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QUERBEZUG
AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die am 08. Oktober 2003 eingereichte
japanische Patentanmeldung Nr. 2003-349426, welche durch Bezug aufgenommen
wird.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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(Gebiet der Erfindung)
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebssteuervorrichtung, welche
eine Vielzahl von Steuermodulen zum Ansteuern einer Vielzahl von Stellgliedern
und ein Verfahren zum Bestimmen der Steuermodule der Steuervorrichtung
enthält.
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(Beschreibung des Stands
der Technik)
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Eines
der Steuersysteme, welches eine Vielzahl von Stellgliedern verwendet,
ist als Industrieroboter bekannt. Ein solcher Roboter ist z.B. mit
einem Hauptroboterkörper
ausgerüstet,
welcher als ein mehrarmiges Roboterglied arbeitet, einer Steuervorrichtung,
welche den Hauptroboterkörper
steuert, und einem Programmierhandgerät, welches verwendet werden
kann, um notwendige Befehle an die Steuervorrichtung vorzusehen.
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In
dieser herkömmlichen
Konfiguration weist der Hauptroboterkörper gewöhnlich eine oder mehrere Schwenkvorrichtungen
auf, von welchen jede eine Vielzahl von Gelenke verwendet, an welchen
jeweils ein Antriebsmotor angeordnet ist. Die Antriebsmotoren werden
jeweils durch Steuersignale von Steuerschaltungen (Treiber) angesteu ert,
welche in der Steuervorrichtung angeordnet sind. Es kommt oftmals
vor, dass jede der Steuerschaltungen, welche z.B. eine Umrichterschaltung
ist, in einem unabhängigen
Modul ausgebildet ist. Der Grund, weshalb erforderlich ist, dass
die Steuerschaltungen in Form von Modulen ausgebildet sind, ist
wie folgt.
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Bei
der Herstellung des Robotersystems, stimmen die Konfigurationen
des Hauptroboterkörpers
und der Steuervorrichtung nicht immer eins-zu-eins überein.
Es ist oft der Fall, dass der Hauptroboterkörper und die Steuervorrichtung
als getrennte Produkte zur Verwendung in einer geeigneten Kombination
des Hauptroboterkörpers
und der Steuervorrichtung hergestellt werden. Es werden Antriebsmotoren
mit verschiedenen Nennleistungen (wie z.B. 750 W, 400 W, 200 W,
100 W und 50 W) verwendet, um jedes der Gelenke des Hauptroboterkörpers anzutreiben.
Jede in der Steuervorrichtung enthaltene Umrichterschaltung muss
daher eine der Nennleistung jedes Antriebsmotors entsprechende Stromkapazität aufweisen.
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Aufgrund
der oben beschriebenen Anforderungen sind die Umrichterschaltungen
typischerweise als Module konfiguriert, welche von der Rahmeneinheit
der Steuervorrichtung abnehmbar sind. Es wird jegliche geeignete
Umrichterschaltung zur Verwendung entsprechend der Spezifikation
des Hauptroboterkörpers,
welcher von der Steuervorrichtung gesteuert wird, ausgewählt.
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In
Bezug auf die herkömmliche
Steuervorrichtung prüft
der Benutzer jedoch hauptsächlich
visuell, ob der Typ der Umrichterschaltung, welche in der Steuervorrichtung
aufgenommen werden soll der Nennleistung des Antriebsmotors des
Hauptroboterkörpers
geeigneterweise entspricht. Es ergibt sich somit ein Problem, dass
der Hauptroboterkörper
in Betrieb gesetzt wird, falls die Prüfung vernachlässigt wird,
auch falls die Umrichterschaltung was die Nennleistung des Antriebsmotors
angeht, dieser nicht entspricht (d.h. die Umrichterschaltung ist
nicht auf den Antriebsmotor ausgelegt). Falls der Hauptroboterkörper unabhängig von
dem Nichtentsprechen (Fehlzuordnungszustand) zwischen der Umrichterschaltung
und dem Antriebsmotor seinen Betrieb fortsetzt, kann die Umrichterschaltung überlastet werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Probleme des
Stands der Technik gemacht und weist die Aufgabe auf, eine Vorrichtung und
ein Verfahren zum Steuern des Antriebs einer Vielzahl von Stellgliedern
vorzusehen, bei welchen die Stellglieder durch Steuerschaltungen
angesteuert werden, wobei die Schaltungen jeweils als Module ausgebildet
sind, welche in der Vorrichtung montiert werden können, wodurch
ungewollte Schwierigkeiten vermieden werden, die bei einer Fehlzuordnung
zwischen den Steuerschaltungen (Modulen) und den Stellgliedern auftreten
können.
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Entsprechend
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum
Steuern einer Vielzahl von Stellgliedern vorgesehen, mit: einer
Vielzahl von Steuerschaltungen, welche jeweils die Stellglieder
ansteuern und jeweils auf einer Vielzahl von Schaltplatinen montiert
sind, von welchen jede als ein Modul zum Steuern jeder der Stellglieder
ausgebildet ist und jedes Modul von der Vorrichtung abnehmbar ist;
einer Vielzahl von Kondensatoren, von welchen jeder auf einer der
Platinen montiert ist, und die Kondensatoren voneinander unterschiedliche
Kapazitäten
aufweisen; eine Ladeeinheit, welche die Kondensatoren auflädt; einer
Messeinheit, welche einen Zeitraum misst, während welchem ein Ladepotential an
jedem der Kondensatoren auf ein vorbestimmtes Potential ansteigt;
einer Einheit zum Bestimmen des Modultyps, welche einen Typ jedes
Moduls entsprechend dem durch die Messeinheit gemessenen Zeitraum
in Bezug auf jeden Kondensator bestimmt; und eine Einheit zum Durchführen von
Gegenmaßnahmen,
die abhängig
von einem durch die Einheit zum Bestimmen des Modultyps bestimmtes
Ergebnis durchgeführt
werden.
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Der
Typ des Steuermoduls kann z.B. durch Vorsehen eines DIP-Schalters
oder dergleichen auf der Schaltplatine bestimmt werden, indem eine
EIN- oder AUS-Einstellung in Bezug auf den Typ des Steuermoduls
gewählt
wird und der gewählte
Zustand ausgelesen wird. Ein solches Verfahren benötigt jedoch
mehr Datenbits zum Bestimmen von mehr Typen von Steuermodulen. Zum
Bestimmen von fünf oder
mehr Typen von Steuermodulen sind z.B. drei Bits für jedes
Modul erforderlich, sowie müssen
zusätzliche
Signalleitungen entsprechend vorgesehen werden.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet dagegen Kondensatoren mit unterschiedlichen
Kapazitäten,
welche zum Erreichen eines vorbestimmten Potentials abhängig von
ihrer Kapazität
unterschiedliche Zeiten benötigen.
Durch die Messung des Zeitraums können somit die Typen der Steuermodule
bestimmt werden. Da das Potential durch sequentielles Wählen jeder
einzelnen Signalleitung, welche an jedem Steuermodul vorgesehen
ist, festgestellt werden kann, sind für mehr Typen von Steuermodulen
nicht auch mehr Signalleitungen für jedes Steuermodul erforderlich.
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Die
Steuerschaltung verwendet vorzugsweise ein logisches Schaltelement,
um zu bestimmen, ob das Ladepotential des Bestimmungskondensators das
vorbestimmte Potential erreicht hat oder nicht. Falls das Ladepotential
insbesondere als Eingabesignal an das logische Schaltelement gegeben
wird, kann das logische Schaltelement ein verändertes Ausgabesignallevel
aufweisen, wenn das Ladepotential das Schwell-Level überschreitet,
und die Steuerschaltungen können
somit sehr leicht bestimmen, dass das Ladepotential das vorbestimmte
Potential erreicht.
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Des
weiteren bestimmt die Steuerschaltung vorzugsweise, ob das Steuermodul
jedes Stellglieds der Nennleistung jedes Stellglieds entspricht
oder nicht, und falls eine Fehlzuordnungskombination vorliegt, stoppt
die Steuerschaltung die Steuerung des Stellglieds. Es kann somit
vermieden werden, dass die Steuerschaltung überlastet wird.
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Es
ist ebenfalls vorzuziehen, dass falls die oben beschriebene Fehlzuordnungskombination
auftritt, die Steuerschaltung durch eine Meldungsvorrichtung eine
Meldung an einem Benutzer ausgibt, so dass der Benutzer schnell
tätig werden
kann, um die Steuerung neu zu starten, wie z.B. durch Austausch der
Steuermodule.
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Die
Vielzahl der Stellglieder treiben vorzugsweise Gelenke eines Knickarmroboters
an. Der Multi-Knickarmroboter enthält insbesondere eine Vielzahl
von Stellglie dern, welche jedem Gelenk (d.h. Antriebswelle) entsprechen,
so dass die Steuervorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung
auf die Steuerung des Roboters angewendet werden kann, um schnell
zu bestimmen, ob das Steuermodul in der gegebenen Steuervorrichtung
geeignet ist oder nicht, ein jedes Teil des Knickarmroboters zu
steuern oder nicht.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
zum Steuern einer Vielzahl von Stellgliedern vorzusehen, welches
gegenüber dem
oben beschriebenen Stand der Technik vorteilhaft sind.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Weitere
Ziele und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind anhand der folgenden
Beschreibung und Ausführungsformen
mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich. Es zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht, welche die Konfiguration eines industriellen
Robotersystems entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 ein
Schaltdiagramm, welches die Konfiguration einer Steuervorrichtung
zum Steuern eines mehrarmigen Roboters des Robotersystems zeigt, wobei
das Schaltdiagramm eine elektrische Schaltung mit zentralem Fokus
auf die Steuervorrichtung zeigt;
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3 zeigt
die interne Konfiguration eines in der Steuervorrichtung eingebetteten
FPGA, insbesondere einen Teil des FPGA, der in Bezug auf den Umfang
der vorliegenden Erfindung relevant ist;
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4 zeigt
ein Zeitablaufdiagramm, welches eine Signalwellenform an jeder Komponente
während
der Durchführung
eines Bestimmungsverfahrens darstellt;
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5 zeigt
ein Flussdiagramm, welches die durch eine CPU und das FPGA durchgeführte Verarbeitung
in der Steuervorrichtung darstellt, wenn die Steuervorrichtung in
eingeschaltetem Zustand ist;
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6 ist
eine Tabelle, welche die Beziehung zwischen den Kapazitäten der
Bestimmungskondensatoren und von dem Zähler verwendeten Zählwerten
veranschaulicht; und
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7 ist
ein Schaltdiagramm, welches die Konfiguration einer herkömmlichen
Steuervorrichtung zum Steuern eines mehrarmigen Roboters zeigt,
wobei das Schaltdiagramm eingesetzt wird, um einen Unterschied zu
der Konfiguration des in 2 gezeigten Schaltdiagramms
zu zeigen.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Bezugnehmend
auf 1 bis 7 werden im folgenden eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Steuern des Antriebs einer Vielzahl von Stellgliedern entsprechend
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
findet die Steuervorrichtung in einem industriellen Robotersystem
Anwendung, wobei diese nicht immer auf ein solches Robotersystem
begrenzt ist. Ein jegliches System ist fähig, diese Steuervorrichtung
und dieses Verfahren zu verwenden, solange eine Vielzahl von Stellgliedern
individuell durch als ausbaubare Module ausgebildete Steuerschaltungen
gesteuert werden.
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1 zeigt
die Konfiguration eines industriellen Robotersystems, welches die
Steuervorrichtung und das Verfahren entsprechend der vorliegenden
Erfindung einsetzt. Das System enthält einen Hauptroboterkörper 1,
eine Steuervorrichtung 20 zum Steuern des Hauptroboterkörpers 1 und
ein mit der Steuervorrichtung 20 verbundenes Programmierhandgerät.
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Der
Hauptroboterkörper 1 ist
als Knickarmroboter konfiguriert, welcher einen Fuß 4,
eine Schulter 5, welche horizontal und drehbar auf dem
Fuß gelagert
ist, einen unteren Arm 6, welcher vertikal und drehbar
auf der Schulter 5 gelagert ist, einem oberen Arm 7,
welcher vertikal und drehbar auf dem unteren Arm 6 gelagert
ist, und ein Gelenk 8, welches vertikal und drehbar auf
den oberen Arm 7 gelagert ist, enthält. Das Gelenk 8 enthält an seinem
Ende einen drehbaren (verwindungsfähigen) Flansch 9.
Obwohl nicht gezeigt, können
Greifer zum Greifen von Werkstücken
an dem Flansch 9 befestigt werden.
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1 zeigt
schematisch ein Steuersystem des Roboters. Zum Beispiel sind ein
Stormkreisunterbrecher 12 und ein Leistungsversorgungsschalter 13 zwischen
einer handelsüblichen
einphasigen Wechselstromquelle (200 V) 10 und jeder der
Hauptleistungsversorgungsleitungen 11a und 11b in
Serie geschaltet. Der Leistungsversorgungsschalter 13 kann
ein Halbleiterschaltelement wie z.B. ein Triac, oder einen mechanischen
Schalter wie z.B. einen Relaisschalter enthalten.
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Mit
den beiden Hauptleistungsversorgungsleitungen 11a und 11b ist
ein Gleichrichtermodul 14 verbunden, welches eine Zweiweggleichrichterschaltung
und einen Glättungskondensator
(beide nicht gezeigt) enthält.
Dieses Gleichrichtermodul 14 weist einige Ausgangsanschlüsse auf,
welche auf der Plus- und Minusseite jeweils mit den Gleichstromschienen 15a und 15b verbunden
sind. Die Stromschienen 15a und 15b sind mit einer
Vielzahl von Umrichterschaltungen (d.h. Steuerschaltungen) 21 (A,
B, C, ...) zum Steuern einer Vielzahl von Antriebsmotoren (d.h.
Stellgliedern) 16 (A, B, C, ...) verbunden, von welchen
jeder an jeder Verbindung des Hauptroboterkörpers 1 angeord net
ist. Die Umrichterschaltungen 21 befinden sich in einer
Hauptschaltung der Steuervorrichtung 20.
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Jede
der Umrichterschaltungen 17 ist eine bekannte Schaltung,
welche sechs Schaltelemente 18 (wie z.B. IGBTs = Insulated
Gate Bipolar Transistor) enthält,
welche in einer Dreiphasenbrücke
verbunden sind und enthält
eine Flywheeldiode 19, welche mit jedem der Schaltelemente 18 parallel
verbunden ist. Die Steuervorrichtung 20 sendet ein Pulsbreitenmodulationssignal,
welches jedes der Schaltelemente 18 ein- und ausschaltet.
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Obwohl
nicht spezifisch gezeigt, enthalten die entsprechenden Antriebsmotoren 16 jeweils
einen Drehpositionsgeber, um Wegpositionen der Schultern 5,
jeder der Arme 6, 7 des Gelenks 8, und des
Flansches 9 zu erfassen. Die Steuervorrichtung 20 kann
die Wegpositionen der Schulter 5, jeder der Arme 6, 7,
des Gelenks 8 und des Flansches 9 basierend auf
den Erfassungssignalen des Drehpositionsgebers erfassen, um die
Komponenten während
ihrem Betrieb entsprechend eines Betriebsprogramms zu steuern bzw.
regeln.
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Überdies
ist die Steuervorrichtung mit einigen, der vorliegenden Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung inhärenten
Komponenten versehen.
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Die
Umrichferschaltung 21 (A, B, C, ...) befindet sich insbesondere
auf einer Schaltplatine, welche einen Kondensator 22 (A,
B, C, ...) mit unterschiedlichen Kapazitäten trägt. Bei jedem Bestimmungskondensator 22 ist
ein Ende mit der Schaltungsmasse, und das andere Ende mit dem Eingangsanschluss des
FPGA (d.h. Field Programmable Gate Array) 23 verbunden.
Die Umrichterschaltung 21 (A, B, C, ...) ist als Steuermodul
konfiguriert, welches von dem Gehäuse einer Steuereinheit, in
welcher die Steuervorrichtung 20 montiert ist, mechanisch
abnehmbar ist. Die Umrichterschaltung 21 ist, wenn diese
in dem Gehäuse
montiert ist, mit der verbleibenden elektrischen Schaltung elektrisch
verbunden, und bildet somit die in 2 gezeigte
elektrische Konfiguration.
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Die
Steuervorrichtung 20 ist in der Lage, die Antriebsmotoren 16 unter
Verwendung von hauptsächlich
der CPU (d.h. Steuerschaltung) 24 und des FPGA (d.h. Steuerschaltung) 23 zu
steuern. 3 zeigt die interne Konfiguration
der in dem FPGA befindlichen Komponenten, insbesondere des Abschnitts
dessen, welcher in Bezug auf das Konzept der vorliegenden Erfindung
relevant ist. Das FPGA 23 enthält Komponenten wie z.B. einen
Zähler 25,
einen Latch 26, einen Multiplexer (MPX) 27, und
ein UND-Gatter (d.h.
logisches Schaltungselement) 28. Der Multiplexer weist
jeden der Eingangsanschlüsse auf
welcher eine Verbindung über
den Eingangswiderstand 30 und einen Eingangspuffer 31 zu
einer Signalleitung 29 (A, B, C, ...) vorsieht, welcher
eine Verbindung mit dem anderen Ende des Bestimmungskondensators 22 in
jeder der Umrichterschaltungen 21 bildet.
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Der
Eingabepuffer 31 weist einen Eingang auf, welcher mit dem
Ausgangsanschluss des Ausgabepuffers 32 eine Verbindung
bildet. Der Ausgabepuffer 32 weist eine Ausgabe mit drei
Zuständen
auf, sowie weist dieser einen Eingangsanschluss auf, welcher mit
der Masse der Schaltung (d.h. Daten "0") verbunden
ist. Die Signalleitung 29 ist über einen Pull-up-Widerstand 33 mit
einer 3,3 V Steuerleistungsleitung verbunden. Zu dem Pull-up-Widerstand 33 ist
eine Diode 34 parallel verbunden. Der Multiplexer 27 weist
einen Ausgangsanschluss auf, welcher mit einem der Eingangsanschlüsse des
UND-Gatters 28 verbunden ist. Das UND-Gatter 28 weist
den anderen Eingangsanschluss auf, welcher ein Freigabesignal (d.h.
auf Englisch high active) für
den Zähler 25 empfängt. Das
UND-Gatter 28 sendet ein Ausgabesignal, welches an den
Datensignalspeicher 26 als Latchsignal bereitgestellt wird.
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Bezugnehmend
auf die 4 bis 6 werden
der Betrieb und die Vorteile dieser Ausführungsform im folgenden beschrieben.
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5 zeigt
ein Flussdiagramm, welches die Verarbeitung eines Tests darstellt,
welcher von der CPU 24 zusammen mit dem FPGA 23 durchgeführt wird,
wenn die Steuervorrichtung 20 eingeschaltet ist. Der Test
wird durchgeführt,
um eine fehlerhafte Verbindung der Umrichterschaltungen (d.h. Steuermodule) 21 mit
der Steuervorrichtung 20 auszuschließen. 4 zeigt
ein Zeitablaufdiagramm, welches die Signalwellenform an jeder Komponente
der Umrichterschaltungen 21 während dem Test darstellt. Der
Test enthält
eine Verarbeitung zum Bestimmen der Typen der Steuermodule.
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Die
CPU 24 liest zuerst verschiedene Steuerparameter ein, welche
in einem nicht gezeigten nicht-volatilem Speicher (Schritt S1) gespeichert sind.
Die Parameter enthalten die technischen Daten des Hauptroboterkörpers 1,
welche unter Verwendung des Programmierhandgeräts 3 eingegeben werden.
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Die
CPU 24 gibt anschließend
ein Steuersignal an das FPGA 23 aus, um die Ladung (d.h.
Entladung) des Bestimmungskondensators 22 (Schritt S2) zurückzusetzen.
Falls insbesondere der Ausgabepuffer 32 gesperrt ist, wird
der Bestimmungskondensator 22 über den Endwiderstand 33 auf
3,3 V aufgeladen (siehe 4(a) und (b),
Zeitpunkt (1)). Falls der Ausgabepuffer 32 freigegeben
ist, wird die Signalleitung 29 in einen Low-Zustand gesetzt,
um die Ladung des Bestimmungskondensators 22 zu entladen
(siehe 4(a) und (b), Zeitpunkt (2)).
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Die
CPU 24 bestimmt anschließend, ob das Bestimmen der
Typen der Umrichterschaltungen 21 (d.h. für sämtliche
Antriebswellen des Hauptroboterkörpers 1)
abgeschlossen worden ist (Schritt S3) oder nicht. Falls nicht ("NEIN"), sperrt die CPU
den mit der Signalleitung 29 verbundenen Ausgabepuffer des
Steuermoduls, welcher zu diesem Zeitpunkt bestimmt werden soll,
und aktiviert gleichzeitig das Freigabesignal für den Zähler 25 (Schritt S4,
siehe 4(a) und (c), Zeitpunkt (3)).
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Der
Bestimmungskondensator 22 wird anschließend aufgeladen, um dessen
Anschlussspannung zu erhöhen
(siehe 4(b)). Zeitgleich fängt der
Zähler
mit Beginn des Ladevorgangs an zu zählen (Schritt S5). Wenn das
Ladungspotential des Bestimmungskondensators 22 2,0 V (vorbestimmtes Potential)
des Schwellniveaus (Vth) des UND-Gatters 28 erreicht, wird
der Ausgangsanschluss des UND-Gatters 28 in einen High-Levelzustand
gesetzt (siehe 4(d), Zeitpunkt (4)).
Der Haltespeicher (Latch) 26 hält somit die Zähldaten
des Zählers 25 an dem
in 4 gezeigten Zeitpunkt (4) (Schritt S6 "JA"). Die CPU 24 liest
anschließend
die Ausgabedaten von dem Latch 26 in das FPGA 23 ein,
und bestimmt, ob die Lesedaten mit der Nennleistung des Antriebsmotors 16 des
Hauptroboterkörpers 1,
welcher durch das Steuermodul (Schritt S7) gesteuert werden soll, übereinstimmen.
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6 zeigt
ein Beispiel der Kapazitätseinstellung
des Bestimmungskondensators 22 gegenüber der Zählung des Zählers 25. Der Bestimmungskondensator 22 kann
sechs Kapazitäts-Levels
von "SS" von 120 pF bis "LLL" von 2200 μF einstellen. Diese
entsprechen den Typen der Steuermodule, welche mit der Höhe der Nennleistung
des Antriebsmotors 16 variieren. Auch falls der Bestimmungskondensator 22 nicht
verbaut ist, kann das FPGA 23 eine Eingangskapazität (Streukapazität und andere)
von etwa 20 pF aufweisen, so daß "nicht verbaut" als ein Einstellungs-Level
verwendet werden kann.
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Die
Steuerleistungsversorgungsspannung von 3,3 V ist ein Standardwert.
Die tatsächlichen Spannungswerte
können
in einem Bereich von etwa 0,3 V zwischen den Minimal- und Maximalspannungen
variieren. In Bezug auf den Bestimmungskondensator 22 können die
eigentlichen Produkte eine Kapazität innerhalb ± 5 % oder ± 10 %
oder ähnlich aufweisen,
und diese Genauigkeitsabweichungen können daher die Ladezeit des
vorbestimmten Potentials sowie die Zählung variieren. Die Ladezeit kann
im Allgemeinen von einigen 10 Nanosekunden bis ungefähr 10 Sekunden
im Rahmen des gesamten Bereichs von der Minimal- bis zur Maximalkapazitätseinstellung
des Bestimmungskondensators 22 variieren.
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Der
Zähler 25 mit
16 Bit zählt
bei einer Taktfrequenz von 40 MHz. Die Zählung ist entsprechend "0" bis "5" für "nicht verbaut", "6" bis "27" für "FS", "33" bis "155" für "S", und "159" bis "754" für "M" oder dergleichen. Die CPU 24 kann
somit den Typ des Steuermoduls (Umrichterschaltung) entsprechend
einem jeglichen Zählbereich
bestimmen, zu welchem die Zählung
des Zählers 25 zuzuordnen
ist. Nochmals bezugnehmend auf 5 bestimmt
die CPU 24 bei Schritt 7 den Typ einer gegebenen
Umrichterschaltung 21, wie oben beschrieben, basierend
auf der aus dem Latch 26 (Schritt S7) ausgele senen Zählung, und
bestimmt anschließend,
ob der bestimmte Typ von Umrichterschaltung der Nennleistung des Antriebsmotors 16 des
Hauptroboterkörpers 1,
welcher durch das gegebene Steuermodul gesteuert werden soll (Schritt
S8), entspricht. Falls dies der Fall ist (d.h. "JA"),
kehrt die Verarbeitung zu Schritt S3 zurück, bei welchem der Multiplexer 27 eine
andere Signalleitung 29 auswählt und eine Bestimmung bezüglich des
nächsten
Steuermoduls gemacht wird.
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Falls
eine fehlerhaft zugeordnete Kombination des Steuermodultyps und
der Antriebsmotornennleistung bei Schritt 7 (d.h. "NEIN") vorliegt, führt die CPU 24 eine
Benachrichtigung des Benutzers durch eine Benachrichtigungsvorrichtung,
wie z.B. durch Ton bzw. obwohl nicht gezeigt, ein auf dem Hauptkörper der
Steuervorrichtung 20 befindlichen Summer, oder durch Aktivieren
einer Warnlampe (eine Zuordnungsfehlerausgabe, Schritt S9) durch.
Das Verfahren wird dann abgebrochen. Zu diesem Zeitpunkt bricht
die Steuervorrichtung 20 insbesondere die Steuerung des
Hauptroboterkörpers 1 ab.
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Falls
indessen das Bestimmungsergebnis bei Schritt S3 JA ist, d.h. die
Bestimmung für
sämtliche
der Umrichterschaltungen 21 abgeschlossen worden ist, zeigt
die CPU 24 auf einer nicht gezeigten Anzeigevorrichtung,
dass die Bestimmung abgeschlossen worden ist, bevor die Verarbeitung
auf andere notwendige Verarbeitungsschritte übergeht.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
wirken die CPU und das FPGA zusammen, um einen wesentlichen Teil
der Ladeeinheit, der Messeinheit, der Modultypbestimmungseinheit,
der Gegenmaßnahmeneinheit
und der Meldeeinheit der vorliegenden Erfindung zu bilden.
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7 zeigt
die Konfiguration einer von einem herkömmlichen Robotersystem verwendeten Steuervorrichtung,
im Vergleich zu der Steuervorrichtung entsprechend der vorliegenden
Ausführungsform.
Wie in 7 gezeigt, ist eine Steuervorrichtung 20 anstatt
der vorhergehenden Steuervorrichtung 20 vorgesehen. Die
Steuervorrichtung 2 weist, abgesehen davon, dass die Kondensatoren 22 (A,
B, ...), das FPGA 23 und die CPU 24, welche in
der vorliegenden Ausführungsform
(in 2) eingesetzt werden entfernt worden sind, um
Umrichterschaltungen 17 (A, B, ...) ohne Kondensatoren
vorzusehen, eine identische Konfiguration und einen identischen
Betrieb im Vergleich zu dem in der vorhergehenden Ausführungsform
beschriebenen Steuervorrichtung auf. Die Anordnung der Kondensatoren 22 (A,
B, ...), des FPGA 23, und der CPU 24 ist daher
ein unterscheidendes Merkmal der vorliegenden Erfindung und ermöglicht es,
dass die Steuerschaltungen (Steuermodule) in der Steuervorrichtung
angeordnet werden können
und mit dem Motor verbunden werden können, wenn das Robotersystem
nach der Herstellung installiert wird.
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Wie
oben beschrieben, ist in dieser Ausführungsform ein Bestimmungskondensator 22 mit
unterschiedlichen Kapazitäten
auf jeder Schaltplatine angeordnet, welche mit einer Vielzahl von
Umrichterschaltungen 21 bestückt ist und es der CPU 24 der Steuervorrichtung 20 erlaubt,
jeden der Bestimmungskondensatoren 22 durch das FPGA 23 aufzuladen
und die Zeit zu messen, welche erforderlich ist, damit das Ladungspotential
ein vorbestimmtes Potential erreicht, um die Typen der Vielzahl
von Steuermodulen, d.h. der Umrichterschaltungen 21 zu
bestimmen. Der Kapazitätsunterschied
zwischen den Bestimmungskondensatoren 22 kann somit helfen, den
Typ jedes der Steuermodule zu bestimmen. Das Ladungspotential des
Bestimmungskondensators 22 kann durch sequentielles Auswählen jeder
der Signalleitungen 29, welche auf jedem Steuermodul vorgesehen
sind, festgestellt werden. Diese Ausführungsform benötigt daher
keine weiteren Signalleitungen 29 auf jedem der Steuermodule
für mehr
Typen von Steuermodulen.
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Da
das FPGA 23 das UND-Gatter 28 verwendet, um zu
bestimmen, ob das Ladungspotential des Bestimmungskondensators 22 ein
vorbestimmtes Potential erreicht oder nicht, kann sehr leicht bestimmt
werden, ob das Ladungspotential ein vorbestimmtes Potential erreicht.
Da das UND-Gatter 28 ein TTL (d.h. Transistor-Transistorlogik)
Bauteil ist, kann das FPGA 23 das Potential schneller als
mit einer CMOS-Logik
bestimmen.
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Die
CPU 24 bestimmt, ob das Steuermodul für jeden Antriebsmotor 16 der
Nennleistung jedem der Antriebsmotoren 16 entspricht oder
nicht, und falls es zu einer Fehlzuordnungskombination kommt, beendet
die CPU 24 die Steuerung des Antriebsmotors 16,
so dass verhindert werden kann, dass die Umrichterschaltung 21 überlastet
wird. Falls es zu einer Fehlzuordnungskombination kommt, führt die CPU 24 zusätzlich eine
Meldung durch eine Meldevorrichtung an den Benutzer durch, so dass
der Benutzer schnell tätig
werden kann, um die Steuerung neu zu starten, wie z.B. durch Austauschen
des Steuermoduls.
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Da
die vorliegende Erfindung auf die Antreibssteuervorrichtung 20 zum
Steuern des Hauptroboterkörpers 1 des
Knickarmroboters angewendet wird, ist es möglich schnell zu bestimmen,
ob das Steuermodul zu dem Hauptroboterkörper 1 passt und die
Anzahl der Antriebssteuermotoren 16 zum Steuern jede der
Verbindungen aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die hierin beschriebenen und
in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen beschränkt, und
verschiedene andere Änderungen
sowie Erweiterungen können
wie folgt gemacht werden.
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Die
Meldung durch die Meldevorrichtung kann, falls notwendig, durchgeführt werden.
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Anstatt
den Antriebsmotor 16 anzuhalten, wenn die Zuordnung ungeeignet
ist, kann die CPU 24, falls die Steuervorrichtung 20 weitere
Steuermodule enthält,
automatisch eine Verbindung mit einem Steuermodul auswählen, welches
geeigneterweise zu dem Antriebsmotor 16 passt und anschließend beginnen,
den Antriebsmotor 16 zu steuern.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf das FPGA 23 begrenzt,
sondern es können
auch andere Vorrichtungen wie z.B. ein Gatearray und eine diskrete
Vorrichtung verwendet werden, um die gleiche Schaltung auszubilden.
In Bezug auf die Schaltung, wel che das Ladungspotential bestimmt,
kann das UND-Gatter 28 durch ein CMOS-Logik-UND-Gatter oder einen
Komparator ersetzt werden.
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Das
in der Umrichterschaltung 21 enthaltene Schaltelement ist
nicht auf ein IGBT begrenzt, sondern kann ein Leistungstransistor
oder ein Leistungs-MOSFET sein.
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Das
Stellglied ist nicht auf den Antriebsmotor 16 beschränkt, sondern
kann in jeder Form ausgebildet sein, welche geeignet ist, das angetriebene
Objekt entsprechend dem elektrischen Signal zu bewegen.
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Der
kommerzielle Wechselstromgenerator kann selbstverständlich drei
Phasen und eine Spannung von 100 V aufweisen.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die Anwendung auf das Robotersteuergerät begrenzt, sondern
kann auf jegliche Steuervorrichtung, welche eine Vielzahl von Steuerschaltungen
zum Steuern einer Vielzahl von Stellgliedern enthält, angewendet werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden,
ohne von dem gedanklichen Kern oder den wesentlichen Charakteristiken
ihrer abzuweichen. Die vorliegenden Ausführungsformen sollten deshalb
in jeder Hinsicht als darstellend und nicht restriktiv aufgefasst
werden, wobei der Umfang der vorliegenden Erfindung durch die beigefügten Ansprüche eher
als durch die vorhergehende Beschreibung gekennzeichnet ist und
sämtliche Änderungen,
welche innerhalb der Bedeutung und des Bereichs der Äquivalenz
der Ansprüche
fallen, werden deshalb in ihnen aufgenommen.