JP2007514558A - 産業用ロボットのためのツール - Google Patents

Abstract

本発明は、ロボットまたはマニピュレータのためのツールに係る。このツールは、ワイヤレス・パワーサプライ及び無線通信デバイスを有している。このロボット・ツール上の一つまたはそれ以上のアクチュエータは、ワイヤレスで電力を供給され、且つ無線で制御されることが可能である。このロボット・ツールは、ツール上のセンサーからのデータの伝達のために、一つまたはそれ以上の無線通信部品を持つことが可能である。パワーサプライは、一次側パワーサプラ部品（１０）及び二次側パワーサプラ部品（１２）を有している。ツールの交換は、ロボットで自動的に実施されることが可能である。本発明の他のアスペクトにおいて、方法、コントロール・システム、及びこの方法を実施するためのコンピュータ・プログラムが説明される。

Description

本発明は、産業用ロボットのためのツール、及びそのツールを備えた産業用ロボットの使用に係る。本発明は、非接触パワーサプライを有しツールへの無線通信が設けられた、ロボットによる及び高度に自動化された生産設備のためのツールに係る。

多くの異なったタイプのツールが、ロボットにより実施される作業で使用するために、存在する。ロボット・ツールで共通なものは、グリッパ−、クランプ、ジョー、及び、例えば塗装用スプレイ・ガン及び溶接ガンのような、より専用のツールである。そのようなツールは、マニピュレータまたはロボットの最後の軸に（例えば、ロボット・アームのリストの中または上に）、取り付けられることが可能である。理想的には、ツールは、制限無しで回転できることを含む、無制限の自由度を有していることが望ましい。

多くのツールは、シンプルで、例えば、圧縮空気の供給のみを必要とする。他のツールは、より複雑な機能を備えており、例えば、圧縮空気、冷却媒体、電力のようなプロセス・メディア、並びにロボット・コントロール・ユニットとツールの間のコントロール信号を必要とする。通常、これら全てのメディア、電力及びコントロール配線は、一つのプロセスケーブルの中に集められ、そのプロセスケーブルはフレキシブル・チューブの中に束ねられる。そのようなチューブを、ロボットの外側、及びツールを保持するロボット・アームの外側に配置することが可能である。その代わりに、そのようなチューブは、少なくとも部分的に、ロボット・アームの内側に配置されることも可能である。高価格の、高度にフレキシブル・ワイヤが使用される。

しかしながら、ロボット・アームの外側または内側のいずれに配置した場合であっても、ケーブルの複雑な捩り及び繰返し曲げのために、ケーブルの個別のケーブル部分が、頻繁に磨耗し、または一方または他方へ偏り始める。しばしば、ケーブルの全体を交換しなければならなくなる。

電力および／または通信を伝達するための他の技術は、電気機械式のスリップ・リングの使用を含み、その場合、通常、信号及び電力を高い精度で供給するために、複数のスリップ・リングが必要になる。また、高価な貴重な材料が、恐らく最大１−２年のサービス寿命を実現するために、必要となる。

ロボットによる及び高度に自動化された生産設備（例えば、自動車の製造）における重要なクライテリアは、アクチュエータのために設けられる独立したパワーサプライ・ラインである。しかしながら、もし、ワイヤレスまたは非接触式のサプライが、パワーサプライのために使用される場合、ロボット・アプリケイションは、一般的及び安全なアクチュエータへのパワーサプライを実現するために、二つの並列的な供給系統を必要とする。このことは、限られた利用可能なスペース（例えば、ロボットのリスト）のために、難しく且つコストが掛かり、それに加えて、電気磁気的なインターフェースに関係する制約を受ける。

ロボットは、繰り返しの作業のために、広く且つ成功裏に使用されている。しかしながら、ロボットは、複雑で、高価で、且つ、新しい作業のためにロボットをプログラムするためには、非常に時間がかかる。これらの及びその他の理由のために、同じロボットのための幾つかのアプリケイションにおいて、一つよりも多いツールを用いることが、望ましい。しかしながら、ツールの交換には、時間がかかるので、生産の遅れを招き、また、好ましくない変動をタスク・サイクルに生じさせ、例えば、加熱または冷却効果の変動を引き起こす。

本発明の第一の狙いは、そのような既知のロボット・ツールの欠点を克服することができる、ワイヤレス・パワーサプライ及び無線通信を備えた産業用ロボットのためのツールを提供することである。第二の狙いは、取替えまたは交換を自動的に行うことができる産業用ロボットのためのツールを提供することである。

上記の及びそれ以外の目的は、本発明に基づいて、独立クレイム１に基づく産業用ロボットのためのツールにより、独立クレイム１３に基づく方法により、独立クレイム２２に基づくシステムにより、実現される。好ましい実施形態は、従属クレイムの中に記載されている。

本発明の第一のアスペクトに基づき、これらの及びそれ以外の狙いは、本発明に基づく、ツールの少なくとも一つのアクチュエータのための非接触パワーサプライ、及び、ツールのオートメイションまたはロボットによるオートメイションのための無線通信システムを備えたロボット・ツールの形態の中で、実現される。

好ましい実施形態において、ロボットによるオートメイション・デバイスのためのパワーサプライは、ワイヤレスまたは非接触パワーサプライ・システムであり、例えば空気中での磁気的または電気的な結合を使用する。

優位性のある更に好ましい実施形態において、それは、送信及び受信ユニットにパワーサプライ・ロジック回路を追加的に有しており、これらの回路によって、確実なやり方で、通信が、パワーサプライ上で伝送される。その際に、ある空白期間が、例えば停止信号として解釈され（好ましくはデジタル方法を用いて）、あるいは、例えば再スタート信号のような信号を検出するために、進んだ通信パターンが用いられる。

好ましい本発明の実施形態において、上記のコントロール・ユニットは、一つまたはそれ以上のマイクロ・プロセッサ・ユニットまたはコンピュータを有している。上記のコントロール・ユニットは、電力の伝達をコントロールする一つまたはそれ以上のコンピュータ・プログラムを蓄えるためのメモリー手段を有している。好ましくは、そのようなコンピュータ・プログラムは、プロセッサに、以上において述べた方法及び以下において説明する方法を、実施させるための、指令を含んでいる。一つの実施形態において、上記のコンピュータ・プログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭのような、コンピュータで読出し可能なキャリアの形で提供される。本発明の他の実施形態において、上記のプログラムは、少なくとも部分的に、例えばインターネットのような、ネットワークに乗せて提供される。データまたはコンピュータ・プログラム・コードを受信するため、コンピュータユニットは、ローカル・エリア・ネットワークを備えた通信リンクを有している。この通信リンクは、ワイヤレス・システム、直接接触による伝導システム、またはパワーサプライ上のオーバーレイを有している。

本発明の主要な優位性は、ツール手段への非接触パワーサプライ及び無線通信を備えた好ましい実施形態のコンパクトな性質にあり、それによって、ツールが、より速やかに且つシンプルに、ロボットに取り付けられまたはロボットに対して交換されることにある。一つのツールから他のツールへ交換するために、通信の接続または電力ケーブルを取り外しまたは再接続する必要がない。ロボットとツールの間を走る電気的ケーブルがないので、それらが損傷を受けることも、またはツールの交換の邪魔になることもなく、特に、自動的なツールの交換が、ロボットによって実施される。

ロボットは、単に、現在のツールを収納位置（ラックまたはホルダーなど）に移動し、その現在のツールを、例えばアクチュエータを動作させることによって、解放する。次いで、ロボット・アーム及びそのアーム上のツール・ホルダを、第二の位置で第二のツールを装着するために正しい位置に移動し、例えばツールをツール・ホルダに固定するためのロッキング・デバイスを動作させることによって、第二のツールを取り付ける。一つのツールから他のツールへの、自動的なツールの交換を、素早く且つ正確に、実施することが可能になる。

このことはまた、次のような利点をもたらす：即ち、人間の介入のないツールの交換が、遥かに実現可能になり、ツールの交換のスピードを上げ、またはダウン・タイムを減少させ、また、オペレータが生産セルまたはロボットの周囲の他のエリアに入る必要を無しにする。他の利点は、自動的なツールの交換が、予想可能な且つ一定した時間で行われ、それによって、使用される材料（例えば、接着剤、シーラント、塗料）に対する、またはワーク・オブジェクト自体に対する、加熱または冷却効果による品質の変動が小さくなる。

他の優位性は、電力を伝達する部品を産業用ロボットに配置し、受信側の部品をツールに配置することによって、マニピュレータまたはロボット・アームへ追加される重量が、非常に小さく抑えられ、または、ケーブルまたは関係するスリップ・リングを備えた従来のシステムの重量と比べて小さくなることである。また、ツール・インターフェースの長手方向の伸びが、従来のシリューションと比べて小さく抑えられる。

他の更なる優位性は、本発明に基づく、レシーバー及びパワーサプライ・コンポーネントのコンパクトなサイズ及び小さい重量が、磨耗を減少させ、且つ、ロボットまたはマニピュレータ・アームのためのサービス寿命を増加させることである。特に、磨耗がなくなり、その結果として、ロボットのリストとツールの間を伸びるワイヤ、ケーブル・ホースその他の交換が不要になるので、本発明は、ダウン・タイム及びサービス・タイムを減少させる。また有利なことに、無線通信及び非接触電力を備えた本発明に基づくツールは、既に組み込まれたロボット、マニピュレータ、またはそれと同様なオートメイション・デバイスで使用することが可能であり、従って、新設の設備のみならず既存の設備にも適用可能である。

次に本発明の実施形態を、添付図面を参照しながら説明する。但し、これらの実施形態は、例示の目的のみで示されている。

図１に、本発明の一つの実施形態における、オートメイションまたはロボットによるオートメイションのための無線通信システムを示す。この実施形態において、パワーサプライは、ワイヤレスまたは非接触パワーサプライ・システム、例えば、空気中での磁気的または電気的な結合を使用している。この図に示されているように、パワーサプライにはまた、送信ユニット及び受信ユニット上にロジック回路が設けられることが可能であり、それらによって、確実なやり方で、パワーサプライの上で通信を行うことができる。このとは有益であるが、しかし、本発明は、オーバーレイされた信号を含んでいない非接触パワーサプライを用いて実施することもできる。

図１によるパワーサプライ・システム１０は、一次側部分１０及び二次側部分１２を有している。一次側部分は、産業用ロボットまたは他のオートメイション設備に取り付けられ、二次側部品は、ツールに取り付けられる。図１は、一つまたはそれ以上のアクチュエータ２及びセンサー４（図１の中では詳細には示されていない）を有するツールまたは他のロボット・アプリケイション１の例を示している。非接触パワーサプライ１０は、図の左側（一次側）に示されており、これに、好ましくは直流電流８が供給される。その代わりに、ＡＣ電源を使用することもできる。パワーサプライ１０は、図の右側（二次側またはツール側）で、受信側のパワーサプライ１２に誘導的に結合され（１１）ている。破線１４は、このケースでは、右側のツールまたはアプリケイション１が、左側から取り外し可能で且つフルに回転可能であることを、概略的に示している。

各パワーサプライ１０，１２は、それぞれ、ロジック機能部品１５，１６を更に有している。ＰＳロジック機能部品の通信９は、送信側のＰＳロジック機能部品１５の中で、処理されることが可能であり、そして、送信側のパワーサプライ１０の中で、可変の磁場または電場の上にオーバーレイされ、この磁場または電場は、ツール側で、受信側のパワーサプライ１６の中に、可変の電流を、誘導する。図１の中に象徴的に表わされているように、可変の信号２９ａ（高周波数信号であっても良い）は、何らかの方法で、１０からの電力アウトプットの上に、重ねられ、オーバーレイされ、または変調されることが可能であり、それによって、二次側（ツール側）で受け取られた電力２９は、その受け取られた電力の中に組み入れられた信号を持つことができる。

図１にはまた、ロボットまたはオートメイション・コントロール・システム２５に接続されるように構成された無線通信ユニット２０、及び送信側のロジック機能部品１５が、示されている。ツール側に設けられた、対応する無線通信ユニット２１が、受信側で、ロジック機能部品１６に接続されている。この図には更に、受信側で、電圧Ｕｏｕｔ（３１）がロボット・アプリケイション１に供給されること、及び他の電圧が、３２で、ロボット・アプリケイション１の中に設けられたアクチュエータ２に供給されること、が示されている。電圧Ｕｏｕｔ（３１）は、例えば、センサー４及び情報デバイス（図示せず）のような、ロボット・アプリケイション１のコンポーネントに供給される。

コントロール・システム２５は、ローカル・ロボット・コントロール・ユニットまたは中央制御システムであってもよく、このコントロール・システムが、無線通信ユニット２０及びワイヤレス・リンク２３介して、ツール側上に設けられ且つ接続された無線通信ユニット２１へ及びそこから、コントロール情報２６を送信及び受信する。ロボット・アプリケイション１のアクチュエータ４、センサー２、情報デバイス（図示せず）からの情報は、ロボット・コントロール・システム２５への伝達のために、無線通信ユニット２１で使用可能にされる。

図２に、従来技術に基づいてコントロールされるツール２０１を備えた産業用ロボット２００を示す。ロボット２００は、ロボット・コントローラ２２５のコントロール下にある。ロボット・ツール２１０のためのコントロール・ケーブル２１１ａが、ツール２０１とリストまたはロボットのアームの間に配置されたところが示されている。従来技術の下でも必要となる他のコントロール・ケーブル２１１ｂ，２１１ｃが、示されている。このロボットは、ここでは、自動車に部品（このケースではフード）を取り付けるところが示されている。

図３に、本発明の一つの実施形態に基づくツール３０１を備えた産業用ロボット３００を示す。この産業用ロボット３００は、ボット・コントローラ３２５のコントロール下にある。ロボット・コントローラ３２５には、ワイヤレス・トランスミッタ／レシーバー３２０が設けられている。図３の拡大詳細図には、ツール３０１が、その上に配置されたワイヤレス・レシーバ／トランスミッタ３２１を有しているところが示されている。また、図３の中に（図４の中にもまた）より詳細に示されているのは、図１のコイル１１への二つの誘導パワーサプライ・リング３１１、またはコイル、それと同様なものであり、その一方は、ロボット・アーム／リスト３４５のツール・ホルダ上に取り付けられ、他方は、ツール３０１上に取り付けられている。このツール３０１は、矢印３４０で示された方向に、自由に回転可能である。好ましくは、ツール側のアクチュエータおよび／またはセンサーへ供給される電力は、２４ボルトである。

図４は、ツール装置の部分拡大図であって、このツール装置から、ツール３０１が、ロボット・アームまたはリスト３４５の端部で、コントロール・ケーブルからの干渉を受けることなく、矢印３４０の方向にフルに回転可能であることが分かる。このケースでは、パワーサプライが非接触なので、ツールに取り付けられ、ツールに電力を送るための電力供給ケーブルがない。このことはまた、ツール３０１の交換が、大いにシンプルになることを、意味している。即ち、ケーブルを差し込む／引き抜く必要がなく、または邪魔になることがないので、ツールの交換のオートメイションを大いにシンプルにする。

ロボット・アームまたはリスト３４５は、オプションとして、ツール・エクスチェンジャーを有することが可能であり、また、それによって、ロボットのリストの中にロッキング・デバイスを有することが可能である。そのケースでは、独立したロッキング・デバイスが、ツール上に必要になることがない。

図７に、ツールを備えた産業用ロボットをコントロールするためのシステムを示す。この図は、ツール（ツール１，３０１’）、及び無線通信ユニット３２０’に接続されたロボット・コントロール・ユニット３２５’を、概略的に示している（図３の中と同じアイテムについては、それと同様な参照符号を参照方）。ツール１は、ロッキング・デバイス７１を有している。このロッキング・デバイスは、無線で制御されることが可能であり（図示せず）、また、その代わりに、無線で制御されなくても良い。また、ツール１は、ワイヤレス・ノード３２１−３２３、及び非接触パワーサプライ１２を有している（図１も参照方）。

この図はまた、二つの例示的な収納ラック７５（ツール１，３０１のための）及び収納ラック７７（第二のツール（ツール２）のための）を概略的に示している。また、図７の中には、周辺デバイス７３、またはジグまたはツールまたはターンテーブルその他が含まれており、それらもまた、無線で制御されることができる。また、図７の中には、システムの無線通信領域内に、携帯型コンピュータ装置７８が含まれている。かくして、図７のシステム、及び本発明に基づくツールを備えた少なくとも一つのロボットを備えた生産セルの中で、本発明のシステムを、有益に実施することが可能になる。

ツール３０１は、ロボット・コントロール・ユニット３２５'，３２５内に収納された動きのコントロール・プログラムに基づく作業を実施するために使用される。指令が、ワイヤレス・ベース・ステイション３２０，３２０を用いて、ツール上の一つまたはそれ以上のワイヤレス・ノード３２１−３２３に送られる。一つまたはそれ以上のアクチュエータ（図示せず）に対して、非接触パワーサプライ１２により、電力が供給されることが可能である（上記の、非接触パワーサプライのためのより詳細については、図１もまた参照方）。センサーおよび／またはアクチュエータからのおよび／またはそれらへのデータは、ツールから／またはツールへ、そのセンサー／アクチュエータが接続されているワイヤレス・ノード（例えば３２１）を介して、送られることが可能であり、また、ロボット・コントロール・ユニット３２５へ、ワイヤレス・ベース・ステイション３２０を介して、送られることが可能である。このワイヤレス・ベース・ステイションは、ロボット・コントロール・ユニットの内側に、配置されることも配置されないことも可能である。

他のコントロール・ユニット（図示せず）が、生産セルの中に存在することも可能である。それは、或る機能をコントロールするための、例えば、一つまたはそれ以上の単純なコントローラまたはＰＬＣである。ＰＬＣが、オプションとして、ロボット・コントロール・ユニット（３２５）に取り付けられること、または、ワイヤレス・ベース・ステイション（３２０）に直接取り付けられることが可能であり、それによって、ツールの一つまたはそれ以上の機能に対して、分散コントロールを実施することができる。

ツールのための収納ラック７５，７７は、指示に従って、無線で制御されるが可能であり、または、他の手段により、コントロールされおよび／または電力が供給される。技術者は、携帯型コンピュータ装置７８、ＰＤＡ、電話またはそれと同様なものを使用して、無線接続を介して他の方法で、コントロール・システムを調べ、モニターしおよび／またはと相互作用することができる。

好ましい実施形態において、ロボットまたはロボットに、ワーク・オブジェクトに対する作業を実施させるためのコントロール・プログラムがデザインされ、それによって、そのプログラムが複数のタスクに分割されることになる。より詳細には、動きのコントロール・プログラムは、ロボットが実施することになる複数の動きを含む。一つまたはそれ以上の動きは、そのとき、一つまたはそれ以上のタスクとして、通常、取り扱われる。

例えば、塗装プログラムにおいて、各独立した塗装ストローク（動き）は、独立したタスクとして、扱われることが可能である。スポット溶接の場合、各スポット溶接への動き及びパフォーマンスが、タスクになり得る。これに対して、ロボット・アプリケイションが、自動車へのトランクの蓋の取り付けのときには、例えば、把持、持上げ、配置、解放のような、各動きは、もし動きをプログラムの中で分割するためにそれが適切なやり方であるのであれば、それぞれ、一つのタスクとなり得る。或るケースにおいて、例えば、鋼板を切断するために、ロボット・コントロールされたレーザまたはハイパワー水ジェットを用いて、長い動きをするときには、かなり長い時間または距離に渡って実施される単一の動きは、一つ以上のタスクに分割されることも可能である。

ロボットのための動きプログラムが、複数のタスクを有する複数の動きを含むものとしてプログラムされ、全体を通して実行され、プログラムが検証された後に、次の原則は、停止が発生した場合に、ロボットが現在のタスクを完了させるが、後続のタスクを始めないことである。ロボットは、次のタスクに進む前に、続けるための指令を受け取るまで単に待機する。

図５に、本発明の好ましい実施形態に基づく、ツールを備えたロボット・コントロールするための方法のステップを示す。このプログラムは、ステップ５０でスタートし、ロボットは、第一のタスクまたは次のタスク５１に移動する。ロボットが、ティーチング（プログラミング）モードまたはヴェリファイ（プログラム）モードにあるとき、ステップ５２が共通の参照値（例えば、次のタスクがスタートする時間または座標位置など）を、取り込む（好ましくは自動的に）ために設けられる。作業が通常に行われるときには、ステップ５２はバイパスされる。ロボットは、現在のタスク５３の動きの全てを完了させる。

次のタスクを開始する前に、ロボットは、共通の参照値をチェックして（５４）、使用されている共通の参照値が、ワーク・オブジェクトが所定の位置にある時間、または、ワーク・オブジェクトの位置がスタートするための位置であることを調べる。もし、その共通の参照値がリミット内であれば、Ｙｅｓ（５８）がロボットにもたらされ、次のタスクを開始する。もし、その共通の参照値が許容できない値であれば（Ｎ（５６）、その共通の参照値がリミット内にあることが見出されるまで、ロボットは待機する（５７）。

このようにして、生産ラインまたはセルの中での一時的停止が、連携が取れていない状態で、ロボットの停止をもたらすことはない。連携が取れていない場合には、各ロボットは、再スタートが実施される前に、いずれかの位置に、手動で作動させなければならない。その代わりに、各ロボットは、タスクの最終部（そこで、ロボットが停止している）の後で、単純に、次のタスクのスタート部で再開する。

図６に、ツールの交換のための本発明に基づく方法のステップを示す。この方法は、言わば、ロボットによって自動的に実施されることが可能である。この図は、ロボットが、第一ステップ６１で、ロボットに現在装着されているツールを収納位置に移動するところを示している。正しい位置で、ロボットは、解除機構を作動させ（６３）、現在のツールをロボット・アームのツール・ホルダから解放する。ロボットは、それから、アーム６５を要求される次のツールが収納されている収納位置に移動させる。ロボット・アームが、次のツールを取り付ける状態となる位置に正確に位置決めされた時、ロボットは、デバイスを作動させ（６７）、ツールがロボット・アームのツール・ホルダに機械的にロックされる。好ましい実施形態によれば、ロボットは、コントロール・プログラムの中の次のタスク６９に移動する。

このようにして、コントロール・プログラムの中間で、ツールが自動的に交換されることが可能であり、それによってロボットが、与えられたワーク・オブジェトに対して作業を行っている途中で、新しいツールに変更され、同じワーク・オブジェトに対して僅かに異なる作業を実施することが可能である（それが必要である場合には）。

更に他の実施形態において、他のまたはより複雑または進んだ通信パターンが生成され、パワーサプライ・システムに伝達されることが可能である（もしそれが望まれる場合には）。そのような通信パターンは、比較により、統計学的方法により、またはパターン認識方法により、検知される。

他の好ましい実施形態において、非接触電力システムのレシーバー側には、通信信号を検出するために、高周波数電力信号の第二の整流器及び小さいフィルタリング・キャパシタ及び負荷抵抗が設けられる。ここで説明したような本発明の原理の他の変形形態も、実施することが可能である。ワイヤレス・トランスミッタ２０及びワイヤレス・レシーバ２１の一方または双方は、例えば、ワイヤレス・トランシーバ（トランススミッタ・レシーバー）である。無線通信が、適切なプロトコルを用いて実施されることが可能である。下記の標準とコンパチブルなプロトコルを用いるショートレンジの無線通信は、好ましい技術である：
即ち、ブルートゥース（登録商標）ＳＩＧ（Special Interest Group）より発行されたいずれかの標準、ＩＥＥＥ−８０２．１１のいずれかのバリエーション、ＷｉＦｉ、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）、ＺｉｇＢｅｅまたはＩＥＥＥ−８０２．１５．４、ＩＥＥＥ−８０２．１３、またはその同等なものまたはそれと同様なもの。ＷＡＰＩ（WLAN Authentication and Privacy Infrastructure）（ＧＢ１５６２９．１１−２００３またはそれ以降のバージョン）とコンパチブルな標準が、無線信号の暗号化が必要な状況において、有益に使用されることが可能である。

一般的に、通常４００ＭＨｚよりも大きい（例えばＩＳＭバンドまたはそれ以上の）高周波数で動作する無線技術であって、広域スペクトラム技術による有効な干渉抑制手段を備えたものは、好ましい無線通信のタイプである。例えば、広域スペクトラム無線プロトコル、その中でそれぞれのまたはいずれかのデータパケットが送り返されることが可能で、広域スペクトラムの他の周波数（例えば、ミリ秒当り７回程度）の無線プロトコルが、使用されることが可能である。その例は、ＡＢＢ社で開発されたプロトコル：センサー及びアクチュエータのためのワイヤレス・インターフェース（Ｗｉｓａ）と呼ばれるものである。その代わりに、無線通信が、赤外線（ＩＲ）手段及びプロトコル（例えばＩｒＤＡ，ＩｒＣＯＭＭまたはそれと同様なもの）を用いて、実施されることが可能である。無線通信はまた、音波または超音波トランスデューサを用いて、実施されることも可能である。

本発明に基づくツールを備えたロボットおよび／またはオートメイション設備は、自動車の組立ての作業や、自動車の製造で使用される製造プロセスに適用されることが可能である。そのようなロボットまたはオートメイション設備が、下記の作業のいずれかを実施するために使用される：
即ち、溶接、ハンダ付け、電気的ハンダ付け、リベット止め、フェットリング（fettling）、塗装、スプレイ塗装、静電粉末スプレイ、接着、金属加工プロセスに関係して行われる作業、例えば連続鋳造、鋳造、ダイカストなど、及び他の材料のための製造方法、例えばプラスチック射出成形、圧縮および／または反応成形または押出しなど。そのようなロボット・アプリケイションは、他の作業を実施することもできる。それには、例えば、板の折曲げ、板の曲げおよび／または板の縁付けなどが含まれる。

そのようなロボット・アプリケイションは、複数のツールを含んでいてもよい。即ち、溶接及び塗装その他のための専用ツールと、下記のような他のより一般的なデバイスの両者を含んでいてもよい：
例えば、保持、配置、拾上げ及び配置、更には、コンテナの中へコンポーネントまたはサブ・コンポーネントを詰め込む作業のような、操作タイプのタスクを実施するグリッパ−、クロー、マニピュレータなど。

ロボット・アプリケイションのためのパワーサプライの最良の使用は、自動車へのパーツの組込みの設備であり、その例は、自動車プラントにおける、フード、トランクの蓋、前面ガラス及び後部窓ガラスなどの取り付けなどである。また、好ましくは、例えばＡＢＢ社の産業用ＩＴのような産業用コントロール・システムとともに使用される。非接触パワーサプライは、ツール側で重複するケーブル無しで実現されることが可能であり、非常に有利である。これは、次のことを意味している：即ち、操作または把持および／または配置作業において、アクチュエータが、より効率良く且つより経済的に、安全な且つ独立したパワーサプライを、ロボット・アームに不必要なケーブル及びコントロール・コンポーネントにより負荷をかけることなく、供給されることが可能になる。ロボットのリストとツールの間のケーブルも、無くなる。

特に、自動的なツールの交換もまた、この発明によって簡単になり、生産を中断させることなく、自動的にツールの交換を行うことが可能になる。このようにして、同じタイプの自動車の異なるバージョン向けの異なった形状の部品、例えば、ステイション・ワゴンと乗用車で異なる後方窓ガラスを、生産ラインまたは組立てエリア同じ製造セルの中で、一つまたはそれ以上のロボットにより実施される自動的なツールの交換によって、自動的に、取り付けることが可能になる。同様に、異なる溶接ツールが、ロボットによって、交換されることが可能になり、それによって、車体の異なるパーツにおける溶接タスクを実施することが可能になり、または、異なる溶接ロッド／溶接チップの組み合わせを用いて実施することが可能になる。

また、図７の中に含まれているのは、無線で制御されることが可能な、周辺デバイス７３またはジグまたはツールまたはターンテーブル、その他である。無線で制御される周辺デバイス７３は、例えば、ターンテーブル、ジグまたはツールまたはツール・エクスチェンジャーである。オプションとして、ＰＬＣが、無線で制御される周辺デバイス７３に取り付けられることが可能であり、それによって、周辺デバイスの一つまたはそれ以上の機能に対する分散コントロールを実施する。周辺デバイスは、上記のロボット・ツール１，３０１非接触パワーサプライ１２，１２’と同じタイプの非接触パワーサプライを備えたターンテーブルであってもよい。無線で制御される周辺デバイスは、回転可能なまたは移動可能なデバイスであってもよく、それは、例えば、ターンテーブル、または移動可能なツール・エクスチェンジャー、移送デバイス、ジグまたはツールなどである。

一つまたはそれ以上のマイクロ・プロセッサ（またはプロセッサまたはコンピュータ）は、本発明の一つまたはそれ以上のアスペクトに基づく方法のステップを実施する中央演算装置ＣＰＵを有している。これは、一つまたはそれ以上のコンピュータ・プログラムの助けで実施され、それらのコンピュータ・プログラムは、一つまたはそれ以上のプロセッサによりアクセス可能な少なくとも部分的にメモリーの中に、蓄えられる。上記またはそれそれのプロセッサは、ツール側のパワーサプライ１２の中に配置されること、または、それ接続されるように配置されることが可能であり、および／または、少なくとも部分的に、ロボット・コントロール・システム２５，３２５の中で配置されることが可能である。理解すべきことは、本発明に基づく方法を実施するためのコンピュータ・プログラムは、一つまたはそれ以上の専用コンピュータまたはプロセッサの代わりに、一つまたはそれ以上の汎用産業用マイクロ・プロセッサまたはコンピュータで実行されることが可能である。

そのようなコンピュータ・プログラムは、コンピュータ・プログラム・コード要素またはソフトウエア・コード部を有している。このコード要素またはコード部は、コンピュータまたはプロセッサに、その方法を、式、アルゴリズム、データ、蓄えられた値、計算及び統計的またはパターン認識方法を用いて、実施させる。それらは、例えば、図１，５，６，７に関係するところで、先に説明したものである。

プログラムの一部は、以上のように、プロセッサの中に蓄えることができるが、また、ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＰＲＯＭ，ＥＰＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭ−チップ、またはそれと同様なメモリー手段の中に蓄えることもできる。そのようなプログラムは、部分的にまたは全体的に、ローカルに（または集中的に）、他の適切なコンピュータで読出し可能なメディアの上または中に蓄えることもできる。それらは、例えば、磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭまたはＤＶＤディスク、ハードディスク、光磁気メモリー貯蔵手段、揮発性メモリーの中、フラッシュ・メモリーの中などであり、ファームウエアとして、またはデータ・サーバに貯蔵される。他の既知の適切なメディア使用することができる。それには、リムーバブル・メモリー・メディアを含み、例えば、ソニー・メモリー・スティック（登録商標）、及び、他のリムーバブル・フラッシュ・メモリー、ハード・ドライブ、その他などである。

プログラムはまた、部分的に、データ・ネットワークから供給することができる。それには、例えばインターネットのような公共のネットワークを含み、一時的なハード・ワイヤ・データ接続を介して、および／または、ツール側上に設けられた無線通信ユニット２１を介して、供給される。ツール側のコンポーネントの中で実施される上記のコンピュータ・プログラムの一部は、アップデートされることが可能であり、および／または、データまたはコントロール指令が、一時的なハード・ワイヤ・ネットワーク接続によって、および／または、ワイヤレス・レシーバまたはトランシーバー２１によって、提供されることも可能である。これは、ツール側のコンポーネント内のプログラムの無線・アップデートのために、特に有益であり、それによって、アップデート、環境設定が、オペレータが身体をロボット生産セルまたはオートメイション設備エリアの中に入れることを要求されることなく、実施されることが可能である。

上記のコンピュータ・プログラムはまた、部分的に、分散アプリケイションとして構成されることも可能であり、その場合、多かれ少なかれ、同時に、幾つかの異なるコンピュータまたはコンピュータ・システムで実行されることが可能である。

本発明の方法はまた、例えば、環境設定フェーズまたは後に続く停止期間の間にまたは、通常の作業の間に、グラフィカル・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）、オペレータのワークステイション上のグラフィカルまたは文字情報によるディスプレイによって、訓練されることが可能である。それらのディスプレイは、ユーザのログイン・コンピュータ、携帯型コンピュータ、結合された移動式電話とコンピュータ装置、またはＰＤＡその他７８の上で動作し、それらのコンピュータは、ロボット・コントロール・システムに直接的に接続され、または、メイン・サーバーまたはローカル・コントロール・サーバー、または他のコントロール・ユニットを介して、さらに例えば、単純なコントローラまたはＰＬＣ、またはコントロール・システム・コンピュータ／ワークステイションなどを介して、接続される。

注意すべきことは、以上において本発明の実施形態の例について説明したが、開示されたソリューションに適しており、添付したクレームにより規定される本発明の範囲から外れることがない、幾つかの変形形態及び変更形態があることである。

図１は、本発明の一つの実施形態に基づく、オートメイションまたはロボットによるオートメイションのロボット・ツールのための無線コントロールを備えた産業用ロボットのための概略図またはブロック図である。 図２は、従来技術に基づくツールのための、ケーブル式のコントロールを備えた産業用ロボットの概略図である。 図３は、本発明の一つの実施形態に基づく、ロボット・コントローラとロボット・ツールの間の、オートメイションまたはロボットによるオートメイションのロボット・ツールのための、無線通信及びコントロールのための概略図である。 図４は、無線通信によりコントロールされる、図３に示されたツールのより詳細を示す概略図である。 図５は、本発明の一つの実施形態に基づく、ツールを有するロボットをコントロールするための方法の概略ブロック図である。 図６は、本発明の一つの実施形態に基づく、ツールを交換するためのロボットをコントロールするための方法の概略ブロック図である。 図７は、ツールが設けられたロボットを有するシステムの概略ブロック図である。

Claims (38)

1. 少なくとも一つのアクチュエータを有する産業用ロボットのためのツールであって、この産業用ロボットは、少なくとも一つのアームを有し、このアーム上にツール・ホルダが設けられており、
   このツールは下記特徴を有している：
   − 前記ツール（１，３０１）は、少なくとも一つの無線通信部品（２１，３２１）、及び前記少なくとも一つのアクチュエータ（４）のための非接触パワーサプライ（１２，１２’）を有している。
2. 下記特徴を有する請求項１に記載のツール：
   前記パワーサプライ（１０，１２）は、パワーサプライ部品（１２）を有し、
   このパワーサプライ部品は、二つまたはそれ以上のパワーサプライ（３１，３２）を供給するように構成されたロジック部品（１６）を有し、
   その内の少なくとも一つのパワーサプライ（３２）は、独立してコントロール可能である。
3. 下記特徴を有する請求項１に記載のツール：
   少なくとも一つのセンサーを有している。
4. 下記特徴を有する請求項３に記載のツール：
   前記センサーは、前記非接触パワーサプライから電力を受け取る。
5. 下記特徴を有する請求項１に記載のツール：
   前記パワーサプライは、電磁誘導デバイスに基づいている。
6. 下記特徴を有する請求項５に記載のツール：
   時間的に変化する電圧の誘導のために、パワーサプライ（１２）に対して接続された一つまたはそれ以上のコイル（１１，３１１）を有している。
7. 下記特徴を有する請求項１に記載のツール：
   前記無線通信部品は、広域スペクトラム技術による有効な干渉抑制手段を備え、４００ＭＨｚ以上の高周波数帯域で動作する無線技術を有している。
8. 下記特徴を有する請求項７に記載のツール：
   前記無線技術は、ＩＳＭバンドまたは他の適切ないずれかの無線帯域とコンパチブルな周波数で動作する。
9. 下記特徴を有する請求項１に記載のツール：
   前記ツール（１，３０１）の前記各無線通信部品（２１〜２３，３２１〜３２３）には、前記ロボットへのコントロール・ユニットへの、前記ツールに設けられたアクチュエータおよび／またはセンサーからの、データの無線通信のため手段が設けられている。
10. 下記特徴を有する請求項９に記載のツール：
    前記各無線通信部品（３２１−３２３）には、前記ツールに設けられたアクチュエータのための、前記ロボットのコントロール・ユニット（３２５，３２５’）からの、指令および／またはデータを受信するための手段が設けられている。
11. 下記特徴を有する請求項１に記載のツール：
    前記パワーサプライは、前記パワーサプライの電力の中に含まれている信号を検出するための手段（１６）を有している。
12. 下記特徴を有する請求項１１に記載のツール：
    前記信号は、時間的に変化する電圧にオーバーレイされる。
13. 下記特徴を有する請求項１に記載のツール：
    前記ツールは、ロボットのツール・ホルダに、前記ツールをロックするための手段（６１）を有している。
14. コントロール・ユニット（２５，３２５）、及び少なくとも一つのアクチュエータを有するツール（１，３０１）を備えた産業用ロボットをコントロールするための方法であって、この産業用ロボットは、少なくとも一つのロボット・アームを有し、このアーム上にツール・ホルダが設けられており、
    当該方法は下記特徴を有している：
    − 非接触パワーサプライ（１２，１２’）を、前記ツール（１，３０１）の前記少なくとも一つのアクチュエータに設ける；
    − コントロール信号を、前記ツール上に設けられ、少なくとも一つのワイヤレス・ノード（２１，３２１，３２１’〜３２３’）との間で、送信および／または受信する。
15. 下記特徴を有する請求項１４に記載の方法：
    前記コントロール・ユニット（２５，３２５，３２５’）は、下記の動作を行わせるためのコントロール信号を発信する：
    − 前記ロボット・アームを移動して、前記ツールを現在のツールのための収納位置（６６）に配置する；
    − 前記ツールのロック部材（６１）を解除する；
    − 前記ロボット・アームを、第二の収納位置（６７）に配置された第二のツールに、移動する；
    − 前記ロック部材を動作させる。
16. 下記特徴を有する請求項１５に記載の方法：
    前記ロボットのコントロール・プログラムの中の次のタスクに移動する。
17. 下記特徴を有する請求項１６に記載の方法：
    共通の参照値が許容できない場合には、前記ロボットのコントロール・プログラムの中の次のタスクに移動する前に、停止して待機する。
18. 下記特徴を有する請求項１５に記載の方法：
    前記ロボットのホーム位置に移動する。
19. 下記特徴を有する請求項１４に記載の方法：
    コントロール信号を、前記コントロール・ユニット（３２５，３２５’）から、無線で制御される周辺デバイス（７３）および／または収納ラック（７５，７７）からの信号に応じて、発信する。
20. 少なくとも一つのアクチュエータを有するツール（３０１）を備えた産業用ロボットをコントロールするためのグラフィカル・ユーザ・インターフェースであって、前記産業用ロボットは、少なくとも一つのロボット・アームを有し、このアーム上にツール・ホルダが設けられており、
    当該グラフィカル・ユーザ・インターフェースは、下記特徴を有している：
    ロボット・ツール（１，３０１）をモニターするおよび／またはそれと相互作用する手段を備えた、コンピュータ装置または携帯型コンピュータ装置（７８）のディスプレイが、少なくとも一つの無線通信部品（２１，３２１）及び非接触パワーサプライ（１２）を有している。
21. 請求項１４から１９までのいずれか１項に記載された方法を、コンピュータまたはプロセッサに実施させるための、コンピュータ・コード手段および／またはソフトウエア・コード部を有するコンピュータ・プログラム。
22. 請求項２１に記載されたコンピュータ・プログラムを有し、一つまたはそれ以上のコンピュータで読取り可能なメディアの中にあるコンピュータ・プログラム製品。
23. 少なくとも一つのアクチュエータを有するツール（３０１）を備えた、産業用ロボットのためのコントロール・システムであって、この産業用ロボットは、ロボット・コントロール・ユニット（３２５，３２５’）、及び少なくとも一つのロボット・アームを有し、このアーム上にツール・ホルダ設けられており、
    当該コントロール・システムは下記特徴を有している：
    前記少なくとも一つのツール（３０１）には、非接触パワーサプライ手段（１２）、及びコントロール・ユニット（３２０）との通信のための無線通信部品（３２１）が設けられている。
24. 下記特徴を有する請求項２３に記載のコントロール・システム：
    前記産業用ロボットには、前記ロボット・アームまたは前記ツール・ホルダ（３４５）上に、ワイヤレス・パワーサプライ手段（３１１）が設けられている。
25. 下記特徴を有する請求項２４に記載のコントロール・システム：
    前記産業用ロボットの前記ツールには、非接触式に電力が供給される少なくとも一つのアクチュエータが設けられている。
26. 下記特徴を有する請求項２３に記載のコントロール・システム：
    前記産業用ロボットの前記ツールには、コントロール・ユニットとの無線通信のために設けられた、少なくとも一つのセンサーが設けられている。
27. 下記特徴を有する請求項２３から２６のいずれか１項に記載されたコントロール・システム：
    前記ロボット・ツールへの無線通信は、下記のいずれかとコンパチブルな無線プロトコルを用いて実施されることが可能である：
    ブルートゥース（登録商標）ＳＩＧ（Special Interest Group）によって発行されたいずれかの無線プロトコル、ＩＥＥＥ−８０２．１１のいずれかのバリエーション、ＷｉＦｉ、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）、ＺｉｇＢｅｅまたはＩＥＥＥ−８０２．１５．４、ＩＥＥＥ−８０２．１３、またはその同等なものまたはそれと同様なもの；ＧＢ１５６２９．１１−２００３またはそれ以降のバージョンによるＷＡＰＩ。
28. 下記特徴を有する請求項２３から２７のいずれか１項に記載されたコントロール・システム：
    前記ロボット・ツールへの無線通信は、広域スペクトラム技術による有効な干渉抑制手段を備えた、高周波数帯域、ＩＳＭバンドまたは４ＧＨｚまでまたはそれ以上の帯域内の、広域スペクトラム無線プロトコルを用いて実施される。
29. 下記特徴を有する請求項２８に記載のコントロール・システム：
    広域スペクトラム無線プロトコルが、無線通信のために使用され、この無線通信において、それぞれのまたはいずれかのデータパケットが、広域スペクトラムの他の周波数で、複数回、送り返されることが可能である。
30. 下記特徴を有する請求項２３から２９のいずれか１項に記載のコントロール・システム：
    無線で制御される周辺デバイス（７３）を有している。
31. 下記特徴を有する請求項３０に記載のコントロール・システム：
    前記無線で制御される周辺デバイス（７３）は、非接触パワーサプライを備えている。
32. 下記特徴を有する請求項３０に記載のコントロール・システム：
    前記無線周辺デバイス（７３）は、下記のリストの中のいずれかのデバイスを有している：
    ターンテーブル、ツール・エクスチェンジャー、ジグ、ツール。
33. 下記特徴を有する請求項３０に記載のコントロール・システム：
    前記無線周辺デバイス（７３）は、下記のリストの中のいずれかの、回転または移動可能または移送デバイスを有している：
    ターンテーブル、ツール・エクスチェンジャー、ジグ、ツール。
34. 下記特徴を有する請求項３０に記載のコントロール・システム：
    前記一つまたはそれ以上のツール収納部品（７５，７７）の少なくとも一つは、無線で制御される。
35. 下記特徴を有する請求項２３から３３に記載のコントロール・システム：
    無線周辺デバイス（７３）および／または収納部品（７５，７７）は、プログラム可能なロジック・コントローラによって、少なくとも部分的に、コントロールされる。
36. 下記特徴を有する請求項２３から３４に記載のコントロール・システム：
    コンピュータまたはプロセッサに、請求項１４から１９のいずれか１項に記載された方法を実施させるために、一つまたはそれ以上のコンピュータ・プログラムが、コンピュータ・コード手段および／またはソフトウエア・コード部を有している。
37. 産業用または商業用設備または作業場での、ロボットまたはオートメイション設備（１）における作業のための、請求項１から１１のいずれか１項に記載されたツールの使用。
38. 下記のリストの中のいずれかを有する作業を実施するための、産業用または商業用設備で、ロボットまたはオートメイション設備（１）での作業をコントロールするための、請求項２３から３５のいずれか１項に記載のシステムの使用：
    自動車へパーツの取り付け、塗装、溶接、ハンダ付け、リベット止め、接着、板の折曲げ、板の曲げ、板の縁付け、フェットリング、切断、レーザ切断、水ジェット切断、対象物の把持、対象物の操作、積み重ね、拾上げ及び配置、パレットへの積み込み、パレットの取り出し。

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