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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur
positionsabhängigen
Ereignisauslösung
für mindestens
eine Antriebsachse einer mit einem vorgegebenen Taktraster getaktet
betriebenen Bewegungssteuerung.
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Beim
Einsatz von Maschinen mit Antriebsachsen sind unter anderem auch
positionsabhängige Ereignisauslösungen,
wie beispielsweise bewegungsbezogene Schaltvorgänge, auszuführen. So können beispielsweise bei einer
Werkzeugmaschine Schaltvorgänge
an bestimmten Positionen der vom Werkzeug ausgeführten Bewegungsbahn durchzuführen sein.
Der Begriff "Position" umfasst dabei nicht nur
den Raumpunkt, an dem sich ein Werkzeug befindet, sondern auch die
Ausrichtung dieses Werkzeugs an diesem Raumpunkt. Bei einem Roboter wird
diese Ausrichtung gewöhnlich
mit dem Begriff "Orientierung" beschrieben.
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Die
DE 261 6187 A1 beschreibt
ein Verfahren zum Drucken von Einzelzeichen mit einem Matrixdruckwerk.
Es geht hierbei insbesondere um die Bewegung des einen Druckkopf
tragenden Wagens. Spaltenstellungen legen fest, wann Druckbefehle ausgeführt werden.
Um ungleichmäßige Verfahrgeschwindigkeiten
des Wagens und daher unterschiedlicher Zeitabstände zwischen dem Erreichen
der Spaltenstellungen zu vermeiden, wird bei dem Verfahren aus der
DE 261 6187 A1 ein
Vorlauf des Wagens definiert, im Rahmen dessen der Wagen eine gleichmäßige Geschwindigkeit
erreicht, so dass die Taktfrequenz für den Spaltentakt überhaupt
definierbar bzw. mit den Worten der Druckschrift gleichmäßig ist.
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Aus
der deutschen Patentschrift
DE
41 01 422 C2 ist ein Verfahren zum Auslösen von Schaltvorgängen während eines
von einem Roboter oder einer Werkzeugmaschine ausgeführten Bearbei tungsganges
bekannt. Hat der Roboter einen bestimmten Weg zurückgelegt,
so wird ein Schaltvorgang ausgelöst,
wenn die Daten, die den Weg des Roboters festlegen, den Daten entsprechen,
die für die
Schaltposition festgelegt sind.
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Aus
der europäischen
Patentschrift
EP 0
530 401 B1 ist ein Verfahren zum Auslösen von positionsbezogenen
Schaltvorgängen
während
eines von einem Roboter oder einer Werkzeugmaschine ausgeführten Bearbeitungsvorganges
bekannt. Hier ist ein definiertes Auslösen eines Schaltvorganges bei
Verfahrbewegungen beschrieben.
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Ferner
ist es üblich,
Bewegungssteuerungen getaktet auszuführen. Programmierbare Steuerungen
sind in der Lage, beispielsweise Folgeachsen abhängig von der Position einer
Leitachse zu starten oder zu beeinflussen. Der getaktete Betrieb
der Steuerungen bringt es mit sich, dass der Positionsvergleich,
seine Auswertung und im Fall eines positiven Vergleichsergebnisses
der Bewegungsbeginn der Folgeachsen nur im Taktraster eines Interpolatortaktes
erfolgen können.
Dadurch erfolgt der Bewegungsbeginn der Folgeachsen nicht genau
an der vorgesehenen Position der Leitachse.
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Beim
zyklischen Durchlauf eines Bewegungsablaufs, in dem mindestens eine
ereignisauslösende
Position erreicht wird, kommt es zum Auftreten eines sogenannten "Jitter", der zu einer Positionsdifferenz
in Abhängigkeit
vom Interpolationstakt und der Bewegung der auszulösenden Antriebsachse
führt. Wird
die ereignisauslösende
Position zwischen zwei Abfragezeitpunkten der getakteten Bewegungssteuerung
erreicht, so wird dies von der Bewegungssteuerung erst zum nächsten,
folgenden Abfragezeitpunkt detektiert. Somit kommt es zu einem zeitlichen Verzug
der positionsabhängigen
Ereignisauslösung. Da
die Antriebsachse nicht notwendigerweise an der ereignisauslösenden Position
hält, führt dies
zu einem geschwindigkeits-, beschleunigungs- und ruckabhängigen Positionsauslöseverzug.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung für Antriebsachsen
mit einer getaktet betreibbaren Bewegungssteuerung zur jitterfreien
positionsabhängigen
Ereignisauslösung
zu schaffen.
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Gemäß der Erfindung
wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
dass die Geschwindigkeit einer ein positionsabhängiges Ereignis auslösenden Antriebsachse
so erhöht
oder verringert wird, dass der Ereigniszeitpunkt im vorgegebenen
Taktraster der Taktung erreicht wird. Dadurch wird eine jitterfreie
positionsgenaue Auslösung
von Ereignissen einer Antriebsachse ermöglicht.
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Eine
erste vorteilhafte Ausführungsart
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als positionsabhängiges Ereignis
mindestens eine weitere Antriebsachse gestartet, angehalten oder
beeinflusst wird. Somit können
ausgehend von einem Ereignis mindestens zwei Achsen angesteuert
werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsart
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass von der Bewegungssteuerung
erforderliche Geschwindigkeitsänderungen
der Antriebsachsen ermittelt und eingestellt werden. Somit übernimmt
die Bewegungssteuerung vorteilhaft Aufgaben zur Geschwindigkeitsvariation,
um ein jitterfreies positionsabhängiges
Ereignis auszulösen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsart
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Zeitverzögerungen
von auszulösenden
Ereignissen von der Bewegungssteuerung berücksichtigt werden können. Somit
kann vom Anwender vorteilhaft eine Zeitverzögerung ab dem Erreichen einer
bestimmten Position vorgegeben werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsart
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine bekannte Systemlaufzeit
zur tatsächlichen
Ereignisauslösung
unter Berücksichtigung
von Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung und/oder Ruck der ereignisauslösenden Antriebsachse
zur imaginären
Vorverlegung der auslösenden
Position herangezogen wird. Damit ist es dem Anwender möglich, Systemlaufzeiten,
wie beispielsweise Signallaufzeiten, zu berücksichtigen. Die Systemlaufzeit
kann somit beispielsweise vorteilhaft aus der Bewegungssteuerung eliminiert
werden. Unter Ruck wird hierbei die zeitliche Ableitung der Beschleunigung
verstanden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsart
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die vor einem positionsabhängigen Ereignis
vorgenommene Geschwindigkeitsänderung
in einem späteren
Bewegungsabschnitt durch eine entgegengesetzte Beeinflussung der
Geschwindigkeit wieder ausgeglichen wird. Somit wird eine Geschwindigkeitsänderung durch
die Bewegungssteuerung wieder zurückgenommen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsart
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein positionsabhängiges Ereignis
zyklisch wiederkehrend ausgelöst
wird. Somit ist nur die Definition einer Bewegungsperiode notwendig.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsart
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es in der Prozessautomatisierung
verwendet wird. Die an die Prozessautomatisierung gestellten Anforderungen zur
jitterfreien positionsabhängigen
Ereignisauslösung
können
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft
erfüllt
werden.
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Die
Aufgabe wird auch durch eine Einrichtung nach Anspruch 9 gelöst, die
dadurch gekennzeichnet ist, dass die Geschwindichkeit einer ein
positionsabhängiges
Ereignis auslösenden
Antriebsachse erhöhbar
oder verringerbar ist, so dass der Ereigniszeitpunkt genau im vorgegebenen
Taktraster der Taktung erreichbar ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass sie in Werkzeug-, Produktionsmaschinen oder Robotern einsetzbar
ist. Dieses führt
zu einer Verbesserung der Betriebseigenschaften dieser Maschinen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden
näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 Ein
Geschwindigkeitsprofil einer Antriebsachse, das durch ein positionsabhängiges Ereignis
einer weiteren Antriebsachse ausgelöst wird,
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2 Geschwindigkeitsprofile
von über
ein Ereignis gekoppelten Antriebsachsen und
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3 Geschwindigkeitsprofile
von über
ein Ereignis gekoppelten Antriebsachsen mit Geschwindigkeitsänderungen
zur Ereigniserreichung im Taktraster.
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In
der Darstellung gemäß 1 ist
in Form einer XY-Darstellung ein Geschwindigkeitsprofil GK1 bis
GK5 einer Antriebsachse A dargestellt.
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Die
Y-Achse stellt eine Geschwindigkeitsachse GA und die X-Achse stellt eine
Positionsachse P dar. Des Weiteren befindet sich unter der Positionsachse
P eine Zeitachse Z mit einer zyklisch wiederkehrenden Taktrasterung
TR, welche die Taktdauer TD aufweist.
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Zwei
vertikal verlaufende, gestrichelt eingezeichnete Positionsmarkierungen
P1 und P2 markieren den Bereich auf der Positionsachse P, in dem eine
auszulösende
Achse AA mit der Geschwindigkeitskurve GK1 gestartet wird. Dieses
ist in der Darstellung durch einen Pfeil ausgehend von der auslösenden Achse
A zur auszulösenden
Achse AA symbolisiert.
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Da
die Bewegungssteuerung B getaktet betrieben wird, wird das Erreichen
einer ereignisauslösenden
Position P1 bis P4 erst mit der nächsten zyklischen Abfrage im
Taktraster TR der Bewegungssteuerung B erkannt. Nur wenn die Position
P1 zum Abfragezeitpunkt erreicht wird, dann wird die Geschwindigkeitskurve
GK1 der auszulösenden
Achse AA ohne weiteren Verzug ausgeführt. Liegt die Positionserreichung
zwischen den Abfragezeitpunkten der Positionserfassung, kommt es
bei zyklischem Durchlauf des Bewegungsablaufs zum Auftreten eines
sogenannten Jitter J, der zu einer Positionsdifferenz der Ereignisauslösung in
Abhängigkeit
von Interpolationstakt und der Bewegung der auszulösenden Antriebsachse
führt.
Die Schwankungsbreite zwischen dem Erreichen einer ereignisauslösenden Position
P1 bis P4 und der tatsächlichen
Ereignisauslösung
wird bei zyklischer Bewegungswiederholung als Jitter J bezeichnet.
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Da
die Antriebsachse A zum Ereigniszeitpunkt Z1, Z2 in der Regel in
Bewegung ist, führt
die zeitdiskrete Abfrage von Ereignissen P1 bis P4 zu einer bewegungsabhängigen Verschleppung
der Ereignisauslösung,
und damit zu einem Positionsfehler ΔP, an dem das gewünschte Ereignis
ausgeführt wird.
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Auch
bei nicht zyklischem Durchlauf eines Bewegungsablaufs, kommt es
zu einem Verzug der Ereignisauslösung,
wenn die Position P1 bis P4 nicht genau im Taktraster TR der Bewegungssteuerung
B erreicht wird.
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Die
maximale zeitliche Schwankungsbreite ist in diesem Beispiel durch
die Taktdauer TD gegeben. In der Darstellung gemäß 1 ist ein
in positive X-Richtung verschobener, gestrichelt eingezeichneter
Geschwindigkeitsverlauf GK1 bis GK5 eingezeichnet, der die maximale
Verschiebung des Starts der Geschwindigkeitskurve GK1 bis GK5 anzeigt.
Im maschinellen Einsatz führt
die zeitliche und die damit einhergehende bewegungsabhängige Positionsauslösung beispielsweise
zu Produktqualitätsschwankungen
einer Produktionsmaschine.
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Die
Bewegungssteuerung B, die in der Darstellung durch einen quadratischen
Block mit einer symbolischen, nicht näher bezeichneten Geschwindigkeitskurve
GK1 bis GK5 dargestellt ist, besitzt eine Verbindung V zur Ansteuerung
zu mindestens einer Antriebsachse A oder mindestens einer auszulösenden Achse
AA.
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Unter
Antriebsachse A oder auszulösender Achse
AA werden hier alle rotatorisch oder linear angetriebenen Achsen
A, AA oder Anlagenteile verstanden. Zur Bewegungssteuerung B werden
alle Arten von programmierbaren Steuerungen, also auch antriebsnahe,
komplexe Abläufe
regelnde Bewegungssteuerungen B, speicherprogrammierbare Steuerungen,
rechner- oder personalcomputergestützte Steuerungen etc. gezählt. Als
Ereignisse werden unter anderem Schaltvorgänge oder Kennsignale, die in
einer Hardware oder auch Software erzeugt werden, angesehen.
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Die
ein positionsabhängiges
Ereignis auslösende
Antriebsachse A ist in der Darstellung als linear angetriebene Achse
A eingezeichnet. Sie ist symbolisiert durch einen antreibenden Teil,
der als horizontal verlaufendes Rechteck dargestellt ist und ein angetriebenes
Teil, das durch ein über
dem antreibenden Teil verlaufendes Rechteck gekennzeichnet ist.
Der im angetriebenen Teil eingezeichnete Pfeil gibt eine Bewegungsrichtung
an. Die gleiche Darstellung wurde für die auszulösende Achse
AA gewählt.
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Erreicht
das bewegliche Teil der Antriebsachse A die Position P1, so wird
ein Ereignis ausgelöst,
das dazu führt,
dass die auszulösende
Achse AA angesteuert wird. Sie führt
beispielsweise das in der XY-Darstellung eingezeichnete Geschwindigkeitsprofil
GK1 aus.
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In
der Darstellung gemäß 2 sind
Geschwindigkeitsprofile GK1 bis GK5 von über ein Ereignis gekoppelten
Antriebsachsen A dargestellt. Wie in der Darstellung gemäß 1 sind
die Geschwindigkeitsprofile GK2 und GK3 in einem XY-Diagramm mit
darunter liegender Zeitachse Z eingezeichnet. Zum Zeitpunkt Z1 erreicht
eine Antriebsachse A die Position P3, die ein Ereignis auslöst, beispielsweise
den Start einer Folgeachse AA mit dem Geschwindigkeitsprofil GK3.
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Die
Position P3 wird jedoch nicht zum Zeitpunkt Z1 des Taktrasters TR
der Abtastung erreicht, in diesem Beispiel also nicht zu Beginn
oder zum Ende eines Taktes. Somit wird das Geschwindigkeitsprofil
GK3 mit einer zeitlichen Verzögerung
gestartet, die eine Positionsabweichung ΔP verursacht, an der das gewünschte Ereignis
ausgeführt
wird.
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In
der Darstellung gemäß 3 sind
Geschwindigkeitsprofile GK1 bis GK5 von über ein Ereignis gekoppelten
Antriebsachsen A mit Geschwindigkeitsänderungen Δ1 und Δ2 zur Ereigniserreichung im
Taktraster TR dargestellt. Die Geschwindigkeits profile GK1 bis GK5
sind in XY-Diagrammen eingezeichnet, die in vorherigen Darstellungen
bereits beschriebenen wurden.
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In
der Zeitspanne T1 wird die Geschwindigkeit des Geschwindigkeitsprofils
GK4 um die Geschwindigkeit Δ1
erhöht.
Somit wird die Position P4 zum Zeitpunkt Z2 genau im Taktraster
TR der Bewegungssteuerung B erreicht. Zum Zeitpunkt Z2 kann somit
das Geschwindigkeitsprofil GK5 einer auszulösenden Achse AA ausgeführt werden.
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Die
Geschwindigkeit der Antriebsachse A wird in der Zeitspanne T2 um
die Summe der Beträge der
Geschwindigkeitsänderungen Δ1 und Δ2 zurückgenommen.
Dieses führt
zu einer Geschwindigkeitsverringerung der Antriebsachse A. In der
Zeitspanne T3 wird mit einer Geschwindigkeitsänderung Δ2 die Antriebsachse A auf das
ursprüngliche
Geschwindigkeitsprofil GK4 angehoben. Das ursprüngliche Geschwindigkeitsprofil
GK1 bis GK5 stellt das ohne Geschwindigkeitsänderungen Δ1 und Δ2 zur Ereigniserreichung im
Taktraster TR veränderte
Profil GK1 bis GK5 dar. Die Geschwindigkeitsanhebung geschieht derart,
dass sich die Antriebsachse A nach Ablauf der Zeitspanne T3 wieder
auf dem ursprünglichen
Geschwindigkeitsprofil GK4 befindet. Sie befindet sich des Weiteren
an der gleichen Position, wie dies vor der Geschwindigkeitsänderung Δ1 und Δ2 geplant war.
Somit ist die Positionsabweichung ΔP durch Beschleunigung und Abbremsung
der Antriebsachse A nach der Zeitspanne T3 vollkommen ausgeglichen.
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Es
ist auch denkbar, dass die Geschwindigkeitsänderungsvorzeichen vertauscht
sind, d. h. die Geschwindigkeit wird zunächst gesenkt, danach erhöht und danach
wiederum gesenkt. Es ist weiterhin auch möglich, den Positionsfehler ΔP, der aufgrund der
ersten Geschwindigkeitsänderung Δ1 in der
Zeitspanne T1 stattfindet, nicht auszugleichen. Dieses ist durch
eine gestrichelt eingezeichnete Verbindung auf der Geschwindigkeitskurve
GK4 zwischen den Geschwindigkeitsprofilpunkten, die sich am Anfang
der Zeitspanne T2 und am Ende der Zeitspanne T3 befinden, gekennzeichnet.
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Der
Ausgleich der Geschwindigkeit kann des Weiteren auch in einer späteren Zeitphase
erfolgen und muss sich nicht direkt an die Zeitspanne T1 anschließen.
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Vorteilhaft
erscheint es auch, dass bekannte Systemlaufzeiten zur tatsächlichen
Ereignisauslösung
von der Bewegungssteuerung B berücksichtigt werden.
Eine Ereignisauslösung
wird in diesem Fall von der Bewegungssteuerung B zeitlich vorverlegt. Es
wird eine von der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung und/oder
dem Ruck der Antriebsachse A abhängende
Position P1 bis P4 errechnet, die zur Auslösung des Ereignisses unter
Berücksichtigung
einer Systemlaufzeit führt.
Anstelle der Systemlaufzeit können
vom Benutzer auch beliebige Laufzeiten definiert werden. Eine in
der Bewegungssteuerung B zu berücksichtigende
Zeitspanne T1 bis T3 kann beispielsweise auch vor oder nach einem
Ereignis angesetzt werden.
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Bei
Zeitverzögerungen,
die in der Bewegungssteuerung B berücksichtigt werden sollen, ist es
weiterhin auch möglich,
dass die Bewegungssteuerung B eine Zeiterfassung mit der gewünschten Zeitverzögerung startet,
die beim Ablauf dieser Zeitspanne das Ereignis P1 bis P4 auslöst. Dabei
kann die Zeiterfassung eine vom Taktraster TR unabhängige Zeittaktung
besitzen. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Bewegungssteuerung
B die Zeitspanne T1 bis T3 in die Geschwindigkeitsänderung Δ1, Δ2 der Antriebsachse
A einbezieht, so dass das positionsabhängige Ereignis P1 bis P4 um
die einbezogene Zeitspanne T1 bis T3 aufgrund von Geschwindigkeitsänderungen Δ1, Δ2 später erreicht
wird.
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Weiterhin
können
in der Bewegungssteuerung B ereignisauslösende Positionen P1 bis P4 mehrerer
Antriebsachsen A definiert werden, die zudem noch in Wechselwirkung
stehen können.
Auch die Kombination oder logische Verknüpfung eines positi onsabhängigen Ereignisses
mit mindestens einem weiteren Kennsignal ist möglich. In diesem Fall wird
ein Ereignis P1 bis P4 beispielsweise nur bei positivem Vorliegen
aller Voraussetzungen eingeleitet.
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Erwähnt sei
weiterhin auch, dass in einer weiteren Möglichkeit sämtliche Bewegungsänderungen,
also Orientierung, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Ruck etc. von
der Bewegungssteuerung B stetig vorgenommen werden können. In
diesem Fall schließen
sich jeweils folgende Bewegungsabschnitte oder -kurven im Taktraster
TR mit gleicher Kurvensteigung an.