DE112017002639T5

DE112017002639T5 - Robotersteuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112017002639T5
Application number: DE112017002639.3T
Authority: DE
Inventors: Takuya Okahara; Koji Shiratsuchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2019-03-28
Also published as: CN109153134A; CN109153134B; WO2017203937A1; JPWO2017203937A1; JP6351900B2; US20190134819A1; US11045955B2

Abstract

Eine Aufgabe besteht darin, eine Robotersteuerungsvorrichtung zu erhalten, welche die Kollisionswahrscheinlichkeit zwischen einem Arbeiter und einem Roboter verringert, während eine hohe Arbeitseffizienz aufrechterhalten wird, wenn der Arbeiter und der Roboter arbeiten, während sie sich einen Arbeitsraum teilen. Die Robotersteuerungsvorrichtung beinhaltet: eine Robotersteuerungszustandsmesseinheit (102) zum Messen eines Robotersteuerungszustands, der eine Position und eine Haltung des Roboters anzeigt; eine Arbeitsbereichseinstelleinheit (104) zum Speichern, für jeden der Arbeitsprozesse, eines Arbeitsbereichs, der durch eine Arbeitsbewegung des Arbeiters zwischen einem Start und einem Ende jedes der Arbeitsprozesse definiert ist und einen Raum beinhaltet, den der Körper des Arbeiters einnimmt, und zum Einstellen des Arbeitsbereichs, der dem aktuell von dem Arbeiter ausgeführten Arbeitsprozess entspricht, auf Grundlage eines Arbeitsprozessangabesignals, das den aktuell von dem Arbeiter ausgeführten Arbeitsprozess angibt; und einen Roboterbefehlsgenerator (105) zum Erzeugen eines Bewegungsbefehls (105a) für den Roboter auf Grundlage des Arbeitsbereichs und des Robotersteuerungszustands. Der Roboterbefehlsgenerator (105) variiert den Bewegungsbefehl (105a) für den Roboter auf Grundlage davon, ob sich der Roboter in dem Arbeitsbereich befindet.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die einen Roboter steuert, der betrieben wird, während er sich einen Arbeitsraum mit einem Menschen teilt.
Hintergrund
Die Entwicklung eines Mensch-Roboter-Kooperationssystems, das es ermöglicht, dass sich ein Arbeiter und ein Roboter einen Arbeitsraum teilen, der nicht durch einen Sicherheitszaun abgeteilt ist, ist seit einigen Jahren im Gange. Bei dem Mensch-Roboter-Kooperationssystem kann der Arbeiter möglicherweise in einen Bewegungsbereich des Roboters geraten. Um eine Kollision zwischen dem Arbeiter und dem Roboter zu verhindern, wird eine Kollisionswahrscheinlichkeit auf Grundlage von Positionen und Geschwindigkeiten des Arbeiters und des Roboters beurteilt und wird der Betrieb des Roboters so eingeschränkt, dass er in Fällen stoppt, in denen die Kollision eintreten könnte, wodurch Sicherheit gewährleistet wird. Je näher sich der Arbeiter und der Roboter zueinander befinden oder je höher die Geschwindigkeiten sind, mit denen sich der Arbeiter und der Roboter bewegen, desto wahrscheinlicher ist es, dass der Arbeiter und der Roboter miteinander kollidieren. Demnach sollte der Betrieb des Roboters insofern eingeschränkt werden, dass sich der Arbeiter und der Roboter weiter voneinander entfernt befinden oder sich mit niedrigeren Geschwindigkeiten bewegen. Durch Stoppen des Betriebs zur Kollisionsverhütung immer dann, wenn sich der Roboter und der Arbeiter einander nähern, verringert sich jedoch die Arbeitseffizienz. Demnach wurden Bemühungen unternommen, um sowohl die Sicherheit des Arbeiters als auch die Arbeitseffizienz zu erreichen.
Im Hinblick auf das Problem einer sinkenden Arbeitseffizienz aufgrund eines Betriebsstopps, den der Roboter immer dann erfährt, wenn der Arbeiter in den Betrieb des Roboters eingreift, offenbart Patentliteratur 1 das folgende Beispiel als herkömmliche Technik. Zukünftige Positionen eines Arbeiters und eines Roboters werden auf Grundlage aktueller Positionen und Bewegungsgeschwindigkeiten des Arbeiters und des Roboters geschätzt und eine Kontaktwahrscheinlichkeit zwischen dem Roboter und dem Arbeiter wird auf Grundlage geschätzter Werte beurteilt. In Fällen, in denen ein zukünftiger Kontakt zwischen dem Arbeiter und dem Roboter als unwahrscheinlich beurteilt wird, wird der Betrieb des Roboters nicht angehalten.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: japanische Offenlegungsschrift Nr. 2010-120139
Kurzdarstellung
Technisches Problem
Gemäß der obengenannten herkömmlichen Technik wird jedoch bei einigen Arbeitsinhalten des Arbeiters ein Bereich, den der Arbeiter nicht zur Arbeit verwendet, übermäßig als Eintrittserkennungsbereich eingestellt. Aufgrund dessen nimmt die Arbeitseffizienz auf problematische Weise ab.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Robotersteuerungsvorrichtung zu erhalten, die eine Kollisionswahrscheinlichkeit zwischen einem Arbeiter und einem Roboter verringert, während eine hohe Arbeitseffizienz beibehalten wird, wenn der Arbeiter und der Roboter arbeiten, während sie sich einen Arbeitsraum teilen.
Lösung des Problems
Um das obengenannte Problem zu lösen und die Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung eine Robotersteuerungsvorrichtung bereit, um einen Roboter zu steuern, der betrieben wird, während er sich einen Arbeitsraum mit einem Arbeiter teilt, der einen oder mehrere Arbeitsprozesse ausführt, die jeweils einen voreingestellten Arbeitsinhalt aufweisen, wobei die Robotersteuerungsvorrichtung Folgendes umfasst: eine Robotersteuerungszustandsmesseinheit zum Messen eines Robotersteuerungszustands, der eine Position und eine Haltung des Roboters anzeigt; eine Arbeitsbereichseinstelleinheit zum Speichern, für jeden der Arbeitsprozesse, eines Arbeitsbereichs, der durch eine Arbeitsbewegung des Arbeiters zwischen einem Start und einem Ende jedes der Arbeitsprozesse definiert ist und einen Raum beinhaltet, den der Körper des Arbeiters einnimmt, und zum Einstellen des Arbeitsbereichs, der dem aktuell von dem Arbeiter ausgeführten Arbeitsprozess entspricht, auf Grundlage eines Arbeitsprozessangabesignals, das den aktuell vom Arbeiter ausgeführten Arbeitsprozess angibt; und einen Roboterbefehlsgenerator zum Erzeugen eines Bewegungsbefehls für den Roboter auf Grundlage des Arbeitsbereichs und des Robotersteuerungszustands, wobei der Roboterbefehlsgenerator den Bewegungsbefehl für den Roboter auf Grundlage davon variiert, ob sich der Roboter in dem Arbeitsbereich befindet.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass die Robotersteuerungsvorrichtung erhalten wird, die eine Kollisionswahrscheinlichkeit zwischen dem Arbeiter und dem Roboter verringert, während eine hohe Arbeitseffizienz beibehalten wird, wenn der Arbeiter und der Roboter arbeiten, während sie sich den Arbeitsraum teilen.
Figurenliste

1 stellt ein Robotersystem, das eine Robotersteuerungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform beinhaltet, und ein Beispiel für einen Arbeitsplatz, an dem das Robotersystem angewandt wird, schematisch dar.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration der in 1 veranschaulichten Robotersteuerungsvorrichtung veranschaulicht.
3 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration eines in 2 veranschaulichten Roboterbefehlsgenerators veranschaulicht.
4 stellt einen Arbeitsplatz, an dem ein Roboter und ein Arbeiter arbeiten, während sie sich einen Arbeitsraum teilen, in der ersten Ausführungsform schematisch dar.
5 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Robotersteuerungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
6 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration eines in 5 veranschaulichten Roboterbefehlsgenerators veranschaulicht.
7 ist eine Ansicht in Vogelperspektive, die einen Arbeitsplatz, an dem ein Roboter und ein Arbeiter arbeiten, während sie sich einen Arbeitsraum teilen, in der zweiten Ausführungsform schematisch darstellt.
8 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Robotersteuerungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.
9 ist eine Ansicht in Vogelperspektive, die einen Arbeitsplatz, an dem ein Roboter und ein Arbeiter arbeiten, während sie sich einen Arbeitsraum teilen, in der dritten Ausführungsform schematisch darstellt.
10 stellt ein Robotersystem, das eine Robotersteuerungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform beinhaltet, und ein Beispiel für einen Arbeitsplatz, an dem das Robotersystem angewandt wird, schematisch dar.
11 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration der in 10 veranschaulichten Robotersteuerungsvorrichtung veranschaulicht.
12 veranschaulicht Beispiele für physische Messpunkte, die für einen Arbeiter in der vierten Ausführungsform einzustellen sind.
13 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration eines in 11 veranschaulichten Roboterbefehlsgenerators veranschaulicht.
14 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Robotersteuerungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform veranschaulicht.
15 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer in 14 veranschaulichten Arbeitsbereichseinstelleinheit veranschaulicht.
16 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Robotersteuerungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsformen
Robotersteuerungsvorrichtungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es ist zu beachten, dass diese Ausführungsformen die vorliegende Erfindung nicht einschränken.
Erste Ausführungsform
1 stellt ein Robotersystem, das eine Robotersteuerungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet, und ein Beispiel für einen Arbeitsplatz, an dem das Robotersystem angewandt wird, schematisch dar. Die in 1 veranschaulichte Robotersteuerungsvorrichtung 1 ist mit einem Roboter 2 verbunden und gibt einen Bewegungsbefehl an den Roboter 2 auf Grundlage eines Robotergelenkwinkelsignals 3a von einer Robotergelenkwinkelmessvorrichtung 3 und eines Arbeitsprozessangabesignals 5a von einer Arbeitsprozessangabevorrichtung 5 aus. An dem in 1 veranschaulichten Arbeitsplatz ist eine Werkbank 6 angeordnet und ein Arbeiter 7 anwesend. Der Roboter 2 wird betrieben, während er sich einen Arbeitsraum mit dem Arbeiter 7 teilt.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration der in 1 veranschaulichten Robotersteuerungsvorrichtung 1 veranschaulicht. Die in 2 veranschaulichte Robotersteuerungsvorrichtung 1 beinhaltet eine Robotersteuerungszustandsmesseinheit 102, die Robotersteuerungszustandsinformationen 102a misst, die eine Roboterposition und eine Roboterhaltung anzeigen. Die Robotersteuerungsvorrichtung 1 beinhaltet ferner eine Arbeitsbereichseinstelleinheit 104, die als einen Arbeitsbereich einen Bereich speichert, der durch eine Arbeitsbewegung des Arbeiters 7 zwischen einem Start und einem Ende eines jeden von Arbeitsprozessen definiert ist und einen Raum beinhaltet, den der Körper des Arbeiters 7 einnimmt. Auf Grundlage des Arbeitsprozessangabesignals 5a, das den aktuell vom Arbeiter 7 ausgeführten Arbeitsprozess angibt, stellt die Arbeitsbereichseinstelleinheit 104 den Arbeitsbereich entsprechend dem aktuell vom Arbeiter 7 ausgeführten Arbeitsprozess ein, sodass sie Arbeitsbereichsinformationen 104a ausgibt. Die Robotersteuerungsvorrichtung 1 beinhaltet ferner einen Roboterbefehlsgenerator 105, der einen Bewegungsbefehl 105a für den Roboter 2 auf Grundlage der Arbeitsbereichsinformationen 104a und der Robotersteuerungszustandsinformationen 102a erzeugt.
Die Robotersteuerungsvorrichtung 1 speichert für jeden der Arbeitsprozesse des Arbeiters 7 Arbeitsbereichsdaten für den Arbeiter 7 in einer nicht veranschaulichten Speichereinheit.
Hierbei ist zu beachten, dass die Arbeitsprozesse ein Ergebnis einer Aufteilung einer Reihe von Arbeitsaktivitäten des Arbeiters 7 auf Grundlage eines Arbeitsinhalts sind. Jeweilige Beispiele für einen Unterteilungspunkt zwischen den Arbeitsprozessen können ein Punkt, an dem sich eine Position des Arbeiters 7 ändert, Punkte, an denen sich ein Werkzeug und ein Werkstück, die zur Arbeit verwendet werden, ändern, ein Punkt, an dem sich ein vom Arbeiter bei der Arbeit zu nutzendes Körperteil ändert, und ein Unterbrechungspunkt in der Arbeitsbewegung des Arbeiters 7 sein. Die Arbeitsprozesse können ein Ergebnis einer Aufteilung gemäß einem Arbeitsplan sein, der vom Arbeiter 7 am Arbeitsplatz bereits verwendet wird. Eine andere Alternative lautet, dass die Arbeitsprozesse durch eine erforderliche Arbeitszeit, die für jeden der Arbeitsprozesse eingestellt ist, voneinander getrennt sein können. Der Arbeitsprozess kann eine Einstellung ohne Arbeitsaktivität durch den Arbeiter 7 aufweisen und ein Arbeitsbereich, der diesem Arbeitsprozess entspricht, wird als leerer Satz eingestellt.
Die Robotersteuerungsvorrichtung 1 speichert im Voraus als die Arbeitsbereichsdaten einen Raumbereich, den das Körperteil des Arbeiters 7 in jedem der abgeteilten Arbeitsprozesse einnimmt, wobei jeder Arbeitsprozess einen voreingestellten Arbeitsinhalt aufweist. Die Arbeitsbereichsdaten können auf Grundlage eines erwartbaren Bewegungsbereichs des Arbeiters 7 bei jedem der Arbeitsprozesse unter Verwendung von rechnerunterstützter Konstruktion (CAD) im Voraus erstellt werden. Alternativ dazu können die Arbeitsbereichsdaten durch Vormessung von Bewegungen des Arbeiters 7, der den Arbeitsprozess tatsächlich ausführt, erstellt werden.
Der Roboter 2 beinhaltet eine Mehrzahl von Armen und beinhaltet ferner an jedem von Gelenken, die entsprechende Kopplungspunkte der Arme sind, eine Antriebseinheit, die einen Gelenkwinkel steuert. In Reaktion auf Bewegungsbefehle von der Robotersteuerungsvorrichtung 1 kann der Roboter 2 verschiedene Positionen und verschiedene Haltungen einnehmen. Jeweilige Beispiele für die Antriebseinheit können ein Elektromotor, bei dem es sich beispielsweise um einen Servomotor oder einen Schrittmotor handelt, und ein Luftdruck oder Öldruck verwendender Zylinder sein. Die Antriebseinheit ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Das in 1 veranschaulichte Robotersystem beinhaltet ferner die Robotergelenkwinkelmessvorrichtung 3, die Gelenkwinkel des Roboters 2 zum aktuellen Zeitpunkt misst. Als ein Beispiel für die Robotergelenkwinkelmessvorrichtung 3 sind Drehgeber zu nennen, die jeweils an den entsprechenden Gelenken der Arme des Roboters 2 vorgesehen sind. Ferner ist ein Bildsensor, wie z. B. eine Kamera, als ein Beispiel für die Robotergelenkwinkelmessvorrichtung 3 zu nennen und kann zum Messen der Gelenkwinkel des Roboters 2 verwendet werden.
Die Arbeitsprozessangabevorrichtung 5 gibt das Arbeitsprozessangabesignal 5a aus, das aus in der Robotersteuerungsvorrichtung 1 gespeicherten Arbeitsprozessdaten den Arbeitsprozess angibt, der aktuell vom Arbeiter 7 ausgeführt wird. Ein Digitalschalter ist als ein Beispiel für die Arbeitsprozessangabevorrichtung 5 zu nennen und ist für ein Schalten durch den Arbeiter 7 empfänglich. Hierbei ist zu beachten, dass der Digitalschalter eine Anordnung aus so vielen Tasten aufweisen kann, wie anzugebende Arbeitsprozesse unterteilt sind. Eine andere Alternative ist, dass bei einer in den Arbeitsprozessdaten voreingestellten Arbeitsprozessausführungsreihenfolge der Digitalschalter eine Anordnung von Tasten aufweisen kann, der eine Steuerung der Arbeitsprozessausführungsreihenfolge ermöglicht. Das Arbeitsprozessangabesignal 5a kann unter Verwendung eines drahtgebundenen oder drahtlosen Systems übertragen werden. In Fällen, in denen das drahtlose System zur Übertragung verwendet wird, kann die Robotersteuerungsvorrichtung 1 einen Funkempfänger beinhalten.
Zu einer Arbeitsumgebung oder der Seite des Arbeiters gehören eine Arbeiterposition, eine Arbeiterhaltung, eine Position des zu verwendenden Werkzeugs, eine Haltung des zu verwendenden Werkzeugs, eine Werkstückposition und eine Werkstückhaltung, die alle von einem Arbeitsprozess zum anderen variieren. In Fällen, in denen neben den in der Robotersteuerungsvorrichtung 1 gespeicherten Arbeitsprozessdaten wenigstens eines aus der Arbeiterposition, der Arbeiterhaltung, der Position des zu verwendenden Werkzeugs, der Haltung des zu verwendenden Werkzeugs, der Werkstückposition und der Werkstückhaltung als Informationen vorgespeichert ist, die zum Identifizieren des einen oder der mehreren Arbeitsprozesse verwendet werden und dem Arbeitsprozess entsprechen, handelt es sich bei der Arbeitsprozessangabevorrichtung 5 um einen Sensor, der dazu imstande ist, entsprechende Arbeitsprozessbestimmungsdaten zu erfassen, und nur ein Arbeitsprozessangabesignal 5a auf Grundlage eines Messergebnisses und der Arbeitsprozessbestimmungsdaten ausgeben muss. Jeweilige Beispiele für den Sensor, der dazu imstande ist, die Arbeitsprozessbestimmungsdaten zu erfassen, können ein Rot/Grün/Blau-Tiefe(RGB-D)-Sensor und ein Abstandssensor sein. Der Sensor, der dazu imstande ist, die Arbeitsprozessbestimmungsdaten zu erfassen, ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt. Um einen durch den obengenannten Sensor nicht erkennbaren Bereich auszugleichen und die Erkennungsgenauigkeit zu verbessern, kann gleichzeitig ein Sensor wie etwa eine Schaltmatte, ein Lichtvorhang oder ein Lasersensor verwendet werden.
Die Robotersteuerungszustandsmesseinheit 102 berechnet jeweilige Winkelgeschwindigkeiten der Gelenke des Roboters 2 auf Grundlage von Winkelinformationen zu den Gelenken des Roboters 2, die in dem Robotergelenkwinkelsignal 3a enthalten sind, das von der Robotergelenkwinkelmessvorrichtung 3 eingegeben wird. Die Winkelgeschwindigkeit jedes der Gelenke kann durch Bestimmung eines Zeitdifferenzwerts des entsprechenden Gelenkwinkels berechnet werden. Durch Filtern des Zeitdifferenzwerts der Winkelgeschwindigkeit jedes der Gelenke ist eine Rauschunterdrückung möglich. Ein Tiefpassfilter ist als ein Beispiel für ein Filter zu nennen, das die Filterung durchführt.
Die Robotersteuerungsvorrichtung 1 enthält Daten zu einem Gehäuse des Roboters 2 und die Robotersteuerungszustandsmesseinheit 102 kann die Robotersteuerungszustandsinformationen 102a, welche die Position und die Haltung des Roboters 2 anzeigen, auf Grundlage der jeweiligen Gelenkwinkel und der jeweiligen Winkelgeschwindigkeiten der Gelenke des Roboters 2 berechnen.
Die Arbeitsbereichseinstelleinheit 104 gibt aus den in der Robotersteuerungsvorrichtung 1 gespeicherten Arbeitsbereichsdaten die Arbeitsbereichsinformationen 104a aus, die dem aktuellen Arbeitsprozess des Arbeiters 7 entsprechen, der durch das Arbeitsprozessangabesignal 5a angegeben wird.
3 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration des in 2 veranschaulichten Roboterbefehlsgenerators 105 veranschaulicht. Der in 3 veranschaulichte Roboterbefehlsgenerator 105 beinhaltet eine Eintrittsbeurteilungseinheit 106, die ein Eintrittsbeurteilungssignal 106a ausgibt, das anzeigt, ob der Roboter 2 in den von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereich eintritt. Der Roboterbefehlsgenerator 105 beinhaltet ferner eine Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 107. Die Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 107 gibt an den Roboter 2 einen Bewegungsbefehl 105a in einem Nichteintrittssteuermodus, d. h. einem ersten Steuermodus, aus, wenn auf Grundlage des Eintrittsbeurteilungssignals 106a bestimmt wird, dass der Roboter 2 nicht in den von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereich eintritt. Die Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 107 gibt an den Roboter 2 einen Bewegungsbefehl 105a in einem Eintrittssteuermodus, d. h. einem zweiten Steuermodus, aus, wenn auf Grundlage des Eintrittsbeurteilungssignals 106a bestimmt wird, dass der Roboter 2 in den von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereich eintritt.
Auf Grundlage der Robotersteuerungszustandsinformationen 102a und der Arbeitsbereichsinformationen 104a gibt die Eintrittsbeurteilungseinheit 106 das Eintrittsbeurteilungssignal 106a aus, das anzeigt, ob der Roboter 2 in den von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereich eintritt. Beim Durchführen einer Eintrittsbeurteilung wird ein Teil eines Gehäuses des Roboters 2, bei dem es sich beispielsweise um eine Roboterhand handelt, als ein Beurteilungspunkt eingestellt und muss nur beurteilt werden, ob sich dieser Beurteilungspunkt innerhalb des von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereichs befindet.
In dem Nichteintrittssteuermodus, d. h. im ersten Steuermodus, gibt die Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 107 den Bewegungsbefehl 105a gemäß einer Roboterbewegungsbahn aus. Die Roboterbewegungsbahn ist ein Verlauf von Bewegungswerten für jeweilige Gelenkwinkel der den Roboter 2 bildenden Arme und wird im Voraus auf Grundlage von Arbeitsinhalten des Roboters 2 eingelernt. Wenn der Roboter 2 in den von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereich eintritt, während er gemäß der Roboterbewegungsbahn betrieben wird, variiert die Eintrittsbeurteilungseinheit 106 das Eintrittsbeurteilungssignal 106a, wodurch sie in den Eintrittssteuermodus, d. h. den zweiten Steuermodus, schaltet. Um zu verhindern, dass der Roboter 2 in den von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereich eintritt, kann der Betrieb des Roboters 2 derart gesteuert werden, dass der Roboter 2 stoppt, bevor er in den von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereich eintritt.
Im Eintrittssteuermodus, d. h. im zweiten Steuermodus, gibt die Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 107 einen Stoppbefehl an den Roboter 2 aus.
4 stellt einen Arbeitsplatz, an dem der Roboter 2 und der Arbeiter 7 arbeiten, während sie sich einen Arbeitsraum teilen, in der vorliegenden Ausführungsform schematisch dar. 4(a) ist eine Seitenansicht des Arbeitsplatzes, während 4(b) eine Ansicht des Arbeitsplatzes in Vogelperspektive ist. In 4 ist ein Raum über einer Werkbank 6 ein geteilter Arbeitsraum, in dem der Roboter 2 und der Arbeiter 7 arbeiten. Der Roboter 2 wird gemäß der voreingestellten Roboterbewegungsbahn betrieben, wenn der Arbeiter 7 kurzzeitig in einen Bewegungsbereich des Roboters 2 eintritt.
Beim allgemeinen Arbeitsplatz sind der Roboter 2 und der Arbeiter 7 durch einen Sicherheitszaun 10 getrennt, wie in 4 veranschaulicht. Wenn ein Eintritt des Arbeiters 7 auf Grundlage eines Signals einer Eintrittserkennungsvorrichtung 11, wie z. B. einer Verriegelung oder eines Lichtvorhangs, erkannt wird, wird der Arbeitsraum über der Werkbank 6 für den Arbeiter 7 eingestellt und wird der Betrieb des Roboters 2 angehalten. Wenn der Eintritt des Arbeiters 7 nicht mehr erkannt wird, nimmt der Roboter 2 seinen Betrieb wieder auf, um den Arbeitsraum mit dem Arbeiter 7 zu teilen. Bei einem solchen Arbeitsplatz reagiert der Roboter 2 jedoch übertrieben auf den Eintritt des Arbeiters 7 in den geteilten Arbeitsraum und stoppt, sodass die Arbeitseffizienz auf problematische Weise abnimmt. Wenn der Arbeiter 7 z. B. einen Arbeitsgegenstand 81 neben einen Arbeitsgegenstand 82 auf der Werkbank 6 legt, während der Roboter 2 an dem Arbeitsgegenstand 82 in 4 arbeitet, erkennt die Eintrittserkennungsvorrichtung 11 den Eintritt des Arbeiters 7, sodass der Roboter 2 mitten in seiner Arbeit unnötig angehalten wird, obwohl der Arbeiter 7 und der Roboter 2 unabhängig voneinander arbeiten können. Folglich sinkt die Arbeitseffizienz.
In der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform wird jedoch der Arbeitsbereich des Arbeiters 7 entsprechend dem Arbeitsprozess des Arbeiters 7 eingestellt, sodass ein bewegungsbeschränkter Bereich für den Roboter 2 auf Grundlage dieses Arbeitsbereichs eingegrenzt werden kann. Damit kann die Häufigkeit von Stopps, die der Roboter 2 erfährt, gemindert werden und kann folglich die Effizienz der Zusammenarbeit zwischen dem Arbeiter 7 und dem Roboter 2 verbessert werden. In der vorliegenden Ausführungsform muss der Arbeitsbereich lediglich eingestellt werden, wie oben beschrieben, und können der Sicherheitszaun 10 und die Eintrittserkennungsvorrichtung 11 bereitgestellt werden.
Zweite Ausführungsform
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Beschreibung eines Roboterbefehlsgenerators bereitgestellt, der in einer Robotersteuerungsvorrichtung betrieben wird, um den Roboter 2 aus einem Arbeitsbereich abzuziehen. 5 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration der Robotersteuerungsvorrichtung 1A gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Die in 5 veranschaulichte Robotersteuerungsvorrichtung 1A beinhaltet den Roboterbefehlsgenerator 105A anstelle des in 2 veranschaulichten Roboterbefehlsgenerators 105.
6 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration des in 5 veranschaulichten Roboterbefehlsgenerators 105A veranschaulicht. Der in 6 veranschaulichte Roboterbefehlsgenerator 105A beinhaltet einen Abzugsbahngenerator 108 und anstelle der in 3 veranschaulichten Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 107 eine Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 107A.
Auf Grundlage der Robotersteuerungszustandsinformationen 102a erzeugt der Abzugsbahngenerator 108 Abzugsbahninformationen 108a, die sich von einem aktuellen Steuerungszustand des Roboters 2 zu einem Steuerungszustand an einem Abzugspunkt, der für den Roboter 2 voreingestellt ist, erstrecken. Der hier genannte Abzugspunkt ist ein temporärer Raumpunkt, an den sich der Roboter 2 unabhängig von seiner voreingestellten Arbeit bewegt, um die Arbeit des Arbeiters 7 nicht zu behindern. Der Abzugspunkt ist wenigstens ein Raumpunkt, der unter Berücksichtigung eines Arbeitsinhalts des Arbeiters 7 und eines voreingestellten Arbeitsbereichs eingestellt wird.
Die Abzugsbahninformationen 108a, die zum Abzugspunkt führen, können in Bezug auf die Zeit durch Anwendung der aktuellen Robotersteuerungszustandsinformationen 102a und entsprechender Winkelvariationen der Armgelenke des Roboters 2 am Abzugspunkt auf lineare Interpolation erstellt werden.
Die Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 107A gibt einen Bewegungsbefehl 105a an den Roboter 2 auf Grundlage der Robotersteuerungszustandsinformationen 102a, der Arbeitsbereichsinformationen 104a, des Eintrittsbeurteilungssignals 106a und der Abzugsbahninformationen 108a aus.
Wenn auf Grundlage des Eintrittsbeurteilungssignals 106a bestimmt wird, dass der Roboter 2 nicht in den von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereich eintritt, gibt die Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 107A an den Roboter 2 einen Bewegungsbefehl 105a in einem Nichteintrittssteuermodus, d. h. einem ersten Steuermodus, aus. Wenn auf Grundlage des Eintrittsbeurteilungssignals 106a bestimmt wird, dass der Roboter 2 in den von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereich eintritt, gibt die Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 107A an den Roboter 2 einen Bewegungsbefehl 105a in einem Eintrittssteuermodus, d. h. einem zweiten Steuermodus, aus.
Der Nichteintrittssteuermodus oder der erste Steuermodus der Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 107A ist ähnlich dem Nichteintrittssteuermodus oder dem ersten Steuermodus der Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 107 der ersten Ausführungsform und wird daher nicht beschrieben.
Im Eintrittssteuermodus, d. h. im zweiten Steuermodus, gibt die Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 107A an den Roboter 2 den Bewegungsbefehl 105a gemäß den Abzugsbahninformationen 108a aus. In Fällen, in denen eine Mehrzahl von Abzugspunkten eingestellt ist, wird einer aus einer Mehrzahl von Abzugsbahninformationen 108a ausgewählt. In einem Beispiel eines Abzugsbahnauswahlverfahrens kann der zu verwendende Abzugspunkt im Voraus für jeden der Arbeitsprozesse angegeben werden. Eine andere Alternative besteht darin, dass der Abzugspunkt im Zusammenhang mit den aktuellen Robotersteuerungszustandsinformationen 102a und den Arbeitsbereichsinformationen 104a ausgewählt werden kann, um zu ermöglichen, dass der Roboter 2 gemäß den Abzugsbahninformationen 108a aus dem von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereich über den kürzesten Weg oder innerhalb der kürzesten Zeitdauer zurückgezogen wird. Eine wieder andere Alternative lautet, dass der Abzugspunkt derart ausgewählt werden kann, dass das Gehäuse des Roboters 2 in dem von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereich volumenmäßig am kleinsten wird, bevor der Roboter 2 aus diesem Arbeitsbereich zurückgezogen wird. Noch eine andere Alternative ist, dass der Abzugspunkt derart ausgewählt werden kann, dass, bevor sich der Roboter 2 aus dem von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereich zurückzieht, ein vorgegebener Teil des Roboters 2 in diesem Arbeitsbereich, wie z. B. die Roboterhand, volumenmäßig am kleinsten wird.
Wenn ein Beurteilungsergebnis zum Betrieb des Roboters 2 in einer Richtung, die den Arbeitsfortschritt beeinflusst oder die Arbeit gemäß der voreingestellten Roboterbewegungsbahn umkehrt, bei Auswahl des Abzugspunkts auf Grundlage des obengenannten Verfahrens zum Auswählen der Abzugsbahninformationen 108a zeigt, dass ein Rückzug des Roboters aus dem von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereich gemäß der Roboterbewegungsbahn geeigneter ist als gemäß einer der Abzugsbahninformationen 108a, kann der Bewegungsbefehl 105a an den Roboter 2 gemäß dieser Roboterbewegungsbahn ausgegeben werden.
Die Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 107A kann eine solche Einstellung durchführen, dass in Fällen, in denen während der Bewegung des Roboters 2 zum Abzugspunkt gemäß den Abzugsbahninformationen 108a bestimmt wird, dass der Roboter 2 aus dem von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereich zurückgezogen wird, der Roboter 2 angehalten wird, bevor er den Abzugspunk erreicht.
7 ist eine Ansicht in Vogelperspektive, die einen Arbeitsplatz, an dem der Roboter 2 und der Arbeiter 7 arbeiten, während sie sich einen Arbeitsraum teilen, in der vorliegenden schematisch darstellt. Der in 7 veranschaulichte Arbeitsplatz ist ähnlich dem in 4 veranschaulichten Arbeitsplatz, sodass identische Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind und auf Beschreibungen dieser Bestandteile verzichtet wird.
In den 7(a) bis 7(c) tritt der Arbeiter 7 in den geteilten Arbeitsraum ein, um den Arbeitsgegenstand 81 mit dem Arbeitsgegenstand 82 zusammenzubauen. In 7(a) gelangt der den Arbeitsgegenstand 81 tragende Arbeiter 7 in die Nähe des auf der Werkbank 6 platzierten Arbeitsgegenstands 82, während der Roboter 2 an dem Arbeitsgegenstand 82 arbeitet. In 7(a) ist eine geschätzte Route 12, die einem aktuellen Arbeitsprozess des Arbeiters 7 entspricht, durch eine mit einem Pfeil versehene gestrichelte Linie angegeben.
In den 7(b) und 7(c) kommt der Arbeiter 7 dem Arbeitsgegenstand 82 sogar noch näher als in 7(a). In 7(b) besteht eine Möglichkeit, dass ein Arbeitsbereich, der es dem Arbeiter 7 ermöglicht, an dem Arbeitsgegenstand 82 zu arbeiten, nicht gesichert werden kann, da eine Erkennung des Eintritts des Arbeiters 7 durch die Eintrittserkennungsvorrichtung 11 den Roboter 2 zu einem Betriebshalt in großer Nähe zu dem Arbeitsgegenstand 82 bringt. Dann kann der Arbeiter 7 den Arbeitsgegenstand 81 nicht mit dem Arbeitsgegenstand 82 zusammenbauen, da der Roboter 2 im Weg sein kann. Der Arbeiter 7 muss abwarten, um dem Betrieb des Roboters 2 Vorrang zu geben, oder muss einen Zwangsstopp des Automatikbetriebs des Roboters 2 herbeiführen und den Roboter 2 im Schrittbetrieb an eine Position bewegen, in welcher der Roboter 2 kein Hindernis für den Zusammenbau mehr darstellt. In jedem dieser Fälle nimmt die Arbeitseffizienz auf problematische Weise ab.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Arbeitsbereich jedoch eingestellt, wenn der Arbeiter 7 sich dem Arbeitsgegenstand 82 nähert, und wird der Bewegungsbefehl 105a ausgegeben, um einen Abzug des Roboters 2 aus diesem Arbeitsbereich zu bewirken. Somit kann der Roboter 2 daran gehindert werden, diesem Arbeitsbereich zu nahe zu kommen und den Zusammenbau zu behindern. Folglich muss der Arbeiter 7 nicht warten oder den Roboter 2 im Schrittbetrieb bewegen, sodass eine verbesserte Effizienz der Zusammenarbeit zwischen dem Arbeiter 7 und dem Roboter 2 erreicht werden kann.
Dritte Ausführungsform
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Beschreibung des Betriebs des Roboters bereitgestellt, der im Voraus aus einem Arbeitsbereich nach einem aktuellen Arbeitsprozess des Arbeiters abgezogen wird.
8 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Robotersteuerungsvorrichtung 1B gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. In 8 sind Bestandteile, die den in 2 veranschaulichten Bestandteilen ähnlich sind, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und wird auf Beschreibungen dieser Bestandteile verzichtet. Die in 8 veranschaulichte Robotersteuerungsvorrichtung 1B beinhaltet eine Arbeitsbereichseinstelleinheit 104B anstelle der in 2 veranschaulichten Arbeitsbereichseinstelleinheit 104 und beinhaltet einen Roboterbefehlsgenerator 105B anstelle des Roboterbefehlsgenerators 105.
Die Arbeitsbereichseinstelleinheit 104B speichert zusätzlich zu einem Arbeitsbereich für den Arbeitsprozess einen nachfolgenden Arbeitsprozess, sodass die Arbeitsbereichseinstelleinheit 104B zur Ausgabe den Arbeitsbereich entsprechend dem nachfolgenden Arbeitsprozess in nachfolgenden Arbeitsbereichsinformationen 104b zusätzlich zum Einstellen des Arbeitsbereichs entsprechend dem aktuellen Arbeitsprozess des Arbeiters 7 in den Arbeitsbereichsinformationen 104a einstellt. Auf Grundlage der Arbeitsbereichsinformationen 104a, der nachfolgenden Arbeitsbereichsinformationen 104b und der Robotersteuerungszustandsinformationen 102a variiert der Roboterbefehlsgenerator 105B eine Erzeugungsweise für einen Bewegungsbefehl 105a für den Roboter 2 in Übereinstimmung damit, wenn der Roboter 2 in den von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereich und nicht den von den nachfolgenden Arbeitsbereichsinformationen 104b angegebenen Arbeitsbereich eintritt, wenn der Roboter 2 in den von den nachfolgenden Arbeitsbereichsinformationen 104b angegebenen Arbeitsbereich und nicht den von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereich eintritt und wenn der Roboter 2 in keinen der Arbeitsbereiche eintritt, die von den Arbeitsbereichsinformationen 104a und den nachfolgenden Arbeitsbereichsinformationen 104b angegeben sind.
Jeweilige Beispiele zur Erzeugungsweise für den Bewegungsbefehl 105a können derart sein, dass ein Stoppbefehl im Eintrittssteuermodus oder zweiten Steuermodus der ersten Ausführungsform an den Roboter 2 ausgegeben wird, wenn der Roboter 2 in den von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereich und nicht in den von den nachfolgenden Arbeitsbereichsinformationen 104b angegebenen Arbeitsbereich eintritt, dass ein Abzugsbefehl im Eintrittssteuermodus oder zweiten Steuermodus der zweiten Ausführungsform an den Roboter 2 ausgegeben wird, wenn der Roboter 2 in den von den nachfolgenden Arbeitsbereichsinformationen 104b angegebenen Arbeitsbereich und nicht in den von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereich eintritt, und dass ein Bewegungsbefehl im Nichteintrittssteuermodus oder ersten Steuermodus der ersten Ausführungsform in Fällen ausgegeben wird, in denen der Roboter 2 in keinen der Arbeitsbereiche eintritt, die von den Arbeitsbereichsinformationen 104a und den nachfolgenden Arbeitsbereichsinformationen 104b angegeben sind.
9 ist eine Ansicht in Vogelperspektive, die einen Arbeitsplatz, an dem der Roboter 2 und der Arbeiter 7 arbeiten, während sie sich einen Arbeitsraum teilen, in der vorliegenden Ausführungsform schematisch darstellt. Der in 9 veranschaulichte Arbeitsplatz ist ähnlich dem in 4 veranschaulichten Arbeitsplatz, sodass identische Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind und auf Beschreibungen dieser Bestandteile verzichtet wird. In 9 sind der Arbeitsgegenstand 82 und ein Arbeitsgegenstand 83 auf der Werkbank 6 angeordnet, ist eine Werkbank 61 gegenüber einer Seite der rechteckigen Werkbank 6 angeordnet und sind der Arbeitsgegenstand 81 und ein Arbeitsgegenstand 84 auf der Werkbank 61 angeordnet. Es ist zu beachten, dass der in 9 veranschaulichte Arbeitsplatz als Beispiel angeführt wird und somit nicht die Arbeitsplatzanordnung und Arbeitsinhalte des Arbeiters 7 beschränkt.
In den 9(a) bis 9(c) läuft die Arbeit durch den Arbeiter 7 nach Arbeitsprozessen von den 9(a) bis 9(b) und dann zu 9(c) ab. Die 9(a) bis 9(c) veranschaulichen entsprechende geschätzte Routen 12, die aktuellen Arbeitsprozessen entsprechen, entsprechende aktuelle Arbeitsbereiche 14, die den aktuellen Arbeitsprozessen entsprechen, entsprechende geschätzte Routen 13, die nachfolgenden Arbeitsprozessen entsprechen, und entsprechende nachfolgende Arbeitsbereiche 15, die den nachfolgenden Arbeitsprozessen entsprechen. Jeder der aktuellen Arbeitsbereiche 14 und jeder der nachfolgenden Arbeitsbereiche 15 sind Bereiche, die durch einen Benutzer eingestellt werden, um jeweils einen Eintritt des Roboters 2 zu untersagen, während der Arbeiter 7 eine entsprechende Arbeit verrichtet. Unter Berücksichtigung von Variationen in der Arbeitsbewegung des Arbeiters 7, der eine vorgesehene Arbeit wiederholt, sind sowohl der aktuelle Arbeitsbereich 14 als auch der nachfolgende Arbeitsbereich 15 bevorzugt derart eingestellt, dass sie größer als ein Bereich sind, den der Körper des Arbeiters 7 einnimmt, während der Arbeiter 7 die vorgesehene Arbeit verrichtet. Die Arbeitsprozesse verändern sich in einem Ablauf, der von den 9(a) zu 9(c) führt, sodass der nachfolgende Arbeitsbereich 15 in 9(a) zu dem aktuellen Arbeitsbereich 14 in 9(b) wird, in dem der nachfolgende Arbeitsbereich 15 als ein neuer Bereich eingestellt ist. Das Gleiche gilt für den nachfolgenden Arbeitsbereich 15 und den aktuellen Arbeitsbereich 14 in den 9(b) und 9(c).
In den 9(a) bis 9(c) werden die Arbeitsprozesse wie folgt eingestellt. Der Roboter 2 arbeitet zunächst an dem Arbeitsgegenstand 82 und dem Arbeitsgegenstand 83. Als Nächstes baut der Arbeiter 7 den Arbeitsgegenstand 81 mit dem Arbeitsgegenstand 82, an dem der Roboter 2 gearbeitet hat, zusammen und bearbeitet einen sich ergebenden Arbeitsgegenstand 85. Gleichzeitig mit oder nach diesem Zusammenbau durch den Arbeiter 7 arbeitet der Roboter 2 an dem Arbeitsgegenstand 83. Als Nächstes trägt der Arbeiter 7 den Arbeitsgegenstand 83, an dem der Roboter 2 gearbeitet hat, zum Zusammenbau zu dem Arbeitsgegenstand 84. Zu diesem Zweck führt der Arbeiter 7 zunächst den Arbeitsprozess zum Bewegen von einer in 9(a) veranschaulichten Position zu einem Arbeitspunkt, der an die Werkbank 61 zwischen der Werkbank 6 und der Werkbank 61 angrenzt, und Holen des Arbeitsgegenstands 81 aus, sodass der aktuelle Arbeitsbereich 14, der diesem Arbeitsprozess entspricht, derart eingestellt wird, dass er wenigstens die aktuelle Position des Arbeiters 7 und des Arbeitsgegenstands 81 enthält. In 9(a) ist der Arbeitsprozess nach dem Arbeitsprozess, bei dem der Arbeitsgegenstand 81 geholt wird, derart, dass der geholte Arbeitsgegenstand 81 zu der Werkbank 6 gebracht und mit dem Arbeitsgegenstand 82 zusammengebaut wird. Damit wird in 9(a) der nachfolgende Arbeitsbereich 15, der dem nachfolgenden Arbeitsprozess entspricht, derart eingestellt, dass er den Arbeitsgegenstand 81 und den Arbeitsgegenstand 82 enthält. Dann befindet sich in 9(a), obwohl sich der Roboter 2 nicht im aktuellen Arbeitsbereich 14 befindet, der Roboter 2 in dem nachfolgenden Arbeitsbereich 15, sodass der Abzugsbefehl im Eintrittssteuermodus oder zweiten Steuermodus der zweiten Ausführungsform an den Roboter 2 ausgegeben wird, um einen Abzug des Roboters 2 aus dem nachfolgenden Arbeitsbereich 15 zu veranlassen, ohne einen Eintritt des Roboters 2 in den aktuellen Arbeitsbereich 14 zu bewirken.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der Roboter 2 im Voraus aus dem nachfolgenden Arbeitsbereich abgezogen werden, der nicht auf Grundlage der Bewegungsroute, die lediglich anhand der Bewegung des Arbeiters 7 im aktuellen Arbeitsprozess, d. h. anhand des Arbeitsbereichs, den der Arbeiter 7 bei einer zukünftigen dem Arbeitsprozess entsprechenden Bewegung einnimmt, geschätzt wird, berücksichtigt werden kann; somit kann der Roboter 2 daran gehindert werden, in den von den nachfolgenden Arbeitsbereichsinformationen 104b angegebenen Arbeitsbereich der Arbeiter 7 einzutreten. In Fällen, in denen eine Bewegungsroute des Arbeiters 7 nur anhand eines aktuellen Bewegungsablaufs des Arbeiters 7 geschätzt wird, ist eine solche Schätzung der Bewegungsroute schwierig, wenn sich der Arbeiter 7 gemäß dem Arbeitsprozess auf eine Weise bewegt, die nicht anhand des aktuellen Bewegungsablaufs geschätzt werden kann. Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht diese Schätzung auch dann, wenn sich der Arbeiter 7 auf die Weise bewegt, die nicht anhand des aktuellen Bewegungsablaufs geschätzt werden kann, wie z. B. wenn der Arbeiter 7 plötzlich eine Bewegungsrichtung gemäß dem Arbeitsprozess ändert.
Vierte Ausführungsform
10 stellt ein Robotersystem, das eine Robotersteuerungsvorrichtung 1C gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet, und ein Beispiel für einen Arbeitsplatz, an dem das Robotersystem angewandt wird, schematisch dar. Im Vergleich zu dem in 1 veranschaulichten Robotersystem beinhaltet das in 10 veranschaulichte Robotersystem zusätzlich eine Arbeitermessvorrichtung 4. In 10 sind Bestandteile, die den in 1 veranschaulichten Bestandteilen ähnlich sind, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und wird auf Beschreibungen dieser Bestandteile verzichtet.
11 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration der in 10 veranschaulichten Robotersteuerungsvorrichtung 1C veranschaulicht. Im Vergleich zu der in 2 veranschaulichten Robotersteuerungsvorrichtung 1 beinhaltet die in 11 veranschaulichte Robotersteuerungsvorrichtung 1C zusätzlich eine Arbeitermessvorrichtung 101. Die Arbeitermessvorrichtung 101 misst einen Arbeiterzustand, der eine Position und eine Haltung des Arbeiters 7 angibt, um eine Arbeiterzustandsinformation 101a auszugeben. Auf Grundlage der Arbeiterzustandsinformation 101a, der Arbeitsbereichsinformationen 104a und der Robotersteuerungszustandsinformationen 102a erzeugt ein Roboterbefehlsgenerator 105C einen Bewegungsbefehl 105a für den Roboter 2. In 11 sind Bestandteile, die den in 2 veranschaulichten Bestandteilen ähnlich sind, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und wird auf Beschreibungen dieser Bestandteile verzichtet.
Die Arbeitermessvorrichtung 4 ist eine Sensorvorrichtung, die ein oder mehrere Körperteile des Arbeiters 7 als physische Messpunkte misst, um Positionsinformationen 4a auszugeben. Die Positionsinformationen 4a werden an die Robotersteuerungsvorrichtung 1C in festen Intervallen ausgegeben. Jeweilige Beispiele für die Arbeitermessvorrichtung 4 können ein RGB-D-Sensor und ein Abstandssensor wie bei dem Sensor der ersten Ausführungsform sein, der zum Erfassen der Arbeitsprozessbestimmungsdaten imstande ist. Die Arbeitermessvorrichtung 4 ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die physischen Messpunkte des Arbeiters 7 derart eingestellt, dass sie eine Erkennung der Haltung des Arbeiters 7 ermöglichen. 12 veranschaulicht Beispiele für die physischen Messpunkte, die für den Arbeiter 7 in der vorliegenden Ausführungsform eingestellt werden. Als die physischen Messpunkte des Arbeiters 7 werden, wie in 12 veranschaulicht, ein Kopf 701, ein Hals 702, eine Schulter 703, eine Wirbelsäule 704, eine Hüfte 705, ein Knie 706, ein Fußgelenk 707, ein Ellenbogen 708, ein Handgelenk 709, ein Finger 710 und ein Zeh 711 eingestellt. Überdies werden eine Knochenpartie 721 zwischen dem Kopf 701 und dem Hals 702, eine Knochenpartie 722 zwischen dem Hals 702 und der Schulter 703, eine Knochenpartie 723 zwischen der Schulter 703 und der Wirbelsäule 704, eine Knochenpartie 724 zwischen der Wirbelsäule 704 und der Hüfte 705, eine Knochenpartie 725 zwischen der Hüfte 705 und dem Knie 706, eine Knochenpartie 726 zwischen dem Knie 706 und dem Fußgelenk 707, eine Knochenpartie 727 zwischen dem Fußgelenk 707 und dem Zeh 711, eine Knochenpartie 728 zwischen der Schulter 703 und dem Ellenbogen 708, eine Knochenpartie 729 zwischen dem Ellenbogen 708 und dem Handgelenk 709 und eine Knochenpartie 730 zwischen dem Handgelenk 709 und dem Finger 710 eingestellt.
Indem der Körper des Arbeiters 7 durch ein Modell des menschlichen Skeletts ausgedrückt wird, wie in 12 veranschaulicht, kann die Haltung des Arbeiters 7 auf Grundlage der Positionsinformationen 4a erkannt werden, welche die von der Arbeitermessvorrichtung 4 gemessenen physischen Messpunkte enthalten.
Es ist jedoch zu beachten, dass die physischen Messpunkte nicht darauf beschränkt sind. In Übereinstimmung mit einem Arbeitsinhalt des Arbeiters 7 können einige der in 12 veranschaulichten physischen Messpunkte ausgewählt werden und können andere physische Messpunkte als die in 12 veranschaulichten physischen Messpunkte hinzugefügt werden.
Darüber hinaus kann gleichzeitig ein Signal von einem anderen Sensor, der an einem allgemeinen Arbeitsplatz installiert ist, und zwar einem bestehenden Sensor wie etwa einer Schaltmatte, einem Lichtvorhang oder einem Lasersensor, zu dem Zweck verwendet werden, die Genauigkeit der Arbeiterpositionsinformationen 4a zum Arbeiter 7 zu verbessern und einen von der Arbeitermessvorrichtung 4 nicht erkennbaren Positionsbereich des Arbeiters 7 auszugleichen.
13 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration des in 11 veranschaulichten Roboterbefehlsgenerators 105C veranschaulicht. Der in 13 veranschaulichte Roboterbefehlsgenerator 105C beinhaltet eine Bewegungsbefehlausgabeeinheit 107C anstelle der Bewegungsbefehlausgabeeinheit 107A des Roboterbefehlsgenerators 105A aus 6. Die Bewegungsbefehlausgabeeinheit 107C gibt einen Bewegungsbefehl 105a an den Roboter 2 auf Grundlage der Arbeiterzustandsinformationen 101a, der Robotersteuerungszustandsinformationen 102a, der Arbeitsbereichsinformationen 104a, des Eintrittsbeurteilungssignals 106a und der Abzugsbahninformationen 108a aus. In 13 sind Bestandteile, die den in 6 veranschaulichten Bestandteilen ähnlich sind, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und wird auf Beschreibungen dieser Bestandteile verzichtet. Es ist zu beachten, dass der Abzugsbahngenerator 108 in der vorliegenden Ausführungsform möglicherweise nicht bereitgestellt wird.
Wenn auf Grundlage des Eintrittsbeurteilungssignals 106a bestimmt wird, dass der Roboter 2 nicht in den von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereich eintritt, gibt die Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 107C an den Roboter 2 einen Bewegungsbefehl 105a in einem Nichteintrittssteuermodus, d. h. einem ersten Steuermodus, aus. Wenn auf Grundlage des Eintrittsbeurteilungssignals 106a bestimmt wird, dass der Roboter 2 in den von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereich eintritt, gibt die Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 107C an den Roboter 2 einen Bewegungsbefehl 105a in einem Eintrittssteuermodus, d. h. einem zweiten Steuermodus, aus.
Der Nichteintrittssteuermodus oder der erste Steuermodus der Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 107C ist hierbei ähnlich dem Nichteintrittssteuermodus der Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 107 der ersten Ausführungsform und wird daher nicht beschrieben. Im Eintrittssteuermodus oder zweiten Steuermodus der Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 107C wird im Vergleich zum zweiten Modus der Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 107A ein Grenzwert für die Betriebsgeschwindigkeit des Roboters 2 auf Grundlage der Arbeiterzustandsinformationen 101a und der Robotersteuerungszustandsinformationen 102a eingestellt. Beispielweise kann, während sich der Arbeiter 7 und der Roboter 2 ab einem aktuellen Zeitpunkt innerhalb des kürzesten Abstands zwischen dem Arbeiter 7 und dem Roboter 2 aneinander annähern, der Grenzwert für die Betriebsgeschwindigkeit des Roboters 2 niedriger eingestellt werden. Alternativ dazu kann der Grenzwert für die Betriebsgeschwindigkeit des Roboters 2 niedriger eingestellt werden, wenn sich relative Geschwindigkeiten des Arbeiters 7 und des Roboters 2 innerhalb des kürzesten Abstands erhöhen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann selbst dann, wenn der Roboter 2 in den eingestellten von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereich des Arbeiters eintritt, die Robotersteuerungsvorrichtung 1C den Roboter aus dem von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebenen Arbeitsbereich abziehen, während eine Kollision zwischen dem Roboter 2 und dem Arbeiter 7 auf Grundlage aktueller relativer Positionen des Roboters 2 und des Arbeiters 7 vermieden wird.
Fünfte Ausführungsform
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Beschreibung zur Eingabe der Arbeiterzustandsinformationen 101a in eine Arbeitsbereichseinstelleinheit bereitgestellt. 14 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Robotersteuerungsvorrichtung 1D gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. In 14 sind Bestandteile, die den in 11 veranschaulichten Bestandteilen ähnlich sind, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und wird auf Beschreibungen dieser Bestandteile verzichtet. Die in 14 veranschaulichte Robotersteuerungsvorrichtung 1D beinhaltet die Arbeitsbereichseinstelleinheit 104D anstelle der Arbeitsbereichseinstelleinheit 104 der in 11 veranschaulichten Robotersteuerungsvorrichtung 1C.
15 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration der in 14 dargestellten Arbeitsbereichseinstelleinheit 104D veranschaulicht. Die in 15 veranschaulichte Arbeitsbereichseinstelleinheit 104D beinhaltet eine Arbeitsbereichsspeichereinheit 109, eine Arbeitsbereichskorrektureinheit 110 und eine Arbeitsbereichsausgabeeinheit 111. Um die in der Arbeitsbereichsspeichereinheit 109 vorgespeicherten Arbeitsbereichsdaten zu korrigieren, speichert die Arbeitsbereichsspeichereinheit 109 Korrekturarbeitsbereichsdaten, die durch Kopieren der vorgespeicherten Arbeitsbereichsdaten erhalten werden. Die Arbeitsbereichsspeichereinheit 109 gibt dann aus den gespeicherten Korrekturarbeitsbereichsdaten Korrekturarbeitsbereichsinformationen 109a aus, die dem durch das Arbeitsprozessangabesignal 5a angegebenen Arbeitsprozess des Arbeiters 7 entsprechen. Auf Grundlage eines statistischen Vergleichs zwischen den Korrekturarbeitsbereichsinformationen 109a und den Arbeiterzustandsinformationen 101a korrigiert die Arbeitsbereichskorrektureinheit 110 die Korrekturarbeitsbereichsinformationen 109a, um eine kleine Differenz zwischen einem angepassten Arbeitsbereich und einem tatsächlichen für die Arbeitsbewegung des Arbeiters 7 verwendeten Bereichs zu bewirken, und gibt somit korrigierte Arbeitsbereichsinformationen 110a aus. Die Arbeitsbereichsausgabeeinheit 111 gibt die korrigierten Arbeitsbereichsinformationen als Arbeitsbereichsinformationen 104a aus. Die Arbeitsbereichsspeichereinheit 109 korrigiert die entsprechenden Korrekturarbeitsbereichsdaten auf Grundlage der korrigierten Arbeitsbereichsinformationen 110a.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform korrigiert die Robotersteuerungsvorrichtung 1D unter Verwendung der auf Grundlage der tatsächlichen Arbeitsbewegung des Arbeiters 7 gemessenen Arbeiterzustandsinformationen 101a den voreingestellten Arbeitsbereich des Arbeiters, der durch die Arbeitsbereichsinformationen 104a angegeben ist. Somit kann der von den Arbeitsbereichsinformationen 104a angegebene Arbeitsbereich gemäß einer Bahn oder einer Spanne an Arbeitsbewegung, der bzw. die zwischen Arbeitern variiert, zurückgesetzt werden.
Sechste Ausführungsform
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Beschreibung zur Eingabe des Bewegungsbefehls 105a in eine Robotersteuerungszustandsmesseinheit bereitgestellt. 16 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Robotersteuerungsvorrichtung 1E gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Die in 16 veranschaulichte Robotersteuerungsvorrichtung 1E beinhaltet die Robotersteuerungszustandsmesseinheit 102E anstelle der in 2 veranschaulichten Robotersteuerungszustandsmesseinheit 102 der Robotersteuerungsvorrichtung 1. Anstelle des Robotergelenkwinkelsignals 3a wird der Bewegungsbefehl 105a in die Robotersteuerungszustandsmesseinheit 102E eingegeben.
Durch die vorliegende Ausführungsform kann die Robotergelenkwinkelmessvorrichtung 3 bei einem Robotersystem entfallen, sodass eine Verringerung der Größe und Kostensenkung möglich sind.
Die in den vorstehenden Ausführungsformen dargestellten Konfigurationen sind für die Inhalte der vorliegenden Erfindung veranschaulichend und können mit anderen allgemein bekannten Techniken kombiniert werden. Diese Konfigurationen können teilweise weggelassen oder verändert werden, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste
1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E Robotersteuerungsvorrichtung; 2 Roboter; 3 Robotergelenkwinkelmessvorrichtung; 3a Robotergelenkwinkelsignal; 4 Arbeitermessvorrichtung; 4a Positionsinformationen; 5 Arbeitsprozessangabevorrichtung; 5a Arbeitsprozessangabesignal; 6, 61 Werkbank; 7 Arbeiter; 10 Sicherheitszaun; 11 Eintrittserkennungsvorrichtung; 12 geschätzte Route, die dem aktuellen Arbeitsprozess entspricht; 13 geschätzte Route, die dem nachfolgenden Arbeitsprozess entspricht; 14 aktueller Arbeitsbereich; 15 nachfolgender Arbeitsbereich; 81, 82, 83, 84, 85 Arbeitsgegenstand; 101 Arbeitermesseinheit; 101a Arbeiterzustandsinformationen; 102, 102E Robotersteuerungszustandsmesseinheit; 102a Robotersteuerungszustandsinformationen; 104, 104B, 104D Arbeitsbereichseinstelleinheit; 104a Arbeitsbereichsinformationen; 104b nachfolgende Arbeitsbereichsinformationen; 105, 105A, 105B, 105C Roboterbefehlsgenerator; 105a Bewegungsbefehl; 106 Eintrittsbeurteilungseinheit; 106a Eintrittsbeurteilungssignal; 107, 107A, 107C Bewegungsbefehlsausgabeeinheit; 108 Abzugsbahngenerator; 108a Abzugsbahninformationen; 109 Arbeitsbereichsspeichereinheit; 109a Korrekturarbeitsbereichsinformationen; 110 Arbeitsbereichskorrektureinheit; 110a korrigierte Arbeitsbereichsinformationen; 111 Arbeitsbereichsausgabeeinheit; 701 Kopf; 702 Hals; 703 Schulter; 704 Wirbelsäule; 705 Hüfte; 706 Knie; 707 Fußgelenk; 708 Ellenbogen; 709 Handgelenk; 710 Finger; 711 Zeh; 721, 722, 723, 724, 725, 726, 727, 728, 729, 730 Knochenpartie.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010120139 [0004]

Claims

Robotersteuerungsvorrichtung zum Steuern eines Roboters, der betrieben wird, während er sich einen Arbeitsraum mit einem Arbeiter teilt, der einen oder mehrere Arbeitsprozesse ausführt, die jeweils einen voreingestellten Arbeitsinhalt aufweisen, wobei die Robotersteuerungsvorrichtung Folgendes umfasst: eine Robotersteuerungszustandsmesseinheit zum Messen eines Robotersteuerungszustands, der eine Position und eine Haltung des Roboters anzeigt; eine Arbeitsbereichseinstelleinheit zum Speichern, für jeden der Arbeitsprozesse, eines Arbeitsbereichs, der durch eine Arbeitsbewegung des Arbeiters zwischen einem Start und einem Ende jedes der Arbeitsprozesse definiert ist und einen Raum beinhaltet, den der Körper des Arbeiters einnimmt, und zum Einstellen des Arbeitsbereichs, der dem aktuell von dem Arbeiter ausgeführten Arbeitsprozess entspricht, auf Grundlage eines Arbeitsprozessangabesignals, das den aktuell von dem Arbeiter ausgeführten Arbeitsprozess angibt; und einen Roboterbefehlsgenerator zum Erzeugen eines Bewegungsbefehls für den Roboter auf Grundlage des Arbeitsbereichs und des Robotersteuerungszustands, wobei der Roboterbefehlsgenerator den Bewegungsbefehl für den Roboter auf Grundlage davon variiert, ob sich der Roboter in dem Arbeitsbereich befindet.
Robotersteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Roboterbefehlsgenerator den Bewegungsbefehl an den Roboter ausgibt, um einen Abzug des Roboters aus dem Arbeitsbereich zu veranlassen, wenn sich der Roboter in dem Arbeitsbereich befindet.
Robotersteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Arbeitsbereichseinstelleinheit neben dem Arbeitsbereich für den Arbeitsprozess einen nachfolgenden Arbeitsprozess aus den Arbeitsprozessen speichert und einen nachfolgenden Arbeitsbereich, der dem nachfolgenden Arbeitsprozess entspricht, zusätzlich zum Einstellen des Arbeitsbereichs, der dem aktuellen von dem Arbeiter ausgeführten Arbeitsprozess entspricht, einstellt; und der Roboterbefehlsgenerator einen Abzugsweg aus dem Arbeitsbereich und dem nachfolgenden Arbeitsbereich in Übereinstimmung damit variiert, wenn der Roboter in den Arbeitsbereich eintritt und wenn der Roboter in den nachfolgenden Arbeitsbereich eintritt und nicht in den Arbeitsbereich eintritt.
Robotersteuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Roboterbefehlsgenerator einen Abzug des Roboters aus dem nachfolgenden Arbeitsbereich veranlasst, ohne einen Eintritt des Roboters in den Arbeitsbereich zu bewirken, wenn der Roboter in den nachfolgenden Arbeitsbereich eintritt und nicht in den Arbeitsbereich eintritt.
Robotersteuerungsvorrichtung zum Steuern eines Roboters, der betrieben wird, während er sich einen Arbeitsraum mit einem Arbeiter teilt, der einen oder mehrere Arbeitsprozesse ausführt, die jeweils einen voreingestellten Arbeitsinhalt aufweisen, wobei die Robotersteuerungsvorrichtung Folgendes umfasst: eine Arbeitermesseinheit zum Messen eines Arbeiterzustands, der eine Position und eine Haltung des Arbeiters anzeigt; eine Robotersteuerungszustandsmesseinheit zum Messen eines Robotersteuerungszustands, der eine Position und eine Haltung des Roboters anzeigt; eine Arbeitsbereichseinstelleinheit zum Speichern, als Arbeitsbereich, eines Bereichs, der durch eine Arbeitsbewegung des Arbeiters zwischen einem Start und einem Ende jedes der Arbeitsprozesse definiert ist und einen Raum beinhaltet, den der Körper des Arbeiters einnimmt, und zum Einstellen des Arbeitsbereichs, der dem aktuell von dem Arbeiter ausgeführten Arbeitsprozess entspricht, auf Grundlage eines Arbeitsprozessangabesignals, das den aktuell von dem Arbeiter ausgeführten Arbeitsprozess angibt; und einen Roboterbefehlsgenerator zum Erzeugen eines Bewegungsbefehls für den Roboter auf Grundlage des Arbeitsbereichs, des Arbeiterzustands und des Robotersteuerungszustands, wobei der Roboterbefehlsgenerator den Bewegungsbefehl für den Roboter auf Grundlage einer Bestimmung variiert, ob der Roboter in den Arbeitsbereich eintritt.
Robotersteuerungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei: die Arbeitsbereichseinstelleinheit eine Arbeitsbereichskorrektureinheit beinhaltet; und die Arbeitsbereichskorrektureinheit den gespeicherten Arbeitsbereich auf Grundlage des Arbeitsbereichs, der dem vom Arbeitsprozessangabesignal angegebenen Arbeitsprozess entspricht, und des Arbeiterzustands, der von der Arbeitermesseinheit eingegeben wird, korrigiert.
Robotersteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Robotersteuerungszustandsmesseinheit den Robotersteuerungszustand auf Grundlage des Bewegungsbefehls, der von dem Roboterbefehlsgenerator an den Roboter ausgegeben wird, misst.