SE512338C2 - System och metod för reglering av en robot - Google Patents

Description

10 512 338 2 des inställda läget av positioneringshuvudet förekommer inte, vilket innebär att kraft- och temperaturpåverkan på ställdon, leder, positioneringshuvud etc., leder till en differens mellan det inställda önskade börläget och det verkliga ärvärdet.

Denna differens mellan börläge och ärläge är otillfreds- ställande och leder till en minskad noggrannhet vid an- vändningen av roboten.

UPPFINNINGENS SYFTE: Föreliggande uppfinning syftar till att öka noggrannheten vid en robot av ovan angivet slag.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN: Detta syfte uppnås genom att anordna ett àterkopplat reg- lersystem som komplement till befintligt styrsystem. Ut- märkande för uppfinningen är för det första att befintligt styrsystem och àterkopplat reglersystem anger positione- ringshuvudets koordinater i olika koordinatsystem. För det andra är sensorerna till det àterkopplade reglersystemet placerade för mätning pà en i roboten rörlig och i dess rörelse medbringande men spänningslös del. Delen är såle- des av arbetsprocessen vare sig temperaturpàverkad eller kraftpàverkad.

Uppfinningen avser härvid ett reglersystem för en robot, vilken robot innefattar minst tre i längdriktningen för- längnings- och förkortningsbara ställdon. Varje ställdon är via en första led fixerat i en fast stomme, så att var- je ställdon är allsidigt svängbart relativt stommen. Varje ställdon är vidare i ena änden via en andra led infäst i ett rörligt positioneringshuvud. En stel arm är förbunden med och utgående från positioneringshuvudet och anordnad mellan ställdonen varvid armen är radiellt styrd men axi- ellt förskjutbart lagrad i en relativt till och med stom- 4| 512 338 3 men fast förbunden universalled. Varje ställdon är vardera försett med en längdsensor LS1,LS2,LS3, vilka sensorer bil- dar en del av ett styrsystem S1 för styrning av positione- ringshuvudets läge (X,Y,Z) i robotens arbetsrymd. Styrsys- temet samverkar härvid med ett àterkopplat reglersystem R2 anordnat att korrigera positioneringshuvudets läge (X,Y,Z) i arbetsrymden. Styrsystemet S1 och reglersystemet R2 ar- betar efter olika koordinatsystem.

Uppfinningen avser vidare en metod för reglering av läget av en robots positioneringshuvud, varvid, a)ett styrsystem styr positioneringshuvudet enligt ett kartesiskt koordinatsystem, b)ett reglersystem känner av positioneringshuvudets läge enligt ett sfäriskt koordinatsystem, c)en koordinattransformation görs av positioneringshuvu- dets läge från det sfäriska koordinatsystemet till det kartesiska koordinatsystemet, d)den erhållna avvikelsen mellan börläge och ärläge i det kartesiska koordinatsystemet adderas till positione- ringshuvudets tidigare börläge varvid ett nytt börvärde erhålles, e)positioneringshuvudets läge ändras till detta nya bör- värde, f)stegen a) - e) upprepas för en kontinuerlig reglering av . börläget.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA: I det följande kommer uppfinningen att närmare beskrivas genom utföringsexempel refererande till bifogade ritnings- figurer.

Figur 1 visar en frontvy av roboten enligt uppfin- ningen.

Figur 2 visar en perspektivvy av en fix hållare till en universalled enligt uppfinningen.

Figur 3 visar en perspektivvy av en centralarm styrd i 512 338 4 universalleden där leden är försedd med senso- rer arbetande i ett separat koordinatsystem enligt uppfinningen.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN: Uppfinningen är direkt anpassad till en robot 1 med minst tre i längdriktningen förlängnings- och förkortningsbara ställdon 2,3}4 där varje ställdon via en första led ,30,40 är fixerat i en fast stomme 6, så att varje ställdon 2,3,4 är allsidigt svängbart relativt stommen 6.

Varje ställdon är vidare i ena änden via en andra led 2l,31,41 infäst i ett rörligt positioneringshuvud 8. Dess- utom är en mellanliggande arm 10 anordnad mellan ställdo- nen 2,3,4 samt utgående från positioneringshuvudet 8. I figur 1 är ett ställdon 3 med dess första led 30 och andra led 31 skymd av denna mellanliggande arm 10, men motsva- rande delar indikeras med pilar. På motsvarande sätt som 'visas i patentet SE 8502327-3 (452 279) är vart och ett av ställdonen utförda som en kolv som förskjuts i en cylin- der.

Armen 10 är förbunden med positioneringshuvudet 8 och sträcker sig upp mellan ställdonen samt är radiellt styrd i en universalled 12 fast förbunden med stommen 6. Univer- salleden 12 tillåter armen att glida axiellt genom leden men är därvid radiellt styrd. Vidare tillåter universalle- den 12 armen 10 att vridas kring en första axel en vinkel d samt kring en andra axel vinkeln ß. Den första axeln och den andra axeln korsar varandra under vinkeln 90°.

Varje ställdon 2,3,4, manövreras vardera av en motor 22,32,42, gare bestämt rörelseschema. Rörelseschemat ligger till företrädesvis av elektrisk typ enligt ett tidi- grund för ett styrsystem S1 vilket aktiverar respektive motor 22,32,42 till att förlänga resp. förkorta ställdonen 2,3,4 vilket resulterar i en förflyttning av positione- ringshuvudet 8 till ett bestämt läge i dess arbetsrymd, 512 338 eller till att kontinuerligt förflytta positioneringshuvu- det 8 längs en given kurva i arbetsrymden. Varje ställdon vardera är försett med en vinkelgivare som mäter motorlä- get vilket representerar ställdonets längdläge och således är synonymt med en längdsensor LS1,LS2,LS3, vilka sensorer bildar en del av styrsystemet S1 för styrning av positio- neringshuvudets läge X,Y,Z i robotens arbetsrymd. Således styrs positioneringshuvudet 8 till ett läge X;Y,Z i ett kartesiskt koordinatsystem, vilket indikeras med koordi- natsystemet i figur 1. Som även framgår av figur 1 är till positioneringshuvudet 8 anslutet ett verktygshuvud 14 med anslutningsorgan 16 vilka bestämmer om roboten skall vara 4-, 5-, eller 6~axlig. Även fler än sex axlar är tänkbart.

Figur 2 visar en del av roboten med bl.a. armen 10 och ett universalledshus 13 från vilket den inre delen av univer- salleden 12 är bortmonterad. Universalledshuset 13 bär vi- dare utvändigt upp ställdonens första leder 20,30,40. Som framgår av figur 2 är samtliga dessa första leder av uni- versaltyp, dvs. ställdonen kan vrida sig i leden kring två vinkelräta axlar. Lederna ger emellertid inte ställdonen möjlighet att förskjutas axiellt genom leden. Rörelsen i axiell led àstadkoms som tidigare beskrivits genom att ställdonen förlängs eller förkortas.

Figur 3 visar armen 10 och de inre delarna av universalle- den 12 dvs. de delar som är monterade i universalledshuset 13. Dessa inre delar består av en innerring 18 och en yt- terring 19. Armen 10 är glidbart lagrad i innerringen 18 men vridbart làst via pà armen 10 motsatt placerade glidskenor 50 vilka löper i anpassade skenhàllare 51 i in- nerringen. Utvändigt är innerringen försedd med fasta mot- stående lagertappar 60 vridbart lagrade i ytterringen 19.

Vidare är ytterringen försedd med fasta motstående lager- tappar 70 lagrade i universalledshuset 13. Samtliga lager- tappar är anordnade i ett och samma plan men en axellinje genom innerringens lagertappar skär en axellinje genom yt- terringens lagertappar med 90° vinkel. 512 338 6 Rörelseschemat för armen 10 i universalleden 12 är att den kan vridas vinkeln a kring en första universalaxel samt vinkeln ß kring en andra universalaxel. Vidare kan armen axiellt glida sträckan É i innerringen 18. Eftersom armen är förbunden med positioneringshuvudet 8 innebär det att detta kan anta samtliga lägen Xn,Yn,Zn i en definierad ar- betsrymd vilken enbart begränsas av robotens konstruktion.

Figur 3 visar vidare att ytterringen 19 är försedd med en första vinkelsensor 71, se även fig. 1, som detekterar ar- mens vinkel a kring den första universalaxeln. Ytterringen är vidare försedd med en andra vinkelsensor 72 som detek- terar armens vinkel ß kring den andra universalaxeln.

Dessutom är en längdsensor 73, företrädesvis i form av en glasskala, anordnad längs armen för att detektera armens längdläge 3. Genom dessa tre sensorer erhålles koordinater som motsvarar positioneringshuvudets 8 läge i ett sfäriskt koordinatsystem vilket indikeras i figur 3. Detta läge i det sfäriskt koordinatsystemet representerar positione- ringshuvudets 8 ärläge. Genom att utföra en koordinatt- ransformation erhålles detta ärläge i det ovan nämnda kar- tesiska koordinatsystemet.

Koordinattransformationen ges av ekvationerna Xa = É sina cosß Ya = K sina sinß Za = Z cosa Således styrs positioneringshuvudet 8 i det kartesiska ko- ordinatsystemet till läget (Xb,Yb,Zb) representerande ett börläge. Därefter detekteras läget av sensorerna 71,72,73 vilka indikerar ett ärläge (a,ß,É) i det sfäriska koordi- natsystemet. Koordinattransformationen genomförs varvid ett ärläge (Xa,Ya,Za) erhålles i det kartesiska koordinat- (AX,AY,AZ) börläge och ärläge i det kartesiska koordinatsystemet vil- systemet. Där efter beräknas skillnaden mellan 512 358 7 ken skillnad till sist adderas till det tidigare börläget (xbrYb/Zb) (XnrYn: Zn) - en reglering upprepas dessa detekteringar och beräkningar för att erhålla ett nytt börläge För kontinuerligt varvid en ökad noggrannhet av positione- ringshuvudets läge àstadkoms genom en kompensation för kraft-, temperatur- och mekaniska avvikelser i maskinen.

Således adderas avvikelsen (AX,AY,AZ) mellan börläge (X,Y,Z) (Xa,Ya,Za) systemet till positioneringshuvudets 8 tidigare börläge (Xb,Yb,Zb) varvid ett nytt börvärde Xn=Xb+AX, Yn=Yb+AY, Zn=Zb+AZ erhålles. Därefter upprepas denna beräkning och och ärläge i det kartesiska koordinat- korrigering för en kontinuerlig reglering av börläget.

Figur 3 visar även att till positioneringshuvudet 8 är an- slutet ett verktygshuvud 14 rörligt i åtminstone tvà ax- lar. Även vridningen kring dessa axlar detekteras av sen- sorer 81,82 vilka även kan ingå i reglersystemet för att korrigera börvärdet. Är antalet axlar för verktygshuvudet tvà erhålles en 5-axlíg robot. Även fler axlar är tänk- bart.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 512 338 8 Patentkrav:

1. Reglersystem för en robot (1), vilken robot inne- fattar minst tre i längdriktningen förlängnings- och för- kortningsbara ställdon (2,3,4), varvid varje ställdon är via en första led (20,30,40) direkt eller indirekt fixerat i en fast stomme (6), så att varje ställdon är allsidigt svängbart relativt stommen och att varje ställdon i ena änden via en andra led (21,3l,4l) är infäst i ett rörligt positioneringshuvud (8) samt en stel arm (10) förbunden med och utgående från positioneringshuvudet och anordnad mellan ställdonen varvid armen är radiellt styrd men axi- ellt förskjutbart lagrad i en relativt till och med stom- men fast förbunden universalled (12) varvid varje ställdon vardera är försett med en längdsensor (LS1,LS2,LS,), vilka sensorer bildar en del av ett styrsystem (S1) för styrning av positioneringshuvudets läge (X,Y,Z) i robotens arbets- rymd, kärinetzeczkriat av att styrsystemet samverkar med ett àterkopplat reglersystem (R2) anordnat att korri- gera positioneringshuvudets läge (X,Y,Z) i arbetsrymden och att styrsystemet (S1) och reglersystemet (R2) arbetar efter olika koordinatsystem.

2. Reglersystem enligt kravet 1, kärinetzeczkriat av att styrsystemet (S1) är anordnat att arbeta enligt ett kartesiskt koordinatsystem och att reglersystemet (R2) är anordnat att arbeta enligt ett sfäriskt koordinatsys- tem.

3. Reglersystem enligt kravet 2, kär\net:ec:kr1at av att en första vinkelsensor (71), en andra vinkelsen- sor (72) samt en längdsensor (73) är placerade i anslut- ning till universalleden varvid dessa tre sensorer (7l,72,73) indikerar positioneringshuvudets ärläge (a,ß,É) enligt det sfäriska koordinatsystemet och samverkar med styrsystemet (S1) för bestämning av avvikelsen (AX,AY,AZ) mellan rymdläget av positioneringshuvudets börläge (Xb,Yb,Zb) och ärläge (Xa,Ya,Za), varvid en korrigering av 'I 10 15 20 25 30 35 512 338 9 positioneringshuvudets läge (X+AX,Y+AY,Z+AZ) i robotens arbetsrymd är anordnad att utföras.

4. Reglersystem enligt kravet 3, kär1ne1:e<:kr1at (7l,72,73) anslutning till för mätning av en i roboten rörlig och i av att sensorerna är placerade på eller i dess rörelse medbringande men spänningslös del.

5. Reglersystem enligt kravet 4, kär1net:ec:kr1at av att vinkelsensorerna (7l,72) till reglersystemet är placerade på universalleden (12) och att längdsensorn (73) är placerad pà armen (10).

6. Reglersystem enligt kravet 5, kär1ne1:e<:kr1at av att ytterligare minst två vinkelsensorer (8l,82) är anslutna till reglersystemet placerade på en verktygshål- lare 80.

7. Metod för reglering av läget av en robots posi- tioneringshuvud, kännetecknat av att, a)ett styrsystem styr positioneringshuvudet enligt ett kartesiskt koordinatsystem, b)ett reglersystem känner av positioneringshuvudets läge (a,ß,U c)en koordinattransformation görs av positioneringshuvu- (Oußß) till det kartesiska koordinatsystemet, enligt ett sfäriskt koordinatsystem, dets läge från det sfäriska koordinatsystemet d)den erhållna avvikelsen AX, AY, AZ mellan börläge och ärläge i det kartesiska koordinatsystemet adderas till positioneringshuvudets tidigare börläge X,Y,Z varvid ett nytt börvärde Xn=X+AX,Yn=Y+AY,Zn=Z+AZ erhålles, e)positioneringshuvudets läge ändras till detta nya bör- värde, f)stegen a) - e) upprepas för en kontinuerlig reglering av börläget. 512 358 10

8. Metod för reglering av läget av en robots posi- tioneringshuvud (8) enligt kravet 7, k ä n n e t e c k n a t a v att metoden används vid en robot (1) enligt kravet 1.