CN115079638A - 多轴运动装置的安全运行 - Google Patents

多轴运动装置的安全运行 Download PDF

Info

Publication number
CN115079638A
CN115079638A CN202210240179.2A CN202210240179A CN115079638A CN 115079638 A CN115079638 A CN 115079638A CN 202210240179 A CN202210240179 A CN 202210240179A CN 115079638 A CN115079638 A CN 115079638A
Authority
CN
China
Prior art keywords
axis
value
safety
movement device
compensation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210240179.2A
Other languages
English (en)
Inventor
马克西米利安·沃尔特
多米尼克·布戴
黎明
亚历山大·施泰因
泽伦·布尔迈斯特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of CN115079638A publication Critical patent/CN115079638A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1674Programme controls characterised by safety, monitoring, diagnostic
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/406Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/404Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1674Programme controls characterised by safety, monitoring, diagnostic
    • B25J9/1676Avoiding collision or forbidden zones
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/406Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • G05B19/4061Avoiding collision or forbidden zones
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/4155Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by programme execution, i.e. part programme or machine function execution, e.g. selection of a programme
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/35Nc in input of data, input till input file format
    • G05B2219/35408Calculate new position data from actual data to compensate for contour error
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/39Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39051Calibration cooperating manipulators, closed kinematic chain by alignment
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/39Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39176Compensation deflection arm
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/40Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40202Human robot coexistence
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/49Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49138Adapt working envelop, limit, allowed zone to speed of tool

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

本发明涉及多轴运动装置的安全运行,其中,涉及一种用于使用安全功能来安全地操作多轴运动装置的方法和相关的控制器。在此,在多轴运动装置的控制器运行时实现补偿值的计算,其中,该计算根据相应的轴的可预定的误差值、多轴运动装置的几何参数和多轴运动装置的当前轴值实现,并且根据计算的补偿值运行安全功能。

Description

多轴运动装置的安全运行
技术领域
本发明涉及一种使用安全功能来安全地运行多轴运动装置的方法和控制器。
背景技术
在现代生产设施和工厂中,越来越多地使用机器人、搬运系统、起重机等或不同实施方式的普遍的多轴运动装置。为了这种多轴运动装置在设施中的安全运行,必须对运动装置或运动装置的部件实施针对安全的监控。多轴运动装置的安全运行在此对于避免与多轴运动装置附近的物体发生碰撞并且尤其对于避免人员进入到多轴运动装置附近时发生危险事故是必要的。
为此目的,能够在机器人或机械手的控制器中提供监控功能,例如监控点的笛卡尔速度。在此,从安全轴位置计算点(例如关节或工具的中心点)的笛卡尔速度。然后检查是否超出了速度边界的参数化。通过安全输出显示该超出。
安全区域监控也是已知的,其中,由安全的轴位置计算出可移动运动区域(例如长方体或球体)的位置和定向。该区域被参数化为,使得该区域完全包括运动学装置的可运动部件,形成所谓的包络体。然后对每个运动区域进行检查,以确定它是否离开先前限定的固定工作区,或者是否与至少一个先前限定的固定保护区重叠。使用安全输出指示离开工作区或与保护区重叠。
此外,安全定向的监控的功能是已知的。由安全的轴位置计算先前确定的轴的定向,例如在工具中心点固定的刀的定向。将该定向与目标值进行比较,并将差异输出给安全输出。
终端用户能够将安全输出与一些功能互联,这些功能激活适当的安全响应,例如进行停止机器或速度限制。
安全监控通常以相应的轴的安全位置为基础,作为输出的基础,并在必要时启动安全响应。在此,相应的轴的位置只能以特定的精度偏差求出。在实践中,传感器值是容易出错的。此类错误必须通过安全功能映射。也通过惯性和由此引起的超程长度产生误差。
已知的典型的统计误差计算,例如基于测量不确定性指南(GUM)方法,不能对出现的误差进行令人满意的考虑,因为这里计算的是平均偏差,而不是最坏情况下的偏差。
还已知仅使用一般校正值,而不了解所使用的特定运动装置及其数据和所用传感器的质量。此类一般校正值的参数对于针对安全的运行是非常保守的,从而在使用中经常不必要地降低多轴运动装置的可用性。
发明内容
在此背景下,本发明的一个目的是改进在可靠地监测多轴运动装置时对误差或超程长度的考虑,特别是附加到传感器输出数据的误差。
本发明涉及一种使用安全功能安全运行多轴运动装置的方法,该安全功能基于多轴运动装置的相应的轴的相应的位置,方法具有以下步骤:
-计算多轴运动装置的控制器的运行时的补偿值,其中,该计算根据相应的轴的可预定的误差值、多轴运动装置的几何参数以及多轴运动装置的当前轴值来实现;
-根据计算出的补偿值运行安全功能。
在多轴运动装置的持续运行期间,例如当多轴运动装置执行运动任务时,至少一个安全功能被激活。例如,多个安全功能是激活的,例如安全区域监控、安全速度监控和定向的安全监控。通常,在利用安全功能运行时监控多个变量,例如多个运动的轴的位置,以及还例如多个运动的轴的相应的位置和速度。
安全功能使用其相应的轴的位置作为输入数据。因此,运行期间的安全性不仅取决于安全功能的正确运行,还取决于输入数据的准确性。借助于相应的轴传感器或轴编码器能够将相应的轴位置提供给安全功能。由于传感器或编码器只能以有限的精度工作,因此位置是容易出错的。此外,安全性还取决于由于惯性导致的轴向超程长度。下面,假设所涉及的不同的轴的误差值是已知的。
误差值是针对特定应用或特定结构或特定系统与使用多轴运动装置相关的误差值,其能够是传感器分辨率、超程长度等。如果对于应用安全功能必须考虑误差值,则误差值是重要的,因为它会影响例如被监控的实际位置、速度或指向。
如果多轴运动装置的部段的实际位置、速度或指向与传感器报告的位置、速度或指向或基于控制命令预定的额定位置、额定速度或额定指向之间存在差异,则会出现误差值。
已知的误差值、特别是最大误差值例如在多轴运动装置的规划阶段中被存储在系统、例如控制系统中。在运行期间,安全功能能够访问存储的误差值。
同样地,例如在规划阶段中,多轴运动装置的几何参数被存储。
在多轴运动装置的运行期间,其沿着例如预定的、或者在运行时例如根据摄像机数据确定的轨迹移动。在此,所涉及的轴分别依次采用不同的位置,这些位置是基于轨迹预先确定的或最优的。由于在运行中在运行一个或多个轨迹时所采用的不同位置,各自的误差值以不同的方式或以不同的组合方式对补偿值产生影响。由于误差传播效应,根据多轴运动装置的位置考虑由安全功能监控的变量的单独补偿值。
例如,在沿轨迹的运动过程中,由于误差传播,每个轴的每个轨迹都出现所参与的轴的相应位置或速度或指向的不同偏差。例如,由于在安全反应(例如安全停止)的情况下的轴向超程长度,每个轴的每个轨迹出现实际位置与额定位置之间的不同偏差。轴向超程长度也取决于速度曲线或取决于运动装置的质量。
为了计算补偿值,特别是确定用于安全功能的变量的当前最大预期补偿值。这种对于特定的运动装置和运动装置的特定定位或位置的最大可能误差在运行时被连续确定并直接进入安全功能。
求出的补偿值例如是每个轴或每个区段要考虑的误差值。因此,例如,能够为运行求出最大长度以增加每个区段的监视区域,或求出最大速度值以减少所设置的笛卡尔速度限制。此外,通过求出的补偿值,例如适用于整个运动装置的静态区域在保护区的情况下被放大或在工作区域的情况下被缩小。
求出的补偿值对应于待监控的变量的最大额定值,该补偿值能够补偿可能发生的任何错误。
例如,在求出补偿值时也考虑数字错误,该错误例如通过近似算法、迭代方法、例如在浮点或定点算法的情况下的舍入而产生。
运行中的多轴运动装置的快照中给出补偿值,考虑该补偿值,以补偿安全功能的变量,例如位置、速度或指向,使得由于最大可能的偏差而考虑不精确性。同时,根据所提出的方法计算的这个补偿值也不是必需的,即不必要的悲观选择,因为特定的运动装置和在运动装置在快照中的特定位置包括在补偿值的计算中。在运行过程中,相应地为在时间上任意间隔的快照计算当前补偿值。例如,利用节拍计算补偿值,在该节拍中,传感器提供关于轴位置的值。因此,根据计算出的补偿值,利用至少一个激活的安全功能实现多轴运动装置的运行。
根据轴的质量、惯性和速度,基于轴向超程长度或传感器分辨率的补偿效果能够占主导地位。有利地求出这两种效果,并最终考虑了由此产生的最大补偿值。
因此,有利地是,在运行期间运行安全功能一方面考虑到足够大的补偿值运行,另一方面消除了独立于当前轴值或独立于几何参数的过度悲观的估计。
根据一个设计方案,传感器分辨率被用作相应的轴的误差值。轴传感器例如是设置在相应的轴上的编码器。提供的误差值例如是每个轴传感器的最大可能传感器误差。根据传感器分辨率以及多轴运动装置的几何参数以及相应的轴的由多轴运动装置的轨迹得出的轴值来求出补偿值,能够实现多轴运动装置的安全运行,其中,在运动装置的持续运行期间,在考虑到补偿值的情况下,安全功能的大小(例如安全区域大小)被充分大地设定尺寸,并且同时不需要过于悲观地考虑传感器误差。
根据一个设计方案,将轴向超程长度用作相应的轴的误差值。超程长度尤其取决于作用的轴惯性或轴载荷或轴速度。例如,在最坏情况下的超程长度是已知的,并且对于每个轴例如以表格形式存储,并且例如附加地取决于轴特性被存储。
特别地,诸如惯性和速度的轴属性在运行绝对值是已知的,并且用于计算或用于调用相应的误差值,从而得出当前运行绝对值的补偿值。例如,有限的速度的预定会导致相应轴的超程长度更小。例如,根据动态变化的误差值自动或动态地求出和调整补偿值。
例如,调整安全功能的大小(例如安全区域大小),以便安全地执行诸如安全停止之类的安全反应,同时考虑超程长度。因此,在运行期间除了考虑传感器分辨率之外,有利地考虑在启动安全反应之后在运行期间出现的不确定性和与额定值的偏差。
根据一个设计方案,动态调整安全功能,特别是通过在运行期间调整安全功能的变量。因此,安全功能会动态考虑当前有效的和需要的补偿值。例如,安全功能在安全区域监控的运行中将得出的位置(例如多轴运动装置的相应的区段的相应的点的位置)与不允许相应的区段的相应的点或区段离开的区域进行比较,并且在此以当前补偿值扩展该区域。因此,仅执行最低要求的、并且同时最大可能的补偿。同样,例如,将要监控的速度与通过相应的电流补偿值连续减小的速度边界值进行比较。
补偿值由多轴运动装置的误差值和几何参数和当前轴值求出,然后由安全功能根据设置的安全功能针对安全功能的一个或多个变量考虑补偿值。例如,如果设置区域监控,则求出针对运动装置的不同的区段产生的位置误差,和例如终端执行器的定向误差。两个误差值都作为使用安全功能监控的变量的补偿值,在此实例中为区域的尺寸。这种调整最好由安全功能在运行绝对值进行。
例如,将实施的调整通过安全功能存档。如果设有速度监控,则会根据监控点的位置误差针对多个监控点计算速度误差,并在设置限制速度时将其考虑该速度误差。此外,能够将求出的定向误差用于定向监控,并且能够将限制角度减小相应的误差绝对值。
根据一个设计方案,安全功能通过使用在运行绝对值发生的补偿值与在规划阶段中求出的补偿值进行比较来运行,并且当在运行绝对值计算的补偿值与在规划阶段中确定的补偿值相应地低于能确定的偏差边界值时,则启动安全反应。
例如,在规划阶段估算补偿值,并将补偿值存储在安全功能模块中。例如,通过最大误差值和多轴运动装置的几何参数已经在规划阶段中已知,来估算补偿值,并且之后根据由多轴运动装置占据的轴位置估算当前的轴值。例如,轨迹是已知的,从该轨迹推导出在运行期间要占据的轴位置。
因此,在规划阶段中在后续运行中求出期望的当前补偿值。在规划过程中估算的补偿值被静态地使用,并在运行绝对值与计算出的实际要考虑的补偿值进行比较。如果实际需要的值超过估算值,则会触发适当的安全反应,例如安全停止。
有利地,估算的补偿值不必考虑理论上最坏的情况。指定一个极不可能被超过的值就足够了。从安全的角度来看,这个限制不必是有根据的,因为超过它不会导致危险情况。
因此,当在运行期间不能够动态地调整安全功能的变量(例如边界值)时,也能够有利地使用该方法。
根据一个设计方案,在时间上在运行之前的规划阶段中提供相应的误差值和/或几何参数。因此有利地在规划阶段中设置安全功能。另外,之后的调整也是可行的。
根据一个设计方案,在运行绝对值提供或改变相应的误差值和/或几何参数。因此,能够有利地对结构的变化(例如硬件更换)做出反应。因此,除了安全功能的输入,例如特别是激活区域和轴值,还能够循环接收在运行绝对值更新的相应的误差值和几何参数。
根据一个设计方案,当前轴值由多轴运动装置要经过的轨迹得出,并且由在运行期间针对通过要经过的轨迹在时间上依次占据的轴位置得出。有利地,仅实际占据的轴位置用于安全功能的运行或调整。特别是在能够通过多轴运动装置的不同轴位置运行轨迹的构造的情况下,能够实现为特定的运行设计的安全监控。
根据一个设计方案,在规划阶段中求出的补偿值是估算的或在测试运行时求出的。有利的是,对于无法动态调整安全功能的场景,已经能够在规划阶段模拟进行的运行,并且能够借助于测试运行来估算或求出补偿值。
如果多轴运动装置稍后以在规划阶段中假设的轨迹运行,则安全功能能够使用从规划阶段确定的值。此外,在运行中计算实际需要的补偿值,并与估算的或事先求出的补偿值进行比较。
根据一个设计方案,安全功能包括安全区域监控、安全定向和/或安全笛卡尔速度。安全区域监控预定了围绕或包围运动装置的运动部段的区域。这些区域的位置和定向能够从安全的轴位置推导出来。
然后检查求出的区域是否离开为运动装置限定的工作区域。如果确定是这种情况,则触发安全功能,例如安全停止或减速。还有与运动装置的工作环境中限定的保护区的碰撞监控,并且在两个区域重叠的情况下,即运动学区与保护区重叠时,则触发安全功能。
有利地,因此能够考虑由于有限的传感器分辨率而导致的错误位置或者需要的最小轴向超程长度,以便及时启动安全反应,从而保证安全运行。例如,区域监控设计为,并且特别是区域大小被尺寸确定为,使得即使触发了安全反应(例如安全停止),也不会离开工作区或阻止与保护区重叠。
根据一个设计方案,将随运行时间变化的、并且特别是相应的当前的角度绝对值、区域尺寸绝对值和/或速度绝对值求出作为补偿值。因此能够求出补偿值,以便对在运行期间出现的、安全功能使用的变量进行补偿,以便在考虑到连续的变化和相应的当前情况下,监控超过和低于边界值的情况。例如,轴的位置或者轴以及因此例如终端执行器上的工具或其他部件的角度或定向由相关联的补偿值来补充。
补偿值有利地已经是调整安全功能而无需进一步计算的值。例如,直接是监视区域被增大的长度。例如是安全功能要考虑的安全定向,以便安全地补偿轴误差。
此外,补偿值例如是速度绝对值,需要被降低该速度绝对值使得不超过速度边界值。对于速度边界值,应注意速度是基于至少两个轴位置计算的,在考虑到误差及其传播的情况下,边界值必须设置得较低。
根据一个设计方案,安全功能也根据相应的轴传感器的时间采样中的时间误差来运行。因此,除了传感器分辨率之外,还能够考虑时间采样时的偏移,从而进一步考虑轴传感器的不准确性。例如,除了轴传感器的最大误差(例如1°)之外,还为每个轴指定时间采样中的最大误差(例如1ms)。能够使用该轴的当前速度,例如2°/ms,从时间采样中的误差求出附加位置误差。在给定的实例中,附加位置误差是1ms*2°/ms=2°。这能够添加到传感器误差中以获得输入值的总误差。当前,总体上获得1°+2°=3°的误差。
本发明还涉及一种用于多轴运动装置的安全运行的控制装置,具有安全功能块,其中,该安全功能块根据多轴运动装置的相应的轴的相应位置启动安全反应,其特征在于:
-用于在多轴运动装置的控制器的运行期间计算补偿值的补偿块,
-其中,补偿块具有用于相应的轴的误差值、多轴运动装置的几何参数和多轴运动装置的当前轴值的输入;
-其中,补偿块具有用于补偿值的输出,其中,安全功能根据输出的补偿值启动安全反应。
有利地,使用的上述方法或上述控制装置针对特定主题获得最小可能的补偿值,其同时充分地考虑在输入值(例如传感器分辨率和轴向超程长度)中的误差。因此,在特定的运动装置的安全运行中,能够更接近区域或速度边界。这有利地导致运动装置的更高的性能或可用性。消除了对误差值的不必要的悲观估算。
附图说明
下面借助于图根据实施例更详细地解释本发明。图中示出:
图1示出了根据本发明的第一实施例的运行中的多轴运动装置的示意图;
图2示出了根据本发明第二实施例的具有安全功能块的控制装置的示意图;
图3示出了根据本发明第三实施例的示意性流程图。
具体实施方式
图1中示意性地示出了多轴运动装置100,其具有与运动装置相关的运动坐标系KCS和世界坐标系WCS。第一轴1被提供作为旋转轴,其位于第一区段L1的端部,其定向与运动坐标系的垂直轴线一致。
用户输入第一区段L1的长度以及第二区段L2的长度和第三区段L3的长度作为多轴运动装置100的几何参数。第二区段L2从第一旋转轴1开始并且经由另外的旋转铰接件与第三区段连接,其中,该另外的旋转铰接件形成第二轴2。为此,在第三区段上还设有升降轴3,其能够垂直移动。最后,将最后一个轴4设置为能够旋转的轴,该轴例如也形成尺寸为LF的法兰。
此外,用户将以下编码器误差预定为最大误差值:
-编码器误差F1轴1:1/10°
-编码器误差F2轴2:1/10°
-编码器误差F4轴4:1/10°
-编码器误差F3轴3:1mm
输入角度和输入参数中的误差如下地传播到法兰的计算位置,并给出了法兰的笛卡尔位置误差Fpos:
Fpos=Fa1+Fa2+Fa3
Fa1、Fa2、Fa3在此是轴1、2、3的误差绝对值,它们全部相加。
以下推导能用于误差绝对值Fa2:
给定一个旋转了角度α的位置向量v。角度偏差eα导致位置误差,位置误差F=||v-v′||,最大是
Figure BDA0003541113880000121
如果α以度为单位,则
Figure BDA0003541113880000122
这是正确的,因为错误的位置v′和正确的位置v和旋转的中心点形成了具有锐角eα的等腰三角形。
因此,根据轴值a1和a2得到用于Fa2的矢量:
Figure BDA0003541113880000123
类似地得出误差绝对值Fa1:
Figure BDA0003541113880000124
在多个错误输入的情况下,输出中的值根据叠加原理相加。
(线性)轴3的误差绝对值Fa3直接进入总位置误差的z分量:
Figure BDA0003541113880000131
此外,能够对所有可能的轴输入值进行绝对值估算,结果如下:
Figure BDA0003541113880000132
因为对于示例性地形成的运动装置,例如Scara机器人应该激活安全区域监控,因此配备有半径或长方体半长的运动装置保护或工作空间通过值Fpos进行调整。在精度要求更高的情况下,考虑到相关的轴位置,也能够单独调整各个半长。
此外,还设置了安全监控法兰的定向的安全功能。
计算出的定向中的误差从误差绝对值F1、F2、F4不变地传播。因此,在最坏的情况下为给定的运动学值给出误差Frot:
Figure BDA0003541113880000141
监控功能也使用补偿值Frot来调整边界值。在这种情况下,球形区段在运行绝对值相应地减小,法兰的定向必须位于该球形区段中,从而不会启动安全功能。
附加地,如果速度监控也作为安全功能被激活,在考虑到流逝的时间的情况下,从最后计算的位置和当前位置减去矢量的结果类似地得出则点的速度。在最坏的情况下额外地考虑误差,以便相应地调整边界速度。
示例性地实施的三个补偿值相应地在进行的运行中不断地、即持续更新地被求出,并相应地调整控制器PLC中的安全功能。
图2示意性地示出了根据本发明的第二实施例的具有安全功能块S1和补偿块K1的控制装置PLC。安全功能块S1负责执行安全功能并监控一个或多个如上述示例中所述的变量。安全功能块S1有利地设计为软件模块。安全功能块S1负责在检测到对待监控的变量的违反时(例如达到或超过边界值时)启动安全反应SR。
安全功能块S1基于位置值P1、P2、P3工作,这些位置值由相关轴1、2、3的传感器或编码器EN1、EN2、EN3提供。安全功能从位置值P1、P2、P3求出待监控的一个或多个变量,例如笛卡尔位置或速度。
此外,补偿块K1提供至少一个补偿值F,该补偿值影响安全功能的变量,例如待监控的变量的比较变量。例如,补偿值F增加或减少安全功能不触发安全反应的边界值。
在补偿输入I处,补偿块K1接收用于计算补偿值F所需要的值。一方面,这些是位置值P1,P2,P3,即运行中的当前轴值。这些位置值也由传感器或编码器EN1、EN2、EN3提供。另一方面,在输入I处,补偿块K1还接收来自存储区域M的值,这些值是为特定应用存储的。在此,这些值是多轴运动装置100的几何参数G和传感器EN1、EN2、EN3的误差值F1、F2、F3。
此外,在安全反应时,必须考虑轴1、2、3的由于轴向超程长度引起的误差值F1'、F2'、F3',这些值能够从存储器M提供。然后,能够根据上述实例之一在运行时计算补偿值F。
例如,如果在进行的运行期间报告的位置值不正确,例如因为在启动停止过程的情况下各个轴的超程长度可能导致违反笛卡尔基础上的安全区,或者因为编码器值由于分辨率有限而出现故障,然后由于使用连续计算的补偿值来设置边界值,能够实现安全操作而不会发生碰撞。
图3利用流程图来说明根据本发明第三实施例的方法。在此,在多轴运动装置的运行期间,在第一步骤S100中计算补偿值F,在计算结束时它被输出补偿值。根据该补偿值F,在第二步中,多轴运动装置能够安全运行S200。在此,在运行期间,至少一项安全功能S在运行中。例如,“安全速度监控”功能被激活,该功能预定各个轴的最大速度,并在超过最大速度时启动安全状态。例如,在输出端显示超出或者停止运动装置,即所谓的STO。
在此,要考虑的是,借助于传感器或者编码器确定的单个轴的、或多轴运动装置的部件的速度(其速度由相互作用的多个轴得出)是有误差的。在预定的时间点检测的位置用于求出速度。这些位置是有误差的并且由此得出的速度也是有误差的。
由两个位置信息中附带的误差求出补偿值F,在此还是根据误差传播的方法确定的速度的速度误差绝对值FV。该补偿值足够大,使得能够覆盖累积错误的最坏情况,并且同时不会做出过于悲观的估算。
为了正确求出利用“安全速度”功能监控的运动装置的部件(例如终端执行器)中附带的位置误差,求出所有相关轴或它们相应的的轴传感器的位置误差,然后使用传播算法求出相应的位置的误差。对此,在运行中和在运行时求出补偿值的补偿程序提供了所涉及轴的最大位置误差,作为存储器中的最大误差值F1、F2、F3。
除了由于传感器输出值造成的位置误差外,传感器的时间采样也存在误差。因此,对于在时间点检测到的每个位置产生总位置误差绝对值FZ。为了求出速度误差绝对值FV,相应地考虑相应的总位置误差。
总位置误差绝对值FZ也可用于其他激活的安全功能,例如估算对区域监控至关重要的位置误差,以及扩大安全区域的必要性。对于附加的激活的安全功能“安全定向”,也能够输出角度误差绝对值FW,它限定了在最坏情况下能够预期工具或运动装置的其他部件的定向的。
除最大误差F1、F2、F3外,多轴运动装置的几何参数G也由补偿程序处理。
从以这种方式提供的总信息中,现在能够在运行绝对值提供针对单个运动装置及其单个运动序列定制的补偿值。特别地,变量的补偿值作为在多轴运动装置运行期间的某个时间点出现的最大误差绝对值被输出。

Claims (13)

1.一种用于使用安全功能安全运行多轴运动装置(100)的方法,其中,所述安全功能(S)基于所述多轴运动装置(100)的相应的轴的相应的位置,所述方法具有以下步骤:
在所述多轴运动装置(100)的控制器的运行时计算补偿值(F),其中,根据相应的轴(1,2,3)的可预定的误差值(F1,F2,F3)、所述多轴运动装置的几何参数(G)以及所述多轴运动装置的当前轴值(P1,P2,P3)进行计算;
根据计算出的所述补偿值(F)运行所述安全功能(S)。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,将传感器分辨率作为相应的轴的误差值。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,将轴向的超程长度作为相应的轴的误差值。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,动态地调整所述安全功能(S),特别是通过在运行期间调整所述安全功能(S)的变量。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,将在运行时出现的补偿值与在规划阶段中求出的补偿值进行比较,来运行所述安全功能(S),并且当在运行时计算出的补偿值与在所述规划阶段中求出的补偿值相应地低于能确定的偏差边界值时,启动安全响应。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,在时间上在运行之前的规划阶段中提供相应的所述误差值(F1,F2,F3)和/或所述几何参数(G)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,在运行时提供或改变相应的所述误差值(F1,F2,F3)和/或所述几何参数(G)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述当前轴值由所述多轴运动装置待经过的轨迹得出,并且由在运行期间针对通过待经过的轨迹在时间上依次占据的轴位置得出。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,估算或在试运行期间求出在规划阶段中求出的所述补偿值。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述安全功能(S)包括安全区域监控、安全定向和/或安全笛卡尔速度。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,将随运行时间变化的角度绝对值(Frot)、区域尺寸绝对值(FZ)和/或速度绝对值(FV)确定为所述补偿值(F)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述安全功能(S)还根据相应的轴传感器的时间采样时的时间误差来运行。
13.一种用于安全运行多轴运动装置(100)的控制装置(PLC),所述控制装置具有安全功能块(S1),其中,所述安全功能块(S1)根据所述多轴运动装置(100)的相应的轴(1,2,3)的相应的位置启动安全响应(SR),其特征在于,
补偿块(K1)用于在所述多轴运动装置(100)的控制器运行时计算补偿值(F),
其中,所述补偿块(K1)具有用于相应的轴(1,2,3)的误差值(F1,F2,F3)的、用于所述多轴运动装置(100)的几何参数(G)的、和用于所述多轴运动装置的当前轴值(EN)的输入端(I);
其中,所述补偿块(K1)具有用于所述补偿值(F)的输出端(O),其中,所述安全功能(S)根据输出的补偿值(F)启动安全响应(SR)。
CN202210240179.2A 2021-03-11 2022-03-10 多轴运动装置的安全运行 Pending CN115079638A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21162017.4A EP4056331A1 (de) 2021-03-11 2021-03-11 Sicherer betrieb einer mehrachskinematik
EP21162017.4 2021-03-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115079638A true CN115079638A (zh) 2022-09-20

Family

ID=74871236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210240179.2A Pending CN115079638A (zh) 2021-03-11 2022-03-10 多轴运动装置的安全运行

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11927936B2 (zh)
EP (1) EP4056331A1 (zh)
CN (1) CN115079638A (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2024063926A (ja) * 2022-10-27 2024-05-14 セイコーエプソン株式会社 ロボットシステムおよびロボットシステムの設定方法
CN115582838B (zh) * 2022-11-09 2023-06-13 广东海洋大学 基于预设性能的多机械臂预定义时间h∞一致性控制方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005011143A1 (de) * 2005-03-10 2006-09-14 Sick Ag Vorrichtung und Verfahren zum Steuern einer sicherheitsrelevanten Funktion
EP1869531B1 (en) * 2005-03-23 2020-04-22 Hurco Companies Inc. Method of tolerance-based trajectory planning
US11014240B2 (en) * 2017-09-05 2021-05-25 Abb Schweiz Ag Robot having dynamic safety zones
EP4057088A1 (de) * 2021-03-11 2022-09-14 Siemens Aktiengesellschaft Sicherer betrieb einer mehrachskinematik

Also Published As

Publication number Publication date
EP4056331A1 (de) 2022-09-14
US11927936B2 (en) 2024-03-12
US20220291655A1 (en) 2022-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0927612B1 (en) Robot controller
CN115079638A (zh) 多轴运动装置的安全运行
US11548153B2 (en) Robot comprising safety system ensuring stopping time and distance
US6678582B2 (en) Method and control device for avoiding collisions between cooperating robots
CN109153134B (zh) 机器人控制装置
EP2042278B1 (en) Robot controller for halting a robot based on the speed of a robot hand portion
CN107407931B (zh) 通过触碰操纵器实现的鲁棒的直观的操作方法
EP3609655A1 (en) Teach mode collision avoidance system and method for industrial robotic manipulators
US4623971A (en) Machine control with motor velocity constraint
US10935955B2 (en) Method and system for operating a multi-axis machine, in particular a robot
US20130006394A1 (en) Numerical control device and numerical control method
US11312019B2 (en) Method for work piece calibration and robot system using the same
US11305429B2 (en) Synchronization of multiple robots
KR20180114837A (ko) 로봇의 이동 속도 제어 장치 및 방법
KR101820580B1 (ko) 경로 전진 변수들을 갖는 안전한 로봇
Zhang et al. Robot collision detection without external sensors based on time-series analysis
CN115077953A (zh) 多轴运动系统的安全运行
CN110914019A (zh) 机器人停止距离模拟方法
JP6811878B1 (ja) 数値制御装置および数値制御方法
JP4577607B2 (ja) ロボットの制御装置およびロボットシステム
Vagas et al. Application of speed and separation monitoring technique at automated assembly process
WO2021193914A1 (ja) ロボット、ロボットシステム、およびロボット制御プログラム
CN117042938A (zh) 控制装置
WO2023066465A1 (en) Methods of handling safety of industrial robot, control systems, and robot system
CN118700164A (zh) 一种用于夹取机械臂的控制方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination