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DE102018125720A1 - Steuervorrichtung und Steuerverfahren zur Vornahme einer derartigen Steuerung, dass eine Werkstückbewegungsvorrichtung und ein Roboter zusammenwirkend betrieben werden - Google Patents

Steuervorrichtung und Steuerverfahren zur Vornahme einer derartigen Steuerung, dass eine Werkstückbewegungsvorrichtung und ein Roboter zusammenwirkend betrieben werden Download PDF

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DE102018125720A1
DE102018125720A1 DE102018125720.1A DE102018125720A DE102018125720A1 DE 102018125720 A1 DE102018125720 A1 DE 102018125720A1 DE 102018125720 A DE102018125720 A DE 102018125720A DE 102018125720 A1 DE102018125720 A1 DE 102018125720A1
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workpiece moving
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Abstract

Es handelt sich um eine Steuervorrichtung, die verhindert, dass der Beschleunigungsgrad einer Werkstückbewegungsvorrichtung zur Zeit eines Nichtwerkstückbehandlungsbetriebs, bei dem ein Roboter keine Tätigkeit an einem Werkstück vornimmt, übermäßig wird und dadurch eine Positionsabweichung des durch die Werkstückbewegungsvorrichtung gehaltenen Werkstücks auftritt. Die Steuervorrichtung, die eine derartige Steuerung vornimmt, dass die Werkstückbewegungsvorrichtung, die das Werkstück bewegt, und der Roboter, der an dem Werkstück eine Tätigkeit vornimmt, zusammenwirkend betrieben werden, umfasst eine Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit, die die Werkstückbewegungsvorrichtung so steuert, dass eine Zeitkonstante, die einem Zeitraum von dem Beginn bis zum Ende einer Beschleunigung oder einer Verzögerung der Werkstückbewegungsvorrichtung entspricht, zur Zeit der Ausführung eines anderen Betriebs als eines Werkstückbehandlungsbetriebs durch den Roboter und die Werkstückbewegungsvorrichtung länger wird, als zur Zeit der Ausführung des Werkstückbehandlungsbetriebs, während dem der Roboter und die Werkstückbewegungsvorrichtung miteinander zusammenwirkend eine Tätigkeit an dem Werkstück vornehmen.

Description

  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren zur Vornahme einer derartigen Steuerung, dass eine Werkstückbewegungsvorrichtung und ein Roboter zusammenwirkend betrieben werden.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Eine Technik, um eine Werkstückbewegungsvorrichtung, die ein Werkstück bewegt, und einen Roboter, der an dem Werkstück eine Tätigkeit wie etwa Schweißen vornimmt, miteinander zusammenwirkend zu betreiben, ist bekannt (siehe zum Beispiel die Patentoffenlegungsschrift Nr. 2006-136918).
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Herkömmlich kommt es vor, dass der Beschleunigungsgrad einer Werkstückbewegungsvorrichtung zur Zeit eines Nichtwerkstückbehandlungsbetriebs, während dem ein Roboter keine Tätigkeit an einem Werkstück vornimmt, übermäßig wird und dadurch eine Positionsabweichung des durch die Werkstückbewegungsvorrichtung gehaltenen Werkstücks auftritt.
  • Bei einer Form der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Steuervorrichtung zur Vornahme einer derartigen Steuerung, dass eine Werkstückbewegungsvorrichtung, die ein Werkstück bewegt, und ein Roboter, der an dem Werkstück eine Tätigkeit vornimmt, zusammenwirkend betrieben werden, eine Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit, die die Werkstückbewegungsvorrichtung so steuert, dass eine Zeitkonstante, die einem Zeitraum von dem Beginn bis zum Ende einer Beschleunigung oder einer Verzögerung der Werkstückbewegungsvorrichtung entspricht, zur Zeit der Ausführung eines anderen Betriebs als eines Werkstückbehandlungsbetriebs durch den Roboter und die Werkstückbewegungsvorrichtung länger wird, als zur Zeit der Ausführung des Werkstückbehandlungsbetriebs, während dem der Roboter und die Werkstückbewegungsvorrichtung miteinander zusammenwirkend eine Tätigkeit an dem Werkstück vornehmen.
  • Bei einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zur Vornahme einer derartigen Steuerung, dass eine Werkstückbewegungsvorrichtung, die ein Werkstück bewegt, und ein Roboter, der an dem Werkstück eine Tätigkeit vornimmt, zusammenwirkend betrieben werden, ein derartiges Steuern der Werkstückbewegungsvorrichtung, dass eine Zeitkonstante, die einen Zeitraum von dem Beginn bis zum Ende einer Beschleunigung oder einer Verzögerung der Werkstückbewegungsvorrichtung ausdrückt, zur Zeit der Ausführung eines anderen Betriebs als eines Werkstückbehandlungsbetriebs durch den Roboter und die Werkstückbewegungsvorrichtung länger wird, als zur Zeit der Ausführung des Werkstückbehandlungsbetriebs, während dem der Roboter und die Werkstückbewegungsvorrichtung miteinander zusammenwirkend eine Tätigkeit an dem Werkstück vornehmen.
  • Durch die vorliegende Offenbarung kann verhindert werden, dass der Beschleunigungsgrad bei einer Beschleunigung oder einer Verzögerung der Werkstückbewegungsvorrichtung zur Zeit eines Nichtwerkstückbehandlungsbetriebs übermäßig groß wird. Dadurch kann verhindert werden, dass eine Positionsabweichung eines an der Werkstückbewegungsvorrichtung eingerichteten Werkstücks hervorgerufen wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Ansicht eines Systems nach einer Ausführungsform.
    • 2 ist ein Blockdiagramm des in 1 gezeigten Systems.
    • 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Betriebsgeschwindigkeit des Roboters und der Werkstückbewegungsvorrichtung und der Zeit zeigt.
    • 4 ist eine Ansicht, die den Zustand zeigt, in dem das in 1 gezeigte System einen Nichtwerkstückbehandlungsbetriebs ausführt.
    • 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Betriebsgeschwindigkeit der Werkstückbewegungsvorrichtung und der Zeit zur Zeit der Ausführung des Nichtwerkstückbehandlungsbetriebs zeigt.
    • 6 ist ein Blockdiagramm eines Systems nach einer anderen Ausführungsform.
    • 7 ist ein Blockdiagramm eines Systems nach noch einer anderen Ausführungsform.
  • Ausführliche Erklärung
  • Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf Basis der Zeichnungen ausführlich erklärt. Bei den verschiedenen Ausführungsformen, die nachstehend erklärt werden, sind gleiche Aufbauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und wird auf eine wiederholte Erklärung verzichtet. Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1 und 2 ein System 10 nach einer Ausführungsform erklärt.
  • Das System 10 nach der vorliegenden Ausführungsform ist ein System zur Vornahme eines Bogenschweißens an einem Werkstück W, das einen Roboter 12, eine Werkstückbewegungsvorrichtung 14, eine Folgervorrichtung 16 und eine Steuervorrichtung 100 umfasst. Der Roboter 12 ist ein vertikaler Knickarmroboter, der eine Basis 18, einen Drehrumpf 20, einen Roboterarm 22 und ein Handgelenk 24 aufweist.
  • Der Drehrumpf 20 ist so ausgebildet, dass er an der Basis 18 um eine senkrechte Achse drehbar ist. Der Roboterarm 22 weist einen Unterarmabschnitt 26, der drehbar mit dem Drehrumpf 20 gekoppelt ist, und einen Oberarmabschnitt 28. der drehbar mit dem vorderen Ende des Unterarmabschnitts 26 gekoppelt ist, auf.
  • Das Handgelenk 24 weist ein erstes Handgelenkelement 30, das drehbar mit dem Oberarmabschnitt 28 gekoppelt ist, ein zweites Handgelenkelement 32, das drehbar mit dem vorderen Ende des ersten Handgelenkelements 30 gekoppelt ist, und ein drittes Handgelenkelement 34, das drehbar mit dem vorderen Ende des zweiten Handgelenkelements 32 gekoppelt ist, auf.
  • An dem vorderen Ende des dritten Handgelenkelements 34 ist ein Endeffektor 36 angebracht. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Endeffektor 36 ein Schweißbrenner, der an dem Werkstück W ein Bogenschweißen vornimmt.
  • In die Basis 18, den Drehrumpf 20, den Roboterarm 22 und das Handgelenk 24 sind Servomotoren 38 (2) eingebaut, und diese Servomotoren 38 treiben den Drehrumpf 20, den Roboterarm 22 und das Handgelenk 24 gemäß Befehlen von der Steuervorrichtung 100 an. Auf diese Weise kann der Roboter 12 den Endeffektor 36 an einer beliebigen Position und in einer beliebigen Lage anordnen.
  • Die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 weist eine Basis 40, einen Motoraufnahmeabschnitt 42 und einen Ausgangsflansch 44 auf. Der Motoraufnahmeabschnitt 42 ist an der zu dem Ausgangsflansch 44 entgegengesetzten Seite an der Basis 40 fixiert.
  • Der Ausgangsflansch 44 ist so an der Basis 40 ausgebildet, dass er um eine Achsenlinie 0 drehbar ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Ausgangsflansch 44 rund. In den Motoraufnahmeabschnitt 42 ist ein Servomotor 48 ( 2) eingebaut. Der Servomotor 48 treibt den Ausgangsflansch 44 gemäß Befehlen von der Steuervorrichtung 100 um die Achsenlinie 0 drehend an. Auf diese Weise wird das an dem Ausgangsflansch 44 eingerichtete Werkstück W um die Achsenlinie 0 gedreht.
  • Die Folgervorrichtung 16 weist eine Basis 50 und einen Folgerflansch 52, der so an der Basis 50 ausgebildet ist, dass er um die Achsenlinie 0 drehbar ist, auf. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Folgerflansch 52 rund und mit der Achsenlinie 0 als Basis zu dem Ausgangsflansch 44 konzentrisch angeordnet.
  • An dem Ausgangsflansch 44 und dem Folgerflansch 52 ist eine Einspanneinrichtung 46 zum Fixieren des Werkstücks W ausgebildet. An der Einspanneinrichtung 46 sind mehrere Klemmelemente 54, die das Werkstück W festklemmen, ausgebildet, und das Werkstück W wird durch diese Klemmelemente 54 an der Einspanneinrichtung 46 festgeklemmt.
  • Auf diese Weise wird das Werkstück W über die Einspanneinrichtung 46 in Bezug auf den Ausgangsflansch 44 und den Folgerflansch 52 fixiert. Wenn die Einspanneinrichtung 46 durch den Ausgangsflansch 44 gedreht wird, wird auch der Folgerflansch 52, der das andere Ende der Einspanneinrichtung 46 hält, der Drehung der Einspanneinrichtung 46 folgend um die Achsenlinie 0 gedreht.
  • Wie in 2 gezeigt weist die Steuervorrichtung 100 eine Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit 102 und eine Robotersteuereinheit 104 auf. Die Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit 102 erzeugt Befehle an den in die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 eingebauten Servomotor 48 (zum Beispiel Beschleunigungsgradbefehle, Drehmomentbefehle oder Strombefehle) und steuert den Betrieb der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 (konkret den Drehbetrieb des Ausgangsflanschs 44).
  • Die Robotersteuereinheit 104 erzeugt Befehle an die in den Roboter 12 eingebauten Servomotoren 38 (Beschleunigungsgradbefehle, Drehmomentbefehle oder Strombefehle) und steuert den Betrieb des Roboters 12. Außerdem sendet die Robotersteuereinheit 104 Befehle an den Endeffektor 36, wodurch die Tätigkeit des Endeffektors 36 an dem Werkstück W (konkret ein Bogenschweißen) vorgenommen wird.
  • Die Steuervorrichtung 100 weist wenigstens einen Prozessor und eine Speichereinheit (beide nicht dargestellt) auf. Der eine Prozessor kann die Funktionen der Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit 102 und der Robotersteuereinheit 104 übernehmen, doch können die jeweiligen Funktionen der Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit 102 und der Robotersteuereinheit 104 auch durch jeweilige Prozessoren übernommen werden. Die Funktionen der Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit 102 und der Robotersteuereinheit 104 werden später besprochen werden.
  • Die Steuervorrichtung 100 führt einen Werkstückbehandlungsbetrieb aus, bei dem durch den Endeffektor 36 eine Tätigkeit an dem Werkstück W vorgenommen wird, während der Roboter 12 und die Werkstückbewegungsvorrichtung miteinander zusammenwirkend betrieben werden. Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 3 die Betriebsgeschwindigkeit des Roboters 12 und der Werkstückbewegungsvorrichtung 14, während der Roboter 12 und die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 zur Zeit des Werkstückbehandlungsbetriebs miteinander zusammenwirkend betrieben werden, erklärt.
  • Das Diagramm von 3 (a) zeigt die Beziehung zwischen der Betriebsgeschwindigkeit des Roboters 12 (noch konkreter der Geschwindigkeit, mit der der Roboter 12 den Endeffektor 36 bewegt) VR und der Zeit t während des Werkstückbehandlungsbetriebs . Andererseits zeigt das Diagramm von 3(b) die Beziehung zwischen der Betriebsgeschwindigkeit der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 (noch konkreter der Geschwindigkeit, mit der die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 den Ausgangsflansch 44 dreht) VW und der Zeit t.
  • Wie durch die Kennlinie 60 in 3(a) gezeigt startet die Robotersteuereinheit 104 zur Zeit der Ausführung des Werkstückbehandlungsbetriebs zu dem Zeitpunkt t1 den Endeffektor 36 und wird die Tätigkeit an dem Werkstück W (das heißt, das Bogenschweißen) begonnen.
  • Zusammen damit beschleunigt die Robotersteuereinheit 104 den Roboter 12 über den Zeitraum τa1 von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2 , wodurch die Betriebsgeschwindigkeit VR des Roboters 12 von einer ersten Geschwindigkeit VR1 auf eine zweite Geschwindigkeit VR2 erhöht wird.
  • Dieser Zeitraum τa1 ist die Zeitkonstante τa1 bei der Beschleunigung des Roboters 12, der Zeitpunkt t1 bildet den Beginn der Beschleunigung des Roboters 12, und der Zeitpunkt t2 bildet das Ende der Beschleunigung des Roboters 12. Beispielsweise beträgt die erste Geschwindigkeit VR1 null. Anschließend betreibt die Robotersteuereinheit 104 den Roboter während eines Zeitraums τO1 von dem Zeitpunkt t2 bis zu dem Zeitpunkt t3 mit der konstanten Betriebsgeschwindigkeit VR2 .
  • Dann verzögert die Robotersteuereinheit 104 den Roboter 12 über den Zeitraum τdl von dem Zeitpunkt t3 bis zu dem Zeitpunkt t4 , wodurch die Betriebsgeschwindigkeit VR von der zweiten Geschwindigkeit VR2 auf die erste Geschwindigkeit VR1 verringert wird. Dieser Zeitraum τd1 ist die Zeitkonstante τd1 bei der Verzögerung des Roboters 12, der Zeitpunkt t3 bildet den Beginn der Verzögerung, und der Zeitpunkt t4 bildet das Ende der Verzögerung.
  • Die Robotersteuereinheit 104 hält zu dem Zeitpunkt t4 den Betrieb des Endeffektors 36 an und beendet die Tätigkeit an dem Werkstück W. Die Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit 102 der Steuervorrichtung 100 betreibt die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 so, dass sie mit diesem Betrieb des Roboters 12 synchron ist.
  • Konkret beschleunigt die Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit 102 die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 wie durch die Kennlinie 62 in 3(b) gezeigt über den Zeitraum τa1 von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2 , wodurch die Betriebsgeschwindigkeit VW der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 von einer ersten Geschwindigkeit VW1 (beispielsweise beträgt VW1 null) auf eine zweite Geschwindigkeit VW2 erhöht wird.
  • Dieser Zeitraum τa1 ist die Zeitkonstante τa1 bei der Beschleunigung der Werkstückbewegungsvorrichtung 14, der Zeitpunkt t1 bildet den Beginn der Beschleunigung der Werkstückbewegungsvorrichtung 14, und der Zeitpunkt t2 bildet das Ende der Beschleunigung der Werkstückbewegungsvorrichtung 14. Anschließend betreibt die Steuervorrichtung 100 die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 während des Zeitraums τO1 von dem Zeitpunkt t2 bis zu dem Zeitpunkt t3 mit der konstanten Betriebsgeschwindigkeit VW2 .
  • Dann verzögert die Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit 102 die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 über den Zeitraum τd1 von dem Zeitpunkt t3 bis zu dem Zeitpunkt t4 , wodurch die Betriebsgeschwindigkeit VW von der zweiten Geschwindigkeit VW2 auf die erste Geschwindigkeit VW1 verringert wird. Dieser Zeitraum τd1 ist die Zeitkonstante τd1 bei der Verzögerung der Werkstückbewegungsvorrichtung 14, der Zeitpunkt t3 bildet den Beginn der Verzögerung, und der Zeitpunkt t4 bildet das Ende der Verzögerung.
  • Auf diese Weise werden die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 und der Roboter 12 zur Zeit des Werkstückbehandlungsbetriebs jeweils so beschleunigt und verzögert, dass bei der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 und dem Roboter 12 der Beginn t1 und das Ende t2 der Beschleunigung der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 und des Roboters 12 miteinander synchron sind und der Beginn t3 und das Ende t4 der Verzögerung der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 und des Roboters 12 miteinander synchron sind.
  • Auf diese Weise nimmt die Steuervorrichtung 100 zur Zeit des Werkstückbehandlungsbetriebs die Tätigkeit durch den Endeffektor 36 an dem Werkstück W vor, während der Endeffektor 36 durch den Roboter 12 synchron mit der Bewegung des Werkstücks W durch die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 in Bezug auf das Werkstück W bewegt wird. Durch ein derartiges Synchronisieren des Beginns und des Endes der Beschleunigung und der Verzögerung kann verhindert werden, dass die Bahn der Tätigkeit in Bezug auf das Werkstück W (das heißt, die Bahn des Bogenschweißens) gestört wird.
  • Nach dem Abschluss des Werkstückbehandlungsbetriebs (oder vor der Ausführung des Werkstückbehandlungsbetriebs) führt die Steuervorrichtung 100 einen anderen Betrieb als den Werkstückbehandlungsbetrieb (nachstehend als Nichtwerkstückbehandlungsbetrieb bezeichnet) aus.
  • Beispielsweise führt die Steuervorrichtung 100 als diesen Nichtwerkstückbehandlungsbetrieb einen Rückzugbetrieb und einen Annäherungsbetrieb aus. Konkret wird in dem Zustand, in dem der Endeffektor 36 angehalten wurde, der Roboter 12 durch die Robotersteuervorrichtung 104 betrieben und der Endeffektor 36 von dem Werkstück W zurückgezogen (Rückzugbetrieb) . Als Folge wird der Endeffektor 36 wie in 4 gezeigt an eine von dem Werkstück W entfernte Position zurückgezogen.
  • Zusammen damit betreibt die Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit 102 die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 und wird der Ausgangsflansch 44 um einen bestimmten Winkel gedreht, wodurch das Werkstück W an eine gewünschte Position bewegt wird. Anschließend betreibt die Robotersteuereinheit 104 den Roboter 12 und wird der Endeffektor 36 an eine Warteposition zur Ausführung der nächsten Werkstückbehandlungstätigkeit bewegt (Annäherungsbetrieb).
  • Bei der Ausführung des Nichtwerkstückbehandlungsbetriebs kann die Steuervorrichtung 100 den Roboter 12 und die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 auch zusammenwirkend betreiben. Konkret kann die Steuervorrichtung 100 den Endeffektor 36 durch den Roboter 12 synchron mit der Bewegung des Werkstücks W durch die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 von dem Werkstück W zurückziehen.
  • Herkömmlich kommt es vor, dass die Zeitkonstante der Beschleunigung oder der Verzögerung der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 auf einen Wert festgelegt ist und die Zeitkonstante nicht beliebig festgelegt werden kann. In einem solchen Fall kommt es dazu, dass die Zeitkonstanten τa1 und τd1 der Beschleunigung und der Verzögerung der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 zur Zeit des Nichtwerkstückbehandlungsbetriebs auf den gleichen Wert τSET wie beim Werkstückbehandlungsbetrieb festgelegt werden (das heißt, τa1 = τd1 = τSET).
  • Die Kennlinie 64 in 3(b) zeigt ein Beispiel für die herkömmliche Steuerung der Betriebsgeschwindigkeit VW der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 zur Zeit des Nichtwerkstückbehandlungsbetriebs. Bei dieser Kennlinie 64 wird die Betriebsgeschwindigkeit VW der Werkstückbewegungsvorrichtung von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2 mit der Zeitkonstanten τa1 (= τSET)von der ersten Geschwindigkeit VW1 auf eine dritte Geschwindigkeit VW3 (> VW2) erhöht.
  • Dann wird die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 von dem Zeitpunkt t2 bis zu dem Zeitpunkt t3 mit der konstanten Geschwindigkeit VW3 betrieben. Somit wird die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 zur Zeit der Ausführung des Nichtwerkstückbehandlungsbetriebs mit einer höheren Geschwindigkeit als bei dem Werkstückbehandlungsbetrieb betrieben (VW3 > VW2).
  • Anschließend wird die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 von dem Zeitpunkt t3 bis zu dem Zeitpunkt t4 mit der Zeitkonstanten τd1 (= τSET)von der dritten Geschwindigkeit VW3 auf die erste Geschwindigkeit VW1 verringert. Im Fall dieser Kennlinie 64 wird der Absolutwert des Beschleunigungsgrads a bei der Beschleunigung und der Verzögerung der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 verglichen mit der Kennlinie 62 groß.
  • Herkömmlich wird die in Bezug auf die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 festgelegte eine Zeitkonstante (τSET) von dem Blickpunkt einer Verkürzung der Zykluszeit her so festgelegt, dass sie innerhalb des zulässigen Bereichs der Spezifikationen der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 (zum Beispiel des maximalen Lastmoments des Servomotors 48, der zulässigen maximalen Trägheit) minimal wird.
  • Wenn die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 durch eine solche minimale Zeitkonstante (τSET) mit der Kennlinie 64 (das heißt, beim Nichtwerkstückbehandlungsbetrieb) beschleunigt und verzögert wird, besteht die Möglichkeit, dass eine Positionsabweichung des an der Einspanneinrichtung 46 eingerichteten Werkstücks W oder eine übermäßige Belastung des Servomotors 48 hervorgerufen wird.
  • Zur Vermeidung eines solchen Umstands steuert die Steuervorrichtung 100 nach der vorliegenden Ausführungsform die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 so, dass die Zeitkonstante bei der Beschleunigung und der Verzögerung der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 zur Zeit des Nichtwerkstückbehandlungsbetriebs länger als die Zeitkonstante (τa1 und τa2) bei der Beschleunigung und der Verzögerung der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 zur Zeit des Werkstückbehandlungsbetriebs wird.
  • Die Kennlinie 66 in 5 zeigt ein Beispiel für die Steuerung der Betriebsgeschwindigkeit Vw der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 zur Zeit des Nichtwerkstückbehandlungsbetriebs nach der vorliegenden Ausführungsform. Zum Vergleich ist die in 3 gezeigte Kennlinie 64 in 5 durch eine gestrichelte Linie gezeigt.
  • Bei der Kennlinie 66 nach der vorliegenden Ausführungsform beschleunigt die Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit 102 die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 von dem Zeitpunkt t1 (Beginn der Beschleunigung) bis zu einem Zeitpunkt t5 (Ende der Beschleunigung) mit einer Zeitkonstanten τa2 (> τa1), wodurch deren Betriebsgeschwindigkeit VW von der ersten Geschwindigkeit VW1 auf die dritte Geschwindigkeit VW3 erhöht wird. Anschließend betreibt die Steuervorrichtung 100 die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 über einen Zeitraum τO2 (< τO1) von dem Zeitpunkt t5 bis zu einem Zeitpunkt t6 mit der konstanten Betriebsgeschwindigkeit VW3 .
  • Anschließend verzögert die Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit 102 die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 von dem Zeitpunkt t6 (Beginn der Verzögerung) bis zu einem Zeitpunkt t7 (Ende der Verzögerung) mit der Zeitkonstanten τd2 , wodurch die Betriebsgeschwindigkeit VW von der dritten Geschwindigkeit VW3 auf die erste Geschwindigkeit VW1 verringert wird. Gemäß dieser Kennlinie 66 kann der Absolutwert des Beschleunigungsgrads a bei der Beschleunigung oder der Verzögerung der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 zur Zeit des Nichtwerkstückbehandlungsbetriebs verglichen mit der Kennlinie 64 verkleinert werden.
  • Als Methode zur Steuerung der Betriebsgeschwindigkeit VW wie bei der Kennlinie 66 sind verschiedene Methoden denkbar. Als ein Beispiel speichert die Speichereinheit der Steuervorrichtung 100 die Zeitkonstanten τa1 und τdi zur Zeit des Werkstückbehandlungsbetriebs und die Zeitkonstanten τa2 und τd2 zur Zeit des Nichtwerkstückbehandlungsbetriebs im Voraus.
  • Diese Zeitkonstanten τa1 , τdi , τa2 und τd2 werden durch den Verwender vorab unter Berücksichtigung der Spezifikationen der an der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 ausgebildeten Einspanneinrichtung 46 (zum Beispiel der Werkstückfestklemmkraft durch die Einspanneinrichtung, der Stärke der Einspanneinrichtung), der Spezifikationen der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 (zum Beispiel des maximalem Lastmoments des Servomotors 48, der zulässigen maximalem Trägheit), der Arbeitszykluszeit, und dergleichen festgelegt.
  • Zur Zeit des Werkstückbehandlungsbetriebs erzeugt die Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit 102 Befehle an den Servomotor 48 und wird die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 so betrieben, dass die Zeitkonstanten bei der Beschleunigung und der Verzögerung der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 wie durch die Kennlinie 66 in 5 gezeigt jeweils die Zeitkonstanten τa2 und τd2 erreichen.
  • Auf diese Weise steuert die Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit 102 den Betrieb der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 gemäß den im Voraus festgelegten Zeitkonstanten τa1, τdi , τa2 und τd2 (nimmt sie eine sogenannte Zeitkonstantensteuerung vor) .
  • Als anderes Beispiel erzeugt die Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit 102 Befehle an den Servomotor 48 der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 (Beschleunigungsgradbefehle, Drehmomentbefehle oder Strombefehle) und wird die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 so gesteuert, dass der Beschleunigungsgrad a der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 einen zulässigen Höchstwert aMAX nicht übersteigt (die sogenannte Beschleunigungsgradsteuerung, Drehmomentsteuerung oder Stromsteuerung).
  • Dieser zulässige Höchstwert aMAx hängt von den Spezifikationen der Einspanneinrichtung 46 (zum Beispiel der Klemmkraft oder der Stärke) und den Spezifikationen der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 (zum Beispiel dem maximalen Lastmoment, der zulässigen maximalen Trägheit) ab.
  • Im Fall dieses Beispiels sendet die Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit 102 bei der Beschleunigung der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 zur Zeit des Werkstückbehandlungsbetriebs einen Befehl Ca1 an den Servomotor 48, wodurch die Betriebsgeschwindigkeit VW der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 von der ersten Geschwindigkeit VW1 auf die zweite Geschwindigkeit VW2 erhöht wird.
  • Außerdem sendet die Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit 102 bei der Verzögerung der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 zur Zeit des Werkstückbehandlungsbetriebs einen Befehl Cd1 an den Servomotor 48, wodurch die Betriebsgeschwindigkeit VW der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 von der zweiten Geschwindigkeit VW2 auf die erste Geschwindigkeit VW1 verringert wird.
  • Andererseits sendet die Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit 102 bei der Beschleunigung der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 zur Zeit des Nichtwerkstückbehandlungsbetriebs einen Befehl Ca2 an den Servomotor 48, wodurch die Betriebsgeschwindigkeit VW der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 von der ersten Geschwindigkeit VW1 auf die dritte Geschwindigkeit VW3 erhöht wird.
  • Außerdem sendet die Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit 102 bei der Verzögerung der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 zur Zeit des Nichtwerkstückbehandlungsbetriebs einen Befehl Cd2 an den Servomotor 48, wodurch die Betriebsgeschwindigkeit VW der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 von der dritten Geschwindigkeit VW3 auf die erste Geschwindigkeit VW1 verringert wird.
  • Die oben genannten Befehle Ca1 , Ca2 , Cd1 und Cd2 werden durch den Benutzer im Voraus als Werte, bei denen der Beschleunigungsgrad a der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 den zulässigen Höchstwert aMAX nicht übersteigt, festgelegt und in der Speichereinheit der Steuervorrichtung 100 gespeichert. Beispielsweise werden die Befehle Ca1 , Ca2 , Cd1 und Cd2 so festgelegt, dass der Beschleunigungsgrad a der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 in einem Bereich, in dem der zulässige Höchstwert aMAX nicht überschritten wird, einen möglichst großen Wert erreicht.
  • Dadurch kommt es dazu, dass die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 zur Zeit des Nichtwerkstückbehandlungsbetriebs so beschleunigt oder verzögert wird, dass der Beschleunigungsgrad den zulässigen Höchstwert aMAX nicht übersteigt. Als Folge erreichen die Zeitkonstanten bei der Beschleunigung und der Verzögerung der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 wie durch die Kennlinie in 5 gezeigt τa2 (> τa1) und τd2 (> τd1).
  • Wie oben beschrieben kann nach der vorliegenden Ausführungsform bei der Beschleunigung oder der Verzögerung zur Zeit des Nichtwerkstückbehandlungsbetriebs verhindert werden, dass der Beschleunigungsgrad a der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 übermäßig groß wird. Dadurch kann verhindert werden, dass eine Positionsabweichung des an der Einspanneinrichtung 46 eingerichteten Werkstücks W oder eine übermäßige Belastung des Servomotors 48 hervorgerufen wird.
  • Die Zeitkonstante τa1 bei der Beschleunigung zur Zeit des Werkstückbehandlungsbetriebs kann auch kürzer als die Zeitkonstante τd1 bei der Verzögerung festgelegt werden. Außerdem kann die Zeitkonstante τa2 bei der Beschleunigung zur Zeit des Nichtwerkstückbehandlungsbetriebs auch kürzer als die Zeitkonstante τd2 bei der Verzögerung festgelegt werden.
  • Durch ein derartiges Festlegen der Zeitkonstanten τa1 , τd1, τa2 , τd2 können Restschwingungen des Ausgangsflanschs 44 (und des Endeffektors 36), wenn die Betriebsgeschwindigkeit VW (und VR ) der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 (und des Roboters 12) von der zweiten Betriebsgeschwindigkeit VW2 (und VR2 ) auf die erste Betriebsgeschwindigkeit VW1 (und VR1 ) verlangsamt wurde, wirksam verringert werden. Es ist jedoch auch eine Festlegung von τa1 = τdi oder τa2 = τd2 möglich.
  • Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 6 eine Steuervorrichtung 100' nach einer anderen Ausführungsform erklärt. Die Steuervorrichtung 100' kann anstelle der oben beschriebenen Steuervorrichtung 100 bei dem System 10 angewendet werden. Die Steuervorrichtung 100' unterscheidet sich von der oben beschriebenen Steuervorrichtung 100 in dem Punkt, dass sie ferner eine Zeitkonstantenbestimmungseinheit 106 aufweist.
  • Hier kommt es vor, dass durch das System 10 Tätigkeiten an verschiedenen Arten von Werkstücken vorgenommen werden. Die verschiedenen Werkstücke, die den Gegenstand der Tätigkeit bilden. können auf Basis ihres Gewichts, ihrer Form, ihrer Abmessungen, und dergleichen eingeteilt werden (z.B. Typ A = Werkstückgewicht 10 kg, Typ B = Werkstückgewicht 15 kg, Typ C = Werkstückgewicht 30 kg, ...).
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Zeitkonstantenbestimmungseinheit 106 die oben genannten Zeitkonstanten τa2 und τd2 automatisch je nach der Art des Werkstücks als Gegenstand der Tätigkeit. Als ein Beispiel speichert die Speichereinheit der Steuervorrichtung 100' eine Datentabelle, die die Beziehung zwischen der Art des Werkstücks und den Zeitkonstanten τa2 und τd2 zeigt.
  • Die in der Datentabelle enthaltenen Zeitkonstanten τa2 und τd2 für jede Art von Werkstück werden durch den Verwender im Voraus auf Basis von Informationen hinsichtlich der Art des Werkstücks (des Werkstückgewichts, und dergleichen), den Spezifikationen der Einspanneinrichtung 46 (der Klemmkraft, der Stärke, und dergleichen), und den Spezifikationen der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 (dem maximalen Lastmoment, der zulässigen maximalen Trägheit, und dergleichen) festgelegt.
  • Die Steuervorrichtung 100' erhält von dem Verwender, einer übergeordneten Steuervorrichtung oder einem Betriebsprogramm eine Eingabe, die die Art des Werkstücks spezifiziert. Bei Erhalt dieser Eingabe bestimmt die Zeitkonstantenbestimmungseinheit 106 die Art des Werkstücks, liest die Zeitkonstanten τa2 und τd2 , die der bestimmten Art entsprechen, aus der Datentabelle, und bestimmt diese als Zeitkonstante bei der Beschleunigung und der Verzögerung der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 zur Zeit des Nichtwerkstückbehandlungsbetriebs.
  • Als anderes Beispiel kann die Steuervorrichtung 100' einen provisorischen Betrieb der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 vornehmen, wenn das den Gegenstand der Tätigkeit darstellende Werkstück an der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 eingerichtet wurde, und die Zeitkonstanten τa2 und τd2 auf Basis eines Rückmeldewerts, der dabei von dem Servomotor 48 gesendet wird, bestimmen.
  • Konkret richtet der Betreiber das Werkstück, das den Gegenstand der Bearbeitung darstellt, an der Einspanneinrichtung 46 ein. Dann sendet die Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit 102 einen Befehl an den Servomotor 48, wodurch die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 provisorisch betrieben wird (das heißt, der Ausgangsflansch 44 um einen bestimmten Winkel gedreht wird).
  • Dabei sendet der Servomotor 48 der Steuervorrichtung 100 einen Rückmeldewert (zum Beispiel den Lastmomentwert oder einen Rückmeldestromwert). Dieser Rückmeldewert ist ein Wert, der der auf den Servomotor 48 wirkenden Belastung (zum Beispiel dem Gewicht des an der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 eingerichteten Werkstücks) entspricht. Die Zeitkonstantenbestimmungseinheit 106 bestimmt die Zeitkonstanten τa2 und τd2 auf Basis des von dem Servomotor 48 erhaltenen Rückmeldewerts.
  • Beispielsweise speichert die Speichereinheit der Steuervorrichtung 100 eine Datentabelle, die die Beziehung zwischen dem Rückmeldewert von dem Servomotor 48 und den Zeitkonstanten τa2 und τd2 zeigt. Die in dieser Datentabelle enthaltenen Zeitkonstanten τa2 und τd2 für jeden Rückmeldewert werden durch den Benutzer im Voraus auf Basis der Spezifikationen der Einspanneinrichtung 46 und der Spezifikationen der Werkstückstückbewegungsvorrichtung 14 bestimmt.
  • Die Zeitkonstantenbestimmungseinheit 106 liest die Zeitkonstanten τa2 und τd2 , die dem von dem Servomotor 48 erhaltenen Rückmeldewert entsprechen, aus der Datentabelle und bestimmt die Zeitkonstanten bei der Beschleunigung und der Verzögerung der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 zur Zeit des Nichtwerkstückbehandlungsbetriebs.
  • Alternativ kann die Zeitkonstantenbestimmungseinheit 106 die Zeitkonstanten τa2 und τd2 durch Berechnen aus dem von dem Servomotor 48 erhaltenen Rückmeldewert ermitteln.
  • Unter Verwendung einer wie oben beschriebenen Methode kann die Zeitkonstantenbestimmungseinheit 106 die Zeitkonstanten τa2 und τd2 bei der Beschleunigung und der Verzögerung der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 zur Zeit des Nichtwerkstückbehandlungsbetriebs gemäß der Art des Werkstücks, das den Gegenstand der Tätigkeit darstellt, bestimmen.
  • Dann nimmt die Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit 102 eine Zeitkonstantensteuerung, eine Beschleunigungsgradsteuerung, eine Drehmomentsteuerung oder eine Stromsteuerung der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 vor, damit die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 wie durch die Kennlinie 66 in 5 gezeigt mit der bestimmten Zeitkonstanten τa2 beschleunigt wird und die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 mit der bestimmten Zeitkonstanten τd2 verzögert wird.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die Zeitkonstanten τa2 und τd2 zur Zeit des Nichtwerkstückbehandlungsbetriebs automatisch bestimmt werden, wenn Tätigkeiten an mehreren Arten von Werkstücken vorgenommen werden. Da dadurch die Zeitkonstanten τa2 und τd2 je nach der Art des Werkstücks optimiert werden können, kann die Zykluszeit der Tätigkeit verringert werden, während verhindert wird, dass der Beschleunigungsgrad a der Werkstückbewegungsvorrichtung 14 den zulässigen Höchstwert aMAX übersteigt.
  • Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wurde ein Fall beschrieben, bei dem das System 10 zur Vornahme eines Bogenschweißens an einem Werkstück W dient. Es besteht jedoch keine Beschränkung darauf, das System 10 kann an dem Werkstück W auch eine Tätigkeit wie eine Laserbearbeitung oder das Auftragen eines Materials oder dergleichen vornehmen.
  • Wenn das System 10 zum Beispiel zur Vornahme einer Laserbearbeitung dient, ist der Endeffektor 36 eine Laserausstrahlungsdüse. Und wenn das System 10 zum Auftragen eines Materials dient, ist der Endeffektor 36 eine Materialausstoßdüse.
  • Außerdem ist die Werkstückbewegungsvorrichtung 14 nicht auf eine Ausführung, bei der ein runder Ausgangsflansch 44 um eine Achsenlinie O gedreht wird, beschränkt, sondern kann sie zum Beispiel auch so ausgeführt sein, dass ein viereckiger Ausgangsflansch entlang einer bestimmten x-y-Ebene (zum Beispiel einer waagerechten Ebene bewegt wird.
  • Bei der Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, wurde ein Fall beschrieben, bei dem die Steuervorrichtung 100 mit der Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit 102 und der Robotersteuereinheit 101 versehen ist. Doch die Robotersteuereinheit 104 kann auch als von der Steuervorrichtung 100 gesonderte Komponente ausgebildet sein.
  • 7 zeigt eine derartige Ausführungsform. Bei dem in 7 gezeigten System 10' umfasst eine Steuervorrichtung 100" die Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit 102, während die Robotersteuereinheit 104 als von der Steuervorrichtung 100" gesonderte Komponente ausgebildet ist und kommunikationsfähig an die Steuervorrichtung 100" angeschlossen ist. Beispielsweise ist die Robotersteuereinheit 104 durch einen Computer, der wenigstens einen Prozessor und eine Speichereinheit aufweist, gebildet, und steuert sie den Roboter 12 wie oben beschrieben.
  • Die vorliegende Offenbarung wurde oben durch Ausführungsformen erklärt, doch beschränken die oben beschriebenen Ausführungsformen die Erfindung nach den Patentansprüchen nicht.

Claims (6)

  1. Steuervorrichtung (100) zur Vornahme einer derartigen Steuerung, dass eine Werkstückbewegungsvorrichtung (14), die ein Werkstück (W) bewegt, und ein Roboter (12), der an dem Werkstück eine Tätigkeit vornimmt, zusammenwirkend betrieben werden, umfassend: eine Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit (102), die die Werkstückbewegungsvorrichtung so steuert, dass eine Zeitkonstante, die einem Zeitraum von dem Beginn bis zum Ende einer Beschleunigung oder einer Verzögerung der Werkstückbewegungsvorrichtung entspricht, zur Zeit der Ausführung eines anderen Betriebs als eines Werkstückbehandlungsbetriebs durch den Roboter und die Werkstückbewegungsvorrichtung länger wird, als zur Zeit der Ausführung des Werkstückbehandlungsbetriebs, während dem der Roboter und die Werkstückbewegungsvorrichtung miteinander zusammenwirkend eine Tätigkeit an dem Werkstück vornehmen.
  2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Robotersteuereinheit (104), die den Roboter zur Zeit der Ausführung des Werkstückbehandlungsbetriebs mit dem Beginn und dem Ende der Beschleunigung oder der Verzögerung der Werkstückbewegungsvorrichtung synchron beschleunigt oder verzögert.
  3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit die Werkstückbewegungsvorrichtung zur Zeit der Ausführung des anderen Betriebs als des Werkstückbehandlungsbetriebs mit einer höheren Geschwindigkeit als zur Zeit der Ausführung des Werkstückbehandlungsbetriebs betreibt.
  4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Werkstückbewegungsvorrichtungssteuereinheit die Werkstückbewegungsvorrichtung so steuert, dass die Zeitkonstante bei der Beschleunigung der Werkstückbewegungsvorrichtung zur Zeit der Ausführung des Werkstückbehandlungsbetriebs oder des anderen Betriebs als des Werkstückbehandlungsbetriebs kürzer als die Zeitkonstante bei der Verzögerung wird.
  5. Steuervorrichtung (100') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend eine Zeitkonstantenbestimmungseinheit (106), die die Zeitkonstanten je nach der Art des Werkstücks bestimmt.
  6. Verfahren zur Vornahme einer derartigen Steuerung, dass eine Werkstückbewegungsvorrichtung (14), die ein Werkstück (W) bewegt, und ein Roboter (12), der an dem Werkstück eine Tätigkeit vornimmt, zusammenwirkend betrieben werden, umfassend: ein derartiges Steuern der Werkstückbewegungsvorrichtung, dass eine Zeitkonstante, die einem Zeitraum von dem Beginn bis zum Ende einer Beschleunigung oder einer Verzögerung der Werkstückbewegungsvorrichtung entspricht, zur Zeit der Ausführung eines anderen Betriebs als eines Werkstückbehandlungsbetriebs durch den Roboter und die Werkstückbewegungsvorrichtung länger wird, als zur Zeit der Ausführung des Werkstückbehandlungsbetriebs, während dem der Roboter und die Werkstückbewegungsvorrichtung miteinander zusammenwirkend eine Tätigkeit an dem Werkstück vornehmen.
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