DD242588A1 - ARRANGEMENT FOR SENSOR SIGNAL PROCESSING FOR INDUSTRIAL ROBOTS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung kann vorteilhaft fuer die komplexe Verarbeitung verschiedenartiger Sensorinformationen im Zusammenhang mit der Steuerung von Industrierobotern, Fertigungszellen und Automatisierungsstrecken eingesetzt werden. Es wird dazu eine Anordnung zur Sensorsignalverarbeitung fuer Industrieroboter (7) mit Makrobefehlsspeicher, Steuerauftragsgenerator, Auftragsrealisator und Monitor (1) vorgeschlagen, die als strukturelle Komponenten einen Sensorauftragsgenerator (3) und einen Sensorsteuerautomaten (4) enthaelt. Der Sensorsteuerautomat (4) besteht aus einer Reihe von Bereit- und Aktivzustaenden, in denen durch Sensorintialisierungs- bzw. Sensorverarbeitungsfunktionen der Steuerauftragsgenerator (5), der Auftragsrealisator (6) und/oder der Makrobefehlsspeicher (2) beeinflusst werden. Fig. 1The invention can be advantageously used for the complex processing of various sensor information in connection with the control of industrial robots, manufacturing cells and automation links. For this purpose, an arrangement for sensor signal processing for industrial robots (7) with macro-command memory, control job generator, jobreader and monitor (1) is proposed, which contains as structural components a sensor job generator (3) and a sensor control machine (4). The sensor control unit (4) consists of a series of ready and active states in which the control order generator (5), the job realization (6) and / or the macro instruction memory (2) are influenced by sensor initialization or sensor processing functions. Fig. 1
Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Sensorsignalverarbeitung für Industrieroboter und andere ein- oder mehrachsige Pettigungsautomaten. Sie kann vorteilhaft für die komplexe Verarbeitung von Sensorinformationen in Fertigungszellen und Automatisierungsstrecken eingesetzt werden. Als Sensoren können sowohl binäre und analoge Sensoren als auch komplizierte Sensorsysteme,wie z. B. mehrdimensionale Kraftsensoren oder Bilderkennungssysteme eingesetzt werden.The invention relates to an arrangement for sensor signal processing for industrial robots and other single or multi-axis automatic pacemakers. It can be used advantageously for the complex processing of sensor information in production cells and automation routes. As sensors, both binary and analog sensors as well as complicated sensor systems, such. B. multi-dimensional force sensors or image recognition systems are used.
Die zunehmenden Forderungen an eine Erhöhung der adaptiven Fähigkeiten von Industrieroboternund ähnlichen Fertigungsautomaten an ihre Umwelt bedingen den Einsatz einer Vielzahl verschiedener Sensoren und Sensorsysteme sowie die Verarbeitung der zugehörigen Sensorinformationen. Aufgrund der spezifischen technischen Besonderheiten jedes einzelnen Sensors sind beim Einsatz verschiedenartiger Sensoren zur Steuerung z. B. eines Industrieroboters in Verbindung mit seiner technologischen Peripherie komplizierte Probleme zur Informationsverarbeitung der anliegenden Sensorinformationen zu lösen. Unter Berücksichtigung einer weiteren Forderung — der Transport der Sensorverarbeitungsfunktionen für den Anwender und deren Programmierbarkeit durch ihn — kann der Stand der Technik keine befriedigende Lösung aufzeigen.Increasing demands on increasing the adaptive capabilities of industrial robots and similar manufacturing machines to their environment necessitate the use of a variety of different sensors and sensor systems as well as the processing of the associated sensor information. Due to the specific technical features of each sensor are when using various sensors for controlling z. As an industrial robot in conjunction with its technological periphery to solve complicated problems for information processing of the applied sensor information. Taking into account a further requirement - the transport of the sensor processing functions for the user and their programmability - the state of the art can not provide a satisfactory solution.
Bisher bekannte Systeme zur Informationsverarbeitung verschiedenartiger Sensorsignale geben keine eindeutig strukturierten Anordnungen an, da sie nur in Verbindung mit dem jeweiligen Basissteuersystem einsetzbar sind und zu diesem keine klar definierten Schnittstellen besitzen. Eine Implementierung in ein anderes Basissteuerungssystem ist damit praktisch nicht möglich.Previously known systems for processing information of various types of sensor signals do not specify clearly structured arrangements, since they can only be used in conjunction with the respective basic control system and have no clearly defined interfaces for this purpose. An implementation in another basic control system is thus practically impossible.
Die bekannte Lösung (DE OS 3244307) zur Verarbeitung von Sensorsignalen in der „Steuerung Robot Control M" aus „Siemens Energietechnik 5" (1983), S. 141-144, kann zwar mit verschiedenen Sensoren zusammenarbeiten, aber abgesehen von einer Prinzipstruktur in Bild 1 wird keine abgegrenzte Sensorverarbeitungsstruktur bzw. -anordnung angegeben/die für andere Steuerungssysteme eingesetzt werden kann.The known solution (DE OS 3244307) for processing sensor signals in the "Control Robot Control M" from "Siemens Energy Technology 5" (1983), pp. 141-144, although it can work with different sensors, but apart from a principle structure in picture 1, no demarcated sensor processing structure or assembly is indicated / that may be used for other control systems.
Eine andere Lösung aus dem Stand der Technik, das „Abersystwyth Multiple-Sensor System" für den Industrieroboter „Unimate PUMA 600" aus „Proceedings of theSrd International Conference Robot Vision and Sensor Conroll", Cambridge 1983,Another prior art solution, the "Abersystwyth Multiple-Sensor System" for the industrial robot "Unimate PUMA 600" from "Proceedings of the Third International Conference Robot Vision and Sensor Conroll", Cambridge 1983,
5. 471-479, erlaubt die funktionellen Komponenten eines hierarischen Systems auf der Grundlage von Framestrukturen, das für die Verarbeitung 10 verschiedener Sensorinformationen geeignet ist. Aufgrund der Komplexität des Systems werden jedoch erhebliche Rechenkapazitäten für die Informationsverarbeitung benötigt (16 bit-Rechner LSI 11 /23). Außerdem ist in der Lösung keine Anordnungfür die eigentliche Sensorsignalverarbeitung angegeben. Auch die Programmierbarkeit eines solchen Systems erscheint problematisch und zeitaufwendig.5. 471-479, allows the functional components of a hierarchical system based on frame structures suitable for processing 10 different sensor information. Due to the complexity of the system, however, considerable computing capacity for information processing is required (16 bit computer LSI 11/23). In addition, no arrangement for the actual sensor signal processing is specified in the solution. Also, the programmability of such a system appears problematic and time consuming.
Die Lösung nach G. Bögelsack u.a.: „Robot in der Gerätetechnik", VEB Verlag Technik, Berlin, 1984, S. 142, die nach Makrobefehlsspeicher, Auftragsgenerator und Auftragsrealisator strukturiert ist, gibt gleichfalls keine Sensorverarbeitungsanordnung an.The solution according to G. Bögelsack et al.: "Robot in the device technology", VEB Verlag Technik, Berlin, 1984, p. 142, which is structured according to macro command memory, order generator and job realization, also specifies no sensor processing arrangement.
Ziel der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Sensorsignalverarbeitung für Industrieroboter anzugeben, die in bekannte Basissteuerungssysteme einfach implementierbar ist und mit der Rechenleistung von 8 bit-Rechnern auskommt.The aim of the invention is to provide an arrangement for sensor signal processing for industrial robots, which can be easily implemented in known basic control systems and manages with the computing power of 8-bit computers.
— Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird- The technical problem which is solved by the invention
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung für die Verarbeitung von verschiedenartigen Sensorsignalen zu entwickeln, die eine homogene Struktur und einheitliche Schnittstellen zum übergeordneten System besitzt. Die Sensorsignalverarbeitung soll für den Anwender einfach durchschaubar und in wesentlichen Komponenten von ihm entsprechend der technologischen Umgebung programmierbar sein. Das übergeordnete Steuerungssystem soll, wie für frei programmierbare Industrieroboter üblich, einen Makrobefehlsspeicher, einen Steuerauftragsgenerator, einen Auftragsrealisator und einen Monitor beinhalten.The object of the invention is to develop an arrangement for the processing of various sensor signals, which has a homogeneous structure and uniform interfaces to the parent system. The sensor signal processing should be easy for the user to see through and be programmable in essential components of it according to the technological environment. As is customary for freely programmable industrial robots, the higher-level control system should contain a macro-instruction memory, a control-order generator, a job-realization and a monitor.
— Merkmale der ErfindungFeatures of the invention
Die Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß dem Makrobefehlsspeicher ein Sensorauftragsgenerator nachgeschalten ist, dessen Ausgang mit dem ersten Eingang eines Sensorsteuerautomaten verbunden ist, der über drei Ausgänge mit Steuereingängen des Steuerauftragsgenerators, des Auftragsrealisators und des Makrobefehlsspeichers verbunden ist. Die am zweiten Eingang des Sensorsteuerautomaten anliegenden Sensorsignale vom Sensorsystem des Industrieroboters steuern entsprechend den generierten SensoraufträgenThe features of the invention are that the macro command memory is followed by a Sensorauftragsgenerator whose output is connected to the first input of a Sensorsteuautomaten, which is connected via three outputs to control inputs of the Steuerauftragsgenerators, Auftragrealisators and the macro command memory. The sensor signals applied by the sensor system of the industrial robot at the second input of the sensor control automaton control according to the generated sensor orders
— die Generierung der Steueraufträge- the generation of tax orders
— die Abarbeitung der Steueraufträge und- the processing of tax orders and
— den Programmablauf des Anwenderprogramms im Makrobefehlsspeicher.- the program sequence of the user program in the macro-command memory.
Der Bediener besitzt über den Monitor direkten Zugriff zum Sensorauftragsgenerator.The operator has direct access to the sensor job generator via the monitor.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung besteht der Sensorsteuerautomat aus einem Wartezustand, einer Anzahl von Bereitzuständen und einer Anzahl von Aktivzuständen, wobei jedem Bereitzustand als Ausgängsparameter eine Sensorinitialisierungsfunktion und jedem Aktivzustand als Ausgangsparameter eine Sensorverarbeitungsfunktion zugeordnet sind. Die Übergangsbedingungen zwischen den Zuständen werden durch den Sensorauftrag festgelegt. Weitere ausgestaltende Merkmale der Erfindung betreffen die gleichzeitige Abarbeitung mehrerer Sensoraufträge und die Programmierbarkeit der Art und Weise der Erzeugung von Sensoraufträgen durch den Bediener. So werden mehrere Bereit- und Aktivzustände des Sensorsteuerautomaten gleichzeitig bzw. quasi parallel über den Sensorsteuerauftrag aktiviert. Der Bediener programmiert über eine Fachsprache die Art und Weise der Generierung von S.ensoraufträgen im Sensorauftragsgenerator.In an expedient embodiment of the solution according to the invention, the sensor control machine consists of a waiting state, a number of ready states and a number of active states, wherein each sensor state is assigned a sensor initialization function as output parameter and a sensor processing function as output parameter for each active state. The transition conditions between the states are determined by the sensor order. Further embodying features of the invention relate to the simultaneous execution of multiple sensor jobs and the programmability of the manner of generating sensor jobs by the operator. Thus, several ready and active states of the sensor control automaton are activated simultaneously or quasi-parallel via the sensor control order. The operator uses a technical language to program the manner of generating S.ensor orders in the sensor job generator.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show:
Figur 1: eine Blockstruktur der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß Pkt. 1 des Anspruches· Figur 2: einen Automatengraph für den Sensorsteuerautomaten gemäß Pkt. 2 des Anspruches.1: a block structure of the arrangement according to the invention according to item 1 of the claim. FIG. 2: an automaton graph for the sensor control apparatus according to item 2 of the claim.
Im Makrobefehlsspeicher 2 befindet sich das durch den Bediener erstellte Arbeitsprogramm des Industrieroboters 7, daß im RUN-Betrieb automatisch befehlsweise abgearbeitet wird. Im Steuerauftragsgenerator 5 werden aus den Befehlen, die den Zustand des Industrieroboters 7 steuern z. B. Bewegungsbefehle, Steueraufträge gebildet. Für einen Bewegungsbefehl besteht der zugehörige Steuerauftrag aus Start- und Zielposition der Bewegung, Bahnform und -geschwindigkeit. Im Auftragsrealisator 6 erfolgt die Umsetzung des Steuerauftrages in die entsprechende Zustandsänderung des Industrieroboters 7. Zur Realisierung eines Bewegungsauftrages beinhaltet der Auftragsrealisator 6 in der Regel einen Bahninterpolator, eine Koordinatentransformation und einen Lageregler.In the macro-command memory 2 is the work program of the industrial robot 7 created by the operator that is executed automatically in RUN mode command-by-command. In Steuerauftragsgenerator 5 are from the commands that control the state of the industrial robot 7 z. As movement commands, tax orders formed. For a move command, the associated control order consists of the start and end position of the movement, the path shape and the speed. In order contractor 6, the conversion of the tax order into the corresponding state change of the industrial robot 7 takes place. To realize a movement order, the order realizer 6 generally contains a path interpolator, a coordinate transformation and a position controller.
Für die Abarbeitung von Befehlen zur Steuerung des Greifers (Befehl Auf/Zu) und dertechnologischen Peripherie (Ausgabebefehle) erfolgt gleichfalls eine Abarbeitung nach dem Prinzip Auftragsgenerierung-Auftragsrealisierung. Gemäß der erfindungsgemäßen Lösung werden nun alle im Anwenderprogramm entsprechend gekennzeichneten SensorbefehlevomMakrobefehlsspeicher2 an einen speziellen Auftragsgenerator, den Sensorauftragsgenerator 3, übergeben. In diesem erfolgt die Umsetzung in einen konkreten Sensorauftrag, der in einem nachfolgenden Sensorsteuerautomaten 4 abgearbeitet wird. Im Ergebnis der Abarbeitung werden in Abhängigkeit der jeweiligen vom Sensorsystem 8 gelieferten Informationen die Generierung des Steuerauftrages beeinflußt, seine Abarbeitung verändert, oder der Anwenderprogrammablauf variiertFor the execution of commands for the control of the gripper (command open / close) and the technological periphery (output commands) is also a processing according to the principle of order generation order realization. According to the solution according to the invention, all sensor commands correspondingly marked in the user program are now transferred from the macro-instruction memory 2 to a special order generator, the sensor order generator 3. In this implementation takes place in a specific sensor order, which is processed in a subsequent sensor control machine 4. As a result of the processing, depending on the information supplied by the sensor system 8, the generation of the control order is influenced, its processing is changed, or the user program sequence is varied
Jeweils ein Beispiel soll den Sachverhalt näher erläutern: One example is intended to explain the facts in more detail:
1. Steuerung des Greifers des Industrierobotersauf einer von einem Bilderkennungssystem vorgegebenen Bahn, z.B. Greifen eines bewegten Teils. Es wird die Zielposition bei der Generierung des Steuerauftrages über die Sensorsteuerautomaten 4 beeinflußt.1. Control of the gripper of the industrial robot on a path predetermined by an image recognition system, e.g. Gripping a moving part. The target position during the generation of the tax order via the sensor control machines 4 is influenced.
2. Kraftregelung einer Achse des Industrieroboters 7 mittels Kraft-Moment-Sensor. Es wird die Realisierung efhes Bewegungsauftrages im Auftragsrealisator 6 beeinflußt.2. Force control of an axis of the industrial robot 7 by means of force-moment sensor. It will affect the realization of efhes movement order in the order realization 6.
3. Veränderung des Programmablaufes bei Erreichen eines Schwellwertes. Es wird eine Programmverzweigung im Makrobefehlsspeicher gesteuert.3. Modification of the program sequence upon reaching a threshold value. A program branch is controlled in the macro instruction memory.
Der Bediener besitzt über den Monitor Zugriff zum Sensorauftragsgenerator und er kann damit die Art der Einflußnahme von bestimmten Sensorinformationen auf den Zustand des Industrierobotersystems steuern bzw. für seinen Programmablauf festlegen.The operator has access to the sensor order generator via the monitor and can thus control the type of influence of specific sensor information on the state of the industrial robot system or specify it for its program sequence.
Der Sensorsteuerautomat 4 besteht gemäß Pkt. 2 des Anspruches aus einem Wartezustand W, in dem keine Sehsorsignale verarbeitet werden können sowie aus einer Anzahl von Bereitzuständen Bi, B2, ...B1 und eine Anzahl von Aktivzuständen A1, A2, ... Α,. In Figur 2 ist der zugehörige Automatengraph dargestellt. 'Jedem Sensortyp, der im Industrieroboter zur Anwendung kommt, ist im Sensorsteuerautomaten 4 jeweils ein Bereit- und ein Aktivzustand zugeordnet. Im Bereitzustand werden durch eine Sensorinitialisierungsfunktion der Steuerauftragsgenerator 5, der Auftragsrealisator 6 oder der Makrobefehlsspeicher 2 für die Verarbeitung entsprechend Sensorinformationen vorbereitet. Im Aktivzustand erfolgt die eigentliche Sensorsignalverarbeitung, wobei die Art und Weise der Verarbeitung durch eine für jeden Sensortyp charakteristische Sensorverarbeitungsfunktion festgelegt ist.The sensor control unit 4 according to item 2 of the claim consists of a waiting state W, in which no Sehsorsignale can be processed and from a number of ready states Bi, B 2 , ... B 1 and a number of active states A 1 , A2, .. Α ,. FIG. 2 shows the associated automaton graph. Each type of sensor used in the industrial robot is assigned a ready state and an active state in the sensor control machine 4, respectively. In the ready state, a sensor initialization function prepares the control job generator 5, the job realizer 6, or the macro instruction memory 2 for processing according to sensor information. In the active state, the actual sensor signal processing takes place, wherein the manner of the processing is determined by a sensor processing function characteristic of each sensor type.
Die Bereit- und Aktivzustände können z. B. durch entsprechende Programmodule realisiert werden.The ready and active states can z. B. be realized by appropriate program modules.
Vom Hersteller des Industrieroboters werden die möglichen Zustände des Sensorsteuerautomaten entsprechend der konkret erforderlichen Sensorsteuerung fest implementiert. Der Anwender besitzt dann die Möglichkeit, über den Sensorauftragsgenerator 3 die Übergangsbedingungen hwi, hu, h,wzwischen den Zuständen festzulegen. Ein Sensorauftrag kann demnach wie folgt dargestellt werden.The manufacturer of the industrial robot firmly implements the possible states of the sensor control automaton in accordance with the specifically required sensor control. The user then has the option of setting the transition conditions h wi , hu, h, w between the states via the sensor order generator 3. A sensor application can therefore be represented as follows.
<i v- ^—» · <i v- ^ - »·
Sensorauftrag/ : = y h ^ . &.., h.Sensor order /: = y h ^. & .., h.
Mit der Bedingung hw, erfolgt die Auswahl der Bereitzustände und damit gleichzeitig welche Art von Sensorsteuerung gewünschtWith the condition h w , the selection of the ready states and thus at the same time what kind of sensor control desired
Die Übergangsbedingung h» markiert die Sensorinformationen vom Sensorsystem, die für den ausgewählten Bereit- und Aktivzustand relevant sind und legt den Übergang in den Aktivzustand selbst fest.The transition condition h » marks the sensor information from the sensor system that is relevant to the selected ready and active state and determines the transition to the active state itself.
Der Aktivzustand Α, wird bei Erfüllung der Bedingung hwi verlassen und damit die jeweilige Sensorsteuerung beendet. Eine einmalige oder zyklische Verarbeitung eines Sensorsignales wird durch hiw gekennzeichnet.The active state Α, is left on fulfillment of the condition h wi and thus ends the respective sensor control. A one-time or cyclic processing of a sensor signal is identified by h iw .
Der Anwender kann die Übergangsbedingungen mittels einer Fachsprache im Dialogbetrieb über den Monitor programmieren.The user can program the transition conditions using a technical language in interactive mode via the monitor.
Für die weitere Verarbeitung im eigentlichen Arbeitsprogramm des Industrieroboters 7 müssen vom Anwender für die Aktivierung einer bestimmten Sensorsteuerung dann nur noch vereinbarte Sensornamen aufgerufen werden. Diese Art der Sensorsignalverarbeitung gewährleistet eine ausreichende Transparenz der Arbeitsprogramme des Industrieroboters 7 für den Anwender bei gleichzeitig übersichtlicher Zuordnung der Sensorsteuerung zum technologischen Prozeß.For further processing in the actual work program of the industrial robot 7, the user then has to call up only agreed sensor names for the activation of a specific sensor control. This type of sensor signal processing ensures sufficient transparency of the work programs of the industrial robot 7 for the user while at the same time clearly assigning the sensor control to the technological process.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht in den klar strukturierten Komponenten der Sensorsignalverarbeitung, die eine einfache Implementierung in bestehende Basissteuerungssysteme ermöglichen und gleichzeitig — bei Einschränkung der Komplexität des Sensorsystems — ihre Realisierung mit 8 bit-Rechnern gestatten.A further advantage of the solution according to the invention consists in the clearly structured components of the sensor signal processing, which allow a simple implementation in existing basic control systems and at the same time permit - with limitation of the complexity of the sensor system - their implementation with 8-bit computers.
Claims (4)
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| DE102011005513A1 (en) * | 2011-03-14 | 2012-09-20 | Kuka Laboratories Gmbh | Robot and method for operating a robot |
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1985
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| DE102011005513A1 (en) * | 2011-03-14 | 2012-09-20 | Kuka Laboratories Gmbh | Robot and method for operating a robot |
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