DE3312939C2 - Steuervorrichtung für einen Industrie-Roboter mit mindestens einer Achse - Google Patents

Abstract

Der Industrie-Roboter weist in jeder Antriebseinrichtung eines Freiheitsgrades oder in den Antriebseinrichtungen mehrerer Freiheitsgrade je einen Absolut-Meßwertgeber (1) und einen Relativ-Meßwertgeber (2) auf, die die momentane Position der Antriebe angeben. Fällt das Signal des Absolut-Meßwertgebers (1) nicht in einen vorher ausgewählten Bereich einer Fensterschaltung (4), so wird über die Steuerung (3) der Roboter ausgeschaltet, da er sich in einem unerlaubten Arbeitsbereich bewegt. Mit Hilfe einer zweiten Fensterschaltung (7), deren Fenster innerhalb des Bereiches der Fensterschaltung (4) liegt, kann die Referenzposition ausgewählt werden.

Description

gekennzeichnet durch die Merkmale:

c) der Reiaüvwertgeber (2) weist im Arbeitsbereich der Roboterachse mehrere Referenzmarken auf,

d) zusätzlich zu dem Relativwertgeber (2) ist je Achse ein Absolutwertgeber (1) mit einer geringeren Präzision als der des Relativwertgebers (2) vorhanden,

e) die erste Fensterschaltung (4) einer jeden Achse reagiert auf Positionswerte des zugehörigen Absolutwertgebers (1),

f) eine zwilte Fensterschaltung (7) einer jeden Achse gibt ein drittes Aus.»angssignal ab, wenn der Positionswert des zur Achse zugehörigen Absolutwertgebers (1) an d<~-r Grenze eines relativ zum ersten Positionsbereich schmalen zweiten Positionsbereichs liegt,

g) das dritte Ausgangssignal veranlaßt, daß das nächste überstrichenc Referenzmarkensignal des Relativwertgebers als Referenzstellung behandelt wird,

h) der zweite Positionsbereich liegt innerhalb des ersten Positionsbereichs und ist in seiner Lag? einstellbar.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (12) zur programmierberen Änderung von Lage und Breite des ersten Positionsbereichs und Lage des zweiten Positionsbereichs vorgesehen sind.

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Industrie-Roboter mit mindestens einer Achse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In vielen Fällen müssen die Schwenkbereiche, Arbeitshübe, Bewegungsbereiche und dergleichen von Industrie-Robotern begrenzt werden, da dies aus Sicherheitsgründen erforderlich ist, da Hindernisse im Wege stehen, um Überlastungen zu vermeiden, oder um anderen Gründen Rechnung zu tragen. Diese Probleme treten nur dann nicht auf, wenn der Arbeitsbereich, den der Roboter bei seinen einzelnen Achsen (Freiheitsgrade der Rotation und/oder Translation) hat, voll überstrichen werden kann, ohne daß irgendwelche Probleme auftreten. Normalerweise ist dies jedoch nicht der Fall.

Es ist bekannt, die Arbeitshübe, Schwenkbewegun-Een um Achsen und andere Bewegungen, die solche

Roboter ausführen, durch Anschläge zu begrenzen.

Mit solchen mechanischen Anschlägen treten jedoch verschiedene Probleme auf. Zunächst einmal müssen die Anschläge sehr kräftig ausgebildet sein, wenn die Antriebsleistung des Roboters groß ist, da sonst die Anschläge durch die Bewegung des Roboters verschoben oder zerstört würden. Ein weiteres Problem tritt bei Industrie-Robotern mit mehreren Achsen auf,-Ja hier die erlaubten Schwenkwinkel oder Arbeitsräume einer

ίο Achse von der Bewegung bei den anderen Achsen abhängen können. Sollen nun mit dem Roboter verschiedene Arbeiten durchgeführt werden, so müssen die An-. schlage häufig verstellt werden, was nicht nur eine sehr anstrengende und zeitraubende Tätigkeit ist, sondern auch erhebliche Sicherheitsrisiken mit sich bringt. Die Probleme werden dabei um so größer, je häufiger das Programm des Roboters gewechselt werden sol¹.

Ähnliche Probleme treten nun auch beim »Einrichten« der Roboterachsen auf. Unter »Einrichten« ist dabei dsr Vorgang zu verstehen, bei dem Obereinstimmung zwischen der mechanischen Null-Lage einer Antriebsachse und der Null-Lage des jeweils zugeordneten Gebers hergestellt wird. Bei Verwendung von Äbsolul-Wertgebern ist diese Maßnahme nur einmal (z. B. nach dem Wechsel eines Gebers) erforderlich. Ein Einsatz von periodisch oder zyklisch arbeitenden Meßwertgebern, die im folgenden als Relativ-Wertgeber bezeichnet werden sollen, insbesondere bei inkrementalen Gebern (Impulsgebern) ist diese Maßnahme dagegen nach jeder Neueinschaltung der Steuerung erforderlich.

Da hochauflösende, genaue Meßgeber in Absolutwert-Ausführung sehr teuer sind und große Baumaße haben, werden in der Praxis überwiegend die kleiner gebauten und preisgünstigeren Relativ-Wertgeber, insbesondere inkrementale Geber eingesetzt Damit wird das Einrichten zu einer relativ häufig durchzuführenden Aufgabe.

Der bei vielen Einsatzfällen durc,¹· äußere Bedingungen eingeschränkte Bewegungsfreiraum gestattet nun häufig nicht, die allgemein übliche Nullmarke des benutzten Gebers zur Herstellung der gewünschten Refcrenzstellung zu verwenden, da z. B. diese Winkelstellung durchaus in einem Bereich liegen kann, der vom Roboterarm nicht bestrichen werden kann, da sich hier ein Hindernis, z. B. ein Pfeiler befindet. In diesem Falle muß bei herkömmlichen Anordnungen der Geber gelöst und — abweichend von der Normalstellung — der Geber so verdreht werden, daß eine Einjustierung in einem befahrbaren Bereich möglich ist.

Eine Steuervorrichtung der eingangs genannten Art is: durch die DE-OS 31 51 752 bekannt. Diese Steuervorrichtung ist Teil eines Industrie-Roboters, die pro Achse eine Antriebseinrichtung und eine Einrichtung zur Begrenzung der Bewegung jedes Antriebs aufweist.

Der Arbeitsbereich kann dabei über einen Speicher eingestellt werden. Durch Einstellung von verbotenen Bereichen wird damit für jede Achse ein Fenster gebildet, in dem der Ist-Wert der Position liegen darf, ohne daß ein Alarm ausgelöst wird oder die bewegung in dieser Achse beendet wird. Außerdem weist die Steuervorrichtung Relativ-Wertgeber für die Position jedes Achsenantriebs auf.

Durch eine solche Steuervorrichtung können zwar die Schwierigkeiten vermieden werden, die oben im Zusammenhang mit mechanischen Anschlägen beschrieben wurden. Die oben ebenfalls beschriebenen Probleme beim Einrichten bleiben jedoch bestehen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die ein-

gangs genannte Steuervorrichtung für einen Industrie-Roboter so zu verbessern, daß für den Relativ-Wertgeber eine einfache Auswahl einer von mehreren wählbaren Referenzsteliungen im Arbeitsbereich des Roboters möglich isL

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Aus der DE-OS 28 40 341 ist zwar ein Industrie-Roboter bekannt, bei dem für jede Bewegungsachse ein Absolut-Wertgeber für die jeweilige Position vorhanden ist Die Steuereinrichtungen für jeden Achsenantrieb reagieren auf Signale, die von den Absolutwertgebern abgegeben werden. Während eines Probebetriebs werden von den Absolut-Wertgebern Referenzsignale für einstellbare Positionen jedes Antriebs abgegeben, die über eine Einrichtung erfaßt und gespeichert werden. Durch eine weitere Einrichtung kann die Bewegung eines jeden Antriebs begrenzt werden, die anspricht, wenn der Ist-Wert der Position außerhalb eines Bereichs um den SqU-Wert liegt. Die Position-dieses Fensters wird im Probebetrieb eingestellt, di<> Breite wird mit Hilfe eines Potentiometers eingestellt Das Fenster wandert dabei mit dem sich verändernden Soll-Wert mit und bildet somit einen Arbeitsbereich, der sich um den Soll-Wert der Position des Roboterarms aufspannt Relativ-Wertgeber wie bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung sind aber nicht vorgesehen.

Aus der DE-AS 12 93 500 ist zwar eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine mit Absolut-Wertgebern und Relativ-Wertgebern bekannt, die aber lediglich der Lageermittlung und Wegmessung des Schlittens einer Werkzeugmaschine dienen. Hierdurch ist es zwar bekannt, auf einem etwas anderen technischen Gebiet gleichzeitig zwei verschiedene Meßwertgeber vorzusehen; Hinweise zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe sind diesem Stand der Technik aber nicht zu entnehmen.

Bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ist also zunächst einmal ein Absolutwertgeber für den oder jeden Antrieb des Freiheitsgrades oder der Freiheitsgrade vorgesehen, der aber die momentane Position nicht mit übermäßiger Präzision angeben muß. Die genaue Einstellung erfolgt vielmehr mit Hilfe des Relativwertgebers. Auf das Signal vom Absolutwertgeber reagieren nun eiiie erste und eine zweite fensterschalung. Diese Fensterschaltungen geben nur dann dem Betrieb des Roboters freigebende Signale ab, wenn sich die Position des Roboters in dieser Antriebsachse und damit das Signal des AbsolutwerVgebers zwischen einem eingestellten kleinsten Wert und einem eingestellten größten Wert beendet. In allen anderen Fällen wird ein Signal abgegeben, durch das entweder der Roboter im automatischen Betrieb angehalten wird oder bei Nichterfassung des Referenzsignals der übrigen in den automatischen Betrieb verhindert wird. Mit der ersten Fensterschaltung wird ein erster Positionsbereich der erlaubte Arbeitsbereich eingestellt Der zweite Fensterbercich hat eine verhältnismäßig geringe und immer konstante Breite. Führt der Roboter eine Bewegung mit einer Antriebsachse in dem entsprechenden Freiheitsgrad aus, so wird irgendwann das Signal des Absolutwertgebers den P< >sitionsbereich der zweiten Fensterschaltung überstreichen, da dieser zweite Positionsbereich innerhalb d£s ersten Positionsbereichs der ersten Fensterschaltung Hegt, d. h. im erlaubten Arbeitsbereich für eine Antriebsachse dieses Freiheitsgrades. Sobald begonnen wird, diesen zweiten Positionsbereich der zweiten Fensterschaltung zu überstreichen, gibt diese Fensterschalung ein Ausgangssignal an die Steuerschaltung ab, aufgrund dessen das nächste Referenzmarkensignal des Relativwertgebers als Referenzstellung bzw. Referenzpuls behandelt wird. Selbstverständlieh ist es dabei nicht notwendig, daß der Relativ-Meß- wertgeber tatsächlich Pulse abgibt; es ist jedoch sehr zweckmäßig, seine Ausgangssignale zumindest in Pulsform umzuformen. Bewegt sich der Roboter in den Antriebsachsen die ses Freiheitsgrades immer weiter, so wird irgendwann das Signal des Absolutwertgebers den ersten Positionsbereich der ersten Fensterschaltung verlassen. In diesem Falle wird sich das Ausgangssignal der Fensterschaltung, das an die Steuerschaltung gelegt ist, so än- dem, daß der Roboter abgeschaltet wird, um Beschädigungen und dergleichen zu vermeiden.

Einrichtungen dieser Art können nun für jeden Freiheitsgrad eines solchen Roboters vorgesehen werden. Es sind dabei für jede Antriebsachse jedes dieser Frei heitsgrade entsprechende Schaltungeiv«rforderlich. Für jedes Programm müssen dann die Lage υαΑ die Breite der Positionsbereiche beiden Fensterschaltungen neu eingestellt werden, was aber mit Hilfe von Steilem im Steuerungsschrank geschehen kann und damit viel ein fächer ist, als das Verstellen von Anschlägen oder Meß wertgebern zur Änderung der Nullstellung am Roboter selbst Ein wesentlich größerer Vorteil besteht aber darin, daß die Einstellung der Fenster automatisch geschehen kann, wenn Einrichtungen zur programmierbaren

Änderung von Fensterlage und -breite vorgesehen sind. Durchläuft der Roboter programmgesteuerte Bewegungsabläufe, so können mit Hilfe des Programms jederzeit Fensterbreite und -lage neu eingestellt werden, so daß jederzeit gewährleistet ist, daß der Roboter sich in keinem der Freiheitsgrade aus dem erlaubten Bewegungsbereich herausbewegt.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

An die Bewegungseinrichtung eines Freiheitsgrades, z. B. an eine Hubeinrichtung oder an eine sich drehende Achse sind ein Absolutwertgeber 1 und ein Relativwertgeber 2 angeschlossen. Der Absolutwertgeber kann z. B. ein Analogsignal abgeben, das nach Größe und Richtung dem Drehwinkel einer Achse entspricht Der Relativwertgeber 2 wird dagegen jeweils einen Puls abgeben, wenn die Bewegung in dem betreffenden Freiheitsgrad in einem gewissen Umfang fortgeschritten ist (z. B. 1 mm oder ein vorgegebener Bruchteil eines Gra des). Die Pulse vom Relativwertgeber 2 werden dabei an die Steuerung 3 für den Roboterantrieb abgegeben und dienen der Steuerung. Außerdem gibt der Relativwertgeber 2 in Winkelabständen, die größer als die der zur Winkelmessung genutzten sind, gesonderte Re?e renzmarkenimpulse an die Steuerung 3 ab.

Die Signale von? Absolutwertgeber 1 werden dagegen über Leitungen 9 in eine erste Fensterschaltung 4 und eine zweite Fensterschalung 7 eingegeben. Bei der ersten Fensterschaltung kann mit Hilfe einer Einrich tung 5 die Lage und mit Hilfe einer Einrichtung 6 die Breite des ersten Positionsbereichs eingestallt werden. Befindet sich der sich bewegende Teil im erlaubten Bereich und hat daher das Signal vom Absolutwertgeber 1 die entsprechende Grö3e, bei der sie innerhalb des er sten Positionsbereichs der Fensterschaltung 4 liegt, so wird über die Leitung 10 ein Enable (l)-Signal an die Steuerung 3 gegeben, so daß der Roboter die gewünschten Bewegungen ausführen kann.

Die Lage des zweiten Positionsbereichs der zweiten Fensterschaltung kann mit Hilfe einer Einrichtung 8 eingestellt werden. Die Breite dieses Positionsbereichs hat immer den gleichen Wert Über eine Verbindungsleitung 13 wird durch entsprechende Schaltungen noch s sichergestellt, daß der zweite Positionsbereich der zweiten Fensterschaltung 7 innerhalb des ersten Positionsbereichs der ersten Fensterschaltung 4 liegt

Erreicht nun das Signal des Absolutwertgebers 1 den zweiten Positionsbereich der zweiten Fensterschaltung 7, so wird Ober die Leitung 11 ein Enable (2)-Signal an die Steuerung 3 abgegeben, so daß der nächste Referenzmarkenimpuls des Relativwertgebers 2 von der Steuerung 3 als gültige Referenzmarke (Nullmarke) verwendet wird. Auf diese Weise kann die Null-Einstel- is lung bzw. »Einrichtung« für alle Antriebsachsen aller Freiheitsgrade des Roboters leicht erfolgen, wenn die eben beschriebenen Einrichtungen ?ür jede Antriebsachse dieser Freiheitsgrade vorgesehen sind.

Die Einstellung von Lage und Breite der Positionsbereiche kann einmalig für ein Programm manuell erfolgen. Beim Wechsel eines Programms auf ein anderes, bereits vorher einmal benutztes, ist es jedoch vorteilhaft, diese Einstellung mit Hilfe eines Arbeitsraum-Datenspeichers 12 über gestrichelt gezeichnete Linien durchzufahren. In dem Speicher sind dabei jeweils die Positionsbereiche gespeichert, die der Roboter in einem Freiheitsgrad überstreichen kann, wenn er in den anderen Freiheitsgraden gerade bestimmte vorgegebene Positionen einnimmt Die Einstellung kann hierbei erfor- derlichenfalls programmschrittspezifisch erfolgen.

Wenn im vorstehenden von Achsen die Rede ist, so sind damit nicht nur Rotationsachsen gemeint, sondern auch translatorische Achsen.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Steuervorrichtung für einen Industrie-Roboter mit mindestens einer Achse mit den Merkmalen:

a) ein Relativwertgeber pro Achse ermittelt die Position des jeweiligen Antriebs,

b) eine erste Fensterschaltung pro Achse liefert ein erstes Ausgangssignal, wenn der ermittelte Positionswert eines Antriebs innerhalb eines in Lage und Breite einstellbaren ersten Positionsbereichs pro Achse liegt, der den Arbeitsbereich der Roboterachse festlegt, und liefert ein zweites Ausgangssignal, wenn der ermittelte Positionswert außerhalb liegt,