ES2458429T5 - Procedimiento de control de una célula de trabajo automatizada - Google Patents
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Description
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DESCRIPCION
Procedimiento de control de una celula de trabajo automatizada
[0001] La invencion se refiere a un procedimiento de control de una celula de trabajo que comprende un robot, una central de control, un dispositivo de control del robot y un bus de comunicacion entre la central de control y el dispositivo de control del robot.
[0002] En el ambito del pilotaje de brazos robotizados, es conocido que una central de control se comunique, mediante un bus, con controladores de ejes adaptados para pilotar motores que permiten mover las diferentes partes de un robot. Esta central de control interpreta las consignas de movimiento suministradas por un usuario o un programa creado por el usuario, de tal manera que pueda definir consignas de movimiento de cada uno de los ejes de movimiento del robot.
[0003] WO-A-2006/062948 describe un procedimiento de control de un brazo de robot segun varios ejes de control que comprende una central de control que transmite ordenes de movimiento destinadas al robot en su conjunto mediante un bus a una unidad de calculo que pertenece al dispositivo de control del brazo robot. Esta unidad de calculo traducira las ordenes de movimiento recibidas en ordenes de movimiento para los diferentes controladores de motores.
[0004] Los movimientos de las partes del robot con respecto a los diferentes ejes se calculan al nivel de la central de control aplicando un modelo geometrico inverso que depende del tipo de brazos de robot utilizado. Para desplazar de manera efectiva las diferentes partes del robot, cada uno de los motores recibe ordenes de desplazamientos correspondientes a las consignas de movimiento de ejes.
[0005] En la medida en que cada robot comprende caracterlsticas cinematicas especlficas, es necesario incorporar en la central de control caracterlsticas inherentes al tipo de robot utilizado. De ello resultan complicaciones relativamente elevadas de los programas incorporados en la central de control.
[0006] Al comunicarse la central de control con cada uno de los controladores de ejes, mientras que las ordenes de movimiento conciernen cada una de las partes del robot, esta comunicacion induce la necesidad de transmitir las ordenes de la central de control a cada uno de los controladores de ejes, lo cual induce tiempos de comunicacion relativamente largos.
[0007] A estos inconvenientes da un remedio la invencion proponiendo un nuevo procedimiento de control de una celula de trabajo automatizada, que permite simplificar la programacion de la central de control, mejorar la velocidad de comunicacion con los diferentes controladores de ejes as! como mejorar la precision del control del robot.
[0008] A tal efecto, la invencion se refiere a un procedimiento de control segun la reivindicacion 1.
[0009] El pilotaje de un brazo de robot se basa en la identificacion de ejes de control de movimiento, es decir de las magnitudes geometricas tales como longitudes o angulos que permiten expresar el movimiento del extremo del brazo de robot.
[0010] Gracias a la invencion, los calculos de las ordenes de movimiento para cada uno de los motores del robot se realizan de manera interdependiente en la unidad que pertenece al dispositivo de control del robot, teniendo en cuenta el conjunto de las consignas emitidas por la central de control. Ello permite optimizar el funcionamiento del robot. La presencia de la unidad de calculo en el dispositivo de control del robot permite simplificar la programacion de la central de control, en la medida en que esta no tiene que incorporar datos especlficos de cada robot y no debe gestionar la comunicacion con cada uno de los controladores de eje.
[0011] Como la determinacion de las consignas que incluyen los calculos de las ordenes de movimiento para cada uno de los motores del robot se realiza en la unidad de calculo que pertenece al dispositivo de control del robot, teniendo en cuenta el conjunto de las consignas emitidas por la central de control, se puede optimizar el funcionamiento del robot y de la celula de trabajo robotizada. Ademas, la unidad de calculo emplea los tratamientos impuestos por la especificidad de un brazo de robot. De este modo, le ahorra al programador de la celula de la central de control la necesidad de incorporar procesos de parada o de arranque sofisticados propios de los conocimientos de los tecnicos en robotica. Segun caracterlsticas ventajosas pero no obligatorias de la invencion, este procedimiento de control puede incorporar una o varias de las caracterlsticas siguientes, que se pueden combinar siempre que sea tecnicamente posible:
- el procedimiento comprende etapas suplementarias consistentes en:
d) transmitir, a partir de cada controlador de motor y con destino a la unidad de calculo, la posicion del motor que pilota;
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e) calcular, en el seno de la unidad de calculo y a partir del conjunto de las posiciones de los motores, las posiciones de cada uno de los ejes de control del brazo de robot;
f) transmitir a la central de control las posiciones calculadas en la etapa e).
- el procedimiento comprende etapas suplementarias consistentes en:
g) calcular, en el seno de la unidad de calculo y a partir del conjunto de las posiciones de los motores, la velocidad cartesiana de un punto caracterlstico;
h) comparar la velocidad cartesiana calculada con un valor umbral;
i) transmitir a partir de la unidad de calculo y con destino a la central de control una senal de alerta si la velocidad cartesiana es superior al valor umbral.
- En la etapa b), unas ordenes de movimientos que comprenden las posiciones a alcanzar para cada motor para respetar las consignas emitidas por la central de control se calculan.
- En la etapa b), el calculo de las ordenes de movimientos para cada motor se acompana con una prevision del par a suministrar para cada motor, a partir de las consignas emitidas por la central de control.
- Las consignas emitidas por la central de control contienen informaciones acerca de la carga transportada para al menos un eje de control de movimiento.
- Las posiciones a alcanzar para cada motor para respetar las consignas emitidas por la central de control incluyen una compensacion de las deformaciones del brazo de robot calculada a partir de al menos una parte de las previsiones de par.
- el procedimiento comprende una etapa consistente en j) transmitir a la central de control una senal representativa del estado de puesta en tension del brazo de robot, en el cual el brazo del robot se declara respectivamente como listo para funcionar o se pone fuera de tension solamente si todos los motores se ponen en tension o se ponen fuera de tension y se frenan.
- el procedimiento comprende una etapa consistente en k) transmitir a partir de la unidad de calculo y con destino a la central de control una senal representativa del estado de funcionamiento de todas las partes del brazo de robot, en la cual todas las partes del brazo de robot se declaran como estando en fallo si al menos una de estas partes se detecta como que no funciona.
- el bus funciona en un modelo de interfaz de tipo SERCOS.
- La central de control se comunica con la unidad de calculo utilizando los comandos del perfil de material « profile drive ».
[0012] La invencion se comprendera mejor y otras ventajas de esta apareceran mas claramente a la luz de la descripcion siguiente de un procedimiento de control de una celula de trabajo automatizada conforme a su principio, determinada unicamente a tltulo de ejemplo y hecha con referencia a los dibujos adjuntos en los cuales:
- la figura 1 es un esquema estructural de una celula de trabajo automatizada que lleva a cabo un procedimiento de control conforme a la invencion;
- la figura 2 es un esquema funcional de principio que hace aparecer las funciones principales y los flujos de comunicacion en relacion con el procedimiento de control conforme a la invencion.
[0013] Tal como se ha representado en la figura 1, una celula de trabajo automatizada 2 comprende un brazo de robot 4, un dispositivo 6 de control del brazo de robot 4, una central de control 8 as! como dos accionadores electricos parcialmente representados. El brazo de robot 4 esta aqul constituido por un brazo robotizado con seis ejes referenciados A1 a A6. El termino « eje » se utiliza aqul en el sentido robotico, es decir que se refiere a un grado de libertad. En este caso, los grados de libertad o ejes A1 a A6 son rotaciones.
[0014] El dispositivo 6 de control del robot esta dispuesto a proximidad del brazo de robot 4 y comprende seis controladores de motores 61 a 66. Cada uno de estos controladores de motores 61 a 66 esta adaptado para pilotar el funcionamiento de un motor M1 a M6 capaz de maniobrar una parte del brazo de robot 4.
[0015] El accionamiento del motor M1 permite la rotacion de conjunto de la parte del brazo de robot 4 situada entre el eje A1 y el extremo movil del brazo de robot 4 sin que ningun otro eje gire sobre si mismo. Asimismo, el accionamiento de los motores M2, M3, M4 y M6 permiten respectivamente la rotacion aislada de los ejes A2, A3, A4 y A6. En cambio, el accionamiento del motor M5 tiene por consecuencia la rotacion de los ejes A5 y A6. Hay un acoplamiento entre los ejes A5 y A6 y una rotacion aislada del eje A5 que requiere el accionamiento de los motores M5 y M6. Cada uno de los motores M1 a M6 esta dotado de un codificador 12 colocado en el arbol del motor, que permite medir la posicion angular del arbol del motor y suministrar una senal electrica S12i, para i entero entre 1 y 6, que contiene la information de esta posicion. Cada uno de los dos accionadores electricos esta maniobrado por un motor M21 y M22, siendo cada uno de estos motores respectivamente pilotado por un controlador de eje 121 y 122 y asociado con un codificador 12 que suministra una senal de posicion S1221 o S1222.
[0016] Tal como se ha representado esquematicamente en la figura 2, la central de control 8 controla el funcionamiento de la celula automatizada 2 a partir de programas 30 creados por unos usuarios para la realization de acciones precisas, como por ejemplo el ensamblado de un objeto que necesita movimientos del brazo de robot 4
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y eventuales acciones de un agarrador o de un convoyador que comprende los accionadores electricos maniobrados por los motores M21 y M22. Por ejemplo, estos programas pueden contener sucesiones de coordenadas cartesianas a alcanzar por el extremo del brazo de robot 4.
[0017] Como variante, las acciones pueden ser decididas en tiempo real por el usuario a partir de un panel de control 32 fijo o portatil accesible al usuario o al programador de la celula de trabajo automatizada 2.
[0018] La central de control 8 se comunica con el dispositivo de control 6 mediante un bus de terreno 14, que funciona preferentemente en el modelo de interfaz tiempo real serie SERCOS III. La central de control 8 es « maestra » mientras que el dispositivo de control 6 es « esclavo ».
[0019] El dispositivo de control 6 comprende una tarjeta de comunicacion 60 dedicada a la comunicacion con la central de control 8 mediante el bus de terreno 14.
[0020] El dispositivo de control 6 comprende tambien una unidad de calculo 10, cuya funcion es la de asegurar la elaboracion y la transmision de consignas tales como las ordenes de movimientos o de puesta en tension hacia los controladores de motores 61 a 66. La unidad de calculo 10 comprende en especial a tal efecto unos microprocesadores y memorias. La unidad de calculo 10 esta adaptada para comunicarse con cada uno de los controladores de motores 61 a 66. De esta manera, cada transmision de datos entre los controladores de motores 61 a 66 y la central de control 8 esta gestionada por la unidad de calculo 10, tanto como controladores de motores hacia la central como la central hacia los controladores de motores.
[0021] Los ejes de control del brazo de robot 4 se escogen como siendo los ejes A1 a A6 que corresponden a los grados de libertad del brazo de robot 4.
[0022] Durante la fase de inicializacion propia del modelo de interfaz SERCOS III, la comunicacion se define de manera que cada eje A1 a A6 del brazo de robot 4 este asociado con un controlador de eje ficticio. Estos controladores de ejes ficticios estan destinados a recibir consignas de la central de control 8, de la misma manera que unos controladores de ejes genericos y pilotar al menos un motor a partir de estas consignas. Se declaran como conformes al perfil de material « perfil drive » que define un conjunto de controles para la configuracion, el pilotaje, la interrogacion de los estados y de las posiciones, el diagnostico y la supervision. Las consignas elaboradas por la central de control 8 a partir de las ordenes asociadas al perfil de material « perfil drive » y explotables por los controladores de eje ficticios son recibidas por la unidad de calculo 10. A cada controlador de eje ficticio se le atribuye una direccion al mismo titulo que los dos controladores de eje 121 y 122 que controlan los accionadores exteriores al brazo de robot 4 y presentes en la celula de trabajo automatizada 2.
[0023] El procedimiento de control segun la invencion se aplica a la fase de puesta en tension de todos los motores del brazo de robot 4 previamente a cualquier operation del brazo de robot de la celula de trabajo automatizada 2. Esta puesta en tension se inicia por parte de la central de control 8 que emite por el bus 14 uno o varios telegramas de datos maestros que comprenden unas consignas Coi, con i entre 1 y 6, de puesta en tension de cada uno de los ejes A1 a A6. La tarjeta de comunicacion 60 del dispositivo de control 6 capta estos telegramas. Direcciona entonces unas solicitudes de interruption a la unidad de calculo 10 que recupera estos telegramas, extrae de ellos las consignas Coi para cada uno de los ejes A1 a A6 del brazo de robot 4 y procede a su tratamiento. El protocolo de interfaz SERCOS III preve que a cada uno de los dispositivos conectados por el bus 14 se le instruye con la localization de los datos que le conciernen en un telegrama de datos maestros. La unidad de calculo 10 graba las consignas de puesta en tension y emite un telegrama de respuesta con destino a la central de control 8 en la cual los ejes implicados por la consigna se declaran como estando puestos en tension. Los motores solamente se ponen realmente en tension y los frenos se sueltan tras la reception de la ultima consigna de puesta en tension emitida por la central de control 8. Unas ordenes de puesta en tension O2i, con i entre 1 y 6, para cada motor M1 a M6 son enviadas por la unidad de calculo 10 a cada controlador de motor 61 a 66. Cuando todos los motores se ponen en tension y cuando la unidad de calculo 10 ha recibido de los controladores de motores 61 a 66 la information de que cada uno de los motores M1 a M6 esta en tension, un telegrama T0, que indica a la central de control 8 que el ultimo eje esta listo para funcionar, es emitido por la unidad de calculo 10, a traves de la tarjeta 60.
[0024] Para el programador de la central de control 8, las ordenes de puesta en tension de los motores M1 a M6 de los ejes A1 a A6 del brazo de robot 4 son semejantes a aquellas de puesta en tension de los otros motores M21 y M22 empleados en la celula automatizada 2 puesto que los ejes del brazo de robot 4 y los otros dos ejes son conocidos de la central de control 8 como conformes al perfil de material « Profile drive ». Como la unidad de calculo 10 considera el conjunto de las consignas destinadas a cada uno de los ejes A1 a A6 del brazo de robot 4 para gestionar la puesta en tension de los diferentes motores, se simplifica la programacion de la central de control 8.
[0025] Cuando la celula automatizada 2 realiza el proceso que automatiza, la central de control 8 ejecuta un programa de funcionamiento 30 que contiene ordenes de movimiento que el robot debe ejecutar. En cada ciclo de comunicacion, las consignas de movimiento C1i, con i entre 1 y 6 para cada eje A1 a A6 asociado con un controlador de eje ficticio del brazo de robot 4 son calculadas por un generador de trayectoria 34 que emplea un modelo geometrico inverso 36 cuando las ordenes de movimiento del brazo de robot 4 expresan las coordenadas
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cartesianas de un desplazamiento de su extremo. De acuerdo con el protocolo de interfaz SERCOS III, para cada ciclo de comunicacion definido, la totalidad de las consignas Cii de movimientos de ejes es enviada por el bus en forma de un telegrama de datos maestros Ti(Cii). La tarjeta de comunicacion 60 recibe este telegrama. Direcciona entonces una solicitud de interruption a la unidad de calculo 10 que recupera el telegrama, extrae de ella las consignas Cii de movimientos de ejes y procede a su tratamiento.
[0026] Durante este tratamiento, la unidad de calculo 10 calcula ordenes de movimientos Oii, con i entre 1 y 6, para cada uno de los motores Mi a M6 pilotados por los controladores de motores 61 a 66. Las ordenes de movimientos Oii para cada uno de los motores se calculan a partir del conjunto de las consignas Cii recibidas provenientes de la central de control 8 aplicando el modelo cinematico de las transmisiones 38. Estas ordenes comprenden las posiciones a alcanzar para los motores. El calculo considera entonces el acoplamiento existente entre el eje A5 y el eje A6, porque el movimiento del eje A5 necesita la realization de los motores M5 y M6. El calculo de las ordenes de movimiento Oii para cada motor tambien considera relaciones de reduction entre los motores y los ejes de rotation de robot.
[0027] Las ordenes de movimientos Oii para cada motor Mi a M6 que son transmitidas al controlador de motores 61 a 66 de cada uno de los motores que, se encargan de determinar y regular la corriente de alimentation de las fases de los motores.
[0028] La position angular de los arboles de cada motor se detecta gracias al codificador 12 colocado en el arbol de cada motor. Esta information transmitida a cada controlador de motor en forma de senales S121 a S126 permite el control 48 de la corriente de alimentacion de las fases de los motores.
[0029] La unidad de calculo 10 dispone tambien a traves de sus conexiones con los controladores de motores 61 a 66 de la posicion angular de los arboles de cada motor del brazo de robot 4 y calcula las posiciones angulares Pi, con i entero entre 1 y 6, de las partes moviles alrededor de los ejes A1 a A6 del brazo de robot 4 aplicando un modelo cinematico inverso de las transmisiones 40. Debido al acoplamiento de los ejes A5 y A6, las posiciones angulares de los arboles de los motores M5 y M6 intervienen en la determination de la posicion angular P6 del eje A6. La unidad de calculo 10 puede tambien, a partir de las medidas, calcular las velocidades de rotacion de las partes moviles alrededor de los ejes del robot, los pares suministrados durante estos movimientos, o cualquier otro dato util.
[0030] A partir de este momento y segun el protocolo de comunicacion SERCOS III, en cada ciclo de comunicacion slncrono, la unidad de calculo 10 del robot elabora un telegrama de datos T'i que contiene las posiciones angulares Pi de los ejes del brazo de robot 4 y lo transmite a la central de control 8 a traves de la tarjeta de comunicacion 60. Estas informaciones son entonces explotables por el programa 30 que rige el funcionamiento de la celula automatizada 2. La central de control 8 puede aplicar un modelo geometrico directo 42 para obtener por ejemplo la posicion cartesiana Pc del extremo del brazo de robot 4 que podra a continuation mostrarse en el panel de control 32.
[0031] La unidad de calculo 10 puede calcular la posicion cartesiana de al menos un punto caracterlstico B, por ejemplo situado en una brida de herramienta 400 en el extremo del brazo de robot 4, a partir de las posiciones angulares Pi, con i entero entre 1 y 6, de las partes moviles alrededor de los ejes A1 a A6 del brazo de robot 4 y deducir de esta la velocidad cartesiana V(B) de este punto caracterlstico. Se hace una comparacion con un umbral predefinido al nivel de la unidad de calculo 10. Si el valor de velocidad cartesiana V(B) de este punto caracterlstico B es mayor que este umbral, la unidad de calculo 10 emite una orden de parada con destino a todos los controladores de motor 61 a 66 y envla a la central de control 8, un telegrama para indicar el error.
[0032] Como variante, la unidad de calculo 10 calcula la velocidad cartesiana V(B) del punto caracterlstico a partir de las consignas de movimiento Cii, con i entre 1 y 6 para cada eje A1 a A6 asociado con un controlador de eje ficticio del brazo de robot 4.
[0033] El comportamiento del brazo de robot 4 se mejora sensiblemente si el control de cada motor tiene en cuenta una prediction del par Fi, con i entre 1 y 6, aplicada a las articulaciones debido a la gravedad o las fuerzas de inercia. Esta prediccion de par Fi es establecida para cada motor del brazo de robot 4 al nivel de la unidad de calculo 10 que emplea un modelo dinamico 44. El modelo dinamico se basa en el conocimiento de las consignas de movimiento Cii de cada eje que permiten evaluar las aceleraciones requeridas al nivel de cada parte del brazo de robot 4. Teniendo en cuenta la estructura del brazo de robot 4, la prediccion del par Fi en el arbol de cada motor del brazo de robot 4 debe tener en cuenta las consignas de movimiento Cii de todos los ejes A1 a A6. Una vez establecida la prediccion de par Fi, se traduce en consigna de corriente aplicando los datos o « constantes » 46 de los motores y se transmite a los controladores de motores 61 a 66 para ser incorporada en la entrada de los bucles de control 50 de las corrientes de alimentacion de las fases de los motores.
[0034] Segun una variante, el calculo de la prevision del par Fi a suministrar al nivel de cada articulation puede utilizar tambien las posiciones angulares Pi de los ejes del brazo de robot 4.
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[0035] La prediccion del par Fi, con i entre 1 y 6, aplicada a las articulaciones es aun mas precisa porque tiene en cuenta las cargas a transportar por el brazo de robot 4. Cada carga se caracteriza por una masa, la posicion de su centro de gravedad y su matriz de inercia y tambien el grado de libertad al cual esta restringida. El programador de la central de control 8 puede declarar las cargas transportadas con respecto a cada eje de control de movimiento del brazo de robot 4. Por ejemplo, para una carga transportada al nivel de la brida de herramienta 400, declarara una carga a traves de los comandos dedicados al eje de control A6. Para una carga transportada al nivel de la parte delantera del brazo 402, declarara una carga a traves de los comandos dedicados al eje de control A4. Estas declaraciones de carga transportadas pueden hacerse de manera aslncrona, es decir sin comunicacion clclica entre la central de control 8 y la unidad de calculo 10. Tambien pueden hacerse de manera slncrona, lo cual permite hacer variar la carga transportada en cada orden enviada por la central de control 8 y adaptar el pilotaje del brazo de robot 4 a una secuencia de movimientos en el transcurso de la cual el brazo de robot capturara y transportara una carga antes de soltarla y emprender otro desplazamiento.
[0036] El procedimiento segun la invencion permite tener en cuenta cargas transportadas al nivel de la unidad de calculo 10 de tal manera que pueda simplificar la formacion de la central de control 8.
[0037] El procedimiento segun la invencion tambien permite una mejora de la precision de la trayectoria de una herramienta no representada colocada en el extremo del brazo de robot 4 teniendo en cuenta las deformaciones del brazo de robot bajo el efecto de la carga. Estas deformaciones pueden ser resultado de la flexibilidad de los elementos de estructura tales como los brazos o los elementos de transmision tales como las correas o los reductores. A partir de las consignas de movimiento de cada eje, el modelo dinamico 44 predice cada par Fi, con i entre 1 y 6, aplicado a las articulaciones debido a la gravedad y a las fuerzas de inercia. Estos pares Fi permiten obtener, aplicando una matriz de flexibilidad propia del brazo de robot 4, las desviaciones articulares Di, con i entre 1 y 6, debidas a las deformaciones. Como las desviaciones articulares Di permiten aportar una compensacion a las deformaciones del brazo de robot 4, se anaden entonces a las consignas de movimiento de cada eje y por lo tanto se consideran en el calculo de las ordenes de movimiento O1i, con i entre 1 y 6, para cada uno de los motores M1 a M6 pilotados por los controladores de motor 61 a 66.
[0038] Estas desviaciones articulares Di tambien se restan a las posiciones angulares Pi, con i entero entre 1 y 6, de las partes moviles alrededor de los ejes A1 a A6 del brazo de robot 4, que provienen de la aplicacion del modelo cinematico inverso de transmision 40 a las posiciones angulares de los arboles de cada motor del brazo de robot 4.
[0039] Como variante, el calculo de las desviaciones articulares Di puede establecerse considerando solamente la parte de los pares Fi correspondiente a la gravedad, es decir a las fuerzas estaticas.
[0040] El procedimiento segun la invencion tambien considera los eventuales defectos de funcionamiento de cada una de las partes del robot 4. La unidad de calculo 10 del dispositivo de control 6 del brazo de robot 4 supervisa el funcionamiento del conjunto de los controladores de motores 61 a 66. Emplea programas que permiten detectar les defectos de funcionamiento al nivel de los controladores de motores 61 a 66, de los motores M1 a M6 o de los codificadores 12. En el caso en que se produce una averla del motor, la unidad de calculo 10 procede a la parada de todos los otros motores del brazo de robot 4 y ordena la emision, con destino a la central de control 8, de un telegrama de datos T2 en el cual no solamente el eje cuya rotacion esta normalmente permitida por el motor en cuestion se declara como estando en fallo de funcionamiento, sino tambien todos los ejes del brazo de robot 4. Dicho de otro modo, un fallo de funcionamiento en uno de los ejes del brazo de robot 4 provoca la declaracion de la imposibilidad de funcionar del conjunto del brazo de robot. Esta informacion es enviada a la central de control 8.
[0041] En la medida en que la central de control 8 no tiene que gestionar la puesta en fallo de todos los ejes del robot, su programacion se simplifica. Ello permite evitar la comunicacion entre cada controlador de motores 61 a 66 y la central de control 8, lo cual acelera el tratamiento de los defectos y mejora la puesta en seguridad del brazo de robot 4.
[0042] Tal como se acaba de describir, la unidad de calculo 10 garantiza la coherencia del comportamiento del brazo de robot 4 en caso de fallo en uno de los ejes A1 a A6. Lo mismo ocurre con la puesta bajo tension de uno de los ejes del brazo de robot 4. Cada uno de los motores M1 a M6 debe entonces necesariamente ser puesto fuera de tension. Ademas, por razones de seguridad, la puesta bajo tension de un motor debe ser precedida por el apriete de frenos que permite parar la rotacion de los motores. La consigna de puesta bajo tension del brazo de robot 4 proveniente de la central de control 8 es aplicada por la unidad de calculo 10 a cada uno de los controladores de motores. A partir del momento en que una consigna de puesta bajo tension de uno de los ejes Ai, con i entero entre 1 y 6 del brazo de robot 4, es detectada por la unidad de calculo 10, esta consigna se generaliza a todos los motores M1 a M6 del brazo de robot 4 La unidad de calculo 10 envla entonces a cada controlador de motor 61 a 66 una orden O'i, con i entre 1 y 6, de puesta bajo tension de los motores M1 a M6. Durante el corte efectivo de la corriente, la unidad de calculo 10 se asegura de que los arboles de cada uno de los motores del brazo de robot 4 se han frenado efectivamente con la finalidad de evitar cualquier accidente. Cuando todas las verificaciones han sido efectuadas, la unidad de calculo 10, emite, un telegrama T3 que especifica a la central de control 8 que todos los ejes Ai, con i entero entre 1 y 6, del brazo de robot 4 han sido puestos fuera de tension.
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[0043] El procedimiento de la invencion permite la mejora de la sincronizacion de los movimientos gestionados por la central de control 8. Se basa en un modelo de comunicacion cliente-servidor en el cual la central de control 8 es el servidor. El bus 14 permite un modo de comunicacion slncrono. La comunicacion entre la central de control 8 y el dispositivo de control 6 del brazo de robot 4 mediante el bus 14 se hace a una frecuencia, llamada frecuencia de comunicacion, cuyo valor esta adaptada al numero de dispositivos, tales como los controladores de motores, a controlar.
[0044] La unidad de calculo 10 funciona a una frecuencia, llamada frecuencia de control, cuyo valor es mas elevado que la de la frecuencia de comunicacion.
[0045] El control efectuado en el seno de un controlador de motores 61 a 66 se hace a una frecuencia, llamada frecuencia de sometimiento, cuyo valor es mas elevado que la de la frecuencia de control. Son necesarios entonces unos calculos entre cada transmision de orden de movimiento O1 i para los motores de la unidad de calculo 10 al controlador de motor. Estos calculos se realizan, en el seno de cada controlador de motores 61 a 66.
[0046] El programa de funcionamiento de la celula de trabajo automatizada 2 llevado a cabo por la central de control 8 genera unas consignas C1i y necesita el conocimiento de las posiciones angulares Pi de los ejes del brazo de robot 4. En cada transmision de consigna C1 i, la central de control 8 solicita las posiciones angulares de cada uno de los ejes del brazo de robot 4. La unidad de calculo 10 dispone de las posiciones de los arboles de cada motor gracias a los codificadores 12. Le vienen de los controladores de motores 61 a 66 y le permiten calcular las posiciones angulares Pi de los ejes del brazo de robot 4 aplicando el modelo cinematico inverso de las transmisiones 40. Estos tratamientos y estas transmisiones de datos generan unos retardos susceptibles de de-sincronizar la unidad de calculo 10 y la central de control 8. Para evitar esta desincronizacion, la unidad de calculo 10 fecha las informaciones de posicion angular provenientes de los controladores de motores 61 a 66. Cada medida de la posicion angular del arbol del motor detectada por los codificadores 12 esta por lo tanto asociada a una fecha de medida. Como la comunicacion por el bus 14 es de tipo slncrono, la unidad de calculo 10 sabe en que momento debera emitir los valores de posicion angular Pi de los ejes del brazo de robot 4 a demanda de la central de control 8. Se corrigen entonces en funcion de la fecha de medida, en funcion del movimiento supuesto del brazo del robot 4 en el momento de la medida y del intervalo de tiempo que separa la fecha de medida de la fecha de transmision a la central de control 8. La unidad de calculo 10 efectua una sincronizacion.
[0047] En otra variante, el procedimiento segun la invencion puede ser llevado a cabo con un bus CAN (Controller area network) que integra una capa aplicativa CANopen. Es tambien compatible con los protocolos de comunicacion Powerlink y EtherCAT.
[0048] Segun otra variante, los ejes de control de movimiento del brazo de robot 4 se escogen como siendo los ejes cartesianos X, Y, Z, y las rotaciones correspondientes Rx, Ry, Rz en lugar de los ejes A1 a A6 del brazo de robot 4. El programador de la central de control 8 expresa entonces los desplazamientos deseados del extremo del brazo de robot 4 segun 3 direcciones X, Y y Z y la orientacion del extremo del brazo de robot 4 segun las rotaciones Rx, Ry y Rz alrededor de los ejes X, Y y Z. En este caso, la central de control 8 transmite al dispositivo de control 6 del brazo de robot 4 unas posiciones cartesianas a alcanzar. Ello permite simplificar la programacion de la central de control 8, en la medida en que no es necesario incluir en esta las caracterlsticas especlficas del robot controlado. La unidad de calculo 10 incorpora el modelo geometrico inverso del brazo de robot 4 y lo emplea para determinar las consignas de desplazamiento con destino a los controladores de motores 61 a 66. Asimismo, la unidad de calculo 10 incorpora y emplea el modelo geometrico directo que permite calcular antes de transmitir a la central de control 8 las posiciones de los ejes de control de movimiento X, Y, Z, y las rotaciones correspondientes Rx, Ry, Rz a partir de las posiciones angulares de los arboles de cada motor del brazo de robot 4.
[0049] La invencion no se limita a la utilizacion de un robot con 6 grados de libertad y se puede aplicar por ejemplo a unos robots con 7 grados de libertad. En este caso, el programador podra ventajosamente escoger como ejes de control de movimiento los ejes cartesianos X, Y, Z, y las rotaciones correspondientes Rx, Ry, Rz de desplazamiento del extremo del brazo de robot. La unidad de calculo del dispositivo de control del brazo de robot llevara a cabo el modelo geometrico inverso sofisticado que permite resolver las redundancias.
[0050] La invencion se ha descrito con un dispositivo de control del robot 6 que comprende una tarjeta de comunicacion 60, una unidad de calculo 10 y unos controladores de motores 61 a 66. La unidad de calculo 10 es capaz de tratar las informaciones provenientes de la central de control 8 y generar consignas de desplazamiento con destino a los controladores de motores 61 a 66. Estos controladores de motores 61 a 66 son funcionalmente asimilables a unos controladores de eje usuales tales como los controladores de eje 121 y 122. Reciben consignas de posicion y garantizan el pilotaje controlado de las corrientes que alimentan a las fases de los accionadores electricos. Sin embargo, la invencion se aplica tambien a una estructura que emplea una unidad de calculo directamente capaz de generar las consignas de corriente con destino a tarjetas de potencia no representadas. Estas tarjetas de potencia son capaces de controlar las corrientes que circulan por las fases de uno o varios accionadores electricos. La invencion no se limita por la estructura del dispositivo de control 6 del brazo de robot 4.
[0051] Segun una variante de la invencion, las ordenes para cada uno de los motores M1 a M6 pilotado por un controlador de motor se determinan a partir de varias, y no del conjunto, consignas C1i, con i entero entre 1 y 6, recibidas de la central de control 8.
Claims (9)
- 5101520253035404550556065REIVINDICACIONES1. Procedimiento de control de una celula de trabajo (2) automatizada que comprende- al menos un brazo de robot (4), con al menos tres grados de libertad pilotados segun varios ejes de control (A1-A6, X, Y, Z, Rx, Ry, Rz)- una central de control (8), adaptada para controlar el funcionamiento de la celula de trabajo (2) automatizada a partir de los programas (30),- un dispositivo (6) de control del brazo de robot (4), que incluye varios controladores de motores (61-66) que pilotan cada uno el funcionamiento de un motor (M1-M6) adaptado para maniobrar al menos una parte del brazo del robot(4),- un bus (14) de comunicacion entre la central de control (8) y el dispositivo de control del brazo del robot (4),caracterizado por el hecho de que el bus (14) es un bus de terreno que soporta un modo de comunicacion slncrono para ciclos de comunicacion, y por el hecho de que el procedimiento comprende etapas consistentes en:a) transmitir consignas de movimiento (On), emitidas por un generador de trayectoria (34) de la central de control (8) para el pilotaje de los ejes de control, a una unica unidad de calculo (10) que pertenece al dispositivo (6) de control del brazo de robot (4);b) calcular en el seno de la unidad de calculo (10), de manera interdependiente y a partir de varias de las consignas (C1i) recibidas de la central de control (8), unas ordenes (O1i, O2i, O'i) para cada uno de los motores (M1-M6) pilotado por un controlador de motor (61-66); yc) transmitir a cada controlador de motor una orden (O1i, O2i, O'i), determinada en la etapa b), para el motor (M1-M6) pilotado por este controlador de motor.
- 2. Procedimiento de control segun la reivindicacion 1, caracterizado por el hecho de que comprende etapas suplementarias consistentes en:d) transmitir, a partir de cada controlador de motor (61-66) y con destino a la unidad de calculo (10), la posicion del motor (M1-M6) que pilota;e) calcular, en el seno de la unidad de calculo (10) y a partir del conjunto de las posiciones de los motores, las posiciones (Pi, Pc) de cada uno de los ejes de control (A1-A6, X, Y, Z, Rx, Ry, Rz) del brazo de robot (4);f) transmitir a la central de control (8) las posiciones (Pi, Pc) calculadas en la etapa e).
- 3. Procedimiento de control segun la reivindicacion 2, caracterizado por el hecho de que comprende etapas suplementarias consistentes en:g) calcular, en el seno de la unidad de calculo (10) y a partir del conjunto de las posiciones de los motores, la velocidad cartesiana (V(B)) de un punto caracterlstico (B);h) comparar la velocidad cartesiana (V(B) calculada con un valor umbral;i) transmitir a partir de la unidad de calculo (10) y con destino a la central de control (8) una senal de alerta si la velocidad cartesiana (V(B)) es superior al valor umbral.
- 4. Procedimiento de control segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que, en la etapa b) se calculan unas ordenes de movimientos (O1i) que comprenden las posiciones a alcanzar para cada motor (M1-M6) para respetar las consignas (C1i) emitidas por la central de control (8).
- 5. Procedimiento de control segun la reivindicacion 4, caracterizado por el hecho de que en la etapa b), el calculode las ordenes de movimientos (O1i) para cada motor (M1-M6) se acompana con una prevision (Fi) del par a suministrar para cada motor, a partir de las consignas (C1i) emitidas por la central de control (8).
- 6. Procedimiento de control segun la reivindicacion 5, caracterizado por el hecho de que las consignas (C1i)emitidas por la central de control (8) contienen informaciones acerca de la carga transportada para al menos un eje de control de movimiento (A1-A6).
- 7. Procedimiento de control segun cualquiera de las reivindicaciones 5 y 6, caracterizado por el hecho de que las posiciones a alcanzar para cada motor (M1-M6) para respetar las consignas (C1 i) emitidas por la central de control (8) incluyen una compensacion (®i) de las deformaciones del brazo de robot (4) calculada a partir de al menos una parte de las previsiones de par (Fi).
- 8. Procedimiento de control segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que comprende una etapa consistente en:j) transmitir a la central de control (8) una senal (To, T3) representativa del estado de puesta en tension del brazo de robot (4), en el cual el brazo del robot (4) respectivamente se declara como listo para funcionar o se ponen fuera de tension solamente si todos los motores (M1-M6) se ponen en tension o se ponen fuera de tension y se frenan.5 9. Procedimiento de control segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de quecomprende una etapa consistente en:k) transmitir a partir de la unidad de calculo (10) y con destino a la central de control (8) una senal (T2) representativa del estado de funcionamiento de todas las partes del brazo de robot (4), en el cual todas las partes del brazo de10 robot (4) se declaran como estando en fallo si al menos una de estas partes se detecta como que no funciona.
- 10. Procedimiento de control segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el bus (14) funciona en un modelo de interfaz de tipo SERCOS.15 11. Procedimiento de control segun la reivindicacion 10, caracterizado por el hecho de que la central de control (8)se comunica con la unidad de calculo (10) utilizando los comandos del perfil de material « Profile drive ».
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