DE2800273A1

DE2800273A1 - Verfahren und einrichtung fuer mehrdimensionale bewegungssteuerung und programmierung

Info

Publication number: DE2800273A1
Application number: DE19782800273
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-01-04
Filing date: 1978-01-04
Publication date: 1979-07-12

Description

Name des Anmelders: Farkas, György
Wohnung: 3340 Wolfenbüttel, Käthe-Kollwitz-Platz 4 Verfahren und Einrichtung für mehrdimensionale Bewegungssteuerung und Programmierung Die Erfindung betrifft einige, den Wirkungsgrad der nach dem mit der Nummer P 27 50 302.2 bezeichneten Verfahren für mehrdimensionale Bewegungssteuerung gebauten Roboter-Einrichtungen verbessernde Lösungen und Roboter-Einrichtungen. In dem ersten Teil wird das Verfahren in dem zweiten die Einrichtung geschildert.
Bei den Bewegungssteuerungsverfahren, so auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren für mehrdimensionale Bewegungssteuerung ist es notwendig, den Bau beliebige Kräfte mit der erforderlichen Positionsgenauigkeit ausübender Roboter-Einrichtungen, die außerdem hohen Wirkungsgrad aufzeigen, zu ermöglichen.
Andere bekannte Verfahren lassen zwar einen größeren Wirkungsgrad erzielen, aber durch ihre.. komplizierten und schwierig programmierbaren Struktur schranken sie ihr Anwendungsgebiet stark ein.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad der nach dem mit der Nummer P 27 50 302.2 bezeichneten Verfahren für mehrdimensionale Bewegungssteuerung gebauten Roboter-Einrichtungen, bei der Beibehaltung ihrer Vorteile, zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in einer Weise dadurch gelöst, daß in der/den Kraftübertragungslinie (n) und/oder Drehmomentübertragungslinie (n) zwischen ihrem Punkt, dessen Laufbahn durch Anhaltegrenzen auf Elementarwege aufgeteilt ist, und dem Körper, dessen Bewegung zu steuern ist, Kraftverstärkung und/oder Drehmomentverstärkung erfolgt, die vorzugsweise durch Servomotor oder Servoantrieb vor sich geht, wobei die Bewegungsenergie des Krafttbertragungselements oder Drehmomentübertragungselements, dem der obengenannte Punkt gehört, möglichst klein gehalten wird.
Eine andere Lösung ist dadurch erzielt, daß in dem Hauptinformationsspeicher auch ein Informationsinhalt für die von den Kraftübertragungslinien und/oder Drehmomentübertragungslinien zu erbringende Leistung bei überschwingungsfreier Steuerung in der Zeit, wenn der Punkt sich noch auf dem unmittelbar vor der zu überwindenden Anhaltegrenzstelle liegenden Elementarweg oder im Grenzfalle an der zu überwindenden Anhaltegrenzstelle befindet, gegeben wird mit sich trägt und dem Informationsgehalt entsprechend zu der/den Kraftübertragungslinie(n) und/oder Drehmomentübertragungslinie(n) zugeführte Leistung geregelt wird.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch das Stoppen an den Anhaltegrenzstellen verlorengehende Bewegungsenergie klein gehalten wird. Das Mitprogrammieren der zu erbringenden Leistung hat noch einen sicherheitstechnischen Vorteil im Falle des Ereignens eines Zufalls.
Die Wirkungsgradverbesserung geschieht bei der erst geschilderten Lösung dadurch, daß der Bewegungssteuerungsgehalt des Kraftübertragungselementes und/oder Drehmomentübertragungselementes der Kraft- und/oder Drehmomentübertragungslinie, das we ein Musterbild die notwendige Laufbahn abzeichnet, und eventuelle auch gestoppt werden muß, um das Programm um keinen Elementarweg zu verfälschen, möglichst klein gehalten wird und die/das zu dem Bewegen des zu steuernden Körpers notwendige Kraft und/oder Drehmoment durch Kraftverstärker und/oder Drehmomentverstärker erzeugt werden. Wenn die/das Kraftverstärker und/oder Drehmomentverstärker steuernde Kraft und/oder Drehmoment zu klein gewählt wird,z. B. bei der Anwendung vom optischen oder elektrischen Geber, hat es den Anschein, es handle sich um zwei Kraftübertragungslinien und/oder Drehmomentübertragung slinien. die durch Bewegungskopierung verbunden sind. In der Wirklichkeit ist/sind es bei allen Gebern der/dtS KraftverstärkexEund/oder Drehmomentverstärkeu des/die übergebene(s) Kraft/Kräfte und/ oder Drehmoment(e), wie gering sie auch immer sein möge(n), die/das die Steuerungsinformation, die Beschleunigung beinhaltet und demzufolge nur durch Kräft(e) und/oder Drehmoment(e) zu übermitteln ist, weitergeben.
Bei der zweiten Lösung wird der Energieverlust durch das Mitprogrammieren des Energiebedarfs, die sich infolge sich genau wiederholender Arbeiten mit guter Annäherung ermitteln lassen, klein gehalten. Im Weiteren werden zwei in Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele der für mit Bewegen ausführbaren Tätigkeiten auf der Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens für mehrdimensionale Bewegungssteuerung aufgebauten Roboter-Einrichtungen beschrieben.
Figur 1 stellt eine Roboter-Einrichtung, die voneinander bis zur Arbeitsmittelaufnahme 1, bis auf Elementarweg-Antriebsorgan 2 unabhängige Kraftübertragungslinien und/oder Drehmomentübertragungslinien, die aus Schrittmotor, Drehmomentverstärker und Zahnstangen 14, 9, 4 und 15, lo, 5 und 16, 11, 6 und 17, 12, 7 und 18, 13, 8 bestehen, und durch Kugelgelenke 19, 20, 21, 22, 23 am einen Ende am Stativ und am anderen durch Kugelgelenke an dem Teil 3 befestigt sind, hat. Die Antriebsorgane 2, 14, 15, 16, 17, 18 sind über Verstärker 24, 25, 26, 27, 28, 29 an den Gebern 30, 31, 32, 33, 34, 35 des das Magnetband 36 Informationsträger besitzenden Hauptinformationsspeichers angeschlossen.
In der Figur 2 ist eine Roboter-Einrichtung mit einander bewegenden Kraftübertragungslinien dargestellt. Die mit dem Rahmen 38 ein Kraftubertragungselement bildende Arbeitsaufnahme 37 ist um den Rahmen 39 über Gewindeverbindung 40 und Drehmomentverstärker 41 durch Schrittmotor 42 gekippt. Die einen Teil der Kraftubertragungselemente der ersten Kraftübertragungslinie bewegende zweite Kraftübertragungslinie erstreckt sich teils vom Rahmen 43, um den durch Schrittmotor 46 über Drehmomentverstärker 45 und Gewindeverbindung 44 den Rahmen 39 kippt. Die dritte Kraftübertragungslinie und Drehmomentübertragungslinie bewegt einen Teil der Kraftübertragungselemente und/oder Drehmomentübertragungselemente der ersten und zweiten Kraft- und Drehmomentübertragungslinien, in dem das Antriebsorgan 49, das vorzugsweise Schrittmotor ist über Drehmomentverstärker 48 den Rahmen 43 der Zahnstange 47 entlang hebt oder senkt. Die vierte Kraftübertragungslinie erstreckt sich wiederum auch über die von ihr auch bewegten Kraftübertragungselemente, der oben beschriebenen Kraftübertragungslinien, indem der Wagen 50, womit die Zahnstange ein Kraft-und Drehmomentübertragungselement bildet, durch das Antriebsorgan 54 über Drehmomentverstärker 53 zum befestigten Teil 51 und 52, der vorzugsweise Zahnriemen ist, Relativbewegung gesetzt wird.
Die Elementarweg-Antriebsorgane sind über Verstärker an den Gebern 59, 60, 61, 62 des Hauptinformationsspeichers angeschlossen, dessen Informationsträger 63 vorzugsweise Magnetband ist. Die beiden Roboter-Einrichtungen arbeiten wie folgt: Für jede Elementarbewegung der Elementarweg-Antriebsorgane 14, 15, 16, 17, 18 bzw. 42,46, 49, 54 ist ein Signal im Hauptinformationsspeicher vorgesehen. Wenn das Signal kommt, wird das betroffene Elementarweg-Antriebsorgan um eine Elementarbewegung bewegt und dadurch auch die Arbeitsmittelaufnahme der Anordnung der Kraftübertragungslinien und/oder Drehmomentdbertragungslinien entsprechend versetzt.
Die in Figur 1 dargestellte Roboter-Einrichtung eignet sich besser zur Serienherstellung und vorteilhaft zu ortsgebundenen Tätigkeiten, z. B. Kochen, Putzen, Bügeln, Nähen, aber die kann auch Aufschriften vervielfältigen oder Puppenspiele vortragen.
Die in Figur 2 dargestellte Roboter-Einrichtung ist für räumigere Arbeiten vorgesehen, z. B. das Saubermachen der ganzen Wohnung, oder Gartenarbeit, wobei die sich selber die den Stativen dienenden befestigten Teil vor sich legen können.

Claims

Patentansprüche: Verfahren für mehrdimensionale Bewegungssteuerung genau wiederholbarer Bewegungen, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Laufbahn mindestens je eines je einem mit den/dem anderen Kraft- und/oder Drehmomentübertragungselement (en) der Kraftübertragungslinie (n) und/oder Drehmomentübertragungslinie(n), durch Verbindungen, die, wenn durch Verbindungen st keinem Freiheitsgrad verbundene Körper als Teil des selben Kraft- und/oder Drehmomentübertragungselementen betrachtet wird mindestens einen Freiheitsgrad haben, verbundenen Kraftübertragungselement und/oder Drehmomentübertragungselement gehörenden Punktes mindestens zwei, bis zum Körper, dessen Bewegung zu steuern ist erstreckender Kraftübertragungslinie(n) und/oder Drehmomentübertragungslinie(n) auf Elementarwege beziehungsweise auf Schritte durch Anhaltegrenzstellen aufgeteilt wird, und für die Steuerung des Bewegens des Punktes über seine Anhaltegrenzstelle ein Informationsgehalt im Hauptinformationsspeicher im Falle jeder Anhaltegrenzstelle, über die der Punkt zu bewegen ist, vorgesehen ist, von welchem Informationsgehalt je zu überwindende Anhaltegrenzstelle ein Steuerungssignal entsteht, das bei überschwingungsfreier Steuerung in der Zeit, wenn der Punkt sich noch auf dem unmittelbar vor der zu überwindenden Anhaltegrenzstelle liegenden Elementarweg oder im Grenzfall an der zu überwindenden Anhaltegrenzstelle befindet, gegeben wird, wodurch ausgelöste oder aufrechterhaltene Bewegung der Punkt über die Anhaltegrenzstelle bewegt wird, wenn aber kein Signal kommt, wird der noch in der Bewegung befindliche Punkt bei überschwingungsfreier Steuerung bis zu oder an der nächsten Anhaltegrenzstelle gestoppt, wobei im Falle von Überschwingung die Geschwindigkeit entweder der Ab- beziehungsweise Weitergabe des Informationsgehalts deS Hauptinformationsspeichers oder des Punktes dem Vorzeichen der Überschwingung entsprechend verändert wird.
2. Verfahren für mehrdimensionale Bewegungssteuerung nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in der/den Kraftübertragungslinie(n) und/oder Drehmomentübertragungslinie(n) zwischen ihrem Punkt, dessen Laufbahn durch Anhaltegrenzstellen auf Elementarwege aufgeteilt ist, und dem Körper, dessen Bewegung zu steuern ist, Kraftverstärkung und/oder Drehmomentverstärkung erfolgt, die vorzugsweise durch Servomotor oder Servoantrieb vor sich geht, wobei die Bewegungsenergie des Kraftübertragungselements oder Drehmomentübertragungselements, dem der obengenannte Punkt gehört, möglichst klein gehalten wird.
3. Verfahren für mehrdimensionale Bewegungssteuerung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß in dem Hauptinformationsspeicher auch in Informationsgehalt für die von den Kraftübertragungslinie(n) und/oder Drehmomentubertragungslinie(n) zu erbringende Leistung gespeichert wird, den vorzugsweise das Signal, das bei überschwingungsfreier Steuerung in der Zeit, wenn der Punkt sich noch auf dem unmittelbar vor der zu überwindenden Anhaltegrenzstelle liegenden Elementarweg oder im Grenzfall an der zu überwindenden Anhaltegrenzstelle befindet, gegeben wird mit sich trägt, und dem Informationsgehalt entsprechend zu der/den Kraftübertragungslinie (n) und/oder Drehmomentübertragungslinie (n) zugeführte Leitung geregelt wird.
4. Verfahren für das Sicherheitsabschalten der nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche gebauten Roboter, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , daß die nach dem Patentanspruch 3 mitprogrammierte Leistung mit der jeweiligen Ist-Leistung verglichen wird, undiEi Abweichung das Bewegen des zu bewegungssteuernden Körpers ausgesetzt wird.
5. Verfahren für die Programmierung der Steuerung der nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche gebauten Roboter-Einrichtung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens an zwei Punkten des Körpers, dessen Bewegungssteuerung programmiert werden soll und/oder des/der mit dem Körper verbundenen Kraftübertragungselemente(s) und/oder Drehmomentübertragungselemente(s) direkt oder über beliebige Betätigungsverbindung bei jedem Elementarweg bzw. Schritt des bei Programmierung bewegten Körpers einen Informationsgehalt gebende(r) Signalgeber angeschlossen ist, durch den der gegebene Informationsgehalt vorzugweise in Form von Impulsen im Hauptinformationsspeicher gespeichert wird.
6. Roboter-Einrichtung für mit Bewegung ausführbare Tätigkeiten auf der Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens für mehrdimensionale Bewegungssteuerung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die mindestens zwei Elementarweg-Antriebsorgane, die vorzugsweise Schrittmotor (en) und/oder Synchronmotor (en) und/oder Sperrgetriebe mit beliebigem Antrieb sind und einzeln oder gemeinsam, entweder mit seinem/ihrem Rotor oder Stator oder dergleichen unmittelbar oder durch Kraftübertragungselement (e) und/oder Drehmomentübertragungselement (e) oder durch elektrischen und/oder magnetischen und/oder mechanischen und/oder pneumatischen und/oder hydraulischen und/oder sonstigen Drehmomentverstärker oder Kraftverstärker, die vorzugsweise Servomotor(en) oder sonstige(r) Servoantrieb(e) sind, mit dem vorzugsweise mit Arbeitsmittelaufnahmefutter versehenen Körper, dessen Bewegung zu steuern ist und/oder miteinander und/oder mit dem Stativ der Roboter-Einrichtung verbunden sind, und vorzugsweise mit Magnetband Informationstrager ausgerüsteten Hauptinformationsspeicher, dessen Ausgang/-gãnge unmittelbar oder über Verstärker oder über stonstige(n) Signalumformer, Zwischenspeicher oder Verzögerer an die Elementar-Antriebsorgane angeschlossen sind/ist, hat.
7. Einrichtung für die Programmierung der nach dem erfahrungsgemäßen Verfahren für mehrdimensionale Bewegungssteuerung gebauten Roboter-Einrichtung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens zwei Kraftübertragungselement(e) und/oder Drehmomentübertragungselement(e) bei der Steuerung verwendeten Kraftübertragungslinie (n) und/oder Drehmomentübertragungslinie(n) oder denen vom beliebigen Punkt der Roboter-Einrichtung aus paralell geschaltete Betätigungselemente direkt oder über beliebige Betätigungsverbindungen mit zu jeder Elementarbewegung oder zu jedem Schritt einen Ausgangs-Informationsgehalt zuordnendem/n Signalgeber (n) der/die das Signal vorzugsweise durch schalten und/oder durch magnetische Induktion und/oder elektrostatisch erzeugen und vorzugsweise der Anzahl der Elementarwege entsprechende Anzahl von Einzelsignalgeber und/oder Betätigungsstellen, die sich vorzugsweise durch ihre von ihrer Umgebung abweichende physikalische Eigenschaft, vorzugsweise durch ihre Form, Magnetismus, Leitfähigkeit usw.

charakterisieren, aufweisen, verbunden werden, und der/die Signalgeber an den Hauptinformationsspeicher direkt oder über beliebige(n) Signalumformer oder Verzögerer angeschlossen werden.