DE102016002904B4

DE102016002904B4 - Robotersystem

Info

Publication number: DE102016002904B4
Application number: DE102016002904.8A
Authority: DE
Inventors: Kenji SUGIO
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-03-16
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2021-07-22
Anticipated expiration: 2036-03-10
Also published as: US20160271799A1; US9764471B2; DE102016002904A1; CN105983968B; JP6126152B2; JP2016172293A; CN105983968A

Abstract

Robotersystem (1), umfassend einen Roboter (13) zum Befördern eines Werkstücks und eine Trajektorieerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einer Trajektorie des Roboters 13, wobei die Trajektorieerzeugungsvorrichtung Folgendes umfasst:eine Referenztrajektorieerzeugungseinheit (21), die eine Referenztrajektorie (41) einschließlich eines gekrümmten Abschnitts auf der Basis mehrerer Referenzlehrpunkte (P1 bis P6) erzeugt;eine Lastbeurteilungseinheit (22), die eine Last berechnet, die auf ein vorherbestimmtes Bauteil eines Roboters (13) ausgeübt wird, wenn der Roboter entlang der Referenztrajektorie betrieben wird, und die Last mit einem vorherbestimmten Lastbeurteilungswert vergleicht;eine Geschwindigkeitsverringerungseinheit (23), die eine Geschwindigkeit des Roboters verringert, bis die Last kleiner gleich dem Lastbeurteilungswert wird, wenn die Last größer als der Lastbeurteilungswert ist;eine Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit (24), die einen Vergleichslehrpunkt (P2a, P3a, P5a) setzt, der durch Ändern einer Position des Referenzlehrpunkts erhalten wird, wenn die Geschwindigkeit von der Geschwindigkeitsverringerungseinheit verringert wird, und eine Vergleichstrajektorie (42) auf der Basis des Vergleichslehrpunkts erzeugt; undeine Trajektorieauswahleinheit (25), die eine Laufzeit der Vergleichstrajektorie mit einer Laufzeit der Referenztrajektorie vergleicht und eine Trajektorie auswählt, von der eine Laufzeit kürzer ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Robotersystem, umfassend einen Roboter zum Befördern eines Werkstücks und eine Trajektorieerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einer Trajektorie des Roboters.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein Roboter wird gesteuert, um sich entlang einer vorab erzeugten Trajektorie zu bewegen. Die Trajektorie eines Roboters kann von einer Trajektorieerzeugungsvorrichtung erzeugt werden. Die Trajektorieerzeugungsvorrichtung erzeugt eine Trajektorie auf der Basis von Lehrpunkten und einer Geschwindigkeit, die von einem Bediener spezifiziert werden. Der Bediener gibt beispielsweise vorab erzeugte Lehrpunkte in die Trajektorieerzeugungsvorrichtung ein. Die Trajektorieerzeugungsvorrichtung erzeugt eine Trajektorie, die durch die Lehrpunkte oder in der Nähe dieser verläuft.
In dieser Hinsicht wird, wenn ein Roboter mit der spezifizierten Geschwindigkeit entlang einer von einer Trajektorieerzeugungsvorrichtung erzeugten Trajektorie angetrieben wird, eine auf den Roboter ausgeübte Last in einigen Fällen größer. Wenn die auf den Roboter ausgeübte Last groß ist, wird gemäß den herkömmlichen Techniken die Geschwindigkeit des Roboters verringert.
Die japanische Offenlegungsschrift JP 2010 - 69 310 A offenbart eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Trajektorie für einen Roboter, die eine realisierbare Bewegungsgeschwindigkeit bezieht, wenn ein Spitzenabschnitt eines Roboters die Innenseite eines Lehrpunkts passiert, und eine Abbremsrate in Bezug auf die Bewegungsgeschwindigkeit, die in Lehrpunktdaten aufgezeichnet ist, berechnet. Es wird offenbart, dass bei einem Betrieb des Roboters der Roboter dadurch betrieben wird, dass er gemäß der Abbremsrate eines nach innen weisenden Abschnitts abgebremst wird.
Die japanische Offenlegungsschrift JP 2014 - 14 876 A offenbart eine Robotersteuervorrichtung, die einen Bewegungsbereich eines Roboterarms in mehrere Räume aufteilt und einen Ruckelbeschränkungswert einstellt, so dass ein Lastmoment innerhalb eines zulässigen Bereichs in jedem der mehreren Räume fällt. Es wird offenbart, dass eine Berechnungseinheit einen Anweisungswert an einen Elektromotor erzeugt, so dass der Roboterarm einer spezifizierten Trajektorie folgt.
Wenn ein Roboter beschleunigt oder abgebremst wird, eine Richtung ändert oder dergleichen, wird darauf eine Last ausgeübt. Beispielsweise wird eine große Kraft auf ein Getriebe einer Antriebsvorrichtung zum Antreiben von Gelenkeinheiten des Roboters ausgeübt. Insbesondere wird eine größere Last auf den Roboter ausgeübt, wenn dieser auf einem gekrümmten (kurvenförmigen) Abschnitt einer Trajektorie angetrieben wird, im Gegensatz dazu, wenn er auf einem geraden Linienabschnitt der Trajektorie angetrieben wird. Es besteht ein Problem, dass, wenn ein Betrieb des Roboters unter einer übermäßigen Last fortgesetzt wird, die Lebensdauer des Roboters verkürzt wird.
Wie in der japanischen Offenlegungsschrift JP 2010 - 69 310 A beschrieben, wenn eine Last groß ist, kann der Roboter abgebremst werden, um die Last zu verringern. Insbesondere bei einem gekrümmten Abschnitt einer Trajektorie kann der Roboter abgebremst werden, um die Last zu verringern. Es besteht jedoch ein Problem, dass eine Verringerung einer Geschwindigkeit des Roboters eine Zykluszeit des Roboters verlängert. Anders ausgedrückt, es besteht ein Problem, dass eine Betriebszeit des Roboters verlängert wird.
Andererseits kann ein Bediener wünschen, die Geschwindigkeit des Roboters zu erhöhen, anstelle dass dieser in der Trajektorie präzise ist. Anders ausgedrückt, es wird in einigen Fällen bevorzugt, den Roboter so gut wie möglich anzutreiben, ohne die Geschwindigkeit zu verringern, selbst wenn die Trajektorie von gewünschten Lehrpunkten geringfügig getrennt ist. Insbesondere wird eine Abbremsrate an dem gekrümmten Abschnitt der Trajektorie größer, an dem eine größere Last auf den Roboter ausgeübt wird, und es wird daher bevorzugt, einen Betrieb des Roboters an dem gekrümmten Abschnitt der Trajektorie schneller zu machen.
US 2007 / 021 868 A1 offenbart ein Verfahren zum Auswerten und Korrigieren eines Roboterbetriebsprogramms. Eine erste Art von Korrektur umfasst ein Anpassen einer Geschwindigkeit und einer Beschleunigung, um eine für einen Arbeitszyklus benötigte Zeit zu reduzieren. Eine zweite Art von Korrektur umfasst eine Simulation von Pseudotrajektorien, bis eine Abweichung zwischen einem Pseudo-Einlernpunkt auf einer Pseudotrajektorie und einem Ziel-Einlernpunkt unter einen vorbestimmten Wert gesenkt werden kann.
Aus DE 600 08 068 T2 ist eine CNC-Steuerung bekannt, die eine Eckenverrundungs-Einheit aufweist, welche Eckenverrundungen aus Bahnpunkten und Befehlen in einem Werkstückprogramm erzeugt.
Ferner ist aus US 2014 / 0 249 675 A1 ein Verfahren zur Optimierung einer Trajektorie eines Transportroboters für den Transport von Halbleiter-Wafern bekannt, wobei die Optimierung dahingehend erfolgt, dass eine minimale Transportzeit für einen Transport von einem vorgegebenen Startpunkt zu einem vorgegebenen Endpunkt erzielt wird.
Weiterer Stand der Technik ist aus US 6 216 058 B1 , US 2003 / 0 033 050 A1 , US 2015 / 0 025 684 A1 , US 5 955 856 A und US 5 726 896 A bekannt.
Kurzdarstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Robotersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereitgestellt. Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Eine Trajektorieerzeugungsvorrichtung für einen Roboter gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Referenztrajektorieerzeugungseinheit, die eine Referenztrajektorie einschließlich eines gekrümmten (kurvenförmigen) Abschnitts auf der Basis mehrerer Referenzlehrpunkte erzeugt, und eine Lastbeurteilungseinheit, die eine Last berechnet, die auf ein vorherbestimmtes Bauteil eines Roboters ausgeübt wird, wenn der Roboter entlang der Referenztrajektorie betrieben wird, und die Last mit einem vorherbestimmten Lastbeurteilungswert vergleicht. Die Trajektorieerzeugungsvorrichtung für einen Roboter beinhaltet eine Geschwindigkeitsverringerungseinheit, die eine Geschwindigkeit des Roboters verringert, bis die Last kleiner gleich dem Lastbeurteilungswert wird, wenn die Last größer als der Lastbeurteilungswert ist, eine Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit, die einen Vergleichslehrpunkt setzt, der durch Ändern einer Position des Referenzlehrpunkts erhalten wird, wenn die Geschwindigkeit von der Geschwindigkeitsverringerungseinheit verringert wird, und eine Vergleichstrajektorie auf der Basis des Vergleichslehrpunkts erzeugt, und eine Trajektorieauswahleinheit, die eine Laufzeit der Vergleichstrajektorie mit einer Laufzeit der Referenztrajektorie vergleicht und eine Trajektorie auswählt, von der eine Laufzeit kürzer ist.
Gemäß der oben beschriebenen Erfindung kann die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit den Vergleichslehrpunkt so setzen, dass ein Krümmungsradius der Vergleichstrajektorie größer als ein Krümmungsradius der Referenztrajektorie an dem gekrümmten Abschnitt ist.
Gemäß der oben beschriebenen Erfindung kann die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit die Vergleichstrajektorie auf der Basis einer vorherbestimmten zulässigen Trajektoriebedingung erzeugen, und die zulässige Trajektoriebedingung kann eine Tatsache sein, dass eine Entfernung von dem Referenzlehrpunkt zu der Vergleichstrajektorie kleiner als ein vorherbestimmter Beurteilungswert ist.
Gemäß der oben beschriebenen Erfindung kann die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit die Vergleichstrajektorie auf der Basis einer vorherbestimmten zulässigen Trajektoriebedingung erzeugen, und die zulässige Trajektoriebedingung kann eine Tatsache sein, dass eine Entfernung zwischen der Referenztrajektorie und der Vergleichstrajektorie kleiner als ein vorherbestimmter Beurteilungswert ist.
Gemäß der oben beschriebenen Erfindung ist die Last ein Moment, das auf das Bauteil ausgeübt wird, und die Lastbeurteilungseinheit kann das Moment aus einer Beschleunigung jeder Welle des Roboters berechnen.
Gemäß der oben beschriebenen Erfindung ist die Last eine Momentänderungsrate, die auf das Bauteil ausgeübt wird, und die Lastbeurteilungseinheit kann die Momentänderungsrate aus einem Ruckeln jeder Welle des Roboters berechnen.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das ein Robotersystem gemäß einer Ausführungsform darstellt.
2 ist eine schematische Zeichnung, die eine erste Referenztrajektorie gemäß der Ausführungsform darstellt.
3 ist eine schematische Zeichnung, die eine erste Vergleichstrajektorie gemäß der Ausführungsform darstellt.
4 ist eine schematische Zeichnung, die eine erste Bewegungsrichtung darstellt, wenn ein Vergleichslehrpunkt gesetzt wird.
5 ist eine schematische Zeichnung, die eine zweite Bewegungsrichtung darstellt, wenn ein Vergleichslehrpunkt gesetzt wird.
6 ist eine schematische Zeichnung, die eine zulässige Bedingung einer ersten Trajektorie darstellt, wenn eine Vergleichstrajektorie erzeugt wird.
7 ist eine schematische Zeichnung, die eine zulässige Bedingung einer zweiten Trajektorie darstellt, wenn eine Vergleichstrajektorie erzeugt wird.
8 ist ein Ablaufdiagramm einer ersten Steuerung zum Erzeugen einer Trajektorie eines Roboters gemäß der Ausführungsform.
9 ist ein Ablaufdiagramm einer zweiten Steuerung zum Erzeugen einer Trajektorie eines Roboters gemäß der Ausführungsform.
10 ist eine schematische Zeichnung, die eine zweite Referenztrajektorie gemäß der Ausführungsform darstellt.
11 ist eine schematische Zeichnung, die eine zweite Vergleichstrajektorie gemäß der Ausführungsform darstellt.
12 ist eine schematische Zeichnung, die eine dritte Referenztrajektorie und eine dritte Vergleichstrajektorie gemäß der Ausführungsform darstellt.
13 ist eine schematische Zeichnung, die eine vierte Referenztrajektorie und eine vierte Vergleichstrajektorie gemäß der Ausführungsform darstellt.

Ausführliche Beschreibung
Eine Trajektorieerzeugungsvorrichtung für einen Roboter gemäß einer Ausführungsform wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 1 bis 13 beschrieben. Ein Robotersystem der vorliegenden Ausführungsform treibt einen Roboter auf der Basis einer Trajektorie an, die von der Trajektorieerzeugungsvorrichtung erzeugt wird. Der Roboter wird so gesteuert, dass eine Werkzeugspitze durch die erzeugte Trajektorie verläuft.
1 ist eine schematische Zeichnung des Robotersystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Ein Robotersystem 1 der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Roboter 13 zum Befördern eines Werkstücks und eine Steuervorrichtung 12 zum Steuern des Roboters 13. Der Roboter 13 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Knickarmroboter, der mehrere Gelenkeinheiten 13a beinhaltet. Eine Hand 17 zum Greifen eines Werkstücks ist an einem Spitzenende eines Arms 13b des Roboters 13 angeordnet. Der Roboter 13 beinhaltet eine Armantriebsvorrichtung zum Antreiben jeder der Gelenkeinheiten 13a. Die Armantriebsvorrichtung beinhaltet einen Armantriebsmotor und ein Reduktionsgetriebe, die im Inneren der Gelenkeinheit 13a angeordnet sind. Der Armantriebsmotor wird angetrieben und der Arm 13b kann daher in einem gewünschten Winkel an den Gelenkeinheiten 13a gebogen werden.
Das Robotersystem 1 beinhaltet eine Trajektorieerzeugungsvorrichtung 11 zum Erzeugen einer Trajektorie des Roboters 13. Die Trajektorieerzeugungsvorrichtung 11 besteht aus einer arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung, einschließlich beispielsweise einem CPU (einem Zentralprozessor), einem RAM (einem Direktzugriffsspeicher), einem ROM (einem Festwertspeicher) und dergleichen. Des Weiteren beinhaltet die Trajektorieerzeugungsvorrichtung 11 eine Speichereinheit zum Speichern verschiedener Informationen.
In die Trajektorieerzeugungsvorrichtung 11 werden vorherbestimmte Lehrpunktinformationen 10 eingegeben. Die Lehrpunktinformationen 10 beinhalten Positionsinformationen eines Lehrpunkts. Die Lehrpunktinformationen 10 beinhalten beispielsweise dreidimensionale Koordinatenwerte eines Lehrpunkts. Die Lehrpunktinformationen 10 können in die Trajektorieerzeugungsvorrichtung 11 von beispielsweise einem Bediener eingegeben werden, der eine Bedienungstafel zum Setzen eines Lehrpunkts bedient. Alternativ dazu kann die Trajektorieerzeugungsvorrichtung 11 eine Position eines Lehrpunkts von einem Roboterbetriebsprogramm als die Lehrpunktinformationen 10 beziehen.
Die Trajektorieerzeugungsvorrichtung 11 erzeugt eine Trajektorie des Roboters 13 auf der Basis der Lehrpunktinformationen 10. Die Trajektorieerzeugungsvorrichtung 11 erzeugt einen Betriebsbefehl jeder Welle des Roboters, so dass die Werkzeugspitze des Roboters 13 durch die erzeugte Trajektorie verläuft. Der Betriebsbefehl des Roboters 13 wird an eine Betriebssteuereinheit 15 der Steuervorrichtung 12 übertragen. Die Betriebssteuereinheit 15 treibt die Armantriebsvorrichtung und dergleichen auf der Basis des Betriebsbefehls an.
Die Trajektorieerzeugungsvorrichtung 11 der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet eine Referenztrajektorieerzeugungseinheit 21 zum Erzeugen einer Referenztrajektorie auf der Basis der Lehrpunktinformationen 10. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Lehrpunkteingabe in die Trajektorieerzeugungsvorrichtung 11 als ein Referenzlehrpunkt bezeichnet. Darüber hinaus wird eine Trajektorie, die von der Referenztrajektorieerzeugungseinheit 21 auf der Basis des Referenzlehrpunkts erzeugt wird, als eine Referenztrajektorie bezeichnet.
2 zeigt eine schematische Zeichnung, die eine erste Referenztrajektorie gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Die Referenztrajektorieerzeugungseinheit 21 erzeugt eine Referenztrajektorie 41 auf der Basis mehrerer Referenzlehrpunkte P1, P2 und P3. Die Trajektorie beinhaltet einen Geradenabschnitt, der sich gerade erstreckt, und einen gekrümmten (kurvenförmigen) Abschnitt, der sich durch eine Krümmung erstreckt. In der vorliegenden Ausführungsform wird der gekrümmte Abschnitt beschrieben. In der in 2 beispielhaft dargestellten Referenztrajektorie 41 wird die Werkzeugspitze in einer Richtung bewegt, die durch einen Pfeil 61 angezeigt wird.
Einer ersten Referenztrajektorie 41 der vorliegenden Ausführungsform wird erlaubt, von den Referenzlehrpunkten P1 bis P3 abgeschwenkt zu sein. Ein oberer Grenzwert einer Entfernung Lb von dem Referenzlehrpunkt P2 zu der Referenztrajektorie 41 wird vorab als ein Beurteilungswert bestimmt. Eine kürzeste Entfernung zwischen dem Referenzlehrpunkt P2 und der Referenztrajektorie 41 wird als die Entfernung Lb von dem Referenzlehrpunkt P2 zu der Referenztrajektorie 41 betrachtet. Die Referenztrajektorieerzeugungseinheit 21 erzeugt die Referenztrajektorie 41, so dass die Entfernung Lb kleiner als der Beurteilungswert ist.
Die Referenztrajektorie kann durch Lösen der folgenden Gleichungen auf der Basis von beispielsweise den drei aufeinanderfolgenden Referenzlehrpunkten P1, P2 und P3 und einer vorab spezifizierten Geschwindigkeit erzeugt werden. Die Referenztrajektorie 41 kann in Abhängigkeit von der Zeit erhalten werden. $V (t) = \dot{P} (t), A (t) = \dot{V} (t) (0 \leq t \leq T)$
$V (0) = V s, V (T) V e, V (T / 2) = V m (| V s | = | V e | = | V m |)$
$A (0) = 0, A (T) = 0$
$L = P (T / 2) - P 2$

t: Zeit
P(t): Position auf Trajektorie
V(t): Geschwindigkeit
A(t): Beschleunigung
Vs: Geschwindigkeit zur Startzeit eines gekrümmten Abschnitts
Ve: Geschwindigkeit zur Endzeit eines gekrümmten Abschnitts
Vm: Geschwindigkeit zum Mittelpunkt (einer mittleren Zeit) eines gekrümmten Abschnitts
L: Entfernung zwischen Position eines Mittelpunkts (einer mittleren Zeit) eines gekrümmten Abschnitts und Referenzlehrpunkt
In dieser Hinsicht kann ein Startpunkt eines gekrümmten Abschnitts aus Punkten auf einer Linie ausgewählt werden, die den Referenzlehrpunkt P1 und den Referenzlehrpunkt P2 verbindet. Ein Endpunkt des gekrümmten Abschnitts kann aus Punkten auf einer Linie ausgewählt werden, die den Referenzlehrpunkt P2 und den Referenzlehrpunkt P3 verbindet. Ein Mittelpunkt des gekrümmten Abschnitts ist ein Punkt auf der Trajektorie zu einer mittleren Zeit zwischen einer Zeit zum Startpunkt und einer Zeit zum Endpunkt. Eine Haltung des Roboters 13 wird durch einen Drehwinkel jeder Welle bestimmt und kann durch ein beliebiges Verfahren eingestellt werden. Die Haltung des Roboters 13 kann beispielsweise so eingestellt werden, dass sie sich von einer Haltung zum Startpunkt des gekrümmten Abschnitts kontinuierlich zu einer Haltung zum Endpunkt des gekrümmten Abschnitts ändert.
Als ein Verfahren zum Erzeugen einer Trajektorie auf der Basis spezifizierter Lehrpunkte kann ein beliebiges Verfahren übernommen werden, ohne auf die Ausführungsform beschränkt zu sein. Beispielsweise überlappen ein Abbremsabschnitt eines Betriebs von dem Referenzlehrpunkt P1 zu dem Referenzlehrpunkt P2 und ein Abbremsabschnitt des Betriebs von dem Referenzlehrpunkt P2 zu dem Referenzlehrpunkt P3 einander und eine gekrümmte Trajektorie kann gebildet werden. Wenn eine Überlappungsperiode geändert wird, kann eine Entfernung von dem Referenzlehrpunkt zu der Referenztrajektorie so justiert werden, dass sie kleiner als der Beurteilungswert ist.
Die Trajektorieerzeugungsvorrichtung 11 beinhaltet eine Lastbeurteilungseinheit 22 zum Berechnen einer Last, die auf ein Bauteil des Roboters ausgeübt wird, wenn der Roboter auf einer vorherbestimmten Trajektorie betrieben wird. Die Lastbeurteilungseinheit 22 vergleicht weiterhin die berechnete Last mit einem vorherbestimmten Lastbeurteilungswert.
Ein Moment kann als Beispiel für eine Last dienen. Das Bauteil des Roboters kann vorab bestimmt werden. Das Reduktionsgetriebe, das an der Gelenkeinheit 13a des Roboters 13 angeordnet ist, kann beispielsweise als ein Beispiel für das Bauteil dienen. Ein Lager und dergleichen der Gelenkeinheit 13a kann ebenfalls als ein Beispiel dienen. Das Reduktionsgetriebe, das an den Gelenkeinheiten 13a angeordnet ist, wird im Folgenden beschrieben.
Ein Moment, das auf das Reduktionsgetriebe ausgeübt wird, entspricht einem Moment um jede Welle des Roboters. Daher wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Moment um jede Welle als eine Last übernommen, die auf das Reduktionsgetriebe ausgeübt wird. Als ein Lastbeurteilungswert wird ein Momentbeurteilungswert vorab eingestellt. Ein Momentwert um jede Welle, der einem maximalen Momentwert entspricht, der auf die Reduktionsgetriebe ausgeübt werden kann, wird als der Momentbeurteilungswert eingestellt.
Das Moment um jede Welle kann auf der Basis von dreidimensionalen Koordinatenwerten eines vorherbestimmten Punkts und Koordinatenwerten von Punkten vor und hinter dem vorherbestimmten Punkt auf der Trajektorie berechnet werden. Die dreidimensionalen Koordinatenwerte können in den Drehwinkel jeder Welle unter Verwendung von inverser Kinematik des Roboters umgewandelt werden. Der Drehwinkel jeder Welle entspricht einer Position jeder Welle. Eine Position und eine Zeit jeder Welle zu einem vorherbestimmten Punkt und Positionen und Zeiten jeder Welle zu den Punkten vor und hinter dem vorherbestimmten Punkt können berechnet werden. Eine Geschwindigkeit und eine Beschleunigung jeder Welle können auf der Basis von Unterschieden der Zeiten und Unterschieden der Winkel dieser Punkte berechnet werden. Das Moment um jede Welle kann unter Verwendung einer Roboterkinematikgleichung auf der Basis der berechneten Positionen, Geschwindigkeiten und Beschleunigung jeder Welle berechnet werden. Das Moment um jede Welle wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt. $τ = M (θ) \ddot{θ} + V (θ, \dot{θ}) + G (θ)$
τ: Moment
M(θ): Matrix bezüglich Masse
V(θ,θ): Vektor, der Zentrifugalkraft- und Corioliskraft-Term angibt
G(θ): Vektor, der Schwerkraftterm angibt
Wie oben beschrieben, kann das Moment jeder Welle zu jeweiligen Zeiten berechnet werden, wenn der Roboter entlang der vorherbestimmten Trajektorie betrieben wird. Die Lastbeurteilungseinheit 22 vergleicht das berechnete Moment mit dem vorherbestimmten Momentbeurteilungswert. Wenn das berechnete Moment kleiner gleich dem Momentbeurteilungswert ist, wird die Referenztrajektorie als die Trajektorie des Roboters übernommen.
Die Trajektorieerzeugungsvorrichtung 11 beinhaltet eine Geschwindigkeitsverringerungseinheit 23. Die Geschwindigkeitsverringerungseinheit 23 verringert die Geschwindigkeit, wenn das berechnete Moment, das auf das Bauteil ausgeübt wird, größer als der Momentbeurteilungswert ist. Die Geschwindigkeitsverringerungseinheit 23 verringert die Geschwindigkeit des Roboters, bis das Moment, das auf das Bauteil ausgeübt wird, kleiner gleich dem Momentbeurteilungswert wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Geschwindigkeit verringert, bis das berechnete Moment um jede Welle kleiner gleich dem Momentbeurteilungswert in Bezug auf alle Reduktionsgetriebe, die an den mehreren Gelenkeinheiten 13a angeordnet sind, wird. Eine Geschwindigkeit, wenn das Moment um alle Wellen kleiner gleich dem Momentbeurteilungswert wird, wird als eine Referenzgeschwindigkeit in Bezug auf die Referenztrajektorie eingestellt.
Wie oben beschrieben, wird die Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Ausführungsform in Bezug auf die Referenztrajektorie derart justiert, dass die Last, die auf das Bauteil des Roboters ausgeübt wird, kleiner als der Lastbeurteilungswert ist.
Die Trajektorieerzeugungsvorrichtung 11 beinhaltet eine Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit 24 zum Erzeugen einer Vergleichstrajektorie auf der Basis der Referenztrajektorie, wenn die Geschwindigkeit von der Geschwindigkeitsverringerungseinheit 23 verringert wird. Die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit 24 setzt einen Vergleichslehrpunkt, der durch Ändern einer Position des Referenzlehrpunkts erhalten wird. Die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit 24 erzeugt die Vergleichstrajektorie auf der Basis des Vergleichslehrpunkts. In dieser Hinsicht erzeugt die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit 24 die Vergleichstrajektorie derart, dass ein Krümmungsradius der Vergleichstrajektorie größer als ein Krümmungsradius der Referenztrajektorie an dem gekrümmten Abschnitt ist. Wenn eine Krümmung der Trajektorie klein ist, können Beschleunigung und Ruckeln an dem gekrümmten Abschnitt unterdrückt werden, und die Last, die auf das Bauteil des Roboters ausgeübt wird, kann verringert werden.
3 zeigt eine schematische Zeichnung, die die Vergleichstrajektorie darstellt. Der gekrümmte Abschnitt der Referenztrajektorie 41 wird auf der Basis der Referenzlehrpunkte P1, P2 und P3 erzeugt. Der Referenzlehrpunkt P2 ist ein Lehrpunkt, der einem Scheitelpunkt des gekrümmten Abschnitts der Referenztrajektorie 41 entspricht. Die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit 24 setzt einen Vergleichslehrpunkt P2a auf der Basis der Referenzlehrpunkte P1, P2 und P3. Die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit 24 setzt den Vergleichslehrpunkt P2a auf der Innenseite der gekrümmten Referenztrajektorie 41. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform stellt die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit 24 eine Bewegungsrichtung und eine Bewegungslänge in Bezug auf den Referenzlehrpunkt P2 ein. Die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit 24 setzt den Vergleichslehrpunkt P2a durch Bewegen des Referenzlehrpunkts P2 auf der Basis der eingestellten Bewegungsrichtung und der eingestellten Bewegungslänge.
4 zeigt eine schematische Zeichnung, die eine erste Bewegungsrichtung der Lehrpunkte darstellt, wenn der Vergleichslehrpunkt gesetzt wird. Eine gerade Linie, die den Referenzlehrpunkt P1 und den Referenzlehrpunkt P2 verbindet, und eine gerade Linie, die den Referenzlehrpunkt P2 und den Referenzlehrpunkt P3 verbindet, werden erzeugt. Eine Richtung einer Halbierenden eines Winkels an dem Referenzlehrpunkt P2 (eine Richtung, die durch einen Pfeil 62 angezeigt wird) kann als die Bewegungsrichtung des Lehrpunkts eingestellt werden.
5 zeigt eine schematische Zeichnung, die eine zweite Bewegungsrichtung der Lehrpunkte darstellt, wenn der Vergleichslehrpunkt gesetzt wird. Ein Mittelpunkt Pc zwischen dem Referenzlehrpunkt P1 und dem Referenzlehrpunkt P3 wird berechnet. Wie durch einen Pfeil 63 angezeigt, kann eine Richtung von dem Referenzlehrpunkt P2 zu dem Mittelpunkt Pc hin als die Bewegungsrichtung des Lehrpunkts eingestellt werden.
Die Bewegungsrichtung des Lehrpunkts ist nicht auf die erste Bewegungsrichtung oder die zweite Bewegungsrichtung, die oben beschrieben sind, beschränkt, und der Lehrpunkt kann in eine beliebige Richtung bewegt werden, in der der Krümmungsradius der Trajektorie größer wird. Der Referenzlehrpunkt P2 kann beispielsweise in eine Richtung zu dem Referenzlehrpunkt P1 hin bewegt werden. Alternativ dazu kann der Referenzlehrpunkt P2 in eine Richtung zu dem Referenzlehrpunkt P3 hin bewegt werden.
Als Nächstes wird die Bewegungslänge des Lehrpunkts beschrieben. Die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit 24 erzeugt eine Vergleichstrajektorie 42 auf der Basis einer vorherbestimmten zulässigen Trajektoriebedingung.
6 zeigt eine schematische Zeichnung, die eine zulässige Bedingung einer ersten Trajektorie darstellt, wenn die Vergleichstrajektorie erzeugt wird. Was die erste zulässige Trajektoriebedingung betrifft, wird sie so eingestellt, dass eine Entfernung von dem Referenzlehrpunkt P2 zu der Vergleichstrajektorie 42 kleiner als ein vorherbestimmter Beurteilungswert ist. Anders ausgedrückt, ein oberer Grenzwert der Entfernung wird vorab eingestellt, so dass die Vergleichstrajektorie 42 nicht deutlich von dem Referenzlehrpunkt P2 getrennt ist. Aus Entfernungen von dem Referenzlehrpunkt P2 zu Punkten auf der Vergleichstrajektorie 42 kann die kürzeste Entfernung als eine Entfernung L1 von dem Referenzlehrpunkt P2 zu der Vergleichstrajektorie 42 eingestellt werden. In dem in 6 dargestellten Beispiel entspricht eine Entfernung von dem Referenzlehrpunkt P2 zu einem Punkt Ps auf der Vergleichstrajektorie 42 der Entfernung L1 von dem Referenzlehrpunkt P2 zu der Vergleichstrajektorie 42.
Die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit 24 erzeugt den Vergleichslehrpunkt P2a durch Bewegen des Referenzlehrpunkts P2 in die eingestellte Bewegungsrichtung. Der Referenzlehrpunkt P2 kann um die vorherbestimmte Bewegungslänge bewegt werden. Die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit 24 erzeugt die Vergleichstrajektorie 42 auf der Basis der Referenzlehrpunkte P1 und P3 und des Vergleichslehrpunkts P2a unter Verwendung eines Verfahrens, das mit dem Erzeugungsverfahren der Referenztrajektorie 41 identisch ist.
Als Nächstes beurteilt die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit 24, ob die Entfernung L1 von dem Referenzlehrpunkt P2 zu der Vergleichstrajektorie 42 kleiner als ein vorherbestimmter Beurteilungswert ist. Wenn die Entfernung L1 kleiner als der vorherbestimmte Beurteilungswert ist, kann die Bewegungslänge des Referenzlehrpunkts P2 weiterhin länger sein. Wie oben beschrieben, wird die Bewegungslänge allmählich verlängert, und die Vergleichstrajektorie 42 wird so geformt, dass die Entfernung L1 eine maximal zulässige Länge wird. Wenn die Entfernung L1 größer gleicht dem vorherbestimmten Beurteilungswert ist, kann die Bewegungslänge des Referenzlehrpunkts P2 gesteuert werden, um kürzer zu sein.
Wenn die Bewegungslänge des Referenzlehrpunkts P2 länger wird, kann der Krümmungsradius des gekrümmten Abschnitts der Vergleichstrajektorie 42 größer sein. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Vergleichslehrpunkt P2a so eingestellt, dass die Bewegungslänge des Referenzlehrpunkts P2 zum Maximum in einem Bereich wird, der die zulässige Trajektoriebedingung erfüllt. Durch Einsetzen dieser Steuerung kann der Krümmungsradius des gekrümmten Abschnitts der Vergleichstrajektorie 42 größer gemacht werden.
Wie oben beschrieben, kann die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit 24 die Vergleichstrajektorie 42 auf der Basis des Vergleichslehrpunkts P2a erzeugen, der durch Bewegen des Referenzlehrpunkts P2 erhalten wird. Als Nächstes wird eine Geschwindigkeit, wenn der Roboter 13 entlang der Vergleichstrajektorie 42 betrieben wird, auf der Basis der erzeugten Vergleichstrajektorie 42 berechnet. Die Geschwindigkeitsverringerungseinheit 23 verringert die Geschwindigkeit, bis das Moment, das auf das Bauteil ausgeübt wird, kleiner gleich dem Momentbeurteilungswert wird, durch ein Verfahren, das mit dem für die Referenzgeschwindigkeit auf der Referenztrajektorie 41 verwendeten identisch ist. Die Geschwindigkeit zu dieser Zeit kann als eine Vergleichsgeschwindigkeit auf der Vergleichstrajektorie eingestellt werden. Da der Krümmungsradius der Vergleichstrajektorie 42 größer als der der Referenztrajektorie 41 ist, kann die Vergleichsgeschwindigkeit schneller als die Referenzgeschwindigkeit sein.
Die vorherbestimmte zulässige Trajektoriebedingung ist nicht auf die oben beschriebene Entfernung zwischen dem Referenzlehrpunkt und der Vergleichstrajektorie beschränkt und eine beliebige Bedingung kann zum Erzeugen einer Vergleichstrajektorie übernommen werden, so dass sie nicht deutlich von dem Referenzlehrpunkt getrennt ist.
7 zeigt eine schematische Zeichnung, die eine zulässige Bedingung einer zweiten Trajektorie darstellt, wenn die Vergleichstrajektorie erzeugt wird. Was die zweite zulässige Trajektoriebedingung betrifft, kann eine Tatsache übernommen werden, dass eine Entfernung L2 zwischen der Vergleichstrajektorie 42 und der Referenztrajektorie 41 kleiner als ein vorherbestimmter Beurteilungswert ist. Ein Mittelpunkt Pc1 zu einer mittleren Zeit zwischen einer Zeit zum Startpunkt und einer Zeit zum Endpunkt des gekrümmten Abschnitts der Referenztrajektorie 41 wird berechnet. Ein Mittelpunkt Pc2 zu einer mittleren Zeit zwischen einer Zeit zum Startpunkt und einer Zeit zum Endpunkt des gekrümmten Abschnitts der Vergleichstrajektorie 42 wird berechnet. Eine Entfernung zwischen dem Mittelpunkt Pc1 und dem Mittelpunkt Pc2 kann als die Entfernung L2 zwischen der Vergleichstrajektorie 42 und der Referenztrajektorie 41 übernommen werden. Auf der Basis der zulässigen Bedingung kann die Vergleichstrajektorie 42 so erzeugt werden, dass sie nicht deutlich von dem Referenzlehrpunkt P2 getrennt ist.
Die Trajektorieerzeugungsvorrichtung 11 der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet eine Trajektorieauswahleinheit 25 zum Vergleichen einer Laufzeit der Referenztrajektorie und einer Laufzeit der Vergleichstrajektorie und Auswählen einer Trajektorie, von der eine Laufzeit kürzer ist. Die Trajektorieauswahleinheit 25 berechnet die Laufzeit auf der Basis der Referenztrajektorie 41 und der Referenzgeschwindigkeit. Beispielsweise wird die Laufzeit von dem Referenzlehrpunkt P1 bis zum Erreichen des Referenzlehrpunkts P3, den Referenzlehrpunkt P2 nahe passierend, durch Abzielen auf einen gekrümmten Abschnitt berechnet. Die Trajektorieauswahleinheit 25 berechnet die Laufzeit auf der Basis der Vergleichstrajektorie 42 und der Vergleichsgeschwindigkeit. Beispielsweise wird die Laufzeit von dem Referenzlehrpunkt P1 bis zum Erreichen des Referenzlehrpunkts P3, den Vergleichslehrpunkt P2a nahe passierend, berechnet. Die Trajektorieauswahleinheit 25 wählt eine Trajektorie, von der eine Laufzeit kürzer ist, als eine Trajektorie zum tatsächlichen Antreiben des Roboters aus. Wenn die Laufzeit der Referenztrajektorie 41 gleich der Laufzeit der Vergleichstrajektorie 42 ist, kann eine der beiden Trajektorien übernommen werden. In diesem Fall wird die Referenztrajektorie 41 gemäß der vorliegenden Ausführungsform übernommen.
Die Trajektorieerzeugungsvorrichtung 11 beinhaltet eine Betriebsbefehlerzeugungseinheit 26 zum Erzeugen eines Betriebsbefehls der Steuervorrichtung 12 auf der Basis der ausgewählten Trajektorie. Der Betriebsbefehl, der von der Betriebsbefehlerzeugungseinheit 26 erzeugt wurde, wird an die Betriebssteuereinheit 15 der Steuervorrichtung 12 übertragen.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm, das eine erste Steuerung der Trajektorieerzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. In Schritt 81 erzeugt die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit 21 die Referenztrajektorie 41 auf der Basis der erhaltenen Lehrpunktinformationen.
Als Nächstes berechnet die Lastbeurteilungseinheit 22 in Schritt 82 ein Moment, das auf das vorherbestimmte Bauteil ausgeübt wird, auf der Basis der Referenztrajektorie und einer vorherbestimmten Geschwindigkeit. Eine Anfangsgeschwindigkeit auf der Referenztrajektorie wird vorab spezifiziert. In Schritt 83 beurteilt die Lastbeurteilungseinheit 22, ob das berechnete Moment den Momentbeurteilungswert überschreitet oder nicht. In der Beurteilung, wenn mehrere Bauteile spezifiziert sind, wird eine Beurteilung an allen Bauteilen durchgeführt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn das Moment, das auf mindestens eines der Bauteile ausgeübt wird, den Momentbeurteilungswert überschreitet, fährt die Routine zu Schritt 84 fort.
In Schritt 84 verringert die Geschwindigkeitsverringerungseinheit 23 die Geschwindigkeit auf der Referenztrajektorie 41. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Geschwindigkeit mit einer vorherbestimmten Verringerungsbreite verringert. Dann kehrt die Routine zu Schritt 82 zurück, und das Moment, das auf das Bauteil ausgeübt wird, wird berechnet. Wie oben beschrieben, stellt die Geschwindigkeitsverringerungseinheit 23 die Referenzgeschwindigkeit durch Verringern der Geschwindigkeit ein, bis das berechnete Moment kleiner gleich dem Momentbeurteilungswert wird.
In Schritt 83, wenn die berechneten Momente kleiner gleich den Momentbeurteilungswerten in Bezug auf alle Bauteile sind, fährt die Routine zu Schritt 92 fort. In Schritt 92 wird beurteilt, ob die Geschwindigkeit des Roboters verringert wird oder nicht. Anders ausgedrückt, es wird beurteilt, ob ein übermäßiges Moment auf das Bauteil ausgeübt wird oder nicht, wenn der Roboter mit der Anfangsgeschwindigkeit angetrieben wird. Wenn die Geschwindigkeit nicht verringert wird, wird die Steuerung beendet. Anders ausgedrückt, die Referenztrajektorie und die Anfangsgeschwindigkeit werden übernommen. Wenn die Geschwindigkeit verringert wird, fährt die Routine zu Schritt 85 fort.
In Schritt 85 erzeugt die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit 24 die Vergleichstrajektorie 42. Eine Anfangsgeschwindigkeit auf der Vergleichstrajektorie 42 kann vorab spezifiziert werden. Die Anfangsgeschwindigkeit auf der Vergleichstrajektorie wird auf eine Geschwindigkeit eingestellt, die gleich der Anfangsgeschwindigkeit auf der Referenztrajektorie ist.
Als Nächstes berechnet die Lastbeurteilungseinheit 22 in Schritt 86 das Moment, das auf das Bauteil ausgeübt wird, in Bezug auf die Vergleichstrajektorie. Die Steuerung von Schritt 86 bis Schritt 88 ist identisch mit der Steuerung von Schritt 82 bis Schritt 84. In Schritt 87 beurteilt die Lastbeurteilungseinheit 22, ob das berechnete Moment in Bezug auf die Vergleichstrajektorie größer als der Momentbeurteilungswert ist oder nicht. Wenn das berechnete Moment größer als der Momentbeurteilungswert ist, fährt die Routine zu Schritt 88 fort.
In Schritt 88 verringert die Geschwindigkeitsverringerungseinheit 23 die Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeitsverringerungseinheit 23 verringert die Geschwindigkeit mit einer vorherbestimmten Geschwindigkeitsbreite. Dann kehrt die Routine zu Schritt 86 zurück, wobei das Moment, das auf das Bauteil ausgeübt wird, berechnet wird. Die Geschwindigkeitsverringerungseinheit 23 stellt die Vergleichsgeschwindigkeit durch Verringern der Geschwindigkeit ein, bis das Moment, das auf das Bauteil ausgeübt wird, kleiner gleich dem Momentbeurteilungswert wird. In Schritt 87, wenn das berechnete Moment kleiner als der Momentbeurteilungswert ist, fährt die Routine zu Schritt 89 fort.
Als Nächstes berechnet die Trajektorieauswahleinheit 25 in Schritt 89 die Laufzeit der Referenztrajektorie und die Laufzeit der Vergleichstrajektorie. Wenn die Laufzeit der Referenztrajektorie kleiner gleich der Laufzeit der Vergleichstrajektorie ist, fährt die Routine zu Schritt 90 fort. In Schritt 90 wählt die Trajektorieauswahleinheit 25 die Referenztrajektorie 41 als eine Trajektorie zum Antreiben des Roboters 13 aus.
In Schritt 89, wenn die Laufzeit der Referenztrajektorie größer als die Laufzeit der Vergleichstrajektorie ist, fährt die Routine zu Schritt 91 fort. In Schritt 91 wählt die Trajektorieauswahleinheit 25 die Vergleichstrajektorie 42 als eine Trajektorie zum Antreiben des Roboters 13 aus. Wie oben beschrieben, kann eine Trajektorie, von der eine Laufzeit kürzer ist, ausgewählt werden.
Die Trajektorieerzeugungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform erzeugt die Vergleichstrajektorie, wenn die Geschwindigkeit auf der Referenztrajektorie verringert werden muss. Des Weiteren wird eine Betriebszeit der Referenztrajektorie mit einer Betriebszeit der Vergleichstrajektorie verglichen und eine Trajektorie, von der eine Betriebszeit kürzer ist, wird ausgewählt. Folglich kann die Trajektorie automatisch erzeugt werden, während eine Abbremsung des Roboters unterdrückt wird. Darüber hinaus kann eine Betriebszeit des Roboters verkürzt werden.
Insbesondere ist der Krümmungsradius der neu erzeugten Vergleichstrajektorie 42 größer als der der Referenztrajektorie 41 in Bezug auf 3. Folglich kann die Vergleichsgeschwindigkeit auf der Vergleichstrajektorie 42 in einigen Fällen schneller als die Referenzgeschwindigkeit auf der Referenztrajektorie 41 eingestellt werden. Des Weiteren ist die Vergleichstrajektorie 42 kürzer als die Referenztrajektorie 41 hinsichtlich der Länge. Folglich kann in der Vergleichstrajektorie 42 eine Bewegung von dem Referenzlehrpunkt P1 zu dem Referenzlehrpunkt P3 in einigen Fällen in einer kurzen Zeit durchgeführt werden. Die Trajektorieerzeugungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform kann automatisch eine Trajektorie erzeugen, durch die eine Bewegung in einer kurzen Zeit durchgeführt werden kann.
Die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit 24 der Trajektorieerzeugungsvorrichtung 11 der vorliegenden Ausführungsform erzeugt die Vergleichstrajektorie 42 auf der Basis der vorherbestimmten zulässigen Trajektoriebedingung. Durch Übernehmen dieser Steuerung kann die Vergleichstrajektorie 42, die eine gewünschte Bedingung erfüllt, automatisch erzeugt werden.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wird ein Moment als eine Last übernommen, die auf das Bauteil des Roboters ausgeübt wird; es kann jedoch eine beliebige Last, die auf das Bauteil ausgeübt wird, ausgewählt werden, ohne auf die Ausführungsform beschränkt zu sein. Beispielsweise kann eine Momentänderungsrate als eine Last übernommen werden. Die Momentänderungsrate kann auf der Basis eines Unterschieds zwischen einem Moment eines vorherbestimmten Punkts und einem Moment von einem der Punkte vor und hinter dem vorherbestimmten Punkt auf einer Trajektorie berechnet werden.
Wenn die Momentänderungsrate als eine Last übernommen wird, wird ein Beurteilungswert der Momentänderungsrate als der Lastbeurteilungswert übernommen. Die Lastbeurteilungseinheit 22 kann die Momentänderungsrate aus einem Ruckeln (einer Beschleunigungsänderungsrate) jeder Welle des Roboters berechnen. Alternativ dazu kann die Lastbeurteilungseinheit 22 die Momentänderungsrate aus einem Moment (einer Beschleunigung) berechnen, das auf jede Welle des Roboters ausgeübt wird. Des Weiteren kann die Lastbeurteilungseinheit 22 die berechnete Momentänderungsrate mit dem Beurteilungswert vergleichen.
Zur Beurteilung einer Last können mehrere Variable übernommen werden. Beispielsweise können sowohl ein Moment als auch eine Momentänderungsrate als eine Last übernommen werden. Wenn beispielsweise beide Variablen kleiner gleich dem Beurteilungswert sind, kann beurteilt werden, dass die Last kleiner gleich dem Lastbeurteilungswert ist.
Wenn der Vergleichslehrpunkt durch Bewegen des Referenzlehrpunkts gesetzt wird, können mehrere Bewegungsverfahren und mehrere Bewegungslängen in Betracht gezogen werden (siehe 4 bis 7). Daher können mehrere Vergleichstrajektorien auf der Basis der mehreren Bewegungsrichtungen und der mehreren Bewegungslängen erzeugt werden. Dann kann eine Trajektorie, von der eine Laufzeit die kürzeste ist, ausgewählt werden. Als Nächstes wird eine Steuerung zum Erzeugen mehrerer Vergleichstrajektorien beschrieben.
9 zeigt ein Ablaufdiagramm, das eine zweite Steuerung der Trajektorieerzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Die Steuerung von Schritt 81 bis Schritt 84 ist ähnlich der ersten Steuerung (siehe 8) der vorliegenden Ausführungsform. Die Steuerung in Schritt 92 ist ähnlich der ersten Steuerung. In der zweiten Steuerung erzeugt die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit 24 mehrere Vergleichstrajektorien, wenn die Geschwindigkeit auf der Referenztrajektorie verringert wird. Typen der zu erzeugenden Vergleichstrajektorien können vorab bestimmt werden. In dem Beispiel werden n Teile von ersten bis n-ten Vergleichstrajektorien erzeugt. Wenn der Referenzlehrpunkt beispielsweise gemäß zwei Bewegungsrichtungen und zwei Bewegungslängen bewegt wird, ist die Anzahl n der zu erzeugenden Vergleichstrajektorien vier.
In Schritt 93 stellt die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit 24 eine Variable k auf eins ein. In Schritt 94 erzeugt die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit 24 eine k-te Vergleichstrajektorie. Als die Anfangsgeschwindigkeit auf der Vergleichstrajektorie kann eine Geschwindigkeit übernommen werden, die gleich der Anfangsgeschwindigkeit auf der Referenztrajektorie ist. Durch die Steuerung von Schritt 95 bis Schritt 97 wird die Vergleichsgeschwindigkeit auf der k-ten Vergleichstrajektorie eingestellt.
Die Steuerung von Schritt 95 bis Schritt 97 ist ähnlich der Steuerung von Schritt 86 bis Schritt 88 in der ersten Steuerung (siehe 8).
In Schritt 98 beurteilt die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit 24, ob die Variable k die Anzahl n der Vergleichstrajektorien ist, die vorab bestimmt wird. In Schritt 98, wenn die Variable k die vorherbestimmte Anzahl der Vergleichstrajektorien nicht erreicht, fährt die Routine zu Schritt 99 fort.
In Schritt 99 addiert die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit 24 eins zu der Variable k. Dann wird in Schritt 94 eine nächste Vergleichstrajektorie erzeugt. In Schritt 98, wenn die Variable k die vorherbestimmte Anzahl n der Vergleichstrajektorien erreicht, wird die Erzeugung für alle Vergleichstrajektorien abgeschlossen. In diesem Fall fährt die Routine zu Schritt 100 fort.
In Schritt 100 berechnet die Trajektorieauswahleinheit 25 die Laufzeit der Referenztrajektorie. Des Weiteren berechnet die Trajektorieauswahleinheit 25 die Laufzeiten von n Teilen der Vergleichstrajektorien. Die Trajektorieauswahleinheit 25 wählt eine Trajektorie, von der eine Laufzeit die kürzeste ist, aus der Referenztrajektorie und den n Teilen der Vergleichstrajektorien aus.
Durch Durchführen der zweiten Steuerung können mehrere Vergleichstrajektorien erzeugt werden und eine Trajektorie, von der eine Betriebszeit die kürzeste ist, kann ausgewählt werden. Ein beliebiges Verfahren kann auf das Erzeugungsverfahren für mehrere Vergleichstrajektorien angewendet werden. Wie oben beschrieben, kann die vorliegende Erfindung auf einen Fall angewendet werden, in dem mehrere Vergleichstrajektorien erzeugt werden.
Gemäß dem oben beschriebenen Erzeugungsverfahren für die Referenztrajektorie und die Vergleichstrajektorie wird einer Trajektorie, die auf der Basis des Lehrpunkts erzeugt wurde, erlaubt, von dem Lehrpunkt getrennt zu sein. Das Erzeugungsverfahren für eine Trajektorie ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und eine Trajektorie kann so erzeugt werden, dass sie durch einen vorab spezifizierten Lehrpunkt verläuft.
10 zeigt eine schematische Zeichnung, die eine zweite Referenztrajektorie gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. 11 zeigt eine schematische Zeichnung, die eine zweite Vergleichstrajektorie gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Unter Bezugnahme auf 10 und 11 wird die Referenztrajektorie 41 so geformt, dass sie durch die Referenzlehrpunkte P1, P2 und P3 verläuft, die vorab spezifiziert werden. Für eine derartige Referenztrajektorie 41 kann eine Spline-Kurve so erzeugt werden, dass die durch jeden der Referenzlehrpunkte P1, P2 und P3 verläuft. Darüber hinaus kann die Vergleichstrajektorie 42 ähnlich erzeugt werden, so dass sie durch den Vergleichslehrpunkt P2a verläuft.
In der obigen Beschreibung wird ein Fall beispielhaft dargestellt, wenn drei Lehrpunkte vorliegen; wenn jedoch vier oder mehr Lehrpunkte vorliegen, kann eine Trajektorie unter Verwendung des Verfahrens, das ähnlich dem oben beschriebenen Verfahren ist, durch Auswählen von drei aufeinanderfolgenden Lehrpunkten erzeugt werden, ohne auf die Ausführungsform beschränkt zu sein.
12 zeigt eine schematische Zeichnung, die eine dritte Referenztrajektorie und eine dritte Vergleichstrajektorie gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. In dem in 12 dargestellten Beispiel wird einer zu erzeugenden Trajektorie erlaubt, von ursprünglichen Lehrpunkten P1 bis P6 abzuweichen. Wenn vier oder mehr Lehrpunkte vorliegen, können drei aufeinanderfolgende Lehrpunkte Pn-1, Pn und Pn+1 ausgewählt werden. Eine Trajektorie kann auf der Basis der Lehrpunkte Pn-1, Pn und Pn+1 erzeugt werden. Dann werden mehrere Trajektorien, die auf der Basis der drei Lehrpunkte erzeugt wurden, miteinander verbunden und eine ganze Trajektorie kann erzeugt werden.
Beispielsweise werden die Referenzlehrpunkte P2, P3 und P4 ausgewählt und der gekrümmte Abschnitt der Referenztrajektorie 41 von dem Referenzlehrpunkt P2 zu dem Referenzlehrpunkt P4 kann erzeugt werden. Des Weiteren kann ein Vergleichslehrpunkt P3a durch Durchführen der oben beschriebenen Steuerung gesetzt werden. Dann kann der gekrümmte Abschnitt der Vergleichstrajektorie 42 von dem Referenzlehrpunkt P2 zu dem Referenzlehrpunkt P4 auf der Basis der Referenzlehrpunkte P2 und P4 und des Vergleichslehrpunkts P3a erzeugt werden. In diesem Beispiel werden die Vergleichslehrpunkte P2a, P3a und P5a in Bezug auf die Referenzlehrpunkte P2, P3 und P5 gesetzt.
13 zeigt eine schematische Zeichnung, die eine vierte Referenztrajektorie und eine vierte Vergleichstrajektorie gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. In dem in 13 dargestellten Beispiel wird eine Trajektorie so erzeugt, dass sie durch ursprüngliche Lehrpunkte verläuft. Ähnlich dem Fall in 12, wenn vier oder mehr Referenzlehrpunkte vorliegen, werden drei aufeinanderfolgende Referenzlehrpunkte ausgewählt und die Referenztrajektorie und die Vergleichstrajektorie können erzeugt werden. In dem Beispiel werden die Vergleichslehrpunkte P2a, P3a und P5a in Bezug auf die Referenzlehrpunkte P2, P3 und P5 gesetzt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Trajektorieerzeugungsvorrichtung für einen Roboter bereitgestellt werden, die automatisch eine Trajektorie erzeugt, während eine Abbremsung des Roboters unterdrückt wird, wenn eine große Last auf den Roboter ausgeübt wird.
In jeder oben beschriebenen Steuerung kann die Reihenfolge der Schritte in geeigneter Weise innerhalb eines Bereichs, der eine Funktion und einen Betrieb nicht ändert, geändert werden. Die oben beschriebenen Ausführungsformen können in geeigneter Weise kombiniert werden. In den oben beschriebenen Zeichnungen sind gleiche oder entsprechende Abschnitte mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet. Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken. Des Weiteren beinhalten die Ausführungsformen ein Beispiel, das innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung modifiziert ist.

Claims

Robotersystem (1), umfassend einen Roboter (13) zum Befördern eines Werkstücks und eine Trajektorieerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einer Trajektorie des Roboters 13, wobei die Trajektorieerzeugungsvorrichtung Folgendes umfasst: eine Referenztrajektorieerzeugungseinheit (21), die eine Referenztrajektorie (41) einschließlich eines gekrümmten Abschnitts auf der Basis mehrerer Referenzlehrpunkte (P1 bis P6) erzeugt; eine Lastbeurteilungseinheit (22), die eine Last berechnet, die auf ein vorherbestimmtes Bauteil eines Roboters (13) ausgeübt wird, wenn der Roboter entlang der Referenztrajektorie betrieben wird, und die Last mit einem vorherbestimmten Lastbeurteilungswert vergleicht; eine Geschwindigkeitsverringerungseinheit (23), die eine Geschwindigkeit des Roboters verringert, bis die Last kleiner gleich dem Lastbeurteilungswert wird, wenn die Last größer als der Lastbeurteilungswert ist; eine Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit (24), die einen Vergleichslehrpunkt (P2a, P3a, P5a) setzt, der durch Ändern einer Position des Referenzlehrpunkts erhalten wird, wenn die Geschwindigkeit von der Geschwindigkeitsverringerungseinheit verringert wird, und eine Vergleichstrajektorie (42) auf der Basis des Vergleichslehrpunkts erzeugt; und eine Trajektorieauswahleinheit (25), die eine Laufzeit der Vergleichstrajektorie mit einer Laufzeit der Referenztrajektorie vergleicht und eine Trajektorie auswählt, von der eine Laufzeit kürzer ist.
Robotersystem (1) nach Anspruch 1, wobei die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit den Vergleichslehrpunkt so setzt, dass ein Krümmungsradius der Vergleichstrajektorie größer als ein Krümmungsradius der Referenztrajektorie an dem gekrümmten Abschnitt ist.
Robotersystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit die Vergleichstrajektorie auf der Basis einer vorherbestimmten zulässigen Trajektoriebedingung erzeugt und die zulässige Trajektoriebedingung eine Tatsache ist, dass eine Entfernung von dem Referenzlehrpunkt zu der Vergleichstrajektorie kleiner als ein vorherbestimmter Beurteilungswert ist.
Robotersystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vergleichstrajektorieerzeugungseinheit die Vergleichstrajektorie auf der Basis einer vorherbestimmten zulässigen Trajektoriebedingung erzeugt und die zulässige Trajektoriebedingung eine Tatsache ist, dass eine Entfernung zwischen der Referenztrajektorie und der Vergleichstrajektorie kleiner als ein vorherbestimmter Beurteilungswert ist.
Robotersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Last ein Moment ist, das auf das Bauteil ausgeübt wird, und die Lastbeurteilungseinheit das Moment aus einer Beschleunigung jeder Welle des Roboters berechnet.
Robotersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Last ein Momentänderungsrate ist, die auf das Bauteil ausgeübt wird, und die Lastbeurteilungseinheit die Momentänderungsrate aus einem Ruckeln jeder Welle des Roboters berechnet.