SE455683B - Automatrobot, serskilt for svetsning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 40 455 683 2 för bortkoppling eller minskning av den eljest verksamma inte- grerande faktorn i regleringens återkopplingsslinga, varvid bör- värdet inställes till ett läge "innanför" det svetsade objektet, samt armen bringas att rulla eller glida emot objektets yta.

Det är välkänt att man vid en reglering, där återkoppling bara sker av skillnaden mellan är=och börvärden, erhåller ett regler- fel som är omvänt proportionellt emot reglerslingans förstärkning.

Det är också välkänt att man normalt eliminerar detta reglerfel, denna inbyggda avvikelse, genom att i reglerslingan inlägga en in- tegrering, så att till ingången på servosysstemets förstärkare ledes summan av skillnaden mellan ärvärde och börvärde och ett under viss tid integrerat värde på denna skillnad. Normalt sker denna integrering med större vikt för senare inträffad avvikelse, oftast via en integrerad RC-krets med lämplig tidskonstant.

Enligt uppfinningen skall alltså i robotsystemet åtminstone för en av frihetsgraderna finnas en möjlighet att urkoppla eller däm- pa denna integrenïfie faktor i styrsystemet. Man kan då programme- ra robotarmens bana så att svetspistolen faller "innanför" eller "under" den önskade banan för svetsfogen, varvid svetspistolen kommer att av servosystemet vilja pressas emot arbetsstycket. Om man då anordnar ett avbärningsmedel, såsom en sporre, ett hjul el- ler en trissa till att bära av emot arbetsstycket, så kommer av- bärningsmedlet att löpa med ett tryck mot arbetsstycket, vilket tryck är proportionellt mot skillnaden mellan ärvärdet och det ouppnåeliga börvärdet, samt mot servosystemets förstärkningsfak- tor. Det är lämpligt att programmera roboten på sådant sätt, att en av dess rotationsaxlar är vínkelrät emot riktningen av den svetsfog som skall utföras. Det kan vara lämpligt att låta denna axel vara en axel som ligger långt ut på robotarmen, eftersom mot dess fäste liggande rotationsaxlar ger olika stort vridmoment vid längre eller kortare utsträckningslängder för armen. Alternativt kan man låta förstärkningsfaktorn variera med utslaget.

Vid vissa bankonfigurationer kan det vara svårt att få en rota- tionsaxel att vara vinkelrät eller nära vinkelrät emot rikt- ningen för en programmerad bana. Det är då möjligt att låta integreringsfaktorn vara urkopplad i tvâ olika servosystem, styrande var sin rotationsaxel. För den händelse svetsfogen själv har goda styrande egenskaper, t.ex. vid en kälfog mellan två vinklade plåtar, bereder den "slapphet" i robotarmen som 10 15 20 25 30 35 40 j 455 ess frånvaro av integrering i två frihetsgrader ger upphov till, inga särskilda svårigheter. Samma gäller vid en stumfog mellan två djupt fasade plåtar, där ett styrande spår för avbärnings- medlet kan verksamt bestämma svetsfogen. I Om arbetsstycket emellertid saknar dylik spårningsverkan och en pressverkan ej kan nås någorlunda vinkelrätt mot arbetsstyckets yta bara med en av rotationsaxlarna, är det möjligt att ordna en kompenserad integreringsverkan sådan att integreringsverkan bara uppnås för fel i läget som är sidfel i förhållande till önskad fogsuák$ning.Detta kan uppnås därigenom att två servosystem har var sina medel för bortkoppling av integreringseffekten, varjämte man anordnar en beräkningskrets som beräknar två kom- ponentsignaler, vardera utgörande en viktad summa av skillnaden mellan ärvärde och börvärde för de båda systemen, vilka kompo- nentsignaler efter integrering tillföres var sitt av servo- systemen i stället för integrerade, systemegna signaler. Om exempelvis de båda frihetsgraderna bildar en viss vinkel mot varandra och alla viktsfaktorerna är ett, kan man få kombina- tionen av de båda servosystemen att verka enligt uppfinningen i bissektisriktningen för dessa men ha full PI-reglerande verkan vinkelrätt däremot.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas i icke-begränsande utförings- exempelform. Pig. 1 visar en robotarm med dess frihetsgrader.

Pig. 2 visar en schematisk reglerkrets för en av motorerna till en robotarm. Fig. 3A-C och 4A-B visar exempel på avbärnings- medel. Pig. 5 visar schematiskt en koppling för åstadkommande av ett servo som är "mjukt" i en komposantriktning till två servostyrda rotationsaxlar.

Pig. 1 visar en robotarm av vår modell IRB 6. Det framgår därav, att den har 5 rotationsaxlar, genom vilka svängning är möjlig.

Ehuru det ej framgår omedelbart av figuren, finns för varje rotationsaxel en motor och en därtill kopplad resolver för lägesavkänning, och styrning av dessa sker via ett datorsystem.

Då denna konstruktion numera är känd och denna och liknande robotarmar är vitt spridda på marknaden, finns ingen anledning att här ingå i detalj på en beskrivning.

Emellertid visas i figi 2 ett schematiskt servosystem för en av 10 15 20 25 30 35 40 455 ess 4 axlarna i en robotarm. Motorn 2 avkännes till sitt läge av en givare s.k. resolver. Ehuru denna normalt är analogt verkande och styrsystemet till stor del är digitalt, genom att de kretsar som behövs för analog-digital-omvandling har figuren förenklats ej visats. Sålunda antages den förenklingen, ändamålsenligt för föreliggande uppfinnings beskrivning, att resolvern 3 avger en ärlägessignal, som jämföres med en börvärdessignal från en bör- värdesgivare l. I själva verket kommer den felsignal som här visas härrörande från kretsen 4, från en A/Dekrets som samverkar med datorn, som ej är visad. Fig. 2 skall därför uppfattas som en schematisk figur för visande av principen för en återkoppling.

Felsignalen ledes till en förstärkare, schematiskt visad som 5, och dess utsignal är ledd till en drivenhet 6, som ger motorn 2 dess drivström. Till förstärkaren 5 finns ett âterkopplingsnät 7, vilket är försett med strömställare 12 och 13, varigenom man kan omkoppla detta. Motståndet 10 och kondensatorn ll utgör en integrerande krets, medan motstånden 8 och 9 utgör ett resistivt nät. Om strömställaren 13 är sluten, förbikopplas den integrerande kretsen, och man får en ren P-reglering. Normalt är emellertid den integrerande kretsen inkopplad och ger en PI-reglering. skall erhålla en god reglering sådan att börvärdet innehålles. Eljest Som bekant är PI-reglering normalt nödvändig för att man kommer nämligen âterföringen mot börvärdet att avstanna innan detta nåtts.

Enligt uppfinningen utnyttjas emellertid en särskild egenskap hos en P-reglering, i det att man kan utöva ett yttre vridmoment på motorns axel, varvid motorn vill motverka detta vridmoment under utövande av en motkraft, som är proportionell mot det genom det yttre vridmomentet orsakade lägesfelet. Motorn kommer alltså med ett dylikt servosystem att uppträda med en fjäder- kraftsverkan. Detta utnyttjas enligt uppfinningen på så sätt, att man inställer ett börvärde, som är ouppnåeligt på grund av geometriska tvångsvillkor, varvid en kraft kommer att utövas emot arbetsstycket.

Vid uppfinningens tillämpning är en svetspistol av i och för sig känt slag fästad ytterst vid änden'till en robotarm sådan som visas i fig. 1. Det framgår av fig. l att vridningsaxlarna» 10 15 20 25 30 35 40' 455 683 ger upphov till fem frihetsgrader. Vid uppfinningens tillämpning är det lämpligt att förse minst en av lederna med ett omkopplings- bart senx>enligt fig. 2. Om exempelvis frihetsgraden betecknad 2 nd(B) förses med den uppfinningsmässiga modifikationen, kan svetsning enligt uppfinningen ske i en riktning som är vinkelrät mot eller huvudsakligen vinkelrät emot denna axelriktning.

Enligt uppfinningen bör man då förse svetspistolens ände med lämpliga avbärningsmedel, eftersom svetspistolen skall bära emot arbetsstycket och dragas under friktion mot detta. Avbärnings- donet kan vara en sporre eller rent av en kant på själva svets- pistolen, men man föredrar något hjul- eller trissaktigt medel, varigenom friktionskraften kan minskas. Pig. 3A-C och fig. 4A-B visar lämpliga dylika medel härför. Fig. 3A-C visar därvid ut- föringsformer med ett enda, mot själva fogen eller dess förläng- ning avbärande hjul, närmast för en kälfog. En kälfogssvets är i figurerna betecknad med 21, och en svetspistol 20 sitter på en ej visad robotarm. Pâ svetspistolen 20 sitter en hållare 24 för en stång 24, vars inställning är ställbar, med ett därpå lagrat hjul 22. I det i fig. 3B visade utförandet är hjulet 22' försett med ett spår, så att fogen går fri, för den händelse man vill arbeta med stickande svetsningsriktning, och som dessutom ger plats åt i förväg svetsade häftor. Den i fig. 3C visade utföringsformen har ett hjul 22", som bär direkt emot det ställe, där fogen senare skall läggas.

Fig. 4A-B visar en annan utföringsform med två roterbara hjul 25. Dessa sitter på en reglerbar stång 23', fästad på samma sätt som i fig. 3A, men stången 23' är gaffelformat förgrenad och hjulen 25 sitter på var sin skänkel därav och är avsedd att bära emot arbetsstyckets båda delar som skall hopsvetsas med hälfog. I fig. 5 visas schematiskt en utföringsform för att göra ett servosystem, där rörelsen för tvâ olika frihets- grader är koordinerad, när det gäller integreringsfaktorn. De detaljer som är gemensamma med fig. 2 har erhållit lika referens- beteckningar, ehuru växlingsmöjligheten (l2,l3) i fig. 2 ej utritats, utan 7 och 7' är visade som funktionella resistansnät.

Omkopplingsmöjligheterna enligt uppfinningen framgår alltså ej, detta i förenklingens intresse.

Förutom ett P-nät finns alltså särskilt kombinerat I-nät i form 10 15 20 25 30 35 455 .683 av delarnät 50, 50' för uttagning av ställbara proportioner av reglerfelen, vilka multipliceras med en felfaktor för den resp. andra reglerfelsfaktorn i multiplikationskretsar 51, 51', var- efter resultaten behandlas i integrerande kretsar 52, 52' och summeras för tillförsel på resp. förstärkaringångar. Man får då en uppstyvning av servoverkan, sett i ett av de båda friktions- graderna definierat plan, utefter en av de ställbara konstanterna k, k' bestämd riktning, medan den uppfinningsmässiga fjädrings- verkan erhålles i en annan riktning i vinkel däremot. Man inser att denna princip vid tillämpningen måste ta hänsyn till robot- armens konfiguration, i det att robotarmens olika rotationsaxlar verkar med olikstora hävarmslängder, men den ovanstående redogörel- sen torde vara väl tillräcklig för att fackmannen skall kunna an- passa en robotarm och dess styrkretsar för varje föreliggande behov.

I många fall kan emellertid arbetsstyckets läge anpassas i för- hållande till robotarmens konfiguration, på sådant sätt, att eftergivlighet på grund av frånvaro av I-reglering uppnås i den för arbetsstyckets form lämpligaste riktningen, t.ex. mot det spår, där en kälfog skall läggas. ' I den föregående beskrivningen har endast talats om svetsning.

Uppfinningen kan emellertid användas vid en mångfald andra ar- beten, t.ex. vid gradning, applicering av lim, kitt eller dylikt, m.m.

Uppfinningen har nu beskrivits på ett ganska generellt sätt.

Uppenbart kan fackmannen vid de behov som han konfronteras med i praktiken genomföra en mångfald variationer, och ehuru t.ex. endast visats tillämpningen avseende kälfogen kan den med fram- gång tillämpas vid alla de fall, där arbetsstycket form medger lämpliga styrytor, t.ex. vid en grövre stumfog, där de befintliga avfasningarna ger upphov till en V-formig skåra.

Uppfinningen är särskilt användbar vid sådana tillfällen, då vid serieproduktion olika arbetsstycken kan vara i viss mån inbördes olika, ojämna och liknande, där ett hänsynstagande till dylika toleranser lämpligen kan ske genom att själva materialets p. 455 683 yttre form göres styrande på svetsfoqens förläggning i rummet.

Claims (3)

Patentkrav

1. Automatrobot. särskilt för svetsning. försedd ned en rör- lig. för uppbärande av en svetselektrod för bågsvetsning av- sedd robotarm. som är servostyrd för armens rörelse med flera frihetsgrader (fig. l). varvid i servostyrningen för varje frihetsgrad för armen ingår ett servosystem (fig. 2) som under jämförelse mellan ett uppmätt ärvärde för armens läge och ett förutbestämt börvärde styr motormedel (2) till ärvärdets när- mande till börvärdet. och varvid börvärden för de olika fri- hetsgraderna är hämtade från en dator (1). samt resp. servo- system har en återkopplingsslinga (7), som är både propor- tionellt och integrerande reglerande. varvid nämnda återkopp- lingsslinga i åtminstone ett av servosystemen har medel (12, 13 ) för bortkoppling eller minskning av den integrerande faktorn (10. ll) i regleringen. k ä n n e t e c k n a d av att i nämnda med bortkopplingsmedel försedda servosystem även finns ett organ (1) för ändring av dess börvärde. varjämte armen nära svetselektrodens plats är försedd med ett avbär- ningsmedel (fig. 3. 4) såsom ett hjul. en trissa eller en sporre. anordnat för att avbära emot ett för svetsning avsett arbetsstycke då det nämnda börvärdet är inställt till ett värde motsvarande ett armläge som armen är genom nämnda av- bärning mekaniskt förhindrad att intaga.

2. Automatrobot enligt krav l. k ä n n e t e c k n a d av att tvâ av servosystemen. motsvarande var sin frihetsgrad. har var sina medel för bortkoppling av den integrerande faktorn i regleringen. varjämte felsignaler från de båda reglersystemen är kopplade till en beräkningskrets (51. 5l') för alstring av två komponentsignaler utgörande viktade summor av nämnda fel- signaler, tvâ integreringsmedel (52, 52') för integrering av resp. viktade summor samt medel för överföring av de sålunda viktade och integrerade felsignalerna till var sitt av servo- systemen för att där läggas till dess styrande felsignal, varigenom en servoreglering utan íntegrerande faktor erhålles 9 4o5 683 för en riktning som är en vektorsumma av en första vektor motsvarande en första fríhetsgrad och en andra vektor motsva- rande en andra fríhetsgrad.

3. Automatrobot enligt Krav 1. k ä n n e t e c X n a d av att avbärningsmedlet består av två parallella hjul (fíg. 4A - - B), vars axlar är vínkelräta emot en förutbestämd svetsríkt- ning för svetselektzoden.