DE69837741T2

DE69837741T2 - Verfahren und system zur steuerung eines roboters

Info

Publication number: DE69837741T2
Application number: DE69837741T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Minamitsuru-gun WATANABE; Tetsuaki Hadano-shi Kato; Yukinobu Minamitsuru-gun TSUCHIDA
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1997-01-27
Filing date: 1998-01-27
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2018-01-28
Also published as: EP0901054A4; JP3300625B2; US6140788A; JPH10207519A; DE69837741D1; WO1998033100A1; EP0901054A1; EP0901054B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
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.
STAND DER TECHNIK
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.
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.
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.
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".
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.
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.
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.
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.
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.
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.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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.
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.
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.
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.
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.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung der grundlegenden Konfiguration eines Servosteuersystems einschließlich eines Positionssteuerkreises und eines Geschwindigkeitssteuerkreises;
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;
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;
3B, eine Schnittansicht, einen Zustand, in dem das Spannfutter von 3A vollständig mit dem Werkstück von 3A beladen ist;
3C, eine Schnittansicht, einen Zustand, bei dem das Werkstück von 3A durch das Spannfutter von 3A gehalten wird;
4, ein Schaubild, einen Bildschirm für die Stellbedingungen (Weichheit der einzelnen Achsen) für die Ausführung einer Soft-Floating-Funktion;
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;
6, ein Schnitt, einen Zustand, bei dem ein Bereich des Werkstücks gegen eine Werkstückbefestigungsoberfläche des Spannfutters während der Verarbeitung von 5 stößt;
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;
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
7C einen Zustand, in dem das Einspannen des Werkstücks mit den Spannfutter-Elementen nach dem Zustand von 7B beendet ist.
BESTE ART UND WEISE DER DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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.
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.
In dem Blockschema von 2, die den Hauptteil zeigt, wird zuerst die zur erfindungsgemäßen Robotersteuerung verwendete Roboter-Steuervorrichtung beschrieben.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
In den 3A bis 7C wird ein Fall beschrieben, bei dem ein erfindungsgemäßes Steuersystem durch das in 2 oben beschriebene System ausgeführt wird.
(1. Inhalt von Werkstück und Layout)
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).
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).
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.
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).
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.
(2. Herstellungen)

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.

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 K_p-normal und einer Geschwindigkeitskreisverstärkung K_v-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.
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 K_p-touch und einer Geschwindigkeitskreisverstärkung K_v-touch zum Zeitpunkt der Soft-Floating-Durchführung (wenn der Kontakt erfasst wird) für die einzelnen Achsen eingestellt werden. Natürlich sind diese Werte K_p-touch und K_v-touch kleiner als die Werte der Positionskreisverstärkung K_p-normal und der Geschwindigkeitskreisverstärkung K_v-normal für den Normalmodus (in dem die Soft-Floating-Funktion nicht durchgeführt wird).
(3. Inhalt von Verarbeitung und Durchführung)
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.
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 K_p- _normal bzw. K_v-normal.
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).
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.
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 K_p- _normal und K_v-normal zu Beginn der Verarbeitung beibehalten werden).
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.
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).
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.
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 K_p-float und K_v-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 K_p-float bzw. K_v-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 K_p-float bzw. K_v-float.
Nach der Bewerkstelligung der Soft-Floating-Funktion mit der auf K_p-float bzw. K_v-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).
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Roboter-Steuerverfahren, umfassend: Erfassen des Kontaktes zwischen einem Roboter (30) oder einem von dem Roboter gehaltenen Gegenstand (W) und einem äußeren Gegenstand (CH), während des Betriebs zur Bewegung des Roboters, dessen einzelne Achsen mit Hilfe von Servomotoren angetrieben werden, die von einem Steuersystem mit Kreisverstärkung (Kp, Kv) gesteuert werden, die auf die Erfassung eines Kontaktes hin reduziert wird; und Verwendung eines Positions-Steuerkreises mit einer Positions-Kreisverstärkung (Kp) und eines Geschwindigkeits-Steuerkreises mit einer Geschwindigkeits-Kreisverstärkung (Kv), 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.
Roboter-Steuerverfahren nach Anspruch 1, wobei nach dem Kontakt eine äußere Kraft (F) auf den Roboter (30) ausgeübt wird, der mit der in der Soft-Floating-Funktion nach unten eingestellten Positions-Kreisverstärkung und der Geschwindigkeits-Kreisverstärkung gesteuert wird, so dass die Position und die Lage des Roboters angenähert werden.
Roboter-Steuerverfahren nach Anspruch 2, wobei die äußere Kraft (F) eine Reaktionskraft umfasst, die durch den Kontakt mit dem äußeren Gegenstand (CH) erzeugt wird, wenn sich der Roboter bewegt.
Roboter-Steuerverfahren nach Anspruch 2, wobei die äußere Kraft (F) eine äußere Kraft umfasst, die von einer Vorrichtung (40) außerhalb des Roboters ausgeübt wird.
Roboter-Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zudem umfassend: Bewegen des Roboters (30), der ein Werkstück (W) in seiner Hand (HD) hält, an einem programmierten Weg entlang, gemäß einem Bewegungsbefehl von einer Roboter-Steuervorrichtung; Ausüben der Soft-Floating-Funktion beim Erfassen des Kontaktes zwischen dem Teil des Werkstücks (W) und dem Teil (H) eines Futters (CH), das mit dem Werkstück beladen werden soll; Unterwerfen des Werkstücks (W) einer Lagekorrekturbewegung mittels einer durch den Kontakt hervorgerufenen Kraft des Teils (H) des Futters (CH) auf das Werkstück; und Beginn der Beladung von Futter (CH) mit dem Werkstück (W) und weiter Unterwerfen des Werkstücks einer Lagekorrekturbewegung mittels einer durch den Ladevorgang hervorgerufenen Kraft des Teils (H) des Futters auf das Werkstück, wodurch das Werkstück in einen Hufspann-Beendigungszustand überführt wird.
Roboter-Steuersystem, umfassend: eine Roboter-Steuervorrichtung (RC) zum Steuern eines Roboters (30); Kontakterfassungsvorrichtungen (41) zum Erfassen des Kontakts zwischen dem Roboter oder einem von dem Roboter gehaltenen Gegenstand (W) und einem äußeren Gegenstand (CH), wobei die Vorrichtung an die Roboter-Steuervorrichtung angeschlossen ist oder in dieser bereitgestellt wird; Verstärkungs-Modifikations-Vorrichtungen zum Modifizieren einer Kreisverstärkung (Kp, Kv) des Roboters gemäß einem Ausgang von der Kontakterfassungsvorrichtung (41); und einen Positions-Steuerkreis mit einer Positions-Kreisverstärkung (Kp) und einen Geschwindigkeits-Steuerkreis mit einer Geschwindigkeits-Kreisverstärkung (Kv); dadurch gekennzeichnet, dass das Roboter-Steuersystem weiter umfasst: Stellvorrichtungen (20) 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 (20) eingestellt werden.
Roboter-Steuersystem nach Anspruch 6, wobei die Stellvorrichtung (20) eine Handeingabevorrichtung mit einem Bildschirm zur Einstellung der Zahlenwerte umfasst, die bei der Soft-Floating-Funktion verwendet werden sollen, oder zur Auswahl eines optimalen Menüs aus einigen vorbereiteten Menüs.