DE69116274T2

DE69116274T2 - Verfahren zur haltesteuerung eines industrieroboters

Info

Publication number: DE69116274T2
Application number: DE69116274T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Hamura; Susumu Ito; Tamotsu Sakai; Nobutoshi Torii
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1990-03-29
Filing date: 1991-03-13
Publication date: 1996-05-23
Anticipated expiration: 2011-03-14
Also published as: EP0474881A4; DE69116274D1; US5204598A; WO1991014544A1; EP0474881A1; JPH03281194A; EP0474881B1; JP2608161B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anhalten eines Industrieroboters nach dessen Kollision mit einem Objekt, insbesondere ein Verfahren zum Anhalten eines Industrieroboters mit höherer Sicherheit.
Wenn beim Stand der Technik ein derartiger Roboter mit einem sachfremden Objekt infolge eines falschen Programms o.ä. kollidiert, so ist es nötig, den Roboterbetrieb aus Sicherheitsgründen für das Personal und den Schutz des Roboters anzuhalten. Es ist bekannt, an die Servomotoren aller von der Kollision betroffenen Achsen einen Befehl für Null-Geschwindigkeit zu geben, um so ein Umkehrmoment zu erzeugen, und den Roboterbetrieb in möglichst kurzer Zeit anzuhalten. Alarm wird für eine von der Kollision nicht betroffenen Achse ausgegeben, wenn eine Positionsabweichung oder ein Fehler, der die Differenz zwischen einem Positionsbefehl für den Servomotor und dessen wahrer Position darstellt, einen größeren als vorbestimmten Wert erreicht, so daß der Antriebsstrom für den Servomotor abgeschaltet wird.
Da bei dem vorgenannten bekannten Prozeß eine Kollision in Bezug auf jede Achse erfaßt und ein Umkehrmoment an jede von der Kollision betroffene Achse ausgeübt wird, läßt sich die Bewegung der Achse in kurzer Zeit anhalten. Für eine von der Kollision nicht betroffene Achse wird jedoch die Bewegung basierend auf einem Bewegungsbefehl fortgesetzt, bis der Positionsbefehl für die Achse einen vorbestimmten Wert überschreitet und Alarm gegeben wird. Deshalb bewegt sich der Roboter längs einer Bahn, die unterschiedlich von der gewünschten Bahn ist und damit ergibt sich mangelnde Sicherheit. Insoweit das Abschalten des Servomotors der von der Kollision nicht betroffenen Achse verzögert wird, verzögert sich auch das vollständige Anhalten des Roboters.
GB-A-2 106 279 schildert ein Verfahren zum Feststellen einer Unregelmäßigkeit im Betrieb eines Industrieroboters.
Angesichts der vorgenannten Nachteile bekannter Roboter ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Anhalten eines Industrieroboters in kurzer Zeit für eine Achse zu schaffen, an der keine Kollision ermittelt wird.
Die Lösung der vorgenannten Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einem Verfahren, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 umfaßt.
Das Überwachen eines Lagefehlers eines Servomotors für die Achse, bezüglich der Kollision ermittelt wird, wird angehalten und ein Geschwindigkeitsbefehl wird auf "0" gesetzt. Ein Umkehrmoment wird erzeugt, um den Servomotor zu verzögern und anzuhalten. Nach Verstreichen einer bestimmten Zeitdauer wird das Überwachen des Lagefehlers wieder aufgenommen. Überschreitet der Lagefehler einen bestimmten Wert, dann wird Alarm gegeben. Für die Achse, bezüglich der keine Kollision festgestellt wird, wird das Überwachen des Lagefehlers fortgesetzt und Alarm gegeben, wenn der Lagefehler den bestimmten Wert überschreitet. Der Strom für alle Servomotoren wird abgeschaltet, gleich welcher Alarm zuerst gegeben wird. Allgemein wird ein Alarm für eine von einer Kollision betroffenen Achse früher erzeugt, aber abhängig von der Natur der Kollision kann auch der Alarm für die andere Achse früher erzeugt werden.
Sobald die Kollision für eine Achse erfaßt wird, wird der Strom für den Servomotor dieser Achse nach Ablauf einer bestimmten Zeitdauer abgeschaltet und der Host-Prozessor wird von der Kollision informiert. Der Host-Prozessor erzeugt einen Befehl, um den Strom für die anderen Servomotoren abzuschalten. Somit werden alle Servomotoren abgeschaltet und der Roboter angehalten.
Die Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein Flußdiagramm der Verfahrensabfolge beim Anhalten eines Industrieroboters in einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 ein Flußdiagramm des Verfahrensablaufes zum Anhalten eines Industrieroboters gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Roboters mit horizontalem Gelenk zum Pallettieren mit hoher Geschwindigkeit und
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Robotersteuersystems, das für die Erfindung brauchbar ist.
Im Hinblick auf eine bestmögliche Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnung die Erfindung näher erläutert.
Fig. 3 zeigt einen Roboter mit horizontalem Gelenk zum Pallettieren mit hoher Geschwindigkeit. Der Roboter 1 hat eine Basis 1a mit einem Z-Achsen-Servomotor und einem Antrieb zum senkrechten Bewegen eines Arms 2 und der von ihm getragenen Teile. Der Arm 2 kann von einem Servomotor 3 um eine θ-Achse gedreht werden. Ein an den Arm 2 drehbar befestigter Arm 4 wird von einem Servomotor 5 um eine U-Achse gedreht. Der Arm 4 trägt am äußeren Ende einen Greifkopf 6, der um eine α-Achse drehbar ist. Eine am Greifkopf 6 befestigte Hand zum Ausführen des Pallettierens ist nicht dargestellt. Der Roboter 1 dient zum Pallettieren von Werkstücken 8a, 8b, 8c, 8d auf einem Tisch 7. Der Roboter 1 ist an ein Robotersteuersystem 10 über ein Kabel 10a angeschlossen und ein Steuerfeld 9 zum Lernen ist mit dem System 10 verbunden.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild des Robotersteuersystems 10 mit einem Host-Prozessor 11 zur Gesamtsteuerung des Systerns 10. Der Host-Prozessor 11 schreibt Roboterlagebefehle in einen gemeinsamen RAM 12. Ein ROM, ein RAM und andere an den Host-Prozessor 11 angeschlossene Einrichtungen sind in Fig. 4 nicht dargestellt.
Ein DSP (digitaler Signalverarbeiter) 13 arbeitet mit einem im ROM 14 abgespeicherten Systemprogramm, um einen Lagebefehl aus dem RAM 12 in bestimmten Zeitabständen auszulesen und speist den Lagebefehl in eine Achsensteuerung 16 ein. Notige Berechnungen o.ä. werden unter Benutzung eines RAMS 15 ausgeführt.
Die Achsensteuerung 16 berechnet einen Geschwindigkeitsbefehl aus einem Lagefehler oder einer Abweichung entsprechend der Differenz zwischen dem Lagebefehl und einem von einem Pulscodierer (nicht dargestellt) im Servomotor 22 rückgekoppelten Lagesignal. Die Achsensteuerung 16 differenziert das vom Pulscodierer zurückgeführte Lagesignal in ein Geschwindigkeitssignal und berechnet einen Stromsollwert aus der Differenz zwischen der berechneten Geschwindigkeit und dem Geschwindigkeits-Sollwert. Die Achsensteuerung 16 speist den berechneten Stromsollwert in einen Servoverstärker 21, der den Servomotor 22 erregt.
Der Prozessor 13 erfaßt eine Kollision, die auf einer Geschwindigkeitsänderung und Stromänderung des Servomotors 22 beruht und schaltet den Strom für den Servomotor 22 ab.
Da die Servomotoren der Industrieroboter von gleichen Steuersystemen gesteuert werden, ist nur ein Steuersystem für eine Achse in Fig. 4 dargestellt.
Das Erfassen einer Kollision wird nunmehr beschrieben. Gemäß einem ersten Verfahren zum Erfassen einer Kollision wird diese beruhend auf einer Änderung der Drehzahl des Servomotors 22 bestimmt. Spezifisch ist die Drehzahländerung des Servomotors 22 bei einer Kollision größer als eine Drehzahländerung, die bei normaler Beschleunigung oder Verzögerung auftritt. Die Kollision wird basierend auf dieser Drehzahländerung erfaßt. Der spezifische Wert der Änderung der Drehzahl variiert abhängig vom Servomotor oder seiner Belastung.
Gemäß einem zweiten Verfahren zum Erfassen einer Kollision wird diese basierend auf dem Strom des Servomotors 22 ermittelt. Bei einer Kollision steigt die Antriebsbelastung des Servomotors 22 und damit steigt der Strom im Servoverstärker 21 plötzlich an. Überschreitet der Strom einen bestimmten Wert, so wird dies als Kollision festgestellt. Wird der Servomotor 22 beschleunigt oder verzögert, so wird im Hinblick darauf, daß der Strom mit der Trägheit der Last steigt, von dem Gesamtstrom abgezogen, um eine Kollision festzustellen.
Fig. 1 ist ein Flußdiagramm für den Ablauf des Verfahrens zum Anhalten des Roboters 1 in einer Ausführungsform der Erfindung. Die Zahlen hinter dem Buchstaben "S" in Fig. 1 sind die Schrittfolgen. Der Ablauf wird von dem Prozessor 13 in Fig. 4 ausgeführt.
(S1) Bewegungsbefehlswerte werden den Servomotoren zugeführt.
(S2) Die Servomotoren rotieren und fahren den Roboter 1.
(S3) Wird eine Kollision festgestellt, so folgt Schritt S11 für eine von der Kollision betroffene Achse und folgt Schritt 21 für eine nicht betroffene Achse. Wird im Schritt S3 keine Kollision festgestellt, dann kehrt die Steuerung zum Schritt S1 zurück, um den Ablauf zu wiederholen.
(S11) Für die kollisionsbetroffene Achse wird das Überwachen eines Lagefehlers oder einer Abweichung angehalten. Wenn das Überwachen eines Lagefehlers fortgesetzt würde, so käme es zu einem Lagefehleralarm und man wäre nicht in der Lage, den Servomotor mit einem Umkehrmoment in kurzer Zeit anzuhalten.
(S12) Der dem Servomotor zugeführte Drehzahlbefehlswert wird auf "0" gesetzt.
(S13) Ein Umkehrmoment wird erzeugt, um den Servomotor in kurzer Zeit anzuhalten.
(S14) Hier wird bestimmt, ob eine von einem Zeitgeber gezählte Zeit X eine bestimmte Zeit T überschreitet. Ist dies der Fall, dann folgt Schritt S15 und wenn die Zeit X nicht die Zeit T überschreitet, dann kehrt die Steuerung zum Schritt S12 zurück.
(S15) Das Überwachen eines Lagefehlers wird wieder aufgenommen.
Da der Bewegungsbefehlswert ständig dem Servomotor zugeführt wird, steigt der Lagefehler plötzlich bei auf "0" gesetzten Drehzahl-Befehlswert an, um ein Umkehrmoment am Servomotor zu erhalten.
(S21) Für die von der Kollision nicht betroffene Achse wird das Überwachen des Lagefehlers fortgesetzt.
(S31) Hier wird bestimmt, ob der Lagefehler Ep einen bestimmten Wert E für die von der Kollision betroffene Achse und die nicht betroffene Achse überschreitet. Ist dies der Fall, so folgt Schritt S32. Ist der Lagefehler Ep nicht größer als der Wert E, dann kehrt die Steuerung zum Schritt S11 zurück, und zwar für die kollisionsbetroffene Achse zum Schritt S21 für die von der Kollision nicht betroffene Achse.
(S32) Da der Lagefehler Ep den Wert E überschreitet, folgt ein Exzess-Lagefehleralarm. Ein solcher Alarm wird für eine kollisionsbetroffene Achse erzeugt. Abhängig von der Stärke einer Kollision kann ein Exzess-Lagefehleralarm aber im voraus für eine Achse erzeugt werden, die nicht kollisionsbetroffen ist. In jedem Fall gilt der gleiche Prozeß für alle Achsen, ob sie kollisionsbetroffen oder nicht sind.
(S33) Der zu den Achsen gehörenden Servomotoren zugeführte Strom wird an den Servoverstärkern ausgeschaltet. Alle Servomotoren sind jetzt abgeschaltet und der Roboterbetrieb endet.
Fig. 2 ist ein Flußdiagramm des Ablaufverfahrens zum Anhalten des Industrieroboters 1 in einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
(S41) Bewegungsbefehlswerte werden den Servomotoren eingespeist.
(S42) Die Servomotoren rotieren und fahren den Roboter 1.
(S43) Wird eine Kollision festgestellt, dann folgt Schritt S51 für eine kollisionsbetroffene Achse.
(S51) Für die kollisionsbetroffene Achse wird das Überwachen eines Lagefehlers oder Abweichung angehalten. Würde das Überwachen des Lagefehlers fortgesetzt werden, so käme es zu einem Lagefehleralarm und es wäre nicht möglich, den Servomotor mit einem Umkehrmoment in kurzer Zeit anzuhalten.
(S52) Der Drehzahlbefehlswert für den Servomotor wird auf "0" gesetzt.
(S53) Ein Umkehrmoment wird zum Anhalten des Servomotors in kurzer Zeit erzeugt.
(S54) Hier wird bestimmt, ob eine von einem Zeitgeber gezählte Zeit X einen vorbestimmten Wert T überschreitet. Ist dies der Fall, so folgt Schritt S55 und wenn nicht, so kehrt die Steuerung zum Schritt S52 zurück.
(S55) Der dem Servomotor für die kollisionsbetroffene Achse zugeführte Strom wird ausgeschaltet, d.h. der Hauptschalter des Servoverstärkers wird ausgeschaltet und es folgt Schritt S71.
(S61) Ein Host-Prozessor wird von der Kollisionsfeststellung informiert.
(S62) Der Host-Prozessor weist den Servoverstärker über den zugehörigen Prozessor an, den Strom für die nicht kollisionsbetroffenen Achsen abzuschalten.
(S63) Der Hauptschalter der Servoverstärker werden ausgeschaltet.
(S71) Die Hauptschalter aller Servoverstärker sind jetzt abgeschaltet und ein Servoalarm wird erzeugt und angezeigt.
Wenn auch das Verfahren zum Anhalten des vorbeschriebenen Roboters bei einer Kollision erläutert wurde, läßt sich die Erfindung auch auf andere Roboter, wie Schweißroboter und Montageroboter, einsetzen.
So wird erfindungsgemäß wie vorbeschrieben ein Umkehrmoment an eine kollisionsbetroffene Achse geführt und nach Verstreichen einer bestimmten Zeitdauer wird ein Exzess-Lagefehler zum Abschalten aller Servomotoren erfaßt. Deshalb können alle Servomotoren in kurzer Zeit nach der Kollision abgeschaltet werden.
Da die kollisionsbetroffene Achse nach einer bestimmten Zeitdauer angehalten wird, und die anderen Achsen ebenfalls mit Hilfe des Host-Prozessors angehalten werden, können alle Servomotoren in kurzer Zeit nach der Kollision abgeschaltet werden.

Claims

1. Verfahren zum Anhalten eines Industrieroboters (1) mit mehreren, jeweils von Servomotoren (22) angetriebenen Achsen, nachdem eine Kollision des Industrieroboters mit einem Störobjekt festgestellt wird, mit folgenden Schritten:

ein Drehzahlbefehlswert für den Servomotor (22) für die kollisionsbetroffene Achse wird auf "0" gesetzt und damit ein Umkehrmoment erzeugt, um die Drehung des Servomotors anzuhalten;

ein Lagefehler wird als Differenz zwischen einem dem Servomotor eingespeisten Lagebefehlswert und dessen tatsächlicher Lage berechnet, nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer;

ein Alarm wird ausgelöst, wenn der Lagefehler des Servomotors einen vorbestimmten Wert überschreitet oder wenn der Lagefehler eines anderen Servomotors den vorbestimmten Wert überschreitet, und

der Strom an allen Servomotoren wird abgeschaltet und damit der Industrieroboter angehalten.