CH639584A5 - Automate susceptible d'apprentissage. - Google Patents

Automate susceptible d'apprentissage. Download PDF

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CH639584A5
CH639584A5 CH756880A CH756880A CH639584A5 CH 639584 A5 CH639584 A5 CH 639584A5 CH 756880 A CH756880 A CH 756880A CH 756880 A CH756880 A CH 756880A CH 639584 A5 CH639584 A5 CH 639584A5
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Jacques Jacot-Descombes
Jean-Luc Monnier
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Microbo Sa
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    • B25J9/0081—Programme-controlled manipulators with master teach-in means
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G—PHYSICS
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    • G05B2219/36428—During teaching set torque instruction for motor to zero
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Description

La présente invention concerne un automate susceptible d'apprentissage comportant au moins un mobile déplaçable par rapport à un repère de référence suivant au moins un degré de liberté, et, pour chaque degré de liberté:
un actuateur répondant à un signal de commande pour entraîner le mobile en déplacement par rapport au repère de référence, et un capteur fournissant un signal de position représentant la position du mobile dans le repère de référence.
Pour un automate, la phase d'apprentissage, qui se distingue de la phase de fonctionnement normal, peut se définir de la manière suivante. L'opérateur commande directement l'automate pour qu'il effectue les déplacements qu'on souhaite lui voir faire dans la phase de fonctionnement normal. Durant cette phase d'apprentissage les déplacements commandés sont mémorisés. Ces informations mémorisées sont utilisées, dans la phase de fonctionnement normal, comme valeurs de consigne pour que l'automate répète les déplacements appris précédemment, sans que l'opérateur ait à intervenir.
Le brevet US 4 163 183 décrit un automate programmable dont les éléments présentent un certain nombre de possibilités de mouvement. Chaque mouvement est appris séparément.
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Il existe une boucle d'apprentissage par mouvement. Durant l'apprentissage d'un mouvement, les autres mouvements sont interdits. Pour cela, dans les boucles associées aux autres mouvements, les valeurs de consigne sont rendues égales aux informations de position mémorisées à la fin de la phase d'apprentissage de ces mouvements, ainsi ces autres mouvements sont interdits. L'apprentissage d'un mouvement particulier est commandé en actionnant directement l'actuateur par l'intermédiaire d'un bouton associé au mouvement, et le déplacement commandé correspondant est mémorisé.
Il en résulte que l'apprentissage d'un ensemble de mouvements pour effectuer une opération donnée est très long. En outre, l'apprentissage ne peut pas se faire en guidant manuellement l'automate.
C'est pourquoi le but de la présente invention est de proposer un automate susceptible d'apprentissage qui soit de mise en œuvre aisée.
Ce but est atteint par l'invention grâce aux moyens décrits dans la revendication 1.
En d'autres termes, l'apprentissage de l'automate se déroule de la manière suivante:
1) A chacun de plusieurs instants dits d'égalisation, ledit signal de commande est élaboré à partir du signal de position réelle et d'un signal de consigne identique audit signal de position réelle.
2) Durant chaque laps de temps s'écoulant entre deux instants d'égalisation successifs, ledit signal de commande est élaboré à partir dudit signal de position réelle et d'un signal de consigne dont la valeur est maintenue constante.
Ce mode spécial de fonctionnement est très avantageux car il permet au mobile de l'automate de prendre toute position désirée et de se maintenir dans cette position désirée malgré l'existence de forces dues par exemple à la pesanteur ou à l'inertie, qui sont appliquées sur le mobile de l'automate.
Ainsi, durant la phase d'apprentissage, l'automate se maintiendra de lui-même dans une position dans laquelle il aura été placé; ceci améliore considérablement la commodité de manœuvre de l'automate lors de cette phase d'apprentissage.
D'autres particularités et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs modes de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés dans lesquels:
la fig. 1 est une vue schématique en élévation d'un automate;
la fig. 2 est un schéma synoptique d'un ensemble de commande d'un automate selon un mode de réalisation de l'invention;
la fig. 3 est une vue en élévation et en coupe partielle montrant la pince de l'automate de la fig. 1 dans une position particulière que l'automate doit retenir;
la fig. 4 est un schéma synoptique de l'ensemble de commande d'un automate selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; et la fig. 5 est une vue en élévation et en coupe verticale partielle montrant un mode de réalisation particulier d'un générateur de signal de vitesse de consigne.
L'automate représenté sur la fig. 1 comprend un socle fixe 1 sur lequel une tourelle d'axe vertical 1 est montée à rotation autour de son axe 2a. Sur la tourelle 2 est montée une flèche comprenant un bras 3 articulé en 4 sur la tourelle 2, et un deuxième bras 5 articulé en 6 sur l'extrémité libre du bras 3. Le bras 5 porte, à son extrémité libre, un bras descendant 7 se terminant par une pince 8.
L'ensemble 7, 8 est monté sur le bras 5 pour pouvoir tourner autour de l'axe 7a du bras 7 (double flèche f)-
Des organes moteurs: moteur 9, vérins IO et 11, moteur 12, et vérin 13, commandent le déplacement de chaque élément 2, 3, 5, 7 et 8 par rapport à l'élément, respectivement 7, 5, 3,2 et 1, sur lequel il est monté. Ces moyens moteurs seront par la suite désignés par le terme générique d'actua-teurs. Un vérin 14 règle le degré de fermeture de la pince 8.
Chaque actuateur est commandé par un ensemble de commande tel que celui qui est représenté sur la fig. 2 ou celui qui est représenté sur la fig. 4. Sur ces figs 2 et 4 l'actuateur est désigné par le repère générique 20.
Comme on peut le voir sur la fig. 2, un mobile portant le repère générique 21 est commandé suivant un degré de liberté symbolisé sur le dessin par un trait d'axe 22, par un actuateur 20 répondant à un signal de commande A fourni par un circuit de commande 23. Le circuit de commande 23 comprend un circuit additionneur 24 recevant, d'une part, un signal P représentant la position réelle du mobile 21 par rapport au mobile sur lequel il est monté, et, d'autre part un signal de consigne C. Le circuit de commande 23 comprend en outre un second circuit 25 répondant au signal d'erreur s = P-C fourni par l'additionneur 24 pour fournir le signal de commande A dont la valeur est une fonction de l'erreur e.
Le signal P est fourni par un capteur de position 26 du mobile 21. Le signal C est fourni par une mémoire vive 27.
L'ensemble de commande représenté sur la fig. 2 comprend en outre une mémoire 28 pour mémoriser, en réponse à un signal d'enregistrement E, la position du mobile 21. A cet effet, la mémoire 28 est reliée à la sortie 27a de la mémoire vive 27 par une ligne 29 sur laquelle est interposé un interrupteur 30 dont la mise en position fermée est commandée par le signal d'enregistrement susmentionné.
La sortie du capteur de position 26 est également reliée à une entrée 27b de la mémoire vive 27 par une ligne 31 sur laquelle sont interposés, à la suite, un commutateur 32 et un interrupteur 33.
Le commutateur 32 est agencé pour être mis dans une position I représentée en traits continus sur la fig. 2, par l'application sur ledit commutateur 32 d'un signal mode-suit MS, et pour être mis dans une seconde position II représentée en tirets sur la fig. 2, par l'application sur ce commutateur 32 d'un signal mode-fonctionnement MF. Dans la position I, le commutateur 32 relie la borne d'entrée 27b au capteur de position 26, et dans la position II, ce commutateur 32 relie la borne 27b à une unité de commande 34 qui est reliée à la mémoire 28 et qui répond au signal mode-fonctionnement MF pour élaborer et appliquer sur la mémoire vive 27, successivement plusieurs signaux de consigne correspondant à des positions successives du mobile 21, la dernière de ces positions successives étant une position mémorisée dans la mémoire 28.
L'interrupteur 33 normalement ouvert, est mis en position de fermeture à l'apparition de chaque impulsion 35a d'un signal d'horloge 35 fourni par un circuit d'horloge 36.
La fig. 3 représente une position particulière de la pince 8 de l'automate représenté sur la fig. 1, position que l'on désire enseigner à cet automate. Dans cette position particulière, une tige 36 tenue par la pince 8 est située exactement dans l'axe d'un trou 37, ménagé dans une pièce 38, trou 37 dans lequel on désire introduire la tige 36.
On enseigne à l'automate cette position particulière de la façon suivante: on applique d'abord au commutateur 32 un signal mode-suit MS permettant la liaison entre la borne 27b et le capteur 26. On déplace ensuite la pince 8 par exemple à la main jusqu'à ce que ladite pince atteigne cette position particulière. On applique alors à l'interrupteur 30 le signal d'enregistrement E permettant l'enregistrement dans la mémoire 28 des données relatives à cette position particulière.
Bien entendu, il existe un interrupteur 30, un commutateur
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32, un capteur de position 26 et un actuateur 20 pour chaque degré de liberté de l'automate représenté sur la fig. 1, c'est-à-dire que, dans cet exemple particulier, il existe cinq jeux d'organes 20,26, 30 et 32, ainsi que cinq jeux d'organes 23 et 27. Il est à noter que, entre chaque impulsion 35a du signal d'horloge 35, le signal de consigne fourni par la mémoire vive 27 reste constant, de sorte que le circuit de commande 23 fournit à l'actuateur 20 un signal de commande tendant à maintenir immobile le mobile 21. Il en résulte que pour déplacer ce mobile 21 afin d'atteindre la position particulière à enseigner à l'automate, il est nécessaire de vaincre une force développée par l'actuateur 20 qui reçoit le signal de commande du circuit 23. Dans de nombreux cas, cette force développée par l'actuateur 20 est suffisamment faible pour qu'il soit encore possible de déplacer le mobile à la main lors de la phase enseignement de l'automate. Il existe cependant des cas où cette force est suffisamment élevée pour interdire tout déplacement à la main d'un mobile d'un automate lors de la phase enseignement. Dans ces cas, on peut utiliser des moyens de commande spéciaux qui seront décrits ci-dessous en référence aux figs 4 et 5.
Le circuit 25 fournit avantageusement, en réponse au signal e fourni par le circuit 24, un signal de commande A dont la valeur est une fonction f (e) de la valeur du signal e, cette fonction étant choisie pour que l'actuateur 20 répondant audit signal de commande puisse annuler la valeur du signal d'erreur s durant chaque laps de temps s'écoulant entre deux impulsions d'horloge successives 35a lorsque le mobile 21 se trouve dans ses conditions normales de fonctionnement, c'est-à-dire lorsque qu'il n'est soumis qu'aux forces de gravité et, dans certains cas, à d'autres forces qui interviennent lorsque l'automate effectue les opérations pour lesquelles il doit être programmé.
Le circuit 25 est également avantageusement agencé pour fournir un signal de commande non nul lorsque les valeurs des signaux de position (P) et de consigne (C) sont égales, afin de pouvoir compenser des contraintes extérieures statiques appliquées au mobile 21 dans ses conditions normales de fonctionnement. Ces contraintes extérieures statiques sont constituées principalement par le poids du mobile, mais elles peuvent comprendre en outre d'autres forces qui sont appliquées sur le mobile 21 lorsque l'automate effectue ses opérations normales.
A titre d'exemple, le circuit 25 peut être agencé pour fournir un signal de commande A de la forme de a0 + ats +
/le a2 — + a3 fedt, aD, a,, a2 et a3 étant des paramètres condì
stants associés à un domaine prédéterminé de valeurs du signal d'erreur s. Les paramètres a0, a], a2 et a3 sont choisis pour que l'actuateur 20 répondant au signal de commande A puisse annuler la valeur du signal d'erreur e durant chaque laps de temps s'écoulant entre deux impulsions d'horloge
35a successives lorsque le mobile 21 se trouve dans ses conditions normales de fonctionnement.
Sur la fig. 4, les éléments identiques ou analogues à ceux de la fig. 2 sont désignés par les mêmes références. L'ensemble de commande représenté sur la fig. 4 diffère de celui de la fig. 2 par le fait qu'il comporte en outre, pour chaque degré de liberté 22 du mobile 21, un capteur 39 de la vitesse dudit mobile et un second circuit de commande 40 répondant au signal v du capteur de vitesse 39 et à un signal de vitesse de consigne V fourni par un générateur de signal de consigne 41, pour appliquer sur l'actuateur 20 un second signal de commande Aj dont la valeur est fonction de l'écart entre les valeurs des signaux V et v. Selon l'exemple représenté sur la fig. 4, l'actuateur 20 reçoit un signal de commande qui est la somme des signaux A fournis par le circuit 23 et Aj fournis par le circuit 40, cette somme étant délivrée par un additionneur 42 recevant les signaux A et Ai. Le capteur de vitesse 39 est ici constitué par un circuit dérivateur recevant le signal de position du mobile fourni par le capteur de position 26.
La fig. 5 montre un exemple de réalisation du générateur de signal de vitesse de consigne 41. Comme on peut le voir sur la fig. 5, le mobile 21 est monté mobile sur une glissièie 43 suivant un axe, et il est entraîné en déplacement le long de cet axe à partir d'un moteur 44 entraînant une vis sans fin 45 se vissant dans un taraudage 46 du mobile 21. Le générateur de signal de vitesse de consigne comprend un levier de manœuvre 47 fixé sur un élément 48 qui est monté rotatif sur un axe 49 du mobile 21. L'élément rotatif 48 porte un contact 50 formant curseur d'un potentiomètre dont la résistance 51 est branchée entre les pôles + Vet -V d'une source de tension d'alimentation. Le contact 50 est relié par une liaison électrique 52 à une borne de sortie 53 sur laquelle on peut prélever le signal de vitesse de consigne V. Le levier 47 est maintenu dans une position de repos telle que représentée sur la fig. 5, par deux ressorts 54 fixés chacun, d'une part, audit levier 47 et, d'autre part, au mobile 21, pour appliquer sur la tige 47 deux forces antagonistes orientées perpendiculairement à l'axe de rotation 49 de l'élément 48, ces forces antagonistes se trouvant sur un axe parallèle à l'axe de déplacement du mobile 21.
Lorsque l'on déplace le levier 47 par exemple vers la droite sur la fig. 5, un signal de vitesse de consigne positif apparaît sur la borne 53. Ce signal de vitesse de consigne est appliqué sur le circuit 40 qui délivre à son tour un signal de commande A1 à l'additionneur 42. Ce dernier circuit applique sur la borne d'alimentation 44a du moteur 44 un signal convenable pour que ledit moteur 44 entraîne la vis sans fin 45 dans le sens permettant le déplacement du mobile 21 vers la droite sur la fig. 5. Un processus inverse se déroulerait si l'on déplaçait le levier 47 vers la gauche sur la fig. 5. Ainsi, un déplacement du levier 47 dans un sens entraîne un déplacement dans le même sens du mobile 21. Le signal de vitesse de consigne V fourni par le dispositif qui est décrit sur la fig. 5 est proportionnel à l'angle dont on fait pivoter le levier 47 par rapport à la position de repos de ce dernier.
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Claims (9)

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    REVENDICATIONS
    1. Automate susceptible d'apprentissage, comportant au moins un mobile (21) déplaçable par rapport à un repère de référence suivant au moins un degré de liberté (22), une mémoire (28) pour mémoriser, en réponse à un signal d'enregistrement (E), la position dudit mobile (21) par rapport audit repère de référence, et, pour chaque degré de liberté:
    un actuateur (20) répondant à un signal de commande (A) pour entraîner le mobile (21) en déplacement par rapport au repère de référence,
    un capteur (26) fournissant un signal de position (P) représentant la position du mobile par rapport audit repère de référence,
    un circuit délivrant un signal de consigne, et des moyens de commande pour élaborer ledit signal de commande (A) à partir dudit signal de consigne (C) et dudit signal de position (P),
    caractérisé en ce que ledit circuit délivrant le signal de consigne est agencé pour fournir,
    en réponse à un premier signal définissant une phase d'apprentissage, un signal de consigne qui, à chacun de plusieurs instants d'égalisation, est identique au signal de position (P) et, en dehors desdits instants, a une valeur constante, et,
    en réponse à un deuxième signal définissant une phase de fonctionnement normal, un signal de consigne (C) correspondant à au moins une position particulière du mobile (21) indépendante de la position réelle de ce dernier par rapport audit repère de référence.
  2. 2. Automate selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit délivrant le signal de consigne comporte un interrupteur (33) répondant à un signal d'horloge (35) dont chaque impulsion (35a) matérialise l'un desdits instants d'égalisation.
  3. 3. Automate selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comprennent un premier circuit (24) fournissant un signal d'erreur de position s = P—C en réponse aux signaux de position P et de consigne C, et un second circuit (25) fournissant, en réponse au signal d'erreurE, un signal de commande (A) dont la valeur est une fonction de la valeur du signal d'erreur s, cette fonction étant choisie pour que l'actuateur (20) répondant au signal de commande (A) puisse annuler la valeur du signal d'erreur e durant chaque laps de temps s'écoulant entre deux instants d'égalisation successifs lorsque le mobile (21) se trouve dans ses conditions normales de fonctionnement.
  4. 4. Automate selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande sont agencés pour fournir un signal de commande (A) non nul lorsque les valeurs des signaux de position (P) et de consigne (C) sont égales, afin de compenser des contraintes extérieurs statiques appliquées au mobile (21) dans ses conditions normales de fonctionnement.
  5. 5. Automate selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit second circuit (25) est agencé de manière que ladite fonction soit une somme comprenant des termes du type ajg ds , ds , ,, . , , .
    et a, —, ou — est la denvee par rapport au temps du signal dt dt d'erreur s et at et a2 sont des paramètres constants pour au moins un domaine prédéterminé de valeurs du signal d'erreur s, les paramètres a, et a2 étant choisis pour que l'actuateur (20) répondant audit signal de commande (A) puisse annuler la valeur du signal d'erreur s durant chaque laps de temps s'écoulant entre deux instants d'égalisation successifs lorsque le mobile se trouve dans ses conditions normales de fonctionnement.
  6. 6. Automate selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque degré de liberté (22) du mobile (21), un capteur (39) de la vitesse du mobile, et un circuit de commande (40) répondant au signal (v) du capteur de vitesse (39) et à un signal de vitesse de consigne (V), pour appliquer sur l'actuateur (20) un second signal de commande (A^ dont la valeur est fonction de l'écart entre la valeur du signal de vitesse de consigne (V) et celle du signal du capteur de vitesse (v).
  7. 7. Automate selon la revendication 6, caractérisé en ce que le signal de vitesse de consigne (V) est fourni par un générateur de signal de vitesse de consigne (41) comprenant un élément de manœuvre (47) monté sur le mobile (21) pour pouvoir être déplacé par rapport à ce dernier suivant ledit degré de liberté (22), un dispositif de rappel (54) de l'élément de manœuvre (47) vers une position de repos de ce dernier, et un convertisseur (48 à 51) couplé audit élément de manœu- | vre (47) pour fournir un signal de vitesse de consigne (V) dontla valeur est fonction du déplacement de l'élément de manœuvre (47) par rapport à sa position de repos.
  8. 8. Automate selon l'une des revendications 1 à 7, comprenant un bâti (1), un premier mobile (2) monté sur le bâti (1) pour pouvoir être déplacé par rapport à ce dernier suivant au moins un degré de liberté, et au moins un second mobile (3, 5,7, 8) monté sur le premier mobile (2) pour pouvoir être déplacé par rapport à ce dernier suivant au moins un degré de liberté, caractérisé en ce que ledit repère de référence associé à chaque mobile est un repère lié à l'élément sur lequel ledit mobile est monté.
  9. 9. Automate selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit second circuit (25) est agencé de manière que ladite somme comprenne un terme de la forme a3je dt, où a3 est un paramètre constant pour au moins un domaine prédéterminé de valeurs du signal d'erreur s, a3 étant également choisi pour que l'actuateur (20) puisse annuler la valeur du signal d'erreur durant chaque laps de temps s'écoulant entre deux instants successifs lorsque le mobile se trouve dans ses conditions normales de fonctionnement.
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