DE3406255A1

DE3406255A1 - Robotersteuerapparat

Info

Publication number: DE3406255A1
Application number: DE19843406255
Authority: DE
Inventors: Atsushi Nagoya Aichi Itoh
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1983-02-21
Filing date: 1984-02-21
Publication date: 1984-09-27
Also published as: JPS59153207A; US4594670A; DE3406255C2

Description

HOFFMANN · EITLE & PARTNER

PATENT- UND RECHTSANWÄLTE

PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE ■ DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FOCHSLE - DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H -A. BRAUNS . DIPL.-ING. K. GDRG

DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE

- 5 - 38849 q/sm

Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Tokyo / Japan

Robotersteuerapparat

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Robotersteuerapparat und insbesondere einen solchen Robotersteuerapparat, in dem die tatsächliche räumliche Position eines Betätigungsteiles in volle Übereinstimmung gebracht wird mit den gespeicherten Daten für die Position.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Roboter vom zweiarmigen Horizontalgelenktyp, und zwar in der Draufsicht. Fig. 1 dient als Grundlage für die vorliegende Erfindung. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen ersten Arm, der um eine erste Achse (oder Stift) an einem Ende des ersten Armes 1 drehbar ist. 2 bezeichnet einen zweiten Arm, der sich um eine zweite Achse 4 dreht, der am anderen Ende des ersten Armes 1 zur Drehung vorgesehen ist.

Durch Drehen des ersten und zweiten Armes 1 und 2 um vorgegebene Winkel kann das andere Ende des zweiten Armes in eine vorgegebene gewünschte Betätigungsposition gebracht werden. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Positionsbetätigungsschalter, der mechanisch an der ersten Achse 3 befestigt ist. Er dient zur Schaffung eines Referenzpunktes des ersten Armes 1. 6 bezeichnet einen Ansatz, der am ersten Arm 1 auf der der Achse 3 zugewandten Seite vorgesehen ist, und zwar auf der Mittenlinie des ersten Armes 1. Er arbeitet mit dem Positionsbestätigungsschalter 5 zusammen.

7 Bezeichnet einen Positionsbetätigungsschalter, der mechanisch am ersten Arm 1 an seinem dem zweiten Arm 2 zugewandten Ende vorgesehen ist. Er dient zur Schaffung eines Referenz-

punktes des zweiten Armes 2. 8 bezeichnet einen Ansatz, der am zweiten Arm 2 auf der dem ersten Arm zugewandten Seite vorgesehen ist, und zwar auf der Mittellinie des zweiten Armes 2. Er arbeitet mit dem Positionsbestätigungsschalter 7 zusammen. Das Paar des Positionsbestätigungsschalters 5 und des Ansatzes 6 sind einander gegenüberliegend angeordnet, und zwar auf der Mittellinie des ersten Armes 1, während das Paar des Positionsbestätigungsschalters 7 und des Ansatzes 8 ebenfalls einander gegenüberliegend auf der Mittellinie des zweiten Armes 2 vorgesehen sind. Fig. 1A zeigt den Zustand des Roboters, in dem die entsprechenden Arme 1 und 2 des jeweiligen Roboters zu ihren Referenzpunkte zurückbewegt werden.

In Fig. 1B befinden sich die entsprechenden Positionsbestätigungsschalter 5 und 6 zusammen mit den zugehörigen Ansätzen 6 und 7 auf der Mittellinie.

Die Operation eines Roboters 9 der zuvor beschriebenen Art wird durch eine Steuereinrichtung 10 gesteuert, die in Fig. 2 dargestellt ist. In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 11 einen Hauptspeicherabschnitt zur Speicherung der Daten der Arbeitspunkte, der Arbeitsverfahren oder Abläufe usw. des Roboters. 13 bezeichnet einen Referenzpunktspeicherabschnitt zur Speicherung der Positionsdaten der zugehörigen Arme 1 und 2, wenn sie zu ihren Referenzpunkten zurückgebracht werden. 14 ist eine zentrale Prozessoreinheit (CPU), die unterschiedliche Steuerprogramme ausführt, wie z. B. die Positionssteuerung des Roboters 0 9 und die Steuerung von externen Geräten. 15 bezeichnet einen Instruktionsausgangsabschnitt zur Schaffung eines Ausgangssignales für einen Servomotor des Roboters 9. Auf der Basis der Arbeitspunktdaten und der Arbeitsverfahren, die im Hauptspeicherabschnitt 11 abgespeichert sind, sowie auf der Basis

der im Speicherabschnitt 12 für den gegenwärtigen Punkt abgespeicherten gegenwärtigen Positionsdaten sowie auf der Basis der Referenzpositionsdaten, die im Referenzpunktspeicherabschnitt 13 abgespeichert sind, berechnet die CPU 14 Instruktionen für den Roboter 9 und sendet diese Instruktionen über den Instruktionsausgangsabschnitt 15, um auf diese Weise den Roboter 9 vorbestimmte und gewünschte Bewegungen ausführen zu lassen. Die Positionsdaten, die im Speicherabschnitt 12 für den gegenwärtigen Lagepunkt gespeichert sind, und der Referenzpunktspeicherabschnitt umfassen z. B., wie in Fig. 3 dargestellt, Daten, die den Winkel Θ. zwischen der X-Achse eines Bezugs-orthogonalen Koordinatensystems und dem ersten Arm 1 (insbesondere die Mittellinie des ersten Armes 1) und den Winkel Q₂ zwischen

einer fortlaufenden Linie (unterbrochene Linie) des ersten Armes 1 und des zweiten Armes 2 repräsentieren.

In einer so ausgebildeten konventionellen Robotersteuervorrichtung ist es bei Einschaltung der Betriebssteuerung (Leistungseinschaltphase) notwendig, die Positionen der Arme 1 und 2 zu bestätigen und sie im Speicherabschnitt 12 für den gegenwärtigen Lagepunkt abzuspeichern, weil der Inhalt des Speicherabschnitts für den gegenwärtigen Lagepunkt dann sich in einem Leerzustand befindet. Hierfür wird beim Starten die Referenzpunktrückkehr bewirkt, so daß die tatsächlichen räumlichen Positionen der jeweiligen Arme 1 und 2 zwangsläufig in Übereinstimmung mit den gespeicherten Daten für die jeweiligen Arme 1 und 2 gebracht werden. Wenn z. B. die Arme 1 und 2 sich in der Position gemäß Fig. 1A 0 befinden, dreht der Arm um die Achse 3 solange, bis der Positionsbestätigungsschalter 5 mit dem Ansatz 6 fluchtet. Zur gleichen Zeit dreht der Arm 2 um die Achse 4 solange, bis der Positionsbestätigungsschalter 7 mit dem Ansatz 8 fluchtet, wobei die Arme 1 und 2 auf diese Weise zu ihren

Referenzpositionen wie in Fig. 1B zu sehen ist, gebracht werden.

Bei der Bestätigung der Ausrichtung zwischen dem Paar des Positionsbestätigungsschalters 5 und dem Ansatz 6 sowie zwischen dem Paar des Positionsbestätigungsschalters 7 und dem Ansatz 8 befinden sich die jeweiligen Arme 1 und 2 in ihren Referenzpunkt-Rückkehr zuständen, wie in Fig. 1B zu sehen ist. Bei der Feststellung der Ausrichtung zwischen dem Paar des Positionsbestätigungsschalters 5 und dem Ansatz 6 und dem Paar des Positionsbestätigungsschalters 7 und dem Ansatz 8 überträgt die CPU 14 die Positionsdaten Q_1n und θ~_η, die im Speicherabschnitt 13 für den Referenzpunkt abgespeichert sind, in den Speicherabschnitt 12 für den gegenwärtigen Punkt (Istwert). Die tatsächlichen Raumpositionen der jeweiligen Arme 1 und 2 werden dann in Übereinstimmung gebracht mit den gespeicherten Positionsdaten. Da die Positionsbestätigungsschalter 5 und 4 sowie die Ansätze 6 und 8 mechanisch fixiert sind, ändern sich die Positionen der jeweiligen Arme 1 und 2 nicht, wenn sie zu ihren Referenzpunkten oder Lagen zurückgebracht werden. Danach wird die Positionssteuerung des Roboters auf der Basis der Positionsdaten ausgeführt, die im Speicherabschnitt für den gegenwärtigen Punkt oder die Lage gespeichert sind, sowie in Übereinstimmung mit dem Arbeitsverfahren oder Ablauf, das im Hauptspeicherabschnitt 12 gespeichert ist. Wenn daher das spitze Ende (freie Ende) des zusammengesetzten Roboterarmes zu einem vorgegebenen Arbeitspunkt in Übereinstimmung mit dem im Hauptspeicherabschnitt 1 gespeicherten Arbeitsverfahren bewegt werden soll, wird der Betrag der Bewegung jeder der Arme 1 und 2 durch die CPU 14 berechnet, so daß die gegenwärtigen Positionsdaten, die im Speicherabschnitt 12 für den gegenwärtigen Punkt gespeichert sind und die in Übereinstimmung mit der Bewegung nacheinander auf den neuesten Stand gebracht werden, mit den

Positionsdaten des vorbestimmten Arbeitspunktes übereinstimmen.

Für die Positionssteuerung des Roboters, die in der oben beschriebenen Weise ausgeführt werden soll, ist eine Anfangsübereinstimmung zwischen den tatsächlichen räumlichen Positionen und den Referenzpunkten der Arme 1 und 2 und den gespeicherten Positionsdaten der Referenzpunkte eine Grundvoraussetzung. Es ist jedoch schwierig, die Positionsbestätigungsschalter und die Ansätze an den Positionen ihrer Referenzpunkte mit einer hohen Genauigkeit anzubringen, selbst dann, wenn die Positionen ihrer Referenzpunkte im Entwurfsstadium genau bestimmt werden, weil Fehler in den Anordnungs- und/oder Herstellungstoleranzen auftreten. In dem Fall, in dem ein Mißverhältnis zwischen solchen Positionen besteht, wenn also die tatsächlichen räumlichen Positionen θ .. und θ (Fig. 4, ausgezogene Linie) nicht übereinstimmen mit den Positionsdaten θ „ und ©_„ (Fig. 4, unterbrochene Linie) abgespeichert im Referenzpunktspeicherabschnitt 13, führt der CPU 14 zur Bewegung des freien Endes des Roboters in die positive Richtung der Y-Achse und parallel zur Y-Achse seine Berechnungen auf der Basis der gespeicherten Datenwerte θ..- ^un<i θ_?2 ^aus· Hierbei wird der Instruktionsausgangsabschnitt 15 dazu veranlaßt, eine Instruktion zu erzeugen, die bewirkt, daß das freie Ende des Roboterarmes auf dem linearen Weg zwischen den Punkten a und b bewegt wird, wie dies aus Fig. 4 anhand der strichdoppeltpunkierten Linie zu erkennen ist. Praktisch besteht jedoch ein Problem darin, daß das freie Ende des Roboter-0 armes sich entlang einer Ortskurve von dem Punkt A zum Punkt B bewegt, wie dies aus der strich-punktierten Kettenlinie in Fig. 4 zu erkennen ist, weil der tatsächliche Operationsstartpunkt A sich in einer Position befindet, die durch die Datenwerte Q und θ bestimmt ist. Daher ist

- ίο -

es unmöglich, die gewünschte Arbeit genau auszuführen.

Der Grund dafür, daß die Ortskurve eine Kurve wird, wird nun beschrieben. Wenn ein vorgegebener gewisser Punkt P (X,Y) in einer Ebene als Positionspunkt des freien Endes des Roboterarmes wie aus Fig. 6 zu sehen ist, angenommen wird, bestehen die folgenden Beziehungen unter den Werten X, Y, e.j und Q₂:

X = £!cos6i + £₂cos(6i + Q₂) und Y = £isin0]_ + £₂sin(0i + Q₂).

Die Werte Θ. und ©„ können aus der Gleichung (1) wie folgt erhalten werden:

^180° -cos"¹

Q₂ =

cos

-1

= tan-1

- ^χ2 ~ ^γ2

-X-

£₂ ^COSÖ2)

rechtshändiges Hand systeivi (+ Q₀) )

ίlinkshändiges Hand- -180° system (~ θ,,))

Obwohl es zwei Lösungen für den Wert θ₂ gibt, was bedeutet, eine für das rechtshändige und eine für das linkshändige System, bezieht sich die folgende Beschreibung nur auf das rechtshändige System ((+ Θ-) . Der Fall für das linkshändige System ist ähnlich dem des rechtshändigen Systems.

Es wird nun angenommen, daß der Wert des Punktes (X_Q/Y₀) eingegeben bzw. angewiesen wird und daß die Winkel der entsprechenden Gelenke durch die folgenden Beziehungen aus den Gleichungen (2) und (3) ausgedrückt werden:

r

B₂ = 180° -cos"¹

X² ^Χ0

— Y

und

2 £ι · £₂

βχ = tan

Ul + £₂cose_2o) -

^fi-2^sinö2₀ ^J

Hierzu ähnlich werden die Winkel der entsprechenden Gelenke für den Fall, daß ein Punkt (X_Q + ΔΧ, Y_Q + ΔΥ) , der 10 um den Betrag U'¹. X, Δ Y) vom Punkt (X_n,Y-) verschoben wurde, angewiesen wird, folgendermaßen erhalten:

= 180° -cos"¹

-(X₀ +ΔΧ)² +(Y₀ +ΔΥ)²~

und

B₁-, = tan

"¹

^γ)

- (^χ0

_(Χ₀ + X)(A₁ + £₂cose_2jL)

20 Auf ähnliche Weise erhält man die folgenden Beziehungen, wenn ein Punkt (X_Q +2·Ζ.*ίΧ,Υ_η +2·Δγ) eingegeben wird:

Q_2o = 180° -cos

-1

l\ -(X₀ +2ΔΧ)2 +(Y_{0 +2Δ}Υ)2

θi₀ = tan"¹

(Υ₀+2ΔΥ)(A₁ + £₂cose_2l) - (X₀ +2ΔΧ)£₂εΐηθ₂.

-(Χ_Ο+2ΔΧ)(A₁

(Y₀

Das freie Ende des Roboterarmes bewegt sich durch diese drei Punkte, wenn der Roboter ein idealer Roboter ist. Praktisch gesehen hat ein idealer Roboter jedoch, wie zuvor erklärt, einige Abweichungen zwischen der tatsächliehen Position und der gespeicherten Position. Diese Abweichung ist eine Differenz zwischen der Position des Referenzpunktes jedes Gelenkes und dem Wert der Koordinaten des Referenzpunkes des Roboterarmes, ausgedrückt durch die Werte Ae₁ und Δθ₉. Daher erhält man für die gewünschten Werte (Positionen) (Θ.. ,Q₀), (Q _Λ , Q₀ ) und

0 0 1 1 (Q₀ , Q₀ ), die Ergebnisse der Berechnung sind, die tat-

1 2
sächliche Position aus der Gleichung (1):

X₀ = £lcos(9i_Q+A6i) + £₂ ^cos(6l₀ +Αθι +Q₂ ⁺ Y₀ = £ΐΞίη(θι_ο+Δθι) + £₂sin(ei₀ +Δθχ +θ_2ο + Δθ₂) X₀ +ΔΧ = A₁COS (9I₁+Δθι) + ^₂COS (e_1]L +AO₁ +θ_2ι + Δθ₂) Y₀ +ΔΥ = A₁SIn(O₁-^Ae₁) + A₂SIn(O₁₁ +AO₁ +θ_2ι + Δθ₂) X₀ +2·ΔΧ = £₁οοε(θ_ΐ2+ΔΘ₁) + £₂cos(e_l2 +Δθχ +θ₂₂ + Δθ₂) Y₀ +2·ΔΥ = £ιεΐη(θι₂+Δθι) +. £₂sin(ej.₂ +Δθχ +θ₂₂ + Δθ₂)

Wenn Ae₁ = O ist und Δθ_? = O ist, ist der Roboter ideal, so daß der Roboterarm durch die drei Punkte (X-,Y-), (X₀+.ΛΧ, Y_Q+ --.Y) und (Xq + 2 X,Y_q + 2Ay) sich bewegen wird.

Wenn jedoch -Λθ.. τ 0 und Ae₂ ^ 0 ist, werden Komponenten aufgrund der Werte Δθ. und &Q₂ addiert und daher die drei Punkte vom gewünschten Verlauf bzw. von der gewünschten Ortskurve verschoben. Somit wird die Kurve die Kurve AB, Um diese Fehler zu beseitigen, ist es allgemein üblich, 0 die Datenpunkte durch tatsächliches Messen der Entfernung der tatsächlichen Bewegung des Roboters in Übereinstimmung zu bringen (koinzidieren), und zwar durch Verwendung einer teuren Vorrichtung, wie z. B. eines Digitaldarstellungsgerätes, um eine Übereinstimmung zwischen der räumlichen Po-

sition des Referenzpunktes und den gespeicherten Positionsdaten für den Referenzpunkt zu erzwingen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beseitigen. Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Robotersteuerapparat zu schaffen, in dem die Positionssteuerung genau ausgeführt werden kann.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen RoboterSteuerapparat zu schaffen, mit dem die Arbeit exakt und einwandfrei ausgeführt werden kann.

Gemäß einem Wesensmerkmal der Erfindung ist ein Apparat zur Steuerung eines Roboters vorgesehen, der einen Hauptspeicherabschnitt zur Speicherung des Arbeitspunktes und des Arbeitsverfahrens bzw. Arbeitsablaufes für den Roboterarm aufweist. Außerdem ist ein Speicherabschnitt für einen gegenwärtigen Punkt bzw. Istwert zur Speicherung der Daten vorgesehen, die der gegenwärtigen Position oder Lage des Endes des Roboterarmes entspricht. Außerdem ist ein Referenzpunktspeicherabschnitt zur Speicherung der Daten vorgesehen, die die Position des Endes des Roboterarmes kennzeichnen oder anzeigen, wenn der Roboter betätigt wird.

Außerdem ist eine zentrale Prozessoreinheit (CPU) vorgesehen, um den Roboter zur Durchführung vorgegebener Operationen auf der Basis des Arbeitspunktes, des Arbeitsverfahrens oder Ablaufes, der die gegenwärtige Position anzeigenden Daten und der Referenzpositionsdaten zu steuern. Die 0 Verbesserung bezieht sich auf die Schaffung eines Korrekturabschnittes, in dem die Abweichung der tatsächlichen räumlichen Position des Endes des Roboterarmes von den gespeicherten Datenwerten, die der fraglichen Position entsprechen, festgestellt wird, wobei die gespeicherten Daten

auf der Basis dieser Abweichung korrigiert werden.

Weitere Ausführungen und Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
5

Im folgenden werden nun die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Skizze eines Roboterarmes, auf den die vorliegende Erfindung angewendet werden kann;

Fig. 2 ein Blockdiagramm für die Anordnung eines konventionellen Robotersteuerapparates; 15

Fig. 3 ein Diagramm zur Erklärung der Position des Roboterarmendes;

Fig. 4 ein Diagramm zur Erklärung der Abweichungen in der Positionssteuerung in dem konventionellen Roboter;

Fig. 5 ein Diagramm zur Erklärung des Grundes inwiefern eine Ortskurve eine Kurve AB aufgrund des Fehlers gemäß Fig. 2 entsteht;
25

Fig. 6 ein Blockdiagramm einer Anordnung eines Robotersteuerapparates gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 ein Diagramm zur Darstellung der Lage oder Stellung einer Vielzahl von Roboterarmen, wobei die Position des Endes des Roboterarmes in Übereinstimmung mit einer vorgegebenen Position gebracht wird und

Fig. 8 ein Diagramm zur Erklärung der Grundsätze der Abweichung sberechnung .

Im folgenden wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von Fig. 6 beschrieben, in der gleiche Bezugszeichen für die Teile verwendet wurden, die den von Fig. 2 entsprechen. In Fig. 6 bezeichnet das Bezugszeichen 16 einen Korrekturinstruktionsabschnitt zur Korrektur der Inhalte von z. B. eines Referenzpunktspeicherabschnittes 13 auf der Basis der Abweichung der tatsächlichen räumlichen Position des Referenzpunktes von dem Positionsdatenwert, der in einem Referenzpunktspeicherabschnitt 13 gespeichert ist. Das Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Korrekturlehrbox, die aus verschiedenen Schaltern 17a bis 17e zusammengesetzt ist, die zur Eingabe eines Korrekturablaufes betätigt werden. Ein CPU 14 in Fig. 6 berechnet die oben erwähnte Abweichung in Abhängigkeit von den Positionsdaten der beiden Stellungsarten der Arme 1 und 2, wie aus Fig. 7 zu sehen ist. Eine erste Stellung der 0 beiden Arme 1a und 2a ist mit I bezeichnet (im folgenden als Haltung oder Stellung im Rechtshandsystem bezeichnet). Eine weitere Stellung der Arme 1b und 2b ist mit II bezeichnet (im folgenden als Stellung des Linkshandsystems bezeichnet). Die Schalter 17a bis 17e der Lehrbox 17 werden in einer vorgegebenen Ordnung eingeschaltet, um die CPU 14 zu veranlassen, den Start der Korrekturoperation auszuführen, um auf diese Weise die oben erwähnte Abweichung zu bestimmen. Danach korrigiert der Korrekturinstruktionsabschnitt 16 die Inhalte des Speicherabschnittes 12 0 für den gegenwärtigen Punkt und/oder den Referenzpunktspeicherabschnitt 13 auf der Basis der festgestellten Abweichung. Das bedeutet, daß die CPU 14, der Korrekturinstruktionsabschnitt 16 und die Lehrbox 17 einen Positionsdatenkorrekturabschnitt festlegen.

Es wird nun im folgenden eine Korrekturoperation im Detail beschrieben. Beim Einschalten der Energieversorgung der Steuervorrichtung 10 ist es notwendig, eine Rückkehrbewegung zum Referenzpunkt auszuführen, um den Roboter 9 in den Zustand bzw. in die Stellung zu bringen, von der aus die Positionssteuerung gestartet werden kann. Es kann jedoch ein Fall auftreten, in dem die tatsächliche räumliche Position jedes Armes 1 und 2 nicht übereinstimmt mit den gespeicherten gegenwärtigen Positionsdaten, selbst dann nicht, wenn die Rückkehrbewegung zum Referenzpunkt ausgeführt wurde. In einem solchen Fall drückt der Operateur den Korrekturstartschalter 17a, um erst einmal die CPU 14 in den Betriebsbereitschaftszustand zu bringen. Danach· betätigt er den JOG-Schalter 17b, um eine JOG-Instruktion der CPU 14 zu liefern, um auf diese Weise zu veranlassen, daß die CPU 14 ein Signal dem Roboter 9 über einen Ausgangsabschnitt 15 liefert, um so die Arme 1 und 2 in Bewegung zu versetzen. Hierbei soll das freie Ende des Roboterarmes auf eine gewünschte Position P in Übereinstimmung mit der Rechthand-Systemstellung I ausgerichtet werden. Der Begriff "JOG" bedeutet die manuelle Operation des Roboters, indem eine Öffnen/Schließoperation oder eine Auf/Abwärtsbewegung der Hand ausgeführt wird, die am Ende des Roboterarmes angebracht ist. Die entsprechende Positionsinformation wird im Hauptspeicherabschnitt der Steuervorrichtung durch manuell betätigte Schalter gespeichert.

Als nächstes wird der Registrier- oder Speicheradditionsschalter 17c eingeschaltet, um die CPU 14 zu veranlassen, die Positionsdaten Θ. und θ_ο , die in dem Speicherabschnitt

la Zd.

12 für den gegenwärtigen Punkt gespeichert sind, eingegeben werden. Darauffolgend wird der JOG-Schalter 17b erneut eingeschaltet, um die Arme 1 und 2 des Roboters 9 zu bewegen, um das freie Ende des Roboterarmes auf den Punkt P aus-

zurichten, und zwar in Übereinstimmung mit der Linkshandstellung II. Nach Beendigung dieser Operation wird der Speicherkorrekturschalter 17d eingeschaltet, um die CPU 14 zu veranlassen, die gespeicherten Positionsdaten Θ-, und ©„, in bezug auf die Stellung II des Speicherabschnittes für den gegenwärtigen Punkt einzugeben. Schließlich wird der Speicherendschalter 17e eingeschaltet, um die CPU 14 zu veranlassen, die Abweichung der tatsächlichen räumlichen Position von der gespeicherten Datenposition zu berechnen, und zwar auf der Basis der Werte Q₁ , θ_ο , θ., und 0„, .

■ a ^a τ L) /.Q

Darauf korrigiert die CPU 14 die Inhalte des Speicherabschnittes 12 für den gegenwärtigen Punkt und/oder des Referenzpunktspeicherabschnittes 1 3 .

Die Korrektur ist bei Fertigstellung der Roboteranordnung ausgeführt. Danach wird der Arbeitspunkt eingegeben. Somit wurde der Positionsdatenwert vollständig korrigiert. Die Positionssteuerung kann danach sehr genau ausgeführt werden, so daß der Roboter 9 seine Bewegungen entlang des vorgegebenen Weges ausführen kann.

Im folgenden wird nun Fig. 8 beschrieben. θ. und Θ. ent-

■ a Z3-

sprechen dem gegenwärtigen Punkt in der Rechtshandsystemstellung I. Die gespeicherten Positionsdaten auf der Basis der gespeicherten Positionsdatenwerte Q₁, und θ entsprechen dem gegenwärtigen Punkt in der Linkshandsystemstellung II.

In Fig. 8 bezeichnet der Punkt P die oben erwähnte gewünsch-0 te Position, während P_ und P Punkte bezeichnen, die durch die gespeicherten Positionsdatenwerte angezeigt werden, wenn der Punkt P als ein fester Punkt angenommen wird, jeweils in Übereinstimmung mit der Rechtshandsystemstellung 1 und der Linkshandsystemstellung II. Der Punkt P. wird

durch die gespeicherten Positionsdatenwerte G₁ und 0„

ι a /a

spezifiziert. Der Punkt P wird durch die gespeicherten Positionsdatenwerte θ.., und Θ», spezifiziert. Jede dieser Positionsdatenwerte weichen von den absoluten Positionsdaten des festen Punktes P durch O₁ in bezug auf den ersten Arm 1 und durch Q^ in bezug auf den zweiten Arm 2 ab. Das bedeutet, wie in Fig..8 angezeigt ist, daß die Werte der Positionen der ersten und zweiten Achse die in dem Speicherabschnitt für den gegenwärtigen Punkt abgespeichert sind, wenn ein gegebener Punkt P (P ,P ) durch das Rechts- und Linkshandsystem angezeigt wird, jeweils ^Ö1a' ^Ö2a ^{und e}ib' ^ö?h ^{sind# Die} Stellung des Roboterarmes wird, wie durch die gebrochene Linie in Fig. 8 dargestellt ist, durch die oben erwähnten Werte erhalten. (In Fig. 8 ist der Ursprung der X- und Y-Achse als wahrer Referenzwert angenommen). Die durch die ausgezogene Linie in Fig. 8 gezeigte Stellung kann durch Konvergieren der zwei Punkte P und P_TT in einen einzigen Punkt P erhalten werden, und zwar durch Addition der Korrekturwerte Q₁ und Q zu den Positionsdatenwerten jeweils der ersten und zweiten Achse.

Aus dem Blickwinkel der Referenzkoordinaten sind die Datenwerte der entsprechenden Achsen, die im Speicherabschnitt für den gegenwärtigen Punkt gespeichert werden, wenn der Punkt P (Ρ_χ'Ρ ) durch did beiden Stellungen angezeigt wird, nicht korrekt. Die durch Addition der geeigneten Korrekturwerte zu solchen inkorrekten Datenwerten erhaltenen Werte sind die wahren oder richtigen Datenwerte, die die tatsächliehen Stellungen der Arme bzw. Armwinkel repräsentieren. Das bedeutet, daß die Absolutwerte der Positionsdatenwerte des Punktes P die Werte e_ia + Ae₁, Q_2a + Δθ₂ sind, wobei die Positionsdaten θ. , θ_ für die Rechtshandsystemstellung

Ί a Z3.

I benutzt werden. Daher kann die absolute Position des Po-

sitionspunktes P in orthogonalen Koordinaten wie folgt ausgedrückt werden:

+ Δθι) cos(eia +Δθι + 6_2a +ΔΘ₂)~| p-i | ...(4)

+ 6_2a

wobei P und P die X- und Y-Koordinaten der absoluten Positionen jeweils darstellen und 1 und 2 die Längen jeweils des ersten und zweiten Armes 1 und 2 verkörpern. Hierzu ähnlich können die absoluten Werte der Positionsdatenwerte des festen Punktes P durch θ., + Λθ,, θ_ο, +

Ib 1 Zd

/Uli©- ausgedrückt werden, wobei die Positionsdatenwerte ^eib' ^e?h "^⁺" ^{die L}iⁿkshandsystemstellung II verwendet werden. Daher kann die Absolutposition des Positionspunktes P in orthogonalen Koordinaten folgendermaßen ausgedrückt werden:

ΡχΊ fcosOib +Δθι) cos(eit) +Δθι + Q_2a +Δθ₂)Ί \\ 1

^pYJ L^sin(Ölb

Die entsprechenden Werte von P_v in Gleichung (4) und in Gleichung (5) sind gleich. Die entsprechenden Werte von Ρ_γ in den Gleichungen (4) und (5) sind ebenfalls gleich. Dies liegt darin begründet, daß der Punkt P in den Gleichungen (4) und (5) in Übereinstimmung mit den Rechts- und Links-Handsystemstellungen I und II ausgedrückt wird. Daher können die Abweichungen ._*©.. und t--.©₂ aus den Glei chungen (4) und (5) erhalten werden, weil die Positionsdatenwerte θ. , θ_ und θ., , θ_, und die entsprechenden 1a 2a Ib 2b ^c

Armlängen 1. und I₂ bekannte Werte sind. 30

Das bedeutet, daß die Gleichungen (4) und (5) umgeschrie ben werden können wie folgt:

P = £_ie^⁸la ^+A©l)_+Jl2ej(ei_a +Δθι +e_2a +Δθ₂), und . . . (4 ') P = £_ieJ(9lb ⁺^l)_+i2ej(öl_h +Δθ! ₊6_{2b +}ΔΘ₂). ..-(5')

Da die Gleichungen (4¹) und (5¹) identisch sind, ergibt sich folgendes:

+ Δθχ)_ _ej

⁺Δβ₂)_ _QJ(&lb +Δθι +6?b +Δθο) _{λ η}

_ _eJ(»lb

Setzt man die Ausdrücke innerhalb der Klammern in der Gleichung (6) gleich O, so ergibt sich:

+6_2a)_ _ej(0_lb ₊ö_2b)₎ ₌ i

!^ ^{j J} ^j ⁺9₂.a)_ _e ^j

Setzt man θ^ = θ. + θ_ο und θ_π = θ., + θ«, aus der

A la ca. rs ID ZO

Gleichung (7), so ergibt sich folgendes:

(cosö_A - cos6_B)

-είηΔθ₂(εΐηθΑ ~ είηθβ) = 0 ...(9)

Λ-2

+ cos £&2 (sinÖA ~ εΐηθβ) = 0. ...(10)

Setzt man α = cos Θ& - cosöß

β = sin

γ = cos

δ = sin

¹I

^A2

so erhält man von Gleichung (9):

von Gleichung (10) :

¹I

βοοεΔθ2+αΞΪηΔβ2=—ή—δ. (12)

^Α2

von den Gleichungen (11) und (12): Δθ₂ = l

Es wird angenommen, daß zur Bestimmung des Wertes Q₁ aus der Gleichung (4¹) der Punkt P auf die Y-Achse des Roboters fällt:

£si(6 +^ ^{+ ΔΘ}2 +Δ«ΐ) +£isin(ei_a +Δθχ)=0 ...(13)

Aus der Gleichung (13) erhält man:

COS (e₂a+Ae2) I sin(6ia+A6i)

Si₁+

Es wird angenommen, daß die Werte Θ. , ©₂ , Θ., , Ö₂b' """1 und I₂ bekannt sind. Die CPU 14 führt nun die folgenden Gleichungen aus und bestimmt hierbei die Abweichungen: Θ_Α = &

α = cos

β = sin Θα
γ = cos
δ = sin
M₂ - l£{

Δθι = -tan"¹ [

Obwohl die oben beschriebene Vorrichtung so ausgebildet ist, daß das Eingeben der Positionsdaten für die Korrekturoperation durch Verwendung des Registrieradditionsschalters 17c, des Registrierkorrekturschalters 17d usw. erreicht wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt. So kann eine Eingabevorrichtung unter Einschluß eines CRT eines Tastenfeldes anstelle der Lehrbox verwendet werden. Die Ordnung oder Reihenfolge der Schritte, die zur Eingabe der Positionsdaten verwendet werden, kann ausgetauscht werden. Obwohl die obige Beschreibung sich auf eine Vorrichtung eines Roboters mit horizontalen Gelenken für zwei Arme bezieht, ist die vorliegende Erfindung auf diesen Typ des Roboters beschränkt. Es liegt innerhalb des erfindungsgemäßen Gegenstandes, daß die Erfindung ebenfalls einen Roboter eines Vielgelenktypes mit drei oder mehr Armen umfaßt.

Wie zuvor beschrieben, wird ein Robotersteuerapparat zusätzlich mit einem Korrekturabschnitt versehen, in dem die Abweichung einer tatsächlichen Position eines Betätigungsendes des Roboters von dem gespeicherten Positionsdatenwert für diesen Abschnitt berechnet wird. Der gespeicherte Positionsdatenwert wird unter Benutzung der berechneten Abweichung bestimmt mit der Folgewirkung, daß die Referenzpunkteinstellung für jeden Arm bei Fertigstellung der Anord-

nung des Roboters in einfacher und exakter Weise ausgeführt werden kann, ohne daß eine teure und aufwendige Apparatur notwendig ist. Da in jedem Falle die gespeicherten Referenzpositionsdatenwerte akkurat und genau sind, wird eine Bewegung längs eines vorbestimmten und gewünschten Pfades oder Weges erreicht.

Leerseite

Claims

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39 876 q/sm

Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Tokyo / Japan

Robotersteuerapparat

Patentansprüche

( 1.^Apparat zur Steuerung eines Roboters mit Armen für einen Vielgelenkstyp, dadurch gekennzeichnet , daß ein Hauptspeicherabschnitt zur Speicherung von Arbeitspunktdaten und Arbeitsverfahrensinstruktionen für den Roboter vorgesehen ist, daß ein Speicherabschnitt (12) für einen gegenwärtigen Punkt bzw. Istwert zur Speicherung von gegenwärtigen Positionsdaten eines operierenden Endes eines Armes des Roboters für sein freies
Ende vorhanden ist, daß ein Referenzpunktspeicherab-

schnitt (13) zur Speicherung von Referenzpositionsdaten für das operierende Ende des Armes des Roboters in bezug auf sein freies Ende vorgesehen ist, wenn der Roboter
betätigt wird, daß eine zentrale Prozessoreinheit (14) zur Erzeugung eines Signales zur Steuerung des Roboters vorgesehen ist, um vorgegebene Operationen auf der Basis der Arbeitspunktdaten, der Arbeitsablauf- oder Ver-

fahrensinstruktionen, der gegenwärtigen Positionsdaten und der Referenzpositionsdaten auszuführen, und daß ein Instruktionsausgangsabschnitt (15) zur Bestimmung einer Abweichung einer tatsächlichen Position des operierenden Endes des Armes des Roboters für sein freies Ende von den Positionsdaten vorgesehen ist, die einer gegenwärtigen Position entsprechen, um auf diese Weise die gespeicherten Positionsdaten auf der Basis der ermittelten Abweichung zu korrigieren.

Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich· net, daß der Korrekturabschnitt eine Einrichtung zur Ausführung der Bestimmung auf der Basis der Daten umfaßt, die kennzeichnend für die räumlichen Positionen sind, die den Stellungen einer Vielzahl von Armen entsprechen.

3. Robotersteuerapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß als Abweichung eine Abweichung von einer tatsächlichen Position des Roboterarmes bei in eine Referenzposition zurückgekehrter Stellung von einer Position verwendet wird, die dem Referenzpositionsdatenwert entspricht.

4. Robotersteuerapparat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Korrekturabschnitt den Referenzpositionsdatenwert korrigiert.

5. Robotersteuerapparat nach Anspruch 4, dadurch g e kennzeichnet, daß die Korrektur durch den Korrekturabschnitt ausgeführt wird, bevor ein Arbeitspunkt des Roboters in den Hauptspeicherabschnitt eingespeichert wird.

6. Robotersteuerapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Korrekturabschnitt

(16) eine Korrekturlehrbox (17) zur Erzeugung einer Instruktion der Korrekturabläufe und einen Korrekturinstruktionsabschnitt zur Instruktion der zentralen Prozessoreinheit (14) aufweist, um die Abweichung auf der Basis des gegenwärtigen Positionsdatenwertes und des Referenzpositionsdatenwertes zu bestimmen, der sich in Übereinstimmung mit einer Korrekturinstruktion aus der Korrekturlehrbox ändern, um auf diese Weise den gespeicherten Positionsdatenwert zu ändern.

7. Robotersteuerapparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Korrekturlehrbox

(17) einen Korrekturstartschalter (17a), einen JOG-Schalter (17b), einen Registrieradditionsschalter (17c), einen Registrierkorrekturschalter (17d) und einen Registrierbeendigungsschalter (17e) aufweist.

8. Robotersteuerapparat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der JOG-Schalter (17b) einen Schalter zur Instruktion des Roboters zur Durchführung einer manuellen Operation aufweist.

9. Robotersteuerapparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Registrieradditionsschalter (17c) die zentrale Prozessoreinheit (14) beeinflußt, um den gegenwärtigen Datenwert einzugeben, der kennzeichnend für eine vorgegebene Armstellung in einer 0 vorgegebenen Raumposition ist.

10. Robotersteuerapparat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Registrierkorrekturschalter der zentralen Prozessoreinheit (14) ein Komman-

do liefert, um den gegenwärtigen Datenwert einzugeben, der kennzeichnend ist für eine Armstellung, die von der vorgegebenen Armstellung in einer vorgegebenen Raumposition abweicht.
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11. Robotersteuerapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Roboter zwei Arme mit zwei Horizontalgelenken aufweist.