DE69013573T2

DE69013573T2 - Verteilersteuergerät.

Info

Publication number: DE69013573T2
Application number: DE69013573T
Authority: DE
Inventors: Kazuhisa Gotoh; Tomohiro Murayama; Katsuko Ozawa; Satoshi Sumida; Tetsuo Suzuki; Momoyo Tokuda
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-05-31
Filing date: 1990-05-30
Publication date: 1995-03-16
Anticipated expiration: 2010-05-31
Also published as: EP0400624B1; DE69013573D1; US5055755A; EP0400624A3; EP0400624A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verteilersteuergerät zur Steuerung der Bewegung eines Gelenkmanipulators, wobei verteilte Steuerungen an den jeweiligen Verbindungsgelenken des Gelenkmanipulators bereitgestellt werden.

2. Stand der Technik

Ein Verteilersteuergerät für einen Gelenkmanipulator ist bekannt. Die verteilten Steuerungen umfassen eine Hauptsteuerungs-CPU (CPU für Central Processing Unit - Zentraleinheit), eine Motorsteuerungs-CPU, eine Kommunikations-CPU und eine I/O-Port-Cpu (I/O für Input/Output - Eingabe/Ausgabe). Die Motorsteuerungs-CPU, die Kommunikations-CPU und die I/O- Port-CPU sind der Hauptsteuerungscpu untergeordnet. Die Hauptsteuerungs-CPU steuert den Gesamtbetrieb des Gelenkmanipulators. Die Motorsteuerungs-CPU steuert Servomotoren an den jeweiligen Verbindungsgelenken des Gelenkmanipulators. Im Verteilersteuergerät werden somit Notorsteuerung, Kommunikationsabwicklung etc. in verteilter Weise durch entsprechende CPUs abgewickelt.
Ein Programm, das auf Basis des Betriebs des Gelenkmanipulators erstellt wurde, ist in diesem Verteilersteuergerät eingespeichert. Wenn die Struktur des Gelenkmanipulators modifiziert wird, muß das Programm umgeschrieben und neu gestartet werden.
Darüber hinaus kann dieses Verteilersteuergerät im Falle einer Kehlfunktion einer der CPUs den Gelenkmanipulator nicht mehr betreiben.
Das dem Stand der Technik zugehörige Dokument EP-A-103 714 beschreibt ein Verfahren für den Betrieb eines computergesteuerten industriellen Fertigungszentrums, bei dem eine Vielzahl von Bewegungsachsen unabhängig voneinander gesteuert werden. Das Verfahren arbeitet mit speicherprogrammier baren Steuerungen zur Erzeugung der Verfahrbefehlssignale für die Servoantriebe der Anlage. Die koordinierte Bewegung mehrerer Achsen wird durch programmtechnische Zusammenfassung der Achsen in Bewegungsgruppen erreicht. Jeder Bewegungsgruppe ist ein Masterprozessor zugeordnet, der den Betrieb aller Achsenprozessoren der betreffenden Gruppe koordiniert. Der Achsenprozessor kann jeder beliebigen anderen Bewegungsgruppe zugeordnet werden, wenn eine programmierbare Bewegung ausgeführt wird.
Weiter beschreibt das dem Stand der Technik zugehörige Dokument EP-A-291 966 ein Steuerungsverfahren für ein Robotersystem und ein Gerät zur Realisierung dieses Verfahrens. Dieses Robotersystem verfügt über eine Gruppe von Programmmodulen innerhalb einer zentralen Steuerungseinheit zur Abarbeitung der erforderlichen Programme und eine Vielzahl von peripheren Steuermodulen zur Steuerüng der zugehörigen Teile des Robotersystems. Ein Kommunikationsmodul zur Abwicklung der Kommunikation zwischen den Modulen ist bereitgestellt, außerdem ein Warteschlangenpuffer zur sequentiellen Speicherung der vorliegenden Statusinformationen, eines Namens des Quellmoduls und des Neldungstextes. Das Kommunikationsmodul überwacht die Übertragung vom jeweiligen Nodul, legt die Meldung im Warteschlangenpuffer ab, legt eine Liste mit Übermittlungsanforderungen an, übernimmt den Namen des Zielmoduls für die Meldung in sequentieller Weise auf Grundlage eines Empfangsprotokolls des Quellmoduls und legt den Namen des Quellmoduls und die Meldung im Warteschlangenpuffer für das Zielmodul ab. Anschließend durchsucht das Kommunikationsmodul sequentiell den Warteschlangenpuffer nach der zu übermittelnden Meldung und fragt den Status der Zielmodule ab. Ist der Status eines Zielmoduls in den Zustand Freigabe gesetzt, wird die Meldung auf Grundlage eines Sendeprotokolls des Zielmoduls übertragen. Anderenfalls wird die Meldung im Warteschlangenpuffer belassen und im nächsten Übertragungszyklus übermittelt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verteilersteuergerät mit der Fähigkeit zur effizienten Steuerung eines zu steuernden Geräts bereitzustellen. Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verteilersteuergeräts mit der Fähigkeit zur effizienten Steuerung eines zu steuernden Geräts, wobei auch dann keine Anderung des Steuerungsprogramms erforderlich wird, wenn das Gerät eine Veränderung erfährt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verteilersteuergeräts mit der Fähigkeit zur Fortführung der Steuerung eines Geräts auch im Fall des Auftretens eines Fehlers.
Zur tösung dieser Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung ein Verteilersteuergerät nach Anspruch 1 bereit.
Die Erfindung wird anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren verständlich; es zeigen:
Fig. 1 ein Verteilersteuergerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen schematischen Aufbau eines Verbindungsgelenks;
Fig. 3 einen schematischen Aufbau einer visuellen Steuerung;
Fig. 4 eine schematische ROM-Belegung der visuellen Steuerung;
Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Hauptprogramms;
Fig. 6 einen schematischen Aufbau einer Ein/Ausgabesteuerung;
Fig. 7 eine schematische ROM-Belegung der Ein/Ausgabesteuerung;
Fig. 8 einen schematischen Aufbau einer Motorsteuerung;
Fig. 9 eine schematische ROM-Belegung einer Motorsteuerung;
Fig. 10 einen schematischen Aufbau einer Greiferantriebs-Steuerung;
Fig. 11 eine schematische ROM-Belegung der Greiferantriebssteuerung;
Fig. 12 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Programms zur visuellen Steuerung;
Fig. 13 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Programms zur Ein/Ausgabesteuerung;
Fig. 14 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Berechnungsablauf-Umschaltprogramms;
Fig. 15 ein Diagramm eines Berechnungszeitabschnitts für die Bewegungsrate;
Fig. 16 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Ortskurven-Berechnungsprogramms;
Fig. 17 Stützpunkte einer Bewegungsbahn;
Fig. 18 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Interpolations-Berechnungsprogramms;
Fig. 19 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Motorsteuerungsprogramms;
Fig. 20 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Fehleralarmprogramms;
Fig. 21 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Kehlerbehebungsprogramms bei einer Motorstörung;
Fig. 22 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Fehlerbehebungsprogramms bei Ausfall einer Steuerung; und
Fig. 23 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Programms zur Datenübertragung bei Leitungsunterbrechungen.
Im folgenden werden Aus führungs formen der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 ist ein Gelenkmanipulator 1 auf einem Sockel 2 montiert. Der Manipulator 1 umfaßt einen ersten Arm 3, einen zweiten Arm 4, einen dritten Arm 5, einen vierten Arm 6 und einen Greifer 7. Ein Ende des ersten Arms 3 ist am Sockel 2 angebracht, und das andere Ende des ersten Arms 3 ist über ein erstes Verbindungsgelenk 8 mit dem zweiten Arm 4 verbunden. Der zweite Arm 4 ist über ein zweites Verbindungsgelenk 9 mit dem dritten Arm 5 verbunden. Der dritte Arm 5 ist über ein drittes Verbindungsgelenk 10 mit dem vierten Arm 6 verbunden. Der vierte Arm 6 ist über ein viertes Verbindungsgelenk 11 mit dem Greifer verbunden.
Die Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau des ersten bis vierten Verbindungsgelenks 8, 9, 10 und 11. Da das erste bis vierte Verbindungsgelenk 8 bis 11 jeweils gleich aufgebaut ist, wird stellvertretend der Aufbau des ersten Verbindungsgelenks 8 beschrieben. Das erste Verbindungsgelenk 8 ist mit einem Servomotor 12 ausgestattet. Eine elektromagnetische Verriegelung 14 sowie Bremsen 15 und 16 sind auf einer umlaufenden Welle 13 des Servomotors 12 angeordnet. Ein Kodierer 17 ist mit der umlaufenden Welle des Servomotors 12 gekuppelt. Ein Potentiometer 17a ist am Kodierer 17 angebracht. Der zweite Arm 4 wird daher entsprechend der Rotation des Servomotors 12 bewegt. Wenn der am zweiten Verbindungsgelenk 9 mit dem gleichen Aufbau wie das erste Verbindungsgelenk 8 angebrachte Servomotor umläuft, wird der dritte Arm 5 bewegt. Wenn der am dritten Verbindungsgelenk angebrachte Servomotor umläuft, wird der vierte Arm 6 bewegt, wenn der am vierten Verbindungsgelenk 11 angebrachte Servomotor umläuft, wird der Greifer 7 bewegt. Mit dem Umlaufen von im Greifer 7 bereitgestellten Servomotoren werden die Greiferfinger 18 geöffnet und geschlossen.
Ein visueller Sensor 19, bei dem es sich um einen Umgebungszustandssensor handelt, ist über dem Gelenkmanipulator 1 angebracht. Der visuelle Sensor 19 ist eine industrielle Fernsehkamera. Die Bilderfassung durch den visuellen Sensor 19 wird durch eine visuelle Steuerung 20 oder eine Steuerung zur Erkennung des Umgebungszustandes gesteuert. Die visuelle Steuerung 20 ändert die Bilderfassungsrichtung des visuellen Sensors 19 und hält den Nanipulator 1 oder einen Handhabungsgegenstand 21 des Manipulators 1 innerhalb des Sichtfeldes des visuellen Sensors 19. Die visuelle Steuerung 20 gibt auf Basis der Bildverarbeitung ermittelte Bilddatensignale des Gelenkmanipulators 1 oder des Handhabungsgegenstandes 21 aus.
Weiterhin wird ein Anzeigebildschirm 24 für das Empfangen bzw. Senden von Daten vom/zum Gelenkmanipulator 1 bereitgestellt. Eine Ein/Ausgabesteuerung 25 steuert die Ein/Ausgabe von Daten zwischen dem Manipulator 1 und dem Anzeigebildschirm 24.
Das erste bis vierte Verbindungsgelenk 8, 9, 10 und 11 des Gelenkmanipulators 1 verfügt über jeweils eine erste bis vierte Motorsteuerung 26 bis 29. Der Greifer 7 verfügt über eine Greiferantriebssteuerung 30. Die erste bis vierte Motorsteuerung 26 bis 29 steuert den Servomotor des betreffenden Verbindungsgelenks. Die Greiferantriebssteuerung 30 steuert die Servomotoren im Greifer 7.
Die Steuerungen 20 und 25 bis 30 sind untereinander durch eine hochschnelle Kommunikationsstrecke 31 verbunden.
Nachstehend wird der Aufbau der Steuerungen 20 und 25 bis 30 beschrieben.
Die Fig. 3 zeigt den schematischen Aufbau der visuellen Steuerung 20. Ein ROM 33, ein RAM 34, ein I/O-Port 35 und ein Bildspeicher 38 sind über einen Bus 32 mit einer CPU 31 verbunden. Eine Motorsteuerungsschaltung 36 ist mit dem I/O- Port 35 verbunden. Die Motorsteuerungsschaltung 36 steuert einen Motor 37 zur Anderung der Bilderfassungsrichtung des visuellen Sensors 19. Der A/D-Wandler 39 erhält ein Bildsignal S vom visuellen Sensor 19. Das ROM 33 speichert Programme entsprechend Fig. 4. Wie in der Fig. 5 dargestellt, ruft ein Hauptprogramm ein Ortskurven-Berechnungsprogramm und ein Interpolations-Berechnungsprogramm auf und aktiviert darüber hinaus in bestimmten Intervallen ein Berechnungsablauf-Umschaltprogramm.
Das Ortskurven-Berechnungsprogramm wird zur Berechnung einer Ortskurve des Greifers 7 des Gelenkmanipulators von der momentanen Position zu einer Zielposition auf Basis Von in festgelegten Intervallen angeordneten Stützpunkten durchlaufen.
Das Interpolations-Berechnungsprogramm wird zur Berechnung einer Variation des Winkels eines jeden Verbindungsgelenks des Gelenkmanipulators 1 zwischen zwei benachbarten Stützpunkten der vom Ortskurven-Berechnungsprogramm erhaltenen Ortskurve durchlaufen.
Das Berechnungsablauf-Umschaltprogramm wird durchlaufen, um in jedem Steuerungszyklus festzustellen, welche der Steuerungen unter den Motorsteuerungen 26 bis 29, der Greiferantriebssteuerung 30, der visuellen Steuerung 20 und der Ein/Ausgabesteuerung 25 die geringste Bewegungsrate aufweist. Die ermittelte Steuerung mit der geringsten Bewegungsrate erhält die Freigabe, die Ortskurvenberechnung und die Interpolationsberechnung durchzuführen und die Steuerung mit der geringsten Bewegungsrate im nächsten Bewegungszyklus zu ermitteln. Wenn das visuelle Steuerungsprogramm ausgeführt wird, liefert die visuelle Steuerung 20 ein funktionsabhängiges EIN/AUS-Signal F an den visuellen Sensor 19 und ändert die Bilderfassungsrichtung des visuellen Sensors 19.
Darüber hinaus wird bei der Abarbeitung des visuellen Steuerungsprogramms ein im Bildspeicher 38 gehaltenes Bildsignal über die hochschnelle Kommunikationsstrecke 31 und die Ein/Ausgabesteuerung 25 an den Monitor für den Anzeigebildschirm 24 übermittelt.
Die Fig. 6 zeigt den schematischen Aufbau der Ein/Ausgabesteuerung 25. Ein ROM 42, ein RAM 43, ein Bildspeicher 44 und ein I/O-Port 45 sind über einen Bus 41 mit einer CPU 49 verbunden. Die Daten werden über das I/O-Port 45 an den Anzeigebildschirm 24 ein- bzw. von diesem ausgegeben. Das ROM 42 enthält die in der Fig. 7 gezeigten Programme. Das Hauptprogramm, das Ortskurven-Berechnungsprogramm, das Interpolationsprogramm und das Berechnungsablauf-Umschaltprogramm sind weiter oben beschrieben worden. Wie in der Fig. 13 gezeigt, überträgt ein Ein/Ausgabe-Programm die im Bildspeicher 44 gehaltenen Bilddaten an einen Monitor des Bildschirms 24, es überträgt weiter die Winkeldaten an den Bildschirm 24 und es übernimmt eine Befehlseingabe von der Tastatur des Bildschirms 24 und übermittelt den Befehl an die Steuerungen 20 und 25 bis 30.
Die Fig. 8 zeigt den schematischen Aufbau der Motorsteuerungen 26 bis 29. Ein ROM 48, ein PAM 49 und ein I/O-Port 50 sind über einen Bus 47 mit einer CPU 46 verbunden. Eine Motorsteuerungsschaltung 51, ein Grenzschalter 52 und eine elektromagnetische Antriebssperrschaltung 53 sind mit dem I/O-Port 50 verbunden. Der Grenzschalter 52 begrenzt den Bewegungsbereich eines jeden Arms. Die elektromagnetische Antriebssperrschaltung 53 steuert die elektromagnetische Verriegelung 14 an, wenn sie ein Verriegelungskommando von der CPU 46 erhält, oder wenn eine Fehlfunktion der CPU 46 auftritt. Das ROM 48 enthält die in der Fig. 9 gezeigten Programme. Das Hauptprogramm, das Ortskurven-Berechnungsprogramm, das Interpolations-Berechnungsprogramm und das Berechnungsablauf-Umschaltprogramm sind weiter oben beschrieben worden.
Auf Basis eines ersten Motorsteuerungsprogrammes werden Antriebssteuerungssignale für Bewegungsgrad, Geschwindigkeit und Drehrichtung des Antriebs generiert, die an den Servomotor 12 des ersten Verbindungsgelenks 8 übermittelt werden, wenn der Gelenkmanipulator 1 den Handhabungsgegenstand 21 bewegt.
Auf Basis eines zweiten Mötorsteuerungsprogrammes werden Antriebssteuerungssignale für Bewegungsgrad, Geschwindigkeit und Drehrichtung des Antriebs generiert, die an den Servomotor des zweiten Verbindungsgelenks 9 übermittelt werden, wenn der Gelenkmanipulator 1 den Handhabungsgegenstand 21 bewegt.
Auf Basis eines dritten Motorsteuerungsprogrammes werden Antriebssteuerungssignale für Bewegungsgrad, Geschwindigkeit und Drehrichtung des Antriebs generiert, die an den Servomotor des dritten Verbindungsgelenks 10 übermittelt werden, wenn der Gelenkmanipulator 1 den Handhabungsgegenstand 21 bewegt.
Auf Basis eines vierten Motorsteuerungsprogrammes werden Antriebssteuerungssignale für Bewegungsgrad, Geschwindigkeit und Drehrichtung des Antriebs generiert, die an den Servomotor des vierten Verbindungsgelenks 11 übermittelt werden, wenn der Gelenkmanipulator 1 den Handhabungsgegenstand 21 bewegt.
Ein Fehleranzeigeprogramm wird durchlaufen, um im Falle einer Störung des Servomotors ein Verriegelungskommando an die elektromagnetische Verriegelung 14 abzusetzen und die Störung an die Motorsteuerungen für die anderen Servomotoren zu übermitteln.
Mittels eines Antriebsstörungsbehebungsprogramms werden Signale für Bewegungsgrad, Drehzahl und Drehrichtung, die die Funktion des gestörten Servomotors kompensieren, an die normal arbeitenden Servomotoren übermittelt.
Mittels eines Steuerungsfehlerbehebungsprogramms werden beim Auftreten einer Störung in einer anderen Motorsteuerung eine Winkelstellung des gestörten Servomotors ermittelt und Signale für Bewegungsgrad, Drehzahl und Drehrichtung, die die Funktion des gestörten Servomotors kompensieren, an die normal arbeitenden Servomotoren übermittelt.
Mittels eines Programms zur Datenübertragung bei Leitungsunterbrechungen werden bei einer Unterbrechung der hochschnellen Kommunikationsstrecke 31 Daten über eine der Motorsteuerungen übertragen.
Ein Programm zur Anderung des Bewegungsgrades wird durchlaufen, um den Bewegungsgrad für die von den Motorsteuerungen gesteuerten Servomotoren entsprechend dem jeweiligen Motortyp zu ändern.
Wie weiter oben beschrieben, haben die erste bis vierte Motorsteuerung 26 bis 29 den gleichen schematischen Aufbau.
Die Fig. 10 zeigt den schematischen Aufbau der Greiferantriebssteuerung 30. Ein ROM 56, ein RAM 57 und ein I/O-Port 58 sind über einen Bus 55 mit einer CPU 54 verbunden. Eine Motorsteuerungsschaltung 59 und ein Grenzschalter 60 sind mit dem I/O-Port 58 verbunden. Der Grenzschalter 60 begrenzt den Bewegungsbereich des Greifers 7 und der Finger 18. Das ROM 56 enthält die in der Fig. 11 gezeigten Programme. Das Hauptprogramm, das Ortskurven-Berechnungsprogramm, das Interpolationsprogramm und das Berechnungsablauf-Umschaltprogramm sind weiter oben beschrieben worden.
Ein Greifersteuerungsprogramm steuert die Servomotoren 61 und 62 im Greifer 7. Der Servomotor 61 wird so angesteuert, daß die Abweichung der Richtung des Greifers 7 gegenüber der Position des Handhabungsgegenstandes 21 zu Null wird. Der Servomotor 62 wird für ein Schließen und Öffnen der Finger 18 unter Konstanthaltung der Kraft der Finger 18 beim Erfassen des Handhabungsgegenstandes 21 angesteuert.
Der Betrieb des Geräts mit dem oben beschriebenen Aufbau wird nachstehend beschrieben.
Zur Aktivierung des Hauptprogramms wird zunächst die Greiferantriebssteuerung 30 eingesetzt. Die anderen Steuerungen rufen das Hauptprogramm nicht auf.
Die CPU 31 in der visuellen Steuerung 20 liest das visuelle Steuerungsprogramm aus dem ROM 32 aus und arbeitet das Programm ab. Im Schritt el der Fig. 12 startet die CPU 31 den Betrieb des visuellen Sensors 19. Der visuelle Sensor 19 erfaßt ein Bild des Handhabungsgegenstandes 21 und gibt ein entsprechendes Bildsignal aus. Das Bildsignal wird von der A/D-Wandlerschaltung 39 in der visuellen Steuerung 20 in ein digitales Signal gewandelt, wobei das digitale Signal im Bildspeicher 38 gespeichert wird. Im Schritt e2 bestimmt die CPU 31 Koordinaten eines Objekts (Handhabungsgegenstand 21 oder Greifer 7 des Manipulators 1) auf Basis des digitalen Bildsignals. Im nachfolgenden Schritt e3 richtet die CPU 28 das Sichtfeld des visuellen Sensors 19 auf die ermittelten Koordinaten.
Die Greiferantriebssteuerung 30 wickelt das Hauptprogramm und das Ortskurven-Berechnungsprogramm in Parallelbearbeitung ab. Wenn die CPU 54 der Greiferantriebssteuerung 30 das Hauptprogramm bearbeitet, bestimmt die CPU 54 nach einer festgelegten Zeit (Schritt a1 in Fig. 5), welche der Steuerungen 20, 25, 26, 27, 28, 29 oder 30 die niedrigste Bewegungsrate aufweist (Schritt a2).
Die Bewegungsrate wird vom Berechnungsablauf-Umschaltprogramm ermittelt. Die CPU 54 setzt die Bewegungsrate W auf Null (Schritt b1 in Fig. 14) und fragt anschließend die Zeit ab (Schritt b2). Es wird bestimmt, ob ein Zeitabschnitt Δt vergangen ist oder nicht (Schritt b3). Wie in der Fig. 15 gezeigt, beginnt die CPU 54 mit einer Abfrage der Zeit zum Zeitpunkt t1 und prüft nach Ablauf eines Zeitabschnitts Δt, ob ein anderes Programm als das Bewegungsraten-Prüfprogramm ausgeführt wurde. Wenn ein anderes Programm als das Bewegungsraten-Prüfprogramm ausgeführt wurde, wird die Bewegungsrate W um "1" erhöht. Im nächsten Schritt b5 prüft die CPU 54, ob die Abfrage der Ausführung eines anderen Programms als des Bewegungsraten-Prüfprogramms n mal erfolgte, d.h. ob ein Zeitabschnitt Atn verstrichen ist. Liefert Schritt b5 "JA", so hat die CPU 54 die Bewegungsrate W bestimmt. Die Fig. 15 zeigt einen Zeitabschnitt Wa, in dem das Bewegungsraten-Prüfprogramm ausgeführt wird, und einen Zeitabschnitt Wb, in dem ein anderes Programm als das Bewegungsraten-Prüfprogramm ausgeführt wird. Die CPU 54 bestimmt die Bewegungsraten aller Steuerungen 20 und 25 bis 30.
Die CPU 54 kehrt zum Hauptprogramm zurück und bestimmt unter den Steuerungen 20 und 25 bis 30 diejenige Steuerung mit der niedrigsten Bewegungsrate (Schritt a3). Wenn es sich bei der so bestimmten Steuerung um die Greiferantriebssteuerung 30 handelt, fährt die CPU 54 mit der Bearbeitung des Hauptprogramms, des Ortskurven-Berechnungsprogramm5 und des Interpolations-Berechnungsprogramms fort.
Die CPU 54 arbeitet das Hauptprogramm und das Ortkurven- Berechnungsprogramm in paralleler Weise ab.
In Schritt k1 der Fig. 16 übernimmt die CPU 54 Zielpositionsdaten von der Ein/Ausgabe-Erfassungssteuerung 25. In Schritt k2 bestimmt die CPU 54 die momentane Position des Greifers 7. Die momentane Position des Greifers 7 wird aus den Winkeln der Verbindungsgelenke 8 bis 11 berechnet. In Schritt k3 bestimmt die CPU 54 eine Bewegungsbahn für den Greifer 7 auf Basis der Zielposition und der momentanen Position des Greifers 7. Wie in der Fig. 17 gezeigt, wird die Bewegungbahn durch Stützpunkte P1, P2 ... beschrieben, die in vorgegebenen Zeitintervallen angeordnet sind. Zusätzlich führt die CPU 54 das Interpolations-Berechnungsprogramm aus. In Schritt h1 der Fig. 18 übernimmt die CPU 54 Daten der Stützpunkte P1, P2 ... der Bewegungsbahn. In Schritt h2 führt die CPU 54 Interpolationsberechnungen durch, um Daten für die Winkel der Verbindungsgelenke (Drehwinkel der Servomotoren) zwischen den Stützpunkten P1 und P2, den Stützpunkten P2 und P3, den Stützpunkten P3 und P4 ... zu erhalten. Die CPU 54 übermittelt die Daten für die Winkel der Verbindungsgelenke nacheinander an die erste bis vierte Motorsteuerung 26 bis 29.
Die erste bis vierte Motorsteuerung 26 bis 29 führt jeweils die folgenden Operationen aus. Die CPU 46 in der ersten Motorsteuerung 26 liest das erste Motorsteuerungsprogramm aus dem ROM 48 und führt das Programm aus. In Schritt y1 der Fig. 19 übernimmt die CPU 46 nacheinander Daten für die Winkel der Verbindungsgelenke. In Schritt y2 bestimmt die CPU 46 eine Abweichung zwischen den Daten der Zielposition und den Winkelstellungsdaten des Servomotors, die vom Kodierer 17 geliefert werden. In Schritt y3 generiert die CPU 46 Antriebssteuerungssignale für Bewegungsgrad, Geschwindigkeit und Drehrichtung für den Servomotor 12, durch die die Abweichung auf Null gebracht wird. Die Antriebssteuerungssignale werden an die Motorsteuerungsschaltung 51 übertragen. Damit wird der Servomotor 12 auf Basis der durch die Antriebssteuerungssignale vorgegebenen Werte für Bewegungsgrad, Geschwindigkeit und Drehrichtung angesteuert. Wie weiter oben beschrieben, erfaßt der Kodierer 17 die Drehbewegung und die Drehrichtung des Servomotors 12 und liefert die für Drehbewegung und Drehrichtung repräsentativen Daten an die erste Motorsteuerung 26 zurück. Der Ausgang des Kodierers 17 wird durch das Potentiometer 17a in ein Signal gewandelt, das in einfacher Weise von der CPU weiterverarbeitet werden kann. Nochmals: Die CPU 46 generiert Antriebssteuerungssignale derart, daß die Abweichung zwischen den rückgemeldeten Daten des Drehwinkels und der Drehrichtung einerseits und den vorgegebenen Daten für Drehwinkel und Drehrichtung andererseits auf Null gebracht werden kann.
In gleicher Weise steuert die zweite bis vierte Motorsteuerung 27 bis 29 jeweils die Antriebsbewegungen der Servomotoren in den Verbindungsgelenken 9 bis 11. Auf diese Weise wird der Greifer 7 in Richtung des Handhabungsgegenstands 21 geführt.
Nachstehend wird die Betriebsweise nach Auftreten einer Störung beschrieben.
Es sei angenommen, daß eine Störung im Servomotor 12 des ersten Verbindungsgelenks 8 aufgetreten ist. Die CPU 46 der ersten Motorsteuerung 26 liest das Fehleranzeigeprogramm in jedem festgelegten Zyklus aus dem ROM 48 und führt das Programm aus. In Schritt j1 der Fig. 20 übernimmt die CPU 46 rückgemeldete Daten vom Kodierer. Wenn sich die rückgemeldeten Daten für Bewegungsgrad und Drehrichtung verändert haben, entscheidet die CPU 46, daß der Servomotor 12 normal arbeitet (Schritt j2). Sind die rückgemeldeten Daten unverändert, stellt die CPU 46 eine Störung des Servomotors 12 fest. In diesem Fall informiert die CPU 46 die Steuerungen 20 und 25 bis 30 über die Störung des Servomotors 12 (Schritt j5). In Schritt j6 steuert die CPU 46 die elektromagnetische Verriegelung 14 an, um die Bewegung des ersten Arms 3 zu verriegeln. Gleichzeitig stellt die CPU 46 den Veriegelungswinkel des zweiten Arms 4 gegenüber dem verriegelten ersten Arm 3 fest. Der Verriegelungswinkel wird aus den Daten für Bewegungsgrad und Drehrichtung bestimmt, die vom Kodierer 17 zurückgeliefert werden.
Wie weiter oben beschrieben, führt die CPU 54 der Greiferantriebssteuerung 30 das Hauptprogramm, das Ortskurven- Berechnungsprogramm, das Interpolations-Berechnungsprogramm und das Berechnungsablauf-Umschaltprogramm aus. Die CPU 54 führt in jedem festgelegten Zyklus das Antriebsstörungsbehebungsprogramm aus. In Schritt r1 der Fig. 21 wird die CPU 54 über die Störung des Servomotors 12 informiert, wobei die CPU 54 eine Bewegungsbahn bestimmt, entlang der der Greifer 7 durch Bewegung des zweiten bis vierten Verbindungsgelenks 9 bis 11 in die Zielposition verfahren wird (Schritt r2) Wie in der Fig. 17 gezeigt, wird die Bewegungsbahn durch in festgelegten Intervallen angeordnete Stützpunkte beschrieben. Die Bewegungsbahn variiert in Abhängigkeit vom Verriegelungswinkel des zweiten Armes 4. In Schritt r3 übermittelt die CPU 54 nacheinander die Daten eines jeden Stützpunktes an die zweite bis vierte Steuerung 27 bis 29. Damit erhalten die zweite bis vierte Motorsteuerung 27 bis 29 nacheinander die Daten der Stützpunkte. Auf Basis der Daten der Stützpunkte berechnet die zweite bis vierte Motorsteuerung 27 bis 29 jeweils die Daten für Bewegungsgrad, Geschwindigkeit und Drehrichtung, durch die der Greifer 7 in die Zielposition verfahren wird. Im Ergebnis wird der Greifer 7 durch Bewegen des zweiten bis vierten Verbindungsgelenks in Richtung des Handhabungsgegenstandes 21 verfahren.
Es sei angenommen, daß eine Störung der zweiten Motorsteuerung 27 aufgetreten ist.
Die CPU einer jeden der Motorsteuerungen 26 bis 29 führt in jedem festgelegten Zyklus das Steuerungsfehlerbehebungsprogramm aus. In Schritt n1 der Fig. 22 greifen die CPUs gegenseitig aufeinander zu. Wenn die CPU der Motorsteuerung 27, 28 oder 29 keine Reaktion von der zugegriffenen Steuerung erhält, stellt die betreffende CPU einen Fehler der zugegriffenen CPU oder eine Unterbrechung der hochschnellen Kommunikationsstrecke 31 fest.
Wenn in der CPU ein Fehler aufgetreten ist, erkennt die elektromagnetische Antriebssperrschaltung 53 den Fehler der CPU von der Hardwareseite her und steuert die elektromagnetische Verriegelung 14 an, wodurch das Verbindungsgelenk 9 verriegelt wird.
Der Ausfall der CPU kann auch daran erkannt werden, daß diese keine Reaktion auf die Zugriffe seitens der anderen CPUs ausgibt. Wenn der Fehler der zweiten Motorsteuerung 27 erkannt ist, stellen die CPUs der ersten, dritten und vierten Motorsteuerung fest, ob Daten des Verriegelungswinkels vom Potentiometer 17a des zweiten Verbindungsgelenks gelesen werden können. Wenn die Daten des Verriegelungswinkels ausgelesen werden können, werden diese Daten vom Kodierer des zweiten Verbindungsgelenks ausgelesen (Schritt n5). Wenn die zweite Motorsteuerung 27 eine so schwere Fehlfunktion aufweist, daß die Daten des Verriegelungswinkels nicht vom Kodierer des zweiten Verbindungsgelenks ausgelesen werden können, wird ein Befehl an die visuelle Steuerung 20 abgesetzt, um den Verriegelungswinkel des zweiten Verbindungsgelenks festzustellen (Schritt n6). Die visuelle Steuerung 20 bestimmt den Verriegelungswinkel des zweiten Verbindungsge lenks auf Basis des Bildsignals und der Winkelstellungsdaten der ersten, dritten und vierten Motorsteuerung 26, 28 und 29, wobei die visuelle Steuerung 20 den festgestellten Verriegelungswinkel an jede der Motorsteuerungen übermittelt. In Schritt n7 erhält jede Motorsteuerung die Daten des Verriegelungswinkels des zweiten Verbindungsgelenks. Sobald der Verriegelungswinkel übernommen ist, wird der Verriegelungswinkel festgehalten, und die Greiferantriebssteuerung 30 setzt das Hauptprogramm, das Ortskurven-Berechnungsprogramm, das Interpolations-Berechnungsprogramm und das Berechnungsablauf-Umschaltprogramm zurück.
Im folgenden wird eine Beschreibung des Falls gegeben, daß die hochschnelle Kommunikationsstrecke 31 zwischen der ersten und zweiten Motorsteuerung 26 und 27 unterbrochen ist.
Wie weiter oben beschrieben, greifen die Motorsteuerungen 26 bis 29 zu jedem festgelegten Zyklus gegenseitig aufeinander zu. Auf Basis dieses Zugriffs stellt jede der Motorsteuerungen 26 bis 29 die Unterbrechung der hochschnellen Kommunikationsstrecke 31 fest. Wenn die erste Motorsteuerung 26 die Unterbrechung der Kommunikationsstrecke 31 zwischen der ersten und zweiten Motorsteuerung 26 und 27 feststellt, übermittelt die erste Notorsteuerung 26 Daten an die dritte Motorsteuerung 28 (Schritt m3 der Fig. 23). Als Ziel der übermittelten Daten ist die zweite Motorsteuerung 27 vorgegeben. Wenn die dritte Motorsteuerung 28 die Daten erhält, werden die Daten entsprechend dem vorgegebenen Ziel der Daten an die zweite Motorsteuerung 27 übermittelt.
Die Erfindung ist auch für einen Manipu1ator in einem Kern-10 kraftwerk oder für Anlagen im Weltraum oder in einem Reinraum einsetzbar.

Claims

1. Verteilersteuergerät, welches folgendes umfaßt:

eine Vielzahl von Antriebssteuerungen (26 bis 29), die an den Verbindungsgelenken eines Gelenkmanipulators angeordnet sind, um Antriebe zu steuern, welche zum Antrieb der Verbindungsgelenke dienen; und

eine Arbeitssteuerung (30), die an einem äußeren Endstück des Gelenkmanipulators angeordnet ist, um einen Antrieb für einen Arbeitsgreifer zu steuern;

dadurch gekennzeichnet, daß jede der Antriebssteuerungen (26 bis 29) und die Arbeitssteuerung (30) folgendes umfaßt:

eine Ortskurven-Berechnungseinrichtung zur Berechnung einer Bewegungsbahn des Arbeitsgreifers von der momentanen Position zu einer Zielposition mit Hilfe von in festgelegten Abständen angeordneten Stützpunkten;

eine Interpolations-Berechnungeinrichtung zur Berechnung einer Variation des Winkels eines entsprechenden Verbindungsgelenks zwischen jedem aufeinanderfolgenden Paar der Stützpunkte; und

eine Berechnungsprozeß-Umsteuereinrichtung zur Ermittlung, welche der Antriebssteuerungen (26 bis 29) einschließlich der Arbeitssteuerung (30) in jedem festgelegten Zeitabschnitt die geringste Bewegungsrate während der Ausführung einer Steuerungsoperation aufweist, wobei die für einen Zeitabschnitt ermittelte Steuerung die Freigabe erhält, in einem nachfolgenden Zeitabschnitt unter den Antriebssteuerungen (26 bis 29) und der Arbeitssteuerung (30) eine Steuerung mit der geringsten Bewegungsrate zu ermitteln; gleichzeitig werden die Ortskurven-Berechnungseinrichtung und die Interpolations-Berechnungseinrichtung aktiviert.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:

jede der Antriebssteuerungen Einrichtungen zur Erkennung von Fehlersituationen und zum Festsetzen von Gliedern, Einrichtungen für Fehlergegenmaßnahmen, Einrichtungen zur Datenübertragung während Leitungsunterbrechungen und Einrichtungen zur Anderung des Teilnahmegrades von Antrieben umfaßt;

im Fall des Auftretens einer Fehlfunktion in einer der Antriebssteuerungen (26 bis 29) oder den Antrieben die Einrichtung zur Erkennung-von Fehlersituationen und zum Festsetzen von Gliedern, die der fehlerhaften Antriebssteuerung oder dem fehlerhaften Antrieb zugeordnet ist, eine andere Antriebssteuerung über das Auftreten der Fehlfunktion informiert und das betreffende Verbindungsgelenk, das durch die fehlerhafte Steuerung oder den fehlerhaften Antrieb bedient wird, festsetzt;

nach Erhalt der Information von der anderen Antriebssteuerung über das Auftreten der Eehlfunktion die Einrichtung für Fehlergegenmaßnahmen der anderen Antriebssteuerung Daten für den Teilnahmegrad, die den Ausfall der fehlerhaften Steuerung oder des fehlerhaften Antriebs kompensieren, an den durch die andere Antriebssteuerung gesteuerten Antrieb liefert;

im Fall der Unterbrechung einer Kommunikationsverbindung zwischen den Antriebssteuerungen die Einrichtung zur Datenübertragung während Leitungsunterbrechungen Daten über eine der Antriebssteuerungen übermittelt; und

die Einrichtung zur Anderung des Teilnahmegrades von Antrieben den Steuereingriff für einen zugeordneten Antrieb entsprechend dem jeweiligen Antriebstyp modifiziert.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe Servomotoren (12) sind.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe Schrittmotoren sind.

5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe Stellelemente sind.

6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Greiferantrieb ein Servomotor ist.

7. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Greiferantrieb ein Schrittmotor ist.

8. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Greiferantrieb ein Stellelement ist.

9. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungsprozeß-Umsteuereinrichtung auf Basis des Verhältnisses der Berechnungszeit für die Bewegungsrate im betreffenden Zeitabschnitt zu der Zeit, in der mindestens die Ortskurven-Berechnungseinrichtung und die Interpolations-Berechnungseinrichtung aktiviert sind, eine Steuerung mit der niedrigsten Eewegungsrate bestimmt.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch

einen Umgebungszustandssensor (19) zur Erfassung des Umgebungszustandes des Gelenkmanipulators;

eine Umgebungszustands-Erkennungssteuerung (20) zur Steuerung des Umgebungszustandssensors und zur Übertragung von Daten; und

eine Eingangs/Ausgangssteuerung (25) zur Steuerung der Eingangs- und Ausgangsinformationen von und nach außen.

11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Umgebungszustandssensor eine industrielle Fernsehkamera eingesetzt wird.

12. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Umgebungszustandssensor eine Halbleiter-Bilderfassungseinrichtung eingesetzt wird.