CONTROL DE MOVIMIENTO PARA ESTRUCTURAS DE ROBOTS ELÁSTICAS.

Procedimiento de control para un robot de varios ejes, en particular para un robot de pintado,

con las etapas siguientes: a) predeterminar (S1) un recorrido de robot mediante varios puntos del recorrido, los cuales deben ser recorridos por un punto de referencia del robot, estando definidos los puntos de recorrido individuales por unas coordenadas espaciales, b) convertir (S2) las coordenadas espaciales de los puntos de recorrido individuales, de acuerdo con una cinemática de robot inversa, en coordenadas axiales (θ) correspondientes, reproduciendo las coordenadas axiales (θ) la posición de los ejes de robot individuales en los puntos de recorrido correspondientes, c) controlar (S10) unos reguladores (2) referidos a los ejes para los ejes de robot individuales en correspondencia con las coordenadas axiales (θ) convertidas, d) controlar (S11) unos motores de accionamiento (1) referidos a los ejes en los ejes de robot individuales mediante los reguladores (2) referidos a los ejes correspondientes, e) calcular (S3-S7) unos valores de corrección de recorrido (Δθ) para los puntos de recorrido individuales sobre el recorrido del robot según un modelo de robot (5) dinámico, teniendo en cuenta los valores de corrección de recorrido (Δθ) la elasticidad y/o la fricción y/o la inercia del robot, f) calcular (S8) unas coordenadas axiales (ΔθKORR) corregidas para los puntos de recorrido individuales a partir de las coordenadas de eje (θ) sin corregir de los puntos de recorrido individuales y de los valores de corrección de recorrido (Δθ), y g) controlar (S10) el regulador (2) referido a los ejes con las coordenadas de eje (ΔθKORR) corregidas, caracterizado porque presenta las etapas siguientes: h) calcular (S6) unos valores de momento de giro (MINNEN) interiores y/o unos valores de momento de giro (MAUSSEN) exteriores a partir de las coordenadas de eje (θ) sin corregir de los puntos de recorrido según un modelo dinámico de robot (5), h1) reproduciendo los valores de momento de giro (MINNEN) el momento de giro interior de los motores de accionamiento (1) de los ejes de robot correspondientes, h2) mientras que los valores de momento de giro (MINNEN) interiores contienen un término de fricción estático, un término de fricción dinámico y/o un término de inercia, i) calcular (S7) unos valores de corrección de recorrido (Δθ) a partir de los valores de momento de giro (MINNEN) interiores y de los valores de momento de giro (MAUSSEN) exteriores

La presente invención se refiere a un procedimiento de control para un robot de varios ejes, en particular para un robot de pintado, según la reivindicación principal.

El documento DE 103 42 417 A1 da a conocer un control de robot para un robot de pintado de varios ejes que mueve un Tool Center Point (TCP) a lo largo de un recorrido de robot predeterminado. Este control de robot conocido puede tener en cuenta y compensar elasticidades mecánicas de los ejes de robot individuales, con el fin de mejorar la precisión de posicionamiento del robot de pintado. Para ello, se controlan los ejes de robot individuales del robot de pintado en cada caso mediante un regulador de eje, teniéndose en cuenta la elasticidad mecánica del robot de pintado gracias a que la desviación de regulación del regulador de eje de un eje de robot que cede relativamente actúa, en el marco de un acoplamiento que solapa los ejes, sobre un regulador de eje de un eje relativamente rígido.

Este control de robot conocido se ha demostrado ya como ventajoso, si bien es deseable, en especial en movimientos de robot altamente dinámicos, tener en cuenta aún mejor y compensar elasticidades mecánicas para aumentar la precisión de posicionamiento.

El documento US 2004/0093119 A1 da a conocer un control de robot que corrige errores de posicionamiento del robot condicionados por la fricción durante la regulación de accionamiento en los ejes de robot individuales, no siendo sin embargo modificado el recorrido de robot predeterminado. Esta precisión de posicionamiento del robot no es mejorada por ello en una medida suficiente mediante este control de robot, lo cual es válido en especial para un funcionamiento altamente dinámico del robot.

Cabe remitir además en el estado de la técnica al documento DE 10 2004 056 861 A1; “Proceedings of the 2005 IEEE Conference on Control Algorithms”, Agosto 28-31, 2005, pp. 1170-1175; “Proceedings of IFAC Symposium on Robot Control”, Septiembre 19-21, 1994, pp. 485-490; DE 698 29 559 T2; DE 10 2004 008 406 A1; “Proceedings of the 1992 IEEE Conference on Robotics and Automation”, Mayo de 1992, pp. 1429-1435, “IEEE Transactions on Control Systems Technology”, Vol. 12, Nº. 6; Noviembre de 2004, pp. 904-919, y EP 1 173 801 B1. También en este estado de la técnica la precisión de posicionamiento es también insatisfactoria.

Finalmente, se conoce por la publicación de Robert Lindsay Wells: “A Study of Path Errors Due to Servo Dynamics and Link Flexibilities in a Two-Coordinate Robotic Manipulator”, Proceedings of the 1993 international conference on systems, man and cybernetics, Nueva York, IEEE, US, Tomo 17, páginas 705-709, un procedimiento de control para un robot según el preámbulo de la reivindicación principal. Este procedimiento de control conocido no tiene en cuenta, sin embargo, valores de momento de giro interiores ni exteriores.

La invención se plantea, por ello, el problema de proponer un sistema de control para un robot de varios ejes, el cual compensa de la mejor manera posible las elasticidades del robot para mejorar la precisión de posicionamiento del robot.

Este problema se resuelve mediante un procedimiento de control según la invención de acuerdo con la reivindicación principal.

La invención comprende la enseñanza técnica general de calcular valores de corrección de recorrido durante el control de un robot de varios brazos a lo largo de un recorrido de robot predeterminado, a tener en cuenta la elasticidad, la fricción y/o la inercia del robot, de manera que el control del robot corrija, con un recorrido de robot correspondientemente corregido, los errores de posición dinámicos (por ejemplo, sobreoscilación, deformación elástica de los brazos de robot).

En el marco del procedimiento de control según la invención, se predetermina para un punto de referencia del robot, como, por ejemplo, el denominado “Tool Center Point (TCP)”, un recorrido de robot mediante varios puntos de recorrido, los cuales deben ser recorridos por el punto de referencia. Los puntos de recorrido individuales sobre el recorrido del robot son definidos en la presente memoria, preferentemente, mediante coordenadas espaciales, las cuales fijan la posición de los puntos de recorrido individuales en las tres direcciones del espacio. Por ejemplo, para el punto de recorrido se puede predeterminar un juego de coordenadas o un vector de posición con tres coordenadas, que indican la posición del punto de recorrido correspondiente en un sistema de coordenadas cartesiano tridimensional.

Las coordenadas espaciales de los puntos de recorrido individuales del recorrido de robot predeterminado son convertidas entonces, en el marco del procedimiento de control según la invención, de manera convencional según una cinemática de robot inversa, en coordenadas axiales correspondientes, reproduciendo las coordenadas axiales la posición de los ejes de robot individuales en los puntos de recorrido correspondientes. La conversión de las coordenadas espaciales según la cinemática de robot inversa en las coordenadas axiales correspondientes se conoce en sí por el estado de la técnica y no tiene que ser por ello descrita con mayor detalle. Las coordenadas axiales convertidas de los puntos de recorrido individuales existen entonces preferentemente como vector de posición en el sistema de coordenadas axiales.

Las coordenadas axiales convertidas de los puntos de recorrido individuales sirven entonces para el control de reguladores referidos a los ejes para los ejes de robot individuales, lo cual es en sí conocido asimismo por el estado de la técnica como, por ejemplo, gracias a la solicitud de patente DE 103 42 471 A1 citada ya al principio.

Los reguladores referidos a los ejes para los ejes de robot individuales controlan entonces los motores de accionamiento en los ejes de robot individuales de tal manera que el punto de referencia (por ejemplo, el Tool Center Point) recorre, uno tras otro, los puntos de recorrido individuales en el recorrido de robot predeterminado.

La invención prevé, de manera adicional a las etapas del procedimiento convencionales descritos con anterioridad, que para los puntos de recorrido individuales sobre el recorrido de robot se calculen valores de corrección de recorrido según un modelo dinámico de robot, teniendo en cuenta los valores de corrección de recorrido la elasticidad, la fricción y/o la inercia del robot y haciendo posible con ello una compensación de los errores de posicionamiento dinámicos.

Los valores de corrección de recorrido sirven para el cálculo de coordenadas axiales corregidas para los puntos de recorrido individuales del recorrido de robot predeterminado. Preferentemente, los valores de corrección de recorrido se suman, para el cálculo de las coordenadas de eje corregidas, simplemente a las coordenadas axiales sin corregir de los puntos de recorrido correspondientes, de manera que los valores de corrección de recorrido forman un Offset.

Finalmente, se controlan entonces los reguladores referidos a los ejes individuales con las coordenadas axiales corregidas, con lo cual se compensan los errores de posicionamiento dinámicos.

En un ejemplo de forma de realización preferido de la invención, está previsto un modelo dinámico de robot para calcular las llamadas fuerzas interiores y momentos de giro interiores para las masas en movimiento del robot, teniendo lugar el cálculo preferentemente en tiempo real (“Online”) según un modelo de cuerpo rígido.

En este caso, el procedimiento de control según la invención prevé preferentemente que a partir de las coordenadas axiales sin corregir de los puntos de recorrido individuales se calculen, según un modelo dinámico de robot, valores de momento de giro interiores, reproduciendo los valores de momento de giro interiores el momento de giro interior de los motores de accionamiento y de los ejes de robot correspondientes. Por ejemplo, los valores de momento de giro interiores calculados de esta manera pueden tener en cuenta una porción de fricción estática, una porción de fricción viscosas y/o una inercia de masas del tramo de accionamiento de los ejes de robot individuales, tal como se describirá todavía de forma detallada.

En este ejemplo de forma de realización de la invención, se calculan los valores de corrección de recorrido preferentemente a partir de los momentos de giro interiores y de los momentos de giro exteriores conocidos, teniéndose en cuenta preferentemente... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de control para un robot de varios ejes, en particular para un robot de pintado, con las etapas siguientes:

a) predeterminar (S1) un recorrido de robot mediante varios puntos del recorrido, los cuales deben ser recorridos por un punto de referencia del robot, estando definidos los puntos de recorrido individuales por unas coordenadas espaciales,

b) convertir (S2) las coordenadas espaciales de los puntos de recorrido individuales, de acuerdo con una cinemática de robot inversa, en coordenadas axiales (θ) correspondientes, reproduciendo las coordenadas axiales (θ) la posición de los ejes de robot individuales en los puntos de recorrido correspondientes,

c) controlar (S10) unos reguladores (2) referidos a los ejes para los ejes de robot individuales en correspondencia con las coordenadas axiales (θ) convertidas,

d) controlar (S11) unos motores de accionamiento (1) referidos a los ejes en los ejes de robot individuales mediante los reguladores (2) referidos a los ejes correspondientes,

e) calcular (S3-S7) unos valores de corrección de recorrido (Δθ) para los puntos de recorrido individuales sobre el recorrido del robot según un modelo de robot (5) dinámico, teniendo en cuenta los valores de corrección de recorrido (Δθ) la elasticidad y/o la fricción y/o la inercia del robot,

f) calcular (S8) unas coordenadas axiales (ΔθKORR) corregidas para los puntos de recorrido individuales a partir de las coordenadas de eje (θ) sin corregir de los puntos de recorrido individuales y de los valores de corrección de recorrido (Δθ), y

g) controlar (S10) el regulador (2) referido a los ejes con las coordenadas de eje (ΔθKORR) corregidas,

caracterizado porque presenta las etapas siguientes:

h) calcular (S6) unos valores de momento de giro (MINNEN) interiores y/o unos valores de momento de giro (MAUSSEN) exteriores a partir de las coordenadas de eje (θ) sin corregir de los puntos de recorrido según un modelo dinámico de robot (5),

h1) reproduciendo los valores de momento de giro (MINNEN) el momento de giro interior de los motores de accionamiento (1) de los ejes de robot correspondientes,

h2) mientras que los valores de momento de giro (MINNEN) interiores contienen un término de fricción estático, un término de fricción dinámico y/o un término de inercia,

i) calcular (S7) unos valores de corrección de recorrido (Δθ) a partir de los valores de momento de giro (MINNEN) interiores y de los valores de momento de giro (MAUSSEN) exteriores.

2. Procedimiento de control según la reivindicación 1, caracterizado porque los valores de momento de giro (MINNEN, MINNEN, i) internos contienen las partes siguientes:

a) el término de fricción estático, el cual se calcula a partir del signo de la primera derivada temporal (

**(Ver fórmula)**

b) el término de fricción dinámico, el cual se calcula a partir de la primera derivada temporal (

**(Ver fórmula)**

c) el término de inercia, el cual se calcula a partir de la segunda derivada temporal (

**(Ver fórmula)**

3. Procedimiento de control según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque presenta las etapas siguientes:

a) medir (S4) una temperatura del entorno (T),

stavis

b) leer (S5) unos parámetros de modelo (fi , fi , Ji) del modelo dinámico de robot, en correspondencia con la temperatura del entorno (T) medida, desde una memoria de parámetros,

stavis

c) calcular (S7) los valores de corrección de recorrido (Δθ) con los parámetros de modelo (fi , fi , Ji) del modelo dinámico de robot leídos.

4. Procedimiento de control según la reivindicación 2 y la reivindicación 3, caracterizado porque los parámetros de modelo leídos dependiendo de la temperatura comprenden las magnitudes siguientes:

a) la constante estática de fricción (fista) y/o b) la constante dinámica de fricción (fivis) y/o c) la constante de inercia (Ji).

5. Procedimiento de control según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los valores de corrección de recorrido (Δθ) se calculan a partir de los valores de momento de giro (MINNEN) interiores y/o de los valores de momento de giro (MAUSSEN) exteriores mediante

a) un miembro P (9), y/o b) un miembro PT1 (10), y/o c) un miembro PT2 (11).

6. Procedimiento de control según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los valores de corrección de recorrido (Δθ) se calculan, teniendo en cuenta la elasticidad de los ejes de robot, a partir de los valores de momento de giro (MINNEN) interiores y/o de los valores de momento de giro (MAUSSEN) exteriores.

7. Procedimiento de control según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque presenta la etapa siguiente:

filtrar (S9) las coordenadas de eje (ΔθKORR) corregidas de los puntos de recorrido antes del control de los reguladores (2) referidos a los ejes para el suavizado de la corrección.

8. Procedimiento de control según la reivindicación 7, caracterizado porque las coordenadas axiales (ΔθKORR) corregidas son filtradas mediante el siguiente tipo de filtro:

a) filtro de valores medios, b) filtro de valores medios, que determina un valor medio ponderado, c) filtro que aumenta la fase, d) filtro FIR, e) filtro pasabanda y/o, f) filtro pasa baja.

9. Procedimiento de control según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los valores de corrección de recorrido (Δθ) son sumados durante la corrección a las coordenadas axiales (θ) sin corregir de los puntos de recorrido.

10. Control de robot, que está instalado para la realización de un procedimiento de control según una de las reivindicaciones anteriores.

11. Robot, en particular robot de pintado, con un control de robot según la reivindicación 10.