DE2527182C2 - Vorrichtung zum Fernsteuern einer mechanischen Einheit - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet,

— die Steuereinheit (a) eine zweite, durch einen Motor (3a) betätigbare mechanische Einheit (la, 2a, 3a, 4a, 5a) aufweist,

— die Bewegungsfühler (5a, 56) jeweils einen Impuls erzeugen, w^nn mi. den jeweiligen Motoren (3a, 36) verbundene Wellen (2a, 2b) sich um einen vorgegebenen Wini. :lschritt drehen, wobei die Impulse entgegengesetzte Vorzeichen haben, wenn die Motoren (3a, 3b) sich mit gleichem Drehsinn drehen, und

— das Ausgangssignal des Addierers (8) zur Belastungsrückführung über einen Verstärker (lla) an den Motor (3a) der Steuereinheit (a) zurückgeführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Impulsfolge (Puls) den Eingang eines parallel zu einem Speicher (14a, 146) liegenden Zählers (13a, 136) steuert, daß der Ausgang des der ersten mechanischen Einheit (6^ zugeordneten Speichers (146) mit einem Multiplexer (166) verbunden ist, der an einen Demultiplexer (18a) angeschlossen ist, daß der Ausgang des Demultiplexers (18a) an einen der Eingänge des Addierers (8) angeschlossen ist, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Speichers (14a) verbunden ist, der der Steuereinheit (a) zugeordnet ist, daß der Ausgang des Addierers (8) mit einem zweiten Addierer (13a) verbunden ist, dessen Ausgang an die zwei Verstärkerglieder (10a, 106) angeschlossen ist, daß ein erster Taktgeber (156) vorgesehen ist, der sequentiell das Übertragen des Inhaltes des Speichers des zu steuernden Elements (b) in den Multiplexer (166) und das Löschen des zugeordneten Zählers (136) hervorruft, und daß ein zweiter Taktgeber (15a) sequentiell das Übertragen des Inhaltes des dem Steuer-Element (a) zugeordneten Speichers und das Löschen des zugeordneten Zählers (13a) hervorruft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Addierer (8) über die Multiplexer-Demultiplexer-Einheit (166, 18a) und den zweiten Taktgeber (15a) mit dem Takt des ersten Taktgebers (156) synchronisierbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Demultiplexers (18a) aiuh mit dem Eingang eines ersten Speichers (246) verbunden ist, der seinerseits an einen zweiten Speicher (256) angeschlossen ist, dessen Ausgang einen der Eingänge eines weiteren Addierers (27Ji) beaufschlagt, dessen anderer Eingang direkt mit dem Ausgang des Demultiplexers (18a) verbunden ist, daß das Übertragen des Inhaltes des ersten Speichers (246) in den zweiten Speicher (256) durch einen weiteren Taktgeber (19) gesteuert ist, daß das Übertragen des Inhaltes des zweiten Speichers (256) in den Addierer durch den weiteren Taktgeber (19) gesteuert ist, daß der dem Steuer-Element (a) zugeordnete Speicher (14a) zwei andere reihengeschaltete Speicher (24a, 25a) beaufschlagt daß der zweite (25a) dieser anderen beiden Speicher einen der Eingänge eines Addierers (27a) beaufschlagt, dessen anderer Eingang direkt durch den Ausgang des dem Steuer-Element (a) zugeordneten Speichers (14a) angesteuert ist, daß die Übertragung des Inhaltes des ersten (24a) der beiden anderen Speicher durch den weiteren Taktgeber (19) gesteuert ist und daß die Übertragung des Inhaltes des zweiten (25a) der anderen Speicher in den Addierer (27a) durch den weiteren Taktgeber (19) gesteuert ist (F i g. 3).

5. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß eier Ausgang jedes Bewegungs-Fühlers (5a, 56) mit einem Zähler (13a, 136) verbunden ist, dessen Ausgang einen Speicher (14a, 146) ansteuert, daß der Ausgang jedes Speichers (14a, 146) selbst mit einem Digital-Analog-Umsetzer (30a, 306) verbunden ist, daß die Ausgänge der Umsetzer (30a, 306) die Eingänge eines Addier-Integrier-GIiedes (31) beaufschlagen, das an seinem Ausgang ein analoges Signal (32) erzeugt, das ςί«η Fehler zwischen den Lagen des Steuer- und des zu steLjrnden Elements angibt (F i g. 4).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Multiplexer (166) und einen Demultiplexer (18a) zwischen dem Speicher (146) des zu steuernden Elements (b) und dem Eingang des zugeordneten Digital-Analog-Umsetzers (306).

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang jedes Digital-Analog-Umsetzers (30a, 306) auch ein Differenzierglied (34a, 346) beaufschlagt, das an seinem Ausgang ein Signal erzeugt, das die Beschleunigung jeweils des Steuer- und des zu steuernden Elements angibt.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fernsteuern von Bewegungen und Belastungen einer durch einen Motor betätigbaren mechanischen Einheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-OS 14 31 938 bekannt. Diese Vorrichtung verwendet als Bewegungsfühler Potentiometer. Solche Potentiometer snd anfällig bezüglich elektrischer Störungen, und die von ihnen erzeugten Meßsignale eignen sich nicht für eine Fernübertragung mit hoher Genauigkeit. Zur Erfassung der Belastung an der zu steuernden mechanischen Einheit ist bei dieser Vorrichtung ein gesonderter. Kraftaufnehmer vorgesehen, dessen Ausgangssignal in einem zusätzli-

chen Addierglied zu einem Ausgangssignal eines der Steuereinheit zugeordneten Kraftaufnehmers addiert wird. Das Ausgangssignal dieses Addiergliedes wird zur Belastungsrückführung verwendet. Die bekannte Vorrichtung weist also eine große Anzahl an Bauelementen auf und erfordert eine verhältnismäßig große Anzahl an Verbindungsleitungen zwischen der Steuereinheit und der zu steuernden mechanischen Einheit.

Dem Anmelder sind ferner Vorrichtungen bekannt, die Drehfeldgeber, Koordinatenwandler oder schließlich digitale Lsgecodiercr verwenden, die ähnlich bei dem Steuer- und dem zu steuernden Element vorgesehen sind Ein Differenzsigna] der relativen Lage, das von diesen beiden Lagefühlern erhalten wird, steuert eine symmetrische Stellschleife, die Motoren verstellt, die jeweils am Steuer- und zu steuernden Element vorgesehen sind, welche Motoren so das Übertragen der Lagebefehle und das Wiederherstellen der übertragenen Belastungen mit einer geringfügigen Verschiebung in bezug auf die Lage gewährleisten, der das bei der Rückführung einwirkende Drehmoment bzw. K.räftepaar entspricht. Es gibt auch analoge Vorrichtungen, die außerdem Belastungsfühler mit Einschnür-Kaiibrierung oder mit Kompression elastischer Teile verwenden und ein analoges oder digitales Signal über die einwirkende Belastung mitnehmen, wobei die Lage- und Belastungsfühler gewöhnlich in Stellschleifen angeordnet sind, um zum gleichen Ergebnis zu führen. Eine Vorrichtung verwendet Schrittmotoren, die einem gemischten Lage- und Belastungsfühler zugeordnet sind, der Impulse entsprechend der gleichen Lageänderung erzeugt, wie diese durch die Motoren bewirkt wird, wobei das zuletztgenannte System auch die gleiche Funktion verwirklicht.

Diese verschiedenen Vorrichtungen haben unterschiedliche Nachteile: Die Potentiometer sind, wie bereits erwähnt, aufgrund elektrischer Störungen für Fernübertragungen problematisch; die Drehfeldgeber, die diesen Nachteil durch die Wechselsignale vermeiden, die sie übertragen, erfordern dagegen eine viel größere Anzahl von Drähten; die Koordinatenwandler erzeugen ein binäres oder analoges Signal und erfordern, indem sie eine Codierung absolut gleich wie ebenfalls verwendete optische Codierer liefern, das Übertragen einer Information mit großer Genauigkeit, also eines Binärsignals mit sehr vielen Bits. Das gleiche gilt auch für die Binärzahl, die durch Umwandlung der durch die Potentiometer gegebenen Signale für absolute Lager erhalten wird, und das Multiplexen in dieser absoluten digitalen Steuerung einer großen Anzahl gleichzeitiger mechanischer Funktionen benötigt eine sehr große Übertragungskapazität.

Im übrigen erlaubt die Verwendung von Schrittmotoren in der zuietztgerannten Vorrichtung eine beträchtliche Verringerung des Informationsanfalls, aber die betrachteten Motoren sind nicht umsteuerbaren Übertragungen zugeordnet, und ihre Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsgrenzwerte schränken die Leistungen der Systeme ein, denen sie zugeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß eine einfache Belastungsrückführung bei einfacher und gleichzeitig störungsfreier Übertragung der Steuerinformation möglich ist.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Dabei ist aus der CH-PS 3 71 172 eine elektrische Regeleinrichtung für einen Antrieb bekannt, bei der die Bewegung des Antriebs durch einen Bewegungsfühler ermittelt wird, der jeweils einen Impuls erzeugt, wenn die Welle des Antriebs einen Winkelschritt weiterläuft. Das Ausgangssignal des Impulsgebers wird einem Addierer zugeführt, dessen zweiter Eingang mit Impulsen beaufschlagt ist, die durch einen Oszillator und einen Frequenzteiler erzeugt werden und die Befehlssignale

ίο für die Stellung des Antriebs bilden. Der Addierer ist so aufgebaut, daß am Ausgang die Differenz der beiden zugeführten Impulse in Form eines Fehlersignals anliegen. Dieses Fehlersignal wird einem Verstärker zugeführt, der das Drehmoment des Antriebs steuert. Ist das Fehlersignal gleich Null, wird der Antrieb nicht mit Energie versorgt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die

eine einfache Fernübertragung unü ^ine Übertragung mittels einer einzigen Informationsieitung ermöglicht, zeichnet sich dadurch aus, daß jede Impulsfolge (Puls) den Eingang eines parallel zu einem Speicher liegenden Zählers steuert, daß der Ausgang des der ersten mechansichen Einheit zugeordneten Speichers mit einem Multiplexer verbunden ist, der an einen Demultiplexer angeschlossen ist, daß der Ausgang des Demultiplexers an einen der Eingänge des Addierern angeschlossen ist, dessen andrer Eingang mit dem Ausgang des Speichers verbunden ist, der der Steuereinheit zugeordnec ist, daß der Ausgang des Addierers mit einem zweiten Addierer verbunden ist, dessen Ausgang an die zwei Verstärkerglieder angeschlossen ist, daß ein erster Taktgeber vorgesehen ist, der sequentiell das Übertragen des Inhaltes des Speichers des zu steuernden Elements in den Multiplexer und das Loschen des zugeordneten Zählers hervorruft, und daß ein zweiter Taktgeber seauentiell das Übertragen des Inhaltes des dem Steuer-Element zugeordneten Speichers und das Löschen des zugeordneten Zählers hervorruft.

Aus der Druckschrift »BBC-Nachrichten«, Januar 1961, Seiten 3—9, kann entnommen werden, daß bei Fernsteuerungen zur Informationsübertragung vom Sender zum Empfänger eine Serien-Parallel-L'msetzung erfolgt. Parallel zu jedem Umsetzer ist ein Speicher geschaltet, aus dem die Impulse einzeln ausgelesen bzw. in den sie einzeln eingeschrieben werden.

Es ist vor.eilhaft, daß jedem Element zwei Speicher und ein Addierer zugerodnet sind, die ein Signal ermögliehen, das die Beschleunigung jedes Elements wiedergibt.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, da3 der Ausgang jedes Fühlers mit einem Zähler verbunden ist, dessen Ausgang einen Speiche"· ansteuert, daß der Ausgang jedes Speichers selbst mit einem Digital-Analog-Umsetzer verbunden ist, daß die Ausgänge der Umsetzer die Eingänge eines Addier-Integrier-GIiedes beaufschlagen, Has an seinem Ausgang ein analoges Signal erzeugt, das den Fehler zwischen den Lagen des Steuer· und des zu steuernden Elements angibt.

Nachfolgend wird die Erfindung anharrf der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Vorrichtung,

b5 F i g. 2 eine Abwandlung der Vorrichtung mit zusätzlich einem sequentiellen Addierer,

F i g. 3 eine Abwandlung der Vorrichtung mit zusätzlich sequentiellen Speichern und einem zweiten Addie-

rer und

Fig.4 eine Variante der Vorrichtung mit Digital-Analog-Umsetzung.

In der Fig. 1, die die erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt, sind ein Steuer-Element a und ein zu steuerndes Element 6 vorgesehen, die jeweils einen Hebel la, der sich um eine Drehachse 2a im Steuer-Element und die Bauteile des gleichen Bezugszeichens dreht, die mit einem Index 6 versehen sind, und einen Hebel 16 des zu steuernden Elements haben, der um die Drehachse 2b umläuft. Motoren 3a, 3b betätigen diese mechanischen Übertragungsvorrichtungen mittels Zahnrad- oder Rädertrieben 4a und 4b. Die gesamte Vorrichtung wird durch Bewegungsfühler vervollständigt, die bei Drehung der Hebel um ihre Achsen Impulse erzeugen, d. h., ein Bewegungsfühler Sa auf der Steuer-Seite und ein Bewegungsfühler 5b auf der Steuer-Seite und ein Bewegungsfühler Sb auf der zu steuernden Seite. Selbstverständlich kann eine Entfernung groß sein, und/oder ein schwierig zu durchquerendes mechanisches Hindernis trennt das Element a und das Element b. Diese Schranke und/oder diese Entfernung sind durch eine symbolische Wand 6 dargeteilt. Es soll daran erinnert werden, daß die Erfindung insbesondere eine Verringerung der Anzahl und der Kompliziertheit der Verbindungen zwisehen den Elementen a und b anstrebt. Zusätzlich sollen nahe beim Element a möglichst viele Bauteile vorgesehen sein, die zugänglicher als das Element b aufgrund der Entfernung, der Wand, die das Steuer-Element von dem zu steuernden Element b trennt, oder der gefährlichen Umgebung sind, in der sich b befindet.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung speist eine einzige Verbindung Tb die durch den Bewegungsfühler Sb der zu steuernden Seite erzeugten Impulse bis zur Steuer-Seite, wo sie in einen Addierer 8 eingespeist werden. der über eine ähnliche Verbindung 7a, die nicht die Schranke durchquert, die impulse vom Steuer-Bewegungsfühler Sa empfängt. Dieser Addierer 8 liefert das algebraische Ergebnis der gesammelten Bewegungen von den Gliedern 5a und Sb, d. h.. in jedem Zeitpunkt die eventuelle relative Lageabweichung zwischen den beiden gesteuerten Elementen. Dieses Fehlersignal wird gleichzeitig in zwei Vorverstärker 10a und 1Oi gespeist, die jeweils Leistungsverstärker 11a und 116 ansteuern, die die Motoren 3a und Zb steuern. Erfindungsgemäß sind die beiden Verwstärker 10a und 106 in der Nähe des Steuer-Armes vorgesehen, und eine zweite Verbindung 12. die der Verbindung 7 ähnlich ist und die Schranke 6 durchquert, speist die Steuersignale zum Leistungsverstärker Wb, der in der Nähe des Motors 3b in der gefährlichen Umgebung und nahe bei einer nicht dargestellten unabhängigen Leistungsquelle vorgesehen ist.

Im folgenden wird der Betrieb dieser Vorrichtung ausgehend von einer Anfangsstellung der Hebel la, \b entsprechend einer algebraischen Summe 0 im Addierer 8 erläutert. Wenn eine Bewegung auf den Steuer-Hebel la einwirkt kommen die vom Bewegungsfühler 5a erzeugten polarisierten Impulse (ein Impuls entspricht Einheitsschritten der Bewegung und hat ein Vorzeichen, das den Richtungssinn der Bewegung anzeigt) am Addierer 8 an. der ein Lagefehlersignal mit erzeugt. Dieses Signal führt mittels des Vorverstärkers 106 zu einer Bewegung des Motors und des Hebels 16 in der gleichen Richtung, bis die durch die Bewegung des Fühlers es 56 hervorgerufenen Impulse das den Addierer verlassende Ergebnis auf den V/ert 0 zurückgeführt haben. Dieser erste Fall entspricht einer Bewegung, die keinen Widerstand erfahren hat.

Wenn der Hebel \b einen Widerstand erfährt und wenn der Hebel la bewegt wird, muß eine bestimmte Anzahl von Impulsen vorliegen, damit die Verstärkerkette !06, 116 ein ausreichendes Drehmoment bzw. Kräftepaar zum Motor 36 speist, um den auf den Hebel 16 einwirkenden Widerstand zu überwinden. Ein gleiches oder proportionales Drehmoment wird durch den Zweig 10a, 11a zum ähnlichen Motor 3a gesteuert und beaufschlagt somit den Hebel la mit einem gleichen oder proportionalen Widerstand wie der auf den Hebel 16 einwirkende Widerstand. Wenn also der Hebel 16 durch eine aktive Kraft anstelle eines passiven Widerstandes belastet ist, arbeitet die symmetrische Vorrichtung gleich, und ein auf den Steuer-Arm la einwirkender Widerstand kann die aktive Belastung zum Verschwinden bringen, die am zu steuernden Arm 16 liegt, worauf die dieser Vorrichtung gegebene Bezeichnung beruht: Bilaterale Steuerung mit Rückführung der Belastung oder umsteuerbare Steuerung mit Rückführung der Belastung.

Der Bewegungsfühler, wie 5a oder 56, erzeugt Impulse entsprechend einer Einheitsbewegung oder eines Schrittes (Inkrements) und gibt gleichzeitig den Richtungssinn dieser Bewegung an, wobei er so dargestellt ist, daß er positive Impulse im einen Richtungssinn und negative Impulse im anderen Richtungssinn erzeugt, die durch die Verbindung 7a oder 76 übertragen werden, die diesen fühler mit dem Addierer 8 verbinden.

Bei einer Anlage, die eine derartige Fernübertragung verwendet, bewirken die Trägheiten der Bauteile, wie z. B, der Motoren 36 und 3a, der Hebel 16, la oder die ihnen zugeordneten Elemente, in gleicher Weise dynamische Informationen mit Trägheit. Wenn nämlich eine schnelle Bewegung auf den Hebel la einwirkt, führt die vorübergehende Erzeugung eines den Addierer 8 verfassenden Lagefehiersignais gleichzeitig zu einem Drehmoment des Motors 36, der dem Hebel 16 die gewünschte Beschleunigung gibt, und gleichzeitig zu einem Drehmoment proportional oder gleich im Widerstand mittels des Motors 3a auf dem Wert des Hebels la. Somit ist die Rückführung der Belastung nicht nur statisch, sondern dynamisch, und die Trägheit des Steuer-Elements ist steuerseitig wiederhergestellt. Sie paßt sich also offenbar der Trägheit an, die dem betreffenden Steuer-Element eigen ist. Daraus ergeben sich die Hauptvorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sich einerseits die geringe Informationsmenge, die durch die Leitung 7 übertragen ist, die allein die Impulse überträgt, die auf der Bewegung anstelle der gegebe enfalls schnellen Wiederholung einer die absolute Lge wiedergebenden großen Anzahl beruhen, und andererseits die einfache Möglichkeit einer Einspeisung 9 von Hilfsimpulsen in den Addierer 8. Diese Impulse rufen dann eine relative Bewegung, gesteuert vom Hebel 16 in bezug auf den Hebel la, oder eine Verschiebung hervor, wodurch so Hilfs-Bewegungen ermöglicht werden, die nicht direkt durch den Hebel la gesteuert sind, die aber in jedem Zeitpunkt während ihrer Ausführung nicht aufhören, unter dem Gesichtspunkt der Belastung auf den Pegel des Steuer-Hebels la wiederhergestellt zu sein.

Es soil noch darauf hingewiesen werden, daß die Bewegungsfühler 5a, 56 vorzugsweise auf der Welle des Motors 3 angeordnet sind, was die Steilschleife vom mechanischen Spiel frei macht. Der Fühler kann optisch, magnetisch usw. arbeiten.

Die F i g. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das ein sequentielles Zählen verwendet

Wenn mehrere Signale gleichzeitig auf einer einzigen Verbindungsleitung übertragen werden müssen, so ist es zur Durchführung einer sogenannten Multiplex-Steuerung erforderlich, jede dieser Funktionen zu kalibrieren. Zu diesem Zweck wird auf bereits diskutierte Weise in jedem sequentiellen Zähler die Bilanz der Bewegung während einer gegebenen Zeitdauer abgegriffen, 'ßs bei der erläuterten Möglichkeit zwischen 'Λο und Vioo s liegen kann, so daß für jede der betrachteten Bewegungen diese Werte in Reihe in Form eines einzigen Signals adressiert werden, das nach Demultiplexen jeden dieser Abtastwerte in den entsprechenden Kanälen wiederherstellt.

In der F i g. 2 ist auf der zu steuernden Seite der Bewegungsfühler 56 vorgesehen, der polarisierte Impulse zu einem Zähler 136 speist, dem ein parallelgeschaltetes Register 146 folgt. Ein Taktgeber 156 steuert den Übergang vom Register 146, das den Speicher in einer Multiplex-Einheit iSb bildet. Nach einer geringen Verzögerung aufgrund des Bauelements 176 befiehlt der Taktgeber das Nullrücksetzen des Zählers 136. Nach dem auf der Verbindungsleitung 7 erfolgten Übertragen aller Informationen, die von dem Fühler 56 ähnlichen Bauteilen kommen, die sich gleichzeitig bewegen können, stellt ein empfangsseitiger Demultiplexer 18.7 beim Steuer-Element das gleiche sequentielle Zählen der Bewegungen des Fühlers 56 her. En steuerseitiger Taktgeber 15a der gleichen Frequenz steuert eine ähnliche Leitung 13a, 17a, 14a, die direkt zum Addierer 8 die sequentiellen Abzählungen der Bewegungen des Fühlers 5a speist. Es ist er Jchtlich, daß der Addierer 8 die gleichen Informationen wie beim aligemeinen Ausführungsbeispiel der F i g. 1 empfängt. Dagegen wird durch die Anordnung der Zähler und Register 13 und 14, auf der Steuer-Seite wie auf der zu steuernden Seite den Taktgebern 15 zugeordnet, die sequentielle Ausführung der Addierung der Lageänderungen oder Bewegungen ermöglicht wie in diesem Aussführungsbeispiel der Erfindung. Der Addierer 8 kann die Zählwerte, die von der Steuer- und der zu steuernden Seite kommen, synchron oder nichtsynchron empfangen, und er stellt ständig die Bilanz der Änderungen der relativen Lage des gesteuerten Elements in bezug auf das Steuer-Element her. Wenn der Addierer 8 synchron arbeitet, muß der Synchronismus oder Gleichlauf der Taktgeber 15a und 156 gewährleistet werden. Durch die Leitung 19 ist der Taktgeber 156 wieder mit dem Ausgang des Demultiplexers 18a verbunden. Ein Nullsetzen des Addierers 8, das durch den Taktgeber 15a mittels eines Verzögerungsgliedes 20 gesteuert ist, ermöglicht es also, daß zum Ausgang 21 des Summiergliedes 8 digital die momentane Differenzgeschwindigkeit übertragen wird, die synchron zu dem Takt ist, der über die Leitung 19 aus dem Demultiplexer 18 austritt In diesem Fall gewährleistet ein zweiter Addierer 22 die Integration dieser Differenzgeschwindigkeit und erzeugt also sequentiell den Wert der relativen Fehlerlage.

Im übrigen liefert der Ausgang 236 des Demultiplexers synchron mit dem Taktgeber den digitalen Wert der Geschwindigkeit auf der zu steuernden Seite, und ebenso liefert am Ausgang 23a das Ausgangssignal des Speicherregisters 14a die Steuer-Geschwindigkeit Aufgrund der Ausgänge 21,22,23a und 236 kann über die Abweichung der Geschwindigkeit, die Abweichung der Lage vom augenblicklichen Wert sowie über die Steuer- und die zu steuernde Geschwindigkeit verfügt werden, wobei diese Baueinheiten selbstverständlich in Stellschleifen vorgesehen sein müssen, die den Steuer- und den zu steuernden Motor über die Leistungsverstärker ¹Ila und 116der Fig. 1 steuern.

Die Fig.3 zeigt, wie die Verwendung zusätzlicher Speicher es ermöglicht, diesen verschiedenen Größen die sequentielle Kenntnis der Beschleunigung des Steuer-Armes und des zu steuernden Armes beizufügen, wobei diese Größen zur Verbesserung der Vorrichtung mit Rückführung der Belastung bedeutend sind, die somit in bestimmten Wirkungen aufgrund der Trägheit verbessert wrden kann, die den Bauteilen der Manipulatoren eigen ist, wie dies weiter oben erläutert wurde.

In der Fig.3 sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in der Fi g. 2. Wesentlich an diesem Ausführungsbeispiel ist die Ver-Wendung von zwei zusätzlichen Speichern in jeder Schaltung. Es ist die gleiche Asymmetrie der Aufstellung in einer gefährlichen Umgebung gezeigt, wo die Elemente 6 vorgesehen sind, nämlich die zu steuernden Bauteile, die von dem ort mittels einer Abtrennung 6 getrennt sind, an dem die Steuer-Elemente a vorgesehen sind. Die zu steuernden Elemente sind streng die gleichen, was den Bewegungsfühler 56, der seine Impulse zum sequentiellen Zähler 136 speist, der sein sequentielles Zählen in den Speicher oder das Register 146 speist, die beide durch den Taktgeber 156 gesteuert sind, anbelangt, wobei der Zähler 136 durch den Taktgeber 156 über das Verzögerungsglied 176 auf Null rückgesetzt wird. Der gleiche Taktgeber steuert die Übertragung der im Register 146 enthaltenen Informationen zur Multiplexer-Einheit 166, die teilweise dargestellt ist, und die Verbindung 76 speist alle digitalen multiplexen Informationen in den Demultiplexer 18a auf der Steuer-Seite. Von diesem Demultiplexer gehen die Taktsignale aus, die im Taktgeber 19 wiederhergestellt werden und die Bauelemente am Ausgang des Demultiplexers steuern. Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel speichert ein erster Speicher oder ein Register

er 246 die aus

dem Demultiplexer 18a austretende Information, ein zweites Register 256 empfängt die Information des ersten Registers 246, wenn der Taktgeber 19 nach einer kurzen Verschiebung, die durch das Verzögerungsglied 266 gesteuert ist, ihm davon das Signal überträgt. Dieses gleiche Signal ruft die Übertragung des Inhaltes des Registers 256 in einen Addierer 276 hervor, wo er von der augenblicklichen Information abgezogen wird, d. h., es wird die Differenz der augenblicklichen Geschwindigkeit im gegebenen Zeitpunkt und in einem Zeitpunkt ermittelt, der um eine Taktperiode vorher vorgesehen ist. Der Ausgang 286 dieses sequentiellen Addierers liefert also den Wert der Beschleunigung des gesteuerten Elements, dessen Informationen vom Bewegungsfühler 56 erzeugt werden. Im übrigen kommen die die augenblickliche Geschwindigkeit auf der zu steuernden Seite angebenden Informationen direkt vom Demultiplexer gemäß der Verbindung 296, deren Verlängerung zum Addierer 8 führt. Ebenso ist auf der Steuer-Seite der Bewegungsfühler 5a vorgesehen, dessen Informationen im Zähler 13a gezählt v/erden, entsprechend den vom Taktgeber 19 erzeugten und leicht mittels eines Verzögerungsgliedes 17a verzögerten Folgen, wobei diese Informationen in einem Register 14a gespeichert werden, das hier eine dem Demultiplexer analoge Funktion erfüllt. Gemäß der dargestellten Variante der Erfindung erzeugen zwei andere Speicher oder Register 24a und 25a, die den Speichern 246 und 256 ähnlich sind, unter dem Einfluß der Impulse vom Taktgeber die augenblickliche Geschwindigkeit in einer Zeit, die im Addierer 27a vorgeht wo sie von der augenblicklichen Informa-

tion abgezogen wird, die bei 14a austritt und auf der Leitung 29a übertragen wird. Auf gleiche Weise liegt am Ausgang 28a dieses Addierers 27a der augenblickliche Wert der Beschleunigung des Steuer-Elements vor, während die Information der augenblicklichen Geschwindigkeit von der Leitung 29a auch zum Addierer 8 gespeist wird, Jem ein zweiter Addierer 22 folgt, wie dies bereits oben anhand der F i g. 2 erläutert wurde.

Wesentlich ist also, daß in jedem Zweig ein zweiter sequentieller Zähler, der einem zusätzlichen oder HilfsSpeicher vorgeht, eine weitere Kenntnis über die Beschleunigungen auf der Steuer- und der zu steuernden Seite geben kann, die zur Steuerung des Motors auf der Steuer- und der zu steuernden Seite nützlich ist. Die. F i g. 2 und 3 beziehen sich vollständig auf digitale Ausführungsformen der Erfindung, die sich insbesondere zur Verwirklichung mit einem digitalen Klein- oder Kleinstrechner anbieten.

Die Fig.4 zeigt ein anderes praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Digital-Analog-Umsetzung verwendet.

In der F i g. 4 sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den F i g. 1 und 2. Dies gilt für die Bewegungsfühler 5a und 5b der Steuer- und der zu steuernden Seite, die sequentiellen Zählereinheiten 136,146 und 13a, 14a, die als eine Verarbeitungseinheit dargestellt sind, die Verbindung 7 von der zu steuernden Seite zur Steuer-Seite, die durch einen Multiplexer 16£> und einen entsprechenden Demultiplexer 18a verläuft oder nicht, um die augenblickliche digitale Geschwindigkeitsinformation in einen Digital-Analog-Umsetzer 30b einzuspeisen, dem ein analoges Steuer-Element 30a entspricht. Ihre jeweiligen Ausgänge erzeugen eine analoge Spannung, die in jedem Zeitpunkt die Geschwindigkeit des Elements entsprechend der Steuer- oder der zu steuernden Seite ist. Es soll daran erinnert werden, daß zur Vereinfachung der Darstellung die Bauteile 5a und 5b Impulse entgegengesetzten Vorzeichens erzeugen, wenn sie im gleichen Richtungssinn umlaufen. Unter diesen Bedingungen wird die algebraische Summe der augenblicklichen Geschwindigkeiten durch Addition in einem Addierer 31 verwirklicht, der das augenblickliche Geschwindigkeitsfehlersignal integriert und den analogen Wert des Lagefehlersignals an die Leitung 32 anlegt, ausgehend von Schrittsignalen (Inkrementsignalen), die die Bewegungsfühler 5a und 5b verlassen, weshalb die direkten Ausgänge 33ί> und 33a für die Größe der Geschwindigkeiten der Steuer- und der zu steuernden Seite bei der gesamten Steuerung so verwendet werden können, wie dies in der F i g. 1 gezeigt ist. Im übrigen können auf dem Pegel dieser analogen Größen der Geschwindigkeit der Steuer- und der zu steuernden Seite mittels eines Differenziergliedes 346 und dessen entsprechenden Bauelements 34a die Werte der Beschleunigungen erhalten werden, wenn diese erforderlich sind.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, direkt die Vorrichtung zum Messen der Bewegungen, die dem sequentiellen Zählen und dem Summierglied zugeordnet sind, mit einer analogen Stellschleife zu verbinden, deren Aufbau im übrigen bereits beschrieben worden ist Daraus und aus den anhand der Fig.2, 3 und 4 gegebenen Erläuterungen ergibt sich einer der bedeutenden Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Wenn nämlich die Anordnung des Steuer- und des zu steuernden Elements, die zur Wiedergabe von Bewegungen und zur zweiseitigen Übertragung von BeIastuneen bestimmt ist eine minimale Empfindlichkeit entsprechend z. F? einem Fehlersignal einer Einheitslage benötigt, so ist es im übrigen offensichtlich, daß die entsprechende relative mechanische Bewegung zwischen dem Steuer- und gesteuerten Element sehr klein bleiben muß, ζ. B. Vio eines mm für den Schwellenwert, der weiter unten näher erläutert wird. Wenn im übrigen der Verlauf einer Bewegung, der gewöhnlich durch einen Codierer für eine absolute Lage markiert wird, einen oder mehrere Meter beträgt, so ist ersichtlich, daß die

ίο Größenordnung der Anzahl, die diese Lage anzeigt, bei 10 000 liegt, was 13 bis 14 Bits in Binärschreibweise bedeutet, und daß diese Binärzahl auf der Umwandlung einer analogen Spannung oder einer Phasendifferenz in einem Koordinatenwandler oder schließlich indirekt auf einem absoluten optischen Codierer beruht.

Wenn sich weiterhin das Steuer- oder das gesteuerte Element mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von m/s bewegen soll, so ist leicht einzusehen, daß bei der sequentiellen Übertragung durch Muitipiexen mit einer Frequenz von 50 bis 100 Hz gearbeitet werden muß. Unter diesen Bedingungen muß die Informationsübertragung von 13 Bits 50- bis lOOmal in der Sekunde durchgeführt werden, was zu einer komplizierten Elektronik führt.

Es wird nun die erfindungsgemäße Vorrichtung betrachtet: Wenn ein Impuls Vi₀ eines mm entspricht, bedeutet die maximale Geschwindigkeit von 1 m/s 10 000 Schritten/s, d. h. 100 Schritte lOOmal/s oder 200 Schritte bei 50 Hz. Die maximale Zahl, die also gezählt, multiplext, übertragen, demultiplext und verwendet werden muß, ist nicht mehr als eine Zahl von 7 bis 8 Bits anstelle von 13 Bits. Diese Vorrichtung, die keine absolute Lagemarkierung benötigt, ist für die Erleichterung der Übertragung von Multiplex- oder Demultiplex-Elementen sowie von Rechen-Elementen nützlich, die digital in einem Kleinrechner (entsprechend den Ausführungsbeispielen der F i g. 2 oder 3) verwirklicht werden können. Dies vereinfacht die Abmessungen, was dann besonders vorteilhaft ist, wenn das Leiten oder Führen auf Sicht und ein »Berühren« des Armes der zu steuernden Seite hauptsächlich angestrebt wird.

Weiterhin erleichtert die efindungsgemäße Vorrichtung die Verwirklichung von zusätzlichen oder HilfsVerschiebungen ohne Verlust in irgendeinem Zeitpunkt der Rückführung der Belastung auf der Steuer-Seite.

Schließlich kann bei einer guten Verwirklichung der Mechanik- und Steuer-Einheit ein möglicher Zählverlust vollständig vermieden werden, und es wird also über leicht auf Magnetbändern aufzuzeichnende Informationen für eine Programmierung eine Manipulators in vernünftiger Zeit verfügt.

Dies gilt alles in gleicher Weise, wenn das Steuer-Element in der Form einer Verarbeitungseinheit und/oder eines Programms ausgebildet ist, das an der Stelle eines Bedieners die Informationen in Rückführung analysiert, sie mit programmierten Befehlen kombiniert oder wenn die Informationen gleich von einem Bediener kommen und wenn dem Arm auf der zu steuernden Seite vorgesehenen Arm die Befehle übertragen werden, die daraus abgeleitet sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   !.Vorrichtungzum Fernsteuern von Bewegungen und Belastungen einer durch einen Motor betätigbaren mechanischen Einheit
   mit

   — einem der zu steuernden mechanischen Einheit zugeordneten Bewegungsfühler.

   — einer Steuereinheit mit einem Bewegungsfühler,

   — einem Addierer zum Addieren vor den Ausgangssignalen der Bewegungsfühler entsprechenden Signalen,

   — einer Steuerleitung, mit der das Ausgangssignal des Addierers an den Eingang

   — eines Verstärkers geführt ist, dessen Ausgangssigno' das Drehmoment des Motors der zu steuernde» mechanischen Einheit steuert, und

   — einer Leitung zur Rückführung eines die Belastung der zu steuernden mechanischen Einheit wiedergebenden Signals an die Steuereinheit,