DE102012104194B4

DE102012104194B4 - Roboter und Punktschweissroboter mit lernender Steuerungsfunktion

Info

Publication number: DE102012104194B4
Application number: DE102012104194.6A
Authority: DE
Inventors: Kiyonori Inaba; Masakazu Ichinose
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2015-10-15
Anticipated expiration: 2032-05-15
Also published as: US8886359B2; CN102785046B; CN102785046A; DE102012104194A1; US20120296471A1

Abstract

Roboter (100), umfassend eine Robotermechanismuseinheit (1), die einen Sensor (10) in einem Teil aufweist, dessen Position geregelt wird, und eine Steuereinheit (2), die den Betrieb der Robotermechanismuseinheit (1) kontrolliert, wobei die Steuereinheit (2) umfasst: eine Normal-Steuereinheit (4), die den Betrieb der Robotermechanismuseinheit (1) kontrolliert; eine Lern-Steuereinheit (3), die, wenn die Robotermechanismuseinheit (1) mit einem Geschwindigkeitsbefehl betrieben wird, der durch Multiplizieren einer Lehrgeschwindigkeit, die in einem Aufgabenprogramm bezeichnet ist, mit einem Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis gegeben ist, aus einem von dem Sensor (10) erfassten Ergebnis eine Lernkorrekturgröße, die eine Trajektorie oder Position eines Steuerungsziels der Robotermechanismuseinheit (1) an eine Zieltrajektorie oder Zielposition annähert, die der Normal-Steuereinheit (4) zugewiesen ist, oder eine Lernkorrekturgröße, die die Schwingungen des Steuerungsziels reduziert, die bei Betätigung der Robotermechanismuseinheit (1) erzeugt werden, berechnet; und eine Lehr-Steuereinheit (50), die eine Position oder Geschwindigkeit in dem Aufgabenprogramm lehrt oder korrigiert, und die Prozeduren so ausführt, dass sich die Steuerungszielposition der Robotermechanismuseinheit (1) auf einer festliegenden Trajektorie bewegt, und zwar unabhängig vom Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis, wobei die Normal-Steuereinheit (4) die Robotermechanismuseinheit (1) mit einem Positionsbefehl betreibt, der auf der Lehrposition beruht, die in dem Aufgabenprogramm eingestellt ist, auf der Lernkorrekturgröße, die die Lern-Steuereinheit (3) berechnet, und auf dem Geschwindigkeitsbefehl, der gegeben ist durch das Multiplizieren der in dem Aufgabenprogramm eingestellten Lehrgeschwindigkeit mit dem Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis, das beim Berechnen der Lernkorrekturgröße verwendet wird, und die nach dem Berechnen der Lernkorrekturgröße durch die Lern-Steuereinheit (3), wenn die Lehr-Steuereinheit (50) die Position eines Lehrpunkts korrigiert, falls eine Entfernung zwischen der Position des Lehrpunkts nach der Positionskorrektur und der Position des Lehrpunkts vor der Positionskorrektur größergleich einer vorbestimmten Entfernung ist, die Bewegung zum Lehrpunkt mit der Lehrgeschwindigkeit kontrollieren kann, und falls die Entfernung kleiner ist als der vorbestimmte Grenzwert, die Bewegung zum Lehrpunkt mit dem Geschwindigkeitsbefehl kontrolliert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Roboter und einen Punktschweißroboter mit lernender Steuerungsfunktion. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Roboter und einen Punktschweißroboter, der die Bearbeitungsgeschwindigkeit mit Hilfe eines Sensors verändert, der an einem Arm angebracht ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In einem Roboter werden die Position und Geschwindigkeit eines von einem Servomotor (im Weiteren auch als ”Motor” bezeichnet) anzutreibenden Teils geregelt. Folglich werden in der Regel eine Positions-Rückführregelung, eine Drehzahl-Rückführregelung und zudem eine Strom-Rückführregelung vorgenommen. Diese Regelvorgänge werden ausgeführt, bis die Position und Geschwindigkeit des angetriebenen Teils mit der Zielposition und der Zielgeschwindigkeit übereinstimmen.
Auch dann, wenn eine Positions-Rückführregelung, eine Drehzahl-Rückführregelung und zudem eine Strom-Rückführregelung vorgenommen werden, können Trajektorienfehler und Positionsschwingungskomponenten erzeugt werden, wenn der Roboter mit hoher Geschwindigkeit betrieben wird. Zudem unterscheiden sich im Hochgeschwindigkeitsbetrieb die dynamischen Eigenschaften des Motors und die dynamischen Eigenschaften des Arms. Folglich ist es nicht möglich, den Trajektorienfehler und die Positionsschwingungskomponente des Arms direkt mit Hilfe eines Motorgebers zu messen, der in der Nähe des Armantriebsmotors vorhanden ist. Man muss also einen Sensor direkt am Arm befestigen, um den Trajektorienfehler und die Positionsschwingungskomponente zu messen. Es ist bekannt, dass eine lernende Steuerung vorgenommen wird, wenn als Sensor ein Beschleunigungssensor verwendet wird (siehe Patentdokument 1).
1 zeigt eine Skizze eines Roboters, der ein lernendes Steuerungsfilter aufweist, damit er eine lernende Steuerung ausführt. Ein Roboter 1000 ist aufgebaut aus einer Robotermechanismuseinheit 1 und einer Steuereinheit 2, die die Robotermechanismuseinheit 1 steuert. Die Steuereinheit 2 enthält eine Lern-Steuereinheit 3, die die lernende Steuerung für den Roboter ausführt, und eine Normal-Steuereinheit 4, die die Robotermechanismuseinheit 1 direkt ansteuert.
In der Robotermechanismuseinheit 1 befinden sich ein Beschleunigungssensor 10, ein Arm 11, ein vorderer Endabschnitt 12 (im Weiteren als ”Pistole” bezeichnet) und ein Motor (nicht dargestellt). Die in der Steuereinheit 2 enthaltene Normal-Steuereinheit 4 steuert den Arm 11 an und bewegt den vorderen Endabschnitt 12 des Arms in eine gewünschte Position, indem sie Signale in den Motor der Robotermechanismuseinheit 1 eingibt, und sie führt Aufgaben aus, beispielsweise Schweißen. Der Beschleunigungssensor 10 ist in den vorderen Endabschnitt 12 des Arms eingebaut und kann daher räumliche Positionsdaten (y_j(k)) des vorderen Endabschnitts 12 des Arms erfassen. Die vom Beschleunigungssensor 10 erhaltenen Positionsdaten (y_j(k)) werden in die Lern-Steuereinheit 3 eingegeben und für die lernende Steuerung verwendet. Das Symbol ”j” von ”y_j(k)” bezeichnet die Anzahl der Versuche, das Symbol (k) von ”y_j(k)” bezeichnet die Zeit, und das Symbol ”Ns” in der Verzögerungsschaltung 361 in 1 bezeichnet die Anzahl der Abtastvorgänge in jedem Versuch. ”y_d(k)” bezeichnet die Positionssolldaten, und ”y_j(k)” bezeichnet die Größe, die in einem vorhergehenden Versuch geregelt wurde. ”e_j(k)” bezeichnet die Zielkorrekturgröße, die über ein Filter aus y_d(k) und y_j(k) berechnet wird. ”u_j(k)” bezeichnet die Lernkorrekturgröße in einem vorhergehenden Versuch.
In der Normal-Steuereinheit 4 befinden sich eine Positionsregeleinheit 41, eine Drehzahlregeleinheit 42, eine Stromregeleinheit 43, ein Verstärker 44 und eine Differenziervorrichtung 45. Die Positionsregeleinheit 41 empfängt Positionssolldaten (y_d(k)), die von außen in die Steuereinheit 2 eingegeben werden. Die Positionsregeleinheit 41 empfängt zudem Positionsinformation beispielsweise über die Motorposition der Robotermechanismuseinheit 1 und gibt die gewünschte Positionsinformation für den vorderen Endabschnitt 12 des Arms der Robotermechanismuseinheit 1 in die Drehzahlregeleinheit 42 ein. Die Differenziervorrichtung 45 empfängt die Motorpositionsinformation, die von der Robotermechanismuseinheit 1 zurückgeführt wird, berechnet die Motordrehzahl und gibt diese Motordrehzahl an die Drehzahlregeleinheit 42 aus.
Die Drehzahlregeleinheit 42 berechnet die gewünschte Motordrehzahl unter Einbeziehung der Positionsinformation von der Positionsregeleinheit 41 und der Motordrehzahlinformation von der Differenziervorrichtung 45 und gibt diese gewünschte Motordrehzahl an die Stromregeleinheit 43 aus. Die Stromregeleinheit 43 empfängt den Stromwert, den der Verstärker 44 zurückführt. Ferner berechnet die Stromregeleinheit 43 den Strom, der in den Motor fließen muss, damit man die gewünschte Motordrehzahl erhält, die von der Drehzahlregeleinheit 42 eingegeben wird, und sie gibt den sich ergebenden Strom in den Verstärker 44 ein. Der Verstärker 44 berechnet die gewünschte Leistung aus dem Stromwert von der Stromregeleinheit 43 und gibt sie in den Motor (nicht dargestellt) der Robotermechanismuseinheit 1 ein.
In der Lern-Steuereinheit 3 befinden sich ein erster Speicher 31, ein Lern-Steuerfilter L(q) 32, ein Tiefpassfilter Q(q) 33, ein zweiter Speicher 34, eine Verzögerungsschaltung 361 und ein dritter Speicher 362. Der erste Speicher 31 empfängt die Zielkorrekturgröße e_j(k), die aus den Positionssolldaten (y_d(k)) für den vorderen Armendabschnitt 12 und den Positionsdaten (y_j(k)) berechnet wird, die der Beschleunigungssensor 10 misst, über ein Filter. Der erste Speicher 31 speichert die als Eingabe erhaltene Zielkorrekturgröße e_j(k) und gibt die Zielkorrekturgröße e_j(k) an das Lern-Steuerfilter L(q) 32. Die Zielkorrekturgröße e_j(k) entspricht den Trajektorien/Schwingungsfehlern bezüglich der gewünschten Position des vorderen Armendabschnitts 12.
Durch Ausführen des im Lern-Steuerfilter L(q) 32 gespeicherten Aufgabenprogramms berechnet das Lern-Steuerfilter L(q) 32 eine Lernkorrekturgröße u_j+1(k) aus der Zielkorrekturgröße e_j(k) und u_j(k), und es gibt diese Lernkorrekturgröße u_j+1(k) an das Tiefpassfilter Q(q) 33 aus. Die in das Tiefpassfilter Q(q) 33 eingegebene Lernkorrekturgröße u_j+1(k) wird an den zweiten Speicher 34 ausgegeben und im zweiten Speicher 34 abgelegt. Die Lernkorrekturgröße u_j+1(k) wird zu Positionsfehlerdaten addiert, die in der Positionsregeleinheit 41 der Normal-Steuereinheit 4 berechnet werden.
Ausgehend von den korrigierten Positionsfehlerdaten wird die Robotermechanismuseinheit 1 gesteuert, und die lernende Steuerung wird wiederholt. In der lernenden Steuerung wird diese Folge von Prozeduren wiederholt ausgeführt, damit der Positionsfehler gegen ”0” konvergiert. Nach dem Ende des Vorgangs zum Berechnen der Lernkorrekturgröße durch die lernende Steuerung, d. h nach dem Beenden des Lernvorgangs, wird die Schleife zum Aktualisieren der Lernkorrekturgröße, die in 1 durch punktierte Linien dargestellt ist, nicht mehr ausgeführt. Statt dessen wird die Lernkorrekturgröße u_j+1(k) vom zweiten Speicher 34 an die Positionsregeleinheit 41 ausgegeben. Es werden nun die durchgezogenen und die punktierten Linienteile in 1 erklärt, die Signalflüsse darstellen. Die durchgezogenen Linienteile stellen Abschnitte dar, die die Normal-Steuereinheit 4 zum Betreiben der Robotermechanismuseinheit 1 implementiert. Die punktierten Linienteile stellen Abschnitte dar, die die Lern-Steuereinheit 3 im Lernbetrieb implementiert. Die punktierten Linienteile stellen Abschnitte dar, die implementiert werden, nachdem der Betrieb der Robotermechanismuseinheit 1 durch die Normal-Steuereinheit 4 beendet ist.
Als Beispiel für die Roboteranwendung wurde ein Roboter zum Punktschweißen genannt (siehe beispielsweise die Patentdokumente 2 und 3). Es ist auch ein Beispiel eines Roboters offenbart, bei dem ein Sichtsensor die Position eines Objekts erfasst und der Roboter eine Punktschweißung vornimmt (siehe beispielsweise Patentdokument 4).
Patentdokument 1: Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldung Nr. JP 2006-172 149 A
Patentdokument 2: Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldung Nr. JP 2007-268 590 A
Patentdokument 3: Patentdokument 3: Japanische Patentanmeldung Nr. JP 2007-007 666 A
Patentdokument 4: Patentdokument 4: Japanische Patentanmeldung Nr. JP 2005-138 223 A
Die US 2007/0213873 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Korrektur von Lehrpositionen eines Roboters wobei der Roboter nacheinander zu jeder der Lehrpositionen bewegt wird und jeweils eine derzeitige Position ausgelesen wird. Die Vorrichtung berechnet einen Positionskorrekturbetrag und eine korrigierte Position der Lehrpunkte vor der Korrektur basierend auf dem Positionskorrekturbetrag und bewegt den Roboter auf die korrigierte Position der Lehrpunkte vor der Korrektur.
Herkömmliche lernende Steuerungen konzentrieren sich hauptsächlich auf Verbesserungen der Trajektorien/Schwingungsfehler unter bestimmten Bedingungen. Bei herkömmlichen lernenden Steuerungen tritt jedoch das Problem auf, dass der Anwendungsbereich beschränkt ist und die Anwendbarkeit nicht gut durchdacht ist.
Die als Beispiel für die lernende Steuerung beschriebene herkömmliche Vorgehensweise mit Hilfe eines Sensors ist ein Beispiel für eine Werkzeugmaschine und unterstellt daher den Einsatz eines Beschleunigungssensors als Sensor. Wird ein Beschleunigungssensor an einem Roboter montiert, so kann man zwar die Trajektorien/Positionsfehler in orthogonalen Koordinaten entnehmen. Es besteht jedoch nach wie vor die Schwierigkeit, dass es unter diesen Umständen nicht möglich ist, die Trajektorien/Positionsfehler auf jeder Achse direkt aus den Sensordaten zu berechnen.
Bei der beschriebenen herkömmlichen Vorgehensweise wird zudem ein normales Hochpassfilter zum Entnehmen der Trajektorien/Schwingungsfehler aus dem Beschleunigungssensor verwendet. Bei Werkzeugmaschinen liegt das Frequenzband für Rückführregelungen zwischen einigen zehn Hz und einigen hundert Hz. D. h., die Rückführregelung erbringt in diesem Frequenzband sehr gute Leistungen. Folglich tritt auch dann kein ernsthaftes Problem auf, wenn die lernende Steuerung Daten mit mehr als 10 Hz nicht verwenden kann, und Versätze stellen keine Schwierigkeit dar. Dagegen liegt bei Industrierobotern das Frequenzband für Rückführregelungen normalerweise im Bereich einiger Hz, und höhere Frequenzbänder werden durch Steuerungen behandelt. Dadurch unterliegt die Leistung dem Modellfehler, und dieser Teil wird durch lernende Steuerungen korrigiert. Wird beispielsweise ein Hochpassfilter von 1 Hz dazu verwendet, den Versatz der Beschleunigungssensordaten zu entfernen, so dreht sich die Phase der Trajektorien/Schwingungsfehler bis zu ungefähr 10 Hz. Folglich werden die Trajektorien/Schwingungsfehlerdaten von zu entfernenden Frequenzbändern ebenfalls verarbeitet. Dies führt zu der Schwierigkeit, dass die Leistung der lernenden Steuerung beeinträchtigt wird.
Zudem gibt es zwei schwierige Probleme beim Einstellen eines lernendes Steuerungsfilters. Ein Problem ist die Konvergenzbedingung. Die Konvergenzbedingung bezieht sich auf die Garantie, dass wiederholtes Lernen stets zur Konvergenz führt. Ist dies nicht sichergestellt, so führt sämtliches Lernen nur zu Divergenzen, und der Betrieb nimmt schließlich Schaden. Das zweite Problem ist die Bedingung der monotonen Abnahme. Diese Bedingung garantiert, dass die Trajektorien/Schwingungsfehler bei jedem ausgeführten Lernvorgang abnehmen. Ist dies nicht sichergestellt, so kann es sein, dass eine Konvergenz erst erreicht wird, nachdem die Trajektorien/Schwingungsfehler beträchtlich von der Richtung der Konvergenz abweichen. Damit ist es möglich, dass die Trajektorie beträchtlich abweicht und dass während des Lernvorgangs Schwingungen entstehen, die Schäden an Peripheriegeräten hervorrufen. In den meisten Arbeitsgebieten werden die Einstellungen zum Erfüllen dieser beiden Bedingungen in der Tat hauptsächlich durch Versuch und Irrtum vorgenommen. Unter der Voraussetzung dass sich Robotersysteme abhängig von der Aufstellung verändern muss auch die Robustheit einbezogen werden. Die lernenden Steuerungsfilter sind zu kompliziert geworden, um diese Faktoren einzubeziehen, und sie sind daher äußerst schwierig zu implementieren. Zudem sind die Berechnungen im Entwurfsgang zu kompliziert. Folglich werden in der Realität für Industrieroboter keine Steuerungen verwendet, die diese Bedingungen erfüllen. Es gibt Beispiele für den Einsatz in Werkzeugmaschinen; die Einstellungen erfolgen in der Praxis aber für jede Anwendung experimentell. Derzeit sind Industrieroboter mit einer Lernfunktion zum Entwerfen von Parametern und Erhöhen der Geschwindigkeit, die diese Probleme lösen, noch nicht verfügbar.
Zudem nehmen die herkömmlichen allgemeinen Punktschweißroboter, die in Patentdokument 2 und 3 offenbart sind, das Punktschweißen einfach dadurch vor, dass sie vorab gespeicherte Vorgänge ausführen. Dies hat das Problem zur Folge, dass optimale Roboteroperationen durch Trajektorienfehler und Schwingungskomponenten verhindert werden, die bei sehr schnellen Roboteroperationen erzeugt werden. Patentdokument 4 offenbart ein Beispiel, bei dem ein Objekt durch einen Sichtsensor erfasst wird und der Betrieb eines Roboters korrigiert wird. In diesem Beispiel ist es nicht möglich, die Operation eines Roboters selbst zu optimieren, der sich zu einem Objekt bewegt. Dadurch werden wie beschrieben Trajektorienfehler und Schwingungskomponenten erzeugt, und diese werden zu Faktoren, die die Geschwindigkeit der Roboteroperationen verlangsamen.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Roboter und einen Punktschweißroboter mit lernenden Steuerungsfunktionen bereitzustellen, die in einer Punktschweißanwendung, in der die Produktivität von Roboteroperationen abhängt, die Position eines Teils erfassen, dessen Position geregelt wird, und die Regelung so ausführen, dass man näher an einer Zieloperation liegt.
Es ist auch eine Aufgabe der Erfindung, einen Roboter und einen Punktschweißroboter bereitzustellen, die es ermöglichen, die Produktivität zu erhöhen und die Kosten zu senken, indem die Geschwindigkeit der Roboterverarbeitung erhöht wird.
Es ist zudem eine Aufgabe der Erfindung, einen Roboter und einen Punktschweißroboter bereitzustellen, die die Systemkosten verringern können, indem sie die Anzahl der Roboter verkleinern, die zum Ausführen von Aufgaben nötig sind, und die den Platzbedarf der Fertigungsstraße verringern sowie die Anzahl der auszuführenden Schritte.
Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung, einen Roboter und einen Punktschweißroboter bereitzustellen, die das Versatzproblem bei Beschleunigungssensoren lösen können, ohne dass eine schlechtere Leistung zu befürchten ist.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, einen Roboter und einen Punktschweißroboter bereitzustellen, die während des Lernens automatisch die Arbeitsgeschwindigkeit erhöhen können.
Es ist auch eine Aufgabe der Erfindung, einen Roboter und einen Punktschweißroboter bereitzustellen, die die Schwingungen bei Punktschweißrobotern verringern können und einen schnellen Betrieb verwirklichen können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt einen Roboter mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie einen Punkschweßrobotor mit den Merkmalen von Anspruch 14 bereit. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Offenbart ist ferner ein Roboter mit einer Robotermechanismuseinheit, die einen Sensor in einem Teil aufweist, dessen Position geregelt wird, und einer Steuereinheit, die den Betrieb der Robotermechanismuseinheit kontrolliert, wobei die Steuereinheit eine Normal-Steuereinheit umfasst, die den Betrieb der Robotermechanismuseinheit kontrolliert, und eine Lern-Steuereinheit, die, wenn die Robotermechanismuseinheit mit einem Geschwindigkeitsbefehl betrieben wird, der durch Multiplizieren einer Lehrgeschwindigkeit, die in einem Aufgabenprogramm bezeichnet ist, mit einem Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis gegeben ist, aus einem von einem Sensor erfassten Ergebnis eine Lernkorrekturgröße berechnet, die eine Trajektorie oder Position eines Steuerungsziels der Robotermechanismuseinheit an eine Zieltrajektorie oder Zielposition annähert, die der Normal-Steuereinheit zugewiesen ist, oder die die Schwingungen des Steuerungsziels reduziert, die bei Betätigung der Robotermechanismuseinheit erzeugt werden, und die Prozeduren so ausführt, dass sich die Steuerungszielposition der Robotermechanismuseinheit auf einer festliegenden Trajektorie bewegt, und zwar unabhängig vom Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis.
Offenbart ist ferner, dass die Lern-Steuereinheit bevorzugt die Lernkorrekturgröße berechnet, wobei sie das Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis mehrmals verändert, bis ein vorbestimmtes maximales Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis erreicht ist.
Offenbart ist ferner, dass die Lern-Steuereinheit das maximale Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis berechnen kann, und zwar abhängig von den Daten, die erfasst werden, wenn die Robotermechanismuseinheit betrieben wird, von der maximalen Geschwindigkeit und der maximalen Beschleunigung, die in der Robotermechanismuseinheit tolerierbar sind, oder von der Lebensdauer eines Verzögerers.
Offenbart ist ferner, dass man das vorbestimmte Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis in der Steuereinheit von außen einstellen kann.
Offenbart ist ferner, dass eine Vorgehensweise zum Entwerfen eines Lern-Steuerungsfilters mit Hilfe einer H-unendlich-Norm vorgeschlagen wird, die das Konzept der Frequenzantwort enthält. Hierdurch wird ein Filterentwurf möglich, der Konvergenz und monotone Abnahme garantiert, und zwar mit Hilfe der Frequenzantwort eines Roboters durch eine systematische Vorgehensweise und nicht durch Experimente. Hinsichtlich der Beständigkeit gegen veränderte Aufstellungen wird eine systematische Berechnung möglich, indem Unsicherheiten in die H-unendlich-Norm aufgenommen werden. Diese systematische Vorgehensweise verringert diese Filterentwurfsprobleme auf ein Minimierungsproblem eines Entscheidungswert-Vorzeichenmatrixproblems.
Offenbart ist ferner, dass die Steuereinheit zudem eine Lehr-Steuereinheit enthalten kann, die eine Position oder Geschwindigkeit in dem Aufgabenprogramm lehrt oder korrigiert, und die Normal-Steuereinheit kann die Robotermechanismuseinheit mit einem Positionsbefehl betreiben, der auf der Lehrposition beruht, die in dem Aufgabenprogramm eingestellt ist, auf einer Lernkorrekturgröße, die die Lern-Steuereinheit berechnet, und auf einem Geschwindigkeitsbefehl, der gegeben ist durch das Multiplizieren der in dem Aufgabenprogramm eingestellten Lehrgeschwindigkeit mit einem Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis beim Berechnen der Lernkorrekturgröße, und die nach dem Berechnen der Lernkorrekturgröße durch die Lern-Steuereinheit, wenn die Lehr-Steuereinheit die Position eine Lehrpunkts korrigiert, falls eine Entfernung zwischen der Position des Lehrpunkts nach der Positionskorrektur und der Position des Lehrpunkts vor der Positionskorrektur größergleich einer vorbestimmten Entfernung ist, die Bewegung zum Lehrpunkt mit der Lehrgeschwindigkeit kontrollieren kann, und falls die Entfernung kleiner ist als der vorbestimmte Grenzwert, die Bewegung zum Lehrpunkt mit dem Geschwindigkeitsbefehl kontrollieren kann.
Offenbart ist ferner, dass die Normal-Steuereinheit nach dem Berechnen der Lernkorrekturgröße durch die Lern-Steuereinheit und wenn die Position des Lehrpunkts von der Lehr-Steuereinheit korrigiert ist und falls die Entfernung zwischen der Position des Lehrpunkts nach der Positionskorrektur und der Position des Lehrpunkts vor der Positionskorrektur größergleich der vorbestimmten Entfernung ist, die Bewegung zum Lehrpunkt oder die Bewegung vom Lehrpunkt zu einem folgenden Lehrpunkt mit der Lehrgeschwindigkeit kontrollieren kann, und falls die Entfernung kleiner ist als der vorbestimmte Grenzwert, die Bewegung zum Lehrpunkt oder die Bewegung vom Lehrpunkt zu dem folgenden Lehrpunkt mit dem Geschwindigkeitsbefehl kontrollieren.
Offenbart ist ferner, dass die Normal-Steuereinheit nach dem Berechnen der Lernkorrekturgröße durch die Lern-Steuereinheit und wenn der Geschwindigkeitsbefehl von der Lehr-Steuereinheit korrigiert ist und falls die Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl nach der Korrektur und dem Geschwindigkeitsbefehl vor der Korrektur größergleich einer vorbestimmten Rate oder einem vorbestimmten Wert ist, die Bewegung zum Lehrpunkt mit der Lehrgeschwindigkeit kontrollieren kann, und falls die Differenz kleiner ist als die vorbestimmte Rate oder der vorbestimmte Wert, die Bewegung zum Lehrpunkt mit dem Geschwindigkeitsbefehl kontrollieren.
Offenbart ist ferner, dass die Lern-Steuereinheit ein Filter zum Berechnen von Trajektorien/Schwingungsfehlern der Robotermechanismuseinheit aus den Daten enthält, die der Sensor erfasst.
Offenbart ist ferner, dass die Lern-Steuereinheit bevorzugt eine Position auf jeder Achse berechnet, die Trajektorien/Schwingungsfehler enthält, durch das Rücktransformieren der Daten, die der Sensor erfasst, auf drei Grundachsen.
Offenbart ist ferner, dass die Lern-Steuereinheit die Robotermechanismuseinheit eine vorbestimmte Operation ausführen lassen kann, und sie eine Position und Neigung des Sensors berechnet.
Offenbart ist ferner, dass die Lern-Steuereinheit bevorzugt zudem eine Speichereinheit zum Speichern der Lernkorrekturgröße enthält.
Offenbart ist ferner, dass der Sensor entweder ein Sichtsensor, ein Beschleunigungssensor, ein Gyroskopsensor, ein Trägheitssensor, ein optischer Sensor oder ein Verformungsaufnehmer sein kann.
Offenbart ist ferner, dass der Sensor bevorzugt ein Montagemittel besitzt, das an der Robotermechanismuseinheit befestigt bzw. davon gelöst werden kann, und besonders bevorzugt besitzt der Sensor einen Magneten als Montagemittel.
Offenbart ist ferner ein Punktschweißroboter, der enthält:
eine Robotermechanismuseinheit, die ein Steuerzielteil hat, dessen Position geregelt wird, und einen Sensor, der an dem Steuerzielteil befestigt ist;
eine Normal-Steuereinheit, die Positionssolldaten erfasst, die sich auf eine Zieltrajektorie oder eine Zielposition des Steuerzielteils beziehen, und die abhängig von Positionsfehlerdaten, die mit Hilfe der Positionssolldaten berechnet werden, die Robotermechanismuseinheit mit einer vorbestimmten Arbeitsgeschwindigkeit gemäß einem Aufgabenprogramm betreibt; und
eine Lern-Steuereinheit, die eine Trajektorie oder Position des Steuerzielteils aus einem Erfassungsergebnis des Sensors berechnet, und die mit Hilfe der lernenden Steuerung eine Lernkorrekturgröße berechnet, die dem Korrigieren eines Trajektorienfehlers zwischen der Trajektorie und der Zieltrajektorie oder eines Positionsfehlers zwischen der Position und der Zielposition dient, oder dem Verringern einer Schwingung des Steuerzielteils, die entsteht, wenn die Robotermechanismuseinheit betrieben wird, und die Normal-Steuereinheit korrigiert die Positionsfehlerdaten mit Hilfe der Lernkorrekturgröße, und die Lern-Steuereinheit berechnet im Zug der Lernkorrekturgrößenberechnung eine maximale Arbeitsgeschwindigkeit, die in der Robotermechanismuseinheit eingestellt werden kann, und sie berechnet die Lernkorrekturgröße, wobei die Arbeitsgeschwindigkeit auf einmal oder in mehreren Schritten erhöht wird, bis sie die maximale Arbeitsgeschwindigkeit erreicht.
Offenbart ist ferner, dass die Normal-Steuereinheit eine Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit erfassen kann, die ein Zielwert der Arbeitsgeschwindigkeit der Robotermechanismuseinheit ist, und die Lern-Steuereinheit kann die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit und die maximale Arbeitsgeschwindigkeit vergleichen, und wenn die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit geringer ist als die maximale Arbeitsgeschwindigkeit, die Lernkorrekturgröße berechnen, wobei die Arbeitsgeschwindigkeit auf einmal oder in mehreren Schritten erhöht wird, bis sie die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit erreicht.
Offenbart ist ferner, dass die Lern-Steuereinheit bevorzugt die maximale Arbeitsgeschwindigkeit abhängig von einer maximalen Geschwindigkeit und einer maximalen Beschleunigung berechnet, die in der Robotermechanismuseinheit toleriert werden kann.
Offenbart ist ferner, dass ein Punktschweißroboter mit:
einer Robotermechanismuseinheit, die ein Steuerzielteil hat, dessen Position geregelt wird, und einen Sensor, der an dem Steuerzielteil befestigt ist;
einer Normal-Steuereinheit, die Positionssolldaten erfasst, die sich auf eine Zieltrajektorie oder eine Zielposition des Steuerzielteils beziehen, und die abhängig von Positionsfehlerdaten, die mit Hilfe der Positionssolldaten berechnet werden, die Robotermechanismuseinheit mit einer vorbestimmten Arbeitsgeschwindigkeit gemäß einem Aufgabenprogramm betreibt; und
einer Lern-Steuereinheit, die eine Trajektorie oder Position des Steuerzielteils aus einem Erfassungsergebnis des Sensors berechnet, und die mit Hilfe der lernenden Steuerung eine Lernkorrekturgröße berechnet, die dem Korrigieren eines Trajektorienfehlers zwischen der Trajektorie und der Zieltrajektorie oder eines Positionsfehlers zwischen der Position und der Zielposition dient, oder dem Verringern einer Schwingung des Steuerzielteils, die entsteht, wenn die Robotermechanismuseinheit betrieben wird, wobei die Normal-Steuereinheit die Positionsfehlerdaten mit Hilfe der Lernkorrekturgröße korrigiert,
und die Lern-Steuereinheit eine Prozedur ausführt, in der die Lernkorrekturgröße berechnet wird und der Trajektorienfehler oder der Positionsfehler oder die Schwingung verglichen wird, und zwar mit dem jeweiligen Grenzwert, der vorab eingestellt wird, und sie die Prozedur wiederholt, wobei die Arbeitsgeschwindigkeit erhöht wird, bis der Trajektorienfehler oder der Positionsfehler oder die Schwingung den jeweiligen Grenzwert überschreitet.
Offenbart ist ferner, dass die Normal-Steuereinheit eine Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit erfassen kann, die ein Zielwert der Arbeitsgeschwindigkeit der Robotermechanismuseinheit ist, und die Lern-Steuereinheit kann die Arbeitsgeschwindigkeit auf einmal oder in mehreren Schritten erhöhen, bis sie die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit erreicht, und bei jeder Erhöhung eine Prozedur ausführen, in der eine Lernkorrekturgröße berechnet und der Trajektorienfehler oder der Positionsfehler oder die Schwingung verglichen wird, und zwar mit dem jeweiligen Grenzwert, der vorab eingestellt wird, und sie wiederholt die Prozedur, solange der Trajektorienfehler oder der Positionsfehler oder die Schwingung unter dem jeweiligen Grenzwert bleibt oder bis die Arbeitsgeschwindigkeit die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit erreicht.
Offenbart ist ferner, dass die Normal-Steuereinheit Daten auf jeder Achse berechnen kann, indem sie Daten transformiert, die aus dem Erfassungsergebnis des Sensors berechnet werden und die den Trajektorienfehler, den Positionsfehler oder eine Schwingungskomponente des Steuerzielteils enthalten, und zwar in Positionskoordinaten für jede Achse der Robotermechanismuseinheit.
AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Ein Roboter gemäß einem Aspekt der Erfindung führt Prozeduren aus, damit sich die Steuerzielposition einer Robotermechanismuseinheit auf einer festen Trajektorie bewegt, und zwar unabhängig von einem Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis. Hierdurch wird eine Trajektoriendrift durch Ändern des Geschwindigkeitsveränderungsverhältnisses vermieden. Damit ist es möglich, die Genauigkeit und Sicherheit des Betriebs der Robotermechanismuseinheit zu verbessern.
Zudem berechnet bei einem Roboter gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung eine Lern-Steuereinheit das maximale Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis, das im Lernbetriebszustand eingestellt werden kann, und sie berechnet eine Lernkorrekturgröße, wobei das Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis in mehreren Schritten verändert wird, bis das maximale Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis erreicht ist. Dadurch kann man die Arbeitsgeschwindigkeit während des Lernens tatsächlich erhöhen.
Es ist auch vorteilhaft, dass die Systemkosten gesenkt werden können, indem die Anzahl der Roboter verringert wird, die zum Ausführen von Aufgaben erforderlich sind, der Platzbedarf der Fertigungsstraße kleiner wird sowie die Anzahl der auszuführenden Schritte abnimmt. Zudem kann die Anzahl der zu wartenden Roboter verringert werden. Dies unterstützt eine Reduzierung der Wartungskosten.
Zudem kann ein Roboter gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung das Versatzproblem bei Beschleunigungssensoren lösen, indem ein Nullphasenfilter eingeführt wird, ohne dass eine verringerte Leistung droht.
In einem Roboter gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung berechnet eine Lern-Steuereinheit die maximale Arbeitsgeschwindigkeit, die im Lernbetriebsstatus eingestellt werden kann, und sie berechnet eine Lernkorrekturgröße, wobei die Arbeitsgeschwindigkeit auf einmal oder in mehreren Schritten erhöht wird, bis die maximale Arbeitsgeschwindigkeit erreicht ist. Hierdurch kann automatisch die Arbeitsgeschwindigkeit während des Lernens erhöht werden.
Ein Punktschweißroboter gemäß einem Aspekt der Erfindung besitzt Lernsteuerfunktionen zum Erfassen der Position eines Teils, dessen Position kontrolliert wird, mit einem Sensor, und damit das Teil so kontrolliert wird, dass es sich der Zieloperation besser annähert. Hierdurch kann man die Schwingungen des Punktschweißroboters verringern und einen schnellen Betrieb verwirklichen.
Bei einem Punktschweißroboter gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann man die Arbeitsgeschwindigkeit des Roboters erhöhen und die Arbeitskapazität des Roboters durch einen schnellen und schwingungsfreien Betrieb erhöhen. Beim Punktschweißen kann man eine erhöhte Produktivität erzielen, indem man die Geschwindigkeit des Roboterbetriebs erhöht. Bei einem Punktschweißsystem mit der gleichen Zykluszeit wird der gleiche Umfang an Punktschweißungen mit weniger Punktschweißrobotern ermöglicht. Dadurch kann man die Systemkosten senken.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die genannten Merkmale und Vorteile der Erfindung und weitere Merkmale und Vorteile gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen hervor.
Es zeigt:
1 eine Skizze des Aufbaus eines herkömmlichen Roboters;
2 eine Skizze des Aufbaus eines Roboters der ersten Ausführungsform;
3A und 3B Skizzen des Aufbaus einer Robotermechanismuseinheit und eines Sensors im Roboter der ersten Ausführungsform;
4 eine Planskizze des Aufbaus der Robotermechanismuseinheit im Roboter der ersten Ausführungsform;
5 eine Skizze der Position eines Sensors in einem Weltkoordinatensystem;
6 ein Flussdiagramm zum Erklären der Schritte, in denen die Arbeitsgeschwindigkeit der Robotermechanismuseinheit erhöht wird, die den Roboter der ersten Ausführungsform bildet;
7A und 7B Skizzen zum Erklären des Betriebs entlang einer festen Trajektorie;
8 ein Flussdiagramm, das die Schritte zum Auffinden eines maximalen Geschwindigkeitsveränderungsverhältnisses abhängig von der Lebensdauer eines Verzögerers darstellt;
9A und 9B Skizzen zum Erklären der Auswirkung eines Nullphasen-Hochpassfilters;
10 eine Skizze zum Erklären der Datenverarbeitungsschritte in einem Nullphasen-Hochpassfilter;
11 eine Skizze des Aufbaus eines Roboters der zweiten Ausführungsform;
12 ein Flussdiagramm zum Erklären der Arbeitsschritte des Roboters der zweiten Ausführungsform;
13 ein Flussdiagramm zum Erklären der Arbeitsschritte des Roboters der zweiten Ausführungsform;
14 eine perspektivische Ansicht einer Robotermechanismuseinheit in einem Punktschweißroboter einer dritten Ausführungsform;
15 eine Skizze des Aufbaus des Punktschweißroboters der dritten Ausführungsform;
16 ein Flussdiagramm zum Erklären der Arbeitsschritte der Robotermechanismuseinheit, die den Punktschweißroboter der dritten Ausführungsform bildet;
17 ein Flussdiagramm zum Erklären der Arbeitsschritte der Robotermechanismuseinheit, die den Punktschweißroboter der vierten Ausführungsform bildet;
18 ein Flussdiagramm zum Erklären der Arbeitsschritte der Robotermechanismuseinheit, die den Punktschweißroboter der fünften Ausführungsform bildet;
19 ein Flussdiagramm zum Erklären der Arbeitsschritte der Robotermechanismuseinheit, die den Punktschweißroboter der sechsten Ausführungsform bildet; und
20 eine Skizze, die ein Beispiel eines Sichtsensors als Beispiel für einen Sensor darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Der Roboter und der Punktschweißroboter der Erfindung werden im Weiteren anhand der beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. Man beachte jedoch, dass der technische Bereich dieser Erfindung nicht auf die unten beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt ist, sondern die in den beigefügten Ansprüchen beschriebene Erfindung und gleichwertige Ausführungen abdeckt.
Erste Ausführungsform
2 zeigt eine Skizze eines Roboters 100 der ersten Ausführungsform. Der Roboter 100 ist mit einer Robotermechanismuseinheit 1 und einer Steuereinheit 2 versehen, die die Robotermechanismuseinheit 1 steuert. Die Steuereinheit 2 besitzt eine Lern-Steuereinheit, die eine lernende Steuerung für den Roboter 100 ausführt, und eine Normal-Steuereinheit 4, die den Betrieb der Robotermechanismuseinheit 1 steuert, indem sie die Robotermechanismuseinheit 1 direkt ansteuert.
Die Lern-Steuereinheit 3 betreibt die Robotermechanismuseinheit mit einem Geschwindigkeitsbefehl, der durch Multiplizieren der in einem Aufgabenprogramm bezeichneten Lehrgeschwindigkeit mit einem Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis gegeben ist. Anhand eines Erfassungsergebnisses eines Beschleunigungssensors 10 führt die Lern-Steuereinheit 3 einen Lernvorgang zum Berechnen einer Lernkorrekturgröße u_j+1(k) aus, damit die Trajektorie oder Position des Steuerziels der Robotermechanismuseinheit 1 näher an der Zieltrajektorie oder der Zielposition liegt, die der Normal-Steuereinheit 4 zugewiesen ist. Andernfalls führt die Lern-Steuereinheit 3 einen Lernvorgang zum Berechnen einer Lernkorrekturgröße u_j+1(k) aus, damit die Schwingung des Steuerziels verringert wird, die entsteht, wenn die Robotermechanismuseinheit betrieben wird. Der Roboter 100 der ersten Ausführungsform besitzt das Merkmal, dass die Normal-Steuereinheit 4 Prozeduren ausführt, damit sich die Steuerzielposition der Robotermechanismuseinheit 1 entlang einer festen Trajektorie bewegt, und zwar unabhängig vom Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis. Der weitere Aufbau neben der Lern-Steuereinheit 3 unterscheidet sich nicht vom Aufbau des herkömmlichen Roboters in 1 und wird daher nicht nochmals ausführlich erklärt. Die Lern-Steuereinheit 3 umfasst einen ersten Speicher 31, einen Positionstransformierer 35, ein Hochpassfilter 36, einen Rücktransformierer IK 37, einen Hintransformierer FK 38, ein Lern-Steuerfilter L(q) 32, ein Tiefpassfilter Q(q) 33, einen zweiten Speicher 34, eine Verzögerungsschaltung 361, einen dritten Speicher 362 und einen vierten Speicher 39.
3 zeigt eine Skizze des Aufbaus der Robotermechanismuseinheit 1 des Roboters 100. 3A zeigt den Gesamtaufbau der Robotermechanismuseinheit 1. 3B zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Pistole 12, an der ein Beschleunigungssensor 10 befestigt ist. Die Robotermechanismuseinheit 1 ist ein bekannter Robotermanipulator. Hinsichtlich des Mechanismus der Robotermechanismuseinheit gibt es keine besonderen Einschränkungen, solange die Pistole 12 die Positionen und Lagen erreichen kann, in denen die Pistole 12 Aufgaben ausführt. Der Beschleunigungssensor 10 wird als Sensor verwendet, der die Position der Robotermechanismuseinheit 1 erfasst sowie die Trajektorien/Schwingungsfehler, die auftreten können, wenn die Robotermechanismuseinheit 1 für eine Pause abgebremst wird. Der Beschleunigungssensor 10 ist in der vorderen Endposition der Pistole 12 angebracht, die der Teil der Robotermechanismuseinheit ist, dessen Position geregelt wird. Man kann als Beschleunigungssensor 10 einen dreiachsigen Beschleunigungssensor verwenden. Der Beschleunigungssensor 10 hat ein Befestigungsmittel, das einen Magneten enthält, und kann an der Robotermechanismuseinheit 1 befestigt bzw. von ihr entfernt werden, d. h. der Beschleunigungssensor ist abnehmbar. Das Gehäuse des Beschleunigungssensors 10 kann mit einem Magneten ausgebildet sein.
Anhand von 4 wird nun das Kalibrieren des Beschleunigungssensors 10 beschrieben, der an der Robotermechanismuseinheit 1 des Roboters in 3 befestigt ist.
Nach der Montage des Beschleunigungssensors 10 an der Robotermechanismuseinheit 1 wird die Robotermechanismuseinheit 1 veranlasst, vorbestimmte Operationen auszuführen, und es erfolgt eine Kalibrierung zum Berechnen der Position und Neigung des Beschleunigungssensors 10. Zum Kalibrieren ist es erforderlich, die Daten aus dem Werkzeug-Koordinatensystem in ein Welt-Koordinatensystem zu transformieren. Dies wird in den folgenden Schritten vorgenommen.
Zuerst wird die Neigung des Beschleunigungssensors 10 spezifiziert. Die Operation, siehe 5, erfolgt in x-Achsen-Richtung aus einem gegebenen Punkt P₀ (nicht dargestellt) in einem Welt-Koordinatensystem, und es werden Beschleunigungsdaten beim Durchlaufen eines gegebenen Punkts P₁ (nicht dargestellt) erfasst. Nun seien die Beschleunigungsdaten im stationären Zustand am Punkt P₀ als a₀ bezeichnet, und die Beschleunigungsdaten am Punkt P₁ im Betriebsstatus seien als a₁ bezeichnet. Nun kann man die Beschleunigung a_xγ ausschließlich der Gravitationsbeschleunigung (stationäre Beschleunigung) darstellen als a_nγ = a₁ – a₀. Durch Normieren erhält man die folgende Definition.
Nun erfolgt die Operation in y-Achsen-Richtung vom Punkt P₀, und es werden Beschleunigungsdaten a₂ beim Durchlaufen eines gegebenen Punkts P₂ (nicht dargestellt) erfasst. Nun kann man in der Verarbeitung die Beschleunigung a_yγ ausschließlich der Gravitationsbeschleunigung darstellen als a_yγ = a₂ – a₁. Durch Normieren erhält man die folgende Definition.
Ein Vektor, der orthogonal zu den beiden obigen Vektoren ist, ist durch a_zγ = a_x × a_y gegeben und kann wie folgt ausgedrückt werden.
Damit kann man die Matrix R_t, die die Lage aus dem Werkzeug-Koordinatensystem in das Welt-Koordinatensystem transformiert, wie folgt angegeben werden. R_t = ⌊a_xa_ya_z⌋
Nun wird durch Betätigen von J5 und J6 die Position des Beschleunigungssensors 10 spezifiziert. Zuerst, siehe 4, wird J5 um Δθ₁ gedreht. Durch das Multiplizieren der zugehörigen Beschleunigungsdaten, die im Koordinatensystem des Beschleunigungssensors 10 gemessen werden, mit der Matrix R_t, und das Transformieren der Beschleunigungsdaten in das Welt-Koordinatensystem (ϕ .._1x, ϕ .._1y, ϕ .._1z) kann man den Sensorversatz Δϕ₁ wie folgt ausdrücken.
Die Größe des Versatzes Δx in X-Achsen-Richtung im Welt-Koordinatensystem zu diesem Zeitpunkt wird durch Δx = Δϕ₁/Δθ₁ beschrieben.
Nun, siehe 5, wird J6 um Δθ₂ gedreht. Durch das Multiplizieren der zugehörigen Beschleunigungsdaten, die im Koordinatensystem des Beschleunigungssensors gemessen werden, mit der Matrix R_t, und das Transformieren der Beschleunigungsdaten in das Welt-Koordinatensystem (ϕ .._2x, ϕ .._2y, ϕ .._2z) kann man den Sensorversatz Δϕ₂ wie folgt ausdrücken.
γ = Δϕ₂/Δθ₂ ist gegeben, und die Größe des Versatzes Δy in Y-Achsen-Richtung im Welt-Koordinatensystem wird zu Δy = γcosθ₂ berechnet. Die Größe des Versatzes Δz in Z-Achsen-Richtung im Welt-Koordinatensystem wird zu Δz = γsinθ₂ berechnet.
Wie beschrieben kann man durch das Transformieren von Daten aus dem Werkzeug-Koordinatensystem in das Welt-Koordinatensystem die Position und Neigung des Beschleunigungssensors 10 aus den Ausgabedaten des Beschleunigungssensors 10 berechnen und die Kalibrierung durchführen.
Nun wird der Entwurf des Lern-Steuerfilters 32 erklärt. Zuerst wird die Frequenzantwort bis zu einer Position gemessen, die abhängig vom Beschleunigungssensor 10 geschätzt wird, und zwar aus der Eingabe der Lernkorrekturgröße u_j+1(k) für jede Achse. Der Block der Lern-Steuereinheit 3 ist in 2 dargestellt.
Nun wird mit Hilfe des Ergebnisses der Frequenzantwort eine lineare Matrizenungleichung gelöst. Eine lineare Matrizenungleichung ist ein Problem, bei dem x so berechnet werden muss, dass es c^Tx(c ∊ R^m) unter den folgenden einschränkenden Bedingungen minimiert.
(x ∊ R^m, F_i = F * / i ∊ R^n×n, m, i ∊ Z) wobei F_i eine positiv semidefinite Matrix ist.
Es sei nun davon ausgegangen, dass das Lern-Steuerungsfilter beschrieben wird durch
wobei gilt: N₀ ∊ Z.
Unter der Voraussetzung
wobei gilt:
werden nun die Bedingungen, die die Stabilität und monotone Abnahme des Lern-Steuerungsfilters garantieren, wie folgt im Frequenzbereich ausgedrückt. ||Q(z)(I – L(z)P(z))||_∞ = γ < 1 (2)
In dieser Gleichung bezeichnet Q(z) ein Tiefpassfilter mit dem Lernband als Grenzfrequenz, L(z) bezeichnet das Lern-Steuerungsfilter und P(z) ist die Übertragungsfunktion vom Eingang der Lernkorrekturgröße zum Steuerziel. L(z) ist die Bezeichnung des Lern-Steuerungsfilters im Frequenzbereich. L(q) ist die Bezeichnung des Lern-Steuerungsfilters im Zeitbereich. Die Leistung des Lern-Steuerungsfilters ist umso größer je kleiner der Wert von γ ist. Das Lern-Steuerungsfilter-Optimierproblem ist ein Problem, bei dem das Lernfilter L(z) so zu berechnen ist, dass man ein minimales γ erhält, wenn das Frequenzband für die lernende Steuerung zugewiesen wird. Man kann diese Gleichung wie folgt umschreiben:
Unter der Voraussetzung, dass gilt
erhält man
L_k kann man mit Hilfe der Linearität von α_k,j und V_j ausdrücken, wobei V_j die gleiche Dimension hat wie L_k und außer für das Element (j, i) stets den Wert null hat. Sei beispielsweise N_y = 2 und N_u = 2.
Es gilt auch
wobei
Schließlich wird diese Gleichung umgeschrieben zu
Betrachtet man den ersten und den zweiten Term dieser Gleichung als Σ m / i=1x_iF_i, und den dritten Term als F₀, so gilt
und die obige Gleichung lautet Σ m / i=1x_iF_i + F₀.
Dies ist äquivalent zu der einschränkenden Bedingung der linearen Matrizenungleichung (1). Damit führt das Minimierungsproblem auf das Minimieren von c^Tx, d. h. γ². Dies kann man als ein Lern-Steuerungsfilter-Optimierproblem integrieren. Dies bedeutet, dass man durch ein Minimierungsproblem bei einer linearen Ungleichung einer Entscheidungswert-Vorzeichenmatrix die Lösung systematisch finden kann. Somit ist die hinreichende Bedingung für Stabilität und monotone Abnahme durch c^Tx ≤ 1 gegeben. Durch das Messen von P(e^jΩi) im Experiment und Vorgeben des Lernbandfilters Q(z) kann man das lernende Filter L(z) 32 automatisch ermitteln.
Zudem wird nun die Robustheit des Lern-Steuerungsfilters betrachtet. Ein Roboter kann seine Systemeigenschaften abhängig von der Lage beträchtlich ändern.
Es sei nun davon ausgegangen, dass eine gegebene Lage als Referenzlage festgelegt ist und dass P_n(z) das Lernsystem für die Referenzlage ist. Nun wird eine beliebige Lage P_m(z) beschrieben durch P_m(z) = P_n(z) + ΔP_m(z), wobei ΔP_m(z) die Veränderungsgröße des Lernsystems aus der Referenzlage ist. In diesem Fall werden die einschränkenden Bedingungen für das gegebene Lernbandfilter Q(z) wie folgt ausgedrückt.
Betrachtet man
so wird die hinreichende Bedingung für die Stabilität und monotone Abnahme erfüllt, wenn die folgende Bedingung für ein beliebiges ganzzahliges m erfüllt ist. C^Tx_m ≤ 1
Folgt man den obigen Schritten, so kann man durch Messen von P(e^jΩi) im Experiment für m Lagen das Lern-Steuerungsfilter wie im vorhergehenden Fall automatisch bestimmen.
Es werden nun die Datenverarbeitungsschritte in der Lern-Steuereinheit erklärt.
Eine Rückführung, siehe 2, ist in drei Schleifen vorhanden, nämlich der Positionsregelung, der Drehzahlregelung und der Stromregelung. Die lernende Steuerung bildet eine Schleife außerhalb der Positionsregelschleife. Mit durchgezogenen Linien bezeichnete Teile bilden während des Lernbetriebsstatus eine wirksame Schleife. Nach dem Ende des Lernbetriebs wird die mit punktierten Linien bezeichnete Schleife wirksam. a_j bezeichnet Daten, die vom Beschleunigungssensor 10 erhalten werden, und der Positionstransformierer 35 transformiert die Beschleunigungsdaten a_j in Positionsdaten. Während des Lernens werden die Daten über die Schwingungen, die auftreten, wenn der Robotermechanismuseinheit 1 eine Pause macht, und die der Beschleunigungssensor 10 erfasst, im ersten Speicher 31 abgelegt. Die Lernkorrekturgröße u_j+1(k) wird aus dem zweiten Speicher 34 ausgegeben.
Nach Abschluss der Operation schätzt der Positionstransformierer 35 die Trajektorien/Schwingungsfehler der orthogonalen Koordinaten. Mit Hilfe des Hochpassfilters 36, bei dem es sich um ein Nullphasen-Hochpassfilter handelt, wird der Trajektorien/Schwingungsfehler Δr, aus dem der Versatz entfernt ist, entnommen. Dieser Trajektorien/Schwingungsfehler wird zu den Positionsdaten r des Beschleunigungssensors 10 addiert, die aus den Motorpositions-Rückführungsdaten (RF) mit FK 38 geschätzt werden. Durch diese Maßnahme wird die Sensorposition des Beschleunigungssensors 10 in dem orthogonalen Koordinatensystem geschätzt, das die Dynamik des Arms enthält.
Nun werden durch das Rücktransformieren der Sensorposition, die aus den erfassten Daten des Beschleunigungssensors 10 geschätzt wurde, auf die drei Basisachsen die Position einer jeden Achse einschließlich der Armdynamik, d. h. der Positionsschwingungskomponenten, berechnet. Von dieser Position auf jeder Achse, die die Armdynamik enthält, wird die Position einer jeden Achse, die die Armdynamik nicht enthält, d. h. die Motorposition, subtrahiert, um die Zielkorrekturgröße auf jeder Achse zu erhalten. In der folgenden Gleichung bezeichnet Ψ_j die Zielkorrekturgröße auf jeder Achse für den j-ten Versuch, IK bezeichnet die Rücktransformation und θ_mj bezeichnet die Motorposition auf jeder Achse im j-ten Versuch. Ψ_j = IK^–1(r + Δr) – θ_mj
Durch die Eingabe dieser Zielkorrekturgröße für jede Achse in das Lern-Steuerungsfilter wird die Korrekturgröße u_j+1(k) für den nächsten Versuch berechnet. Durch das Lern-Steuerfilter L(q) 32 wird die Lernkorrekturgröße u_j für den vorhergehenden Versuch aus dem dritten Speicher 362 addiert, und die Lernkorrekturgröße u_j+1 für den folgenden Versuch wird durch das Tiefpassfilter Q(q) 33 berechnet.
Wie beschrieben kann man durch die Datenverarbeitungsschritte in der Lern-Steuereinheit 3 die Lernkorrekturgröße u_j+1 bestimmen.
Nun werden die Schritte zum Erhöhen der Arbeitsgeschwindigkeit der Robotermechanismuseinheit 1 in der lernenden Steuerung anhand von 6 erklärt.
6 zeigt ein Flussdiagramm zum Erklären der Schritte zum Erhöhen der Arbeitsgeschwindigkeit der Robotermechanismuseinheit. Zum Erhöhen der Arbeitsgeschwindigkeit der Robotermechanismuseinheit 1 berechnet die Lern-Steuereinheit 3 das maximale Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis (im Weiteren auch als ”maximale Geschwindigkeitskorrektur” bezeichnet), das eingestellt werden kann, während der Lernvorgang fortschreitet, und sie führt einen Lernvorgang zum Berechnen einer Lernkorrekturgröße u_j+1(k) aus, wobei das Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis mehrmals geändert wird, bis ein vorbestimmtes maximales Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis erreicht wird. Während der Programmausführung dient die durch Multiplizieren der Lehrgeschwindigkeit mit dem Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis erhaltene Geschwindigkeit als Betriebsgeschwindigkeit. Die Vorgehensweise zum Verarbeiten des Geschwindigkeitsveränderungsverhältnisses gleicht der Vorgehensweise zum Verarbeiten der Geschwindigkeitskorrektur.
Zuerst setzt die Lern-Steuereinheit 3 im Schritt S101 das maximale Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis fest, das während des fortschreitenden Lernvorgangs eingestellt werden kann. Die Lern-Steuereinheit 3 berechnet das maximale Geschwindigkeitsveranderungsverhältnis abhängig von Daten, die erfasst werden, wenn die Robotermechanismuseinheit betätigt wird, der maximalen Geschwindigkeit und der maximalen Beschleunigung, die in der Robotermechanismuseinheit tolerierbar ist, oder der gewünschten Lebensdauer des Verzögerers. Zuerst wird die Robotermechanismuseinheit ein Mal betrieben. Aus den Daten des ersten Versuchs werden das maximale Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis, das aus der maximalen Beschleunigung bestimmt wird, die für jede Achse erlernt werden kann, dem maximalen Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis, das aus der maximalen Geschwindigkeit ermittelt wird, und dem maximalen Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis, das aus der Lebensdauer des Verzögerers bestimmt wird, berechnet.
Zuerst wird das maximale Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis, das für jeden Achsenmotor erlernt werden kann, unter dem Gesichtspunkt der maximalen Beschleunigung berechnet. Die Bewegungsgleichung des Roboters wird wie folgt definiert. τ = M(Θ)Θ .. + V(Θ, Θ .) + G(Θ) (dabei ist Θ die Position des Arms und Θ die Geschwindigkeit)
M(Θ) ist eine Matrix mit dem Trägheitsterm, V(Θ, Θ .) ist ein Vektor des Geschwindigkeitsterms, und G(Θ) ist ein Vektor des Schwerkraftterms. Eine Situation, in der ein großes Drehmoment verwendet wird, ist hauptsächlich die Beschleunigung oder Verzögerung. Geht man davon aus, dass der Drehmomentzuwachs aufgrund der Zunahme der Geschwindigkeitskorrektur hauptsächlich durch M(Θ)Θ .. verursacht wird, so wird ein ungefährer Wert der maximalen Geschwindigkeitskorrektur ovr_max_1,i unter dem Gesichtspunkt von Beschleunigung und Verzögerung berechnet.
Unter der Annahme, dass das maximale Drehmoment für den ersten Versuch τ_max,i ist, dass die maximale Drehmomenttoleranz des Motors τ_p,i ist, und dass das verwendete Drehmoment M(Θ)Θ .. für die Beschleunigung bzw. Verzögerung τ_a,i ist, erhält man die folgende Gleichung. τ_a,i = τ_max,i – (V(Θ, Θ .) + G(Θ))_i
Falls das maximale Geschwindigkeitsverhältnis ohne tatsächlichen Betrieb ermittelt wird (beispielsweise offline), kann man im ersten Versuch einen maximalen Drehmomentbefehl anstelle des maximalen Drehmoments verwenden.
Unter Beachtung dass ovr_max_1,i proportional zum Quadrat von τ_a,i ist erhält man in diesem Fall die folgende Beziehung.
wobei der Index i die i-te Achse bezeichnet.
In der beschriebenen Weise erhält man die maximale Korrektur ovr_max_1,i unter dem Gesichtspunkt der maximalen Beschleunigung.
Es wird nun die maximale Geschwindigkeitskorrektur ovr_max_2,i unter dem Gesichtspunkt der maximalen Geschwindigkeit berechnet. Sei die maximale Geschwindigkeit für den ersten Versuch mit ω_v,i bezeichnet und die maximale Geschwindigkeitstoleranz des Motors mit ω_p,i, so erhält man
Falls das maximale Geschwindigkeitsverhältnis ohne tatsächlichen Betrieb ermittelt wird (beispielsweise offline), kann man im ersten Versuch einen maximalen Geschwindigkeitsbefehl anstelle der maximalen Geschwindigkeit verwenden.
In der beschriebenen Weise erhält man das maximale Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis ovr_max_2,i unter dem Gesichtspunkt der maximalen Geschwindigkeit.
Nun wird unter dem Blickwinkel der Lebensdauer des Verzögerers das maximale Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis ovr_max_3,i berechnet. Unter der Annahme dass die geschätzte Lebensdauer des Verzögerers L_h (in Stunden) beträgt, kann man L_h durch die folgende Gleichung ausdrücken. In dieser Ausführungsform wird das maximale Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis ovr_max_3,j mit Hilfe der folgenden Gleichung ermittelt.
Dabei bezeichnet K die Nenn-Lebensdauer (in Stunden), ω_t die Nenndrehzahl (in Upm), ω_av die mittlere Drehzahl (in Upm), τ_t das Nenndrehmoment (in Nm) und τ_av das mittlere Drehmoment (in Nm). Der Koeffizient 10/3 ist ein Koeffizient, der von der Art des Verzögerers abhängt. Die mittlere Drehzahl ω_av ist wie folgt definiert.
Dabei bezeichnet ω_j(t) die Motorachsendrehzahl, j eine natürliche Zahl und Δt die Abtastzeit. Das mittlere Drehmoment τ_av wird durch die folgende Gleichung beschrieben.
Falls das maximale Geschwindigkeitsverhältnis ohne tatsächlichen Betrieb ermittelt wird (beispielsweise offline), kann man im ersten Versuch einen maximalen Geschwindigkeitsbefehl anstelle der maximalen Geschwindigkeit verwenden.
Nun wird das Verfahren zum Berechnen des maximalen Geschwindigkeitsveränderungsverhältnisses ovr_max_3,i beschrieben. Im erstmaligen Vorgang wird das Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis wie folgt eingestellt. ovr = ovr_ini (wobei gilt: ovr_ini = 100)
Die Motorachsendrehzahl ist definiert als ω_int,j(jΔt). Die geschätzte Lebensdauer des Verzögerers wird dann durch die folgende Gleichung beschrieben.
Falls das maximale Geschwindigkeitsverhältnis ohne tatsächlichen Betrieb ermittelt wird (beispielsweise offline), kann man im ersten Versuch einen Motorachsen-Geschwindigkeitsbefehl anstelle der Motorachsen-Geschwindigkeit verwenden.
Die mittlere Drehzahl ω_int,av wird durch die folgende Gleichung beschrieben.
Das mittlere Drehmoment τ_av wird durch die folgende Gleichung beschrieben.
Ist die Bedingung L_nti,j ≥ L_d erfüllt, so ist eine weitere Beschleunigung möglich. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, so ist eine weitere Beschleunigung nicht möglich. Falls die obige Bedingung erfüllt ist, wird ovr wie folgt akkumuliert. ovr = ovr_ini + k × Δovr
Dabei bezeichnet k die Häufigkeit, mit der ovr im Zug der Optimierung erhöht wird. Die Motorachsen-Drehzahl ω_j(jΔt) kann man nun wie folgt ausdrücken. ω_j(jΔn) = ovr / 100ω₀(jΔt 100 / ovr)
Die mittlere Drehzahl ω_av wird durch die folgende Gleichung beschrieben.
Das mittlere Drehmoment τ_av wird durch die folgende Gleichung beschrieben.
Folglich wird die geschätzte Lebensdauer L_h,k des Verzögerers durch die folgende Gleichung ausgedrückt.
Bezeichnet man das maximale k, das L_h,k ≥ L_d erfüllt, als k_max, so lässt sich ovr_max_3,j wie folgt mit Hilfe von k_max ausdrücken. ovr_max = ovr_ini + k_max × Δovr
Hat man die obigen drei Werte berechnet, so wird der kleinste Wert davon als maximales Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis definiert, das in der lernenden Steuerung verwendet werden kann. Wird es als ovr max bezeichnet, so erhält man:
Nach dem Einstellen des maximalen Geschwindigkeitsveranderungsverhaltnisses im Schritt S101 wie beschrieben stellt im Schritt S102 die Drehzahlregeleinheit 42 den Anfangswert des Geschwindigkeitsveränderungsverhältnisses ein. Die Drehzahlregeleinheit 42 stellt den Anfangswert beispielsweise auf 10% ein.
Im Schritt S103 setzt die Stromregeleinheit 43 die Anfangswerte der Betriebsparameter zum Betreiben der Robotermechanismuseinheit gemäß dem Anfangswert des eingestellten Geschwindigkeitsveränderungsverhältnisses fest.
Im Schritt S104 wird die Robotermechanismuseinheit mit den eingestellten Betriebsparametern betrieben. Aus einem Signal vom Beschleunigungssensor 10 berechnet die Lern-Steuereinheit 3 die Schwingungsdämpfungsrate. Die Schwingungsdämpfungsrate kann aus γ bestimmt werden, das in Gleichung (2) berechnet wird.
Im Schritt S105 prüft die Positionsregeleinheit 41, ob die Schwingungsdämpfungsrate geringer ist als ein bestimmter Pegel (beispielsweise 25%).
Beträgt die Schwingungsdämpfungsrate 25% oder mehr, so wird festgestellt, dass die Schwingung nicht ausreichend gedämpft wird. Im Schritt S106 aktualisiert die Positionsregeleinheit 41 die Lernkorrekturgröße u_j+1(k) aus dem Lern-Steuerungsfilter.
Beträgt die Schwingungsdämpfungsrate weniger als 25%, so erhöht die Drehzahlregeleinheit 42 im Schritt S107 das Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis. Das Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis wird beispielsweise von 10% auf 20% erhöht.
Im Schritt S108 stellt die Drehzahlregeleinheit 42 fest, ob das eingestellte Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis das maximale Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis überschreitet.
Gilt im Schritt S108, dass das eingestellte Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis das maximale Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis nicht überschreitet, so modifiziert die Stromregeleinheit 43 im Schritt S109 die Betriebsparameter derart, dass das Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis zunimmt. Die Betriebsparameter werden beispielsweise so eingestellt, dass die Operationen mit einem Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis von 20% ausgeführt werden. Anschließend wird durch das Wiederholen der Schritte S104 bis S105 eine Lernkorrekturgröße u_j+1(k) berechnet, die die Schwingungsdämpfungsrate unter 25% bringt.
Auf diese Weise erfolgt gemäß der Ausführungsform das Lernen, wobei das Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis bis zum maximalen Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis erhöht wird, und zwar beispielsweise in mehreren Schritten (n Schritten), und die Lernkorrekturgröße u_j+1(k) wird berechnet. Bezeichnet man die Zunahme des Geschwindigkeitsveränderungsverhältnisses in einem Schritt mit Δ, so kann man die Anzahl der Schritte n zum Erhöhen des Geschwindigkeitsveränderungsverhältnisses wie folgt mit Hilfe von Δ ausdrücken.
Dabei ist ovr_cur das zuerst eingestellte Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis.
Gilt im Schritt S108, dass das eingestellte Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis das maximale Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis überschreitet, so stellt die Lern-Steuereinheit 3 im Schritt S110 die Lernkorrekturgröße u_j+1(k) als Lernkorrekturgröße u_j+1(k) für das maximale Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis ein, und die Lern-Steuereinheit 3 speichert die Lernkorrekturgröße u_j+1(k) in einem F-ROM oder in einer Speicherkarte (MC).
Durch das Wiederholen einer Prozedur, in der das Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis erhöht wird, und einer Lernprozedur, bis das Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis das maximale Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis erreicht, wird auf diese Weise die Arbeitsgeschwindigkeit erhöht. Im tatsächlichen Betrieb ruft die Normal-Steuereinheit 4 die Lernkorrekturgröße u_j+1(k) aus dem F-ROM oder der Speicherkarte (MC) ab und reproduziert sie.
Die Normal-Steuereinheit 4 des Roboters 100 besitzt das Merkmal, dass sie die Robotermechanismuseinheit 1 auf einer festgelegten Trajektorie arbeiten lassen kann. Arbeiten auf einer festgelegten Trajektorie bedeutet, dass beim Bewegen der Steuerzielposition der Robotermechanismuseinheit 1 (d. h. des vorderen Endabschnitts) aus der Anfangsposition in eine gewünschte Position mit veränderten Geschwindigkeitsveränderungsverhältnissen die Steuerzielposition der Robotermechanismuseinheit 1 so bewegt wird, dass sie eine feste Trajektorie durchläuft, und zwar unabhängig von der Höhe des Geschwindigkeitsveränderungsverhältnisses. Folglich führt die Normal-Steuereinheit 4 Prozeduren aus, damit sich die Steuerzielposition der Robotermechanismuseinheit 1 unabhängig vom Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis auf einer festen Trajektorie bewegt. Ist beispielsweise, siehe 7A, die Trajektorie nicht festgelegt, und wird die Steuerzielposition der Robotermechanismuseinheit 1 bei Geschwindigkeitsveränderungsverhältnissen von 10, 50 und 100% aus einer Startposition A in einen Endpunkt C bewegt, so werden unterschiedliche Trajektorien T10, T50 und T100 durchlaufen. Ist dagegen die Trajektorie festgelegt, so wird auch dann, wenn die Steuerzielposition der Robotermechanismuseinheit 1 bei Geschwindigkeitsveränderungsverhältnissen von 10, 50 und 100% aus der Startposition A in den Endpunkt C bewegt wird, die gleiche Trajektorie durchlaufen, siehe 7B. Wird in dieser Ausführungsform durch das Bewegen der Steuerzielposition der Robotermechanismuseinheit erreicht, dass sie einer festen Trajektorie folgt, so driftet die Trajektorie auch bei Änderungen des Geschwindigkeitsveränderungsverhältnisses nicht, und man kann die Genauigkeit und Sicherheit des Betriebs der Robotermechanismuseinheit verbessern.
Wie beschrieben wird mit Hilfe der in Schritten zunehmenden Geschwindigkeit, siehe 6, eine Lernkorrekturgröße durch wiederholtes Lernen berechnet, bis die Schwingung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs konvergiert, wobei nach und nach das Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis in mehreren Schritten erhöht wird, damit sich die Steuerzielposition der Robotermechanismuseinheit unabhängig vom Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis entlang einer festen Trajektorie bewegen kann. Damit lässt sich wirksam eine Lernkorrekturgröße berechnen, die die Schwingungen verringern kann.
Mit der Ausführungsform kann der Roboter 100 durch Festlegen der Trajektorie in den Massenfertigungsbetrieb übergehen, und zwar kurz nachdem die Drehzahlerhöhung abgeschlossen ist.
Wird die Geschwindigkeit wie üblich erhöht, ohne dass die Trajektorie festliegt, so macht es die Veränderung der Trajektorie erforderlich, ein Anstoßen an Hindernissen zu überprüfen. Tritt ein Anstoßen auf, so muss das Programm vor der Drehzahlerhöhung geändert und eingestellt werden, damit kein Anstoßen erfolgt, wenn die Geschwindigkeit erhöht wird. Im Gegensatz dazu kann man durch das Festlegen der Trajektorie wie in der Ausführungsform eine derartige Überprüfung umgehen.
Nun werden anhand des Flussdiagramms in 8 die Schritte zum Auffinden des maximalen Geschwindigkeitsveränderungsverhältnisses abhängig von der Lebensdauer des Verzögerers ausführlich erklärt. Zuerst wird im Schritt S201 das Transportsteuerprogramm (Transporte und Programme; TP) ein Mal betätigt, und die tatsächlichen Geschwindigkeitsdaten werden erfasst. Man kann das TP-Programm auch offline betätigen, um einen Geschwindigkeitsbefehl zu erhalten. Im Schritt S202 wird mit Hilfe der tatsächlichen Geschwindigkeitsdaten oder der Geschwindigkeitsbefehlsdaten eine geschätzte Lebensdauer beim Erhöhen des Geschwindigkeitsveränderungsverhältnisses berechnet. Im Schritt S203 wird geprüft, ob die geschätzte Lebensdauer größer ist als die gewünschte Lebensdauer L_d. Ist die geschätzte Lebensdauer nicht größer als die gewünschte Lebensdauer L_d, so wird im Schritt S204 das Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis erneut erhöht, und es wird im Schritt S202 eine geschätzte Lebensdauer berechnet. Durch das Wiederholen dieser Prozeduren wird im Schritt S205 ein maximales Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis ovr_max_3,i berechnet, bei dem die geforderte Lebensdauer die geschätzte Lebensdauer nicht übersteigt. Durch diese Maßnahmen wird das maximale Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis abhängig von der Lebensdauer des Verzögerers ermittelt.
Im obigen Beispiel und der obigen Beschreibung wurde gezeigt, dass durch Betreiben der Robotermechanismuseinheit 1 die Lern-Steuereinheit 3 ein vorbestimmtes maximales Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis abhängig von der maximalen Geschwindigkeit und der maximalen Beschleunigung berechnet, die in der Robotermechanismuseinheit 1 tolerierbar sind, und abhängig von der Lebensdauer des Verzögerers. Es ist genauso möglich, in der Steuereinheit 2 ein vorbestimmtes maximales Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis von außen zu setzen.
Wie erwähnt wird in der Erfindung ein Nullphasen-Hochpassfilter als Hochpassfilter verwendet. Im Weiteren wird der Grund für den Einsatz eines Nullphasen-Hochpassfilters beschrieben.
Damit man Daten über die Beschleunigung, die von einem Beschleunigungssensor erfasst werden, als Positionsschwingungsdaten verwenden kann, muss man einen Versatz entfernen. Zum Entfernen des Versatzes ist es nötig, ein Hochpassfilter einzusetzen, das niederfrequente Daten von 2–3 Hz oder tiefer unterdrückt. Ein Hochpassfilter hat jedoch den Nachteil, dass die Phase um das 0,1- bis 10-fache der Grenzfrequenz verschoben wird. Driftet die Phase, so werden nicht die Daten der tatsächlichen Schwingung erfasst, und die Leistung der lernenden Steuerung wird ernsthaft beeinträchtigt. Dies hat seinen Grund darin, dass die lernende Steuerung eine Phase korrigiert, die sich von der tatsächlichen Phase unterscheidet. Kann man ein Hochpassfilter einsetzen, das die Phase nicht verschiebt, so lässt sich die Leistung verbessern. Ein Nullphasen-Hochpassfilter hat die Eigenschaft, dass es die Charakteristik einer Zeitkurve, die gefiltert worden ist, erhalten kann, d. h. die Kurve bleibt an dem Ort, an dem sie ohne Filterverarbeitung auftreten würde. Daher wird in dieser Ausführungsform ein Nullphasen-Hochpassfilter verwendet, das keine Phasenverschiebung bewirkt.
Die Auswirkungen eines Nullphasen-Hochpassfilters werden nun anhand von 9 erklärt. In 9A ist ein Originalsignal, in dem ein Signal mit einer Periode von 1 Hz und ein Signal mit einer Periode von 10 Hz überlagert sind, mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Ferner ist ein Signal mit 10 Hz (gestrichelte Linie) dargestellt, das ein normales Hochpassfilter durchlaufen hat, und ein Signal mit 10 Hz (gepunktete Linie), das ein Nullphasen-Hochpassfilter durchlaufen hat. 9B zeigt eine vergrößerte Ansicht des elliptischen Bereichs in 9A. Das ursprüngliche Signal und das Signal mit 10 Hz, das das Nullphasen-Hochpassfilter durchlaufen hat, siehe 9B, zeigen ihre Spitzenwerte zu den Zeitpunkten t₂ und t₄, wogegen das Signal mit 10 Hz, das das normale Hochpassfilter durchlaufen hat, seine Spitzenwerte zu den Zeitpunkten t₁ und t₃ zeigt. Daraus geht hervor, dass die Phase des Originalsignals von einem normalen Hochpassfilter verschoben wird. Durchläuft das Originalsignal dagegen ein Nullphasen-Hochpassfilter, so stimmt die Phase des gefilterten Signals mit der Phase des Originalsignals überein. Durch den Einsatz eines Nullphasen-Hochpassfilters lässt sich also eine Phasenverschiebung unterdrücken. Daher wird in dieser Ausführungsform ein Nullphasen-Hochpassfilter eingesetzt.
Es werden nun die Schritte der Datenverarbeitung im Nullphasen-Hochpassfilter anhand von 10 beschrieben. Nach dem Erfassen von Daten d₁ durch das Anwenden eines Hochpassfilters auf die ursprünglichen Daten d₀, die in der Reihenfolge von 1 bis N in einer zeitlichen Abfolge angeordnet sind, wird die zeitlichen Abfolge invers transformiert und in der Reihenfolge von N bis 1 umgeordnet. Dadurch erhält man die Daten d₂. Nach dem Gewinnen der Daten d₃ durch das Anwenden des Hochpassfilters auf die Daten d₂ wird die zeitlichen Abfolge erneut in die Reihenfolge von 1 bis N invers transformiert, und man erhält die Daten d₄. Werden die Prozeduren von den Daten d₂ auf die Daten d₄ durch H(z^–1) beschrieben, so kann man das Nullphasen-Hochpassfilter durch H(z)H(z^–1) darstellen, wenn man für H(z) ein Tiefpassfilter (oder ein Hochpassfilter) H(z) verwendet. Da die Daten bei einer inversen Transformation einer Zeitfolge umgeordnet werden, kann diese Prozedur nur offline erfolgen. In dieser Ausführungsform werden die Beschleunigungsdaten jedoch während des Betriebs der Robotermechanismuseinheit erfasst. Nimmt man die Verarbeitung offline nach Betriebsende vor, so kann man ein Nullphasen-Hochpassfilter verwenden, das die Phase nicht verschiebt.
Zweite Ausführungsform
Nun wird ein Roboter einer zweiten Ausführungsform beschrieben. 11 zeigt eine Skizze des Roboters der zweiten Ausführungsform. Zusätzlich zum Roboter 100 der ersten Ausführungsform hat ein Roboter 101 der zweiten Ausführungsform das Merkmal, dass er zudem eine Lehr-Steuereinheit 50 aufweist, die eine Programmlehreinheit 51 besitzt, die ein Aufgabenprogramm speichert, eine Programmausführeinheit 52 und eine Betriebsplanungseinheit 53. Die Lehr-Steuereinheit 50 lehrt oder korrigiert die Position oder die Geschwindigkeit in einem Aufgabenprogramm.
Die Normal-Steuereinheit 4 des Roboters 101 der zweiten Ausführungsform besitzt zudem eine Antiabweichungs-Verarbeitungseinheit 46. Diese Antiabweichungs-Verarbeitungseinheit 46 betreibt die Robotermechanismuseinheit 1 gemäß einem Positionsbefehl, der auf einer Lehrposition beruht, die in einem Aufgabenprogramm eingestellt ist, einer Lernkorrekturgröße u_j+1(k), die in der Lern-Steuereinheit 3 berechnet wird, und einem Geschwindigkeitsbefehl, der durch Multiplizieren einer in einem Aufgabenprogramm eingestellten Lehrgeschwindigkeit mit dem Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis gegeben ist, das beim Berechnen der Lernkorrekturgröße u_j+1(k) verwendet wird. Hat die Lern-Steuereinheit 3 die Lernkorrekturgröße u_j+1(k) berechnet, und korrigiert die Lehr-Steuereinheit 50 die Position des Lehrpunkts, und ist die Entfernung zwischen dem Lehrpunkt nach der Positionskorrektur und dem Lehrpunkt vor der Positionskorrektur größergleich einer vorbestimmten Entfernung, so kontrolliert die Antiabweichungs-Verarbeitungseinheit 46 die Bewegung zum Lehrpunkt mit der Lehrgeschwindigkeit. Ist die Entfernung zwischen dem Lehrpunkt nach der Positionskorrektur und dem Lehrpunkt vor der Positionskorrektur geringer als eine vorbestimmte Entfernung, so kontrolliert sie die Bewegung zum Lehrpunkt gemäß einem Geschwindigkeitsbefehl.
Die erlernte Operation wird im Hochgeschwindigkeitsbetrieb reproduziert, und zwar mit Hilfe der Lernkorrekturgröße u_j+1(k), die im RAM 321 im Lern-Steuerfilter 32 hinterlegt ist. Verändert sich jedoch eine erlernte Operation wesentlich, so ist die Lernkorrekturgröße u_j+1(k) nicht mehr anwendbar, und ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb nicht möglich. Im RAM 321 ist aufgezeichnet, ob eine Operation verändert ist. Man kann dies feststellen, indem man die Operationsposition Y_d(k), die aus der Operationsposition berechnet wird, den Geschwindigkeitsbefehl und den Operationsplan und den Geschwindigkeitsbefehl V_d(k) vergleicht. Ist eine Operation verändert, so wird die Operation in der Abweichungsverarbeitung ausgeführt (d. h. mit Lehrgeschwindigkeit).
Nun werden die Arbeitsschritte des Roboters 101 der zweiten Ausführungsform anhand des Flussdiagramms in 12 beschrieben. Diese Arbeitsschritte werden ausgeführt, nachdem die Robotermechanismuseinheit 1 abhängig von einer Sollposition betrieben wird, die durch Addieren der in der Lern-Steuereinheit 3 berechneten Lernkorrekturgröße u_j+1(k) zu einer Lehrposition erhalten wird, die in einem Aufgabenprogramm eingestellt ist, und gemäß einem Geschwindigkeitsbefehl, der durch Multiplizieren der in einem Aufgabenprogramm eingestellten Lehrgeschwindigkeit mit dem Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis erhalten wird, das zum Berechnen der Lernkorrekturgröße u_j+1(k) verwendet wird, und gemäß der Lernkorrekturgröße u_j+1(k), die die Lern-Steuereinheit 3 berechnet.
Zunächst stellt die Antiabweichungs-Verarbeitungseinheit 46 im Schritt S301 fest, ob eine Lehrkorrektur vorliegt. Ob eine Lehrkorrektur vorliegt, stellt die Antiabweichungs-Verarbeitungseinheit 46 daran fest, dass sie erfasst, ob die Position eines Lehrpunkts in einem Aufgabenprogramm, das in der Programmlehreinheit 51 in der Lehr-Steuereinheit 50 hinterlegt ist, korrigiert ist.
Stellt die Antiabweichungs-Verarbeitungseinheit 46 im Schritt S301 fest, dass eine Lehrkorrektur vorliegt, so prüft die Antiabweichungs-Verarbeitungseinheit 46 im Schritt S302, ob die Entfernung zwischen der Position des Lehrpunkts nach der Positionskorrektur und der Position des Lehrpunkts vor der Positionskorrektur kleiner ist als eine vorbestimmte Entfernung. Ist die Entfernung zwischen der Position des Lehrpunkts nach der Positionskorrektur und der Position des Lehrpunkts vor der Positionskorrektur größergleich einer vorbestimmten Entfernung, so kontrolliert die Antiabweichungs-Verarbeitungseinheit 46 die Bewegung zum Lehrpunkt mit der Lehrgeschwindigkeit. Ist die Entfernung zwischen der Position des Lehrpunkts nach der Positionskorrektur und der Position des Lehrpunkts vor der Positionskorrektur geringer als eine vorbestimmte Entfernung, so kontrolliert sie die Bewegung zum Lehrpunkt gemäß einem Geschwindigkeitsbefehl. Ist die Entfernung zwischen der Position des Lehrpunkts nach der Positionskorrektur und der Position des Lehrpunkts vor der Positionskorrektur größergleich einer vorbestimmten Entfernung, so kontrolliert die Antiabweichungs-Verarbeitungseinheit 46 im Schritt S303 die Bewegung zum Lehrpunkt mit der Lehrgeschwindigkeit, d. h. mit einer Geschwindigkeit, die nicht mit dem Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis multipliziert ist. Obwohl oben nur die Bewegung zum Lehrpunkt für sich beschrieben ist, ist es natürlich auch möglich, die Operation für eine Bewegung von diesem Lehrpunkt zu einem folgenden Lehrpunkt zu kontrollieren.
Ist dagegen die Entfernung zwischen der Position des Lehrpunkts nach der Positionskorrektur und der Position des Lehrpunkts vor der Positionskorrektur geringer als eine vorbestimmte Entfernung, so kontrolliert die Antiabweichungs-Verarbeitungseinheit 46 im Schritt S304 die Bewegung zum Lehrpunkt mit einem Geschwindigkeitsbefehl, der durch Multiplizieren der Lehrgeschwindigkeit mit einer Geschwindigkeitskorrektur erhalten wird.
Stellt die Antiabweichungs-Verarbeitungseinheit 46 im Schritt S301 fest, dass keine Lehrkorrektur vorliegt, so kontrolliert die Antiabweichungs-Verarbeitungseinheit 46 die Bewegung zum Lehrpunkt ebenfalls durch einen Geschwindigkeitsbefehl.
Oben sind die Verarbeitungsschritte für den Fall beschrieben, dass ein vorab in der Programmlehreinheit 51 gespeichertes Aufgabenprogramm die Position des Lehrpunkts korrigiert. Anhand des Flussdiagramms in 13 werden nun die Verarbeitungsschritte für den Fall beschrieben, dass das Aufgabenprogramm einen Geschwindigkeitsbefehl zusätzlich zu der Position des Lehrpunkts korrigiert.
Die Schritte S401 bis S403 und S405 gleichen den obigen Schritten S301 bis S304 und werden daher nicht nochmals ausführlich erklärt. Ist im Schritt S402 die Entfernung zwischen der Position eines Lehrpunkts nach der Positionskorrektur und der Position des Lehrpunkts vor der Positionskorrektur geringer als eine vorbestimmte Entfernung, so wird im Schritt S404 ferner geprüft, ob die Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl vor der Korrektur und dem Geschwindigkeitsbefehl nach der Korrektur geringer ist als eine vorbestimmte Rate oder ein vorbestimmter Wert. Ist die Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl vor der Korrektur und dem Geschwindigkeitsbefehl nach der Korrektur größergleich der vorbestimmten Rate oder dem vorbestimmten Wert, so wird im Schritt S403 die Bewegung zum Lehrpunkt mit der Lehrgeschwindigkeit kontrolliert, d. h., mit einer Geschwindigkeit, die nicht mit dem Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis multipliziert ist.
Ist dagegen im Schritt S404 die Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl vor der Korrektur und dem Geschwindigkeitsbefehl nach der Korrektur geringer als eine vorbestimmte Rate oder ein vorbestimmter Wert, so wird im Schritt S405 die Bewegung zum Lehrpunkt mit einem Geschwindigkeitsbefehl kontrolliert.
Wird beim Roboter der zweiten Ausführungsform wie beschrieben die Lehrposition oder die Lehrgeschwindigkeit durch ein Aufgabenprogramm korrigiert, so kann man die Arbeitsgeschwindigkeit abhängig vom Ausmaß der Korrektur einstellen. Damit ist eine stabile Ausführung der Operation des Roboters auch dann möglich, wenn die Lehrposition oder Lehrgeschwindigkeit in einem Aufgabenprogramm beträchtlich korrigiert wird.
Man beachte, dass beim Roboter 101 der zweiten Ausführungsform wie beim Roboter 100 der ersten Ausführungsform die Normal-Steuereinheit 4 die Prozeduren so vornehmen kann, dass sich die Steuerzielposition der Robotermechanismuseinheit 1 auf einer festen Trajektorie bewegt, und zwar unabhängig vom Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis. Zudem ist es beim Roboter 101 der zweiten Ausführungsform wie beim Roboter 100 der ersten Ausführungsform möglich, ein Hochpassfilter zum Berechnen der Positionsschwingungskomponente der Robotermechanismuseinheit 1 bereitzustellen, das keine Phasenverschiebung verursacht.
Dritte Ausführungsform
In dieser Ausführungsform wird ein Beispiel zum Erhöhen der Arbeitsgeschwindigkeit eines Punktschweißroboters beschrieben. 14 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Robotermechanismuseinheit des Punktschweißroboters. Zudem zeigt 3 den Aufbau der Robotermechanismuseinheit des Punktschweißroboters. 3A zeigt den Gesamtaufbau der Robotermechanismuseinheit, und 3B zeigt eine vergrößerte Darstellung einer Punktschweißpistole (im Weiteren einfach als ”Pistole” bezeichnet), auf der ein Sensor montiert ist. Die Robotermechanismuseinheit 1 ist ein bekannter Robotermanipulator. Hinsichtlich des Mechanismus der Robotermechanismuseinheit gibt es keine besonderen Einschränkungen, solange die Pistole 12, die das Steuerzielteil ist, dessen Position geregelt wird, die Positionen und Lagen erreichen kann, in denen Aufgaben ausgeführt werden. Die Pistole 12 besitzt zwei Elektroden (eine Gegenelektrode 21 und eine bewegliche Elektrode 22). Macht man den Abstand zwischen der Gegenelektrode 21 und der beweglichen Elektrode 22 variabel, indem eine Elektrode beweglich ist, kann die Pistole Schweißvorgänge für verschiedene Schweißaufgaben (nicht dargestellt) ausführen. Als Sensor zum Erfassen der Trajektorie und Position der Robotermechanismuseinheit 1 und der Schwingungen, die auftreten können, wenn die Robotermechanismuseinheit für eine Pause abbremst, ist ein Beschleunigungssensor 10 am vorderen Endabschnitt der Pistole 12 montiert, die das Steuerzielteil der Robotermechanismuseinheit bildet, dessen Position geregelt wird. Man kann als Beschleunigungssensor 10 einen dreiachsigen Beschleunigungssensor verwenden. Der Beschleunigungssensor 10 hat einen Magneten als Befestigungsmittel, und das Befestigungsmittel kann an der Robotermechanismuseinheit 1 befestigt bzw. von ihr entfernt werden, d. h. der Beschleunigungssensor ist abnehmbar. Das Gehäuse des Beschleunigungssensors 10 kann als Magnet ausgebildet sein. Der Gebrauch eines Magneten ist nur ein Beispiel. Man kann das Befestigungsmittel genauso mit Hilfe anderer Vorrichtungen ausbilden.
15 zeigt eine Skizze des Aufbaus eines Punktschweißroboters der dritten Ausführungsform. Der Roboter 102 ist aus einer Robotermechanismuseinheit 1 und einer Robotersteuereinheit 2 aufgebaut, die die Robotermechanismuseinheit 1 steuert. Die Robotermechanismuseinheit 1 besitzt eine Pistole 12, die das Steuerzielteil darstellt, dessen Position geregelt wird, und einen Beschleunigungssensor 10, der sich an der Pistole 12 befindet. Die Steuereinheit 2 enthält eine Lern-Steuereinheit 3, die die lernende Steuerung für den Roboter ausführt, und eine Normal-Steuereinheit 4, die die Robotermechanismuseinheit 1 direkt ansteuert. Die Normal-Steuereinheit 4 erfasst Positionssolidaten bezüglich der Zieltrajektorie oder Zielposition der Pistole 12, die das Steuerzielteil ist. Abhängig von Positionsfehlerdaten, die mit Hilfe der Positionssolidaten berechnet werden, betreibt sie die Robotermechanismuseinheit 1 mit einer vorbestimmten Arbeitsgeschwindigkeit über ein Aufgabenprogramm.
Die Lern-Steuereinheit 3 berechnet die Trajektorie oder Position der Pistole 12, die das Steuerzielteil darstellt, aus dem Erfassungsergebnis des Beschleunigungssensors 10. Durch eine lernende Steuerung berechnet sie eine Lernkorrekturgröße zum Korrigieren des Trajektorienfehlers zwischen der Trajektorie und der Zieltrajektorie oder des Positionsfehlers zwischen der Position und der Zielposition, oder zum Verringern der Schwingungen der das Steuerzielteil darstellenden Pistole 12, die entstehen, wenn die Robotermechanismuseinheit 1 betrieben wird. Die Normal-Steuereinheit 4 korrigiert die Positionsfehlerdaten mit Hilfe der Lernkorrekturgröße.
Der Punktschweißroboter der dritten Ausführungsform besitzt das Merkmal, dass die Lern-Steuereinheit 3 im Zuge der Berechnung der Lernkorrekturgröße die maximale Arbeitsgeschwindigkeit berechnet, die in der Robotermechanismuseinheit 1 einstellbar ist, und sie berechnet die Lernkorrekturgröße, wobei die Arbeitsgeschwindigkeit auf einmal oder in mehreren Schritten erhöht wird, bis sie die maximale Arbeitsgeschwindigkeit erreicht. Die weiteren Bestandteile außer der Lern-Steuereinheit 3 gleichen der Anordnung des herkömmlichen Roboters in 1 und werden daher nicht nochmals ausführlich erklärt.
Nun werden die Arbeitsschritte der Robotermechanismuseinheit der dritten Ausführungsform anhand der Zeichnungen beschrieben. 16 zeigt ein Flussdiagramm zum Erklären der Arbeitsschritte der Robotermechanismuseinheit der dritten Ausführungsform. Die Arbeitsgeschwindigkeit der Robotermechanismuseinheit wird erhöht, wenn die Lern-Steuereinheit während des Lernvorgangs, d. h. im Zuge des Berechnens einer Lernkorrekturgröße (d. h. in einem Lernbetriebszustand) die maximale Arbeitsgeschwindigkeit berechnet, die in der Robotermechanismuseinheit eingestellt werden kann, und sie berechnet eine Lernkorrekturgröße, wobei die Arbeitsgeschwindigkeit auf einmal oder in mehreren Schritten erhöht wird, bis sie die maximale Arbeitsgeschwindigkeit erreicht. Der Begriff ”Lernbetriebszustand” bezeichnet den Zustand, in dem ein Lernvorgang zum Berechnen einer Lernkorrekturgröße zum Betreiben der Robotermechanismuseinheit durch ein Aufgabenprogramm ausgeführt wird, damit die Trajektorie oder Position der Steuerzielposition der Robotermechanismuseinheit, die aus einem Sensorerfassungsergebnis berechnet wird, näher an der Zieltrajektorie oder Zielposition liegt, die der Normal-Steuereinheit zugewiesen ist.
Zuerst berechnet die Lern-Steuereinheit 3 im Schritt S501 im Zuge der Berechnung einer Lernkorrekturgröße die maximale Arbeitsgeschwindigkeit, die in der Robotermechanismuseinheit eingestellt werden kann. Die maximale Arbeitsgeschwindigkeit kann abhängig von der maximalen Geschwindigkeit und der maximalen Beschleunigung berechnet werden, die in der Robotermechanismuseinheit tolerierbar sind. Im Einzelnen wird zuerst die Robotermechanismuseinheit ein Mal betätigt. Aus den Daten des ersten Versuchs werden die maximale Betriebsgeschwindigkeit, die jeder Achsenmotor erlernen kann, unter dem Gesichtspunkt der maximalen Beschleunigung und der maximalen Geschwindigkeit berechnet, die in der Robotermechanismuseinheit tolerierbar sind.
Die maximale Geschwindigkeitskorrektur ovr_max_1,i die hinsichtlich der maximalen Beschleunigung berechnet wird, und die maximale Geschwindigkeitskorrektur ovr_max_2,i, die hinsichtlich der maximalen Geschwindigkeit berechnet wird, wurden bereits beschrieben.
Die beiden obigen Bedingungen und ferner die kleinste Geschwindigkeitskorrektur der Achsen werden zur maximalen Geschwindigkeitskorrektur, die in der lernenden Steuerung verwendet werden können. Bezeichnet man sie mit ovr max, so kann man sie gemäß der folgenden Gleichung ausdrücken.
Gibt es eine Zielkorrektur ovr_max₃, die aus der Zykluszeit berechnet wird, so kann man aus diesen drei Bedingungen die maximal verwendbare Geschwindigkeitskorrektur berechnen.
Bezeichnet man die Größe der Geschwindigkeitskorrektur für die Erhöhung in einem Schritt mit Δ, so wird die Anzahl der Schritte n mit Hilfe von Δ wie folgt berechnet.
Die Arbeitsgeschwindigkeit wird in beispielsweise n Schritten bis zur maximalen Arbeitsgeschwindigkeit erhöht, und die Lern-Steuereinheit 3 führt den Lernvorgang aus und berechnet die Lernkorrekturgröße. Im Einzelnen wiederholt die Lern-Steuereinheit 3 im Schritt S502 den Lernvorgang mehrmals mit der Anfangs-Arbeitsgeschwindigkeit. Nach dem Konvergieren der Schwingungen berechnet sie die Lernkorrekturgröße. Im Schritt S503 speichert die Lern-Steuereinheit 3 die Lernkorrekturgröße in einer Aufbewahrungseinheit, beispielsweise einem Speicher (etwa ein F-ROM oder eine Speicherkarte(MC)).
Nun erhöht die Lern-Steuereinheit 3 im Schritt S504 die Arbeitsgeschwindigkeit um eine vorbestimmte Größe. Im Schritt S505 prüft die Lern-Steuereinheit 3, ob die Arbeitsgeschwindigkeit größer ist als maximale Arbeitsgeschwindigkeit. Ist die Arbeitsgeschwindigkeit kleinergleich der maximalen Arbeitsgeschwindigkeit (”Nein”), so führt die Lern-Steuereinheit 3 im Schritt S502 den Lernvorgang mit einer Arbeitsgeschwindigkeit aus, die um eine vorbestimmte Größe erhöht ist. D. h., die Lern-Steuereinheit 3 führt das Lernen mit einer neuen Arbeitsgeschwindigkeit aus, die man durch das Addieren einer vorbestimmten Geschwindigkeitsgröße zur momentanen Arbeitsgeschwindigkeit erhält. Ist die Arbeitsgeschwindigkeit größer als die maximale Arbeitsgeschwindigkeit (”Ja”), so beendet die Lern-Steuereinheit 3 die lernende Steuerung.
Durch das Wiederholen einer Prozedur, bei der die Arbeitsgeschwindigkeit erhöht wird, und einer Lernprozedur, bis die Arbeitsgeschwindigkeit die maximale Arbeitsgeschwindigkeit erreicht, kann man eine Lernkorrekturgröße nahe an der maximalen Arbeitsgeschwindigkeit erfassen und die Arbeitsgeschwindigkeit des Roboters erhöhen. Durch das allmähliche Erhöhen der Arbeitsgeschwindigkeit gemäß der Ausführungsform kann man die Schwingung verringern, die beim Lernvorgang erzeugt wird, und die Schwingung verringern, die durch die Korrektur der Lernkorrekturgröße verkleinert werden muss. Dadurch verbessert sich die schwingungsverringernde Wirkung (d. h. der Anti-Schwingungs-Effekt).
Im tatsächlichen Betrieb, in dem die Robotermechanismuseinheit abhängig von der Lernkorrekturgröße betrieben wird, die die lernende Steuerung berechnet hat, wird die Lernkorrekturgröße von einem F-ROM oder einer Speicherkarte (MC) übertragen und reproduziert.
Vierte Ausführungsform
Nun werden die Arbeitsschritte der Robotermechanismuseinheit in einem Punktschweißroboter der vierten Ausführungsform anhand der Zeichnungen beschrieben. Die Anordnungsskizze des Punktschweißroboters der vierten Ausführungsform unterscheidet sich nicht von der dritten Ausführungsform und wird daher nicht nochmals erklärt. 17 zeigt ein Flussdiagramm zum Erklären der Arbeitsschritte der Robotermechanismuseinheit der vierten Ausführungsform. Der Punktschweißroboter der vierten Ausführungsform hat das Merkmal, dass die Normal-Steuereinheit 4 eine Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit erfasst, die der Zielwert einer Arbeitsgeschwindigkeit der Robotermechanismuseinheit 1 ist. Die Lern-Steuereinheit 3 vergleicht die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit und die maximale Arbeitsgeschwindigkeit. Ist die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit kleiner als die maximale Arbeitsgeschwindigkeit, so berechnet sie eine Lernkorrekturgröße und erhöht die Arbeitsgeschwindigkeit auf einmal oder in mehreren Schritten, bis die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit erreicht ist.
Im Schritt S601 erfasst die Normal-Steuereinheit 4 des Punktschweißroboters die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit von außen. Genauer gesagt, siehe 15, erfasst die Positionsregeleinheit 41 die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit in Form der Positionssolldaten y_d(k) und überträgt diese an die Drehzahlregeleinheit 42. Im Schritt S602 berechnet die Lern-Steuereinheit 3 im Zuge der Berechnung einer Lernkorrekturgröße die maximale Arbeitsgeschwindigkeit, die in der Robotermechanismuseinheit 1 eingestellt werden kann. Die maximale Arbeitsgeschwindigkeit kann abhängig von der maximalen Geschwindigkeit und der maximalen Beschleunigung berechnet werden, die in der Robotermechanismuseinheit tolerierbar sind. Im Einzelnen wird zuerst die Robotermechanismuseinheit ein Mal betätigt. Aus den Daten des ersten Versuchs werden die maximale Betriebsgeschwindigkeit, die jeder Achsenmotor erlernen kann, unter dem Gesichtspunkt der maximalen Beschleunigung und der maximalen Geschwindigkeit berechnet, die in der Robotermechanismuseinheit tolerierbar sind. Das Verfahren zum Berechnen der maximalen Arbeitsgeschwindigkeit unterscheidet sich nicht von der dritten Ausführungsform und wird daher nicht erneut beschrieben.
Im Schritt S603 vergleicht die Lern-Steuereinheit 3 den Größenzusammenhang zwischen der erfassten Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit und der maximalen Arbeitsgeschwindigkeit. Ist die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit geringer als die maximale Arbeitsgeschwindigkeit, so berechnet die Lern-Steuereinheit 3 eine Lernkorrekturgröße und erhöht die Arbeitsgeschwindigkeit auf einmal oder in mehreren Schritten, bis die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit erreicht ist. Im Einzelnen wiederholt die Lern-Steuereinheit 3 im Schritt S604 den Lernvorgang mehrmals mit der Anfangs-Arbeitsgeschwindigkeit. Nach dem Konvergieren der Schwingungen berechnet sie die Lernkorrekturgröße. Im Schritt S605 speichert die Lern-Steuereinheit 3 die Lernkorrekturgröße in einem Speicher, etwa einem F-ROM oder einer Speicherkarte(MC).
Nun erhöht die Lern-Steuereinheit 3 im Schritt S606 die Arbeitsgeschwindigkeit um eine vorbestimmte Größe. Im Schritt S607 prüft die Lern-Steuereinheit 3, ob die Arbeitsgeschwindigkeit größer ist als die maximale Arbeitsgeschwindigkeit. Ist die Arbeitsgeschwindigkeit kleinergleich der maximalen Arbeitsgeschwindigkeit (”Nein”), so führt die Lern-Steuereinheit 3 im Schritt S604 den Lernvorgang mit einer Arbeitsgeschwindigkeit aus, die um eine vorbestimmte Größe erhöht ist. D. h., die Lern-Steuereinheit 3 führt das Lernen mit einer neuen Arbeitsgeschwindigkeit aus, die man durch das Addieren einer vorbestimmten Geschwindigkeitsgröße zur momentanen Arbeitsgeschwindigkeit erhält. Ist die Arbeitsgeschwindigkeit größer als die maximale Arbeitsgeschwindigkeit (”Ja”), so beendet die Lern-Steuereinheit 3 die lernende Steuerung.
Durch das Wiederholen einer Prozedur, bei der die Arbeitsgeschwindigkeit erhöht wird, und einer Lernprozedur, bis die Arbeitsgeschwindigkeit die maximale Arbeitsgeschwindigkeit erreicht, kann man eine Lernkorrekturgröße nahe an der maximalen Arbeitsgeschwindigkeit erfassen und die Arbeitsgeschwindigkeit des Roboters erhöhen. Durch das allmähliche Erhöhen der Arbeitsgeschwindigkeit gemäß der Ausführungsform kann man die Schwingung verringern, die beim Lernvorgang erzeugt wird, und die Schwingung verringern, die durch die Korrektur der Lernkorrekturgröße verkleinert werden muss. Dadurch verbessert sich die schwingungsverringernde Wirkung (d. h. der Anti-Schwingungs-Effekt). Ist die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit kleiner als die maximale Arbeitsgeschwindigkeit, so ist es zudem unnötig, die Arbeitsgeschwindigkeit bis zur maximalen Arbeitsgeschwindigkeit zu erhöhen, und die Lernkorrekturgröße kann in kurzer Zeit berechnet werden.
Im tatsächlichen Betrieb, in dem die Robotermechanismuseinheit abhängig von der Lernkorrekturgröße betrieben wird, die die lernende Steuerung berechnet hat, wird die Lernkorrekturgröße von einem F-ROM oder einer Speicherkarte (MC) übertragen und reproduziert.
Ist dagegen im Schritt S603 die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit größergleich der maximalen Arbeitsgeschwindigkeit, so kann die Lern-Steuereinheit 3 die lernende Steuerung beenden, oder sie kann die lernende Steuerung weiter ausführen, bis die Arbeitsgeschwindigkeit wie in der dritten Ausführungsform die maximale Arbeitsgeschwindigkeit erreicht. 17 zeigt ein Beispiel, in dem die Lern-Steuereinheit 3 die lernende Steuerung ausführt, bis die Arbeitsgeschwindigkeit die maximale Arbeitsgeschwindigkeit erreicht. Die Schritte S609 bis S611 gleichen den obigen Schritten S604 bis S606. Nun prüft die Lern-Steuereinheit 3 im Schritt S612, ob die Arbeitsgeschwindigkeit größer ist als die maximale Arbeitsgeschwindigkeit. Ist die Arbeitsgeschwindigkeit kleinergleich der maximalen Arbeitsgeschwindigkeit (”Nein”), so führt die Lern-Steuereinheit 3 im Schritt S609 den Lernvorgang durch Erhöhen der Arbeitsgeschwindigkeit um eine vorbestimmte Größe aus. D. h., die Lern-Steuereinheit 3 führt das Lernen mit einer neuen Arbeitsgeschwindigkeit aus, die man durch das Addieren einer vorbestimmten Geschwindigkeitsgröße zur momentanen Arbeitsgeschwindigkeit erhält. Ist die Arbeitsgeschwindigkeit größer als die maximale Arbeitsgeschwindigkeit (”Ja”), so beendet die Lern-Steuereinheit 3 die lernende Steuerung.
Obwohl in der obigen Ausführungsform ein Beispiel beschrieben ist, in dem die Lern-Steuereinheit 3 für den Fall, dass die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit die maximale Arbeitsgeschwindigkeit überschreitet, eine Lernkorrekturgröße durch Erhöhen der Arbeitsgeschwindigkeit bis zur maximalen Arbeitsgeschwindigkeit berechnet, ist dieses Beispiel in keiner Weise einschränkend. Wie bereits beschrieben kann die Lern-Steuereinheit 3 die lernende Korrektur beenden, falls die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit die maximale Arbeitsgeschwindigkeit überschreitet.
Fünfte Ausführungsform
Nun werden die Arbeitsschritte der Robotermechanismuseinheit in einem Punktschweißroboter der fünften Ausführungsform anhand der Zeichnungen beschrieben. Die Anordnung des Punktschweißroboters der fünften Ausführungsform unterscheidet sich nicht von der dritten Ausführungsform und wird daher nicht nochmals erklärt. 18 zeigt ein Flussdiagramm zum Erklären der Arbeitsschritte der Robotermechanismuseinheit der fünften Ausführungsform. Der Punktschweißroboter der fünften Ausführungsform besitzt eine Robotermechanismuseinheit 1, die eine Pistole 12 aufweist, die das Steuerzielteil darstellt, dessen Position geregelt wird, und einen Beschleunigungssensor 10, der sich an der Pistole 12 befindet, die das Steuerzielteil darstellt, eine Normal-Steuereinheit 4, die Positionssolldaten bezüglich der Zieltrajektorie oder Zielposition der Pistole 12 erfasst, die das Steuerzielteil ist, und die abhängig von Positionsfehlerdaten, die mit Hilfe der Positionssolldaten berechnet werden, die Robotermechanismuseinheit 1 mit einer vorbestimmten Arbeitsgeschwindigkeit über ein Aufgabenprogramm betreibt, und eine Lern-Steuereinheit 3, die die Trajektorie oder Position der Pistole 12 berechnet, die das Steuerzielteil darstellt, und zwar aus dem Erfassungsergebnis des Beschleunigungssensors 10, und sie berechnet durch eine lernende Steuerung eine Lernkorrekturgröße zum Korrigieren des Trajektorienfehlers zwischen der Trajektorie und der Zieltrajektorie oder des Positionsfehlers zwischen der Position und der Zielposition, oder zum Verringern der Schwingungen der das Steuerzielteil darstellenden Pistole 12, die entstehen, wenn die Robotermechanismuseinheit 1 betrieben wird, und die Normal-Steuereinheit 4 korrigiert die Positionsfehlerdaten mit Hilfe der Lernkorrekturgröße, und die Lern-Steuereinheit 3 berechnet die Lernkorrekturgröße, führt eine Prozedur zum Vergleichen des Trajektorienfehlers oder Positionsfehlers oder der Schwingung mit dem jeweiligen Grenzwert aus, und sie führt die obige Prozedur aus und erhöht dabei die Arbeitsgeschwindigkeit, bis der Trajektorienfehler oder der Positionsfehler oder die Schwingung den jeweiligen Grenzwert überschreitet.
Nun werden die Arbeitsschritte des Punktschweißroboters der fünften Ausführungsform beschrieben. Zunächst wiederholt die Lern-Steuereinheit 3 im Schritt S701 den Lernvorgang mehrmals mit der Anfangs-Arbeitsgeschwindigkeit. Nach dem Konvergieren der Schwingungen berechnet die Lern-Steuereinheit 3 die Trajektorie oder Position der Pistole 12, die das Steuerzielteil darstellt, und zwar aus dem Erfassungsergebnis des Beschleunigungssensors 10. Durch eine lernende Steuerung berechnet die Lern-Steuereinheit 3 eine Lernkorrekturgröße zum Korrigieren des Trajektorienfehlers zwischen der Trajektorie und der Zieltrajektorie oder des Positionsfehlers zwischen der Position und der Zielposition, oder zum Verringern der Schwingungen der das Steuerzielteil darstellenden Pistole 12, die entstehen, wenn die Robotermechanismuseinheit 1 betrieben wird. Im Schritt S702 speichert die Lern-Steuereinheit 3 die Lernkorrekturgröße in einer Aufbewahrungseinheit, die beispielsweise ein F-ROM oder eine Speicherkarte(MC) ist.
Im Schritt S703 erhöht die Lern-Steuereinheit 3 die Arbeitsgeschwindigkeit um eine vorbestimmte Größe. Im Schritt S704 prüft die Lern-Steuereinheit 3, ob der Trajektorienfehler oder der Positionsfehler oder die Schwingung den jeweiligen Grenzwert überschreitet. Obwohl in 18 ein Beispiel dargestellt ist, in dem der Größenzusammenhang zwischen dem Trajektorienfehler und seinem Grenzwert geprüft wird, gilt das Gleiche für den Positionsfehler und für die Schwingungen. Die Grenzwerte für den Trajektorienfehler, den Positionsfehler und die Schwingungen können vorab in einem Speicher abgelegt werden. Überschreitet der Trajektorienfehler den Grenzwert, so beendet die Lern-Steuereinheit 3 im Schritt S704 die Prozedur. Ist dagegen der Trajektorienfehler kleinergleich dem Grenzwert, so kehrt die Lern-Steuereinheit 3 zum Schritt S701 zurück und wiederholt den Lernvorgang. Wird beispielsweise die Operation mit einer Arbeitsgeschwindigkeit von 50 mm/sec ausgeführt und ist der Trajektorienfehler kleinergleich dem Grenzwert und wird die Operation mit einer Arbeitsgeschwindigkeit von 100 mm/sec ausgeführt und überschreitet der Trajektorienfehler den Grenzwert, so wird eine Lernkorrekturgröße für den Fall berechnet, dass die Arbeitsgeschwindigkeit 50 mm/sec beträgt, und sie wird für den Fall, dass die Arbeitsgeschwindigkeit 100 mm/sec beträgt, nicht berechnet. Auf diese Weise kann man eine Lernkorrekturgröße berechnen, die den Trajektorienfehler innerhalb des Bereichs eines vorbestimmten Grenzwerts hält.
Nun wird das Verfahren zum Erhöhen der Arbeitsgeschwindigkeit ausführlich beschrieben. Ist wie in dieser Ausführungsform die maximale Arbeitsgeschwindigkeit nicht eingestellt, d. h. ist die maximale Geschwindigkeitskorrektur nicht eingestellt, und bleibt der Trajektorienfehler beispielsweise 100 msec (0,1 sec) vor dem Ende Arbeitsperiode innerhalb des Grenzwerts, so wird die Korrektur um eine gewisse Größe erhöht. Durch das Wiederholen dieser Prozedur wird die Geschwindigkeit erhöht.
Sei die Größe der Schwingung mit Ψ_j(t) bezeichnet und die Betriebsendezeit mit t_end. Dann kann man die Bedingung, dass die Größe der Schwingung innerhalb eines Grenzwerts bleibt, wie folgt ausdrücken. φ_j(t – (t_end – l)) < φ_max (l ∊ R, l < 0.1)
Ist die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit nicht eingestellt, d. h., ist die Zielkorrektur nicht eingestellt, so wird die Korrektur erhöht, bis die obige Bedingung erfüllt ist. Die Korrektur für den momentanen Versuch sei mit over_cur bezeichnet.
Wird die Zielkorrektur over_max₃ wie in der vierten Ausführungsform durch die Zykluszeit berechnet und sind sowohl die obigen Bedingungen als auch die folgende Bedingung erfüllt, so wird die Korrektur erhöht. over_cur < over_max₃
Wie beschrieben kann bei dem Punktschweißroboter dieser Ausführungsform eine Lernkorrekturgröße berechnet werden, und zwar in einem Status, in dem die Arbeitsgeschwindigkeit innerhalb eines Bereichs erhöht wird, in dem der Trajektorienfehler oder eine ähnliche Größe innerhalb eines vorbestimmten Grenzwerts bleibt, so dass die Arbeitsgeschwindigkeit des Punktschweißroboters innerhalb eines gewissen Bereichs eines Trajektorienfehlers oder einer ähnlichen Größe erhöht werden kann.
Sechste Ausführungsform
Nun werden die Arbeitsschritte der Robotermechanismuseinheit in einem Punktschweißroboter der sechsten Ausführungsform anhand der Zeichnungen beschrieben. Die Anordnung des Punktschweißroboters der sechsten Ausführungsform unterscheidet sich nicht von der dritten Ausführungsform und wird daher nicht nochmals erklärt. 19 zeigt ein Flussdiagramm zum Erklären der Arbeitsschritte der Robotermechanismuseinheit der sechsten Ausführungsform. Der Punktschweißroboter der sechsten Ausführungsform hat das Merkmal, dass die Normal-Steuereinheit 4 eine Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit erfasst, die der Zielwert einer Arbeitsgeschwindigkeit der Robotermechanismuseinheit 1 ist. Die Lern-Steuereinheit 3 erhöht die Arbeitsgeschwindigkeit auf einmal oder in mehreren Schritten, bis die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit erreicht ist. Bei jeder Erhöhung führt sie eine Prozedur aus, in der eine Lernkorrekturgröße berechnet wird und der Trajektorienfehler oder der. Positionsfehler oder die Schwingung mit dem jeweiligen vorab eingestellten Grenzwert verglichen wird, und sie wiederholt die Prozedur so lange, bis der Trajektorienfehler oder der Positionsfehler oder die Schwingung innerhalb des jeweiligen Grenzwerts bleibt oder bis die Arbeitsgeschwindigkeit die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit erreicht.
Nun werden die Arbeitsschritte des Punktschweißroboters der sechsten Ausführungsform beschrieben. Im Schritt S801 erfasst die Normal-Steuereinheit 4 des Punktschweißroboters die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit von außen. Genauer gesagt, siehe 15, erfasst die Positionsregeleinheit 41 die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit in Form der Positionssolldaten y_d(k) und überträgt diese an die Drehzahlregeleinheit 42. Im Schritt S802 wiederholt die Lern-Steuereinheit 3 den Lernvorgang mehrmals mit der Anfangs-Arbeitsgeschwindigkeit. Nach dem Konvergieren der Schwingungen berechnet die Lern-Steuereinheit 3 die Trajektorie oder Position der Pistole 12, die das Steuerzielteil darstellt, und zwar aus dem Erfassungsergebnis des Beschleunigungssensors 10. Durch eine lernende Steuerung berechnet die Lern-Steuereinheit 3 eine Lernkorrekturgröße zum Korrigieren des Trajektorienfehlers zwischen der Trajektorie und der Zieltrajektorie oder des Positionsfehlers zwischen der Position und der Zielposition, oder zum Verringern der Schwingungen der das Steuerzielteil darstellenden Pistole 12, die entstehen, wenn die Robotermechanismuseinheit 1 betrieben wird. Im Schritt S803 speichert die Lern-Steuereinheit 3 die Lernkorrekturgröße in einer Aufbewahrungseinheit, die beispielsweise ein F-ROM oder eine Speicherkarte(MC) ist.
Im Schritt S804 erhöht die Lern-Steuereinheit 3 die Arbeitsgeschwindigkeit um eine vorbestimmte Größe. Im Schritt S805 vergleicht die Lern-Steuereinheit 3 den Größenzusammenhang zwischen der erfassten Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit und der maximalen Arbeitsgeschwindigkeit. Ist die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit geringer als die maximale Arbeitsgeschwindigkeit, so prüft die Lern-Steuereinheit 3 im Schritt S806, ob der Trajektorienfehler oder der Positionsfehler oder die Schwingung den jeweiligen Grenzwert überschreitet. Obwohl in 19 ein Beispiel dargestellt ist, in dem der Größenzusammenhang zwischen dem Trajektorienfehler und seinem Grenzwert geprüft wird, gilt das Gleiche für den Positionsfehler und für die Schwingungen. Die Grenzwerte für den Trajektorienfehler, Positionsfehler und die Schwingungen können vorab in einem Speicher abgelegt werden.
Überschreitet der Trajektorienfehler den Grenzwert, so beendet die Lern-Steuereinheit 3 im Schritt S806 die Prozedur. Ist dagegen der Trajektorienfehler kleinergleich dem Grenzwert, so kehrt die Lern-Steuereinheit 3 zum Schritt S802 zurück und wiederholt den Lernvorgang. Wird beispielsweise die Operation mit einer Arbeitsgeschwindigkeit von 50 mm/sec ausgeführt und ist der Trajektorienfehler kleinergleich dem Grenzwert und wird die Operation mit einer Arbeitsgeschwindigkeit von 100 mm/sec ausgeführt und überschreitet der Trajektorienfehler den Grenzwert, so wird eine Lernkorrekturgröße für den Fall berechnet, dass die Arbeitsgeschwindigkeit 50 mm/sec beträgt, und sie wird für den Fall, dass die Arbeitsgeschwindigkeit 100 mm/sec beträgt, nicht berechnet. Auf diese Weise kann man eine Lernkorrekturgröße berechnen, die den Trajektorienfehler innerhalb des Bereichs eines vorbestimmten Grenzwerts hält. Ist dagegen im Schritt S805 die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit größergleich der maximalen Arbeitsgeschwindigkeit, so beendet die Lern-Steuereinheit 3 die Prozedur.
Diese Ausführungsform ist dafür entworfen, eine Lernkorrekturgröße innerhalb eines Bereichs zu berechnen, in dem die Arbeitsgeschwindigkeit die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit nicht überschreitet, und innerhalb eines Bereichs, in dem der Trajektorienfehler oder eine ähnliche Größe den Grenzwert nicht überschreitet, damit man eine Lernkorrekturgröße berechnen kann, die die beiden Bedingungen für die Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit und für den Trajektorienfehler oder einer ähnlichen Größe erfüllt. Folglich kann man eine Lernkorrekturgröße in einem Zustand berechnen, in dem die Arbeitsgeschwindigkeit innerhalb eines Bereichs erhöht wird, in dem die Arbeitsgeschwindigkeit innerhalb der eingestellten Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit bleibt, und innerhalb eines Bereichs, in dem der Trajektorienfehler oder eine ähnliche Größe innerhalb des Bereichs eines vorbestimmten Grenzwerts bleibt, damit man die Arbeitsgeschwindigkeit des Punktschweißroboters innerhalb eines Bereichs einer vorbestimmten Ziel-Arbeitsgeschwindigkeit erhöhen kann sowie innerhalb eines Bereichs eines bestimmten Trajektorienfehlers oder einer ähnlichen Größe.
Vorstehend ist der Fall beschrieben, dass in dieser Ausführungsform ein Beschleunigungssensor als Sensor verwendet wird, der an der Robotermechanismuseinheit montiert ist. Man kann jedoch gleichermaßen einen beliebigen Sensor, etwa einen Sichtsensor, einen Gyroskopsensor, einen Trägheitssensor, einen optischen Sensor oder einen Verformungsaufnehmer verwenden.
In 20 ist beispielsweise der Fall dargestellt, dass ein Sichtsensor anstelle eines Beschleunigungssensors verwendet wird. Der Sichtsensor 70 besitzt zwei Kameras, nämlich eine erste Kamera 72 und eine zweite Kamera 73, und er ist an einer Roboterhand 71 befestigt. Der Sichtsensor 70 misst die Position eines virtuellen TCP 76 auf einer Ziellinie 74 mit Hilfe der Kameras 72 und 73, und er berechnet Δx, Δy und Δz, d, h, die Trajektorien/Schwingungsfehler in den Achsenrichtungen der X-Achse, Y-Achse und der Z-Achse, wobei die Vorwärtsrichtung 75 die positive Richtung entlang der X-Achse ist.

Claims

Roboter (100), umfassend eine Robotermechanismuseinheit (1), die einen Sensor (10) in einem Teil aufweist, dessen Position geregelt wird, und eine Steuereinheit (2), die den Betrieb der Robotermechanismuseinheit (1) kontrolliert, wobei die Steuereinheit (2) umfasst: eine Normal-Steuereinheit (4), die den Betrieb der Robotermechanismuseinheit (1) kontrolliert; eine Lern-Steuereinheit (3), die, wenn die Robotermechanismuseinheit (1) mit einem Geschwindigkeitsbefehl betrieben wird, der durch Multiplizieren einer Lehrgeschwindigkeit, die in einem Aufgabenprogramm bezeichnet ist, mit einem Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis gegeben ist, aus einem von dem Sensor (10) erfassten Ergebnis eine Lernkorrekturgröße, die eine Trajektorie oder Position eines Steuerungsziels der Robotermechanismuseinheit (1) an eine Zieltrajektorie oder Zielposition annähert, die der Normal-Steuereinheit (4) zugewiesen ist, oder eine Lernkorrekturgröße, die die Schwingungen des Steuerungsziels reduziert, die bei Betätigung der Robotermechanismuseinheit (1) erzeugt werden, berechnet; und eine Lehr-Steuereinheit (50), die eine Position oder Geschwindigkeit in dem Aufgabenprogramm lehrt oder korrigiert, und die Prozeduren so ausführt, dass sich die Steuerungszielposition der Robotermechanismuseinheit (1) auf einer festliegenden Trajektorie bewegt, und zwar unabhängig vom Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis, wobei die Normal-Steuereinheit (4) die Robotermechanismuseinheit (1) mit einem Positionsbefehl betreibt, der auf der Lehrposition beruht, die in dem Aufgabenprogramm eingestellt ist, auf der Lernkorrekturgröße, die die Lern-Steuereinheit (3) berechnet, und auf dem Geschwindigkeitsbefehl, der gegeben ist durch das Multiplizieren der in dem Aufgabenprogramm eingestellten Lehrgeschwindigkeit mit dem Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis, das beim Berechnen der Lernkorrekturgröße verwendet wird, und die nach dem Berechnen der Lernkorrekturgröße durch die Lern-Steuereinheit (3), wenn die Lehr-Steuereinheit (50) die Position eines Lehrpunkts korrigiert, falls eine Entfernung zwischen der Position des Lehrpunkts nach der Positionskorrektur und der Position des Lehrpunkts vor der Positionskorrektur größergleich einer vorbestimmten Entfernung ist, die Bewegung zum Lehrpunkt mit der Lehrgeschwindigkeit kontrollieren kann, und falls die Entfernung kleiner ist als der vorbestimmte Grenzwert, die Bewegung zum Lehrpunkt mit dem Geschwindigkeitsbefehl kontrolliert.
Roboter (100) nach Anspruch 1, wobei die Lern-Steuereinheit (3) einen Lernvorgang zum Berechnen der Lernkorrekturgröße ausführt, wobei sie das Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis mehrmals verändert, bis ein vorbestimmtes maximales Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis erreicht ist.
Roboter (100) nach Anspruch 2, wobei das vorbestimmte maximale Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis durch die Lern-Steuereinheit (3) berechnet wird, und zwar abhängig von den Daten, die erfasst werden, wenn die Robotermechanismuseinheit (1) betrieben wird, von einer maximalen Geschwindigkeit und der maximalen Beschleunigung, die in der Robotermechanismuseinheit (1) tolerierbar sind, oder von der Lebensdauer eines Verzögerers.
Roboter (100) nach Anspruch 2, wobei das vorbestimmte Geschwindigkeitsveränderungsverhältnis in der Steuereinheit (2) von außen eingestellt wird.
Roboter (100) nach Anspruch 1, wobei die Normal-Steuereinheit (4) nach dem Berechnen der Lernkorrekturgröße durch die Lern-Steuereinheit (3) und wenn die Position des Lehrpunkts von der Lehr-Steuereinheit (50) korrigiert ist und falls die Entfernung zwischen der Position des Lehrpunkts nach der Positionskorrektur und der Position des Lehrpunkts vor der Positionskorrektur größergleich der vorbestimmten Entfernung ist, die Bewegung zum Lehrpunkt und die Bewegung vom Lehrpunkt zu einem folgenden Lehrpunkt mit der Lehrgeschwindigkeit kontrolliert, und falls die Entfernung kleiner ist als der vorbestimmte Grenzwert, die Bewegung zum Lehrpunkt und die Bewegung vom Lehrpunkt zu dem folgenden Lehrpunkt mit dem Geschwindigkeitsbefehl kontrolliert.
Roboter (100) nach Anspruch 1, wobei die Normal-Steuereinheit (4) nach dem Berechnen der Lernkorrekturgröße durch die Lern-Steuereinheit (3) und wenn der Geschwindigkeitsbefehl von der Lehr-Steuereinheit (50) korrigiert ist und falls die Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl nach der Korrektur und dem Geschwindigkeitsbefehl vor der Korrektur größergleich einer vorbestimmten Rate oder einem vorbestimmten Wert ist, die Bewegung zum Lehrpunkt mit der Lehrgeschwindigkeit kontrolliert, und falls die Differenz kleiner ist als die vorbestimmte Rate oder der vorbestimmte Wert, die Bewegung zum Lehrpunkt mit dem Geschwindigkeitsbefehl kontrolliert.
Roboter (100) nach Anspruch 1, wobei die Lern-Steuereinheit (3) ein Filter zum Berechnen einer Positionsschwingungskomponente der Robotermechanismuseinheit (1) aus den Daten enthält, die der Sensor (10) erfasst.
Roboter (100) nach Anspruch 7, wobei die Lern-Steuereinheit eine Position auf jeder Achse, die die Positionsschwingungskomponente enthält, durch das Rücktransformieren der Daten, die der Sensor erfasst (10), auf drei Grundachsen für jede Achse des Roboters berechnet.
Roboter (100) nach Anspruch 1, wobei die Lern-Steuereinheit (3) der Robotermechanismuseinheit (1) eine vorbestimmte Operation ausführen lässt, und sie eine Position und Neigung des Sensors (10) berechnet.
Roboter (100) nach Anspruch 1, wobei die Lern-Steuereinheit zudem einen Speicher zum Speichern der Lernkorrekturgröße umfasst.
Roboter (100) nach Anspruch 1, wobei der Sensor (10) entweder ein Sichtsensor, ein Beschleunigungssensor, ein Gyroskopsensor, ein Trägheitssensor, ein optischer Sensor oder ein Verformungsaufnehmer ist.
Roboter (100) nach Anspruch 1, wobei der Sensor (10) einen Montageabschnitt besitzt, der an der Robotermechanismuseinheit befestigt bzw. davon gelöst werden kann.
Roboter (100) nach Anspruch 12, wobei der Sensor (10) einen Magneten als Montageabschnitt umfasst.
Punktschweißroboter, umfassend: eine Robotermechanismuseinheit (1), die ein Steuerzielteil hat, dessen Position geregelt wird, und einen Sensor (10), der an dem Steuerzielteil befestigt ist; eine Normal-Steuereinheit (4), die Positionssolldaten erfasst, die sich auf eine Zieltrajektorie oder eine Zielposition des Steuerzielteils beziehen, und die abhängig von Positionsfehlerdaten, die mit Hilfe der Positionssolldaten berechnet werden, die Robotermechanismuseinheit (1) mit einer vorbestimmten Arbeitsgeschwindigkeit gemäß einem Aufgabenprogramm betreibt; und eine Lern-Steuereinheit (3), die eine Trajektorie oder Position des Steuerzielteils aus einem Erfassungsergebnis des Sensors (10) berechnet, und die mit Hilfe der lernenden Steuerung eine Lernkorrekturgröße berechnet, die dem Korrigieren eines Trajektorienfehlers zwischen der Trajektorie und der Zieltrajektorie oder eines Positionsfehlers zwischen der Position und der Zielposition dient, oder dem Verringern einer Schwingung des Steuerzielteils, die entsteht, wenn die Robotermechanismuseinheit (1) betrieben wird, wobei: die Normal-Steuereinheit (4) die Positionsfehlerdaten mit Hilfe der Lernkorrekturgröße korrigiert; und die Lern-Steuereinheit (3) eine Prozedur ausführt, in der die Lernkorrekturgröße berechnet wird und der Trajektorienfehler oder der Positionsfehler oder die Schwingung verglichen wird, und zwar mit dem jeweiligen Grenzwert, der vorab eingestellt wird, und sie die Prozedur wiederholt, wobei die Arbeitsgeschwindigkeit erhöht wird, bis der Trajektorienfehler oder der Positionsfehler oder die Schwingung den jeweiligen Grenzwert überschreitet, und beim Wiederholen der Prozedur, in der eine vorbestimmte Korrekturgröße erhöht wird, sie die Arbeitsgeschwindigkeit erhöht, solange vor dem Ende der Betriebsperiode der Trajektorienfehler oder der Positionsfehler oder die Schwingung in einer vorbestimmten Periode unter dem jeweiligen Grenzwert bleibt.
Punktschweißroboter nach Anspruch 14, wobei die Lern-Steuereinheit (3) Daten auf jeder Achse berechnet, indem sie Daten transformiert, die aus dem Erfassungsergebnis des Sensors (10) berechnet werden und die den Trajektorienfehler, den Positionsfehler oder eine Schwingungskomponente des Steuerzielteils enthalten, und zwar in Positionskoordinaten für jede Achse der Robotermechanismuseinheit (1).
Punktschweißroboter nach Anspruch 14, wobei die Lern-Steuereinheit (3) die Robotermechanismuseinheit (1) eine vorbestimmte Operation ausführen lässt, und sie eine Position und Neigung des Sensors (10) berechnet.
Punktschweißroboter nach Anspruch 14, zudem umfassend eine Speichereinheit zum Speichern der Lernkorrekturgröße.
Punktschweißroboter nach Anspruch 14, wobei der Sensor (10) entweder ein Sichtsensor, ein Beschleunigungssensor, ein Gyroskopsensor, ein Trägheitssensor oder ein Verformungsaufnehmer ist.
Punktschweißroboter nach Anspruch 14, zudem umfassend einen Montageabschnitt, der es ermöglicht, dass der Sensor (10) an der Robotermechanismuseinheit (1) befestigt bzw. davon gelöst werden kann.