ES2993209T3

ES2993209T3 - Control of a multipurpose robot arm

Info

Publication number: ES2993209T3
Application number: ES20742161T
Authority: ES
Inventors: Anders Billesø Beck; Jacob Gregers Hansen; William Ledda; Theis Strøm-Hansen
Original assignee: Universal Robots AS
Current assignee: Universal Robots AS
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2020-05-28
Publication date: 2024-12-26
Anticipated expiration: 2040-05-28
Also published as: EP3976323A2; US20220226995A1; WO2020239184A3; WO2020239184A2; WO2020239184A9; EP3976323C0; EP3976323B1; CN113924195B; CN113924195A

Abstract

Brazo robótico multipropósito que comprende un controlador configurado para controlar su movimiento durante un proceso de operación según una pluralidad de comandos de operación básicos, en el que el controlador del robot está configurado para controlar el brazo robótico multipropósito en un modo de operación estándar según un primer subconjunto de los comandos de operación básicos y en un modo de operación específico de la aplicación durante parte del proceso de operación del brazo robótico según un segundo subconjunto de los comandos de operación básicos, en el que los comandos de operación básicos del segundo subconjunto están comprendidos al menos parcialmente por el primer subconjunto y en el que al menos uno de los parámetros de operación del segundo subconjunto está limitado por un valor de operación de la aplicación, en el que el valor de operación de la aplicación está definido por una propiedad deseada de la operación del brazo robótico multipropósito en el modo de operación específico de la aplicación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Control de un brazo multipropósito de robot

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un brazo multipropósito de robot, que comprende una pluralidad de articulaciones de robot que conectan una base de robot y una brida de herramienta del robot, donde un controlador de robot está configurado para controlar el brazo de robot según un modo de operación estándar y específico de la aplicación. Además, la presente invención se refiere a un método para controlar el brazo multipropósito de robot según una primera, segunda y tercera capas de código de programa. El documento US-2016/161937 de la técnica anterior describe un robot que tiene configuraciones de modo de operación que permiten al robot operar en un segundo modo en el que el robot opera más rápido que en un primer modo. Además, el robot puede operar en un tercer modo de vibración reducida. Se describe la unidad de configuración del modo de operación que cambia un factor de corrección que se multiplica por la aceleración, la desaceleración y la ganancia del servo máximas. Se describe que los tres modos se definen como modos estándar, rápido y de baja vibración, y se describe que la selección de los modos la realiza un operador a través de una unidad de entrada, o se determina en función de información predeterminada y se realiza automáticamente en el controlador de robot. El documento EP3381623 de la técnica anterior describe un dispositivo de control para controlar un brazo de robot. El dispositivo de control genera una segunda señal de control en base a la reducción de un componente de frecuencia en una primera señal de control. El dispositivo de control controla el robot, según la segunda señal de control, cuando el controlador reciba una entrada que indique que es necesaria la reducción del componente de frecuencia; de lo contrario, el brazo de robot se opera según la primera señal de control. El documento US-2018043549 de la técnica anterior describe un brazo de robot que puede controlarse en diferentes modos de trabajo. Se puede iniciar un cambio en el modo de trabajo mediante la entrada de un sensor montado en el brazo de robot, que detecta un objeto. Además, el modo de trabajo también se puede cambiar cuando un sensor no montado en el brazo de robot detecte un objeto en un área de trabajo definida. En el documento US-2018043549, el enfoque es cambiar el modo de operación según un brazo de robot detecte a una persona que se acerca al brazo de robot, lo que incluye reducir, p. ej., la velocidad del brazo de robot según una tabla de distancia frente a velocidad de movimiento.

Antecedentes de la invención

En el campo de la robótica se conocen brazos de robot que comprenden una pluralidad de articulaciones y enlaces de robot en los que los motores pueden mover partes del brazo de robot entre sí. Normalmente, el brazo de robot comprende una base de robot que sirve como base de montaje para el brazo de robot; y una brida para herramientas robóticas donde se pueden acoplar varias herramientas. Un controlador de robot está configurado para controlar las articulaciones del robot con el fin de mover la brida de herramienta del robot con respecto a la base. Por ejemplo, con el fin de dar instrucciones al brazo de robot para que lleve a cabo una serie de instrucciones de trabajo. Las articulaciones del robot pueden ser articulaciones rotativas de robot configuradas para hacer girar partes del brazo del robot entre sí, articulaciones prismáticas configuradas para trasladar partes del brazo del robot entre sí y/o cualquier otro tipo de articulaciones del robot configuradas para mover partes del brazo del robot entre sí.

Normalmente, el controlador del robot está configurado para controlar las articulaciones del robot en base a un modelo dinámico del brazo del robot, donde el modelo dinámico define una relación entre las fuerzas que actúan sobre el brazo del robot y las aceleraciones resultantes del brazo del robot. A menudo, el modelo dinámico comprende un modelo cinemático del brazo del robot, información sobre la inercia del brazo del robot, y otros parámetros que influyen en los movimientos del brazo del robot. El modelo cinemático define una relación entre las diferentes partes del brazo de robot, y puede comprender información del brazo de robot, tal como la longitud, el tamaño de las articulaciones y enlaces, y puede describirse, por ejemplo, mediante parámetros de Denavit-Hartenberg o similares. El modelo dinámico permite al controlador determinar qué par deben proporcionar los motores de las articulaciones a fin de mover las articulaciones del robot, por ejemplo, a una velocidad o aceleración específicas, o a fin de mantener el brazo del robot en una postura estática.

Normalmente, es posible conectar varios efectores finales a la brida de herramienta del robot u otras partes del brazo de robot, como pinzas, pinzas aspiradoras, pinzas magnéticas, máquinas de atornillado, equipos de soldadura, sistemas de dispensación, sistemas visuales, etc.

Los brazos de robots deben programarse por un usuario o un integrador de robots, que defina diversas instrucciones para el brazo de robot, tal como patrones de movimiento predefinidos, e instrucciones de trabajo, tales como instrucciones para agarrar, esperar, liberar y atornillar. La instrucción se puede basar en diversos sensores o señales de entrada que normalmente proporcionan una señal de activación utilizada para detener o iniciar una instrucción determinada. Las señales de activación pueden proporcionarse mediante diversos indicadores, tales como cortinas de seguridad, sistemas de visión, indicadores de posición, etc.

Cuando el brazo de robot es un brazo multipropósito de robot, muchos usuarios tienen dificultades para programar el brazo del robot para que lleve a cabo un proceso de operación del brazo de robot lo suficientemente exacto y/o preciso como para satisfacer los requisitos del resultado de la contribución del brazo multipropósito de robot a un producto o proceso de trabajo.

Resumen de la invención

El objeto de la presente invención es abordar las limitaciones descritas anteriormente con la técnica anterior u otros problemas de la técnica anterior. Esto se logra mediante el método y el brazo de robot según las reivindicaciones independientes, en las que el brazo multipropósito de robot comprende una pluralidad de articulaciones de robot que conectan una base de robot y una brida de herramienta de robot, dicho brazo multipropósito de robot comprende un controlador de robot configurado para controlar el brazo multipropósito de robot en un modo de operación estándar y en un modo de operación específico de la aplicación durante parte del proceso de operación del brazo de robot. En donde el controlador del robot está configurado para controlar el movimiento del brazo multipropósito de robot durante el proceso de operación del brazo de robot según una pluralidad de comandos de operación básicos predeterminados, los comandos de operación básicos se definen, al menos parcialmente, por uno o más parámetros de operación. En donde el controlador del robot está configurado para controlar el brazo multipropósito de robot en el modo de operación estándar durante parte del proceso de operación del brazo de robot según un primer subconjunto de los comandos de operación básicos, en donde al menos uno de los uno o más parámetros de operación que definen los comandos de operación básicos del primer subconjunto está limitado por un valor de operación estándar. En donde el controlador de robot está configurado para controlar el brazo multipropósito de robot en el modo de operación específico de la aplicación durante parte del proceso de operación del brazo de robot según un segundo subconjunto de los comandos de operación básicos, en donde los comandos de operación básicos del segundo subconjunto están compuestos, al menos parcialmente, por el primer subconjunto de comandos de operación básicos, y en donde al menos uno de los uno o más parámetros de operación que definen los comandos de operación básicos del segundo subconjunto, está limitado por un valor de operación de la aplicación. En donde una ventana de operación permitida del brazo multipropósito de robot cuando se opera según los comandos de operación básicos definidos por el valor de operación estándar es diferente de la ventana de operación permitida del brazo multipropósito de robot cuando se opera según los comandos de operación básicos definidos por el valor de operación de la aplicación, y en donde el valor de operación de la aplicación se define por una propiedad deseada de la operación del brazo multipropósito de robot en el modo de operación específico de la aplicación.

Operar el brazo multipropósito de robot según el modo de operación estándar es ventajoso ya que tiene el efecto de que, en este modo, los requisitos de exactitud y precisión no son críticos, reflejados por los valores de operación estándar predeterminados utilizados en este modo de operación. Debido a los valores de operación estándar, se permite que el brazo multipropósito de robot opere a una velocidad, una trayectoria, un par articular, corrientes de motor, etc. que provocan, por un lado, p. ej., vibraciones, una menor exactitud, una menor precisión, o una combinación de las mismas, de la herramienta de robot, pero, por otro lado, una ejecución más rápida del ciclo del proceso de operación del brazo de robot. Dichas vibraciones están permitidas en el modo de operación estándar y, por lo tanto, este modo se puede seleccionar, p. ej., cuando se priorice la alta velocidad por encima de la calidad o la estética del trabajo realizado por la herramienta de robot.

Operar el brazo multipropósito de robot según el modo de operación específico de la aplicación es ventajoso ya que tiene el efecto de que, en este modo, los parámetros de operación se definen mediante los valores de operación de la aplicación que conducen a la operación específica de la herramienta del brazo multipropósito de robot. Al determinar los valores de operación (de la herramienta) en función de la herramienta montada en la brida de herramienta del robot, se facilita un control optimizado según la herramienta del robot en particular. En la situación en la que la herramienta del robot es una herramienta de soldadura, no se desean vibraciones de la herramienta de soldadura, ya que estas vibraciones se propagarán a la soldadura y, por lo tanto, serán visuales en forma de una soldadura “ no recta” .

En consecuencia, cuando se opera en el modo de operación estándar, el controlador de robot, al controlar el brazo del robot, no tiene en cuenta ninguna herramienta de robot, ni el rendimiento de la herramienta de robot. Por lo tanto, el modo de operación estándar también puede denominarse modo de operación independiente de la herramienta del robot. Esto es contrario al modo de operación específico de la aplicación, en el que el controlador del robot, al controlar el brazo de robot, sí tiene en cuenta la herramienta de robot montada en la brida de la herramienta del robot y el rendimiento de la herramienta del robot. Por lo tanto, el modo de operación de la aplicación también puede denominarse modo de operación dependiente de la herramienta del robot. Por lo tanto, el modo de operación estándar puede definirse, al menos parcialmente, p. ej., por una velocidad máxima de la articulación, y el modo de operación de aplicación puede definirse, al menos parcialmente, por una velocidad máxima ajustada de la articulación. En donde la velocidad ajustada de las articulaciones asegura que una herramienta en particular se opere de manera más exacta, más precisa, sin vibraciones o similares. Debe mencionarse que los valores de otros parámetros de operación también pueden considerarse como que definen el modo de operación estándar y de aplicación, respectivamente.

Tener valores de operación diferentes para el mismo comando de operación básico cuando se usa en el modo de operación estándar y en el modo de aplicación, respectivamente, es ventajoso ya que tiene el efecto de que el mismo brazo multipropósito de robot con una herramienta de soldadura puede operar un día como un robot (específico) de soldadura, mientras que, al día siguiente, con una herramienta de atornillado montada, puede operar como un robot (específico) de atornillado. Al menos algunos de los comandos de operación básicos utilizados en el modo de operación estándar y de aplicación son los mismos, ya que ambos modos requieren, p. ej., un movimiento hacia adelante de la herramienta de robot en un plano determinado, o a lo largo de un lado de un producto que la herramienta de robot va a manipular. Sin embargo, dependiendo de la herramienta de robot específica y/o del uso de la misma, los valores de operación definen una ventana permitida de, p. ej., la velocidad a la que se mueve la herramienta de robot, y el par de torsión que actúa sobre las articulaciones del robot que sean diferentes entre sí.

En el contexto de la presente invención, una ventana de operación debe entenderse como los valores de un rango de parámetros de operación que definen los límites para la operación del brazo de robot. Un primer parámetro de operación puede tener un valor cuando el brazo de robot opera en un modo de operación, y otro valor cuando el brazo de robot opera en otro modo de operación. En particular, según la presente invención, los valores se definen por la herramienta montada en el brazo de robot. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que se pueden permitir las llamadas fuerzas de proceso, al ajustar los valores de parámetros de operación específicos, ajustando así la ventana de parámetros de operación, simplemente denominada ventana de operación. Como ejemplo, el par de atornillado generado por una herramienta de atornillado cuando una herramienta de atornillado está en operación, puede denominarse fuerza de proceso.

Operar un brazo multipropósito de robot durante un proceso de operación del brazo de robot, tanto en el modo de operación estándar, como en el de aplicación, es ventajoso ya que tiene el efecto de que se puede reutilizar el código de programa. Además, los programadores crean los comandos de operación básicos del código de programa antes de que el integrador los utilice para adaptar el brazo multipropósito de robot a un proceso¡n situen particular. Esto tiene la ventaja de que el integrador solo tiene que invocar comandos de operación básicos preprogramados, para establecer el código de programa para un proceso en particular. Dicho esto, en la mayoría de las situaciones habrá algún tipo de adaptación local de este código de programa, sin embargo, esto no cambia el hecho de que la programaciónin siturealizada por el integrador se pueda realizar de forma rápida y con un riesgo reducido de cometer errores de programación. Esto último es especialmente cierto en el sentido de que programar un brazo multipropósito de robot requiere conocer el efecto que un cambio tiene en la dinámica y el equilibrio del brazo multipropósito de robot.

La propiedad deseada de la operación del brazo multipropósito de robot es normalmente un movimiento en particular realizado sin vibraciones, que permita un aumento del par articular o la corriente del motor, etc., deseado cuando se opere en el modo de operación de aplicación. Por lo tanto, poder controlar el brazo multipropósito de robot según una propiedad deseada es ventajoso ya que tiene el efecto de que el movimiento y/o el control se alinean con el proceso de operación del robot y dan como resultado una ejecución optimizada de la tarea del proceso de operación del robot. Este efecto se puede obtener sin que un usuario o integrador tenga un conocimiento detallado sobre programar un brazo multipropósito de robot. Esto se debe a que el efecto se obtiene mediante el uso de un modo de aplicación específico predeterminado para la operación, cuyos valores de operación de los parámetros de operación de los comandos de operación básicos y los comandos de operación específicos de la herramienta, se determinen por los valores de operación de la aplicación. En donde los parámetros de operación de la herramienta se predeterminan y establecen, p. ej., en base a pruebas, ensayo y error, simulaciones, o similares, realizados por expertos en la programación y dinámica de robots. Por lo general, dichos expertos trabajan en un departamento de investigación y desarrollo de un fabricante de brazos multipropósito de robots OEM o de herramientas de robot.

Según una realización de la invención, la propiedad deseada viene determinada por la herramienta de robot montada en la brida de la herramienta del robot. Más precisamente, el brazo de robot comprende una herramienta del robot montada en la brida de la herramienta del robot, y la propiedad deseada la determina la herramienta del robot. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que los valores de operación de la aplicación se adaptan específicamente a la herramienta del robot y, por lo tanto, las propiedades deseadas del movimiento del brazo multipropósito de robot se optimizan para esa herramienta de robot específica. De este modo, el resultado final del proceso de operación del robot se optimiza al menos desde una perspectiva visual, que a menudo es decisiva para la disposición de los clientes a comprar un producto. La herramienta de robot puede ser cualquier herramienta que sea adecuada para montarse en la brida de la herramienta del robot, es decir, una herramienta que pueda modificar, mover, analizar, etc., un objeto.

Según una realización de la invención, la propiedad deseada es suprimir, al menos parcialmente, las vibraciones del brazo de robot y/o la herramienta de robot, reduciendo la velocidad de movimiento. Esto es ventajoso, aunque reduzca la velocidad de operación, ya que tiene el efecto de que la herramienta de robot es más precisa y, p. ej., cuando se suelda o pinta, las vibraciones no se propagan a la soldadura o la pintura. De este modo, el resultado final del proceso de operación del robot se optimiza al menos desde una perspectiva visual, que a menudo es decisiva para la disposición del cliente a comprar un producto.

Según una realización de la invención, la propiedad deseada es permitir un aumento del par de torsión obtenido al aumentar el límite superior permitido para el par de torque que actúa sobre la articulación del robot.

Según una realización de la invención, la pluralidad de comandos de operación básicos predeterminados incluye al menos 2 comandos de operación básicos, preferiblemente al menos 5, y lo más preferiblemente al menos 10 comandos de operación básicos. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que los complicados procesos de operación del robot, que incluyen cambiar varias veces la dirección del movimiento del brazo multipropósito del robot, pueden controlarse según la presente invención.

Según una realización de la invención, el controlador del robot está configurado para controlar el brazo multipropósito de robot en el modo de operación estándar durante una primera parte del proceso de operación, en el modo de operación específico de la aplicación durante una posterior parte del proceso de operación del brazo de robot, y nuevamente en el modo de operación estándar durante una parte final del proceso de operación del brazo de robot. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que solo cuando se utiliza la herramienta de robot, el brazo de robot se utiliza en el modo de operación específico de la aplicación. En el modo de operación estándar, los valores de operación se pueden configurar para optimizar la velocidad, sin comprometer la seguridad. Esto es contrario a los valores de operación de la aplicación utilizados en el modo de operación específico de la aplicación, donde los valores de operación se configuran para optimizar la operación del robot, lo que a veces compromete la seguridad. Esto se puede permitir porque en tales situaciones, la herramienta de robot se encuentra en un lugar seguro de la celda del robot, donde los humanos no pueden lesionarse.

Según una realización de la invención, el controlador del robot está configurado para controlar solo el brazo multipropósito de robot en el modo de operación específico de la aplicación, cuando la herramienta de robot está activa. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que el brazo multipropósito de robot, cuando la herramienta no está activa, se puede operar según los valores estándar de los parámetros de operación, lo que conduce a una operación más rápida y menos precisa. Solo en el modo de operación específico de la aplicación, el brazo multipropósito de robot se opera según los valores de operación de la aplicación de los parámetros de operación de los comandos de operación básicos (o de los comandos de operación de la herramienta específicos). De este modo, mientras el brazo multipropósito de robot no esté utilizando activamente su herramienta de robot, el brazo multipropósito de robot se controla según los valores de operación estándar de los parámetros de operación.

Según una realización de la invención, el controlador del robot está configurado para activar la herramienta de robot, cuando la herramienta de robot está en una posición predeterminada, definida por el código de programa.

Según una realización de la invención, el brazo multipropósito de robot está en el modo de operación específico de la aplicación cuando el controlador del robot está en una posición predeterminada definida por el código de programa. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que el modo de operación específico de la aplicación se introduce primero justo antes de que la herramienta esté a punto de utilizarse en la operación, es decir, justo antes de que esté a punto de tener lugar la soldadura, el atornillado, la colocación, etc. De esta manera, la herramienta de robot se encuentra en una posición inaccesible, o el período de uso para soldar, atornillar, colocar, etc. es tan limitado, que no afecta al desgaste y, por lo tanto, al final de la vida útil del brazo o herramienta multipropósito de robot. De esta manera, se obtiene un mejor rendimiento de la herramienta de robot, sin comprometer la seguridad y el desgaste del brazo de robot.

Según una realización de la invención, el brazo de robot está inactivo cuando la herramienta de robot se mueve a una posición en la que el código de programa finaliza el uso de la herramienta de robot. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que la operación del brazo de robot vuelve nuevamente al modo de operación estándar y, por lo tanto, vuelve a su configuración estándar más flexible.

Según una realización de la invención, los comandos de operación básicos incluyen uno de la lista que comprende: avanzar, retroceder, subir, bajar, moverse al punto de referencia, girar a la derecha, girar a la izquierda e inicio. Los comandos de operación básicos son ventajosos ya que tienen el efecto de que un integrador puede usar fácilmente una combinación de los mismos para establecer parte del código de programa de control para un propósito múltiple. El comando de “ inicio” puede incluir varios comandos de operación básicos necesarios para devolver la herramienta de robot desde una ubicación actual a una posición inicial.

Según una realización de la invención, el modo de operación de la aplicación comprende, además, comandos de operación específicos de la herramienta. Disponer de comandos de operación específicos de la herramienta es ventajoso ya que tiene el efecto de que el integrador puede combinarlas fácilmente con los comandos de operación básicos y, por lo tanto, en teoría desarrollar un código de programa para el control del brazo multipropósito de robot, especificando únicamente los puntos de inicio y final de los comandos de operación. En la práctica, es posible que a veces también sea necesario ajustar los valores de operación como se describe a continuación.

Según una realización de la invención, el controlador del robot está configurado para controlar al menos uno de los comandos de operación básicos del segundo subconjunto, que también forman parte del primer subconjunto de comandos de operación básicos, según el valor de operación de la aplicación. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que, p. ej., un movimiento hacia adelante realizado en el modo de operación específico de la aplicación puede realizarse con mayor exactitud y/o mayor precisión que cuando se realiza en el modo de operación estándar. Esto significa que, aunque el movimiento hacia adelante pueda ser más lento, se prefiere, ya que permite un trabajo más preciso y exacto realizado por la herramienta de robot.

Según una realización de la invención, el valor de operación de la aplicación de un parámetro de operación de fuerza, se determina estableciendo la fuerza de proceso esperada o los pares de torsión de proceso esperados aplicados desde la herramienta de robot.

Según una realización de la invención, el valor de operación de la aplicación de un parámetro de operación de fuerza se determina estableciendo la fuerza de proceso esperada o los pares de torsión de proceso esperados, aplicados durante el modo de operación específico de la aplicación. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que el valor de operación de la aplicación solo cancela y/o permite fuerzas de proceso hacia fuera y no fuerzas aplicadas externamente, tal como una persona que choque con el brazo multipropósito de robot. De este modo, el brazo multipropósito de robot sigue, p. ej., deteniendo la operación si choca con una persona, incluso cuando se opera en el modo de operación específico de la aplicación.

Según una realización de la invención, el brazo multipropósito de robot, con la misma herramienta de robot, en un primer proceso de operación del brazo de robot, se controla con un primer conjunto de valores de operación de la aplicación, y en un segundo proceso de operación del brazo de robot, se controla con un segundo conjunto de valores de operación de la aplicación. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que el mismo brazo multipropósito de robot, con la misma herramienta de robot, puede optimizarse para realizar dos procesos de operación de brazo de robot diferentes con la misma herramienta de robot.

Según una realización de la invención, el valor de operación de la aplicación es un valor de parada suave, y en donde el controlador del robot está configurado para detener la operación del robot multipropósito si se cruza el valor de parada suave. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que para una herramienta de robot determinada, los valores de operación de la aplicación se puedan usar para detener la operación del brazo multipropósito de robot. Por lo tanto, si, p. ej., se permite que un proceso de soldadura continúe por debajo de un nivel dado de vibraciones, y este nivel está definido por uno o más valores de operación de la aplicación, entonces el controlador de robot puede detener el proceso de soldadura si se superan uno o los valores de operación de la aplicación. Debe mencionarse que los valores de parada suave pueden ser tanto valores máximos, mínimos, como promedios, de un valor de operación.

Según una realización de la invención, el valor de operación de la aplicación es un valor mínimo para un parámetro de operación relacionado con uno seleccionado de la lista, que comprende la aceleración, la velocidad, el par de torsión, la fuerza, la vibración actual, la temperatura y el peso. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que la operación del brazo multipropósito de robot se adapta a la operación con una herramienta de robot particular.

Según una realización de la invención, el valor de operación de la aplicación es un valor máximo para un parámetro de operación relacionado con uno seleccionado de la lista, que comprende la aceleración, la velocidad, el par de torsión, la fuerza, la vibración actual, la temperatura y el peso. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que la operación del brazo multipropósito de robot se adapta a la operación con una herramienta de robot particular.

Las diferentes herramientas de robots requieren diferentes ventanas de operación para obtener el mejor resultado del trabajo realizado. El mejor resultado se puede medir en velocidad, exactitud, precisión, estética, etc., por lo que, según la herramienta de robot particular, se seleccionan valores particulares de los valores de operación de la aplicación para definir tanto el límite superior como el inferior para una ventana de operación permitida, o al menos uno de los límites superior e inferior de dicha ventana.

Según una realización de la invención, los valores de operación estándar y los valores de operación de la aplicación están predeterminados para una pluralidad de comandos de operación básicos. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que es fácil y rápido establecerin situun código de programa de los comandos de operación para que el brazo multipropósito de robot siga un proceso de operación del brazo de robot.

Según una realización de la invención, los valores de operación estándar y una pluralidad de diferentes valores de operación de la aplicación están predeterminados para al menos un comando de operación básico. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que es fácil y rápido establecerin situun código de programa de comandos de operación para que el brazo multipropósito de robot siga un proceso de operación del brazo de robot, sin importar qué herramienta de robot esté montada en la brida de la herramienta del robot.

Según una realización de la invención, los valores de operación de los comandos de operación básicos utilizados en el modo de operación específico de la aplicación están predeterminados y, en comparación con los valores de operación de los mismos comandos de operación básicos utilizados en el modo de operación estándar, son menos restrictivos. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de permitir que el brazo multipropósito de robot durante una parte definida del proceso de operación del robot, supere un valor umbral de parada suave para un parámetro de operación. De este modo, es posible apretar más rápido con un par de torsión mayor, acelerar/desacelerar una herramienta rotativa, es decir, expandir la ventana de operación permitida de ciertos parámetros de operación que sean relevantes para una herramienta de robot particular en una parte particular de un proceso de operación de robot. Por lo tanto, un valor de un parámetro de operación que define parcialmente una ventana de operación de un modo de operación estándar, detiene el brazo de robot “ antes” que cuando el brazo de robot se opera en el modo de operación de la aplicación, porque el valor del mismo parámetro de operación permite, p. ej., un valor superior, lo que hace que la ventana de operación sea menos restrictiva en el modo de operación de la aplicación.

Según una realización de la invención, en donde los valores de operación de los comandos de operación básicos utilizados en el modo de operación específico de la aplicación están predeterminados y, en comparación con los valores de operación de las mismas comandos de operación básicas utilizadas en el modo de operación estándar, son más restrictivos. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que la operación del brazo multipropósito de robot durante una parte definida del proceso de operación del robot, se reduce al reducir la ventana de operación permitida. De este modo, el brazo multipropósito de robot se restringe, p. ej., en la velocidad de movimiento hacia adelante y, por lo tanto, se aumenta el tiempo que el brazo multipropósito de robot tiene para realizar un trabajo particular, lo que, para algunas tareas particulares, conduce a una mayor calidad o un mejor aspecto estético de la tarea resultante.

Según una realización de la invención, los valores de operación utilizados en el modo de operación estándar están protegidos contra los cambios. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que un integrador sin experiencia no cambia por error los valores que comprometan la seguridad y, por lo tanto, no opera el brazo de robot multipropósito de manera que pueda chocar con una persona con, p. ej., un valor más alto de un umbral de parada suave de par de torsión.

Según una realización de la invención, los valores de operación utilizados en el modo de operación de la aplicación pueden cambiar libremente. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que, en este modo de operación, p. ej., el riesgo de colisión con una persona es muy improbable debido a la posición de la herramienta de robot y, por lo tanto, no puede derivarse de dicha colisión un par de torsión adicional y, por lo tanto, se puede permitir para una parte particular del proceso de operación del robot.

Según una realización de la invención, se permite ajustar los valores de operación dentro de una ventana predeterminada definida por valores de umbral de parada dura. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que, ningún ajuste en los valores de operación puede dañar el brazo de robot multipropósito y, preferiblemente, tampoco los objetos de la celda de robot.

Según una realización de la invención, el robot multipropósito facilita el control de al menos dos de las herramientas de robot seleccionadas de la lista, que comprenden: herramienta de soldadura, herramienta de manipulación, herramienta de corte, herramienta de asistencia a máquinas, herramienta de montaje, herramienta de calidad, herramienta de material y herramienta de adición de material. Un brazo multipropósito de robot que facilite el control de varias herramientas de robot diferentes, es ventajoso ya que tiene el efecto de reducir el costo de producción del robot multipropósito más costoso, incluida la base del robot, las articulaciones del robot y la brida de herramienta, ya que el mismo robot multipropósito se puede utilizar con esta enorme variedad de diferentes herramientas de robot menos costosas. Otra ventaja es que el propietario de un robot multipropósito, al cambiar de herramienta, puede realizar una serie de diferentes tareas altamente especializadas sin la necesidad de comprar más robots multipropósito o diferentes robots especializados, lo que aumenta la huella requerida en la planta de producción para una célula adicional de robot.

Según una realización de la invención, la herramienta de soldadura es una herramienta que facilita la soldadura de objetos según al menos uno de los métodos de la lista, que comprenden: TIG, láser, ultrasónico, plasma, por puntos y soldadura.

Según una realización de la invención, la herramienta de manipulación es una herramienta que facilita la manipulación de objetos según al menos uno de los métodos de la lista, que comprenden: transferir, clasificar, empaquetar, paletizar, etiquetar y levantar. Una herramienta que facilita la manipulación de objetos puede ser, por ejemplo, pinzas mecánicas, pinzas aspiradoras, manos robóticas, etc.

Según una realización de la invención, la herramienta de corte es una herramienta que facilita el corte de objetos según al menos uno de los métodos de la lista, que comprenden: láser, chorro de agua y plasma. La herramienta que facilita cortar objetos puede proporcionarse, por ejemplo, en forma de cortadoras láser, cortadoras por chorro de agua y/o cortadoras por plasma.

Según una realización de la invención, la herramienta de asistencia a máquinas es una herramienta que facilita la manipulación de objetos según al menos uno de los métodos de la lista, que comprenden: CNC (por sus siglas en inglés), fundición de metales, IMM (por sus siglas en inglés) y prensado. CNC es una abreviatura de máquina de control numérico computarizado, e iMm es una abreviatura de máquina de moldeo por inyección.

Según una realización de la invención, la herramienta de ensamblaje es una herramienta que facilita el ensamblaje de objetos según al menos uno de los métodos de la lista, que comprenden: inserción, montaje, posicionamiento, atornillado, accionamiento de tuercas, engaste, remachado, prensado, bobinado y enrutado de cables.

Según una realización de la invención, la herramienta de calidad es una herramienta que facilita la inspección de calidad de objetos según al menos uno de los métodos de la lista, que comprenden: inspección, medición, prueba y metrología.

Según una realización de la invención, la herramienta de material es una herramienta que facilita el procesamiento de objetos según al menos uno de los métodos de la lista, que comprenden: remoción, desbarbado, fresado, pulido, enrutado y taladrado.

Según una realización de la invención, la herramienta de adición de material es una herramienta que facilita la adición de material a los objetos según al menos uno de los métodos de la lista, que comprenden: dispensación, pintura e inmersión.

Además, la invención se refiere a un método para controlar un brazo multipropósito de robot que comprende una pluralidad de articulaciones de robot que conectan una base de robot y una brida de herramienta de robot; dicho brazo multipropósito de robot comprende un controlador de robot que controla el brazo multipropósito de robot en un proceso de operación del brazo de robot, según: un código de programa de primer nivel que monitoriza los valores de operación de los parámetros de operación durante la operación del brazo multipropósito de robot, en donde el control de primer nivel inicia una parada dura de la operación del brazo multipropósito de robot, si el valor de la operación está fuera un rango de seguridad predeterminado. Código de programa de segundo nivel, que controla los movimientos básicos del brazo multipropósito de robot, según los comandos de operación básicos definidos por los valores de operación estándar, y código de programa de aplicación de tercer nivel, que controla los movimientos básicos del brazo multipropósito de robot, según los comandos de operación básicos definidos por los valores de operación de la aplicación. En donde, durante una primera parte del proceso de operación de un brazo de robot, el brazo multipropósito de robot se controla por el código de programa de segundo nivel mediante una pluralidad de comandos de operación básicos definidos por los valores de operación estándar. En donde, durante una segunda parte del proceso de operación del brazo de robot, el brazo multipropósito de robot se controla por el código de programa de aplicación de tercer nivel, en donde el código del programa de aplicación de tercer nivel se determina por una propiedad deseada de la operación del brazo multipropósito de robot en el modo de operación específico de la aplicación, y en donde durante la primera y la segunda parte del proceso de operación del brazo de robot, el brazo de robot se monitoriza, además, por el código de programa de primer nivel.

Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que un programador o integrador puede programar el robot multipropósito para que se convierta en un brazo de robot específico, simplemente utilizando el código de programa de los tres niveles. De este modo, el integrador no tiene que ser un experto en programación, lo que amplía el grupo de personas que pueden trabajar como integradores. Esto es ventajoso en períodos y áreas donde la demanda de mano de obra calificada sea alta. El código de programa del primer nivel no es accesible para su modificación, ya que forma parte de un sistema de seguridad. El código de programa de la segunda capa no es accesible para su modificación, ya que forma parte del código estándar utilizado para mover el robot. Dicho esto, se permite modificar, aunque no se prefiere, ya que las modificaciones realizadas no se probarán. El código de programa del tercer nivel se utiliza para optimizar la operación de la herramienta de robot y, por lo tanto

Como se mencionó, la propiedad deseada requerida por una herramienta de robot montada en la brida de la herramienta del robot está directamente relacionada con el resultado final del trabajo realizado por la herramienta del robot. Por lo tanto, una propiedad deseada puede ser una supresión de vibraciones que, si se logra, da como resultado una pintura, soldadura, seguimiento de rutas, apilamiento de precisión, etc., más precisos o exactos.

Normalmente, el integrador no puede cambiar los valores de operación, tales como los valores de parada suave de los parámetros de operación y, por lo tanto, dado que el brazo de robot es un tipo multipropósito de brazo de robot, el brazo de robot no realiza bien algunas aplicaciones específicas. Además, es posible que el integrador no sepa a qué valor ajustar los parámetros para obtener una propiedad deseada de movimiento del brazo multipropósito de robot. Para permitir que el brazo multipropósito de robot lleve a cabo una aplicación/tarea específica, a veces es necesario cambiar estos valores flexibles, y esto se puede hacer a través del programa de tercer nivel, sin acceso al código de programa de primer o segundo nivel. Como esto se hace a través del programa de tercer nivel, el integrador no alterará nada en el programa de segundo nivel y, por lo tanto, no realizará cambios en los valores de parada suave utilizados durante los comandos de operación básicos en el modo de operación estándar. Por lo tanto, de vuelta al departamento de investigación y desarrollo, los parámetros de operación seleccionados se definen para una herramienta, aplicación o tarea en particular, y los valores de operación de la aplicación para estos parámetros de operación son los únicos que el integrador puede cambiar. En muchas situaciones, ni siquiera es necesario cambiarlos. Además, los valores cambiados solo se usan cuando el programa de tercer nivel se ejecuta durante un ciclo de proceso de operación del robot cuando, o justo antes de que, se active la herramienta de robot.

Según una realización de la invención, la propiedad deseada viene determinada por la herramienta de robot montada en la brida de la herramienta del robot. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que los valores de operación de la aplicación se adaptan específicamente a la herramienta de robot y, por lo tanto, las propiedades deseadas del movimiento del brazo multipropósito de robot se optimizan para esa herramienta de robot específica, lo que conduce a un resultado final con una mayor calidad de apariencia visual.

Según una realización de la invención, un integrador de robots puede acceder, para actualizarlos, a los valores de operación del código de programa de aplicación de tercer nivel. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de reducir los errores de programación que provoquen una falla del brazo multipropósito de robot, ya que el integrador de robots solo permite cambiar unos valores de operación de nivel superior limitados.

Según una realización de la invención, los parámetros de operación del código de programa de aplicación de tercer nivel se usan en el control del brazo multipropósito de robot durante un período de tiempo limitado, en donde el período de tiempo limitado es inferior al 30 % del tiempo de un proceso de operación de un robot, preferiblemente menos del 20 % de un proceso de operación de un robot, y lo más preferiblemente de menos del 10 % de un proceso de operación de un robot. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que solo un período de tiempo reducido del proceso de operación del robot comienza cuando la herramienta de robot está en una posición de inicio, y termina cuando la herramienta de robot está nuevamente en la posición de inicio lista para realizar el posterior proceso de operación del robot. El tiempo reducido es ventajoso al menos en situaciones en donde se aumenten los valores de umbral de parada suave, y exista riesgo de colisión.

Según una realización de la invención, el controlador de robot comprende un código de programa de primer nivel configurado para monitorizar los valores de operación de los parámetros de operación durante la operación del brazo multipropósito de robot, en donde el código de programa de primer nivel inicia una parada dura de la operación del brazo multipropósito de robot, si un valor de operación está fuera de un rango de seguridad predeterminado.

Las reivindicaciones dependientes describen posibles realizaciones del brazo de robot y métodos según la presente invención. Las ventajas y beneficios de la presente invención se describen en la descripción detallada de la invención.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 ilustra un brazo de robot según la presente invención;

la Figura 2 ilustra un diagrama estructural simplificado del brazo de robot;

la Figura 3 ilustra una visión general simplificada de un proceso de operación de un robot;

la Figura 4 ilustra un brazo de robot que comprende una herramienta de soldadura; y

la Figura 5 ilustra un brazo de robot que comprende una herramienta de atornillado.

Descripción detallada de la invención

La presente invención se describe en vista de realizaciones ejemplares que solo pretenden ilustrar los principios de la presente invención. El experto en la técnica podrá proporcionar varias realizaciones dentro del alcance de las reivindicaciones. A lo largo de la descripción, los números de referencia de elementos similares que proporcionan efectos similares, tienen los mismos dos últimos dígitos. Además, debe entenderse que, en el caso de que una realización comprenda una pluralidad de las mismas características, solo algunas de las características pueden etiquetarse con un número de referencia.

La Figura 1 ilustra un brazo 101 multipropósito de robot (a veces denominado simplemente brazo de robot) que comprende una pluralidad de articulaciones 103a, 103b, 103c, 103d, 103e, 103f de robot que conectan una base 105 de robot y una brida 107 de herramienta de robot. Por lo tanto, el brazo de robot comprende una base de robot, una brida de herramienta de robot y una pluralidad de articulaciones de robot que conectan la base de robot con la brida de herramienta de robot. Una articulación base 103a está configurada para girar el brazo de robot alrededor de un eje base 111a (ilustrado por una línea de puntos y guiones), tal como se ilustra mediante la flecha 113a de rotación; una articulación 103b de hombro está configurada para girar el brazo de robot alrededor de un eje 111b de hombro (ilustrado como una cruz que indica el eje), tal como se ilustra mediante la flecha 113b de rotación; una articulación 103c de codo está configurada para girar el brazo de robot alrededor de un eje 111c de codo (ilustrado como una cruz que indica el eje) como lo ilustra la flecha 113c de rotación, una primera articulación 103d de muñeca está configurada para girar el brazo de robot alrededor de un primer eje 111d de muñeca (ilustrado como una cruz que indica el eje) como lo ilustra la flecha 113d de rotación, y una segunda articulación 103e de muñeca está configurada para girar el brazo de robot alrededor de un segundo eje 111e de muñeca (ilustrado por una línea de puntos y guiones), tal como se ilustra mediante la flecha 113e de rotación. La articulación 103f de robot es una articulación de herramienta que comprende la brida 107 de herramienta de robot, que es rotativa alrededor de un eje 111f de herramienta (ilustrado por una línea de puntos y guiones), tal como se ilustra mediante la flecha 113f de rotación. El brazo de robot ilustrado es, por lo tanto, un brazo de robot de seis ejes que tiene seis grados de libertad proporcionados como seis articulaciones de robot rotativas; sin embargo, se observa que la presente invención puede proporcionarse en brazos de robot que comprendan menos o más articulaciones de robot, bridas de herramientas y/u otros tipos de articulaciones de robot, tales como articulaciones prismáticas de robot.

Cada una de las articulaciones del robot se proporciona como articulaciones de robot rotativas que comprenden una brida de salida que comprenden una brida de salida que es rotativa en relación con la articulación del robot, y la brida de salida está conectada a una articulación del robot vecina, ya sea directamente o mediante una sección de brazo, como se conoce en la técnica. La articulación del robot comprende un motor de articulación configurado para hacer girar la brida de salida, por ejemplo, mediante un engranaje o conectado directamente al eje del motor. En otras realizaciones, al menos una de las articulaciones del robot puede proporcionarse como una articulación prismática que comprenda una brida de salida que es traslacional en relación con la articulación del robot mediante un motor de articulación del robot, y la brida de salida está conectada a una articulación del robot vecina, ya sea directamente o mediante una sección de brazo, como se conoce en la técnica.

Además, la articulación del robot comprende al menos un sensor de articulación que proporciona una señal de sensor indicativa de al menos uno de los siguientes parámetros: una posición angular de la brida de salida, una posición angular del eje del motor de la articulación, una corriente de motor del motor de la articulación, una fuerza externa que intenta hacer girar/mover la brida de salida o el eje del motor. Por ejemplo, la posición angular de la brida de salida puede indicarse mediante un codificador de salida, tal como codificadores ópticos o codificadores magnéticos, que pueden indicar la posición angular de la brida de salida en relación con la articulación de robot. Del mismo modo, la posición angular del eje del motor de la articulación puede proporcionarse mediante un codificador de entrada, tal como codificadores ópticos o codificadores magnéticos, que pueden indicar la posición angular del eje del motor en relación con la articulación del robot. Se observa que se pueden proporcionar tanto codificadores de salida que indiquen la posición angular de la brida de salida, como codificadores de entrada que indiquen la posición angular del eje del motor, lo que, en las realizaciones en las que se ha proporcionado un engranaje, permite determinar una relación entre el lado de entrada y de salida del engranaje. El sensor de articulación también puede proporcionarse como un sensor de corriente que indique la corriente a través del motor de la articulación y, por lo tanto, usarse para obtener el par de torsión proporcionado por el motor. Por ejemplo, en relación con un motor multifásico, se puede proporcionar una pluralidad de sensores de corriente con el fin de obtener la corriente a través de cada una de las fases del motor multifásico.

Un sensor 109 de fuerza puede disponerse en la articulación 103f de la herramienta del robot, y configurarse para detectar la fuerza aplicada a la brida 107 de la herramienta del robot. El sensor 109 de fuerza proporciona una señal de fuerza que indica una fuerza proporcionada en la brida de la herramienta. En la realización ilustrada, el sensor de fuerza está integrado en la brida de la herramienta del robot, y está configurado para indicar las fuerzas aplicadas a la brida de la herramienta del robot en relación con un punto 110 de referencia de la brida de la herramienta del robot. En la Figura 1, el punto 110 de referencia coincide con el origen de un sistema de coordenadas de la brida de la herramienta que define tres ejes de coordenadas xbrida, ybrida, zbrida. En la realización ilustrada, el origen del sistema de coordenadas de la brida de la herramienta del robot se dispuso en el eje 111f de la brida de la herramienta con un eje (zbrida) paralelo al eje de la brida de la herramienta, y en la superficie exterior de la herramienta del robot. Sin embargo, el sensor de fuerza puede indicar la fuerza aplicada a la brida de la herramienta del robot en relación con cualquier punto que pueda vincularse al sistema de coordenadas de la brida de la herramienta del robot. En un ejemplo, el sensor de fuerza se proporciona como un sensor de fuerza y par de seis ejes, configurado para indicar las fuerzas a lo largo y los pares de torsión alrededor, de tres ejes perpendiculares. El sensor de fuerza y par puede proporcionarse, por ejemplo, como cualquier sensor de fuerza y par capaz de indicar las fuerzas y los pares de torsión en relación con un punto de referencia, por ejemplo, cualquiera de los sensores de fuerza y par descritos en los documentos WO2014/110682A1, US-4.763.531, US-2015204742. Sin embargo, debe entenderse que el sensor de fuerza en relación con la presente invención, no necesita necesariamente ser capaz de detectar el par de torsión aplicado al sensor de herramienta.

Un sensor 115 de aceleración puede disponerse en la articulación 103f de la herramienta del robot, y configurarse para detectar la aceleración de la articulación 103f de la herramienta del robot y/o la aceleración de la brida 107 de la herramienta del robot. El sensor 115 proporciona una señal de aceleración que indica la fuerza de aceleración de la articulación 103f de la herramienta del robot y/o la aceleración de la brida 107 de la herramienta del robot. En la realización ilustrada, el sensor de aceleración está integrado en la articulación de la herramienta del robot, y está configurado para indicar las aceleraciones de la articulación de la herramienta del robot en relación con el punto 110 de referencia de la brida de la herramienta del robot. Sin embargo, el sensor de aceleración puede indicar la aceleración de la articulación de la herramienta del robot en relación con cualquier punto que pueda vincularse al sistema de coordenadas de la brida de la herramienta del robot. El sensor de aceleración se puede proporcionar como cualquier acelerómetro capaz de indicar las aceleraciones de un objeto. El sensor de aceleración puede proporcionarse, por ejemplo, como una IMU (del inglés “ Inertial Measurement Unit” ; Unidad de medición inercial) capaz de indicar tanto la aceleración lineal como las aceleraciones rotativas de un objeto.

El brazo de robot comprende al menos un controlador 102 de robot configurado para controlar las articulaciones del robot controlando el par motor proporcionado a los motores de las articulaciones en función de un modelo dinámico del brazo del robot, la dirección 112 de la gravedad que actúa, y la señal del sensor de articulación. El controlador 102 de robot puede proporcionarse como un ordenador que comprenda un dispositivo 104 de interfaz que permita al usuario controlar y programar el brazo del robot. El controlador puede proporcionarse como un dispositivo externo, tal como se ilustra en la Figura 1, como un dispositivo integrado en el brazo del robot, o como una combinación de los mismos. El dispositivo de interfaz puede proporcionarse, por ejemplo, como unteach pendent,como se conoce en el campo de los robots industriales que pueden comunicarse con el controlador a través de protocolos de comunicación cableados o inalámbricos. El dispositivo de interfaz puede comprender, por ejemplo, una pantalla 106 y varios dispositivos 108 de entrada, tales como botones, controles deslizantes, paneles táctiles,joysticks, trackballs,dispositivos de reconocimiento de gestos, teclados, etc. La pantalla puede proporcionarse como una pantalla táctil que actúe tanto como pantalla, como dispositivo de entrada.

La Figura 2 ilustra un diagrama estructural simplificado del brazo de robot ilustrado en la Figura 1. Las articulaciones 103a, 103b y 103f del robot se ilustraron en forma estructural, y las articulaciones 103c, 103d, 103e del robot se omitieron en aras de la simplicidad del dibujo. Además, las articulaciones del robot se ilustran como elementos separados, sin embargo, debe entenderse que están interconectadas, como se ilustra en la Figura 1. Las articulaciones del robot comprenden una brida 216a, 216b, 216f de salida y un motor 217a, 217b, 217f de articulación, en donde la brida 216a, 216b, 216f de salida es rotativa en relación con la articulación del robot, y el motor 217a, 217b, 217f de articulación está configurado para hacer girar la brida de salida mediante un eje 218a, 218b, 218f de salida. En esta realización, la brida 216f de salida de la articulación 103f de la herramienta comprende la brida 107 de la herramienta. Al menos un sensor 219a, 219b, 219f de articulación proporciona una señal 222a, 222b, 222f de sensor indicativa de al menos un parámetro del sensor de articulación J<sensor,a>, J<sensor,b>, J<sensor,f>de la articulación respectiva. El parámetro del sensor de unión es al menos indicativo de un parámetro de postura que indica la posición y orientación de la brida de salida, en relación con la articulación del robot, por ejemplo: una posición angular de la brida de salida, una posición angular de un eje del motor de la articulación, una corriente de motor del motor de la articulación. Por ejemplo, la posición angular de la brida de salida puede indicarse mediante un codificador de salida, tal como codificadores ópticos o codificadores magnéticos, que pueden indicar la posición angular de la brida de salida en relación con la articulación de robot. De manera similar, la posición angular del eje del motor de la articulación puede proporcionarse mediante un codificador de entrada, tales como codificadores ópticos o codificadores magnéticos, que pueden indicar la posición angular de la brida del eje del motor en relación con la articulación del robot.

El controlador 102 de robot comprende un procesador 220 y una memoria 221, y está configurado para controlar los motores de las articulaciones de las articulaciones del robot, proporcionando señales 223a, 223b, 223f de control del motor a los motores de las articulaciones. Las señales 223a, 223b, 223f de control del motor son indicativas del par motor T<motor,a>, T<motor,b>y T<motor,f>, que cada motor de articulación proporcionará a las bridas de salida, y el controlador de robot está configurado para determinar el par motor en función de un modelo dinámico del brazo de robot, tal como se conoce en la técnica anterior. El modelo dinámico permite al controlador calcular qué par de torsión deben proporcionar los motores de las articulaciones a cada uno de los motores de las articulaciones, para que el brazo del robot realice un movimiento deseado. El modelo dinámico del brazo del robot puede almacenarse en la memoria 221 y ajustarse en función de los parámetros de los sensores de las articulaciones, J<sensor,a>, J<sensor,b>, J<sensor,f>. Por ejemplo, los motores de las articulaciones se pueden proporcionar como electromotores multifásicos, y el controlador de robot se puede configurar para ajustar el par motor proporcionado por los motores de las articulaciones, regulando la corriente a través de las fases de los motores multifásicos, tal como se conoce en la técnica de la regulación de motores.

La articulación 103f de la herramienta del robot comprende el sensor 109 de fuerza, que proporciona una señal 224 de fuerza que indica una fuerza proporcionada a la brida de la herramienta. Por ejemplo, la señal de fuerza se puedepbrida

indicar como un vectorrsensorde fuerza en el sistema de coordenadas de la brida de la herramienta del robot:

pbrida pbrida

en dondex,sensores |a fuerza indicada a lo largo del eje<Xbrida,>y,sensores |a fuerza indicada a lo largo del ejepbrida

y brida, yZ’sens0res la fuerza indicada a lo largo del eje Zbrida.

En una realización en la que el sensor de fuerza se proporciona como un sensor combinado de fuerza y par, el sensor de fuerza y par también puede proporcionar una señal de par de torsión que indique el par de torsión proporcionado a la brida de la herramienta, por ejemplo, como una señal separada (no ilustrada) o como parte de la señal de fuerza. El par de torsión se puede indicar como un vector de par de torsión en el sistema de coordenadas de la brida de la herramienta del robot:

rpbrida j,brida

en donde1x,sensores el par de torsión indicado alrededor del eje<Xbrida,>1Vcensor ese| par de torsión indicadorpbrida

alrededor del eje ybrida, yz,sensor ese| par de torsión indicado alrededor del eje<Zbrida.>

La articulación 103f de la herramienta del robot comprende el sensor 115 de aceleración, que proporciona una señal 225 de aceleración que indica la aceleración de la brida 216f de salida. Por ejemplo, la señal de aceleración puedea brida

indicar un vectorA sensorde aceleración en el sistema de coordenadas de la brida de la herramienta del robot:

pbrida brida

en dondex,sensores |a aceleración detectada a lo largo del ejebrida,A y,sensores la aceleración detectada a loa brida

largo del eje ybrida, y^z,sensores la aceleración detectada a lo largo del eje Zbrida.

En una realización en la que el sensor de aceleración se proporciona como un acelerómetro/girómetro combinado (p. ej., una unidad de medición inercial, IMU), el sensor de aceleración puede proporcionar adicionalmente una señal de aceleración angular que indique la aceleración angular de la brida de salida en relación con el sistema de coordenadas de la brida de la herramienta del robot, por ejemplo, como una señal separada (no ¡lustrada) o como parte de la señalybrida

de aceleración. La señal de aceleración angular puede indicar un vectorsensorde aceleración en el sistema de coordenadas de la brida de la herramienta del robot

<^>brida

en dondex,sensor<e s>|aaceleración angular alrededor del eje<Xbrida,>.<e s>|aaceleración angular alrededorybrida

del eje<ybrida,>yz,sensor<e s>|a aceleración angular alrededor del eje<Zbrida.>

El brazo 101 multipropósito de robot debe entenderse como un brazo de robot al que es posible conectar una variedad de herramientas de robot diferentes (no ilustradas). Cuando una herramienta está conectada a la brida 107 de la herramienta del robot, el brazo multipropósito de robot puede controlarse según la presente invención, en donde cambia el estado del brazo multipropósito de robot a un brazo de robot específico de la aplicación.

El controlador 102 de robot debe entenderse como un dispositivo de control descrito anteriormente, que comprende un procesador 220 que facilita la lectura y ejecución del código de programa, y lo transforma en comandos de operación para una o más de las articulaciones 103 del robot o la herramienta del robot. Los ordenadores personales (PC), las tabletas, los teléfonos móviles y los controladores programables industriales, también denominados PLC, son un ejemplo de un controlador de robot adecuado.

El movimiento del brazo de robot debe entenderse como el movimiento de una o más articulaciones del robot, así como de la herramienta del robot. Los comandos de operación básicos deben entenderse como fragmentos de código de programa que, cuando se invocan y ejecutan, permiten una operación predeterminada del brazo del robot, por ejemplo, el movimiento del brazo del robot, independientemente de qué herramienta de robot esté montada en la brida de la herramienta del robot, fijar el brazo del robot en una posición fija, esperar una señal de entrada, etc. Algunos ejemplos de comandos de operación básicos son avanzar, moverse a la izquierda, moverse a la derecha, subir, bajar, moverse al punto de referencia, hacer girar la articulación o articulaciones, activar las articulaciones del robot, esperar las señales de entrada, etc.

Un proceso de operación del brazo de robot debe entenderse como cuando el brazo de robot está operando haciendo lo que está programado para hacer. Este programa incluye un subconjunto de la pluralidad de comandos de operación básicos disponibles, por lo que el proceso de operación del brazo del robot se establece mediante uno o más de los comandos de operación básicos ejecutados posteriormente por el controlador de robot. En la Figura 3 se ilustra una ilustración esquemática de un proceso de operación de un brazo de robot. Como se mencionó anteriormente, y como quedará claro a partir de lo anterior, el proceso de operación del brazo de robot según la invención incluye el control de los comandos de operación básicos según el modo de operación estándar y específico de la aplicación.

En la Figura 3, esto se ilustra mediante el primer y segundo subconjunto de comandos de operación básicos. El primer subconjunto se refiere al modo de operación estándar, y el segundo subconjunto se refiere al modo de operación de la aplicación. Como se ilustra, un proceso de operación del brazo de robot incluye mover la herramienta del robot, y trabajar con la herramienta del robot. Cuando se mueve la herramienta del robot, el movimiento se realiza con referencia al modo de operación estándar, es decir, utilizando valores de operación estándar para los comandos de operación básicos. Cuando la herramienta de robot está trabajando, el trabajo se realiza con referencia al modo de operación de la aplicación, es decir, utilizando los valores de operación de la aplicación para el movimiento básico. Como se ilustra, algunos comandos de operación básicos se usan en ambos modos de operación, solo que con un conjunto diferente de valores de operación. Debe mencionarse que la herramienta del robot se puede mover en el modo de aplicación, es decir, con los valores de operación de la aplicación, y puede trabajar en el modo de operación estándar, es decir, con valores de operación estándar.

En el modo de operación estándar, los comandos de operación básicos se definen mediante parámetros de operación que, de nuevo, se definen mediante valores de operación estándar. Algunos ejemplos de modo de operación estándar podrían ser la parte del proceso de operación del brazo multipropósito de robot, en la que el brazo multipropósito de robot se mueve de una herramienta de robot desde una posición de “ inicio” hasta una posición inicial de operación de la herramienta del robot, volver a la posición de inicio desde la posición final de operación con la herramienta del robot, pero también algunos movimientos en los que la herramienta del robot se active, tal como paletizar objetos que no sean frágiles o que no requieran un posicionamiento preciso y/o exacto, más allá de lo que pueden cumplir los valores estándar de los parámetros de operación (se definirán en los párrafos [0030]-[0032] utilizados. La posición de inicio es la posición a la que vuelve el brazo de robot multipropósito cuando no está en uso.

En el modo de operación de la aplicación, los parámetros de operación de los comandos de operación básicos se definen mediante valores de operación de la aplicación que son diferentes de los valores de operación estándar. Esto es válido para al menos parte de los comandos de operación básicos que se utilizan tanto en el modo de operación estándar como en el específico de la aplicación. Un ejemplo de modo de operación específico de la aplicación podría ser la parte del proceso de operación del brazo multipropósito de robot en la que el brazo multipropósito de robot utilice la herramienta del robot, y en la que el resultado de la operación de la herramienta del robot requiera una alta precisión y/o exactitud (p. ej., paletizar objetos frágiles), los requisitos para terminar la operación de la herramienta del robot son altos (p. ej., soldar o pintar), la operación de la herramienta del robot induce un elevado par de torsión durante un breve período (atornillado, corte, serrado). Por lo tanto, cuando se opera en el modo de operación específico de la aplicación, se podría decir que el brazo multipropósito de robot se transforma en un brazo de robot específico de la aplicación. Esto significa que el brazo multipropósito de robot en este momento está especializado para cumplir con los requisitos relacionados con una tarea en particular, y también que esta tarea es la única tarea que el brazo multipropósito de robot puede afrontar cuando se encuentra en el modo de operación específico de la aplicación. Debe mencionarse que los valores de operación de la aplicación pueden definirse mediante la herramienta del robot montada en el brazo multipropósito de robot.

El controlador de robot utiliza los parámetros de operación para controlar, p. ej., la aceleración y velocidad de un movimiento, el par de torsión permitido que actúa sobre una articulación del robot, etc., durante un comando de operación básico. Para cada parámetro de operación, se determina un valor de operación que define la velocidad, el par de torsión, etc. Un valor de operación estándar para un parámetro de operación se elige normalmente como un compromiso entre la precisión, la exactitud y la velocidad de operación del brazo multipropósito de robot. El valor de operación de una aplicación para un parámetro de operación se elige normalmente centrándose en optimizar el trabajo realizado por la herramienta del robot. Dicha optimización podría tener como objetivo reducir la vibración al mover la herramienta del robot, reducir el ruido, aumentar la exactitud y precisión, optimizar la energía, etc. Este objetivo se puede lograr entendiendo el modelo dinámico del brazo de robot y, por lo tanto, ajustando u optimizando uno o más valores de operación, e incluyendo uno o más parámetros de operación. Dicha optimización requiere conocer a fondo el modelo dinámico y/o el modelo cinemático del robot multipropósito y, por lo tanto, no es algo que un usuario o integrador típico de brazo de robot pueda hacer.

Durante el modo de operación estándar, el controlador de robot controla los comandos de operación básicos según los valores de operación estándar predeterminados de los parámetros de operación relevantes para el comando de operación básico particular. Durante el modo de operación específico de la aplicación, el controlador de robot controla uno o más de los mismos comandos de operación básicos según los valores de operación optimizados, que también están predeterminados y se denominan valores de operación de la aplicación. A menudo, el integrador puede tener acceso al ajuste de valores de operación de la aplicación, p. ej., durante la puesta en servicio del brazo de robot, pero normalmente el integrador no tiene acceso al ajuste de valores de operación estándar.

Por el término predeterminado, debe entenderse aquí como un valor, p. ej., de un valor de operación que se determina antes de la ejecución del código de programa utilizado por el controlador de robot para controlar el movimiento del brazo multipropósito de robot. Los valores estándar de los parámetros de operación pueden formar parte de un paquete de programa estándar almacenado en la memoria 221 que se comunica con el controlador de robot. Esto es ventajoso ya que tiene el efecto de que, cuando se programa un proceso de operación para un brazo multipropósito de robot, esto se puede hacer fácilmente usando los comandos de operación básicos predeterminados que tienen parámetros de operación limitados o definidos por valores de operación.

El valor de operación de los parámetros de operación utilizados en un comando de operación específico de la aplicación, se denomina valor de operación de la aplicación. Los valores de operación de la aplicación normalmente también son predeterminados. Dicho esto, los valores de operación de aplicación predeterminados pueden ajustarse, p. ej., mediante un integrador de robot al instalar y adaptar el brazo multipropósito de robot a la tarea particular que su herramienta defina para su operación.

Como se mencionó, los valores de operación son valores que definen, p. ej., la velocidad y el par de torsión relacionados con el movimiento y la operación general del brazo multipropósito de robot. Por lo tanto, los valores de operación pueden ser tanto un punto de ajuste, como un punto de referencia, valores máximos, mínimos, e incluso valores promedio, para un parámetro de operación utilizado durante un proceso de operación del brazo de robot. Por lo tanto, en las realizaciones de la invención, los valores de operación estándar y de la aplicación pueden verse como valores mínimos, máximos, o incluso promedio, para los parámetros de operación utilizados en los comandos de operación básicos.

Algunos de estos umbrales o valores de punto de ajuste definen conjuntamente valores superiores e inferiores (umbrales) para un parámetro de operación determinado, y otros definen un valor superior o uno inferior. Un valor superior de, p. ej., una velocidad, junto con una velocidad inicial que, en un ejemplo, podría ser de 0 m/s, define una ventana de operación permitida del parámetro de operación particular y, por lo tanto, del comando de operación básico. Una ventana de operación permitida también se puede definir mediante un valor umbral superior e inferior.

Debe mencionarse que al usar los términos exactitud y precisión, se debe entender lo siguiente. En los campos de la ciencia y la estadística, la exactitud es el grado de conformidad de una cantidad medida o calculada con su valor real (verdadero). La exactitud está estrechamente relacionada con la precisión, también denominada reproducibilidad o repetibilidad; el grado en que otras mediciones o cálculos muestran resultados iguales o similares. Los resultados de los cálculos o mediciones pueden ser exactos, pero no precisos; precisos pero no exactos; ninguno de los dos; o ambos. En consecuencia, cuando se hace referencia al control exacto del brazo de robot, se hace referencia a su capacidad para moverse a través de puntos determinados, es decir, qué tan cerca (o exacto) está el brazo de robot que se mueve a través de dichos puntos. Además, cuando se hace referencia a un control preciso del brazo de robot, se hace referencia a su capacidad para seguir la misma ruta a través de dichos puntos un ciclo tras otro.

Como se mencionó, el controlador de robot utiliza el código de programa para controlar el movimiento (mediante comandos de operación básicos) del brazo multipropósito de robot. Al menos parte del código de programa se desarrolla como un paquete de programa estándar que se entrega con el brazo multipropósito de robot. El código de programa comprende una pluralidad de diferentes comandos de operación básicos que, cuando el controlador de robot los ejecuta, determinan un movimiento del brazo multipropósito de robot. Un ejemplo de esto podría ser avanzar, retroceder, subir, bajar, girar a la derecha, girar a la izquierda, moverse a un punto de referencia, rotar, etc. Además, el código de programa puede incluir comandos de operación de herramientas específicos que se desarrollen para controlar una herramienta estándar conocida o una herramienta especializada. El código de programa para dicha herramienta especializada puede ser desarrollado por el desarrollador de la herramienta especializada, para cumplir con las interfaces del código de programa del paquete de programa estándar.

El paquete de programa estándar puede almacenarse en la memoria a la que el controlador de robot esté conectado comunicativamente. El código de programa puede comprender una primera capa de código que monitoriza la seguridad del brazo multipropósito de robot. Esta parte del código del programa monitoriza los parámetros de operación predefinidos y, si se cruzan los valores límite de parada dura de los mismos, se inicia la parada dura del brazo multipropósito de robot. El integrador no tiene permitido cambiar ninguna configuración de esta parte del código de programa, especialmente los valores de umbral de parada dura. La parada dura se considera lo mismo que una parada de emergencia presionada por una persona que observa una situación peligrosa que requiere la parada inmediata del proceso de operación del brazo de robot. La primera capa también se puede integrar como un sistema redundante en el que dos sistemas independientes están configurados para ejecutar la primera capa de código.

El código de programa puede comprender, además, una segunda capa de código que controle el movimiento del brazo multipropósito de robot. Esta parte del código de programa comprende los comandos de operación básicos que, dentro de los denominados valores de umbral de parada suave, controlan el movimiento del brazo multipropósito de robot. A diferencia de la parada dura, es posible que la parada suave no requiera un reinicio completo del controlador del robot, sino solo un restablecimiento manual para continuar con la operación cuando se active. Si es necesario, en algunas realizaciones, el integrador puede acceder y ajustar esta parte del código de programa. Sin embargo, esto no es beneficioso, ya que el comando de operación básico y los valores de operación estándar se desarrollan cuidadosamente con respecto al modelo dinámico, equilibrando el rendimiento, la velocidad y la vida útil del brazo multipropósito de robot y, por lo tanto, se debe tener cuidado al ajustar el código de programa.

El código de programa puede comprender, además, una tercera capa de código que controle los comandos de operación específicos de la herramienta. Esto incluye los comandos de operación básicos en los que los valores de operación estándar se sustituyan por los valores de operación de la aplicación y, además, se pueden usar comandos de operación específicos de la herramienta. El integrador puede ajustar el código en esta capa cuando se ejecuta en el brazo multipropósito de robot. Esto es especialmente cierto si los ajustes de los valores de operación de la aplicación solo se permiten con rangos predeterminados.

Como se describió anteriormente, el brazo multipropósito de robot facilita el control de una pluralidad de herramientas de robot diferentes. Las herramientas de robot están desarrolladas específicamente para realizar una tarea en particular y, cuando se conectan a la brida de la herramienta del robot, dedican el brazo multipropósito de robot a resolver un problema específico o realizar una tarea específica. En consecuencia, el brazo multipropósito de robot se puede transformar en un brazo de robot de soldadura, un brazo de robot de manipulación, un brazo de robot de corte, un brazo de robot de asistencia a máquinas, un brazo de robot de ensamblaje, un brazo de robot de calidad, un brazo de robot de material, un brazo de robot de adición de material, por mencionar solo algunas de las posibles formas de transformar el brazo multipropósito de robot en un brazo de robot específico. Como se indica, el tipo específico de brazo de robot viene determinado por la herramienta de robot unida a la brida de la herramienta del robot.

Por lo general, la herramienta del robot unida a la brida de la herramienta del robot requiere la interacción con el controlador de robot. La interacción debe entenderse cuando la herramienta se comunica con el controlador de robot y viceversa. Desde el controlador de robot, la comunicación se establece normalmente mediante un código de programa dedicado a la herramienta del robot montada junto con un código de programa dedicado al control del brazo multipropósito de robot. Ejemplos no limitativos de esto último podrían ser los comandos de operación básicos que, cuando se ejecutan, facilitan el movimiento del brazo de robot mediante el control de las articulaciones 103 del robot y los motores 217 de las articulaciones. Desde la herramienta del robot, la comunicación se establece normalmente mediante señales de entrada/salida digitales o analógicas comunicadas entre la E/S de la herramienta y la E/S del controlador. La E/S de la herramienta puede comprender, además, terminales de alimentación para alimentar una herramienta del robot. Los ejemplos de comunicación entre la herramienta del robot y los sensores relacionados con la misma y el controlador de robot, se ilustran y describen en relación con la Figura 1.

Por lo tanto, el controlador de robot controla la herramienta del robot, p. ej., controlando la corriente que pasa a la E/S de una herramienta, y cambiando el estado de los puertos de salida de la interfaz de E/S de la herramienta y, por lo tanto, enviando, p. ej., una “ señal de apertura” a una válvula de la herramienta del robot que permita que la herramienta del robot pulverice, suelde, apriete, etc.

Además de los comandos de operación básicos que controlan los movimientos del brazo multipropósito de robot, el código de programa ejecutado por el controlador del robot también puede incluir comandos de operación específicos de la herramienta. Los comandos de operación específicos de la herramienta son comandos que se desarrollan específicamente para la herramienta acoplada a la brida de la herramienta del robot. Los comandos de operación específicos de la herramienta son comandos que no son necesarios para controlar el movimiento básico del brazo multipropósito de robot, es decir, podrían controlar una funcionalidad particular de la herramienta del robot. Por lo tanto, cuando se acopla una herramienta de robot, puede controlarse únicamente mediante los comandos de operación básicos, o mediante una combinación de comandos de operación básicos y comandos de operación específicos de la herramienta.

Al controlar algunas herramientas de robot, la configuración de los valores de operación estándar y, por lo tanto, la ventana de operación permitida no es suficiente para cumplir con la calidad o la apariencia del resultado de la tarea realizada por la herramienta del robot. Este problema se puede resolver controlando la herramienta del robot en un modo de operación de aplicación. Durante las veces que el robot se controla en el modo de aplicación, el modo de aplicación anula o actualiza los valores de operación estándar utilizados cuando el brazo de robot se controla según los comandos de operación básicos.

Normalmente, se conocen los requisitos para el resultado final del trabajo de la herramienta del robot y, por lo tanto, en función de esta información, el integrador que instala y pone en servicio el brazo de robot sabe cuándo controlar el brazo de robot según el modo de operación estándar (es decir, mediante comandos de operación básicos que utilizan valores de operación estándar) y cuándo controlar según el modo de operación específico de la aplicación (es decir, mediante comandos de operación específicos de la herramienta y/o comandos de operación básicos que utilizan valores de operación de la aplicación).

Cuando se determina controlar parte de un proceso de operación de robot del brazo de robot según un modo de operación específico de la aplicación, es necesario determinar también si los parámetros de operación relevantes se pueden usar con valores de operación estándar. Como se indica, este puede no ser siempre el caso y, por lo tanto, uno o más de los valores de operación estándar se actualizan con un parámetro de operación de la herramienta controlando el brazo de robot en el modo de operación específico de la aplicación.

Un programador puede (pre)determinar cuáles de los parámetros de operación y valores de operación de la presente memoria deben actualizarse con los valores de operación de la aplicación (y con qué valores) durante el desarrollo de la herramienta del robot o la integración de la herramienta del robot al brazo multipropósito de robot en un departamento de investigación y desarrollo. Posteriormente, el integrador puede ajustar los valores de operación de la aplicación, p. ej., mediante un proceso de prueba y error cuando el brazo multipropósito de robot esté instalado en la célula de robot donde va a realizar su tarea, o ambas cosas.

Los valores predeterminados de operación de la aplicación significan que se determinan o estiman antes de instalar el brazo multipropósito de robot en su celda de robot. Esto significa que cuando se usa el código de programa del modo de operación específico de la aplicación, los parámetros de operación relevantes ya están actualizados con los valores de operación de la aplicación. Por lo tanto, en esta situación, el brazo multipropósito de robot funciona como un brazo de robot específico cuando el controlador de robot ejecuta este código de programa. Esto no solo es ventajoso, sino que también es necesario en la mayoría de los casos, ya que lo más probable es que el integrador no tenga un conocimiento profundo de la dinámica de un robot multipropósito y, por lo tanto, no sepa a qué parámetro ajustar los valores a fin de obtener el efecto deseado. De hecho, ajustar un parámetro puede tener un efecto no deseado en las funcionalidades no deseadas. El establecimiento predeterminado de los valores de operación es ventajoso ya que el integrador no tiene que dedicar tiempo a la programación. Si el integrador va a realizar la programación, tan solo se trataría de ajustar los valores de operación o combinar los comandos de operación básicos predeterminados en el modo de operación estándar y/o de la aplicación. De este modo, el integrador puede configurar el brazo de robot de manera más eficiente y con menos riesgo de fallas en la operación.

Esto se ilustra con un ejemplo sencillo de un requisito para suprimir las vibraciones no deseadas. Normalmente, el usuario o el integrador pueden registrar dichas vibraciones, pero ninguno de ellos sabe qué parámetros de operación/valores de operación deben ajustarse para suprimir las vibraciones. Además, al menos no el usuario, pero lo más probable tampoco el integrador, tiene acceso a la parte del código de programa en el que se deben ajustar los parámetros relevantes para suprimir las vibraciones. Este problema se resuelve mediante la presente invención al incluir en el código de programa un modo de operación específico de una aplicación especializada cuyos valores de operación están diseñados para optimizar el control de cualquier herramienta de robot, en este caso, para suprimir las vibraciones, independientemente de qué herramienta de robot se monte en el brazo de robot.

Debe mencionarse que los comandos de operación básicos y los comandos de operación específicos de la herramienta del modo de operación específico de la aplicación, también pueden optimizarse para un movimiento o tarea particular que pueda utilizarse por una pluralidad de herramientas de robot diferentes. Dicha optimización incluye al menos cambiar los valores de operación de los parámetros de operación para los comandos de movimiento utilizados en el (segundo) subconjunto de parámetros de operación del modo de operación específico de la aplicación, en comparación con los mismos parámetros de operación utilizados en el modo de operación estándar. Por lo tanto, en el ejemplo de supresión de vibraciones, se puede diseñar y utilizar un modo de operación de supresión de vibraciones particular para optimizar el movimiento del brazo multipropósito de robot para un movimiento constante de cualquier tipo de la herramienta del robot.

Dicho esto, el integrador puede evaluar el resultado final del trabajo de la herramienta de robot con un representante del propietario del brazo multipropósito de robot y, si es necesario, ajustar uno o más de los valores de operación de la aplicación.

En una realización, solo es posible que el integrador ajuste los valores de los parámetros de operación definidos o utilizados en el modo de operación específico de la aplicación. Es posible que los valores de operación de los parámetros de operación utilizados en el modo de operación estándar no se ajusten. Esto se debe a que, de este modo, se reduce el riesgo de ajustar algo que comprometa la seguridad o el estado de los componentes del robot.

Si se permite ajustar alguno de los valores de operación, se puede predeterminar una ventana de valores de operación permitidos para cada uno de los parámetros de operación relevantes. Por lo tanto, independientemente de qué valor de operación se utilice en cualquier modo de operación, preferiblemente se permitirá una ventana de operación de los parámetros de operación para garantizar que no se alcancen al menos los valores de parada dura. De nuevo, esto garantiza que la operación cumpla con la seguridad requerida y la carga de los componentes del robot.

El modo de operación de la aplicación se introduce cuando la herramienta del robot está en una posición predeterminada. Esta posición puede ser la posición de la herramienta del robot en o justo antes de la activación de la herramienta del robot. Puede ser una posición alcanzada por la herramienta de robot después de que se haya activado. Este puede ser el caso si los requisitos para una parte particular del proceso de operación del robot son mayores que para otras partes del proceso de operación del robot. El controlador de robot puede conocer esta posición a partir de la información del código de programa proporcionado por el integrador o a partir de la entrada de los sensores 109 de fuerza, los sensores 115 de aceleración, etc.

Además, el modo de operación de la aplicación también puede introducirse cuando el código de programa alcance un punto particular en el código de programa o en un nodo de programa particular. Finalmente, debe mencionarse que durante un proceso de operación del robot, el controlador de robot puede cambiar varias veces el modo de operación entre el modo estándar y el modo de aplicación. Este podría ser el caso, p. ej., si una herramienta de soldadura tiene que soldar varias veces en diferentes lugares de un objeto. En esta situación, se puede entrar en el modo de aplicación cada vez que se active la herramienta de soldadura.

De lo anterior, se entiende que cuando se monta una herramienta, se puede decir que opera en lo que puede denominarse el régimen de control multipropósito, que puede ser suficiente para una amplia gama de tareas/herramientas. Sin embargo, para algunas aplicaciones, puede que no sea suficiente controlar la herramienta de robot según el régimen o la configuración multipropósito para obtener un resultado deseado o requerido de la tarea realizada por la herramienta del robot.

Para resolver este problema, según la presente invención, las herramientas de robot que se pueden montar en la brida de la herramienta del robot se dividen en varios grupos principales de herramientas, cada uno de los cuales comprende varios subgrupos de herramientas; véase la Tabla 1 a continuación. Los inventores de la presente invención también han definido comandos de operación básicos, entre los que figuran parámetros de operación particulares que pueden requerir un valor de operación (herramienta) actualizado, sugerencias para dichos valores de operación de la aplicación actualizados, y la duración del tiempo en que se permite que el brazo multipropósito de robot se opere según los valores de operación de la aplicación. La duración debe entenderse como un período de tiempo en el que se permite operar el brazo multipropósito de robot según el valor de operación de la aplicación; puede haber varias de estas “ duraciones” durante un proceso de operación del robot.

Tabla 1: Grupos principales de herramientas con subgrupos de herramientas.

Ejemplos no limitativos de configuraciones de varios modos de operación específicos de la aplicación: Ejemplo 1

Ejemplo 2

Ejemplo 3

Ejemplo 4

La Tabla 2 ilustra una lista no exhaustiva de los comandos y configuraciones de operación que se utilizan en el control de un brazo multipropósito de robot. Algunos de los valores de operación listados solo son relevantes cuando se monta una herramienta de robot específica en la brida de la herramienta del robot. En la columna de comentarios se mencionan algunas notas para explicar el tipo de valor de la operación y dentro de qué grupo de herramientas son relevantes. Se observa que no hay comentarios sobre todos los valores de operación, ya que algunos se explican por sí mismos para un experto en la técnica.

Tabla 2.

Es posible que el código de programa genérico desarrollado para el brazo multipropósito de robot no permita, p. ej., que un proceso de soldadura se realice con una exactitud o precisión suficientes. En esta situación, cuando se monta y controla una herramienta de soldadura, esto se puede hacer en parte mediante un código de programa específico de la aplicación, que puede entregarse por un tercero que entrega la herramienta de soldadura. Dicho código de programa específico de la aplicación interconecta el código de programa del paquete de datos entregado con el brazo multipropósito de robot. En consecuencia, el brazo multipropósito de robot se opera ahora en el régimen de un robot de soldadura especial en el que el código de programa específico de la aplicación se considera una “tercera capa de código de programa” utilizando los comandos de operación básicos de la “ segunda capa de código de programa” . Sin embargo, como se explicó anteriormente, los comandos de operación básicos pueden no ser suficientes para operar la herramienta de soldadura o los valores de operación que definen una ventana de operación permitida y, por lo tanto, limitar los comandos de operación básicos puede no estar optimizado para controlar las herramientas de soldadura.

En una realización como la ilustrada en la Figura 4, una herramienta 430 de soldadura está montada en la brida 407 de la herramienta del robot, lo que convierte el brazo 401 multipropósito de robot en un brazo de robot de soldadura. Por lo tanto, al activar la herramienta 430 de soldadura, el robot de soldadura entra en el modo de operación específico de la aplicación. La Figura 4 ilustra la herramienta 430 de soldadura que es para soldar el objeto 1 y el objeto 2 entre sí. Como se mencionó, en el modo de operación específico de la aplicación, al menos parte de los comandos de operación básicos se usa con los valores de operación de la aplicación (segundo subconjunto de la Figura 3). Además, este modo de operación también puede incluir comandos de operación específicos de la herramienta (no ilustrados en la Figura 3).

Más específicamente, en una realización específica, el robot de soldadura se controla según el comando básico de operación directa que, por lo tanto, forma parte tanto del primer como del segundo subconjunto de comandos de operación básicos. Cuando se usa en el modo de operación específico de la aplicación, es decir, cuando la herramienta de soldadura está activada (herramienta activada en la Figura 4), tiene un valor de operación de la aplicación para el comando básico de operación hacia adelante, que define una velocidad de operación más baja (p. ej., 0,1-0,3 m/s). Esta velocidad de operación es menor en comparación con la velocidad de operación utilizada en el mismo comando básico de operación hacia adelante o similar utilizado en el modo de operación estándar cuando la herramienta 430 de soldadura se mueve al punto de inicio de la soldadura, es decir, cuando la herramienta de soldadura no está activada (p. ej., 0,3-0,5 m/s).

Otra realización específica es cuando una herramienta 531 de atornillado está montada en la brida 507 de la herramienta de robot, lo que convierte el brazo 501 multipropósito de robot en un brazo de robot de atornillado, véase la Figura 5. El uso de una herramienta de atornillado según los valores de operación estándar puede provocar problemas debido a la distribución de una fuerza y par demasiado altos desde la herramienta de atornillado a las articulaciones del robot, debido a la inercia provocada por la aceleración y la desaceleración de la velocidad de la herramienta de atornillado.

En consecuencia, justo antes de activar la herramienta de atornillado (herramienta no activada en la Figura 5), p. ej., cuando la herramienta de atornillado se coloca delante del tornillo 532 y la herramienta de atornillado está activada (herramienta activada en la Figura 5), el régimen cambia del modo de operación estándar al modo de operación de aplicación y, por lo tanto, el comando básico de operación “ hacia abajo” que forma parte del modo de operación estándar y específico de la aplicación, se controla según una operación de aplicación valorada según el par de torsión permitido que actúa sobre las articulaciones del robot. Este valor de operación de la aplicación puede tener un valor (p. ej., 200 Nm) en el modo de operación específico de la aplicación en relación con una aplicación de extracción de tornillos, y tener un valor diferente (p. ej., 300) en el modo de operación específico de la herramienta en relación con la herramienta de atornillado específica acoplada al brazo del robot. Por lo tanto, mientras la herramienta de atornillado esté activa, los límites de fuerza y par que actúan sobre las articulaciones del robot, se ajustan para permitir un mayor par de torsión en comparación con cuando la herramienta de atornillado no está activada.

Por ejemplo, el brazo de robot ilustrado en las Figuras 1 y 2, puede estar provisto de una herramienta de atornillado y, en el modo de operación de aplicación, en el que la herramienta de atornillado está configurada para apretar el tornillo, el controlador del robot puede configurarse para mover la articulación de la herramienta del robot en la dirección de apriete del tornillo, de modo que la herramienta de atornillado seguirá al tornillo durante el proceso de apriete. Además, el controlador del robot puede configurarse para monitorizar el par de torsión proporcionado a la brida de la herramienta del robot, detectando el par de torsión utilizando el sensor 109 de fuerza y par. En caso de que se detecte un par de torsión, el controlador de robot, en el modo de operación de la aplicación, cambiará el brazo del robot a un modo de operación que permita y compense el par de torsión detectado. Por ejemplo, proporcionando un valor de operación de la aplicación que especifique un mayor límite de par de torsión en comparación con el modo de operación estándar.

En general, explicada con referencia al ejemplo del robot atornillador, la denominada fuerza de proceso, es decir, las fuerzas introducidas por la operación de la herramienta del robot (inercia por la rotación y el inicio/parada de la misma) se anula por el valor, el valor de operación estándar cambia cuando se cambia de su valor de operación estándar a su valor de operación de aplicación. Esto significa que, en el ejemplo de atornillado, el robot atornillador alcanzará el valor umbral de parada suave (también puede denominarse límite superior para el intervalo de operación permitido) por el impacto de una fuerza externa (p. ej., por una colisión con una persona) que aplique la misma fuerza al robot atornillador tanto cuando opera en el modo de operación estándar, como en el modo de operación específico de la aplicación. En consecuencia, el valor de operación de la aplicación puede determinarse por el tamaño de la fuerza de proceso esperada aplicada desde una herramienta de robot.

A partir de lo anterior, queda claro ahora que la presente invención se refiere a un robot multipropósito que puede operar como un robot de aplicación específica. Esto se obtiene ajustando los valores de operación, cambiando así la ventana de operación permitida de uno o más valores de operación. El cambio de la ventana de operación permitida puede restringir o ampliar los límites de operación permitida del brazo multipropósito de robot o de la herramienta del robot, durante una parte del proceso de operación del robot. La parte del modo de operación en la que se cambia la ventana de operación permitida, se denomina modo de operación de aplicación específica. Una diferencia entre el modo de operación estándar y el modo de operación de aplicación específica, es que en este último, uno o más valores de operación estándar se actualizan a valores de operación específicos de la herramienta.

Puede permitirse la operación del brazo multipropósito de robot en el modo de operación de la aplicación específica, es decir, cuando se permita actualizar los valores de operación estándar, cuando la herramienta de robot de la celda de robot se encuentre dentro de un área virtual definida. Un ejemplo de esto es entre dos posiciones específicas de la herramienta de robot en la celda del robot. En consecuencia, los límites ajustables por el usuario, es decir, los valores de los parámetros de operación que definen la ventana de operación en el modo de operación específico de la aplicación, los monitoriza el controlador de robot. Si, por alguna razón inesperada no se infringen estos límites o no se registra ninguna infracción, y el valor infringe un valor umbral de parada dura para el parámetro o parámetros de operación en particular, o de otro tipo, el controlador de robot realiza una parada dura del brazo de robot.

Por lo tanto, mediante el control de un brazo multipropósito de robot según la presente invención, es posible aumentar la calidad, la exactitud, la precisión, la velocidad y la apariencia de una tarea realizada por la herramienta del robot.

Además, las herramientas de robot que antes no eran posibles aprovechar por completo, ahora pueden aprovecharse por completo mediante la presente invención. Un ejemplo, es una herramienta de atornillado que, al arrancar y detenerse, expone el brazo multipropósito de robot a una fuerza que actúa sobre las articulaciones del robot. Esta fuerza aumenta con la velocidad de atornillado y con el aumento del par de torsión con el que se aprieta el tornillo. En consecuencia, para aprovechar al máximo, p. ej., la velocidad de una herramienta de atornillado y reducir así el tiempo que tarda un proceso de operación del robot, el límite superior de un valor de operación de par de torsión permitido se aumenta solo durante el tiempo que la herramienta de atornillado esté operando.

Esto se puede permitir sin comprometer la seguridad, ya que la operación de atornillado se realiza en una ubicación conocida de la celda del robot, donde el aumento del par de torsión solo puede provenir de la herramienta del robot, y no de la colisión con obstáculos, tal como un ser humano.

Debe mencionarse que el nuevo límite superior debe elegirse como un compromiso entre los beneficios obtenidos de este modo y los daños o el desgaste que, p. ej., un mayor par de torsión puede provocar en los componentes del robot. En consecuencia, un brazo de robot se puede operar según al menos dos modos de operación. En estos modos de operación, el brazo de robot utiliza una o más de los mismos comandos de operación básicos, sin embargo, los valores de operación que definen el comando de operación básico no son idénticos en los dos modos de operación. En un modo de operación estándar, los valores de operación son valores estándar, mientras que los valores de operación utilizados en el modo de operación de aplicación permiten una operación más flexible de la herramienta del robot. Aquí, el término flexible debe entenderse como que incluye una más o menos restringida y optimizada para un determinado rendimiento (más rápida, más precisa, etc.).

Breve descripción de las referencias de las figuras

Claims

REIVINDICACIONES

i. Un brazo (101) multipropósito de robot que comprende una pluralidad de articulaciones (103a-103f) de robot que conectan una base (105) de robot y una brida (107) de robot de dicho brazo (101) multipropósito de robot, dicho brazo multipropósito de robot comprende un controlador (102) de robot configurado para controlar el brazo (101) multipropósito de robot en un modo de operación estándar y en un modo de operación específico de la aplicación, durante una parte del proceso de operación de un brazo de robot,

en donde el controlador (102) de robot está configurado para controlar el brazo (101) multipropósito de robot durante el proceso de operación del brazo de robot según una pluralidad de comandos de operación básicos predeterminados, los comandos de operación básicos se definen, al menos parcialmente, por uno o más parámetros de operación,

en donde el controlador (102) de robot está configurado para controlar el brazo (101) multipropósito de robot en el modo de operación estándar durante una parte del proceso de operación del brazo de robot, según un primer subconjunto de los comandos de operación básicos, en donde al menos uno de los uno o más parámetros de operación que definen los comandos de operación básicos del primer subconjunto, está limitado por al menos un valor de operación estándar, en donde el controlador (102) de robot está configurado para controlar el brazo (101) multipropósito de robot en el modo de operación específico de la aplicación durante una parte del proceso de operación del brazo de robot, según un segundo subconjunto de los comandos de operación básicos, en donde los comandos de operación básicos del segundo subconjunto están compuestos, al menos parcialmente, por el primer subconjunto de comandos de operación básicos, y en donde al menos uno de los uno o más parámetros de operación que definen los comandos de operación básicos del segundo subconjunto, está limitado por al menos un valor de operación de la aplicación, en donde una ventana de operación permitida del brazo multipropósito de robot, cuando se opera según los comandos de operación básicos definidos por el valor de operación estándar, es diferente de la ventana de operación permitida del brazo multipropósito de robot, cuando se opera según los comandos de operación básicos definidos por el valor de operación de la aplicación, en donde una ventana de operación son los valores de un rango de parámetros de operación que definen los límites para la operación del brazo de robot, y

en donde el valor de operación de la aplicación se define por una propiedad deseada de la operación del brazo (101) multipropósito de robot en el modo de operación específico de la aplicación, en donde la propiedad deseada se determina mediante una herramienta (430, 531) de robot montada en la brida (107) de la herramienta del robot, ajustando así una ventana de operación permitida de un determinado parámetro de operación.
2. Un brazo (101) multipropósito de robot según la reivindicación 1, en donde el controlador (102) de robot está configurado para controlar el brazo (101) multipropósito de robot en el modo de operación estándar durante una primera parte del proceso de operación, en el modo de operación específico de la aplicación durante una posterior parte del proceso de operación del brazo de robot, y nuevamente en el modo de operación estándar durante una parte final del proceso de operación del brazo de robot.
3. Un brazo (101) multipropósito de robot según las reivindicaciones 1 o 2, en donde el controlador (102) de robot está configurado solo para controlar el brazo (101) multipropósito de robot en el modo de operación específico de la aplicación cuando la herramienta (430, 531) del robot esté activa.
4. Un brazo (101) multipropósito de robot según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el modo de operación de aplicación comprende, además, comandos de operación específicos de la herramienta.
5. Un brazo (101) multipropósito de robot según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el controlador (102) de robot está configurado para controlar al menos uno de los comandos de operación básicos del segundo subconjunto, que también forman parte del primer subconjunto de comandos de operación básicos, según el valor de operación de la aplicación.
6. Un brazo (101) multipropósito de robot según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el valor de operación de la aplicación de un parámetro de operación de fuerza, se determina estableciendo la fuerza de proceso esperada o los pares de torsión de proceso esperados, aplicados desde la herramienta (430, 531) del robot.
7. Un brazo (101) multipropósito de robot según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el brazo (101) multipropósito de robot, con una herramienta (430, 531) de robot, en un primer proceso de operación del brazo de robot, se controla con un primer conjunto de valores de operación de la aplicación y, en un segundo brazo de robot, el proceso de operación de un segundo brazo de robot, se controla con un segundo conjunto de valores de operación de la aplicación.
8. Un brazo (101) multipropósito de robot según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el valor de operación de la aplicación es un valor de parada suave, y en donde el controlador (102) de robot está configurado para detener la operación del robot multipropósito si se cruza el valor de parada suave.
9. Un brazo (101) multipropósito de robot según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde los valores de operación estándar y los valores de operación de la aplicación, están predeterminados para una pluralidad de comandos de operación básicos.
10. Un brazo (101) multipropósito de robot según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde los valores de operación estándar y una pluralidad de diferentes valores de operación de la aplicación, están predeterminados para al menos un comando de operación básico.
11. Un brazo (101) multipropósito de robot según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde los valores de operación de los comandos de operación básicos utilizados en el modo de operación específico de la aplicación están predeterminados, y en comparación con los valores de operación de los mismos comandos de operación básicos utilizados en el modo de operación estándar, son menos restrictivos.
12. Un brazo (101) multipropósito de robot según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde los valores de operación utilizados en el modo de operación estándar están protegidos contra los cambios.
13. Un brazo (101) de robot multipropósito según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde se permite ajustar los valores de operación dentro de una ventana predeterminada definida por valores de umbral de parada dura.
14. Un método para controlar un brazo (101) multipropósito de robot que comprende una pluralidad de articulaciones (103) de robot que conectan una base (105) de robot y una brida (107) de la herramienta del robot de dicho brazo (101) multipropósito de robot, dicho brazo (101) de robot multipropósito comprende un controlador (102) de robot que controla el brazo (101) multipropósito de robot en un proceso de operación del brazo de robot, según:

-un código de programa de primer nivel que monitoriza los valores de operación de los parámetros de operación durante la operación del brazo (101) multipropósito de robot, en donde el control de primer nivel inicia una parada dura de la operación del brazo (101) multipropósito de robot si un valor de operación está fuera de un rango de seguridad predeterminado,

-un código de programa de segundo nivel que controla los movimientos básicos del brazo (101) multipropósito de robot, según los comandos de operación básicos definidos por dichos parámetros de operación que tienen valores de operación estándar, y

-un código de programa de aplicación de tercer nivel que controla los movimientos básicos del brazo (101) multipropósito de robot, según los comandos de operación básicos definidos por dichos parámetros de operación que tienen valores de operación de aplicación,

en donde durante una primera parte de un proceso de operación de un brazo de robot, el brazo (101) multipropósito de robot se controla por el código de programa de segundo nivel mediante una pluralidad de comandos de operación básicos definidos por los valores de operación estándar, en donde durante la primera parte del proceso de operación del brazo de robot, el brazo multipropósito de robot se controla en un modo de operación estándar según un primer subconjunto de los comandos de operación básicos definidos por uno o más parámetros de operación que tienen valores de operación estándar,

en donde durante una segunda parte del proceso de operación del brazo de robot, el brazo (101) multipropósito de robot se controla por el código de programa de aplicación de tercer nivel, en donde durante la segunda parte del proceso de operación del brazo de robot, el brazo multipropósito de robot se controla en un modo de operación específico de la aplicación, según un segundo subconjunto de los comandos de operación básicos definidos por uno o más parámetros de operación que tienen valores de operación de la aplicación,

en donde el código del programa de aplicación de tercer nivel está determinado por una propiedad deseada de la operación del brazo (101) multipropósito de robot en el modo de operación específico de la aplicación,

en donde la propiedad deseada se determina mediante una herramienta (430, 531) de robot montada en la brida (107) de la herramienta del robot, ajustando así una ventana de operación permitida de un determinado parámetro de operación,

en donde una ventana de operación son los valores de un rango de parámetros de operación que definen los límites para la operación del brazo de robot

en donde durante la primera y la segunda parte del proceso de operación del brazo de robot, el brazo de robot se monitoriza, además, mediante el código de programa de primer nivel.
15. Un método para controlar un brazo (101) multipropósito de robot según la reivindicación 14, en donde el método comprende una etapa previa a la operación para definir un valor para uno o más parámetros de operación que definen una ventana de operación utilizada por el controlador de robot cuando opera el brazo de robot en el modo de operación específico de la aplicación.