1. TITEL DER ERFINDUNG
ROBOTER VOM DIREKTANLERNTYP
2. Gebiet der Erfindung und Erwähnung der verwandten Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Roboter vom Direktanlerntyp.
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Bei einem Roboter vom Direktanlerntyp betätigt eine Bedienungsperson direkt die
Spitze und das Gelenk eines beweglichen Armes des Roboters, um den Roboter
die Betriebspositionen zu lehren. Dieses Lernverfahren kann, innerhalb sehr
kurzer Anlernzeit, den Roboter eine komplizierte Bewegungsstrecke lehren, und
wird demgemäß bei vielen Robotern angewendet, insbesondere bei den meisten
Anstreichrobotern.
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Da jedoch eine große Betätigungskraft erforderlich ist, um die Spitze und das
Gelenk des beweglichen Armes des Roboters zu betätigen, ist es schwierig, sie so
zu betätigen, daß die obigen Vorzüge nicht verwendet werden können und die
Bedienungsperson körperliche Schwierigkeiten, wie beispielsweise einen
Hexenschuß erleiden kann. Demgemäß sind in der Vergangenheit verschiedene
Verfahren für Verminderung der Betätigungskraft beim Anlernen des Roboters
vorgeschlagen worden.
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Bei dem ersten Verfahren wird ein Ausgleichsgewicht verwendet, um das
Lastmoment, das durch eine Belastung des beweglichen Armes des Roboters
erzeugt wird, durch das Ausgleichs-Kraftmoment aufzuheben, das durch die Kraft
des Ausgleichsgewichts erzeugt wird, so daß die für die Betätigung erforderliche
Kraft vermindert wird.
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Bei dem zweiten Verfahren ist eine Kupplung zwischen dem beweglichen Arm
des Roboters und einem Servomotor angeordnet und die Kupplung wird, wenn
der Servomotor benutzt wird, um den beweglichen Arm zu betätigen, zwischen
dem beweglichen Arm des Roboters und dem Servomotor gekoppelt, während bei
der Anlernoperation des Roboters die Kupplung aufgetrennt ist.
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Figur 2 ist ein Blockdiagramm, welches ein Ausführungsbeispiel des zweiten
Verfahrens veranschaulicht.
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Ein beweglicher Arm 34 ist mit einem Positionsdetektor 42 verbunden und ein
durch den Positionsdetektor 42 erzeugtes Signal wird einem Roboter-
Steuerschaltkreis 35 zugeführt. Der Roboter-Steuerschaltkreis 35 ist über einen
Servoverstärker 36 mit einem Servo-Wechselstrommotor 37 verbunden und ein
durch einen in dem Servomotor 37 enthaltenen Impulsgenerator 38 erzeugtes
Signal wird über den Servoverstärker dem Roboter-Steuerschaltkreis 35 zugeführt.
Der Roboter-Steuerschaltkreis 35 steuert den beweglichen Arm 34 des Roboters
durch die Steuerrückführung der Position und der Geschwindigkeit basierend auf
dem Positionssignal und dem Geschwindigkeitssignal.
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Der Servoverstärker 37 ist über eine Kupplung 39 mit einem Reduziergetriebe 40
verbunden, das mit dem beweglichen Arm 34 verbunden ist. Die Kupplung 39 ist
an einem Betriebsartenschalter 41 angeschlossen, der durch die Bedienungsperson
betätigt wird, so daß die Betriebsart des Roboters von irgendeinem anderen
Modus in einen Direktanlernmodus geändert werden kann. Wenn die Betriebsart
des Roboters verändert wird in den Direktanlernmodus, so wird der
Ansteuermechanismus der Kupplung 39 durch die Kupplung 39 abgetrennt,
während in dem anderen Modus der Ansteuermechanismus mit der Kupplung 39
verbunden ist.
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Wenn ein Anweisungssignal für die Bewegung des beweglichen Armes 34 des
Roboters dem Servoverstärker 36 von dem Roboter-Steuerschaltkreis 35 in den
Modus mit Ausnahme des Direktanlernmodus zugeführt wird, so liefert der
Servoverstärker 36 ein Ansteuersignal an den Servomotor 37 aufgrund des
Anweisungssignales, um den Motor 37 anzusteuern. Da die Kupplung 39 in
diesem Fall angeschlossen ist, wird der bewegliche Arm 34 durch das
Reduziergetriebe 40 über die Drehkraft des Servomotors 37 betätigt.
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Wenn die Direktanlernoperation ausgeführt wird, so betätigt die
Bedienungsperson den Betriebsartenschalter 41, so daß er sich in dem
Direktanlernmodus befindet. Zu diesem Zeitpunkt ist die Kupplung 39 von dem
Servomotor und dem Reduziergetriebe abgetrennt, so daß die Kupplung zwischen
dem Servomotor 37 und dem Reduziergetriebe 40 aufgetrennt werden kann, um
den Drehwiderstand des Servomotors 37 aufzuheben. In dieser Weise ist eine
elektromagnetische Kupplung oder eine Luftkupplung als ein Teil des
Leistungsübertragungsmechanismus angeordnet, um den Drehwiderstand der
Ansteuereinrichtung, wie beispielsweise des Servomotors, aufzuheben, so daß der
Servomotor über die Kupplung während der Anlernoperation des Roboters
abgetrennt ist, um die Betätigungskraft zu vermindern.
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In dem dritten Verfahren, wie es in der offengelegten japanischen
Patentanmeldung Nr. 62-94284 offenbart ist, wird ein Motorstrom während der
Betätigung des Roboters detektiert, um das Reduktionsdrehmoment für die
Betätigungskraft zu berechnen und das berechnete Reduktionsdrebmoment wird
einer Motor-Ansteuereinrichtung als Drebmomentanweisung zugeführt, um die
Reibungskraft aufgrund einer elektromotorischen Rückwirkungskraft zu entfernen.
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In dem vierten Verfahren, wie es in der offengelegten japanischen
Patentanmeldung Nr. 63-162172 offenbart ist, wird die Betätigungskraft am
Beginn der Betätigung des Roboters durch einen Beanspruchungsdetektor
detektiert und ein Reibungs-Kompensationsdrehmoment wird dem Motor durch
einen Beanspruchungsverstärker und einen Leistungsverstärker zugeführt, um die
Betätigungskraft zu vermindern.
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Ein weiterer Industrieroboter ist in der EP-A-0 205 975 offenbart. Der Roboter
umfäßt einen Positionscodierer, einen Speicher, eine von Hand gesteuerte
Positions-Eingabevorrichtung, eine Speicher-Steuervorrichtung, eine Servo-
Steuervorrichtung und eine Einrichtung zur Verminderung des Ausganges der
Servo-Steuereinrichtung oder zur Sperrung der Servo-Steuereinrichtung während
des Anlernmodus des Roboters.
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Weitere Manipulator-Vorrichtungen sind in der JP-A-55 141 986, der
GB-A-1418710 und der DE-C-31 35 608 beschrieben.
AUFGABE UND BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Wie bei dem zweiten Verfahren beschrieben, ist es möglich, den Drehwiderstand
des Ansteuermotors durch Abtrennung des Ansteuermotors von dem
Leistungsübertragungsmechanismus durch den Kupplungsmechanismus während
der Direktanlernoperation aufzuheben, obgleich dort ein Problem besteht, indem
es erforderlich ist, den Kupplungsmechanismus in gleicher Anzahl wie die durch
den Roboter vorgesehenen Betätigungsachsen vorzusehen.
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Da ferner der Servomotor des Roboters wartungsfrei sein soll, werden in jüngster
Zeit vielfach Wechselstrom-Servomotoren vorgesehen. Der Wechselstrom-
Servomotor umfaßt einen Positionsdetektor, wie beispielsweise einen
Impulsgenerator als eine Positions- und Geschwindigkeits-
Regelrückführungseinrichtung und die Position und die Geschwindigkeit werden
durch den Positionsdetektor festgestellt. Da jedoch der bewegliche Arm des
Roboters, der ein zu bewegendes Objekt ist, von dem Wechselstrom-Servomotor
durch den Kupplungsmechanismus angetrennt ist, besteht ein Problem, daß der
Positionsdetektor, wie beispielsweise der in dem Wechselstrom-Servomotor
enthaltene Impulsgenerator nicht benutzt werden kann als Positionsdetektor für
den beweglichen Arm des Roboters, so daß es erforderlich ist, einen neuen
Positionsdetektor auf der Seite des beweglichen Armes des Roboters anzuordnen.
Das gleiche Problem ergibt sich bei einem anderen Motortyp, bei dem ein
Positionsdetektor mit einer Kupplung oder etwas ähnlichem verbunden ist.
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Ferner erfordern die dritten und vierten herkömmlichen Verfahren, bei denen die
Drehtnomentanweisung der Ansteuereinrichtung des Servomotors zugeführt wird,
um das Korrekturdrehrnoment in der Betätigungsrichmng des Roboters zu
erzeugen, so daß die Reibungskraft des Ansteuermotors aufgehoben wird,
spezielle Schaltkreise wie beispielsweise einen Detektorschaltkreis für die
Betätigungsrichtung, einen Berechnungsschaltkreis, einen Korrekturschaltkreis und
ähnliches und sie sind dementsprechend teuer. Zusätzlich besteht ein Problem,
daß es erforderlich ist, verschiedene Verriegelungsschaltkreise für die Sicherheit
der Bedienungsperson vorzusehen, da der Servomotor elektrisch aktiv ist.
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Um die obigen Probleme zu lösen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Roboter vom Direktanlerntyp vorzugeben, der einen durch einen
elektrischen Motor angetriebenen beweglichen Arm besitzt und einen Schaltkreis
aufweist, der eine Netzleitung von dem elektrischen Motor während der
Anlernoperation abtrennt, um den Drehwiderstand des Motors aufzuheben.
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Wenn die Bedienungsperson den beweglichen Arm des Roboters betätigt, um die
Operation während der Direktanlernoperation des Roboters zu lehren, wird der
Motor, der den beweglichen Arm antreibt, mit der Bewegung des beweglichen
Armes gedreht. Zu diesem Zeitpunkt wird eine induzierte elektromotorische Kraft
in den Motor durch die Drehung eines Rotors erzeugt und der Motor arbeitet in
der gleichen Weise wie ein Generator. In diesem Fall können die Netzleitungen
des Motors als ein Ausgangsschaltkreis angesehen werden.
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Die Netzleitungen sind normalerweise mit einem Ansteuerschaltkreis des Motors
verbunden und ein Strom wird dem Ansteuerschaltkreis über die Netzleitungen
zugeführt. Dementsprechend tritt ein Brems-Drebmoment in dem Rotor des
Motors auf und dieses ist der Drehwiderstand für den Motor.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird der Netzleitungsschaltkreis während der
Direktanlernoperation aufgetrennt. Wenn der Motor als ein Generator betrachtet
wird, so wird ein Ausgangsschaltkreis aufgetrennt, so daß das Brems-
Drehmoment nicht auftritt. Dementsprechend können Effekte erzielt werden, die
im wesentlichen identisch mit jenen des Standes der Technik sind, bei denen die
Kupplung angeordnet ist.
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Da ferner nur die Netzleitung des Motors aufgetrennt wird, ohne daß die
Kupplung zwischen dem Motor und dem beweglichen Arm, wie zuvor
beschrieben, aufgetrennt wird, kann der Positionsdetektor, wie beispielsweise der
Impulsgenerator, der in dem Motor enthalten ist oder über die Kupplung mit dem
Motor verbunden ist, so wie er ist, verwendet werden und die Position auf der
Grundlage der Drehung des Motors feststellen.
4. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Figur 1 ist ein Blockdiagranttn, das ein Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt; und
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Figur 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel des Standes der Technik
zeigt.
5. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Ein Ausfühmngsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme
auf die Zeichnung beschrieben. Figur 1 ist ein Blockdiagramm, das ein
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. In Figur 1 bezeichnet die
Bezugsziffer 1 einen beweglichen Arm eines durch einen Motor angetriebenen
Streichroboters, der während der Direktaniernoperation durch die
Bedienungsperson betätigt wird. Der bewegliche Arm 1 wird über ein
Reduziergetriebe 2 durch einen Wechselstrom-Servomotor 3 angesteuert. Der
Wechselstrom-Servomotor 3 umfaßt einen Impulsgenerator 4, der eine
Rückführungs-Regeleinrichtung für die Position und die Geschwindigkeit bildet.
Netzleitungen 5 und 6 von Netzieitungen 5, 6 und 7 für Phasen die U, V und W
des Wechselstrom-Servomotors 3 sind über einen Verbinder 8 an einem
Servoverstärker 9 angeschlossen und die Netzleitung 7 ist direkt mit dem
Servoverstärker 9 verbunden und ferner an einen Leistungsumrichter 10 in dem
Servoverstärker 9 angeschlossen. In dem Servoverstärker 9 ist lediglich ein
Leistungs-Umrichtersystem dargestellt, wie es für die Beschreibung erforderlich
ist.
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Der Leistungs-Umrichter 10 ist ein inverter Schaltkreis, der sechs Transistoren
11, 12, 13, 14, 15 und 16 umfaßt, wobei die Transistoren 11 und 12 miteinander
in Reihe geschaltet sind, die Transistoren 13 und 14 miteinander in Reihe
geschaltet sind, die Transistoren 15 und 16 miteinander in Reihe geschaltet sind,
die Netzleitung 5 an die Verbindung zwischen den Transistoren 15 und 16
angeschlossen ist, die Netzleitung 6 an die Verbindung zwischen den Transistoren
13 und 14 angeschlossen ist und die Netzleitung 7 an die Verbindung zwischen
den Transistoren 11 und 12 angeschlossen ist. Die Kollektoren der Transistoren
11, 13 und 15 und die Emitter der Transistoren 12, 14 und 16 sind an einen
Umrichter 17 angeschlossen. Netzleitungen 18, 19 und 20 einer kommerziellen
Leistungsquelle (nicht dargestellt) sind an dem Umrichter 17 angeschlossen. Ein
Glättungskondensator 21 und ein Dämpfüngsschaltkreis 22 sind parallel zu dem
Umrichter 17 geschaltet.
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Schutzdioden 23, 24, 25, 26, 27 und 28 sind zwischen dem Kollektor und dem
Emitter der Transistoren 11, 12, 13, 14, 15 und 16 angeordnet. Ein Basis-
Ansteuerschaltkreis 29 ist mit den Transistoren 11 und 12 verbunden, ein Basis-
Ansteuerschaltkreis 30 ist mit den Transistoren 13 und 14 verbunden und ein
Basis-Ansteuerschaltkreis 31 ist mit den Transistoren 15 und 16 verbunden.
Eine Robotersteuerung 32 ist an den Servoverstärker 9 angeschlossen und ein
Betriebsartenschalter 33, der mit dem Verbinder 8 verbunden ist, ist an eine
Roboter-Steuerkonsole (nicht dargestellt) angeschlossen.
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Wenn kein Verbinder 8 vorhanden ist und die Netzleitungen 5, 6 und 7 an den
Servoverstärker 9 angeschlossen sind und wenn der Servomotor 3 gemäß der
Lernoperation gedreht wird, so wird eine induzierte elektromotorische Kraft in
dem Servomotor 3 erzeugt, so daß elektrische Leistung über die Netzleitungen 5,
6 und 7 dem Leistungsumrichter 10 zugeführt wird und ein Brems-Drehmoment
erzeugt wird. Dies wird hervorgerufen durch die Tatsache, daß die Schutzdioden
23, 24, 25, 26, 27 und 28 einen Vollwellen-Gleichrichterschaltkreis in der
gleichen Weise wie der Umrichter 17 bilden und ein Strom dem
Glättungskondensator 21 von dem Servoverstärker 3 zugeführt wird, um den
Glättungskondensator 21 aufzuladen.
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Auf der anderen Seite wird, wenn der Betriebsartenschalter 33 in den
Direktanlernmodus während der Direktaniernoperation umgeschaltet ist und der
Verbinder 8 durch ein Signal des Betriebsartenschalters 33 betätigt wird, so daß
die Netzleitungen 5 und 6 abgeschaltet sind, der Glättungskondensator 21 nicht
über die Netzleitungen von zwei oder mehr Phasen aufgeladen und das Brems-
Drehmoment nicht erzeugt wird. Demgemäß ist es möglich, den beweglichen
Arm 1 leicht und sanft zu bewegen.
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Ferner ist der in dem Servomotor 3 enthaltene Impulsgenerator 4 mit dem
Servoverstärker 9 über eine Signalleitung 43 verbunden. Da der Servomotor 3 mit
dem beweglichen Arm 1 über das Reduziergetriebe 2 verbunden ist, wird der in
dem Servomotor 3 enthaltene Impulsgenerator 4 aufgrund der Bewegung des
beweglichen Armes 1 gedreht und ein Ausgangssignal des Impulsgenerators 4
wird dem Servoverstärker 9 zugeführt, so daß die Anzahl der Umdrehungen und
die Position der Umdrehung des Wechselstrom-Servomotors 3 festgestellt und
dem Roboter-Steuerschaltkreis 32 zugeführt werden.
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Wie zuvor beschrieben, ist, wenn zwei Phasen in dem durch drei Phasen
angesteuerten Servomotor aufgetrennt werden, der Effekt der gleiche, wie in dem
Fall, wo alle drei Phasen aufgetrennt werden und es ist nicht erforderlich, alle
drei Phasen aufzutrennen. Die notwendige Anzahl von Netzleitungen kann
aufgetrennt werden auch in dem Fall eines Servomotors, der nicht mit drei
Phasen betrieben wird.
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Der Betriebsartenschalter 33 ist nicht auf einen mechanischen Schalter beschränkt
sondern kann auch ein programmierbarer Schalter oder ein Relais sein. Ferner
kann der Verbinder 8 ein Schalter sein, der in mechanisch verriegelter Beziehung
mit dem Betriebsartenschalter 33 betätigt wird. Alternativ kann der Verbinder 8
ein Schalter sein, der lediglich die Netzleitungen während der
Direktanlernoperation auftrennt.
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In dem Ausführungsbeispiel wird der Wechselstrom-Servomotor als der
Servomotor für den beweglichen Arm des Roboters verwendet, während ein
Gleichstrom-Servomotor oder ein anderer elektrischer Motor ebenfalls verfügbar
ist. Ferner ist es nicht erforderlich, daß der Positionsdetektor, wie beispielsweise
der Impulsgenerator, in dem Motor eingeschlossen ist. Wenn der
Positionsdetektor mit dem Servomotor über eine Kupplung oder über etwas
ähnliches verbunden ist, so kann der Positionsdetektor zusammen mit dem
Servomotor gedreht werden und demzufolge in der gleichen Weise wie in dem
Ausführungsbeispiel verwendet werden.
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Die vorliegende Erfindung besitzt die folgenden Effekte:
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(1) Da der Motor nicht von dem beweglichen Arm während der
Direktanlernoperation des Roboters abgetrennt ist, ist es nicht erforderlich, einen
neuen Positionsdetektor für die Feststellung der Position und der Geschwindigkeit
des beweglichen Armes vorzusehen.
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(2) Wenn der Motor umgekehrt gestartet wird, so werden die Netzleitungen
abgetrennt, um den Bewegungswiderstand aufzuheben, so daß Effekte erzielt
werden können, die im wesentlichen ähnlich zu jenen sind, die bei einem mit
einem Kupplungsmechanismus versehenen Roboter erzielt werden.
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(3) Da ein Schaltkreis, wie beispielsweise der Verbinder, in den Netzleitungen
des Motors vorgesehen ist, wird eine sehr einfache und billige, die
Betätigungskraft reduzierende Einrichtung erhalten.