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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung betrifft ein Steuerverfahren für einen Arbeitsroboter, wobei
der Roboter einen korrekten Betrieb durchführen kann, wenn er einen äußeren Gegenstand
berührt,
und ein Steuersystem zum Durchführen
des Steuerverfahrens.
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STAND DER TECHNIK
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In
den meisten Fällen
beruht die Steuerung eines Arbeitsroboters (nachstehend einfach
als "Roboter" bezeichnet, auf
einem System, in dem die jeweiligen Positionen der Motoren für die einzelnen Achsen
des Roboters mit einem Servosteuersystem gesteuert werden. Anhand
des Blockdiagramms von 1 wird dieses Servosteuersystem
beschrieben.
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Das
in der 1 gezeigte Servosteuersystem ist Stand der Technik
und hat einen Positionssteuerkreis und einen Geschwindigkeitssteuerkreis, einschließlich eines
Begriffs 1 für
eine Positionskreisverstärkung
Kp, eines Begriffs 2 für
eine Geschwindigkeitskreisverstärkung
Kv, eines Begriffs 3 für
eine Drehmomentkonstante Kt, eines Begriffs 4 für Trägheit J
und die Übertragungsfunktion 5,
mit der eine tatsächliche
Motorposition q durch Integrieren der Motorgeschwindigkeit v erhalten
wird. Von diesen Begriffen machen der Ausdruck 3 für die Drehmomentkonstante
Kt und der Ausdruck 4 für
die Trägheit J
einen Übertragungsfunktionsdausdruck
für den
Motor M aus. Das Symbol s steht für einen Laplace-Operator.
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Eine
Positionsabweichung e wird berechnet aus einem Bewegungsbefehl r,
der in einer Roboter-Steuervorrichtung (in der 1 nicht
gezeigt) erzeugt wird, und der Motorposition q, und ein Geschwindigkeitsbefehl
vorzugsweise wird ausgegeben durch Multiplikation der Positionsabweichung
e durch die Positionskreisverstärkung
Kp. Zudem wird eine Geschwindigkeitsabweichung ev aus dem Geschwindigkeitsbefehl
vc und der tatsächlichen
Motorgeschwindigkeit berechnet, und ein Drehmomentbefehl tc wird
ausgegeben durch Multiplikation der Geschwindigkeitsabweichung ev
durch die Geschwindigkeitskreisverstärkung Kv. Der Motor wird mit
einem Antriebsstrom versorgt, der dem Drehmomentbefehl tc entspricht.
Für die
Geschwindigkeitskreisverstärkung
kann in einigen Fällen
eine Proportional-plus-Integral-Steuerung oder eine Integral-plus-Proportional-Steuerung
anstelle einer Proportionalsteuerung verwendet werden.
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Herkömmlicherweise
wird dem Servosteuersystem bei dieser Roboter-Steuervorrichtung eine hohe Stabilität (Kreisverstärkung) verliehen,
so dass eine genaue Positionierung bewerkstelligt wird. Zur Verhinderung
von Bruch, wenn der Roboter einen äußeren Gegenstand berührt, wird
jedoch der Roboterbetrieb flexibel gemacht, indem die Kreisverstärkung des
Servosteuersystems unter einen Normalwert für einen Abschnitt gesenkt wird,
bei dem ein Kontakt oder ein Zusammenstoß möglich ist. Dieses Verfahren
wird bezeichnet als "Floating
auf der Basis von Software" oder "Soft-Floating". Ein Hinüberwechseln zur
Soft-Floating-Steuerung in Reaktion auf einen Befehl von einer CPU
der Roboter-Steuervorrichtung wird bezeichnet als "Ausführung einer
Soft-Floating-Funktion".
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Gemäß einem
anderen bekannten Verfahren, mit dem der Kontakt zwischen dem Roboter
und einem äußeren Gegenstand
bewältigt
wird, wird dagegen die Gefahr umgangen, indem der Kontakt mit den
Ausgängen
verschiedener Sensoren (Kraftsensor, Nähesensor, Optiksensor) oder
einem Störmelder
auf Software-Basis erfasst wird und ein Notschalter betätigt wird.
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Wird
die vorherige Technik (Soft-Floating) angewendet, um den Kontakt
zwischen Roboter und äußerem Gegenstand
zu bewerkstelligen, muss man jedoch vorher ein Programm einlernen,
in dessen Teil (Abschnitt) der Kontakt stattfindet. Folglich wird
die Soft-Floating-Steuerung nicht außerhalb des eingelernten Abschnitts
durchgeführt,
so dass der Kontakt möglicherweise
in einem unerwarteten Abschnitt erfolgen kann, und es zu einem Bruch
kommt.
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Wird
die letztere Technik (Nothalt nach dem Erfassen eines Kontaktes)
angewendet, erfolgt dagegen keine solche Steuerung, damit die Festigkeit
des Servosteuersystems sofort reduziert wird. Der Nothalt wird zwar
nach dem Erfassen des Kontaktes durch Verwendung verschiedener Sensoren
oder des Störmelders
durchgeführt,
jedoch wird der Roboter daher eine kurze Strecke an einem eingelernten Weg
entlang bewegt, wobei die Kreisverstärkung des Servosteuersystems
hoch gehalten wird, so dass er unvermeidlich mit dem äußeren Gegenstand
zusammenstößt. Der äußere Gegenstand,
das festgehaltene Werkstück,
die Hand usw. kann somit beschädigt werden.
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Je
nachdem, welches Verfahren zum Bewerkstelligen des Kontaktes gewählt wird,
ist es schwierig, die Gefahr zu vermeiden, wenn nicht die Geschwindigkeit
für Abschnitte
stark gesenkt wird, in denen der Kontakt mutmaßlich stattfindet. Wird der Roboterbetrieb
bei jeder Kontakterfassung gestoppt, wird darüber hinaus die Betriebseffizienz
gesenkt.
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US-A-4 906 907 offenbart
ein Roboter-Steuerverfahren und ein System gemäß dem Oberbegriff jedes der
beigefügten
unabhängigen
Ansprüche. Dieses
Verfahren und System verwendet einen Kraftsensor zur Versorgung
einer Steuereinheit mit einem Signal, in Reaktion wie stark die
Verstärkung
nur für die
Achse, die mit dem erfassten Signal einhergeht, gesenkt wird. Das
Verfahren und System werden beispielsweise bei einem Roboterarm
angewendet, der sich auf einem Raumfahrzeug befinden.
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JP-A-08 071969 offenbart
eine Technik zum Programmieren einer Roboterhand, mit der ein Werkstück Schweißpistolen
ausgesetzt wird. Eine Wirts-CPU befiehlt den Start der Soft-Floating-Servosteuerung
gemäß einem
Eingang von einer Programmierkonsole.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrifft die Bereitstellung eines
Steuerverfahrens, das das Vorkommen von Bruchs unmittelbar nach
dem Erfassen des Kontaktes vermeiden kann, ohne dass man vorher
ein Programm einlernen muss, in dessen Abschnitt ein Kontakt erfolgen
kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
eines Steuerverfahrens, das die Position und die Lage eines Roboters
korrigieren kann, indem eine äußere Kraft
verwendet wird, die derart wirkt, dass die Position und die Lage
des Roboters korrigiert wird, wenn der Kontakt hergestellt wird,
falls eine solche äußere Kraft
existiert, ohne dass der Roboterbetrieb unterbrochen wird.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird ein Robotersteuerverfahren bereitgestellt,
umfassend:
Erfassen des Kontaktes zwischen einem Roboter oder
einem von dem Roboter gehaltenen Gegenstand und einem äußeren Gegenstand,
während
des Betriebs zur Bewegung des Roboters, dessen einzelne Achsen mit
Hilfe von Servomotoren angetrieben werden, die von einem Steuersystem
mit Kreisverstärkung
gesteuert werden, die auf die Erfassung eines Kontaktes hin reduziert
wird; und
Verwendung eines Positions-Steuerkreises mit einer Positions-Kreisverstärkung und
eines Geschwindigkeits-Steuerkreises mit einer Geschwindigkeits-Kreisverstärkung,
dadurch
gekennzeichnet, dass:
zu Beginn Zahlenwerte für die einzelnen
Achsen eingestellt werden, die Verhältnisse zu der Positions-Kreisverstärkung und
Geschwindigkeits-Kreisverstärkung
veranschaulichen, die beim normalen Betrieb verwendet werden, zur
Verwendung bei einer Soft-Floating-Funktion; und
die Soft-Floating-Funktion
durch abwärts
erfolgendes Einstellen der Positions-Kreisverstärkung und Geschwindigkeits-Kreisverstärkung mit
den Zahlenwerten ausgeführt
wird, die beim Erfassen des Kontaktes in dem Einstellschritt eingestellt
werden.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Roboter-Steuersystem bereitgestellt,
umfassend:
eine Roboter-Steuervorrichtung zum Steuern eines Roboters;
Kontakterfassungsvorrichtungen
zum Erfassen des Kontakts zwischen dem Roboter oder einem von dem Roboter
gehaltenen Gegenstand und einem äußeren Gegenstand,
wobei die Vorrichtung an die Roboter-Steuervorrichtung angeschlossen
ist oder in dieser bereitgestellt wird;
Verstärkungs-Modifikations-Vorrichtungen
zum Modifizieren einer Kreisverstärkung des Roboters gemäß einem
Ausgang von der Kontakterfassungsvorrichtung; und
einen Positions-Steuerkreis
mit einer Positions-Kreisverstärkung
und einen Geschwindigkeits-Steuerkreis mit einer Geschwindigkeits-Kreisverstärkung;
dadurch
gekennzeichnet, dass das Roboter-Steuersystem weiter umfasst:
Stellvorrichtungen
zum anfänglichen
Einstellen von Zahlenwerten für
die einzelnen Achsen, die die Verhältnisse zur Positions-Kreisverstärkung und
der Geschwindigkeits-Kreisverstärkung veranschaulichen, die
bei normalem Betrieb verwendet werden, zur Verwendung bei einer
Soft-Floating-Funktion;
wobei die Verstärkungs-Modifikations-Vorrichtungen die
Soft-Floating-Funktion durch abwärts
erfolgendes Einstellen der Positions-Kreisverstärkung und der Geschwindigkeits-Kreisverstärkung mit
den Zahlenwerten ausüben,
die über
die Stellvorrichtungen eingestellt werden.
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Die
Stellvorrichtung umfasst vorzugsweise darüber hinaus Handeingabevorrichtungen
mit einem Anzeigeschirm zum Einstellen der Zahlenwerte zur Verwendung
in der Soft-Floating-Funktion oder zum Auswählen eines Optimum-Menüs unter
einigen vorbereiteten Menüs.
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Erfindungsgemäß kann das
Vorkommen von Abbruch direkt nach dem Kontakt vermieden werden, ohne
dass zuvor in ein Programm ein Abschnitt eingelernt wird, worin
ein Kontakt auftreten kann. Existiert eine äußere Kraft, die derart wirkt,
dass die Position und die Lage des Roboters korrigiert wird, wenn
der Kontakt erfolgt, kann die Position und die Lage des Roboters
korrigiert werden, indem die äußere Kraft
verwendet wird, ohne dass der Roboterbetrieb unterbrochen wird.
Folglich kann der Betrieb mit dem Roboter sicher und effizient verbessert
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigt:
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1 ein
Blockdiagramm zur Veranschaulichung der grundlegenden Konfiguration
eines Servosteuersystems einschließlich eines Positionssteuerkreises
und eines Geschwindigkeitssteuerkreises;
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2,
ein Blockdiagramm, den prinzipiellen Teil eines Überblicks über die Robotersteuerung und über die äußeren Geräte, die
bei der Durchführung der
vorliegenden Erfindung verwendet werden;
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3A,
eine Ansicht zur Veranschaulichung der relativen Positionen einer
Roboterhand und eines Spannfutters, den Fall, bei dem die Erfindung
auf die Ladung des Spannfutters mit einem Werkstück mit der Roboterhand angewendet
wird;
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3B,
eine Schnittansicht, einen Zustand, in dem das Spannfutter von 3A vollständig mit dem
Werkstück
von 3A beladen ist;
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3C,
eine Schnittansicht, einen Zustand, bei dem das Werkstück von 3A durch
das Spannfutter von 3A gehalten wird;
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4,
ein Schaubild, einen Bildschirm für die Stellbedingungen (Weichheit
der einzelnen Achsen) für
die Ausführung
einer Soft-Floating-Funktion;
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5 ein
Fließschema
zur Veranschaulichung eines Überblicks über die
Roboter-Steuervorrichtung
von 2 in dem Fall, bei dem die vorliegende Erfindung
auf die Beladung eines Spannfutters mit dem Werkstück mit Hilfe
der Roboterhand angewendet wird;
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6,
ein Schnitt, einen Zustand, bei dem ein Bereich des Werkstücks gegen
eine Werkstückbefestigungsoberfläche des
Spannfutters während der
Verarbeitung von 5 stößt;
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7A,
eine Ansicht, einen Zustand, bei dem das Werkstück mit der Werkstückbefestigungsoberfläche des
Spannfutters in Kontakt kommt und sich die Spannfutter-Elemente
in ihren zurückgezogenen
Positionen befinden, ohne dass eine Schließbewegung gestartet wird, während der
Verarbeitung von 5;
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7B,
eine Ansicht, einen Zustand, der dem Zustand von 7A folgt,
wobei die Eckabschnitte oder Ränder
des Werkstücks
durchgehend mit ihren einzelnen Seitenflächen jeweils mit sämtlichen
4 Spannfutter-Elementen in Kontakt sind; und
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7C einen
Zustand, in dem das Einspannen des Werkstücks mit den Spannfutter-Elementen nach
dem Zustand von 7B beendet ist.
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BESTE ART UND WEISE DER DURCHFÜHRUNG DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt
zwischen einem Roboter und einem äußeren Gegenstand mit einem
an eine Robotersteuerung angeschlossenen Sensor (Kraftsensor, Nähesensor,
oder Optiksensor) oder Kontakterfassungsvorrichtung, wie einem Störmelder auf
Software-Basis, erfasst wird, und folglich eine Soft-Floating-Funktion
ausgeübt
wird.
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Wird
der Roboter während
der Ausübung
der Soft-Floating-Funktion einer äußeren Kraft unterworfen, so
dass er gepresst oder eingezogen wird, bewegt sich der Roboter passiv
in der Richtung, in der die äußere Kraft
aufgehoben wird. Der Punkt der Beendigung dieser passiven Bewegung
kann erwartungsgemäß mit der
gewünschten
Position und Lage für
den aktuellen Betrieb übereinstimmen.
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In
dem Blockschema von 2, die den Hauptteil zeigt,
wird zuerst die zur erfindungsgemäßen Robotersteuerung verwendete
Roboter-Steuervorrichtung beschrieben.
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Das
vollständige
System einer Roboter-Steuervorrichtung RC wird mit einer Wirts-CPU10 gesteuert.
Die Wirts-CPU 10 ist über
einen Bus 19 an einen ROM 11, RAM 12,
einen nichtflüchtigen
Speicher 13, ein Eingangs-Ausgangs-Gerät (I/O) 14, eine Schnittstelle
(I/F) 15 und einen geteilten RAM 16 angeschlossen.
Der geteilte RAM 16 ist an einen Digitalservokreis 17 angeschlossen,
und der Digitalservokreis 17 ist an ein Rückkopplungsregister 18 angeschlossen.
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Der
ROM 11 ist mit verschiedenen Systemprogrammen beladen.
Der RAM 12 wird zur vorübergehenden
Speicherung von Daten aus der Wirts-CPU 10 verwendet. Der
nichtflüchtige
Speicher 13 ist mit verschiedenen Programmen 13 beladen,
in Bezug auf den Inhalt des Betriebs eines Roboters 30 und
der Außengeräte 40 und
den damit einhergehenden Sollwerten, usw. Die Eingangs-Ausgangsvorrichtung
(I/O) 14 dient als Schnittstelle, die zu den Außengeräten 40 führt. Die
Schnittstelle (I/F) 15 ist an eine Programmierkonsole 20 angeschlossen.
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Der
geteilte RAM 16 verteilt Bewegungsbefehle und Steuerbefehle
von der Wirts-CPU 10 zu
einem Prozessor des Digitalservokreises 17 oder verteilt
entgegengesetzt verschiedene Signale vom Prozessor des Digitalservokreises 17 zur
Wirts-CPU 10. Der Digitalservokreis 17, der aus
einem Prozessor und Speichern, wie ROM, RAM usw. besteht, führt die
Servosteuerung (Softwareservosteuerung) aus. Das Rückkopplungsregister 18 ist
mit Positionsrückkopplungssignalen, Geschwindigkeitsrückkopplungssignalen,
Stromrückkopplungssignalen
usw. für die
Servomotoren für
die einzelnen Achsen beladen.
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In
der Roboter-Steuervorrichtung von 2 sind die
Wirts-CPU 10, der geteilte RAM 16 und der Digitalservokreis 17 Elemente,
die direkt an der Soft-Floating-Steuerung beteiligt sind.
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Die
Programmierkonsole 20, die eine Flüssigkristallanzeige LCD und
eine Tastatur KB aufweist, kann einen Bildschirm aufrufen zum Einstellen der
Weichheit einer Soft-Floating-Servosteuerung auf
die später
beschriebene Weise, sowie einen Programm-Abspielbetriebsbefehl, Handvorschub-Befehl,
Eintrag und Modifikation von Programmdaten und Eintrag und Modifikation
relevanter Sollwerte.
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Ein
Sensor, wie der Kraftsensor oder Nähesensor, oder ein Störmelder
auf Software-Basis wird zur Erfassung des Kontakts zwischen dem
Roboter 30 oder einem Gegenstand, der vom Roboter 30 gehalten
wird, und einem weiteren Gegenstand, verwendet. Bei Einsatz eines
Sensors ist der Sensor 41 (einschließlich einer Sensorsteuereinheit)
an eine Eingangs-Ausgangs-Vorrichtung 14 angeschlossen. Der
Kontakt kann mit einem Optiksensor anstelle des Kraftsensors oder
Nähesensors
erfasst werden. In diesem Fall kann die Eingangs-Ausgangs-Vorrichtung 14 getrennt
an ein bekanntes Bildverarbeitungssystem angeschlossen sein, das
eine Kamera, eine Schnittstelle, einen Bildprozessor einen Rahmenspeicher,
usw. aufweist, oder die Roboter-Steuervorrichtung RC kann so ausgelegt
sein, dass in ihr ein Bildverarbeitungssystem eingebaut ist. Der
Kontakt zwischen dem Roboter 30 oder einem Gegenstand, der
vom Roboter 30 gehalten wird, und einem weiteren Gegenstand,
kann zwar durch verschiedene Maßnahmen,
wie oben beschrieben erfasst werden, jedoch wird der Kontakt mit
dem Kraftsensor 41 erfasst, der an einem Arm des Roboters
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
befestigt ist.
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In
den 3A bis 7C wird
ein Fall beschrieben, bei dem ein erfindungsgemäßes Steuersystem durch das
in 2 oben beschriebene System ausgeführt wird.
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(1. Inhalt von Werkstück und Layout)
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Nachstehend
wird ein Fall beschrieben, bei dem die erfindungsgemäße Steuerung
auf die Beladung eines Spannfutters mit einem Werkstück mittels Roboterhand
beschrieben wird, wie in der 3A beschrieben.
Die Außengeräte 40 umfassen
somit eine Hand (Schaltgerät)
und ein Spannfutter (Schaltgerät).
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In
der 3A umfasst ein Spannfutter CH, das in einem Werkstückhalteabschnitt
einer Werkzeugmaschine (nicht gezeigt) verwendet wird, vier Futterelemente
CH1 bis CH4. Diese Futterelemente CH1 bis CH4, die auf einer Werkstückbefestigungsoberfäche H des
Spannfutters CH aufgereiht sind, gleiten auf der Werkstückbefestigungsoberfläche H und geraten
nahe aneinander (d.h. dass sie geschlossen sind) oder entfernen
sich voneinander (d.h. dass sie geöffnet sind).
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Ein
Werkstück
W, das in das Spannfutter CH eingespannt werden soll, hat einen
quadratischen Querschnitt, wie in der 3C gezeigt,
und wird mit einer am distalen Endabschnitt eines Arms des Roboters 30 befestigten
Hand HD mit dem Kraftsensor 41 gehalten. Ein Werkzeugmittelpunkt
(TOP) ist in der Mitte des distalen Endabschnitts der Hand HD eingestellt.
In der 3A erstreckt sich eine Z-Achse Zt
eines Werkzeugkoordinatensystems in der Achsrichtung der Hand HD.
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Ein
einprogrammierter Weg ist mutmaßlich ein
Weg, der sich von dem vorhandenen TOP, gezeigt in 3A,
zu einem Punkt (Position/Lage) Q nahe der Mitte eines Raumbereichs
erstreckt, der von den Futterelementen CH1 bis CH4 umgeben ist. Der
Befehlspunkt Q wird derart einprogrammiert, dass das Werkstück W leicht
in die Werkstückbefestigungsfläche H des
Spannfutters CH einschneidet. Ein hochgenauer Befehl ist jedoch
nicht unverzichtbar (wofür
der Grund später
beschrieben wird).
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Wird
der Roboter durch den Programm-Playback-Betrieb bewegt, wird das
Werkstück
W zum Befehlspunkt Q transportiert, und seine vier Seitenflächen werden
zwischen den Futterelementen CH1 bis CH4 in Schließbetrieb
gehalten. Ist die Beladung korrekt abgeschlossen, wie in der 3B gezeigt,
befindet sich eine distale Endfläche
G des Werkstücks
W in Kontakt mit der Werkstückbefestigungsfläche H und
die vier Seitenflächen
des Werkstücks
W werden zwischen den einzelnen Futterelementen CH1 bis CH4 gehalten,
so dass keine Lücken
zurückbleiben. Man
beachte, dass der TOP des Roboters in diesem Zustand sich etwas
näher am
distalen Ende des Roboterarms befindet, als der Befehlspunkt Q,
der auf dem Spannfutter CH eingestellt ist.
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(2. Herstellungen)
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- 1. Es wird eine Reihe von Abfolgevorgängen gelehrt,
einschließlich
der Bewegung des in der Hand HD gehaltenen Werkstücks W, zum
Befehlspunkt Q, Schließen
des Futters, Öffnen
der Hand usw. Der Inhalt der einprogrammierten Verarbeitung wird
nachstehend anhand des Fließschemas von 5 beschrieben.
Der Weg zur Auswahl des Befehlspunktes Q wurde bereits anhand der 3B beschrieben.
Die Befehlsgeschwindigkeit zum Befehlspunkt Q muss nicht besonders
gesenkt werden.
- 2. Die Tastatur der Programmierkonsole 20 wird so betrieben,
dass ein "SERVO-WEICHHEITS-STELLBILDSCHIRM" aufgerufen wird, wie
derjenige, der in der 4 gezeigt ist, auf dem LCD,
und die Bedingungen (Weichheit der einzelnen Achsen) zur Bewerkstelligung
der Soft-Floating-Funktion werden eingestellt.
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Bei
dem in 4 gezeigten "SERVO-WEICHHEITS-STELLBILDSCHIRM" wird eine Bedingung
zur Bewerkstelligung der Soft-Floating-Funktion aus den Bedingungen
#01, #02 ... ausgewählt,
die vorher bereitgestellt werden. Die in Prozent angegebenen Zahlenwerte
für die
einzelnen Achsen (erste bis sechste Achse des Roboters) in Bezug
auf die einzelnen Bedingungen veranschaulichen Verhältnisse
zu einer Positionskreisverstärkung Kp-normal und einer Geschwindigkeitskreisverstärkung Kv-normal für einen Normalmodus. Diese
Werte werden unter Berücksichtigung
der notwendigen Weichheit für
die einzelnen Richtungen (beispielsweise Richtungen der X-, Y- und
Z-Achsen auf einem
Basis-Koordinatensystem) im Raum festgesetzt. Bei dem in der 4 gezeigten
Fall wird die Bedingung #03 durch Bildschirmeingabe ausgewählt.
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Die
Bedingungen für
die Servoweichheit sind nicht auf das System eingeschränkt, in
dem sie durch die Verhältnisse
(%) für
die einzelnen Achsen zugeordnet sind, wie in der 4 gezeigt.
Alternativ können
beispielsweise die Werte einer Positionskreisverstärkung Kp-touch und einer Geschwindigkeitskreisverstärkung Kv-touch zum Zeitpunkt der Soft-Floating-Durchführung (wenn
der Kontakt erfasst wird) für die
einzelnen Achsen eingestellt werden. Natürlich sind diese Werte Kp-touch und Kv-touch kleiner
als die Werte der Positionskreisverstärkung Kp-normal und
der Geschwindigkeitskreisverstärkung
Kv-normal für den Normalmodus (in dem die
Soft-Floating-Funktion nicht durchgeführt wird).
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(3. Inhalt von Verarbeitung und Durchführung)
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Anhand
des Fließschemas
von 5 wird ein Überblick über die
Verarbeitung durch die Wirts-CPU 10 der Roboter-Steuervorrichtung
beschrieben, die ausgeführt
wird, bis das Einspannen mit dem Spannfutter CH beendet ist, wonach
der Betrieb zur Bewegung von dem in 3 gezeigten
Zustand zum Befehlspunkt Q gestartet wird.
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Die
Verarbeitung von 5 wird begonnen, wenn die Wirts-CPU 10 eine
Festlegung bezüglich
einer Anweisung zur Bewegung zum Anweisungspunkt Q liest. Danach
wird die Verarbeitung mit jedem Interpolationszyklus wiederholt.
Die Positionskreisverstärkung
und die Geschwindigkeitskreisverstärkung für die einzelnen Achsen zu Beginn
der Bewegungsverarbeitung sind in ihren Normalzustandswerten Kp- normal bzw. Kv-normal.
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Bestimmt
die CPU 10 erstmals, dass die Verarbeitung für die Bewegung
zum Anweisungspunkt Q nicht beendet ist (Schritt S1), bildet sie
einen Spurplan gemäß den gelesenen
Programmdaten und übermittelt
Bewegungsbefehle an die Servos für
die einzelnen Achsen (Schritt S2).
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Direkt
nach der Ausgabe der Bewegungsbefehle wird ein aktueller Ausgang
aus dem Kraftsensor 41 dahingehend überprüft, ob das Werkstück W, das von
der Hand HD des Roboters 30 gehalten wird, in Kontakt mit
einem äußeren Gegenstand
ist (beispielsweise einem Teil des Spannfutters CH oder einem anderen
Hindernis) (Schritt S3). Während
der Verarbeitung in diesem Fall gibt es mutmaßlich jedoch kein Hindernis
auf dem Weg (programmierten Weg), der sich zum Punkt Q nahe der
Mitte des Raumbereichs erstreckt, der von den Futterelementen CH1
bis CH4 umgeben ist. Folglich wird ein Ausgang, der den Kontakt
zwischen dem Werkstück
W und dem äußeren Gegenstand
anzeigt, aus dem Kraftsensor 41 (die Bestimmung in Schritt 33 wird
JA) nur dann erhalten, wenn ein Bereich (insbesondere der Eckbereich,
der in die distale Endseite G übergeht)
des Werkstücks
W, das sich entlang dem programmierten Weg bewegt, gegen die Werkstückfixierungsoberfläche H des
Spannfutters CH stößt, wie
es in der 6 gezeigt ist.
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Bis
der eine Bereich des Werkstücks
W gegen die Werkstückfixierungsoberfläche H des
Spannfutters CH stößt, werden
daher die Verfahren von Schritt Si, Schritt S2, Schritt S3 und Schritt
Si wiederholt, ohne dass die Werte der Positionskreisverstärkung und
der Geschwindigkeitskreisverstärkung
modifiziert werden (d.h. wobei die Werte Kp- normal und Kv-normal zu
Beginn der Verarbeitung beibehalten werden).
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Wenn
sich der Roboter weiter bewegt, kommt ein Teil des Werkstücks W mit
der Werkstückfixierungsoberfläche H des
Spannfutters CH in kurzer Zeit in Kontakt. Die 6 zeigt
ein Beispiel der Lage des Werkstücks
W in Kontakt mit der Werkstückfixierungsoberfläche des
Spannfutters CH. Die 7A, 7B und 7C zeigen
ferner ein Beispiel der Bewegung des Roboters (d.h. eine Bewegung
des Werkstücks
W, das vom distalen Ende des Roboterarms gehalten wird) nachdem
die Werkstückfixierungsoberfläche H des
Spannfutters CH von dem Teil des Werkstücks W berührt wird. Wie in den 6, 7A,
und 7B gezeigt, steigt die distale Endseite G des
Werkstücks
W wahrscheinlich in einem Winkel zur Werkstückfixierungsoberfläche H an
(Siehe 6) und ebenfalls zu den entsprechenden Spannfutteroberflächen der
Futterelemente CH1 bis CH4 (siehe 7B), und
zwar aufgrund von Faktoren, wie der Variation der Lage des festgehaltenen Werkstücks W und
dergleichen. Die 6 und 7A zeigen
den Weg von einem (GC) der vier Eckabschnitte des Werkstücks W, die
in die distale Endseite G davon übergehen
(oder eine der vier Kanten, die in die distale Endseite G übergehen),
welche zuerst mit der Werkstückfixierungsoberfläche H des Spannfutters
CH zusammenkommen.
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Ist
das Werkstück
W in dem in den 6 und 7A gezeigten
Zustand wird der Schließvorgang des
Spannfutters CH noch nicht gestartet (siehe 7A), so
dass eine äußere Kraft
auf das Werkstück
W nur eine Reaktionskraft F an den Eckabschnitten (oder in einigen
Fällen
Randabschnitten) umfasst. Wie zuvor anhand der 3B erwähnt befindet
sich der Anweisungspunkt Q, der auf dem Spannfutter CH eingestellt
ist, an einer Position etwas näher
zur Werkstückfixierungsoberfläche H des Spannfutters
CH als der TOP, selbst wenn die distale Endseite G des Werkstücks W, das
in der Roboterhand HD gehalten wird, ganz mit der Werkstückfixierungsoberfläche H (Flächenkontakt)
in Kontakt ist. Befindet sich ein Teil des Werkstücks W in
Kontakt mit der Werkstückfixierungsoberfläche H des
Spannfutters CH kann somit der TOP niemals mit dem Anweisungspunkt
zusammenfallen. Wie in der 7A gezeigt,
entspricht die Position des TOP nicht einem Spannfuttermittelpunkt
(Punkt, der erwartungsgemäß dem TOP
entspricht, wenn das Einspannen beendet ist).
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Wenn
das Teil GC des Werkstücks
W beginnt, die Werkstücksfixierungsoberfläche H des Spannfutters
CH zu berühren,
erfasst der Kraftsensor 41 sofort eine Kraft (Sechsachsenkraft),
die von der Reaktionskraft F hergeleitet ist und überträgt ein Signal,
das den Kontakt mit der Roboter-Steuervorrichtung RC anzeigt. Die
Wirts-CPU 10 wiederholt dagegen ein Verfahren zur Beladung
des RAM 12 mit dem aktuellen Ausgang des Kraftsensors 41 mit
jedem Verarbeitungszyklus.
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Ist
ein Teil GC des Werkstücks
W in Kontakt mit der Werkstückfixierungsoberfläche H des
Spannfutters CH, erfasst dies daher der Kraftsensor 41 (Bestimmung
in Schritt S3 ist JA) und stellt die Positionskreisverstärkung und
die Geschwindigkeitskreisverstärkung
auf die Werte Kp-float und Kv-float ein,
d.h. auf die Werte zum Zeitpunkt, an dem das Soft-Floating effizient
ist. Der Inhalt der Verarbeitung in Schritt S4 im ersten Verfahrenszyklus
für die
Erfassung des vorstehend genannten Kontakts durch den Kraftsensor 41 umfasst
Modifikationen der Positionskreisverstärkung und der Geschwindigkeitskreisverstärkung zu den
Werten Kp-float bzw. Kv-float , d.h. den Werten zu dem Zeitpunkt, an dem
das Soft-Floating effizient ist. Der Inhalt der Verarbeitung in
Schritt S4 in den nächsten und
anschließenden
Verarbeitungszyklen umfasst Verfahren zum Halten der Positionskreisverstärkung und
der Geschwindigkeitskreisverstärkung
bei Kp-float bzw. Kv-float.
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Nach
der Bewerkstelligung der Soft-Floating-Funktion mit der auf Kp-float bzw. Kv-float eingestellten
Positionskreisverstärkung
bzw. Geschwindigkeitskreisverstärkung
wie oben beschrieben, wird bestimmt, ob ein Schließsignal
für das
Spannfutter CH ausgegeben wird oder nicht (Schritt S5). Wird der Schließvorgang
noch nicht vom Spannfutter CH gestartet, wird das Signal zum Schließen des
Spannfutters CH ausgegeben (Schritt S6).
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In
dem Fall, bei dem das Teil GC des Werkstücks W in Kontakt mit der Werkstückfixierungsoberfläche H des
Spannfutters CH ist, so dass die Soft-Floating-Funktion ausgeführt wird (siehe 6), empfängt das
Werkstück
W (und somit die Roboterhand HD) die äußere Kraft F, wenn sie der
Lagekorrekturbewegung unterworfen wird, wie durch den Pfeil R in 6 angezeigt.
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Während die
Roboterhand HD die Lagekorrekturbewegung ausführt, wird überprüft, ob das Schließen des
Spannfutters CH beendet ist oder nicht (Schritt S7). Ist das Spannfutter
nicht ganz geschlossen, wird der aktuelle Verarbeitungszyklus beendet,
und dann kehrt die Verarbeitung zum ersten Schritt zurück (Schritt
Si). Man nimmt hier an, dass ein Teil des Werkstücks W niemals die Werkstückfixierungsoberfläche H verlässt, sobald
sie die Werkstückfixierungsoberfläche H berührt. Selbst,
wenn ein Teil des Werkstücks
W in Kontakt mit der Werkstückfixierungsoberfläche H des
Spannfutters CH ist, werden die Verfahren der Schritte Si, S2, S3,
S4, S5, S7 und S1 wiederholt, wenn das Spannfutter noch nicht ganz
geschlossen ist (die Bestimmung in Schritt S7 ist NEIN).
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Erreicht
der TOP den Anweisungspunkt Q nach der Beendigung der Erteilung
der Bewegungsbefehle an die Servoamplifikatoren für die einzelnen Achsen,
wenn die vorstehend genannte Reihe von Verfahren wiederholt wird, überspringt
die Verarbeitung den Schritt S2 und macht nach Schritt Si bei Schritt
S3 weiter. Ist somit die Beendigung des Spannfutterschließens in
Schritt S7 noch nicht erfasst, obschon der Anweisungspunkt Q vom
TOP erreicht wurde, werden die Verfahren der Schritte Si, S3, S4,
S5, S7 und Si wiederholt.
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Der
Schließvorgang
des Spannfutters CH wird begonnen, wenn ein Teil des Werkstücks beginnt,
die Werkstückfixierungsoberfläche H des Spannfutters
CH zu berühren
(d.h. wenn sich die Bestimmung in Schritt S3 von NEIN zu JA ändert).
Kurz nachdem ein Signal zum Starten des Schließvorgangs des Spannfutters
CH ausgegeben wird (Schritt S6), werden die Eckbereiche oder Kanten,
die in die einzelnen Seitenflächen
des Werkstücks
W übergehen,
einzeln mit allen (oder einigen) Futterelementen CH1 bis CH4 in
Kontakt gebracht, wie in der 7B gezeigt.
Setzen die Futterelemente CH1 bis CH4 in dem in 7B gezeigten
Zustand ihren Schließvorgang
fort, übt
die Bewegung dieser Futterelemente CH1 bis CH4 eine Wendekraft in
Richtung des Pfeils AR in 7B auf
das Werkstück
W aus, das von der Hand HD des Roboters gehalten wird, wobei die Soft-Floating-Funktion
ausgeübt
wird. Folglich startet das Werkstück W die Lagekorrekturbewegung,
die in der 7B durch den Pfeil AR angegeben
wird, und stoppt schließlich
in dem in 7C gezeigten Zustand, so dass
die oberen, unteren, linken und rechten Seitenflächen des Werkstücks W in
Flächenkontakt
mit den Futterelementen CH1 bis CH4 sind, d.h. in einem Zustand,
in dem der Spannvorgang beendet ist. Die Position des TOP in diesem
Zustand entspricht dem Spannfuttermittelpunkt A.
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In
einigen Fällen
kann die distale Endseite des Werkstücks W nicht in engem Kontakt
mit der Werkstückfixierungsoberfläche H des
Spannfutters CH sein, selbst wenn der Spannbetriebsbeendigungszustand
erfasst wurde (Schritt S7). In diesen Fällen wird keine Konvergenz
der Roboterbewegung erfasst (Schritt S8), so dass die Verarbeitung
zum ersten Schritt zurückkehrt
(Schritt Si). Daraufhin werden die Verfahren der Schritte S1, (S2),
S3, S4, S5, S7, S8, und Si wiederholt. Ist dies erfolgt, kommt die distale
Endseite G des Werkstücks
W in engen Kontakt mit der Werkstückfixierungsoberfläche H des Spannfutters
CH in Schritt S8, wie es in der 3B gezeigt
ist. Stellt sich nicht heraus, dass die aktuellen Geschwindigkeiten
der einzelnen Achsen des Roboters im Wesentlichen auf Null reduziert
werden, wird ein Signal ausgegeben, so dass Positionsabweichungen
und Geschwindigkeitsabweichungen in Servosystemen für die einzelnen
Achsen auf "0" gelöscht werden
(Schritt S9), und ein Öffnungssignal
für die
Hand HD wird dann ausgegeben, so dass die Hand HD geöffnet wird
und das Werkstück
W von der Hand HD losgelassen wird (Schritt S10), woraufhin die
Verarbeitung endet. Sowohl die Positions- als auch Geschwindigkeitsabweichungen
werden in Schritt S9 gelöscht,
damit der Roboter sich nicht bewegen kann, wenn die Hand HD geöffnet wird.
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Es
wird zwar nicht in Zusammenhang mit der vorstehenden Beschreibung
vorgeschlagen, in dem Fall bei dem das Werkstück mit einem Hindernis in Kontakt
kommt, bevor es die Werkstückfixierungsoberfläche H berührt, wird
die Soft-Floating-Funktion ausgeführt, bis
der Kontakt auch beendet wird, und der Roboter streift das Hindernis,
wenn er vorläuft und
kann zu seiner ursprünglichen
Spur zurückkehren,
die zu dem Anweisungspunkt Q in kurzer Zeit führt. Zur Überwindung des Kontakts mit
einem solchen Hindernis ist es ratsam, eine Bedingung an die Position
des TOP für
die Ausgabe des Signals zum Schließen des Spannfutters bei Schritt 6 zu
knüpfen.
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In
dem oben beschriebenen Fall wird darüber hinaus der Kraftsensorausgang
für die
Kontakterfassung in Schritt S3 verwendet. Wie zuvor erwähnt gibt
es jedoch verschiedene bekannte Verfahren für die Kontakterfassung einschließlich der
Verwendung verschiedener anderer Sensoren als der Kraftsensor oder
Störmelder
und ein jedes Verfahren kann überhaupt
ohne Einschränkung
verwendet werden.