EP2747956A1 - Control method for a robot - Google Patents

Control method for a robot

Info

Publication number
EP2747956A1
EP2747956A1 EP12750532.9A EP12750532A EP2747956A1 EP 2747956 A1 EP2747956 A1 EP 2747956A1 EP 12750532 A EP12750532 A EP 12750532A EP 2747956 A1 EP2747956 A1 EP 2747956A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
robot
mxl
myl
fxl
fyl
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
EP12750532.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Alexander Meissner
Björn SCHOELL
Jens HÄCKER
Viktor SCHRETLING
Thomas Hezel
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.)
Duerr Systems AG
Original Assignee
Duerr Systems AG
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 Duerr Systems AG filed Critical Duerr Systems AG
Publication of EP2747956A1 publication Critical patent/EP2747956A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39194—Compensation gravity

Definitions

  • the invention relates to a control method for a robot, in particular for a painting robot or a handling robot in a paint shop.
  • EP 2 146 825 A1 discloses such a control method for a robot which, during the movement control, takes into account path correction values for the robot, so that the robot path traveled by the robot coincides as exactly as possible with a predetermined robot path.
  • the path correction values take into account elasticity, friction or inertia of the robot in accordance with a dynamic robot model. In this case, it is assumed that rigid robot axes, so that the deviations between the actual robot path and the predetermined robot path resulting only from mechanical compliances in the individual joints between the adjacent robot axes.
  • This known control method for a robot thus takes no account of the mechanical loads which occur within the individual robot axes, for example within a robot arm between two adjacent joints.
  • this known control method only takes into account those torques that are aligned parallel to the pivot plane of the respective joint, ie torques that are aligned parallel to the pivot axis of the respective joint.
  • torques occur transversely to the direction of movement, which under certain circumstances can lead to mechanical overloading and have hitherto not been taken into account by the known control methods.
  • DE 199 14 245 AI, DE 10 2007 024 143 AI, DE 697 14 017 T2 and EP 0 262 600 AI robot controllers are also known. In these robot controls, however, at most the mechanical load is taken into account, which acts in the respective pivoting plane of the individual robot axes.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a correspondingly improved control method.
  • the invention is based on the technical knowledge that in the operation of a multi-axis robot not only the mechanical load in the respective pivoting plane is to be considered, but also the mechanical load which occurs transversely to the respective pivoting plane.
  • a transversely oriented to the pivot plane mechanical stress includes in particular a tilting moment, which is aligned at right angles to the pivot axis of the respective joint and thus parallel to the pivot plane.
  • this term also includes forces that are aligned at right angles to the pivot axis.
  • the invention therefore comprises the general technical teaching of pre-calculating the mechanical load which occurs when passing through the imminent robot path during the operation of a robot. It should be noted that this mechanical load is calculated in advance, ie the mechanical load is not measured or modeled for the current state of motion, but due to the given Ro- boterbahn and the known mechanical properties (eg geometry, mass distribution, etc.) of the robot for the upcoming section of the robot path precalculated, so that countermeasures can be initiated if the pre-calculated mechanical load is too high.
  • the invention provides that the control of the drive motors of the individual robot axes is adjusted as a function of the predicted mechanical load, so that a mechanical overload is avoided.
  • One way of adjusting the control of the drive motors of the robot axes to avoid mechanical overloading is that the movement of the robot is slowed down or slowed down to avoid the otherwise occurring mechanical overload.
  • the predicted mechanical load is preferably compared with at least one limit value in order to detect an imminent mechanical overload, in which case the countermeasures mentioned above by way of example may then be initiated.
  • certain forces and / or torques acting within the robot axes or in a joint are selected.
  • those within the individual robot axes or in a joint occur.
  • certain robot axes may be selected for monitoring.
  • certain mechanical loads can be selected for monitoring within the selected robot axes or in a joint, such as torques or forces transverse to the direction of movement.
  • the individual robot axes are each pivotable relative to each other within a certain pivot plane, wherein the mechanical stress within the individual robot axes is calculated transversely to the respective pivot plane, which is not known from the prior art.
  • a tilting moment is calculated, which acts within the respective robot axis and is oriented at right angles to the pivot axis of the respective robot axis.
  • the drive motors of the individual robot axes are preferably controlled by position controllers which receive desired values from a central robot controller, wherein the sequence of the predetermined desired values defines the desired robot path.
  • This presetting of the desired values by the central robot controller is preferably carried out clocked with a specific interpolator cycle.
  • the invention now preferably provides that the precalculation of the mechanical load and the possibly necessary initiation of countermeasures also take place clocked in the interpolator cycle.
  • the mechanical load can be calculated in a multi-dimensional way, whereby both torque and forces can be calculated within the framework of the prediction of the mechanical load.
  • an almost arbitrary coordinate system can be defined, whose origin of coordinates is arranged within one of the robot axes or in a joint and is fixed relative to the robot axis, so that the coordinate system moves with the robot axis.
  • the predicted in the context of the invention mechanical load is then related to this virtual coordinate system.
  • certain forces and / or torques that arise in the coordinate system during the movement of the robot can be selected, wherein the mechanical load is represented by the selected forces and / or torques.
  • the invention is not limited to the aforementioned control method according to the invention, but also includes a robot controller which is programmed to execute the control method according to the invention.
  • the invention also encompasses a robot system with at least one multi-axis robot (for example, handling robot, painting robot) and such a robot controller, which carries out the control method according to the invention.
  • the invention thus also encompasses protection for a complete paint shop or a paint booth in such a paint shop.
  • Figure 1 is a perspective view of a painting robot, which is controlled according to the control method according to the invention and 2 shows the control method according to the invention in the form of a flow chart.
  • Figure 1 shows a per se conventional painting robot 1, which can be used for example for painting automotive body components in a paint shop.
  • the painting robot 1 has a robot base 2 which is rotatable about a vertical axis of rotation 3.
  • the invention can be realized in a similar manner with other painting robots whose robot base is fixedly arranged or linearly movable along a travel rail.
  • a distal robot arm 6 is pivotally mounted, wherein the distal robot arm is pivotable relative to the proximal robot arm 4 about a horizontal pivot axis 7.
  • a multi-axis robot hand axis 8 is attached, which is known per se from the prior art and leads a likewise conventional rotary atomizer 9 highly movable.
  • the painting robot 1 is driven by a robot controller 10, which is known per se from the prior art.
  • the robot controller 10 carries out a novel control method according to the invention in order to operate during the operation of the paint sprayer. boters 1 to avoid a mechanical overload of the painting robot 1.
  • the robot controller 10 calculates mechanical loads that occur within the robot base 2, within the robot arm 4 or within the robot arm 6 and have not been considered in the prior art. Rather, in the conventional control methods at most the mechanical loads in the joints between the adjacent robot axes were taken into account, as was assumed by rigid robot axes.
  • a coordinate system 11 can be defined which lies with its origin of coordinates within the proximal robot arm 4.
  • forces Fx2, Fy2, Fz2 and torques Mx2, My2, z2 can then be calculated in advance, which will occur in the coordinate system 11 during the operation of the painting robot 1.
  • the drawing shows another coordinate system 12, which lies with its coordinate origin in the pivot joint between the robot base 2 and the ground.
  • the coordinate system 12 also occur mechanical loads in the form of forces Fxl, Fyl, Fzl and torques Mxl, Myl, Mzl, which are also taken into account within the scope of the control method according to the invention.
  • the tilting moments Mxl, Myl and the forces Fxl, Fy2 are monitored, which are aligned at right angles to the rotational axis of the rotary joint.
  • first of all a coordinate system is predefined, which with its origin of coordinates inside one of the robot axes is located and is spatially fixed to the robot axis, so that moves the coordinate system with the robot axis.
  • this may be the coordinate system 11 shown in FIG.
  • those forces and / or moments are then determined which are to be monitored in the coordinate system.
  • this may be the torque My2 and the force Fx2 in the coordinate system 11 and the torques Mxl and Myl in the coordinate system 12.
  • a trajectory of the Tool Center Point is then specified as a sequence of path points, the individual path points being defined by Cartesian spatial coordinates.
  • step S4 the individual position controllers of the robot axes are then actuated by the central robot controller for traversing the predetermined trajectory, which corresponds to step S4 and is known per se from the prior art.
  • the forces to be monitored for example the
  • Torques Mxl, Myl, My2 and the force Fx2) in order to be able to recognize imminent mechanical overload in good time.
  • the precalculated forces and moments are then compared with permissible limit values.
  • step S7 it is then checked whether an exceeding of the limit of the mechanical load is imminent. If this is the case, then in a step S8 countermeasures are initiated, which in this exemplary embodiment consist in that the robot movement is decelerated.
  • step S9 it is then checked whether the tail is reached or whether the robot movement is stopped for other reasons. Otherwise, steps S4-S9 are repeated in a loop.
  • the invention also provides protection for the subject matter and the features of the subclaims independently of the claims referred to.

Landscapes

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

Abstract

The invention relates to a control method for a robot (1) having a plurality of movable robot axes (2, 4, 6), in particular for a painting robot (1) or a manipulating robot, comprising the following steps: (a) predetermining a robot path by means of a plurality of path points through which a reference point of the robot (1) is intended to travel; (b) controlling drive motors of the individual robot axes (2, 4, 6) according to the predetermined robot path, such that the reference point of the robot (1) travels through the predetermined robot path; (c) precalculating the mechanical loading (My1, Mx1, Fx1, Fy1, Fz1, Fx2, Fy2, Fz2, Mx2, My2, Mz2) that occurs within at least one of the robot axes (2, 4, 6) between two joints when travelling through the robot path ahead; and also (d) adjusting the control of the drive motors of the robot axes (2, 4, 6) on the basis of the precalculated mechanical loading (My1, Mx1, Fx1, Fy1, Fz1, Fx2, Fy2, Fz2, Mx2, My2, Mz2), such that a mechanical overload is avoided.

Description

BESCHREIBUNG Steuerverfahren für einen Roboter  DESCRIPTION Control method for a robot
Die Erfindung betrifft ein Steuerverfahren für einen Roboter, insbesondere für einen Lackierroboter oder einen Handhabungsroboter in einer Lackieranlage. The invention relates to a control method for a robot, in particular for a painting robot or a handling robot in a paint shop.
Aus EP 2 146 825 AI ist ein derartiges Steuerverfahren für einen Roboter bekannt, das bei der Bewegungsteuerung Bahnkorrekturwerte für den Roboter berücksichtigt, damit die von dem Roboter abgefahrene Roboterbahn möglichst genau mit einer vorgegebenen Roboterbahn übereinstimmt. Die Bahnkorrekturwerte berücksichtigen hierbei Elastizität, Reibung bzw. Trägheit des Roboters entsprechend einem dynamischen Robotermodell. Hierbei wird von starren Roboterachsen ausgegangen, so dass die Abweichungen zwischen der tatsächlichen Roboterbahn und der vorgegebenen Roboterbahn lediglich von mechanischen Nachgiebigkeiten in den einzelnen Gelenken zwischen den benachbarten Roboterachsen herrühren. Dieses bekannte Steuerverfahren für einen Roboter berücksichtigt also in keiner Weise die mechanischen Belastungen, die innerhalb der einzelnen Robo- terachsen auftreten, beispielsweise innerhalb eines Roboterarms zwischen zwei benachbarten Gelenken. Darüber hinaus berücksichtigt dieses bekannte Steuerverfahren lediglich solche Drehmomente, die parallel zur Schwenkebene des jeweiligen Gelenks ausgerichtet sind, d.h. Drehmomente, die parallel zur Schwenkachse des jeweiligen Gelenks ausgerichtet sind. Beispielsweise treten bei einer Roboterbewegung auch Drehmomente quer zur Bewegungsrichtung auf, die unter Umständen zu einer mechanischen Überlastung führen können und bisher durch die bekannten Steuerverfahren nicht berücksichtigt wurden. Aus DE 199 14 245 AI, DE 10 2007 024 143 AI, DE 697 14 017 T2 und EP 0 262 600 AI sind ebenfalls Robotersteuerungen bekannt. Bei diesen Robotersteuerungen wird jedoch allenfalls die mechanische Belastung berücksichtigt, die in der jeweiligen Schwenkebene der einzelnen Roboterachsen wirkt. EP 2 146 825 A1 discloses such a control method for a robot which, during the movement control, takes into account path correction values for the robot, so that the robot path traveled by the robot coincides as exactly as possible with a predetermined robot path. The path correction values take into account elasticity, friction or inertia of the robot in accordance with a dynamic robot model. In this case, it is assumed that rigid robot axes, so that the deviations between the actual robot path and the predetermined robot path resulting only from mechanical compliances in the individual joints between the adjacent robot axes. This known control method for a robot thus takes no account of the mechanical loads which occur within the individual robot axes, for example within a robot arm between two adjacent joints. In addition, this known control method only takes into account those torques that are aligned parallel to the pivot plane of the respective joint, ie torques that are aligned parallel to the pivot axis of the respective joint. For example, in a robot movement, torques occur transversely to the direction of movement, which under certain circumstances can lead to mechanical overloading and have hitherto not been taken into account by the known control methods. From DE 199 14 245 AI, DE 10 2007 024 143 AI, DE 697 14 017 T2 and EP 0 262 600 AI robot controllers are also known. In these robot controls, however, at most the mechanical load is taken into account, which acts in the respective pivoting plane of the individual robot axes.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein entsprechend verbessertes Steuerverfahren anzugeben. The invention is therefore based on the object of specifying a correspondingly improved control method.
Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Steuerverfahren gemäß dem Hauptanspruch gelöst. This object is achieved by an inventive control method according to the main claim.
Die Erfindung beruht auf der technischen Erkenntnis, dass im Betrieb eines mehrachsigen Roboters nicht nur die mechanische Belastung in der jeweiligen Schwenkebene zu beachten ist, sondern auch die mechanische Belastung, die quer zu der jeweiligen Schwenkebene auftritt. Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff einer quer zur Schwenkebene ausgerichteten mechanischen Belastung umfasst insbesondere ein Kippmoment, das rechtwinklig zur Schwenkachse des jeweiligen Gelenks und damit parallel zur Schwenkebene ausgerichtet ist. Darüber hinaus umfasst dieser Begriff aber auch Kräfte, die rechtwinklig zur Schwenkachse ausgerichtet sind. The invention is based on the technical knowledge that in the operation of a multi-axis robot not only the mechanical load in the respective pivoting plane is to be considered, but also the mechanical load which occurs transversely to the respective pivoting plane. The term used in the context of the invention, a transversely oriented to the pivot plane mechanical stress includes in particular a tilting moment, which is aligned at right angles to the pivot axis of the respective joint and thus parallel to the pivot plane. In addition, this term also includes forces that are aligned at right angles to the pivot axis.
Die Erfindung umfasst deshalb die allgemeine technische Lehre, im Betrieb eines Roboters die mechanische Belastung vor- auszuberechnen, die beim Durchfahren der bevorstehenden Roboterbahn auftritt. Hierbei ist zu bemerken, dass diese mechanische Belastung vorausberechnet wird, d.h. die mechanische Belastung wird nicht für den aktuellen Bewegungszustand gemessen oder modelliert, sondern aufgrund der vorgegebenen Ro- boterbahn und der bekannten mechanischen Eigenschaften (z.B. Geometrie, Massenverteilung, etc.) des Roboters für den bevorstehenden Abschnitt der Roboterbahn vorausberechnet, damit noch Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können, wenn die vor- ausberechnete mechanische Belastung zu hoch ist. The invention therefore comprises the general technical teaching of pre-calculating the mechanical load which occurs when passing through the imminent robot path during the operation of a robot. It should be noted that this mechanical load is calculated in advance, ie the mechanical load is not measured or modeled for the current state of motion, but due to the given Ro- boterbahn and the known mechanical properties (eg geometry, mass distribution, etc.) of the robot for the upcoming section of the robot path precalculated, so that countermeasures can be initiated if the pre-calculated mechanical load is too high.
Weiterhin sieht die Erfindung vor, dass die Ansteuerung der Antriebsmotoren der einzelnen Roboterachsen in Abhängigkeit von der vorausgerechneten mechanischen Belastung angepasst wird, so dass eine mechanische Überlastung vermieden wird. Furthermore, the invention provides that the control of the drive motors of the individual robot axes is adjusted as a function of the predicted mechanical load, so that a mechanical overload is avoided.
Eine Möglichkeit der Anpassung der Ansteuerung der Antriebsmotoren der Roboterachsen zur Vermeidung einer mechanischen Überlastung besteht darin, dass die Bewegung des Roboters ab- gebremst bzw. verlangsamt wird, um die ansonsten auftretende mechanische Überlastung zu vermeiden. One way of adjusting the control of the drive motors of the robot axes to avoid mechanical overloading is that the movement of the robot is slowed down or slowed down to avoid the otherwise occurring mechanical overload.
Eine andere Möglichkeit der Anpassung der Ansteuerung der Antriebsmotoren der Roboterachsen zur Vermeidung einer mechani- sehen Überlastung besteht darin, dass die vorgegebene Roboterbahn geringfügig angepasst wird. Another possibility of adjusting the control of the drive motors of the robot axes to avoid a mechanical overload see is that the predetermined robot path is slightly adjusted.
Vorzugsweise wird die vorausberechnete mechanische Belastung mit mindestens einem Grenzwert verglichen, um eine bevorste- hende mechanische Überlastung zu erkennen, wobei dann ggf. die vorstehend beispielhaft genannten Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können. The predicted mechanical load is preferably compared with at least one limit value in order to detect an imminent mechanical overload, in which case the countermeasures mentioned above by way of example may then be initiated.
In dem bevorzugten Aus ührungsbeispiel der Erfindung werden bestimmte Kräfte und/oder Drehmomente ausgewählt, die innerhalb der Roboterachsen oder in einem Gelenk wirken. Bei der Überwachung der mechanischen Belastung werden also vorzugsweise nicht sämtliche Kräfte und Drehmomente überwacht, die innerhalb der einzelnen Roboterachsen oder in einem Gelenk auftreten. Beispielsweise können bestimmte Roboterachsen für eine Überwachung ausgewählt werden. Darüber hinaus können innerhalb der ausgewählten Roboterachsen oder in einem Gelenk bestimmte mechanische Belastungen für eine Überwachung ausge- wählt werden, wie beispielsweise Drehmomente oder Kräfte quer zur Bewegungsrichtung. In the preferred embodiment of the invention certain forces and / or torques acting within the robot axes or in a joint are selected. When monitoring the mechanical load, therefore, preferably not all forces and torques are monitored, those within the individual robot axes or in a joint occur. For example, certain robot axes may be selected for monitoring. In addition, certain mechanical loads can be selected for monitoring within the selected robot axes or in a joint, such as torques or forces transverse to the direction of movement.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die einzelnen Roboterachsen jeweils innerhalb einer bestimmten Schwenkebene relativ zueinander schwenkbar, wobei die mechanische Belastung innerhalb der einzelnen Roboterachsen quer zu der jeweiligen Schwenkebene vorausberechnet wird, was aus dem Stand der Technik nicht bekannt ist. So wird bei der Vorausberechnung der mechanischen Belastung vorzugsweise ein Kippmoment berechnet, das innerhalb der jeweiligen Roboterachse wirkt und rechtwinklig zur Schwenkachse der jeweiligen Roboterachse ausgerichtet ist. In the preferred embodiment of the invention, the individual robot axes are each pivotable relative to each other within a certain pivot plane, wherein the mechanical stress within the individual robot axes is calculated transversely to the respective pivot plane, which is not known from the prior art. Thus, during the prediction of the mechanical load, preferably a tilting moment is calculated, which acts within the respective robot axis and is oriented at right angles to the pivot axis of the respective robot axis.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Antriebsmotoren der ein- zelnen Roboterachsen vorzugsweise von Lagereglern angesteuert werden, die von einer zentralen Robotersteuerung Soll-Werte erhalten, wobei die Abfolge der vorgegebenen Soll-Werte die gewünschte Roboterbahn definiert. Diese Vorgabe der Soll- Werte durch die zentrale Robotersteuerung erfolgt vorzugswei- se getaktet mit einem bestimmen Interpolatortakt . Die Erfindung sieht nun vorzugsweise vor, dass die Vorausberechnung der mechanischen Belastung und die ggf. erforderliche Einleitung von Gegenmaßnahmen ebenfalls getaktet in dem Interpolatortakt erfolgt. Weiterhin ist zu erwähnen, dass die mechani- sehe Belastung mehrdimensional vorausberechnet werden kann, wobei im Rahmen der Vorausberechnung der mechanischen Belastung sowohl Drehmomente als auch Kräfte berechnet werden können . Ferner besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass ein nahezu beliebiges Koordinatensystem festgelegt werden kann, dessen Koordinatenursprung innerhalb einer der Roboterachsen oder in einem Gelenk angeordnet ist und relativ zu der Roboterachse fixiert ist, so dass sich das Koordinatensystem mit der Roboterachse bewegt. Die im Rahmen der Erfindung vorausberechnete mechanische Belastung wird dann auf dieses virtuelle Koordinatensystem bezogen. Hierbei können bestimmte Kräfte und/oder Drehmomente ausgewählt werden, die in dem Ko- ordinatensystem während der Bewegung des Roboters entstehen, wobei die mechanische Belastung durch die ausgewählten Kräfte und/oder Drehmomente repräsentiert wird. It should also be mentioned that the drive motors of the individual robot axes are preferably controlled by position controllers which receive desired values from a central robot controller, wherein the sequence of the predetermined desired values defines the desired robot path. This presetting of the desired values by the central robot controller is preferably carried out clocked with a specific interpolator cycle. The invention now preferably provides that the precalculation of the mechanical load and the possibly necessary initiation of countermeasures also take place clocked in the interpolator cycle. It should also be mentioned that the mechanical load can be calculated in a multi-dimensional way, whereby both torque and forces can be calculated within the framework of the prediction of the mechanical load. Furthermore, within the scope of the invention, the possibility exists that an almost arbitrary coordinate system can be defined, whose origin of coordinates is arranged within one of the robot axes or in a joint and is fixed relative to the robot axis, so that the coordinate system moves with the robot axis. The predicted in the context of the invention mechanical load is then related to this virtual coordinate system. In this case, certain forces and / or torques that arise in the coordinate system during the movement of the robot can be selected, wherein the mechanical load is represented by the selected forces and / or torques.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht auf das vorstehend erwähnte erfindungsgemäße Steuerverfahren beschränkt ist, sondern auch eine Robotersteuerung umfasst, die so programmiert ist, dass sie das erfindungsgemäße Steuerverfahren ausführt. Schließlich umfasst die Erfindung auch eine Roboteranlage mit mindestens einem mehrachsigen Roboter (z.B. Handhabungsroboter, Lackierroboter) und einer derartigen Robotersteuerung, die das erfindungsgemäße Steuerverfahren ausführt. Die Erfindung umfasst also auch Schutz für eine komplette Lackieranla- ge oder eine Lackierkabine in einer derartigen Lackieranlage. Furthermore, it should be noted that the invention is not limited to the aforementioned control method according to the invention, but also includes a robot controller which is programmed to execute the control method according to the invention. Finally, the invention also encompasses a robot system with at least one multi-axis robot (for example, handling robot, painting robot) and such a robot controller, which carries out the control method according to the invention. The invention thus also encompasses protection for a complete paint shop or a paint booth in such a paint shop.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen: Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or are explained in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures. Show it:
Figur 1 eine Perspektivansicht eines Lackierroboters, der entsprechend dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren angesteuert wird sowie Figur 2 das erfindungsgemäße Steuerverfahren in Form eines Flussdiagramms . Figur 1 zeigt einen an sich herkömmlichen Lackierroboter 1, der beispielsweise zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen in einer Lackieranlage eingesetzt werden kann. Figure 1 is a perspective view of a painting robot, which is controlled according to the control method according to the invention and 2 shows the control method according to the invention in the form of a flow chart. Figure 1 shows a per se conventional painting robot 1, which can be used for example for painting automotive body components in a paint shop.
In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der La- ckierroboter 1 eine Roboterbasis 2 auf, die um eine vertikale Drehachse 3 drehbar ist. Die Erfindung ist jedoch in ähnlicher Weise mit anderen Lackierrobotern realisierbar, deren Roboterbasis ortsfest angeordnet oder entlang einer Verfahrschiene linear verfahrbar ist. In this embodiment of the invention, the painting robot 1 has a robot base 2 which is rotatable about a vertical axis of rotation 3. However, the invention can be realized in a similar manner with other painting robots whose robot base is fixedly arranged or linearly movable along a travel rail.
An der Roboterbasis 2 ist ein proximaler Roboterarm 4 At the robot base 2 is a proximal robot arm 4
schwenkbar angebracht, wobei der Roboterarm 4 relativ zu der Roboterbasis 2 um eine horizontale Schwenkachse 5 schwenkbar ist . pivotally mounted, wherein the robot arm 4 is pivotable relative to the robot base 2 about a horizontal pivot axis 5.
An dem distalen Ende des proximalen Roboterarms 4 ist ein distaler Roboterarm 6 schwenkbar angebracht, wobei der distale Roboterarm relativ zu dem proximalen Roboterarm 4 um eine horizontale Schwenkachse 7 schwenkbar ist. At the distal end of the proximal robot arm 4, a distal robot arm 6 is pivotally mounted, wherein the distal robot arm is pivotable relative to the proximal robot arm 4 about a horizontal pivot axis 7.
An dem distalen Ende des Roboterarms 6 ist eine mehrachsige Roboterhandachse 8 angebracht, die an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist und einen ebenfalls herkömmlichen Rotationszerstäuber 9 hochbeweglich führt. At the distal end of the robot arm 6, a multi-axis robot hand axis 8 is attached, which is known per se from the prior art and leads a likewise conventional rotary atomizer 9 highly movable.
Der Lackierroboter 1 wird von einer Robotersteuerung 10 angesteuert, was an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Robotersteuerung 10 führt jedoch ein erfindungsgemäßes neuartiges Steuerverfahren aus, um im Betrieb des Lackierro- boters 1 eine mechanische Überlastung des Lackierroboters 1 zu vermeiden. Hierbei berechnet die Robotersteuerung 10 mechanische Belastungen, die innerhalb der Roboterbasis 2, innerhalb des Roboterarms 4 oder innerhalb des Roboterarms 6 auftreten und bisher im Stand der Technik nicht berücksichtigt wurden. Vielmehr wurden bei den herkömmlichen Steuerverfahren allenfalls die mechanischen Belastungen in den Gelenken zwischen den benachbarten Roboterachsen berücksichtigt, da von starren Roboterachsen ausgegangen wurde. The painting robot 1 is driven by a robot controller 10, which is known per se from the prior art. However, the robot controller 10 carries out a novel control method according to the invention in order to operate during the operation of the paint sprayer. boters 1 to avoid a mechanical overload of the painting robot 1. Here, the robot controller 10 calculates mechanical loads that occur within the robot base 2, within the robot arm 4 or within the robot arm 6 and have not been considered in the prior art. Rather, in the conventional control methods at most the mechanical loads in the joints between the adjacent robot axes were taken into account, as was assumed by rigid robot axes.
Im Rahmen der Erfindung kann beispielsweise ein Koordinatensystem 11 festgelegt werden, das mit seinem Koordinatenursprung innerhalb des proximalen Roboterarms 4 liegt. Bei der Vorausberechnung der mechanischen Belastung können dann Kräf- te Fx2, Fy2, Fz2 und Drehmomente Mx2, My2 , z2 vorausberechnet werden, die in dem Koordinatensystem 11 während des Betriebs des Lackierroboters 1 auftreten werden. In the context of the invention, for example, a coordinate system 11 can be defined which lies with its origin of coordinates within the proximal robot arm 4. In the prediction of the mechanical load, forces Fx2, Fy2, Fz2 and torques Mx2, My2, z2 can then be calculated in advance, which will occur in the coordinate system 11 during the operation of the painting robot 1.
Darüber hinaus zeigt die Zeichnung ein weiteres Koordinaten- System 12, das mit seinem Koordinatenursprung in dem Drehgelenk zwischen der Roboterbasis 2 und dem Untergrund liegt. In dem Koordinatensystem 12 treten ebenfalls mechanische Belastungen in Form von Kräften Fxl, Fyl, Fzl und Drehmomenten Mxl, Myl, Mzl auf, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Steu- erverfahrens ebenfalls berücksichtigt werden. In diesem Ausführungsbeispiel werden beispielsweise die Kippmomente Mxl, Myl und die Kräfte Fxl, Fy2 überwacht, die rechtwinklig zu der Drehachse des Drehgelenks ausgerichtet sind. Im Folgenden wird nun unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in Figur 2 das erfindungsgemäße Steuerverfahren beschrieben. In addition, the drawing shows another coordinate system 12, which lies with its coordinate origin in the pivot joint between the robot base 2 and the ground. In the coordinate system 12 also occur mechanical loads in the form of forces Fxl, Fyl, Fzl and torques Mxl, Myl, Mzl, which are also taken into account within the scope of the control method according to the invention. In this embodiment, for example, the tilting moments Mxl, Myl and the forces Fxl, Fy2 are monitored, which are aligned at right angles to the rotational axis of the rotary joint. The control method according to the invention will now be described below with reference to the flowchart in FIG.
In einem ersten Schritt Sl wird zunächst ein Koordinatensystem vorgegeben, das mit seinem Koordinatenursprung innerhalb einer der Roboterachsen liegt und an der Roboterachse räumlich fixiert ist, so das sich das Koordinatensystem mit der Roboterachse mit bewegt. Beispielsweise kann es sich hierbei um das in Figur 1 dargestellte Koordinatensystem 11 handeln. In a first step Sl, first of all a coordinate system is predefined, which with its origin of coordinates inside one of the robot axes is located and is spatially fixed to the robot axis, so that moves the coordinate system with the robot axis. For example, this may be the coordinate system 11 shown in FIG.
In einem weiteren Schritt S2 werden dann diejenigen Kräfte und/oder Momente festgelegt, die in dem Koordinatensystem überwacht werden sollen. Beispielsweise kann es sich hierbei um das Drehmoment My2 und die Kraft Fx2 in dem Koordinaten- system 11 und um die Drehmomente Mxl und Myl in dem Koordinatensystem 12 handeln. In a further step S2, those forces and / or moments are then determined which are to be monitored in the coordinate system. For example, this may be the torque My2 and the force Fx2 in the coordinate system 11 and the torques Mxl and Myl in the coordinate system 12.
In einem weiteren Schritt S3 wird dann eine Bahnkurve des Tool Center Point (TCP) als Folge von Bahnpunkten vorgegeben, wobei die einzelnen Bahnpunkte durch kartesische Raumkoordinaten definiert sind. In a further step S3, a trajectory of the Tool Center Point (TCP) is then specified as a sequence of path points, the individual path points being defined by Cartesian spatial coordinates.
Während des eigentlichen Betriebs des Lackierroboters werden dann die einzelnen Lageregler der Roboterachsen durch die zentrale Robotersteuerung zum Abfahren der vorgegebenen Bahnkurve angesteuert, was dem Schritt S4 entspricht und an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist. During the actual operation of the painting robot, the individual position controllers of the robot axes are then actuated by the central robot controller for traversing the predetermined trajectory, which corresponds to step S4 and is known per se from the prior art.
Während des Abfahrens der vorgegebenen Bahnkurve werden dann in einem Schritt S5 die zu überwachenden Kräfte (z.B. dieDuring the course of the predetermined trajectory, the forces to be monitored (for example the
Drehmomente Mxl, Myl, My2 und die Kraft Fx2) vorausberechnet, um eine bevorstehende mechanische Überlastung rechtzeitig erkennen zu können. In einem Schritt S6 werden die vorausberechneten Kräfte und Momente dann mit zulässigen Grenzwerten verglichen. Torques Mxl, Myl, My2 and the force Fx2) in order to be able to recognize imminent mechanical overload in good time. In a step S6, the precalculated forces and moments are then compared with permissible limit values.
In einem Schritt S7 wird dann überprüft, ob eine Grenzwertüberschreitung der mechanischen Belastung bevorsteht. Falls dies der Fall ist, so werden in einem Schritt S8 Gegenmaßnahmen eingeleitet, die in diesem Ausführungsbeispiel darin bestehen, dass die Roboterbewegung abgebremst wird. In a step S7, it is then checked whether an exceeding of the limit of the mechanical load is imminent. If this is the case, then in a step S8 countermeasures are initiated, which in this exemplary embodiment consist in that the robot movement is decelerated.
In einem Schritt S9 wird dann überprüft, ob das Bahnende erreicht ist oder ob die Roboterbewegung aus anderen Gründen angehalten wird. Andernfalls werden die Schritte S4-S9 in einer Schleife wiederholt. In a step S9 it is then checked whether the tail is reached or whether the robot movement is stopped for other reasons. Otherwise, steps S4-S9 are repeated in a loop.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Darüber hinaus beansprucht dieThe invention is not limited to the preferred embodiment described above. Rather, a variety of variants and modifications is possible, which also make use of the inventive idea and therefore fall within the scope. In addition, the claimed
Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüche . The invention also provides protection for the subject matter and the features of the subclaims independently of the claims referred to.
Bezugszeichenliste : List of reference numbers:
1 Lackierroboter 1 painting robot
2 Roboterbasis  2 robot base
3 Drehachse der Roboterbasis 3 axis of rotation of the robot base
4 Proximaler Roboterarm4 Proximal robot arm
5 Schwenkachse 5 pivot axis
6 Distaler Roboterarm  6 Distal robot arm
7 Schwenkachse  7 pivot axis
8 Roboterhandachse  8 robot hand axis
9 Rotationszerstäuber  9 rotary atomizers
10 Robotersteuerung  10 robot control
11 Koordinatensystem  11 coordinate system
12 Koordinatensystem  12 coordinate system

Claims

ANSPRÜCHE 1. Steuerverfahren für einen Roboter (1) mit mehreren beweglichen Roboterachsen (2, 4, 6), insbesondere für einen Lackierroboter (1) oder einen Handhabungsroboter, wobei die Roboterachsen (2, 4, 6) jeweils in einer bestimmten Schwenkebene schwenkbar sind, 1. Control method for a robot (1) with a plurality of movable robot axes (2, 4, 6), in particular for a painting robot (1) or a handling robot, wherein the robot axes (2, 4, 6) are each pivotable in a specific pivoting plane .
a) Vorgabe einer Roboterbahn durch mehrere Bahnpunkte, die von einem Referenzpunkt des Roboters (1) durchfahren werden sollen, a) specification of a robot path through a plurality of track points to be traversed by a reference point of the robot (1),
b) Ansteuerung von Antriebsmotoren der einzelnen Roboterachsen (2, 4, 6) entsprechend der vorgegebenen Roboter- bahn, so dass der Referenzpunkt des Roboters (1) die vorgegebene Roboterbahn durchfährt, b) control of drive motors of the individual robot axes (2, 4, 6) according to the predetermined robot path, so that the reference point of the robot (1) passes through the predetermined robot path,
gekennzeichnet durch folgende Schritte: characterized by the following steps:
c) Vorausberechnung einer mechanischen Belastung (Myl, c) precalculation of a mechanical load (Myl,
Mxl, Fxl, Fyl, Fzl, Fx2, Fy2, Fz2, Mx2, My2 , Mz2), die beim Durchfahren der bevorstehenden Roboterbahn quer zu der Schwenkebene der jeweiligen Roboterachse (2, 4, 6) auftritt,  Mxl, Fxl, Fyl, Fzl, Fx2, Fy2, Fz2, Mx2, My2, Mz2) which occurs when passing through the imminent robot path transversely to the pivoting plane of the respective robot axis (2, 4, 6),
d) Anpassung der Ansteuerung der Antriebsmotoren der Roboterachsen (2, 4, 6) in Abhängigkeit von der vorausbe- rechneten mechanischen Belastung (Myl, Mxl, Fxl, Fyl,d) adaptation of the control of the drive motors of the robot axes (2, 4, 6) as a function of the precalculated mechanical load (Myl, Mxl, Fxl, Fyl,
Fzl, Fx2, Fy2, Fz2, Mx2, My2, Mz2), so dass eine mechanische Überlastung vermieden wird. Fzl, Fx2, Fy2, Fz2, Mx2, My2, Mz2), so that mechanical overloading is avoided.
2. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass die vorausberechnete mechanische Belastung innerhalb mindestens einer der Roboterachsen (2, 4, 6) zwischen zwei Gelenken auftritt. 2. Control method according to claim 1, characterized marked, that the predicted mechanical load within at least one of the robot axes (2, 4, 6) between two joints occurs.
3. Steuerverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vorausberechnung der mechanischen Belastung (Myl, Mxl, Fxl, Fyl, Fzl, Fx2, Fy2, Fz2, Mx2, My2, Mz2) ein Kippmoment (My2) berechnet wird, das rechtwinklig zur Schwenkachse der jeweiligen Roboterachse (2, 3. Control method according to one of the preceding claims, characterized in that in the prediction of the mechanical load (Myl, Mxl, Fxl, Fyl, Fzl, Fx2, Fy2, Fz2, Mx2, My2, Mz2) a tilting moment (My2) is calculated, perpendicular to the pivot axis of the respective robot axis (2,
4, 6) ausgerichtet ist. 4, 6) is aligned.
Steuerverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- gekennzeichnet durch folgende Schritte: Control method according to one of the preceding claims, characterized by the following steps:
Vergleichen der vorausberechneten mechanischen Belastung (Myl, Mxl, Fxl, Fyl, Fzl, Fx2, Fy2, Fz2, Mx2, My2, Mz2) mit mindestens einem Grenzwert zur Erkennung einer bevorstehenden mechanischen Überlastung,  Comparing the predicted mechanical load (Myl, Mxl, Fxl, Fyl, Fzl, Fx2, Fy2, Fz2, Mx2, My2, Mz2) with at least one limit to detect imminent mechanical overload,
Abbremsen der Bewegung des Referenzpunkts auf der bevorstehenden Roboterbahn, wenn eine bevorstehende mechanische Überlastung (Myl, Mxl, Fxl, Fyl, Fzl, Fx2, Fy2, Fz2, Mx2, My2, Mz2) erkannt wird.  Braking the movement of the reference point on the upcoming robot track when an imminent mechanical overload (Myl, Mxl, Fxl, Fyl, Fzl, Fx2, Fy2, Fz2, Mx2, My2, Mz2) is detected.
5. Steuerverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, gekennzeichnet durch folgende Schritte: 5. Control method according to one of the preceding claims, characterized by the following steps:
a) dass die Antriebsmotoren der einzelnen Roboterachsen a) that the drive motors of the individual robot axes
(2, 4, 6) jeweils von Lagereglern angesteuert werden, und  (2, 4, 6) are each controlled by position controllers, and
b) dass die Lageregler Soll-Werte von einer zentralen Ro- botersteuerung (10) erhalten, und b) that the position controllers receive desired values from a central robot control (10), and
c) dass die zentrale Robotersteuerung (10) die Soll-Werte getaktet mit einem bestimmten Interpolatortakt an die Lageregler ausgibt, und c) that the central robot controller (10) outputs the setpoint values clocked with a specific interpolator clock to the position controller, and
d) dass die Vorausberechnung der mechanischen Belastung d) that the precalculation of the mechanical load
(Myl, Mxl, Fxl, Fyl, Fzl, Fx2, Fy2, Fz2, Mx2, My2, Mz2) ebenfalls getaktet in dem Interpolatortakt erfolgt. (Myl, Mxl, Fxl, Fyl, Fzl, Fx2, Fy2, Fz2, Mx2, My2, Mz2) also clocked in the Interpolatortakt done.
6. Steuerverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 6. Control method according to one of the preceding claims, characterized
a) dass die mechanische Belastung (Myl, Mxl, Fxl, Fyl, a) that the mechanical load (Myl, Mxl, Fxl, Fyl,
Fzl, Fx2, Fy2, Fz2, Mx2, My2, Mz2) mehrdimensional vorausberechnet wird,  Fzl, Fx2, Fy2, Fz2, Mx2, My2, Mz2) is calculated multidimensionally,
b) dass bei der Vorausberechnung der mechanischen Belastung (Myl, Mxl, Fxl, Fyl, Fzl, Fx2, Fy2, Fz2, Mx2, My2, Mz2) sowohl Drehmomente (Mxl, Myl, Mx2, My2, Mz2) als auch Kräfte (Fxl, Fyl, Fx2, Fy2 , Fz2) berechnet werden. b) that in the prediction of the mechanical load (Myl, Mxl, Fxl, Fyl, Fzl, Fx2, Fy2, Fz2, Mx2, My2, Mz2) both torques (Mxl, Myl, Mx2, My2, Mz2) and forces (Fxl , Fyl, Fx2, Fy2, Fz2).
7. Steuerverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte: 7. Control method according to one of the preceding claims, characterized by the following steps:
a) Festlegung eines Koordinatensystems (11) mit einem Koordinatenursprung, der innerhalb einer der Roboterach- sen (2, 4, 6) angeordnet ist und relativ zu der Roboterachse (2, 4, 6) fixiert ist, so dass sich das Koordinatensystem mit der Roboterachse (2, 4, 6) mitbewegt, b) Auswahl von bestimmten Kräften (Fxl, Fyl, Fx2, Fy2, a) defining a coordinate system (11) having a coordinate origin, which is arranged within one of the Roboterach- sen (2, 4, 6) and is fixed relative to the robot axis (2, 4, 6), so that the coordinate system with the Robot axis (2, 4, 6) moved, b) Selection of specific forces (Fxl, Fyl, Fx2, Fy2,
Fz2) und/oder Drehmomenten (Mxl, Myl, Mx2 , My2, Mz2), die in dem Koordinatensystem (11) während der Bewegung des Roboters (1) entstehen,  Fz2) and / or torques (Mxl, Myl, Mx2, My2, Mz2) arising in the coordinate system (11) during the movement of the robot (1),
c) Ermitteln der mechanischen Belastung (Myl, Mxl, Fxl, c) determining the mechanical load (Myl, Mxl, Fxl,
Fyl, Fzl, Fx2, Fy2, Fz2, Mx2, My2 , Mz2) aus den ausgewählten Kräften (Fxl, Fyl, Fx2, Fy2, Fz2) und/oder Drehmomenten (Mxl, Myl, Mx2, My2 , Mz2) .  Fyl, Fzl, Fx2, Fy2, Fz2, Mx2, My2, Mz2) from the selected forces (Fxl, Fyl, Fx2, Fy2, Fz2) and / or torques (Mxl, Myl, Mx2, My2, Mz2).
8. Robotersteuerung zur Ansteuerung eines Roboters (1) mit mehreren beweglichen Roboterachsen (2, 4, 6), insbesondere für einen Lackierroboter (1) oder einen Handhabungsroboter, dadurch gekennzeichnet, dass die Robotersteuerung (10) im Betrieb das Steuerverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausführt. Roboteranlage mit 8. robot controller for controlling a robot (1) with a plurality of movable robot axes (2, 4, 6), in particular for a painting robot (1) or a handling robot, characterized in that the robot controller (10) in operation the control method according to one of the preceding Performs claims. Robot system with
mindestens einem mehrachsigen Roboter (1), insbesondere einem Lackierroboter (1) oder einem Handhabungsroboter, und at least one multi-axis robot (1), in particular a painting robot (1) or a handling robot, and
einer Robotersteuerung (10) gemäß Anspruch 8. a robot controller (10) according to claim 8.
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