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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Roboter mit einem Arm.
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Verwandte Technik
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Eine Technik zum Ausführen eines Lead-Through-Vorgangs wird im Allgemeinen verwendet, wenn ein Roboter mit einem Arm (der nachstehend als „Armroboter“ bezeichnet werden kann) direkt (durch direktes Lernen) eingelernt wird oder wenn ein Roboter im Zusammenwirken des Roboters mit einem Bediener manuell betätigt wird.
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Hier bezeichnet „Lead-Through“ im Besonderen ein System, bei dem das Einlernen von einem Bediener ausgeführt wird, der eine Hand oder einen Arm, der an dem Roboter vorgesehen ist, hält und den Roboter bewegt.
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Als eine der gegenwärtigen Technologien zur Realisierung eines Lead-Through existiert ein Steuersystem, bei dem ein Drehmoment zur Verstärkung der von einem Bediener auf den Arm aufgebrachten Kraft und ein Drehmoment (ein Aufhebungsdrehmoment) zur Aufhebung der an jeder Achse des Roboters erzeugten Reibung zu den Komponenten hinzugefügt werden, die den Roboter ausmachen.
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In dieser Hinsicht ist bei der zur flexiblen Steuerung eines Roboters mit mindestens einem Gelenk verwendeten Steuervorrichtung eine Technik zur Berechnung eines der Geschwindigkeit bzw. Drehzahl entsprechenden Reibungskompensationsdrehmoments anhand eines Reibungsmodells bekannt (siehe z.B. die ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichung Nr.
2011-206886 ).
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Patentschrift 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr.
2011-206886 -
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Da das Lead-Through gemäß der vorstehenden gegenwärtigen Technik ein Drehmoment einbezieht, das der Reibung in den Drehmomentelementen vollständig entgegenwirkt, verhält sich der Armroboter, als würde keine Reibung existieren.
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Aus diesem Grund besteht auf dem Gebiet der Armroboter beim Lead-Through dahingehend ein Problem, dass der Arm mit dem aus einem Schätzfehler hinsichtlich der von dem Bediener aufgebrachten Kraft resultierenden Motordrehmoment bewegt wird, was dazu führt, dass es schwierig wird, den Arm anzuhalten. Darüber hinaus besteht auch dahingehend ein Problem, dass beim Lead-Through mit einer konstanten Geschwindigkeit kein Lastdruck von für den Bediener geeigneter Größe erzeugt wird.
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Daher ist beim Lead-Through des Armroboters ein leichteres Anhalten des Arms als herkömmlicherweise durch Erzeugen eines Lastdrucks von für den Bediener geeigneter Größe wünschenswert.
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Steuervorrichtung eines Roboters mit einem Arm, wobei die Steuervorrichtung umfasst: einen Motor, der an jeder Achse des Roboters ein Drehmoment erzeugt; eine Drehmomenterzeugungs-Steuereinheit, die den Motor bei der Steuerung des Roboters durch Überwachung einer externen Kraft so steuert, dass ein Aufhebungsdrehmoment erzeugt wird, das die Reibung jeder Achse des Roboters aufhebt; und eine Drehmoment-Änderungseinheit, die das Aufhebungsdrehmoment auf einen Bezugswert oder weniger umstellt.
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Gemäß dem Aspekt ist es möglich, den Arm beim Lead-Through durch Erzeugen des Lastdrucks von für den Bediener geeigneter Größe leichter anzuhalten als herkömmlicherweise.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Diagramm, das ein Lead-Through-Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
- 2 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
- 3 ist ein Diagramm, das einen Betriebsbereich des Armroboters gemäß der ersten Ausführungsform zeigt; und
- 4 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Steuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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<Erste Ausführungsform>
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Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 eine Steuervorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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<Konfiguration der Erfindung>
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1 ist ein Diagramm, das einen Aspekt eines bei der vorliegenden Ausführungsform eingesetzten Lead-Through-Einlernens zeigt. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel umfasst ein Armroboter 2 einen Arm 21 und einen Roboterkörper 22. Darüber hinaus umfasst der Arm 21 Verbindungsglieder 23A bis 23C, Gelenke 24A bis 24C und eine Hand 25. Genauer verbindet das Gelenk 24A das Verbindungsglied 23A schwenkbar mit dem Verbindungsglied 23B, das Gelenk 24B verbindet das Verbindungsglied 23B schwenkbar mit dem Verbindungsglied 23C, und das Gelenk 24C verbindet das Verbindungsglied 23C schwenkbar mit dem Roboterkörper 22. Darüber hinaus ist die Hand 25 an einem Ende des Verbindungsglieds 23A gegenüber dem Gelenk 24B angeordnet. Die Hand 25 dient als vorderer Endabschnitt des Arms 21.
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Darüber hinaus ist jedes der Gelenke 24A bis 24C mit einem Servomotor 27 zur Erzeugung einer Antriebskraft (eines Drehmoments) zur Drehung versehen.
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Ein Bediener 3 führt durch Bewegen des Arms 21 bei festgehaltenem Arm 21 bzw. festgehaltener Hand 25 ein Einlernen des Armroboters 2 aus.
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2 ist ein funktionales Blockdiagramm der Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Steuervorrichtung 1 umfasst eine Drehmomenterzeugungs-Steuereinheit 11 und eine Drehmoment-Änderungseinheit 12.
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Wie in 1 gezeigt, steuert die Drehmomenterzeugungs-Steuereinheit 11 den Servomotor 27 bei der Steuerung des Armroboters 2 durch Lead-Through (durch die Überwachung einer externen Kraft) so, dass die Reibung der Gelenke 24A bis 24C des Armroboters 2 aufgehoben wird, wodurch ein Aufhebungsdrehmoment erzeugt wird.
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Die Drehmoment-Änderungseinheit 12 stellt das Aufhebungsdrehmoment auf einen Bezugswert oder weniger um. Dadurch wird das von dem Servomotor 27 erzeugte Drehmoment auf den Bezugswert oder weniger umgestellt.
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Insbesondere ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Armroboter 2 mit einer Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlerfassungseinheit 28 versehen, die die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl des Servomotors 27 erfasst, und das Feedback des von der Drehzahlerfassungseinheit 28 erfassten Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlwerts des Servomotors 27 wird an die Drehmoment-Änderungseinheit 12 gesendet. Die Drehmoment-Änderungseinheit 12 stellt das Aufhebungsdrehmoment entsprechend diesem Geschwindigkeits-Feedback-Wert bzw. Drehzahl-Feedback-Wert auf den Bezugswert oder weniger um.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die Drehzahlerfassungseinheit 28 beispielsweise unter Verwendung eines Drehwertgebers realisiert werden kann.
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Darüber hinaus kann die Drehmoment-Änderungseinheit 12 das Aufhebungsdrehmoment auf 0 oder mehr und einen zweiten Schwellenwert oder weniger umstellen, wenn der Drehzahl-Feedback-Wert einem ersten Schwellenwert oder weniger entspricht, und die Drehmoment-Änderungseinheit 12 kann das Aufhebungsdrehmoment auf 0 oder mehr und einen vierten Schwellenwert, der höher als der zweite Schwellenwert ist, oder weniger umstellen, wenn der Drehzahl-Feedback-Wert einem dritten Schwellenwert entspricht, der höher als der erste Schwellenwert ist, oder darüber liegt.
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Wenn der Drehzahl-Feedback-Wert beispielsweise relativ niedrig wie der erste Schwellenwert oder darunter ist, kann die Drehmoment-Änderungseinheit 12 die mit dem Aufhebungsdrehmoment zu multiplizierende Verstärkung im Bereich von 0 bis 1 auf einen Wert nahe 0 einstellen, und wenn der Drehzahl-Feedback-Wert relativ hoch wie der dritte Schwellenwert oder darüber ist, kann die Drehmoment-Änderungseinheit 12 die mit dem Aufhebungsdrehmoment zu multiplizierende Verstärkung im Bereich von 0 bis 1 einstellen.
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3 zeigt einen Betriebsbereich des Arms 21 des in 1 gezeigten Armroboters 2. Für den Armroboter 2 existiert ein Betriebsbereich, wie in 1 gezeigt. Darüber hinaus hält der Armroboter 2 beim Lead-Through-Einlernen an, wenn die Hand 25 die Grenze des Betriebsbereichs erreicht. Da dem Bediener 3 Grenze des Betriebsbereichs nicht deutlich gegenwärtig ist, kann der Bediener 3 der plötzlichen Bewegung des Armroboters 2 nicht standhalten, wenn der Armroboter 2 plötzlich anhält, und daher besteht Verletzungsgefahr. Zudem wird eine hohe Last auf den Armroboter 2 aufgebracht, wodurch sich die Gefahr einer Störung erhöht.
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Daher kann die Drehmoment-Änderungseinheit 12, wie in 3 gezeigt, in einem Fall, in dem der Abstand x zwischen der Grenze des Betriebsbereichs des Arms und dem Mittelpunkt des vorderen Endabschnitts des Arms (dem TCP: tool center point, dem Werkzeugmittelpunkt) der fünfte Schwellenwert α oder geringer ist, das Drehmoment so umstellen, dass der Abstand x und die zum Umstellen des Aufhebungsdrehmoments verwendete Verstärkung eine positive Wechselbeziehung aufweisen. Darüber hinaus kann die Drehmoment-Änderungseinheit 12 diese Verstärkung auf 0 einstellen, wenn der Abstand x 0 beträgt.
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<Durch die erste Ausführungsform erzielte Ergebnisse>
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Die Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Drehmomenterzeugungs-Steuereinheit 11 zur derartigen Steuerung des Servomotors 27, dass ein Aufhebungsdrehmoment zur Aufhebung der Reibung jeder Achse des Armroboters 2 erzeugt wird, und die Drehmoment-Änderungseinheit 12, die das Aufhebungsdrehmoment bei der Steuerung des Armroboters 2 durch Überwachung einer externen Kraft auf den Bezugswert oder weniger umstellt.
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Daher wird beim Lead-Through ein Lastdruck von für den Bediener geeigneter Größe erzeugt, wodurch es möglich ist, den Arm leichter anzuhalten, als es herkömmlicherweise der Fall ist.
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Darüber hinaus stellt bei der Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Drehmoment-Änderungseinheit 12 das Aufhebungsdrehmoment entsprechend dem Drehzahl-Feedback-Wert von dem Servomotor 27 um.
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Daher ist es möglich, die Mühelosigkeit des Anhaltens und die Belastung des Bedieners 3 entsprechend dem Fall des Lead-Through-Vorgangs geeignet einzustellen.
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Darüber hinaus stellt bei der Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Drehmoment-Änderungseinheit 12 das Aufhebungsdrehmoment auf 0 oder mehr und den zweiten Schwellenwert oder weniger um, wenn der Drehzahl-Feedback-Wert dem ersten Schwellenwert entspricht oder niedriger als dieser ist, und die Drehmoment-Änderungseinheit 12 stellt das Aufhebungsdrehmoment auf 0 oder mehr und den vierten Schwellenwert, der höher als der zweite Schwellenwert ist, oder weniger um, wenn der Drehzahl-Feedback-Wert dem dritten Schwellenwert, der größer als der erste Schwellenwert ist, entspricht oder höher als dieser ist.
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Dadurch wird ein Lead-Through ermöglicht, bei dem sowohl die Mühelosigkeit des Anhaltens des Armroboters 2, die von der Stabilität aufgrund des Aufhebungsdrehmoments ohne ein Ausführen des Lead-Through herrührt, als auch die Mühelosigkeit des Bewegens erreicht werden können, die auf den optimalen Lastdruck zurückzuführen ist, der durch die Erhöhung des Aufhebungsdrehmoments beim Lead-Through realisiert wird.
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Darüber hinaus stellt bei der Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Drehmoment-Änderungseinheit 12 das Drehmoment so um, dass der nachstehende Abstand und die zum Ändern des Aufhebungsdrehmoments verwendete Verstärkung eine positive Wechselbeziehung aufweisen, wenn der Abstand zwischen der Grenze des Betriebsbereichs des Arms 21 und dem Mittelpunkt des vorderen Endabschnitts (des TCP) des Arms 21 dem fünften Schwellenwert entspricht oder geringer als dieser ist, und stellt die Verstärkung auf 0 ein, wenn der vorstehende Abstand 0 beträgt.
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Daher ist es möglich, ein plötzliches Anhalten zu verhindern und somit gleichmäßig anzuhalten, wenn der Arm 21 des Armroboters 2 die Grenze des Betriebsbereichs erreicht.
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<Zweite Ausführungsform>
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Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 4 eine Steuervorrichtung 1A gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es ist darauf hinzuweisen, dass in der folgenden Beschreibung zur Vereinfachung der Beschreibung Unterschiede zwischen der Steuervorrichtung 1A und der Steuervorrichtung 1 beschrieben werden und auf die Beschreibung der übrigen Punkte verzichtet wird.
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<Konfiguration der Erfindung>
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4 ist ein funktionales Diagramm der Steuervorrichtung 1A gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Anders als die Steuervorrichtung 1 umfasst die Steuervorrichtung 1A anstelle der Drehmoment-Änderungseinheit 12 eine Drehmoment-Änderungseinheit 12A.
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Die Drehmoment-Änderungseinheit 12A ruft einen geschätzten Wert der von dem Bediener 3 auf den Arm 21 aufgebrachten Kraft von einer an dem Arm 21 oder der Hand 25 des Armroboters 2 vorgesehenen Kraftaufwand-Schätzeinheit 29 ab und stellt das Aufhebungsdrehmoment entsprechend dem geschätzten Wert auf einen Bezugswert oder weniger um. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Kraftaufwand-Schätzeinheit 29 beispielsweise durch einen Kraftsensor realisiert wird.
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<Durch die zweite Ausführungsform erzieltes Ergebnis>
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Bei der Steuervorrichtung 1A gemäß der vorliegenden Ausführungsform ändert die Drehmoment-Änderungseinheit 12A das Drehmoment entsprechend dem geschätzten Wert der von dem Bediener auf den Arm 21 aufgebrachten Kraft.
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Daher ist es möglich, die Mühelosigkeit des Anhaltens und die Belastung des Bedieners 3 entsprechend dem Fall des Lead-Through-Vorgangs geeignet einzustellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1A
- Steuervorrichtung
- 2
- Armroboter
- 3
- Bediener
- 11
- Drehmomenterzeugungs-Steuereinheit
- 12, 12a
- Drehmoment-Änderungseinheit
- 21
- Arm
- 25
- Hand
- 27
- Servomotor
- 28
- Drehzahlerfassungseinheit
- 29
- Kraftaufwand-Schätzeinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2011206886 [0005, 0006]
