DE2457801C3 - Steuereinrichtung für die Verstellung des Arms eines Manipulators - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für die Verstellung des Arms eines Manipulators mit variabler Geschwindigkeit des Patentanspruchs angegebenen jo Gattung.

Aus der DE-AS 12 34 SiI ist ein Verfahren zum Verstellen des Schwenkarms eines Beschickungsmanipulators von einem ersten bis -j einem /weilen Anschlag und umgekehrt mittels eines Elektromotors i-i bekannt: dabei wird die drch/ahlbestimmendc Speiscjpannung des Motors in Abhängigkeit von der Stellung des Arms selbsttätig stetig verkleinert und der Spannungsendwcrt so bemessen, daß der Motor im Stillstand ein kleines Drehmoment /um satten Anliegen 4<> des Arms am jeweiligen Anschlag aufbringt. Dadurch können beispielsweise die Pcndeliingcn des Schwenk «rms vermieden werden, die oft nach der Abschaltung der Spannung auftreten.

Aus der Df AS Il 5b 152 ist eine Anordnung /ur 4Ί numerischen Steuerung von Arbeitsmaschinen bekannt, bei der F'ositionssignale <iuf besonders zweckmäßige Weise erzeug! werden. Die Geschwindigkeit oder ßcschletinigiings Steuerung der Arbeitsmaschine wird nicht erwähn! >m

Entsprechendes gilt ,null tiir den Arlikel »Industrial handling« ,ins der Zeitschrift fur industrielle I ertigun;!. 1)2 (1972) Seile b22. In diesem Arlikel wird ein neuer Industrie Roboter beschrieben, der ,ils frei programmierbares, .iiitoniiiiisches llandh.ibungsger Il eingeselzl ,> wird D.ibei können die einzelnen Positionen program Biierl werden

Aus dem Arlikel »Der An.ilogleil der Werk/ciipma Schinen Sieuersvsieme 710 und KIO« ;hiv »IMC Nach richten«. .September ISb/. Seile 4bü ff. isi ein wi Steuersystem bekannt, bei dem auch eine Art Geschwindigkeitssteuerung durchgeführt wird. Dabei bestimmt ein Rechner bei Positionsanderungen die Differenz /.wischen Soll- und Ist-Wert der Position, wobei der Ist-Wert von einem Weg Meßsystem eingegeben wird, μ Wird beim Einfahren ntif die Endposition der Inhalt des Differenzrechners auf Null gezählt, so verringert sich die Ausgnngsspannnnp des ztigeheirigen Digiial/Analog-Wandlers nicht proportional, sondern angenähert parabolisch. Durch diese Funktion wird eine konstante Bremsverzögerung erreicht, um den Manipulator in die Endlage zu bringen.

Schließlich ist aus der DE-OS 20 12 858 eine Steuereinrichtung für die Verstellung des Arms eines Manipulators mit variabler Geschwindigkeit der angegebenen Gattung bekannt. Eine solche Steuereinrichtung weist eine Positioniereinrichtung zur Erzeugung von Positionssignalen auf, die ein Stellglied für den Arm nacheinander mit variabler Geschwindigkeit schrittweise in vorgegebene Lagen bringen. Bei der Programmsteuerung dieses Manipulators, die beispielsweise mittels einer Programmtrommel erfolgt, können die Befehlssignale so bemessen sein, daß der Manipulatorarm in jeder Koordinate die maximale, für das Gerät verträgliche Beschleunigung und Verzögerung ei fährt. Es ist beispielsweise möglich, auf die Programmtrommel ein Bit aufzuzeichnen, welches anzeigt, daß der Arm bzw. Greifer den letzten Abschnitt des Weges bei seiner Annäherung an eine bestimmte Lage mit geringerer Geschwindigkeit zurücklegen soll. Weitere Bits können dazu dienen, unterschiedliche Genauigkeiten anzugeben, mit denen der Greifer bestimmte Positionen anzufahren hat.

Bei dieser bekannten Steuereinrichtung kann also bei der Programmierung bereits eine gewisse Beeinflussung der Geschwindigkeit des Stellgliedes bzw. des Arms berücksichtigt werden, ohne daß jedoch hierfür eine Regelung vorgesehen ist; d. h. also, daß die einmal eingestellte Geschwindigkeit nicht mehr beeinflußt wird.

Eine solche Steuereinrichtung hat die folgenden, funktionsbedingten Nachteile: Der Arm des Manipula tors wird nämlich entsprechend einer Slufenspannung. die durch Öffnen und Schließen von Schaltern erzeug! wird, mil jeweils der optimalen Geschwindigkeit in die vorgegebenen 1 agcn gebracht. beim Starten oder Anhalten des Arms erfolgt also en«, relativ abrupte plötzliche Änderung der Bewegung, die zu cnlsprcchcn den Erschulterungen des gesamten Systems und dann! schließlich zu raschem Verschleiß führt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, bei dei die abrupte Bcsi hleunipun^· oder AbbrrrtiMiiig des Arms beim Du hlaufcn einer Bewegung sicher vermieden wird

Diese Aufgabe wird erfindungsgemali durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angcgehe nen Merkmale gelosi

Die mn der Erfindung erzielten Vorteile beruhen in ,besondere auf der Verwendung eines TiefpaLlfilu rs mil einem Ver/ögeriingsclcnieni erster oiler höherer Ordnung, so daß ein Bereich des Ausgangssignals der Geschwindigkeitssteuerung, der uih zu r.isi h anderi m ein stetiges, ausgewichenes Signal umgewandelt weiden kann Dadurch werden wiederum die oben erwähnten starken (iesi hwindigkeilsandenrigen bei der llcschlcn nigung b/u. beim Abbremsen des Stellgliedes vermie

Da der Posilions-Servomcchanismus eine hohe Rückkopplungsschi'eifcnvcrslärkung hai. niachcfi sich etwaige, äußere Störungen sowie die geringe Ansprechcmpfindlichkcii eines Bctäligungsglicdcs. dcrScrvovcn tile oder des Servovcrstärkcrs kaum bemerkbar, so daß die eingestellten Positionen sehr exakt angesteuert werden können, ohne daß sich die sonst mit einer Erhöhung des Verstiirkungsgradcs verbundenen, star·

ken Beschleunigungen oder Verzögerungen ergeben. Dies gill sogar bei Verwendung von Betätigungsgliedern, Servoventilen, Servoverstärkern oder ähnlichen Elementen, die einen gewissen Totgang haben.

Dies wird schließlich mit relativ geringem, schaltungs- ■> technischen Aufbau erreicht, da sich diese Steuereinrichtung von der bekannten Steuereinrichtung nur durch einige wenige, zusätzliche elektrische Bauelemente unterscheidet, die fertigungs- und kostenmäßig kaum ins Gewicht fallen. m

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Manipulators, ι ί

Fig.2 bis 5 Blockschaltbilder von herkömmlichen Positionierungssystemen,

Fig.6 ein Blockschaltbild eines Positionierungssystems gemäß der Erfindung.

F i g. 7 Kurven, in welchen die Ausgänge verschiede- -'< > ner Einrichtungen des in F i g. b dargestellten Positionierungssystems dargestellt sind.

Fig.8 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung, und

F ι g. 9 und 10 ins einzelne gehende Blockschaltbilder _'i bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung.

In den F i g. 6 und 8 bzw. in den F i g. 9 und 10 sind die gleichen oder einander entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Vor der Beschreibung der bevorzugten Ausführungs- m formen der Erfindung werden kurz die herkömmlichen Positionierungssysteme beschrieben, um an diesen im einzelnen die hierbei auftretenden Schwierigkeiten aufzuzeigen. In Fig. 1 weist ein Industrieroboter oder Manipulator einen Arm I. einen Drehständer 2. ein mit r. dem Drehständer 2 starr verbundenes Zahnrad 3. ein mit dem Zahnrad 3 kämmendes Antriebsnizel 4. ein mit dem Zahnrad 3 kämmendes Kitzel 5 eines Potentiometers 8. ein Stellglied 6. cm Servoventil 7. den Potentiometer 8. einen Servmcrstarkcr 9. einen -m Schalter 10 und ein Potentiometer 11 /um Einstellen der Hub oder Arbeilshohedes Arms 1 auf.

Der erste faktor, welcher den Positionier- oder Stelliingsfehler des im Manipulator der vorbeschriebenen Art verwendeten Posilionierungssystems zur Folge 4'. hai. beruht mif dem Spiel /wischen dem Arm 1 und dem Drehständer 2. so daß. selbst wenn die Winkelstellung des Drehstiinders 2 mn einem höheren CicnauigUeils gr.id gesteuert wird, das vordere I rule des Arms 1 nicht genau in eine geforderte, richtige Position gebracht ίο werden kann. Da das Spiel eine Schwierigkeil auf (irund von I erligiingstoleran/en ist. wild hierauf in der folgenden Beschreibung mehl weuer eingegangen

Der /weite I .ikior beruht .iiif dei Aiisprechempfind lichkeii des Su-Hgliedes fi. des Servovenlils 7 und des v, Servoverst,irkers 9 Der drille I .iktor beruh! auf alliieren Störungen (wie beispielsweise der remperatiii Strömung) .in dem Stellglied ft. dem Servoventil 7 und dem Servoverslarker 9 I ini du durch die /weiten und ilruie.li I iiki.orcü !Kryorgcrukütn ! chter uuf em w Minimum herabzusetzen, muß der Versiärkungsgrad der Vorstufe der Steuereinrichtung des Posilionicrungssyslcms erhöht werden. Wenn jedoch der Vcrstärkungsgrad in dem herkömmlichen Posilionicrungssysicm erhöht wird, führt dies /ti einer übermäßig hohen y> Beschleunigung und Verzögerung. Infolgedessen kann der Verstärkungsgrad des Regelkreises nicht über einen bestimmten Wert hinaus erhöht werden, so daß die Stellung des Manipulatorarms nicht mit einem höheren Genauigkeitsgrad gesteuert werden kann.

An Hand von F i g. 2 werden im folgenden die Gründe beschrieben, warum die übermäßig hohe Beschleunigung oder Verzögerung auftritt. In Fig. 2 ist ein Potentiometer 12 zum Einstellen eines gesteuerten Wertes, ein Schalter 13, ein Verstärkungsregler 14. ein Sättigungselement 15, ein Stellglied 16 für die maximale Geschwindigkeit, welches auch als Filter arbeitet, em Leistungsverstärker 17, ein Servoventil 18, ein Stelloder Betätigungsglied sowie eine Last 19 und ein Potentiometer 20 zum Fühlen der Verschiebung dargestellt. Ferner sind in den folgenden Gleichungen folgende Bezeichnungen verwendet; die maximale Befehlsspannung f_mjl, die Ausgangssättigungsspannung V_mj, an dem Verstärkungsregler 14, der maximale Eingangsstrom /_mjl des Servoventifs, die maximale Strömungsgeschwindigkeit Qmm in dem Servoventil 18. der maxim.-le Hub X_mjx des Stell- oder Betätigungsglieds 19, der Strom ΔΙ in einer ,oten Zone des Servovenliis IS, die Verstärkung Ai des Verstärkungsreglers 14, die Verstärkung k; des Filters 16, die Verstärkung k_t des Betätigungs- oder Stellglieds 19, und die Zeitkonstante Terster Ordnung des Filters 16.

Wenn die Parameter, welche den in F i g. 2 dargestellten Blockschaltbildern zugeordnet sind, dimensionsfrei gemacht werden, dann kann das in Fig. 2 dargestellte Blockschaltbild in die in Fig. 3 dargestellte Form umgewandelt werden, in welcher dann gilt:

K₁ J' A₁: K₂ ^ A,: K, ^ A.,:

I /

Vorzugsweise wird in diesem Positionier- oder Steuersystem der Verstärkungsgrad der VorstuV des Servoventils erhöht, um. wie nachstehend noch beschrieben wird, den Fehler auf ein Minimum herabzusetzen. Die Abweichung AF /wischen dem eingestellten Punkt E/l^:mj\ und der gesteuerten Veränderlichen oder der Armveränderung ΛΆ',,,.,, ist gegeben durch

I/.

/■·„„.,

Y

Wenn die .Strömung durch das Servoventil null wird, dann wird die Bewegung des Arms angehallen. Infolgedessen ist du: Beziehung /wischen der Abweichung oder der Po'itionicrabwcichiing Al' und der Ansprechempfindlichkeii b/w. der toten /one des Serve·· citils gegeben durch

K₁

liilolgcilt'sscn wird

¹ /.

K. K-

Hieraus ist dann zu ersehen, daß je größer drv Wert Ki Kz ist, d.h., je höher die Verstärkung der Vorstufe des Sperrventils ist, umso größer der Fehler wird.

Als nächstes wird die kritische Dämpfungsbedingung zur Stabilisierung dci Verschiebung des Bclätigungs- oder Stellglieds, ohne daß ein Oberschwingen vorkommt, wenn das schrittweise zugeführte Eingangssi gnal an das in Fig. 3 dargestellte Steuer- oder

	t	24 57 5	801 6	AfK K )	t
I		Positionierungssysleni angelegt wird. Wenn das nichtli	fung anspricht, aus den Gl. (2),(3) und (4) erhalten und ist	1/V= κ \ ''- (5) *^Z ''mi/.v	f:
		neare Element. KiK^K^>\ ist, dann wird e'<e. Auf	gegeben durch	Aus Fig.3 ist zu ersehen, daß der Faktor K7 Kj die	F
j	1	diese Weise linearen Arbeitsbereich betätigt wird, ist die		maximale Geschwindigkeit Unar des Stell- oder Bctäti-	ϊ
		charakteristische Gleichung für den Regelkreis gegeben	gungsglieds 19 ist. so daß sich ergibt:	I
		durch 5	i/„,„v - K1Km (6)	I
	1 + s!tKs+ k!) = ° ■	Die Sättigungsgeschwindigkeil des Stell- oder Betäti	I
		gungsglieds 19 soll Uomax sein, wenn das Servoventil 18
	Durch Umschreiben dieser Gleichung ergibt sich: io	eine maximale Strömungsgeschwindigkeit Qm3X hat. In
S* + \.S+ KlKl f K-L = 0.	diesem Fall gilt dann:
Die kritische Dämpfungsbedingung besteht dann 15
darin, daß die charakteristische Gleichung eine Wurzel
bzw. eine Wurzel zweiten Grades aufweist (d. Ii der
ΓΙοίηηΓιιηιτεΙ^ηρΓΠνίρηΙ icl I <->Hprf>\ InfnlrrpHpccpn trill.

hieraus ergibt sich dann:

(2)

Die maximale Beschleunigung A_m3y während der Anstiegszeit bzw. der Zunahme erfolgt dann unter der Bedingung, daß das Sättigungselement 15 unmittelbar gesättigt werden kann, wenn der Eingang angelegt wird. Das heißt:

X (S)

**■ mn χ

S[TS+ Ij

r (S);

wobei r(S) der Ausgang des Sältigungselemcnts ist: daß heißt ferner

SXiS)
γ

τς χι ^I

wobei L ' Ir(S)! = r(f) = I oder - 1 ist.
Infolgedessen wird, wenn vlt) = I ist.

XU)

XU)

K₂

XU)

e γ

(3)

Die Stellungs- oder Positionierabweichung auf Grund der Ansprechempfindlichkeit bzw. der toten Zone des Servoventils 7 ist dann gegeben durch

I λ' =

K₁ K₂

(4)

Folglich wird die Positionierabweichung AX. wenn die maximale Beschleunigung A_m3X ist und der Hub des Steil- oder Betätigungsglieds auf die kritische Dämp

K₁U₀ ν =

Durch Einsetzen der C)I. (6) und (7) in die CJI. (5) ergibt sich

X=A

Ml)(FlIlA"

A ,

Aus CiI. (8) ist zu ersehen, daß je höher die maximale Geschwindigkeit des Betätigungs- oder Stellgliedes 19 und je langsamer die maximale Beschleunigung während der Anstiegszeit ist, der Fehler des Beläligungs-oder Stellglieds 19 infolge der Ansprechempfindlichkeit bzw. der toten Zone des Servoventils 18 um so größer wird.

Hieraus ist zu ersehen.daß das in Fig.2 dargestellte Steuer- bzw. Positionierungssystem sich nicht für eine Verwendung in Manipulatoren eignet, deren maximale Geschwindigkeit möglichst schnell sein muß, während die Beschleunigung während der Anstiegszeit so niedrig wie möglich sein muß.

Um dem in Fig. 2 dargestellten Steuersystem anhaftende Schwierigkeiten zu überwinden, ist ein in . F1 g. 4 dargestelltes Steuersystem vorgeschlagen worden, welches im Aufbau dem in Fig.3 dargestellten Steuersystem mit der Ausnahme entspricht, daß ein Verstärker 22 zwischen das Filter 16 und das Servoventil 18 geschaltet ist. und daß ein Tachometer 21 an der Antriebswelle des Betätigungs- oder Stellglieds 19 angebracht ist. wobei der Ausgang des Tachometers 21 an den Eingangdes Verstärkers 22 angelegt wird. Auf diese Weise kann eine negative Geschwindigke·'-rückführung bzw. -kopplung mit hohem Verstärkungsgrad erhalten werden, so daß die Ansprechempfindlichkeit des Servoventils 18 entsprechend vermindert werden kann. Das in Fig. 4 dargestellte Steuersystem kann dann in die in F i g. 5 dargestellte Form umgewandelt werden. Die Ansprechempfindlichkeit ε' des Servoventils 18 mit der Geschwindigkeits- oder Tachometerrückführung bzw. -kopplung ist dann gegeben durch

wenn daher KiKaK? >\ ist. dann wird ε'<ί ε. Auf diese Weise kann dann die Ansprechempfindlichkeit des Servoventüs vermindert werden.

Das in F i g. 4 dargestellte Steuersystem weist jedoch die Nachteile auf. daß sein Aufbau kompliziert und die Herstellungskosten hoch sind, da es mit einer Geschwin-

digkehsfülileinriehlung, wie einem Tachometer, versehen seih muß.

Mit der vorliegenden Erfindung werden die oben beschriebenen und weiteren Schwierigkeiten, welche den herkömmlichen Positionicrungssystcmen anhaften, überwunden und beseitigt.

'in Hand von F i g. 6 wird eine erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Ein Block A weist eine Positionierbcfchlcinstelleinriehlung mit einem Posilionier <Einstellpotentiomeler 23 und eip.tfm Schalter 24 auf; ein Block B weist eine Geschwindigkeitssteuercin richtung mit einem Sätligungselemerit 25 und einem Integrator 26 auf. dessen Ausgang an den Eingang des Sättigungselemcnts 25 gegengekoppelt ist. Ein Block C weist eine Beschleunigungssteuereinrichtung mit einem Tiefpaßfilter 27 mit einer Zeitverzögerung erster oder höherer Ordnung auf. Ein Block I) weist einen Pnsitionier-Servomechanismus mit einem Verstärkungsreglcr 28. einem Servoventil 29 und einem Betätigungs- oder Stellglied 30 auf. Der Ausgang des Betätigungs- oder Stellglieds 30 ist an dem Eingang des Verstärkungsreglers 28 negativ rückgekoppelt, d h. gegengekoppelt. so daß der Servomechanismus Deine hohe Rückkopplungsschleifen-Verstärkung aufweist. Der Servomechanismus Dweist kein Zeitverzögerungselement zur Beschleunigungssteuerung auf, es ist allerdings erforderlich, daß der Verstärkungsfaktor K, des Verstärkungsrcglers erheblich größer ist als der Verstärkungsfaktor K\ in dem in Fig. 3 dargestellten S'euer- bzw. Positioniersystem.

An Hand von Fig.7 wird nunmehr die Arbeitsweise der ersten vorbeschriebenen Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Das Positionier-Befehlssignal a von der Positionierbefehleinstelleinrichtung A ist eine Einstellspannung, welche durch die ausgezogene Linie a in Fig. 7 dargestellt ist, und wird an die Geschwindigkeits-Steuereinrichtung B angelegt, so daß das Sättigungselement 25 gesättigt wird, außer wenn ein besonders kleines Eingangssignal angelegt wird. Infolgedessen nimmt das Ausgangssignal b der Geschwindigkeits-Steuereinricniuiig Ξ kuiiMant iu, wie uun.li uic ausgezogene Linie & in F i g. 7 dargestellt ist. Wenn das Ausgangssignal b die eingestellte Spannung erreicht, nimmt die Spannungszunahme des Ausgangssignals b ab und wird null. Die maximale Spannungszunahme der Ausgangsspannung oder des Signals b kann durch eine entsprechende Wahl des Verstärkungsfaktors K₆ des Integrators 26 beliebig gewählt werden. Das Ausgangssignal b der Geschwindigkeitssteuereinrichtung B wird an die Beschleunigungs-Steuereinrichtung C angelegt, so daß die Beschleunigung mittels des Filters 27 gesteuert werden kann.

Da die Beschleunigungs-Steuereinrichtung C außerhalb des Positionier-Servomechanismus D angeordnet ist. können die Kenndaten des Filters 27 unabhängig von der Stabilität und anderen Eigenschaften des Servomechanismus D gewählt werden. Das Ausgangssignal cder Beschleunigungs-Steuereinrichtung C ändert sich gleichmäßig, wie durch die ausgezogene Kurve c in F i g. 7 dargestellt ist, und wird an den Positionier-Servomechanismus D angelegt. Da der Positionier-Servomechanismus D eine hohe Rückkopplungsschleifenverstärkung aufweist, kann sein Ausgangssignal klein dem Eingangssignal mit einer vernachlässigbaren Zeitverzögerung folgen, wie durch die gestrichelte Linie d in F i g. 7 angezeigt ist.

An Hand Fig.8 wird nunmehr eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die zweite Ausführungsform entspricht im Aufbiiu im wesentlichen der ersten in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform. außer daß das Filter 27 oder die Beschleunigungs-Steuereinrichtung zwischen den Schalter 24 und das Sältigungsclcment 25 geschaltet ist. Die Arbeitsweise der zweiten Ausführungsforin cnisprichl im wesentlichen der der ersten Ausführungsfoim
Wenn die Posilionierurtgssystcmc gemäß der Erfindung in Manipulatoren verwendet werden, die zum Gießen von geschmolzenem Metall in Gießereien benutzt werden, kann das Spritzen d«s geschmolzenen Metalls infolge der plötzlichen Inbetriebnahme der Manipulatoren verhindert werden, indem eine ausreichend hohe Zeitkonslante für das Filter 27 in der Beschleunigungssteuereinricluung C gewählt wird, so daß die Beschleunigung am Anfang in der Größenordnung von 0.4 g (der Schwerkraft) eingestellt ist. Wenn das Positionier- bzw. Steuersystem gemäß der Erfin dung in einem Manipulator zum Befördern eines leichten Gegenstandes verwendet wird, kann die Zeitkonstante des Filters 27 erheblich verringert werden, da der Industrierobotor oder der Manipulator die Arbeit auch in dem Fall gut durchführt, daß die Beschleunigung am Anfang in der Größenordnung von t.5 bis 2.0 g liegt.

An Hand von Fig. 9 wird nachstehend eine praktische Ausführungsform des Positionier- oder Steuersystems gemäß der Erfindung beschrieben.

jo welches in einem Industrieroboter oder Manipulator angewendet werden kann, der in einer Aluminium-Druckgußmaschine zum Gießen von geschmolzenem Metall verwendet ist. Die Positionierbefehl-Einslelleinrichtung 31 weist eine Anzahl Posilions-Einstellpotentiometer POTi bis POT_n auf. an welche eine Spannung Vo angelegt wird. Ein Potentiometer POTo wird zur Rückkopplung verwendet. Eine Schalteinrichtung 32 weist eine Anzahl analoger Schalter SW, bis SW_n auf, welche jeweils, wie in dem Block SW] dargestellt ist.

Widerstände R\ bis Ri. einen Feldeffekt-Transistor T\. einen Transistor Ti und eine Diode D\ aufweisen. Die

Spannung V'i will! üuci ucn Vr'meiaianu R2 <"i "t"

Kollektor des Transistors T2 angelegt, während die Spannung V2 an dessen Emitter angelegt ist. Entsprechend dem Signal S> wird dann der Feldeffekttransistor Ti an- oder ausgeschaltet. In ähnlicher Weise werden die Feldeffekttransistoren in den anderen Schaltern SW₂ bis SW_n jeweils entsprechend den Signalen S2 bis S_n anoder abgeschaltet.

Die Schalter SW, bis SW_n können auch Schalter mit mechanischen Kontakten sein. Ein nicht umkehrbarer Addierer und Begrenzer 33 weist Widerstände /?5 bis Rt und einen Operationsverstärker OA\. Ein Integrator 34 weist Widerstände Rs bis Ri₀, ein Operationsverstärker OA2 und einen Kondensator Q auf. Ein Sekundärster 35 mit einer Zeitverzögerung zweiter Ordnung weist Widerstände Rn und Rn. Kondensatoren C₂ und C₃ sowie einen Operationsverstärker OAi mit einem Verstärkungsfaktor 1 auf. Ein nicht umkehrbarer Addierer und ein Servoversiärker 36 weist Widerstände Rm bis R\b sowie einen Operationsverstärker OAa, auf. Das Steuersystem weist ferner einen Leistungsverstärker 37, ein Servoventil 38. eine Ölquelle 39 und eine Last 40 mit einem Stellglied auf. Die Ausgänge der Schalteinrichtung 32. des Integrators 34 und des Sekundärfilters 35 sind mit e, /"bzw. # bezeichnet.

Im folgenden wird die Arbeitsweise dieser Schaltungsanordnung beschrieben.

ίο

Die an die Schalter SWi bis SW_n angelegte Spannung V] beträgt beispielsweise + 15 V, während die Emitterspännung Vi - 15 V beträgt; die an die Potentiometer I³OTi bis POT₁, angelegte Spannung K₀ ist so gewählt, daß sie etwas höher als die Spannung Vi ist und ·> beispielsweise - 14 V beträgt. Infolgedessen ändern sich die an die Schalter SVVi bis SW_n angelegten Signale S\ bis S_nVOn - 15 V bis 0 V. Wenn die Potentiometer POTx und FOr^in der Positiörticrberehl-Einstellcinrichtiing 31 auf Werte Vm bzw. V02 eingestellt werden, das den Schalter SVVi angelegte Signal Si auf OV und die Signale S2 bis S_n auf die Spannung V2 eingestellt werden, dann ist die maximale Ausgangsspannung des Rückkopplungspotentiometers POTo auf dem Wert V02. Wenn das Signal S2 auf 0 V übergeht, während die Signale Si bis S_n außer dem Signal S2 auf den Wert Vi übergehen, dann is' der nicht umkehrbare Addierer 33 über den Schalter XIV» mit flor pinapstplltpn Snnnnunp Vnt t\a Pnsilinn**- Einstellpotentiomelers POTi verbunden, so daß der Eingang c an dem nicht umkehrbaren Addierer und Begrenzer 33 schrittweise von dem Wert Hu auf den Wert V02 übergeht. Der nicht umkehrbare Addierer und Begrenzer 33 nutzt hierbei die Sättigung des Operationsverstärkers OA\ aus, und sein Eingang wird an den Integrator 34 angelegt, welcher eine ausreichend hohe Verstärkung aufweist und die Integration des Ausgangs von dem nicht umkehrbaren Addierer 33 durchführt, wobei die Spannung durch die mit der Eingangsseite verbundene Widerstände Rs und /?ς geteilt wird und der Strom durch den Wert des Widerstands R\o bestimmt j» wird, außer wenn die Eingangsspannung (Va₂- V_Oi) an dem nicht umkehrbaren Addierer und Begrenze·- 33 sehr klein ist. Der Ausgang /"des Integrators 34 wird an den nicht umkehrbaren Addierer und Begrenzer 33 negativ rückgekoppelt, d. h. gegengekoppelt, und zu i^r, dem Befehlssignal hinzuaddiert, so daß die Integration beendet ist, wenn die Ausgangsspannung f an dem Integrator 34 den Wert V02 erreicht. Der Ausgang f ändert sich dann, wie durch die ausgezogene Kurve b in Fig./dargestellt ist. w

Der Ausgang /"von dem Integrator 34 wird an den Eingang des Filters 35 mit einer Zeitverzögerung zweiter Ordnung angelegt, so daß sich der Ausgang g des Filters 35 ändert, wie durch die ausgezogene Kurve ein F i g. 7 dargestellt ist. und die Spannung V02 erreicht. ·τ> Der Ausgang ^des Filters 35 wird an den Eingang des eine hohe Verstärkung aufweisenden Servoverstärkers 36 angelegt, welcher Jas Eingangssignal in Abhängigkeit von der Abweichung des Eingangssignals gegenüber der Ausgangsspannung des Rückkopplungspotentiometers POTo verstärkt. Der Ausgang des Servoverstärkers 36 wird dann durch den Leistungsverstärker 37 weiterverstärkl, mit welchem das Servoventil 38 angesteuert und angetrieben wird, wodurch die Last 40 gleichmäßig bzw. stetig beinahe ohne eine Zeitverzögerung bezüglich des Eingangssignals und mit einer sehr kleinen Verschiebung angelrieben wird. Das Riickkopplüngspoientiomeler POTo ist an der Antriebswelle der Last 40 angebracht, um fortlaufend deren Drehbewegung und Stellung zu fühlen.

Der Ausgang des Rückkopplungspotcntiomcters POTo ändert sich wie durch die Kurve (/in F i g. 7 angezeigt ist. Der Gradient der Kurve d stellt die Geschwindigkeit der Last 40 dar. während ihr Krümmungsradius die Beschleunigung anzeigt. Hieraus ist zu ersehen, daß die Last 40 ruhig und gleichmäßig aus der durch die Positionsbefehl-Spannung Vo bezeichnete Lage beschleunigt wird, und nachdem sie die geforderte Geschwindigkeit erreicht hat, welche durch den Integrationskocffizicnten des Integrators 34 bestimmt wird, wird die Last 40 wieder gleichmäßig verzögert und in der durch die Befehlsspannung V02 bezeichnete Stellung mit einem höheren Genauigkeitsgrad angehalten. Die Betriebsweise des Steuersystems entspricht im wesentlichen der des vorbeschriebenen Systems, selbst wenn andere Positions-Einstellpotentiometcr POTj bis POT_n gew ählt sind und durch die Schalter SVVi bis SlV,, verbunden sind.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr an Hand der Fig. 10 beschrieben, in welcher dieselben Bezugszeichen und Buchstaben verwendet sind, welche die entsprechenden Teile in Fig. 10 bezeichnen. Die Schalter SWi und SW₂ sind Relaisschalter, und statt des nicht umkehrbaren Addierers und Begrenzers 33 ist ein umkehrbarer Addierer und Begrenzer 33' verwendet. Ein Filter 35' weist einen hohen Verstärkungsfaktor auf und in ihm ist ein Operationsverstärker OA verwendet, in welchem die Polarität der Ausgangsspannung bezüglich der Polarität der Eingangsspannung umgekehrt ist. Die Betriebsweise dieser Ausführungsform entspricht im wesentlichen der der in F i g. 9 dargestellten Ausführungsform.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Steuereinrichtung für die Verstellung des Arms eines Manipulators mit variabler Geschwindigkeit mit einer Positioniereinrichtung zur Erzeugung von Positionssignalen, die ein Stellglied für den Arm nacheinander schrittweise in vorgegebene Lagen bringen, gekennzeichnet durch eine Geschwindigkeitssteuerung (B) zur Umsetzung der Positionssignale in bei einer vorher bestimmten Geschwindigkeit zu- oder abnehmende Signale, durch eine Beschleunigungssteuerung (C) mit einem Tiefpaßfilter (27) mit Zeitverzögerung erster oder höherer Ordnung für die Umwandlung eines sich zu stark ändernden Bereichs des Ausgangssignals der Geschwindigkeitssteuerung (B) in ein glattes, ausgeglichenes Signal, und durch einen das Ausgangssignal der Beschleunigungssteuerung (C) empfangenden Positionfi-Servomechanismus mit hoher Rück- 2n kopplungsschleifenverstärkung, jedoch ohne Zeitverzögerungselement für die Steuerung der Beschleunigung