SE516720C2 - Utrustning för styrning av en industrirobot och förfarande för programmering och/eller justering av robotens rörelse - Google Patents

Description

20 25 30 35 516 720 2 eller en styrspak som sitter på en speciell programmeringsenhet.

Denna teach-in teknik har följande nackdelar: - svårt att veta vilken rörelse det av roboten burna objektet erhåller vid given knapptryckning/styrspaksrörelse - svårt att styra objektrörelserna då objektet vid beröring av sin omgivning utsättes för krafter från olika håll. Risken är härvid mycket stor att styrsystemet löser ut på grund av att för stora motormoment erhålles - svårt att manipulera objekt som delvis är skymda av omgi- vande utrustning - svårt att erhålla jämna rörelsemönster, då man har svårt att med styrspak manipulera 6 frihetsgrader samtidigt.

Därför brukar man programmera objektets position separat från programmeringen av objektets orientering, vilket gör det svårt att erhålla t ex en effektiv fördelning av omori- enteringen mellan programmerade positioner, samtidigt som omkopplingstekniken är tidsödande.

UPPFINNINGENS SYFTE Föreliggande uppfinning åsyftar att tillhandahålla en teknik som löser ovanstående problem vid teach-in och som samtidigt gör programmeringen mycket enklare och snabbare, speciellt i till- lämpningar som montering, demontering och avancerad material- hantering.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Detta syfte uppfylles enligt uppfinningen genom de särdrag som närmast definieras, vad gäller utrustningen, i kravets 1 känne- tecken och, vad gäller förfarandet, i kravets 17 kännetecken. 1:19: 1.:;- 10 15 20 25 30 35 sie 72o 0 3 Förmånliga vidareutvecklingar av den grundläggande uppfin- ningstanken är föremål för de osjälvständiga patentkraven.

Uppfinningen bygger på ett servo med hög känslighet för externa krafter på robotarmar, verktyg, objekt och gripdon. Dessa krafter ger l axlarnas servosystem upphov till reglering av motormo- menten och med hjälp av en speciell funktionalitet i varje axel- sevo erhålles en momentstyrning av referensvärdena till servot.

Detta innebär att om t ex operatören tar det robotburna objekten i handen och förflyttar och vrider det kommer roboten att följa ob- jektets rörelser och samtidigt hålla upp det även om det är mycket tungt. För operatören blir på detta sätt objektet tyngdlöst under programmeringen.

Med denna teknik kommer objektet helt att följa operatörens in- tentioner utan att operatören behöver hålla reda på relationer mellan t ex styrspaksriktningar och objektets rörelserikt- ning/rotationsaxel. Då objektet skall vidröra sin omgivning, vilket alltid är fallet vid montering, kan roboten aldrig erhålla för höga motormoment, då momentet kommer att minska i stället för att öka vid interaktion mellan objekt/robot och omgivningen. Vidare behöver inte operatören se hela objektet utan han kan med hjälp av interaktion mellan objekt och omgivning få hjälp med att hitta rätt väg för objektets rörelse.

Det bör även påpekas att programmeringsförfarandet kan använ- das vid exekvering av robotprogram, varigenom operatören kan assistera roboten för att justera dess rörelse.

Med servosystemet är således integrerad en apparat för styrning av referensvärdena till en robots axelservo. Det uppfinningenliga förfarandet utnyttjar denna apparat för effektiv robotprogramme- ring.

Apparaten är konstruerad för att ge robotaxlarna alternerande fram- och återgående rörelser med liten amplitud och i apparaten jämföres medelvärdet av det motormoment som därvid krävs med -nßau .riva 10 15 20 25 30 35 516 720 4 ett av apparaten beräknat förväntat medelvärde. Skillnaden eller kvoten mellan dessa medelvärden bildar ett styrmoment, som antingen ger en positions- eller hastighetsstyrning av positions- referensen till axelservot. Det förväntade medelvärdet hos mo- tormomentet beräknas med hjälp av en stelkroppsmodell för ro- bot/last och/eller genom extrapolering av kalibrerade värden.

Förfarandet för robotprogrammeringen går ut på att med hän- derna flytta runt robotarmar/robotburet objekt och vid lämpliga positioner/orienteringar hos objektet trycka på en knapp eller motsvarande som medför att position/orientering lagras i ett pro- gram. För att garantera att ovan nämnda förväntade medelvärde är rätt, kan operatören under förflyttningarna ibland släppa ro- boten och trycka på en knapp eller motsvarande som medför att det förväntade medelvärdet kalibreras. För noggrann positione- ring finns ytterligare en knapp eller motsvarande som gör att styrsystemet går över från hastighetsstyrning till positionsstyr- ning av referensvärdena till axelservona. Om lasten (det robot- burna objektet) ej är känt kan man trycka på en knapp eller mot- svarande som medför att lastparametrarna identifieras. För en full identifiering krävs att operatören vrider lasten mellan två ori- enteringar och i varje orientering trycker på identifieringsknap- pen. Denna metodik gör att förutom att manipuleringen av ob- jektet blir enklare, så blir även själva programmeringen enklare än hos dagens robotstyrsystem. Dessutom kan förfarandet att flytta runt robotarmar/objekt användas för att under programkör- ning hjälpa roboten att t ex positionera objektet rätt då förhållan- dena i robotens omgivning förändras.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Under hänvisning till bifogade ritningar följer nedan en närmare beskrivning av ett såsom exempel anfört utförande av uppfin- ningen. .;nøo »ini- 10 15 20 25 30 35 sis 720 5 På ritningarna är Fig 1a en schematisk vy illustrerande en del av den uppfinnings- enliga utrustningen, Fig 1b är ett blockschema illustrerande huvuddelarna av utrust- ningen, Fig 2 diagram visande dels signalen från en funktionsgenerator, dels resulterande momentreferenssignal, Fig 3 en schematisk modell av en 6-axlig robot projecerad på ett plan, Fig 4 en schematisk vy som ansluter till Fig 1A och som visar yt- terligare detaljer hos den uppfinningsenliga utrustningen, Fig 5 diagram illustrerande funktionaliteter hos den uppfinnings- enliga utrustningen, Fig 6 en schematisk vy illustrerande metodiken för robotpro- grammering och Fig 7 en vy illustrerande en som operatörsinterface utformad ma- növerpanel med display.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGET UTFÖRANDE Fig 1 visar för en av robotens axlar en enkel axelmodell 12, 13, 14, ett kaskadkopplat servo 9 och kretsarna för referensgenere- ring till servot under programmeringsfasen 1, 8. Bangeneratorn 8 beräknar positions- och hastighetsreferenser ( momentframkopplingssignal (IfM) till servot 9. Den i servot in- tegrerade apparaten för teach-in-programmering och robotmani- pulering utgörs av blocken 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 och 18 (A+B). För att erhålla en hög känslighet för externa störmoment under pro- grammeringen adderas till servoreferenserna ett rörelsemönster .nunß 10 15 20 25 30 516 720 6 från funktionsgeneratorn 1, som är så beskaffad att armen kom- mer att utföra små korta rörelser fram och tillbaka under pro- grammeringen. Dessa rörelser gör att statisk friktion hos motor, växel och armlager kontinuerligt övervinnes av motormomentet, vilket i sin tur gör att externa krafter inte behöver övervinna frik- tionen. Funktionsgeneratorn 1 kan generera olika periodiska kurvformer och i fig 1 visas en avklippt sågtandsform som hastig- hetsreferenssignal reglerfel hos servot 9 påförs en motsvarande positionsreferens (pmm, som erhålles genom integration av (pmm ”mk med integratorn 2. För att armen skall följa signalgeneratorns 1 hastighetsprofil ännu bättre kan även en momentframkoppling 'tffwg adderas.

Denna momentframkopplingssignal har till uppgift att hjälpa till att övervinna friktionsmomentet för axeln, vilket gör att servot 9 ej behöver bygga upp så stora servofel för att generera friktionsmomenten hos Im, vilket i sin tur gör att frekvensen hos den periodiska referensen från funktionsgeneratorn 1 kan väljas högre. Momentframkopplingssignalen 'Effwg erhålles genom att i kretsen 4 multiplicera friktionsvärdet Tf med tecknet hos hastighetsreferensen tecknet hos den verkliga hastigheten modulen 3 även innehålla en fördröjning för att matcha omslagen hos 'Effw till den verkliga friktionens tidsförlopp. Friktionsvärdet ”Ef kan vara riktningsberoende och därför switchas i modulen 5 värdet hos 'Ef mellan två olika värden beroende av riktningen, d v ”mk eller s beroende av tecknet hos friktionsmomentet i positiv riktning benämnes If* och i negativ riktning Tf". Dessa värden kan antingen vara identifierade vid en kalibreringstidpunkt eller identifieras kontinuerligt. l figuren visas det senare fallet, där identifiering görs i modulen 7 och de identifierade värdena påförs minnesbufferten 6. Enklaste metoden för friktionsidentifieringen är att helt enkelt göra följande approximation: »|;>n »»>»: 10 15 20 25 516 720 Uppmätningen av Im* respektive Im' styrs lämpligen av funk- tionsgereratorn 1, men kan även styras av tecknet pà I figuren är servot 9 implementerat som ett hastighetsservo med regulatorfiltret 11 kaskadkopplat med ett positionsservo med re- gulatorfiltet 10. Andra regulatorstrukturer kan naturligtvis använ- das och förutom att endast mäta axelpositionen (pm kan även ax- elhastighet cpmpmk mätas. Dessutom kan man tänka sig mäta mo- ment, armposition armacceleration motorpositionen (pm mätes och att motorhastigheten estimeras av modulen 16 genom derivering.

För övrigt är 15 drivdonet till motorn (med momentkonstanten kT), 12 motorns rotor med masströgheten Jm, störmomentet 'Edistm och friktionen Tfn.. 13 motsvarar armens massa med masströgheten Ja, störmomentet 'Edista och friktionen Ifa. Mellan rotor 12 och arm 13 finns en vekhet (k) och en dämpning (c).

Den fram- och àtergående rörelsen genererad av funktionsgene- ratorn 1 mäste vara så stor att både motor och arm kommer i rö- relse. Således bör framkopplingsmomentet 'Effwz ges av: 1 . | . . . . - . .- _516_ 720 8 där n är utväxlingen hos växeln mellan motor och arm. I 'Cfm bör även friktionen hos växelns högvarvssida ingå och i 'tfa friktionen hos växelns lágvarvssida. 5 För att kunna detektera och estimera de störmoment Idista på armsidan som beror av operatörens kraft vid manipulering av ro- boten, beräknas i dynamikmodellen 17 det förväntade störmo- mentet 'lïd;s,m°de| som gäller utan operatörskraft. Vid låga hastig- heter räcker det normalt att 'Edistm°de| innehåller endast statiska 10 komponenter som gravitationsmomentet hos 'tdista och stator- och motorrippelmomenten hos 'Edism Vid högre hastigheter bör även störkomponenten från centrifugal- och corioliskraften, viskös frik- tion och kopplad masströghet ingå i 'tdismodeh pflck 15 l fig 2 visas dels signalen (pmm (19) från funktionsgeneratorn 1 och dels resulterande momentreferenssignal Im, (20). Vid tid- punkten tdist ändras störmomentet (Tdistm + Tarm) med värdet 'Edism - 'Edism se signal 21 vid tidpunkten tdist. Denna ändring i störmoment kommer reulatorn 9 att kompensera för och 20 medelmomentnivån hos signalen Im, kommer att ändras med värdet 'Emm - IGM. När nu störmomentsnivån skall användas för att interpolera robotens rörelse som funktion av den yttre kraft som programmeraren av roboten trycker på roboten med, görs i modulen 18B (i figur 1) följande beräkning: r - -rmm + rdist exp ............................... ..(4A) control _ fl-lflfl-x azL-ídli-1 ....... ..( 43) z- dist exp T mrav >»||| fras; 10 15 20 25 30 516 720 9 där Tamm. är momentet som används av bangeneratorn 8, 'Emm medelvärdet av Im, och 'tdistexp (22) det förväntade störmomentet utan störmoment alstrat av operatören. 'tdimxp genereras av mo- dulen 18A i apparaten för robotprogrammering.

'Cmm beräknas enligt : I . f =:1_x (04: ........................ ..( 4G) mm (tf-fl _ ti) Eftersom Im, i dagens robotstyrsystem är samplat beräknas nor- malt integralen som ett medelvärde av diskreta momentvärden. i Problemet är nu att beräkna 'Cdistexp då roboten efterhand ändrar sin konfiguration (sina axelvinklar) under programmeringen. Här finns nu två metoder. Den första metoden innebär att 'Edßtexp be- räknas från robotens stelkroppsdynamiska modell 17, vilket krä- ver att förutom en beskrivning av robotens kroppars massor, tyngdpunktslägen, kinematiska relationer och eventuellt huvud- masströghetsmoment måste även motsvarande parametrar för lasten (verktyg, robotburet objekt, gripdon) finnas tillgängliga.

Eftersom programmering oftast sker vid låga hastigheter och ac- celerationer kommer gravitationsmomentet att helt dominera Im. texp och man behöver endast känna lastens massa (mL) samt tyngdpunktsläge (XL, YL, ZL) relativt fästskivan hos roboten.

Den andra metoden, vilken företrädesvis kombineras med den första metoden, går ut på att robotprogrammeraren med jämna mellanrum släpper roboten och därefter kalibrerar 'Ed,s,exp, så att dess värde i modulen 18A uppdateras enligt: rdis, exp = - rmmv .............................................. ..( 5) 111m 11111 515 720 10 Vid en kombination av de bàda metoderna använder modulen 18A det av modellen 17 framräknade störmomentet rdistmodel enligt: 5 rdmexp = rdister, + rdístmode, .................................. ..(6) När operatören nu släpper roboten sker en kalibrering av mo- dellfelet 'lïdisæfl enligt: Tmrav ï ïz-dl-sterr model 1 1 . . 1 . - . 1 . 1 1 1 1 . 1 - 1 1 . . . . 1 1 1 . 11(7) 10 rdme" =-rmmv + rdístmode, .................... ..(8) Modellfelet kan i modulen 18A även beräknas som en korrek- tionsfaktor: 15 :Kerr x u n 1 o 1 e Q n o n o Q ø ø ø n ø ø a n o n ø u o o a oo(9) och vid kalibrering: T Km =-ßflf- ...................................... ..(1o) Tdist mod el 20 Under tiden operatören ej vidrör roboten eller robotlasten kan en identifiering av lastparametrarna (mL, xL, yL, zL) göras. Hur detta görs visas med hjälp av figur 3. Fig 3 visar en enkel dynamisk 25 modell av en 6-axlig robot projicerad pà ett plan, vilket gör det _s1§ 720 11 enklare att visa identifieringstekniken. Massor och tyngdpunkter (mi, ri) för själva roboten med underarmen 23 och överarmen 24 är kända med hög noggrannhet och lastens massa mL och tyngdpunktsläge (rsmL, tpL) skall identifieras. Ur fig 3 med axel- 5 vinklarna tpz, som vinkeln tpL, så erhålles: -rmavz =r2x m2 xcos çnz +r23 x(m3 +mL )xcos çpz ............... ..(11) - rmm =r3 xm3 xcos (03 +(r35 xcos ço3 +r5mL xcos çoL )xm¿....(12) . » . . . | . . . . - - . » . . Q - . . . . . . . . . . . . . . . . 10 där 'Emm är medelmomentet hos den periodiska momentsignalen 20 i fig 2 då operatören ej vidrör roboten.

För fullständig identifiering krävs att operatören vrider lasten till 15 ett nytt läge, vilket ger: r mav5 =r5mL xcos(ç0L +Açp5)xmL ..................... ..(14) Iz' ur (12), (13) och (14) erhålles: -Z-mavfiš +Tmav5 -ršnäxcosøfiš mL = .......................... ..(15) 735 XCOS (03 20 »Ißnø 1 rpL :arctg x[cos(Aço5)--T:5J ............................. ..(16) I 2 5 mav5 _s1e_ 720 12 -r *M_- ....................................................... .(17) mL XCOS$L Dessa värden användes för att uppdatera den dynamiska model- len 17 som innehåller den matematiska beskrivningen av robo- tens stelkroppsdynamik, som visas i ett förenklat utförande i figur 5 3. rsmL = Således bör operatören vid programmering med en ny last först släppa roboten med axel 5 i en vinkel, sedan vrida axel 5 och därefter släppa roboten igen. Frågan man nu ställer sig är hur 10 styrsystemet får reda på när operatören släpper lasten. Den säk- raste metoden är naturligtvis att ha en tryckknapp (64 fig 7) eller motsvarande på roboten, vilken operatören trycker på då han ej längre rör roboten, och önskar att en kalibrering skall inledas. En annan möjlighet är att operatören ger roboten en kortvarig knuff 15 och att externa störmoment med kort varaktighet och översti- gande en viss amplitud detekteras som en övergång till eller från kalibreringstillstånd. Man kan naturligtvis även tänka sig att ka- librering görs då externa momentstörningar varit konstanta under en viss tid. 20 Vi kan således nu förutsätta att 'Cdistexp från modulen 18A nog- grant ger värdet på det störmoment roboten skulle vara utsatt för om operatören ej vidrörde den och 'Hmmm från modulen 18B (en- ligt formel 4) kan nu användas för att styra bangenereringen. Hur 25 denna styrning går till visas i figur 4.

'Ecmmm (enligt formel 4) påföres enligt figur 4 en olinjär 'P5 överföringsfunktion 26, som har till uppgift att undertrycka '_ , småvariationer hos 'lïconucfl-signalen. Ut-signalen från 26 passerar '1"5 30 ett lågpassfilter 27 med uppgift att filtrera bort oönskat signalbrus. Utsignalen från 27 kallar vi 'Ecomm där k står för sampelnummer av signalen. l bufferten 28 fördröjs 'Ecomk och på unna: »arab 10 15 20 25 30 sig 720 13 dess utgång àterfinnes således förra samplet av Icon", d v s 'Ec°,,i,(k-1,. Kretsen 29 bestämmer tecknet hos 'Econmivn och kretsen 30 tecknet hos 'tconw l komparatorn 34 kontrolleras om 29 och 30 ger olika tecken, i vilket fall en reset (RES) skall göras om operatören använder kraftstyrd positionsmanipulering. Vilken typ av manipulering som användes bestämmes av tillståndet MODE, som kan ändras av operatören. Förutom positionsmanipulering kan även hastighetsmanipulering utföras. l detta fall är switchen 37 öppen och switchen 39 sluten, varvid 'lïcontm efter multiplikation med kspeed i kretsen 35 adderas till den àterkopplade kretsen med bufferten 41 och summatorn 40.

Positionsreferenserl (pfef kommer därvid att ändras med en hastighet som är proportionell mot kspeed; 'Ecmmp Om vi nu återgår till positionsmanipuleringsmoden där switchen 39 är öp- pen och switchen 37 är sluten, så multipliceras 'lïconflk i 33 med sitt tecken, vilket innebär att utsignalen från 33 alltid är positiv.

Maxvärdesberäknaren 32 jämför värdet hos signalen från 33 med värdet från bufferten 31 och ger som utsignal maxvärdet lïconflmaxl, vilket påföres bufferten 31 och multiplicerarkretsen 36.

I den senare multipliceras |Tc°nUmaX| med sitt tecken och erhåller därigenom rätt tecken. Vidare sker en multiplikation med kpos som bestämmer relationen mellan axelförflyttning och Tamm..

Signalen från 36 passerar modswitchen 37 och adderas i 42 till utsignalen från 41 för erhållande av servoreferenserna. Om komparatorn 34 detekterar en teckenväxling hos 13mm så sluts switchen 38 för en kort stund så att senaste positionsmanipuleringsvärdet på utgången av 36 kan adderas till bufferten 41, samtidigt som bufferten 31 nollställes. Senaste positionsmanipuleringsvärdet överförs också till bufferten 41 vid byte till hastighetsmanipuleringsmod (signalen MODE). Kretsen 43 beräknar hastighetsreferensen till regulatorn genom derivering och kretsen 44 beräknar momentframkoppling genom derivering 2 gånger och multiplikation med axelns masströghet. lars: :vill 10 15 20 25 30 35 'sis 12o 14 Naturligtvis kan positions- och hastighetsmanipuleringen imple- menteras på ett flertal sätt, men det viktiga är att erhålla en funktionalitet enligt figur 5, där signalen 46 är ett exempel på ett tidsförlopp hos Techno., signalen 47 den resulterande positionsre- ferensen vid positionsmanipulering och signalen 48 den resulte- rande positionsreferensen vid hastighetsmanipulering. Posi- tionsmanipuleringen väljes framförallt vid precisionsmanipulering medan hastighetsmanipuleringen väljes vid större förflyttningar av roboten.

Metodiken för programmeringen vid användning av den beskrivna apparaten exemplifieras med hjälp av figur 6 och figur 7. Låt oss anta att objektet 50 med hålet 51 från början står på pallen 53 och sedan skall monteras på balken 52 genom att flytta objektet från pallen, vända objektet 90° och sedan föra ned objektet över balken 52 så att denna kommer in i hàlet 51 hos objektet 50.

Operatören 54 börjar med att slå på roboten genom att trycka på knappen 55 (figur 7) hos programmeringsenheten 49. Denna är av operatören t.ex. placerad på gripdonet, så att operatören un- der programmeringen enkelt kan nå programmeringsenheten och följa robotens rörelser på den grafiska displayen 57, som helst skall visa objektets position och orientering med en tredimensio- nell grafik. Gripdonets ”tool center point” (TCP) står från början i positionen PO med verktygskoordinatssystemets orientering indi- kerad av pilen i PO (fig 7). Operatören 54 trycker nu på knappen 56 (PGM=programming), tar tag i gripdonet och flyttar TCP till punkten P1, samtidigt som han/hon vrider gripdonet. l punkten P1 trycker han/hon på knappen 61 (STR=store) och robotens position lagras i styrsystemets minne och på displayen 57 visas nu P1 med tillhörande punkt för TCP och pil för orientering.

Efterhand som operatören förflyttar roboten visas banan 58 för hur TCP rör sig. Efter det att operatören tryckt på 61 i position P1 flyttar han/hon roboten till position P2 och positionerar då gripdonet så att det kan gripa objektet 50. Därefter trycker han på 61 och sedan på 66 (GRP=grip), vilket medför att gripdonet griper objektet. Operatören tar nu tag i objektet och lyfter upp det från pallen och trycker på 63 (CAL=calculate), vilket innebär att i|»»| n-ir: 10 15 20 25 30 35 51,6 720 15 'Edistefl (alt ken) beräknas enligt formel 8 (alt 10). Om inte lastpa- rametrarna (massa, tyngdpunktscentrum) för objektet 50 är kända måste operatören hjälpa roboten att lyfta objektet för att övervinna objektets okända gravitationskraft, varvid hastighetsstyrning användes. lnnan operatören släpper objektet trycker han på knappen 70 (SPD=speed POS=position) och går över till positionsstyrning, alternativt trycker han på knappen 65 (FRC=force) och kopplar ur den kraftstyrda interpolatorn.

Därefter trycker han på knappen 63, varigenom 'Edisjen enligt (8) eller ka" enligt (10) beräknas. Han kan sedan trycka på 64 (lDNT=identification) för första steget i lastidentifieringen varvid Iastens massa beräknas enligt t.ex. formel 15, trycka på 70 (alt 65) för att komma över i hastighetsstyrning, vrida lasten kring en axel ungefär parallell med horisontalplanet, trycka på 70 (alt 65) och sedan på 64. Systemet beräknar nu samtliga lastparametrar och uppdaterar den dynamiska modellen (jämför figur 3). Sedan trycker operatören på 63 och 'lïdisjefl (alt ken) uppdateras då nu även innehåller momentkomponenterna från den Taistmodei identifierade lasten. Operatören trycker nu på 70 (alt 65) och kan med hastighetsstyrning föra objektet till P3, här trycka på 61, föra objektet vidare till P4, trycka på 61 etc. Vid behov kan operatören trycka på 63 (om objektet ej står stilla då operatören släpper det). Vid positionen P9, där precision krävs för att få in balken 52 i hålet 51, övergår operatören lämpligen till positionsstyrning (knapp 70) innan han/hon trycker på 61 för lagring av P9. Efter inläggning av position P10 trycker operatören på 65, vilket innebär att den momentstyrda manipuleringen kopplas ur och därefter på 66, varvid roboten släpper objektet 50. l och med att gripdonet går i off-läge, så uppdateras den dynamiska modellen utan last och när operatören sedan trycker på knappen 65 så kan han/hon i hastighetsstyrningsmod gå tillbaka till hemmaläget P0 medan han/hon trycker på 61 för P11, P12, P13 och P14. Genom att sedan trycka på 68 kan han/hon köra igenom hämtabanan 58, objektförflyttningsbanan 59 och återgångsbanan 60. Om operatören vill justera banan trycker han/hon på 69, 56, flyttar roboten i närheten av den position v 1v)|b 10 15 20 25 30 35 516 720 16 han/hon vill justera, trycker på 62 (REDO-funktion), flyttar objektet till önskad position och trycker på 61. Med knappen 67 stängs roboten av och dess bromsar aktiveras.

Knappen 71 har en speciell funktion. Den användes för att pro- grammera en referensinriktning, utefter vilken roboten vid programexekveringen kan använda vekhetsreglering eller kraft- styrning. Om t. ex. positionen hos stången 52 skiljer mellan olika monteringsoperationer, så behöver det inprogrammerade pro- grammet i positionerna P9 och P10 justeras från gång till gång.

Hur stor denna justering skall vara kan beräknas genom avläs- ning av robotaxelvinklarna då roboten i t.ex. två olika riktningar i horisontalplanet trycker objektet 50 med en definierad kraft mot stången 52.

Ett annat sätt att anpassa robotens rörelser till varierande för- hållanden i omgivningen är att en operatör assisterar roboten vid programexekveringen då robotar arbetar i produktionen. Detta kan exemplifieras i figur 6 och 7 av att roboten kör enligt den programmerade banan till t.ex. position P8. Här stannar roboten och operatören går fram, trycker på knappen 56, justerar med sina händer objektets 50 position och orientering till dess stången 52 hamnar rätt under hålet 51, trycker på knappen 72, varvid resten av de programmerade positionerna korrigeras (position, orientering) lika mycket som operatören justerat objektet manuellt. Därefter trycker operatören på knappen 68 och det korrigerade programmet exekveras. På detta sätt erhålles en assistentrobot som kan hjälpa operatören med t.ex. tunga lyft, att generera stora monteringskrafter och att utföra svåra rörelser.

Det är givet att den exemplifierade utförandeformen icke är att betrakta som begränsande för uppfinningstanken. En mängd mo- difieringar erbjuder sig således för fackmän inom denna teknik när väl den grundläggande uppfinningslösningen presenteras.

Dylika modifieringar inbegripes inom uppfinningens ram, liksom ekvivalenta utförandeformer. Speciellt betonas att på ritningen uppfinningen åskådliggjorts l princip. lllustrationstekniken har i »unna |»||o _ sis 720 17 vissa avseenden valts för att förenkla förståelsen. Såsom exem- pel pekas på att de två anordningarna 18A och 18B illustreras såsom åtskilda. I realiteten kan de givetvis vara sammanbyggda eller eljest integrerade.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 _s1åe, 720 _ 18 Patentkrav

1. Utrustning för styrning av en industrirobot, vilken har ett flertal vridnings- och/eller translationsaxlar (ax 1-6), varvid utrustningen innefattar: - minst en motor (12, 15) hos var och en av nämnda axlar för att generera önskade rörelser hos de armar (23, 24, 25) och/eller den handled som roboten är uppbyggd av, - minst en givare hos var och en av axlarna för mätning av axelvinkel och/eller axelposition, - minst ett servo (9) för var och en av axlarna för reglering av motorerna med utgångspunkt från mätvärden från gi- varna, - minst en bangenerator (8) för generering av minst en refe- rens (cpæf, (pæf, TW) till vart och ett av servona (9), - hos minst en av axlarna en apparat (1+2+3+4+5+6+7+ delar av 8+18A+18B) innehållande en första anordning (18A) för beräkning av det förväntade störmomentvärdet (Idjstexp) hos nämnda axel då robotens rörliga delar ej ut- sättes för externa krafter genom interaktion med en ope- ratör (64) och en andra anordning (18B) för att jämföra detta förväntade momentvärde (Idistexp), med värden hos servots (9) momentreferens (Imr) och/eller med värden hos motorns moment (Im) och/eller med värden hos ax- elns (14) moment och för att med utgångspunkt från denna jämförelse bilda en signal (rcøntroj) för styrning av bangeneratorn (8), kännetecknad av en i nämnda apparat ingående funktions- generator (1) för att till servot (9) tillföra minst en referens- 10 15 20 25 30 _ 720 fyra ="=s::_'_g';-'j= n vu» :°:: 19 signal (qnefg, (pæfg, IfM) och för att generera en fram- och återgående rörelse hos den av servot styrda axeln, och me- del för att genom medelvärdesbildning (formel 4B) beräkna nämnda värden hos servots (9) momentreferens (Imr) och/eller hos motorns moment (Im) och/eller axelns (14) moment. Utrustning enligt patentkrav 1, kännetecknad därav, att funktionsgeneratorn (1) är anordnad att generera en perio- disk signal oc,h att medlet för att bilda medelvärdet (formel 4B) är anordnat att bilda detta över minst en period (t, till tm) av denna signal. Utrustning enligt patentkrav 1, kännetecknad därav, att ap- paraten innefattar anordningar (2, 3, 4) för att frän utsigna- len från funktionsgeneratorn (1) generera positions- och hastighetsreferenser ( referens (Iffwz) till servot (9), varvid momentframkopplings- referensen (Tffwz, bildas genom multiplikation (i anordningen 4) av det skattade friktionsmomentet (If) och tecknet (från anordningen 3) av hastighetsreferensen (tpæf) eller hastig- heten (cpm) för den aktuella axeln. Utrustning enligt patentkrav 3, kännetecknad därav, att en anordning (7) är anordnad att beräkna det skattade frik- tionsmomentet genom identifiering av friktionsmomentet an- tingen vid ett speciellt kalibreringstillfälle eller under robot- programmeringen genom att mäta motormomentreferensen (TW) vid minst två olika tidpunkter , vid vilka motoraxeln har olika rotationsriktning (formel 2) och att en minnesbuffert (6) är anordnad att mottaga de identifierade friktionsmoment- värdena (Tf) för senare användning vid generering av mo- mentframkopplingsreferensen (Iffwg). 10 15 20 25 30 ~ -- .'22 ' ' r | u -; 17-20 gif; ="=s::j_¿";-'_'= 20 Utrustning enligt patentkrav 1, kännetecknad därav, att det av den första anordningen (18A) angivna förväntade stör- momentvärdet (Tdisæxp) består av det i den stelkroppsdyna- miska modellen (17) för roboten beräknade störmomentet (Tdisfmødej) hos aktuell robotaxel, innefattande i huvudsak det av gravitationen förorsakade momentet på axeln (jämför formlerna 11-14). Utrustning enligt patentkrav 1, kännetecknad därav, att den första anordningen (18A) är anordnad att sätta det förvän- tade störmomentvärdet (Tdjsnexp) lika med värdet hos servots (9) momentreferens (Iw,) och/eller hos motorns moment (Im) och/eller hos axelns moment (formel 5) då robotens rörliga delar ej utsättes för externa krafter genom interaktion med operatören (64). Utrustning enligt patentkrav 5, kännetecknad av, att medel för att bestämma felet (Tdjsten, Ken) hos det i den stelkropps- dynamiska modellen (17) beräknade störmomentet (Tmstmodeg hos aktuell robotaxel genom kalibrering mot servots (9) mo- mentreferens (TW) och/eller mot motorns moment (Im) och/eller mot axelns moment (formel 8, 10) då robotens rör- liga delar (inklusive gripdon, objekt och/eller verktyg) ej ut- sättes för externa krafter genom interaktion med operatören (64) Utrustning enligt patentkrav 7 och 1, kännetecknad av, att nämnda apparat för minst en av nämnda axlar innehåller en anordning (18A) för beräkning av det förväntade störmo- mentvärdet (Tdistexp) som summan av nämnda modellfel (Tdis- (en) och det modellberäknade störmomentet (Tdistmodeh se formel 6), varvid nämnda modellfelet (Idmen) bestämmes ge- nom kalibrering mot ett av momentmedelvärdena (Tmmv) då robotens rörliga delar (inklusive gripdon, objekt och/eller 10 15 20 25 30 10. 11. P * v I u; u. .S15 720 21 verktyg) ej utsättes för externa krafter genom interaktion med operatören (64) och att modellfelet (Idjflefl) vid kalibre- ringen beräknas som summan av aktuellt momentmedelvärde (Imfav) och modellberäknat störmoment (Tdistmcdej), båda mo- menten med omvänt tecken (formel 8). Utrustning enligt patentkrav 7 och 1, kännetecknad därav, att apparaten för minst en av axlarna innehåller en anord- ning (18A) för beräkning av nämnda förväntade medelvärde (Tdistexp) som produkten av modellfelet (Ken) och det modell- beräknade störmomentet (Idjstmodej, se formel 9) och att mo- dellfelet (Ken) bestämmes genom kalibrering mot ett av mo- mentmedelvärdena (Tmfav) då robotens rörliga delar (inklu- sive gripdon, objekt och/eller verktyg) ej utsättes för externa krafter genom interaktion med operatören (64) och att mo- dellfelet (Ken) vid kalibrering beräknas som kvoten mellan aktuellt momentmedelvärde (Tmæv) och det modellberäknat störmomentet (Tdjstmodej, se formel 10) Utrustning enligt patentkraven 5 och 7-9, kännetecknad därav, att utrustningen innehåller en anordning (17B) för identifiering av åtminstone lastparametrarna massa (mL) och tyngdpunktsläge (XL, YL, ZL) hos gripdon och/eller objekt och/eller verktyg uppburet av roboten och användning av de identifierade lastparametrarna för noggrannare beräkningar av det modellberäknade störmomentet (Tdistmodej, se formel 15-17). Utrustning enligt patentkrav 6, kännetecknad därav, att den andra anordningen (18B) är anordnad att beräkna signalen (Iconfioj) för styrning av bangeneratorn som skillnaden mellan förväntat störmoment (Tdistexp) och endera av nämnda servo-, motor- eller axelmoment (Immv, se formel 4A). 10 15 20 25 30 1

2. 1

3. 1

4. 1

5. 1

6. 1

7. 720 22 Utrustning enligt patentkrav 1, kännetecknad därav, att den andra anordningen (18B) är anordnad att beräkna nämnda signal (Tconum) för styrning av bangeneratorn som ett minus kvoten mellan endera av nämnda servo-, motor- och axel- moment (Imran Och förväntat störmoment (Tmstexp) alternativt som kvoten mellan förväntat störmoment (Tdmexp) och endera av nämnda servo-, motor- och axelmoment (Tmæv) sedan kvoten minskats med 1 (se formel 4B). Utrustning enligt patentkrav 1, kännetecknad därav, att bangeneratorn (8) är anordnad att använda nämnda signal (Tconmfl) för styrning av bangeneratorn för att beräkna servo- referenser (cpæfi, referenskomponent som funktion av storleken hos styrsig- nalen (Tconmfl) och/eller en positionsreferenskomponent som funktion av storleken hos styrsignalen (Tconuoi). Utrustning enligt patentkrav 13, kännetecknad därav, att nämnda hastighetskomponent beräknas genom multiplikation (35) av nämnda styrsignal (Icomm) med en konstant (kspeed). Utrustning enligt patentkrav 13, kännetecknad därav, att nämnda positionsreferenskomponent beräknas genom multi- plikation (i 36) av ett lokalt maximum av nämnda styrsignal (Icomrmax) med en konstant (kpos). Utrustning enligt patentkrav 1, kännetecknad därav, att nämnda styrsignal (Tcmmm) passerar en olinjär funktion (26) och/eller ett lågpass- och/eller ett bandpassfilter. Förfarande för programmering och/eller för justering av en robots rörelse med utnyttjande av en utrustning enligt något av patentkraven 1-16, kännetecknat därav, att 10 15 20 25 30 1

8. 1

9. 20. 21. 22. 515.7¿Û ...vff" 23 - operatören manipulerar robotens armar genom interaktion med robotens armar och/eller av roboten uppburet verk- tyg, gripdon och/eller objekt, - operatören har tillgång till ett operatörsinterface (49), som av operatören kan fästas på ett lämpligt ställe på robot, verktyg, gripdon eller objekt, - operatören använder nämnda operatörinterface (49) ge- nom tangent- och/eller röstinterface för att ge nämnda ut- rustning de order som krävs för att hos den beskrivna ap- paraten (1,2,3,4,5,6,7,8,17B,18A och 18B) erhålla önskad funktion. « Förfarande enligt patentkrav 17, kännetecknat därav, att operatören med nämnda tangent- och/eller röstinterface ger order om kalibrering av det förväntade störmomentet (Tdistexp, tangent 63). Förfarande enligt patentkrav 17, kännetecknat därav, att operatören med nämnda interface ger order om omkoppling mellan hastighets- och positionsstyrning (MODE, tangent 70) Förfarande enligt patentkrav 17, kännetecknat därav, att operatören med nämnda interface ger order om identifiering av den av roboten uppburna lasten (tangent 64). Förfarande enligt patentkrav 17, kännetecknat därav, att operatören ger order om in- eller urkoppling av momentstyr- ning (Tconum) av bangeneratorn (tangent 65). Förfarande enligt patentkrav 17, kännetecknat därav, att operatören ger order om märkning av en programmerad po- sition som hjälpposition för beräkning av riktning vid kraft- styrning (tangent 71).