11 knúmero de publicación: kint. Cl. 7 : B25J 9/16. k 72 Inventor/es: Elfving, Staffan y. k 74 Agente: Ungría López, Javier

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1 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 Número de publicación: Int. Cl. 7 : B2J 9/16 12 TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA T3 86 Número de solicitud europea: Fecha de presentación: Número de publicación de la solicitud: Fecha de publicación de la solicitud: Título: Procedimiento de control de un robot industrial que se desplaza según una trayectoriadada. Prioridad: SE Titular/es: ABB AB Västeras, SE 4 Fecha de la publicación de la mención BOPI: Inventor/es: Elfving, Staffan y Snell, John-Eri 4 Fecha de la publicación del folleto de patente: Agente: Ungría López, Javier ES T3 Aviso: En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletín europeo de patentes, de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas). Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, Madrid

2 1 ES T3 2 DESCRIPCION Procedimiento de control de un robot industrial que se desplaza según una trayectoria dada. Campo técnico La invención se refiere a un método para el control del movimiento de un robot industrial a lo largo de una pista dada, robot industrial que tiene una pluralidad de ejes de movimiento (1-6) y para cada eje servoequipo para el control del movimiento de los ejes según valores de referencia suministrados al mismo. Antecedentes de la invención La invención se refiere a un robot industrial que tiene una pluralidad de ejes de movimiento, típicamente seis ejes. Tal robot tiene un soporte que está dispuesto rotativamente sobre un pie y que soporta un primer brazo de robot que puede girar con relación al soporte. En el extremo exterior de dicho brazo, y pudiendo girar con relación aél, está dispuesto un segundo brazo. A continuación, el primer brazo se denomina el brazo inferior y el segundo brazo, el brazo superior. El brazo superior soporta en su extremo exterior una mano que está provistadeunacoplamientodeherramienta y que puede girar en dos o tres grados de libertad con relación al brazo superior. El robot está provisto de servoequipo para el control de la posición y la orientación de la mano de robot. Para cada uno de los ejes de movimiento del robot, se ha dispuesto servoequipo incluyendo un motor de accionamiento y un sensor de posición, suministrando éste último una señal que es una medida del ángulo de rotación del eje en cuestión. El servosistema de cada eje recibe un valor de referencia para el ángulo de rotación del eje, y el motor de accionamiento del eje hace que el robot se mueva en el eje en cuestión hasta que la posición de eje indicada por el sensor de posición del eje coincida con el valor de referencia suministrado al servosistema. Se puede ordenar a un robot industrial que siga, a una cierta velocidad, una pista que se da en forma de varios puntos en un sistema de coordenadas cartesianas. Para que el robot siga la pista dada, hay que calcular los ángulos de eje requeridos para ello. Para ello, la pista se escalona con una longitud de paso que se basa en la velocidad dada y el tiempo de muestreo interno. Para cada paso, primero se calcula en coordenadas cartesianas la posición siguiente que asumirá el robot. Después se calculan los ángulos de eje requeridos para que el robot asuma esta posición. Con la ayuda de un modelo matemático para el robot, se puede calcular el par de eje requerido para mover los ejes según los ángulos de eje calculados. Se comprueba si alguno de los ejes calculados excede de los pares motor que el motor respectivo es capaz de generar. Si el par motor disponible no es suficiente para llevar a cabo el movimiento, se ajusta el movimiento, por ejemplo, reduciendo la velocidad y la aceleración de tal manera que el par motor disponible de cada eje se utilice de forma óptima al mismo tiempo que el robot todavía sigue la pista. Para evitar que se sobrecargue la estructura mecánica del robot, la estructura mecánica se debe diseñar de tal manera que, desde el punto de vista de la resistencia, resista cargas producidas por todas las combinaciones concebibles de movimientos de los ejes individuales. Esto requiere diseñarlaestructuraparaelpeorcasoquetal vez se produzca raras veces. Esto da lugar a que el robot sea innecesariamente lento para movimientos típicos y hace que la velocidad y carga máximas permisibles del robot sean innecesariamente lentas para no sobrecargar la estructura. Son primariamente algunos componentes críticos los que, para algunos movimientos, se someten a altas cargas y por lo tanto se deben dimensionar para estas cargas. Resumen de la invención El objeto de la invención es proponer un método para el control de un robot industrial a lo largo de una pista, que proporciona una posibilidad de reducir las dimensiones de las partes mecánicamente críticas en comparación con los robots de la técnica anterior. Lo que caracteriza un método según la invención será claro por las reivindicaciones anexas. Según la invención, al mismo tiempo que el par motor disponible se utiliza al máximo, los componentes mecánicamente críticos se han de comprobar de manera que no se superen las cargas máximas permitidas en los componentes. Si se corre el riesgo de exceder las cargas máximas permisibles, el movimiento a lo largo de la pista se ha de modificar de manera que no se excedan las cargas permitidas. Las ventajas de la invención es que proporciona una posibilidad de dimensionar los componentes críticos de forma más ofensiva sin arriesgar sobrecarga mecánica. Esto ofrece grandes ventajas de costo. Por ejemplo, una muñeca más pequeña da menor peso a todo el brazo superior, lo que es de gran importancia para el dimensionamiento del resto del robot. Las reducciones necesarias del par motor sólo tienen que producirse en ciertas combinaciones extremas de los ángulos de eje. Los otros ángulos de eje utilizan plenamente el par motor disponible. De esta forma, el robot se puede diseñar de manera que pueda realizar movimientos típicos con alto rendimiento. Otros movimientos que se producen más raras veces, se realizan con par motor reducido para no superar los componentes críticos del robot. La invención también hace posible usar cargas que son más grandes de lo actualmente permitido al robot, puesto que no hay riesgo de sobrecarga en los componentes críticos. Breve descripción de los dibujos La figura 1 muestra un ejemplo de un robot industrial conocido, en el que se puede aplicar la invención. La figura 2 muestra un ejemplo de una pista de robot. La figura 3 muestra el procedimiento de cálculo y el flujo de datos en un método según la invención. Descripción de las realizaciones preferidas La figura 1 muestra un ejemplo de un robot industrial conocido. El pie de robot 2 está montado fijamente sobre una base 1. El robot tiene un soporte base 3 que puede girar en relación al pie 2 alrededor de un eje vertical A1. En el ex-

3 3 ES T3 4 tremo superior del soporte base, un brazo inferior 4está articulado y puede girar con relación al soporte base alrededor de un segundo eje A2. En el extremo exterior del brazo inferior, un brazo superior está articulado y puede girar con relación al brazo inferior alrededor de un eje A3. El brazo superior incluye dos partes a y b, pudiendo girar la parte exterior b con relación a la parte interior a alrededor de un eje de rotación A4 coincidente con el eje longitudinal del brazo superior. En su extremo exterior el brazo superior soporta una mano de robot 6, que puede girar alrededor de un eje de rotación A perpendicular al eje longitudinal del brazo superior. La mano de robot incluye un acoplamiento de herramienta 7. El acoplamiento de herramienta 7 puede girar con relación a la parte interior de la mano de robot alrededor de un eje de rotación A6 que es perpendicular a A. Los ángulos de rotación en los seis ejes de rotación A1...A6 se designan ϕ 1 -ϕ 6 en la figura. El sistema de control está dispuesto en una cabina de control separada 8 e incluye, de manera conocida, equipo informático con las memorias necesarias para programas y otros datos, mecanismos de accionamiento para los motores de accionamiento de los diferentes ejes de robot y el equipo de suministro necesario. La cabina de control está conectada auna unidad de programación 9paralaoperación de programación y otras del robot. El robot tiene varios componentes que son críticos desde el punto de vista mecánico. Ejemplos de tal componente crítico es la suspensión de la mano de robot 6 en el brazo superior. Es especialmente sensible si se somete a un par alrededor del un eje perpendicular a los ejes de rotación A y A6. Un componente crítico tiene normalmente algún punto crítico en el que la carga puede ser muy alta para algunos movimientos. Los puntos críticos pueden ser, por ejemplo, puntos no rotativos que se someten a un par perpendicular a los ejes de rotación del robot. Para la suspensión de la mano de robot, el punto crítico es KP1. La figura 2 muestra un ejemplo de una pista que se da en forma de varios puntos P 1 -P 4 en un sistema de coordenadas cartesianas. El robot está programado para moverse a lo largo de la pista con una velocidad de pista dada v. Para que el robot siga la pista de la manera deseada, hay que calcular el par que el motor de accionamiento de cada eje ha de proporcionar. Al realizar este cálculo, se introduce una pluralidad de puntos de muestreo P 11,P 12,P P 1n entre los puntos dados P 1 -P 4. La distancia entre los puntos de muestreo es l y se basa en la velocidad de pista dada v y un tiempo de muestreo interno t. l = v * t (1) Antes de que el robot se pueda mover al punto de muestreo siguiente, primero se calcula la posición del punto en coordenadas cartesianas. Después, la posición cartesiana se convierte en ángulos de eje ϕ i según algún método conocido. A partir de los ángulos de eje calculados se calcula también los ángulos de eje en los puntos de muestreo precedentes ϕ j 1 y ϕ j 2 que son conocidos, y la ve locidad de pista dada v, las velocidades ϕ i ylas aceleraciones ϕ i para cada eje, que se requieren para realizar el movimiento ordenado. La pista cartesiana corresponde así a seis pistas para cada eje. Con ayuda de un modelo matemático de la dinámica del robot se puede calcular dicho par de eje τ =(τ 1, τ 2,...τ 6 ) que se requiere para mover los ejes a la posición siguiente. El par de eje τ se deriva de efectos dinámicos como la inercia de masa, el rozamiento, la fuerza centrífuga y la gravitación. τ =M(ϕ) ϕ +V(ϕ, ϕ) ϕ +G(ϕ) +F(ϕ, ϕ) (2) ϕ = ϕ 1, ϕ 2...ϕ 6 = posición del robot ϕ = ϕ 1, ϕ 2... ϕ 6 = posición del robot ϕ = ϕ 1, ϕ 2... ϕ 6 = posición del robot M(ϕ) es una matriz de masa que describe el momento acoplado de inercia para cada eje. V(ϕ, ϕ) son momentos de inercia dependientes de la velocidad para cada eje y se derivan de fuerzas centrífugas y fuerzas de Coriolis. G(ϕ) describe el efecto de la gravitación en el par de eje. F(ϕ, ϕ) son las fuerzas de rozamiento para cada eje. Si se conoce la posición, velocidad y aceleración del robot, se puede calcular los pares de eje necesarios a partir de la ecuación 2. La figura 3 muestra en forma de diagrama de bloques un procedimiento según la invención. En el bloque se calcula dicho par de eje τ =(τ 1, τ 2...τ 6 ) que se requiere para que el robot asuma la posición siguiente en la pista. En el bloque 11 se verifica si los pares de eje calculados exceden de los pares motores máximos τ max que pueden ser generados por el motor respectivo. Si algún par de eje es mayor de lo que se puede generar, hay que reducir la velocidad de pista v. Una reducción de la velocidad de pista comporta una reducción de la distancia al punto de muestreo siguiente l. Para reducir la velocidad de pista v, se reduce la aceleración ϕ para dicho eje donde el par motor disponible no es suficiente. La aceleración se reduce en un grado tal que el motor genere el par motor necesario. La aceleración para los otros ejes se limita en medida correspondiente de modo que el robot todavía siga la pista, bloque 12. Según la invención, la comprobación del par antes descrito se complementa con una comprobación de la carga en uno o varios puntos críticos. Para ello, se selecciona al menos un punto crítico en el robot para comprobación. Para cada uno de los puntos críticos, se establece una ecuación escalar correspondiente a la carga en el punto. En esta realización, se comprueba un componente de par t en el punto KP1 en la suspensión de la mano de robot. El componente de par t se puede describir con la ecuación siguiente: t=m(ϕ) ϕ +v(ϕ, ϕ) ϕ +g( ϕ) (3) m, v, g son las correspondencias escalares para el componente de par t a M, V, G. En el bloque 13 el componente de par t en la suspensión del robot se calcula para los ángulos 3

4 ES T3 6 de eje calculados ϕ, las velocidades ϕ y las aceleraciones ϕ. A continuación, el componente de par calculado t se compara con un componente de par máximo permitido t max para el punto crítico, bloque 14. Si el componente de par t excede del máximo permitido, hay que reducir la velocidad de pista y, de forma similar a la antes descrita, bloque 12, se reduce la aceleración para los ejes de tal manera que el robot todavía siga la pista. Se calculan nuevos pares de eje τ para la nueva menor velocidad de pista, bloque. Se repite el procedimiento hasta que la carga en el punto críticoyanoexcededelacargamáxima permisi- 1 ble. Las señales de salida de la comprobación son un par motor τ orr =(τ orr1, τ orr2...τ orr6 )que se optimiza con respecto a lo el motor de cada eje es capaz de producir y que mueve el robot al punto de muestreo siguiente en la pista sin que la cargaenlasuspensión de la mano de robot sea demasiado alta. En otra realización de la invención, se puede comprobar más puntos críticos. Para cada uno de los puntos críticos, se establece una ecuación que describe la carga en el punto y una carga máxima permitida para el punto

5 7 ES T3 8 REIVINDICACIONES 1. Un método para el control del movimiento de un robot industrial a lo largo de una pista dada (P 1 -P 4 ) con una velocidad de pista deseada (v), robot industrial que tiene varios ejes de movimiento (1-6) y para cada eje servoequipo para el control del movimiento del eje según valores de referencia (τ orr ) suministrados al mismo, incluyendo los pasos siguientes: calcular los ángulos de eje necesarios (ϕ j )para asumir la posición siguiente P 11, P 12, P 13,... P 1n )enlapista, calcular, dependiendo de los ángulos de eje calculados y un primer modelo matemático, que describe las propiedades estáticas y dinámicas del robot, para cada uno de los ejes de movimiento el par requerido (τ =(τ 1, τ 2...τ 6 )) para asumir la posición siguiente, comparar el par calculado (τ) para cada uno de los ejes de movimiento con un par máximo permisible (τ max ), caracterizado porque incluye además los pasos de: calcular la carga (t) en un punto mecánicamente crítico (KP1) para los ángulos de eje calculados (ϕ i ) con ayuda de un segundo modelo 1 2 matemático, que describe la carga del robot en el punto crítico, comparar la carga (t) con una carga máxima permisible (t max ) para el punto crítico, y reducir la velocidad de pista (v) si el par calculado excede del par máximo permisible para cualquier eje, o si la carga calculada excede de la carga máxima permisible para el punto crítico. 2. Un método según la reivindicación 1, caracterizado porque con la ayuda de modelos matemáticos, se calcula la carga (t j ) en una pluralidad de puntos mecánicamente críticos para los ángulos de eje calculados (ϕ j ), se compara la carga para cada uno de los puntos críticos con una carga máxima permisible (t jmax )y, si en algún punto la carga excede de la carga máxima permisible, se reduce la velocidad de pista(v)detalmaneraquelacarganoexceda de la carga máxima permisible para cada uno de los puntos críticos. 3. Un método según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los valores de referencia para el servo sistema τ orr = (τ orr1, τ orr2...τ orr6 ) se calculan dependiendo de la velocidad de pista reducida NOTA INFORMATIVA: Conforme a la reserva del art del Convenio de Patentes Europeas (CPE) y a la Disposición Transitoria del RD 2424/1986, de de octubre, relativo a la aplicación del Convenio de Patente Europea, las patentes europeas que designen a España y solicitadas antes del , no producirán ningún efecto en España en la medida en que confieran protección a productos químicos y farmacéuticos como tales. Esta información no prejuzga que la patente esté o no incluída en la mencionada reserva.

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