DE2660912C2 - Programmsteuerung für einen Manipulator - Google Patents
Programmsteuerung für einen ManipulatorInfo
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Description
65
Die Erfindung betrifft eine Programmsteuerung für einen Manipulator gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
Eine derartige Programmsteuerung ist aus der DE-OS 20 12 858 bekannt. Sie erlaubt es, für die Programmierung
in einer sog. Instruktionsphase vor dem eigentlichen Arbeitsbetrieb den Manipulatorarm b^w. die daran befindliche
»Hand« unter manueller Steuerung maschinell in einzelne gewünschte Positionen zu führen, die dann bei
Betätigung eines entsprechenden Druckknopfes in Form entsprechender digitaler Positionssignale in dem Programmspeicher
aufgezeichnet werden. Indessen kann es vorkommen, daß der Arm die betreffende gewünschte
Position wieder verläßt, noch ehe die Aufzeichnung erfolgt ist. Dies kann etwa geschehen, indem die mit der Programmierung
beschäftigte oder eine andere Person an den Arm anstößt oder einfach durch Leckströmungen in den i. a.
hydraulischen Antriebsmitteln und deren Steuerventilen. Es ist besonders unerwünscht, wo es, z. B. wenn zwei
derartige Manipulatoren zu einem Montagevorgang zusammenwirken, auf hohe Präzision in der jeweiligen Positionierung
ankommt. Soll der eine Manipulator irgendwelche Verrichtungen an einem Teil vornehmen, das von dem
anderen gehalten wird, so muß die Position dieses Teiles während der Instruktion des erstgenannten Manipulators
absolut festliegen.
Dementsprechend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Weg anzugeben, um in der Instruktionsphase
eine einmal eingegebene und im Arbeitsbetrieb wieder anzufahrende Position, solange dies erwünscht ist, präzise
festhalten zu können.
Diese Aufgabe ist für eine Programmsteuerung der eingangs
genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die in dem betreffenden Register gespeicherten Positionsdaten gestatten es, durch Vergleich mit den jeweiligen
aktuellen Positionsdaten aus den Codierern für die einzelnen Koordinaten Abweichungssignale zu erzeugen, um
damit eine auftretende Positionsabweichung auszuregeln.
Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten an, wie sie genauer noch aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren hervorgehen. Hierbei zeigt
Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild der hier wesentlichen Schaltmittel der Programmsteuerung für eine Bewegungskoordinate
des Manipulators,
Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild der Programmsteuerung nach Fig. 1 für alle auftretenden Bewegungskoordinaten, und
Fig. 3 ein Diagramm, welches die in der Anordnung nach Fig. 2 zur Anwendung kommenden Multiplex-Zeitintervalle
zeigt.
Fig. 1 zeigt die Schaltungsanordnung für eine einzelne von beispielsweise sechs Bewegungskoordinaten des Manipulators,
nämlich für eine Armschwenkbewegung um eine vertikale »Hüftachse«. Hiernach besitzt der betreffende
Codierer 610 eine Gruppe von Ausgangsleitungen 620, auf denen das digitale Positionssignal in Form einer Zahl im
Gray-Code erscheint. Diese Leitungen sind mit einem Gray-Code/Binärcode-Umsetzer 622 verbunden, worin das
Positionssignal in ein Binärcodesignal verwandelt wird, das über eine Leitung 624 in einen Digitalvergleicher 626 gegeben
wird.
Während des Arbeitsbetriebs der Anlage ist der Programmspeicher 628 derselben über ein Vielleiterkanal 630
und einen Abschnitt 632a eines Betriebswahlschalters 632 mit einem anderen Eingang 634 des Vergleichers 626 verbunden.
In dem Vergleicher 626 werden das digitale Positionssignal aus dem Codierer und das digitale Steuersignal
aus dem Speicher miteinander verglichen, um daraus ein digitales Abweichungssignal entsprechend der Abweichung
zu erhalten, welche eine mit dem Codierer 610 gekuppelte drehbare Plattform der Säule, an der sich der Arm befindet,
gerade von ihrer durch das betreffende Steuersignal 5 vorgegebenen Position aufweist. Das Abweichungssignal
aus dem Vergleicher 626 gelangt über ein Vielleiterkabel 636 zu einem Digital-Analog-Umsetzer 640, worin es in ein
Analogsignal von entsprechender Form umgewandelt wird, um den Manipulatorann ohne Oberhub in die vorgegebene
Position zu schwenken. Das Analogsignal aus dem Umsetzer 640 wird in einen Prüf- und Haltestromkreis 642 gegeben,
um während derjenigen Zeit, die der betreffenden Koordinate zugeteilt ist, seine Größe zu ermitteln und
daraus eine proportionale Spannung zu gewinnen, die kontinuierlich
einem Servo-Leistuagsverstärker 644 für die Betätigung des Servoventils 646 für die Armschwenkbewegung
zugeführt wird, welches seinerseits den betreffenden Hydraulikmotor 224 steuert. Ein Geschwindigkeits-Rückkopplungssignal
aus einem Tachogenerator kann über den Eingang 643 an den Servoverstärker 644 gelangen, um eine
rasche Bewegung ohne Instabilitäten zu ernüoglichen.
Der Vergleicher 626 liefert des weiteren ein Plus-Minus-Signal (Richtungssignal), das über die Leitung 648 einem
Richtungsschaltkreis 650 zugeführt wird, worin die erforderliche Richtung festgelegt wird, in der sich der Manipulatorarm
zu bewegen hat, um die in dem Vergleicher 626 festgestellte Abweichung zu reduzieren. Das Ausgangssignal
dieses Schaltkreises wird zusätzlich dem Servoverstärker 644 zugeführt, damit dieser über das Servoventil 646
den Hydraulikmotor 224 in der korrekten Richtung betätigt.
Alie diese Schaltungskomponenten sind im wesentlichen
in der DE-OS 20 12 858 beschrieben. Jedoch wird nun das digitale Ausgangssignal des Codierers 610 nach Passieren
des Umsetzers 622 kontinuierlich in einem Register 652 für die betreffende Koordinate aufgezeichnet, das während
eines jeden der Armschwenkkoordinate zugeteilten Multiplexintervalls
auf das Laufende gebracht wird. Ein ähnliches Register ist auch für jede weitere Koordinate vorgesehen,
und die Ausgangssignale aller dieser Register werden über UND-Gatter mit offenem Kollektor geleitet, von
denen hier nur eines, 654, dargestellt ist. Von dort können sie über den Abschnitt 632a des Betriebswahlschalters
anstelle des Ausgangssignals aus dem Speicher 628 an den zweiten Eingang des Vergleichers 626 gelangen.
Während des Instruktionsbetriebes wird das aus dem Codierer 610 erhaltene Positionssignal als Steuersignal
dafür verwendet, den Manipulatorarm in der zunächst angefahrenen Position zn halten, während die Instruktionsperson
den Arm eines kooperierenden zweiten Manipulators in eine gewünschte Position bringt. Genauer gesagt
findet während des Instruktionsbetriebes eine gewöhnlich in einem Handgriff untergebrachte Instruktionssteuereinrichtung
656, wie sie in der DE-OS 20 12 858 im einzelnen beschrieben ist, dazu Verwendung, einen jeden Arm bzw.
seine Hand nacheinander in die gewünschten Programmpositionen zu bringen.
Die Instruktionssteuereinrichtung 656 enthält zwei Richtungsknöpfe
658 und 660 für die Armschwenkbewegung, die von der Instruktionsperson wahlweise gedruckt werden
können, um den Manipulatorarm um die Hüftachse in einer bestimmten Richtung zu verschwenken. Wenn z. B.
der Knopf 658 gedrückt wird, der beispielsweise ein Plus-Signal liefern soil, so gelangt dieses Signal über die Leitung
662 zu dem Richtungsschaltkreis 650, wodurch der Servoverstärker 644 in der t streifenden Richtung angesteuert
wird.
Zur gleichen Zeit liefert ein Abschnitt 6326 des Betriebswahlschalters ein +SV-Spannungssignal über den
Knopf 658 zum einen Eingang des UND-Gatters 664, während der andere Eingang desselben während des der
Armschwenkkoordinate zugeordneten Multiplex-Zeitintervalles
einen Aufsteuerimpuls empfängt.
Das Ausgangssignal des UND-Gatters 664 dient als Taktsignal für das Register 652, wodurch dieses Register in
die Lage versetzt wird, das Ausgangssignal des Codierers 610 während eines sog. G3-Multiplexintervalls für die
betreffende Koordinate zu speichern, jedoch nur dann, wenn einer der beiden Richtungsknöpfe 658 und 660
gedruckt wird. Der der Armschwenkkoordinate zugeordnete Multipleximpuls wird ebenso an das UND-Gatter 654
gegeben, wodurch die Ausgangssignale aller sechs Koordinaten über das Vielleiterkabel 666 und den Schalterabschnitt
632a gemeinsam als Steuersignale an den Eingang des Vergleichers 626 gelangen.
Während der Schwenkbewegungen des Manipulatorarmes im Instruktionsbetrieb, d. h. wj'rxend z. B. der Richtungsknopf
658 gedrückt wird, gelangt eine Spannung an den Servoverstärker 644, wodurch der Hydraulikmotor 224
in der Plus-Richtung betätigt wird. Sobald jedoch der Knopf 658 freigegeben wird, wird das Register 652 stillgesetzt
und hält den zuletzt aufgenommenen Wert aus dem Codierer 610 fest. Dieser so in dem Register 652 gespeicherte
Wert dient dann als Steuersignal für den Vergleicher 626. Wenn nun die Instruktionsperson den Manipulatorarm in einer anderen Koordinate bewegt oder die Instruktionssteuereinrichtung
656 ablegt, um unterdessen den zweiten Manipulatorann zu instruieren, so liegt noch
immer das gleiche Ausgangssignal aus dem Register 652 an dem Vergleicher 626 an. Hinzukommt, daß die weiteren
Komponenten dieses Servokreises weiterhin in Funktion bleiben, so daß bei irgend einer Abweichung des erstgenannten
Manipulatorarmes aus einer zuletzt eingestellten Stellung diese Bewegung eine Veränderung des Ausgangssignals
aus dem Codierer 610 hervorruft, rtas in dem Vergleicher 626 kontinuierlich mit dem Signal aus dem Register
652 verglichen wird. Hierdurch werden die nachfolgenden Steuerungskomponenten in der zuvor beschriebenen
Weise wirksam, um den Manipulatorarm in die dem Signal aus dem Register 652 entsprechende Stel'ung zurückzuführen.
Anhand der Fig. 2 und 3 sei nun die Schaltungsanordnung für diese Funktionsweise in der Instruktionsphase für
alle sechs Koordinaten des betreffenden Manipulatorarmes weiter erläutert. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist ein Taktgenerator
670 über einen programmierbaren Binärzähler 672, dessen Funktionsweise nachfolgend noch beschrieben
wird, mit einer Gruppe von 3-Bit-Zählern 674 verbunden, deren Ausgangssignale an einen Oktal-Decodierer 676
gelangen. Der Decodierer 676 liefert Multipleximpulse an die Ausgangsleitungsn Gl bis GS, deren jeder eine nominale
Dauer von <?ftva 250 us besitzt, wie aus Fig. 3 hervorgeht.
Die Ausgangsimpulse der letzten sechs Multiplexintervalle sind den sechs Koordinaten des Manipulatorarmes
zugeordnet, während die ersten zwei MultiplexintervaiJe G7 und Gl für zusätzliche Steuerfunktionen Verwendung
finden, wie z.B. einen Fremdsteuerbefehl (OX) oder einen Abwartebefehl (WX) für den programmierbaren Zähler,
wiederum in binärcodierter Form. Das Ausgangssignal des 3-Bit-Zählers 674 wird an ein Adressenregister 678 gegeben,
das mit dem Programmspeicher 628 in Verbindung steht, so daß ein jeder in dem Speicher 628 eingespeicherte
Programmschritt über dieses Adressenregister zugänglich ist. Das Register 678 wird durch einen Adressenzähler 680
gesteuert, der während des Arbeitsbetriebs dazu dient, in
der üblichen Weise einen Programmschritt nach dem anderen aus dem Speicher 628 abzurufen.
Um für alle sechs Koordinaten einen gemeinsamen Gray-Code/Binärcode-Umsetzer 622 verwenden zu können,
liegen die Ausgangsleitungen der Codierer 602 und 608 bis 618 an einer Reihe von UND-Gattern 682 und 684
mit offenem Kollektor an. Die anderen Eingange dieser UND-Gatter erhalten Multipleximpulse von dem Oktal-Decodierer
676 entsprechend der Zuordnung der Multiplexintervalle zu den einzelnen Koordinaten. So erhalten die
UND-Gatter 682 und 684 in Verbindung mit dem Codierer 610 Multipleximpulse im Intervall C3, die UND-Gatter in
Verbindung mit dem Codierer 608 Multipleximpulse im Intervall G4 und die UND-Gatter in Verbindung mit dem
Codierer 614 Multipleximpulse im Intervall GS.
Die Richtungsknöpfe 686 und 688 finden dazu Verwendung,
ein Register 690 auf den letzten Stand zu bringen, und die Richtungsknöpfe 692 und 694 dienen dazu, das
Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde. Die Ausgangssignale aller drei Register 652, 690 und 696 werden über
UND-Gatter mit offenem Kollektor, wie die UND-Gatter 654, an den Schalterabschnitt 632« des Betriebswahlschalters
gegeben, von wo sie während der Instruktionsphase, wie zuvor beschrieben, an den Vergleicher 626 gelangen.
Der Vergleicher 626 und der Digital-Analog-Umsetzer 640, der zugleich in der DE-OS 20 12 858 beschriebene
Funktionserzeugungsschaltkreise enthalten kann, sind für alle sechs Koordinaten gemeinsam vorgesehen, wodurch
sich der Schaltungsaufwand außerordentlich reduziert. Das Ausgangssignal des Digital-Analog-Umsetzers mitsamt seinen
Funktionserzeugungsschaltkreisen wird an die einzelnen Prüf- und Halteschaltkreise der verschiedenen Koordinaten,
wie z. B. den Schaltkreis 642 für die Armschwenkbewegung, gegeben. Der Prüf- und Halteschaltkreis 696 für
die Unterarmbeugebewegung sowie der Prüf- und Halteschaltkreis 698 für die Unterarmdrehbewegung sind gleichfalls
in Fig. 2 dargestellt. Zu ihnen gehören die Servoverstärker 700 und 702. Es versteht sich, daß der Vergleicher
626 auch ein geeignetes Richtungssignal liefert, das den Richtungsschaltkreisen für die einzelnen Koordinaten
zugeführt wird, wie zuvor für den Richtungsschaltkreis 650 in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben, jedoch sind diese
Schaltkreise der Einfachheit halber in Fig. 2 weggelassen. So sind für alle sechs Bewegungskoordinaten aktive
Servosysteme vorgesehen, um den Manipulatorarm bzw. die Hand während der Instruktionsphase in jede gewünschte
Position bringen und dort halten zu können. Eine Verstellung des Armes bzw. der Hand findet bei dieser
Betriebsweise nur dann statt, wenn einer der Richtungsknöpfe der Instruk^ionssteuereinrichtung gedrückt wird.
Während der dann erfolgenden Bewegung werden die Bewegungskomponenten in den einzelnen Koordinaten
durch die Register 652, 690 und 696 etc. laufend aufgezeichnet,
so daß bei Freigabe des betreffenden Richtungsknopfes eine genaue Aufzeichnung der dann eneichten
letzten Position vorliegt. Diese Aufzeichnung dient in der beschriebenen Weise dazu, nach Art eines Regelvorganges
diese zuletzt eingenommene Position aufrechtzuerhalten. In diesem Zusammenhang ist noch anzumerken, daß nach
Anfahren einer jeden gewünschten Position mittels der Richtungsknöpfe ein sog. Aufzeichnungsknopf 704
gedrückt wird, womit die digitalen Positionssignale der Codierer sämtlicher sechs Koordinaten während der entsprechenden
Multiplexintervalle G3 bis GH an den Speieher
628 gegeben werden. Dazu können noch zusätzliche Steuersignale in Verbindung mit dem jeweiligen Programmschritt,
die durch entsprechende Schalter eingegeben werden, während der betreffenden Multiplexintervalle
(71 und G'2 eingespeichert werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Programmsteuerung für einen Manipulator, der einen entlang einer gewünschten Bahn beweglichen
Arm sowie Codierer (z. B. 608, 610, 614) zum Erzeugen digitaler Signale entsprechend der jeweiligen tatsächlichen
Position des Armes entlang der Bahn sowie eine Instruktionssteuereinrichtung (656) zum Bewegen
des Armes entlang der Bahn in einer Instruktionsphase I» des Manipulatorbetriebes aufweist, gekennzeichnet
durch ein Register (652), Mittel (6326, 664) zum Einspeichern des jeweils aktuellen digitalen Signals in
das Register während der Arm in der Instruktionsphase mittels der Instruktionssteuereinrichtung (656) entlang
der Bahn bewegt wird derart, daß in dem Register bei Stillstand des Armes jeweils die von dem Arm zuletzt
eingenommene Position gespeichert ist, und Mittel einschließlich eines Vergleichers (626), die in der Insiniktkmsphase
Aufgrund des jeweils aktuellen digitalen
Signals und des in dem Register gespeicherten Signals den Arm in derjenigen Position zu halten suchen, die
dem in dem Register gespeicherten Signal entspricht.
2. Programmsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Instruktionssteuereinrichtung
(656) zwei Richtungsknöpfe (658, 660) und auf die Betätigung eines jeden dieser Richtungsknöpfe ansprechende
Schaltmittel (664) aufweist, um den Ann zu bewegen und zugleich das digitale Signal aus den Codierern
(608, 610, 614) in das Register (652) einzugeben derart, daß rfas in dem Register gespeicherte Signal
jeweils das bei Freigabe des betreffenden Richtungsknopfes (658, 660) gerade aktu-ile ist.
3. Programmsteuerung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Manipulatorann in mi..ireren Koordinaten
beweglich ist, Codierer (608, 610, 616) zur Erzeugung digitaler Signale entsprechend den tatsächlichen Positionen
des Armes in einer jeden Koordinate und Register (652, 690, 696) für eine jede Koordinate vorgesehen
sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (626) allen Koordinaten gemeinsam ist und jeweils das
aktuelle digitale Signal einer jeden Koordinate mit dem in dem Register einer jeden Koordinate gespeicherten
Signal vergleicht.
4. Programmsteuerung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Schaltmittel (676) zum Erzeugen aufeinanderfolgender
Multiplex-Impulse während aufeinanderfolgender Multiplex-Zeitintervalle, von diesen MuI-tiplex-lmpulsen
gesteuerte Schaltmittel (682, 684 etc.) zum aufeinanderfolgenden Anlegen der digitalen sv
Signale der einzelnen Koordinaten an einen Eingang des gemeinsamen Vergleichers (626) und von den MuI-tiplex-Impulsen
gesteuerte Schaltmittel (642, 696 etc.) zum aufeinanderfolgenden Anlegen der Ausgangssignale
der einzelnen Register (652, 690, 696) an den anderen Eingang des gemeinsamen Vergleichers.
5. Programmsteuerung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch von den Multiplex-Impulsen gesteuerte
Schaltmittel (644, 700 etc.) zum aufeinanderfolgenden Steuern der Bewegungen des Armes in einer jeden
Koordinate in der Weise, daß der Arm in der dem jeweils in dem Register gespeicherten Signal entsprechenden
Position festgehalten wird.
Applications Claiming Priority (1)
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