EP2056994A1 - Vorrichtung zum steuern eines roboterarmes - Google Patents

Vorrichtung zum steuern eines roboterarmes

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Publication number
EP2056994A1
EP2056994A1 EP07800187A EP07800187A EP2056994A1 EP 2056994 A1 EP2056994 A1 EP 2056994A1 EP 07800187 A EP07800187 A EP 07800187A EP 07800187 A EP07800187 A EP 07800187A EP 2056994 A1 EP2056994 A1 EP 2056994A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
leg
legs
bearing
actuator
robot arm
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07800187A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Paolo Ferrara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ferrobotics Compliant Robot Technology GmbH
Original Assignee
Ferrobotics Compliant Robot Technology GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ferrobotics Compliant Robot Technology GmbH filed Critical Ferrobotics Compliant Robot Technology GmbH
Publication of EP2056994A1 publication Critical patent/EP2056994A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1638—Programme controls characterised by the control loop compensation for arm bending/inertia, pay load weight/inertia
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1641—Programme controls characterised by the control loop compensation for backlash, friction, compliance, elasticity in the joints
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39176—Compensation deflection arm
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39178—Compensation inertia arms
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39186—Flexible joint

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling a robot arm of at least two hinged together and hinged to a support legs, each having a controllable via a control actuator, wherein either the legs are formed elastically bending or drivingly connected to an elastically resilient actuator drive.
  • the provided with recordings for a tool or a workpiece or designed as a gripper arms of industrial robots generally have rigid legs whose joints absorb all forces and moments occurring. In contrast to rigid legs, bending-elastic legs deform with corresponding loads on the robot arm.
  • Robotic arms with mutually pivotable, flexurally elastic legs can not only be built much lighter due to the lower mechanical strength requirements, but also be used because of their elastic behavior for tasks that with robotic arms rigid legs and usual actuators for these legs not or only with high Effort can be met.
  • Robotic arms made of flexible-elastic thighs comparable in function to each other in the case of robotic arms with rigid legs only result if the setting drives are made elastically yielding.
  • a high control effort with a large computational work is unavoidable.
  • the invention is therefore based on the object, a device of the type described for controlling a robot arm in such a way that with a relatively low cost for many applications sufficiently accurate guidance of the robot arm can be guaranteed.
  • the invention solves the problem set by the fact that the control device for the actuator drives the legs each comprise a can be acted upon by an encoder for the load of either the associated flexurally elastic leg or the elastically compliant actuator drive controller stage, depending on the position of the leg bearing bearing along his trajectory is controlled.
  • the invention is based on the recognition that then the control effort can be kept comparatively low, if each leg of the robot arm can be controlled in terms of its flexurally elastic behavior or the behavior of its elastically yielding actuator drive for itself.
  • This requires the knowledge of the flexurally elastic behavior of the individual legs or of the individual actuating drives of the robot arm. Due to the design specifications, the flexurally elastic behavior of the individual legs is determined so that the elastic deformation of the respective leg can be determined for a given load.
  • the movement of a leg relative to a support bearing for this leg fixed reference frame so determine the pivotal movement of the leg in its support bearing and dependent on the leg load Deformation of the leg, the position or the trajectory of the end facing away from the support bearing of the leg.
  • the pivot angle of the leg predetermined by acting on this leg actuator and the elastic deformation of the leg is determined by its load
  • the position of the support bearing remote from the leg end in the reference bearing system connected to the support bearing determined by a donor for the load of the leg and through a controller stage is controlled, which is acted upon by the donor for the load of the leg.
  • the leading to the deformation of the leg loads can be measured in a simple manner via force transducer, for example in the form of strain gauges, regardless of the type of load by weight forces, acceleration forces, inertial forces or contact forces.
  • the load-related elastic bending deformation of the individual legs, which leads to a forward or lagging of the leg end relative to the pivoting movement by the actuator is thus taken into account by the controller stages in the control of the actuator drives, so that only to note for controlling the robot arm that with Except for the articulated on the carrier of the robot arm leg the support bearings are moved along tracks, which are determined by the movement of the support bearing receiving leg ends.
  • the individual controller stages are therefore also to convey the tracks of the ends of those legs, which are preceded in each case in a leg outgoing from the carrier for the robot arm to the leg to be controlled. Since the actual values of the position of the ends of the individual legs of the robot arm are generally only mathematically dependent are detected by the measured leg loads, accurate guidance of the robot arm is not possible. However, the occurring tolerance ranges are sufficient for many applications, especially when it comes to controlling a target value of an end position.
  • the computer stage For robot arms with elastically yielding actuators, the computer stage must be connected to the encoder for the load of the actuator of the bearing bearing leg to the out of the elastic portion of the travel of the leg disregarded actual value of the travel of the actuator and the elastic deformation determining load of Stelltriebes to determine the pivot angle for the bearing bearing leg.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention for controlling a robot arm with flexurally elastic legs in a schematic block diagram
  • FIG. 2 shows a device according to the invention for controlling a robot arm with elastically yielding actuating drives in a schematic block diagram.
  • FIG. 1 has a robot arm 1 of two bending elastic legs 2, 3.
  • the robot arm 1 is articulated by means of its one leg 2 on a support 4, with the aid of a bearing 5.
  • the bearing from the leg 2 at its opposite end 5 bearing 5 for the following leg 3 is denoted by 7.
  • the two legs 2 and 3 can be pivoted in their bearings 5 and 7 by means of an adjusting drive 8. While the actuator 8 is supported for the leg 2 on the support 4, the leg bearing the bearing 7 2 forms a corresponding abutment for the actuator 8 of the leg 3.
  • the possible displacement of the carrier 3 along a guide 9 is indicated.
  • each leg 2, 3 is associated with a controller stage 10, which controls the associated actuator 8.
  • controller stages 10 are each provided with a computer stage which, on the basis of appropriate program specifications from the load of the associated leg 2, 3 and the travel of the actuator 8, the position or the trajectory of the end 6 and 11 of the legs 2, 3 to be controlled under consideration determined their respective flexurally elastic behavior, with respect to a reference system, which is linked to the bearing bearings 5, 7 of the respective legs 2, 3.
  • This means for the leg 2 a fixedly connected to the carrier 4 reference frame for the movement of the end 6 of the leg 2 and with the end 6 of this leg 2 moved reference frame for detecting the movement of the end 11 of the leg 3.
  • control technology is taken into account that the end 6 of the leg 2 travels a corresponding path, on the one hand by the actuator 8 for the leg. 2 and on the other hand by the load-related bending elastic behavior of this leg 2 is determined.
  • the displacement of the leg end 6 with the bearing 7 for the leg 3 is taken into account in the embodiment by a central control device 14, the respective controller stages 10, the position or the trajectory of the bearings 5, 7 transmitted, in which the legs 2, 3 are held , So that with the help of each one leg 2, 3 associated controller stages 10 results in a simple control of the robot arm 1.
  • the robot arm 1 is shown in full lines in a starting position in which no elastic bending of the legs 2, 3 occurs. Under a load of the robot arm 1 and a corresponding control of the actuator 8, a position of the robot arm 1 may result, as indicated by dash-dotted lines. It follows that the displacement of the bearing 7 depends not only on the travel of the associated actuator 8, but also on the elastic deformation of the leg 2. Thus, the position of the end 11 of the leg 3 can be determined and controlled, the elastic bending and the pivot angle due to the travel of the associated drive 8 is to be determined for the leg 3, wherein additionally the displacement of the bearing 7 via the central control device 14 to take into account.
  • This central control device 14 is connected to the individual controller stages 10 connected to one hand to transmit the movement of the controlled by the respective controller stage 10 leg 2, 3 of the robot arm 1 of the central control device 14 and on the other hand to pressurize the individual controller stages 10 with the web data of the upstream leg.
  • this additional load of the robot arm 1 by the encoder 12 of the legs 2, 3 miterfrubt results from the difference between the loads measured by the encoders 12 and the calculated loads, so that a comparatively simple possibility opens up, the robot arm 1 also with regard to the absorption or application of forces.
  • the embodiment according to FIG. 2 relates to a robot arm 1, whose legs 2, 3 are rigid, but whose actuating drives 8 have an elastic compliance.
  • These actuators 8, of which for reasons of clarity only the one shown for the leg 3, are designed as so-called pneumatic muscles and comprise at least two elastically extensible tubes 15 which can be acted upon by compressed air via supply lines 16, via control valves 17, whose drives 18th be controlled by the associated controller stage 10 ago.
  • the hoses 15 are supported, on the one hand, on a bending support 19 rigidly connected to the leg 2 and, on the other hand, act on a bending support 20 of the leg 3 via a traction means 21, the hoses 3 in the bearing 7 are subjected to an unequal expansion of the hose when the hoses 15 are unevenly pressurized pivoted.
  • the leg 3 can be pivoted against an elastic restoring force due to the elastic behavior of the tubes 15 during corresponding force attacks, be it due to a weight load or due to acceleration forces or disturbing influences.
  • the path of the leg end 6 required for determining the position of the end 11 of the leg 3 can be predetermined by a control device 14 analogously to the embodiment of FIG.
  • a robot arm with elastically flexible actuators 8 as shown in FIG. 2 can be controlled in terms of applied or alsyerden forces, because so analogous conditions result to robotic arms with flexurally elastic legs with respect to the detection of the total load and the calculation of the load without external forces.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Steuern eines Roboterarmes (1) aus wenigstens zwei miteinander gelenkig verbundenen und an einem Träger (4) angelenkten Schenkeln (2, 3) beschrieben, die jeweils einen über eine Steuereinrichtung ansteuerbaren Stelltrieb (8) aufweisen, wobei entweder die Schenkel (2, 3) biegeelastisch ausgebildet oder mit einem elastisch nachgiebigen Stelltrieb (8) antriebsverbunden sind. Um vorteilhafte Steuerungsbedingungen sicherzustellen, wird vorgeschlagen, daß die Steuereinrichtung für die Stelltriebe (8) der Schenkel (2, 3) je eine von einem Geber (12, 22) für die Belastung entweder des zugehörigen biegeelastischen Schenkels (2, 3) oder des elastisch nachgiebigen Stelltriebes (8) beaufschlagbare Reglerstufe (10) umfaßt, die in Abhängigkeit von der Lage des den Schenkel (2, 3) tragenden Lagers (5, 7) entlang seiner Bewegungsbahn ansteuerbar ist.

Description

Vorrichtung zum Steuern eines Roboterarmes
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Steuern eines Roboterarmes aus wenigstens zwei miteinander gelenkig verbundenen und an einem Träger angelenkten Schenkeln, die jeweils einen über eine Steuereinrichtung ansteuerbaren Stelltrieb aufweisen, wobei entweder die Schenkel biegeelastisch ausgebildet oder mit einem elastisch nachgiebigen Stelltrieb antriebsverbunden sind.
Stand der Technik
Die mit Aufnahmen für ein Werkzeug oder ein Werkstück versehenen oder als Greifer ausgebildeten Arme von Industrierobotern weisen im allgemeinen starre Schenkel auf, deren Gelenke alle auftretenden Kräfte und Momente aufnehmen. Zum Unterschied zu starren Schenkeln verformen sich biegeelastisch ausgebildete Schenkel bei entsprechenden Belastungen des Roboterarmes. Roboterarme mit gegeneinander verschwenkbaren, biegeelastischen Schenkeln können aufgrund der geringeren Anforderungen an die mechanische Festigkeit nicht nur erheblich leichter gebaut, sondern auch wegen ihres elastischen Verhaltens für Aufgaben eingesetzt werden, die mit Roboterarmen aus starren Schenkeln und üblichen Stelltrieben für diese Schenkel nicht oder nur mit hohem Aufwand erfüllt werden können. Mit Roboterarmen aus biegeelastischen Schenkeln in ihrer Funktion vergleichbare Konstruktionen ergeben sich bei Roboterarmen mit starren Schenkeln nur dann, wenn die Stelltriebe elastisch nachgiebig ausgebildet werden. Roboterarme mit biegeelastischen Schenkeln oder elastisch nachgiebigen Stelltrieben bringen aber Steuerungsprobleme mit sich, weil die elastische Verformungen der Schenkel bzw. der Stelltriebe zusätzlich zu berücksichtigen sind. Wird von den üblichen Ansätzen zur Steuerung von Roboterarmen mit starren Schenkeln ausgegangen, so ist ein hoher Steuerungsaufwand mit einer großen Rechenarbeit unvermeidbar.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art zum Steuern eines Roboterarmes so auszugestalten, daß mit einem vergleichsweise geringen Aufwand eine für viele Anwendungsbereiche ausreichend genaue Führung des Roboterarmes gewährleistet werden kann.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Steuereinrichtung für die Stelltriebe der Schenkel je eine von einem Geber für die Belastung entweder des zugehörigen biegeelastischen Schenkels oder des elastisch nachgiebigen Stelltriebes beaufschlagbare Reglerstufe umfaßt, die in Abhängigkeit von der Lage des den Schenkel tragenden Lagers entlang seiner Bewegungsbahn ansteuerbar ist.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß dann der Steuerungsaufwand vergleichsweise gering gehalten werden kann, wenn jeder Schenkel des Roboterarmes im Hinblick auf sein biegeelastisches Verhalten oder das Verhalten seines elastisch nachgiebigen Stelltriebes für sich geregelt werden kann. Dies setzt zunächst die Kenntnis des biegeelastischen Verhaltens der einzelnen Schenkel bzw. der einzelnen Stelltriebe des Roboterarmes voraus. Aufgrund der konstruktiven Vorgaben ist das biegeelastische Verhalten der einzelnen Schenkel bestimmt, so daß für eine vorgegebene Belastung die elastische Verformung des jeweiligen Schenkels ermittelt werden kann. Wird somit die Bewegung eines Schenkels auf ein gegenüber dem Traglager für diesen Schenkel ortsfestes Bezugssystem bezogen, so bestimmen die Schwenkbewegung des Schenkels in seinem Traglager und die von der Schenkelbelastung abhängige Verformung des Schenkels die Lage bzw. die Bewegungsbahn des vom Traglager abgekehrten Endes des Schenkels. Da der Schwenkwinkel des Schenkels vom an diesem Schenkel angreifenden Stelltrieb vorgegeben und die elastische Verformung des Schenkels durch seine Belastung bestimmt wird, kann mit Hilfe eines Gebers für die Belastung des Schenkels die Lage des dem Traglager abgekehrten Schenkelendes im mit dem Traglager verbundenen Bezugssystem ermittelt und durch eine Reglerstufe gesteuert werden, die vom Geber für die Belastung des Schenkels beaufschlagt wird. Die zur Verformung des Schenkels führenden Belastungen lassen sich in einfacher Weise über Kraftaufnehmer, z.B. in Form von Dehnmeßstreifen, messen, und zwar unabhängig von der jeweiligen Art der Belastung durch Gewichtskräfte, Beschleunigungskräfte, Trägheitskräfte oder Kontaktkräfte. Dies bedeutet, daß die Stelltriebe für die einzelnen Schenkel des Roboterarmes unter Berücksichtigung der auf diese Schenkel einwirkenden Belastungen und des damit jeweils verbundenen elastischen Verhaltens der Schenkel mit Hilfe der zugehörigen Reglerstufen so angesteuert werden können, daß das dem Traglager gegenüberliegende Schenkelende im jeweiligen Bezugssystem unter einer weitgehenden Unterdrückung von Schwingungen entlang einer Bahn bewegt werden kann, die im wesentlichen einer zum Traglager konzentrischen Kurve folgt, von dieser aber aufgrund von Schenkelbiegungen abweicht. Die belastungsbedingte elastische Biegeverformung der einzelnen Schenkel, die zu einem Vor- oder Nacheilen des Schenkelendes gegenüber der Schwenkbewegung durch den Stelltrieb führt, wird also durch die Reglerstufen bei der Ansteuerung der Stelltriebe berücksichtigt, so daß zur Steuerung des Roboterarmes lediglich zu beachten ist, daß mit Ausnahme des am Träger des Roboterarmes angelenkten Schenkels die Traglager entlang von Bahnen bewegt werden, die durch die Bewegung der die Traglager aufnehmenden Schenkelenden bestimmt werden. Den einzelnen Reglerstufen sind also zusätzlich die Bahnen der Enden jener Schenkel zu übermitteln, die in einer vom Träger für den Roboterarm ausgehenden Reihe aneinander angelenkter Schenkel jeweils dem zu steuernden Schenkel vorgelagert sind. Da die Istwerte der Lage der Enden der einzelnen Schenkel des Roboterarmes im allgemeinen nur rechnerisch in Abhängigkeit von den gemessenen Schenkelbelastungen erfaßt werden, ist eine genaue Führung des Roboterarmes nicht möglich. Die auftretenden Toleranzbereiche sind aber für viele Anwendungsfälle ausreichend, insbesondere wenn es darum geht, einen Sollwert einer Endlage anzusteuern.
Durch die Geber für die Belastung der einzelnen Schenkel des Roboterarmes können nur die resultierenden Gesamtlasten erfaßt werden, die für die Verformung der biegeelastischen Schenkel verantwortlich sind, nicht aber die Anteile an äußeren Kräften, die auf die einzelnen Schenkel einwirken. Da aufgrund der Konstruktionsvorgaben das Eigengewicht und das biegelastische Verhalten der einzelnen Schenkel bekannt sind, können unter Berücksichtigung der Stellwege bzw. Stellgeschwindigkeiten nicht nur die Gewichts- und Beschleunigungskräfte, sondern auch die durch diese Gewichts- und Beschleunigungskräfte bedingten Rückwirkungen der übrigen Schenkel auf die Einzelschenkel berechnet werden. Die diesen berechneten Belastungen gegenüber auftretende Mehrbelastung muß daher auf äußere Krafteinflüsse zurückgeführt werden, was die vorteilhafte Möglichkeit eröffnet, den Roboterarm so zu regeln, daß mit seiner Hilfe entweder eine vorgegebene Kraft ausgeübt werden kann, wie dies z. B. bei einer Schleifbearbeitung gefordert wird, oder eine vorgegebene Maximalkraft nicht überschritten wird, was beispielsweise bei Greifbewegungen von Bedeutung ist.
Für Roboterarme mit starren Schenkeln, aber elastisch nachgiebigen Stelltrieben für diese Schenkel ergeben sich grundsätzlich analoge Verhältnisse. Es muß lediglich statt der elastischen Verformungen der Schenkel die Elastizität der Stelltriebe berücksichtigt werden, was durch einen Geber für die Belastung der jeweiligen Stelltriebe erreicht wird, weil ja das elastische Verhalten der Stelltriebe konstruktiv vorgegeben und daher bekannt ist, so daß sich aus der jeweiligen Belastung der Stelltriebe und dem Stellweg die Schwenkwinkel bestimmen lassen. Die Schenkelenden bewegen sich dabei entlang von zu ihren Traglagern konzentrischen Bahnen, was die Berechnung dieser Bahnen im Vergleich zu biegeelastischen Schenkeln vereinfacht. Um eine allfällige Bewegung der die einzelnen Schenkel des Roboterarmes tragenden Lager zur Steuerung der von diesen Lagern getragenen Schenkel in einfacher Weise berücksichtigen zu können, kann bei Roboterarmen mit biegeelastischen Schenkeln eine einerseits an den Geber für die Belastung des das Lager tragenden Schenkels und anderseits an einen Istwertgeber für den Stellweg des Stelltriebes für diesen Schenkel angeschlossene Rechnerstufe vorgesehen werden, so daß über diese vorzugsweise den einzelnen Reglerstufen zugehörigen Rechnerstufen die Bewegungsbahn der Traglager für den jeweils in der vom Träger für den Roboterarm ausgehenden Schenkelreihe nachfolgenden Schenkel ermittelt und der Reglerstufe dieses nachgeordneten Schenkels als Führungsbahn für dessen Traglager vorgegeben werden kann. Für Roboterarme mit elastisch nachgiebigen Stelltrieben muß die Rechnerstufe an den Geber für die Belastung des Stelltriebes des das Lager tragenden Schenkels angeschlossen werden, um aus dem den elastischen Anteil des Stellweges des Schenkels unberücksichtigt lassenden Istwert des Stellweges des Stelltriebes und der die elastische Verformung bestimmenden Belastung des Stelltriebes den Schwenkwinkel für den das Lager tragenden Schenkel ermitteln zu können.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Steuern eines Roboterarmes mit biegeelastischen Schenkeln in einem schematischen Blockschaltbild und
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Steuern eines Roboterarmes mit elastisch nachgiebigen Stelltrieben in einem schematischen Blockschaltbild.
Weg zur Ausführung der Erfindung Das in der Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel weist einen Roboterarm 1 aus zwei biegeelastischen Schenkeln 2, 3 auf. Der Roboterarm 1 ist mit Hilfe seines einen Schenkels 2 an einem Träger 4 angelenkt, und zwar mit Hilfe eines Lagers 5. Das vom Schenkel 2 an seinem dem Lager 5 gegenüberliegenden Ende 6 getragene Lager für den nachfolgenden Schenkel 3 ist mit 7 bezeichnet. Die beiden Schenkel 2 und 3 können in ihren Lagern 5 und 7 mit Hilfe je eines Stelltriebes 8 verschwenkt werden. Während sich der Stelltrieb 8 für den Schenkel 2 am Träger 4 abstützt, bildet der das Lager 7 tragende Schenkel 2 ein entsprechendes Widerlager für den Stelltrieb 8 des Schenkels 3. Um zu zeigen, daß der Träger 4 des Roboterarmes 1 nicht ortsfest gelagert sein muß, ist im Ausführungsbeispiel die mögliche Verlagerung des Trägers 3 entlang einer Führung 9 angedeutet.
Zur Steuerung der einzelnen Schenkel 2, 3 des Roboterarmes 1 ist jedem Schenkel 2, 3 eine Reglerstufe 10 zugeordnet, die den zugehörigen Stelltrieb 8 ansteuert. Diese Reglerstufen 10 sind jeweils mit einer Rechnerstufe versehen, die aufgrund entsprechender Programmvorgaben aus der Belastung des zugehörigen Schenkels 2, 3 und dem Stellweg des Stelltriebes 8 die Lage bzw. die Bahnkurve des Endes 6 bzw. 11 der zu steuernden Schenkel 2, 3 unter Berücksichtigung ihres jeweiligen biegeelastischen Verhaltens ermittelt, und zwar hinsichtlich eines Bezugssystems, das mit den tragenden Lagern 5, 7 der jeweiligen Schenkel 2, 3 verknüpft ist. Dies bedeutet für den Schenkel 2 ein mit dem Träger 4 fest verbundenes Bezugssystem für die Bewegung des Endes 6 des Schenkels 2 und ein mit dem Ende 6 dieses Schenkels 2 mitbewegtes Bezugssystem für die Erfassung der Bewegung des Endes 11 des Schenkels 3. Selbstverständlich könnten auch das Bezugssystem im Bereich des Lagers 5 dem Schenkel 2 und das Bezugssystem im Bereich des Lagers 7 dem Schenkel 3 ortsfest zugeordnet werden. Die Belastung der jeweiligen Schenkel 2, 3 wird durch Geber 12, beispielsweise Dehnmeßstreifen, erfaßt, die an die Reglerstufen 10 angeschlossen sind. Der Stellweg der Stelltriebe 8 wird durch Istwertgeber 13 ermittelt, die die Reglerstufen 10 ebenfalls beaufschlagen. Mit Hilfe der Reglerstufe 10 für den Stelltrieb 8 des Schenkels 2 kann somit in einfacher Weise die Bewegung des vom Ende 6 des Schenkels 2 getragenen Lagers 7 für den Schenkel 3 gegenüber dem Träger 4 für den Roboterarm 1 gesteuert werden, und zwar in Abhängigkeit von der jeweiligen Belastung des Schenkels 2. In analoger Weise wird die Bewegung des Endes 11 des Schenkels 3 über die zugehörige Reglerstufe 10 in bezug auf das Ende 6 des Schenkels 2 gesteuert. Um eine Aussage über die Bewegung des Endes 11 des Schenkels 3 gegenüber dem Träger 4 des Roboterarmes 1 machen zu können, ist steuerungstechnisch zu berücksichtigen, daß das Ende 6 des Schenkels 2 einen entsprechenden Weg zurücklegt, der einerseits durch den Stelltrieb 8 für den Schenkel 2 und anderseits durch das belastungsbedingte biegeelastische Verhalten dieses Schenkels 2 bestimmt wird. Die Verlagerung des Schenkelendes 6 mit dem Lager 7 für den Schenkel 3 wird im Ausführungsbeispiel durch eine zentrale Steuereinrichtung 14 berücksichtigt, die den jeweiligen Reglerstufen 10 die Lage bzw. die Bahnkurve der Lager 5, 7 übermittelt, in denen die Schenkel 2, 3 gehalten sind, so daß sich mit Hilfe der einzelnen je einem Schenkel 2, 3 zugeordneten Reglerstufen 10 eine einfache Steuerung des Roboterarmes 1 ergibt.
In der Zeichnung ist in vollen Linien der Roboterarm 1 in einer Ausgangsstellung dargestellt, in der keine elastische Biegung der Schenkel 2, 3 auftritt. Unter einer Belastung des Roboterarmes 1 und einer entsprechenden Ansteuerung der Stelltriebe 8 kann sich eine Stellung des Roboterarmes 1 ergeben, wie sie strichpunktiert angedeutet ist. Daraus ergibt sich, daß die Verlagerung des Lagers 7 nicht nur vom Stellweg des zugehörigen Stelltriebes 8, sondern auch von der elastischen Verformung des Schenkels 2 abhängt. Damit die Lage des Endes 11 des Schenkels 3 ermittelt und gesteuert werden kann, ist auch für den Schenkel 3 die elastische Biegung und der Schwenkwinkel aufgrund des Stellweges des zugehörigen Antriebes 8 zu bestimmen, wobei zusätzlich die Verlagerung des Lagers 7 über die zentrale Steuereinrichtung 14 zu berücksichtigen ist. Diese zentrale Steuereinrichtung 14 ist mit den einzelnen Regler- stufen 10 verbunden, um einerseits die Bewegung des durch die jeweilige Reglerstufe 10 angesteuerten Schenkels 2, 3 des Roboterarmes 1 der zentralen Steuereinrichtung 14 zu übertragen und anderseits die einzelnen Reglerstufen 10 mit den Bahndaten der vorgeordneten Schenkel zu beaufschlagen.
Soll über den Schenkel 3 eine Kraft ausgeübt werden, so wird diese zusätzliche Belastung des Roboterarmes 1 durch die Geber 12 der Schenkel 2, 3 miterfaßt. Da die statischen und dynamischen Kräfte, die ohne äußere Zusatzbelastung des Roboterarmes 1 auftreten, berechnet werden können, ergibt sich die Zusatzbelastung aus der Differenz der durch die Geber 12 gemessenen Belastungen und den berechneten Belastungen, so daß sich eine vergleichsweise einfache Möglichkeit eröffnet, den Roboterarm 1 auch hinsichtlich der Aufnahme oder Anwendung von Kräften zu steuern.
Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 bezieht sich auf einen Roboterarm 1 , dessen Schenkel 2, 3 starr ausgebildet sind, deren Stelltriebe 8 aber eine elastische Nachgiebigkeit aufweisen. Diese Stelltriebe 8, von denen aus Übersichtlichkeitsgründen lediglich der für den Schenkel 3 dargestellt ist, sind als sogenannte Luftmuskeln ausgebildet und umfassen wenigstens zwei elastisch dehnbare Schläuche 15, die mit Druckluft über Versorgungsleitungen 16 beaufschlagt werden können, und zwar über Steuerventile 17, deren Antriebe 18 von der zugehörigen Reglerstufe 10 her angesteuert werden. Da die Schläuche 15 einerseits an einem starr mit dem Schenkel 2 verbundenen Biegeträger 19 abgestützt sind und anderseits an einem Biegeträger 20 des Schenkels 3 über ein Zugmittel 21 angreifen, wird bei einer ungleichen Druckbeaufschlagung der Schläuche 15 der Schenkel 3 im Lager 7 unter einer ungleichen Schlauchdehnung verschwenkt. Bei einer gegebenen Druckbelastung der Schläuche 15 kann der Schenkel 3 aufgrund des elastischen Verhaltens der Schläuche 15 bei entsprechenden Kraftangriffen, sei es aufgrund einer Gewichtsbelastung oder aufgrund von Beschleunigungskräften oder Störeinflüssen, gegen eine e- lastische Rückstellkraft verschwenkt werden. Diese von der Beaufschlagung der Schläuche 15 über die Versorgungsleitungen 16 unabhängigen Schwenk- bewegungen des Schenkels 3 gegenüber dem Schenkel 2 werden durch die Geber für die Belastung des Stelltriebes 8 erfaßt und der Reglerstufe 10 zugeführt, um die Bewegung des Schenkels 3 entsprechend zu steuern. Die Belastung der Stelltriebe 8 kann mit Hilfe von Dehnmeßstreifen gemessen werden, die auf die Beigebelastung des Biegeträgers 10 ansprechen. Eine Stelltriebbelastung kann aber auch über die Zugbelastung der Zugmittel 21 erfaßt werden. Der Istwert der Stellwege der Schläuche 15 kann über Istwertgeber 13 bestimmt werden, die den Beaufschlagungsdruck der Schläuche 15 wiedergeben.
Die für die Bestimmung der Lage des Endes 11 des Schenkels 3 benötigte Bahn des Schenkelendes 6 kann analog zur Ausführungsform der Fig. 1 durch eine Steuereinrichtung 14 vorgegeben werden. Selbstverständlich kann auch ein Roboterarm mit elastisch nachgiebigen Stelltrieben 8 entsprechend der Fig. 2 hinsichtlich von aufzubringenden oder aufzunehmenden Kräften gesteuert werden, weil sich ja analoge Bedingungen zu Roboterarmen mit biegeelastischen Schenkeln hinsichtlich der Erfassung der Gesamtbelastung und der Berechnung der Belastung ohne äußere Kräfte ergeben.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Vorrichtung zum Steuern eines Roboterarmes aus wenigstens zwei miteinander gelenkig verbundenen und an einem Träger angelenkten Schenkeln, die jeweils einen über eine Steuereinrichtung ansteuerbaren Stelltrieb aufweisen, wobei entweder die Schenkel biegeelastisch ausgebildet oder mit einem elastisch nachgiebigen Stelltrieb antriebsverbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für die Stelltriebe (8) der Schenkel (2, 3) je eine von einem Geber (12, 22) für die Belastung entweder des zugehörigen biegeelastischen Schenkels (2, 3) oder des elastisch nachgiebigen Stelltriebes (8) beaufschlagbare Reglerstufe (10) umfaßt, die in Abhängigkeit von der Lage des den Schenkel (2, 3) tragenden Lagers (5, 7) entlang seiner Bewegungsbahn ansteuerbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Roboterarm (1) mit biegeelastischen Schenkeln (2, 3) für die Ansteuerung der Reglerstufen (10) in Abhängigkeit von der Lage des den zugehörigen Schenkel (2, 3) tragenden Lagers (5, 7) eine einerseits an den Geber (12) für die Belastung des das Lager (7) tragenden Schenkels (2) und anderseits an einen Istwertgeber (13) für den Stellweg des Stelltriebes (8) für diesen Schenkel (2) angeschlossene Rechnerstufe vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Roboterarm (1) mit elastisch nachgiebigen Stelltrieben (8) für die Schenkel (2, 3) zur Ansteuerung der Reglerstufen (10) in Abhängigkeit von der Lage des den zugehörigen Schenkel (2, 3) tragenden Lagers (5, 7) eine einerseits an den Geber (22) für die Belastung des Stelltriebes (8) des das Lager (7) tragenden Schenkels (2) und anderseits an einen Istwertgeber (13) für den Stellweg des Stelltriebes (8) für diesen Schenkel (2) angeschlossene Rechnerstufe vorgesehen ist.
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