DE3587288T2

DE3587288T2 - Verfahren zur steuerung eines roboters mit mehrfachem gelenk.

Info

Publication number: DE3587288T2
Application number: DE85902146T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Nagano; Kazuo Soji
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1984-04-27
Filing date: 1985-04-25
Publication date: 1993-11-04
Anticipated expiration: 2005-04-26
Also published as: WO1985005198A1; US4705999A; EP0191103B1; JPS60233715A; EP0191103A4; DE3587288D1; JPS60230206A; JP2604698B2; JPH0799486B2; EP0191103A1

Description

GEBIET DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines ersten Armes und eines zweiten Armes eines Gelenkroboters mit zwei Armen.

STAND DER TECHNIK

In letzter Zeit ändert sich ein Steuerverfahren eines Industrieroboters durch Verwendung eines Mikroprozessors dahin, digitalisiert zu werden, und eine bessere Kontrolle von Kennzeichen und Geschwindigkeit wird im allgemeinen auf Basis von Digitalisierung und Speicherung einer Nockenkurve durchgeführt, um damit eine Geschwindigkeitsanweisung durchzuführen.
Um es genauer zu beschreiben, die Nockenkurve (S- Kurve), die eine Beziehung zwischen einer Zeit und einem Übertragungs- bzw. Transferbetrag, wie in Fig. 1 gezeigt, besitzt, wird digitalisiert und im voraus in einer Speichereinrichtung gespeichert, und ein gewünschter Übertragungsbetrag wird einer nach dem anderen auf Basis der Nockenkurve bei einer Betriebszeit abgeleitet, und eine positionelle Abweichung gegen eine vorliegende Position wird aus einer Geschwindigkeitsanweisung an einen Motor gegeben, der jeden Arm antreibt; der Inhalt in der Speichereinrichtung wird S-Tabelle genannt. Um den ersten Arm und den zweiten Arm gleichzeitig starten zu lassen und gleichzeitig zu stoppen, wird ein Anweisungswert, der von der S-Tabelle abgeleitet ist, mit einem Verhältnis eines Transfer-Impulsbetrags eines ersten Motors zu einem Transfer-Impulsbetrag eines zweiten Motors multipliziert, um dadurch einen aktuell gelieferten gewünschten Transferbetrag zu erzeugen.
Als ein anderes Verfahren zum Eingeben der Geschwindigkeitsanweisung an jeden Motor ist ein derartiges Hybridsteuerverfahren bekannt, daß die Nockenkurve, die ein Verhältnis der Zeit und der Geschwindigkeit, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, besitzt, digitalisiert und in der Speichereinrichtung gespeichert wird, und eine Geschwindigkeit wird nacheinander auf Basis der Nockenkurve bei der Betriebszeit abgeleitet, und die Steuerung des Übertragungsbetrags wird separat auf Basis eines integrierten Wertes der ausgegebenen Geschwindigkeitsinstruktion durchgeführt, oder ein anderes Verfahren ist bekannt, das eine Nockenkurve verwendet, die ein Verhältnis des Transfer- bzw. Übertragungsbetrags und der Geschwindigkeit, wie in Fig. 4 und 5 gezeigt besitzt.
Im Prinzip hat der Gelenkroboter solche Eigenschaften, daß ein Trägheitsmoment sich durch einen Winkel des zweiten Armes stark ändert, und eine Zentrifugalkraft oder Corioliskraft ändert sich durch einen Winkel des zweiten Arms und eine Bewegung des ersten und des zweiten Arms stark. Dementsprechend ändert sich deswegen ein Lastdrehimpuls eines Motors oder eines Geschwindigkeitsabschwächers bzw. -reduzierers stark.
In dem oben beschriebenen konventionellen Verfahren werden gleichförmige Beschleunigung und Abbremsung bzw. Verlangsamung jedoch durchgeführt, ohne speziell die Änderung der Last zu betrachten, und dementsprechend sollte sichergestellt werden, daß der Lastdrehimpuls unter den schwierigsten Bedingungen nicht einen Toleranzgrenzwert überschreitet; d. h., die gleichförmige Beschleunigung und Verlangsamung werden gegen einen Leerlauf bzw. eine fehlende Betätigung durchgeführt, und die gleichförmige Beschleunigung und die gleichförmige Verlangsamung bilden ein großes Hindernis gegen eine Verkürzung der Übertragungszeit.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Das erste Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Steuern eines Gelenkroboters zu schaffen, das jeden Arm auf eine Weise steuern kann, daß die kürzeste Übertragungszeit unter der derartigen Bedingungen realisiert wird, daß Fähigkeiten eines Motor und eines Treiberschaltkreises am besten verwandt werden und ein Lastdrehmoment des Geschwindigkeitsverringerers nicht oberhalb des Toleranzgrenzwertes ist.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Steuern eines Gelenkroboters zu schaffen, das die Transferzeit im Vergleich mit dem konventionellen Verfahren, das die Beschleunigungs- und Verlangsamungszeit festhält, in großem und vernünftigem Umfang verkürzen kann.
Um die obigen Ziele zu erreichen, sieht die Erfindung ein Verfahren vor, wie in Anspruch 1 beschrieben ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Nockenkurven-Diagramm, daß eine Beziehung zwischen einer Zeit und einem Transferbetrag zeigt. Fig. 2 ist eine Beschleunigungsnockenkurve, die ein Verhältnis zwischen einer Zeit und einer Geschwindigkeit zeigt, Fig. 3 ist eine Verzögerungsnockenkurve der gleichen Art, Fig. 4 ist eine Beschleunigungsnockenkurve, die ein Verhältnis zwischen einem Transferbetrag und einer Geschwindigkeit zeigt, Fig. 5 ist eine Verzögerungsnockenkurve der gleichen Art, Fig. 6 ist ein Diagramm, das einen Systemaufbau eines Gelenkroboters zeigt Fig. 7 ist ein Diagramm, das eine Referenzbeschleunigungskurve zeigt die in dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird, Fig. 8 ist ein Diagramm, das die gleiche Verzögerungskurve zeigt, Fig. 9 ist ein Diagramm, das eine Winkelgeschwindigkeitskurve zeigt, wenn weder der erste Motor noch der zweite Motor zu der größten Drehzahl ansteigt, Fig. 10 ist ein Diagramm, das eine angenommene Winkelkurve zeigt, die bei einer Bestimmung der Beschleunigungs- und der Verzögerungszeit von Fig. 9 verwendet wird, Fig. 11 ist ein Flußdiagramm einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Fig. 12 ist ein Flußdiagramm einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Fig. 13 und Fig. 14 sind Ansichten, die einen Betrieb des Roboters beschreiben, Fig. 15 ist ein Teilflußdiagramm einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

DIE BESTE BETRIEBSWEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNGEN

Fig. 6 ist ein Diagramm, das eine Systemanordnung des Gelenkroboters mit zwei Armen zeigt.
In der Figur ist das Bezugszeichen 1 ein Träger eines Roboterkörpers, Bezugszeichen 11 ist der erste Arm, der drehbzw. schwenkbar mit dem Träger 1 verbunden ist, Bezugszeichen 12 ist der zweite Arm, der dreh- bzw. schwenkbar mit dem ersten Arm 11 verbunden ist, Bezugszeichen 13 und 14 sind Motoren zum Antreiben des ersten Arms 11 und des zweiten Arms 12. Bezugszeichen 15 und 16 sind Geschwindigkeitsreduzierer zum Reduzieren der Rotation der Motoren 13 und 14 und um sie auf den ersten Arm 11 und den zweiten Arm 12 zu übertragen.
Bezugszeichen 2 ist ein Treiberschaltkreis zum Antreiben der Motoren 13 und 14. Bezugszeichen 3 ist eine numerische Steuervorrichtung und weist eine Betriebsvorrichtung 31, eine Speichereinrichtung 32 und eine Geschwindigkeitsanweisungsvorrichtung 33 auf, und erzeugt ein Geschwindigkeitsanweisungssignal aus Daten, um eine Position zu bestimmen, die in der Speichereinrichtung 32 gespeichert ist, und sie gibt das Geschwindigkeitsanweisungssignal an den Treiberschaltkreis 2 über die Geschwindigkeitsanweisungsvorrichtung 33 ein.
Als nächstes wird ein Steuerverfahren der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In dem Gelenkroboter variiert das Drehmoment, das auf den Motor und den Geschwindigkeitsreduzierer einwirkt, in großem Maße, in Abhängigkeit von einem Zustand (R&sub2;) des zweiten Armes 12 gegenüber dem ersten Arm 11, Transfergeschwindigkeit ( ) des ersten Arms 11 und des zweiten Arms 12, Rotationseinrichtungen (positiv und negativ von ΔR&sub1;, ΔR&sub2;) des ersten Arms 11 und des zweiten Arms 12.
Nach einem Prinzip der Dynamik werden in der Anordnung der vorliegenden Ausführungsform ein Drehmoment T&sub1;(t), das an dem Motor 13 anliegt, ein Drehmoment T&sub2;(t), das an dem Motor 14 anliegt, ein Drehmoment H&sub1;(t), das dem Geschwindigkeitsverringerer 15 anliegt und ein Drehmoment H&sub2;(t), das an dem Geschwindigkeitsverringerer 16 anliegt, zum Beispiel wie folgt ausgedrückt:
wobei ω&sub1;, ω&sub2; die jeweiligen Winkelgeschwindigkeiten der Motoren 13, 14 sind; , sind Zeitableitungen von diesen; R&sub2; ist ein Winkel, der von dem zweiten Arm 12 gegen den ersten Arm 11 gebildet wird; a&sub1;, a&sub2; . . . a&sub1;&sub0; und b&sub1;, b&sub2;, . . ., b&sub8; sind jeweils besondere Konstanten jedes Roboters, und sind durch eine Armlänge, Gewicht, Geschwindigkeitsverringerungsverhältnis, Reibungswiderstand usw. bestimmt.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, das größte Drehmoment zu kontrollieren bzw. zu steuern, das an dem Motor und dem Geschwindigkeitsreduzierer anliegt. Im allgemeinen sind in dem Gelenkroboter die Beschleunigungszeit, die Verzögerungszeit ca. 0,2-0,5 Sekunden und dementsprechend sind in den Gleichungen (1)-(4) die Werte von , größer als diejenigen von ω&sub1;, ω&sub2; und dementsprechend ist im allgemeinen das Drehmoment, das an dem Motor und dem Geschwindigkeitsreduzierer anliegt, in der Beschleunigung und Verzögerung größer als dasjenige bei =0, =0, d. h., die Transfer- bzw. Übertragungsgeschwindigkeit wird konstant. Entsprechend wird im folgenden die Beschreibung auf die Drehmomentsteuerung in der Beschleunigung und in der Verzögerung beschränkt.
Als erstes wird die Drehmomentsteuerung in der Beschleunigung beschrieben, wenn wenigstens einer des ersten Arms 11 und des zweiten Arms 12 die größte Drehzahl erreicht.
Wenn als ein Beispiel der Referenzbeschleunigungskurve, wie in Fig. 7 gezeigt, eine solche Steuerung durchgeführt wird, daß die folgende Beziehung gilt:
wobei tu eine Zeit für die Beschleunigung ist, und ω&sub1; und ω&sub2; gegeben sind als
wobei C&sub1; und C&sub2; gegebene Konstanten für jeweilige Schritte sind;
dann wird durch Sicherstellen, daß ein Winkel des zweiten Arms 12 gegen den ersten Arm 11 bei Beginn der Beschleunigung 625 ist und Werte, wenn die ω&sub1;, ω&sub2; konstant werden, jeweils , sind, der Beschleunigungszustand des ersten Arms 11 und des zweiten Arm 12 durch R2s, , , tu fest bestimmt, da die ω&sub1;, ω&sub2; immer in einem linearen Verhältnis von den Gleichungen (6), (7) sind;
und dementsprechend werden durch Sicherstellen, das Peakwerte von T&sub1;(t), T&sub2;(t), H&sub1;(t), H&sub2;(t) jeweils die Werte T1p, T2p, H1p, H2p sind, diese Werte durch die folgenden Funktionen derartig dargestellt:
Durch Sicherstellen, daß
ΔR&sub1; ein Transferwinkel des ersten Arms 11 ist,
ΔR&sub2; ein Transferwinkel des zweiten Arms 12 ist,
m&sub1; ein Verringerungsverhältnis des Geschwindigkeitsreduzierers 15 ist (m&sub1; > 0),
m&sub2; ein Verringerungsverhältnis des Geschwindigkeitsreduzierers 16 ist (m&sub2; > 0),
und da ω&sub1; und ω&sub2; immer in einem linearen Verhältnis sind und der erste Arm 11 und der zweite Arm 12 gleichzeitig starten und gleichzeitig stoppen, gilt
Durch Sicherstellen, daß ω1M, ω2M die größten Rotationsgeschwindigkeiten der Motoren sind (ω1M > 0, ω2M > 0) und unter Berücksichtigung der Drehrichtung gilt
Durch Sicherstellen, daß
gilt, und dementsprechend ergeben die obigen Gleichungen (13) -(22):
Dementsprechend werden die Gleichungen (8)-(11):
Dementsprechend werden die T1p, T2p, H1p, H2p durch R2s, α, β, -ω1M, ω2M, positive und negative Werte von ΔR&sub1;, positive und negative Werte von ΔR&sub2; und tu ausgedrückt. Da ω1M und ω2M Konstanten sind und R2s, α, β, positive und negative Werte von ΔR&sub1; und positive und negative Werte von ΔR&sub2; durch Positionswerte von Punkt Pi und Punkt Pi+1 bei einem Transferschritt von Punkt Pi zum nächsten Punkt Pi+1 fest bestimmt werden, muß tu variiert werden, um die Werte von T1p, T2p, H1p und H2p zu variieren.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, daß jedes T1p, T2p, H1p, H2p nicht die jeweils festgelegten Toleranzgrenzwerte überschreitet, und weiterhin unter einer solchen Bedingung tu am kleinsten gemacht wird. Dementsprechend kann die beste Beschleunigungszeit tu durch Verwenden eines solchen Verfahrens erreicht werden, daß die Maximalwerte der absoluten Werte von T1p, T2p, H1p und H2p durch Variieren der Werte von tu erreicht werden, und diese Werte überschreiten nicht die jeweils festgelegten Toleranzgrenzwerte, und weiterhin konvergiert bzw. nähert sich tu dem kleinsten tu.
Entsprechend der optimalen Beschleunigungszeit ui, die so aus dem Schritt von Punkt Pi zu Punkt Pi+1 gewonnen wurde, wird die optimale Beschleunigungskurve als LaLv 1 gewonnen:
Auch in dem Verzögerungsfall kann, ähnlich wie in dem Beschleunigungsfall, die optimale Verzögerungszeit di gewonnen werden durch Verwendung von R2E des zweiten Arms 12 gegen den ersten Arm 11 bei dem Punkt Pi+1 anstelle von R2s, unter Verwendung der Referenzverzögerungskurve fd(t/td) wie in Fig. 8 gezeigt, wobei
fd(0) = 1 und
fd(1) = 0,
anstelle der Referenzbeschleunigungskurve fu(t/tu), unter Verwendung von t-ts (ts: Verzögerungsstartzeit) anstelle von t, kann die optimale Verzögerungskurve di erhalten werden.
Weiterhin kann die optimale Verzögerungskurve ähnlich gewonnen werden als
Die Winkelgeschwindigkeitsdaten, die so gewonnen wurden, werden zu dem Geschwindigkeitsanweisungsschaltkreis 33 weitergegeben, und sie werden als ein Geschwindigkeitssignal an den Treiberschaltkreis 2 weitergegeben. Weiterhin verstärkt der Treiberschaltkreis 2, und der Motor 13 und der Motor 14 werden angetrieben.
Als nächstes wird ein Fall betrachtet, in dem ΔR&sub1; und ΔR&sub2; klein sind und ω&sub1; und ω&sub2; nicht den Wert von und erreichen.
Zu der Zeit wird der Arm von A entlang der Beschleunigung kurve beschleunigt:
ω&sub1; = C&sub1;fu (t/tu), ω&sub2; = C&sub2;fu (t/tu),
und wird auf eine konstante Geschwindigkeit von B und B' gebracht, und wird nun von C und C' entlang der Verzögerungskurve verzögert:
ω&sub1; = D&sub1;fd (t/tu), ω&sub2; = D&sub2;fd (t/td)
und hält bei D.
Das Problem ist, daß die Intervalle B-E, B'-E' der Beschleunigungskurve und Intervalle von F-C, F'-C' der Verzögerungskurve nicht in dem tatsächlichen Betrieb verwendet werden und die Parameter tu, td nicht in der Bestimmung der Beschleunigung und der Verzögerung verwendet werden..
In dem Ausführungsbeispiel kann jedoch die Verarbeitung durch den gleichen Algorithmus, wie vorher bei dem unten erwähnten Konzept beschrieben, durchgeführt werden.
Wie in Fig. 9 gezeigt wird ein solcher Betrieb angenommen, daß ein Teil, der und Ψ erreicht, durch Multiplizieren von ΔR&sub1;, ΔR&sub2; aus Fig. 10 mit verschiedenen Konstanten auftritt.
Dann gilt
und dementsprechend gilt jeweils das folgende:
Obwohl tu und td durch Ersetzen der Arbeitsweise von Fig. 10 durch die Arbeitsweise von Fig. 9 gewonnen werden, wird entsprechend keine Überlastung an dem Motor und an dem Geschwindigkeitsreduzierer erzeugt.
Weiterhin werden in der Ausführungsform und nicht verwendet, um das Spitzendrehmoment zu berechnen, und α, β, ω1M, ω2M, positive und negative Werte von ΔR&sub1; und positive und negative Werte von ΔR&sub2; werden verwendet, und α und β werden durch das Verhältnis von ΔR&sub1; und ΔR&sub2;, wie durch die Gleichungen (23)-(24) gezeigt, bestimmt, und sie werden nicht durch die Größen von ΔR&sub1; und ΔR&sub2; betroffen. Entsprechend wird, um die Arbeitsweise aus Fig. 9 mit dem vorerwähnten Algorithmus durchzuführen, automatisch die Ersetzung der Verarbeitung des Betriebes nach Fig. 10 durchgeführt, und dementsprechend ist keine besondere Behandlung gegenüber der in Fig. 9 gezeigten Betriebsweise nötig, und der ganze gleiche Algorithmus kann zur Verarbeitung verwendet werden.
Der oben erwähnte Algorithmus wird durch Verwendung des Flußdiagramms aus Fig. 11 beschrieben.
(1) Die Daten von den zwei Punkten Pi und Pi+1 werden eingelesen.
(2) Ein solches tu wird gewonnen, das bewirkt, daß T1p, T2p, H1p und H2p in der Beschleunigung vom Punkt Pi zum Pi+1 folgende Werte annimmt:
durch Verwendung eines Optimierungsverfahrens. Hierbei sind T1max, T2max, H1max, H2max Toleranzlastdrehmomente des Motors und des Geschwindigkeitsverringerers und &epsi;&sub1;, &epsi;&sub2;, &epsi;&sub3;, &epsi;&sub4; sind im wesentlichen kleine Zahlen.
Weiterhin wird in der Verzögerung die optimale Verzögerungszeit td ähnlich gewonnen.
(3) Die in dem Schritt (2) gewonnenen tu und td werden als ui und di berechnet.
(4) Die Beschleunigungskurve wird folgendermaßen bestimmt:
und die Verzögerungskurve wird wie folgt berechnet:
Im folgenden werden die Schritte von dem Schritt (1) bis zum Schritt (4) wiederholt, bis der Punkt Pi+1 einen Endpunkt erreicht.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf Basis von Fig. 12 beschrieben. Die Ausführungsform hat ein solches Merkmal, daß in dem Schritt (2) des Flußdiagramms, das in Fig. 11 gezeigt ist, jeder Parameter zu einem Parameter mit diskretem Wert gemacht wird, und jeder Parameter bezüglich der optimalen Beschleunigungszeit und der optimalen Verzögerungszeit wird berechnet und im voraus gespeichert, und die optimale Beschleunigungszeit und die optimale Verzögerungszeit werden näherungsweise durch Vergleichen der Parameter, die von den Positionsdaten von Punkt Pi und Punkt Pi+1 gewonnen wurden, mit den Parametern mit diskreten Werten gewonnen, wodurch das Verfahren in starkem Maß vereinfacht wird.
Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, gibt es die folgenden Parameter für die optimale Beschleunigungszeit und die optimale Verzögerungszeit:
R2s: Winkel des zweiten Arms 12 gegen den ersten Arm 11 bei dem Start der Beschleunigung.
R2E: Winkel des zweiten Arms 12 gegen den ersten Arm 11 beim Stoppen.
α:α = ΔR&sub2;m&sub2;ω1M/ΔR&sub1;m&sub1;ω2M,
β:β = ΔR&sub1;m&sub1;ω2M/ΔR&sub2;m&sub2;ω1M,
positive und negative Werte von ΔR&sub1; und
positive und negative Werte von ΔR&sub2;,
aber die positiven und negativen Werte von ΔR&sub1; und die positiven und negativen Werte von ΔR&sub2; haben jeweils nur zwei Werte, und dementsprechend ist es einleuchtend, daß es genug ist, die R2s, R2E, α und β zu Parametern mit diskreten Werten zu machen.
Im weiteren wird der Algorithmus in der Beschleunigung auf Basis des Flußdiagramms in Fig. 12 beschrieben.
(1) Die Positionsdaten der zwei Punkte Pi und Pi+1 werden eingelesen.
(2) Die Parameter R2s, R2E, α, β, ΔR&sub1; und ΔR&sub2; werden gewonnen.
(3) Die Beschleunigungszeit tu wird in einer im voraus gespeicherten Tabelle gesucht, indem entschieden wird, zu welchem der in vier Arten gruppierten Schemata das Betriebsschema des Roboters gehört.
Die Tabelle sieht dabei folgendermaßen aus:
wobei
und R2max ist ein Maximalwinkel des zweiten Arms gegen den ersten Arm und 1 und 1' sind natürliche Zahlen.
(4) Die Beschleunigungskurve wird bezüglich des gewonnenen ui wie folgt bestimmt:
Bei der Verzögerung ist das Verfahren ähnlich wie in den oben genannten Punkten (3) und (4).
Im folgenden werden die Schritte von (1) bis (4) wiederholt, bis der Punkt Pi+1 den Endpunkt erreicht.
Wie in der Ausführungsform oben beschrieben, kann auch eine kleine betriebsverarbeitende Vorrichtung ein zufriedenstellendes Ergebnis liefern, da das Verfahren zum Gewinnen der Beschleunigungs- und Verzögerungszeit ui und di stark vereinfacht ist.
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf Grundlage der Fig. 13-15 beschrieben.
In der obigen zweiten Ausführungsform werden die symmetrischen Operationen, wie in den Fig. 13 und 14 gezeigt, als verschiedene Operationen betrachtet, und es werden jeweils Speichertabellen angelegt. In den Operationen von Fig. 13 und Fig. 14 gilt, wie aus der Figur ersichtlich,
Dementsprechend sind in der Operation von Fig. 13 und Fig. 14 die Lastdrehmomente des Motors und des Geschwindigkeitsreduzierers entgegengesetzt bezüglich positivem und negativem Vorzeichen, aber die Absolutwerte sind gleich. Da das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, die Beschleunigungszeit und die Verzögerungszeit für den Fall zu gewinnen, daß der Absolutwert des Lastdrehmomentes innerhalb des Toleranzbereiches ist und weiterhin optimal ist, können die obigen zwei Operationen durch Steuern des Peak- bzw. Maximaldrehmomentes als die gleiche Operation betrachtet werden, und eine Speichertabelle kann dafür angelegt werden; und indem so verfahren wird, kann der Umfang der Speichertabelle auf die Hälfte desjenigen in der zweiten Ausführungsform komprimiert werden.
Im folgenden wird der Teil entsprechend dem Schritt (3) von Fig. 12 in Fig. 15 gezeigt.
In der oben erwähnten zweiten Ausführungsform werden die positiven und negativen Werte von ΔR&sub1; und ΔR&sub2; nach der Beurteilung von α beurteilt, in der dritten Ausführungsform hingegen werden die positiven und negativen Werte von R&sub1; ·R2s und ΔR&sub2;·R2s beurteilt. Der Grund ist, daß im Fall von Fig. 13 und Fig. 14 das folgende gilt:
Das heißt, bei Beurteilung der positiven und negativen Werte von ΔR&sub1;·Δ2s können diese Operationen als die gleiche Operation behandelt werden. Entsprechend gilt ähnliches zu ΔR&sub2;·R2s.
Es ist notwendig, R2s j anstelle von R2sj als Parameter mit diskretem Wert der Speichertabelle zu verwenden.
Daher gilt nach entsprechender Anordnung das folgende:
wobei R2smax ein Maximalwinkel des zweiten Arms gegen den ersten Arm ist, und 1 und 1' natürliche Zahlen sind.
Ein anderes Verfahren, außer dem obigen, kann auf die gleiche Weise in der zweiten Ausführungsform durchgeführt werden.
Wie oben erwähnt, kann in der Ausführungsform die Speichertabelle halb so groß gemacht werden, wie in der zweiten Ausführungsform.
Nebenbei sei bemerkt, daß in jeder oben erwähnten Ausführungsform die Referenzbeschleunigungskurve und die Referenzverzögerungskurve zum Erzeugen der Geschwindigkeitsanweisung auf der Zeit basieren, aber diese Möglichkeit ist nur ein Beispiel, und es kann eine andere verwendet werden.
Weiterhin wird in jeder oben erwähnten Ausführungsform das Lastdrehmoment des Motors und des Geschwindigkeitsverringerers als eine Optimierbedingung verwendet; dies ist jedoch nur ein Beispiel und die Optimierung kann z. B. ohne Berücksichtigung des Lastdrehmomentes des Geschwindigkeitsreduzierers durch Verwendung eines solchen Geschwindigkeitsverringerers, der einen großen Toleranzbereich hat, durchgeführt werden. Im Gegensatz dazu kann das Lastdrehmoment eines anderen Elements in die Betrachtung einbezogen werden. Weiterhin kann der Faktor, der durch Differenzieren des Lastdrehmomentes in der Zeit gewonnen wird, betrachtet werden, um die Vibration zu unterdrücken. Zusammengefaßt wird durch Kontrahieren und/oder Ausdehnen der Beschleunigungs- und Verzögerungszeit die Peak- bzw. Maximaldrehzahl, die auf der Referenzbeschleunigungs- und -verzögerungskurve beruht, als ein Ergebnis optimiert.
Weiterhin werden in der zweiten und dritten Ausführungsform R2s, α, β und R2E als Parameter mit diskretem Wert verwendet; aber dies ist nur ein Beispiel; und da das folgende gilt:
bedeutet die Verwendung von R2s, α, β und R2E als die Paraineter mit diskretem Wert und die Verwendung von R2s, ΔR&sub1; und ΔR&sub2; als die Parameter mit diskretem Wert genau das gleiche und die vorliegende Erfindung ist nicht unterschiedlich, auch wenn solche Parameter als die diskreten Parameter verwendet werden.

INDUSTRIELLE VERWENDBARKEIT

Wie oben erläutert, wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei jeder Operation auf Basis der eingegebenen Positionsdaten die Winkelbeschleunigungsgeschwindigkeit auf eine Weise gesteuert, daß das Drehmoment, das auf den Motor oder den Motor und einen Geschwindigkeitsreduzierer bei der Beschleunigung und der Verzögerung einwirkt, maximal unterhalb des Toleranzgrenzwertes wird, und dementsprechend kann die Transferzeit im Vergleich mit dem konventionellen Fall, in dem die Beschleunigungszeit und die Verzögerungszeit fest sind, in großem Umfang und beträchtlich verkürzt werden.

Eine Liste der Bezugszeichen der Figuren

1 Träger eines Robotorhauptkörpers
2 Motortreiberschaltkreis
3 Numerische Steuervorrichtung
11 Erster Arm
12 Zweiter Arm
13 Erster Motor
14 Zweiter Motor
15 Erster Geschwindigkeitsreduzierer
16 Zweiter Geschwindigkeitsreduzierer
31 Betriebsvorrichtung
32 Speichereinrichtung
33 Geschwindigkeitsanweisungsvorrichtung

Claims

1. Verfahren zur Steuerung eines Gelenkrobotors, der einen ersten Arm (11), der an einem seiner Enden über ein erstes Gelenk von einem Hauptkörper drehbar abgestützt ist, einen zweiten Arm (12), der an einem seiner Enden durch das andere Ende des ersten Armes (11) über ein zweites Gelenk drehbar abgestützt ist, einen ersten Motor (13) und einen zweiten Motor (14), die an dem betreffenden Gelenk vorgesehen sind, um den ersten Arm (11) bzw. den zweiten Arm (12) zu drehen, und eine Speichereinrichtung (32) aufweist, um eine Bezugsbeschleunigungskurve und eine Bezugsverzögerungskurve zuvor zu speichern, wobei jede Kurve eine Kurve der Geschwindigkeit über der Zeit oder eine Kurve der Geschwindigkeit über der Strecke ist, wodurch die Geschwindigkeitsbefehle für einen Motor (13; 14) aus den Kurven auf der Basis der verstrichenen Zeit oder auf der Basis der von dem betreffenden Arm (11; 12) zurückgelegten Strecke ausgelesen werden können, und wobei die Bewegung des ersten (11) und des zweiten (12) Armes gesteuert wird, indem Winkelgeschwindigkeitsbefehle an die betreffenden Motoren (13, 14) gegeben werden,

dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die nachstehend angegebenen Schritte aufweist:

a) Einlesen von Daten, welche eine Startposition Pi und eine Zielposition Pi+1 des anderen Endes des zweiten Armes (12) angeben;

b) Berechnen auf der Basis der gespeicherten Bezugsbeschleunigungskurve, der maximal zulässigen Geschwindigkeit der betreffenden Motoren (13, 14) und der Startposition Pi, der Belastungsdrehmomente, die an den ersten und den zweiten Motor (13, 14) während der Beschleunigung des anderen Endes des zweiten Armes (12) angelegt werden, wenn dieses sich von der Position Pi in Richtung gegen die Position Pi+1 bewegt;

c) Ausgeben von Geschwindigkeitsbefehlen an die Motoren (13, 14) entsprechend den Werten, die aus der gespeicherten Bezugsbeschleunigungskurve ausgelesen sind, wenn im Schritt (b) gefunden wird, daß beide Motoren (13, 14) innerhalb ihrer betreffenden maximal zulässigen Belastungsdrehmomente arbeiten, jedoch einer von ihnen sehr nahe seines maximal zulässigen Belastungsdrehmomentes arbeitet;

d) Wiederholen des Schritts (b), wenn in diesem Schritt gefunden wird, daß kein Motor (13; 14) nahe seines maximal zulässigen Belastungsdrehmoments arbeitet, und zwar nicht unter Verwendung der gespeicherten Bezugsbeschleunigungskurve, sondern einer modifizierten Beschleunigungskurve, die erhalten wird durch Komprimieren oder Ausdehnen der Zeitachse oder der Streckenachse der gespeicherten Bezugsbeschleunigungskurve;

e) Ausgeben von Geschwindigkeitsbefehlen an die Motoren (13, 14) auf der Basis der modifizierten Beschleunigungskurve, wenn im Schritt (d) gefunden wird, daß beide Motoren (13, 14) innerhalb ihrer maximal zulässigen Belastungsdrehmomente arbeiten, jedoch einer der Motoren (13; 14) sehr nahe seines maximal zulässigen Belastungsdrehmoments arbeitet;

f) Berechnen auf der Basis der gespeicherten Verzögerungskurve, der maximal zulässigen Geschwindigkeit der betreffenden Motoren (13, 14) und auf der Zielposition Pi+1, der Belastungsdrehmomente, die an den ersten und den zweiten Motor (13, 14) während der Verzögerung des anderen Endes des zweiten Armes (12) angelegt werden, wenn dieses sich in Richtung gegen die Position Pi+1 bewegt;

g) Ausgeben von Geschwindigkeitsbefehlen an die Motoren (13, 14) entsprechend den aus der gespeicherten Bezugsverzögerungskurve ausgelesenen Werten, wenn im Schritt (f) gefunden wird, daß beide Motoren (13, 14) innerhalb ihrer betreffenden maximal zulässigen Belastungsdrehmomente arbeiten, jedoch einer von ihnen sehr nahe seines maximal zulässigen Belastungsdrehmoments arbeitet;

h) Wiederholen des Schritts (f), wenn in diesem Schritt gefunden wird, daß einer der Motoren (13; 14) oberhalb seines maximal zulässigen Belastungsdrehmoments arbeitet, und zwar nicht unter Verwendung der gespeicherten Bezugsbeschleunigungskurve, sondern einer modifizierten Verzögerungskurve, die erhalten wird durch Komprimieren oder Ausdehnen der Zeitachse oder der Streckenachse der gespeicherten Bezugsverzögerungskurve;

i) Ausgeben von Geschwindigkeitsbefehlen an die Motoren (13, 14) auf der Basis der modifizierten Verzögerungskurve, wenn im Schritt (h) gefunden wird, daß beide Motoren (13, 14) innerhalb ihrer maximal zulässigen Belastungsdrehmomente arbeiten und wenigstens einer der Motoren (13; 14) sehr nahe seinem maximal zulässigen Belastungsdrehmoment arbeitet.

2. Verfahren zum Steuern eines Gelenkroboters nach Anspruch 1, wobei

der erste Motor (13) einen ersten Geschwindigkeitsuntersetzer (15) und der zweite Motor (14) einen zweiten Geschwindigkeitsuntersetzer (16) aufweist und die Beschleunigungskurve und die Verzögerungskurve derart modifiziert werden, daß die Drehmomente des ersten Motors (13), des zweiten Motors (14), des ersten Untersetzers (15) und des zweiten Untersetzers (16) betreffende maximal zulässige Drehmomente nicht überschreiten.