DE69022407T2

DE69022407T2 - Nachfolgesteuerungssystem für eine zusätzliche roboterachse.

Info

Publication number: DE69022407T2
Application number: DE69022407T
Authority: DE
Inventors: Ryuichi Hara
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1989-12-25
Filing date: 1990-12-14
Publication date: 1996-02-29
Anticipated expiration: 2010-12-15
Also published as: EP0460227A4; US5313563A; DE69022407D1; EP0460227A1; JPH03196981A; WO1991009710A1; EP0460227B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Roboters mit einer zusätzlichen Achse, womit ein Roboter durch Nachfolgen einer zusätzlichen Achse gesteuert wird, und insbesondere ein Verfahren zum Steuern eines Roboters mit einer zusätzlichen Achse, womit der Roboter automatisch bei einer von Hand veranlaßten Bewegung der zusätzlichen Achse betätigt wird.
Bei einem Schweißroboter o.ä. kann ein das Werkstück tragender Tisch verdreht oder rechtwinklig zu einer solchen Verdrehung verschoben werden, wobei der Tisch von einer zusätzlichen Achsensteuerung angesteuert wird, die in einer Robotersteuerung enthalten ist und dies erleichtert die Kontrolle der Positur des Roboters, wenn dieser einen Schweiß- oder anderen Vorgang ausführt.
Wenn jedoch der Tisch von Hand weiter verschoben wird, so werden auch die Position und die Positur der Schweißeinrichtung am Roboter und der Arbeitspunkt am Tisch verändert, und deshalb ist es nötig, eine Anweisung zu geben, mit der die Position und Positur eines Roboterarms entsprechend nachgestellt wird, um so eine konstante Position und Positur einzuhalten. Eine solche Anweisung lädt sich aber bei einem bekannten Roboter nicht ohne weiteres geben, da dies viel Zeit und einen komplizierten Lehrvorgang erfordert.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, dieses Problem zu meistern und ein Verfahren zum Steuern eines Roboters mit einer zusätzlichen Achse zu schaffen, damit der Roboter automatisch einem manuellen Vorschub der zusätzlichen Achse nachfolgt.
EP-A-0 172 486 erläutert eine Roboternachsteuerung, die die relative Position/Positur zwischen Roboter und einem an einer Bewegungseinheit befestigten Werkstück unverändert hält.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Steuern eines Roboters mit einem zusätzlichen Antrieb von den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gekennzeichnet.
Wird also die zusätzliche Achse, also ein Tisch, von Hand bewegt, so wird die neue resultierende Koordinatenposition von einer zusätzlichen Achsensteuerung gelesen, eine Position und die Koordinaten des Werkzeug-Mittelpunktes, die solch einer Bewegung entsprechen, werden von einem Mikroprozessor ermittelt, der den Roboter ansteuert und der Roboterarm wird entsprechend der neuen Position und den Koordinaten des Werkzeug-Mittelpunktes positioniert. Dies macht es möglich, eine konstante Position und Positur zwischen der zusätzlichen Achse, wie dem Tisch und dem Werkzeug-Mittelpunkt einzuhalten.
Die Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ist ein Flußdiagramm des Verfahrens zum Steuern eines Roboters mit einer zusätzlichen Achse gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ist eine Darstellung eines Robotersystems zur Ausführung der Erfindung und
Fig. 3 ein Schaubild, das das Verhältnis zwischen dem Werkzeug-Mittelpunkt (TCP) und dem Koordinatensystem der zusätzlichen Achse zeigt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 2 ist eine Darstellung eines Robotersystems in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei eine Schweißspitze 3 am Ende eines Gelenks 2 eines Roboters 1 befestigt ist, ein Tisch 5 von einer zusätzlichen Achsensteuerung 8 angesteuert wird, die in einer Robotersteuerung 7 enthalten ist und der Tisch 5 verdreht und in einer Richtung rechtwinklig zur Drehung bewegt werden kann. Ein Werkstück 6 ist am Tisch 5 befestigt.
Der Tisch 5 lädt sich von einem Steuerfeld (nicht dargestellt) aus verdrehen oder von Hand in senkrechter Richtung betätigen. Ein Mikroprozessor in der Robotersteuerung 7 liest die Koordinaten des Tisches in der zusätzlichen Achsensteuerung 8 aus und führt eine Steuerung derart durch, daß das Lageverhältnis zwischen dem Ende der Schweißspitze 2 und dem Werkstück unverändert bleibt.
Fig. 3 zeigt das Verhältnis zwischen dem Werkzeug-Mittelpunkt (TCP) und dem Koordinatensystem der zusätzlichen Achse. Ein Koordinatensystem des Werkzeug-Mittelpunktes (TCP) 12 liegt relativ zu einem Basis-Koordinatensystem 11 des Roboters und ferner liegt zu diesen Koordinatensystemen noch ein Koordinatensystem 21 für die zusätzliche Achse. Dies ist das Koordinatensystem des Tisches 5 in Fig. 2. Ferner liegt ein Koordinatensystem 22 der zusätzlichen Achse relativ zum Basis-Koordinatensystem 21 der zusätzlichen Achse. Dabei ist die Matrix einer Koordinatenänderung von einem Ursprungspunkt AP1 des Koordinatensystems 22 der zusätzlichen Achse zu einem Ursprungspunkt RP1 des Koordinatensystems 12 des TCP 12 mit B bezeichnet.
Die zusätzliche Achse wird von Hand zu einem Punkt AP2 entsprechend einer Koordinaten-Änderungsmatrix A verschoben.
Damit zu diesem Zeitpunkt die Position des TCP 12 nicht verändert wird, ist es nötig, den TCP 12 so zu steuern, dar eine Koordinaten-Änderungsmatrix R in der Zeichnung den folgenden Gleichungen gehorcht:
R = B&supmin;¹AP und P = B
Eine Koordinaten-Änderungsmatrix P ist eine KoordinatenÄnderungsmatrix vom Punkt AP2 zum Punkt RP2. Die Koordinaten-Änderungsmatrix R ist nämlich die Koordinaten-Änderungsmatrix, die die Bewegung des TCP 12 bestimmt.
Fig. 1 ist ein Flußdiagramm des Verfahrens zum Steuern eines Roboters mit einer zusätzlichen Achse gemäß der Erfindung. Im Flußdiagramm bezeichnen die den Buchstaben S folgenden Zahlen die einzelnen Schritte.
(S1) Die zusätzliche Achse, d.h. der Tisch 5, wird von Hand betätigt.
(S2) Der Prozessor in der Robotersteuerung 7 liest die Koordinaten der zusätzlichen Achse mit Hilfe der zusätzlichen Achsensteuerung 8.
(S3) Die Koordinaten des neuen Punktes RP2 des TCP12 werden aus dem Koordinatensystem der zusätzlichen Achse errechnet.
(S4) Der TCP 12 wird zum Punkt RP2 bewegt.
Wenn somit die zusätzliche Achse, wie ein Tisch, bewegt wird, so wird der Werkzeug-Mittelpunkt TCP automatisch entsprechend der neuen Position und Positur der zusätzlichen Achse, wie des Tisches, nachgeführt und dies eliminiert die Notwendigkeit, den Roboter zu bewegen oder die Positur des Roboters zu steuern.
In der vorstehenden Beschreibung ist die Erfindung im Zusammenhang mit einem Schweißroboter erläutert, aber sie kann auch in entsprechender Weise bei anderen Robotern mit Tischen o.a. angewendet werden, die mit zusätzlichen Achsen gesteuert werden.
Erfindungsgemäß wird somit der Roboter automatisch nachgestellt, um eine konstante Position und Positur einzuhalten, indem den neuen Koordinaten nachgefolgt wird, die aus der manuellen Zustellung der zusätzlichen Achse resultieren. Auch wenn die zusätzliche Achse betätigt wird, ist es deshalb nicht nötig, die Position oder Positur des Roboters nachzusteuern und damit ist der Lernwirkungsgrad verbessert.

Claims

1. Verfahren zum Steuern eines Roboters mit einem zusätzlichen Antrieb, der ein zusätzliches Koordinatensystem mit zusätzlichen Achsen aufweist, wobei der Roboter einen Werkzeugmittelpunkt (TCP) aufweist, die zusätzlichen Achsen eine erste Position und Haltung und der Werkzeugmittelpunkt eine zweite Position und Haltung besitzen, und wobei eine erste Koordinatenänderungsmatrix (B) von den zusätzlichen Achsen zum Werkzeugmittelpunkt vorgesehen ist, und das Verfahren folgende Schritte aufweist:

(a) der zusätzliche Antrieb wird von Hand bewegt und damit werden die zusätzlichen Achsen (22) bewegt; und

(b) anschließend wird die resultierende Koordinatenposition der zusätzlichen Achsen gelesen, gekennzeichnet durch:

(c) die Koordinaten und die Haltung des Werkzeugmittelpunktes werden bestimmt derart, daß die Position und Haltung der zusätzlichen Achsen relativ zu Position und Haltung des Werkzeugmittelpunktes die gleiche vor und nach dem Schritt (a) ist, indem man die folgenden Gleichungen benutzt:

R = B&supmin;¹AP und

P = B, wobei

B ist die erste Koordinatenänderungsmatrix,

B&supmin;¹ ist die inverse Matrix der Matrix B,

A ist eine zweite Koordinatenänderungsmatrix gemäß der manuellen Bewegung der zusätzlichen Achsen und

R ist eine dritte Koordinatenänderungsmatrix gemäß der erforderlichen Bewegung des Werkzeugmittelpunktes und

(d) der Werkzeugmittelpunkt wird gemäß dem in den Schritt (c) bestimmten Koordinaten und Haltung bewegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Roboter ein Ende aufweist, an dem eine Schweißflamme befestigt ist, die eine Position und Haltung besitzt, und bei dem der Schritt (d) folgenden Unterschritt aufweist:

die Schweißflamme wird bewegt, wodurch die Position und Haltung der Schweißflamme relativ zur Position und Haltung der zusätzlichen Achsen vor und nach dem Schritt (a) unverändert bleibt.