DE102019128605B4

DE102019128605B4 - Robotersystem

Info

Publication number: DE102019128605B4
Application number: DE102019128605.0A
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Inoue; Toshikatsu Kuroki; Naoki Fujioka
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2022-11-03
Anticipated expiration: 2039-10-24
Also published as: DE102019128605A1

Abstract

Robotersystem (1), das Folgendes umfasst:einen Roboterkörper (2); undeine Steuervorrichtung (3), die den Roboterkörper (2) steuert,wobei der Roboterkörper (2) mit einem ersten Handgelenkelement (26), das an einem distalen Ende eines Arms (24) dahingehend gestützt wird, um eine erste Achse (L4), die sich entlang der Längsachse des Arms (24) erstreckt, drehbar zu sein, einem zweiten Handgelenkelement (27), das an dem ersten Handgelenkelement (26) dahingehend gestützt wird, um eine zweite Achse (L5), die die erste Achse (L4) schneidet, drehbar zu sein, und einem dritten Handgelenkelement (28), das an dem zweiten Handgelenkelement (27) dahingehend gestützt wird, um eine dritte Achse (L6), die die zweite Achse (L5) schneidet, drehbar zu sein, versehen ist;ein Drahtkörper (5), der durch das Innere des Arms (24) verkabelt ist, so mit einem an dem dritten Handgelenkelement (28) fixierten Arbeitsorgan (4) verbunden ist, dass er von einem in dem ersten Handgelenkelement (26) vorgesehenen Drahtkörperauslass durch einen Luftpfad außerhalb des Roboterkörpers (2) hindurchgeht; unddie Steuervorrichtung (3) mit Folgendem versehen ist: einer Winkelberechnungseinheit (32), die in einem Kartesischen Koordinatensystem, dessen Ursprung der Drahtkörperauslass ist und das eine sich in einer Richtung entlang der ersten Achse (L4) erstreckende Koordinatenachse aufweist, einen Winkel (Aθ, Bθ) einer geraden Linie (LA, LB), die den Drahtkörperauslass und einen speziellen Punkt (A, B) des Drahtkörpers (5) verbindet, wobei die gerade Linie (LA, LB) auf eine senkrecht zu der Koordinatenachse verlaufende Ebene projiziert ist, um die Koordinatenachse in Bezug auf eine Position, an der eine auf den Drahtkörper (5) wirkende Last am geringsten ist, berechnet; und einer Bestimmungseinheit (33), die bestimmt, ob der Absolutwert des von der Winkelberechnungseinheit (35) berechneten Winkels (Ae, Be) einen vorbestimmten Winkelschwellenwert überschritten hat.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Robotersystem.
Im Stand der Technik ist ein Industrieroboter bekannt, bei dem ein Teil eines durch das Innere des Roboters verkabelten Drahtkörpers zur Außenseite eines Handgelenks geführt ist und mit einem an dem distalen Ende des Handgelenks befestigten Werkzeug verbunden ist, wodurch für eine ausreichende zusätzliche Länge des Drahtkörpers in einem Außenbereich des Handgelenks gesorgt wird, und die ausreichende zusätzliche Länge des Drahtkörpers absorbiert durch den Betrieb des Handgelenks verursachtes Verbiegen und Verdrehen des Drahtkörpers, wodurch Beschädigungen an dem Drahtkörper reduziert werden (beispielsweise PTL 1).
[PTL 1] Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr.: JP 2003 - 305 683 A
Bei dem Industrieroboter von PTL 1 besteht jedoch ein Nachteil darin, dass der Drahtkörper in Abhängigkeit von einem Betriebswinkel des Handgelenks zu stark verdreht wird und dem Drahtkörper unbewusst beträchtlicher Schaden zugefügt wird, wodurch die Lebensdauer des Drahtkörpers zu einem frühen Zeitpunkt reduziert wird.
Aus der Druckschrift DE 60 2005 005 752 T2 ist ferner ein Laserbearbeitungsroboter mit einem Manipulator bekannt. Der Roboter umfasst ein an dem Manipulator befestigten Laserbearbeitungswerkzeug, eine optischen Faser zum Übertragen eines Laserstrahls zu dem Laserbearbeitungswerkzeug und einen Leitungsdurchgang, der innerhalb eines Armabschnitts ausgebildet ist, um die optische Faser aufzunehmen. Der Armabschnitt umfasst ein erstes Element, das fest um eine erste Steuerachse angeordnet ist, und ein zweites Element, das auf dem ersten Element drehbar um die erste Steuerachse gelagert ist. Der Leitungskanal ist durchgängig innerhalb des ersten und des zweiten Elements ausgebildet, wobei eine Einlassöffnung für die optische Faser in dem ersten Element und eine Auslassöffnung für die optische Faser in dem Handgelenkabschnitt vorgesehen ist. Das Laserbearbeitungswerkzeug umfasst einen Befestigungsabschnitt, der um eine zweite Steuerachse senkrecht zur ersten Steuerachse drehbar am Handgelenkteil angebracht ist; einen Düsenabschnitt, der sich vom Befestigungsabschnitt aus erstreckt und mit einem Laserstrahldurchgang versehen ist, der sich so erstreckt, dass er die zweite Steuerachse schneidet; und einen Reflexionsabschnitt, der innerhalb des Befestigungsabschnitts angeordnet ist, um einen von der optischen Faser emittierten Laserstrahl zu reflektieren und ihn auf den Laserstrahldurchgang zu richten. Die emittierende Endfläche der optischen Faser ist zwischen der Auslassöffnung der optischen Faser und dem reflektierenden Abschnitt angeordnet.
Die Druckschrift EP 2 006 056 B1 offenbart einen Industrieroboter mit einen Arm, einem Handgelenkselement, das drehbar mit dem Arm verbunden ist, einem Arbeitswerkzeug, das an einem distalen Ende des Handgelenkselements angebracht ist, und einen Motor, der an dem Handgelenkselement angebracht ist; wobei ein mit dem Arbeitswerkzeug verbundenes Versorgungsbauteil und ein mit dem Motor verbundenes Flachkabel so angeordnet sind, dass sie entlang des Handgelenkelements von der Armseite zum Hilfsarbeitswerkzeug oder zum Motor verlaufen. Ein sich in Richtung einer Drehachse des Handgelenkelements erstreckendes Rohrbauteil innerhalb des Arms ist vorgesehen, das mit dem Arbeitswerkzeug verbundene Versorgungsbauteil innerhalb des Rohrbauteils zu führen, wobei das mit dem Motor verbundene Flachkabel um die Außenseite des Rohrbauteils gewickelt ist, wobei das Flachkabel in einer Drehrichtung des Handgelenkelements durchhängt.
Die Druckschrift EP 1 602 460 A1 offenbart ein System zur Verwaltung von Versorgungsleitungen für einen Industrieroboter. Das System ist mit einem Manipulator versehen, der einen Unterarm mit einer ersten Längsachse umfasst, wobei der Unterarm eine Basis und ein erstes Handgelenkelement umfasst, das drehbar um die erste Achse mit der Basis verbunden ist und ein zweites Handgelenkelement, das mit dem ersten Handgelenkelement drehbar um eine zweite Achse verbunden ist, die allgemein senkrecht zu der ersten Achse ist; ein Arbeitswerkzeug, das an dem zweiten Handgelenkelement des Unterarms des Manipulators angebracht ist. Ein Versorgungselement, das außerhalb des Unterarms zwischen der Basis und dem zweiten Handgelenkelement verlegt ist, ist mit dem Arbeitswerkzeug verbunden. Ein Führungsabschnitt für das Versorgungselement, der im Unterarm vorgesehen ist, enthält einen Führungsdurchgang, der sich allgemein parallel zur ersten Achse erstreckt, um das Versorgungselement in einer führbaren Weise aufzunehmen. Ein Halteabschnitt ist für das Versorgungselement vorgesehen, der in dem zweiten Handgelenkelement vorgesehen ist, um das Versorgungselement in einer richtigen Position relativ zu dem Arbeitswerkzeug zu halten.
Der Versorgungselement-Führungsabschnitt ist so konfiguriert, dass er einer Drehbewegung des ersten Handgelenkelements um die erste Achse folgt und sich um die erste Achse verschiebt. Der Versorgungselement-Halteabschnitt ist konfiguriert, um einer Drehbewegung des zweiten Handgelenkselements um die zweite Achse zu folgen und das Versorgungselement in einem Radius zu biegen, der nicht kleiner ist, als ein zulässiger Biegeradius zwischen dem Versorgungselement-Führungsabschnitt und dem zweite Handgelenkelement.
Die Druckschrift US 2011 / 0 252 915 A1 offenbart einen Roboter, bei dem ein Strömungsweg zum Zuführen von Antriebsgas zu einem Werkzeugmontageabschnitt von einer Roboterbasis zu dem Werkzeugmontageabschnitt durch das Innere eines Rotationsrahmens, eines Rohrs, einer Schulter, eines Schwenkarms und eines Werkzeugbefestigungsdreharms angeordnet ist.
Die Druckschrift US 7 202 442 B2 offenbart eine Kabelanordnung für einen Roboterarm, die einen Dreharm und ein Leitungselement, wie etwa ein Stromkabel, umfasst. Der Dreharm hat ein vorderes Ende und ein Basisende, wobei das vordere Ende mit einer Schwenkwelle versehen ist und das Basisende mit einer Drehwelle versehen ist, die um eine Längsachse drehbar ist. Das Leitungselement erstreckt sich vom Basisende zum vorderen Ende des Arms. Die Rotationswelle umfasst ein Leitungsversatzelement, das mit mindestens einem Durchgangsloch zum Hindurchführen des Leitungselements ausgebildet ist. Das Durchgangsloch als Ganzes ist von der Achse der Drehwelle versetzt.
Die Druckschrift US 5 083 284 A offenbart eine Vorrichtung zum Vorhersagen der Lebensdauer von Kabeln für bewegliche Teile eines Industrieroboters. Die Vorrichtung umfasst eine Messvorrichtungen, die mit den Kabeln für die beweglichen Teile des Industrieroboters verbunden sind, zum Messen der mechanischen Bewegung der Kabel für die beweglichen Teile und eine CPU zum Sammeln von durch die Messvorrichtungen erhaltenen Ergebnissen und vorbestimmten Referenzwerten, um zu bestimmen, dass die Kabel für die beweglichen Teile ihre Lebensdauer überschritten haben, wenn die Summe einen vorbestimmten Referenzwert überschreitet.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Robotersystem bereitzustellen, das den Betrieb eines Handgelenks innerhalb eines Bereichs, in dem einem Drahtkörper kein Schaden zugefügt wird, gestattet, das die Lebensdauer des Drahtkörpers stabilisieren kann und das die Wartungshäufigkeit reduzieren kann. Diese Aufgabe wird durch ein Robotersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Robotersystem bereit, das Folgendes umfasst: einen Roboterkörper; und eine Steuervorrichtung, die den Roboterkörper steuert, wobei der Roboterkörper mit einem ersten Handgelenkelement, das an einem distalen Ende eines Arms dahingehend gestützt wird, um eine erste Achse, die sich entlang der Längsachse des Arms erstreckt, drehbar zu sein, einem zweiten Handgelenkelement, das an dem ersten Handgelenkelement dahingehend gestützt wird, um eine zweite Achse, die die erste Achse schneidet, drehbar zu sein, und einem dritten Handgelenkelement, das an dem zweiten Handgelenkelement dahingehend gestützt wird, um eine dritte Achse, die die zweite Achse schneidet, drehbar zu sein, versehen ist; ein Drahtkörper, der durch das Innere des Arms verkabelt ist, so mit einem an dem dritten Handgelenkelement fixierten Arbeitsorgan verbunden ist, dass er von einem in dem ersten Handgelenkelement vorgesehenen Drahtkörperauslass durch einen Luftpfad außerhalb des Roboterkörpers hindurchgeht; und die Steuervorrichtung mit Folgendem versehen ist: einer Winkelberechnungseinheit, die in einem Kartesischen Koordinatensystem, dessen Ursprung der Drahtkörperauslass ist und das eine sich in einer Richtung entlang der ersten Achse erstreckende Koordinatenachse aufweist, einen Winkel einer geraden Linie, die den Drahtkörperauslass und einen speziellen Punkt des Drahtkörpers verbindet, wobei die gerade Linie auf eine senkrecht zu der Koordinatenachse verlaufende Ebene projiziert ist, um die Koordinatenachse in Bezug auf eine Position, an der eine auf den Drahtkörper wirkende Last am geringsten ist, berechnet; und einer Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob der Absolutwert des von der Winkelberechnungseinheit berechneten Winkels einen vorbestimmten Winkelschwellenwert überschritten hat.
Gemäß diesem Aspekt ist der durch das Innere des Arms verkabelte Drahtkörper so mit dem an dem dritten Handgelenkelement fixierten Arbeitsorgan verbunden, dass er von dem Drahtkörperauslass des ersten Handgelenkelements, das an dem distalen Ende des Arms des Roboterkörpers befestigt ist, durch einen Luftpfad außerhalb des Roboterkörpers hindurchgeht. In diesem Fall ändert sich, wenn das zweite Handgelenkelement um die zweite Achse bezüglich des ersten Handgelenkelements gedreht wird oder wenn das dritte Handgelenkelement um die dritte Achse bezüglich des zweiten Handgelenkelements gedreht wird, der Luftpfad, wodurch sich das Ausmaß an Verdrehung an dem speziellen Punkt des Drahtkörpers entsprechend der Größe des Drehwinkels ändert.
Gemäß diesem Aspekt berechnet die Winkelberechnungseinheit einen Winkel der geraden Linie, die den speziellen Punkt und den Drahtkörperauslass verbindet, wobei die gerade Linie auf eine senkrecht zu der Koordinatenachse verlaufende Ebene projiziert ist, um die Koordinatenachse in Bezug auf eine Position, an der die Last am geringsten ist, und die Bestimmungseinheit bestimmt, ob der Absolutwert des berechneten Winkels den Winkelschwellenwert überschritten hat. Es ist vorstellbar, dass der berechnete Winkel das Maß an Verdrehung des Drahtkörpers an der Position des speziellen Punkts darstellt, und wenn dieser Winkel mehr als der Winkelschwellenwert beträgt, wird eine starke Beschädigung aufgrund von Verdrehung an dem Drahtkörper verursacht. Durch Ändern eines Betriebsprogramms oder Ändern der Steuerung auf Basis des Bestimmungsergebnisses ist es möglich, zu gestatten, dass das Handgelenk in einem Bereich, in dem dem Drahtkörper kein Schaden zugefügt wird, betrieben wird, um die Lebensdauer des Drahtkörpers zu stabilisieren und die Wartungshäufigkeit zu reduzieren.
Bei dem oben beschriebenen Aspekt kann die Steuervorrichtung mit einer Abstandsberechnungseinheit versehen sein, die den Abstand zwischen dem Drahtkörperauslass und dem speziellen Punkt des Drahtkörpers berechnet; und die Bestimmungseinheit kann bestimmen, ob der von der Abstandsberechnungseinheit berechnete Abstand einen vorbestimmten Abstandsschwellenwert, der dem Winkel entspricht, überschritten hat.
Mit dieser Konfiguration ändert sich, wenn das zweite Handgelenkelement um die zweite Achse bezüglich des ersten Handgelenkelements gedreht wird oder wenn das dritte Handgelenkelement um die dritte Achse bezüglich des zweiten Handgelenkelements gedreht wird, der Luftpfad, wodurch sich das Ausmaß an Ziehen oder das Ausmaß an Zusammendrücken an dem speziellen Punkt des Drahtkörpers entsprechend der Größe des Drehwinkels ändert.
Die Abstandsberechnungseinheit berechnet den Abstand der geraden Linie, die den speziellen Punkt und den Drahtkörperauslass verbindet, und die Bestimmungseinheit bestimmt, ob der berechnete Abstand den Abstandsschwellenwert, der dem Winkel entspricht, überschritten hat. Es ist vorstellbar, dass der berechnete Abstand das Maß an Ziehen oder das Maß an Zusammendrücken des Drahtkörpers an der Position des speziellen Punkts darstellt, und wenn dieser Abstand mehr als der Abstandsschwellenwert beträgt, wird eine starke Beschädigung aufgrund von Ziehen oder Zusammendrücken an dem Drahtkörper verursacht. Durch Ändern des Betriebsprogramms oder Ändern der Steuerung auf Basis des Bestimmungsergebnisses ist es möglich, zu gestatten, dass das Handgelenk in einem Bereich, in dem dem Drahtkörper kein Schaden zugefügt wird, betrieben wird, um die Lebensdauer des Drahtkörpers zu stabilisieren und die Wartungshäufigkeit zu reduzieren.
Bei dem oben beschriebenen Aspekt kann die Steuervorrichtung den Roboterkörper in einem Winkelbereich, in dem der Winkel den Winkelschwellenwert nicht überschreitet, steuern.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich, den Betrieb des Roboterkörpers bei Winkeln der jeweiligen Handgelenkelemente, bei denen dem Drahtkörper weniger Schaden zugefügt wird, beizubehalten, um die Lebensdauer des Drahtkörpers zu stabilisieren und die Wartungshäufigkeit zu reduzieren.
Bei dem oben beschriebenen Aspekt kann die Steuervorrichtung mit einer Benachrichtigungseinheit versehen sein, die, wenn bestimmt wird, dass der Winkel den Winkelschwellenwert überschritten hat, eine Benachrichtigung, die das Bestimmungsergebnis angibt, ausgibt.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich, einen Bediener zu benachrichtigen, dass der dem Drahtkörper zugefügte Schaden groß ist, und eine Korrektur des Betriebsprogramms zu veranlassen.
Bei dem oben beschriebenen Aspekt kann die Steuervorrichtung den Roboterkörper innerhalb eines Abstandsbereichs, in dem der Abstand den Abstandsschwellenwert nicht überschreitet, steuern.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich, den Betrieb des Roboterkörpers bei Winkeln der jeweiligen Handgelenkelemente, bei denen dem Drahtkörper weniger Schaden zugefügt wird, beizubehalten, um die Lebensdauer des Drahtkörpers zu stabilisieren und die Wartungshäufigkeit zu reduzieren.
Bei dem oben beschriebenen Aspekt kann die Steuervorrichtung mit einer Benachrichtigungseinheit versehen sein, die, wenn bestimmt wird, dass der Abstand den Abstandsschwellenwert überschritten hat, eine Benachrichtigung, die das Bestimmungsergebnis angibt, ausgibt.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich, den Bediener zu benachrichtigen, dass der dem Drahtkörper zugefügte Schaden groß ist, und eine Korrektur des Betriebsprogramms zu veranlassen.
Bei dem oben beschriebenen Aspekt kann die Steuervorrichtung die nacheinander von der Winkelberechnungseinheit berechneten Winkel speichern und kann die Lebensdauer des Drahtkörpers auf Basis der gespeicherten Zeitreihenwinkel berechnen.
Mit dieser Konfiguration ist es mit der berechneten Lebensdauer möglich, den dem Drahtkörper zugefügten Schaden genauer darzustellen, und eine Korrektur des Betriebsprogramms auf der Basis der Lebensdauer zu veranlassen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird darin eine vorteilhafte Wirkung geboten, dass es möglich ist, zu gestatten, dass ein Handgelenk in einem Bereich, in dem einem Drahtkörper kein Schaden zugefügt wird, betrieben wird, um die Lebensdauer des Drahtkörpers zu stabilisieren und um die Wartungshäufigkeit zu reduzieren.

1 ist eine Ansicht, die die Gesamtkonfiguration eines Robotersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer Steuervorrichtung des in 1 gezeigten Robotersystems.
3 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Bestimmung des Ausmaßes einer Beschädigung an einem speziellen Punkt A, die von einer Bestimmungseinheit der in 2 gezeigten Steuervorrichtung durchgeführt wird.
4 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Bestimmung des Ausmaßes einer Beschädigung an einem speziellen Punkt B, die von der Bestimmungseinheit der in 2 gezeigten Steuervorrichtung durchgeführt wird.
5 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebs des in 1 gezeigten Robotersystems.
6 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung einer Lebensdauerberechnungsroutine in dem in 5 gezeigten Ablaufdiagramm.

Es wird nachstehend ein Robotersystem 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Gemäß der Darstellung in 1 ist das Robotersystem 1 dieser Ausführungsform mit einem Roboterkörper 2 und einer Steuervorrichtung 3, die den Roboterkörper 2 steuert, versehen.
Der Roboterkörper 2 ist beispielsweise ein 6-Achs-Gelenkroboter und ist mit Folgendem versehen: einer Basis 21, die auf einer Bodenfläche F installiert ist; einem Drehtorso 22, der dahingehend gestützt wird, um eine erste vertikale Achse L1 bezüglich der Basis 21 drehbar zu sein; einem ersten Arm 23, der dahingehend gestützt wird, um eine zweite horizontale Achse L2 bezüglich des Drehtorsos 22 drehbar zu sein; einem zweiten Arm (Arm) 24, der dahingehend gestützt wird, um eine dritte horizontale Achse L3 bezüglich des ersten Arms 23 drehbar zu sein; und einer 3-Achs-Handgelenkeinheit 25, die an einem distalen Ende des zweiten Arms 24 befestigt ist.
Die 3-Achs-Handgelenkeinheit 25 ist mit Folgendem versehen: einem ersten Handgelenkelement 26, das dahingehend gestützt wird, um eine vierte Achse (erste Achse) L4, die sich in einer Richtung entlang der Längsachse des zweiten Arms 24 erstreckt, bezüglich des zweiten Arms 24 drehbar zu sein; einem zweiten Handgelenkelement 27, das dahingehend gestützt wird, um eine fünfte Achse (zweite Achse) L5, die senkrecht zu der vierten Achse L4 ist, bezüglich des ersten Handgelenkelements 26 drehbar zu sein; und einem dritten Handgelenkelement 28, das dahingehend gestützt wird, um eine sechste Achse (dritte Achse) L6, die senkrecht zu der fünften Achse L5 ist und die durch den Schnittpunkt der vierten Achse L4 und der fünften Achse L5 verläuft, bezüglich des zweiten Handgelenkelements 27 drehbar zu sein.
Der zweite Arm 24 und das erste Handgelenkelement 26 weisen Hohlstrukturen mit einer Hohlbohrung 26a um die vierte Achse L4, die sich entlang der vierten Achse L4 erstreckt, auf. Das zweite Handgelenkelement 27 und das dritte Handgelenkelement 28 weisen auch Hohlstrukturen mit einer Hohlbohrung 27a bzw. 28a um die sechste Achse L6, die sich entlang der sechsten Achse L6 erstrecken, auf.
Ein Laserbearbeitungswerkzeug (Arbeitsorgan) 4 ist beispielsweise an dem dritten Handgelenkelement 28 fixiert. Ein Kabel mit hoher Steifigkeit (nicht gezeigt) oder dergleichen zum Antrieb des Laserbearbeitungswerkzeugs 4 geht durch die Hohlbohrung 26a in dem zweiten Arm 24 und dem ersten Handgelenkelement 26 von der Rückseite des zweiten Arms 24 hindurch, geht über einen Luftpfad von dem Auslass (Drahtkörperauslass) der Hohlbohrung 26a in dem ersten Handgelenkelement 26 durch die Hohlbohrungen 27a und 28a in dem zweiten Handgelenkelement 27 und dem dritten Handgelenkelement 28 hindurch und ist mit dem Laserbearbeitungswerkzeug 4 verbunden. Durch Verdrahten des Kabels mit hoher Steifigkeit entlang der vierten Achse L4 und der sechsten Achse L6 wird verhindert, dass durch eine Drehung des ersten Handgelenkelements 26, des zweiten Handgelenkelements 27 und des dritten Handgelenkelements 28 verursachtes übermäßiges Verdrehen und Verbiegen an das Kabel angelegt werden.
Andererseits ist ein Glasfaserkabel mit geringer Steifigkeit (Drahtkörper) 5, das zusammen mit dem Kabel oder dergleichen in der Hohlbohrung 26a in dem ersten Handgelenkelement 26 zu dem Auslass der Hohlbohrung 26a geführt wird, über einen Luftpfad, der sich von jenem für das Kabel mit hoher Steifigkeit unterscheidet, mit dem Laserbearbeitungswerkzeug 4 verbunden. Da das Glasfaserkabel 5 nicht entlang der vierten Achse L4 und der sechsten Achse L6 verkabelt ist, ist das Glasfaserkabel 5 in einem Zustand verkabelt, in dem für eine ausreichende zusätzliche Länge zum Absorbieren von durch eine Drehung des ersten Handgelenkelements 26, des zweiten Handgelenkelements 27 und des dritten Handgelenkelements 28 verursachtem Verdrehen und Verbiegen gesorgt wird.
In einigen Fällen wirkt in Abhängigkeit von den Ausrichtungen der Handgelenkelemente 26, 27 und 28 übermäßiges Verbiegen, Ziehen oder Zusammendrücken jedoch an einem speziellen Punkt A, der sich an einem Verbindungsteil 41 des Glasfaserkabels 5 zur Verbindung mit dem Laserbearbeitungswerkzeug 4 befindet oder an einem speziellen Punkt B, der sich an einer Zwischenposition des Glasfaserkabels 5 in der Längsrichtung befindet. Die speziellen Punkte A und B können beliebig festgelegt werden.
Die Steuervorrichtung 3 ist mit einem Prozessor und einem Speicher versehen und definiert gemäß der Darstellung in 1 ein Auslasskoordinatensystem, bei dem es sich um ein Kartesisches Koordinatensystem handelt, das den Ursprung O in der Mitte des Auslasses der Hohlbohrung 26a in dem ersten Handgelenkelement 26 aufweist und eine X-Achse (Koordinatenachse), die sich in der Richtung entlang der vierten Achse L4 erstreckt, aufweist.
Dann berechnet die Steuervorrichtung 3 die Koordinaten jedes der speziellen Punkte A und B auf Basis von Winkelinformationen zu den jeweiligen Handgelenkelementen 26, 27 und 28 des Roboterkörpers 2. Die Koordinaten des Verbindungsteils 41 an dem Laserbearbeitungswerkzeug 4 können eindeutig auf Basis der Winkelinformationen zu den jeweiligen Handgelenkelementen 26, 27 und 28 und den Abmessungen des Laserbearbeitungswerkzeugs 4 berechnet werden, und die Koordinaten der Zwischenposition des Glasfaserkabels 5 können auf Basis der Winkel Informationen zu den jeweiligen Handgelenkelementen 26, 27 und 28 geschätzt werden.
Gemäß der Darstellung in 2 ist die Steuervorrichtung 3 mit Folgendem versehen: einer Abstandsberechnungseinheit 31, die voraussetzt, dass es gerade Linien LA und LB, die die berechneten Koordinaten der spezifischen Punkte A und B und den Ursprung O verbinden, gibt, und die die Längen (Abstände) A_R und B_R der geraden Linien LA und LB berechnet; und einer Winkelberechnungseinheit 32, die Winkel A_θ und B_θ der geraden Linien LA und LB zur Z-Achse, wenn die geraden Linien LA und LB auf eine YZ-Ebene projiziert werden, berechnet. Bei dieser Ausführungsform ist, wenn die Winkel A_θ und B_θ zur Z-Achse 0° betragen, die Last an dem Glasfaserkabel 5 am geringsten.
Die Steuervorrichtung 3 ist mit Folgendem versehen: einer Bestimmungseinheit 33, die den Winkeln A_θ und B_θ zugeordnete Winkelschwellenwerte und den Längen A_R und B_R zugeordnete Abstandsschwellenwerte speichert und die bestimmt, ob die berechneten Winkel A_θ und B_θ und die berechneten Längen A_R und B_R die jeweiligen Schwellenwerte überschritten haben; und einer Lebensdauerberechnungseinheit 34, die die Lebensdauer des Glasfaserkabels 5 berechnet. Gemäß der Darstellung in 3 und 4 werden die Winkelschwellenwerte und die Abstandsschwellenwerte für die jeweiligen Positionen der spezifischen Punkte A und B als Bereiche, in die die Koordinaten der distalen Enden der geraden Linien LA und LB, die sich von dem Ursprung O erstrecken, fallen können, gespeichert, und die Winkelschwellenwerte und die Abstandsschwellenwerte können durch Polarkoordinaten unter Verwendung der Längen A_R und B_R der geraden Linien LA und LB und der Winkel A_θ und B_θ von der Koordinatenachse ausgedrückt werden.
Ein Bestimmungsergebnis von der Bestimmungseinheit 33 wird auf einer Anzeigeeinheit (nicht gezeigt), wie z. B. einem Monitor, angezeigt.
Die Steuervorrichtung 3 berechnet unter Verwendung der folgenden Gleichungen das Ausmaß an dem Glasfaserkabel 5 zugefügter Beschädigung an den speziellen Punkten A und B auf Basis der berechneten Längen A_R und B_R und der berechneten Winkel A_θ und B_θ der geraden Linien LA und LB; $D 1 = Fra (A_{R}) + F θ a (A θ),$
und $D 2 = Frb (B_{R}) + F θ b (B_{θ}),$
wobei
D1 das Ausmaß an Beschädigung an dem Verbindungsteil 41 an dem Glasfaserkabel 5 angibt,
D2 das Ausmaß an Beschädigung an der Zwischenposition des Glasfaserkabels 5 angibt,
A_R den Abstand von dem Ursprung O zu dem Verbindungsteil 41 an dem Glasfaserkabel 5 angibt,
A_θ den Winkel der geraden Linie LA, die zwischen dem Verbindungsteil 41 an dem Glasfaserkabel 5 und dem Ursprung O gezogen ist, zur Z-Achse in der YZ-Ebene angibt,
B_R den Abstand von dem Ursprung O zu der Zwischenposition des Glasfaserkabels 5 angibt,
B_θ den Winkel der geraden Linie LB, die zwischen der Zwischenposition des Glasfaserkabels 5 und dem Ursprung O gezogen ist, zur Z-Achse in der YZ-Ebene angibt,
Fra und Frb Funktionen zur Berechnung des Ausmaßes an Beschädigung auf Basis der Abstände A_R und B_R angeben, und
Fθa und Fθb Funktionen zur Berechnung des Ausmaßes an Beschädigung auf Basis der Winkel A_θ und B_θ angeben.
Die Steuervorrichtung 3 berechnet mit der Lebensdauerberechnungseinheit 34 die verbleibende Lebensdauer L des Glasfaserkabels 5 unter Verwendung der Formeln (1) und (2) auf Basis der berechneten Ausmaße an Beschädigung D1 und D2 und zeigt die verbleibende Lebensdauer L auf der Anzeigeeinheit an.
[Formel 1] $D = \sum_{i = 0}^{n} D'_{i}$

[Formel 2] $L = H - D$
wobei
L die verbleibende Lebensdauer angibt,
H die Gesamtlebensdauer angibt,
D das Ausmaß an dem Glasfaserkabel während eines Zyklus zugefügte Beschädigung angibt, ${D'}_{i} = D 1 + D 2,$
und
n die Anzahl an Abtastereignissen während eines Zyklus angibt.
Nachstehend wird der Betrieb des so konfigurierten Robotersystems 1 dieser Ausführungsform beschrieben.
Gemäß dem Robotersystem 1 dieser Ausführungsform berechnet die Steuervorrichtung 3 gemäß der Darstellung in 5 und 6, wenn der Betrieb des Roboterkörper 2 entsprechend einem Lernprogramm, das im Voraus eingelernt wird, gestartet wird, die Ausrichtung S des Roboterkörpers 2 für T Sekunden später (Schritt S1) und berechnet die Koordinaten der speziellen Punkte A und B in dem Auslasskoordinatensystem in der Ausrichtung S (Schritt S2).
Als Nächstes werden auf der Basis der berechneten Koordinaten jeweils die Abstände A_R und B_R von den speziellen Punkten A und B zu dem Ursprung O des Auslasskoordinatensystems berechnet (Schritt S3). Die Winkel A_θ und B_θ von der Z-Achse in der YZ-Ebene in dem Auslasskoordinatensystem werden jeweils berechnet (Schritt S4).
Als Nächstes führt die Lebensdauerberechnungseinheit 34 eine Lebensdauerberechnungsroutine durch (Schritt S5). Bei der Lebensdauerberechnungsroutine wird das Ausmaß an Beschädigung D'_i unter Verwendung der berechneten Abstände A_R und B_R und der berechneten Winkel A_θ und B_θ berechnet (Schritt S51), und das berechnete Ausmaß an Beschädigung D'_i wird gespeichert (Schritt S52). Dann wird bestimmt, ob ein Zyklus beendet worden ist (Schritt S53). Wenn ein Zyklus nicht beendet worden ist, geht das Ablaufdiagramm zur Hauptroutine zurück. Wenn ein Zyklus beendet worden ist, wird die verbleibende Lebensdauer L berechnet (Schritt S54) und auf dem Monitor angezeigt (Schritt S55), und das Ablaufdiagramm kehrt zur Hauptroutine zurück.
Als Nächstes wird bestimmt, ob die berechneten Abstände A_R und B_R und die berechneten Winkel A_θ und B_θ die jeweiligen Schwellenwerte überschritten haben (Schritt S6). Wenn die Abstände A_R und B_R und die Winkel A_θ und B_θ die jeweiligen Schwellenwerte nicht überschritten haben, werden die Schritte von Schritt S1 an wiederholt. Wenn andererseits in Schritt S6 bestimmt wird, dass die Abstände A_R und B_R und die Winkel A_θ und B_θ die jeweiligen Schwellenwerte überschritten haben, wird dieses Bestimmungsergebnis auf der Anzeigeeinheit angezeigt (Schritt S7) und der Betrieb des Roboterkörper 2 wird angehalten (Schritt S8).
So wird gemäß dem Robotersystem 1 dieser Ausführungsform, wenn die von der Winkelberechnungseinheit 32 berechneten Winkel A_θ und B_θ und die Abstände A_R und B_R die jeweiligen Schwellenwerte überschritten haben, dieses Bestimmungsergebnis auf der Anzeigeeinheit angezeigt, wobei eine Benachrichtigung ausgegeben wird; somit besteht ein Vorteil darin, dass es durch Ändern eines Betriebsprogramms oder Ändern der Steuerung auf Basis des Bestimmungsergebnisses möglich ist, zu gestatten, dass die 3-Achs-Handgelenkeinheit 25 in einem Bereich betrieben wird, in dem dem Glasfaserkabel 5 kein Schaden zugefügt wird, um die Lebensdauer des Glasfaserkabels 5 zu stabilisieren und die Wartungshäufigkeit zu reduzieren. Da die T Sekunden später zu erhaltenden Winkel A_θ und B_θ vorhergesagt werden, kann eine Benachrichtigung ausgegeben werden, bevor dem Glasfaserkabel 5 Schaden zugefügt wird.
Insbesondere ist vorstellbar, dass die Winkel A_θ und B_θ die Ausmaße an Verdrehen des Glasfaserkabels 5 an den Positionen der speziellen Punkte A und B darstellen und das Glasfaserkabel 5 an dem Verbindungsteil 41 an dem Glasfaserkabel 5 einer erheblichen Beschädigung aufgrund von Verdrehen ausgesetzt wird. Somit ist es durch Bestimmen, ob die Winkel A_θ und B_θ die Winkelschwellenwerte überschritten haben, und Ausgeben einer Benachrichtigung in Abhängigkeit von dem Bestimmungsergebnis möglich, Maßnahmen zu ergreifen, z. B. den Betrieb zu einem derartigen Betrieb zu ändern, dass das Glasfaserkabel 5 nicht beschädigt wird, wodurch die Lebensdauer des Glasfaserkabels 5 stabilisiert wird.
Es ist vorstellbar, dass die Abstände A_R und B_R Ziehen und Zusammendrücken des Glasfaserkabels 5 an den Positionen der speziellen Punkte A und B darstellen und das Glasfaserkabel 5 an der Zwischenposition des Glasfaserkabels 5 einer beträchtlichen Beschädigung aufgrund von Ziehen und Zusammendrücken ausgesetzt wird. Somit ist es durch Bestimmen, ob die Abstände A_R und B_R die Abstandsschwellenwerte überschritten haben, und Ausgeben einer Benachrichtigung in Abhängigkeit von dem Bestimmungsergebnis möglich, Maßnahmen zu ergreifen, z. B. den Betrieb zu einem derartigen Betrieb zu ändern, dass das Glasfaserkabel 5 nicht beschädigt wird, wodurch die Lebensdauer des Glasfaserkabels 5 stabilisiert wird.
Gemäß dieser Ausführungsform besteht, da die restliche Lebensdauer L des Glasfaserkabels 5 auf Basis der berechneten Abstände A_R und B_R und Winkel A_θ und B_θ berechnet und auf der Anzeigeeinheit angezeigt wird, ein Vorteil darin, dass es möglich ist, durch die angezeigte verbleibende Lebensdauer L dem Glasfaserkabel 5 zugefügten Schaden objektiv zu verstehen und eine Korrektur des Betriebsprogramms auf der Basis der verbleibenden Lebensdauer L zu veranlassen.
Bei dieser Ausführungsform ist es, obgleich auf Basis sowohl der Längen (Abstände) A_R und B_R der geraden Linien LA und LB, die von dem Ursprung O des Auslasskoordinatensystems zu den speziellen Punkten A und B gezogen sind, als auch der Winkel A_θ und B_θ der geraden Linien LA und LB von der Z-Koordinatenachse, wobei die geraden Linien LA und LB auf die YZ-Ebene projiziert werden, bestimmt wird, ob das Ausmaß an Beschädigung D'_i des Glasfaserkabels 5 groß ist, stattdessen auch möglich, lediglich die Winkel A_θ und B_θ zur Bestimmung der Beschädigung, die insbesondere aufgrund von Verdrehen entsteht, zu verwenden, oder lediglich die Abstände A_R und B_R zur Bestimmung der Beschädigung, die insbesondere aufgrund von Ziehen und Zusammendrücken entsteht, zu verwenden.
Bei dieser Ausführungsform wird als Folge der Bestimmung, die von der Bestimmungseinheit 33 durchgeführt wird, eine Benachrichtigung des Bestimmungsergebnisses ausgegeben, wenn die Abstände A_R und B_R oder die Winkel A_θ und B_θ die Schwellenwerte überschritten haben; stattdessen kann die Steuervorrichtung 3 jedoch die Handgelenkelemente 26, 27 und 28 des Roboterkörpers 2 derart steuern, dass die Abstände A_R und B_R oder die Winkel A_θ und B_θ die Schwellenwerte nicht überschreiten, wenn die Abstände A_R und B_R oder die Winkel A_θ und B_θ die Schwellenwerte erreichen.
Bei dieser Ausführungsform ist es, obgleich ein Mittel zur Durchführung einer Bildschirmanzeige unter Verwendung der Anzeigeeinheit als Benachrichtigungseinheit eingesetzt wird, stattdessen auch möglich, ein Mittel zur Ausgabe einer Benachrichtigung eines Bestimmungsergebnisses durch Ton einzusetzen.
Obgleich das Glasfaserkabel 5 als ein Beispiel für den Drahtkörper gezeigt wird, ist der Drahtkörper nicht darauf beschränkt.
Bei dieser Ausführungsform ist es, obgleich das Ausmaß an Beschädigung D'_i unter Verwendung der Funktionen Fra und Frb, die das Ausmaß an Beschädigung D'_i auf Basis der Abstände A_R und B_R berechnen, und der Funktionen Fθa und Fθb, die das Ausmaß an Beschädigung D'_i auf Basis der Winkel A_θ und B_θ berechnen, berechnet wird, stattdessen auch möglich, das Ausmaß an Beschädigung D'_i durch Konsultieren einer Datenbank zu erhalten. Maschinenlernen kann auch angewendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Robotersystem
2: Roboterkörper
3: Steuervorrichtung
4: Laserbearbeitungswerkzeug (Arbeitsorgan)
5: Glasfaserkabel (Drahtkörper)
24: zweiter Arm (Arm)
26: erstes Handgelenkelement
27: zweites Handgelenkelement
28: drittes Handgelenkelement
31: Abstandsberechnungseinheit
32: Winkelberechnungseinheit
33: Bestimmungseinheit
A, B: spezieller Punkt
Aθ, Bθ: Winkel
AR, BR: Länge (Abstand)
L4: vierte Achse (erste Achse)
L5: fünfte Achse (zweite Achse)
L6: sechste Achse (dritte Achse)
LA, LB: gerade Linie

Claims

Robotersystem (1), das Folgendes umfasst: einen Roboterkörper (2); und eine Steuervorrichtung (3), die den Roboterkörper (2) steuert, wobei der Roboterkörper (2) mit einem ersten Handgelenkelement (26), das an einem distalen Ende eines Arms (24) dahingehend gestützt wird, um eine erste Achse (L4), die sich entlang der Längsachse des Arms (24) erstreckt, drehbar zu sein, einem zweiten Handgelenkelement (27), das an dem ersten Handgelenkelement (26) dahingehend gestützt wird, um eine zweite Achse (L5), die die erste Achse (L4) schneidet, drehbar zu sein, und einem dritten Handgelenkelement (28), das an dem zweiten Handgelenkelement (27) dahingehend gestützt wird, um eine dritte Achse (L6), die die zweite Achse (L5) schneidet, drehbar zu sein, versehen ist; ein Drahtkörper (5), der durch das Innere des Arms (24) verkabelt ist, so mit einem an dem dritten Handgelenkelement (28) fixierten Arbeitsorgan (4) verbunden ist, dass er von einem in dem ersten Handgelenkelement (26) vorgesehenen Drahtkörperauslass durch einen Luftpfad außerhalb des Roboterkörpers (2) hindurchgeht; und die Steuervorrichtung (3) mit Folgendem versehen ist: einer Winkelberechnungseinheit (32), die in einem Kartesischen Koordinatensystem, dessen Ursprung der Drahtkörperauslass ist und das eine sich in einer Richtung entlang der ersten Achse (L4) erstreckende Koordinatenachse aufweist, einen Winkel (A_θ, B_θ) einer geraden Linie (LA, LB), die den Drahtkörperauslass und einen speziellen Punkt (A, B) des Drahtkörpers (5) verbindet, wobei die gerade Linie (LA, LB) auf eine senkrecht zu der Koordinatenachse verlaufende Ebene projiziert ist, um die Koordinatenachse in Bezug auf eine Position, an der eine auf den Drahtkörper (5) wirkende Last am geringsten ist, berechnet; und einer Bestimmungseinheit (33), die bestimmt, ob der Absolutwert des von der Winkelberechnungseinheit (35) berechneten Winkels (Ae, Be) einen vorbestimmten Winkelschwellenwert überschritten hat.
Robotersystem (1) nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung (3) mit einer Abstandsberechnungseinheit (31) versehen ist, die den Abstand (A_R, B_R) zwischen dem Drahtkörperauslass und dem speziellen Punkt (A, B) des Drahtkörpers (5) berechnet; und die Bestimmungseinheit bestimmt, ob der von der Abstandsberechnungseinheit (33) berechnete Abstand (A_R, B_R) einen vorbestimmten Abstandsschwellenwert, der dem Winkel (A_θ, B_θ) entspricht, überschritten hat.
Robotersystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuervorrichtung (3) den Roboterkörper (2) in einem Winkelbereich, in dem der Winkel (A_θ, B_θ) den Winkelschwellenwert nicht überschreitet, steuert.
Robotersystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuervorrichtung (3) mit einer Benachrichtigungseinheit versehen ist, die, wenn bestimmt wird, dass der Winkel (A_θ, B_θ) den Winkelschwellenwert überschritten hat, eine Benachrichtigung, die das Bestimmungsergebnis angibt, ausgibt.
Robotersystem (1) nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung (3) den Roboterkörper (2) innerhalb eines Abstandsbereichs, in dem der Abstand (A_R, B_R) den Abstandsschwellenwert nicht überschreitet, steuert.
Robotersystem (1) nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung (3) mit einer Benachrichtigungseinheit versehen ist, die, wenn bestimmt wird, dass der Abstand (A_R, B_R) den Abstandsschwellenwert überschritten hat, eine Benachrichtigung, die das Bestimmungsergebnis angibt, ausgibt.
Robotersystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuervorrichtung (3) die nacheinander von der Winkelberechnungseinheit (32) berechneten Winkel (Ae, Be) speichert und die Lebensdauer des Drahtkörpers (5) auf Basis der gespeicherten Zeitreihenwinkel berechnet.