DE1916348A1 - Einrichtung zur Steuerung einer Bewegung durch fortlaufende Einstellung mindestens eines Positionskoordinaten-Registers - Google Patents

Description

191634S

Pat-ent-Vet-tiraltTiinss-G.m. b.II. , 6 Frankfurt 70

28, März: H<Sj&

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zur Steaerttng einer £Oartliäxx-f&rid^!& Eirastelltmg mirides-teirs^ «Dimes; Fö'jsi —

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iüber den Bildschirm bewegt wetden, und zwar im wesentlichen kontinuierlich, wertn die Inkremente genügend klein gewählt

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Es ist bekannt, derartiges^ von= eitn&m R©11 kugfe!geber- durch Aufwärts- oder Äbwä'rts—ÄävfeliffiipttlLS© in ihr ent Inhalt ver anderbare x- und y-Po si tiomi@ru;n"gs:regdlste;r in einem Etilldwiede*·- holungsspeicher ztt inKoirpoiTiie^reni^ χτσ sie int Zeitnnxltipiei* mit andleren_r eine ztis!ämni;enig;esetz:te DiIddarstellung ergebeitdien abgeirag:t werdeat,_; sewie atcch die Inhalte der

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zxrr MitverarbeitüMg zu; tibernvitteln^ Wenn der mit de'rartigjen; EinrichtTangen über längere Leitußgem verbunden werden soll, so ergibt sich für diese die Forderung einer erheblichen Bandbreite auch iamn, wenn nur d-ie g-enannten Zähl impulse übertragen werden, da ImpT*lse^v, die eirte Vorwärts-Rüclcwärts-Unterscheidung ermöglichen^ mit wegen der klein zu haltenden Inkremente bei schneller Rollkugeldrehung hoher Frequenz übertrag;eTn werden müssen. Außerdem wird bei Zuführung der Signale ±m einen- Reehneir dessen Eingang zeitlich stark

Die Erfindung, behebt diesen? Kachteil vxrtä erlaubt es & S4:eurerunsi daitreh: dien Geiber - es konftnen¹ dafeei aueft andrer'&,. mit Ki]Ife? mindies;tents> eiEes PösitioÄskooirditiaten—ßegisiteaf di^reiTführbare lewegiiEgssteuerumgeii in Frage ->_ itbear eine Heitung: mit gieiringer Bandb^eitenanfo'rderung_r zvB.

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Die Erfindung bezieht sich demnach auf eine Einrichtung zur Steuerung einer Bewegung durch fortlaufende Einstellung mindestens eines Positionskoordinaten-Registers nach Maßgabe der Bewegung eines Gebers, welcher Koordinaten-Änderungsgrößen ausgibt.

Eine solche Einrichtung ist in der erfindungsgemäßen Ausbildung gekennzeichnet durch mindestens einen durch die Geberbewegung betätigten Kodegeber, der für einen vorgegebenen Abschnitt der Bewegung bzw. einer Bewegungskomponente des Gebers eine diesen Abschnitt abbildende Folge von Positionskodes bereitstellt und diese Kodefolge für jeden anschließenden Abschnitt gleicher Größe wiederholt, eine gleichmaßig getaktote Ablagevorrichtung, die mit jedem Takt den zu dieser Zeit bereitstehenden Positionskode abfragt, und einen die abgefragten Positionskodos aufnehmenden Elektronenrechner, der im Abfragetnkt aus mehreren zuletzt aufeinanderfolgend abgefragten Positions'· kodes einen Erwartungswert der gesteuerten Positionierung errechnet, diesen nach Maßgabe einer Restklassenbestinimun;r, des zuletzt ab.cefragten Positionskodes und gegebenenfalls eines Anfangs-Korrekturwertes korrigiert und das Ergebnis in das bzw. eines der Positionskoordinaten-Register einträgt .

Vorzugsweise ist ein schiebefähiges Hepister vorgesehen, in das die von dem Kodegeber oder den Kodegebern abgefragten Positionskodes jeweils parallel eingetragen und aus dem KN 69/3

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sie im Abfragetakt-Intervall in Serie an den Elektronenrechner übermittelt werden.

Im weiteren sieht die Erfindung einen Hilfs-Signalgeber vor, der den Anfang und das Ende einer Geber-Bewegung meldet und während der Bewegung den Abfrage-Taktgeber einschaltet.

Dabei ist ferner eine Schaltanordnung vorgesehen, die auf einen jeweiligen Anreiz von dem Hilfs-Signalgeber hin einen Start- oder einen Stop-Kode in das Register zur Übermittlung an den Rechner eingibt.

Für die Steuerung der Bewegung einer durch den Elektronenstrahl einer Bildschirmröhre auf dem Schirm erzeugten Marke nach Maßgabe der Bewegung eines Handgebers sieht die Erfindung vorzugsweise vor, daß die zwei Reibräder einer bekannten Rollkugel jeweils eine getaktet abfragbare Kodescheibe antreiben, die in mehrere Sektoren unterteilt ist, in denen jeweils die gleiche Positions-Kodefolge markiert ist, sowie ferner, daß als Hilfs-Signalgeber eine zugleich mit der Rollkugel betätigbare Taste am Geber angeordnet ist, welche Kontakte betätigt.

Es sei nun anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

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Figur 1 zeigt in schematisierter Darstellung einen Rollkugelgeber.

Figur 2 zeigt in gleichfalls schematisierter Darstellung eine Kodegeberscheibe.

Figur 3 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Abgabe und Weitergabe der Kodegeberwerte.

Figur k zeigt ein erläuterndes Diagramm zum Berechnungsverfahren.

In Figur 1 ist 1 ein kalottenförmiges Gehäuse, in dem eine Rollkugel 2 nach allen Richtungen frei drehbar so gelagert ist, daß sie mit einer kleinen Kalotte nach unten aus dem Gehäuse herausragt. Die Rollkugel 2 kann nach allen Richtungen gedreht werden, indem das Gehäuse 1 auf einer festen Fläche 3 in entsprechenden Richtungen verschoben wird, wobei die Rollkugel 2 auf der Fläche 3 abrollt. Dieser Rollkugelgeber diene zur Bewegung einer Marke auf dem Schirm einer Elektronenstrahl-Bildschirmröhre. Zu diesem Zweck wird in bekannter Weise eine Bewegungskomponente

als ,

der Rollkugel 2 durch ein Reibrad k'x- (Horizontal-) Komponente und die dazu senkrechte Bewegungskomponente der Rollkugel durch ein Reibrad 5i dessen Achse in gleicher Ebene mit der des Reibrades k senkrecht zu dieser verläuft und in der Zeichnung um 90 nach oben geklappt dargestellt ist, als y- (Vertikal-) Komponente abgegriffen. Mit dem Reibrad h ist eine Kodescheibe 6x zu gemeinsamer Drehung verbunden, mit dem Reibrad 5 eine gleich ausgebildete Kodescheibe 6y. Cx und Cy sind schematisch dar-

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gestellte Abfühlvorrichtungen für die beiden Kodescheiben, die die Kodes von den Scheiben elektrisch durch Schleifkontakte abnehmen. Aus dem oberen Teil des Gehäuses 1 ragt eine Drucktaste 7 heraus, die, wenn die Bildschirnimarke durch Verschiebung des Gehäuses 1 bewegt werden soll,-niit der inneren Handfläche niedergedrückt wird und dabei einen Wechselkontakt 8 von einem Kontakt 9 auf einen Kontakt 10 umlegt. Die Ausgangsklemmen der Abfühleinrichtungen Cx und Cy und der Kontakte 9 und 10 sowie die Stromzuführungen sind mit einem flexiblen, aus dem Gehäuse 1 herausführenden, nicht dargestellten Kabel verbunden, über das der Rollkugelgeber mit einem elektronischen Schaltwerk verbunden ist.

Jede Kodescheibe 6x bzw. 6y weist gemäß der schematischen Darstellung der Figur 2 vier kreisförmige Spuren 11 auf, die durch Schleifkontakte 12 abgefühlt werden, Schleifkontakt 13 dient der Stromzuführung. Vier zusammengehörige, längs eines Radius auf den Spuren 11 liegende Kontakte der Scheibe ergeben einen vierstelligen Gray-Kode. Die Scheibe ist, wie durch fünf radiale Linien angegeben, in fünf gleichgroße Sektoren unterteilt. Jeder Sektor enthält eine Folge von z.B. lk in diesem Kode dargestellten Werten, welche Positionskoordinatenwerte darstellen und innerhalb der Folge entsprechend gleichbleibenden Bewegungsinkrementen monoton gestuft sind. Jeder Sektor enthält die gleiche Kodefolge, deren Anstieg bzw. Abfall sich bei gleichbleibender Drehrichtung der Scheibe entsprechend

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gleichartig wiederholt. Jeder Sektor bildet also eine Bewegungsstrecke bzvr. Bewegungskomponente bestimmter und für alle Sektoren gleicher Größe ab, wobei die Bewegungsrichtung durch das Ansteigen bzw. Abfallen der Werte abgebildet wird.

In Figur 3 sind die Abfühlvorrichtungen Cx und Cy mit ihren jeweils vier Kodeausgängen wiederum schematisch dargestellt. Jeder der insgesamt acht Kodeausgänge ist über eine Torschaltung Tl mit einer Stelle eines achtstelligen Registers ik verbunden. Die Schaltungseinrichtungen der Figur 3, mit Ausnahme der Abfühlvorrichtungen Cx und Cy, befinden sich in dem bereits erwähnten elektronischen Schaltwerk. Dieses enthält einen Taktgeber TG, der, wenn er in Gang gesetzt ist, in gleichmäßigen Zeitabständen von z.B. 50 p.s die Torschaltung Tl durchlässig steuert, um die zu diesen Zeitpunkten t von Cx und Cy abgetasteten Kodewerte in das Register l'i parallel zu übertragen. Gleichzeitig wird mit einem solchen Übernahmetaktimpuls t ein Schiebetaktgeber STG angestoßen, der die beiden Eodewerte während der Zeit bis zu einem neuen Übernahmetaktimpuls aus dem schiebefähigen Register 1Ί in Serie in eine Übertragungsleitung hinausschiebt, die als lange Leitung zu einem Elektronenrechner R führt. Es kann z.B. vorgesehen werden, daß die Kodewerte χ und y über eine Fernschreibleitung im 200 naud Einfachstrom-Start- Stop-Betrieb in den Rechner übergeben werden.

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Wenn durch Niederdrücken der Taste 7 in Figur 1 der Kon- ' , ; '. takt 10 stromführend wird, so gibt dies über die angeschlossene Meldeleitung einen Anreiz für eine elektronische Schalteinrichtung ES mit der Wirkung, daß diese eine Torschaltung T2 aktiviert und über diese Torschaltung einen Kode in das Register 14 einspeist, welcher, ebenfalls seriell übertragen, dem Rechner ein Anfangszeichen gibt. Außerdem wird der Taktgeber TG in Gang gesetzt. Beim Loslassen der Taste 7 bewirkt ein über den Kontakt 9 in das elektronische Schaltwerk ES übermittelter Anreiz, daß von ES der Taktgeber TG stillgesetzt und außerdem über T2 ein Kodewert in das Register 14 eingetragen wird, der seriell übertragen dem Rechner R ein Ende-Zeichen gibt.

Für das Folgende sei angenommen, daß der Rollkugelgeber nur in der x-Richtung bewegt wird, wobei das Reibrad k mit der Scheibe 6x der Fig. 1 gedreht wird, das Reibrad 5 mit der Scheibe 6y hingegen in Ruhe bleibt. Für Bewegungen bzw. Bewegungskomponenten in der y-Richtung gelten die ■-" nachfolgenden Betrachtungen in genau gleicher Weise.

Während der Bewegung des Rollkugelgebers in der x-Richtung mit gedrückter Taste 7 empfängt der Rechner R in gleichmäßigem Takt von z.B. 20 Hz die mit jedem Taktimpuls t von der sich drehenden Kodescheibe 6x abgefragten vierstelligen Kodewerte. Es handelt sich um Positionswerte innerhalb einer Teilstrecke Ax. Die insgesamt von der Harke auf dem Bildschirm in x-Richtung durchlaufbare

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Strecke ist sehr viel größer und bedarf zur Vorgabe der in ihr möglichen Positionen beispielsweise eines neunstelligen x-Registers. Nur für die vier untersten Stellen dieses' x-Registers gibt die Codescheibe 6x Positionsinformationen* Der Rechner R ist aber in der Lage, aus den Wertdifferenzen zwischen mehreren jeweils aufeinander folgend von 6x abgetasteten Kodes. Rückschlüsse auf die Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung oder Verzögerung der Rollkugeldrehung zu ziehen und fortlaufend, nämlich mit jedem Takt t, extrapolierend einen Erwartungswert Wt für die Markenposition auf der x-Strecke zu errechnen. Eine - leicht erfüllbare - Voraussetzung ist allerdings die, daß der Geber keine sprunghaften erheblichen Geschwindigkeitaänderungen erfährt. Wenn die Änderungen ein gewisses Maß überschreiten, ist eine genügend sichere Vorausrechnung des Erwartungswertes nicht möglich. Als Folge wird die Marke plötzlich in einer falschen Weise weiterbewegt. Aus physiologischen Gründen sind bei Handbetrieb solchen Änderungen jedoch Grenzen gesetzt.

Es. ist vorgesehen, daß der Rechner R für jeden Zeitpunkt t aus den jeweils drei letzten davor abgetasteten Kodewerten χ, ,, χ. _o, χ. . den Erwartungswert W bildet nach der Formel

^Wt ^{= X}t-1 ■+■ ^(xt-l " ^Xt-2^{) + (x}t-l - ^Xt-2^} * ^(xt-2

d.h. W_t = 3 (x_t-i ~ ^Χΐ-2> ^{+ X}t-3

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Der Erwartungswert W, wird in den echten Zielpunkt x. durch die vom Kodegeber zur Zeit t übertragene Echt-Koordinate umgerechnet:

^xt - ^Wt ^{+ d}

wobei d wie folgt bestimmt wird:

Der Rechner ermittelt die Restklasse Re Modulo m von M. .," wobei m die Anzahl lA der Kodewerte ist, das heißt Re ρ ist der nach Division von W. durch m entstehende ganzzahlige Rest (< Ik).

Wenn R der vom Kodegeber zur Zeit t übertragene Wert ist, dann gilt

(A) d = Rw - Re „ für /Rw - Re/ ^-6 (D) d ■= Rw - Re + lk für /Rw - Re/ >6

Rw - Re <0 (C) d = Rw ~ Re - Ik für Rw - Re > 6

Um Rechenaufwand zu sparen, werden alle in Frage kommenden Lösungen für d in Abhängigkeit von Rw- Re vorgespeichert und mit Rw-Re als Adresse aus dem Speicher'abgerufen.

Der Wert x. = W + d wird vom Rechner in das x-Koordinaten-Register eingetragen.

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- it -

Zu den vorstehenden Gleichungen (A) - (C) sind in Fig. k Diagramme dargestellt. In diesen entsprechen die auf den x-Koordinatenlinien durch senkrechte Striche abgeteilten gleich großen Abschnitte der weiter oben genannten Strecke Ax bzw. einem Sektor der Kodescheibe 6x. Der Erwartungswert W. ist jeweils durch einen Kreis markiert, der echte Zielpunkt x. durch ein Kreuz. Die Zeilen (Al) und (A2) gehören zur obigen Formel (A), wobei Zeile (Al) den Fall betrifft, daß der Betrag Rw - Re kleiner als 0 ist, während er bei Zeile (A2) größer als 0 ist. Wie man aus den vier Diagrammen erkennt, wird als Zielpunkt x. der Koordinatenwert Rw desjenigen Abschnitts Ax gewählt, in dem er dem Erwartungswert am nächsten kommt.

Die oben für die Errechnung des Erwartungswertes W angegebenen Formeln« wobei jeweils drei voraufgehend nacheinander abgetastete Kodewer-te in Gestalt von einer Teilstrecke Ax zugeordneten Koordinatenwerten benutzt werden, stellen eine quadratische Extrapolation dar. Wenn nötig, kann der Rechner auch für genauere Extrapolationen mit Verwendung einer größeren Anzahl von Teilstrecken-Koordinatenwerten programmiert werden.

Die die Lage der Marke auf dem Bildschirm bestimmenden, z.B. jeweils neunstelligen Positions-Koordinaten-Register (x-Register und y-Register), in die der Rechner die wie vorstehend angegeben gewonnenen Resultate einträgt, sind vorzugsweise Stellen des Rechner-Speichers, deren Inhalte

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fortlaufend für die Digital-Analogwandler zur'Positionierung der Marke abgefragt werden, und zwar im Zeitmultiplex mit anderen Positionierungs- und Steuerdaten, für deren Übertragung zur Gesamtbild-Erzeugung ohnehin ein breitbandiger Übertaagungskanal zur Verfügung stehen-muß. Die genannten Register (Speicherstellen) können bei Deginn einer Rollkugelgeber-Bewegung natürlich irgendwelche Inhalte haben. Damit die durch den Geber bewirkte 'Bewegung der Marke von dem durch diese Inhalte bestimmten Anfangspunkt ausgeht, führt der Rechner R zweckmäßig eine bisher noch nicht erwähnte Hilfsrechnung durch: Er ermittelt bei erstmaliger Übertragung der Kodescheiben-Kodes beim Bewegungsbeginn deren Differenzen (mit Vorzeichen) mit den bereits vorhandenen Inhalten der untersten vier Stellen der Speicherregister, und berücksichtigt diese Differenzwerte dann ständig . als additive Korekturgrößen bei der Berechnung der in die Speicherregister einzutragenden Positions-Änderungswerte.

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Claims (5)

P a te η t an .s ρ rüche

1. Einrichtung zur Steuerung einer Bewegung durch fortlaufende Einstellung mindestens eines Positionskoordinaten-Registers nach Maßgabe der Bewegung eines Gebers, welcher Koordinaten-Änderungsgrößen ausgibt, gekennzeichnet durch mindestens einen durch die Geberbewegung betätigten Kodegeber(6x bzw* 6y), der für einen vorgegebenen Abschnitt der Bewegung bzw* einer Bewegungskomponente des Gebers (2) eine diesen Abschnitt abbildende Folge von Positionskodes bereitstellt und diese Kodefolge für jeden anschließenden Abschnitt gleicher Größe wiederholt, eine gleichmäßig getaktete Abfragevorrichtung (Cx, Cy, Tl, TG), die mit jedem Takt den zu dieser Zeit bereitstehenden Positionskode abfragt, und einen die abgefragten Positionskodes aufnehmenden Elektronenrechner (R), der im Abfragetakt aus mehreren zuletzt aufeinanderfolgend abgefragten Positionskodes einen Erwartungswert der gesteuerten Positionierung errechnet, diesen nach Maßgabe einer Restklassenbestimmung des zuletzt abgefragten Positionskodes und gegebenenfalls eines Anfangs-Korrekturwertes korrigiert und das Ergebnis in das bzw. eines der Positionskoordinnten-Register einträgt.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein -schiebefähiges Register (lh), in das die von dem Kodegeber oder den Kodegebern (6x, 6y) abgefragten Positionskodes jeweils parallel eingetragen und aus dem sie im Abfragetakt-Intervall in Serxe aH~den; Elektronenrechner (R) übermittelt werden*

3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Hilfs-Signalgeber (7-10), der den Anfang und das Ende einer Geber-Bewegung meldet und während der Bewegung den Abfrage-Taktgeber (TG)einschaltet.

¹I. Einrichtung nach Anspruch 2 und 3» gekennzeichnet durch eine Schaltanordnung (ES, T2), die auf einen jeweiligen Anreiz von dem Hilfs-Signalgeber (7-10) hin einen Start- oder einen Stop-Kode in das Register (lA) zur Übermittlung an dqn Rechner (R) eingibt.

5. EinricHtung~näVh ÄTTspruch 1 oder den folgenden zur Steuerung der Beilegung einer durch den Elektronenstrahl .einer Bildschirmröhre auf dem Schirm erzeugten Märke nach Maßgabe der Bewegung eines Handgebers, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Reibräder (4, 5) einer bekannten Rollkugel (2) jeweils eine getaktet abfragbare Kodescheibe (6x, 6y) antreiben, die in mehrere Sektoren unterteilt ist, in denen jeweils- die gleiche Posi%ions-Kodefolge markiert ist.

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6« Einrichtung nach Anspruch 3 und 5_f dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfs-Signalgeber eine zugleich mit der Rollkugel (2) betätigbare Taste (?) am Geber angeordnet ist, welche Kontakte (8-10) betätigt.

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