DE3422107A1

DE3422107A1 - Roboter-steuereinrichtung

Info

Publication number: DE3422107A1
Application number: DE19843422107
Authority: DE
Inventors: Masanobu Inazawa Aichi Ito; Shunji Nagoya Aichi Mori
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1983-06-14
Filing date: 1984-06-14
Publication date: 1984-12-20
Anticipated expiration: 2004-06-15
Also published as: DE3422107C2; US4625285A; JPH0565889B2; JPS59231607A

Description

HOFFMANN -EITLE 8r PARTNER 3422 1t)"7

PATENT-UND RECHTSANWÄLTE

PATENTANWÄLTE DIPL.-ΙΝΘ. W. EITLE . DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ΙΝΘ. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FCICHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN . DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL.-INQ. K. QORa

DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE

- 6 - 40 414 q/gt

MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA Tokyo / JAPAN

Roboter-Steuereinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Roboter-Steuer- und Regeleinrichtung insbesondere für eine Positionssteueroperation und eine Geschwindigkeitssteuerungsoperation in einer Roboter-Steuereinrichtung, die bei Herausgabe einer Betriebs- bzw. Operationsinstruktion mit einer Vielzahl von Objektpositionen während der Bewegung des Roboters auf eine Objektposition hin ausgeführt werden.

Eine konventionelle Roboter-Steuereinrichtung ist so aufgebaut, wie aus Fig. 1 ersichtlich. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Programmspeicherabschnitt zur Speicherung eines Programmes, welches durch einen Operateur eingegeben wird und variable Positionsdaten, welche durch Lehr-Unterweisung oder manuelle Dateneingabe assembliert bzw.-zusammengestellt werden. 2 bezeichnet einen Instruktionsdekodierabschnitt zum Dekodieren von Programminstruktionen, die in dem Programmspeicherabschnitt 1 abgespeichert sind und die im vorliegenden Falle ausgeführt werden. 3 bezeichnet einen Instruktionsausführungssteuerabschnitt zur Ausführung der Instruktionen eines Programmes gemäß den deko-

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dierten Instruktionsergebnissen, die durch den Instruktionsdekodierabschnitt 2 geliefert werden. 4 bezeichnet einen Objektpositionserzeugungsabschnitt zur Bildung einer Objektposition des Roboters, wenn er eine Bewegungsinstruktion ausführt oder zur Bildung einer veränderlichen Position. 5 bezeichnet eine Objektposition, die durch den ObjektpositionserZeugungsabschnitt abgegeben wird.

Die Objektposition 5 hängt vom Typ der Bewegungsinstruktion ab. Bei einer Bewegungsinstruktion, die eine lineare Interpolation einschließt, wird die Objektposition durch die Kombination der Koordinaten (X, Y, Z) des Anschlusses (Finger) eines Roboters am Bestimmungsort und durch die Koordinaten - Eulerscher Winkel (α, β , χ ) - angezeigt, welche die Winkelorientierung des Anschlusses des Roboters kennzeichnen. Im Falle einer Gelenksoperation wird die Objektposition durch die Koordinaten (J₁,..., J, , . . .) der Achsen des Roboters am Bestimmungsort angezeigt (wobei J, die Koordinate der k-ten Achse ist). Für die folgende Beschreibung der Roboteroperation wird die Objektposition im orthogonalen Koordinatensystem angegeben.

Außerdem ist in Fig. 1 mit 6 eine Positionssteuerungseinheit bezeichnet, die einen Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt 7 zur Durchführung der Geschwindigkeitsteuerung und Regelung während der Bewegung des Roboters sowie einen Positionsbefehlserzeugungsabschnitt 8 aufweist, um Bewegungsbefehle in vorgegebenen Zeitpunkten zu erzeugen. Die Bezugssymbole ν und a bezeichnen jeweils einen erlaubten bzw. zulässigen Geschwindigkeits- und Beschleunigungswert, der durch die Robotersteuereinrichtung durchführbar bzw. für diese gestattet ist. Das Bezugszeichen 9 bezeich-

net einen Geschwindigkeitskompensationsabschnitt, der die vorerwähnte Geschwindigkeit ν und Beschleunigung a in Abhängigkeit von einer Instruktion vom Instruktionsausführungssteuerabschnitt 3 erzeugt. 10 bezeichnet einen Koordinatentransformationsabschnitt zur Umwandlung eines Positionsbefehles, der in dem orthogonalen Koordinatensystem (X, Y, Z,oc, β, γ) durch die Positionssteuereinheit 6 erzeugt wird, in einen Positionsbefehl, der in dem Koordinatensystem (J-, ·.., üV., ■··) der Achsen des Roboters ausgedrückt wird. 11 bezeichnet einen Positionsbefehl, der durch den Koordinatenumwandlungsabschnitt ausgegeben wird und der durch die Koordinaten der Achsen des Roboters ausgedrückt wird. 12 bezeichnet einen Positionssteuerabschnitt, der auf einen Positionsbefehl 13 hin die Positionierung im Hinblick auf die Bewegung des Roboters ausführt.

Die Wirkungsweise der Robotersteuereinrichtung dieser Art wird nun beschrieben.

Wenn eines der in dem Programmspeicherabschnitt 1 abgespeicherten Programme ausgewählt wird, beginnt der Instruktionsdekodierabschnitt 2 die Instruktionen in dem so ausgewählten Programm zu dekodieren. Die als Ergebnis der Instruktionsdekodierungsoperation erhaltenen Daten werden auf den Instruktionsausführungssteuerabschnitt 3 überführt. Wenn die Instruktion im Programm, welches durch den Instruktionsdekodierabschnitt 2 dekodiert wurde, die die Bewegung des Roboters betrifft, instruiert der Instruktionsausführungssteuerabschnitt 3 den Objektpositionserzeugungsabschnitt 4, um eine Objektposition zu erzeugen, in die der Roboter bewegt werden soll. Wenn der Objektpositionserzeugungsabschnitt 4 die Objektposition 5 erzeugt, führt der Positionssteuerabschnitt 6 eine Positionssteuerung und eine Ge-

schwindigkeitsortssteuerung bezüglich der Bewegung des

Roboters zur Objektposition aus unter Verwendung der er-

—f —f

laubten Geschwindigkeit ν und der Beschleunigung a, welche durch den Geschwindigkeitskompensationsabschnitt 9
eingestellt wurden.

Die Positionssteuereinheit 6 umfaßt den Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt 7 sowie den Positionsbefehlserzeugungsabschnitt 8, wie bereits beschrieben. Der Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt 7 führt die Geschwindigkeitssteuerung und die Ortssteuerung für die Bewegung des Roboters aus. Der Positionsbefehlserzeugungsabschnitt 8 führt die Positionssteuerung aus.

Die Geschwindigkeitssteuerungs- und Positionssteuerungsoperationen werden in einem Abtastmodus ausgeführt. Das
bedeutet, daß eine Geschwindigkeit und eine Position jeweils nacheinander nach einer vorgegebenen Zeitperiode
4t abgegeben werden. Wenn die vorhergehende (^t vorher)

Geschwindigkeit ν, die Objektposition P,, die Position Pj_1 und die erlaubte Geschwindigkeit ν und die Beschleunigung a, die durch die Geschwindigkeitskompensationsauswahl erzeugt wurden, eingegeben werden, stellt der Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt 7 die Richtung

der vorliegenden Geschwindigkeit v. ein und gleichfalls

die des Vektors P, - P. .. Außerdem bestimmt der Abschnitt 7, ob die vorliegende Geschwindigkeit annehmbar ist oder gleich oder geringer als die vorhergehende Geschwindigkeit gemacht werden sollte. Der Positionsbefehlserzeugungsabschnitt 8 erzeugt die laufende Position P. gemäß der vorhergehenden Position P^-i und die laufende Geschwindigkeit v. von dem GeschwindigkeitsbefehlserZeugungsabschnitt 7. Die laufende Geschwindigkeit v. und die Position P., die

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so erhalten wurden, werden für die Berechnung der nächst-

folgenden Geschwindigkeit v.₊- und der Position Ρ·₊₁ nach dem Ablauf des Zeitintervalles At berechnet.

Wenn die laufende Position P. ermittelt ist, führt der Koordinatentransformationsabschnitt 10 die Koordinatentransformation von dem orthogonalen Koordinatensystem (X, Y₇ Z, oc, β, y) in das Koordinatensystem (J₁, ..., Jg) der Achsen des Roboters aus.

Der Positionssteuerabschnitt 12 ermittelt die gegenwärtigen Bewegungen der Achsen gemäß den Koordinaten 11, die in der oben beschriebenen Weise erhalten wurden. Die gegenwärtigen so ermittelten Bewegungen der Achsen werden durch einen D/A Umwandler auf entsprechende Motoren übertragen. Als Ergebnis wird der Roboter zur gegenwärtigen Objektposition (P^) bewegt.

Die zuvor beschriebenen Operationen werden in wiederholter Weise ausgeführt, bis der Roboter die Objektposition P^ erreicht.

Die konventionelle Roboter-Steuereinrichtung der oben beschriebenen Art darf nur eine Objektposition in der Bewegung des Anschlusses des Roboters ausführen. Daher ist es bei der Steuerung einer geometrischen Ortskurve, die aus einer Serie von Punkten besteht, notwendig, die Objektposition bei jedem Punkt zu ändern. Es ist unmöglich eine kontinuierliche Ortskurve einschließlich einer Zeitachse zu verwirkliehen. Außerdem ist die konventionelle Roboter-Steuereinrichtung nachteilig dadurch, daß die Orientierung des Anschlusses des Roboters, der in die Objektposition bewegt wurde, nicht durch die Ausgangssignale eines visuellen Sen-

sors oder eines Berührungssensors geändert werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben beschriebenen Schwierigkeiten, die im Zusammenhang mit einer konventionellen Roboter-Steuereinrichtung auftritt, zu beseitigen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Roboter-Steuereinrichtung zu schaffen, die mit einer Vielzahl von Objektpositionen und mit Positionssteuereinrichtungen versehen ist, die in der Anzahl gleich der der Objektpositionen ist und in der die Eingangssignale der Positionssteuermittel nicht geschaltet werden. Aber anstatt dessen werden die Ausgangssignale der Positionssteuereinrichtungen hinzuaddiert, so daß die untergeordneten Objektpositionen die Hauptobjektposition beeinflussen können. Der Anschluß bzw. die Klemme des Roboters kann schnell ansprechen auf Änderungen der um ihn herum befindlichen Umgebung. Deren Ortskurve kann mit Leichtigkeit extern geändert werden.

Die Roboter-Steuereinrichtung nach der Erfindung weist eine Bewegungsbefehlsbildungseinrichtung, eine Objektpositionsvariablenbildungseinrichtung, eine Einrichtung zur Verdichtung oder Vergrößerung der Objektpositionsvariablen, eine Vielzahl von Positionssteuermitteln und eine Objektpositionsbefehlseinrichtung auf.

Die Bewegungsbefehlsbildungseinrichtung spezifiziert die Bildung einer Vielzahl von Bewegungsobjektpositionen. Die Objektpositionsvariablenbildungseinrichtung umfaßt eine Einrichtung zur Bildung einer Positionsvariablen, um eine Positionsabweichung von der Position zu korrigieren, die vorher mitgeteilt bzw. gelehrt wurde und/oder eine Einrichtung zur Bildung einer Positionsvariablen zur manuellen

Korrektur der Position, so daß die Positionsvariablen durch Korrigierung einer Vielzahl von Bewegungsobjektpositionen erzeugt werden, die in Abhängigkeit von einem Bewegungsbefehl der Bewegungsbefehlsbildungseinrichtung erzeugt wurden. Die Einrichtung zum Komprimieren oder Vergrößern der Objektpositionsvariablen verkleinert oder vergrößert eine Vielzahl von Objektpositionsvariablen, die durch die Objektpositionsvariablenbildungseinrichtung ausgegeben werden. Die Positionssteuereinrichtung erhält die entsprechenden Objektpositionsvariablen in verkleinerter oder vergrößerter Form, um die Steuergeschwindigkeit und die Positionssteuerung während der Bewegung in die entsprechenden Objektpositionen auszuführen. Die Objektpositionsbefehlseinrichtung addiert die Ausgangssignale der Positionssteuereinrichtung, um einen Objektpositionsbefehl auszugeben aufgrund dessen der Roboter in die Objektposition bewegt wird.

Im folgenden werden die Figuren beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockdiagramm mit einer Einrichtung einer

konventionellen Roboter-Steuerung,

Fig. 2 ein Blockdiagramm der Einrichtung eines erfindungsgemäßen Beispieles einer Roboter-Steuerung, 25

Fig. 3 ein Blockdiagramm mit einem Sensor oder Fühlpositionskompensationsabschnitt von Fig. 2, und

Fig. 4 ein Blockdiagramm mit einem manuellen Schaltknopfpositionskompensationsabschnitt gemäß

Fig. 2.

Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf bevorzugte

Ausführungsbeispiele beschrieben. Insbesondere zeigt Fig. 2 ein Beispiel einer Roboter-Steuerung, die erfindungsgemäß aufgebaut ist.

In Fig. 2 umfaßt eine Bewegungsbefehlsbildungseinheit eine Programmspeichereinheit 1, einen Instruktionsdekodierabschnitt 2, einen Instruktionsausführungssteuerabschnitt 3 und einen Geschwindigkeitskompensationsabschnitt 9.

Eine Einheit zur Bildung einer Objektpositionsvariablen umfaßt einen Objektpositionserzeugungsabschnitt 4, einen Sensor oder Fühlpositionskompensationsabschnitt 17 und einen manuellen.Schaltknopfpositionskompensationsabschnitt 18. Der Objektpositionserzeugungsabschnitt 4 erzeugt eine Vielzahl von Bewegungsobjektpositionsvariablen (n Bewegungsobjektpositionsvariable) in Abhängigkeit von einer Vielbewegungsobjektposition mit der Erzeugung von Befehlen.

Der Sensorpositionskompensationsabschnitt 17 umfaßt gemäß Fig. 3 einen Positionserfassungssensor 19, einen Sensorschnittstellenabschnitt 20 und einen Positionsberechnungsabschnitt 21. Der Positionsbestimmungssensor 19 bestimmt eine Verschiebung relativ zur Position, die mitgeteilt wurde. Die Bestimmungsdaten werden über den Sensorschnittstellenabschnitt 20 zum Sensorpositionsberechnungsabschnitt 21 übertragen. Der Sensorpositionsberechnungsabschnitt 21 korrigiert die mitgeteilte Position gemäß den so übertragenen Detektor- oder Bestimmungsdaten.

Der Positionskompensationsabschnitt mit manueller Schalterbetätigung gemäß Fig. 4 umfaßt eine Box 20 mit von Hand betätigbaren Tasten, einen Detektorabschnitt 23 für die von Hand betätigbaren Betätigungsschalter und einen Positions-

berechnungsabschnitt 24 für die von Hand betätigbaren Betätigungsschalter. Wenn in der manuellen Schalterbetätigungsbox 2 2 ein Handschalter entsprechend den Koordinaten betätigt wird, bestimmt der Detektorabschnitt für den Handbetätigungsschalter den Betätigungsvorgang des von Hand betätigten Schalters. Die beim Niederdrücken des Handschalters erzeugten Daten werden dem Positionsberechnungsabschnitt für den Handbetätigungsschalter 24 übermittelt, von dem die gewünschte Position berechnet wird. In Fig. 2 bezeichnen 5a, 5b und 5c cie erste, j-te und n-te Objektposition, die durch die Objektpositionserzeugungsabschnitte ausgegeben werden. Diese Objektpositionen werden im orthogonalen Koordinatensystem (X, Y, Z, oc, β , y ) ausgedrückt.

Das Kompremieren oder Vergrößern der Objektpositionsvariablen wird durch einen Gewichtsfunktionserzeugungsabschnitt 17 und einen Gewichtungsabschnitt 15 ausgeführt. Der Gewichtsfunktionerzeugungsabschnitt 17 erzeugt Gewichtsfunktionen W., ..., W., ... und W_n für die Objektpositionsvariablen, die durch den ObjektpositionserZeugungsabschnitt 4 erzeugt werden. Der Gewichtungsabschnitt 15 kompremiert oder vergrößert die Objektpositionsvariablen unter Benutzung der Gewichtsfunktionen.

Positionssteuereinheiten 6a, 6b und 6c sind jeweils für die Objektpositionen 5a, 5b und 5c vorgesehen. Die Positionssteuereinheit 6a weist einen Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt 7a und einen Positionsbefehlserzeugungsabschnitt 8a auf. Die Positionssteuereinheit 6b ist aus einem Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt 7b und einem Positionsbefehlserzeugungsabschnitt 8b zusammengesetzt. Ähnlich umfaßt die Positionssteuereinheit 6c einen GeschwindigkeitsbefehlserZeugungsabschnitt 7c und einen Po-

sitionsbefehlserzeugungsabschnitt 8c. Jede der Positionssteuereinheiten 6a, 6b und 6c ist hinsichtlich der Funktion gleich der Positionssteuereinheit 6 gemäß Fig. 1. Beim Empfang der Objektposition 5b, der Gewichtsfunktion W- zum Kompremieren oder Vergrößern der Objektpositionen und der erlaubten Geschwindigkeit v. und der Beschleunigung a-, die durch den Ge schwind igke.i t.t;komponsat ion^ab schnitt 9 erzeugt werden, führt der Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt 7b eine Geschwindigkeitssteuerung für die Bewegung in die j-te gewichtete Objektposition aus. Der Positionsbefehlserzeugungsabschnitt 8b führt eine Positionssteuerung in vorgegebenen Zeitabschnitten bzw. Augenblicken während der Bewegung in die j-te gewichtete Objektposition aus.

Die Objektpositionsbefehlseinheit umfaßt einen Positionsbefehlsadditionsabschnitt 16. In der Objektpositionsbefehlseinheit wird eine Vielzahl von Objektpositionsbefehlen bzw. gleichbedeutend die Ausgangssignale der Positionssteuereinheit 6a, 6b und 6c, die in vorgegebenen Zeitpunkten für die gewichteten Objektpositionsvariablen geschaffen wurden, in jedem Zeitpunkt der Addition unterzogen, um in diesem Zeitpunkt einen Objektpositionsbefehl zu erzeugen.

Der Betrieb bzw. die Arbeitsweise der Robotersteuerung nach der Erfindung wird nun beschrieben.

Wenn eines der in der Programmspeichereinrichtung 1 gespeicherten Programme ausgewählt ist, startet der Instruktionsdekodierabschnitt 2 die Instruktion im somit ausgewählten Programm. Die Ergebnisse jeder dekodierten Instruktion werden dem Instruktionsausführungssteuerabschnitt 3 zugeführt. Wenn eine Instruktion im durch den Instruktionsdekodierab-

schnitt 2 dekodierten Programm die Bewegung des Roboters betrifft, instruiert der Instruktionsausführungssteuerabschnitt 3 den Objektpositionserzeugungsabschnitt 4, um Bewegungsobjektpositionen zu erzeugen, die durch die BewegungsInstruktion an oder zugewiesen werden. Die Anzahl der Bewegungsobjektpositionen ändert sich in Abhängigkeit mit der Art der BewegungsInstruktion.

Wenn die Anzahl der Objektpositionen 5a bis 5c, die durch den Objektpositionserzeugungsabschnitt erzeugt wurden, durch N dargestellt wird und eine Objektpositionsvariable

—3»

für die j-te Positionssteuereinheit 6b durch P,. dargestellt wird (wobei j = 1 , ..., η), dann kann die Variable P_dj dur<
werden.

P, . durch eine der folgenden Arten oder Wege geschaffen

(1) Pj-: wird durch Anweisung gegeben und sie ist die laufende Position, die im Zeitpunkt der Anweisung verfügbar ist und wird in der Programmspeichereinheit 1 abgespeichert.

—i»

(2) P,. wird durch Substitution eines Wertes erhalten und

der Wert wird in der Programmspeichereinheit 1 abgespeichert.

—*■

(3) P,. ist durch Unterziehung einer durch Anweisung erhaltenen Position in einer Positionskompensation in dem Sensorpositionskompensationsabschnitt 17 gegeben.

(4) Nach einer anderen Möglichkeit ist P,. durch einen Bewegungsbefehl entsprechend einem Betätigungsschalter gegeben, wobei ein von Hand betätigbarer Betätigungsschalter in der Hand betätigbaren Schalterbox 2 2 bei vorgegebenen Koordinaten betätigt wird.

Wenn P_dQ = (Xq, Y_q, Zq, oc_Q, β _Q , Y _Q) eine Positionsvariable ist, die durch die Programmspeichereinheit 1 oder den Sensorpositionskompensationsabschnitt 17 geliefert wird und p.Q = (ΔΧ, ΔΥ, AZ₁AoCy, Δβ , ΔΥ) eine Positionsvariable ist, die der Positionskompensationsabschnitt 18 für den von Hand betätigbaren Schalter bei Betätigung des Handschalters erzeugt, dann wird die Objektpositionsvariable P, . wie tolqt ausgedrückt:

*aj = *do ⁺ *jo ■ ^(Xo ^{+ Δχ}' ^Yo ^{+ Δγ}' ^zo ^{+ Δζ}' ^αο ⁺

Δα, ß₀ + ΔΒ/ γ₀ + Δγ)·

Die N Objektpositionsvariablen, die auf diese Weise gebildet wurden, werden durch die Gewichts- oder Gewichtungsfunktion W. gewichtet, die durch den GewichtungsfunktionserZeugungsabschnitt 14 erzeugt wird, und zwar in vorgegebenen Zeitpunkten. Die Gewichtungsfunktionen werden dargestellt durch W₁, ...,W-, ... und W . Die j-te Gewichtsfunktion wird für die Objektposition P.. (5b) verwendet, die der j-ten Positionssteuereinheit 6b zugeführt wird, wobei auf diese Weise P-,. kompremiert oder vergrößert wird. Die j-te Gewichtsfunktion wird wie folgt definiert:

EW. = 1, und W. > 0.

J=I ³ ^D ~

Mit anderen Worten bedeutet dies, daß die Gewichtungsfunktion W. die Abhängigkeit einer Objektpolsition P,. im Hinblick auf die Bewegung in die Objektposition von der laufenden Position ausdrückt.
30

Die gewichtete Objektpositionsvariable W. P-,. wird der j-ten Positionssteuereinheit 6b zugeführt. Die Positionssteuereinheit 6b führt die Positionssteuerung und Geschwin-

_ ₁₈ _■■ '■■ 342210t

digkeitssteuerung aus unter Verwendung der erlaubten Geschwindigkeit v. und der Beschleunigung a., die durch den Geschwindigkeitskompensationsabschnitt 9 für die Bewegung nach W. P,. vorgesehen sind. Diese Steuerungen werden unabhängig durch die Positionssteuereinheit ausgeführt.

—ϊ* —^>

Wenn eine Geschwindigkeit ν und eine Beschleunigung a dem System zugewiesen werden, spezifiziert der Geschwindigkeitskompensationsabschnitt 9 in Abhängigkeit von der Gewichtsfunktion, die durch den Gewichtsfunktionserzeugungsabschnitt 14 erzeugt wurde, erlaubte Geschwindigkeiten und Beschleunigungen für die Positionssteuereinheit und zwar wie folgt:

v.=W-v, a. = W. a (wobei j-1 , 2, ... und n) .

In diesem Falle bedeuten

η η

Σ ν. = ν, Σ a. = a. j=l ³J=I-³

Daher führt jede Positionssteuereinheit eine Positionssteuerung und Geschwindigkeitssteuerung mit der Geschwindigkeit und Beschleunigung, die durch das System bestimmt wurde, aus.

Die j-te Positionssteuereinheit 6b umfaßt den Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt 7b und den Positionsbefehlserzeugungsabschnitt 8b, wie bereits vorher beschrieben wurde. Der GeschwindigkeitsbefehlserZeugungsabschnitt 7b bestimmt den laufenden Geschwindigkeitsbefehl v. . gemäß der gewichteten Objektpositionsvariablen W. P^., der Geschwindigkeit v·, der Beschleunigung a., von dem vorhergehenden

Geschwindigkeitsbefehl ~ν*· , . __Λ und dem vorhergehenden Positionsbefehl P.,^_..

Die Richtung des laufenden Geschwindigkeitsbefehlsvektors v.,. ist parallel zur Richtung von W. P,.- ?·/·_-,. Seine Größe wird in Abhängigkeit vom Abstand | W. P-,. - P.,._..| durch Prüfung ermittelt, ob die Geschwindigkeit erhöht werden kann, gleich der vorhergehenden Geschwindigkeit aufrecht erhalten werden kann oder verringert werden kann. Auf diese Weise führt der Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt in jeder Positionssteuereinheit eine Beschleunigungsund Verzögerungssteuerung sowie Orts- bzw. Ortskurvensteuerung aus.

Der Positionsbefehlserzeugungsabschnitt 8b in der j-ten Positionssteuereinheit 6b erzeugt den laufenden Positionsbefehl p-_/;; gemäß dem laufenden Geschwindigkeitsbefehl v..

der durch den Geschwindigkeitsbefehlssteuerabschnitt 7b

—s> und dem vorhergehenden Positionsbefehl Ρ·/^_ι erzeugt wurde. Die Positionsbefehle P.,·, die durch die Positionssteuereinheit erzeugt wurden, werden der Vektoraddition in dem Positionsbefehlsadditionsabschnitt 16 unterzogen, wobei als Ergebnis der folgende Objektpositionsbefehl erzeugt wird:

η

^Pi ^{= Σ P}i i·

Wenn der Objektpositionsbefehl P. dem Koordinatentransformationsabschnitt 10 zugeführt wird, wird P. ausgedrückt in dem orthogonalen Koordinatensystem (X, Y, Z, cc, β , f) der Koordinatentransformation im Koordinatensystem (J₁, ..., JY., ..-) der Achsen des Roboters unterzogen. Der Positionie-

rungssteuerabschnitt 12 bestimmt die Beträge der Bewegung für die Achsen entsprechend dem vorhergehenden Positionsbefehl ausgedrückt in dem Koordinatensystem (J₁, ..., Jw ...) und dem gegenwärtigen Befehl und führt Bewegungsimpulswerte seinem D/A Wandler zu, wobei als Ergebnis der Roboter in die laufende Objektposition bewegt wird.

Die oben beschriebenen Operationen werden wiederholt ausgeführt, bis der Roboter in seine endgültige Objektposition über eine Vielzahl von Objektpositonen bewegt wurde.

In der oben beschriebenen Vorrichtung werden eine Vielzahl von Objektpositionsvariablen P,.. bis P-, in dem orthogonalen Koordinatensystem (X, Y, Z, oc, β , γ ) ausgedrückt. Die Positionssteuerung und Geschwindigkeit und Ortskurvensteuerung werden ausgeführt, um den Roboter zur Bewegung in die Objektposition zu veranlassen. Die Objektpositionsvariablen P,.. bis P_d können jedoch in dem Koordinatensystem (J₁, . . . , J, , ...) der Steuerachsen des Roboters ausgedrückt werden. In diesem Falle können im Hinblick auf die Bewegung des Roboters die Geschwindigkeitseinstellungssteuerung und die Positionssteuerung ausgeführt werden, ohne Stoppen in einer Vielzahl von Positionen oder einer Serie von Punkten in einem Gelenkverbindungsbetriebsmodus, was bedeutet, daß diese Steuerungen durch Beschreibung einer geglätteten und gekrümmten Ortskurve entlang dieser Positionen erreicht werden kann.

Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, sind in der Roboter-Steuerung nach der Erfindung eine Vielzahl von Objektpositionen und Positionssteuereinheiten, die in ihrer Zahl gleich der der Objektpositionen sind, vorgesehen. Die Ausgangssignale der Positionssteuereinheiten werden der Ad-

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dition unterzogen, um den untergeordneten Objektpositionen die Beeinflussung der Hauptobjektposition zu gestatten. Daher wird eine Steuerung einer Ortskurve bestehend aus einer Serie von Punkten realisiert. Außerdem kann der Anschluß bzw. der Greifer des Roboters, der in eine Objektposition bewegt wurde, die von verschiedenen Objektpositionsvariablen und Gewichtungsfunktionen erhalten wurde, dazu gebracht werden, schnell zu reagieren und zwar auf Änderungen im Umfeld des Roboters durch Verwendung von Daten, die durch einen visuellen Sensor, Berührungssensor oder ähnlichem Sensor abgegeben werden.

- Leerseite

Claims

HOFFMANN-EITLEaPARTN¹ER 3422107

PATENT-UND RECHTSANWÄLTE

PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE . DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN

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Roboter-Steuereinrichtung

PATENTANSPRÜCHE :

( Λy/ Roboter-Steuereinrichtung,

dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung zur Bildung eines Bewegungsbefehles zur Spezifizierung der Erzeugung einer Vielzahl von Objektpositionen in Abhängigkeit von einer Betätigungsinstruktion vorgesehen ist, daß eine Einrichtung zur Bildung einer Objektpositionsvariablen zur Korrektur einer Vielzahl von Bewegungsobjektpositionen vorhanden ist, die durch die Einrichtung zur Bildung des Bewegungsbefehles spezifiziert ist, um Objektpositionsvariable zu schaffen, daß eine Einrichtung zur Komprimierung/Vergrößerung einer Objektpositionsvariablen zur Gewichtung einer Vielzahl von Objektpositionsvariablen mit Gewichts- oder Gewichtungs- funktionen vorgesehen ist, die die Abhängigkeiten

der Objektpositionen in der Bewegung von den Objektpositionen darstellen, daß eine Vielzahl von Posi-

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~~ &. *■

tionssteuereinrichtungen zum Empfang der Vielzahl der Objektpositionsvariablen vorgesehen ist, die durch die Komprimierungs/VergrößerungseinriGhtung gewichtet wurden, um eine Geschwindigkeitssteuerung und Positionssteuerung in der Bewegung auszuführen, daß eine Objektpositionsbefehlseinrichtung vorgesehen ist, die einen Positionsbefehlsaddierabschnitt zum Addieren von Ausgangssignalen der Vielzahl der Positionssteuereinrichtungen aufweist, um einen Objektpositionsbefehl abzugeben, und daß ein Antriebsabschnitt zur Abgabe von Signalen vorgesehen ist, um den Roboter in Abhängigkeit von den Objektpositionsbefehlen anzutreiben, die durch die Einrichtung für den Objektpositionsbefehl ausgegeben wurden.
2. Roboter-Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Objektpositionsvariablenbildungseinrichtung einen Positionskompensationsabschnitt zur Abgabe eines Ob-.jektpositionskorrekturbefehles und einen ObjektpositionserZeugungsabschnitt aufweist, der den Objektpositionskorrekturbefehl von dem Positionskompensationsabschnitt erhält, um die Objektpositionen zu korrigieren, die durch die Bewegungsbefehlsbildungseinrichtung hervorgerufen wurden, um eine Vielzahl von Objektpositionsvariablen zu erzeugen.
3. Roboter-Steuereinrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet , daß der Positionskompensationsabschnitt einen Sensorpositionskompensationsabschnitt umfaßt.
4. Roboter-Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorpositionskompensationsabschnitt einen Roboterpositionsbestimmungssensor und einen Sensorpositionsberechnungsabschnitt aufweist, der Detektordaten von dem Roboterpositionsbestimmungssensor über einen Sensorschnittstellenabschnitt erhält, um diese Detektordaten zusammen mit einer mitgeteilten Position zu verarbeiten, um einen Korrekturbefehl abzugeben. 10
5. Roboter-Steuereinrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet , daß der Positionskompensationsabschnitt einen Abschnitt zur Kompensation einer manuellen Betätigungsschalterposition aufweist.
6. Roboter-Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt zur Kompensation einer manuellen Betätigungs-Schalterposition eine manuelle. Betätigungsschalterbox und einen Abschnitt zur Berechnung einer manuellen Betätigungsschalterposition aufweist, um einen Objektpositionskorrekturbefehl in Abhängigkeit von Daten abzugeben, die bei Betätigung eines manuellen Betätigungsschalters in der manuellen Betätigungsschalterbox erzeugt wurden.
7. Roboter-Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Positionskompensationsabschnitt einen Sensorpositionskompensationsabschnitt und einen Abschnitt zur Kompensation einer manuellen Betätigungsschalterposition aufweist.
8. Roboter-Steuereinrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Komprixnierungs- und Vergrößerungseinrichtung einen Gewichtfunktionserzeugungsabschnitt und einen Gewichtungsabschnitt aufweist.
9. Roboter-Steuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtfunktionserzeugungsabschnitt Einrichtungen zur Beaufschlagung von Gewicht- oder Gewichtungsfunktionen auf dem Gewichtungsabschnitt für die Objektpositionsvariablen aufweist, die durch die Objektpositionsvariablenbildungseinrichtung erzeugt wurden.
10. Roboter-Steuereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß eine Gewichtungsfunktion W., die durch den Gewichtfunktionserzeugungsabschnitt erzeugt wurde die folgende Beziehung erfüllt:

■ η

Σ W. = 1 and W->,0.
^{3 3}
11. Roboter-Steuereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Gewichtungsabschnitt eine Einrichtung zur Gewichtung bzw. Bewertung der Objektpositionsvariablen mit entsprechenden Gewichtsfunktionen aufweist.
12. Roboter-Steuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Bewegungsbefehlsbildungseinrichtung einen Programmspeicherabschnitt zur Speicherung von Programmen und

Daten, einen Instruktionsdekodierabschnitt zur Dekodierung von Instruktionen in den im Programmspeicherabschnitt gespeicherten Programmen, einen Instruktionsausführungssteuerabschnitt zur Ausführung von Instruktionen, die durch den Instruktionsdekodierabschnitt dekodiert wurden und einen Geschwindigkeitskompensationsabschnitt zur Abgabe einer Geschwindigkeit und einer Beschleunigung aufweist für die in der Roboter-Steuereinrichtung gestattete Bewegung.
13. Roboter-Steuereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß der Geschwindigkeitskompensationsabschnitt geeignet ist, die gestattete Geschwindigkeit und Beschleunigung in Abhängigkeit von einer Ausführungsinstruktion von dem Instruktionsausführungssteuerabschnitt und von einer Gewichtsfunktion, die durch den Gewichtsfunktionserzeugungsabschnitt erzeugt wurde, abzugeben.
14. Roboter-Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Positionssteuereinrichtungen einen Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt und einen Positionsbefehlserzeugungsabschnitt aufweist.
15. Roboter-Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Antriebsabschnitt einen Koordinatentransformationsabschnitt zur Umwandlung eines Objektpositionsbefehls, der durch die Objektpositionsbefehlseinrichtung erzeugt wurde, in einen Positionsbefehl umzuwandeln, der in dem Koordinatensystem der Achsen des Roboters ausgedrückt wurde, und einen Positionierungssteuerabschnitt zur Ausführung einer Positionierungssteuerung in der Bewegung des Roboters aufweist.