DE19904422B4

DE19904422B4 - Bewegungssteuerung eines Roboters

Info

Publication number: DE19904422B4
Application number: DE19904422A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Großmann; Stella Wasserthal; Gerhard Ruhland
Original assignee: KUKA Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 1998-09-10
Filing date: 1999-02-04
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2019-02-05
Also published as: DE19904422A1

Abstract

Verfahren zur Bewegungssteuerung eines in mehreren Freiheitsgraden servogeregelten Roboters zur automatisierten Durchführung periodischer Arbeitsvorgänge an mittels einer Fördervorrichtung separat bewegten Werkstücken, wobei der Roboter während des Arbeitsvorgangs mit der Fördervorrichtung gekoppelt und mittels einer gegenüber ihm externen Kraft mit der Fördervorrichtung synchron mitbewegt und nach Durchführung des Arbeitsvorgangs wieder in seine Anfangsposition bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zu einem Zeitpunkt vor oder während des Arbeitsvorgangs wenigstens ein Servosystem (3) für den wenigstens einen der synchronen Bewegung des Roboters mit der Fördervorrichtung entsprechenden Freiheitsgrad in einen nachgiebigen Zustand geschaltet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bewegungssteuerung eines in mehreren Freiheitsgraden servogeregelten Roboters zur automatisierten Durchführung periodischer Arbeitsvorgänge an mittels einer Fördervorrichtung separat bewegten Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 9.
Nach der US 49 64 497 A wird ein Roboter bei der Durchführung eines Arbeitsvorgangs mit dem durch eine Fördervorrichtung bewegten Werkstück synchron mitbewegt. Hierbei wird eine den Roboter tragende, parallel zur Fördervorrichtung geführte Plattform in der Anfangsposition durch eine Klemmvorrichtung mit der Fördervorrichtung gekoppelt und durch diese mitgenommen. Nach Beendigung des Arbeitsvorgangs und nach der Entkopplung von der Fördervorrichtung wird die Plattform mit dem Roboter durch einen separaten Antrieb wieder in die Anfangsposition zurückbewegt.
Eine derartige Bewegungssteuerung hat zur Aufgabe, anhand eines durch ein Anwenderprogramm vorgegebenen Bewegungsverlaufs entsprechende Führungsgrössen für das Servosystem zur Ansteuerung der jeweils an der Bewegung beteiligten Handhabungseinrichtungen des Roboters zu erzeugen, so daß die Servosysteme die Achsen des Roboters entsprechend den vorliegenden Stellungs-Sollwerten verfahren. Mehrachsige Roboter, wie beispielsweise sechsachsige Industrieroboter, werden häufig zur Durchführung periodischer Arbeitsvorgänge, z. B. zur Erstellung von Schweissverbindungen o. dgl., verwendet, indem die zu bearbeitenden Werkstücke mittels einer Fördervorrichtung, wie eines Förderbandes oder eines Drehtischs, an dem Roboter vorbeigeführt werden und dieser während der Bearbeitung des Werkstücks synchron mit dem Werkstück mitbewegt und nach Beendigung des Arbeitsvorgangs wieder in seine Anfangsposition zurückbewegt wird. Hierbei kann der zur Bearbeitung des Werkstücks erforderliche Bewegungsablauf des Roboters z. B. für ein unbewegtes Werkstück programmiert und diesem Bewegungsprogramm ein der Bewegung der Fördervorrichtung entsprechendes Bewegungsprogramm überlagert werden, so daß sich z. B. ein an einem Förderband angeordneter Roboter während der Bearbeitung des Werkstücks mit der Geschwindigkeit des Förderbandes oder ein z. B. im Zentrum eines Drehtischs angeordneter Roboter mit der Winkelgeschwindigkeit des Drehtischs bewegt. Während für eine derartige Bewegungssteuerung zwar keine mechanischen Kopplungsvorrichtungen zwischen Fördervorrichtung und Roboter erforderlich sind, muss die Fördervorrichtung mit entsprechenden Positionsgebern zur Ermittlung der Relativposition von Fördervorrichtung und Roboter sowie mit Synchronisierungseinrichtungen ausgestattet sein. Weiterhin ist die programmierbare Synchronisierung insbesondere bei hohen Genauigkeitsanforderungen, wie die Einhaltung enger Toleranzen bei der Fertigung von Spezialbauteilen, äusserst auf wendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile ein Verfahren und eine Vorrichtung zur verbesserten Bewegungssteuerung eines Roboters vorzuschlagen.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, das das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1 aufweist.
Der Terminus "nachgiebiger Zustand" im Sinne der Erfindung bedeutet, daß ein oder mehrere Servosysteme für den betreffenden Freiheitsgrad zur Durchführung der synchronen Bewegung des Roboters mit der Fördervorrichtung, z. B. die im Zentrum eines Drehtischs angeordnete erste Achse eines im Zentrum des Drehtischs angeordneten mehrachsigen Industrieroboters, durch eine externe Kraft aus der programmierten bzw. momentanen Position bewegt werden können. Die zum Mitführen des Roboters durch den Förderer erforderliche Kraft kann dabei wegproportional oder auf einen vorgebbaren Wert begrenzt und damit in der Begrenzung wegunabhängig sein.
In bevorzugter Ausführung wird das Servosystem für den Freiheitsgrad zur Durchführung der synchronen Bewegung des Roboters mit der Fördervorrichtung in Abhängigkeit von der Relativposition des Roboters bzgl. der Fördervorrichtung in einen nachgiebigen Zustand geschaltet. Dieses kann beispielsweise mittels eines Positionsgebers, wie einer Lichtschranke oder eines mechanischen Fühlers erfolgen, indem die Bewegungssteuerung ein Signal zur Schaltung des jeweiligen Servosystems für den Freiheitsgrad zur Durchführung der Synchronbewegung des Roboters mit der Fördervorrichtung in einen nachgiebigen Zustand erhält, sobald der in seiner Anfangsposition befindliche Roboter mit einem auf der För dervorrichtung angeordneten Werkstück mitbewegt werden soll. Die Bewegungssteuerung kann aber z. B. auch ohne zusätzliche Positionsgeber in Abhängigkeit der Relativposition einzelner Segmente einer in gleichartige Segmente aufgeteilten Fördervorrichtung bzgl. eines ortsfesten Bezugspunktes das oder die betreffenden Servosysteme programmgesteuert in einen nachgiebigen Zustand schalten.
Weiter wird die Erfindungsaufgabe durch eine gattungsgemäße Vorrichtung mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 9 gelöst.
In vielen Fällen kann es von Vorteil sein, wenn der Roboter mittels einer zu seiner zurückgelegten Bewegung mit der Fördervorrichtung im wesentlichen proportionalen externen Kraft, z. B. einer Federkraft, mit der Fördervorrichtung mitbewegt wird. Die zur Bewegung des Roboters notwendige Kraft um seine in einen nachgiebigen Zustand geschaltete Achse lässt sich auf einen vorgebbaren Wert begrenzen, der einem gewünschten zurückgelegten Weg entspricht. Weiterhin lässt sich der Proportionalitätsfaktor, z. B. die Federkonstante, variieren.
Insbesondere ist vorgesehen, daß der Roboter z. B. mittels einer aktivierbaren Kopplungseinheit von der Fördervorrichtung mit einer vorgebbaren Kraft mitgeschleppt wird, sobald das jeweilige Servosystem zur Durchführung der synchronen Bewegung des Roboters mit der Fördervorrichtung in einen nachgiebigen Zustand geschaltet wird, so daß alle für den Bearbeitungsvorgang an einem unbewegten Werkstück erforderlichen Bewegungsvorgänge normal ablaufen, während der Roboter lediglich in dem Freiheitsgrad zur Durchführung der Synchronbewegung des in einen nachgiebigen Zustand geschalteten Servosystems von der Fördervorrichtung mitgeschleppt wird.
Nach Durchführung des Arbeitsvorgangs wird der Roboter bevorzugt durch Rückschaltung des während des Arbeitsvorgangs in einem nachgiebigen Zustand befindlichen Servosystems in den Normalzustand in seine Anfangsposition zurückbewegt, indem der Roboter beispielsweise mechanisch durch Erreichen eines vorgegebenen Maximalwertes einer zum Mitschleppen mit der Fördervorrichtung erforderlichen Kraft entkoppelt und das betreffende eigene Servosystem den Roboter in seine Anfangsposition zurückführt. Der Roboter kann aber programmgesteuert bei einer vorgebbaren Relativposition zwischen Roboter und Fördervorrichtung, die der Beendigung des Arbeitsvorgangs entspricht, entkoppelt werden. Er wird vorzugsweise durch Rückschaltung des Servosystems in den Normalszustand programmgesteuert in seine Anfangsposition zurückbewegt.
Das Servosystem ist insbesondere für den Freiheitsgrad zur Durchführung der synchronen Bewegung des Roboters mit der Fördervorrichtung in Abhängigkeit mit der Relativposition des Roboters insbesondere programmgesteuert in einen nachgiebigen Zustand schaltbar. Vorzugsweise ist die vorgegebene externe Kraft im wesentlichen proportional zu der mit der Fördervorrichtung zurückgelegten Bewegung des Roboters. Die externe Kraft ist auf einen vorgegebenen Wert begrenzbar, der einem vom Roboter zurückgelegten Weg in Richtung der Fördervorrichtung entspricht. Insbesondere weist die Fördervorrichtung und/oder der Roboter eine aktivierbare Kopplung zum Mitschleppen des Roboters mit der Fördervorrichtung auf, wobei die Kopplung mechanisch oder magnetisch, insbesondere elektromagnetisch, sein kann. Nach Beendigung des Arbeitsvorgangs an dem mittels der Fördervorrichtung bewegten Werkstück, ist der Roboter von der externen Kraft entkoppelbar und in seine Anfangsposition insbesondere programmgesteuert zurückbewegbar, wobei die Bewegung des Roboters in seine Anfangsposition durch Zurückschalten des für die Bewegung erforderlichen und während des Arbeitsvorgangs in einem nachgiebigen Zustand befindlichen Servosystems in den normalen Zustand bewerkstelligt wird.
Nachstehend ist die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines im Zentrum einer Fördervorrichtung in Form eines Drehtischs angeordneten sechsachsigen Industrieroboters und
2 eine schematische Draufsicht auf einen im Zentrum eines Drehtischs angeordneten Industrieroboters gemäß der 1.
Der in 1 dargestellte sechsachsige Roboter 1 ist im Zentrum einer als Drehtisch 4 ausgebildeten Fördervorrichtung 2 angeordnet. Der Drehtisch 4 ist mittels eines Schutzzauns 9 in einen Arbeitsbereich 13 für den Roboter 1 sowie in einen Be- und Entladebereich 14 zum Bestücken des Drehtischs 4 mit Werkstücken 7 unterteilt.
Das Bewegungsprogramm des Roboters 1 ist so programmiert, daß der Roboter 1 bei stillstehendem Drehtisch 4 das Arbeitsprogramm zur Bearbeitung eines Werkstücks 7 ohne den Einsatz der A1-Achse absolviert, beispielsweise eine mit der Bahnkurve 8 angedeutete Bewegung ausführt.
Während der Serienproduktion wird der Drehtisch 4 mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit gedreht, so daß sich der Roboter 1 während der Durchführung eines im Stillstand programmierten Arbeitsvorgangs an dem Werkstück 7 synchron mitdrehen muß. Erfindungsgemäß wird das Servosystem 3 für den Freiheitsgrad zur Durchführung der mit dem Drehtisch 4 synchronen Drehbewegung des Robotes 1 um die A1-Achse z. B. in einer Anfangsposition zu Beginn des Arbeitsvorgangs insbesondere programmgesteuert in einen nachgiebigen Zustand geschaltet und mittels einer mechanischen oder magnetischen Kopplung 6 vom Drehtisch 4 mit einer vorgegebenen Kraft mitgenommen. Dabei wird der Arbeitsvorgang des Roboters über die programmierte Ansteuerung der Achsen A2, A3 (vgl. 1) sowie einer beispielsweise dreiachsigen Roboterhand 5 durchgeführt.
Nach Beendigung des Arbeitsvorgangs an dem Werkstück 7 befindet sich der Roboter 1 in einer Position 11. Die Kopplung von Roboter 1 und Drehtisch 4 wird gelöst, das in nachgiebigem Zustand befindliche Servosystem 3 insbesondere programmgesteuert in den normalen Zustand zurück geschaltet und der Roboter 1 programmgesteuert um die A1-Achse in die Anfangsposition zurückgefahren.

Claims

Verfahren zur Bewegungssteuerung eines in mehreren Freiheitsgraden servogeregelten Roboters zur automatisierten Durchführung periodischer Arbeitsvorgänge an mittels einer Fördervorrichtung separat bewegten Werkstücken, wobei der Roboter während des Arbeitsvorgangs mit der Fördervorrichtung gekoppelt und mittels einer gegenüber ihm externen Kraft mit der Fördervorrichtung synchron mitbewegt und nach Durchführung des Arbeitsvorgangs wieder in seine Anfangsposition bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zu einem Zeitpunkt vor oder während des Arbeitsvorgangs wenigstens ein Servosystem (3) für den wenigstens einen der synchronen Bewegung des Roboters mit der Fördervorrichtung entsprechenden Freiheitsgrad in einen nachgiebigen Zustand geschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Servosystem (3) in Abhängigkeit von der Relativposition des Roboters (1) bezüglich der Fördervorrichtung (2) in einen nachgiebigen Zustand geschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Servosystem (3) programmgesteuert in einen nachgiebigen Zustand geschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Roboter (1) mittels einer zu seiner zurückgelegten Bewegung mit der Fördervorrichtung (2) im wesentlichen proportionalen externen Kraft mit der Fördervorrichtung (2) mitbewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Roboter (1) von der Fördervorrichtung (2) mit einer vorgebbaren Kraft mitgeschleppt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Roboter (1) nach Beendigung des Arbeitsvorgangs von der externen Kraft entkoppelt und in seine Anfangsposition (10) zurückbewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Roboter (1) durch Rückschaltung des während des Arbeitsvorgangs in einem nachgiebigen Zustand befindlichen Servosystems (3) in den Normalzustand in seine Anfangsposition (10) zurückbewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Roboter (1) programmgesteuert in seine Anfangsposition (10) zurückbewegt wird.
Vorrichtung zur Bewegungssteuerung eines in mehreren Freiheitsgraden servogeregelten Roboters zur automatisierten Durchführung periodischer Arbeitsvorgänge an mittels einer Fördervorrichtung separat bewegten Werkstücken, wobei der während des Arbeitsvorgangs über eine Kopplung mittels einer vorgebbaren gegenüber dem Roboter externen Kraft mit der Fördervorrichtung synchron mitbewegt und nach Durchführung des Arbeitsvorgangs wieder in seine Anfangsposition, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Servosystem (3) für den wenigstens einen der synchronen Bewegung des Roboters (1) mit der Fördervorrichtung (2) entsprechenden Freiheitsgrad zur Durchführung zu einem Zeitpunkt vor oder während des Arbeitsvorgangs in einen nachgiebigen Zustand schaltbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Servosystem (3) in Abhängigkeit von der Relativposition des Roboters (1) bezüglich der Fördervorrichtung (2) in einen nachgiebigen Zustand schaltbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Servosystem (3) programmgesteuert in einen nachgiebigen Zustand schaltbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgebbare externe Kraft im wesentlichen proportional zu der mit der Fördervorrichtung (2) zurückgelegten Bewegung des Roboters (1) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Roboter (1) von der Fördervorrichtung (2) mit einer vorgebbaren Kraft mitschleppbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördervorrichtung (2) und/oder der Roboter (1) eine aktivierbare Kopplung (6) zum Mitschleppen des Roboters (1), mit der Fördervorrichtung (2) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung (6) mechanisch ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung (6) magnetisch, insbesondere elektromagnetisch, ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Roboter (1) nach Beendigung des Arbeitsvorgangs von der externen Kraft entkoppelbar und in seine Anfangsposition (10) zurückbewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Roboter (1) programmgesteuert in seine Anfangsposition (10) zurückbewegbar ist.