專利名稱：控制自動化工作單元的方法
技術領域：
本發明涉及一種控制工作單元的方法，所述工作單元包括機器人，控制中心，機 器人的控制裝置，以及用于控制中心和機器人的控制裝置之間通信的總線。
背景技術：
在機器人手臂控制的領域中，眾所周知，控制中心通過總線與能夠控制使機器人 的各部分運動的電動機的軸控制器進行通信。這樣的控制中心解釋由用戶給定的運動指令 或由用戶創建的程序，以便確定機器人的每個運動軸的運動指令。
通過應用一種取決于所使用的機器人手臂的類型的反幾何模型 (inversegeometric model),在控制中心處計算出機器人的各部分相對于各軸的運動。為 了使機器人的各部分進行有效的運動，命令每個機器人進行與軸線運動指令相對應的運 動。通過應用針對機器人手臂的變速器的動態模式并考慮減速比和任何耦合方程式來計算 該運動。軸的運動將成為兩個或多個電動機的命令的結果實際上是正常的。
由于每個機器人具有特定的運動特性，有必要在控制中心將本質特性與所使用的 機器人的類型如逆運動學模型和傳輸動態模型合并。這使得并入控制中心的程序變得相對 復雜而且不是非常通用，因為如果機器人使用的類型改變，它們就必須被改進。
此外，所述控制中心使用的程序必須處理與機器人手臂的特異性相關的操作參 數，這意味著每個命令或涉及電動機的事件可能需要一個包含機器人手臂的其他電動機的 處理。例如，在機器人手臂的一個電動機出現故障的情況下，其他電動機必須停止，并且機 器人手臂的所有電動機必須宣告停止運行。發明內容
正是這些缺點，本發明開始通過提出一種新穎的控制自動化工作單元的方法來補 救，簡化了控制中心的編程，提高了與各軸控制器的通信速度，并提高了控制機器人的精度。
為達到上述目的，本發明涉及一種控制自動化工作單元的方法，包括由多個控制 軸控制的具有至少三個自由度的至少一個機器人手臂，控制中心，機器人手臂的控制裝置， 所述控制裝置包括多個電動機控制器，每個所述電動機控制器控制能夠操縱至少部分的所 述機器人手臂的電動機的運行，用于所述控制中心和所述機器人手臂的控制裝置之間通信 的總線，所述方法的特征在于包括以下步驟
a)將所述機器人手臂的每個運動控制軸與假設的用于接收指令并根據這些指令 來控制至少一個電動機的假想的軸控制器相關聯；
b)在所述控制中心為所述機器人手臂的每個運動控制軸確定用于與這些軸中的 每一個對應的假想的軸控制器的指令；
c)將在步驟b)中確定的所述指令傳送至屬于所述機器人手臂的控制裝置的僅有 的一個計算單元。
機器人手臂的控制是基于運動控制軸的識別，換言之，幾何特性如長度或角度使 得表達機器人手臂的端部的運動成為可能。
借助于本發明，控制中心的程序控制器可以把控制機器人手臂的運動的每個軸看 作一個獨立的軸，該獨立的軸以與另一個未形成機器人手臂的部分的軸控制器相同的方式 通信。機器人的控制裝置中的計算單元的存在簡化了所述控制中心的編程，因為后者不需 要將數據特定地并入到每個機器人手臂，并且不必管理與每個電動機控制器之間的通信。
所述機器人手臂的每個運動控制軸對應于所述機器人手臂的一個自由度。則所述 計算單元的程序控制器不需要變速器的動態模型的任何知識。
所述機器人手臂的每個運動控制軸對應于笛卡爾坐標軸或移動所述機器人手臂 的端部的相應的轉動。則所述控制中心的程序控制器不需要任何機器人手臂的反幾何模型 的知識，該模型被應用于屬于機器人手臂的控制裝置的計算單元。程序控制器可以想像改 變機器人手臂的類型，無需更新控制中心使用的逆運動學模型。
根據本發明的有利特征而非必要特征，該控制方法可以包含一個或多個以下特 性，多個特征被采取任何技術上可接受的組合。
所述方法包括以下補充步驟d)在所述計算單元中由接收到的來自所述控制中 心的指令來確定用于由每個電動機控制器控制的電動機的命令；e)向每個電動機控制器 傳送在步驟d)中確定的用于由這個電動機控制器控制的電動機的命令。
因為確定了包括有每個機器人電動機的運動命令的計算的所述指令，在屬于所述 機器人控制裝置的計算單元中，考慮到所有由所述控制中心發送的指令，有可能優化機器 人的運行和機器人的工作單元的運行。此外，所述計算單元使用機器人手臂的特征所必須 的處理操作。因此，節約了所述控制中心單元的程序控制器對將構成機器人學工程師的技 術的一部分的精密停止或啟動步驟的需要。
所述方法包括以下補充步驟f)每個電動機控制器向所述計算單元傳送所述電 動機控制器控制的電動機的位置；g)在所述計算單元基于所有所述電動機的位置計算所 述機器人手臂的每個運動控制軸的位置；h)將步驟g)中計算的每個控制軸的位置傳送至 所述控制中心。
所述方法包括以下補充步驟i)在所述計算單元基于所有所述電動機的位置計 算特征點的笛卡爾速度(cartesian speed) ；j)將計算出的笛卡爾速度與閾值比較；k)如 果所述笛卡爾速度高于所述閥值，所述計算單元向所述控制中心傳送警報信號。
有利地，在步驟g)的計算中，所述計算單元考慮測量所述電動機位置的時間和將 所述機器人手臂的每個運動控制軸的位置傳送到所述控制中心的時間，以便根據所述機器 人手臂的預測運動來校正所述運動控制軸的位置。
在步驟d)中，計算包括有遵守由所述控制中心發送的所述指令的每個電動機將 要達到的位置的運動命令。
在步驟d)中，基于所述控制中心發送的所述指令，每個電動機的所述運動命令的 計算伴隨有將被提供給每個電動機的轉矩預測。
所述控制中心發送的所述指令包含有用于至少一個運動控制軸的所傳送的負載 的信息。
為遵守由所述控制中心發送的所述指令，每個電動機將要達到的位置包括由至少一些扭矩預測計算出的對所述機器人手臂變形的校正。
所述方法包括以下補充步驟1)將表示所述機器人手臂的上電狀態的信號傳送 至所述控制中心，其中，僅當所有電動機上電或掉電且被制動時，對應地宣告所述機器人手 臂即將運行或掉電。
所述方法包括以下步驟:m)所述計算單元向所述控制中心傳送表示所述機器人 手臂的所有部分的運行狀態的信號，其中，如果這些部分中的至少一個被檢測為不能正常 工作，則宣告所述機器人手臂的所有部分無法運行。
所述總線支持同步通信模式。
所述總線在串行實時通信協議類型的接口模式(interface model)上運行。
所述控制中心采用“概要驅動”硬件配置文件的命令和與所述機器人手臂的運動 控制軸相關聯的所述假想的軸控制器通信。這些與“概要驅動”硬件配置文件相關的標準 命令被廣泛地應該用于獨立的軸控制器的編程。程序控制器不需要開發或使用特定的用于 自動化工作單元的機器人手臂的命令。
基于通過實例并結合附圖所給出的根據其工作原理的控制自動化工作單元的方 法的下述描述，將更好地理解本發明，并且本發明的其它優點將更加清楚地示出。其中
圖I為使用本發明的控制方法的自動化工作單元的結構圖2為本發明的功能性的概括圖，示出了本發明的控制方法相關的主要功能和通/[目流。
具體實施方式
如圖I所示，自動化工作單元2包括機器人手臂(robot arm) 4，機器人手臂4的 控制裝置6，控制中心8以及兩個部分顯示的電動執行器。此處，所述機器人手臂4是由六 軸(附圖標記為Al至A6)機器人手臂構成。這里，術語“軸”是用于機器人目的上的，換言 之，涉及到自由度。在本案中，自由度或軸Al至A6存在有轉動(rotations)。
機器人(robot)的控制裝置6接近機器人手臂4被放置，并且包括6個電動機控 制器61至66。這些電動機控制器61至66中的每一個都能控制得以操縱機器人手臂4的 一部分的電動機Ml至M6中的一個的運行。
在任何其他的軸未開啟的情況下，電動機Ml的驅動允許機器人手臂4的位于軸Al 和機器人手臂4的可移動端部之間的部分的整體轉動。同樣地，電動機M2、M3、M4、M6的驅 動分別允許軸A2、A3、A4、A6的獨立轉動。另一方面，電動機M5的驅動導致軸A5、A6的轉 動。在軸A5和A6之間存在聯軸器，則軸A5的獨立轉動需要電動機M5、M6的驅動。電動機 Ml至M6中的每一個配備有置于電機軸的編碼器12，用于測量電機軸的角位置以及傳送包 括該位置的信息的電信號S12i, i為I至6之間的整數。每個電動執行器由電動機M21、M22 操縱，每個電動機都分別由軸控制器121、122控制并且與編碼器12相連，編碼器12傳送位 置信號S1221或S1222。
如圖2示意性所示，控制中心8由用戶創建的用于執行精確動作的程序30來控制 自動化單元2的運行，例如物體的裝配需要機器人手臂4的運動，可選擇性行動的抓器或傳6送機，包括由電動機M21、M22操縱的電動執行器、例如，這些程序中可能含有機器人手臂4 的端部將要到達的一系列的笛卡爾坐標。
在一變型中，這些動作可以由固定或便攜的控制面板32被用戶實時選定，控制面 板32向用戶或者自動化工作單元2的程序控制器開放。
控制中心8通過現場總線14與控制裝置6通信，優選運行在串行實時通信協議 (SERCOS, Serial Real Time Communication Specification) III 系列實時接 口上。控制 中心8為“主(master) ”,而控制裝置6為“從(slave) ”。
控制裝置6包括用于通過現場總線14而與控制中心8通信的通信卡60。
控制裝置6還包括計算單元10,其功能是產生并傳送指令(如運動命令或上電命 令)至電動機控制器61至66。計算單元10為此特別包括微處理器和存儲器。計算單元 10能夠與每個電動機控制器61至66通信。這樣，電動機控制器61至66與控制中心8之 間的每個數據傳送都由計算單元10來管理，既包括從電動機控制器到中心的，又包括從中 心到電動機控制器的。
機器人手臂4的控制軸被選為軸Al至A6，它們與機器人手臂4的自由度一致。
在初始化階段，特別是SERCOS III接口連接模式，通信被定義，使得機器人手臂4 的軸Al至A6中的每一個都與假想的軸控制器(notional axis controller)相關聯。這 些假想的軸控制器被認為是以與通用軸控制器相同的方式接收來自控制中心8的指令，并 控制至少一個基于這些指令的電動機。聲明了它們與“概要驅動(profile drive)”硬件配 置文件(hardware profile) 一致,該文件定義了一套結構、控制、詢問狀態和位置,診斷和 監督的命令。由基于與“概要驅動”硬件配置文件相關的命令的控制中心8所產生的并且 可由假想的軸控制器使用的指令被計算單元10接收。每個假想的軸控制器以與兩個軸控 制器121和122相同的方式被分配有地址，軸控制器121和122控制機器人手臂4外部的 執行器并且存在于自動化工作元件2中。
在自動化工作單元2的機器人手臂的任何操作之前，本發明的控制方法被應用在 機器人手臂4的所有電動機的上電階段。這個上電是由控制中心8發起的，發送給總線14 一條或多條包括指令Ccd的主數據報文，i在I至6之間，用于上電給每個軸Al至A6。控制 裝置6的通信卡60捕獲這些報文。然后它發送中斷命令給計算單元10。計算單元恢復這 些報文，從它們中為機器人手臂4的每個軸Al至A6提取指令Cei，并對其繼續處理。SERCOS III接口連接協議為每個連接到總線14的裝置提供了在主數據報文中涉及的它的位置信 息。計算單元10記錄上電指令并給控制中心8發送響應報文,其中，聲明與該指令相關的 軸將要上電。電動機實際上并沒有通電，直到收到由控制中心8發送的最后的上電指令，制 動裝置才打開。每個電動機Ml至M6的上電指令02i，i在I至6之間，是由計算單元10發 送到每個電動機控制器61至66。當所有的電動機都上電并且計算單元10已經從電動機控 制器61至66收到每個電動機Ml至M6已經上電的信息時，計算單元10通過通信卡60發 送報文Ttl,向控制中心8說明最后一個軸準備運行。
對于控制中心8的程序控制器，機器人手臂4的軸Al至A6的電動機Ml至M6的 上電命令類似于在自動化單元2中使用的其他電動機M21至M22的上電命令，是因為機器 人手臂4的軸和其他兩個軸以與“概要驅動”硬件配置文件一致而為控制中心8所知。為 了管理各電動機的上電，計算單元10考慮所有的用于機器人手臂4的軸Al至A6中的每一個的指令，簡化了控制中心8的編程。
當自動化單元2執行自動化的過程，控制中心8執行包括機器人必須執行的運動命令的操作程序30。在每個通信周期里，每個與機器人手臂4的假想的軸控制器相關聯的軸Al至A6的運動指令Cli (i在I至6之間)是由軌跡發生器(path generator) 34計算， 當機器人手臂4的運動命令表示它的端部運動的笛卡爾坐標，軌跡發生器34使用相反的幾何模型36。按照SERCOS III的接口協議，對每個定義的通信周期，所有的軸運動指令Cli以主數據報文T1 (Cli)的形式通過總線被發送。通信卡60接收所述報文，然后發送中斷命令給計算單元10，計算單元10恢復這些報文，從中提取軸運動指令Cli并對其繼續處理。
在處理過程中，計算單元10計算每個由電動機控制器61至66控制的電動機Ml至 M6的運動命令Oli, i在I至6之間。通過應用變速器38的動態模型(kinematic model), 每個電動機的運動命令Oli是通過所有從控制中心8接收的指令Cli來計算的。這些命令包括電動機將要達到的位置。然后該計算考慮存在于軸A5、A6之間的聯軸器，需要使用電動機M5、M6的軸A5的運動。每個電動機的運動命令Oli的計算也考慮到電動機和機器人的轉動軸之間的減速比。
每個電動機Ml至M6的運動命令Oli被傳送到每個電動機的電動機控制器61至 66,負責測定和校正電機各相(motor phases)的供電電流。
每個電動機的軸的角位置是通過放置于每個電動機的軸的編碼器12來檢測的。 以S121至S126信號的形式傳送到每個電動機控制器的信息使得從動48電機各相的供電電流成為可能。
計算單元10，通過它與電動機控制器61至66的連接，也具有機器人手臂4的每個電動機的軸的角位置，并且通過應用變速器40的逆運動學模型(inversekinematic model)來計算機器手臂4的軸Al至A6的可動部件的角位置Pi, i為I至6之間的整數。 由于軸A5、A6的聯軸器，電動機M5、M6的軸的角位置在軸A6的角位置P6的測定上起作用。 計算單元10也能從測量角度計算機器人的軸的可動部件的轉動速度，由這些運動提供的轉矩，或其他有用數據。
因此，根據SRECOS III，在每個同步通信周期中，機器人的計算單元10產生了包括機器人手臂4的軸的角位置Pi的數據報文T' 1；并且將其通過通信卡60傳送至控制中心8。于是這個信息可以被程序30所使用，程序30管理自動化單元2的運行。控制中心8 應用直接幾何模型(direct geometric model) 42,以便獲得例如機器人手臂4的端部的笛卡爾位置P。，然后將其顯示在控制面板32上。
計算單元10可以從機器人手臂4的軸Al至A6的可動部分的角位置Pi (i為I至 6之間的整數)中計算出至少一個特征點B的笛卡爾位置，例如位于機器人手臂4的端部的刀具夾頭400上的特征點，并且可以從中導出所述特征點的笛卡爾速度V(B)。在計算單元 10進行與預設閥值的比較。如果所述特征點的笛卡爾速度V(B)大于該閥值，計算單元10 給所有的電動機控制器61至66發送終止命令，并發送指出所述錯誤的報文給控制中心8。
在一變型中，計算單元10從與機器人手臂4的假想的軸控制器連接的每個軸Al 至A6的移動指令Cli中計算出所述特征點的笛卡爾速度V(B)，i在I至6之間。
如果因為重力或慣性力每個電動機的從動裝置考慮到適用于關節的轉矩Fi預測 (i在I至6之間)，基本上改進了機器人手臂4的行為。在計算單元10中，這個使用動態模型(dynamic model)44的轉矩Fi預測是為每個機器人手臂4的電動機建立的。所述動態模型是基于每個軸的運動指令Cli，這使得估計機器人手臂的每個部分所需的加速度成為可能。由于機器人手臂4的結構的原因，在機器人手臂4的每個電動機的軸的轉矩Fi預測必須考慮到所有的軸Al至A6的運動指令Cn。轉矩預測Fi —旦建立，它就通過應用電動機的數據或“常數(constants) ”46而被翻譯成電流指令，并且被傳送到電動機控制器61至 66,以便作為電機相位供電電流的控制回路50的輸入而被合并。
根據一變型，將要提供給每個關節的轉矩Fi預測的計算也可以使用機器人手臂4 的軸的角位置Pi。
應用于關節的轉矩Fi預測，i在I至6之間，是更加精確的，因為它考慮了由機器人手臂4傳送的負載。每個負載是以質量、它的重心位置和它的慣性矩陣以及所附的自由度來表征的。控制中心8的程序控制器可以宣告關于機器人手臂4的每個運動控制軸的傳送的負載。例如，對于刀具夾頭400傳送的負載，其通過用于控制軸A6的命令來宣告負載。 對于前臂402傳送的負載，其通過用于控制軸A4的命令來宣告負載。這些傳送的負載可以被異步地宣告，換言之，是在控制中心8和計算單元10之間的周期性通信之外。他們也可以被同步地宣告，這使得改變由控制中心8發送的每個命令中傳送的負載成為可能，并使得調整機器人手臂4的控制使其適應一系列運動成為可能，在該運動期間，機器人手臂在釋放負載并從事其他運動之前會抓住并傳送該負載。
本發明的方法能夠使計算單元10考慮傳送的負載，以便簡化控制中心8的結構。
考慮到在負載的影響下的機器人手臂的變形，本發明的方法提供了設置于機器人手臂4的端部的刀具(未示出)的路徑精度的改進措施。這些變形可能起因于結構元件 (如手臂或如皮帶或齒輪的傳送元件)的柔度(flexibility)。根據每個軸的運動指令，由于重力和慣性力，動態模型44預測每個應用于關節的轉矩Fi, i在I至6之間。由于所述變形，這些轉矩Fi使得通過應用針對機器人手臂4的柔度矩陣來獲得關節偏差Λ i成為可能，i在I至6之間。所述關節偏差Λ i使得提供機器人手臂4變形的校正成為可能，并被添加到每個軸的運動指令中因而在計算由電動機控制器61至66控制的每個電動機Ml至 M6的運動指令Oli時被考慮，i在I至6之間。
所述關節偏差Λ i也要從機器人手臂4的軸Al至A6的可動部分的角位置Pi中被減去，i為I至6之間的整數。它起源于機器人手臂4的每個電動機的軸的角位置的逆運動學傳輸模型40的應用。
在一變型中，關節偏差Λ i的計算可以在僅考慮與重力一致的轉矩Fi的部分時候下建立，換言之為靜載荷。
本發明的方法也考慮了機器人手臂4的各部分在運行中的故障。機器人手臂4的控制裝置6的計算單元10監督電動機控制器61至66的運行。它使用軟件檢測所有的電動機控制器61至66、電動機Ml至M6或編碼器12在運行中的故障。當電動機發生崩潰，計算單元10停止機器人手臂4的其他所有電動機，并向控制中心8發送數據報文T2，數據報文T2中不僅宣告了有問題的電動機正常允許的軸的轉動將要崩潰，還宣告了機器人手臂4 的所有軸。換言之，機器人手臂4的一個軸的操作故障導致宣告整個機器人手臂不能運行。 這個信息被發送給控制中心8。
因為控制中心8不需要管理機器人的所有軸的停運，簡化了編程。這避免每個電動機控制器61至66和控制中心8之間的通信，加速了故障的處理并提高了機器人手臂4 的安全。
如上所述，當軸Al至A6中的一個發生錯誤時，計算單元10提供機器人手臂4的行為的連貫性。同樣適用于機器人手臂4的其中一個軸掉電的時候。然后每個電動機Ml 至M6必須必要地掉電。此外，出于安全原因，電動機的掉電必須先于制動裝置停止電動機轉動。來自控制中心8的機器人手臂4的掉電指令通過計算單元10被實施到每個電動機控制器。一旦機器人手臂4的軸Ai的掉電指令被計算單元10檢測到，i為I至6之間的整數，該指令就會被推廣到機器人手臂4的所有的電動機Ml至M6。然后，計算單元10將電動機Ml至M6的掉電指令O' i發送給每個電動機控制器61至66，i在I至6之間。當電流確實被切斷時，所述計算單元10檢查機器人手臂4的每個發動機的軸真正被制動，以便防止發生任何意外。當所有檢查完成，計算單元10發送說明機器人手臂4的所有的軸Ai已經掉電的報文T3給控制中心8，i為I至6之間的整數。
本發明的方法提高了由控制中心8管理的運動同步。它依靠客戶機-服務器通信模式，其中，控制中心8是服務器。總線14提供同步通信模式。控制中心8和機器人手臂 4的控制裝置6之間的通信是通過總線14在被稱為通信頻率的頻率下發生，以適應將被控制的裝置的數量，例如電動機控制器。
計算單元10在被稱為控制頻率的頻率下運行，控制頻率高于通信頻率。
電動機控制器61至66進行的從動在被稱為從動頻率的頻率下完成，從動頻率高于控制頻率。因此插補的計算在電動機的計算單元10的運動命令Oli到電動機控制器之間的每個傳送是必要的。這些計算是在每個電動機控制器61至66中完成的。
控制中心8使用的自動化工作單元2的操作系統產生指令Cli,并且需要機器人手臂4的軸的角位置Pi的信息。在指令Cli的每個傳送中，控制中心8需要機器人手臂4的每個軸的角位置。計算單元10通過編碼器12使得每個電動機的軸的位置有效。它們從電動機控制器61至66到達，并通過應用變速器40的逆運動學模型使它能夠計算機器人手臂4 的軸的角位置Pi。這些處理操作和數據傳送產生容易失去計算單元10和控制中心8的共時性的延遲。為了避免該不同步，計算單元10測定來自電動機控制器61至66的角位置信息的時間。因此，由編碼器12測量的電動機軸的角位置的測量結果與測量時間相聯系。由于通過總線14的通信是同步類型的，計算單元10知道在什么時刻將控制中心8需要的機器人手臂4的軸的角位置值Pi發送。然后，根據測量時間，并根據在此測量時刻機器人手臂 4的預測運動以及從測量時間中分離出傳送到控制中心8的時間而得的間隔時間來修改它們。
在一變型中，本發明的控制方法可以使用總線支持異步通信模式。
在另一變型中，本發明的方法可以與集成CANopen應用層的控制器局域網絡 (Controller Area Network, CAN)總線來實現。它也與 Powerlink 和 EtherCAT 通信協議兼容。
根據另一變型，機器人手臂4的運動控制軸可以被選作笛卡爾坐標軸X，Y，Z，并且相應的轉動(rotation) Rx, Ry, Rz代替機器人手臂4的軸Al至A6。然后,控制中心8的程序控制器表達在3個方向X，Y，Z上的機器人手臂4的端部的必需的運動，以及根據繞軸X， Y,Z的轉動Rx，Ry，Rz的機器人手臂4的端部的方向。在這種情況下，控制中心8傳送將要到達的笛卡爾坐標給機器人手臂4的控制裝置6。這簡化了控制中心的編程，因為它不必包 括其中針對被控制的機器人的特性。計算單元10嵌入機器人手臂4的反幾何模型并使用 它來確定用于電動機控制器61至66的運動指令。同樣地，計算單元10嵌入并使用直接幾 何模型，這使得在傳送到控制中心8之前從機器人手臂4的每個電動機的軸的角位置中計 算出運動控制軸X，Y，Z的位置和相應的轉動Rx，Ry, Rz成為可能。
本發明不限于六自由度機器人的使用，并且能夠應用到例如七自由度的機器人。 在這種情況下，程序控制器可以方便地選擇笛卡爾軸X，Y，Z和機器人手臂的端部的運動的 相應的轉動Rx，Ry, Rz作為運動控制軸。機器人手臂的控制裝置的計算單元為解決冗余將 使用復雜的反幾何模型。
本發明已描述了機器人的控制裝置6，包通信卡60、計算單元10以及電動機控制 器61至66。計算單元10能夠處理來自控制中心8的信息，并產生用于電動機控制器61至 66的運動指令。這些電動機控制器61至66功能上類似正常軸控制器，如軸控制器121和 122。它們接收位置指令并提供供應電動執行器各相的電流的從動控制。然而，本發明也適 用于使用計算單元直接能產生用于電源卡(未示出)的電流指令的結構。這些電源卡能夠 控制在一個或多個電動執行器各相的電流流入。本發明不應被機器人手臂4的控制裝置6 的結構所限制。
根據本發明的一變型，用于由電動機控制器控制的每個電動機Ml至M6的命令是 由幾個而不是所有從控制中心8收到的指令Cli決定的，i為I至6的整數。
權利要求
1.一種控制自動化工作單元(2)的方法,包括 由多個控制軸(Al至A6 ;X，Y，Z，Rx，Ry，Rz)控制的具有至少三個自由度的至少一個機器人手臂⑷， 控制中心(8)， 機器人手臂(4)的控制裝置(6)，所述控制裝置(6)包括多個電動機控制器(61至66)，每個所述電動機控制器(61至66)控制能夠操縱至少部分的所述機器人手臂(4)的電動機(Ml至M6)的運行， 用于所述控制中心(8)和所述機器人手臂(4)的控制裝置之間通信的總線(14)， 其特征在于，所述方法包括以下步驟 a)將所述機器人手臂(4)的每個運動控制軸(Al至A6；X, Y，Z，Rx, Ry, Rz)與假設的用于接收指令并根據這些指令來控制至少一個電動機的假想的軸控制器相關聯； b)在所述控制中心⑶為所述機器人手臂⑷的每個運動控制軸(Al至A6；X, Y，Z，Rx, Ry, Rz)確定用于與這些軸中的每一個對應的假想的接入控制器的指令(Cli)； c)將在步驟b)中確定的所述指令(Cli)傳送至屬于所述機器人手臂(4)的控制裝置(6)的僅有的一個計算單元(10)。
2.根據權利要求I所述的控制方法，其特征在于，所述機器人手臂(4)的每個運動控制軸對應于所述機器人手臂的一個自由度(Al至A6)。
3.根據權利要求I所述的控制方法，其特征在于，所述機器人手臂(4)的每個運動控制軸對應于笛卡爾坐標軸(X，Y，Z)或移動所述機器人手臂的端部的相應的轉動(Rx，Ry，Rz)。
4.根據前述任一權利要求所述的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下補充步驟 d)在所述計算單元(10)中由接收到的來自所述控制中心(8)的指令(Cli)來確定用于由每個電動機控制器(61至66)控制的電動機(Ml至M6)的命令(Oli, O2i, O' ^ ； e)向每個電動機控制器(61至66)傳送在步驟d)中確定的用于由這個電動機控制器控制的電動機(Ml至M6)的命令(Oli, 02i, Oi J。
5.根據前述任一權利要求所述的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下補充步驟 f)每個電動機(61至66)向所述計算單元(10)傳送所述電動機控制器控制的電動機(Ml至M6)的位置； g)在所述計算單元(10)基于所有所述電動機的位置計算所述機器人手臂(4)的每個運動控制軸的位置(Pi)； h)將步驟g)中計算的每個控制軸的位置(Pi)傳送至所述控制中心(8)。
6.根據權利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下補充步驟 i)在所述計算單元(10)基于所有所述電動機的位置計算特征點(B)的笛卡爾速度(V(B))； j)將計算出的笛卡爾速度(V(B))與閾值比較； k)如果所述笛卡爾速度(V(B))高于所述閥值，所述計算單元(10)向所述控制中心(8)傳送警報信號。
7.根據權利要求5所述的控制方法，其特征在于，在步驟g)的計算中，所述計算單元(10)考慮測量所述電動機(Ml至M6)位置的時間和將所述機器人手臂(4)的每個運動控制軸的位置(Pi)傳送到所述控制中心(8)的時間，以便根據所述機器人手臂(4)的預測運動來校正所述運動控制軸的位置(P)。
8.根據權利要求4所述的控制方法，其特征在于，在步驟d)中，計算包括有遵守由所述控制中心(8)發送的所述指令(Cli)的每個電動機(Ml至M6)將要達到的位置的運動命令(011)。
9.根據權利要求8所述的控制方法，其特征在于，在步驟d)中，基于所述控制中心(8)發送的所述指令(Cli),每個電動機(Ml至M6)的所述運動命令(Oli)的計算伴隨有將被提供給每個電動機的轉矩預測(Fi)。
10.根據權利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述控制中心(8)發送的所述指令(Cli)包含有用于至少一個運動控制軸(Al至A6)的所傳送的負載的信息。
11.根據權利要求9或10所述的控制方法，其特征在于，為遵守由所述控制中心(8)發送的所述指令(Cli),每個電動機(Ml至M6)將要達到的位置包括由至少一些扭矩預測(Fi)計算出的對所述機器人手臂(4)變形的校正(Ai)。
12.根據前述任一權利要求所述的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下補充步驟 I)將表示所述機器人手臂⑷的上電狀態的信號(Td)傳送至所述控制中心⑶，其中，僅當所有電動機(Ml至M6)上電或掉電且被制動時，對應地宣告所述機器人手臂(4)即將運行或掉電。
13.根據前述任一權利要求所述的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 m)所述計算單元(10)向所述控制中心(8)傳送表示所述機器人手臂(4)的所有部分的運行狀態的信號(T2)，其中，如果這些部分中的至少一個被檢測為不能正常工作，則宣告所述機器人手臂(4)的所有部分無法運行。
14.根據前述任一權利要求所述的控制方法，其特征在于，所述總線(14)支持同步通信模式。
15.根據前述任一權利要求所述的控制方法，其特征在于，所述總線(14)在串行實時通信協議類型的接口模式上運行。
16.根據權利要求13的控制方法，其特征在于，所述控制中心(8)采用“概要驅動”硬件配置文件的命令和與所述機器人手臂(4)的運動控制軸相關聯的所述假想的軸控制器通信。
全文摘要
本發明涉及一種控制自動化工作單元的方法，包括由多個控制軸(A1至A6；X，Y，Z，Rx，Ry，Rz)控制的具有至少三個自由度的至少一個機器人手臂(4)；控制中心(8)；機器人手臂(4)的控制裝置(6)，包括多個電動機控制器(61至66)，控制能夠操縱至少部分的機器人手臂(4)的電動機(M1至M6)的運行；用于控制中心(8)和機器人手臂(4)的控制裝置之間通信的總線(14)，該方法包括以下步驟a)將機器人手臂(4)的每個運動控制軸(A1至A6；X，Y，Z，Rx，Ry，Rz)與假設的用于接收指令并根據這些指令來控制至少一個電動機的假想的軸控制器相關聯；b)在控制中心(8)為機器人手臂(4)的每個運動控制軸(A1至A6；X，Y，Z，Rx，Ry，Rz)確定用于與這些軸中的每一個對應的假想的軸控制器的指令(C1i)；c)將在步驟b)中確定的指令(C1i)傳送至屬于機器人手臂(4)的控制裝置(6)的僅有的一個計算單元(10)。
文檔編號G05B19/408GK102985233SQ201180034731
公開日2013年3月20日 申請日期2011年5月13日 優先權日2010年5月14日
發明者露珂·兆麗, J·M·博內德蒂韋, 弗朗索斯·伯丁, 杰拉德·沃格特 申請人:史陶比爾法萬舉