DE69118793T2

DE69118793T2 - Weginterpolationsverfahren für Roboter

Info

Publication number: DE69118793T2
Application number: DE69118793T
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Nishimura; Masahiko Yomota
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-08-30
Filing date: 1991-08-28
Publication date: 1996-09-26
Anticipated expiration: 2011-08-29
Also published as: DE69118793D1; JPH04111006A; EP0476381A1; KR920004098A; US5276383A; KR940007207B1; EP0476381B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Weginterpolationsverfahren für einen Roboter für das Interpolieren eines Polygonalweges einer Roboterhand, der durch drei oder mehr vorbestimmte Punkte definiert ist.
Wenn gemäß Fig. 3 eine nicht gezeigte Roboterhand entlang eines Polygonalweges 1 bewegt wird, der mittels dreier vorbestimmter Punkte A, B und C definiert ist, wird der Polygonalweg am Wendepunkt B unstetig, so daß auch eine Geschwindigkeitsänderung oder eine Beschleunigung unstetig wird.
Daraus resultierend ergibt sich dahingehend ein Nachteil, daß eine größere Erschütterung auf die Roboterhand ausgeübt wird.
Um demgemäß den obigen Nachteil zu beseitigen, ist ein Weginterpolationsverfahren vorgeschlagen worden, das den obigen Polygonalweg 1 mittels einer Kurvenlinie interpoliert, so daß der obigen Wendepunkt B nicht passiert wird.
Aus der Druckschrift JP-A-127443 ist ein Interpolationsverfahren bekannt, das auf die folgenden Weisen durchgeführt wird. Zunächst wird die Roboterhand vor einem Wendepunkt entlang eines geradlinigen Weges bei einer Geschwindigkeit zum Wendepunkt hin bewegt, die gleichformig verringert wird und am Wendepunkt 0 beträgt. Nach dein Wendepunkt wird die Roboterhand entlang eines geradlinigen Weges bei einer Geschwindigkeit bewegt, die von 0 ausgehend auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit gesteigert wird. Anschließend wird ausgehend von dem obigen Wendepunkt zu der Position hin ein Inkrement hinzugefügt, das mittels der obigen Geschwindigkeits-Anstiegs-Interpolation bestimmt wurde, und zwar an der mittels der obigen Geschwindigkeits-Verringerungs-Interpolation bestimmten Position, um somit den Weg vorzugeben.
Jedoch wird im obigen Stand der Technik die Weginterpolation durch das Addieren von Vektoren durchgeführt, die während einer gleichförmigen Geschwindigkeitsverringerung oder einem gleichformigen Geschwindigkeitsanstieg geändert werden, so daß die Beschleunigung größer wird, wenn ein zwischen zwei benachbarten Linien des Polygonalweges (siehe Fig. 3) gebildeter Schnittwinkel klein wird, so daß eine größere Erschütterung auf die Roboterhand ausgeübt wird.
Ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 ist aus der Druckschrift EP-A-359819 bekannt. Gemäß diesem bekannten Verfahren werden in einem Fall, in dem die Bewegung entlang zweier Achsen gesteuert wird, die Geschwindigkeit und die Bewegungsbeträge entlang der beiden Achsen festgelegt. Interpolierte Komponenten von Bewegungsbeträgen entlang der jeweiligen beiden Achsen werden berechnet und zu einem Impulsverteiler ausgegeben. Der Impulsverteiler führt gemäß den interpolierten Daten eine Impulsverteilungsberechnung durch, wobei die Bewegung der Roboterhand entsprechend gesteuert wird. Wenn die Bewegungsrichtung der Roboterhand geändert wird, können Erschütterungen auf die Roboterhand ausgeübt werden.
Aus der Druckschrift DE-A-3545795 ist ein Verfahren zum numerischen Steuern der Bewegung einer Roboterhand bekannt. Dieses bekannte Steuerverfahren ermöglicht es, einer vorbestimmten Bahn zu folgen, während gleichzeitig mechanische Erschütterungen vermieden werden. Zu dieser Wirkung wird die Geschwindigkeit der Bewegungen entlang unterschiedlicher Achsen vor und nach einer Bewegungsrichtungsänderung fortlaufend erhöht und verringert, sofern die Geschwindigkeitsunterschiede entlang der jeweiligen Achsen groß sind. Wenn die Geschwindigkeitsunterschiede klein sind, werden die Bewegungen schlagartig gestoppt und begonnen.
Aufgabe der vorliegerden Erfindüng ist es, ein Roboter- Weginterpolationsverfahren zu schaffen, das die Roboterhand entlang eines interpolierten Weges zwischen zwei vorbestimmten Punkten glatt bewegen kann, bei der vorbestimmte Geschwindigkeitsvektoren vorherrschen, ohne Erschütterungen auf die Roboterhand auszuüben.
Diese Aufgabe wird durch das Roboter- Weginterpolationsverfahren gemäß dem Patentanspruch gelöst.
Es zeigen:
Fig. 1 eine veranschaulichende Ansicht eines unter Anwendung eines Weginterpolationsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gebildeten Interpolationsweges;
Fig. 2(a) und 2(b) Ansichten eines weiteren Beispiels des obigen erfindungsgemäßen Weginterpolationsverfahrens, wobei in Fig. 2(a) eine veranschaulichende Ansicht eines Polygonalweges und in Fig. 2(b) ein Graph gezeigt ist, der die Geschwindigkeitsänderungen aufzeigt, wenn ein Roboter entlang eines Interpolationsweges bewegt wird; und
Fig. 3 eine Ansicht eines Polygonalweges zur Erläuterung des Hintergrundes der vorliegenden Erfindung.
Wenn gemäß Fig. 1 eine nicht gezeigte Roboterhand auf einem durch drei vorbestimmte Punkte A, B und C definierten Polygonalweg 1 bewegt wird, wird ausgehend von dem Punkt A bis zum Punkt C sowohl ein erster Geschwindigkeitsvektor &sub1; (ein Schubvektor für einen Einheitssteuerkreis) auf einem Weg 1a des obigen Polygonalweges vor einem Wendepunkt 8 festgelegt als auch ein zweiter Geschwindigkeitsvektor &sub2; (ein Schubvektor für einen Einheitssteuerkreis) auf einem Weg 1b des obigen Polygonalweges 1 nach dem Wendepunkt B festgelegt. Um einen sich von einem ersten Punkt D (P&sub0;) auf dem obigen Weg 1a zu einem zweiten Punkt E (P&sub1;&sub0;) auf dem obigen Weg 1b erstreckenden Interpolationsweg zu bilden, wird danach eine Anzahl N von Unterteilungen für das Aufteilen eines Bereichs von dem Punkt D zu dem Wendepunkt B und eines Bereichs von dem Wendepunkt B zu dem Wendepunkt E festgelegt (in diesem Ausführungsbeispiel wird N für jeden Bereich auf 5 festgelegt).
Ferner wird an den, einem jeden Punkt Pi entsprechenden Positionen, die durch die obige Anzahl N geteilt wurden, ein Positionsvektor i (Xpi, Ypi, Zpi) der obigen Roboterhand sukzessiv auf der Grundlage der folgenden Gleichungen (1) berechnet, so daß ein zu dem Polygonalweg asymptotischer parabolischer Pfad erhalten werden kann:
Der Wert (i) stellt die zwischen 0 bis 2 N liegende Anzahl dar (in diesem Ausführungsbeispiel gilt: 2 N = 10), wobei der Wert , wie folgt, einen Beschleunigungsvektor darstellt: Die sukzessiven Verfahrensschritte des Weginterpolationsverfahrens gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind nachstehend ausführlich erklärt.
Wenn die Roboterhand den Punkt D erreicht, wird der folgende Verfahrensabl auf durchgeführt.
(1) Es wird davon ausgegangen, daß der Wert (i) 0 ist und daß der Positionsvektor am ersten Punkt D P&sub0; ist. Der Beschleunigungsvektor A wird gemäß der folgenden Gleichung berechnet: (2) Es wird davon ausgegangen, daß der Wert (i) (i + 1) ist. Danach werden die folgenden Gleichungen berechnet.
ist der Geschwindigkeitsvektor zwischen den Punkten Pi-l und Pi. Die Roboterhand wird auf der Grundlage der berechneten Positionsvektoren von dem Punkt P&sub0; über die Punkte Pi zu dem Punk E sukzessiv bewegt. Der verfahrensablauf gemäß den Gleichungen (4) und (5) wird bei jedem Steuerkreisintervall wiederholt durchgeführt. Wenn der Wert (i) zu dem Zeitpunkt des Verfahrensablaufes der Gleichung (5) 10 ist, erreicht die Roboterhand den zweiten Punkt E und wird anschließend auf einer geraden Linie bei der gleichformigen zweiten Geschwindigkeit zu dem Punkt C bewegt.
Das heißt, daß erfindungsgemäß ein Beschleunigungsvektor von dem ersten Geschwindigkeitsvektor &sub1; zu dem zweiten Geschwindigkeitsvektor &sub2; erhalten wird, wobei auf der Grundlage der obigen ersten Geschwindigkeit &sub1; und der obigen Beschleunigung die Weginterpolation auf derartige Weise durchgeführt wird, daß die Roboterhand bei der gleichförmigen Geschwindigkeit des ersten Geschwindigkeitsvektors &sub1; und zudem bei gleichförmiger Beschleunigung in Richtung des obigen Geschwindigkeitsvektors bewegt wird. Somit wird ein parabolischer Interpolationsweg gebildet, der zum Polygonalweg 1 asymptotisch ist.
Ferner wird nicht nur an den Übergangspunkten (den Punkten D und E) zwischen dem Polygonalweg 1 und dem Interpolationsweg sondern auch an den Punkten des Interpolationsweges keine schlagartige Geschwindigkeitsänderung verursacht, selbst in dem Fall, daß ein Schnittwinkel Θ zwischen den Wegen 1a und 1 gering wird, so daß ein derartiger Nachteil verhindert wird, daß eine größere Erschütterung auf die Roboterhand ausgeübt wird.
Überdies ist verständlich, daß im Falle, daß der Winkel Θ ∅ wird (siehe Fig. 2(a)), der Roboter auf derartige Weise bewegt wird, daß er auf einer geraden Linie, den Wendepunkt B passierend, lediglich beschleunigt oder verzögert wird, so daß keine schlagartige Geschwindigkeitsänderung auftritt (siehe Fig. 2(b)).
(1) Werkzeugpositionskoordinaten X, Y, Z und Werkzeügpositionsvektoren , , .
(2) Werkzeugpositionsoordinaten X, Y, Z und Eulersche Winkel α, ß, τ der Werkzeugposition.
(3) Werkzeugpositionskoordinaten X, Y, Z und Handgelenk- Winkel Θ&sub4;, Θ&sub5;, Θ&sub6;.
(4) Armgelenk-Winkel Θ&sub1;, Θ&sub2;, Θ&sub3; und Handgelenk-Winkel Θ&sub4;, Θ&sub5;, Θ&sub6;.
Ferner sind in dem Weginterpolationsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Variablen nicht auf die oben beschriebenen sechs Variablen beschränkt, sondern können sie auf n Variablen (n ≥ 1) erweitert werden.
Ferner kann in diesem Verfahren die Gelenkgeschwindigkeit i von dem Geschwindigkeitsvektor Vi unter Anwendung der jakobischen Determinante J unmittelbar erhalten werden.
Wie oben erwähnt, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Weginterpolationsverfahren zum Interpolieren eines Polygonalweges eines Roboters, der durch die vorbestimmten drei oder mehr Punkte definiert ist, wobei eine Beschleunigung zum Zeitpunkt, wenn eine erste Geschwindigkeit auf dem obigen Polygonalweg vor einem Wendepunkt in eine zweite Geschwindigkeit auf dem obigen Polygonalweg nach dem Wendepunkt geändert wird, auf der Grundlage der obigen ersten und zweiten Geschwindigkeit erhalten wird, so daß auf der Grundlage der obigen ersten Geschwindigkeit der obigen Beschleunigung der obige Roboter mit gleichförmiger erster Geschwindigkeit zu dem Wendepunkt bewegt wird und ebenso mit gleichformiger Beschleunigung in Richtung der obigen Beschleunigung bewegt wird. Selbst im Falle, daß die Weginterpolation für irgendeinen Polygonalweg durchgeführt wird, ist es daher möglich, den Roboter entlang des Weges glatt zu bewegen, ohne eine Erschütterung auf den Roboter auszuüben.
Die vorliegende Erfindung ist ausführlich unter besonderem Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben worden, wobei nahegelegt wird, daß Abwandlungen und Modifikationen innerhalb der erfinderischen Idee durchgeführt werden können.
Vorhergehend ist ein Roboterweg-Interpolationsverfahren zum Interpolieren eines Polygonalweges eines Roboters beschrieben worden, der mittels der vorbestimmten drei oder mehrerer Punkte definiert ist, wobei die Beschleunigung zum Zeitpunkt, wenn eine erste Geschwindigkeit auf dem obigen Polygonalweg vor einem Wendepunkt in eine zweite Geschwindigkeit auf dem obigen Polygonalweg nach dem Wendepunkt geändert wird, auf der Grundlage der ersten und zweiten Geschwindigkeit erreicht wird, so daß auf der Grundlage der obigen ersten Geschwindigkeit und der obigen Beschleunigung der vorhergehende Roboter bei einer gleichförmigen Geschwindigkeit der ersten Geschwindigkeit zum Wendepunkt hin bewegt wird und auch bei einer gleichförmigen Beschleunigung in Richtung der obigen Beschleunigung bewegt wird.

Claims

1. Weginterpolationsverfahren für einen Roboter für das Interpolieren eines Polygonalweges einer Roboterhand zwischen einem vorbestimmten ersten Punkt D und einem vorbestimmten zweiten Punkt E, wobei die ersten und zweiten Punkte an jeder Seite eines Drehpunktes (B) des Polygonalweges angeordnet sind&sub1; wobei sich die Richtung eines vorbestimmten

Geschwindigkeitssensors &sub1; beim Erreichen des ersten Punktes D und die Richtung eines vorbestimmten

Geschwindigkeitssensors &sub2; beim Verlassen des zweiten Punktes E voneinander unterscheiden, gekennzeichnet durch

das sukzessive Bewegen der Roboterhand von einem Punkt P&sub0; durch die entlang eines Interpolationsweges gelegenen Punkte Pi, wobei i= (1 bis 2 N) mit P&sub0; = D, P2N = E und mit 2 N = (vorbestimmte Anzahl von Unterteilungen zwischen dem ersten Punkt D und dem zweiten Punkt E),

wobei der Positionsvektor i gegeben ist durch mit

und wobei der Geschwindigkeitsvektor Δ i zwischen den Punkten Pi-1 und Pi gegeben ist durch