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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Technik zur Vermeidung
einer Kollision in einem durch einen Industrieroboter durchzuführenden
Betrieb.
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Bei
einem Aufnehmvorgang zum Aufnehmen einer Vielzahl von wahllos in
einer Lagerbox enthaltenen Werkstücken mit einem Roboter ist,
es notwendig, die Position/Orientierung des Roboters und eines Werkzeugs,
d. h. eines Endeffektors, wie eine Roboter-Hand, die an einem körperfernen
Ende des Roboters angebracht ist, zu steuern, so dass die Hand ein
Zielwerkstück
unter der Vielzahl von Werkstücken
halten kann. Die Positionen/Orientierungen der Werkstücke sind
unterschiedlich, da sich diese Werkstücks wahllos verteilt an dem
Aufnehmort befinden. Demzufolge müssen die Positionen/Orientierungen
des Werlzeugs und des Roboter-Arms in Übereinstimmung mit den Positionen/Orientierungen der
aufzunehmenden Werkstücke
geändert
werden, was eine Kollision zwischen dem Werkzeug oder dem Roboter
und einem peripheren Objekt, wie eine Lagerbox, welche die Werkstücke enthält, verursachen
kann.
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Im
allgemeinen kann die Kollision, wenn eine Kollision bei einem Einlernvorgang
festgestellt wird, durch Modifizieren der Position/Orientierung
des Werlzeugs bei dem Einlernvorgang vermieden werden. Es ist jedoch
nicht sichergestellt, dass die Kollision bei einem wirklichen Betrieb
während
des zuvor beschriebenen Aufnehmvorgangs vermieden wird. Demzufolge
ist es bisher notwendig gewesen, ein Zielwerkstück in bestimmter Weise zu plazieren,
um eine vorbestimmte Position/Orientierung bei jedem Aufnehmvorgang
zu haben, oder für
eine Umgebung der Werkstücke
zu sorgen, die niemals eine Kollision verursacht.
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Das
Vorbereiten einer vollständigen
Umgebung der wahllos verteilt gelagerten Werkstücke erfordert mühsame Arbeiten
und eine lange Zeit, was einer Arbeisersparnis und automatisierten
Arbeitsabläufen
durch einen Roboter entgegensteht.
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Wenn
ein Werkstück
so plaziert wird, dass es eine vorbestimmte Position/Lage hat, ist
es für
eine Bedienungsperson möglich,
durch eine Off-line-Programmierung einem Roboter einzulernen, keine
Kollision zu verursachen. Es stellt jedoch eine wachsende Belastung
der Bedienungsperson dar, durch Einlernen einer passenden Position/Orientierung
des Werkzeugs in den Roboter herauszufinden, wie eine Kollision
zu vermeiden ist.
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Die
Druckschrift EP-A-0945227 offenbart ein rechnergestütztes Verfahren/System,
das für
die Planung der Bewegung eines Roboters innerhalb eines freien Raums
vorgesehen ist, der durch Hindernisse begrenzt ist, und die Druckschrift
JP 2000 039912-A offenbart eine Kollisionsvermeidungs-Vorrichtung
für einen
Roboter gemäß dem Oberbegriff
des vorliegenden Anspruchs 1.
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Die
vorliegende Erfindung sieht eine Kollisionsvermeidungs-Vorrichtung vor,
die in der Lage ist, eine mögliche
Kollision bei einem Roboter-Arbeitsvorgang vorab festzustellen und
die Kollision zu vermeiden. Mit der Kollisionsvermeidungs-Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es nicht notwendig, selbst für einen Aufnehmvorgang zum
Aufnehmen wahllos verteilt gelagerter Werkstücke eine spezielle Umgebung
eines Objekts des Betriebs des Roboters vorzubereiten, womit die
Belastung einer Bedienungsperson verringert ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Kollisionsvermeidungs-Vorrichtung zur Vermeidung einer
Kollision zwischen einer Betriebsvorrichtung, die an einem Roboter
angebracht ist, und einem peripheren Objekt vorgesehen, die umfasst:
ein Speichermittel, das Information über die Form/Abmessungen der
Betriebsvorrichtung und die Form/Abmessungen sowie die Position/Orientierung
des peripheren Objekts speichert, Kollisions-Feststellungsmittel
zum Feststellen einer zu erwartenden Kollision zwischen der Betriebsvorrichtung
und dem peripheren Objekt auf der Grundlage der Information, die
in dem Speichermittel gespeichert ist, und einer befohlenen Position/Orientierung
der Betriebsvorrichtung, Positions/Orientierungs-Setzmittel zum
Setzen einer neuen Position/Orientierung der Betriebsvorrichtung zur
Vermeidung der Kollision zwischen der Betriebsvorrichtung und dem
peripheren Objekt anstelle der befohlenen Position/Orientierung
der Betriebsvorrichtung, wenn durch die Kollisions-Feststellungsmittel
festgestellt ist, dass sich eine Kollision ereignen wird, dadurch
gekennzeichnet, dass das Speichermittel ferner einen zulässigen Bereich
der Position/Orientierung der Betriebsvorrichtung in bezug auf ein
Werkstück
zum Durchführen
eines Arbeitsvorgangs an dem Werkstück speichert, wobei der zulässige Bereich
für zumindest
eine Drehung, Neigung, Verschiebung der Betriebsvorrichtung vorbestimmt ist
und die Kollisions-Feststellungsmittel einen kritischen Wert gewinnen,
bei dem die Betriebsvorrichtung nicht mit dem peripheren Objekt
kollidiert, und die neue Position/Orientierung auf der Grundlage
einer Bestimmung darüber
setzen, ob der gewonnene kritische Wert innerhalb des zulässigen Bereichs
liegt oder nicht.
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Die
Positions/Orientierungs-Setzmittel können die neue Position/Orientierung
der Betriebsvorrichtung zur Vermeidung der Kollision automatisch bestimmen.
Alternativ dazu können
die Positions/Orientierungs-Setzmittel eine aus einer Vielzahl von
vorbestimmten Positionen/Orientierungen auswählen.
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Ferner
können
die Positions/Orientierungs-Setzmittel zur Vermeidung der Kollision
alternativ dazu eine neu einge lernte Position/Orientierung der Betriebsvorrichtung
setzen.
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Die
Kollisionsvermeidungs-Vorrichtung kann ferner Mittel für ein kontinuierliches
Betreiben des Roboters in Übereinstimmung
mit der neuen Position/Orientierung der Betriebsvorrichtung umfassen.
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Die
Positions/Orientierungs-Setzmittel können einen Arbeitsvorgang des
Roboters stoppen, wenn durch die Kollisions-Feststellungsmittel
festgestellt ist, dass sich eine Kollision ereignen wird.
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Die
Kollisionsvermeidungs-Vorrichtung kann ferner Feststellungsmittel
zum Feststellen einer Kollision zwischen der Betriebsvorrichtung
und dem peripheren Objekt unter der Bedingung der neuen Position/Orientierung
der Betriebsvorrichtung und Anzeigemittel zum Anzeigen einer Meldung
umfassen, wenn durch die Feststellungsmittel festgestellt ist, dass
sich eine Kollision ereignen wird.
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Die
Kollisionsvermeidungs-Vorrichtung kann ferner Feststellungsmittel
zum Feststellen einer Kollision zwischen der Betriebsvorrichtung
und dem peripheren Objekt unter der Bedingung der neuen Position/Orientierung
der Betriebsvorrichtung und Steuermittel zum Aufschieben eines Arbeitsvorgangs
des Roboters, wenn durch die Feststellungsmittel festgestellt ist,
dass sich eine Kollision ereignen wird, und dann Wiederaufnehmen
des Arbeitsvorgangs des Roboters umfassen.
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Die
Positions/Orientierungs-Setzmittel können zur Vermeidung der Kollision
ein Betriebsprogramm des Roboters durch Ersetzen der befohlenen Position/Orientierung
des Werkzeugs mit einer neuen Position/Orientierung neu schreiben.
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Die
Kollisions-Feststellungsmittel können eine
Kollision zwischen der Betriebsvorrichtung und dem peripheren Objekt
beim Betreiben des Roboters feststellen.
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Die
Kollisionsvermeidungs-Vorrichtung kann in eine Roboter-Steuereinrichtung
oder eine Informations-Verarbeitungseinrichtung eingebaut sein,
die mit dem Roboter verbunden ist. Die Informations-Verarbeitungseinrichtung
kann eine Betriebs-Simulationseinrichtung des Roboters enthalten.
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Die
neue Position/Orientierung der Betriebsvorrichtung kann zum Gewinnen
von Information mittels eines Sensors benutzt werden, der an dem
Roboter angebracht ist.
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Die
befohlene Position/Orientierung der Betriebsvorrichtung kann auf
der Grundlage von Information bestimmt werden, die durch einen Sensor
gewonnen ist, der an dem Roboter angebracht ist. In diesem Fall
kann das Speichermittel bei einem Einlernvorgang Information über die
Position/Orientierung eines Werkstücks und die Position/Orientierung eines
Werkzeugs als die Betriebsvorrichtung zum Ergreifen des Werkstücks bei
dem Einlernvorgang speichern, und die befohlene Position/Orientierung
des Werkzeugs wird bei dem Einlernvorgang auf der Grundlage der
bestimmten Position/Orientierung des Werkstücks und der gespeicherten Information über die
Positionen/Orientierungen des Werkstücks und des Werkzeugs bestimmt.
Alternativ dazu kann das Speichermittel Information über die
Position/Orientierung eines Werkzeugs als die Betriebsvorrichtung zum
Halten eines Werkstücks
in Bezug auf die Position/Orientierung des Werkstücks bei
einem Einlernvorgang auf der Grundlage von CAD-Information in einer
Off-line-Einlerneinrichtung speichern, und die befohlene Position/Orientierung
des Werkzeugs wird auf der Grundlage der bestimmten Position/Orientierung
des Werkstücks
und der gespeicherten Information über die Position/Orientierung
des Werkzeugs in Bezug auf die Position/Orientierung des Werkstücks bestimmt.
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Der
Sensor kann einen zweidimensionalen Sensor oder einen dreidimensionalen
Sensor umfassen.
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Der
durch den Roboter durchzuführende
Arbeitsvorgang kann aus einem Aufnehmvorgang zum Aufnehmen eines
Werkstücks
durch die Betriebsvorrichtung bestehen, und das periphere Objekt
ist eine Lagerbox, die Werkstücke
enthält.
Ferner kann der durch den Roboter durchzuführende Arbeitsvorgang aus einem
Punktschweißen,
einem Lichtbogenschweißen
oder einem Abdichten bestehen.
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Der
Roboter kann direkt oder indirekt an einer Konstruktion befestigt
sein, die auf einem Boden, an einer Wand oder an einer Decke befestigt
ist, und kann so eingerichtet sein, dass er längs einer oder zweier Achsen
bewegbar ist.
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1 zeigt
eine schematische Ansicht, die einen Aufnehmvorgang mittels eines
Roboters darstellt, der durch eine Roboter-Steuereinrichtung gesteuert
wird, in die eine Kollisionsvermeidungs-Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung eingebaut ist.
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2 zeigt
eine schematische Ansicht, die den Vorgang es Aufnehmens eines Zielwerkstücks durch
ein Werkzeug darstellt, das an dem Roboter angebracht ist, wie dies
in 1 gezeigt ist.
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3 zeigt
eine schematische Draufsicht, die eine Beziehung zwischen einem
Zielwerkstück und
einer Werkzeugbox darstellt.
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4a u. 4b sind
schematische Darstellungen, die Orientierungen des Werkzeugs in
einer Kollisionssituation und außerhalb der Kollisionssituation
zeigen, die sich durch Ändern
einer Drehphase des Werkzeugs ergibt.
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5 zeigt
eine schematische Seitenansicht, die eine Orientierung des Werkzeugs
zur Vermeidung einer Kollision durch Ändern eines Neigungswinkels
des Werkzeugs in bezug auf das Zielwerkstück darstellt.
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6 zeigt
ein Flussdiagramm einer Verarbeitung zur Vermeidung einer Kollision
gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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7 zeigt
ein Flussdiagramm einer Verarbeitung zur Vermeidung einer Kollision
gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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8 zeigt
ein Flussdiagramm einer Verarbeitung zur Vermeidung einer Kollision
gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeipiel
der vorliegenden Erfindung, in dem eine Kollisionsvermeidungs-Vorrichtungdurch
Vorsehen einer Roboter-Steuereinrichtung zum Steuern eines Industrie-Roboters
mit einer Software zur Vermeidung einer Kollision gebilet ist.
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Ein
Werkzeug 3 als eine Betriebsvorrichtung zum Aufnehmen einer
Vielzahl von Werkstücken 10 nacheinander,
eine Kamera 2 als ein zweidimensionaler visueller Sensor
zum Gewinnen eines Bilds von Werkstücken 10, die ein aufzunehmendes
Zielwerkstück
enthalten und ein Laserstrahl-Projektor 1 zum Projizieren
eines Laserstrahl sind an einem Handgelenk angebracht, das an einem
körperfernen
Ende eines Arms eines Roboters 5 vorgesehen ist. Ein dreidimensionaler
visueller Sensor besteht aus der Kamera 2 und dem Laserstrahl-Projektor 1.
In diesem Ausführungsbeipiel
sind die Vielzahl von Werkstücken 10 wahllos
verteilt in einer Lagerbox 4 gelagert, wobei jedes eine
wahllose Position/Orientierung hat.
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Der
Roboter 5, der Laserstrahl-Projektor 1, die Kamera 2 und
das Werkzeug 3 haben herkömmliche Merkmale, und daher
ist eine ins einzelne gehende Beschreibung derselben fortgelassen.
Die Roboter-Steuereinrichtung 6 hat eine herkömmliche Hardware-Architektur,
die einen Prozessor, einen ROM, einen RAM, einen nichtflüchtigen
RAM, eine Dateneingabe-Einrichtung
mit einer Anzeige, eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle, eine Kamera-Schnittstelle
und Servosteuer-Einrichtungen
zum Steuern von Servomotoren für
jeweilige Verbindungsachsen des Roboters 5 enthält. Der
Laserstrahl-Projektor 1 und
das Werkzeug 3 sind mit der Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle
verbunden, und die Kamera 2 ist mit der Kamera-Schnittstelle
verbunden.
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Zum
Durchführen
eines Aufnehmvorgangs zum Aufnehmen eines Werkstücks 10 wird der Roboter 5 betrieben,
um das Handgelenk zu bewegen, um das Werkstück eine Position/Orientierung
einnehmen zu lassen, in der die Kamera 2 an dem Handgelenk
ein Bild der Werkstücke,
die ein Zielwerkstück als
ein Objekt des Aufnehmvorgangs in der Lagerbox 4 enthalten,
gewinnen kann, und dann wird ein Bild der Werkstücke durch die Kamera 2 mit
einer Projektion des Laserstrahls von dem Laserstrahl-Projektor 1 gewonnen,
um die Position/Orientierung des Zielwerkstücks auf den Empfang von Befehlen
von der Roboter-Steuereinrichtung 6 hin erfassen zu können. Die
Position/Orientierung des Werkzeugs 3 wird in Übereinstimmung
mit der erfassten Position/Orientierung des Zielwerkstücks gesteuert,
und das Werkstück
wird durch das Werkzeug 3 aus der Lagerbox 4 aufgenommen.
Einzelheiten der Positionierung/Orientierung des Werkzeugs bei dem
Aufnehmvorgang werden im folgenden beschrieben.
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Die
Position/Orientierung Ta des Werkzeugs 3 zum Erreichen
eines Haltens des Zielwerkstücks 10 wird
gemäß der folgenden
Gleichung (1) bestimmt, die eine Matrix Wn, welche die Position/Orientierung des
Werkstücks
bei einem Einlernvorgang repräsentiert,
eine Matrix Tn, welche die Positi on/Orientierung des Werkzeugs 3 zum
Erreichen eines Haltens des Werkstücks repräsentiert, das die Position/Orientierung
Wn bei dem Einlernvorgang hat, und eine Matrix Wa benutzt, welche
die Position/Orientierung des Zielwerkstücks repräsentiert, die durch den dreidimensionalen
Sensor erfasst ist, der aus der Kamera 2 und dem Laserstrahl-Projektor 1 besteht: Ta = Wa·Inv(Wn)·Tn (1)wobei Inv(Wn)
eine inverse Matrix von Wn repräsentiert.
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Die
Position/Orientierung Wn des Werkstücks bei dem Einlernvorgang
und die Position/Orientierung Tn des Werkzeugs 3 zum Erreichen
des Haltens des Werkstücks
bei dem Einlernvorgang sowie weitere Information über Formen
und Abmessungen des Werkzeugs 3 und Formen und Abmessungen
und Position/Orientierung der Lagerbox 4 werden bestimmt
und vorab in einem Speicher der Roboter-Steuereinrichtung 6 gespeichert,
und es wird auf der Grundlage der Position/Orientierung Ta des Werkzeugs 3,
die gemäß der Gleichung
(1) bestimmt ist, der Information über die Formen und Abmessungen
des Werkzeugs 3 und der Information über die Form und Abmessungen
sowie die Position/Orientierung der Lagerbox 4 bestimmt,
ob das Werkzeug 3 mit der Lagerbox 4 kollidieren
wird oder nicht.
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Wenn
festgestellt ist, dass das Werkzeug 3 mit der Lagerbox 4 kollidieren
wird, wird eine neue Position/Orientierung des Werkzeugs 3 zum
Erreichen des Haltens des Werkstücks
ohne die Möglichkeit
eines Kollidierens mit der Lagerbox 4 innerhalb eines zulässigen Bereichs
der Position/Orientierung des Werkzeugs 3 zum Erreichen
des Haltens des Werkstücks
gewonnen.
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Der
zulässige
Bereich der Position/Orientierung des Werkzeugs 3 wird
in Abhängigkeit
von der Form und den Abmes sungen des Werkstücks und einer Position oder
einem Bereich definiert, wo das Werkzeug 3 das Halten des
Werkstücks
erreicht. 2 bis 5 veranschaulichen
den zulässigen Bereich
der Position/Orientierung des Werkzeugs 3 beim Erreichen
des Haltens des Werkstücks.
In diesem Ausführungsbeipiel
hat jedes Werkstück 10 ein Loch 10a bei
einem Zentrum desselben, und das Werkzeug 3 ist dazu bestimmt,
das Halten des Werkstücks 10 durch
Einführen
von Klauen 3a in das Loch 10a und Spreizen der
Klauen in dem Loch 10a zu erreichen. Auf diese Weise kann
das Werkzeug 3 das Halten un Aufnehmen des Werkstücks 10 mit
einer willkürlichen
Drehungsphase beim Einführen
der Klauen in das Loch 10a des Werkstücks 10, d. h. einer
Drehungsposition der Klauen in dem Loch 10a erreichen.
Dies bedeutet, dass das Werkzeug 3 einen zulässigen Bereich
von 360° in
bezug auf eine Drehung um eine Längsachse
der Klauen 3a hat. Andererseits hat ein Einführungswinkel,
unter dem die Klauen 3a des Werkzeugs 3 in das
Loch 10a eingeführt
werden, um ein Halten des Werkstücks 10 zu
erreichen, einen eingeschränkten
zulässigen
Bereich. Dieser zulässige
Bereich des Einführungswinkels
ist durch einen Winkel zwischen einer zentralen Achse des Lochs 10a und
der Achse der Einführung
des Werkzeugs definiert, unter dem das Werkzeug 3 das Werkstück durch
Spreizen der Klauen 3a halten kann.
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In
diesem Beispiel hat das Werkzeug 3 in dem zuvor beschriebenen
Fall des Werkstücks 10 und
des Werkzeugs 3 den vollen Drehungsbereich um die zentrale
Achse des Lochs 10a und den eingeschränkten Freiheitsbereich in bezug
auf die zentrale Achse des Lochs 10a. Der zulässige Bereich
der Position/Orientierung des Werkzeugs und die Art und Weise des
Erreichens des Haltens des Werkstücks werden in Übereinstimmung
mit der Form und den Abmessungen des aufzunehmenden Werkstücks geändert. Besonders
in dem Fall eines Werkzeugs zum Erreichen des Haltens eines zylindrischen
Werkstücks
durch Klemmen des Werkstücks
mit einem Paar con Klauen an dem Außenumfang des zylindrischen
Werkstücks
hat das Werkzeug einen zulässigen
Verschiebungsbereich in einer Richtung längs einer zentralen Achse des
zylindrischen Werkstücks.
In diesem Fall des Werkzeugs und des Werkstücks hat das Werkzeug einen
vorbestimmten zulässigen
Bereich der Position/Orientierung zum Erreichen des Haltens des
Werkstücks
in der Richtung der zentralen Achse des zylindrischen Werkstücks, der
auf der Grundlage der Abmessungen des Werkstücks und der Konstruktion der
Klauen bestimmt ist.
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Um
nochmals auf 2 bis 5 zurückzukommen,
ist festzustellen, dass 2 einen Zustand zeigt, in dem
das Werkzeug 3 nicht mit der Lagerbox 4 kollidiert.
Wie in der Draufsicht gemäß 3 gezeigt,
kann das Werkzeug 3 in dem Fall, in dem ein Zielwerkstück nahe
einer Ecke der Lagerbox 4 positioniert isr, beim Erreichen
des Haltens des Werkstücks
durch Einführen
der Klauen in das Loch 10a mit der Lagerbox 4 kollidieren,
wie dies in 4a gezeigt ist. Wenn festgestellt
ist, dass sich möglicherweise
eine Kollision zwischen dem Werkzeug 3 und der Lagerbox 4 ereignen
wird, wird angenommen, dass die Kollision zwischen dem Werkzeug 3 und
einem Teil, wie einer Seitenwand der Lagerbox 4, die dem
Zielwerkstück
am nächsten
liegt, stattfinden wird. In diesem Beispiel wird festgestellt, dass
eine Seitenwand 4a ein Teil der Lagerbox 4 ist,
das dem Zielwerkstück 10 am
nächsten
liegt.
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Die
Drehungsphase des Werkzeugs 3 wird durch Drehen des Werkzeugs 3 um
ein Zentrum 3c der Drehung des Werkzeugs 3, d.
h. die zentrale Achse des Lochs 10a derart geändert, dass
ein Teil einer Umrisslinie des Werkzeugs 3, der den kleinsten
Radius von dem Zentrum 3c der Drehung aus hat, auf die
am nächsten
liegende Seitenwand 4a gerichtet ist. Mit dieser Drehung
des Werkzeugs 3 wird sich von dem Zustand gemäß 4a ausgehend
keine Kollision zwischen dem Werkzeug 3 und der Seitenwand 4a in
dem Zustand ereignen, wie er in 4b gezeigt
ist.
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Im
Falle des Auftretens einer Kollision, der in 5 gezeigt
ist, ist diese Kollision nicht durch Ändern der Drehungsphase des
Werkzeugs 3 vermieden worden. In diesem Fall wird die Richtung
der Einführung
der Klauen geändert,
die ein anderer Faktor des zulässigen
Bereichs der Position/Orientierung des Werkzeugs ist. Es wird ein
kritischer Winkel θ auf der
Grundlage der Position/Orientierung des Zielwerkstücks und
der Form und Abmessungen der Lagerbox 4 bestimmt, bei dem
das Werkzeug 3 nicht mit der am nächsten liegenden Seitenwand 4a kollidiert. Dann
wird festgestellt, ob der kritische Winkel θ innerhalb des zulässigen Bereichs
der Neigung des Werkzeugs 3 und des Werkstücks liegt
oder nicht. Wenn festgestellt ist, dass der kritische Winkel θ innerhalb
des zulässigen
Bereichs der Neigung liegt, wird das Werkzeug 3 um den
kritischen Winkel θ geneigt,
um die Kollision zu vermeiden.
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Zuvor
wurde das Prinzip eines Kollisionsvermeidungs-Verfahrens anhand
des ersten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Im folgenden wird unter
Bezugnahme auf ein Flussdiagramm gemäß 6 eine konkrete
Prozedur zum Aufnehmen von Werkstücken beschrieben, die sich
wahllos verteilt in einer Lagerbox befinden.
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Zunächst wird
Information über
die Form/Abmessungen des Werkzeugs 3 sowie die Form/Abmessungen
und die Position/Orientierung der Lagerbox 4 und die Position/Orientierung
Wn des Werkstücks
bei einem Einlernvorgang sowie die Position/Orientierung Tn des
Werkzeugs 3 zum Erreichen des Haltens des Werkstücks, das
die Position/Orientierung Wn hat, bestimmt und in der Speichereinrichtung
der Roboter-Steuereinrichtung 6 gespeichert. Beispielsweise
können
die Position/Orientierung Wn des Werkstücks und die Position/Orientierung
Tn des Werkzeugs auf der Grundlage von CAD-Information in einer Off-line-Einlerneinrichtung
gesetzt werden.
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Der
Roboter wird derart betrieben, dass die Kamera 2 ein Bild
gewinnen kann, das ein Zielwerkstück in der Lagerbox 4 enthält, und
es wird die Position/Orientierung des Zielwerkstücks auf der Grundlage des Bilds
erfasst, das durch die Kamera 2 mit der Laserstrahl-Projektion
von dem Laserstrahl-Projektor 1 gewonnen ist (Schritt S101).
Die Position/Orientierung Ta des Werkzeugs 3 zum Erreichen
des Haltens des Zielwerkstücks
wird gemäß der Gleichung
(1) unter Benutzung der erfassten Position/Orientierung Wa des Zielwerkstücks und
der gespeicherten Position/Orientierung Wn des Werkstücks sowue
der gespeicherten Position/Orientierung Tn des Werkzeugs 3 bei
dem Einlernvorgang gewonnen. Auf der Grundlage der gewonnenen Position/Orientierung
Ta und der gespeicherten Position/Orientierung der Lagerbox 4 wird
eine relative Position/Orientierung des Werkzeugs 3 in
Bezug auf die Lagerbox 4 berechnet (Schritt 102),
und auf der Grundlage der relativen Position/Orientierung des Werkzeugs
und der gespeicherten Information über die Form und Abmessungen
des Werkzeugs 3 und die Form und Abmessungen der Lagerbox 4 wird
bestimmt, ob das Werkzeug 3 mit der Lagerbox 4 kollidieren
wird oder nicht (Schritt 103).
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Wenn
festgestellt ist, dass sich keine Kollision ereignen wird, wird
die gewonnene Position/Orientierung Ta des Werkzeugs 3 ausgegeben
(Schritt S112), um die Kollisionsvermeidungs-Verarbeitung zu beenden.
Wenn festgestellt ist, dass sich eine Kollision ereignen wird, wird
ein Seitenteil der Lagerbox 4 bestimmt, der dem Zielwerkstück am nächsten liegt (Schritt 104).
In dem Beispiel, das in 3 gezeigt ist, wird die Seitenwand 4a als
der Seitenteil bestimmt, der dem Zielwerkstück 10 am nächsten liegt.
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Die
Drehungsphase des Werkzeugs 3 wird derart geändert, dass
ein Teil, der den kürzesten
Radius von einer zentralen Achse der Drehung des Werkzeugs 3,
d. h. einer Einführungs-Längsachse der Klauen aus hat,
auf die am nächsten
liegende Seitenwand 4a gerichtet, und es wird eine Position/Orien tierung
des Werkzeugs 3 mit der geänderten Drehungsphase berechnet
(Schritt 105). Ferner wird bestimmt, ob sich eine Kollision
zwischen dem Werkzeug 3, das die berechnete neue Position/Orientierung
hat, und der Lagerbox 4 ereignen wird oder nicht (Schritte 106 u. 107).
Wenn in Schritt 107 festgestellt ist, dass sich keinerlei
Kollision ereignen wird, wird die Position/Orientierung des Werkzeugs 3 ausgegeben,
die in Schritt 105 gewonnen ist (Schritt 112).
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Wenn
in Schritt 107 festgestellt ist, dass sich eine Kollision
ereignen wird, wird ein kritischer Winkel θ der Neigung des Werkzeugs 3 gewonnen
(Schritt 108), bei dem das Werkzeug 3 nicht mit
der am nächsten
liegenden Wand 4a der Lagerbox 4 kollidiert, und
die Information über
die Position/Orientierung des Werkzeugs 3 wird derart geändert, dass
die Orientierung die Bedingung des kritischen Winkels θ erfüllt, um
den Neigungswinkel in bezug auf das Zielwerkstück zu ändern (Schritte 108, 109).
Es wird bestimmt, ob der Neigungswinkel des Werkzeugs innerhalb
des zulässigen
Bereichs der Neigung in bezug auf die zentrale Achse 10a des
Werkstücks
liegt oder nicht (Schritt 110). Wenn festgestellt ist,
dass der Neigungswinkel innerhalb des zulässigen Bereichs liegt, wird
die Position/Orientierung ausgegeben, die in Schritt 109 gewonnen
ist.
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Wenn
in Schritt 110 festgestellt ist, dass der Neigungswinkel
nicht innerhalb des zulässigen
Bereichs liegt, wird entschieden, dass die Kollision bei diesem
Arbeitsvorgang nicht vermieden werden kann, und es wird eine Alarmmeldung
auf dem Bildschirm der Anzeigeeinrichtung der Roboter-Steuereinrichtung 6 angezeigt.
Außerdem
wird der Betrieb des Roboters 5 gestoppt (Schritt 111).
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Demzufolge
bedeutet dies, wenn eine Alarmmeldung auf dem Bildschirm der Anzeigeeinrichtung angezeigt
wird und der Betrieb des Roboters gestoppt ist, dass der Roboterkein
Zielwerkstück
ohne Kollision mit der Lagerbox 4 aufnehmen kann. Dies kann
aus dem Grund verursacht sein, dass sich die Zielwerkstück-Positionen
nahe einer Ecke der Lagerbox 4 befinden. In diesem Fall
kann eine Bedienungsperson das betreffende Zielwerkstück von Hand
in der Lagerbox 4 bewegen und dann einen Wiederstartschalter
auf dem Einlernvorgangs-Schaltfeld
betätigen,
so dass der Roboter den Aufnehmvorgang von der Verarbeitung gemäß Schritt 101 aus wieder
startet.
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In
dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeipiel
wird eine zu erwartende Kollision zwischen dem Werkzeug 3 und
der Lagerbox 4 festgestellt und vermieden. Überdies
werden bezüglich
der Lagerbox 4, wenn es irgendein peripheres Objekt gibt,
das die Möglichkeit
zum Verurssachen einer Kollision mit dem Werkzeug 3 hat,
die Form/Abmessungen und die Position/Orientierung eines solchen
Objekts bestimmt und in der Speichereinrichtung der Roboter-Steuereinrichtung 6 gespeichert,
und eine Kollision des Werkzeugs 3 mit dem Objekt kann
erfasst und in der gleichen Weise wie mit der zuvor beschriebenen
Kollisionssvermeidungs-Verarbeitung vermieden werden.
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Ferner
kann eine solche Kollision in dem Fall, in dem es eine Möglichkeit
zum Verursachen einer Kollision zwischen dem Roboter selbst, der
einen Roboter-Arm, ein Handgelenk usw. enthält, und der Lagerbox 4 oder
peripheren Objekten erfasst und vermieden werden. In diesem Fall
werden zusätzlich die
Form/Abmessungen des Roboters in der Speichereinrichtung der Roboter-Steuereinrichtung 6 gespeichert,
und eine Kollision zwischen dem Roboter und dem Objekt wird auf
der Grundlage der Position/Orientierung des Roboters beim Erreichen
des Haltens eines Zielwerkstückw
durch das Werkzeug 3 und der Information über die
Form/Abmessungen des Roboters festgestellt.
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In
dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeipiel
werden die Winkelphase und/oder der Neigungswinkel des Werkzeugs
au tomatisch geändert, wenn
festgestellt ist, dass sich eine Kollision ereignen wird. Alternativ
dazu kann die Position/Orientierung des Werkzeugs neu eingelernt
werden, um die ursprüngliche
zu ändern,
wenn festgestellt ist, dass sich eine Kollision ereignen wird. Eine
solche Verarbeitung zum Ändern
der Position/Orientierung des Werkzeugs wird im folgenden unter
Bezugnahme auf 7 als ein zweites Ausführungsbeipiel
bschrieben.
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Zunächst wird
ein Bild von Werkstücken
gewonnen, die ein Zielwerkstück
enthalten, und es wird die Position/Orientierung Wa des Zielwerkstücks gewonnen
(Schritt 201), auf der Grundlage der gewonnenen Position/Orientierung
Wa des Werkstücks
wird die Position/Orientierung Ta des Werkzeugs 3 gewonnen,
und es wird eine relative Position/Orientierung des Werkzeugs in
bezug auf die Lagerbox berechnet (Schritt 202). Dann wird
in der gleichen Weise wie bei der Verarbeitung von Schritt 101 bis
Schritt 103 in dem ersten Ausführungsbeipiel bestimmt, ob sich
eine Kollision ereignen wird oder nicht (Schritt 203).
Wenn festgestellt ist, dass sich keine Kollision ereignen wird,
wird die gewonnene Position/Orientierung Ta des Werkzeugs in der
gleichen Weise wie bei der Verarbeitung gemäß Schritt 112 in dem
ersten Ausführungsbeipiel
ausgegeben (Schritt 207). Wenn in Schritt 203 festgestellt
ist, dass sich eine Kollision ereignen wird, wird eine neue zur
Vermeidung der Kollision passende Position/Orientierung des Werkzeugs
durch eine Bedienungsperson durch direktes Eingeben von Information
darüber
oder durch einen Einlernvorgang durch manuelles Betreiben des Roboters
zum Vorbewegen desselben mit visueller Bestätigung der Position/Orientierung
des Werkzeugs in bezug auf das Zielwerkstück eingelernt (Schritt 204). Unter
der Bedingung der neu bestimmten Position/Orientierung des Werkzeugs,
der Information über die
Form/Abmessungen des Werkzeugs, der Information über die Position/Orientierung
und der Form/Abmessungen der Lagerbox wird bestimmt, ob sich eine
Kollision ereignen wird oder nicht (Schritt 205). Wenn
in Schritt 205 festgestellt ist, dass sich keine Kollision
ereignen wird, wird die neu bestimmte Position/Orientierung des
Werkzeugs ausgegeben (Schritt 207). Wenn unter der neu
bestimmten Bedingung festgestellt st, dass sich eine Kollision ereignen wird,
wird ein Alarm ausgegeben, und der Betrieb des Roboters wird gestoppt
(Schritt 206).
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Wenn
in Schritt 205 festgestellt ist, dass die Kollision durch
die in Schritt 204 neu eingelernte Position/Orientierung
des Werkzeugs vermieden ist, kann die neu eingelernte Position/Orientierung
des Werkzeugs zum automatischen Anwenden der gespeicherten Position/Orientierung,
wenn die gleiche Kollision erwartet wird, in dem Speicher gespeichert werden.
Ferner kann in diesem zweiten Ausführungsbeipiel auch eine Kollision
des Werkzeugs mit peripheren Objekten, die nicht die Lagerbox sind,
erfasst und vermieden werden, und eine Kollision des Roboters selbst
mit der Lagerbox und den peripheren Objekten kann in der gleichen
Weise, wie sie für
das erste Ausführungsbeipiel
beschrieben ist, erfasst und vermieden werden.
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8 zeigt
ein Flussdiagramm einer Verarbeitung zum Fesstellen und Vermeiden
einer Kollision gemäß einem
dritten Ausführungsbeipiel.
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In
diesem dritten Ausführungsbeipiel
wird, wenn festgestellt ist, dass sich eine Kollision ereignen wird,
die Orientierung des Werkzeugs in irgendeine aus einer Vielzahl
von vorbestimmten Orientierungen geändert, und es wird festgestellt,
ob sich die eine Kollision mit der geänderten Position/Orientierung
des Werkzeugs ereignen wird oder nicht. Die Vielzahl von vorbestimmten
Orientierungen des Werkzeugs können
Orientierungen enthalten, mit denen Betätigungsteile, wie Finger und
Klauen, des Werkzeugs vertikal abwärts gerichtet unter einem vorbestimmten
Winkel, d. h. 20°,
in Bezug auf die vertikale Linie in Richtung auf ein Zentrum einer
Werkzeugbox usw. geneigt sind.
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Zunächst wird
ein Bild eines Zielwerkstücks durch
die Kamera gewonnen, und es wird die Position/Orientierung Wa des
Werkstücks
gewonnen (Schritt 301), die Position/Orientierung Ta des
Werkzeugs 3 zum Erreichen des Haltens des erfassten Zielwerkstücks wird
gewonnen, und es wird eine relative Position/Orientierung des Werkzeugs 3 in
bezug auf die Lagerbox 4 gewonnen (Schritt 302).
Dann wird in der gleichen Weise wie bei der Verarbeitung von Schritt 101 bis
Schritt 103 in dem ersten Ausführungsbeipiel festgestellt,
ob sich eine Kollision ereignen wird oder nicht (Schritt 303).
Wenn in Schritt 303 festgestellt ist, dass sich keine Kollision
ereignen wird, wird die gewonnene Position/Orientierung Ta des Werkzeugs
in der gleichen Weise wie bei der Verarbeitung gemäß Schritt 112 in
dem ersten Ausführungsbeipiel
ausgegeben (Schritt 308).
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Wenn
in Schritt 303 festgestellt ist, dass sich eine Kollision
ereignen wird, wird eine der vorbestimmten Orientierungen des Werkzeugs
ausgewählt,
die in der Speichereinrichtung gespeichert sind (Schritt 304),
und es wird festgestellt, ob sich unter der neuen Bedingung der
Position/ Orientierung des Werkzeugs mit den ausgewählten Orientierungen
eine Kollision ereignen wird oder nicht (Schritt 305).
Wenn in Schritt 305 festgestellt ist, dass sich keine Kollision
ereignen wird, wird die neue Position/Orientierung des Werkzeugs
mit den ausgewhlten Orientierungen ausgegeben (Schritt 308).
Wenn festgestellt ist, dass sich unter der neuen Bedingung eine Kollision
ereignen wird, wird die nächste
der vorbestimmten Orientierungen ausgewählt (Schritt 304), und
es wird bestimmt, ob sich eine Kollision unter der neuen Bedingung
der Position/Orientierung des Werkzeugs mit der neu ausgewählten Orientierung ereignen
wird oder nicht (Schritt 305). Wenn in Schritt 305 festgestellt
ist, dass sich keine Kollision ereignen wird, wird die neue Position/Orientierung
des Werkzeugs ausgegeben (Schritt 308). Wenn festgestellt ist,
dass sich unter jeder Bedingung der Position/Orientierung des Werkzeugs
mit jeder vorbestimmten Orientierung eine Kollision ereignen wird,
wird ein Alarm ausgegeben, und der Betrieb des Roboters wird gestoppt
(Schritt 307).
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Ferner
kann in diesem dritten Ausführungsbeipiel
auch eine Kollision des Werkzeugs mit peripheren Objekten, die nicht
die Lagerbox sind, erfasst und vermieden werden, und es kann eine
Kollision des Roboters selbst mit der Lagerbox und den peripheren
Objekten in der gleichen Weise wie für das erste Ausführungsbeipiel
beschrieben erfasst und vermieden werden.
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In
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
ist die Kollisionsvermeidungs-Vorrichtung in die Roboter-Steuereinrichtung
eingebaut. Die Kollisionsvermeidungs-Vorrichtung kann aus einer
Informations-Verarbeitungseinrichtung, wie einem Personal Computer
bestehen, der mit dem Roboter verbunden ist oder in die Roboter-Steuereinrichtung
eingebaut ist. Insbesondere ist es vorzuziehen, die Kollisionsvermeidungs-Vorrichtung
in eine Simulationseinrichtung zum Simulieren eines Betriebs eines
Roboters zur Benutzung bei einem Off-line-Einlernen eines Arbeitsvorgangs
des Roboters einzubauen. In diesen Fällen ist es notwendig, Information über die Form/Abmessungen
eines Roboters, eines Werkzeugs, einer Lagerbox, von peripheren
Objekten, die Position/Orientierung eines Werkstücks und des Werkzeugs beim
Erreichen eines Haltens eines Werkstücks bei einem Einlernvorgang
und Programme zum Ausführen
der zuvor beschriebenen Kollisionsvermeidungs-Verarbeitung in der
Informations-Verarbeitungseinrichtung zu setzen und zu speichern.
Die Informations-Verarbeitungseinrichtung, wie die als die Simulationseinrichtung
ausgeführte
Informations-Verarbeitungseinrichtung führt die vorstehend beschriebenen
Verarbeitungen zum Feststellen und Vermeiden einer Kollision aus,
wie dies in 6, 7 u. 8 gezeigt
ist, und wenn festgestellt ist, dass sich keine Kollision ereignen
wird, kann die Informations-Verarbeitungseinrichtung ein Betriebspro gramm
des Roboters neu schreiben, um die Position/Orientierung des Werkzeugs
zum Aufnehmen des Zielwerkstücks
zu speichern, statt die Position/Orientierung des Werkzeugs in den
Schritten 112, 207 und 308 an den Roboter
auszugeben.
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Für die vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiele
wurde eine Beschreibung eines Arbeitsvorgangs eines Roboters zum
Aufnehmen eines Werkstücks
durch Erreichen eines Haltens des Werkstücks durch ein Werkzeug gegeben.
Die Kollisionsvermeidungs-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
kann auf Roboter-Arbeisvorgänge,
wie ein Lichtbogenschweißen,
ein Punktschweißem,
ein Abdichten usw., die durch ein Werkzeug auszuführen sind,
das an dem Roboter angebracht ist, angewendet werden, so dass eine
Kollision zwischen dem Werkzeug oder dem Roboter selbst und peripheren Objekten
erwartet und vermieden werden kann.
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Der
Roboter kann in einer willkürlichen
Position angeordnet sein, wobei er direkt oder indirekt an einer
Konstruktion auf einem Boden, an einer Wand, einer Decke usw. befestigt
sein kann. Ferner kann der Roboter längs einer oder zwei Achsen
bewegbar angeordnet sein. Beispielsweise kann der Roboter auf Schienen
bewegt werden, die sich längs
einer X-Achse und
einer Y-Achse erstrecken, die senkrecht zueinander angeordnet sind.
In diesem Fall kann die Roboter-Steuereinrichtung den Roboter unter
Berücksichtigung
der X-Achse und der Y-Achse steuern, auf denen der Roboter als zusätzliche
Achsen bewegt wird. Alternativ dazu kann eine Steuereinrichtung,
die nicht die Roboter-Steuereinrichtung ist, Bewegungen des Roboters
längs dieser
Achsen steuern. Mit diesen Anordnungen, die in der Lage sind, den
Roboter selbst zu bewegen, kann der Roboter eine passende Position/Orientierung
einnehmen, die keine Kollision verursacht.
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Ferner
kann die vorliegende Erfindung auf einen Arbeitsvorgang eines Roboters
zum zweimaligen oder mehrmaligen Erfassen der Position/Orientierung
eines Zielwerkstücks
durch einen visuellen Sensor angewendet werden. In diesem Fall wird
ein visuelles Erfassungsfeld des visuellen Sensors als ein zulässiger Bereich
der Position/Orientierung betrachtet. Beispielsweise wird zum Bestimmen
der Position/Orientierung einer Kamera des visuellen Sensors bei
einer zweiten Erfassung auf der Grundlage eines Ergebnisses einer
ersten Erfassung die Position/Orientierung der Kamera bei der zweiten
Erfassung derart bestimmt, dass eine optische Achse der Kamera bei
der zweiten Erfssung mit einer Sichtlinie in Richtung auf ein Zielwerkstück bei der
ersten Erfasung zusammenfält,
um die Position/Orientierung des Zielwerkstücks in einem Sichtfeld des
visuellen Sensors selbst dann sicher zu erfassen, wenn sich das
Zielwerkstück
bei der ersten Erfassung in einer willkürlichen Position in dem Sichtfeld
befindet. Der zulässige
Bereich der Position/Orientierung der Kamera ist das Sichtfeld bei
der ersten Erfassung.
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Ferner
kann in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeipielen ein dreidimensionaler
visueller Sensor zum Erfassen einer dreidimensionalen Position/Orientierung,
die eine Distanz zwischen der Kamera und dem Zielwerkstück enthält, durch
die Kombination der Kamera und des Laserstrahl-Projektors vorgesehen sein. In dem Fall,
in dem ein Zielwerkstück
in einer vorbestimmten Position plaziert ist und die Distanz zwischen
der Kamera und dem Zielwerkstück
bereits bekannt ist, kann ein zweidimensionaler visueller Sensor
ohne Projizieren eines Laserstrahls benutzt werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Kollision zwischen einer Vorrichtung, wie einem Werkzeug,
das an einem körperfernen
Ende eines Roboters angebracht ist, oder dem Roboter selbst und
einem peripheren Objekt in einem Zielgebiet des Arbeitsvorgangs,
wie eine Lagerbox, automatisch bestimmt, und wenn festgestellt ist,
dass sich eine Kollision ereignen wird, wird die Kollision sicher
vermieden.