DE102017114985B4

DE102017114985B4 - Roboterfehlerteil-Diagnosevorrichtung und Verfahren

Info

Publication number: DE102017114985B4
Application number: DE102017114985.6A
Authority: DE
Inventors: Kyouhei Kokubo
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2017-07-05
Publication date: 2022-02-03
Anticipated expiration: 2037-07-06
Also published as: JP6564350B2; DE102017114985A1; CN107598966B; JP2018008327A; US20180015616A1; US10513035B2; CN107598966A

Abstract

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Position eines zu ersetzenden Teils leicht identifizieren zu können, wenn ein großer Positionierungsfehler vorliegt. Es handelt sich um eine Roboterfehlerteil-Diagnosevorrichtung 1, umfassend eine Positionsmesseinheit 8, die ein Ziel und einen Sensor 8 zum Erfassen eines Bildes des Ziels umfasst, wobei entweder das Ziel oder der Sensor 8 am Roboter befestigt ist und das/der jeweils andere außerhalb des Roboters angeordnet ist, wobei die Positionsmesseinheit 8 die Positionen des Ziels mit dem Sensor für eine Vielzahl von Haltungen des Roboters misst; eine Fehlerberechnungseinheit 9, die den Positionierungsfehler des Roboters auf der Grundlage der gemessenen Positionen des Ziels berechnet; eine Parameterberechnungseinheit 5, die die mechanischen Parameter der jeweiligen Betriebswellen des Roboters auf der Grundlage der Positionen des Ziels berechnet, die für die jeweiligen Haltungen durch die Positionsmesseinheit 8 gemessen werden, wenn der berechnete Positionierungsfehler größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist; und eine Fehlerteil-Identifizierungseinheit 6, die als ursächlichen Teil die Betriebswelle identifiziert, bei der die Differenz zwischen den berechneten mechanischen Parametern und den voreingestellten mechanischen Parametern zum Erzielen der Haltungen die größte ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Roboterfehlerteil-Diagnosevorrichtung und ein -Verfahren.
Herkömmlicherweise sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen und Korrigieren eines Positionierungsfehlers eines Roboters bekannt (zum Beispiel siehe PTL 1: JP H08 - 174 453 A ).
Bei dieser Vorrichtung und diesem Verfahren ist ein Ziel entweder auf einem Tisch oder dem fernen Ende eines Roboters angeordnet und eine Messvorrichtung ist auf dem anderen Ende angeordnet und durch Erhalten eines Verbindungsparameterfehlers zwischen der Entfernung zum Ziel, gemessen durch die Messvorrichtung, und durch einen Betriebsbefehlswert des Roboters wird ein Positionierungsfehler des fernen Endes des Roboters abgeschätzt.
Aus der Druckschrift DE 60 2005 003 147 T2 ist ferner ein Messsystem bekannt, das leicht eine dreidimensionale Position eines zu messenden Ziels unter Verwendung einer Lichtempfangsvorrichtung messen kann. Die Lichtempfangsvorrichtung ist hierbei an einem Manipulator eines Roboters angebracht ist. Wenn der Manipulator an einer ersten Position positioniert ist, wird ein Bewegungsprozess zum Bewegen eines Bildes des Ziels, das von der Lichtempfangsvorrichtung oder einer Kamera abgebildet wird, zu einer Mitte einer Lichtempfangsfläche der Kamera ausgeführt. Als nächstes wird der an der ersten Position positionierte Manipulator ohne Änderung der Ausrichtung der Kamera in eine zweite Position bewegt, in der sich der Abstand zwischen der Kamera und dem Ziel von demjenigen an der ersten Position unterscheidet. Danach wird der Verschiebevorgang erneut ausgeführt. Basierend auf der Position des Manipulators nach dem Prozess wird die Ausrichtung eines Koordinatensystems berechnet, das die Richtung einer visuellen Linie darstellt. Dann wird der Manipulator um 180 Grad um die Z-Achse des Koordinatensystems gedreht und der Bewegungsprozess wird erneut ausgeführt. Ein Mittelpunkt der Positionen des Koordinatensystems vor und nach der Bewegung des Manipulators wird als Ursprung eines weiteren Koordinatensystems bestimmt, das die Ausrichtung und die Position der visuellen Linie darstellt.
Aus der Druckschrift EP 1 875 991 B1 sind ein Messsystem und ein Kalibrierverfahren bekannt, welche zur automatischen Berechnung von Fehlern mechanischer Parameter mit hoher Genauigkeit und zur Korrektur der Parameter mittels eines relativ kleinen und kostengünstigen Messgeräts eingerichtet sind. In Bezug auf mehrere Messpositionen wird ein Roboter automatisch so bewegt, dass auf einer Lichtempfangsfläche einer Kamera der Abstand zwischen den Zentren einer Ellipse, die eine Markierung eines Ziels anzeigt, und einem Kreis, der die Form des Ziels repräsentiert, sowie der Längenunterschied zwischen der Länge der Längsachse der Ellipse und dem Durchmesser des Kreises innerhalb eines vorbestimmten Fehlerbereichs liegen.
Aus der Druckschrift EP 1 584 426 B1 ist ein Messsystem bekannt, bei dem ein Bild eines Werkzeugmittelpunkts, das von einer Kamera aus zwei Ausgangspositionen aufgenommen wurde, durch einen vorbestimmten Punktbewegungsprozess zu einem vorbestimmten Punkt in der Mitte einer Lichtempfangsfläche bewegt wird, um so erste Roboterpositionen zu erfassen. Anhand der erfassten Roboterpositionen wird die Richtung einer Sichtlinie bestimmt. Als nächstes wird der Roboter an die Position bewegt, an der seine Position um 180 Grad um die Z-Achse eines ersten Koordinatensystems gedreht wird, um den vorbestimmten Punktbewegungsprozess auszuführen. Nach der Drehbewegung wird eine weitere Roboterposition erfasst. Der Mittelpunkt zwischen der ersten Position und der zweiten Position wird als Ursprung eines zweiten Koordinatensystems bestimmt. Unter Verwendung der Position und der Haltung der Sichtlinie wird die Position des Werkzeugmittelpunkts bestimmt. Somit kann die Position des Werkzeugmittelpunkts in Bezug auf die Werkzeugmontagefläche unter Verwendung einer festen Lichtempfangsvorrichtung bestimmt werden. Durch zusätzliches Messen von zwei Punkten an bekannten relativen Positionen vom Werkzeugmittelpunkt aus, können sowohl die Werkzeughaltung als auch die Position des Werkzeugmittelpunkts bestimmt werden.
Aus der Druckschrift US 2015 / 0 273 692 A1 ist ein Steuerungsverfahren bekannt, das einem Robotersystem die hochgenaue Bestimmung eines Ursprungsversatzes an einzelnen Gelenken selbst mit einer kleinen Anzahl von Kameras ermöglicht. Eine Steuereinheit steuert dabei einen Roboter und eine Kamera, um einen Fotografierschritt für jedes der Drehgelenke des Robotersystems durchzuführen und dabei fotografische Daten zu erfassen. Anschließend wird eine Rechensteuerung durchgeführt. Der Fotografierschritt weist mehreren Gelenken des Roboters vorbestimmte Koordinatenwinkel zu, um zu bewirken, dass die Gelenke vorbestimmte Positionen und Ausrichtungen einnehmen, und veranlasst anschließend die Kamera, eine Markierung während eines Prozesses zu fotografieren, bei dem der Roboter eines der mehreren Gelenke aus der vorgegebenen Position und Ausrichtung dreht. Die Rechensteuerung identifiziert das Gelenk, das einen Rotationsachsenversatz verursacht.
Aus der Druckschrift JP H05 - 008 185 A ist ein Messverfahren bekannt, das die automatische Messung von Betriebsfehlern eines Roboterkörpers unter Verwendung einer kostengünstigen Einrichtung ermöglicht. Hierbei ist eine CCD-Kamera an der Spitze eines Handgelenks eines Roboters angebracht und eine Punktlichtquelle ist an einer Basis des Roboters vorgesehen. Eine Vielzahl von Haltungen wird dem Roboter durch Ändern der Positionen und der Haltungen von Roboterverbindungen angeordnet, und die Punktlichtquelle wird mittels der CCD-Kamera in den jeweiligen Haltungen fotografiert. Es werden Abweichungen zwischen den fotografierten Positionskoordinaten der Punktlichtquelle auf einem Bilderzeugungsbildschirm der CCD-Kamera und den berechneten theoretischen Positionskoordinaten erhalten. Auf der Grundlage der Abweichungen werden die angegebenen Berechnungen durchgeführt und die Fehler zwischen den theoretischen Werten und den tatsächlichen Werten in der relativen Positionsbeziehung zwischen den jeweiligen Verbindungen werden erhalten und zur Korrektur der Betriebsfehler verwendet.
Aus der Druckschrift JP S62 - 049 513 A ist eine automatische Messung einer Maschinenkonstante eines in einem Montagezustand eingestellten Roboters bekannt. Hierbei werden drei verschiedene Stellungen des Roboters gegen eine Referenzposition angegeben. Ein Maschinenkonstanten-Arithmetikmittel berechnet eine Referenzmaschinenkonstante basierend auf den von einem Winkelsensor erfassten Winkeldaten für jede Stellung und auf einer vorgeschriebenen Korrelationsgleichung. Dann erhält ein Vergleichsarithmetikmittel eine Differenz zwischen der Referenzmaschinenkonstante und einer weiteren Referenzmaschinenkonstante. Ein geeigneter Zustand wird dann festgestellt, wenn die Differenz innerhalb eines zulässigen Fehlerbereichs gehalten wird. Somit ist es möglich, die Maschinenkonstante des Roboters zu messen, während der Roboter arbeitet. Dies kann die absolute Positioniergenauigkeit des Roboters verbessern.
Obwohl es möglich ist, einen Positionierungsfehler mit der Vorrichtung und dem Verfahren, die in der obengenannten PTL 1 offenbart sind, abzuschätzen, kann jedoch, wenn ein großer Positionierungsfehler abgeschätzt wird, der Teil des Roboters, der den großen Positionierungsfehler verursacht, nicht leicht identifiziert werden.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände gemacht und eine Aufgabe hiervon besteht darin, eine Roboterfehlerteil-Diagnosevorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit denen die Position des zu ersetzenden Teils leicht identifiziert werden kann, wenn ein großer Positionierungsfehler vorliegt.
Um die oben beschriebene Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung die folgenden Lösungen bereit.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Roboterfehlerteil-Diagnosevorrichtung bereit, umfassend: eine Positionsmesseinheit, die ein Ziel und einen Sensor zum Erfassen eines Bildes des Ziels umfasst, wobei entweder das Ziel oder der Sensor an einem Roboter befestigt ist und das/der jeweilig andere außerhalb des Roboters angeordnet ist, wobei die Positionsmesseinheit die Positionen des Ziels mit dem Sensor für eine Vielzahl von Haltungen des Roboters misst; eine Fehlerberechnungseinheit, die einen Positionierungsfehler des Roboters auf der Basis der von der Positionsmesseinheit gemessenen Positionen des Ziels berechnet; eine Parameterberechnungseinheit, die mechanische Parameter der jeweiligen Betriebswellen des Roboters auf der Grundlage der von der Positionsmesseinheit für die jeweiligen Positionen gemessenen Positionen des Ziels berechnet, wenn der von der Fehlerberechnungseinheit berechnete Positionsfehler größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert; und eine Fehlerteil-Identifizierungseinheit, die als ursächlicher Teil die Betriebswelle identifiziert, bei der die Differenz zwischen den von der Parameterberechnungseinheit berechneten mechanischen Parametern und den vorgegebenen mechanischen Parametern zur Erreichung der jeweiligen Haltungen die größte ist.
Gemäß diesem Aspekt werden in einem Zustand, in dem entweder das Ziel oder der Sensor am Roboter befestigt ist und das/der jeweilig andere außerhalb des Roboters angeordnet ist und der Roboter in einer Vielzahl von vorbestimmten Messhaltungen positioniert ist, die Positionen des Ziels mit dem Sensor der Positionsmesseinheit gemessen und ein Positionierungsfehler des Roboters wird auf der Basis der von der Fehlerberechnungseinheit gemessenen Positionen des Ziels berechnet. Wenn der Positionierungsfehler des Roboters größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, ist das Vorhandensein eines Anpassungsfehlers in den Komponenten des Roboters in sehr hohem Maße möglich. Daher muss die Komponente, welche den Anpassungsfehler aufweist, identifiziert werden.
So berechnet die Parameterberechnungseinheit die mechanischen Parameter der jeweiligen Betriebswellen des Roboters für die jeweiligen Haltungen des Roboters auf der Basis der von der Positionsmesseinheit gemessenen Positionen des Ziels und die Fehlerteil-Identifizierungseinheit identifiziert als ursächlicher Teil die Betriebswelle, in der die Differenz zwischen den berechneten Werten und den voreingestellten Werten am größten ist. Als Ergebnis wird das Vorhandensein eines fehlerhaften Teils nahe der identifizierten Betriebswelle einfach angezeigt und somit kann eine Maßnahme wie ein Austausch des Teils leicht genommen werden.
Bei dem obigen Aspekt kann die Fehlerteil-Identifizierungseinheit den Positionierungsfehler des Roboters unter Verwendung des mechanischen Parameters, der durch die Parameterberechnungseinheit für eine der Betriebswellen, die als Bestimmungswelle dient, berechnet wird, und unter Verwendung der voreingestellten mechanischen Parameter für die anderen Betriebswellen berechnen und als ursächlicher Teil die Bestimmungswelle identifizieren, in welcher der berechnete Positionierungsfehler minimal ist.
Bei dieser Konfiguration wird, wenn der Positionierungsfehler unter Verwendung der mechanischen Parameter der jeweiligen Betriebswellen, die aus den von dem Sensor für die jeweiligen Haltungen des Roboters durchgeführten Messungsergebnissen erhalten werden, eins-zueins als mechanischer Parameter der Bestimmungswelle berechnet wird, und durch Einstellen der verbleibenden Betriebswellen auf die vorgegebenen mechanischen Parameter eine Bestimmungswelle, bei welcher der Positionierungsfehler minimal ist, als ursächlicher Teil identifiziert.
Genauer gesagt, wenn die mechanischen Parameter aller Betriebswellen auf die voreingestellten Werte zum Erreichen der jeweiligen Positionen eingestellt sind, wird, wenn der Positionierungsfehler aufgrund eines Defekts in irgendeinem der Teile erhöht wird, nur der mechanische Parameter der Betriebswelle, welche dem fehlerhaften Teil entspricht, auf den mechanischen Parameter eingestellt, der aus dem durch den Sensor durchgeführten Ergebnis der Messung erhalten wird. Auf diese Weise kann der berechnete Positionierungsfehler deutlich reduziert werden. Dementsprechend kann durch Identifizieren einer solchen Betriebswelle als der kausale Zusammenhang der Teil, der ersetzt werden muss, genauer identifiziert werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Roboterfehlerteil-Diagnoseverfahren bereit, umfassend: einen Positionsmessschritt, bei dem entweder ein Ziel oder ein Sensor zum Erfassen eines Bildes des Ziels an einem Roboter befestigt ist und das/der jeweils andere außerhalb des Roboters angeordnet ist und wobei Positionen des Ziels mit dem Sensor für eine Vielzahl von Haltungen des Roboters gemessen werden; einen Fehlerberechnungsschritt, bei dem ein Positionierungsfehler des Roboters auf der Basis der im Positionsmessschritt gemessenen Positionen des Ziels berechnet wird; einen Fehlerbestimmungsschritt, in dem bestimmt wird, ob der in dem Fehlerberechnungsschritt berechnete Positionierungsfehler größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert; einen Parameterberechnungsschritt, bei dem, wenn festgestellt wurde, dass der Positionierungsfehler im Fehlerbestimmungsschritt größer ist als der Schwellenwert, mechanische Parameter der jeweiligen Betriebswellen des Roboters auf der Basis der Positionen des Ziels, die für die jeweiligen Haltungen im Positionsmessschritt gemessen werden, berechnet werden; und einen Fehlerteil-Identifizierungsschritt, bei dem die Betriebswelle mit der größten Differenz zwischen den in dem Parameterberechnungsschritt berechneten mechanischen Parametern und den voreingestellten mechanischen Parametern zur Erreichung der jeweiligen Haltungen als ursächlicher Teil identifiziert wird.
Bei dem obigen Aspekt kann im Fehlerteil-Identifizierungsschritt der Positionierungsfehler des Roboters unter Verwendung des mechanischen Parameters, der für eine der Operationswellen, die als Bestimmungswelle dient, im Parameterberechnungsschritt berechnet wird, und unter Verwendung der voreingestellten mechanischen Parameter für die anderen Betriebswellen berechnet werden und die Bestimmungswelle, in welcher der berechnete Positionierungsfehler minimal ist, kann als ursächlicher Teil identifiziert werden.
Die vorliegende Erfindung erzielt einen Vorteil insofern, dass es möglich ist, die Position eines zu ersetzenden Teils leicht zu identifizieren, wenn ein großer Positionierungsfehler vorliegt.

1 ist ein Diagramm, das die Gesamtkonfiguration eines Robotersystems zeigt, das mit einer Roboterfehlerteil-Diagnosevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist.
2 ist ein Blockdiagramm, das die Roboterfehlerteil-Diagnosevorrichtung in 1 zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Defekt-Teil-Diagnoseverfahrens unter Verwendung der Roboterfehlerteil-Diagnosevorrichtung in 1.
4 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Positionsmessschritts im Fehlerteil-Diagnoseverfahren in 3.
5 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines mechanischen Parameterberechnungsschritts im Fehlerteil-Diagnoseverfahren in 3.
6 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Fehlerteil-Identifizierungsschritts im Fehlerteil-Diagnoseverfahren in 3.

Eine Roboterfehlerteil-Diagnosevorrichtung 1 und ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, ist die Roboterfehlerteil-Diagnosevorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform in einem Robotersystem mit einem Roboter 2 und einer Robotersteuervorrichtung 3 zum Steuern des Betriebs des Roboters 2 vorgesehen und umfasst: eine Fehlermesseinheit 4, die einen Positionierungsfehler des Roboters 2 misst; eine Parameterberechnungseinheit 5, welche die mechanischen Parameter der jeweiligen Betriebswellen berechnet, wenn der von der Fehlermesseinheit 4 gemessene Positionierungsfehler größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert; und eine Fehlerteil-Identifizierungseinheit 6, die den Teil identifiziert, der den großen Positionierungsfehler verursacht, indem die von der Parameterberechnungseinheit 5 berechneten mechanischen Parameter verwendet werden. In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 7 eine Lehrbetriebsschalttafel.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, umfasst die Fehlermesseinheit 4 ein am fernen Ende des Roboters 2 befestigtes Ziel O, eine Kamera (Sensor, Positionsmesseinheit) 8, die außerhalb des Roboters 2 (zum Beispiel am Boden) an einer Position befestigt ist, wo sie ein Bild des Ziels erfassen kann, und eine Fehlerberechnungseinheit 9, die einen Positionierungsfehler auf der Basis der Informationen über die Positionen der jeweiligen Betriebswellen des Roboters 2, die von der Robotersteuervorrichtung 3 erhalten wird, und der Bildinformation, die von der Kamera 8 erfasst wird, berechnet.
Genauer gesagt, berechnet die Fehlerberechnungseinheit 9 die Positionen des Ziels O auf der Grundlage der Winkel, die durch Kodierer erhalten werden, die auf Motoren der jeweiligen Betriebswellen vorgesehen sind, die erfasst werden, wenn der Roboter 2 eine vorbestimmte Anzahl N von Messhaltungen annimmt, sie berechnet die Positionsbeziehung zwischen dem Ziel O und der Kamera 8 auf der Grundlage der von der Kamera 8 aufgenommenen Bilder und sie berechnet die Einbauposition der Kamera 8 für jede der N Messhaltungen auf der Basis der berechneten Positionen des Ziels O und der Positionsbeziehung zwischen dem Ziel O und der Kamera 8. Dann berechnet die Fehlerberechnungseinheit 9 die Standardabweichung σ₀ der berechneten Anzahl N der Einbaupositionen der Kamera 8 als einen Positionierungsfehler.
Die Parameterberechnungseinheit 5 bestimmt, ob die Standardabweichung σ₀ der N Einbaupositionen der Kamera 8 größer ist als eine vorbestimmte Schwelle ε oder nicht. Wenn die Standardabweichung σ₀ größer ist als die Schwelle ε, wird bestimmt, dass es einen Teil gibt, der ersetzt werden muss. Wenn die Standardabweichung σ₀ kleiner als oder gleich wie die Schwelle ε ist, wird bestimmt, dass es keinen Teil gibt, der ersetzt werden muss.
Wenn bestimmt wird, dass es einen Teil gibt, der ersetzt werden muss, berechnet die Parameterberechnungseinheit 5 die mechanischen Parameter des Roboters 2 für jede der N Messhaltungen nach einem bekannten Verfahren unter Verwendung der N Einbaupositionen der Kamera 8, die durch die Fehlermesseinheit 4 berechnet sind. Beispiele für die bekannten Verfahren umfassen beispielsweise ein Verfahren, das in R. Bernhardt, „Robot Calibration“, KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS, ISBN 0-412-49140-0, offenbart ist, oder ein Verfahren, das in Hanqi Zhuang und Zvi S. Roth, „Camera-Aided Robot Calibration“, CRC-Press, offenbart ist. In diesem Fall werden alle mechanischen Parameter, die den großen Positionierungsfehler verursachen, aufgelistet.
Beispiele für die mechanischen Parameter sind DH-Parameter, welche die geometrischen Zustände der jeweiligen Glieder des Roboters 2 und die in der Kalibrierung bearbeiteten Parameter, wie zum Beispiel Federkonstanten, zur Korrektur der Auslenkung des Roboters 2 zeigen.
Um die Erläuterung zu vereinfachen, wird davon ausgegangen, dass alle Betriebswellen des Roboters 2 Drehwellen sind, welche die Glieder relativ drehen, und dass DH-Parameter (d, a, θ, α) jeder Betriebswelle als die mechanischen Parameter verwendet werden.
Hier ist d der Abstand zwischen den Gliedern, a ist der Abstand zwischen den Betriebswellen, θ ist der Winkel zwischen den Gliedern und α ist der Torsionswinkel zwischen den Gliedern. Es wird auch angenommen, dass die Anzahl der mechanischen Parameter L, die einen großen Positionierungsfehler verursachen, gleich der Anzahl der Betriebswellen des Roboters 2 ist.
Unter den mechanischen Parametern der jeweiligen Betriebswellen, die für jede der N Messhaltungen durch die Parameterberechnungseinheit 5 berechnet werden, erfasst die Fehlerteil-Identifizierungseinheit 6 einen mechanischen Parameter mit dem größten Unterschied im Absolutwert relativ zu den voreingestellten Werten beim Erreichen der jeweiligen Messhaltungen, um so einen Teil in der Nähe der Betriebswelle zu identifizieren, zu dem der erfasste mechanische Parameter als ein Teil, der ersetzt werden muss, gehört.
Ein Fehlerteil-Diagnoseverfahren unter Verwendung der so konfigurierten Roboterfehlerteil-Diagnosevorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben.
Wie in 3 gezeigt, umfasst das Fehlerteil-Diagnoseverfahren gemäß dieser Ausführungsform: einen Positionsmessschritt S1, in dem die Einbaupositionen der Kamera 8 gemessen werden; einen Fehlerberechnungsschritt S2, in dem die Standardabweichung σ₀ der Einbaupositionen der Kamera 8 berechnet wird; einen Bestimmungsschritt (Fehlerbestimmungsschritt) S3, in dem bestimmt wird, ob die Standardabweichung σ₀ größer als ein vorgegebener Schwellenwert ε ist; einen Parameterberechnungsschritt S4, bei dem, wenn festgestellt wurde, dass die Standardabweichung σ₀ größer als der vorbestimmte Schwellwert ε ist, die mechanischen Parameter berechnet werden; und einen Fehlerteil-Identifizierungsschritt S5, in dem ein fehlerhafter Teil auf der Basis der berechneten mechanischen Parameter identifiziert wird.
Wie in 4 gezeigt, wird in dem Positionsmessschritt S1 ein Wert n initialisiert (Schritt S11), der Roboter 2 wird eingestellt, um dann die n.te Messhaltung einzunehmen (Schritt S12), die Winkelerfassungswerte der Motoren der jeweiligen Betriebswellen werden von den Kodierern erhalten (Schritt S13), ein Bild des Ziels O wird mit der Kamera 8 erfasst (Schritt S14), die Einbauposition der n.ten Kamera 8 wird berechnet (Schritt S15), der Wert n wird hochgezählt (Schritt S16) und es wird bestimmt, ob der Wert n größer als N ist (Schritt S17). Wenn der Wert n kleiner oder gleich N ist, wird der Prozess von Schritt S12 wiederholt.
Wie in 5 gezeigt, wird in dem Parameterberechnungsschritt S4 der Wert n initialisiert (Schritt S21) und der Wert c wird initialisiert (Schritt S22). Die voreingestellten mechanischen Parameter Rns = (Rn1s, rn2s, ..., rnLs) der jeweiligen Betriebswellen zum Erzielen der n.ten Messhaltung sind bekannt und die mechanischen Parameter aller Betriebswellen sind auf die voreingestellten Werte eingestellt (Schritt S23 bis S26). Dann wird nur der mechanische Parameter rnc der c.ten Betriebswelle durch umgekehrte Berechnung aus der Position des Ziels O in der n.ten Messhaltung, die von der Kamera 8 im Positionsmessschritt S1 gemessen wird, erhalten (Schritt S27) .
Dann wird der Wert c hochgezählt (Schritt S28) und es wird bestimmt, ob der Wert c größer als L ist (Schritt S29). Wenn der Wert c kleiner oder gleich L ist, wird der Prozess von Schritt S23 an wiederholt. Umgekehrt wird, wenn der Wert c größer als L ist, der Wert n erhöht (Schritt S30) und es wird bestimmt, ob der Wert n größer als N ist (Schritt S31). Wenn der Wert n kleiner oder gleich N ist, wird der Prozess von Schritt S22 an wiederholt.
Als Ergebnis werden für jede der N Messhaltungen L mechanische Parameter erzeugt, bei denen nur einer der mechanischen Parameter aus dem von der Kamera 8 aufgenommenen Bild berechnet wird und die übrigen mechanischen Parameter auf die voreingestellten Werte gesetzt werden.
Wie in 6 gezeigt ist, wird in dem Fehlerteil-Identifizierungsschritt S5 der Wert n initialisiert (Schritt S41), D_n0 wird auf 0 gesetzt (Schritt S42) und der Wert i wird initialisiert (Schritt S43). Dann wird in Schritt S27 der Absolutwert Dni der Differenz zwischen dem berechneten mechanischen Parameter rni und dem entsprechenden voreingestellten Wert r_nis berechnet (Schritt S44).
Es wird bestimmt (Schritt S45), ob der berechnete Absolutwert Dni der Differenz größer als der Absolutwert D_ni-1 der unmittelbar vorhergehenden Differenz ist. Wenn der Absolutwert Dni größer als der Absolutwert D_ni-1 ist, wird der Absolutwert Dni der Differenz als Anfangswert D_n+1, ₀ für die nächste Schleife gespeichert (Schritt S46) und I_max wird auf einen Wert i gesetzt (Schritt S47). Der Wert i wird hochgezählt (Schritt S48) und es wird bestimmt, ob der Wert i größer als L ist (Schritt S49). Wenn der Wert i kleiner oder gleich L ist, wird der Prozess von Schritt S44 wiederholt. Wenn der Wert i größer als L ist, wird der Wert n erhöht (Schritt S50), und es wird bestimmt, ob der Wert n größer als N ist (Schritt S51). Wenn der Wert n kleiner oder gleich N ist, wird der Prozess von Schritt S43 an wiederholt.
Als Ergebnis wird die Wellenzahl Imax, in welcher der absolute Wert der Differenz des mechanischen Parameters am größten ist, identifiziert. Genauer gesagt, wenn der mechanische Parameter, der aus der tatsächlichen Position des von der Kamera 8 erfassten Ziels O berechnet wird, signifikant vom voreingestellten Wert, um den Roboter 2 jene Messhaltung ein nehmen zu lassen, abweicht, kann sie als die Betriebswelle identifiziert werden, in welcher der fehlerhafte Teil vorhanden ist.
Auf diese Weise ist es gemäß der Roboterfehlerteil-Diagnosevorrichtung 1 und dem Verfahren gemäß dieser Ausführungsform möglich, wenn der Positionierungsfehler des Roboters 2 groß ist, die Betriebswelle (ursächlicher Teil) leicht zu identifizieren, die den Teil aufweist, der hauptsächlich einen großen Positionierungsfehler verursacht und daher ersetzt werden muss. Dementsprechend besteht ein Vorteil darin, dass es möglich ist, die Unannehmlichkeit zu verhindern, einen Teil versenden zu müssen, der ersetzt werden muss, nachdem der Positionierungsfehler durch Kalibrierung in einen vorbestimmten Bereich gebracht wurde.
Es sei angemerkt, dass bei dieser Ausführungsform zwar die Fehlermesseinheit 4 das am fernen Ende des Roboters 2 befestigte Ziel O und die außerhalb des Roboters 2 befestigte Kamera 8 aufweist, es aber auch möglich ist, die Kamera 8 am fernen Ende des Roboters 2 und das Ziel O außerhalb des Roboters 2 vorzusehen.
Des Weiteren kann bei dieser Ausführungsform, obwohl die Fehlerteil-Identifizierungseinheit 6 einen mechanischen Parameter unter den mechanischen Parametern der jeweiligen Betriebswellen, die für jede der N Messhaltungen berechnet wurden, erfasst, dessen Unterschied im Absolutwert gegenüber dem Standardwert am größten ist, um einen Teil nahe der Betriebswelle zu identifizieren, zu dem der erfasste mechanische Parameter als der zu ersetzende Teil gehört, der Teil durch das unten beschriebene Verfahren identifiziert werden.
Genauer gesagt, wie in dem Flussdiagramm in 5 gezeigt, ist es möglich, dass die Einbaupositionen der Kamera 8 unter Verwendung des mechanischen Parameters, der durch umgekehrte Berechnung aus den Positionen des Ziels O in den N Messhaltungen, die von der Kamera 8 gemessen werden, erhalten wird, nur einer bestimmten Betriebswelle, berechnet werden, deren Standardabweichung berechnet wird, und die Betriebswelle (Bestimmungswelle), bei der die berechnete Standardabweichung am kleinsten ist, wird als die Betriebswelle (ursächlicher Teil) mit dem Teil identifiziert, der hauptsächlich einen großen Positionierungsfehler verursacht und daher ersetzt werden muss.
Weiterhin können in dieser Ausführungsform, obwohl DH-Parameter als Beispiel für mechanische Parameter gezeigt wurden, stattdessen andere beliebige mechanische Parameter verwendet werden. In diesem Fall kann, um einen Vergleich der Größe der Differenz relativ zum voreingestellten Wert zwischen mechanischen Parametern mit unterschiedlichen Einheiten zu ermöglichen, eine entsprechende Skala der Einheiten im Voraus eingestellt werden, so dass die Werte miteinander verglichen werden können, wie sie sind.
Bezugszeichenliste

1: Fehlerteil-Diagnosegerät
2: Roboter
5: Parameterberechnungseinheit
6: Fehlerteil-Identifikationseinheit
8: Kamera (Sensor, Positionsmesseinheit)
9: Fehlerberechnungseinheit
O: Ziel
ε: Schwellenwert
S1: Positionsmessschritt
S2: Fehlerberechnungsschritt
S3: Bestimmungsschritt (Fehlerbestimmungsschritt)
S4: Parameterberechnungsschritt
S5: Fehlerteil-Identifizierungsschritt

Claims

Roboterfehlerteil-Diagnosevorrichtung (1), umfassend: eine Positionsmesseinheit (8) mit einem Ziel (O) und einem Sensor zum Erfassen eines Bildes des Ziels (O), wobei entweder das Ziel (O) oder der Sensor an einem Roboter (2) befestigt ist und das/der jeweils andere außerhalb des Roboters (2) angeordnet ist, wobei die Positionsmesseinheit (8) Positionen des Ziels (O) mit dem Sensor für eine Vielzahl von Haltungen des Roboters (2) misst; eine Fehlerberechnungseinheit (9), die einen Positionierungsfehler des Roboters (2) auf der Grundlage der von der Positionsmesseinheit (8) gemessenen Positionen des Ziels (O) berechnet; eine Parameterberechnungseinheit (5), die mechanische Parameter der jeweiligen Betriebswellen des Roboters (2) auf der Grundlage der von der Positionsmesseinheit (8) für die jeweiligen Positionen gemessenen Positionen des Ziels (O) berechnet, wenn der von der Fehlerberechnungseinheit (9) berechnete Positionsfehler größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist; und eine Fehlerteil-Identifizierungseinheit (6), die als ursächlicher Teil die Betriebswelle identifiziert, bei welcher die Differenz zwischen den von der Parameterberechnungseinheit (5) berechneten mechanischen Parametern und den voreingestellten mechanischen Parametern zum Erzielen der jeweiligen Haltungen die größte ist.
Roboterfehlerteil-Diagnosevorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Fehlerteil-Identifizierungseinheit (6) den Positionierungsfehler des Roboters (2) unter Verwendung der von der Parameterberechnungseinheit (5) berechneten mechanischen Parameter für eine der Betriebswellen, die als Bestimmungswelle dient, und unter Verwendung der voreingestellten mechanischen Parameter für die anderen verwenden Betriebswellen berechnet und als ursächlichen Teil die Bestimmungswelle, in welcher der berechnete Positionierungsfehler minimal ist, identifiziert.
Roboterfehlerteil-Diagnoseverfahren, umfassend: einen Positionsmessschritt (S1), bei dem entweder ein Ziel (O) oder ein Sensor zum Erfassen eines Bildes des Ziels (O) an einem Roboter (2) angebracht ist und das/der jeweils andere außerhalb des Roboters (2) angeordnet ist und bei dem die Positionen des Ziels (O) mit dem Sensor für eine Vielzahl von Haltungen des Roboters (2) gemessen werden; einen Fehlerberechnungsschritt (S2), bei dem ein Positionierungsfehler des Roboters (2) auf der Basis der Positionen des in dem Positionsmessschritt (S1) gemessenen Ziels (O) berechnet wird; einen Fehlerbestimmungsschritt (S2), in dem bestimmt wird, ob der im Fehlerberechnungsschritt (S2) berechnete Positionierungsfehler größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist; einen Parameterberechnungsschritt (S4), bei dem, wenn festgestellt wurde, dass der Positionierungsfehler im Fehlerbestimmungsschritt (S2) größer als der Schwellenwert ist, mechanische Parameter der jeweiligen Betriebswellen des Roboters (2) auf der Grundlage der Positionen des Ziels (O), die für die jeweiligen Haltungen im Positionsmessschritt (S1) gemessen wurden, berechnet werden; und einen Fehlerteil-Identifizierungsschritt (S5), bei dem die Betriebswelle mit der größten Differenz zwischen den im Parameterberechnungsschritt (S4) berechneten mechanischen Parametern und den voreingestellten mechanischen Parametern zur Erreichung der jeweiligen Haltungen als ursächlicher Teil identifiziert wird.
Roboterfehlerteil-Diagnoseverfahren nach Anspruch 3, wobei im Fehlerteil-Identifizierungsschritt (S5) der Positionierungsfehler des Roboters (2) unter Verwendung der im Parameterberechnungsschritt (S4) berechneten mechanischen Parameter für eine der Betriebswellen, die als eine Bestimmungswelle dient, und unter Verwendung der voreingestellten mechanischen Parameter für die anderen Betriebswellen berechnet wird und die Bestimmungswelle, in welcher der berechnete Positionierungsfehler minimal ist, als ursächlicher Teil identifiziert wird.