SE524929C2 - Ett styrsystem med fysiskt åtskilda moduler för styrning av en eller flera manipulatorer - Google Patents

Description

none: nu-nu 10 15 20 25 30 35 524 929 struktioner omvandlas sedan av axeldatorn till styrsignaler för drivdonen. Axeldatorns funktion är således att se till att order från huvuddatorn utförs. Huvuddatorn har till uppgift att planera robotens rörelsebana, s. k. banplanering, och axeldatorn har till uppgift att se till att roboten utför den planerade banan. Styrsig- nalerna till drivdonen bestämmer motormoment, motorhastigheter och drivdonsströmmar för varje axel. Huvuddatorn har även många andra uppgifter såsom att hantera I/O system, applika- tionsprogram, interpolering och kommunikation med externa sy- stem.

Ett traditionellt styrsystem till en industrirobot utgörs av en sam- manhållen enhet, där de olika delarna i styrsystemet, såsom hu- vuddator, axeldator och drivdon, är monterade i ett och samma skåp med en gemensam kraftförsörjning, ett gemensamt gräns- snitt utåt och ett gemensamt hölje. Styrsystemet är försett med en intern buss för kommunikation mellan de olika delarna.

Det år känt från Europapatent nr 728 559 B1 att istället anordna drivdonen direkt på roboten. Vart och ett av drivdonen monteras i anslutning till den motor som det ska styra. Detta är fördelaktigt, eftersom kablarna mellan drivdonen och motorn blir kortare, vil- ket minskar utstrålningen av högfrekventa elektromagnetiska vå- gor som i sin tur kan orsaka störningar. Ytterligare en fördel med kortare kablar är att man minskar risken för inkommande EMC- störningar på styrsignalerna.

Det är vanligt att ha flera robotar anordnade tillsammans i till- verkningsceller eller längs med en tillverkningslina. l sådana till- lämpningar är robotarna antingen försedda med var sitt styrsy- stem eller med ett gemensamt styrsystem. Ett sådant gemensamt styrsystem innehåller en huvuddator och en eller flera axeldato- rer samt en drivenhet per robot. En drivenhet innefattar ett flertal drivdon, vanligtvis mellan sex och nio drivdon beroende på hur många motorer som ska styras. Axeldatorerna och huvuddatorn kommunicerar via en intern buss. nosa» unna. 10 15 20 25 30 35 524 929 En nackdel med dessa styrsystem är att de är oflexibla. Om man till exempel vill lägga till en ny funktion eller byta ut någon del av styrsystemet så måste man idag gå in och ändra i det befintliga styrsystemet. För att man ska kunna lägga till flera robotar måste det befintliga styrsystemet antingen vara överdimensionerat re- dan från början avseende datorkraft och strömförsörjning eller också måste hela eller delar av styrsystemet bytas ut eller bygg- as om för att erhålla nödvändig datorkraft och strömförsörjning.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett flexibelt styrsystem för styrning av en eller flera manipulatorer.

Att styrsystemet är flexibelt innebär att det är lätt att ansluta en ny manipulator till styrsystemet, att lägga till en ny funktion till styrsystemet och att byta ut någon del av styrsystemet.

Detta ändamål uppnås med det inledningsvis avgivna styrsyste- met som kännetecknas av att styrsystemet innefattar ett flertal separata moduler, anordnade att hantera skilda funktioner, varvid var och en av modulerna har sin egen strömförsörjning och är anordnad att kommunicera med åtminstone någon av de övriga modulerna, varvid datorerna och drivenheterna år anordnade i modulerna. Varje modul är autonom och har ett eget väldefinierat gränssnitt gentemot de övriga modulerna. De separata moduler- na kan antingen placeras tillsammans eller geografiskt åtskilda på lämpliga platser.

Tack vare att styrsystemets funktioner har delats upp i ett flertal separata moduler med egen strömförsörjning är det lätt att lägga till en ny funktion eller utöka styrsystemets kapacitet genom att ansluta en ny modul. När något går sönder hos styrsystemet, är det bara att byta ut den trasiga modulen. För varje modul som läggs till ökar styrsystemets totala strömförsörjning. Om en ny manipulator ska anslutas till styrsystemet räcker det med att an- sluta ytterligare en modul för att uppgradera styrsystemet. Styr- systemet behöver således inte överdimensioneras från början. :anus coon. 10 15 20 25 30 35 524 929 a , o > ao Uppfinningen innebär att man identifierar självständiga funktio- nella enheter och skapar separata moduler med dessa funktio- ner. På så sätt minskas behovet av informationsutbyte mellan modulerna, vilket innebär att det inte behövs någon hög band- bredd för kommunikationskanalerna mellan modulerna. Därmed räcker det att använda vanliga enkla standardprotokoll för kom- munikationen mellan modulerna och således kan billiga standard- komponenter användas.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar styrsystemet en separat huvuddatormodul och åtminstone en se- parat drivmodul, varvid huvuddatorn är anordnad i huvuddator- modulen och axeldatorn är anordnad i drivmodulen. Detta är för- delaktigt när man vill ansluta en ny manipulator till styrsystemet, eftersom det räcker att ansluta en ny drivmodul för att upp- gradera styrsystemet både avseende strömförsörjning och dator- kraft.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform av uppfinningen in- nefattar styrsystemet åtminstone två separata drivmoduler. Med fördel är varje drivmodul anordnad att styra en manipulator. Ge- nom att inrätta varje drivmodul så att den styr en manipulator är det bara att ansluta en ny drivmodul varje gång man lägger till en ny enhet.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform av uppfinningen in- nefattar nämnda drivmodul en drivenhet som innehåller ett flertal drivdon. En fördel med att sätta drivdonen tillsammans med axel- datorn är att det blir lätt att ansluta en ny manipulator. Strömför- sörjningen till drivmodulen är anpassad till antalet drivdon. När styrsystemet utökas med ytterligare en drivmodul, blir strömför- sörjningen automatiskt anpassad till antalet drivdon och därmed till antalet anslutna manipulatorer. En fördel med att sätta alla drivdonen tillsammans i samma modul är att det gör det möjligt att förse drivdonen med gemensam kylning. sauna 10 15 20 25 30 35 524 929 Enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen innefattar styr- systemet en separat transformatormodul, vilken har en transfor- mator och är anordnad att transformera inkommande växelspän- ning till rätt spänningsnivå för modulerna. Olika länder levererar växelström med olika spänningsnivàer. Om det behövs en trans- formator och i så fall vilken, beror på vilket land som systemet ska stå i. Tack vare att transformatorn är anordnad som en sepa- rat modul är det enkelt att byta ut modulen om man behöver en annan transformator.

Enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen innefattar styr- systemet en separat kontrollpanelmodul med styrsystemets kon- trollpanel. Genom att anordna kontrollpanelen i en separat modul är det möjligt att integrera kontrollpanelen i någon annan utrust- ning så att den blir lättillgänglig för operatören.

Enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen är var och en av modulerna innesluten i ett eget hölje. Höljet skyddar moduler- na mot omgivningen och gör det möjligt att placera modulerna var för sig. Med fördel är modulerna anordnade fysiskt åtskilda.

På så sätt kan modulerna lätt spridas ut och placeras på skilda platser. l många fall är det fördelaktigt att kunna sprida ut mo- dulerna på olika platser. Drivmodulerna vill man helst placera så nära motorerna som möjligt för att få korta kablar som är mindre känsliga för EMC-störningar. I många industrier råder det brist på ledig golvyta på grund av komprimerade tillverkningsceller och linor. Med ett drivsystem enligt uppfinningen är det möjligt att placera de olika modulerna där det finns ledig golvyta.

Enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen är åtminstone några av modulerna anordnade att kommunicera via Ethernet.

Ethernet är ett enkelt standardprotokoll. Genom att anordna mo- dulerna så att de kan använda Ethernet kan billiga standardkom- ponenter användas.

Enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen innefattar styrsystemet åtminstone tre sådana moduler. Ett styrsystem kan 10 15 20 25 30 35 524 929 6 »a n.. innehålla många moduler, varav några moduler hanterar olika funktioner och andra hanterar samma funktion. Det är således möjligt att styrsystemet innehåller flera moduler med samma funktion. Med kännetecknet att styrsystemet innefattar åtminsto- ne tre moduler avses att styrsystemet innefattar tre moduler, oberoende av om dessa hanterar skilda eller samma funktion.

Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är att anvisa en metod för styrning av en eller flera manipulatorer. Detta ändamål upp- nås med en metod som kännetecknas av att nämnda en eller fle- ra datorer och drivenheter anordnas i moduler, att modulerna an- ordnas med egen strömförsörjning och att modulerna bringas att kommunicera med åtminstone någon av de övriga modulerna.

Styrsystemet delas upp i ett flertal separata moduler anordnade att hantera skilda funktioner, varvid modulerna förses med egen strömförsörjning och bringas att kommunicera med åtminstone någon av de övriga modulerna. Även om det inte uttrycks explicit i kraven så täcker uppfinningen också metoden i kombination med kännetecknen enligt något av bifogade krav på styrsystemet.

FIGURBESKRIVNING Föreliggande uppfinning ska nu förklaras med hjälp av olika så- som exempel beskrivna utföringsformer och med hänvisning till de bifogade ritningarna.

Figur 1 visar ett styrsystem enligt känd teknik.

Figur 2 visar ett styrsystem enligt en första utföringsform av upp- finningen.

Figur 3 visar ett styrsystem enligt en andra utföringsform av upp- finningen.

Figur 4 visar styrsystemet mer i detalj. unge. ncuuo 10 15 20 25 30 35 524 929 a - - . nu BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER Figur 1 visar ett styrsystem 1 enligt teknikens ståndpunkt som styr tre industrirobotar 2. Styrsystemet 1 innehåller en huvudda- tor 4, tre axeldatorer 6 och tre drivenheter 8 som vardera inne- håller ett antal drivdon. Varje drivenhet 8 är ansluten till en robot _ 2 och förser roboten med styrsignaler och elkraft. Huvuddatorn, axeldatorerna och drivenheterna är anordnade tillsammans och utgör en enhet som omsluts av ett gemensamt hölje 10. Styrsy- stemet har ett gemensamt strömförsörjningsaggregat som produ- cerar spänningar med rätt kvalitet och med rätt nivå för alla delar som ingår i styrsystemet. Huvuddatorn och axeldatorerna kom- municerar med varandra och med drivenheterna via en intern buss som ej visas i figuren.

Ett styrsystem enligt uppfinningen innefattar minst tre separata moduler, som är anordnade att hantera skilda funktioner. Det finns ett flertal olika typer av moduler och varje typ av modul har sin egen funktion. Varje modul har ett eget väldefinierat gräns- snitt gentemot de övriga modulerna. När modulerna kopplas ihop, bildar de ett styrsystem med alla de funktioner som ett traditio- nellt styrsystem har. Styrsystemet som byggs ihop av de sepa- rata modulerna behöver inte innehålla alla typer av moduler och kan innehålla flera moduler av samma typ. Modulerna har sin egen strömförsörjning och är anordnade så att de kan kommuni- cera med àtminstone någon av de övriga modulerna. Ett flertal av de olika typerna av moduler är också försedda med egen dator- kraft.

Figur 2 visar ett styrsystem enligt en utföringsform av uppfin- ningen som styr tre robotar 2. l figuren visas fyra moduler, en huvuddatormodul 12 och tre drivmoduler 14. Styrsystemet inne- håller även andra moduler som inte visas i figuren. Huvuddator- modulen 12 innefattar styrsystemets huvuddator 4 och hanterar huvuddatorns funktioner såsom att exekvera robotprogram och ge order till drivmodulen beträffande robotens rörelse såsom anus: 10 15 20 25 30 35 524 929 n - . . a» önskad position och hastighet. Var och en av drivmodulerna 14 innefattar en axeldator 6 och en drivenhet 8. Drívmodulens funk- tion är att utföra huvuddatorns order så att roboten utför den be- ordrade rörelsen. Varje modul 12, 14 är innesluten i ett eget hölje 15 och utgör en separat fysisk enhet. Var och en av drivmoduler- na 14 är direkt ansluten till huvuddatormodulen och kommunice- rar med denna via en Ethernet-länk.

Figur 3 visar en annan utföringsform av ett styrsystem enligt uppfinningen, där drivmodulerna 14 istället är anordnade i serie.

Den första drivmodulen är ansluten till huvuddatormodulen 12 och till den andra drivmodulen som i sin tur är ansluten till den tredje drivmodulen. Dessa anslutningar innefattar kommunikation via Ethernet. Elkraft överförs separat till varje modul.

Figur 4 visar mer i detalj en utföringsform av ett styrsystem enligt uppfinningen. Styrsystemet innefattar fem olika typer av moduler: en huvuddatormodul 12, en drivmodul 14, en kontrollmodul 16, en transformatormodul 18 och en kund-I/O-modul 20. Huvudda- tormodulen 12 innehåller huvuddatorn, robotens kommunikations- kort (RCC) och ett eller flera fältbusskort. Huvuddatorn utgör centrum av systemet och den styr och reagerar på kommunika- tion från andra delar av systemet. Huvuddatorn exekverar robot- program och ger order till drivmodulen beträffande robotens po- sition och hastighet. Drivmodulen 14 innefattar en drivenhet med upp till nio drivdon, axeldator och kontaktorkort. En drivmodul kan således driva en sexaxlig robot med tre externa axlar.

Kontrollmodulen 16 innefattar en driftpanel med inbyggd ström- försörjning och styrsystemets kontrollpanel med nödstoppsknapp och knappar för att välja olika inställningar samt en huvudström- brytare. Kontrollmodulen 16 utgör centrum för säkerhetsfunktio- nerna hos roboten och den övervakar hela säkerhetskedjan. De flesta av de externa säkerhetssignalerna för roboten är anslutna till driftpanelen. Kontrollmodulen innehåller företrädesvis en da- tor. En bärbar programmeringsenhet (TPU) 22 är också ansluten till kontrollmodulen 16. Programmeringsenheten 22 används av ocean 10 15 20 25 30 35 524 929 n . > > .- en operatör för programmering av roboten. Kund-I/O-modulen in- *nefattar I/O-paneler och är anpassad för att ta emot elektrisk ut- rustning eller annan elektronik. Vilken typ av elektronik eller ut- rustning som sätts in modulen bestäms av robotens användare.

Utrustningen som sätts in kan exempelvis en svetsmaskin eller en målningsmaskin. Det möjligt för användaren att göra externa ändringar i denna modul, så att den passar användarens önske- mål.

Transformatormodulen 18 innefattar en transformator och en strömbrytare. Transformatormodulen matas med växelspänning från elnätet och transformerar växelspänningen till önskad spän- ningsnivå. Transformatormodulen matar i sin tur de övriga modu- lerna med växelspänning. Alla moduler har sin egen strömför- sörjning, vilket innebär att de är försedda med ett strömförsörj- ningsaggregat 26 som omvandlar inkommande växelström till lik- ström och producerar de spänningar som behövs i modulen.

Strömförsörjningsaggregaten 26 producerar spänningar med rätt kvalitet och med rätt nivå för sin modul.

Var och en av modulerna 12-20 är innesluten i ett hölje som skyddar mot föroreningar i omgivningen. De moduler som har be- hov därav är försedda med egen kylning. Inkommande spänning till transformatormodulen 18 transformeras av transformatorn till en lämplig spänningsnivå och tillförs sedan modulerna via kab- larna 24a-c anslutna till strömförsörjningsaggregaten 26 i modu- lerna. l detta utföringsexempel kommunicerar huvuddatormodu- len 12 med kontrollmodulen 16 via en Ethernet-kabel 28a. Hu- vuddatormodulen 12 kommunicerar också med drivmodulen 14 via en Ethernet-kabel 28b. Huvuddatorn förser axeldatorn i driv- modulen med nya referenser var 4 ms. Huvuddatormodulen 12 och kund-l/O-modulen 20 är anslutna till varandra via en fältbuss 30.

Vilka moduler och hur många av varje typ som ingår i styrsyste- met varierar beroende på applikation. Det bör åtminstone finnas en huvuddatormodul, en drivmodul och en kontrollmodul. Styrsy- nano-u 10 15 524 929 - . . . .. 10 stemet kan ha ingen eller flera transformatormoduler respektive ingen eller flera kund-l/O-moduler. I en liten robotkonfiguration kan transformatorn istället placeras i drivmodulen.

Uppfinnlngen är inte begränsad till de visade utföringsformerna utan kan varieras och modifieras inom ramen för de efterföljande kraven. Uppdelningen av modulerna med avseende på vilka funk- tioner de ska hantera kan göraspå andra sätt än de som visas i ovanstående utföringsexempel. Ãntalet olika typer av moduler kan också variera. Principen vid uppdelningen av styrsystemets funktioner i olika moduler är att man väljer att dela upp funktio- nerna på så sätt så att det krävs så litet informationsutbyte som möjligt mellan modulerna. I en annan utföringsform av uppfin- ningen innehåller drivmodulen endast axeldatorn och drivdonen är istället anordnade på roboten i anslutning till motorerna.

Claims (11)

10 15 20 25 30 35 524 929 11 PATENTKRAV

1. Ett styrsystem för styrning av en eller flera manipulatorer (2), varvid styrsystemet innefattar en eller flera drivdon som styr motorer som driver manipulatorns rörelser, en axeldator (6) som tillhandahåller styrsignaler till drivdonen och en huvuddator (4) som är anpassad för att exekvera program med instruktioner för rörelserna och som förser axeldatorn med styrinstruktioner, kan; netecknat av att styrsystemet innefattar ett flertal fysiskt åtskilda moduler (12, 14, 16, 18, 20) anordnade så att de kan placeras ut på skilda platser, varvid modulerna är anordnade att hantera skilda funktioner och var och en av modulerna är omslutna av ett eget hölje (15), har sin egen strömförsörjning (26) och har ett väldefinierat gränssnitt gentemot de övriga modulerna, varvid nämnda datorer (4, 6) och drivdon är anordnade i modulerna 9, och en av nämnda moduler är en huvuddatormodul (12), vilken innefattar huvuddatorn (4) och en annan av nämnda moduler är en drivmodul (14), vilken innefattar axeldatorn (6).

2. Ett styrsystem enligt krav 1, kännetecknat av att styrsyste- met innefattar åtminstone två separata drivmoduler.

3. Ett styrsystem enligt krav 2, kännetecknat av att varje driv- modul (14) är anordnad att styra en manipulator (2).

4. Ett styrsystem enligt något av kraven 1-3, kännetecknat av att nämnda drivmodul (14) innefattar en drivenhet (8) som inne- håller en eller flera drivdon.

5. Ett styrsystem enligt något av kraven 1-4, kännetecknat av att en av nämnda moduler är en transformatormodul (18) vilken innefattar en transformator. 10 15 20 25 30 524 929 - n « ø nn u u. . _- * ' . . » .- 12

6. Ett styrsystem enligt något av föregående krav, känneteck- nat av att en av nämnda moduler är en kontrollmodul (16) vilken innefattar styrsystemets kontrollpanel.

7. Ett styrsystem enligt något av föregående krav, känneteck- nat av att åtminstone några av modulerna är anordnade att kom- municera via Ethernet.

8. Ett styrsystem enligt något av föregående krav, känneteck- nat av att nämnda manipulator är en industrirobot (2).

9. Ett styrsystem enligt något av föregående krav, känneteck- nat av styrsystemet innefattar åtminstone tre moduler.

10. Användning av ett styrsystem enligt något av kraven 1-9 för styrning av en industrirobot.

11. Metod för styrning av en eller flera manipulatorer (2), varvid styrsystemet innefattar drivdon som styr motorer som driver ma- nipulatorns rörelser, en axeldator (6) som tillhandahåller styrsig- naler till drivdonen och en huvuddator (4) som är anpassad för att exekvera ett program med instruktioner för rörelserna och som förser axeldatorn med styrinstruktioner, kännetecknad av att nämnda en eller flera datorer och drivdon anordnas i fysiskt åt- skilda moduler (12, 14, 16, 18, 20), som var och en har sin egen strömförsörjning (26) och ett väldefinierat gränssnitt gentemot de övriga modulerna, varvid axeldatorn och huvuddatorn anordnas i skilda moduler och modulerna placeras ut på skilda platser och bringas att kommunicera med åtminstone någon av de övriga modulerna.