DE102009060819A1

DE102009060819A1 - Method for executing condition diagnosis at robot and robot component, involves determining characteristics having information about condition of robot component from deviations of course of movement of robot component

Info

Publication number: DE102009060819A1
Application number: DE102009060819A
Authority: DE
Inventors: Edwin Dr. Becker
Original assignee: Prueftechnik Dieter Busch AG
Current assignee: Prueftechnik Dieter Busch AG
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2010-07-01

Abstract

The method involves driving a robot (1) to predetermined distance by a robot component, and comparing measured values of sensors (14-16) for detecting positions or angles with a reference value for the predetermined distance. Deviations of course of movement of the robot component are determined from difference between the measured and reference values. Characteristics having information about a condition of the robot component are determined from the deviations of course of the movement of the robot component, where a micro electro-mechanical system (MEMS) inclinometer is used as the sensors. The sensors are fiber bragg grating (FBG) sensors and fiber optic sensors.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Verschleiß und Schäden an Robotern.The The invention relates to a method for detecting wear and Damage to robots.

Es ist bekannt, dass insbesondere die Lebensdauer der Robotergetriebe und anderer Komponenten, wie z. B. Lager, begrenzt ist und sich vor allem bei Robotergetrieben frühzeitiger Verschleiß einstellt. Als Resultat ergeben sich Positionsänderungen im Vergleich zur erwarteten Position, was die Arbeitsqualität beeinflusst. Dieser Verschleiß läßt sich z. B. durch manuelle Spielprüfung am Roboter erkennen. Man hebt den Roboterarm an, überwindet die Lose und kann so bei z. B. Farbspritzrobotern bis zu 80 mm Spiel erkennen. Derartige Prüfungen erfordern einen Anlagenstillstand. Zugleich besteht die Gefahr, dass schon viele Teile mit Qualitätsabweichungen produziert wurden, wenn bei einem Anlagenstillstand eine Prüfung des Spiels nach der oben beschriebenen Methode erfolgt. In manchen Anwendungen wurden deshalb Kalibrierabläufe eingefügt. Dies bedeutet, dass gewisse Fixpunkte anzufahren sind, ein Soll/Istvergleich der Position stattfindet und entsprechend korrigiert wird, wenn eine Positionsänderung durch Verschleiß vorliegt.It is known that in particular the life of the robotic gear and other components, such as. B. bearings, is limited and itself Especially in robot gears premature wear sets. As a result, changes in position result in comparison to the expected position, which affects the quality of work. This wear can be z. B. by recognize manual game check on the robot. You lift that Robot arm, overcomes the lots and can be at z. B. Color spray robots detect up to 80 mm play. Such tests require a plant shutdown. At the same time there is the danger that already produces many parts with quality deviations when a plant shutdown is a check of the Play according to the method described above. In some applications therefore calibration procedures have been added. This means that certain fixed points are to be approached, a target / actual comparison the position takes place and is corrected accordingly, if a change in position due to wear is present.

Aus der EP 1 284 414 A2 ist ein Verfahren zur Diagnose an Robotergetrieben bekannt. Dabei dient ein Schwingungssensor zur Analyse und Früherkennung von Schäden an Getrieben. Es wird wiederholt ein Messzyklus durchfahren. Die Daten, die in diesen Messzyklus gewonnen werden, werden in einer Recheneinheit erfasst und ausgewertet, durch Transformationen und Vergleich so erhaltener Kennwerte mit historischen Daten. Diese Recheneinheit meldet die Ergebnisse an eine übergeordnete Leitebene.From the EP 1 284 414 A2 a method for diagnosis on robotic drives is known. A vibration sensor is used for the analysis and early detection of damage to gears. It is repeated through a measuring cycle. The data obtained in this measuring cycle are recorded and evaluated in a computer unit by transformations and comparison of thus obtained characteristics with historical data. This arithmetic unit reports the results to a higher-level management level.

In der US 5 049 797 werden zur Regelung eines Roboters nicht nur die vorhandenen Winkelencoder und Tachometer eingesetzt, sondern auch ein spezieller Sensor für die elastische Verbiegung eines Roboterarms. Bei diesem Sensor handelt es sich um einen Laser, dem an einem entfernten Ende des Roboterarms ein PSD (position sensitive device, eine ortsauflösende Fotodiode) gegenübersteht. Mit einem einfachen Regelkreis wird die das Signal dieses PSD ausgewertet und in den Steuerungsrechner eingespeist, um Schwingungen des in Leichtbauweise gefertigten Roboterarms zu reduzieren.In the US 5 049 797 To control a robot, not only the existing angle encoders and tachometers are used, but also a special sensor for the elastic bending of a robot arm. This sensor is a laser that faces a PSD (Position Sensitive Device) at a remote end of the robotic arm. With a simple control loop, the signal from this PSD is evaluated and fed to the control computer to reduce vibrations of the lightweight robot arm.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese bekannten Verfahren zur Diagnose von Robotern, ihrer Getriebe und anderer Komponenten zu verbessern, indem hochauflösende, ggf. mehrdimensionale Inklinometer oder Verschiebungsmessgeräte am Roboterarm angebracht werden, um Winkel- bzw. Positionsänderungen schon im Produktionsprozess zu erkennen und so eine vorbeugende Instandhaltung zu ermöglichen.It object of the present invention, these known methods for diagnosing robots, their gearboxes and other components improve by high-resolution, possibly multi-dimensional Inclinometer or displacement measuring devices on the robot arm be attached to angle or position changes already recognizable in the production process and thus a preventive To enable maintenance.

Diese Sensoren erleichtern des weiteren die Lagebestimmung bzw. gestatten es, verschleiss- und schadensbedingte Zusatzverlagerungen, Zusatzbewegungen und niederfrequente Zusatzschwingungen des Roboterarms schon im laufenden Produktionsprozess zu erkennen. In die Steuerung des Roboters lassen sich damit sogar Abläufe automatisiert integrieren, um die Soll/Ist-Lage auf Basis der Messwerte der Sensoren zu korrigieren, wobei auch zusätzliches Spiel durch beginnenden oder fortgeschrittenen Verschleiß von Lager und Getrieben berücksichtigt wird. So entsteht auch eine weitere Möglichkeit, eine zustandsorientierte Instandhaltung durchzuführen.These Sensors also facilitate the orientation or allow it, wear and damage-related additional displacements, additional movements and low frequency additional vibrations of the robot arm already in Recognize ongoing production process. Into the controller of the robot even automated processes can be integrated, to correct the target / actual position on the basis of the measured values of the sensors, being also additional game through incipient or advanced Wear of bearings and gears taken into account becomes. This also creates another possibility, a condition-oriented To carry out maintenance.

Geeignete Inklinometer können als MEMS-Inklinometer ausgeführt sein. Andere Messgeräte für den Winkel zur Gravitationsrichtung oder für die Verschiebung sind ebenfalls möglich, zum Beispiel faseroptische Inklinometer oder Verschiebungsmessgeräte, wie sie z. B. in der JP 2003-287411 oder der US 2005/169568 A1 beschrieben sind. Mit Ausrichtmessgeräten, die aus einer Leuchtdiode oder einem Laser und einem positionsempfindlichen Detektor bestehen, wie sie in der US 5 049 797 beschrieben sind, können Winkel- und Positionsänderungen von Roboterarmen ebenfalls erfasst werden. Die Verwendung anderer Ausrichtgeräte, wie sie zum Beispiel aus der DE 39 11 307 A1 bekannt sind, kann ebenfalls erfolgen.Suitable inclinometers may be designed as MEMS inclinometers. Other measuring devices for the angle to the gravitational direction or for the displacement are also possible, for example, fiber optic inclinometers or displacement gauges, as z. B. in the JP 2003-287411 or the US 2005/169568 A1 are described. With alignment measuring instruments, which consist of a light emitting diode or a laser and a position sensitive detector, as in the US 5 049 797 described angle and position changes of robot arms can also be detected. The use of other alignment devices, such as those from the DE 39 11 307 A1 are known, can also be done.

Die einzige 1 zeigt einen Roboter 1 und seine Steuerung 2, die über Verbindungen 5, 6, 7 Gelenke 8, 9, 10 zur Bewegung ansteuert. In diesen Gelenken können harmonic drive Getriebe, Planetengetriebe oder Cyclo-Getriebe sein, die von Motoren angetrieben werden. An der angetriebenen Seite der Gelenke befinden sich Sensoren 14, 15, 16, deren Genauigkeit im allgemeinen höher ist als die der an den Gelenken angebrachten Encoder oder ähnlicher Sensoren zur Steuerung der Roboter. Diese Sensoren 14, 15, 16 übermitteln Messwerte über Verbindungen 11, 12, 13 an die Auswerteeinheit 3.The only 1 shows a robot 1 and his control 2 that have connections 5 . 6 . 7 joints 8th . 9 . 10 to the movement drives. In these joints can be harmonic drive gears, planetary gearboxes or cyclo-gears that are powered by motors. On the driven side of the joints are sensors 14 . 15 . 16 whose accuracy is generally higher than that of the joints mounted on the joints or similar sensors for controlling the robot. These sensors 14 . 15 . 16 transmit measured values via connections 11 . 12 . 13 to the evaluation unit 3 ,

Diese Auswerteeinheit 3 erhält Sollwerte für die Bewegung des Roboters 1 über die Verbindung 17 von der Steuerung 2, vergleicht die erhaltenen Sollwerte mit den Messwerten der Sensoren 14, 15, 16 und übermittelt eventuelle Abweichungen über die Verbindung 17 zurück an die Steuerung 2, die eventuell Korrekturen an der Position des Roboters vornimmt. Besonders wichtig ist dabei, dass die Auswerteeinheit 3 nicht nur die aktuelle Position des Roboters erfasst, sondern auch die Abweichungen zwischen Sollwerten und Istwerten berücksichtigt und daraus eine Aussage über den Zustand von Komponenten wie Lager oder Getrieben am Roboterarm ableitet. Diese Aussage wird berücksichtigt, um einen geeigneten Zeitpunkt zum Auswechseln beschädigter Komponenten zu finden. Ein solcher Zeitpunkt liegt bevorzugt in einem Zeitraum ohnehin geplanten Produktionsstillstands. Am Roboterarm 19 ist hier ein Werkzeug 4 angebracht.This evaluation unit 3 receives setpoints for the movement of the robot 1 about the connection 17 from the controller 2 , compares the obtained setpoint values with the measured values of the sensors 14 . 15 . 16 and transmits any deviations over the connection 17 back to the controller 2 , which possibly makes corrections to the position of the robot. It is particularly important that the evaluation unit 3 not only detects the current position of the robot, but also takes into account the deviations between setpoints and actual values and derives a statement about the condition of components such as bearings or gears on the robot arm. This statement is considered to be one appropriate time to replace damaged components. Such a time is preferably in a period of already planned production shutdown. On the robot arm 19 Here is a tool 4 appropriate.

Der Sensor 16, der hier beispielhaft ausgewählt wurde und als Laser ausgeführt ist, kann als zweite Komponente einen Empfänger 20 haben, der am entfernten Ende des Roboterarms 19 angebracht ist. Hier bildet das Paar 16, 20 ein Ausrichtgerät. Andere Ausführungsformen von Ausrichtgeräten sind in der DE 39 11 307 A1 enthalten und können ebenfalls eingebaut sein.The sensor 16 , which has been selected here by way of example and is designed as a laser, can as a second component a receiver 20 have that at the far end of the robotic arm 19 is appropriate. Here is the couple 16 . 20 an alignment device. Other embodiments of alignment devices are in the DE 39 11 307 A1 included and can also be installed.

Weitere Ausführungsformen der Sensoren 14, 15, 16 sind Inklinometer. Insbesondere sind MEMS-Inklinometer für die Erfindung von Nutzen. Es kann sich aber auch um Verschiebungssensoren 14, 15, 16 handeln. Eine weitere Möglichkeit erfindungsgemäßer Sensoren besteht in faseroptischen Sensoren, die als Inklinometer oder Verschiebungssensoren ausgeführt sein können.Further embodiments of the sensors 14 . 15 . 16 are inclinometers. In particular, MEMS inclinometers are useful in the invention. It can also be displacement sensors 14 . 15 . 16 act. Another possibility of sensors according to the invention consists of fiber-optic sensors which can be embodied as inclinometers or displacement sensors.

Die Verbindungen 5, 6, 7; 11, 12, 13 sowie 17 können mittels drahtgebundener Leitungen oder auch drahtlos verwirklicht sein.The connections 5 . 6 . 7 ; 11 . 12 . 13 such as 17 can be realized by means of wired lines or wirelessly.

Sind die Sensoren 14, 15, 16 als Inklinometer ausgeführt, so kann es sich um eindimensionale, zweidimensionale oder dreidimensionale Inklinometer handeln.Are the sensors 14 . 15 . 16 designed as an inclinometer, it may be one-dimensional, two-dimensional or three-dimensional inclinometer.

In der Auswerteeinheit 3 erfolgt ein Vergleich der Messwerte der Sensoren 14, 15, 16 mit den von der Steuerung 2 erhaltenen Sollwerten für die jeweilige vorgegebene Verfahrstrecke für den Roboter. Typischerweise erfolgt dieser Vergleich durch Differenzbildung, also durch Feststellung von Abweichungen im Bewegungsablauf. Wenn diese Differenzen über die Verbindung 17 an die Steuerung 2 übermittelt werden, dann ist es möglich, dass die Steuerung 2 anhand dieser Differenzen Korrekturen vornimmt.In the evaluation unit 3 a comparison of the measured values of the sensors takes place 14 . 15 . 16 with those of the controller 2 obtained setpoint values for the respective predetermined travel distance for the robot. Typically, this comparison is made by subtraction, ie by detecting deviations in the movement. If these differences over the connection 17 to the controller 2 be transmitted, then it is possible that the controller 2 makes corrections based on these differences.

Weiter ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass entweder in der Auswerteeinheit 3 oder aber in der Steuerung 2 anhand der ermittelten Vergleichsdaten Kennwerte gebildet werden, die den Zustand des Gelenks 8, 9, 10 oder anderer den Gelenken zugeordneter Komponenten wie Getriebe oder Lager beschreiben. Anhand dieser Kennwerte kann zustandsbezogen entschieden werden, ob und wann eine Wartung des Roboters zum Beispiel durch Wechsel eines Getriebes oder eines Lagers notwendig ist. Eine vorgegebene Verfahrstrecke kann entweder eine separate Kalibrierungsfahrt sein oder aber eine ausgewählte Fahrt während des normalen Roboterbetriebs.Further, the invention provides that either in the evaluation 3 or in the controller 2 Based on the determined comparative data characteristics are formed, which determine the state of the joint 8th . 9 . 10 or other components associated with the joints, such as gears or bearings. On the basis of these parameters, state-related decisions can be made as to whether and when maintenance of the robot is necessary, for example by changing a gearbox or a bearing. A predetermined trajectory may be either a separate calibration run or a selected ride during normal robot operation.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- EP 1284414 A2 [0003]
US 5049797 [0004, 0007]
JP 2003-287411 [0007]
US 2005/169568 A1 [0007]
- DE 3911307 A1 [0007, 0010]

Claims

Method for carrying out the state diagnosis on a robot or a robot component, in which the robot traverses a predetermined distance, the measured values of a sensor are compared with the setpoint for the predetermined distance, deviations of the motion sequence of a robot component are determined by forming the difference between measured value and nominal value From the deviations of the movement of a robot component numbers are determined, which contain a statement about the state of a robot component, characterized in that a sensor is used as a sensor for detecting positions or angles.

The method of claim 1, wherein that of the robot passed predetermined distance from the during normal Operation predetermined routes is selected.

The method of claim 1, wherein the metrics thereto serve, the optimal time to change a robot component to investigate.

Method according to claim 1, characterized in that that an inclinometer is used as the sensor.

Method according to claim 4, characterized in that that a MEMS inclinometer is used as the sensor.

Method according to claim 4 or 5, characterized that the inclinometer is a two-dimensional inclinometer is.

Method according to claim 4 or 5, characterized that the inclinometer is a three-dimensional inclinometer is.

Method according to claim 1, characterized in that the sensor is an alignment device ( 16 . 20 ).

Method according to claim 1, characterized in that that the sensor is a fiber optic sensor.

Method according to claim 9, characterized in that that the sensor is an FBG sensor.

Method according to claim 9, characterized in that that the sensor is a fiber optic inclinometer.