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Dokumentenidentifikation DE69216814T2 07.05.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0573655
Titel VERFAHREN ZUM STEUERN EINES ROBOTERS
Anmelder Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki, Kitakyushu, Fukuoka, JP
Erfinder TOUNAI, Shuichi, c/o K. K. Yaskawa Denki, Kitakyushu-shi, Fukuoka 806, JP;
NISHI, Masanori, c/o K.K. Yaskawa Denki, Kitakyushu-shi, Fukuoka 806, JP;
OKAMURA, Kunihiro, c/o K.K. Yaskawa Denki, Kitakyushu-shi, Fukuoka 806, JP
Vertreter BOEHMERT & BOEHMERT, 28209 Bremen
DE-Aktenzeichen 69216814
Vertragsstaaten DE, IT, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 19.11.1992
EP-Aktenzeichen 929239853
WO-Anmeldetag 19.11.1992
PCT-Aktenzeichen JP9201512
WO-Veröffentlichungsnummer 9309920
WO-Veröffentlichungsdatum 27.05.1993
EP-Offenlegungsdatum 15.12.1993
EP date of grant 15.01.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.05.1997
IPC-Hauptklasse B25J 13/00
IPC-Nebenklasse B25J 9/16   

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Roboters, bei dem das Drehmoment eines Servomotors mittels eines Drehzahlminderers auf einen Roboterarm übertragen wird, und insbesondere das Halten einer Last, während der Roboter stillsteht. Siehe z.B. H. Heinrichfreise "The control of an elastic manipulation device using DSP" Proceedings of the 1988 American Control Conference l7th June 88.

Stand der Technik

Insbesondere bei Industrierobotern gibt es einige, die eine Hydraulik als Antriebseinrichtung benutzen. Jedoch setzen die Roboter im allgemeinen Servomotoren ein und wird das Drehmoment der Servomotoren gewöhnlich mittels eines Drehzahlminderers auf einen Roboterarm übertragen.

Mittlerweile werden bei dem Teaching-Playback-Roboter mehrere Punkte auf einem Weg, entlang dessen der Robotorarm sich bewegt, vorab gelehrt und im Zeitpunkt des Wiederabspielens (Playback) wird der Roboter durch eine Interpolation von Lern(Teaching)-Punkten gesteuert, so daß der Robotorarm sich entlang des Wegs von einem Lernpunkt zu einem weiteren Lernpunkt bewegt.

Herkömmlich wird der Roboter, wenn er sich von einem Lernpunkt zu einem weiteren Lernpunkt bewegt, angehalten, wenn der Roboter einen Zielpunkt erreicht, ohne die Zustände der auf die jeweiligen Glieder des Roboters ausgeübten Lasten zu berücksichtigen.

Somit ist es oft bei irgendeinem der Robotorglieder der Fall, daß, wenn die Bewegung des Arms von einem Lernpunkt zu einem weiteren Lernpunkt in einer Richtung zum Anheben einer Last geht, das Roboterglied in dem Lastanhebezustand sogar nach dem Abschluß der Bewegung angehalten wird.

Fig. 1 erläutert eine derartige Bewegung, worin das Bezugszeichen 1 ein erstes Glied, das Bezugszeichen 2 ein zweites Glied, das Bezugszeichen 3 ein drittes Glied und der Großbuchstabe W eine Last kennzeichnet. Wenn die jeweiligen Glieder sich von durch eine durchgezogene Linie gezeigten Positionen in durch eine Bindestrichlinie, die aufeinanderfolgende Lernpunkte wiedergibt, gezeigte Positionen bewegen, bewegt sich in Fig. 1 das zweite Glied 2 in eine Richtung zum Anheben der Last W und wird es in dem Lastanhebezustand angehalten. Hier wird keine Bremseinrichtung zum Aufrechterhalten des Stillstands bereitgestellt.

Wenn das Antriebssystem der obigen Glieder einen Servomotor 4, einen Drehzahlminderer 5 und einen Arm 6 mit irgendwelchen gewünschten Gliedern umfaßt, wird die Übertragung des Drehmoments von dem Servomotor 4 auf den Arm 6 wie folgt ausgedrückt.

TL = TM0 x η x i TM0 = TL/(η x i) ...(1),

mit

TM0 : erforderliches Motordrehmoment

η: Nennleistung des Drehzahlminderers (η < 1)

1/i : Drehzahlreduktionsverhältnis

TL : Drehmoment auf Arme durch Lasten.

Gleichzeitig wird die Drehmomentübertragung von der Last W auf den Servomotor 4 wie folgt ausgedrückt.

TM1 = TL x η' x (1/i) ...(2),

mit

TM1 : erforderliches Drehmoment

η' = Gegenleistung des Drehzahlminderers (η' < 1).

Da, wie vorher beschrieben, die Nennleistung η (< 1) der Kehrwert der Gegenleistung η' (< 1) ist, unterscheidet sich die auf den Servomotor 4 zum Antreiben der Glieder ausgeübte Last für einen Fall (a), in dem der Arm in eine Lastanheberichtung bewegt und dann angehalten wird, während der Lastanhebezustand aufrechterhalten wird, sehr von einem Fall (b), in dem der Arm während des Haltens der Last bewegt und dann angehalten wird.

Somit verbraucht der Servomotor in dem Fall (a) eine erhebliche Menge an Elektrizität und nimmt eventuell die Erzeugung von Wärme zu, was den genauen Betrieb des Motors ungünstig beeinflussen wird.

Demgemäß besteht die durch diese Erfindung zu erzielende Aufgabe darin, in dem Zustand (b) anzuhalten, um somit das erforderliche Drehmoment des Servomotors und die Erzeugung von Wärme zu verringern.

Offenbarung der Erfindung

Die obige Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Diese Erfindung wird durch die Entdeckung ermöglicht, daß die Übertragungsleistung (Übertragungsnennleistung) von dem Servomotor auf den Arm (Glied) eine inverse Zahl relativ zu der Übertragungsleistung (Übertragungsgegenleistung) von dem Arm auf den Servomotor bildet. Die Erfindung beabsichtigt, einen Zustand zu erzeugen, in dem die Last derart von dem Arm übertragen wird, daß die Ljast ein Gleichgewicht mit dem von dem Servomotor erzeugten Drehmoment bildet, wodurch der Verbrauch von Elektrizität und die Erzeugung von Wärme verringert wird.

Genauer gesagt, werden die Richtungen der dynamischen Belastungen, die auf das jeweilige Glied bei Stillstand ausgeübt werden, wenn der Roboter an einem Punkt stillsteht, beurteilt und, wenn der Stillstand des Roboters sich über eine vorherbestimmte Zeit fortsetzt, werden die Glieder, auf die die Lasten ausgeübt werden, über eine winzige Entfernung in einer zu der Lastwirkrichtung entgegengesetzten Richtung bewegt und nachfolgend in die Stillstandposition zurückgebracht, um den Zustand (b) zu erzielen.

Mit dieser Erfindung kann die Belastung des Servomotors im Stillstand verringert werden, wird der Verbrauch von Elektrizität und die Erzeugung von Wärme verringert. Zusätzlich kann auch die Kapazität des Servomotors verringert werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Roboters mit drei eine Last anhebenden Gliedern.

Fig. 2 ist eine erläuternde Ansicht, die die Drehmomentübertragung von dem Servomotor auf den Arm erklärt.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das beispielhaft eine Konstruktion eines Steuergeräts für einen Roboter zeigt.

Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, das ein Beispiel des Verfahrens gemäß dieser Erfindung zeigt.

Beschreibung der bevorzuaten Ausführungsformen

Nachfolgend wird diese Erfindung beispielhaft anhand einer Ausführungsform technisch beschrieben werden.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das die Konstruktion eines Steuergeräts für einen Roboter zeigt. Die Motorsteuerparameter werden in einem ROM 6 gespeichert, der mit einer arithmetischen CPU verbunden ist.

Wenn das System initialisiert wird, werden die Motorsteuerparameter an einen Gemeinschafts-RAM durch den folgenden Weg übergeben.

ROM 6 T Bus 24 T arithmetische CPU 5 T Bus 23 T Gemeinschafts-RAM 4 T Bus 22 T Gemeinschafts-RAM 3

Die Steuerparameter, die an den Gemeinschafts-RAM 3 übergeben werden, können von einem Bediener geändert werden, der eine I/O-Einrichtung 13 bedient, die mit einer externen CPU 12 verbunden ist. Die Steuerparameter, die in dem Gemeinschafts-RAM 3 gespeichert sind, werden über den folgenden Weg an den Gemeinschafts-RAM übergeben, so daß eine Servo-CPU Zugriff auf die Steuerparameter haben kann.

Gemeinschafts-RAM 3 T Haupt-CPU 1 T Bus 22 T Gemeinschafts- RAM 4

In einer gewöhnlichen oder Routine-Robotersteuerung werden die Programmausführbefehle an die Servo-CPU mittels des Busses 22, des Gemeinschafts-RAM 4 und des Busses 23 übergeben und überträgt die Servo-CPU 7 mittels eines Busses 25 Steuersignale an einen D/A-Wandler 9. Der D/A wandelt digitale Signale in analoge Signal um und liefert Drehzahlbefehle an einen Servoverstärker 10. Der Servoverstärker 10 schließt, z.B., einen Wechselrichter ein und liefert Drehmomentbefehle an einen Servomotor 11, um einen Roboterarm anzutreiben.

Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, das eine Ausführungsform dieser Erfindung zeigt, die von der Servo-CPU 7 ausgeführt wird. In dieser Zeichnung wird bei dem Schritt 100 anhand der Abweichung zwischen einem Positionsrückkopplungssignal von dem Servomotor in Fig. 3 und einem Positionsbefehlsignal beurteilt, ob der Roboter angehalten ist oder nicht. Wenn der Roboter angehalten ist, wird eine Schaltuhr bei dem Schritt 110 zurückgesetzt und werden bei dem Schritt 120 die Glieder in Lastwirkrichtung ausgewählt. Genauer gesagt, werden die Glieder, die den Servomotor 11 ein Drehmoment erzeugen lassen, um den Roboterarm in eine Richtung entgegengesetzt zu der Schwerkraft anzutreiben, während der Robotorarm stationär ist, als Lastwirkrichtungsglieder ausgewählt. Wenn die Zeitschaltuhr bei dem Schritt 130 abgelaufen ist, der die Entscheidung abarbeitet, wird bei dem Schritt 140 ein Befehl für eine Bewegung um eine winzige Entfernung, z.B. mehrere Impulse, an den Servomotor abgegeben, um die Lastwirkrichtungsglieder in eine zu der Lastwirkrichtung entgegengesetzte Richtung zu bewegen. Nachfolgend werden bei dem Schritt 150 die Lastwirkrichtungsglieder bewegt. Dann wird bei dem Schritt 160 der Bewegungsbefehl zum Zurückbringen der Lastwirkrichtungsglieder in die Ausgangsposition ausgegeben und werden bei dem Schritt 170 die Lastwirkrichtungsglieder in die Ausgangsposition zurückgebracht Wenn es bei dem Schritt 180 einen Bewegungsbefehl bei der Entscheidungsbearbeitung gibt, werden bei dem Schritt 190 die Lastwirkrichtungsglieder bewegt und in die Ausgangsposition zurückgebracht

Um die Übergabe von Ausführbefehlen eines Betriebsprogramms von der Haupt-CPU zu der Servo-CPU 7 während des Ausführens der Schritte 140 bis 170 zu verhindern, wird ein Wartebefehl von der Servo-CPU 7 an die Haupt-CPU 1 abgegeben und nach dem Abschluß der Bearbeitung bei dem Schritt 170 wird ein Rücksetzsignal für den Wartebefehl erzeugt, so daß eine Störung des Betriebs dieser Erfindung durch ein weiteres Programm vermieden werden kann.

Das Drehmomentreduktionsverhältnis gemäß dieser Erfindung wird unter Verwendung der obengenannten Gleichungen 1 und 2 wie folgt ausgedrückt.

Drehmomentreduktionsverhältnis = Motordrehmoment zum Absenken der Last/Motordrehmoment zum Anheben der Last x 100 %

Unter der Annahme, daß beispielsweise die Nennleistung η von dem Servomotor an den Arm in einem Roboter 0,7 beträgt und die Gegenleistung η' 0,7 beträgt, während das Motordrehmoment TM0 zum Anheben der Last 100 % beträgt, wird das Motordrehmoment TM1 zum Absenken der Last wie folgt ausgedrückt.

TM1 = TM0 x Drehmomentreduktionsverhältnis = 100 x 0,7 x 0,7 = 49 %

In der Tat kann eine bemerkbare Drehmomentreduzierwirkung erzielt werden.

Industrielle Ausführbarkeit

Diese Erfindung kann benutzt werden, um zahlreiche Industrieroboter zu steuern.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Steuern eines Roboters, bei dem der Roboter Glieder mit einem oder mehreren Freiheitsgrad(en) umfaßt und eine dynamische Belastung auf wenigstens eines der Glieder ausgeübt wird, wobei die Glieder von einem Servomotor über einen Drehzahlminderer angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß

das Glied, auf das die Last ausgeübt wird, in eine Lastwirkrichtung bewegt wird, während die Last gehalten wird, und dann angehalten wird,

die Richtung der auf das jeweilige Glied in dem Stillstand, wenn der Roboter an einem Punkt stillsteht, ausgeübten dynamischen Belastung beurteilt wird,

das Glied, auf das die Last ausgeübt wird, um eine winzige Entfernung in eine zu der Lastwirkrichtung entgegengesetzte Richtung bewegt wird, wenn der Stillstand des Roboters sich über eine vorab bestimmte Zeit fortsetzt, und nachfolgend in die Stillstandsposition zurückgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beurteilen, ob der Roboter angehalten ist oder nicht, durch Detektieren der Servo-Abweichung, die die Abweichung zwischen einem Positionsrückkopplungssignal von dem Servomotor und einem Positionsbefehlsignal ist, erzielt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Zurücksetzen einer Schaltuhr, wenn der Roboter angehalten ist.

4. Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Auswählen des Glieds, das den Servomotor ein Drehmoment erzeugen läßt, um den Roboterarm in eine zu der Schwerkraft entgegengesetzte Richtung anzutreiben, während der Roboterarm stationär ist, als Lastwirkrichtungsglied, das in eine Lastwirkrichtung zu bewegen ist.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das Abgeben eines Befehls für eine winzige Bewegung in eine zu der Lastwirkrichtung entgegengesetzte Richtung an das ausgewählte Glied, wenn die Schaltuhr bei dem besagten Beurteilungsvorgang abgelaufen ist, vorausgesetzt, daß der Roboter stillsteht.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das Abgeben eines Befehls für eine Bewegung an das ausgewählte Glied, um das ausgewählte Glied zu bewegen und in die Ausgangsposition zurückzubringen.







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