DE3244307A1

DE3244307A1 - Robotersteuerung

Info

Publication number: DE3244307A1
Application number: DE19823244307
Authority: DE
Inventors: Richard Bartelt; Hans-Joachim 8520 Erlangen Massat; Christof Dr. 8551 Heroldsbach Meier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-11-30
Filing date: 1982-11-30
Publication date: 1984-05-30
Also published as: US4616326A; EP0113010A1; EP0113010B1; JPS59111502A; DE3377388D1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 82 P 3 3 5 δ QE

Robotersteuerung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Robotersteuerung mit

a) einer Sensorschnittstelle zum Anschluß von Sensoren, b) einer Lageregelung mit Interpolation zur Steuerung

der Bewegung auf einer vorgegebenen Bahn und c) einer gesonderten Datenvorverarbeitung zwischen Sensorschnittstelle und Lageregelung mit Interpolation.

Robotersteuerungen der vorgenannten Art sind im Prinzip z.B. aus der Zeitschrift Siemens-Energietechnik 1981, Heft 8/9, Seiten 285 bis 289 bekannt.

Bisher besteht im allgemeinen eine feste Zuordnung eines Sensorsignaleinganges zum Systemeingriff. Dabei "kann der Systemeingriff, d.h. der Eingriff in die Steuerung eine Bahnkorrektur in eingabeabhängiger fester Korrekturrichtung mit zwei binären Sensorsignalen und Dreipunktschalter sein, es können Geschwindigkeiten in diskreten Stufen geändert oder die gesamte Bewegung angehalten werden. Eine freizügige Kombinierbarkeit von Datenschnittstellen, Signalvorverarbeitungen und Systemreaktion ist im allgemeinen nicht möglich.

Da es für eine Steuerung nicht den Sensor gibt und auch nicht die technische Funktion, sollte ein Gesamtsystem der Sensordatenvorverarbeitung so aufgebaut sein, daß eine flexible Anpassung an die Sensoren und die technologischen Aufgaben möglich ist; d.h. es soll ohne weiteres möglich sein, verschiedene Sensoren über verschiede-

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ne Datenschnittstellenarten - binär, analog, seriell bzw. parallel - anzuschließen und die Datenvorverarbeitung so zu gestalten, daß frei wählbare technologische Aufgaben, wie Entgraten, Schweißbahnverfolgung, Mehrlagenschweißbahnverfolgung, Montage usw. ausgeführt werden können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, eine modulare Sensordatenvorverarbeitung anzugeben, die eine einfache Anpassung zwischen den verschiedensten Sensoren und unterschiedlichsten Technologieaufgaben zuläßt.

Diese Aufgabe wird durch das Vorhandensein folgender Merkmale der Sensordatenvorverarbeitung gelöst:

d) mindestens eine die Schnittstelle bedienende Datenübertragungssteuerung zur Übertragung der Sensordaten auf Anforderung oder zyklisch im Interpolationstakt in Eingangsspeicher,

e) eine nachgeordnete Basisfunktionssteuerung zum Vergleich von Daten untereinander oder mit Grenzwerten und zur Abspeicherung des Ergebnisses in einem Binärspeicher und/oder Variablenspeicher,

f) eine nachgeordnete, auf Eingangs- und/oder Binärspeicher und/oder die vorverarbeiteten Werte enthaltenden Variablenspeicher zugreifende Komplexfunktionssteuerung zur Geschwindigkeitsführung und Bahnkorrektur in mindestens zwei unabhängig voneinander festlegbaren Richtungen durch entsprechenden Eingriff in die Interpolation und

g) durch die zeitlich aufeinanderfolgende Aktivierung derjenigen Abläufe in der Datenübertragungssteuerung, der Basisfunktionssteuerung und der Komplexfunktionssteuerung, die zur Abwicklung der vom Programm vorgegebenen technologischen Funktion erforderlich sind.

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Die Komplexfunktion wird mit Vorteil noch um Bausteine für Playback und Bahnbeschleunigung ergänzt, diejenigen der Basisfunktionssteuerung können mit Vorteil noch folgende Bausteine bzw. Funktionen umfassen: arithmetische Behandlung von Daten, logische Verknüpfung von Daten, nichtlineare Veränderung von Daten, Erkennen von Extrema und Mittelwerten, Mittelwertbildungen, Regelungsfunktionen und Sensorkoordinatentransformationen.

Diese vorgenannte Struktur der Datenverarbeitung bzw. des Aufbaus eines modularen Systems gibt die Möglichkeit, eingehende Sensorsignale taktsynchron zu empfangen und sofort einer Vorverarbeitung zu unterziehen sowie verschiedene freiwählbare Systemreaktionen auszulösen. In der Vorverarbeitung ist es mit Hilfe der Datentransferfunkt ions steuerung und von Einfachfunktionen möglich, die Daten zu normieren, eine Nullpunktkorrektur, eine Begrenzung und eine Grenzwertüberwachung vorzunehmen und ferner analoge bzw. digitale Sensorsignale zu filtern. Über die Komplexfunktionen können dann Systemreaktionen hervorgerufen werden, und zwar die dynamische Korrektur einer Bahn in zwei unabhängig voneinander festlegbaren Richtungen mit z.B. kontinuierlicher sensorabhängiger Korrekturgrößenvorgabe, die dynamische und kontinuierliche oder diskrete Beeinflussung der Bahnbzw. Achsgeschwindigkeiten, eine Playback-Abfahrt ohne Sensoreingriff einer zuvor sensorkorrigierten Bahn oder andere Aufgaben. Das Prinzip des modularen Steuerungsaufbaus ist also so gewählt, daß jeweils durch anwenderspezifische Kombination von Datenschnittstellenauswahl, Datenvorverarbeitung und Systemreaktion die gewünschten technischen Aufgaben, wie z.B. Entgraten, Schweißbahnverfolgung usw. gelöst werden können.

Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert;

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es zeigen:

Figur 1 die Systemanbindung der Sensordatenvorverarbeitung an die Robotersteuerung,

Figur 2 die Speicherstruktur der Sensordatenvorverarbeitung,

Figur 3 die Abwicklung des Datentransfers für eine Analogschnittstelle ,

Figur 4 eine Bahnverfolgung mit einem Dreipunktsensor, Figur 5 das Verhalten bei einer Bahnkorrektur mit der . geometrischen Summe,

Figur 6 eine Playback-Wiedergabe einer zuvor gespeicherten Bahn,

Figur 7 eine Korrektur der Bahngeschwindigkeit über einen digitalen Dreipunktregler, Figur 8 eine Geschwindigkeitsreduktion und Bahnverkürzung mit Zweipunktsensor,

Figuren 9 und 10 Auführungsformen der Datenvorverarbeitung,

Figur 11 das Prinzip der Realisierung von technologischen Funktionen durch den modularen Aufbau der einzelnen Steuerungselemente,

Figur 12 die technologische Funktion des Suchens einer Kante oder eines Objektes,

Figur 13 die Struktur der Sensordatenvorverarbeitung zur Geschwindigkeitsbeeinflussung bei der Entgratung von Schweißnähten,

Figur 14 eine Schweißnahtverfolgung mit zwei Sensorsignalen für unterschiedlich gewählte Korrekturrichtungen und

Figur 15 eine Mehrlagenschweißung mit Playback-Korrektur.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, besteht die Grundsteuerung 1 für den Roboter 2 aus einem Decoder 11, der die Anwenderbefehle in maschinenspezifische Signale umsetzt, einer Bewegungsvorbereitung 12, einer Interpolation 13,

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die aus vorgegebenen Endwerten nach vorgegebenen Funktionen die dazwischenliegenden Werte berechnet, einer Schaltung 14 zur Koordinatentransformation, z.B. von kartesischen in Achskoordinaten und einen Lagereglerbaustein 15 mit Meßsystemen zur Regelung und Führung der Achsen des Roboters 2 auf vorgegebenen Bahnen mit vorgegebenen Geschwindigkeiten. Der Roboter 2 selbst führt einen Arbeitsprozeß 3 aus, dies kann z.B. eine Entgratung oder eine Schweißbahnlegung oder die Montage von Werkstückteilen sein. Die bei seinem Arbeitsprozeß anfallenden Signale über Lage, Kräfte usw. werden er-· faßt und als Digital-, Analog- oder Binärsignale über eine Sensorschnittstelle 4 an die Steuerung 1 zurückgemeldet. Damit man flexibel die verschiedensten Sensoren an die verschiedensten technologisch zu lösenden Aufgaben anpassen kann, ist zwischen der Sensorschnittstelle 4 und der Steuerung 1 eine Sensorfunktionsdatenvorverarbeitung 5 mit den Eingriffstellen S1 bis S4 vorgesehen, die modular aufgebaut ist, wie aus Figur 2 näher ersichtlich.

Wie Figur 2 zeigt, hat die Schnittstelle 4 Digitaleingänge 41 zum Anschluß von Digitalsignalen, Analogeingänge 42 zum Anschluß von analogen Sensoren, spezifische Schnittstellen 43, die auf sonstige Bussysteme zugeschnitten sind und Binäreingänge 44. Diesen Eingängen (Eingangspuffern) 41 bis 44 ist in der Schnittstelle als erstes die Datenübertragungssteuerung 6 zugeordnet. Diese Datenübertragungssteuerung 6 hat die Aufgabe, für höhere Sensoren, welche über den Eingang 43 angeschlossen werden, die Datenanforderung, die Datenkanalauswahl, die Datenaufbereitung und die Datenbereitstellung zu übernehmen. Ferner soll diese Steuerung die Schnittstelle programmierbar auf Anforderung oder zyklisch bedienen. Die Datenübertragungsfunktionssteuerung 6 soll ferner die Analogeingänge 42 so bedienen, daß die

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Analogwerte in Digitalwerte gewandelt werden, und die Daten aufbereitet und im Eingangsspeicher 91 abgespeichert werden. Sinngemäß gilt das gleiche für die Digitaleingänge 41.
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Die Datentransferfunktionssteuerung 6 wird entweder systemintern oder mit den erforderlichen Parametern durch gesonderte Programmbefehle gestartet und bedient dann einmalig bei Anforderung oder zyklisch im Interpolationstakt die Schnittstelle mit allen hierfür notwendigen speziellen Schnittstellenfunktionen. Durch die Eingliederung dieser Steuerungsfunktion in das Gesamtsystem wird sichergestellt, daß nachgeschaltete Sensorfunktionen wahlfrei im Eingangsspeieher stets auf die aktuellen - aktuell z.B. vom letzten Interpolationstakt Daten zurückgreifen können.

Sind die Daten gespeichert, so wird als nächste Funktion die Basisfunktionssteuerung 7 aufgerufen. Diese modular in Bausteine unterteilte Steuerung macht es möglich, vorliegende Daten arithmetisch oder logisch zu verknüpfen, Analogeingangssignale bzw. mehrere Bit breite Teilsignale zu filtern, Grenzwerte abzufragen bzw. Vergleiche durchzuführen, Mittelwerte zu bilden oder Regelfunktionen z.B. P, I oder PI-Verhalten auszuführen, wobei die Arbeitsweise zyklisch im Interpolätionstakt ist. Dieser Baustein 7 hat dabei auch noch Zugriff auf den Variablenspeicher 92 und den Binärspeicher 93. Die Ergebnisse dieser Vorverarbeitung werden in diese Speicher 92 bzw. 93 übertragen. Zu diesen hat, ebenso wie zum Eingangsspeicher 91 die Komplexfunktionssteuerung 8 Zugriff. Durch diese Komplexfunktionssteuerung ist - wie späterhin erläutert wird - z.B. eine Geschwindigkeitsführung oder eine Bahnkorrektur über die eigentliehe Steuerung 1 möglich.

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Im einzelnen sind die Funktionen und Bausteine, aus denen sich eine derartige Sensordatenverarbeitung zusammensetzen läßt, näher in den Figuren 9 und 10 angegeben und werden im Zusammenhang damit erläutert. 5

Figur 3 zeigt die Datentransferfunktion für Analogeingänge 42. Dieser Baustein besteht im wesentlichen aus dem Schnittstellentreiber 61, dem Eingangspuffer 62 und der Blockübertragung 63. Der Schnittstellentreiber 61 arbeitet synchronisiert mit dem Lagereglerbaustein 15 der Steuerung 1 (vgl. Fig. 9). Hierdurch entstehen keine Leerzeiten zwischen Analog- und Digitalwandlung und Anstoß und DatenleseVorgang. Der Schnittstellentreiber beschreibt in jedem Lagerreglerzyklus den Eingangspuffer

62. Die Blockübertragung 63 arbeitet im Interpolationstakt unmittelbar nach dem Takt T als erste Funktion und überträgt die Daten aus dem Eingangspuffer 63 in den Ein gangsspeicher 91. Das vorstehende Beispiel betraf einen der Bausteine der Datentransferfunktion. Weitere Bausteine sind noch für höhere Sensoren, die über eine serielle Schnittstelle oder parallele Schnittstelle bedient werden, vorhanden, und zwar müssen über diese Schnittstelle die Sensordatensteueranweisungen, die Sensordatenleseanweisungen und die Sensordatenanforderungen gegeben werden. Die Sensordatensteueranweisung dient dazu, Steuerkommandos zum Sensor zu übertragen. Die Inhalte dieser Kommandos bzw. Übertragungsprotokolle können entweder im Anwenderbefehl selbst programmiert oder in. Anwendertafeln hinterlegt werden. Diese hinterlegten Protokolle dienen dabei einerseits der Steuerung der Schnittstelle selbst mit den notwendigen Steuerkommandos und andererseits den eigentlichen Kommandoübertragungen an den Sensor. Mit der Sensordatenleseanweisung werden Sensordaten eingelesen,welche der Sensor fortlaufend liefert. Das Lesen kann entweder einmalig ^oder fortlaufend vorgenommen werden. Der Baustein, d.h.

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die Lesefunktion besteht wie beim analogen Sensor aus zwei Teilen, dem Schnittstellentreiber und der Block-

übertragungsfunktion, wobei der Schnittstellentreiber entweder zyklisch oder interruptgesteuert arbeiten kann. 5

Im nachfolgenden seien nun einige Bausteine der Sensorbasisfunktion näher erläutert:

Durch die Arithmetikfunktion soll in zyklischer Arbeitsweise,und zwar im Interpolationstakt die Grundoperation ermöglicht werden, daß ein Operand, z.B. eine Variable, entweder mit einer analogen Eingangsgröße, einer Variablen oder einer Konstanten logisch oder nach arithmetischen Grundrechnungsarten verknüpft werden kann und das Ergebnis wiederum abgespeichert wird.

Durch die Regelungs- und Filterfunktionen sollen Analogeingangssignale bzw. Mehrbit-Digitalsignale Filteroperationen unterworfen werden und Regelungsoperationen ausgeführt werden können. Hierzu wird über einen geeigneten Filteralgorithmus eine Mittelwertbildung über mehrere Abtastwerte eines Eingangssignals vorgenommen und der Mittelwert dann in eine vorgegebene Stelle im Sensordatenspeicher eingeschrieben. Eine Regelungsfunktion, z.B. für einen P-Regler, wird dadurch gebildet, daß als Ausgangswert die Differenz zwischen zwei Eingangswerten, multipliziert mit einem Verstärkungsfaktor, genommen wird. In ähnlicher Weise werden die I und PI-Regelfunktionen ausgeführt.

Zu den Bausteinen der Basisfunktionssteuerung gehören auch die nichtlinearen Funktionen, mit denen verschiedene nichtlineare Kennlinien realisiert werden können; z.B. Betragsfunktion, Diodenfunktion, Begrenzungsfunktion, freiprogrammierbare Kennlinienfunktionen, höhere mathematische Funktionen (z.B. Sinus, Kosinus,e-Funktion usw.).

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Die ebenfalls zu diesen Bausteinen gehörende Komparatorfunktion sollte folgende Funktionen möglich machen: Überwachung eines Analogsignals bzw. allgemein eines mehrbitigen Digitalsignals auf zwei programmierbare Grenzwerte, wobei das Ergebnis dann ein logisches Binärsignal ist. Alternativ sollten auch zwei oder mehrere analog bzw. mehrbitige Digitalsignale mit zwei programmierbaren Grenzwerten je Signal und logische Verknüpfung (und/oder) der Einzelergebnisse zu einem logischen Binärsignal ausgewertet werden. Die Vergleichsfunktion soll zwei Operanten miteinander vergleichen und ein binäres Vergleichsergebnis liefern. Die gewünschte Komparatorfunktion wird mit den notwendigen Parametern durch eine vom Anwender vorgegebene Programmierung gestartet und läuft dann zyklisch im Interpolationstakt bis sie durch einen Befehl beendigt wird. Die Eingangsdaten werden vom Eingangsspeicher 91 oder Variablenspeicher 92 gelesen. Das logische Verknüpfungsergebnis wird in den programmierbaren Binärspeicher 93 (Figur 2) geschrieben.

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Wesentlich ist als Baustein auch noch eine Speicher- und Zählerfunktion, und zwar soll für die Abfrage zu einem späteren Zeitpunkt registriert werden, ob ein Binärsignal mindestens einmal bzw. wie oft im Beobachtungszeitraum aufgetreten ist. Abhängig von dieser Information können dann beispielsweise Programmverzweigungen initiiert werden (Ereignisspeicher 94 in Fig. 9, 10).

Neben den bisher erwähnten Datenübertragungsfunktionen und Basisfunktionen sind vor allem für die Datenaufbereitung die Komplexfunktionen wesentlich. Hier sei als erstes die Bahnkorrektur bzw. Bahnführung genannt. Der Ausgangspunkt aller Bahnbewegungen stellt die programmierte Bahn, kurz die Programmbahn, dar. Ist das Teil, an dem die Programmbahn abzufahren ist, nicht exakt /~\ justiert bzw. ergeben sich am Teil Formabweichungen

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gegenüber dem Musterteil, so ergibt sich eine Sollbahn S für die gilt, Sollbahn ungleich Programmbahn P (vgl. Figur 4). Die sensorgeführte Bahnverfolgung hat nun die Aufgabe, ausgehend von der Programmbahn P, Korrekturschritte /^ s derart zu erzeugen, daß die tatsächlich sich einstellende Istbahn I um nicht mehr als einen bestimmten Restfehler von der Sollbahn S abweicht. Hierbei wird vorausgesetzt, daß gilt, Programmstartpunkt ist So11startpunkt. Wie aus Figur 4 a ersichtlich, verläuft dabei die Istbahn I gegenüber der Programmbahn P um einen Korrekturwinkele*. verdreht. Der maximale Fangbereich, d.h. der Bereich, an dem ein bestimmter maximaler Restfehler garantiert werden kann, kann für die Sensorkorrektur durch einen maximalen Korrekturwinkel OdJnax definiert werden. Die möglichen Sensorkorrekturrichtungen lassen sich dabei ausgehend von der Stellung des Werkzeugs zur Programmbahn definieren, und zwar unterscheidet man Korrekturen in Richtung der Normalen, der Binormalen und Tangenten. In Normalrichtung wird normalerweise eine Bahnkorrektur im eigentlichen Rechts-Links-Sinne vorgenommen, in der binormalen Richtung wird die Korrektur vorzugsweise zum Ausgleich von Werkzeuglängen, Abweichungen usw. nach oben oder unten vorgenommen. In der Tangentenrichtung kann eine Korrektur zur Beeinflussung von Bahngeschwindigkeiten und Bahnlänge erwünscht sein. Da die Definition der Sensorkorrekturrichtungen auf der relativen Stellung von Werkzeug zur Bahn basiert, ist für die eindeutige Festlegung der Sensorkorrektur im Raum neben der Bahnrichtung die Orientierung des Werkzeugs am Arbeitspunkt mit von Bedeutung. Die gewünschte Korrekturrichtung kann vom Anwender bei der Eingabe des Steuerungsprogramms mit Parametereingabe vorgewählt werden.

Es sei nun die Funktion Bahnverfolgung mit Hilfe eines digitalen Dreipunktsensors näher anhand von Figur 4 er-

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läutert. Es wird im vorliegenden Fall eine Rechts-Links-Korrektur ausgeführt.

Gemäß Figur 4 sei dem Roboter die Programmbahn P in x-Richtung vorgegeben. Es liegt nun ein Hindernis H vor, das von einem Dreipunktsensor erfaßt wird, und zwar in der Weise, daß ,wenn die Sensorschwelle G überschritten wird, ein Signal s solange abgegeben wird, wie diese Grenze überschritten bleibt. Wird an der Stelle x1 die Sensorschwelle G überschritten, so ergibt sich das Signal s als Sensorsignal. Hierdurch wird ein Korrekturbetrag Δ s wirksam gemacht, um den die Programmbahn P korrigiert wird, und zwar derart, daß für die Interpolation am Wegpunkt χ bereits ein Korrekturwert A s berücksichtigt wird. Damit ergibt sich die mit I bezeichnete Istbahn. Da der Sensor ander Stelle x2 das Hindernis wieder verlassen hat, wird keine weitere Korrektur durchgeführt. Erst wenn zwischen x3 und x4 das ' Hindernis erneut berührt wird, wird für den nächsten Interpolationsschritt erneut eine Korrektur^s vorgenommen. Ähnliches gilt zwischen x5 und χβ. Damit ergibt sich insgesamt eine Istbahn I, die nur noch relativ wenig von der idealien Sollbahn S, die aufgrund dieses Hindernisses H erforderlich wird, abweicht. Statt eines Dreipunktsensors kann auch ein analoger Sensor verwendet werden.

Mit Vorteil werden dabei, wie Figur 5 zeigt, die Korrekturen nicht arithmetisch addiert, sondern jeweils in den kartesischen Koordinaten, d.h. die Gesamtsensorkorrektur ist die geometrische Summe aller Einzelkorrekturen. Damit gibt es keine Geschwindigkeitssprünge an Bahnecken.

Mit Hilfe der Playback-Funktion soll eine einmal mit aktivem Sensor Bahnkorrekturen abgefahrene Bahnfahrt

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in einer oder mehreren Wiederholungsfahrten ohne aktive Sensordatenkorrektur, aber unter Berücksichtigung der bahnspezifischen Korrekturwerte der ersten Fahrt, abgefahren werden können. Eine derartige Funktion findet Anwendung beim Lichtbogenschweißen, von z.B. V-Nähten in Mehrlagentechnik.

Für die Playback-Korrektur müssen beim erstmaligen Abfahren der Programmbahn die Sensorkorrekturvektoren Δ.

v_K in den wegabhängig aktivierten Playback-Speicher übernommen werden. Zur Reduzierung der Datenmenge wird nicht in jedem Interpolationstakt N ein Korrekturvektor gespeichert, sondern z.B. nur in Jedem vierten Interpolationstakt, Beim Wiederabfahren der Bahn wird zwischen diesen Korrekturwerten interpoliert (Figur 6).

Neben der Komplexfunktion "Bahnkorrektur" ist auch die Funktion "Bahngeschwindigkeitsführung" wesentlich (vgl. Figur 7). Abhängig z.B. vom Signal eines die Geschwindigkeit abtastenden digitalen Dreipunktsensors wird im Takte der Interpolation T die wirksame Geschwindigkeit (Override) treppenförmig geändert. Hierbei bedeuten ein positives Sensorsignal s_v eine Verringerung und ein negatives Sensorsignal -s_y eine Erhöhung der Geschwindigkeit. Analoges gilt für andere Sensortypen.

Neben der Bahngeschwindigkeitsführung ohne Bahnlängenkorrektur ist auch die Bahngeschwindigkeitsführung mit Bahnlängenkorrektur von Interesse. Hier wird ausgehend von einer programmierten Bahn gefordert, daß sensorgeführt eine Bahngeschwindigkeitsreduktion und gleichzeitig eine Bahnverkürzung stattfinden soll. Sei z.B. gemäß Figur 8 angenommen, daß die Programmbahn P zwischen xo und xe liegt und daß ein Zweipunktsensor die eine Geschwindigkeitsreduzierung bedeutenden Signale -Sj^ abgibt, so ergibt sich infolge der hierdurch her-

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vorgerufenen Reduzierung der Geschwindigkeit v um Δ ν eine Istbahn I, die zwischen Start xo und Istziel xi'

um den Weg Δ b verkürzt ist, da infolge der Geschwindigkeitsreduktion in der zur Verfügung stehenden Zeit nicht der ursprünglich programmierte Weg zurückgelegt wird.

Figur 9 zeigt einen Grundaufbau des Systems mit den Speichern 91 bis 94. Neben der Datenübertragungsfunktion 6 sind hier als Basisfunktionen 7 und Komparatorfunktion und Vergleichsfunktion 71 genannt. Als Komplexfunktion sind Bahnkorrektur 81 und Bahngeschwindigkeitsführung vorgesehen. Ferner sind noch Einmalfunktionen 83 wie Nullpunktkorrektur, Ladefunktion etc. vorgesehen. Die Komplexfunktion Bahnkorrektur 81 wirkt über ein Speicherglied 18 auf die Interpolation 13 im Sinne einer Änderung der Interpolationsschritte ein. Die Bahngeschwindigkeitsführung 82 wirkt über den Override 17 ebenfalls auf die Interpolation 13, und zwar auf die Geschwindigkeit ein. Die sensorabhängig angeregte Unterbrechungsfunktion kann über das Stoppglied 16 die Interpolation anhalten und über den Decoder 11 Programmverzweigungen usw. einleiten.

Figur 10 zeigt die etwas erweiterte Variante, und zwar umfaßt hier die Basisfunktion noch eine arithmetische Funktion 72, eine Regelfunktion 73, eine nichtlineare Kennlinienfunktion 74, logische Verknüpfungen 75 und Sprung- und Ladefunktionen 76 bzw. 77. Die Komplexfunktionen sind noch um Playback-Funktion 84, Bahnbeschleunigungsführung 85 und Geschwindigkeitsführung 86 erweitert.

Wie aus Figur 11 ersichtlich, werden zwischen Sensorschnittstelle 4 und Steuerung 1 jeweils gemäß der zu lösenden technologischen Aufgabe nur diejenigen Bausteine D, B, K der Datenvorbereitung 5 aufgerufen, die

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erforderlich sind. So sind z.B. zum Lösen der technologischen Aufgabe T1 die Basisfunktion B1 und B2 und die Komplexfunktion K1 erforderlich. Dagegen beim Losen der Aufgabe T2 die Datenübertragungsfunktion D, die Einfachfunktion B3 und parallel die beiden Komplexfunktionen K1 und K2. Sinngemäß das gleiche gilt für die übrigen dargestellten Beispiele. Auf diese Weise können die verschiedenartigsten Sensoren zur Lösung der unterschiedlichsten technischen Aufgaben jeweils mit der Steuerung so verbunden werden, daß sich jeweils eine optimale Anpassung ergibt.

Figur 12 zeigt eine zu lösende technische Aufgabe, und zwar die Suche einer Kante oder eines Objektes 0. Vom Start So fährt der Roboter mit vorgegebener Suchrichtung S auf die gesuchte Kante. Beim Erreichen dieser Kante spricht der Sensor an und gibt je. nach Art ein ent-, sprechendes binäres oder analoges Ausgangssignal ab. Ist bis zum Suchendpunkt.s-gdiese Kante nicht gefunden, wie gestrichelt angedeutet, so wird eine Nichtgefunden-Meldung abgegeben. Zur Lösung dieser technischen Funktion oder Aufgabe wird also nur eine Einfachfunktion benötigt, und zwar Grenzwert erreicht oder nicht.

Figur 13 zeigt die Entgratfunktion mit Geschwindigkeitsbeeinflussung und Grenzüberwachung. Hier sind zur Lösung der technologischen Funktion neben der Datenübertragungsfunktion 6, mit der Nullpunktverschiebung und Datenaufnahme vorgenommen werden, noch Basisfunktion 7 und Komplexfunktion 8 erforderlich. Zunächst wird bei den Basisfunktionen die arithmetische Funktion der Multiplikation aufgerufen, und zwar die Bildung der Leistung P. aus Spannung u und Strom i. Als nächstes wird wieder eine arithmetische Funktion benötigt, und zwar die Differenz zwischen einem vorgegeben Wert P und dem Istwert P. Die sich ergebende Differenz Δ P wird auf Grenzwert über-

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wacht und falls notwendig normiert und nichtlinear verknüpft. Stellt sich ein Überschreiten eines Grenzwertes heraus, so wird über ein Alarmbit sofort eine Interruptfunktion aufgerufen, die geeignete Gegenmaßnahmen einleitet, z.B. über den Decoder 11 einen anderen Programmteil aufruft. Zusätzlich wird, abhängig von.ZL ρ durch die Komplexfunktion Geschwindigkeitsführung 82 die vorgegebene Geschwindigkeit v_Q um den von Δ. ρ abhängigen Wert<d ν reduziert, und zwar als Override-Korrektur, so daß sich die Geschwindigkeit ν ergibt.

Figur 14 zeigt eine Schweißnahtverfolgung, mit zwei Sensorsignalen für die Korrekturrichtungen Links Rechts ^ η und Oben - Unten = b. Beiden Sensorsignalen η und b ist zunächst eine Basisfunktion z.B. Begrenzung 711 zugeordnet. Die Bahnkorrekturfunktion 81 in den Kom plexfunktionen 8 bildet aus den beiden Sensorsignalen nach vorgegebenen Kriterien jeweils die Korrekturwerte für die ausgewählten Richtungen. Die Bahnkorrektursumme wird dann zur Korrekturdateneinrechnung und entsprechen den Beeinflussung der Interpolation 13 benutzt.

Figur 15 zeigt die Mehrlagenschweißung mit Playback-Korrektur, und zwar wird bei einer vorgegebenen Programmbahn P die erste Wurzelnaht w^ mit aktiver Sensorkorrektur und Playback-Speicherung abgefahren. Die Deck nähte W₂ werden dann im Playback-Verfahren mit Linearinterpolation abgefahren.

5 Patentansprüche
15 Figuren

Claims

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Patentansprüche

Robotersteuerung mit
a) einer Sensorschnittstelle zum Anschluß von Sensoren, 5b) einer Lageregelung mit Interpolation zum Steuern der Bewegung auf einer vorgegebenen Bahn und

c) einer gesonderten Sensordatenvorverarbeitung zwischen Sensorschnittstelle und Lageregelung mit Interpolation, gekennzeichnet durch das Vorhandensein folgender Merkmale:

d) eine die Schnittstelle bedienende Datenübertragungssteuerung (6) zur Übertragung der Sensordaten auf Anforderung oder zyklisch im Interpolationstakt in Eingangsspeicher (91),

©) eine nachgeordnete Basisfunktionssteuerung (7) zum Vergleich' von Sensordaten untereinander oder mit Grenzwerten und zur Abspeicherung des Ergebnisses in einem Binärspeicher und/oder Variablenspeicher (92),

f) eine nachgeordnete, auf Eingangs- und/oder Binär-

^: speicher und/oder auf den vorverarbeitete Werte enthaltenden Variablenspeicher (92) zugreifende Komplexfunktionssteuerung (8) zur Geschwindigkeitsführung und Bahnkorrektur in mindestens zwei voneinander unabhängig festlegbaren Richtungen durch entsprechenden Eingriff in die Interpolation (13) und

g) durch die zeitlich aufeinanderfolgende Aktivierung nur derjenigen Abläufe in der Datenübertragungssteuerung (6), der Basisfunktionssteuerung (7) und der Komplexfunktionssteuerung (8), die zur Abwicklung der vom Programm vorgegebenen technologischen Funktionen erforderlich sind.
2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komplexfunktionssteuerung (8) zusätzlich folgende Bausteine umfaßt: a) Playback-Funktion (84) und

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b). Bahnbeschleunigungsfunktion (85).
3. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisfunktionssteuerung zusätzlich folgende Bausteine umfaßt:

a) Arithmetikfunktion (72),

b) Verknüpfungsfunktion (75),

c) nichtlineare Funktionen (74),

d) Extrem- und Mittelwertfunktionen, e) Regelungsfunktion (73) und

f) Sensorkoordinaten-Transformation.
4) Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Datentrarisfersteuerung (6) für analoge Eingänge aus einem in jedem Lagereglerzyklus einen Eingangs-pufferspeicher (62) beschreibenden Schnittstellentreiber (61) und einen im Interpolationstakt arbeitenden Blockübertragungsglied (63) besteht, das die Daten aus"dem Eingangspufferspeicher (62) in einen Eingangsspeicher (91) überträgt.
5. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sensorabhängige Programmverzweigungen aufrufbar, Programmunterbrechungen einleitbar und/oder Programmparameter veränderbar sind.

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