DE3806966A1 - Steuersystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein flexibles Steuersystem, das insbesondere für automatische Bearbeitungssysteme mit mehreren Maschineneinheiten geeignet ist, die jeweils für eine bestimmte, individuelle Bearbeitung vorgesehen sind. Beispiele für derartige Maschineneinheiten sind etwa Schweißroboter, die jeweils mindestens eine Positionier­ einrichtung aufweisen. Die Positioniereinrichtung dient hierbei zur Ausrichtung eines Werkstücks zum Schweißen durch den Schweißroboter.

Bei herkömmlichen automatischen Bearbeitungssystemen wer­ den z.B. ein Schweißroboter und Positioniereinrichtungen von einer einzigen Steuereinrichtung gesteuert (vgl. US 40 42 161 A), wobei die Steuerung so erfolgt, daß entweder mehrere Maschineneinheiten gleichzeitig betätigt werden oder abwechselnd jeweils eine Maschineneinheit arbeitet.

Bei diesem Stand der Technik ist nicht vorgesehen, Maschineneinheiten, die ein automatisches Bearbeitungs­ system darstellen, getrennt zu steuern; ferner ist eine Ansteuerung von Maschineneinheiten für individuellen Be­ trieb nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effizientes automatisches Steuersystem anzugeben, mit dem mehrere Ma­ schineneinheiten so betätigt werden können, daß sie auf­ einander abgestimmt gemeinsam oder unabhängig individuell arbeiten.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindungskon­ zeption.

Das erfindungsgemäße automatische Steuersystem ist zur Steuerung mehrerer Maschineneinheiten vorgesehen, die jeweils eine bestimmte Bearbeitung gemäß einem Bear­ beitungsplan durchführen, und umfaßt Steuereinheiten für individuellen Betrieb, die jeweils eine Maschineneinheit steuern, die eine individuelle Tätigkeit ausführt, min­ destens eine Steuereinheit für abgestimmten Betrieb, die mehrere Maschineneinheiten zur Durchführung eines auf­ einander abgestimmten Betriebs steuert, eine Betriebs­ programm-Übersetzungseinheit, die Betriebsprogramme über­ setzt und Instruktionen zum individuellen Betrieb sowie zum abgestimmten Betrieb an die Steuereinheiten für individuellen bzw. für abgestimmten Betrieb liefert, sowie eine Steuereinrichtung, die Maschineneinheiten, für die Instruktionen zur Durchführung eines abgestimmten Betriebs vorliegen, so steuert, daß sie unter Steuerung durch die Steuereinheit für abgestimmten Betrieb arbeiten, und verbliebene Maschineneinheiten, die nicht am abgestimmten Betrieb teilnehmen, so steuert, daß sie unter Steuerung durch die Steuereinheiten für individuellen Betrieb arbeiten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1, 2 und 3 Blockdiagramme von Roboter-Steuersystemen gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ein Zeitsteuerdiagramm zur Erläuterung einer Robo­ terbearbeitung gemäß einer Ausführungsform der Er­ findung;

Fig. 5 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der gleichen Ro­ boterbearbeitung wie in Fig. 4 mit dem Unter­ schied, daß ein herkömmliches Steuersystem ange­ wandt ist;

Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels eines erfindungsgemäßen Betriebsprogramms;

Fig. 7, 8, 11, 13 und 14 Flußdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Steuer­ systems;

Fig. 9, 10 und 12 Diagramme zur Erläuterung des Aufbaus des Betriebsprogramms und

Fig. 15 eine Darstellung eines Beispiels einer Hardware­ struktur gemäß der Erfindung.

Die Erfindung wird im folgenden zunächst im Hinblick auf die zugrundeliegende allgemeine Konzeption erläutert.

Wie oben erwähnt, ist das erfindungsgemäße automatische Steuersystem zur Steuerung mehrerer Maschineneinheiten, die jeweils eine bestimmte Bearbeitung gemäß einem Bear­ beitungsplan durchführen, dadurch gekennzeichnet, daß es Steuereinheiten für individuellen Betrieb, die jeweils eine Maschineneinheit steuern, die eine individuelle Tätigkeit ausführt, mindestens eine Steuereinheit für ab­ gestimmten Betrieb, die mehrere Maschineneinheiten zur Durchführung eines abgestimmten Betriebs steuert, eine Be­ triebsprogramm-Übersetzungseinheit, die Betriebsprogramme übersetzt und Instruktionen zum individuellen Betrieb so­ wie zum abgestimmten Betrieb an die Steuereinheiten für in­ dividuellen bzw. für abgestimmten Betrieb liefert, sowie eine Steuereinrichtung umfaßt, die Maschineneinheiten, für die Instruktionen zur Durchführung eines abgestimmten Be­ triebs vorliegen, so steuert, daß sie unter Steuerung durch die Steuereinheit für abgestimmten Betrieb arbeiten, und davon ausgenommene oder vom aufeinander abgestimmten Betrieb herausgenommene Maschineneinheiten so steuert, daß sie unter Steuerung durch die Steuereinheiten für indivi­ duellen Betrieb arbeiten.

Die Maschineneinheiten umfassen beispielsweise eine Haupt­ bearbeitungseinheit und n Hilfseinheiten, die der Hauptbe­ arbeitungseinheit als Hilfseinheiten zugeordnet sind. Die Betriebsprogramme enthalten Betriebsbefehle für die Haupt­ bearbeitungseinheit, Betriebsbefehle für die Hilfseinhei­ ten, aufgrund deren diese unter Abstimmung mit der Haupt­ bearbeitungseinheit arbeiten, sowie Betriebsbefehle für die Hilfseinheiten, aufgrund deren diese individuell ar­ beiten. Die Hauptbearbeitungseinheit stellt beispielsweise einen Industrieroboter dar, während die Hilfseinheiten Po­ sitioniereinrichtungen sind, die Werkstücke zur Bearbei­ tung durch den Roboter in geeigneten Positionen halten.

Im einzelnen umfaßt die Steuereinrichtung folgende Ab­ schnitte für den Fall der Steuerung eines Industrierobo­ ters:

• 1) Eine Betriebsprogramm-Übersetzungseinrichtung, die durch Übersetzung des Betriebsprogramms Betriebsbefeh­ le für unabhängigen Betrieb der Hauptbearbeitungsein­ heit und für abgestimmten Betrieb mit Hilfseinheiten sowie Betriebsbefehle für individuellen Betrieb der Hilfseinheiten erzeugt und diese Befehle an die jewei­ ligen Steuereinheiten übermittelt;
• 2) eine Steuereinrichtung für ggfs. abgestimmten Betrieb für den Roboterarm, die Betriebsbefehle für die Hauptbear­ beitungseinheit von der Betriebsprogramm-Übersetzungs­ einrichtung empfängt und Positionierungs-Servobefehle zur Steuerung der Achsen der Hauptbearbeitungseinheit in der Weise erzeugt und ausgibt, daß sich die Haupt­ bearbeitungseinheit längs eines vorgegebenen Wegs zur Zielposition begibt, und die im Fall eines abgestimm­ ten Betriebs mit Hilfsbearbeitungseinheiten Positio­ nierungs-Servobefehle zur Achsensteuerung in der Weise erzeugt und ausgibt, daß diese Achsen auf den Betrieb der Hauptbearbeitungseinheit abgestimmt sind;
• 3) eine Steuereinheit für individuellen Betrieb in Bezug auf eine zusätzliche Achse, die Betriebsbefehle für eine Hilfseinheit empfängt, die unabhängig von der Hauptbearbeitungseinheit bzw. individuell arbeitet, und Positionierungs-Servobefehle in der Weise erzeugt und ausgibt, daß die Hilfseinheiten in Bezug auf die Steuerachsen mit vorgegebenen Geschwindigkeiten arbei­ ten;
• 4) eine Servo-Steuereinrichtung zur Positionierung, die aus den Positionierungs-Servobefehlen Servobefehle und der jeweiligen Position entsprechende Rückkopplungs­ werte für sämtliche Steuerachsen der Hauptbearbei­ tungseinheit und der Hilfseinheiten erzeugt, sowie
• 5) eine Einrichtung zur Positionierungsüberwachung, die die Positionierung der Steuerachsen der Hauptbearbei­ tungseinheit und der Hilfseinheiten überwacht.

Im automatischen Betrieb durch ein Betriebsprogramm über­ setzt die Betriebsprogramm-Übersetzungseinheit das erzeug­ te Betriebsprogramm und erzeugt ihrerseits Betriebsbefehle für die Hauptbearbeitungseinheit, d.h. Befehle für unab­ hängigen Betrieb oder auf Hilfseinheiten abgestimmten Be­ trieb des Roboterarms und gibt Befehle an die Steuerein­ heit für den Betrieb des Roboterarms aus. Wenn keine War­ tezeit bis zur Beendigung des Betriebs des Roboterarms spezifiziert ist, geht die Betriebsprogramm-Übersetzungs­ einheit zur Übersetzung des nächstfolgenden Betriebspro­ gramms über und erzeugt Befehle für den individuellen Be­ trieb beispielsweise einer anderen Hilfseinheit und lie­ fert die Befehle an die Steuereinrichtung für individuel­ len Betrieb in Bezug auf die zusätzliche Achse.

Die Steuereinrichtung für den Betrieb des Roboterarms erzeugt Positionierungs-Servobefehle in Bezug auf die Steuerachsen gemäß dem empfangenen Betriebsbefehl für den Roboterarm, so daß der Roboterarm und eine spezifizierte Gruppe zusätzlicher Achsen aufeinander abgestimmt arbei­ ten, liefert die Befehle an die entsprechenden Positionie­ rungs-Servosteuereinheiten, initiiert die Positionierungs­ überwachung für den Roboterarm der Hauptbearbeitungsein­ heit und der Hilfseinheiten bei Ausgabe der Servobefehle für die Zielposition und meldet bei Vervollständigung bei­ der Operationen deren Ende an die Betriebsprogramm-Über­ setzungseinheit. In ähnlicher Weise erzeugen die Steuer­ einheiten für den Betrieb der zusätzlichen Achsen Positio­ nierungs-Servobefehle für die gesteuerte Gruppe von Achsen gemäß dem empfangenen Betriebsbefehl für die Hilfseinheit, liefern die Befehle an die Positionierungs-Servosteuerein­ heiten, initiieren die den Hilfseinheiten zugeordneten Po­ sitionierungs-Überwachungseinheiten bei Ausgabe der Servo­ befehle für die Zielposition und melden bei Vervollstän­ digung des Betriebs das Ende dieses Vorgangs an die Be­ triebsprogramm-Übersetzungseinheit.

Die Betriebsprogramm-Übersetzungseinheit wartet auf die Beendigung jedes Betriebsvorgangs, wenn ein Warten bis zur Beendigung des vorhergehenden Betriebsvorgangs erforder­ lich ist, oder wenn dies im Betriebsprogramm spezifiziert ist, so daß der Betrieb der Hauptbearbeitungseinheit und der Hilfseinheiten unter Abstimmung mit der Ausführung des Betriebsprogramms durchgeführt werden.

Die oben erläuterte Steuereinrichtung bzw. das erläuterte Steuerschema ermöglichen, daß die verbliebenen Hilfsein­ heiten eine Nachbearbeitung für die vorhergehende Bearbei­ tung oder eine Vorbearbeitung für die nächste Bearbeitung während eines abgestimmten Betriebs von Hauptbearbeitungs­ einrichtung und Hilfseinrichtungen durchführen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel für die Erfin­ dungskonzeption unter Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die Fig. 1, 2 und 3 sind Blockdiagramme, die jeweils die Anordnung eines Robotersteuersystems sowie den Informa­ tionsaustausch zwischen den Funktionsblöcken in diesem System gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ver­ deutlichen. Dieses Ausführungsbeispiel ist auf die Steue­ rung eines sechsachsigen Roboters 1 vom Gelenkarmtyp als Hauptbearbeitungseinheit sowie von zwei peripheren Einheiten als Hilfseinheiten 2 g und 2 h bezogen, die jeweils zwei Steuerachsen als zusätzliche Achsen aufweisen.

Das Roboter-Steuersystem besteht aus folgenden Komponen­ ten: Einer Informationseinstelleinheit 4 für zusätzliche Achsengruppen, mit der die für die zusätzlichen Achsen herangezogene Information 3 über zusätzliche Achsengruppen eingestellt wird, eine Betriebsprogramm-Instruktionsein­ heit 5, die aus der Betriebsreihenfolge und den Positions­ daten des Roboters 1 und der peripheren Einheiten 2 g-2 h aufgrund der Bedienung durch die Bedienungsperson ein Be­ triebsprogramm 6 erzeugt, eine Betriebsprogramm-Über­ setzungseinheit 7, die das Betriebsprogramm 6 übersetzt und einen Befehl 12 für den Betrieb/abgestimmten Betrieb des Roboterarms und einen Befehl 13 für den spezifizierten Betrieb mit zusätzlichen Achsengruppen erzeugt und an die betreffenden Betriebssteuereinheiten ausgibt und entspre­ chende Betriebsendesignale 16 a, 16 b empfängt, eine Steuer­ einheit 8 für ggfs. abgestimmten Betrieb, die den Roboter­ arm für unabhängigen bzw. abgestimmten Betrieb steuert und den Befehl 12 empfängt sowie Positionierungs- Servosteuerbefehle 14 a für die Roboterachsen derart aus­ gibt, daß sich der Roboterarm längs des spezifizierten Wegs zur Zielposition bewegt und dann, wenn ein gleichzeitiger oder abgestimmter Betrieb einer Gruppe zusätzlicher Achsen spezifiziert ist, Positionie­ rungs-Servosteuerbefehle 14 b für die zusätzlichen Achsen derart erzeugt und ausgibt, daß sie abgestimmt oder gleichzeitig mit dem Roboterarm arbeiten, eine Gruppe von Steuereinheiten 9 für individuellen Betrieb für den Betrieb zusätzlicher Achsen, welche die Befehle 13 für den Betrieb mit spezifizierten zusätzlichen Achsengruppen empfangen und Positionierungs-Servosteuerbefehle 14 c für die Achsen der spezifizierten Achsengruppe derart ausge­ ben, daß sie mit spezifizierten Geschwindigkeiten arbei­ ten, eine Gruppe von Positionierungs-Servosteuereinheiten 10 a-10 c, die Servosteuerbefehle 17 a-17 c für den Robo­ terarm und zusätzliche Achsen aus den Positionierungs- Servosteuerbefehlen 14 a-14 c und der augenblicklichen Po­ sition entsprechenden Rückkopplungswerten 18 a-18 c erzeu­ gen, sowie Positionierungs-Überwachungseinheiten 11 a-11 c, welche die Positionierung der Roboterarmachsen sowie sämtlicher Achsen der vorgeschriebenen Achsengruppe durch die Information 3 über zusätzliche Achsengruppen überwa­ chen und Positionierungsendesignale 15 a-15 c an die Quel­ len der Positionierungs-Servosteuerbefehle ausgeben.

Die Steuereinheit 8 für ggfs. abgestimmten Betrieb des Roboter­ arms sowie die Steuereinheiten 9 für individuellen Betrieb für die zusätzlichen Achsen müssen nicht unbedingt ge­ trennt voneinander vorgesehen sein, sondern können auch zu einer einzigen Steuereinrichtung zusammengefaßt sein, wie im folgenden unter Bezug auf Fig. 15 näher erläutert wird.

Im folgenden wird die Arbeitsweise dieser Ausführungsform unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Wie oben erwähnt, erfolgt der automatische Betrieb über das Be­ triebsprogramm 6 in der Weise, daß die Betriebsprogramm- Übersetzungseinheit 7 das Betriebsprogramm 6 sequentiell oder in der spezifizierten Reihenfolge übersetzt und aus­ führt. Die Fig. 1 und 2 zeigen den Informationsfluß bzw. Signalfluß für den Fall, daß ein gleichzeitiger Betrieb des Roboters und einer peripheren Einheit mit einer zu­ sätzlichen Achsengruppe im Betriebsprogramm spezifiziert ist. Dabei betrifft Fig. 1 den Fall eines konzertierten bzw. gleichzeitigen Betriebs des Roboters 1 und der Hilfseinheit 2 g, während sich Fig. 2 auf den Fall des konzertierten oder gleichzeitigen Betriebs des Roboters 1 und der Hilfseinheit 2 h bezieht.

Die Betriebsprogramm-Übersetzungseinheit 7 erzeugt einen Befehl 12 für abgestimmten Betrieb des Roboterarms und der zusätzlichen Achsengruppe der spezifizierten Hilfseinheit und sendet diesen Befehl zu der Steuereinheit 8 für ggfs. abgestimmten Betrieb des Roboterarms. Diese Steuereinheit 8 für ggfs. abgestimmten Betrieb des Roboterarms erzeugt aufgrund dieses Befehls Positionierungs-Servosteuerbefehle 14 a und 14 b (bzw. 14 c) für den Roboterarm und die spe­ zifizierte zusätzliche Achsengruppe in konstanten Zeit­ intervallen, so daß sich der Roboterarm mit der spezi­ fizierten Geschwindigkeit längs des spezifizierten Wegs bewegt und die Achsen der spezifizierten Gruppe zu­ sätzlicher Achsen darauf abgestimmt oder gleichzeitig mit dem Roboterarm arbeiten, und gibt diese Befehle an die Positionierungs-Servosteuereinheiten 10 a und 10 b (bzw. 10 c) jeder Achse ab.

Nach der Ausgabe dieser Positionierungs-Servosteuerbefehle für die betreffenden Zielpositionen werden die Positionie­ rungs-Überwachungseinheiten 11 a und 11 b (bzw. 11 c) des Ro­ boters und der spezifizierten zusätzlichen Achsengruppe aktiviert, und nach Ankunft der Positionierungsendesignale 15 a und 15 b (bzw. 15 c) werden Betriebsendesignale 16 a und 16 b (bzw. 16 c) an die Betriebsprogramm-Übersetzungseinheit 7 gemeldet. Wenn bei der Ausgabe des oben erwähnten Be­ fehls 12 ein Warten auf das Ende des Betriebs des Roboters und der zusätzlichen Achsengruppe spezifiziert ist, wartet die Betriebsprogramm-Übersetzungseinheit 7 auf das Ein­ treffen der Betriebsendesignale 16 a und 16 b (bzw. 16 c). Wenn andererseits kein Warten spezifiziert ist, fährt die Betriebsprogramm-Übersetzungseinheit 7 mit der Übersetzung des Betriebsprogramms fort und erzeugt beispielsweise bei Erfassung eines unabhängigen oder individuellen Betriebs einer zusätzlichen Achsengruppe einer inaktiven peripheren Einheit einen Befehl 13 für individuellen Betrieb für die zusätzliche Achsengruppe und sendet diesen Befehl an die Steuereinheit 9 für individuellen Betrieb der zusätzlichen Achsen. Auch in diesem Falle fährt die Betriebsprogramm- Übersetzungseinheit 7 mit der Übersetzung und Ausführung des Betriebsprogramms fort, wenn kein Warten auf ein Be­ triebsende spezifiziert ist.

Die Steuereinheit 9 für individuellen Betrieb für die zu­ sätzlichen Achsen erzeugt den Positionierungs-Servosteuer­ befehl 14 b und/oder 14 c für jede Achse in konstanten Zeit­ intervallen, so daß die Achsen der spezifizierten zusätz­ lichen Achsengruppe mit spezifizierten Geschwindigkeiten arbeiten, sendet die betreffenden Befehle zur Positionie­ rungs-Servosteuereinheit 10 b und/oder 10 c für die entspre­ chende Achse und aktiviert nach Ausgabe des der Zielposi­ tion entsprechenden Positionierungs-Servosteuerbefehls die Positionierungs-Überwachungseinheit 11 b und/oder 11 c der betreffenden zusätzlichen Achsengruppe und gibt nach Ein­ treffen des Positionierungsendesignals 15 b und/oder 15 c das Betriebsendesignal 16 b und/oder 16 c an die Betriebs­ programm-Übersetzungseinheit 7 als Rückmeldung ab. Die Be­ triebsprogramm-Übersetzungseinheit 7 wartet auf das Ende des Betriebs für den ausgegebenen Betriebsbefehl, wenn Warten auf das Betriebsende im Betriebsprogramm spezifi­ ziert ist oder wenn Warten auf das Betriebsende aufgrund der Prozeßfortsetzung erforderlich wurde, wodurch der Be­ trieb des gesteuerten Objekts mit der Ausführung des Be­ triebsprogramms synchronisiert wird. Der gleichzeitige oder unabhängige Betrieb des Roboterarms und der zusätzli­ chen Achsengruppen wird durch das Betriebsprogramm spezi­ fiziert, und der Informationsfluß wird in Entsprechung mit dieser Spezifikation geschaltet.

Fig. 1 zeigt hierzu den Informationsfluß für den Fall, daß der Roboter und eine periphere Einheit 2 g, die sich in der Zeichnung auf der linken Seite befindet, aufeinander abge­ stimmt oder gleichzeitig arbeiten, während die auf der rechten Seite dargestellte periphere Einheit 2 h unabhängig arbeitet.

Fig. 2 zeigt demgegenüber den Fall, daß der Roboter und die periphere Einheit 2 h aufeinander abgestimmt bzw. gleichzeitig arbeiten, wahrend die periphere Einheit 2 g unabhängig davon arbeitet. Es ist ferner nicht grundsätz­ lich erforderlich, daß eine der zusätzlichen Achsengruppen mit dem Roboter abgestimmt bzw. gleichzeitig arbeitet, da auch Fälle möglich sind, in denen der Roboter und die zu­ sätzlichen Achsengruppen sämtlich unabhängig voneinander arbeiten, wie in Fig. 3 dargestellt ist.

Bei dieser Ausführungsform wird ein Betriebsablauf ermög­ licht, wie er im Zeitdiagramm der Fig. 4 dargestellt ist, wobei der Roboter und eine periphere Einheit, beispielsweise für Lichtbogenschweißungen, aufeinander abgestimmt arbeiten, während eine andere periphere Einheit davon unabhängig arbeitet und beispielsweise eine Nachbearbeitung der vorher durchgeführten Bearbeitung oder eine Vorbearbeitung für die daran anschließende Bearbeitung durchführt, wodurch die Bearbeitungszeit im Vergleich zu dem in Fig. 5 dargestellten herkömmlichen System verringert werden kann.

Bei dem in Fig. 5 anhand des Betriebsablaufs dargestellten herkömmlichen System werden die Positionierungsdaten für den Roboter und sämtliche zusätzlichen Achsen bei jeder in Fig. 5 dargestellten Betriebsposition integral gehalten, während bei der vorliegend diskutierten Ausführungsform der Erfindung die Positionsdaten jeder Bearbeitungsposi­ tion für den Roboter und jede zusätzliche Achsengruppe ge­ halten werden und der Betrieb durch Kombination dieser Da­ ten für gleichzeitigen oder aufeinander abgestimmten Be­ trieb gesteuert wird, wodurch das gleiche Betriebsprogramm mit weniger Positionsinstruktionsdaten im Vergleich mit dem herkömmlichen System durchgeführt werden kann.

In den Fig. 4 und 5 bedeutet die durchgezogene Linie der Diagramme, daß die Hauptbearbeitungseinheit bzw. der Ro­ boter 1 oder eine Hilfseinheit in Bewegung sind, während die gestrichelten Linien andeuten, daß die betreffenden Einheiten stationär sind.

In Fig. 6 ist der Aufbau eines Betriebsprogramms auf der Basis dieser Ausführungsform schematisch dargestellt. Das Betriebsprogramm 6 besteht aus einem Programmcodeabschnitt 20, der dem Bearbeitungsablauf in einem String virtueller Robotersteuerbefehle entspricht, einem Roboter-Positionie­ rungsdatenabschnitt 21, der einen String von Roboterarm- Stellungsdaten entspricht, Positionierungsdatenabschnitten für zusätzliche Achsengruppen 22-23, die Strings von Po­ sitionsdaten für die zusätzlichen Achsengruppen darstel­ len, sowie einem Managementdatenabschnitt 19, in dem das Format dieser Datenabschnitte und verschiedene andere Ma­ nagementinformationen gespeichert sind. Die oben angespro­ chene virtuelle Robotersteuerungsinstruktion besteht aus einem OP-Code, der die Art der Instruktion darstellt, und einer Gruppe von Informationen (Operanden), die für die Ausführung dieser Instruktion erforderlich sind, wobei diese Instruktionen für unabhängigen Roboterbetrieb vorge­ sehene Instruktionen, für unabhängigen Betrieb der zusätz­ lichen Achsen vorgesehene Instruktionen, Instruktionen für gleichzeitigen Betrieb von Roboter und zusätzlichen Achsen etc. enthalten.

Das Betriebsprogramm wird beispielsweise im Fall eines Programmcodes unter Verwendung einer geläufigen Robotersprache über die Eingabekonsole des Robotersteuersystems vom Benutzer eingegeben und nach Umwandlung in die oben erwähnten Steuerbefehle gespeichert. Die Eingabekonsole stellt dabei einen Teil der Betriebsprogramm-Instruktionseinheit 5 dar. Die Positionsdaten für den Roboter und die zusätzlichen Achsengruppen werden durch den Instruktionsbetrieb er­ zeugt, bei dem die Bedienungsperson die Achsen manuell un­ ter Verwendung einer Lernbox zu den angestrebten Positio­ nen hin bewegt und die jeweiligen aktuellen Positionsdaten der Achsen in den im Betriebsprogramm spezifizierten Posi­ tionsdatenbereichen gespeichert werden. Die Lernbox ist dabei ein Teil der Betriebsprogramm-Instruktionseinheit 5 für das Betriebsprogramm.

Fig. 7 stellt ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Haupt­ verarbeitungsgangs dar, wie er in der Betriebsprogramm- Übersetzungseinheit 7 implementiert ist.

Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, aus dem die Ausführung von Befehlen für unabhängigen Roboterbetrieb sowie gleichzei­ tigen bzw. aufeinander abgestimmten Betrieb von Roboter und zusätzlichen Achsen durch die Betriebsprogramm-Über­ setzungseinheit 7 hervorgehen. Im Fall eines Befehls für unabhängigen Roboterbetrieb wird eine Instruktion für unabhängigen Roboterbetrieb (die dem Befehl 12 für Be­ trieb/abgestimmten Betrieb des Roboterarms in Fig. 3 ent­ spricht), die in Fig. 9 dargestellt ist, ausgegeben, wäh­ rend im Fall eines Befehls für gleichzeitigen bzw. abge­ stimmten Betrieb des Roboters und einer zusätzlichen Achse eine entsprechende Instruktion für abgestimmten Betrieb von Roboter und zusätzlicher Achse (die dem Befehl 12 für Betrieb/abgestimmten Betrieb des Roboterarms in den Fig. 1 und 2 entspricht) wie in Fig. 10 dargestellt, an die Steuereinrichtung für ggfs. abgestimmten Betrieb des Roboterarms abgegeben.

Fig. 11 stellt ein Flußdiagramm dar, aus dem die Ausfüh­ rung eines Befehls für unabhängigen Betrieb einer zusätz­ lichen Achse durch die Betriebsprogramm-Übersetzungsein­ heit 7 hervorgeht; in diesem Fall wird ein Befehl 13, wie er in Fig. 12 im einzelnen dargestellt ist, für unabhängi­ gen Betrieb der zusätzlichen Achse an die entsprechende Steuereinrichtung für den Betrieb der zusätzlichen Achse abgegeben.

Fig. 13 stellt ein Flußdiagramm dar, aus dem in verkürzter Form der Betrieb der Steuereinrichtung für den Roboterarm­ betrieb hervorgeht.

Fig. 14 ist andererseits ein Flußdiagramm, aus dem in ver­ kürzter Form der Betrieb der Steuereinrichtung für die zu­ sätzliche Achse hervorgeht.

Fig. 15 ist ein Beispiel für eine Hardwareanordnung auf der Basis der oben erläuterten Ausführungsform. Das darge­ stellte Roboter-Steuersystem besteht aus einer Haupt­ steuereinheit (MCP) 27, in der die Hauptsteuerfunktionen für dieses System implementiert sind, einer Eingangs/Aus­ gangs-Steuereinheit (IOP) 28, in der verschiedene Ein­ gangs- und Ausgangs-Steuereinheiten implementiert sind, einer Servosteuereinheit (SVP) 29, in der die Positionie­ rungs-Steuervorgänge für die Roboterarmachsen implemen­ tiert sind, Servosteuereinheiten (SVP) 29′ für die zu­ sätzlichen Achsengruppen, einem Systembus 30, der die Ein­ gangs/Ausgangs-Steuereinheit 28 und verschiedene Eingangs/ Ausgangs-Einheiten mit der Hauptsteuereinheit 27 verbin­ det, und einem gemeinsamen RAM 32, in dem die für diese Komponenten gemeinsam verwendeten Daten gespeichert sind, ein Systembus 31, der die Servo-Steuereinheiten 29 mit der Hauptsteuereinheit 27 verbindet; ferner sind Servoverstär­ ker 35 für die betreffenden Achsen vorgesehen. Die Servo­ verstärker 35 sind mit Servomotoren (M) 36 verbunden, die ihrerseits mit Impulsencodern (PE) 37 verbunden sind, die beim Roboterhauptkörper und den peripheren Einheiten ange­ ordnet sind. Jede Steuereinheit besteht dabei aus einem Mikroprozessor (MPU), einem ROM/RAM-Modul zur Speicherung des Steuerprogramms und von Daten, einem Businterface (BIF) zur Schnittstellenfunktion mit dem Systembus und einem Servointerface (SVIF) zur Schnittstellenfunktion mit der Servoschaltung. Das Servointerface (SVIF) ist dabei lediglich für die Servo-Steuereinheiten erforderlich.

Von den in Fig. 1 dargestellten Funktionsblöcken sind die Informationseinstelleinheit 4 für zusätzliche Achsengrup­ pen, die Betriebsprogramm-Instruktionseinheit 5, die Be­ triebsprogramm-Übersetzungseinheit 7, die Steuereinheit 8 für ggfs. abgestimmten Betrieb des Roboterarms sowie sämt­ liche Steuereinheiten 9 für individuellen Betrieb der zu­ sätzlichen Achsen in der Hauptsteuereinheit 27 vorgesehen, während die Positionierungs-Servosteuereinheiten 10 und die Positionierungs-Überwachungseinheit 11 für die Robo­ terarmachsen in der Servosteuereinheit (SVP) 29 für die Roboterachsen und die Positionierungs-Servosteuereinheiten 10 und die Positionierungs-Überwachungseinheiten 11 für sämtliche zusätzlichen Achsengruppen in den Servosteuer­ einheiten (SVP) 29′ für die zusätzlichen Achsen vorgesehen sind. Die Information bezüglich der zusätzlichen Achsen­ gruppe gemäß Fig. 1, die vorgegeben wurde, wird in einem Hilfsspeicher 34 gespeichert und über die Hauptsteuer­ einheit in die gemeinsamen RAMs 32 und 33 bei aufein­ anderfolgenden Einschaltvorgängen geladen. Das Be­ triebsprogramm 6 wird nach Erzeugung im Hilfsspeicher 34 abgespeichert und in den gemeinsamen RAM 32 geladen und durch die Betriebsprogramm-Übersetzungseinheit ausge­ führt, wenn der automatische Betrieb initiiert wurde.

Aufgrund der Erfindungskonzeption werden die zusätzlichen Achsen entsprechend den gesteuerten peripheren Einheiten gruppiert, wobei ein aufeinander abgestimmter, gleichzei­ tiger Betrieb mit dem Roboter oder ein unabhängiger Be­ trieb für jede zusätzliche Achsengruppe spezifiziert wer­ den kann, wodurch beispielsweise eine periphere Einheit in Abstimmung bzw. gleichzeitig mit dem Roboter für eine be­ treffende Bearbeitung in Betrieb genommen wird, während die verbleibenden peripheren Einheiten unabhängig für an­ dere mögliche, unabhängig davon vorzunehmende Bearbei­ tungsvorgänge betrieben werden können, wodurch eine Verringerung der Bearbeitungszeit erzielbar ist. Darüber hinaus können die Positionsinstruktionsdaten für jede Achsengruppe gesteuert werden, wodurch verhindert wird, daß das System Positionsdaten für Achsen hält, die mit dem jeweiligen Bearbeitungsschritt nicht in Beziehung stehen, und zugleich die Menge der Positionsinstruktionsdaten verringert wird.

Claims (9)

1. Steuersystem zur Steuerung mehrerer Maschineneinheiten (1, 2 g, 2 h), die jeweils für eine bestimmte Bearbeitung vorgesehen sind, gekennzeichnet durch

• - eine Betriebsprogramm-Übersetzungseinheit (7), die ein Betriebsprogramm (6) übersetzt und ausführt, das Betriebsinstruktionen für die betreffenden Maschinen­ einheiten (1, 2 g, 2 h) enthält,
• - eine erste Steuereinheit (8), die von der Betriebs­ programm-Übersetzungseinheit (7) gesteuert ist und mindestens zwei der Maschineneinheiten (1, 2 g, 2 h) aufeinander abgestimmt oder die Maschineneinheiten unabhängig voneinander steuert,
• - eine zweite Steuereinheit (9), die von der Betriebs­ programm-Übersetzungseinheit (7) gesteuert ist und mindestens eine der Maschineneinheiten (1, 2 g, 2 h) unabhängig steuert,
• - Servosteuereinheiten (10 a, 10 b, 10 c), die unter Steuerung durch die erste Steuereinheit (8) oder die zweite Steuereinheit (9) die betreffenden Maschinen­ einheiten steuern, sowie
• - Überwachungseinheiten (11 a, 11 b, 11 c), die den Be­ trieb jeder Maschineneinheit (1, 2 g, 2 h) überwachen, wobei die erste Steuereinheit (8) und die zweite Steuereinheit (9) die Servosteuereinheiten auf der Basis der Ausgänge der Überwachungseinheiten (11 a, 11 b, 11 c) steuern (Fig. 1).

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschineneinheiten eine Hauptbearbeitungsein­ heit (1) und n Hilfseinheiten (2 g, 2 h) umfassen, die der Hauptbearbeitungseinheit (1) zuarbeiten, und das Betriebsprogramm (6) Betriebsbefehle für die Hauptbear­ beitungseinheit (1) und Betriebsbefehle für die Hilfs­ einheiten (2 g, 2 h) umfaßt, die in abgestimmtem Betrieb mit der Hauptbearbeitungseinheit (1) stehen (Fig. 10).

3. Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hauptbearbeitungseinheit (1) einen Industrieroboter umfaßt und die Hilfseinheiten (2 g, 2 h) Positioniereinrichtungen sind, die Werkstücke in für die Bearbeitung durch den Industrieroboter (1) günstige Positionen bringen.

4. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsprogramm-Übersetzungs­ einheit (7) das Betriebsprogramm (6) übersetzt und un­ abhängigem Betrieb oder abgestimmtem Betrieb entspre­ chende Betriebsbefehle an die Hauptbearbeitungseinheit ausgibt, aufgrund deren die Hauptbearbeitungseinheit unabhängig oder abgestimmt mit mindestens einer Hilfs­ einheit arbeitet, und für eine oder mehrere Hilfsein­ heiten Betriebsbefehle für unabhängigen Betrieb er­ zeugt, wobei diese Befehle an die erste Steuereinheit (8) und die zweite Steuereinheit (9) ausgegeben werden (Fig. 9, 10).

5. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuereinheit (8) Be­ triebsbefehle für die Hauptbearbeitungseinheit (1) von der Betriebsprogramm-Übersetzungseinheit (7) empfängt und Positionierungs-Servosteuerbefehle für die Achsen der Hauptbearbeitungseinheit (1) derart ausgibt, daß sich die Hauptbearbeitungseinheit (1) auf einem spezi­ fizierten Weg zur Zielposition bewegt, und bei Spezifi­ zierung eines abgestimmten Betriebs zusammen mit einer spezifizierten Hilfseinheit Positionierungs-Servo­ steuerbefehle für die Achsen der Hilfseinheit in der Weise ausgibt, daß die Achsen der Hilfseinheit in Ab­ stimmung mit den Achsen der Hauptbearbeitungseinheit betätigt werden.

6. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuereinheit (9) Befeh­ le für unabhängigen Betrieb empfängt und an eine Hilfs­ einheit ausgibt, die unabhängig von der Hauptbearbei­ tungseinheit (1) arbeitet, und Positionierungs-Servo­ steuerbefehle für die Achsen der betreffenden Hilfsein­ heit derart ausgibt, daß die Achsen der Hilfseinheit mit der spezifizierten Geschwindigkeit betätigt werden.

7. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Servosteuereinrichtungen (10 a - 10 c) ein Servosteuersignal für jede Achse der Hauptbe­ arbeitungseinheit und der Hilfseinheiten auf der Basis eines Positionierungs-Servosteuerbefehls und eines aktuellen Positions-Rückführungswerts erzeugen.

8. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierungs-Überwachungs­ einheiten (11 a-11 c) die Positionierung sämtlicher Achsen in Achsengruppen für jede Achse der Hauptbear­ beitungseinheit (1) und der Hilfseinheiten (2 g, 2 h) überwachen.

9. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekenn­ zeichnet durch eine Einstelleinheit (4) zur Festlegung der notwendigen Informationen für die Hilfseinheiten (2 g, 2 h).