu dem zweiten Werkstück 72 gedrückt, wie durch den Pfeil 92 angezeigt wird. In solch einer Situation wird das erste Werkstück 71 in einer Richtung auf das zweite Werkstück gedrückt, die zu der Bewegungsrichtung, in der das erste Werkstück 71 bei den richtigen Passarbeiten bewegt wird, parallel ist. Der Kraftsensor 24 detektiert eine Kraft, die an das zweite Werkstück 72 angelegt wird.
Bei der zweiten Steuerung, die zum Drücken des ersten Werkstücks 71 durchgeführt wird, wird das erste Werkstück 71 zu dem zweiten Werkstück 72 gedrückt, wie durch den Pfeil 93 angezeigt wird. Die durch den Pfeil 93 angezeigte Drückrichtung unterscheidet sich von der durch den Pfeil 92 angezeigten Drückrichtung. Der Kraftsensor 24 detektiert eine Kraft, die an das zweite Werkstück 72 angelegt wird.
Die Bewegungsrichtungsberechnungseinheit 52 berechnet die auf das zweite Werkstück 72 wirkende Drückrichtung basierend auf der Kraft (der Kraft in der Richtung der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse), die von dem Kraftsensor 24 detektiert wird. Die auf das zweite Werkstück 72 wirkende Drückrichtung entspricht der Richtung, in der das erste Werkstück 71 auf das zweite Werkstück 72 gedrückt wird. Die Bewegungsrichtungsberechnungseinheit 52 legt die durch den Pfeil 92 angezeigte Drückrichtung als die Bewegungsrichtung fest.
Die Positionsberechnungseinheit 53 berechnet die Position des Werkstückspitzenpunkts basierend auf der Drückrichtung und der Kraft (Momente in der Richtung der W-Achse, der P-Achse und der R-Achse), die von dem Kraftsensor 24 detektiert wird. Die Positionsberechnungseinheit 53 berechnet mehrere Wirkungslinien basierend auf mehreren Drückrichtungen und berechnet die Position des Werkstückspitzenpunkts basierend auf den mehreren Wirkungslinien. Die Parameterberechnungseinheit 51 berechnet die Bewegungsrichtung und die Position des Kontaktpunkts in dem Sensorkoordinatensystem 82. Die Parameterberechnungseinheit 51 erhält die Position und die Ausrichtung des Roboters 1, wenn der Werkstückspitzenpunkt des ersten Werkstücks 71 mit dem Eckabschnitt des zweiten Werkstücks in Kontakt ist.
Basierend auf der Position und der Ausrichtung des Roboters 1 wandelt die Parameterberechnungseinheit 51 die Bewegungsrichtung und die Position des Werkstückspitzenpunkts, die in dem Sensorkoordinatensystem 82 ausgedrückt werden, in die Bewegungsrichtung und die Position des Werkstückspitzenpunkts, die in dem Flanschkoordinatensystem 83 ausgedrückt werden, um. Die Parameterberechnungseinheit 51 oder der Bediener kann die Bewegungsrichtung und die Position des Werkzeugmittelpunkts, die in dem Flanschkoordinatensystem 83 ausgedrückt werden, in dem Bedienungsprogramm 46 als Parameter für die Kraftsteuerung festlegen.
16 ist eine perspektivische Ansicht der dritten Robotereinrichtung, die den Werkstückspitzenpunkt und die Bewegungsrichtung des Werkstücks, die von der Parameterberechnungseinheit berechnet werden, darstellt. Der Werkstückspitzenpunkt 65 und die Bewegungsrichtung, die durch den Pfeil 66 angezeigt wird, werden für das erste Werkstück 71, das von der Hand 2 ergriffen wird, festgelegt, wie im Falle der ersten Robotereinrichtung 5. Der Werkstückspitzenpunkt 65 und die Bewegungsrichtung bewegen sich zusammen mit dem ersten Werkstück 71.
Wenn der Arbeitsgang des Passens des ersten Werkstücks 71 in die Vertiefung 72a durchgeführt wird, kann die Bedienungssteuereinheit 43 die von dem Kraftsensor 24 detektierte Kraft in die auf den Werkstückspitzenpunkt 65 wirkende Kraft basierend auf der Position und der Ausrichtung des Roboters 1 umwandeln. Auch bei der dritten Robotereinrichtung 7 kann eine Kraftsteuerung ähnlich jener bei der ersten Robotereinrichtung 5 durchgeführt werden. Anders ausgedrückt kann, wenn der Arbeitsgang des Passens des ersten Werkstücks 71 in die Vertiefung 72a durchgeführt wird, die Kraftsteuerung basierend auf dem Werkstückspitzenpunkt 65 und der Bewegungsrichtung, die durch den Pfeil 66 angezeigt wird, durchgeführt werden.
Auch bei der dritten Robotereinrichtung kann eine beliebige Vorrichtung mit einem Eckabschnitt anstatt des zweiten Werkstücks als das Kontaktglied an dem Arbeitstisch fixiert sein. Auch in diesem Fall kann die Steuerung zum Drücken des ersten Werkstücks auf den Eckabschnitt der Vorrichtung durchgeführt werden.
Bei der dritten Robotereinrichtung 7 ist das Kontaktglied an dem Arbeitstisch fixiert und wird das erste Werkstück von dem Roboter bewegt, jedoch ist die Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Wie im Falle der zweiten Robotereinrichtung 6 kann das erste Werkstück an dem Arbeitstisch fixiert sein und kann das Kontaktglied von dem Roboter bewegt werden. Beispielsweise kann das erste Werkstück über den Kraftsensor an dem Arbeitstisch fixiert sein und kann das zweite Werkstück von der Robotereinrichtung ergriffen und bewegt werden. In diesem Fall detektiert der Kraftsensor 24 die an das erste Werkstück angelegte Kraft. Wie im Falle der zweiten Robotereinrichtung 6 können der Werkstückspitzenpunkt und die Bewegungsrichtung für das an dem Arbeitstisch fixierte erste Werkstück festgelegt werden (siehe 12). Bei dem Parameterfestlegungsarbeitsschritt können die Bewegungsrichtung und die Position des Werkstückspitzenpunkts basierend auf der Ausgabe des an dem Arbeitstisch fixierten Kraftsensors festgelegt werden.
Weitere Konfigurationen, Vorgänge und Wirkungen der dritten Robotereinrichtung ähneln jenen der ersten Robotereinrichtung und der zweiten Robotereinrichtung, und ihre Beschreibung wird hier nicht wiederholt.
17 ist eine schematische Ansicht einer vierten Robotereinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Bei einer vierten Robotereinrichtung 8 ist ein Drehmomentsensor 25, der als ein Kraftdetektor dient, anstatt des an dem Roboter 1 oder dem Arbeitstisch 75 fixierten Kraftsensors 24 angeordnet. Mehrere der Drehmomentsensoren 25 sind an den Antriebsachsen der mehreren Gelenke 18 des Roboters 1 angeordnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Drehmomentsensoren 25 alle an den sechs Antriebsachsen angeordnet. Jeder Drehmomentsensor 25 detektiert ein Drehmoment um die Antriebsachse des Gelenks 18 herum.
Unter Bezugnahme auf 2 ist bei der vierten Robotereinrichtung 8 der Drehmomentsensor 25 anstatt des Kraftsensors 24 der ersten Robotereinrichtung 5 angeordnet. Die Ausgabe von dem Drehmomentsensor 25 wird zu der Parameterberechnungseinheit 51 übertragen. Die Parameterberechnungseinheit 51 berechnet die Position des Werkstückspitzenpunkts bei dem ersten Werkstück 71 und die Bewegungsrichtung des ersten Werkstücks 71 basierend auf der Ausgabe der Kraft (dem Drehmoment um die Antriebsachse) von jedem Drehmomentsensor 25.
18 ist eine schematische Ansicht der Robotereinrichtung, wenn das erste Werkstück mit dem Eckabschnitt des zweiten Werkstücks in Kontakt gebracht wird. Wie im Falle der ersten Robotereinrichtung 5 bringt der Bediener den Werkstückspitzenpunkt des ersten Werkstücks 71 mit dem Eckabschnitt des zweiten Werkstücks 72 in Kontakt. Bei der ersten Steuerung zum Drücken des ersten Werkstücks 71 wird der Roboter 1 dahingehend betrieben, das erste Werkstück 71 zu dem zweiten Werkstück 72 zu drücken, wie durch den Pfeil 92 angezeigt wird. Die durch den Pfeil 92 angezeigte Drückrichtung entspricht der Bewegungsrichtung des ersten Werkstücks 71 bei den richtigen Passarbeiten.
Der Drehmomentsensor 25 detektiert ein Drehmoment um jede Antriebsachse herum. Die Bewegungsrichtungsberechnungseinheit 52 kann die Drückrichtung des ersten Werkstücks 71, die von dem Pfeil 92 angezeigt wird, basierend auf der Ausgabe von den mehreren Drehmomentsensoren 25 berechnen. Die Bewegungsrichtungsberechnungseinheit 52 kann die Drückrichtung unter Verwendung von Kraftausgleich oder dem Prinzip von virtueller Arbeit berechnen. Der Pfeil 92 entspricht der Wirkungslinie, auf der der Kontaktpunkt als der Werkstückspitzenpunkt liegt. Die Bewegungsrichtungsberechnungseinheit 52 kann die Drückrichtung des ersten Werkstücks 71, die durch den Pfeil 92 angezeigt wird, als die Bewegungsrichtung festlegen.
Bei der vierten Robotereinrichtung 8 kann die Drückrichtung bei der Steuerung zum Drücken des Werkstücks in eine Richtung erhalten werden, jedoch kann die Position des Werkstückspitzenpunkts (die Position des Kontaktpunkts, an dem die Werkstücke miteinander in Kontakt gelangen) nicht berechnet werden. Die vierte Robotereinrichtung 8 berechnet zum Angeben der Position des auf einer geraden Linie in der Drückrichtung liegenden Kontaktpunkts die Position des Werkstückspitzenpunkts durch Drücken des Werkstücks 71 zu dem Werkstück 72 aus einer anderen Richtung.
In diesem Fall wird die Steuerung zum Drücken des ersten Werkstücks 71 aus einer Richtung, die von der ersten Drückrichtung verschieden ist, durchgeführt, während die Position und die Ausrichtung des Roboters 1 beibehalten werden. Bei der zweiten Steuerung zum Drücken des ersten Werkstücks 71 wird der Roboter 1 dahingehend betrieben, das erste Werkstück 71 auf den Eckabschnitt 72b des zweiten Werkstücks 72 in der durch den Pfeil 93 angezeigten Richtung zu drücken. Die Bewegungsrichtungsberechnungseinheit 52 berechnet die Drückrichtung des ersten Werkstücks 71, die durch den Pfeil 93 angezeigt wird, basierend auf der Ausgabe von den mehreren Drehmomentsensoren 25. Der Pfeil 93 entspricht der Wirkungslinie, auf der der Kontaktpunkt liegt.
Die Positionsberechnungseinheit 53 berechnet den Schnittpunkt zwischen zwei Drückrichtungen, in die das Werkstück 71 gedrückt wird, als den Kontaktpunkt, an dem das erste Werkstück 71 mit dem zweiten Werkstück 72 in Kontakt ist. Anders ausgedrückt berechnet die Positionsberechnungseinheit 53 die Position des Schnittpunkts zwischen dem Pfeil 92 und dem Pfeil 93 als die Position des Werkstückspitzenpunkts 65. Durch das Durchführen der Steuerung zum Drücken des ersten Werkstücks auf den Eckabschnitt aus zwei oder mehreren Richtungen, wie oben beschrieben wird, kann der Schnittpunkt zwischen den Vektoren der Drückrichtungen als die Position des Werkstückspitzenpunkts berechnet werden.
19 ist eine schematische Ansicht der vierten Robotereinrichtung, die Parameter darstellt, die zur Kraftsteuerung erzeugt werden. Die Parameterberechnungseinheit 51 der vierten Robotereinrichtung 8 berechnet die Position des Werkstückspitzenpunkts 65 und die Bewegungsrichtung, die durch den Pfeil 66 angezeigt wird, in dem Flanschkoordinatensystem. Bei der Steuerung zum Passen des Werkstücks berechnet die Bedienungssteuereinheit 43 die auf den Werkstückspitzenpunkt 65 wirkende Kraft basierend auf den Ausgaben der mehreren Drehmomentsensoren 25. Die Bedienungssteuereinheit 43 kann eine Kraftsteuerung basierend auf der Position und der Bewegungsrichtung des Werkstückspitzenpunkts 65 durchführen.
Bei der vierten Robotereinrichtung 8 stützt der Roboter 1 das erste Werkstück 71 und führt das erste Werkstück 71 in die Vertiefung 72a des zweiten Werkstücks 72 ein, jedoch ist die Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Wie bei der zweiten Robotereinrichtung 6 kann das erste Werkstück 71 an dem Arbeitstisch 75 fixiert sein, und die vierte Robotereinrichtung 8 kann das zweite Werkstück 72 bewegen. In diesem Fall werden der Werkstückspitzenpunkt und die Bewegungsrichtung für das erste Werkstück festgelegt. Der Bediener bewegt das Kontaktglied, wie z. B. das zweite Werkstück 72, unter Verwendung des Roboters und bringt den Eckabschnitt des Kontaktglieds in Kontakt mit dem Werkstückspitzenpunkt des ersten Werkstücks 71, um die Bewegungsrichtung und die Position des Werkstückspitzenpunkts zu berechnen. Die Parameterberechnungseinheit 51 kann die Bewegungsrichtung und die Position des Werkstückspitzenpunkts basierend auf der Ausgabe von dem Drehmomentsensor 25 berechnen.
Weitere Konfigurationen, Vorgänge und Wirkungen der vierten Robotereinrichtung ähneln jenen der ersten Robotereinrichtung bis dritten Robotereinrichtung, und ihre Beschreibung wird hier nicht wiederholt.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Position des Werkstückspitzenpunkts mit Messungen berechnet, die durchgeführt werden, während die Richtung, in der ein Werkstück auf ein anderes Werkstück gedrückt wird, geändert wird, ohne die Ausrichtung des einen Werkstücks zu ändern, jedoch ist die Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Bei der Drücksteuerung bei der zweiten und nachfolgenden Steuerung kann die Relativrichtung, in der ein Werkstück auf ein anderes Werkstück gedrückt wird, geändert werden. Wenn beispielsweise das erste Werkstück auf das zweite Werkstück gedrückt wird, kann die Ausrichtung des ersten Werkstücks bezüglich des zweiten Werkstücks bei der zweiten Steuerung zum Drücken des ersten Werkstücks geändert werden. Dann kann die Steuerung zum Drücken des ersten Werkstücks auf das zweite Werkstück in derselben Richtung wie die Drückrichtung bei der ersten Steuerung in dem Bezugskoordinatensystem durchgeführt werden. Auch in diesem Fall kann die Position des Werkstückspitzenpunkts basierend auf der Wirkungslinie, die der Drückrichtung entspricht, berechnet werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Steuerung zum Passen des zylindrischen Werkstücks beschrieben, jedoch kann die Steuerung der vorliegenden Ausführungsform auf ein Werkstück mit einer beliebigen Form angewendet werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde die Steuerung zum Passen eines Werkstücks an ein anderes Werkstück beschrieben, jedoch ist die Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Die Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann auf einen beliebigen Arbeitsgang zum Bewegen eines Werkstücks zu einem anderen Werkstück, wie z. B. Flächenausrichtung zwischen Werkstücken oder Lochsuche, angewendet werden. Insbesondere kann die Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform bei einem Arbeitsgang angewendet werden, bei dem eine Kraftsteuerung durchgeführt wird, da ein Werkstück in Kontakt mit einem anderen Objekt gebracht wird, wenn das Werkstück von einem Roboter bewegt wird. Die Passarbeiten sind nicht auf den Arbeitsgang des Einführen des Werkstücks in eine Vertiefung oder ein Loch beschränkt und umfassen beispielsweise einen Arbeitsgang des Anordnens eines Zahnrads an einer vorbestimmten Position während einer Phaseneinstellung der Zahnradzähne.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen können entsprechend kombiniert werden. In jeder der obigen Zeichnungen sind dieselben oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Es wird angemerkt, dass die oben beschriebene Ausführungsform beispielhaft ist und die Erfindung nicht einschränkt. Die Ausführungsform umfasst Modifikationen der Ausführungsform, die in den Ansprüchen beschrieben werden.
BEZUGSZEICHENLISTE

1: Roboter
2: Hand
4: Steuerung
9: Greifglied
15: Handgelenkteil
16: Flansch
18: Gelenk
24: Kraftsensor
25: Drehmomentsensor
37: Programmierhandgerät
39: Anzeigeteil
40: Steuerungskörper
43: Bedienungssteuereinheit
51: Parameterberechnungseinheit
52: Bewegungsrichtungsberechnungseinheit
53: Positionsberechnungseinheit
54: Anzeigesteuereinheit
61: Bild
65: Werkstückspitzenpunkt
66: Pfeil
71, 72: Werkstück
71b: Endfläche
72b: Eckabschnitt
75: Arbeitstisch
81: Bezugskoordinatensystem
82: Sensorkoordinatensystem
83: Flanschkoordinatensystem
85, 86: Wirkungslinie
99M: Pfeil

Claims

Steuerung, die dazu konfiguriert ist, einen Parameter zur Durchführung einer Kraftsteuerung, wenn ein Roboter ein erstes Werkstück zu einem zweiten Werkstück bewegt, zu berechnen, die Folgendes umfasst: einen Kraftdetektor, der dazu konfiguriert ist, eine an das erste Werkstück oder ein Kontaktglied angelegte Kraft, wenn der Roboter das erste Werkstück mit dem Kontaktglied, das einen Eckabschnitt umfasst, in Kontakt bringt, zu detektieren; und eine Parameterberechnungseinheit, die dazu konfiguriert ist, eine Bewegungsrichtung, in der sich das erste Werkstück bezüglich des zweiten Werkstücks bewegt, wenn die Kraftsteuerung durchgeführt wird, und eine Position eines Werkstückspitzenpunkts, der als ein Steuerpunkt bei der Kraftsteuerung dient, zu berechnen, wobei der Kraftdetektor eine Kraft während eines Zeitraums, während dessen der Roboter den Werkstückspitzenpunkt des ersten Werkstücks in Kontakt mit dem Eckabschnitt des Kontaktglieds bringt und das erste Werkstück in eine vorbestimmte Drückrichtung drückt, detektiert, und die Parameterberechnungseinheit die Kraft erhält, die von dem Kraftdetektor detektiert wird und jeder von mehreren Drückrichtungen entspricht, wenn das erste Werkstück in den mehreren Drückrichtungen auf das Kontaktglied gedrückt wird, und die Bewegungsrichtung des ersten Werkstücks und die Position des Werkstückspitzenpunkts des ersten Werkstücks basierend auf der Kraft, die den Drückrichtungen entspricht, berechnet.
Steuerung, die dazu konfiguriert ist, einen Parameter zur Durchführung einer Kraftsteuerung zu berechnen, wenn ein Roboter ein zweites Werkstück zu einem ersten Werkstück bewegt, die Folgendes umfasst: einen Kraftdetektor, der dazu konfiguriert ist, eine an das erste Werkstück oder ein Kontaktglied angelegte Kraft, wenn der Roboter das Kontaktglied, das einen Eckabschnitt umfasst, mit dem ersten Werkstück in Kontakt bringt, zu detektieren; und eine Parameterberechnungseinheit, die dazu konfiguriert ist, eine Bewegungsrichtung, in der sich das zweite Werkstück bezüglich des ersten Werkstücks bewegt, wenn die Kraftsteuerung durchgeführt wird, und eine Position eines Werkstückspitzenpunkts, der als ein Steuerpunkt bei der Kraftsteuerung dient, zu berechnen, wobei der Kraftdetektor die Kraft während eines Zeitraums, während dessen der Roboter den Eckabschnitt des Kontaktglieds mit dem Werkstückspitzenpunkt des ersten Werkstücks in Kontakt bringt und das Kontaktglied in eine vorbestimmte Drückrichtung drückt, detektiert, und die Parameterberechnungseinheit die Kraft, die von dem Kraftdetektor detektiert wird und jeder von mehreren Drückrichtungen, wenn das Kontaktglied in den Drückrichtungen auf das erste Werkstück gedrückt wird, entspricht, erhält und die Bewegungsrichtung des zweiten Werkstücks und die Position des Werkstückspitzenpunkts des ersten Werkstücks basierend auf der Kraft, die den Drückrichtungen entspricht, berechnet.
Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kraftdetektor einen Sechs-Achs-Kraftsensor umfasst, der an dem Roboter oder einem Arbeitstisch, der das Werkstück stützt, angebracht ist.
Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Roboter einen Handgelenkteil umfasst, der einen Flansch umfasst, und der Kraftdetektor zwischen dem Flansch und einem Arbeitswerkzeug angeordnet ist.
Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kraftdetektor zwischen einem von dem Arbeitstisch gestützten Werkstück und einer Fläche des Arbeitstischs angeordnet ist.
Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Roboter ein Gelenkroboter ist, der mehrere Antriebsachsen umfasst, und der Kraftdetektor einen Drehmomentsensor umfasst, der an jeder der Antriebsachsen angeordnet ist.
Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die ferner Folgendes umfasst: einen Anzeigeteil, der dazu konfiguriert ist, ein Bild des Roboters anzuzeigen; und eine Anzeigesteuereinheit, die dazu konfiguriert ist, das auf dem Anzeigeteil angezeigte Bild zu steuern, wobei die Anzeigesteuereinheit die Drückrichtung erhält, die von der Parameterberechnungseinheit während eines Zeitraums berechnet wird, während dessen der Roboter dahingehend angetrieben wird, das erste Werkstück oder das Kontaktglied zu dem jeweils anderen - dem ersten Werkstück oder dem Kontaktglied - zu drücken, und die Drückrichtung auf dem Bild des Roboters eingeblendet anzeigt.
Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Parameterberechnungseinheit eine Wirkungslinie, auf der der Werkstückspitzenpunkt liegt, basierend auf einer Kraft, die von einem Detektor detektiert wird und jeder der Drückrichtungen entspricht, berechnet und einen Schnittpunkt zwischen mehreren der Wirkungslinien als den Werkstückspitzenpunkt berechnet.
Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Parameterberechnungseinheit eine Wirkungslinie, auf der der Werkstückspitzenpunkt liegt, basierend auf einer Kraft, die von einem Detektor detektiert wird und jeder der Drückrichtungen entspricht, berechnet und die Position des Werkstückspitzenpunkts basierend auf einem Abstand zu mehreren der Wirkungslinien berechnet, wenn mindestens eine der Wirkungslinien nicht eine andere Wirkungslinie aus den Wirkungslinien schneidet.
Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die ferner eine Bedienungssteuereinheit umfasst, die dazu konfiguriert ist, eine Bewegung des Roboters zu steuern, wobei die Bedienungssteuereinheit eine Steuerung zum Passen eines Werkstücks, das von dem Roboter gestützt wird, an ein Werkstück, das an einem Arbeitstisch fixiert ist, basierend auf der Position des Werkstückspitzenpunkts und der Bewegungsrichtung durchführt, die von der Parameterberechnungseinheit berechnet werden.