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Dokumentenidentifikation DE69636230T2 12.04.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000881044
Titel ROBOTERSTEUERUNG
Anmelder Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki, Kitakyushu, Fukuoka, JP
Erfinder INOUE, Yasuyuki Kabushiki Kaisha Yaskawa De, Kitakyushu-shi Fukuoka 806, JP;
NAGATA, Hideo Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki, Kitakyushu-shi Fukuoka 806, JP
Vertreter Luderschmidt, Schüler & Partner, 65189 Wiesbaden
DE-Aktenzeichen 69636230
Vertragsstaaten DE, FR, GB, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 10.09.1996
EP-Aktenzeichen 969295773
WO-Anmeldetag 10.09.1996
PCT-Aktenzeichen PCT/JP96/02574
WO-Veröffentlichungsnummer 1997010081
WO-Veröffentlichungsdatum 20.03.1997
EP-Offenlegungsdatum 02.12.1998
EP date of grant 07.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse B25J 13/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B25J 9/16(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   G05B 19/23(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelsystem für einen Roboter, der Operationen durchführt, während er zwischen einer Positionsregelung und einer flexiblen Regelung schaltet.

Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein flexibles Regelsystem für einen Roboter und dergleichen, spezieller ein flexibles Regelsystem für einen Roboter, der eine sich entwickelnde Kraft eines Servomotors begrenzen kann.

Hintergrundtechnik

1 veranschaulicht ein Positions/Geschwindigkeits-Regelsystem eines Motors, das beim Steuern von Gelenken eines Roboters weitverbreitet verwendet worden ist. Bezugssymbol s bezeichnet einen Laplace-Operator.

In diesem Positions/Geschwindigkeits-Regelsystem ist eine Geschwindigkeitsregelschleifenverstärkung Kv111 und eine Positionsschleifenverstärkung Kp110 so eingestellt, dass sie möglichst hoch sind, um eine Positionierung im Widerstand gegen eine Reibungs- und äußere Kraft auszuführen. Weiter ist ein Integrator 113 parallel zu einem Proportionaloperator 112 angeordnet, wodurch eine Regelung so ausgeführt wird, dass seine Charakteristika verbessert werden. Bei einem solchen Regelsystem kann das äußerste Ende des Roboters selbst unter Bedingungen äußerer Kraft an seinen Zielpositionen genau positioniert werden.

Jedoch weist der vorhergehende Roboter kein Vermögen auf, tun mit einem herkömmlichen Verfahren zur Ausführung einer Operation zurechtzukommen, während eine starke Kraft absorbiert wird, die von außen ausgeübt wird. Z.B. ist in einem Fall, wo der herkömmliche Positionsregelungsroboter darauf abzielt, bei Operationen zur flexiblen Aufnahme der Kraft, die von einer äußeren Maschine ausgeübt wird, und bei dem herkömmlichen Verfahren zum Halten und Drücken von Teilen durch den Roboter zu arbeiten, das Zustandebringen der Operationen schwierig.

Genauer gesagt, wird, wenn Operationen, die eine Berührung mit Arbeitsstücken beinhalten, in einem solchen Regelsystem ausgeführt werden, ein großes Drehmoment erzeugt, wodurch ein Überlastzustand erzeugt wird, wenn eine Positionsverschiebung der Arbeitsstücke aufgrund einer Verstärkung auftritt, die auf einen großen Wert gesetzt ist, um eine Starrheit und Aktion des Integrators zu verbessern. Folglich ist die Operationsdurchführung schwierig. Um mit solchen Problemen fertig zu werden, ist ein Kraftregelsystem übernommen worden, bei dem entweder ein Schwimmergerät zum Absorbieren der Kraft einer Aktion oder ein Exklusivgebrauchsgerät, wie z.B. ein RCC, mit einer mechanischen Flexibilität in einem äußersten Ende des Roboters bereitgestellt wird oder ein Kraftsensor verwendet wird [Stand der Technik No. 1]. Für ein Verfahren zum Ausführen einer flexiblen Regelung, ohne dass ein spezielles Gerät zum Roboter hinzugefügt wird, ist ein Verfahren zur Reduktion einer Servoverstärkung in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift No. 6-332538 [Stand der Technik No. 2, siehe 2] offenbart worden. Außerdem ist ein Verfahren, das die Flexibilität in einem Operationskoordinatensystem einstellen kann, in der japanischen Patentanmeldung No. 7-20941 offenbart worden [Stand der Technik No. 3, nicht dargestellt].

Der Stand der Technik No. 2 betrifft ein Verfahren einer flexiblen Servoregelung, das einen getriebenen Körper mittels Muskelkraft bewegt, wobei der getriebene Körper durch einen Servomotor getrieben wird und von Hindernissen entfernt gehalten wird. Bei diesem Verfahren werden, wenn eine flexible Regelung beginnt, die Positionsverstärkung Kp110a und die Proportionalverstärkung Kv112a der Geschwindigkeitsregelschleife gemäß dem Grad eines Einstellens von Flexibilität vermindert. Weiter ist der Ausgang aus dem Integrator 113 der Geschwindigkeitsregelschleife auf den Wert einer Einstellklemmenschaltung beschränkt. Infolgedessen weist der Drehmomentbezugswert trotz eines Anstiegs in der Positionsabweichung keinen speziell großen Wert auf, so dass der getriebene Körper, der durch den Servomotor zu treiben ist, durch die Muskelkraft bewegt werden kann. Der Stand der Technik No. 2 ist eine Technologie, die den getriebenen Körper bewegen kann, während ein Hindernis durch Muskelkraft in dem Fall vermieden wird, wenn sich ein Hindernis im Bewegungspfad des getriebenen Körpers befindet.

Der Stand der Technik No. 3 betrifft ein Verfahren einer flexiblen Servoregelung, die die Verstärkung des Servosystems des Roboters ändern kann, die in jeder der Koordinatenachsen erstellt ist, indem die Flexibilität auf den Operationskoordinaten eingestellt wird. Im Regelungsverfahren des Servomotors, der im Regelsystem gesteuert wird, das die Positionsregelschleife und die Geschwindigkeitsregelschleife umfasst, ist der Stand der Technik No. 3 eine Technologie, bei der die Flexibilität, die auf den Operationskoordinaten festgelegt ist, wo der Servomotor positioniert ist, in die Servoverstärkungen Kp110a und Kv112a des Servomotors auf jeder der Koordinatenachsen umgewandelt wird, der Servomotor durch die Servoverstärkungen Kp und Kv getrieben wird, die durch die Flexibilität umgewandelt sind, und der Körper, der durch den Servomotor zu treiben ist, durch Muskelkraft bewegt werden kann.

Weiter hat es ein flexibles Regelsystem eines Roboters gegeben, bei dem eine Begrenzung für den Ausgang des Positions-Geschwindigkeits-Regelsystem bereitgestellt wird, um die Schleifenverstärkung zu verringern, und die Haltung geändert wird, wenn eine externe Energie über ein vorbestimmtes Niveau aufgebracht wird [Stand der Technik No. 4, 3].

Nebenbei gesagt, wird, wie in "Impedance Control of a Direct Drive Manipulator Using no Force Sensor", Tachi und Sakaki, Journal of Japan Robot Society, Band 7–3, 1989, Seiten 172–184, angegeben, in einem Regelsystem, in dem die Positionsregelschleife, die Geschwindigkeitsregelschleife und die Beschleunigungsregelschleife unabhängig bereitgestellt werden und das Ergebnis, das erhalten wird, indem sie addiert werden, als die Drehmomentinstruktion für den Motor verwendet wird, eine Impedanz durch Einstellen der Verstärkung von jeder der Schleifen gesteuert, wobei die Impedanz eine mechanische Starrheit, eine Viskosität und eine Masse ist [Stand der Technik No. 5, siehe 4].

Die vorhergehenden Stände der Technik weisen die folgenden Nachteile auf.

Für den Stand der Technik No. 1, der in 1 dargestellt ist, wird, wenn ein Übergang von der Positionsregelung zur flexiblen Regelung gemacht wird, der Roboter durch eine Kraft sehr beeinflusst, die statistisch auf ihn einwirkt, insbesondere durch Schwerkraft. Genauer gesagt, fällt, wenn die flexible Funktion zu arbeiten beginnt, der Roboterarm in der Richtung der Schwerkraft aufgrund der Aktion der Schwerkraft herab, so dass sich der Roboter in einer Haltung sehr ändert, was eine Ausführung von Operationen schwierig macht. Außerdem gibt es, wenn ein Übergang von der flexiblen Regelung zur Positionsregelung gemacht wird, Probleme, dass der Roboterarm in der Schwerkraftrichtung herabfällt oder das Ansprechen für eine Periode instabil ist, während welcher Werte im Integrator des Geschwindigkeitsregelsystems akkumuliert werden. Außerdem entspricht während einer flexiblen Regelung der Wert der Positionsinstruktion häufig nicht der gegenwärtigen Position des Roboters. Wenn der Übergang von der flexiblen Regelung zur Positionsregelung plötzlich geschieht, führt der Roboter eine schnelle Annäherung an den Positionsinstruktionswert aus. Deshalb gibt es Probleme, dass der Roboter sehr gefährlich ist, z.B. stößt der Roboter mit Körpern nahe bei ihm zusammen, und ein instabiles Ansprechen wird aufgrund von Regelschwingungen zustande gebracht, die durch die Begrenzung des Integrators erzeugt werden.

Weiter muss eine Mehrzahl von Servoverstärkungen für jede der Achsen, die jede der Achsen des Roboters treiben, eingestellt werden, um eine gewisse Relation aufrechtzuerhalten. Zusätzlich ist es, da ein Anstieg in der Servoabweichung einen proportionalen Anstieg in einem Erzeugungsdrehmoment des Servomotors hervorruft, unmöglich, mit einer Maschinerie und dergleichen zurechtzukommen, die eine große Hubhöhe aufweist, die von außen auf den Roboter einwirkt.

Weiter gibt es bei einem Verfahren, bei dem eine Exklusivgebrauchsvorrichtung und ein Kraftsensor zusammen mit anderen Teilen (nicht dargestellt) verwendet werden, ein Problem eines Anstiegs in den Kosten.

Im Stand der Technik No. 2, der in 2 dargestellt ist, und im Stand der Technik No. 3 wird das Verfahren zur Reduktion der Servoverstärkungen übernommen. Es ist für diese Verfahren erforderlich, die Mehrzahl von Servoverstärkungen einzustellen, während eine gewisse Relation unter ihnen aufrechterhalten wird. Außerdem ist es, da ein Anstieg in der Servoabweichung einen proportionalen Anstieg im Erzeugungsdrehmoment des Servomotors hervorruft, unmöglich, mit einer Maschinerie und dergleichen mit einer großen Hubhöhe zurechtzukommen, die von außen auf den Roboter einwirkt.

Außerdem wird im Stand der Technik No. 3 ein Verfahren offenbart, das die Flexibilität im Operationskoordinatensystem steuert. Bei diesem Verfahren ist es erforderlich, die Verstärkung zu erhalten, indem die Verlagerung des Gelenkkoordinatensystems zu demjenigen des Operationskoordinatensystems angepasst wird. Deshalb ist es, da die Rechenbelastung aufgrund einer Komplexität der Berechnungsrelationsformel groß ist, unmöglich, um die Verstärkung zum Ändern der Haltung des Roboters kontinuierlich zu erhalten. Insbesondere gibt es ein Problem, dass bei dem speziellen Punkt, wo der Roboter eine große Änderung in seiner Haltung aufgrund einer großen Änderungsrate der Relation zwischen dem Gelenkwinkel und der Verlagerung in den Operationskoordinaten macht, eine Rechenbelastung für eine CPU groß ist, eine Echtzeitberechnung für die Haltungsänderung des Roboters nicht ausgeführt werden kann und die Schwierigkeit bei der kontinuierlichen Berechnung der Verstärkung erzwingt, dass die Flexibilität des Roboters auf Grundlage der Haltung des Roboters signifikant verschieden ist.

Als Nächstes ist es, bei dem Verfahren des Standes der Technik No. 2, der in 2 dargestellt ist, das die Schleifenverstärkung des Regelsystems verringert, obwohl es möglich ist, die Regelung für die Starrheit und die Viskosität bei der mechanischen Impedanz in dem Fall auszuführen, wo der Roboter mit einer äußeren Kraft betrieben wird, unmöglich, die Masse des Arms, die der Roboter inhärent besitzt, und die Massengröße, die zum äußersten Ende des Roboters hinzugefügt ist, zu verringern. Deshalb ist es unmöglich, die Reaktionskraft zu verringern, die ausgeübt wird, wenn der Roboterarm durch die äußere Kraft beschleunigt wird, so dass die Flexibilität, den Roboter durch eine kleine Kraft zu bewegen, nicht verwirklicht werden kann.

Das oben beschriebene Problem wird auch bei dem Verfahren des Standes der Technik No. 4 gefunden, das in 3 dargestellt ist, wobei eine Ausgangsbegrenzung bei den Positions- und Geschwindigkeits-Regelsystemen bereitgestellt wird.

Außerdem kann bei dem in 4 dargestellten Verfahren des Standes der Technik No. 5 von Tachi und Sakaki das Schalten zwischen der herkömmlichen Positions- und flexiblen Regelung nicht leicht vorgenommen werden. Genauer gesagt, ist es wegen des Unterschieds zwischen den Strukturen der Regelschleifen schwierig, zwischen der Positionsregelung und der flexiblen Regelung zu schalten, während die Kontinuität der Zustandsgröße aufrechterhalten wird.

Bei den Verfahren der Stände der Technik 1 bis 5, die in den 1 bis 4 dargestellt sind, wird keine Schutzeinrichtung bereitgestellt, wenn der Roboter von außen gedrückt wird und die Verlagerung über einen zulässigen Wert erfolgt.

Aus diesem Grund weist der Roboter die folgenden Probleme auf.

  • A. Der Roboter wird durch ein externes Gerät gedrückt, und der Roboter wird zur Außenseite des Operationsgebiets bewegt, was zum Zusammenstoß mit den Geräten nahe bei ihm führt.
  • B. Wenn der Roboter einen Körper hält, der schwerer als der vorgeschriebene Wert zum Handhaben ist, ändert der Roboter seine Haltung in der Schwerkraftrichtung, was zu einem Problem führt, das demjenigen ähnelt, das im Punkt A angegeben ist.
  • Außerdem werden in den Ständen der Technik 6 bis 8, um die flexible Regelung wirkungsvoll zu nutzen, keine Mittel zum Ergreifen der folgenden Maßnahmen bereitgestellt.
  • C. Der Handhabungskörper wird auf Grundlage der Verlagerung detektiert, die durch das Gewicht während einer Handhabung erzeugt wird, und der folgende Operationsplan wird geändert.
  • D. Der Zusammenstoß mit dem Körper wird detektiert, wodurch die Ausführungsprozeduren für Operationen geändert werden.

Genauer gesagt, werden keine Mittel zum Detektieren der Information, um zu wissen, ob sich der Roboter in einem anormalen Zustand befindet, der Information, die anzeigt, welche Horizontalkraft auf den Roboter einwirkt, und um welchen Abstand sich der Roboter aufgrund einer Kraft von der Bahn zum Ziel verschiebt, bereitgestellt. Deshalb ist es, wenn der Roboter eine Kraft von außen empfängt, um auf flexible Weise eine Verlagerung vorzunehmen, unmöglich, die Maßnahmen, wie z.B. Anhalten des Roboters, Anhalten der externen Geräte und Ändern des Bewegungszeitablauf des Roboters, zu ergreifen.

Außerdem wird ähnlich in den Ständen der Technik 1 bis 5 in dem Fall, wo die Bedienperson mit dem sich bewegenden Roboter in Berührung kommt, die Bedienperson zwischen den Armen des Roboters eingeklemmt, oder der Roboter kommt mit anderen Körpern in Berührung, die Abweichung zwischen der Instruktion der Positions- und Geschwindigkeits-Regelsysteme und dem Detektionswert wird groß. Deshalb fährt der Roboter fort, sich in eine Richtung zu bewegen, wo eine gefährlichere Situation erzeugt wird. Es ist für die Bedienperson sehr schwierig, aus einer solchen gefährlichen Situation zu entkommen, und der Bruch des Roboters und anderer Körper kann auftreten.

Eine andere Robotersteuerung ist auch aus der EP-0661615 bekannt.

Offenarung der Erfindung

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Regelsystem eines Roboters bereitzustellen, das ein ruhiges Schalten zwischen der Positionsregelung und der flexiblen Regelung während des Betriebs des Roboters erzielen kann, ohne signifikant durch Schwerkraft beeinflusst zu werden.

Die vorliegende Erfindung besteht aus den Merkmalen, die in den Ansprüchen 1 bis 5 dargelegt sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Blockdiagramm, das eine Schaltungsstruktur eines Standes der Technik No. 1 darstellt.

2 ist ein Blockdiagramm, das eine Schaltungsstruktur eines Standes der Technik No. 2 darstellt.

3 ist ein Blockdiagramm, das eine Schaltungsstruktur eines Standes der Technik No. 4 darstellt.

4 ist ein Blockdiagramm, das eine Schaltungsstruktur eines Standes der Technik No. 5 darstellt.

5 ist ein Blockdiagramm, das eine konkrete Schaltungsstruktur in einer Ausführungsform No. 1 der vorliegenden Erfindung darstellt.

6 ist eine Zeichnung zur Erklärung einer Operation bei der Ausführungsform No. 1 der vorliegenden Erfindung.

7 ist ein Blockdiagramm, das eine konkrete Schaltungsstruktur in einer Ausführungsform No. 2 der vorliegenden Erfindung darstellt.

8 ist eine Zeichnung, die eine Schaltungsstruktur darstellt, die ein Konzept für eine Operation in einer Ausführungsform No. 2 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

9 ist eine Zeichnung, die eine Schaltungsstruktur darstellt, die ein anderes Konzept in der Ausführungsform No. 2 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

10 ist ein Blockdiagramm, das eine konkrete Schaltungsstruktur in der Ausführungsform No. 2 der vorliegenden Erfindung darstellt.

11 ist ein Blockdiagramm, das eine fundamentale Struktur in einer Ausführungsform No. 4 der vorliegenden Erfindung darstellt.

12 ist ein Blockdiagramm, das eine konkrete Schaltungsstruktur in der Ausführungsform No. 4 der vorliegenden Erfindung darstellt.

13 ist ein Blockdiagramm, das eine andere konkrete Schaltungsstruktur in der Ausführungsform No. 4 der vorliegenden Erfindung darstellt.

Bester Modus zur Durchführung der Erfindung

Als Nächstes werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

In den Zeichnungen bedeuten dieselben Bezugssymbole dieselben Komponenten oder entsprechende Komponenten.

(Ausführungsform No. 1)

5 stellt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.

Mit Bezug auf 5 bezeichnet Bezugszeichen 1 einen Positionsbezugswertvorbereitungskreis; 2 eine Positionsschleifenverstärkung; 3 eine Geschwindigkeitsschleifenverstärkung; 4 einen Operator; 5 einen Integrator; 6 einen Speicher; 7 einen Begrenzer; 8 einen Drehmomentbezugswert; 9 einen Verstärker; 10 einen Motor zum Treiben von jedem Gelenkteil; 11 eine Motorposition; 12 einen Differenzierer; 13 eine Motorgeschwindigkeit; und 14 bis 16 einen Schalter.

In diesem Regelsystem wird während einer Positionsregelung die Positionsregelung in dem Zustand durchgeführt, wo der Schalter 14 geschlossen ist und der Schalter 15 geöffnet ist. Im Fall, wo sich ein Beschleunigungsdrehmoment in einer Geschwindigkeitsregelschleife der Positionsregelung nahe bei Null befindet, ist ein Wert, der im Integrator 5 gespeichert ist, gleich einer Kraft, die gleichbleibend auf einen Arm einwirkt. Deshalb ist in einem Regelsystem eines Roboterarms, der keine schnelle Bewegung macht, ein Wert des Integrators 5 gleich demjenigen, der durch Hinzufügen einer Reibungskraft und der Schwerkraft erhalten wird. Demgemäß kann in dem Fall, wo ein Übergang von der Positionsregelung zu einer flexiblen Regelung erfolgt, der Übergang mit einer flexiblen Charakteristik und Kontinuität vorgenommen werden, während ein Schwerkraftgleichgewicht aufrechterhalten wird, indem dieser Wert im Speicher 6 gespeichert wird und indem er als ein Kompensationsdrehmoment der flexiblen Regelung separat kompensiert wird.

Während einer flexiblen Regelung wird eine Regelung in einem Zustand durchgeführt, wo der Schalter 14 geöffnet ist und der Schalter 15 geschlossen ist. Wenn eine flexible Regelung durchgeführt wird, wird eine Drehmomentgrenze verringert, wodurch eine flexible Charakteristik für eine äußere Kraft bewerkstelligt werden kann. Alternativ kann die wohlbekannte Verstärkung verringert werden, statt dass die Drehmomentgrenze verringert wird. Die Schwerkraft wird durch den Wert kompensiert, der im Speicher gespeichert ist.

Wenn ein Übergang von der flexiblen Regelung zur Positionsregelung erfolgt, wird der Wert des Speichers 6, der zum Zeitpunkt des Schaltens zur flexiblen Regelung gespeichert worden ist, auf einen Anfangswert des Integrators 5 gesetzt. Wenn die Größe einer Gestaltsänderung des Roboters nach dem Übergang von der Positionsregelung zur flexiblen Regelung nicht groß ist, ist die Integrationswertänderung klein, so dass der Übergang zur Positionsregelung ruhig verläuft.

Die vorliegende Erfindung weist ein Merkmal auf, insofern als, indem auch der Positionsbezugswert mit dem gegenwärtigen Wert gleichzeitig neu geschaffen wird, d.h. durch Schließen des Schalters 16, der Übergang zwischen beiden Regelungen ohne eine schnelle Bewegung des Roboters stabil ausgeführt werden kann.

Als Nächstes wird eine Operation der vorliegenden Erfindung beschrieben, indem eine konkrete Ausführungsform eines Roboters mit zwei Freiheitsgaden in 6 dargestellt wird. Ein Regelsystem ist dasselbe wie dasjenige der ersten Ausführungsform.

6 stellt eine Positionsrelation zwischen dem Roboter und einem Körper, der eine Kraft auf den Roboter ausübt, und ein Regelverfahren des Roboters dar. Ein Symbol . bezeichnet einen Operationszustand bei der Positionsregelung; ein Symbol ➁ einen Zustand, wo ein Übergang von der Positionsregelung zur flexiblen Regelung gemacht wird; ein Symbol ➂ einen Zustand, wo der Körper mit dem Roboter während der flexiblen Bewegung zusammenstößt; ein Symbol ➃ einen Zustand, wo der Roboter durch den Körper während der flexiblen Regelung gedrückt wird; ein Symbol ➄. einen Zustand, wo ein Übergang von der flexiblen Regelung zur Positionsregelung gemacht wird; und ein Symbol ➅ einen Zustand, wo der Roboter während der Positionsregelung bewegt wird. In der Positionsregelung führt das Geschwindigkeitsregelsystem eine gewöhnliche Proportional-Integral-Regelung durch (Zustand . ).

Vor dem Übergang zur flexiblen Regelung wird der Integrationswert im Speicher gespeichert, so dass der Integrator wirkungslos gemacht wird, wodurch der Begrenzer zu einem Niedrigpegelzustand (Zustand ➁) geschaltet wird.

Während der Roboter durch den Körper gedrückt wird, wird keine Integrationsregelung ausgeführt. Der Wert, der gleich dem Gewicht des Arms ist, wird durch den Wert des Speichers kompensiert. Außerdem wird der Begrenzer des Drehmoments so unterdrückt, dass er kleiner als normal ist. Wenn die Kraft, die von außen auf den Arm ausgeübt wird, größer als das Drehmoment ist, das durch den Motor erzeugt wird, wird der Arm durch die Kraft von außen bewegt (Zustände ➂ und ➃).

Wenn eine Rückkehr zur Positionsregelung vorgenommen wird, wird der im Speicher gespeicherte Wert als ein Anfangswert der Integration gesetzt, und gleichzeitig wird ein gegenwärtiger Wert eines Kodierers durch einen Bezugswert ersetzt.

  • 1) wenn die Aktion der äußeren Kraft verschwindet und sich der Roboter seiner ursprünglichen Haltung annähert, d.h., wenn der Übergang zur Positionsregelung gemacht ist,
  • 2) wenn die äußere Kraft auf den Roboter kontinuierlich einwirkt, so dass er sich in einem Haltungsänderungszustand befindet, d.h. wenn der Übergang zur Positionsregelung während des Zustands ➃ gemacht wird,
nähert sich, da der Positionsbezugwert im Zustand 1) der Wert ist, bevor die Kraft auf den Roboter einwirkt, der Roboter der Position an, wo der Roboter vorhanden ist, bevor die äußere Kraft auf ihn einwirkt, und hält dort durch die Abweichung vom gegenwärtigen Wert an. Jedoch befindet sich der Roboter in einem Ruhezustand mit einer beträchtlichen Abweichung aufgrund der Reibungskraft in einem gewöhnlichen Regelungszustand. Deshalb kann durch Regenerieren des gegenwärtigen Werts des Kodierers als der Bezugswert der ruhige Übergang zur Positionsregelung ohne die schnelle Bewegung des Arms ausgeführt werden.

Auch kann im Zustand 2), indem der Übergang zur Positionsregelung vorgenommen wird, nachdem der Positionsbezugswert neu geschaffen ist, der kontinuierliche Übergang zur Positionsregelung in dem Zustand ausgeführt werden, wo sich der Körper in Berührung mit dem Arm befindet.

Wie oben beschrieben, wird ein Beispiel, wo der Roboter durch eine Kraft, die auf ihn von außen einwirkt, bewegt wird, in 6 beschrieben. Wenn der Roboter seine Haltung ändert, während er sich im flexiblen Regelzustand bewegt und eine Kraft nach außen ausübt, werden dieselben Operationsprozeduren ausgeführt.

(Ausführungsform No. 2)

Auch wird in der Ausführungsform No. 1, obwohl die Schwerkraft vorläufig kompensiert ist, eine zweite Ausführungsform zum aktiven Kompensieren der Schwerkraft durch eine Berechnung in 7 dargestellt. Mit Bezug auf 7 bezeichnet Bezugszeichen 17 einen Schwerkraftberechnungskreis, und ein Bezugszeichen 18 bezeichnet einen Schwerkraftparameterkreis. Die Schwerkraft wird zuvor durch Messungen erhalten, und sie wird aus dem Schwerkraftparameter, der im Schwerkraftparameterkreis 18 gespeichert ist (eine Gliedmasse des Roboters und eine Position eines Schwerpunkts), und dem Messwert des gegenwärtigen Gelenkwinkels des Roboterarms mittels des Schwerkraftberechnungskreises 17 berechnet. Wenn der Übergang von der Positionsregelung zur flexiblen Regelung erfolgt, wird der Schalter 14 geöffnet, und der Schalter 15 wird geschlossen, wodurch ein Übergang von der Integrationskompensation zur Kompensation des Schwerkraftberechnungswerts gemacht wird. In der Ausführungsform No. 1 ist der Kompensationswert fest. In dieser Ausführungsform ändert sich der Kompensationswert entsprechend dem gegenwärtigen Gelenkwinkel des Roboterarms, so dass eine Genauigkeit erhöht wird. Im Gegenteil wird der Übergang von der flexiblen Regelung zur Positionsregelung gemacht, der Schwerkraftberechnungswert zu diesem Zeitpunkt wird als ein Anfangswert des Integrators 5 gesetzt. Außerdem wird der Positionsbezugswert durch den gegenwärtigen Wert neu geschaffen, indem der Schalter 16 ähnlich zum Fall der Ausführungsform No. 1 geschlossen wird, so dass der Übergang zur Positionsregelung ruhig verläuft. Wenn der Roboter einen Körper von einer großen Masse während der Flexibilitätsregelung hält, wird der Integrationswert gesetzt, einschließlich eines Werts gleich dem Gewicht des Körpers, der durch den Roboter als ein Gravitationskompensationswert empfangen wird.

(Ausführungsform No. 3)

Die Ausführungsform No. 3 betrifft Einrichtungen, um eine sehr kleine Bewegungsrelation zwischen dem Gelenkkoordinatensystem und dem Operationskoordinatensystem aus der Messinformation des Gelenkwinkels des Roboters zu berechnen und um den Gelenkdrehmomentgrenzwert aus dem Kraftgrenzeinstellwert der Operationskoordinaten zu erhalten.

8 stellt eine Schaltungsstruktur dar, die ein Konzept einer Operation in der Ausführungsform No. 3 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Außerdem stellt 9 eine Schaltungsstruktur dar, die ein anderes Konzept in der Ausführungsform No. 3 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Mit Bezug auf die 8 und 9 bezeichnet Bezugszeichen 100 ein Regelsystem für eine erste Achse; 200 ein Regelsystem für eine zweite Achse; 300 ein Regelsystem für eine dritte Achse; n00 ein Regelsystem für eine n-te Achse; 101a einen Drehmomentbezugswert; 101b einen Positionsbezugswert; 102 einen Drehmomentbegrenzer; 103 einen verbesserten Drehmomentbezugswert; 104 einen Servoverstärker (Drehmomentregelung); 105 einen Servomotor; 106 einen Positionsdetektor; 107 eine Operationskoordinaten-Kraft-/Drehmoment-Begenzungseinstelleinrichtung; und 108 eine Berechnungseinrichtung für eine transponierte Matrix nach Jacobi.

Eine konkrete Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 10 beschrieben.

10 ist ein Blockdiagramm, das eine konkrete Schaltungsstruktur veranschaulicht.

Mit Bezug auf 10 bezeichnet Bezugszeichen 110 eine Positionsregelungsverstärkungs [Kp]-Schaltung; 111 eine Geschwindigkeitsregelungsverstärkungs [Kv]-Schaltung; 116 einen Drehmomentbegenzer; 117 einen Schwerkraftkompensator; 118 eine Drehmomentwandlungs-Konstantschaltung; 119 einen Roboter (J: einen Trägheits-, s: einen Laplace- und D: einen dynamischen Reibungskoeffizienten); und 120 eine Integationsschaltung, die eine Geschwindigkeit und eine Geschwindigkeitsrelation darstellt.

10 stellt in dieser Ausführungsform No. 3 ein Regelungsblockdiagramm dar, wenn das flexible Regelsystem auf das herkömmliche Regelsystem angewandt wird (der Stand der Technik No. 1 von 1). Für die innere Schleife der Positionsregelung wird normalerweise eine Proportional-Integral-Regelung ausgeführt, und die Kraft, wie z.B. die Schwerkraft, die konstant auf den Roboter einwirkt, wird durch ein statisches Kraftkompensationselement kompensiert.

Im Positionsregelungszustand weist die Bewegung durch eine von außen wirkende Kraft keine Neigung auf, durch Operationen der Positionsregelschleife und der Geschwindigkeitsregelschleife zu erfolgen. Dies ist der Fall, weil die Abweichung vom Bezugswert durch die von außen ausgeübte Kraft mit einer großen Verstärkung multipliziert wird, die so eingestellt ist, dass sie groß ist, wodurch ein Motordrehmoment erzeugt wird.

Hier ist eine Begrenzung für das Erzeugungsdrehmoment bei der Stufe des Drehmomentbezugswerts vorgenommen, wodurch der Roboter für die von außen wirkende Kraft flexibel arbeiten kann. Genauer gesagt, wenn ein größeres Drehmoment als das, was begrenzt ist, von außen ausgeübt wird, beginnt sich das Gelenk des Roboters zu bewegen. Außerdem ist der Grenzwert des Drehmoments, der in dieser Stufe gesetzt ist, der Grenzwert des Drehmoments bei dem Gelenkkoordinatensystem. Deshalb ändert sich die Begrenzung für die Kraft bei der Operationsposition bei den größten Änderungen auf Grundlage der Haltung des Roboters.

Demgemäß wird der gegenwärtige Zustand des Roboters detektiert, die Korrespondenzrelation zwischen den sehr kleinen Verlagerungen des Gelenkkoordinatensystems, das im Allgemeinen als Jacobisches System bezeichnet wird, und dem Operationskoordinatensystem wird erhalten, wodurch die transponierte Matrix berechnet wird. Folglich ist es möglich, den Grenzwert des Drehmoments im Gelenkkoordinatensystem aus dem Grenzwert der Kraft im Operationskoordinatensystem zu berechnen.

Z.B. wird die transponierte Berechnungsformel nach Jacobi und dergleichen im Roboter von 6 Freiheitsgraden durch die Formeln (1) bis (4), die durch die folgenden Gleichungen 1 dargestellt sind, ausgerückt.

Z.B. wird die Berechnungsformel der transponierten Matrix nach Jacobi für einen Roboter von 6 Freiheitsgraden durch die folgende Gleichung ausgedrückt.

In der oben beschriebenen Formel bezeichnet JT eine transponierte Matrix nach Jacobi (Korrespondenzrelation einer sehr kleinen Verlagerung zwischen einem Operationskoordinatensystem und einem Gelenkkoordinatensystem); 0S1 einen Rotationsrichtungsvektor von ersten Gelenkkoordinaten (wobei ein Basiskoordinatensystem als ein Bezug verwendet wird); 0P1 einen ersten Gelenkpositionsvektor (wobei Basiskoordinaten als ein Bezug verwendet werden); × Vektorprodukt; und r ein Endeffektgerät am äußersten Ende.

Deshalb werden der Kraft- und Drehmomentgrenzwert im Operationskoordinatensystem durch die folgende Formel (2) ausgedrückt. F lim = [Fx, Fy, Fz, &tgr;x, &tgr;y, &tgr;z]T(2) wobei F lim einen Kraft- und Drehmomentgrenzvektor; F eine Kraft im Operationskoordinatensystem; &tgr; ein Drehmoment um das Operationskoordinatensystem bezeichnet.

Ein Grenzwert im Gelenkregelsystem wird durch die folgende Formel (3) ausgedrückt. &tgr; lim = (&tgr;1, &tgr;2, &tgr;3, &tgr;4, &tgr;5, &tgr;6]T(3) wobei &tgr; lim einen Drehmomentgrenzvektor eines Gelenkwinkels bezeichnet, und &tgr;i ein Drehmoment des Gelenkkoordinatensystems in einer i-ten Achse bezeichnet (i: eine willkürliche positive ganze Zahl).

Der Drehmomentgenzwert des Gelenkregelsystems kann aus der folgenden Gleichung erhalten werden. &tgr; lim = JT F lim(4)

Für die Änderungen der Haltung des Roboters werden die Rechnungen unter Verwendung der Formeln (1) und (4) ausgeführt, und der Grenzwert des Gelenkdrehmoments wird normalerweise erhalten, wodurch die flexible Regelung des Roboters, der die Kraft, die in der Formel (2) dargestellt ist, und den Grenzwert des Drehmoments aufweist, überall im Operationsgebiet durchgeführt werden kann.

Weiter ist die Formel (1) ein Wert, der durch die Haltung des Roboters geändert wird, und er kann sich in der Nähe eines speziellen Punkts schnell ändern. Jedoch ändern sich im Allgemeinen die Werte von Elementen langsam, im Vergleich mit einer Abtastgeschwindigkeit einer CPU, die eine Berechnung für den Servo ausführt. Deshalb ist es möglich, eine Rechenbelastung der Formel (1) so zu unterdrücken, dass sie klein ist, und eine Echtzeitberechnung auszuführen, die von der Haltungsänderung des Roboters begleitet wird.

Die Flexibilität im Operationskoordinatensystem wird nur durch den Grenzwert der Formel (2) bestimmt. Genauer gesagt, kann die Flexibilität gesteuert werden, indem zwei Variablen von Plus und Minus für den einen Freiheitsgrad bestimmt werden. Außerdem stehen die Kraft und das Drehmoment, die durch den Roboter ausgeübt werden, niemals im richtigen Verhältnis zur Verlagerung, so dass sich der Roboter flexibel in dem Fall ändern kann, wo Hubhöhen einer Maschinerie, die von außen wirkt, groß sind.

(Ausführungsform No. 4)

Die Ausführungsform No. 4 der vorliegenden Erfindung betrifft ein System, bei dem eine Beschleunigungsregelschleife zum herkömmlichen flexiblen Regelsystem hinzugefügt wird.

Das flexible Regelsystem wie die Ausführungsform No. 4 ist ein flexibles Regelsystem, in dem eine Beschleunigungsregelschleife zum Stand der Technik No. 2, der in 2 dargestellt ist, oder Stand der Technik No. 4, der in 3 dargestellt ist, hinzugefügt ist.

11 ist ein Blockdiagramm, das eine zusammengefasste Schaltungsstruktur in der ersten Einrichtung in der Ausführungsform No. 4 darstellt.

Mit Bezug auf 11 bezeichnet Bezugszeichen 20 ein flexibles Regelsystem (Positions/Geschwindigkeitsregelsystem); 114 eine äußere Kraft; 119a einen Roboter; 120 und 120a eine Integrationsschaltung; 122 eine Beschleunigungsdetektions (berechnungs) schaltung; 124 eine Rotationsbeschleunigungsrückkopplungsverstärkungs [J'] schaltung; 125 eine Geschwindigkeitsdetektions (berechnungs) schaltung; und 126 eine Positionsdetektionsschaltung.

Die erste Einrichtung umfasst eine Einrichtung, die eine Positionsregelungsverstärkung und eine Geschwindigkeitsregelungsverstärkung in einem Regelsystem des Motors ändern kann und eine Rückkopplungsregelungseinrichtung, die den Ausgang des Integrators während der Proportional-Integral-Regelung in der Geschwindigkeitsregelschleife begrenzt und die Beschleunigung des Motors, multipliziert mit einer Konstanten, zu einem Drehmomentbezugswert hinzugefügt, der an einer hinteren Stufe des Geschwindigkeitsregelungsverstärkungsmultiplizierers angeordnet ist, und der Ausgang davon wird als ein Drehmomentbezugswert verwendet.

Außerdem wird in der zweiten Einrichtung (12 und 13) im Regelsystem des Motors, die die Regelschleife bildet, ähnlich zur ersten Einrichtung, eine Einrichtung bereitgestellt, die den Drehmomentbezugswert an der hinteren Stufe des Geschwindigkeitskontrollers auf einen konstanten Wert regelt, und eine Rückkopplungsregelungseinrichtung bereitgestellt, die die Beschleunigung des Motors mit einer Konstanten multipliziert. Der Ausgang davon wird als ein neuer Drehmomentbezugswert verwendet.

Mit Bezug auf 12 und 13 bezeichnet Bezugszeichen 115 einen Differenzierer [Geschwindigkeitsdetektionseinrichtung]; 121 und 121a; einen Drehmomentbegrenzer; 127 einen Beschleunigungsdetektor; und 128 einen Kodierer.

In der oben beschriebenen Einrichtung wird ein Integrator zur Kompensation der Schwerkraft und der Reibung verwendet, und diese Werte sind so begrenzt, dass sie die Flexibilität nicht schädigen. Es sollte angemerkt werden, dass die Begrenzung für den Integrationswert Null sein kann, vorausgesetzt, dass sie auf die Weise der Schwerkraftkompensation kompensiert werden, oder sie vernachlässigbar sind.

In der oben beschriebenen Einrichtung kann die Beschleunigung direkt durch den Detektor detektiert werden oder kann durch einen Unterschied des Positionsdetektors, wie z.B. eines Kodierers, erhalten werden.

Außerdem wird das Schwerkraftdrehmoment durch eine Berechnung berechnet, wobei Parameter, wie z.B. die Masse und die Position eines Schwerpunkt des Roboters, verwendet werden, und zum Drehmomentbezugswert hinzugefügt, um zum Verstärker ausgegeben zu werden, wodurch das Schwerkraftdrehmoment kompensiert wird.

Die konkrete Schaltungsstruktur der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 12 und 13 unten beschrieben. Genauer gesagt, veranschaulichen 12 und 13 eine konkrete Ausführungsform eines zweiten Verfahrens.

12 stellt einen Fall da, wo der Rotationsbeschleunigungsdetektor der Motorwelle als eine Detektionseinrichtung für die Beschleunigung verwendet wird, und 13 stellt eine Einrichtung zur Berechnung der Beschleunigung von dem Positionsdetektor durch eine Berechnung dar. Für den Zielroboter wird ein Beispiel dargestellt, bei dem der Roboter auf die erste Achse des Skalar-Typ-Roboters angewandt wird, der in einer horizontalen Richtung von zwei Freiheitsgaden arbeitet. Es sollte angemerkt werden, dass dasselbe Regelsystem für die zweite Achse gebildet werden kann.

Es wird angenommen, dass ein Ausgang des Positions-/Geschwindigkeitskontrollers des Motors Null ist. Außerdem wird angenommen, dass in beiden Fällen der 12 und 13 ein Drehmoment T als eine äußere Kraft einwirkt und Trägheiten des Motors und des Arms insgesamt J sind. Wenn es weiter angenommen wird, dass eine Rückkopplungsverstärkung der Rotationsbeschleunigung des Regelsystems J' ist und dass die erzeugte Beschleunigung &agr; ist, wird die folgende Formel (5) erstellt. &agr; = T/(J – J')(5)

Genauer gesagt, wird eine scheinbare Trägheit mehr als die Eigenträgheit durch eine äußere Kraft verringert. Es sollte angemerkt werden, dass, obwohl Verzögerungen des Beschleunigungsdetektionskreises und des Verstärkungskreises ignoriert werden, eine kleine Verzögerung keinen großen Effekt auf die Trägheitsvariation aufweist.

Als Nächstes wird ein Verfahren beschrieben, wie die Rückkopplungsverstärkung J' zu bestimmen ist.

Im Fall des Roboters von zwei Freiheitsgraden ändert die Bewegung der zweiten Achse die Trägheit, bei Betrachtung von der ersten Achse. Aus diesem Grund ändert sich der Wert der echten Trägheit J der ersten Achse, und die Reduktionsgröße der Trägheit durch die Regelung ist gleich dem Wert, der durch die Rückkopplungsverstärkung der Beschleunigung bestimmt ist, so dass ein geeigneter Wert bestimmt wird, wenn man die Trägheitsvariation des beweglichen Gebiets des Roboters erwägt.

Genauer gesagt, wird die Trägheit J' so bestimmt, dass J-J' keinen negativen Wert aufweist und die Schleifenverstärkung der Geschwindigkeitsregelschleife möglichst wenig variiert.

Außerdem wird, um ungeachtet der Haltung des Roboters die gewisse Trägheit aufrechtzuerhalten, J' in Übereinstimmung mit der Bewegung des Roboters geändert, wodurch die scheinbare Trägheit den konstanten Wert beibehalten kann.

Gemäß den obigen Beschreibungen kann die scheinbare Trägheit im Fall einer äußeren Kraft so gesteuert werden, dass sie klein ist, wodurch die Flexibilität im Vergleich mit dem Fall der herkömmlichen Flexibilitätsregelung sehr erhöht wird. Die Tatsache, dass die scheinbare Trägheit so gesteuert werden kann, dass sie klein ist, impliziert, dass die Aktionskraft klein gemacht ist, wenn der Roboter mit einem Körper nahe bei ihm zusammenstoßen würde. Aus diesem Grund kann die Sicherheit zum Zeitpunkt einer Robotersteuerung verbessert werden.

Zusätzlich ist es, da die Struktur des Regelsystems von dem herkömmlichen Positions/Geschwindigkeits-Regelsystem nicht grundlegend verschieden ist, nicht notwendig, die Struktur des Regelsystems zu modifizieren, wenn die Übergänge vom flexiblen Regelsystem zum Positionsregelsystem und vom Positionsregelsystem zum flexiblen Regelsystem durchgeführt werden.

Deshalb wird die Regelgröße kontinuierlich geändert, selbst wenn der Übergang vom Regelsystem durchgeführt wird, wodurch die Bewegung des Roboterarms nicht schnell und diskontinuierlich ist.

Ein Detektionsverfahren der Beschleunigung wird beschrieben. Ein Rotationsbeschleunigungssensor, der direkt mit dem Motor verbunden ist, wird als ein direktes Detektionsverfahren erwähnt, wie in 12 dargestellt. Außerdem ist es auch möglich, einen Ausgang eines Mehrachsenparallelbeschleunigungssensors zu erhalten, der am Roboter angebracht ist, indem er in einer Rotationsrichtung auseinandergenommen ist.

Zusätzlich werden die folgenden Verfahren erwähnt, abgesehen von dem Verfahren außer einem Beschleunigungsdetektionsdetektor, wie in 13 dargestellt ist.

  • 1) Differenziation eines Geschwindigkeitssensors, wie z.B. eines Tachogenerators
  • 2) Differenziation nach F/V-Umwandlung eines Kodierersignals
  • 3) Differenz des Kodierersignals

Im Allgemeinen ist es schwierig gewesen, ein gutes Beschleunigungssignal zu erhalten. Jedoch ist es, indem eine Zunahme einer kürzlichen Kodiererauflösung, eine Mehrpunktdifferenz eines Signals und ein virtueller Differenzierer verwendet werden, in dem ein Frequenzband begrenzt ist, möglich, ein Beschleunigungssignal mit einer Präzision und einem guten Ansprechen zu erhalten.

In der Beschreibung des Roboters wird das Beispiel beschrieben, in dem der Roboter des skalaren Typs, der sich in der horizontalen Richtung bewegt, verwendet wird. Wenn der Roboter eine Bewegungskomponente in der Schwerkraftrichtung aufweist, wird die Komponente in der Schwerkraft durch eine Berechnung kompensiert, wie in 11 dargestellt, und die Reibung wird durch Detektieren der Geschwindigkeit kompensiert, wodurch das flexible Regelsystem gebildet werden kann.

Industrielle Anwendbarkeit

Wie oben beschrieben, werden gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Wirkungen wahrgenommen.

Der ruhige Übergang zwischen der flexiblen Regelung und der Positionsregelung ist möglich. Infolgedessen kann die Operation, bei der nach Herausnahme der Körperflexibilität die präzise Positionierung erforderlich ist, und eine Montageoperation für den Körper, wie z.B. eine Einsetzung, nach Halten des Körpers ausgeführt werden, ohne dass eine Exklusivvorrichtung zur Absorption der Kraft verwendet wird. Wie oben beschrieben, ist die geschickte Operation unter Verwendung der Regelcharakteristika in der Positionsregelung und der flexiblen Regelung möglich.

Außerdem zeigt die vorliegende Erfindung Effekte, die die flexible Regelung im Operationskoordinatensystem mit einer einfachen Koordinatenumwandlung unter Verwendung der Information der Position des Gelenkwinkels möglich machen.

In diesem Fall können die zwei Variablen von Plus und Minus mit einem Freiheitsgrad gesetzt werden. Wegen der Einfachheit der Umrechnungsgleichung selbst ist die Rechenbelastung klein, und die Berechnung des Operationskoordinatensystems kann auf Echtzeitweise ausgeführt werden.

Außerdem kann, da die Reaktionskraft des Roboters konstant ist, die Hubhöhe so eingestellt werden, dass sie groß ist.

Ferner ist es durch Hinzufügen der Rückkopplung der Beschleunigungsinformation zur flexiblen Regelung möglich, die Kompensation der Trägheit auszuführen, wodurch die Flexibilität erhöht wird. Zusätzlich behält das Regelsystem der vorliegenden Erfindung die grundlegende Struktur des herkömmlichen bei, der Übergang zwischen der Positionsregelung und der flexiblen Regelung wird ruhig ausgeführt.

Infolgedessen zeigt der Roboter der vorliegenden Erfindung Charakteristika, die kein herkömmlicher Roboter besitzt. Z.B. kann zum Zeitpunkt der flexiblen Regelung der Roboter leicht durch eine Kraft von einer Maschinerie oder von Hand bewegt werden. Wenn der Roboter mit den Körpern nahe bei ihm zusammenstößt, übt der Roboter niemals eine große Kraft auf den Körper aus.

Wenn eine flexible Regelung durch den Roboter der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, ist es möglich, die Verarbeitung für den anormalen Zustand, wie z.B. die Abweichung der Position der Arbeitstücke und Zusammenstoß des Roboters mit dem Körper zum Zeitpunkt der Ortsregelung, leicht auszuführen. Außerdem ist es möglich, eine Operation, wie z.B. eine Änderung des Arbeitszeitablaufs auf Grundlage der äußeren Kraft, was die Verwendung von Sensoren erfordert, ohne einen Sensor auszuführen.

Weiter wird gemäß dem flexiblen Regelungsverfahren der vorliegenden Erfindung die Zustandsänderung der Roboteroperation von der Regelzustandsgröße während der flexiblen Regelung beurteilt, und die Flexibilität des flexiblen Regelsystem wird geändert. Deshalb hält, selbst wenn die Bedienperson hängenbleibt, der Roboter unmittelbar an, und die durch den Motor erzeugte Kraft verschwindet. Folglich garantiert der Roboter die Sicherheit der Bedienperson und des Roboters.


Anspruch[de]
Verfahren zum Steuern eines Roboters, umfassend einen Schritt eines Schaltens zwischen einer Positionsregelung und einer flexiblen Regelung während eines Betriebs des Roboters;

wobei das Schalten durch Begrenzen (7) eines Ausgangswerts einer Geschwindigkeitsregelschleife (13) ausgeführt wird, der ein Drehmomentbezugswert (101a) ist, und

wenn ein Übergang von der Positionsregelung zur flexiblen Regelung gemacht wird:

– ein Integrationsbetrieb (5) der Geschwindigkeitsregelschleife angehalten wird,

– ein Integrationswert der Geschwindigkeitsregelschleife anschließend in einem Speicher (6) gespeichert wird

– und gleichzeitig der Integrationswert der Geschwindigkeitsregelschleife zu dem Drehmomentbezugswert hinzugefügt wird oder ein Schwerkraftkompensationswert, der auf der Grundlage eines Gelenkwinkels eines Roboterarms, einer Gliedmasse des Roboters und eines Schwerpunkts derselben berechnet wird, zu dem Drehmomentbezugswert hinzugefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Fall eines Betriebs des Roboters, um ein Werkstück zu halten, eine Masse des Werkstücks zur Berechnung des Integrationswerts zu dem Schwerkraftkompensationswert hinzugefügt wird. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem, wenn die Regelung von der flexiblen Regelung zur Positionsregelung wiederhergestellt wird, der Integrationsbetrieb der Geschwindigkeitsregelschleife wiederhergestellt wird, um eine gegenwärtige Position als eine Instruktionsposition zu handhaben. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem, wenn die Regelung von der flexiblen Regelung zur Positionsregelung wiederhergestellt wird, entweder ein Schwerkraftkompensationswert, der auf der Grundlage eines tatsächlichen Gelenkwinkels eines Roboterarms, einer Gliedmasse des Roboters und einer Position eines Schwerpunkts derselben berechnet wird, oder ein Integrationswert der Geschwindigkeitsregelschleife, der in dem Speicher gespeichert ist, als ein neuer Integrationswert der Geschwindigkeitsregelschleife gesetzt wird. Steuervorrichtung des Roboters, umfassend Einrichtungen zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1–4.






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