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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Industriemaschine, wie etwa einen Roboter oder eine Werkzeugmaschine, zu steuern.
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2. Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
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Bei Industriemaschinen, wie etwa Robotern oder Werkzeugmaschinen, die durch Servomotoren angetrieben werden, wird häufig eine Vorwärtsregelung eingesetzt, um Nachführungsverzögerungen zu verringern. Zur ordnungsgemäßen Durchführung der Vorwärtsregelung ist es notwendig, die dynamischen Eigenschaften eines zu steuernden Zielobjekts genau zu bestimmen. Somit ist es erforderlich, wenn der Roboter oder die Werkzeugmaschine ein zusätzliches Objekt trägt, wie etwa ein Bearbeitungswerkzeug oder ein Werkstück, die Masse, die Lage des Schwerpunkts und eine Trägheitsmatrix (nachfolgend als ”die Lastinformationen” bezeichnet) des Objekts (nachfolgend als ”die Last” bezeichnet) zu erhalten. Im Allgemeinen werden die Lastinformationen manuell durch einen Benutzer eingegeben oder durch eine Schätzfunktion erhalten.
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JP H09-091004 A offenbart ein Steuerverfahren zum Steuern eines Roboters oder einer Werkzeugmaschine mit einer Mehrzahl durch einen Servomotor angetriebener Achsen, bei dem für eine Vorwärtsregelung zu verwendende Lastgewichtsparameter geschätzt werden. Gemäß dieser bekannten Technik wird ein Drehmoment in Bezug auf eine Zielachse unter unterschiedlichen Bedingungen, einschließlich bekannter Bedingungen, gemessen und eine Mehrzahl das Momentengleichgewicht darstellender Gleichungssysteme gelöst, um die Lastgewichtsparameter zu erhalten.
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JP 2011-235374 A offenbart ein Lastschätzverfahren zum Schätzen des Gewichts und der Lage des Schwerpunkts eines von einem Roboter gehaltenen Werkstücks. Gemäß dieser bekannten Technik wird das Gewicht des Werkstücks basierend auf der Differenz zwischen einem ungeachtet des Gewichts des Werkstücks an einen Motor gesendeten Drehmomentbefehl und einem vom Werkstück beeinflussten Ist-Drehmoment geschätzt.
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Die in
JP H09-091004 A oder
JP 2011-235374 A beschriebene bekannte Technik ist bei der Einstellung unbekannter Lastinformationen wirkungsvoll. Wenn jedoch eine automatische Maschine, wie etwa ein Roboter oder eine Werkzeugmaschine, in Betrieb ist, können die Werkzeuge ausgetauscht, das Werkstück gehalten oder losgelassen oder eine Mehrzahl Werkstückarten willkürlich gehandhabt werden, so dass die Last zu jeder gegebenen Zeit variieren kann. Daher kann es notwendig sein, die Lastinformationen ggf. entsprechend der Last zu ändern, die abhängig von den Umständen variieren kann. Wenn die Lastinformationen nicht adäquat eingestellt sind, kann die angestrebte Steuerung nicht durchgeführt, das Mechanismusteil beschädigt oder die Zykluszeit aufgrund der Tatsache, dass die automatische Maschine mit einer unnötig niedrigen Geschwindigkeit arbeitet, verlängert werden. Daher ist es notwendig, zu überprüfen, ob die Lastinformationen adäquat eingestellt sind oder nicht.
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JP 2005-088140 A offenbart ein Objektbearbeitungsverfahren zum Erhalten von Objektbearbeitungsinformationen von einem Informationsserver über ein an einem Objekt angebrachtes Hochfrequenzidentifikations- oder RFID-(radio frequency identification)Etikett und zum Durchführen des Verfahrens für das Objekt basierend auf den Objektbearbeitungsinformationen. Gemäß dieser bekannten Technik werden objektspezifische Informationen, wie etwa seine Form und sein Gewicht, im RFID-Etikett gespeichert. Daher können die Lastinformationen des zu bearbeitenden Objekts bei Bedarf erhalten werden.
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Die in
JP 2005-088140 A beschriebene bekannte Technik erfordert jedoch die Anbringung eines RFID-Etiketts an dem Objekt und den Einbau weiterer Elemente, wie etwa eines Etikettenlesers und eines Servers, was zu höheren Kosten führt. Demgemäß besteht ein Bedarf an einer Steuervorrichtung, die dazu fähig ist, in einfacherer Weise zu überprüfen, ob die Lastinformationen adäquat eingestellt sind oder nicht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Steuervorrichtung bereitgestellt, die dazu eingerichtet ist, eine automatische Maschine, die eine Mehrzahl Achsen aufweist, von denen jede durch einen Servomotor angetrieben wird, basierend auf voreingestellten Lastinformationen zu steuern, wobei die Steuervorrichtung umfasst: eine Schätzdrehmomentberechnungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein geschätztes Drehmoment des Servomotors zum Beibehalten einer Stellung der automatischen Maschine basierend auf den Lastinformationen zu berechnen, wenn sich die automatische Maschine in einem Ruhezustand befindet, in dem die Stellung der automatischen Maschine durch ein Drehmoment beibehalten wird, das durch den Servomotor angelegt wird, eine Ist-Drehmomentberechnungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein Ist-Drehmoment zu berechnen, das tatsächlich durch den Servomotor angelegt wird, um die Stellung beizubehalten, eine Drehmomentvergleichseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen Fehler zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem Ist-Drehmoment mit einem vorgegebenen ersten Schwellenwert zu vergleichen, und eine Stoppeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen nachfolgenden Betrieb der automatischen Maschine zu stoppen, wenn der Fehler größer als der erste Schwellenwert ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei der Steuervorrichtung nach dem ersten Aspekt die Drehmomentvergleichseinrichtung dazu eingerichtet, den Fehler mit einem vorgegebenen zweiten Schwellenwert zu vergleichen, und die Steuervorrichtung umfasst ferner eine Meldeeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein Vergleichsergebnis zwischen dem Fehler und dem zweiten Schwellenwert zu senden.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei der Steuervorrichtung nach dem ersten oder zweiten Aspekt die Ist-Drehmomentberechnungseinrichtung dazu eingerichtet, das Ist-Drehmoment basierend auf einem Rückkopplungsstrom des Servomotors und einer Drehmomentkonstante des Servomotors zu berechnen.
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Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei der Steuervorrichtung nach dem ersten oder zweiten Aspekt die Ist-Drehmomentberechnungseinrichtung dazu eingerichtet, das Ist-Drehmoment basierend auf einem Messergebnis zu berechnen, das durch einen an der automatischen Maschine angebrachten Drehmomentsensor erhalten wird.
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Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei der Steuervorrichtung nach einem der Aspekte eins bis vier die Schätzdrehmomentberechnungseinrichtung dazu eingerichtet, das geschätzte Drehmoment basierend auf einem Haftreibungsdrehmoment zu korrigieren, das durch Berechnen eines Drehmoments zum Beibehalten einer Stellung der automatischen Maschine, wenn keine Last an die automatische Maschine angelegt wird oder eine bekannte Last an die automatische Maschine angelegt wird, erhalten wird.
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Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei der Steuervorrichtung nach einem der Aspekte eins bis fünf der erste Schwellenwert gemäß einer Größe des geschätzten Drehmoments eingestellt.
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Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei der Steuervorrichtung nach dem zweiten Aspekt der zweite Schwellenwert gemäß einer Größe des geschätzten Drehmoments eingestellt.
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Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei der Steuervorrichtung nach einem der Aspekte eins bis sieben der erste Schwellenwert basierend auf einer Variation des Drehmoments zum Beibehalten einer Stellung der automatischen Maschine, wenn keine Last an die automatische Maschine angelegt wird oder eine bekannte Last an die automatische Maschine angelegt wird, eingestellt.
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Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei der Steuervorrichtung nach dem zweiten Aspekt der zweite Schwellenwert basierend auf einer Variation des Drehmoments zum Beibehalten einer Stellung der automatischen Maschine, wenn keine Last an die automatische Maschine angelegt wird oder eine bekannte Last an die automatische Maschine angelegt wird, eingestellt.
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Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Steuervorrichtung bereitgestellt, die dazu eingerichtet ist, eine automatische Maschine, die eine Mehrzahl Achsen aufweist, von denen jede durch einen Servomotor angetrieben wird, basierend auf voreingestellten Lastinformationen zu steuern, wobei die Steuervorrichtung umfasst:
- – eine Schätzdrehmomentberechnungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein geschätztes Drehmoment des Servomotors zum Beibehalten einer Stellung der automatischen Maschine basierend auf den Lastinformationen zu berechnen, wenn sich die automatische Maschine in einem Ruhezustand befindet, in dem die Stellung der automatischen Maschine durch ein Drehmoment beibehalten wird, das durch den Servomotor angelegt wird,
- – eine Ist-Drehmomentberechnungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein Ist-Drehmoment zu berechnen, das tatsächlich durch den Servomotor angelegt wird, um die Stellung beizubehalten,
- – eine Drehmomentvergleichseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen Fehler zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem Ist-Drehmoment mit einem vorgegebenen Schwellenwert zu vergleichen, und
- – eine Meldeeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, einem Benutzer zu melden, dass die Lastinformationen inadäquat sind, wenn der Fehler größer als der Schwellenwert ist.
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Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der genauen Beschreibung ihrer beispielhaften Ausführungsformen, wie in den Zeichnungen dargestellt, genauer hervor.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine beispielhafte Ausführung eines Robotersystems, auf das sich die vorliegende Erfindung anwenden lässt;
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2 ist ein Blockdiagramm, das Funktionen einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform darstellt;
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3 ist ein Flussdiagramm, das eine Abfolge von Prozessen darstellt, die durch die Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform ausgeführt werden;
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4 ist ein Blockdiagramm, das Funktionen einer Steuervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt; und
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5 ist ein Blockdiagramm, das Funktionen einer Steuervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt.
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Genaue Beschreibung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Gleiche Bezugszeichen sind für gleiche oder entsprechende Komponenten verwendet.
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1 zeigt eine beispielhafte Ausführung eines Robotersystems, auf das sich die vorliegende Erfindung anwenden lässt. Ein Robotersystem 1 umfasst einen Roboter 3 und eine Steuervorrichtung 10, die den Roboter 3 steuert. Der Roboter 3 umfasst ein Handgelenk 32, das an einem vorderen Ende eines Arms 31 bereitgestellt ist. Das Handgelenk 32 ist mit einem Werkzeug, wie etwa einer Hand 33, versehen, das dazu verwendet wird, ein Werkstück zu halten, welches nicht dargestellt ist. Das Werkzeug kann ggf. entsprechend einem erforderlichen Verfahren ausgetauscht werden und kann verschiedene Werkzeuge umfassen, wie etwa eine Schweißpistole, eine Farbspritzpistole und eine Werkzeugschneide einer Werkzeugmaschine. Der Roboter 3 hat eine beliebige bekannte Ausführung. Der Roboter 3 ist beispielsweise ein Sechs-Achsen-Vertikal-Knickarmroboter, wie in 1 dargestellt. Die vorliegende Erfindung lässt sich auf jede automatische Maschine mit einer Mehrzahl durch Servomotoren angetriebener Achsen anwenden.
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Die Steuervorrichtung 10 ist über eine bekannte Kommunikationseinrichtung, zum Beispiel durch ein Kommunikationskabel 4, mit dem Roboter 3 verbunden. Die Steuervorrichtung 10 sendet Steuerbefehle an Servomotoren, die die Gelenkachsen des Roboters 3 antreiben, um die Position und Stellung des Roboters 3 zu steuern. Die Steuervorrichtung 10 hat eine bekannte Hardwareausführung, die eine CPU (Zentraleinheit), einen RAM, einen ROM und eine Schnittstelle umfasst, die dazu verwendet wird, Signale und Daten an eine externe Einrichtung, wie etwa eine Eingabeeinrichtung und eine Anzeigeeinrichtung, zu senden und von dieser zu empfangen.
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2 ist Blockdiagramm, das Funktionen der Steuervorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform darstellt. Die Steuervorrichtung 10 umfasst eine Lastinformationseinstelleinrichtung 11, eine Schätzdrehmomentberechnungseinrichtung 12, eine Ist-Drehmomentberechnungseinrichtung 13, eine Drehmomentvergleichseinrichtung 14, eine Stoppeinrichtung 15, eine Meldeeinrichtung 16 und eine Betriebsbefehlseinrichtung 17.
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Die Lastinformationseinstelleinrichtung
11 stellt Lastinformationen ein, die an den Roboter
3 angelegten Lasten zugeordnet sind. Die Lasten können verschiedene am Handgelenk
32 des Roboters
3 angebrachte Werkzeuge, die Hand
33 des Roboters
3 oder eine Kombination aus der Hand
33 und einem von der Hand
33 gehaltenen Werkstück umfassen. Die Lastinformationen können Lastparameter, wie etwa Masse, eine Lage des Schwerpunkts und eine Trägheitsmatrix der an den Roboter
3 angelegten Last umfassen. Die Lastinformationen können bekannte Informationen sein, die durch einen Benutzer eingegeben oder unter Verwendung einer bekannten Schätzfunktion erhalten werden (siehe z. B.
JP H09-091004 A oder
JP 2011-235374 A ). Es ist möglich, unterschiedliche Arten von Lastinformationen einzustellen und durch ein Signal oder Programm zwischen diesen umzuschalten. Wenn die Lastinformationen vorab in der Steuervorrichtung
10 eingestellt werden, können die Anfangseinstellungen so verwendet werden wie sie sind.
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Die Schätzdrehmomentberechnungseinrichtung 12 berechnet ein Drehmoment, das zum Beibehalten der Stellung des Roboters 3 in einem Ruhezustand erforderlich ist, basierend auf den durch die Lastinformationseinstelleinrichtung 11 eingestellten Lastinformationen, der aktuellen Stellung des Roboters 3 und den dynamischen Parametern des Mechanismusteils des Roboters 3 (das Drehmoment wird nachfolgend als ”das geschätzte Drehmoment” bezeichnet). Der Roboter 3 ”ruht” oder befindet sich in einem Ruhezustand bedeutet, dass die Stellung des Roboters 3 vorübergehend durch ein Drehmoment beibehalten wird, das von einem Servomotor 34 ausgegeben wird während eine unabhängige Bremseinrichtung, wie etwa eine Bremse, nicht aktiv ist. Die Stellung des Roboters 3 kann beispielsweise basierend auf dem Messergebnis unter Verwendung eines am Servomotor 34 vorgesehenen Stellungdetektors, wie etwa eines Encoders (Drehgeber), berechnet werden. Die dynamischen Parameter des Mechanismusteils sind bekannt und können vorab eingestellt werden. Wenn bei der Vorwärtsregelung ein geschätztes Drehmoment verwendet wird, kann die Schätzdrehmomentberechnungseinrichtung 12 ein für die Vorwärtsregelung berechnetes geschätztes Drehmoment verwenden, anstatt ein geschätztes Drehmoment separat zu berechnen.
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Die Ist-Drehmomentberechnungseinrichtung 13 berechnet ein Drehmoment, das tatsächlich ausgegeben wird, um den Roboter 3 im Ruhezustand zu halten (das Drehmoment wird nachfolgend als ”das Ist-Drehmoment” bezeichnet). Das Ist-Drehmoment kann gemäß einem bekannten Verfahren berechnet werden, zum Beispiel basierend auf einem Rückkopplungsstrom des Servomotors 34, einer Drehmomentkonstante des Servomotors 34 und den dynamischen Parametern des Mechanismusteils. Die Drehmomentkonstante variiert abhängig von den Umständen und kann daher ggf. basierend auf separat erhaltenen Temperaturinformationen angepasst werden. Alternativ kann das Ist-Drehmoment basierend auf einem Drehmomentbefehl an den Servomotor 34 berechnet werden. Auf diese Weise können Betriebsinformationen des Servomotors 34 oder der Befehl an den Servomotor 34 dazu verwendet werden, die Notwendigkeit eines separaten Sensors zu beseitigen und somit die Kosten niedrig zu halten. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann jedoch die Ist-Drehmomentberechnungseinrichtung 13 dazu eingerichtet sein, ein Ist-Drehmoment basierend auf dem Messergebnis zu berechnen, das durch einen an der Ausgabeeinrichtung des Servomotors 34 angebrachten Drehmomentsensor erhalten wird. Dies ist dahingehend vorteilhaft, dass das Ist-Drehmoment genau und ohne Einflussnahme der Drehmomentkonstante erhalten werden kann.
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Die Betriebsbefehlseinrichtung 17 erzeugt einen Steuerbefehl zum Betreiben des Servomotors 34 des Roboters 3. Wenn die Schätzdrehmomentberechnungseinrichtung 12 und die Ist-Drehmomentberechnungseinrichtung 13 ein geschätztes Drehmoment bzw. ein Ist-Drehmoment berechnen, erzeugt die Betriebsbefehlseinrichtung 17 einen Befehl für den Servomotor 34, so dass sich der Roboter 3 im Ruhezustand befindet. Der Befehl, den Roboter 3 in den Ruhezustand zu versetzen, kann dem durch die Schätzdrehmomentberechnungseinrichtung 12 berechneten geschätzten Drehmoment entsprechen. Bei einer anderen Ausführungsform, kann ein Drehmoment, das in Antwort auf einen durch die Betriebsbefehlseinrichtung 17 erzeugten Befehl, den Roboter 3 in den Ruhezustand zu versetzen, ausgegeben wird, als geschätztes Drehmoment in die Drehmomentvergleichseinrichtung 14 eingegeben werden. In diesem Fall fungiert die Betriebsbefehlseinrichtung 17 auch als Schätzdrehmomentberechnungseinrichtung 12.
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Die Drehmomentvergleichseinrichtung 14 berechnet einen Fehler zwischen dem durch die Schätzdrehmomentberechnungseinrichtung 12 berechneten geschätzten Drehmoment und dem durch die Ist-Drehmomentberechnungseinrichtung 13 berechneten Ist-Drehmoment. Des Weiteren vergleicht die Drehmomentvergleichseinrichtung 14 den Fehler zwischen den Drehmomenten mit einem vorgegebenen ersten Schwellenwert. Wenn der Fehler größer als der erste Schwellenwert ist, bestimmt die Drehmomentvergleichseinrichtung 14, dass die durch die Lastinformationseinstelleinrichtung 11 eingestellten Lastinformationen inadäquat sind. Wenn der Fehler gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist, bestimmt die Drehmomentvergleichseinrichtung 14, dass die aktuellen Lastinformationen adäquat sind. Der Fehler zwischen den Drehmomenten kann basierend auf den jeweiligen absoluten Werten mit dem Schwellenwert verglichen werden. Schwellenwerte unterschiedlicher Größe können für den Vergleich mit dem Drehmomentfehler verwendet werden, und zwar abhängig davon, ob der Drehmomentfehler einen positiven oder negativen Wert hat. Um sicherzustellen, dass zum Durchführen des Vergleichs eine Übereinstimmung zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem Ist-Drehmoment beibehalten wird, wird, wenn das geschätzte Drehmoment oder das Ist-Drehmoment ein von einem Drehzahlminderer ausgegebenes Drehmoment ist, auch das andere Drehmoment unter Berücksichtigung des Drehzahlminderungsverhältnisses und der Übertragungseffizienz des Drehzahlminderers berechnet.
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Die Stoppeinrichtung 15 gibt an die Betriebsbefehlseinrichtung 17 ein Signal aus, um den Roboter 3 zu stoppen, wenn die Drehmomentvergleichseinrichtung 14 bestimmt, dass die Lastinformationen inadäquat sind. In diesem Fall werden geplante nachfolgende Tätigkeiten des Roboters 3 aufgehoben. Der Stopp des Roboters 3 wird beispielsweise durch eine vorgegebene Tätigkeit eines Benutzers aufgehoben.
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Die Meldeeinrichtung 16 meldet dem Benutzer das durch die Drehmomentvergleichseinrichtung 14 erhaltene Vergleichsergebnis. Das Vergleichsergebnis kann beispielsweise in Form eines Textes oder Symbols oder dergleichen auf einer mit der Steuervorrichtung 10 verbundenen Anzeigeeinrichtung angezeigt werden. Alternativ kann das Vergleichsergebnis einem Benutzer wahrnehmbar gemeldet werden, beispielsweise durch Einschalten einer Lampe, Erzeugen eines Warntons oder Senden eines Signals an eine externe Einrichtung.
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3 ist ein Flussdiagramm, das eine Abfolge von Prozessen darstellt, die durch die Steuervorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform ausgeführt werden. Das nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 beschriebene Verfahren ist ein Verfahren zum Bestimmen, ob die durch die Lastinformationseinstelleinrichtung 11 eingestellten Lastinformationen adäquat sind oder nicht. Ein solches Bestimmungsverfahren kann beispielsweise immer dann, wenn ein Befehl, den Roboter 3 in einen Ruhezustand zu versetzen, ausgegeben wird, oder gemäß einem Programm, in Antwort auf ein externes Signal oder bei einer Tätigkeit des Benutzers ausgeführt werden.
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In Schritt S301 erzeugt die Betriebsbefehlseinrichtung 17 einen Stoppbefehl, um den Roboter 3 in einen Ruhezustand zu versetzen. Der in Schritt S301 ausgegebene Befehl kann einen Stellungsbefehl, bei dem ein Bewegungsbetrag des Roboters 3 null beträgt, oder einen Geschwindigkeitsbefehl umfassen, bei dem die Geschwindigkeit des Roboters 3 null beträgt. Wenn sich der Roboter 3, beispielsweise aufgrund der Schwerkraft, auch nach der Eingabe des Ruhebefehls noch immer in Bewegung befindet, wird die Stellung oder Geschwindigkeit ggf. zurückgemeldet und Fehler werden als integraler Term akkumuliert. Der Roboter 3 kommt schließlich zur Ruhe.
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Wenn sich der Roboter 3 in einem Ruhezustand befindet, fährt das Verfahren mit Schritt S302 fort, in dem die Schätzdrehmomentberechnungseinrichtung 12 beispielsweise basierend auf den durch die Lastinformationseinstelleinrichtung 11 eingestellten Lastinformationen, der aktuellen Position und Stellung des Roboters 3, den dynamischen Parametern des Mechanismusteils des Roboters 3 usw. ein geschätztes Drehmoment berechnet
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In Schritt S303 berechnet die Ist-Drehmomentberechnungseinrichtung 13 ein Ist-Drehmoment, d. h. ein Drehmoment, das tatsächlich ausgegeben wird, um die Stellung des Roboters 3 beizubehalten.
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In Schritt S304 vergleicht die Drehmomentvergleichseinrichtung 14 den Fehler zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem Ist-Drehmoment mit einem vorgegebenen ersten Schwellenwert. Wenn in Schritt S304 bestimmt wird, dass der Fehler zwischen den Drehmomenten gleich oder kleiner als der ersten Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass die durch Lastinformationseinstelleinrichtung 11 eingestellten Lastinformationen adäquat sind und das Verfahren fährt mit Schritt S306 fort, der ggf. weggelassen werden kann. In Schritt S306 meldet die Meldeeinrichtung 16 dem Benutzer, dass die Lastinformationen adäquat sind. Wenn das Verfahren zum Bestimmen der Lastinformationen abgeschlossen ist, führt der Roboter 3 geplante nachfolgende Tätigkeiten aus.
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Wenn andererseits in Schritt S304 bestimmt wird, dass der Fehler zwischen den Drehmomenten größer als der erste Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass die Lastinformationen inadäquat sind und das Verfahren fährt mit Schritt S305 fort. In Schritt S305 gibt die Stoppeinrichtung 15 ein Stoppsignal zum Stoppen des Roboters 3 aus. Infolgedessen werden nachfolgende Tätigkeiten des Roboters 3 aufgehoben. In Schritt S306, der ggf. weggelassen werden kann, meldet die Meldeeinrichtung 16 dem Benutzer, dass die Lastinformationen inadäquat sind.
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Wenn die verwendeten Lastinformationen nicht die tatsächlich angelegte Last widerspiegeln, könnte der Roboter mit einer Beschleunigung arbeiten, die größer als die zum sicheren Betrieb nutzbare ist, wodurch möglicherweise das Mechanismusteil beschädigt wird. Alternativ könnte der Roboter 3, wenn die verwendeten Lastinformationen einer Last entsprechen, die größer als die tatsächliche Last ist, mit einer zu niedrigen Geschwindigkeit arbeiten, was zu einer längeren Zyklusdauer führt und die Produktivität verringert. Darüber hinaus kann, wenn die Steuervorrichtung 10 eine Funktion hat, um einen Kontakt oder Nicht-Kontakt mit einem externen Objekt basierend auf den Lastinformationen zu erfassen, die Erfassung nicht ordnungsgemäß ausgeführt werden. Die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch automatisch bestimmen, ob die zum Steuern des Roboters 3 verwendeten Lastinformationen adäquat eingestellt sind oder nicht und den Roboter 3 ggf. stoppen. Dies kann die vorstehend erwähnten verschiedenen Probleme verhindern, die aus inadäquaten Lastinformationen resultieren.
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Gemäß einer Variante der vorstehend genannten Ausführungsform ist die Drehmomentvergleichseinrichtung 14 der Steuervorrichtung 10 ferner dazu eingerichtet, den Fehler zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem Ist-Drehmoment mit einem zweiten Schwellenwert zu vergleichen, der kleiner als der erste Schwellenwert ist. Wenn der Fehler zwischen den Drehmomenten größer als der zweite Schwellenwert und kleiner als der erste Schwellenwert ist, meldet die Meldeeinrichtung 16 dem Benutzer, dass die Lastinformationen inadäquat sein können. Wenn der Fehler zwischen den Drehmomenten größer als der erste Schwellenwert ist, stoppt die Stoppeinrichtung 15 den Roboter 3 und hebt geplante nachfolgende Tätigkeiten des Roboters 3 auf, wie vorstehend beschrieben. Der zweite Schwellenwert kann so eingestellt werden, dass dem Benutzer gemeldet wird, dass eine Beschädigung des Roboters 3 vermieden werden kann, dieser möglicherweise aber nicht wunschgemäß arbeitet.
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Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß dieser Variante, wenn die Lastinformationen inadäquat sind, der Roboter 3 gestoppt oder eine Meldung an den Benutzer gesendet, und zwar abhängig von dem Ausmaß der Differenz zwischen den Lastinformationen und der tatsächlichen Last. Der Drehmomentfehler kann mit dem zweiten Schwellenwert verglichen werden, indem, wie beim Vergleich mit dem ersten Schwellenwert, ihre absoluten Werte miteinander verglichen werden, oder indem der zweite Schwellenwert verwendet wird, der abhängig davon variiert, ob der Drehmomentfehler positiv oder negativ ist.
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Bei einer anderen Variante kann die Stoppeinrichtung 15 dazu eingerichtet sein, selektiv deaktiviert zu werden. Alternativ kann die Steuervorrichtung 10 keine Stoppeinrichtung 15 umfassen. In diesem Fall wird dem Benutzer durch die Meldeeinrichtung 16 gemeldet, wenn die Lastinformationen inadäquat sind, wobei der Roboter 3 nicht automatisch gestoppt werden kann. Die Steuervorrichtung 10 mit einer solchen Ausführung ist bei Anwendungen vorteilhaft, bei denen der Roboter 3 bevorzugt in Betrieb gehalten wird.
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4 ist Blockdiagramm, das Funktionen einer Steuervorrichtung 10 gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Steuervorrichtung 10 ferner eine Haftreibungsberechnungseinrichtung 18.
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Die Haftreibungsberechnungseinrichtung 18 berechnet einen Fehler zwischen einem Ist-Drehmoment und einem geschätzten Drehmoment unter bekannten Bedingungen als Haftreibungsdrehmoment. Das Haftreibungsdrehmoment wird vor dem Bestimmungsverfahren der durch die Lastinformationseinstelleinrichtung 11 eingestellten Lastinformationen berechnet. Insbesondere kann das Haftreibungsdrehmoment erhalten werden, indem ein Fehler zwischen einem anhand der Lastinformationen erhaltenen geschätzten Drehmoment und einem zum Beibehalten der Stellung eines Roboters in einem Ruhezustand erforderlichen Ist-Drehmoment berechnet wird, wenn eine bekannte Last oder keine Last angelegt wird, oder mit anderen Worten, wenn genaue Lastinformationen sichergestellt sind. Das durch die Haftreibungsberechnungseinrichtung 18 erhaltene Haftreibungsdrehmoment wird zum Korrigieren eines durch eine Schätzdrehmomentberechnungseinrichtung 12 berechneten geschätzten Drehmoments verwendet. Daher berechnet gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Schätzdrehmomentberechnungseinrichtung 12 ein geschätztes Drehmoment unter Berücksichtigung des Haftreibungsdrehmoments, das für das Mechanismusteil des Roboters 3 spezifisch ist, und ermöglicht daher den Erhalt eines genaueren geschätzten Drehmoments.
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Das Haftreibungsdrehmoment wird bevorzugt unter unterschiedlichen bekannten Lastbedingungen oder bei unterschiedlichen Positionen und Stellungen des Roboters 3 durch die Haftreibungsberechnungseinrichtung 18 berechnet. Dies ermöglicht den Erhalt eines zuverlässigeren Haftreibungsdrehmoments.
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5 ist ein Blockdiagramm, das Funktionen einer Steuervorrichtung 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Steuervorrichtung 10 ferner eine Schwellenwerteinstelleinrichtung 19. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der durch die Drehmomentvergleichseinrichtung 14 verwendete erste und/oder zweite Schwellenwert unter Berücksichtigung eines Fehlers zwischen einem geschätzten Drehmoment und einem Ist-Drehmoment korrigiert, wenn die Lastinformationen genau sind.
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Wenn eine bekannte Last oder keine bekannte Last angelegt wird oder, mit anderen Worten, wenn genaue Lastinformationen sichergestellt sind, wird ein Fehler zwischen einem anhand der Lastinformationen erhaltenen geschätzten Drehmoment und einem zum tatsächlichen Beibehalten der Stellung des Roboters in einem Ruhezustand erforderlichen Ist-Drehmoment berechnet. Die Schwellenwerteinstelleinrichtung 19 stellt den ersten oder zweiten Schwellenwert gemäß dem Fehler zwischen den Drehmomenten ein. Beispielsweise stellt die Schwellenwerteinstelleinrichtung 19, auch wenn die Lastinformationen genau sind, wenn der Fehler zwischen dem Drehmoment groß ist, einen relativ großen Schwellenwert ein. Im Gegensatz dazu stellt die Schwellenwerteinstelleinrichtung 19, wenn der Fehler zwischen den Drehmomenten klein ist, einen relativ kleinen Schwellenwert ein. Auf diese Weise kann durch Einstellen des ersten oder zweiten Schwellenwerts unter Berücksichtigung von Variationen des Drehmoments, das für den Roboter 3 spezifisch ist, eine genauere Bestimmung ausgeführt werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform stellt die Schwellenwerteinstelleinrichtung 19 einen ersten oder zweiten Schwellenwert, der von der Drehmomentvergleichseinrichtung 14 in einem Vergleichsverfahren verwendet wird, gemäß der Größe eines durch eine Schätzdrehmomentberechnungseinrichtung 12 berechneten geschätzten Drehmoments ein. Wenn beispielsweise die Größe des geschätzten Drehmoments groß ist, d. h. die Last schwer ist, kann ein relativ großer Schwellenwert eingestellt werden, um eine fehlerhafte Bestimmung zu vermeiden. In diesem Fall ist die Schwellenwerteinstelleinrichtung 19 dazu eingerichtet, den ersten oder zweiten Schwellenwert gemäß einem vorgegebenen Verhältnis zwischen dem Schwellenwert einem geschätzten Drehmomentwert adäquat einzustellen. Der durch die Schwellenwerteinstelleinrichtung 19 eingestellte Schwellenwert kann sich mit zunehmendem geschätztem Drehmoment schrittweise erhöhen. Alternativ kann die Schwellenwerteinstelleinrichtung 19 einen Schwellenwert einstellen, der sich mit zunehmendem geschätztem Drehmoment mit konstanter Rate erhöht.
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Effekt der Erfindung
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Die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vergleicht ein zum Beibehalten der Stellung einer automatischen Maschine erforderliches geschätztes Drehmoment, das basierend auf voreingestellten Lastinformationen berechnet wird, mit einem Ist-Drehmoment, das tatsächlich ausgegeben wird, um die Stellung beizubehalten, und bestimmt basierend auf dem Vergleichsergebnis automatisch, ob die Lastinformationen adäquat sind oder nicht. Die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, die Maschine zu stoppen oder dem Benutzer eine Anomalie zu melden, wenn bestimmt wird, dass die Lastinformationen inadäquat sind. Dies kann eine auf inadäquate Lastinformationen zurückzuführende Fehlfunktion der Maschine oder Beschädigung des Mechanismusteils verhindern.
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Obgleich vorstehend verschiedene Ausführungsformen und Varianten der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, ist es für einen Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich, dass die beabsichtigten Funktionen und Effekte auch durch andere Ausführungsformen und Varianten realisiert werden können. Insbesondere ist es möglich, eine Komponente der Ausführungsformen und Variationen wegzulassen oder zu ersetzen, oder zusätzlich eine bekannte Einrichtung vorzusehen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Des Weiteren ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung durch eine beliebige Kombination von Merkmalen der hierin entweder explizit oder implizit offenbarten Ausführungsformen umgesetzt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 09-091004 A [0003, 0005, 0028]
- JP 2011-235374 A [0004, 0005, 0028]
- JP 2005-088140 A [0006, 0007]
