WO1989002101A1 - Process and device for correcting the position of industrial robot arms - Google Patents

Process and device for correcting the position of industrial robot arms Download PDF

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WO1989002101A1
WO1989002101A1 PCT/EP1988/000775 EP8800775W WO8902101A1 WO 1989002101 A1 WO1989002101 A1 WO 1989002101A1 EP 8800775 W EP8800775 W EP 8800775W WO 8902101 A1 WO8902101 A1 WO 8902101A1
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WO
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measuring
robot arm
drive
connecting element
laser beam
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Application number
PCT/EP1988/000775
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English (en)
French (fr)
Inventor
Karl-Heinz Wurst
Günter PRITSCHOW
Original Assignee
Fisw Forschungs- Und Ingenieurgesellschaft Für Ste
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1638—Programme controls characterised by the control loop compensation for arm bending/inertia, pay load weight/inertia
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39176—Compensation deflection arm

Definitions

  • the present invention relates to a method for correcting the position of a free end of a robot arm, in particular deflected by bending and / or torsion from its desired position, by means of a displacement measuring system, the robot arm being a continuation of at least one joint or a corresponding base Has connecting element, and wherein the deflection from the target position at the end of the connecting element is measured with the aid of an energy beam emanating from an energy radiator arranged at the other end of the connecting element of the robot arm and as a function of the measured deflection of the robot arm into the target position is automatically readjusted, according to patent .... (patent application P 36 14 122.4-32).
  • the invention also relates to a robot arm consisting of at least one joint or a corresponding base, at least one connecting element which is arranged downstream of the joint or the base, and at least one displacement measuring system for measuring deflections of the connecting element, the displacement measuring system has at least one energy radiator arranged on or in the upstream joint at the beginning of the connecting element and at least one measuring field at the other end of the connecting element, preferably in or on a downstream joint, according to the patent (patent application P 36 14 122.4-32).
  • the path measuring system proposed in the main patent and integrated into the robot arm has proven itself extremely well, since deflections of the robot arm, e.g. can be caused by torsion of the gear and / or bending deformations of the connecting elements, can be corrected, and the end of the arm can be guided exactly into the desired position.
  • the present invention is based on the object of further improving the proposed method and the proposed robot arm with regard to the tracking accuracy, but the robot arm should still be of simple construction and thus be inexpensive.
  • this is achieved in that the energy beam is guided by means of an essentially unloaded measuring drive on the basis of the predetermined target value.
  • This advantageously results in the tracking or position correction of the robot arm in its target position All deformations of the actual, loaded arm drive caused by the load are also taken into account.
  • the robot arm according to the invention is characterized in that the energy radiator is arranged at an output of an essentially unloaded measuring drive and is movable relative to the joint or the connecting element.
  • the measuring drive can be formed by an unloaded model gear, which is arranged parallel to a main gear of a common drive.
  • the measuring drive can also be formed by an unloaded measuring drive system of a separate position control loop. Because the measuring drive is practically unloaded, it can be formed from mechanically very simple but nevertheless very precise, small-scale components. This contributes to the desired simple design of the robot arm.
  • 1 is a schematic side view of part of a robot arm
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram of a first embodiment of a tracking control according to the invention
  • Fig. 3 is a schematic block diagram of a second
  • FIG. 4 is a schematic side view of part of a robot arm with a device for tracking a power laser beam and
  • FIG. 5 shows a schematic block diagram of a control of the tracking device according to FIG. 4.
  • the joint 1 shows part of a robot arm with a joint 1 and a connecting element 2, wherein in practice a robot arm can have a plurality of joints 1 and a connecting element 2 between two joints 1 in each case.
  • a robot hand (not shown) is usually arranged at the end of the last joint 1.
  • the joint 1 is a self-sufficient unit consisting of two drive systems, one of the drive systems allowing rotations about an axis 3 in the double arrow direction 4 and the other drive system allowing swivel movements about a swivel axis in the double arrow direction 5 perpendicular to the plane of the drawing.
  • the exact structure of the joint 1 is e.g. described in EP-OS 85 11 40 49.1 and therefore need not be explained in the context of the present application.
  • the robot arm is equipped with an integrated measuring system, which measures deflections at the end of the robot arm or the connecting element 2 caused by bending and / or torsion caused by the load. Depending on the measured deflection, the robot arm or the connecting element 2 is automatically readjusted to its target position.
  • a related method and a robotic arm for performing the method are in the
  • the measuring system has an energy radiator, in particular a laser radiator 6, which transmits an energy or laser beam 7 in the direction of the distal end of the connecting element 2, where a measuring field 8 is arranged.
  • the laser beam 7 strikes a defined center of the measuring field 8.
  • the measuring field 8 is able to generate, on the basis of the deviations, output signals ⁇ ⁇ and / or ⁇ ⁇ which correspond to pivoting deviations and / or torsional deviations of the arm. Based on these output signals, the robot arm is automatically readjusted to the desired position in accordance with the procedure of the main patent.
  • the laser emitter 6 is now guided over an unloaded measuring drive, so that all deformations of the actual, loaded arm drive caused by the load are also taken into account when the robot arm is readjusted to the desired position.
  • the measuring drive is formed according to the invention by an unloaded, highly precise model gear 11, at the output of which the laser emitter 6 is arranged.
  • This embodiment is particularly suitable for robotic arms which predominantly work statically.
  • the model of transmission 11 is mechanically connected in parallel to a main gear 12, both gears 11 and 12 are driven by a common drive. 13
  • the main transmission 12 is in contrast to the model transmission 11 loaded by the swivel arm to be driven or the connecting element 2.
  • both transmissions 11 and 12 have the same transmission ratio.
  • the model gearbox can be both a purely mechanical gearbox and the gearbox of an angle measuring system, for example the gearbox of an absolute encoder.
  • the common drive 13 of model and main transmission 11, 12 has a drive control 14 (speed control) in a manner known per se. If deformations now occur in the loaded part, ie in the main gear 12 and / or the connecting element 2, the measuring field 8 fixedly arranged at the end of the connecting element 2 determines a difference ⁇ , which is added to the target value ⁇ sol . This sum T soll + ⁇ ⁇ is fed to the drive 13 as a corrected setpoint, which thus adjusts the robot arm or the respective connecting element 2 into the corrected setpoint position X soll + ⁇ via the main gear 12. The difference _ ⁇ remains as long as deformations or deviations occur, since the drive 13, together with the main transmission 12, also moves the model transmission 11 and thus also the laser emitter 6.
  • a mirror system 15 - here, for example, a prism - is arranged at the output of the model transmission 11 and serves to carry a power laser beam 16 through the joint 1.
  • the power laser beam 16 is positioned according to the invention by the mirror system 15 for laser beam processing methods (e.g. welding, cutting, etc.), which is moved via the model gear 11 together with the laser emitter 6, in an extremely precise and advantageous manner while compensating for load-related deviations of the robot arm or the connecting element 2, specifically with the determined deviation
  • the mirror system 15 is formed, for example, as a partially transparent prism and, instead of the laser emitter 6, a deflecting mirror is used which deflects the out-coupled partial beam of the power laser beam 16 as a measuring beam 7 in the direction of the measuring field 8.
  • a deflecting mirror is used which deflects the out-coupled partial beam of the power laser beam 16 as a measuring beam 7 in the direction of the measuring field 8.
  • the measuring drive according to the invention is formed by an unloaded measuring drive system 21 of a separate position control circuit 22.
  • the measuring drive system 21 is preferably followed by its own high-resolution angle measuring system 23, the output of which is arranged the laser emitter 6.
  • the laser emitter 6 can also advantageously be arranged on the output side of the motor 21.
  • the mirror system 15 can also be arranged at the output of the angle measuring system 23, analogously to the embodiment according to FIG. 2 described above. However, it is also advantageous to arrange the mirror system 15 on the driven side of the motor 21.
  • part of the power laser beam 16 can be coupled out and used as a measuring beam 7.
  • the separate, essentially unloaded position control circuit 22 is separate from the loaded drive system of the robot arm or the connecting element 2, consisting of the drive 13 and the main gear 12, but on the same "basis” or arranged at the same "reference point" of the joint 1, the drive here also having the drive control 14, as is known.
  • a target value f c ⁇ a X 1 is the Meßantriebs- System 21 predetermined, which "starts up” and aligns the measuring laser beam 7 and possibly also the power laser beam 16 in the desired target position via the position control loop 22.
  • the measuring laser beam 7 moves out of the center of the measuring field 8, so that the latter a difference signal corresponding to the deviation ⁇ ⁇ & __ & ug ⁇ r which is fed to the drive 13, and which causes the robot arm or the connecting element 2 with the Measuring field 8 is "tracked” via the main transmission 12 until the measuring laser beam 7 hits the defined center of the measuring field 8 again and thus the difference A ⁇ ⁇ zv. Becomes "zero".
  • the target position of the end of the robot arm or the connecting element 2 is always exactly reached, even if deformations (twists, bends) occur within the main gear 12 and / or the robot arm or connecting element 2.
  • Figs. 4 and 5 is illustrated an advantageous further development 'of the invention.
  • the robot arm or its loaded drive is relatively sluggish compared to the unloaded measuring drive, ie positional deviations of the arm are compensated for during a certain transition period, which can be approximately i • range from 20 to 30 ms, by "tracking" the arm.
  • a further mirror system 15a is arranged, which, according to the invention, is movably guided in such a way that, in accordance with the correction variable f measured in each case, if the joint la deviates from its desired position (for example by bends of the connecting element 2) the power laser beam 16 is nevertheless deflected exactly into its desired orientation.
  • the measuring laser beam 7 is also used for this control (see FIG. 5).
  • a movable slide 25 is arranged in or on the downstream joint 1 a, which can be moved by a fast drive 26, preferably on a circular path 27 with a radius corresponding to the distance between the joints 1, 1 a (FIG. 4).
  • the carriage 25 has a further measuring field 8a, which interacts with the measuring laser beam 7 in the manner already described above in relation to the measuring field 8.
  • the measuring field 8a lies in the direction of the laser beam 7 behind the first measuring field 8, the latter being partially permeable, so that the measuring laser beam 7 is "split" on the one hand for guiding the arm or the connecting element 2 and on the other hand for guiding the slide 25 .
  • the slower main drive 13 runs behind the measuring drive 11/23; however, so that the power laser beam 16 nevertheless points to the same defined point of the mirror system 15a and is thus still deflected exactly in the desired direction
  • the mirror system 15a is guided via the fast drive 26 using the difference Af ⁇ determined by the second measuring field 8a until the measuring field 8a again detects a difference "zero".
  • the arm or the connecting element 2 will now "follow” so that the carriage 25 is moved back to its original position at the speed of the arm, ie the carriage 25 only deviates from its starting position during transitional processes and moves back to the starting position after the arm deviation has been corrected.
  • the unloaded transmission can expediently also carry an unloaded arm, the end of which carries the mirror system for the power laser.
  • part of the power laser beam 16 can of course be used as the measuring laser beam 7, i.e. decoupled via the mirror system 15 who e.
  • the described control for the power laser beam 16 and also the tracking of the arm or the connecting element 2 can be used for swiveling movements, but according to the invention can also be transferred to double mirror arrangements for rotating and swiveling movements.

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Description

Verfahren und Vorrichtung zur Positionskorrektur von Industrieroboterarmen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrigieren der Position eines freien Endes eines insbeson¬ dere durch Verbiegungen und/oder Torsionen aus seiner Soll- position ausgelenkten Roboterarmes mittels eines Wegme߬ systems, wobei der Roboterarm als Fortsetzung mindestens eines Gelenkes oder einer entsprechenden Basis mindestens ein Verbindungselement aufweist, und wobei die Auslenkung aus der Sollposition am Ende des Verbindungselementes mit Hilfe eines von einem am anderen Ende des Verbindungselemen¬ tes des Roboterarmes angeordneten Energiestrahler ausgehen¬ den Energiestrahl gemessen und in Abhängigkeit von der gemessenen Auslenkung der Roboterarm in die Sollposition automatisch nachgeregelt wird, nach Patent .... (Patent¬ anmeldung P 36 14 122.4-32).
Weiterhin betrifft die Erfindung auch einen Roboterarm, bestehend aus mindestens einem Gelenk oder einer entspre¬ chenden Basis, mindestens einem Verbindungselement, das dem Gelenk bzw. der Basis nachgeordnet ist, sowie mindestens einem Wegmeßsystem zum Messen von Auslenkungen des Verbin¬ dungselementes, wobei das Wegmeßsystem mindestens einen am oder im vorgeordneten Gelenk angeordneten Energiestrahler am Anfang des Verbindungselementes sowie mindestens ein Meßfeld am anderen Ende des Verbindungselementes, vorzugsweise in oder an einem nachgeordneten Gelenk, aufweist, nach Patent (Patentanmeldung P 36 14 122.4-32).
Das in dem Hauptpatent vorgeschlagene, in den Roboterarm integrierte Wegmeßsystem hat sich ausgezeichnet bewährt, da Auslenkungen des Roboterarmes, die z.B. durch Torsionen des Getriebes und/oder Biegeverformungen der Verbindungselemente verursacht sein können, ausgeregelt werden können, und das Ende des Armes exakt in die Sollposition geführt werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das vorgeschlagene Verfahren sowie den vorgeschlagenen Roboter¬ arm hinsichtlich der Nachführgenauigkeit weiter zu verbes¬ sern, wobei der Roboterarm aber nach wie vor konstruktiv einfach aufgebaut und damit preisgünstig sein soll.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Energie¬ strahl mittels eines im wesentlichen unbelasteten Meßantrie¬ bes anhand des vorgegebenen Sollwertes geführt wird. Hier¬ durch werden vorteilhafterweise bei der Nachführung bzw. Positionskorrektur des Roboterarmes in seine Sollposition auch alle belastungsbedingten Verformungen des eigentlichen, belasteten Armantriebes mit berücksichtigt.
Der erfindungsgemäße Roboterarm zeichnet sich dadurch aus, daß der Energiestrahler an einem Ausgang eines im wesentli¬ chen unbelasteten Meßantriebes angeordnet und gegenüber dem Gelenk bzw. dem Verbindungselement beweglich ist. Der Me߬ antrieb kann erfindungsgemäß von einem unbelasteten Modell¬ getriebe gebildet sein, das parallel zu einem Hauptgetriebe eines gemeinsamen Antriebes angeordnet ist. Alternativ hierzu kann der Meßantrieb aber auch durch ein unbelastetes Meßantriebssystem eines separaten Lage-Regelkreises gebildet sein. Dadurch, daß der Meßantrieb praktisch unbelastet ist, kann er von mechanisch sehr einfachen aber dennoch sehr genauen, kleinbauenden Komponenten gebildet sein. Dies trägt zu der angestrebten, einfachen Ausbildung des Roboter¬ armes bei.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Anhand der Zeichnung soll im folgenden die Erfindung bei¬ spielhaft näher erläutert werden. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Teils eines Roboterarmes,
Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm einer ersten Aus¬ führungsform einer Nachführ-Steuerung gemäß der Erfindung,
Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm einer zweiten
Ausführungsform einer Nachführ-Steuerung gemäß der Erfindung, Fig. 4 eine schematische Seitenansicht eines Teils eines Roboterarmes mit einer Einrichtung zum Nachführen eines Leistungslaserstrahles und
Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild einer Steuerung der Nachführeinrichtung gemäß Fig. 4.
Fig. 1 zeigt einen Teil eines Roboterarmes mit einem Gelenk 1 und einem Verbindungselement 2, wobei ein Roboterarm in der Praxis mehrere Gelenke 1 sowie jeweils zwischen zwei Gelenken 1 ein Verbindungselement 2 aufweisen kann. Am Ende des letzten Gelenkes 1 ist üblicherweise eine Roboterhand (nicht dargestellt) angeordnet. Das Gelenk 1 ist eine autarke Einheit aus zwei Antriebssystemen, wobei eines der Antriebssysteme Drehungen um eine Achse 3 in Doppelpfeil¬ richtung 4 und das andere Antriebssystem Schwenkbewegungen um eine senkrecht zur Zeichenebene liegende Schwenkachse in Doppelpfeilrichtung 5 gestattet. Der genaue Aufbau des Gelenkes 1 ist z.B. in der EP-OS 85 11 40 49.1 beschrieben und braucht daher im Rahmen der vorliegenden Anmeldung nicht näher erläutert zu werden.
Der Roboterarm ist mit einem integrierten Meßsystem ausge¬ stattet, welches durch belastungsbedingte Verbiegungen und/oder Torsionen verursachte Auslenkungen am Ende des Roboterarmes bzw. des Verbindungselementes 2 mißt. In Abhängigkeit von der gemessenen Auslenkung wird der Roboter¬ arm bzw. das Verbindungselement 2 automatisch in seine Soll- Position nachgeregelt. Ein diesbezügliches Verfahren sowie ein Roboterarm zur Durchführung des Verfahrens sind in dem
Hauptpatent ... (Patentanmeldung P 36 14 122.4-32) vorgeschlagen, und es wird an dieser Stelle auf dessen Inhalt voll Bezug genommen. Das Meßsystem weist im vorgeordneten Gelenk 1 einen Energie¬ strahler, insbesondere einen Laserstrahler 6 auf, der einen Energie- bzw. Laserstrahl 7 in Richtung des entfernt liegenden Endes des Verbindungselementes 2 sendet, wo ein Meßfeld 8 angeordnet ist. Im unbelasteten, d.h. unausge- lenkten Zustand des Verbindungselementes 2 trifft der Laser¬ strahl 7 in ein definiertes Zentrum des Meßfeldes 8. Treten nun belastungsbedingte Verbiegungen und/oder Torsionen des Roboterarmes, d.h. des Gelenkes 1 und/oder des Verbindungs¬ elementes 2 auf, so bewegt sich das Meßfeld 8 gegenüber dem Laserstrahl 7, so daß letzterer aus dem Zentrum abweicht. Das Meßfeld 8 ist in der Lage, anhand der Abweichungen Ausgangssignale ^α und/oder ^ ψ zu erzeugen, die Schwenkab¬ weichungen und/oder Torsionsabweichungen des Armes entspre¬ chen. Anhand dieser Ausgangssignale wird gemäß dem Verfah¬ ren des Hauptpatentes der Roboterarm automatisch in die Soll-Position nachgeregelt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun der Laserstrahler 6 über einen unbelasteten Meßantrieb geführt, so daß auch alle belastungsbedingten Verformungen des eigentlichen, belasteten Arm-Antriebes bei der Nachregelung des Roboter¬ armes in die Sollposition mit berücksichtigt werden.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird der Meßantrieb erfindungsgemäß durch ein unbelastetes, hochgenaues Modell¬ getriebe 11 gebildet, an dessen Ausgang der Laserstrahler 6 angeordnet ist. Diese Ausführungsform eignet sich insbeson¬ dere für solche Roboterarme, die überwiegend statisch arbeiten. 'Das Modellgetriebe 11 ist mechanisch parallel zu einem Hauptgetriebe 12 geschaltet, wobei beide Getriebe 11 und 12 von einem gemeinsamen Antrieb 13 angetrieben werden. Das Hauptgetriebe 12 ist im Gegensatz zu dem Modellgetriebe 11 durch den anzutreibenden Schwenkarm bzw. das Verbindungs¬ element 2 belastet. Beide Getriebe 11 und 12 weisen erfindungsgemäß die gleiche Übersetzung auf. Das Modell¬ getriebe kann sowohl ein rein mechanisches Getriebe, als auch das Getriebe eines Winkelmeßsystems, z.B. das Getriebe eines Absolutwertgebers, sein. Der gemeinsame Antrieb 13 von Modell- und Hauptgetriebe 11, 12 weist in an sich bekannter Weise eine Antriebsregelung 14 (Drehzahlregelung) auf. Treten nun Verformungen in dem belasteten Teil, d.h. in dem Hauptgetriebe 12 und/oder dem Verbindungselement 2, auf, so ermittelt das am Ende des Verbindungselementes 2 fest angeordnete Meßfeld 8 eine Differenz & ψ , die zu dem Sollwert ψs o l addiert wird. Diese Summe Ts o l l +Δ^wird dem Antrieb 13 als korrigierter Sollwert zugeführt, der somit über das Hauptgetriebe 12 den Roboterarm bzw. das jeweilige Verbindungselement 2 in die korrigierte Soll¬ position Xsoll +Δ nachregelt. Die Differenz _ ψbleibt dabei solange bestehen, wie Verformungen bzw. Abweichungen auftreten, da a der Antrieb 13 zusammen mit dem Haupt¬ getriebe 12 auch das Modellgetriebe 11 und damit auch den Laserstrahler 6 verfährt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist am Ausgang des Modellgetriebes 11 zusätzlich zu dem Laser¬ strahler 6 ein Spiegelsystem 15 - hier z.B. ein Prisma - angeordnet, das zum Mitführen eines Leistungslaserstrahles 16 durch das Gelenk 1 dient. Der Leistungslaserstrahl 16 wird erfindungsgemäß durch das über das Modellgetriebe 11 zusammen mit dem Laserstrahler 6 bewegte Spiegelsystem 15 für Laserstrahlbearbeitungsverfahren (z.B. Schweißen, Schneiden usw. ) äußerst exakt sowie vorteilhafterweise unter Kompensierung von belastungsbedingten Abweichungen des Roboterarmes bzw. des Verbindungselementes 2 positioniert, und zwar anhand der ermittelten Abweichung
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Es ist erfindungsgemäß weiterhin möglich, über das Spiegel¬ system 15 einen Teil des Leistungslaserstrahles 16 auszu¬ koppeln und als Meß-Laserstrahl 7 zu verwenden. Hierzu wird das Spiegelsystem 15 z.B. als teildurchlässiges Prisma aus¬ gebildet und anstelle des Laserstrahlers 6 ein Umlenkspiegel verwendet, der den ausgekoppelten Teilstrahl des Leistungs¬ laserstrahles 16 als Meßstrahl 7 in Richtung des Meßfeldes 8 umlenkt. Hierdurch erübrigt sich vorteilhafterweise der Laserstrahler 6, bzw. wird dieser von einem einfachen Umlenkspiegel gebildet.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, das sich insbesondere für dynamische Vorgänge eignet, wird der Meßantrieb erfin¬ dungsgemäß durch ein unbelastetes Meßantriebssystem 21 eines separaten Lage-Regelkreises 22 gebildet. Dem Meßantriebs¬ system 21 ist vorzugsweise ein eigenes, hochauflösendes Win¬ kelmeßsystem 23 nachgeordnet, ah dessen Ausgang der Laser¬ strahler 6 angeordnet ist. Der Laserstrahler 6 kann auch in vorteilhafter Weise an der Abtriebsseite des Motors 21 an¬ geordnet sein. Zum Mitführen des Leistungslaserstrahles 16 kann - analog zu der oben beschriebenen Ausführung gemäß Fig. 2 - am Ausgang des Winkelmeßsystems 23 ebenfalls das Spiegelsystem 15 angeordnet sein. Vorteilhaft ist aber auch, das Spiegelsystem 15 an der Abtriebsseite des Motors 21 anzu¬ ordnen. Auch hier kann ein Teil des Leistungslaserstrahles 16 ausgekoppelt und als Meßstrahl 7 verwendet werden. Bei dieser Ausführung ist der separate, im wesentlichen unbela¬ stete Lage-Regelkreis 22 getrennt von dem belasteten, aus dem Antrieb 13 und dem Hauptgetriebe 12 bestehenden Antriebs¬ system des Roboterarms bzw. des Verbindungselementes 2, aber auf der gleichen "Basis" bzw. dem gleichen "Bezugspunkt" des Gelenkes 1 angeordnet, wobei der Antrieb auch hier - wie be¬ kannt - die Antriebsregelung 14 besitzt.
Der erfindungsgemäße Folgeregelkreis gemäß Fig. 3 arbeitet nun wie folgt. Ein Sollwert cfΞ a X 1 wird dem Meßantriebs- system 21 vorgegeben, das hierdurch "anläuft" und über den Lage-Regelkreis 22 den Meß-Laserstrahl 7 und ggf. auch den Leistungslaserstrahl 16 in die gewünschte Sollposition ausrichtet. Hierdurch bewegt sich der Meß-Laserstrahl 7 aus dem Zentrum des Meßfeldes 8 hinaus, so daß letzteres ein der Abweichung entsprechendes Differenzsignal ^ψ& __&ug~ r welches dem Antrieb 13 zugeführt wird, und welches bewirkt, daß der Roboterarm bzw. das Verbindungselement 2 mit dem Meßfeld 8 über das Hauptgetriebe 12 solange "nachgeführt" wird, bis der Meß-Laserstrahl 7 wieder in das definierte Zentrum des Meßfeldes 8 trifft und somit die Differenz Aψ ~zv. "Null" wird. Hierdurch wird stets exakt die Sollposition des Endes des Roboterarmes bzw. des Verbindungselementes 2 erreicht, auch-wenn innerhalb des Hauptgetriebes 12 und/oder des Roboterarmes bzw. Verbindungselementes 2 Verformungen (Verdrehungen, Verbiegungen) auftreten.
In den Fig. 4 und 5 wird eine vorteilhafte Weiterbildung' der Erfindung veranschaulicht. Der Roboterarm bzw. dessen belasteter Antrieb ist im Vergleich zu dem unbelasteten Meßantrieb relativ träge, d.h. Lageabweichungen des Arms werden während einer bestimmten Übergangszeit, die etwa i • Bereich von 20 bis 30 ms liegen kann, ausgeglichen, indem der Arm "nachgeführt" wird. Um nun während diesem "Über¬ gangsvorgang" den über das Spiegelsystem 15 durch das vorgeordnete Gelenk 1 mitgeführten Leistungslaserstrahl 16 durch ein nachgeordnetes Gelenk la in Richtung eines nachgeordneten Verbindungselementes 2a verzerrungsfrei, d.h. exakt in seine Sollposition bzw. Sollausrichtung weiterzuführen, ist in dem nachfolgenden Gelenk la ein weiteres Spiegelsystem 15a angeordnet,, das erfindungs¬ gemäß derart beweglich geführt wird, daß entsprechend der jeweils gemessenen Korrekturgröße &f- bei Abweichungen des Gelenkes la aus seiner Sollposition (z.B. durch Ver- biegungen des Verbindungselementes 2) der Leistungslaser¬ strahl 16 dennoch exakt in seine Sollausrichtung umgelenkt wird. Auch.für diese Steuerung (s. Fig. 5) wird erfindungs¬ gemäß der Meßlaserstrahl 7 verwendet. In oder an dem nach- geordneten Gelenk la ist ein beweglicher Schlitten 25 ange¬ ordnet, der von einem schnellen Antrieb 26 vorzugsweise auf einer Kreisbahn 27 mit einem dem Abstand der Gelenke 1, la entsprechenden Radius (Fig. 4) bewegbar ist. Der Schlitten 25 weist ein weiteres Meßfeld 8a auf, das mit dem Meßlaser¬ strahl 7 in der oben bereits in bezug auf das Meßfeld 8 beschriebenen Weise zusammenwirkt. Das Meßfeld 8a liegt in Richtung des Laserstrahles 7 gesehen hinter dem ersten Me߬ feld 8, wobei letzteres teildurchlässig ausgebildet ist, so daß der Meßlaserstrahl 7 zum Nachführen des Armes bzw. des Verbindungselementes 2 einerseits und zum Führen des Schlittens 25 andererseits "aufgeteilt" wird.
Die Funktion dieser erfindungsgemäßen Nachführeinrichtung für den Leistungslaserstrahl 16 ist nun wie folgt. Im unbelasteten, unausgelenkten Zustand des Verbindungselemen¬ tes 2 sind die erfaßten Differenzen Afsowohl des Meßfeldes 8 als auch des zweiten Meßfeldes 8a gleich "Null". Der Leistungslaserstrahl 16 zeigt auf einen definierten Punkt des Spiegelsystems 15a. Bei Sollwertänderungen und/oder bei auftretenden, belastungsbedingten Abweichungen des Armendes aus der Sollposition läuft der langsamere Hauptantrieb 13 dem Meßantrie'b 11/23 hinterher; damit aber der Leistungs¬ laserstrahl 16 dennoch in den gleichen definierten Punkt des Spiegelsystems 15a zeigt und somit nach wie vor exakt in die Sollrichtung umgelenkt wird, wird anhand der von dem zweiten Meßfeld 8a ermittelten Differenz Af^ über den schnellen Antrieb 26 das Spiegelsystem 15a naσhgeführt, bis das Meßfeld 8a wieder eine Differenz "Null" erfaßt. Der Arm bzw. das Verbindungselement 2 wird nun "nachkommen", so daß der Schlitten 25 in der Geschwindigkeit des Armes wieder in seine ursprüngliche Position zurückbewegt wird, d.h. der Schlitten 25 weicht nur während Übergangsvorgängen aus seiner Ausgangsstellung ab und bewegt sich nach Ausregelung der Armabweichung wieder in die Ausgangsstellung zurück.
Zweckmäßigerweise kann das unbelastete Getriebe neben dem Laserstrahler 6 auch einen unbelasteten Arm führen, dessen Ende das SpiegelSystem für den Leistungslaser trägt.
Auch bei dieser Weiterbildung der Erfindung kann natürlich als Meßlaserstrahl 7 ein Teil des Leistungslaserstrahles 16 verwendet, d.h. über das Spiegelsystem 15 ausgekoppelt wer e .
Die beschriebene Nachführsteuerung für den -Leistungslaser¬ strahl 16 sowie auch die Nachführung des Armes bzw. des Verbindungselementes 2 lassen sich für Schwenkbewegungen verwenden, sind jedoch erfihdungsgemäß auch auf Doppel¬ spiegelanordnungen für Dreh- und Schwenkbewegungen übertrag¬ bar.

Claims

Ansprüche
Verfahren zum Korrigieren der Position eines freien Endes eines insbesondere durch Verbiegungen und/oder Torsionen aus seiner Sollposition ausgelenkten Roboterarmes mittels eines Wegmeßsystems, wobei der Roboterarm als Fortsetzung mindestens eines Gelenks oder einer entsprechenden Basis mindestens ein Verbindungselement aufweist, und wobei die Auslenkung aus der Sollposition am Ende des Verbindungselementes mit Hilfe eines von einem am anderen Ende des Verbindungselementes des Roboterarmes angeordneten Energiestrahler ausgehenden Energiestrahls gemessen und in Abhängigkeit von der gemessenen Auslenkung der Roboterarm in die Sollposition automatisch nachgere¬ gelt wird, nach Patent .... (Patentanmeldung P 36 14 122.4-32), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Energiestrahl mittels eines im wesentlichen unbe¬ lasteten Meßantriebes anhand eines vorgegebenen Sollwertes geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Energiestrahl durch ein im wesentlichen unbelastetes, parallel zu einem belasteten Hauptgetriebe geschal¬ tetes Modellgetriebe geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Energiestrahl durch ein im wesentlichen unbelastetes, von dem eigentlichen, belasteten Hauptantrieb getrenntes Meßantriebssystem geführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Meßantriebssystem den Energiestrahl anhand des Soll¬ wertes in die Sollposition vorführt und das Verbin¬ dungselement durch den Hauptantrieb automatisch nach¬ geführt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zusammen mit dem Meß-Energiestrahl ein Leistungs¬ laserstrahl mitgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Teil des Leistungslaserstrahles ausgekoppelt und als Meß-Energiestrahl verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß während .eines Übergangsvorganges, während dem der Hauptantrieb dem Meßantrieb nachläuft, der Leistungs¬ laserstrahl in einem nachgeordneten Gelenk anhand der gemessenen Auslenkung des Roboterarmes automatisch in seine Sollrichtung geführt wird.
8. Roboterarm insbesondere zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bestehend aus mindestens einem Gelenk oder einer entsprechenden Basis, mindestens einem Verbindungselement, das dem Gelenk bzw. der Basis nachgeordnet ist, sowie mindestens einem Wegmeßsystem zum Messen von Auslen¬ kungen des Verbindungselementes, wobei das Wegmeß^ System mindestens einen am oder im vorgeordneten Gelenk angeordneten Energiestrahler sowie mindestens ein Meßfeid vorzugsweise in oder an dem nachgeordne¬ ten Gelenk aufweist, nach Patent .... (Patentanmel¬ dung P 36 14 122.4-32), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Energiestrahler (6) an einem Ausgang eines im wesent¬ lichen unbelasteten Meßantriebes angeordnet und gegenüber dem Gelenk (1) bzw. dem Verbindungselement (2) beweglich ist.
9. Roboterarm nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Meßantrieb von einem unbelasteten Modellgetriebe (11) gebildet ist, das parallel zu einem Hauptgetriebe (12) eines gemeinsamen Antriebes (13) angeordnet ist.
10. Roboterarm nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Modellgetriebe (11) und das Hauptgetriebe (12) die gleiche Übersetzung aufweisen.
11. Roboterarm nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Modellgetriebe (11) ein mechanisches Getriebe oder ein Getriebe eines Winkelmeßsystems, z.B. eines Absolutwertgebers, ist.
12. Roboterarm nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Meßantrieb von einem unbelasteten Meßantriebssystem (21) eines separaten Lage-Regelkreises (22) gebildet ist, wobei dem Meßantriebssystem (21) vorzugsweise ein eigenes, hochau lösendes Winkelmeßsystem (23) nachgeordnet ist, an dessen Ausgang der Energie- strahler (6) angeordnet ist.
13. Roboterarm nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß am Ausgang des Modellgetriebes (11) bzw. des WinkelmeßSystems (23) zusätzlich zu dem Energie¬ strahler (6) ein Spiegelsystem (15) zum Mitführen eines Leistungslaserstrahles (16) angeordnet ist.
14. Roboterarm nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Spiegelsystem (15) teildurchlässig ausgebildet ist, wobei in Richtung des einfallenden Leistungslaser¬ strahles (16) gesehen hinter dem Spiegelsystem (15) ein den Laserstrahler (6) bildender Umlenkspiegel für einen den Meß-Energiestrahl (7) bildenden, ausgekop¬ pelten Teilstrahl des Leistungslaserstrahls (16) .angeordnet ist.
15. Roboterarm nach Anspruch 13 oder 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an oder in dem nachgeordneten Gelenk (la) ein weiteres Spiegelsystem (15a) für den Leistungslaserstrahl (16) angeordnet ist, wobei das weitere Spiegelsystem (15a) vorzugsweise auf einer Kreisbahn (27) mit einem dem Abstand zwischen den Gelenken (1, la) entsprechenden Radius beweglich geführt ist.
16. Roboterarm nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das weitere Spiegelsystem (15a) mittels eines Antriebes (26) in Abhängigkeit von der gemessenen Auslenkung des Armes bewegbar ist.
17. Roboterarm nach Anspruch 15 oder 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das weitere Spiegelsystem (15a) auf einem beweglichen Schlitten (25) angeordnet ist, der vorzugsweise ein weiteres, in Richtung des Meß-Energiestrahls (7) gesehen hinter dem ersten Meßfeld (8) angeordnetes Meßfeld (8a) trägt, wobei das erste Meßfeld (8) teildurchlässig ausgebildet ist.
18. Roboterarm nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Laserstrahler (6) an der Abtriebsseite des Motors (21) angeordnet ist.
19. Roboterarm nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Spiegelsystem (15) an der Abtriebsseite des Motors (21) angeordnet ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103328162A (zh) * 2010-11-26 2013-09-25 温泽尔斯坎泰克有限责任公司 控制坐标测量仪的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1983000834A1 (en) * 1981-09-02 1983-03-17 FAXÖ, Per, Göran Method and means for determination of the position of a work arm
EP0181593A1 (de) * 1984-11-12 1986-05-21 Forschungsinstitut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen in der Gelenkantrieb, insbesondere für Industrieroboter
EP0242858A2 (de) * 1986-04-25 1987-10-28 Forschungsinstitut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen in der Verfahren und Vorrichtung zur Positionskorrektur von Industrieroboterarmen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1983000834A1 (en) * 1981-09-02 1983-03-17 FAXÖ, Per, Göran Method and means for determination of the position of a work arm
EP0181593A1 (de) * 1984-11-12 1986-05-21 Forschungsinstitut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen in der Gelenkantrieb, insbesondere für Industrieroboter
EP0242858A2 (de) * 1986-04-25 1987-10-28 Forschungsinstitut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen in der Verfahren und Vorrichtung zur Positionskorrektur von Industrieroboterarmen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Patent Abstracts of Japan, Band 10, nr. 62 (M-460)(2119) 12. Marz 1986; & JP-A-60207742 (MITSUBUSHI JUKOGYO K.K.) 19. Oktober 1985 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103328162A (zh) * 2010-11-26 2013-09-25 温泽尔斯坎泰克有限责任公司 控制坐标测量仪的方法

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