DE68926739T2

DE68926739T2 - Lernverfahren und steuergerät für ein roboter

Info

Publication number: DE68926739T2
Application number: DE68926739T
Authority: DE
Inventors: Takashi Mitomi; Katsuyoshi Satoh; Takafumi - - Tetsuya
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-08-24
Filing date: 1989-08-22
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2009-08-23
Also published as: JP2512099B2; KR900701484A; EP0383944B1; DE68926739D1; JPH0259285A; KR950000814B1; EP0383944A1; WO1990002029A1; EP0383944A4; US5371836A

Description

BEREICH DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aktionslehrbzw. -lernverfahren und ein Steuergerät für einen Industrieroboter. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Lehrbzw. Lernverfahren und ein Steuergerät, die das Lehren bzw. Lernen einer Operation erleichtern, durch die mehrere Robotermanipulatoren eine relative Position zueinander aufrechterhalten können, wie beispielsweise bei Aktionen, bei denen ein Werkstück gegriffen und mit mehreren Robotermanipulatoren bewegt wird.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bei einem zusammenwirkenden Betrieb von mehreren Robotern derart, daß mehrere Robotermanipulatoren ein Werkstück greifen und es bewegen, müssen die mehreren Robotermanipulatoren so betätigt werden, daß sie relative Positionen zueinander aufrechterhalten. Demzufolge gibt es Verfahren zum Lehren bzw. Lernen derartiger Operationen, wie nachstehend beschrieben ist.
Ein erstes Verfahren ist das Off-Line-Lehren, bei dem Betriebspositionen des Roboters als Datenwerte in einen Computer eingegeben und beim Lehren gesetzt werden. Dieses Verfahren wird jedoch schwierig und auch nachteilhaft, da die Genauigkeit der Betriebspositionen der Roboter bezüglich ihres jeweiligen Werkstücks nicht notwendigerweise besser ist.
Ein in JP-A-58 22686 offenbartes zweites Verfahren besteht darin, den Roboter unter Verwendung eines Lerngeräts manuell zu einer Bewegungsposition eines tatsächlichen Betriebs zu bewegen und die Betriebsposition des Roboters durch Erfassen und Speichern der Position und Orientierung des Roboters zu diesem Zeitpunkt zu lehren. Bei diesem Verfahren ist es sehr schwierig, jeden der mehreren Roboter durch manuelle Betätigung eine Position und Orientierung zu lehren, die tatsächlich eine relative Position einschließlich der Orientierung eines Greifers aufrechterhält. Demzufolge wurde dieses Verfahren oft verwendet, wobei mehreren eine gemeinsame Operation ausführenden Robotern nur eine Startposition gelehrt wurde. Anschließende Positionen eines der mehreren Roboter werden dann bei anschließenden Lehrpositionen in der gemeinsamen Operation gelehrt. Somit werden die mehreren Roboter derart betrieben, daß eine ursprüngliche relative Position bezüglich der Betriebsbahn des Roboters aufrechterhalten bleibt, der durch das vorstehend genannte Verfahren gelehrt wird. Ein Beispiel dieses Verfahrens ist in Fig. 2 gezeigt. Bei diesem Beispiel werden Betriebspositionen und -orientierungen P1, P2, P3, P4 eines ersten Robotermanipulators sowie eine P1 entsprechende Betriebsposition und -orientierung Q1 eines zweiten Robotermanipulators gelehrt. Betriebspositionen und -orientierungen Q2, Q3, Q4 werden dann durch Berechnung aus einer relativen Position von P1 und Q1 sowie P2, P3, P4 bestimmt, und Betriebsbahnen von jeweiligen Manipulatoren werden interpoliert. Da die Position durch manuelles Bewegen des Roboters zu einer tatsächlichen Betriebsposition erfaßt und gespeichert wird, ist die Lehrgenauigkeit bei diesem Verfahren besser als bei dem ersten Verfahren. Wenn jedoch der Roboterbetrieb ein Greifen eines Werkstücks erfordert, entstehen Schwierigkeiten. Während eine Greifposition eines Werkstücks genau gelehrt werden kann, wird ein genaues Lehren der Bewegung eines Werkstücks durch Robotermanipulatoren nicht erzielt, da alle Betriebspositionen auf die Robotermanipulatoren ausgerichtet sind.
Ferner kann ein ausführliches Lehren einer Greifposition eines Werkstücks schwierig sein. Beim Lehren eines Betriebsfalls, bei dem ein großes Werkstück basierend auf einer Greifposition eines Robotermanipulators gegriffen und mit zwei Robotermanipulatoren bewegt wird, kann ein geringer Unterschied in der Greiforientierung während des Lehrbetriebs zu einem großen Positionsunterschied am anderen Ende des Arbeitsprozesses werden. Wie in Fig. 17 demonstriert ist, wird eine derartige Situation leicht zu einem Problem beim Betrieb des Robotermanipulators, der das andere Ende des Werkstücks greift.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches und genaues Aktionslehr- bzw.-lernverfahren für ein Robotersystem mit einer Vielzahl von Robotermanipulatoren auf der Grundlage einer Bewegungsposition eines tatsächlichen Werkstücks und der Anwendung von Sensorenrückkopplung bezüglich der Position und Orientierung des Werkstücks zu schaffen. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Robotermanipulator-Steuergerät für den Einsatz dieses Lernverfahrens zu schaffen.
Die vorhandenen Probleme von typischen Roboterlernverfahren werden durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Dementsprechend werden ein Referenzpunkt, der eine repräsentative Position und Orientierung auf einer Bewegungsbahn zeigt, und eine relative Position von dem vorstehend genannten Referenzpunkt einer Betriebsposition einer Roboterextremität in einem Betriebszustand durch Speichern der Position der Roboterextremität durch manuelles Betätigen des Roboters gelehrt. Dann wird eine Bahn der Betriebspositionen der Roboterextremität in einem Betriebszustand durch eine Matrix mit Positionsdaten und Orientierungsdaten der Referenzpunkte festgelegt. Damit das Werkstück gegriffen und mit mehreren Robotermanipulatoren bewegt werden kann, wird ein spezifizierter Punkt auf dem Werkstück als Referenzpunkt angesehen, und die relative Position des vorgenannten Referenzpunkts und der Greifposition jedes Roboters werden gelehrt, und das Bewegen des Werkstücks wird durch eine Matrix der Referenzpunkte bestimmt.
Ferner ist ein das vorstehend genannte Verfahren ausführendes Steuergerät des Roboters in Anspruch 6 definiert. Das Steuergerät umfaßt eine Einrichtung zum manuellen Betätigen des Roboters, Mittel zum Erfassen und Speichern der gegenwärtigen Position und/oder Orientierung der Roboterextremität, Mittel zum Berechnen eines Referenzpunkts aus mehreren gespeicherten Positionen und dessen Speicherung, Mittel zum Berechnen einer relativen Position und Orientierung der Roboterextremität aus einem der Referenzpunkte und deren Speicherung, Mittel zum Berechnen einer angestrebten Betriebsposition des Roboters auf der Basis der gespeicherten Referenzpunkte und der bestimmten relativen Position, und Mittel zum Betätigen des Roboters derart, daß er sich auf den Referenzpunkten durch Interpolieren zwischen dem gegenwärtigen Referenzpunkt und dem nachfolgenden Referenzpunkt unter Beibehaltung einer relativen Position des gegenwärtigen Referenzpunkts und der Roboterextremität nach der Bestimmung des gegenwärtigen Referenzpunkts und des anschließenden Referenzpunkts bewegt.
Wenn bei dem Roboter-Betriebslernverfahren der vorliegenden Erfindung das Werkstück bewegt wird, kann eine tatsächliche Position des Werkstücks mit einer vom Roboter gelieferten Genauigkeit gelehrt werden, da der Referenzpunkt durch manuelles Betätigen der Roboterextremität und Speichern ihrer Position gelehrt wird; beim Lehren eines Vorgangs, der sich während des Greifens des Werkstücks bewegt, können die Bewegungsbahn des Werkstücks und das Lehren der Greifposition voneinander getrennt werden, da die Bahn von Betriebspositionen von der Matrix aus Referenzpunkten durch Lehren einer Referenzposition aus den Referenzpunkten der in Betrieb befindlichen Roboterextremität bestimmt ist; und selbst in einem Fall, in dem die Relation des Werkstücks und der Greifposition aufgrund einer Sensorrückkopplung oder dergleichen variiert, wird die Berücksichtigung der Steuerung des Betriebs leicht.
Bei dem Robotersteuergerät der vorliegenden Erfindung können eine Punktposition und eine Greifposition basierend auf einer tatsächlichen Bewegungsposition des Werkstücks mit Hilfe von manuellem Betätigen des Roboters und Speichern der gegenwärtigen Position und Orientierung des Roboters gespeichert werden; die repräsentative Position der Bewegungsbahn des Werkstücks kann aus den Positionen der mehreren Punkte basierend auf der Bewegungsposition des vorstehend genannten Werkstücks mittels Berechnen des Referenzpunkts aus den gespeicherten mehreren Positionen und dessen Speicherung berechnet werden; die relative Position der Greifposition des Werkstücks und die repräsentative Position der Bewegungsbahn des Werkstücks können mittels Berechnung der relativen Position und Orientierung der Roboterextremität aus einem der Referenzpunkte und deren Speicherung berechnet werden; der Roboter kann durch Bestimmen des Referenzpunkts und der relativen Position als angestrebte Betriebsposition des Roboters so betätigt werden, daß er das Werkstück greift; und der Roboter kann durch Lehren der Bewegungsbahn des Werkstücks durch Bewegen des Referenzpunkts mittels Interpolation zwischen dem gegenwärtigen Referenzpunkt und einem nachfolgenden Referenzpunkt unter Beibehaltung der relativen Position des gegenwärtigen Referenzpunkts und der Roboterextremität durch Bestimmung des gegenwärtigen Referenzpunkts und des nachfolgenden Referenzpunkts betrieben werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein erläuterndes Diagramm eines Beispiels eines Lernverfahrens der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist ein erläuterndes Diagramm des Beispiels des Lernverfahrens nach dem Stand der Technik.
Fig. 3 ist ein erläuterndes Diagramm einer Achsenkonfiguration eines Robotermanipulators in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 ist ein erläuterndes Diagramm einer Systemkonfiguration in der vorliegenden Ausführungsform.
Fig. 5 ist ein Diagramm der Konfiguration der Hardware eines Steuergeräts.
Fig. 6 ist ein Diagramm der Konfiguration einer zentralen Steuereinheit.
Fig. 7 ist ein Diagramm der Konfiguration einer Berechnungseinheit.
Fig. 8 ist ein Diagramm der Konfiguration einer Servosteuereinheit.
Fig. 9 ist ein Flußdiagramm eines den Betrieb eines Lerngeräts betreffenden Verfahrens.
Fig. 10 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Berechnen eines Referenzpunkts aus drei Positionen und dessen Speicherung.
Fig. 11 ist ein erläuterndes Diagramm der Relation der drei Positionen und des Referenzpunkts.
Fig. 12 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Berechnen eines Referenzpunkts aus zwei Positionen und zu dessen Speicherung.
Fig. 13 ist ein erläuterndes Diagramm der Relation der zwei Positionen und des Referenzpunkts.
Fig. 14 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Berechnen und Speichern einer relativen Position.
Fig. 15 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Roboters durch Bestimmen des Referenzpunkts und der relativen Position.
Fig. 16 (a) und 16 (b) sind Flußdiagramme von Verfahren zum Betreiben des Roboters derart, daß er sich durch Interpolieren zwischen dem gegenwärtigen Referenzpunkt und darauf folgenden Referenzpunkt unter Beibehaltung der relativen Position des gegenwärtigen Referenzpunkts und des Roboterendes durch Bestimmung des gegenwärtigen Referenzpunkts und des darauf folgenden Referenzpunkts auf den Referenzpunkten bewegt.
Fig. 17 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel der Änderung der Greifposition des anderen Endes aufgrund der Variation der Orientierung der Greifposition am Lehrpunkt nach dem Stand der Technik zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nachstehend sind erfindungsgemäß ein Lernverfahren und ein Steuergerät für einen Roboter unter Verwendung einer Ausführungsform dargestellt.
Der Roboter in der vorliegenden Ausführungsform ist ein Robotermanipulator mit einer in Fig. 3 gezeigten Achsenkonfiguration. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, sind zwei der vorstehend genannten Robotermanipulatoren mit dem Hauptkörper des Steuergeräts 6 verbunden und werden von einem Bediener von dem Steuergerät aus betrieben. Jeder Robotermanipulator wird an sechs Gelenken durch Motoren angetrieben, wie durch die Achsenkonfiguration von Fig. 3 gezeigt ist, und kann eine beliebige Greiferposition p und Orientierungen (n, o, a) innerhalb eines Bewegungsbereichs einnehmen, wobei p ein Greiferpositionsvektor in einem Koordinatensystem (O, X, Y, Z) ist, das bei dem System der vorliegenden Ausführungsform fest ist, und (n, o, a) Einheitsvektoren sind, die jeweils senkrecht aufeinander stehen und eine Orientierung des Greifers in dem vorstehend genannten Koordinatensystem angeben.
Das Steuergerät erfaßt die gegenwärtigen Positionen des Motors, nämlich die Winkel der Gelenke, mittels auf den jeweiligen vorstehend angegebenen Motoren angebrachter Codierer, und Aktionen der jeweiligen Robotermanipulatoren werden durch Antrieb und Rückkopplungssteuerung der jeweiligen vorstehend genannten Motoren gesteuert.
Eine Konfiguration des Steuergeräts ist in Fig. 5 gezeigt. Eine zentrale Steuereinheit 10 ist aus einem Mikrocomputer 16, einem Speicher 17 und einer Ein-/Ausgabe 18 zusammengesetzt, wie in Fig. 6 gezeigt ist, und der Mikrocomputer 16 wird durch ein in dem Speicher 17 gespeichertes Programm betrieben. Ein Konsolenterminal 8 und ein Lerngerät 7 sind über Kommunikationsleitungen 19 und 20 mit der Ein-/Ausgabe 18 verbunden, und der Mikrocomputer 16 der zentralen Steuereinheit 10 führt ein geeignetes Programm in Übereinstimmung mit einem Signal aus, das von einem Systembetreiber bei dem Konsolenterminal 8 eingegeben wird, wodurch der Robotermanipulator gesteuert wird. Die Recheneinheiten 11 und 12 sind zum Steuern der jeweils entsprechenden Robotermanipulatoren vorgesehen und sind - wie in Fig. 7 gezeigt ist - aus einem Mikrocomputer 22, einem Speicher 23 und einem RAM 21 mit zwei Ports zusammengesetzt, das über einen Bus 9 von der zentralen Steuereinheit 10 lesen und dorthin schreiben kann. Motoren 15(1) bis 15(12), an denen Codierer zum Erfassen der gegenwärtigen Positionen angebracht sind, sind mit Servosteuereinheiten 13 und 14 verbunden. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, sind die Servosteuereinheiten 13 und 14 aus einer Ein-/Ausgabe 24, die eine Pulsbreiten-Modulationsschaltung zum Steuern der vorstehend genannten Motoren 15(1) bis 15(12) enthält, einem Mikrocomputer 25, einem Speicher 26 und enthält RAM 27 mit zwei Ports zusammengesetzt, das über einen Bus 9 von den Recheneinheiten 11 und 12 lesen und dorthin schreiben kann.
Beim Betrieb des Robotermanipulators überträgt die zentrale Steuereinheit 10 durch Schreiben eines Aktionsbefehls und von Koordinaten (ni, oi, ai, pi) (i = 1, 2) der angestrebten Position und der Position und Orientierung der Extremität des Robotermanipulators Aktionsbefehle des Robotermanipulators an die Recheneinheiten 11 und 12. Diese Befehle stammen aus der zentralen Steuereinheit 10 und gehen zu dem RAM 21 mit zwei Ports der Recheneinheiten 11 und 12 weiter. Die Recheneinheiten 11 und 12 berechnen eine sogenannte Umkehrtransformation (reverse conversion) von der angestrebten Position und Orientierung (ni, oi, ai, pi) des Greifers in Übereinstimmung mit Betriebsbefehlen von der zentralen Steuereinheit 10, berechnen einen Winkel jedes Gelenks des Robotermanipulators und geben Aktionsbefehle an die Servosteuereinheiten 13 und 14 durch Schreiben eines Betriebsbefehls, der den angestrebten Wert jedes Motors enthält, in das RAM 27 mit zwei Ports der Servosteuereinheiten 13 und 14 durch Nehmen eines angestrebten Werts eines einem benötigten Gelenkwinkel entsprechenden Umdrehungswinkels des Motors. Die Servosteuereinheiten 13 und 14 steuern Aktionen der Motoren 15(1) bis 15(12) in Übereinstimmung mit der von den an jedem Motor 15(1) bis 15(12) angebrachten Codierern erhaltenen gegenwärtigen Position des Motors zusammen mit dem von den Recheneinheiten 11 und 12 in das RAM 27 mit zwei Ports geschriebenen angestrebten Wert in Abhängigkeit von dem Aktionsbefehl von den Recheneinheiten 11 und 12. Wie vorstehend ausgeführt ist, können die Position und die Orientierung des Greifers des Robotermanipulators durch Aktionsbefehle von der zentralen Steuereinheit 10 in eine gewünschte Position gebracht werden.
Nachstehend ist das Steuergerät der Erfindung dargestellt. Das Lerngerät 7 und ein Programm in dem Mikrocomputer 16 der zentralen Steuereinheit 10 schaffen eine Einrichtung zum manuellen Bedienen des Roboters. Das Lerngerät 7 weist den Mikrocomputer im gleichen Gehäuse auf und weist eine Vielzahl an Tasten sowie eine Kommunikationsfunktion als eine Eingabeeinrichtung für einen Bediener an dem Steuergerät auf. Wenn nämlich der Bediener die Taste drückt, überträgt der Mikrocomputer in dem Lerngerät 7 einen der gedrückten Taste entsprechenden Code an die zentrale Steuereinheit 10 des Steuergeräts. Die zentrale Steuereinheit 10 gibt durch ein Programm in Übereinstimmung mit dem von dem Lerngerät 7 übertragenen Code einen Aktionsbefehl an den Robotermanipulator. Das Programm wird von einer Eingabe von dem Konsolenterminal 8 gestartet und endet durch eine beendende Tasteneingabe des Lerngeräts 7. Ein Ablauf der Verarbeitung ist in Fig. 9 gezeigt.
Eine Einrichtung zum Erfassen und Speichern der gegenwärtigen Position der Roboterextremität ist wie folgt verwirklicht. Der Befehl zum Erfassen der gegenwärtigen Position wird von der zentralen Steuereinheit 10 über das RAM 21 mit zwei Ports zu den Recheneinheiten 11 und 12 gesandt, und die Recheneinheiten 11 und 12 senden Befehle der erfaßten gegenwärtigen Position an die darauf reagierenden Servosteuereinheiten 13 und 14. Die Servosteuereinheiten 13, 14 lesen Zähler auf den an den jeweiligen Motoren 15(1) bis 15(12) angebrachten Codierern aus, und Umdrehungswinkel der jeweiligen Motoren 15(1) bis 15(12) werden als Antwort auf die Recheneinheiten 11 und 12 in das RAM 27 mit zwei Ports geschrieben. Die Recheneinheiten 11 und 12 lesen den Umdrehungswinkel jedes Motors von dem RAM 27 mit zwei Ports aus, berechnen den Umdrehungswinkel jedes Gelenks und führen außerdem sogenannte Transformationen durch, wobei dann die Positionen und Orientierungen (n, o, a, p) der Extremitäten der Robotermanipulatoren aus jedem Gelenkwinkel berechnet werden, und Positions- und Orientierungsdaten der Extremitäten werden als Antwort auf die zentrale Steuereinheit 10 in das RAM 21 mit zwei Ports geschrieben. Die zentrale Steuereinheit 10 liest die Daten der Position und der Orientierung der Extremität aus dem RAM 21 mit zwei Ports aus und speichert sie in dem Speicher 17 der zentralen Steuereinheit 10 unter einem den Daten der Position und der Orientierung der Extremität entsprechenden Namen. Der Name, der vom Bediener von dem Konsolenterminal 8 eingegeben wird, wird in der zentralen Steuereinheit 10 gelesen. Die Einrichtung zum Erfassen und Speichern der gegenwärtigen Position wird durch Betätigen des Lerngeräts 7 als Verfahren zum Speichern der gegenwärtigen Position gemäß Fig. 9 gestartet.
Daten der Position und Orientierung der Extremität sind aus drei Einheitsvektoren (n, o, a), die senkrecht aufeinander stehen und die Orientierung angeben, und einem die Position angebenden Vektor p zusammengesetzt. Ferner weisen die Referenzpunktdaten den gleichen Aufbau auf. Somit sind die Daten der Position und Orientierung der Extremität, die von einer Einrichtung zum Erfassen und Speichern der gegenwärtigen Position wie beispielsweise dem Steuergerät der dritten Ausführungsform gespeichert werden, selbst als Referenzpunkt verwendbar.
Nachstehend ist ein Mittel zum Berechnen und Speichern eines Referenzpunkts aus den gespeicherten mehreren Positionen dargestellt. Die vorstehend genannten Mittel in der vorliegenden Ausführungsform sind als Programm der zentralen Steuereinheit 10 verwirklicht, das eine Berechnung eines Referenzpunkts aus drei Positionen oder eine Berechnung eines Referenzpunkts aus zwei Positionen ermöglicht, wobei das Programm durch eine Eingabe von dem Konsolenterminal 8 gestartet wird.
Ein Flußdiagramm des Verfahrensablaufs zum Berechnen des Referenzpunkts aus drei Positionen und zu dessen Speicherung ist in Fig. 10 gezeigt. Die Berechnung des Referenzpunkts S = (ns, os, as, ps) wird durch die folgende Berechnung ausgeführt:
Ps = P1
ns = (ps - p&sub1;)/ p&sub2; - p&sub1;
w&sub1; = p&sub3; - p&sub1;
w&sub2; = w&sub1; - (w&sub1; · ns)ns
os = w&sub2;/ w&sub2;/
as = ns · os ·
Darin ist ps identisch mit p&sub1;, wie in Fig. 11 gezeigt ist, und ns ist ein von p&sub1; nach p&sub2; zeigender Einheitsvektor, us ist ein Einheitsvektor der Richtung einer Senkrechten, die von p&sub3; um eine Gerade entfernt liegt, die p&sub2; und p&sub1; verbindet, und as ist ein äußeres Produkt von ns und os.
Ein Verfahrensflußdiagramm zum Berechnen eines Referenzpunkts aus zwei Positionen und zu dessen Speicherung ist in Fig. 12 gezeigt. Die Berechnung des Referenzpunkts S = (ns, os, as, ps) erfolgt durch die folgende Berechnung:
as = (0, 0, 1)
Ps = P&sub1;
w&sub1; = p&sub2; - p&sub1;
w&sub2; = w&sub1; - (w&sub1; · as)as
ns = w&sub2;/ w&sub2;/
os = as · ns ·
Darin ist ps identisch mit p&sub1;, wie in Fig. 13 gezeigt ist, und as ist der Einheitsvektor der Z-Richtung in einem Erdkoordinatensystem, und ns ist ein senkrechter Einheitsvektor, der um die sich von ps nach as erstreckende Gerade unterhalb von p&sub2; liegt, und os ist ein äußeres Produkt von as und ns.
Die Mittel zum Berechnen einer relativen Position und Orientierung der Extremität des Roboters aus einem der Referenzpunkte und zu deren Speicherung ist durch ein Programm der zentralen Steuereinheit 10 verwirklicht, die die folgende Berechnung durchführt und das Ergebnis in dem Speicher 17 speichert. Ein Flußdiagramm dieses Verfahrens ist in Fig. 14 gezeigt.
(4 · 4)-Matrix
(4 · 4)-Matrix
wonach eine relative Position (nr, or, ar, pr) berechnet wird zu:
0 S&supmin;¹ · P ·
Nach der Festlegung des gespeicherten Referenzpunkts und einer relativen Position werden auf deren Basis und zum Betreiben des Roboters Mittel zum Berechnen der angestrebten Aktionsposition des Roboters durch das Programm der zentralen Steuereinheit 10 verwirklicht. Ein Flußdiagramm der Verarbeitung ist in Fig. 15 gezeigt. Aus einem Referenzpunkt S = (ns, os, as, ps) und einer relativen Position R = (nr, or, ar, pr) werden die angestrebte Betriebsposition und -orientierung (n, o, a, p) für die Extremität berechnet:
Nach der Festlegung des gegenwärtigen Referenzpunkts und des nachfolgenden Referenzpunkts werden Mittel zum Betätigen des Roboters durch Interpolieren zwischen dem gegenwärtigen Referenzpunkt und nachfolgenden Referenzpunkten unter Aufrechterhaltung der relativen Position des gegenwärtigen Referenzpunkts durch das Programm der zentralen Steuereinheit 10 verwirklicht. Verarbeitungsflußdiagramme sind in Fig. 16 (a) und (b) gezeigt. Eine relative Position R = (nr, or, ar, pr) bezüglich des gegenwärtigen Referenzpunkts S&sub0; = (ns0, os0, as0, ps0) der Position und Orientierung der Extremität T = (nt, ot, at, pt) wird wie folgt berechnet:
Ferner wird die -i-te Position und Orientierung der Extremität T(i) = (nti, oti, ati, pti) aus dem interpolierenden Punkt S(i) = (nsi, osi, asi, psi) und der relativen Position R = (nr, or, ar, pr) wie folgt berechnet:
Wenn bei den vorstehend genannten Mitteln die zwei Robotermanipulatoren Funktionen ausführen, werden wiederum Befehle zu der entsprechenden jeweiligen Berechnungseinheit 11 oder 12 gesandt, und verschiedene Berechnungsvorgänge in dem Flußdiagramm werden jeweils als Reaktion auf die zwei Robotermanipulatoren ausgeführt.
Nachstehend ist ein Aktionslernverfahren zum Bewegen eines Werkstücks mit zwei Robotermanipulatoren unter Verwendung des vorstehend genannten Geräts als Beispiel eines erfindungsgemäßen Lernverfahrens dargestellt.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird das Bewegen eines parallelepidischen Werkstücks 3 von einer ersten Position zu einer zweiten Position und danach zu einer dritten Position mit zwei Robotermanipulatoren 1, 2 wie folgt gelehrt.
Zunächst wird das Werkstück 3 in eine erste Position gebracht, und die Extremität des Manipulators 1 oder 2 wird durch Betätigung der Tasten in dem Lerngerät 7 zu einem Punkt P1 auf dem Werkstück 3 bewegt, und die Position P1 wird durch Betätigung der Speichertaste für die gegenwärtige Position gespeichert. Außerdem wird die Extremität des Robotermanipulators 1 oder 2 in ähnlicher Weise zu weiteren zwei Punkten P2, P3 auf dem Werkstück 3 bewegt, und Information über diese Positionen wird gespeichert. Dann werden Greifpositionen P4, P5 des Werkstücks 3 gespeichert, wobei P4, P5 die Greifpositionen des ersten Robotermanipulators 1 bzw. des zweiten Robotermanipulators 2 sind, wenn sich das Werkstück 3 in der ersten Position befindet.
Danach wird das Werkstück in die zweite Position gebracht, und die Extremität des Robotermanipulators 1 oder 2 wird durch Betätigen des Lerngeräts 7 zu drei P1, P2, P3 entsprechenden Punkten P6, P7, P8 auf dem Werkstück bewegt, und diese werden gespeichert. Ferner wird das Werkstück 3 in die dritte Position gebracht, wobei die Extremität des Robotermanipulators 1 oder 2 durch Betätigen des Lerngeräts 7 zu drei P1, P2, P3 entsprechenden Punkten P9, P10, P10 auf dem Werkstück 3 bewegt wird, und diese werden gespeichert.
Unter Verwendung der Mittel zum Berechnen des Referenzpunkts aus den drei Positionen und zu dessen Speicherung wird ein Referenzpunkt S1 aus den vorgenannten P1, P2, P3 berechnet und gespeichert, ein Referenzpunkt S2 wird aus den vorgenannten P6, P7, P8 berechnet und gespeichert, und ein Referenzpunkt S3 wird aus den vorgenannten P9, P10, P11 berechnet und gespeichert. Hier sind S1, S2, S3 Bezugspunkte, die Positionen und Orientierungen des Werkstücks repräsentieren, das sich in der ersten Position, der zweiten Position bzw. der dritten Position befindet.
Aus den vorgenannten S1 und P4 wird eine relative Position r1 der Greifposition des ersten Robotermanipulators 1 bezüglich des Referenzpunkts berechnet und gespeichert, und aus den vorgenannten S1 und P5 wird eine relative Position r2 der Greifposition des zweiten Robotermanipulators 2 bezüglich des Referenzpunkts berechnet und gespeichert.
Die Berechnung der vorstehend genannten Referenzpunkte und ihrer relativen Positionen wird durch Starten des Programms der zentralen Steuereinheit 10 des Steuergeräts durch Betätigung des Konsolenterminals 8 ausgeführt.
Im Betrieb sind der Referenzpunkt S1 und die relative Position r1 bestimmt, und der erste Robotermanipulator 1 wird in die Greifposition gebracht, der Referenzpunkt S1 und die relative Position r2 sind bestimmt, und der zweite Robotermanipulator wird in die Greifposition gebracht. Dann werden der gegenwärtige Referenzpunkt und der nachfolgende Referenzpunkt bestimmt, und unter Aufrechterhaltung einer relativen Position des gegenwärtigen Referenzpunkts und der Extremität jedes Roboters durch Betätigen jedes Roboters derart, daß er sich durch Interpolieren zwischen dem gegenwärtigen Referenzpunkt und dem nachfolgenden Referenzpunkt bewegt, kann das Werkstück von der ersten Position über die zweite Position in die dritte Position bewegt werden, indem der Robotermanipulator 1 oder 2 veranlaßt wird, S1 als gegenwärtigen Referenzpunkt und S2 als nachfolgenden Referenzpunkt zu bestimmen und S2 als gegenwärtigen Referenzpunkt und S3 als nachfolgenden Referenzpunkt für den Robotermanipulator 1 oder 2 zu bestimmen.

GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT

Wie aus dem vorgenannten Aktionslernverfahren und Steuergerät für einen Roboter ersehen werden kann, wird ein Fehler in der Genauigkeit der Betriebsposition aufgrund von Unterschieden von numerischen Eingabedaten und tatsächlichen Betriebsbedingungen eliminiert, die bei einem Off-Line-Lernverfahren auftreten können, da die tatsächliche Position des Werkstücks von einer Betriebsposition des Robotermanipulators ausgehend vermittelt bzw. gelehrt wird. Da außerdem die Betriebsposition des Robotermanipulators durch Abtrennen eines Referenzpunkts, der eine das Werkstück repräsentierende Position und Orientierung ist, und einer relativen Position bezüglich des Referenzpunkts der Greifposition jedes Robotermanipulators gelehrt wird, wird nur der variierte Referenzpunkt wiederum mitgeteilt, wenn die Bewegungsposition des Werkstücks variiert wird, und nur die relative Position wird wiederum mitgeteilt, wenn die Greifposition variiert wird. Da außerdem die Bewegungsbahn des Werkstücks durch Referenzpunkte festgelegt ist, ist ein Aktionslernen durch Aufrechterhalten der relativen Position von mehreren Robotermanipulatoren nicht erforderlich. Ferner ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung leicht bei einer unterschiedlichen Anzahl von Robotermanipulatoren einsetzbar. Da außerdem das Lehren von Referenzpunkten aus mehreren Lehrpositionen berechnet wird, ist es bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, die Orientierung der Extremität des Robotermanipulators beim Vermitteln bzw. Lehren zu berücksichtigen.
Wie vorstehend ausgeführt ist, kann bei dem Aktionslehrverfahren und dem Steuergerät des Roboters gemäß der vorliegenden Erfindung das Vermitteln bzw. Lehren in einer auf dem Werkstück beruhenden Denkweise ausgeführt werden, und insbesondere bei dem Aktionslernen von mehreren Robotermanipulatoren wird ein genaues und einfaches Lernen bzw. Lehren ermöglicht.

Claims

1. Aktionslehr- bzw. -lernverfahren für ein Robotersystem mit einer Vielzahl von zum gleichzeitigen Halten eines Werkstücks (3) ausgebildeten Robotermanipulatoren (1, 2), wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

manuelles Betätigen eines der Robotermanipulatoren (1, 2), um seine Extremität zu zumindest einem Punkt (P1, P2, P3) auf dem sich in einer ersten Position befindlichen Werkstück (3) zu bringen, und Bestimmen eines ersten Referenzpunktes (S1), der die Position und Orientierung in einem festen Koordinatensystem (O, X, Y, Z) des Werkstücks (3) in der ersten Position angibt;

manuelles Bewegen des Robotermanipulators (1, 2) zu dem sich in der ersten Position befindlichen Werkstück (3) und Bestimmen von Greifpositionen, in denen die Vielzahl von Robotermanipulatoren das Werkstück in der ersten Position halten;

manuelles Betätigen eines der Robotermanipulatoren (1, 2), um seine Extremität zu zumindest einem Punkt (P6, P7, P8) auf dem sich in einer zweiten Position befindlichen Werkstück (3) zu bringen, und Bestimmen eines zweiten Referenzpunktes (52), der die Position und Orientierung in dem festen Koordinatensystem (O, X, Y, Z) des Werkstücks (3) in der zweiten Position angibt;

Festlegen eines Weges von Betriebspositionen für die Vielzahl von Robotermanipulatoren (1, 2) durch Interpolieren zwischen Matrizen mit Positionsdaten und Orientierungsdaten, die die ersten (51) und die zweiten (52) Referenzpunkte angeben; und

Bestimmen relativer Greifpositionen, in denen die Vielzahl von Robotermanipulatoren (1, 2) das sich nicht in der ersten Position befindliche Werkstück (3) halten, wobei sich die relativen Greifpositionen von den Referenzpunkten (S) unterscheiden und in einer relativen Position bezüglich der Referenzpunkte (S) gehalten werden, während das Werkstück bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jeder der ersten und zweiten Referenzpunkte durch jeweiliges Bewegen des einen der Robotermanipulatoren (1, 2) zu zumindest drei Positionen bestimmt wird, um die relative Position und Orientierung des Werkstücks (3) anzugeben.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem eine erste der Positionen zum Darstellen der Position des Werkstücks (3) verwendet sowie eine zweite und dritte der Positionen zum Darstellen der Orientierung des Werkstücks verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jeder der Robotermanipulatoren jeweils unterschiedliche Abschnitte des Werkstücks (3) greift und zu verschiedenen Stellen bezüglich des Referenzpunktes gesteuert wird, bei denen jeder der Robotermanipulatoren (1, 2) das Werkstück an einer unterschiedlichen Stelle bezüglich eines einzelnen Referenzpunktes greift.

5. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem eine Position und eine zweidimensionale Orientierung umfassende dreidimensionale Information aus diesen drei Punkten gewonnen wird.

6. Steuergerät für ein Robotersystem mit einem Robotermanipulator, mit:

einer Einrichtung (7) zum manuellen Betätigen des Robotersystems;

einer Einrichtung (11, 12) zum Erfassen und Speichern einer Vielzahl von Positionen und Orientierungen eines der Robotermanipulatoren an verschiedenen Stellen;

Mitteln (10) zum Berechnen eines die Position und Orientierung in einem festen Koordinatensystem (O, X, Y, Z) des Werkstücks angebenden Referenzpunktes aus der Vielzahl von gespeicherten Positionen und Orientierungen und zu dessen Speicherung;

Mitteln (10) zum Berechnen relativer Zustände des Robotermanipulators, die seine Position und Orientierung angeben, auf der Basis des Referenzpunktes und zu deren Speicherung; und

Steuermitteln (10), die auf den gespeicherten Referenzpunkt und die relativen Zustände ansprechen, zum Berechnen eines gewünschten Betriebsweges, längs dem das Robotersystem zu betreiben ist, und zum Festlegen eines gegenwärtigen Referenzpunktes als Startpunkt und eines nachfolgenden Referenzpunktes als Endpunkt;

dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät aufweist:

eine Vielzahl von Robotermanipulatoren (1, 2);

die Mittel (10) zum Berechnen und Speichern eines Referenzpunktes umfassen das Bewegen der Extremität eines der Robotermanipulatoren (1, 2) zu zumindest einem Punkt des Werkstücks und das Speichern dieser Position als Referenzpunkt; Mittel zum Steuern der Vielzahl von Robotermanipulatoren derart, daß sie durch Spezifizieren von Greifpositionen relativ zum gegenwärtigen Referenzpunkt ein Werkstück an dem Startpunkt halten, und zum Bewegen des Robotersystems derart, daß es sich zwischen Referenzpunkten durch Interpolieren zwischen dem gegenwärtigen Referenzpunkt und dem nachfolgenden Referenzpunkt bewegt, während es eine relative Position zwischen dem gegenwärtigen Referenzpunkt und der Vielzahl von Robotermanipulatoren durch Bewegen des Robotersystems in der Art aufrechterhält, daß eine ursprüngliche Orientierung des Werkstücks erhalten bleibt.

7. Steuergerät eines Robotersystems nach Anspruch 6, bei dem die Mittel zum Berechnen eines Referenzpunktes aus der Vielzahl von gespeicherten Positionen und Orientierungen und zu dessen Speicherung das Berechnen des Referenzpunktes aus drei Positionen umfaßt, wobei eine erste Position dieser drei Positionen die Position des Referenzpunktes darstellt und die anderen Positionen die Orientierung des Referenzpunktes darstellen.

8. Steuergerät für ein Robotersystem nach Anspruch 6, bei dem die Einrichtung zum Berechnen eines Referenzpunktes aus der Vielzahl von gespeicherten Positionen und Orientierungen und zu dessen Speicherung für das Berechnen des Referenzpunktes aus zwei Positionen vorgesehen ist, wobei eine erste Position der zwei Positionen die Position des Referenzpunktes und die andere Position die Orientierung des Referenzpunktes darstellt.

9. Steuergerät nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem jeder der Robotermanipulatoren eine Seite des Werkstücks hält, wobei die Steuermittel Positionen der jeweiligen Robotermanipulatoren bezüglich des Referenzpunktes festlegen.

10. Verfahren zum Betreiben eines Robotersystems, das eine Vielzahl von Robotermanipulatoren (1, 2) steuert, das ein Aktionslehr- bzw. -lernverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß

ein Weg von einer ersten Position zu einer zweiten Position bestimmt wird;

die Aktion des Robotersystems unter Verwendung der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 berechnet wird; und

das Robotersystem gemäß der berechneten Aktion betrieben wird.