DE3883682T2

DE3883682T2 - Verfahren und Gerät zum Erzeugen und Verwenden gemeinsamer Daten von Robotern.

Info

Publication number: DE3883682T2
Application number: DE88116362T
Authority: DE
Inventors: Akira Ashida; Shunji Mohri
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-10-05
Filing date: 1988-10-04
Publication date: 1994-02-17
Anticipated expiration: 2008-10-05
Also published as: EP0310996B1; DE3883682D1; JPH0193805A; EP0310996A3; US5021970A; EP0310996A2; JP2703767B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Erzeugung und Verwendung von Instruktionsdaten eines Roboters und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung und Verwendung von Instruktionsdaten, bei denen die Instruktionsdaten eines Roboters auch für einen weiteren Roboter verwendet werden können.
Ein Servo-Befehlswert für einen Roboter wird häufig durch Gelenkwinkel angegeben, wie z. B. θ1A, θ2A in Fig. 3A. Durch einen Mechanismusparameter P besteht eine Relation
zwischen den Gelenkwinkeln und einer Befehlsposition DA, die den Winkel θ2A umfaßt. steht für einen Vektor, der die Position bzw. Ausrichtung eines Roboters angibt. ist der Mechanismusparameter, der die Armlänge, den Befestigungswinkel o. ä. angibt.
Zieht inan einen SCARA-Roboter mit zwei Freiheitsgraden in Betracht, wie er z. B. in Fig. 4A gezeigt ist, dann sind θ&sub1; und θ&sub2; in Fig. 4B die Befehlswerte (Die Definitionen von θ&sub1; und θ&sub2; sind bei jedem Roboter anders, bei diesem Beispiel sind sie jedoch so definiert wie in Fig. 4B gezeigt.). Die einzigen Mechanismusparameter sind die Armlängen r&sub1; und r&sub2;. Daher ergibt sich die Gleichung
Andererseits lassen sich die Gelenkwinkel auch durch die bekannte Koordinatentransformation für Roboter aus ( ) gewinnen.
Beispielsweise können im Fall von Fig. 4A und Fig. 4B unter der Voraussetzung, daß
θ&sub1; und θ&sub2; gewonnen werden aus
Da der Mechanismusparameter jedoch Δ , die bei der Herstellung auftretenden Montagefehler und Bearbeitungsfehler in bezug auf Abmessungen und Winkel (die als Mechanismusfehler bezeichnet werden), enthält, langt der Roboter, auch wenn er gemäß einem Befehlswert betätigt wird, nicht an der Befehlsposition DA an, sondern an einer Position TA.
Wenn z. B. bei den Armlängen r&sub1; und r&sub2; des in Fig. 4A gezeigten Roboters die Fehler Δr&sub1; und Δr&sub2; vorhanden und θ&sub1; und θ&sub2; vorgegeben sind, gelangt der Roboter nicht zur Position DA
sondern natürlich zur Position TA
Wenn außerdem die Ursprungspositionen (die Positionen bei θ = 0) von θ&sub1; und θ&sub2; um ΔO&sub1; und ΔO&sub2; abweichen, wird die Gleichung < 4) zu
Dies bedeutet, daß der Roboter, obwohl er sich zu der Position DA der Gleichung (3) mit r&sub1;, r&sub2;, θ&sub1; und θ&sub2; bewegen soll, aufgrund von Δr&sub1;, Δr&sub2;, Δθ&sub1; und Δθ&sub2; zur Position TA der Gleichung (5) gelangt.
Mit anderen Worten, wenn zur Steuerung des Roboters die Befehlsposition DA = ( ) verwendet wird, dann führt dies dazu, daß er sich zur Position TA = ( + Δ ) bewegt. Daher führt der Bediener eine Instruktion durch, durch die der Roboter zur Ist-Position TA gelangt, und die Befehlsposition ( ) wird als Instruktionsinformation (Instruktionsdaten) in einem Speicher gespeichert. Auf Basis dieser Instruktionsdaten werden dann Playbackprozesse ausgeführt.
In dem US-Patent Nr. 4 670 849 von Okada u. a., angemeldet am 02. 06. 1987, ist ein Verfahren zur Gewinnung des Mechanismusfehlers Δ beschrieben. Außerdem ist in 'Richard P. Paul: Mathematics, Programming and Control' (The MIT Press) ein nicht nur für SCARA-Roboter sondern für Roboter im allgemeinen geeignetes Verfahren zur Gewinnung sogenannter Koordinatentransformationsgleichungen, die den Gleichungen (1) und (2) entsprechen, ausführlich beschrieben.
Wo mehrere gleichartige Roboter eingesetzt werden, besteht ein großer Bedarf danach, daß die Daten, mit denen einer der Roboter instruiert wurde, auch für die anderen Roboter verwendbar sind. Da jedoch, wie oben erwähnt, die Mechanismusfehler Δ von Roboter zu Roboter verschieden sind, lassen sich die Daten, mit denen einer der Roboter instruiert wurde, nicht direkt für die anderen Roboter verwenden. Bei der Übertragung der Instruktionsdaten auf die anderen Roboter mußten deshalb bisher mittels eines Programmier-Handgeräts auf komlizierte Weise die Positionierungspunkte berichtigt werden, nachdem die Instruktionsdaten eingegeben waren. Die Instruktionsdaten ließen sich also bisher nicht für mehrere Roboter verwenden.
Aus der dem Stand der Technik gemäßen Schrift US-A-4 670 849 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Korrigieren von Positionsfehlern bei Industrierobotern bekannt. Bei dem beschriebenen Verfahren wird ein Roboter gemäß Positionsbefehlswerten bewegt, und es werden aus der Abweichung der Ist- Position von der Soll-Position die Konstruktionsfehler des Roboters bestimmt. Dann wird ein für den Roboter geschaffenes Arbeitsprogramm entsprechend den zuvor bestimmten Konstruktionsfehlern geändert.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung und Verwendung von Instruktionsdaten zu schaffen, mit welchen sich Instruktionsdaten für mehrere Roboter verwenden lassen, sowie eine Robotersteuerung, für die ohne manuelle Korrektur die Instruktionsdaten eines Roboters für einen anderen verwendbar sind.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen auf bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung.
Das beschriebene Verfahren umfaßt einen Schritt, in dem die Mechanismusfehler der einzelnen Roboter festgesetzt werden, sowie einen Schritt, in dem als Instruktionsdaten Standardpositionsdaten, bei denen die Mechanismusfehler eliminiert wurden, erzeugt werden.
Die Erzeugung von Standardpositionsdaten, bei denen die Mechanismusfehler eliminiert wurden, hat Folgendes zum Inhalt. ( ) ist die Ist-Position eines Roboters im Roboterkoordinatensystem. steht für die Position und die Ausrichtung des Roboters, und für den Mechanismusparameter (Armlänge, Befestigungswinkel etc.).
Die räumliche Stellung eines Roboters läßt sich mit sechs unabhängigen Größen der Positionskoordinaten der Roboterhand und deren Ausrichtung angeben. Es genügt, wenn die Positionskoordinaten auf drei Punkte (x, y, z) in einem dreidimensionalen Raum ausgerichtet sind. Die Ausrichtung kann durch verschiedene Darstellungsweisen angegeben werden. Typische Beispiele dieser Darstellungsweisen sind in Fig. 5A bis 5C gezeigt (nachzulesen in der obengenannten Abhandlung von R. Paul).
Fig. 5A zeigt die Darstellung durch ein Roboterhand-Koordinatensystem. Fig. 5B zeigt die Darstellung durch Eulersche Winkel. In Fig. 5C ist die Darstellung durch den Roll-, Neigungs- und Gierendrehweg gezeigt. Bei der Darstellung durch Eulersche Winkel und der durch den Roll-, Neigungs- und Gierendrehweg werden drei unabhängige Größen verwendet. Bei dem Roboterhand-Koordinatensystem werden drei Vektoren , , und verwendet. Aufgrund von
ist es jedoch nicht nötig, zu speichern. Da die verbleibenden zwei Vektoren und (mit insgesaint sechs Größen) der Richtungskosinus sind, erhält dessen Länge den Wert 1. Das heißt
= [fx² + fy² + fz²] = 1
(fi ist ist eine Größe des Vektors )
= [gx² + gy² + gz²] = 1
Da jede der Größen fx, fy und fz und jede der Größen gx, gy und gz durch andere Größen dargestellt werden kann, müssen nicht alle gespeichert werden.
Zum Beispiel kann fz weggelassen werden, da fz² = 1 - fx² - fy². Außerdem ist das innere Produkt von und gleich 1, da sie einen rechten Winkel bilden. Das heißt
= fx gx + fy gy + fz gz = 1
Aus dieser Gleichung ergibt sich, daß eine weitere Größe nicht erforderlich ist. gy läßt sich z. B. vollständig durch die Größen fx, gx und fy ausdrücken. Daher gibt es bei dem Roboterhand-Koordinatensystem mit drei Vektoren (und mit neun Größen) auch nur drei unabhängige Größen. Es sind z. B. die Werte von fx, fy und gx völlig ausreichend. Tatsächlich werden jedoch zur Vereinfachung der Berechnungen sechs Größen von und als redundante Größen verwendet.
Die Ist-Position nach Ausführung der Instruktion wird ausgedrückt als ( + Δ ) im Absolutkoordinatensystem, bei dem die Installationsposition des Roboters als Nullpunkt festgelegt wird. Δ steht für einen Fehler bei dem Mechanismusparameter.
Im folgendem werden das Roboterkoordinatensystem und das Absolutkoordinatensystem beschrieben. Das Absolutkoordinatensystem ist das gewöhnliche xyz-Koordinatensystem, bei dem die Installationsposition des Roboters als Nullpunkt festgelegt wird, wie oben erwähnt. Die Definitionen von x, y und z hängen von den Roboterhersteller ab und sind daher nicht immer gleich; hier werden sie jedoch so definiert wie bei der Ausführung in Fig. 16 gezeigt.
Das Roboterkoordinatensystem dagegen bezieht sich auf einen Raum, der durch die Gelenkwinkel (im Fall eines Mechanismus mit einem Gelenk, das eine Translation ausführt, durch dessen Translationsweg) beschrieben wird, um den Roboter zu steuern. Beispielsweise entspricht bei dem in Fig. 4B gezeigten Roboter das Roboterkoordinatensystem einer zweidimensionalen Ebene, in der θ&sub1; und θ&sub2; auf Achsen bezogen sind. Die durch θ&sub1; und θ&sub2; festgelegten Punkte (die mit ( ) identisch sind) werden im Absolutkoordinatensystem zu ( + Δ ).
Wenn also die Ist-Position eines Roboters im Absolutkoordinatensystem ( + Δ ) ist, dann ist im Roboterkoordinatensystem der tatsächliche Befehlswert für den Roboter ( ). Anders ausgedrückt, der Roboter bewegt sich aufgrund der Mechanismusfehler zur Position ( + Δ ), wenn er so gesteuert wird, daß er sich zur Position des Befehlswerts ( ) bewegen soll. Es ergibt sich kein Problem, solange Instruktionsdaten vorhanden sind und mit ein und demselben Roboter ausgeführt werden. Wenn jedoch der Befehlswert (die Instruktionsdaten) auf einen anderen Roboter übertragen und ausgeführt wird, bewegt sich dieser Roboter zur Position ( + Δ B), da dessen Mechanismusfehler Δ B nicht die gleichen sind. Daher werden unter Verwendung der bekannten Mechanismusfehler Δ im voraus aus dem Befehlswert ( ) die Standardpositionsdaten ( + Δ ) erzeugt, und der Befehlswert zur Positionierung wird auf Basis der Standardpositionsdaten erzeugt. Dadurch wird eine effiziente Verwendung der Instruktionsdaten für mehrere Roboter ermöglicht.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Steuerung für einen Roboter, auf den ein Instruktionsdaten-Erzeugungsverfahren gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung angewandt wird.
Fig. 2 zeigt eine Ablaufdiagramm einer Prozedur des Instruktionsdaten-Erzeugungverfahrens gemäß der Ausführung dieser Erfindung.
Fig. 3A und Fig. 3B zeigen ein Diagramm des Koordinatensystems des Roboters A bzw. des Roboters B.
Fig. 4A und Fig. 4B zeigen ein Diagramm eines biaxialen SCARA Roboters bzw. ein Diagramm einer Darstellung durch ein entsprechendes Koordinatensystem.
Fig. 5A bis Fig. 5C zeigen ein Diagramm einer Darstellung durch ein Roboterhand-Koordinatensystem bzw. ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Darstellung durch Eulersche Winkel bzw. ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Darstellung durch den Roll-, Neigungs- und Gierendrehweg.
Fig. 6 zeigt ein Diagramm eines Beispiels für ein Speicherformat für Instruktionspunkte.
Fig. 7 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Bewegungsvorgangs über mehrere Punkte hinweg.
Fig. 8 zeigt ein Diagramm eines Formats für Fehlerparameter.
Fig. 9 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Erklärung eines Verfahrens zur Gewinnung der Ist-Position eines Roboters.
Fig. 10 zeigt ein Diagramm eines Verfahrens zur Gewinnung der Ist-Position eines Roboters mit zwei Freiheitsgraden.
Fig. 11 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Erklärung der Arbeitsschritte, in denen ein Befehlswert für einen bestimmten Roboter im voraus berechnet und in einem Speicher gespeichert wird.
Fig. 12 zeigt ein Diagramm eines Speicherformats für den Befehlswert ( ) und die Ist-Position ( + Δ ).
Fig. 13 zeigt ein Diagramm einer Abwandlung von Fig. 12.
Fig. 14 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Erklärung einer Verarbeitungsprozedur bei Änderung eines Mechanismusparameters.
Fig. 15 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Erklärung der Vorgänge bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung.
Fig. 16 zeigt ein Diagramm zur Erklärung des Absolutkoordinatensystems.
Im folgendem wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Steuerung für einen Roboter. Die Bezugszahl 1 bezeichnet einen Roboter, und 2 eine Steuerung für diesen Roboter. Die Steuerung 2 umfaßt einen Servobereich 3, eine arithmetische Einheit 4, einen Ein-Ausgabe-Verarbeitungsbereich 5 sowie einen internen Speicher 6 und einen externen Speicher 7 zum Speichern von Instruktionsdaten. Mit der Steuerung 2 sind ein Programmier-Handgerät 8 zur Eingabe der Instruktion, ein Eingabegerät 9 zur Eingabe von Befehlen und ein Ausgabegerät 10 verbunden. Pfeile 11 bis 21 zeigen den Informationsfluß zwischen den Verschiedenen Bauteilen und stehen für einen Befehlswert 11 für ein Stellorgan im Servobereich 3, ein Zustandssignal 12 des Stellorgans, ein einen Servobefehl und einen Servozustand angebendes Signal 13, Ein-Ausgabe(E/A)-Daten 14, E/A-Daten 15 des Programmier-Handgeräts 8, voin Eingabegerät 9 kommende Eingabedaten 16, dem Ausgabegerät 10 zugeführte Ausgabedaten 17, von dem internen Speicher 6 ausgegebene Instruktionsdaten 18 und in diesen eingegebene Instruktionsdaten 19 sowie von dem externen Speicher 7 ausgegebene Instruktionsdaten 20 und in diesen eingegebene Instruktionsdaten 21.
Die Steuerung des Roboters durch das Instruktions-Playback- Verfahren umfaßt die folgenden Schritte.
a) Der Roboter wird durch Drücken von Knöpfen (beispielsweise X+ für die Bewegung des Roboters in positivem Richtung der x- Achse) auf dem Programmier-Handgerät 8 zu einer erwünschten Position im Raum bewegt und ausgerichtet.
b) Zur Eingabe der Befehlswerte ( ) der Position und Ausrichtung wird auf dem Programmier-Handgerät 8 der entsprechend bezeichnete Knopf gedrückt.
c) Hierfür führt die arithmetische Einheit 4 folgende Bearbeitungsvorgänge aus.
i) Es werden die Zustandsdaten 12, die die Istposition der Stellorgane angeben, erfaßt.
ii) Aus den Daten, die die Istposition der Stellorgane angeben, werden die Gelenkwinkel (θ&sub1; bis θn in Fig. 3) des Roboters gewonnen.
iii) Die Position (x, y, z) und die Ausrichtung ( , ) der Roboterhand wird aus den jeweiligen Gelenkwinkeln gewonnen.
iv) Die gewonnenen Daten der Position und Ausrichtung werden in dem externen Speicher 7 gespeichert. Hierbei wird das in Fig. 6 gezeigte Speicherformat verwendet. Die Ausrichtung läßt sich nicht nur durch ( , ) ausdrücken, sondern auch so wie in Fig. 5B oder Fig. 5C gezeigt. Außerdem können zusätzlich die Gelenkwinkel θ&sub1; bis θn aus Schritt ii) gespeichert werden (wie z. B. in Fig. 6 gezeigt). Es können aber auch nur die Gelenkwinkel gespeichert werden. Es ist unwesentlich, welche dieser Daten gespeichert werden, da sie äquivalent sind und ineinander umgewandelt werden können.
d) Mehrere Instruktionspunkte werden als Positionierungspunkte bestimmt, und es wird ein Playback-Arbeitsgang ausgeführt, bei dem diese Punkte verbunden werden. Dieser Arbeitsgang ist z. B. in der Abhandlung von R. Paul, Kap. 5, 6. bis 9. Abs., ausführlich beschrieben.
Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Prozedur des Instruktionsdaten-Erzeugungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der Instruktionsdaten für den Roboter B aus Instruktionsdaten des Roboters A erzeugt werden. Bei dieser Ausführung umfaßt die Erzeugung der Instruktionsdaten fünf Schritte:
- einen Schritt 22, in dem die Mechanismusfehler des Roboters A geschätzt werden,
- einen Schritt 23, in dem Instruktionsdaten erzeugt werden,
- einen Schritt 24, in dem die Standardpositionsdaten erzeugt werden,
- einen Schritt 25, in dem die Mechanismusfehler des Roboters B geschätzt werden, sowie
- einen Schritt 26, in dem aus den Standardpositionsdaten des Roboters A Instruktionsdaten für den Roboter B erzeugt werden.
In den Schritten 22 und 25 werden die Mechanismusfehler der Roboter geschätzt. Als Verfahren zur Gewinnung der Mechanismusfehler (bei dem auch die Installationsfehler der Roboter im einzelnen eingeschlossen sind) Δ kann das Verfahren, das z. B. in dem obengenannten US-Patent von Okada u. a. beschrieben ist, angewandt werden. Wenn die Mechanismusfehler einmal gewonnen wurden, werden sie nicht mehr geändert, außer der Roboter wird an einem anderen Ort aufgestellt oder in dem Fall, daß er auf ein Hindernis gestoßen ist. Daher werden sie in einem in Fig. 8 gezeigten Format im externen Speicher 7 gespeichert. Die Mechanismusfehler sind auf die Fehler der Teile des Roboters bezogen, und da ein Teil sechs Freiheitsgrade aufweist, hat jedes Teil sechs Parameter. Daher gibt es bei einem Roboter mit n Freiheitsgraden maximal 6n Fehlerparameter. Wenn in diesen Parametern auch die Installationsfehler eingeschlossen sind, dann sind 6(n + 1) Parameter vorhanden.
Im nächsten Schritt 23 werden die Instruktionsdaten erzeugt. In diesem Schritt 23 wird die Instruktion ausgeführt. Hierbei wird der Roboter A unter Verwendung des Programmier-Handgeräts 8 zu einer Soll-Position bewegt, die Ist-Position des Roboters aus dem einen Codierwert des Roboters enthaltenden Zustandssignal 12 gewonnen und die gewonnene Ist-Position in dem internen Speicher 6 oder dem externen Speicher 7 gespeichert. Diese Vorgänge sind oben im einzelnen beschrieben.
Der Roboter A verfügt nur über die Instruktionsdaten der Befehlsposition ( ). Die Position (und Ausrichtung) des Roboters, die der Bediener tatsächlich herbeiführen möchte, ist jedoch die Position ( + Δ ) im Absolutkoordinatensystem. Deshalb wird in Schritt 24 unter Verwendung der Mechanismus- Fehlerparameter Δ aus Schritt 22 aus der Befehlsposition ( ) die Position ( + Δ ) gewonnen.
Die Einzelheiten dieses Verfahrens sind in Fig. 9 gezeigt.
Im folgenden wird das Verfahren am Beispiel des in Fig. 4 gezeigten Roboters beschrieben. Es wird vorausgesetzt, daß
Δ = (Δr&sub1;, Δr&sub2;, Δθ&sub1;, Δθ&sub2;,)
(es werden nur die Fehler in der einen Ebene berücksichtigt) bereits vorliegen und ( + Δ ) durch Anwendung der Gleichungen (2) und (5), wie in Fig. 10 gezeigt, hergeleitet wird. ( + Δ ) gibt die tatsächliche Position des Roboters A im Raum an, wenn dieser mit den Befehlswerten ( ) gesteuert wird.
Infolgedessen ist ( + Δ ) die Position, zu der der Roboter B tatsächlich bewegt werden soll. Bei Verwendung der Instruktionsdaten für beide Roboter lassen sich ( + Δ ) also als Standardpositionsdaten bezeichnen.
In Schritt 26 werden aus den Standardpositionsdaten die Instruktionsdaten für den Roboter B gewonnen. Damit die Roboter A und B tatsächlich in die gleiche Position bewegt werden, werden die Standardpositionsdaten außerdem den Werten TB = ( + Δ B) (= ( + Δ )) der Positionierungspunkte des Roboters B im Absolutkoordinatensystem gleichgesetzt (Fig. 3B). Δ B steht für die Mechanismusfehler des Roboters B. bezeichnet einen Vektor, der die Position und Ausrichtung des Roboters B angibt.
Wenn Roboter A und B den gleichen Mechanismus aufweisen, ist die zweckmäßige funktionelle Darstellung von Y die gleiche wie die von . ( ) wird aus ( + Δ ) gewonnen, und der Roboter B wird bewegt, indem ( ) als Befehlsposition verwendet wird. Dies ermöglicht eine Positionierung des Roboters B an der Position ( + Δ B), d. h. am Positionierungspunkt ( + Δ ) des Roboters A. Auf diese Weise lassen sich die Instruktionsdaten für beide Roboter verwenden.
( ) läßt sich aus der Position ( + Δ ), zu der der Roboter B bewegt werden soll, gewinnen, indem die Rechenoperationen (insbesondere die Subtraktion der Mechanismusfehler Δ B) entgegengensetzt zu denen in Schritt 24 ausgeführt werden.
Mit anderen Worten, eine Situation, in der sich der Roboter trotz des Befehlswerts ( ) zur Position ( + Δ ) bewegt, bedeutet, daß die Mechanismusfehler Δ kompensiert werden und sich der Roboter aufgrund des Befehlswerts ( + Δ ) zur Position ( ) bewegt. Man kann also sagen, daß der Befehlswert zur Positionierung des Roboters in die Position
Da bei Anwendung der Rechenoperationsgleichungen von Schritt 24 ( ) gleich ( + Δ ) ist, läßt sich die Befehlsposition DB aus
gewinnen, da es genügt, den Einfluß von Δ B zu beseitigen. Die rechte Seite der Gleichung (6) läßt sich wie folgt annäherungsweise darstellen.
läßt sich diese Gleichung folgendermaßen umwandeln.
Das Einsetzen dieser Gleichung in die Gleichung (7) ergibt
Da die Mechanismusfehler Δ und Δ B klein sind, ist ihr Produkt noch kleiner. Durch Vernachlässigung dieses Produkts läßt sich auch ( + Δ - Δ B) gewinnen. Somit ergibt sich
(wobei Xi, Pi und ΔPj die i-ten Komponenten der Vektoren , und Δ sind.)
Da alle Xi ( ) bereits bekannt sind, wie in Gleichung (1) gezeigt, läßt sich
δXi( )/Pi
berechnen. Für den Roboter von Fig. 4A ergibt sich beispielsweise
θ&sub1; und θ&sub2; ergeben sich aus ( ), r&sub1; und r&sub2; sind Konstanten, und Δr&sub1;, Δr&sub2;, Δθ&sub1; und Δθ&sub2; liegen als Mechanismusfehler vor. Durch Einsetzen dieser Werte in die Gleichung (8) erhält man daher
Daraus ergibt sich
wobei x' und y' für x' und y' in Fig. 10 stehen.
Die Instruktionsdaten DB, die auf diese Weise gewonnnen wurden und die Befehlsposition für den Roboter B angeben, werden in dem in Fig. 6 gezeigten Format im Speicher 6 oder Speicher 7 gespeichert. Diese Daten geben die Befehlsposition des Roboters B an.
Die Werte ( ) werden im voraus mit Bezug auf alle ( ) des Roboters A berechnet und im Speicher gespeichert. Diese Prozedur ist in Fig. 11 gezeigt.
Der Roboter B kann also zum Positionierungspinkt ( + Δ ) des Roboters A geführt werden, wenn bei ihm ein Playback an der Position DB = ( ) ausgeführt wird.
Die Werte ( ) müssen nicht sofort berechnet werden. Sie können auch während der Steuerung des Roboters und nach dem Playback berechnet werden.
Zu diesem Zweck wird ( + Δ ) selbst im Format von Fig. 6 im Speicher 6 oder Speicher 7 gespeichert, und es werden bei jedem Auslesen der Punktdaten ( + Δ ) unter Verwendung der Mechanismusfehler Δ B die in Fig. 11 gezeigten Schritte 30 bis 42 ausgeführt.
Andererseits können auch ( ) und ( + Δ ) anstelle der in Fig. 6 gezeigten Instruktionsdaten gespeichert werden.
Dieses Beispiel ist in Fig. 12 gezeigt. In diesem Fall werden θ&sub1; bis θn in Schritt 32 von Fig. 11 aus ( ) gewonnen.
Da die Werte von Δ bereits gespeichert sind, besteht außerdem die Möglichkeit, nur noch die Werte von ( ) zu speichern. Dieses Beispiel ist in Fig. 13 gezeigt.
Hierbei werden θ&sub1; bis in Schritt 32 von Fig. 11 wie in Schritt 26 von Fig. 9 gezeigt aus ( ) gewonnen. Die Werte von ( + Δ ) in Schritt 32 von Fig. 11 werden unter Verwendung der Werte von Δ gewonnen, wobei das in Fig. 9 gezeigte Verfahren angewandt wird.
Das System der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Verwendung von Instruktionsdaten eines Roboters für mehrere Roboter beschränkt; es ist auch dann von Nutzen, wenn sich aus irgendeinem Grund (wenn z. B. ein Wirkorgan einen Stoß erlitten hat) die Mechanismusparameter verändert haben. In diesem Fall müssen nur die in Fig. 14 gezeigten Schritte 44 bis 50 ausgeführt werden.
Bei dem vorliegenden System müssen selbstverständlich die Roboter A und B nicht unbedingt das gleiche Modell sein, was das Verarbeitungssystem betrifft. Wenn die Gleichungen zur Gewinnung der Position und Ausrichtung des Roboters A sowie die Mechanismusparameter A( A) des Roboters A und die Gleichungen zur Gewinnung der Position und Ausrichtung des Roboters B sowie die Mechanismusparameter B( B) des Roboters B bekannt sind, läßt sich die Erfindung um das in den Schritten 52 bis 62 von Fig. 15 gezeigte Verfahren erweitern.
Andererseits läßt sich durch Einbeziehung der teilweisen Differentiation zweiten oder höheren Grades die Genauigkeit des Annäherungsausdrucks vergrößern. Wenn bis zum zweiten Grad differenziert wird, ergibt sich folgende Gleichung.
Die Gleichung von läßt sich problemlos berechnen, da sie viele Male teilweise differenzierbar ist.
Die obige Ausführung wurde als Beispiel und in bezug auf die Roboter A und B beschrieben; die vorliegende Erfindung läßt sich jedoch auf ähnliche Weise auf drei oder mehr Roboter 1 bis n anwenden. Beispielsweise kann bei einer Gruppe von Robotern ein beliebiger als der vorige Roboter A bestimmt werden, wobei dann die übrigen Roboter als Roboter B behandelt werden, so daß sich die erwünschten Instruktionsdaten für jeden dieser Roboter verwenden lassen. In diesem Fall müssen diese Roboter nicht unbedingt vom gleichen Typ sein und die gleichen Abmessungen aufweisen. Wie bereits erwähnt, kann für die Zuführung der Instruktionsdaten zu dem Roboter eine beliebige Art der On-line- oder Off-line-Steuerung verwendet werden. Insbesondere bei der On-line-Steuerung werden die Instruktionsdaten über parallel, ringförmig oder hierarchisch angeordnete Verbindungsleitungen o. ä. von einem zu den anderen Robotern geleitet, wobei jeder der anderen Roboter gemäß dieser gemeinsamen Instruktionsdaten automatisch gesteuert wird. Somit erübrigt sich die Instruktion durch den Bediener.
Gemäß der vorliegenden Erfindung lassen sich ein und dieselben Instruktionsdaten für mehrere Roboter verwenden. Die Erfindung hat außerdem den Vorteil, daß sie es ermöglicht, die alten Instruktionsdaten eines Roboters auch dann zu verwenden, wenn sich aus irgendeinem Grund dessen Mechanismusfehler geändert haben.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung und gemeinsamen Verwendung von Daten für mehrere Roboter in einem System zur Steuerung dieser Roboter, wobei jeder Roboter umfaßt Eingabe-/Ausgabegeräte (9 und 10), eine Servosteuerung (3) zur Steuerung von Stellorganen der Roboter, Speicher (6 und 7) sowie eine arithmetische Einheit (4) zur Ausführung von Rechenoperationen in bezug auf Daten, die mit diesen Eingabe-/Ausgabegeräten, dieser Servosteuerung und diesen Speichern verbunden ist, und wobei dieses Verfahren die Schritte umfaßt

a) Schätzung von Konstruktionsfehlern Δ eines ersten Roboters (1),

b) Führen dieses ersten Roboters (1) zu einer ersten Position unter Verwendung eines Programmier-Handgeräts und Gewinnung von Instruktionsdaten in Form einer Ist-Position dieses ersten Roboters (1) aus Zustandsdaten der Stellorgane, wobei diese Ist-Position einer mit diesem Programmier-Handgerät erzeugten Befehls-Position entspricht,

c) Gewinnung von Daten einer Soll-Position ( + Δ ) aus diesen eine Befehlsposition ( ) angebenden Instruktionsdaten durch Verwendung der in Schritt a) geschätzten Konstruktionsfehler Δ , wobei die Daten der Soll-Position Standardpositionsdaten sind, die eine Position und eine Ausrichtung für einen weiteren Roboter repräsentieren,

d) Feststellung von Konstruktionsfehlern Δ B eines zweiten Roboters sowie

e) Berechnung korrigierter Befehlspositionsdaten ( + Δ - Δ B) aus den Standardpositionsdaten und den Konstruktionsfehlern des zweiten Roboters, was ermöglicht, den zweiten Roboter auf Basis der Instruktionsdaten des ersten Roboters zu steuern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jedesmal, wenn diese Standardpositionsdaten von dem ersten Roboter abgegeben werden, der zweite Roboter einen in diesen Daten enthaltenen Instruktionspunkt entnimmt und durch Verwendung dieses Instruktionspunkts und der Konstruktionsfehler des zweiten Roboters einen Befehlswert ( - Δ B) für sich gewinnt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die genannten Schritte, in denen die Konstruktionsfehler des ersten und des zweiten Roboters festgestellt werden, jeweils einen Schritt enthalten, in dem die entsprechenden Konstruktionsfehler der Roboter aktualisiert, neue Konstruktionsfehler gewonnen und die neuen Konstruktionsfehler gespeichert werden, und bei dem durch Verwendung der genannten Instruktionsdaten und der neuen Konstruktionsfehler neue Instruktionsdaten erzeugt sowie diese neuen Instruktionsdaten gespeichert werden, um bei Auftreten einer Parameterveränderung eine Kompensation einer Änderung bei einem Konstruktionsparameter zu ermöglichen.

4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem jedesmal, wenn der zweite Roboter von dem ersten Roboter die Instruktionsdaten erhält, der zweite Roboter wieder den Schritt der Feststellung dessen Konstruktionsfehler ausführt und einen aktualisierten Konstruktionsfehler-Parameter gewinnt und mit dem aktualisierten Konstruktionsfehler-Parameter wieder die Standardpositionsdaten von dem ersten Roboter berechnet, wodurch neue Instruktionsdaten erzeugt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin die Schritte umfaßt

- Entnahme von Instruktionspunkten A( A + Δ A) sowie θ&sub1; bis aus dem ersten Roboter, wobei A( A) einen Befehlswert des ersten Roboters bezeichnet, A und Δ A Konstruktionsparameter und Konstruktionsfehler angeben und θ&sub1; bis θn Winkel an den Gelenken repräsentieren,

- Gewinnung von Winkeln θ&sub1;' bis θn' an den Gelenken des zweiten Roboters aus den Instruktionspunkten A( A + Δ A) sowie

- Berechnung einer Position B( B - Δ B), zu der der zweite Roboter nach der folgenden Näherungsgleichung tatsächlich gesteuert werden soll, aus den gewonnenen Winkeln θ&sub1;' bis θn' an den Gelenken sowie den Konstruktionsfehlern Δ B des zweiten Roboters

wobei B für die Konstruktionsparameter des zweiten Roboters steht.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Berechnung der Position B( B - Δ B) , zu der der zweite Roboter tatsächlich gesteuert werden soll, im voraus ausgeführt wird, als Befehlswert für den zweiten Roboter.

7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Berechnung der Position B( B - Δ B) , zu der der zweite Roboter tatsächlich gesteuert werden soll, jedesmal ausgeführt wird, wenn der zweite Roboter vom ersten Roboter den Instruktionspunkt erhält.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die spezifischen Befehlspositionsdaten des zweiten Roboters, die durch den genannten Berechnungsschritt gewonnen werden, in einem Speicher dieses zweiten Roboters gespeichert werdend.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der genannte Berechnungsschritt umfaßt

- Entnahme eines Positionierungspunkts ( + Δ ) sowie θ&sub1; bis θn aus den von dem ersten Roboter gelieferten Standardpositionsdaten, wobei einen Befehlswert für den ersten Roboter bezeichnet, und Δ Konstruktionsparameter und Konstruktionsfehler angeben und θ&sub1; bis θn Winkel an den Gelenken repräsentieren,

- Gewinnung von δ ( )/δ Δ B unter Verwendung der Konstruktionsfehler Δ B des zweiten Roboters sowie θ&sub1; bis θn'

- Gewinnung des Befehlswerts

des zweiten Roboters durch Substitution des gewonnenen Werts von δ ( )/δ Δ B für den zweiten Term der Gleichung für ( ) sowie

- Berechnung der Winkel θ&sub1;' bis θn' an den Gelenken des zweiten Roboters aus dem abgeleiteten Befehlswert ( ).

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Befehlswert ( ) und die berechneten Winkel θ&sub1;' bis θn' an den Gelenken in einem Speicher im zweiten Roboter gespeichert werden.

11. Vorrichtung zur Erzeugung und gemeinsamen Verwendung von Daten für mehrere Roboter in einem System zur Steuerung dieser Roboter, wobei jeder Roboter umfaßt Eingabe-/Ausgabegeräte (9 und 10), eine Servosteuerung (3) zur Steuerung von Stellorganen der Roboter, Speicher (6 und 7) sowie eine arithmetische Einheit (4) zur Ausführung von Rechenoperationen in bezug auf Daten, die mit diesen Eingabe-/Ausgabegeräten, dieser Servosteuerung und diesen Speichern verbunden ist, mit

a) ersten Mitteln zur Schätzung von Konstruktionsfehlern Δ eines ersten Roboters (1),

b) Mittel zum Führen dieses ersten Roboters (1) zu einer ersten Position unter Verwendung eines Programmier-Handgeräts und Gewinnung von Instruktionsdaten in Form einer Ist-Position ( ) dieses ersten Roboters (1) aus Zustandsdaten der Stellorgane , wobei diese Ist-Position einer mit diesem Programmier-Handgerät erzeugten Befehls-Position entspricht,

c) Mittel zur Gewinnung von Daten einer Soll-Position ( + Δ ) aus diesen eine Befehlsposition ( ) angebenden Instruktionsdaten durch Verwendung der von den genannten ersten Mitteln geschätzten Konstruktionsfehler Δ , wobei die Daten der Soll-Position Standardpositionsdaten sind, die eine Position und eine Ausrichtung für einen weiteren Roboter repräsentieren,

d) zweite Mittel zur Feststellung von Konstruktionsfehlern Δ B eines zweiten Roboters sowie

e) Mittel zur Berechnung korrigierter Befehlspositionsdaten ( + Δ - Δ B) aus den Standardpositionsdaten und den Konstruktionsfehlern des zweiten Roboters, was ermöglicht, den zweiten Roboter auf Basis der Instruktionsdaten des ersten Roboters zu steuern.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der der zweite Roboter umfaßt

- einen Speicher, der die genannten Daten der Soll-Position, die der erste Roboter liefert, speichert, so daß diese Daten der Soll-Position aktualisiert werden können, wobei dieser Speicher außerdem die von dem ersten Mittel geschätzten Konstruktionsfehler speichert, sowie

- eine Zentraleinheit zur Ausführung vorgegebener Prozeduren, die dazu dienen den zweiten Roboter dazu zu veranlassen, aus den genannten gespeicherten Daten der Soll-Position und den genannten Konstruktionsfehlern die für den zweiten Roboter spezifischen Instruktionsdaten zu gewinnen, sowie der anschließenden Speicherung dieser spezifischen Instruktionsdaten in dem genannten Speicher, damit es möglich ist auszulesen, wenn dieser zweite Roboter zu Punkten geführt werden soll, die diesen spezifischen Instruktionsdaten entsprechen.