DE2836423A1

DE2836423A1 - Verfahren und einrichtung fuer mehrdimensionale bewegungssteuerung und programmierung

Info

Publication number: DE2836423A1
Application number: DE19782836423
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-08-19
Filing date: 1978-08-19
Publication date: 1980-02-28

Description

Verfahren und Einrichtung für mehrdimensionale Bewegungssteue-
rung und r!rogrammierung Die Erfindung betrifft einige, den Wirkungsgrad der nach dem mit der Nummer P 27 50 302.2 bezeichneten Verfahren für mehrdimensionale Bewegungssteuerung und mit der Nummer P 2800 273.5 bezeichneten Verfahren und Einrichtung für mehrdimensionale Bewegungssteuerung und Programmierung genau wiederholbarer Pewgungen gebauten Roboter-Einrichtungen verbessernde Lösungen und Roboter-Einrichtungen.
Bei den Roboter-Rinrichtungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren für mehrdimensionale Bewegungssteuerung ist es erforderlich, daß bei beliebiger Geschwindigkeit der Abgabe des Informationsgehalts entweder mindestens ein Punkt der entsprechenden mechanischen Kraft- bzw. Drehmomentüb ertragungslini e den dazugehörenden Weg zurücklegt oder die zeitliche Nachfolge der Signale beinhaltende Informationsgehalt des Informationsspeichers im räumlich ablesbaren Speicher zwischengespeichert wird, bis die Geschwindigkeit eines beliebigen Punktes dem Vorzeichen der Überschwingung entsprechend verändert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Roboter-Einrichtung zu schaffen, deren Elementarbewegungsantrieb den Informationsgehalt des Informationsspeichers bei jeder Geschwindigkeit seiner Abgabe in ungünstigem Falle mit Überschwingung aber ohne die Verfalschung des Informationsgehalts in Bewegung umsetzen kann. Andererseits ist es auch notwendig, das die Roboter-Einrichtung sich in ihrer Umgebung organisch einffigen kann, also seine Lage auch im Verhältnis zu den von ihr selbst bewegten Gegenständen, als Easisstützpunkten in großer Reichweite bestimmen kann.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß einerseits dadurch gelöst9 daß sie mit der Einrichtung für ihre Programmierung zusammengebaut ist, und dadurch9 daß ihre mindestens ein als Elementarbewegungsantrieb dienendes mindestens ein Sperrgetriebe oder Schrittmotor, mindestens einen mechanischen oder elktrischen oder optischen oder pneumatischen oder hydraulischen oder sonsteigen die Sperre und/oder den Antrieb der Bewegung direkt oder indirekt steuernden Signalgeber, und mindestes ein auf den/die Signalgeber abgestimmtes beim Arbeitsgang der Roboter-Einrichtung an den den jeweiligen Zustand des Erregungselements bestimmenden Informationsspeicher direkt oder indirekt angeschlossenes Erregungselment, das vorzugsweise Lampe, flüssiger Kristall, Kathodenstrahlröhre, Elektromagnet, Ladungsträger, usw.
ist und zwischen dem/den Signalgeber(n) und dem/den Erregungselement(en) geschaltetes, zwischen den beiden Relativbewegung bewirkendes Antriebsorgan hat, und dadurch, daß das zwischen dem/den Signalgeber(n) und demXden Erregungselement(en) geschaltetes zwischen den beiden Relativbewegung bewirkendes Antriebsorgan beinr Arbeitsgang von dem/den Signalgeber(n) über beliebige Steuerungseinrichtung gesteuert wird, andererseits dadurch, daß der Zustand aes/der Erregungselement(e)s durch Schrittschaltwerk oder dem entsprechende elektrische oder elektronische Schaltung das, und/oder die an den Informationsspeicher beim Arbeitsgang angeschlossen ist gesteurt wird, weiterhin dadurch, daß sie an den beiden Enden über die Einrichtung verlaufenden mindestens einer Kraftübertragungslinie und/oder Drehmomentübertragungslinie mindestens einen Kopplungsteil, der vorzugsweise wechselnd Arbeitsmittelaufnahme oder Anschlußteil zum Stativ sein kann, hat und dadurch, daß sie mindestens ein Kraftübertragungselement, das vorzugsweise ein Rohr, Stange, Profilträger oder ähnliches ist und ein, dem innen oder außen entlanggeführte biegsames Kraftübertragungselement, das vorzugsweise, Band oder ähnliches ist, und daß die Informationsgehalte der einzelnen Elementarbewegungsantriebe (die vorzugsweise Impulse sind) für die eine Bewegungsrichtung von denen für die entgegengesetzte Bewegungsrichtung sich entweder durch ihre Größe und/oder Länge und/oder ihre Trägerfrequenz und/oder der Phase der Trägerfrequenz und/oder die Richtung der Ausschwingung des Impulses selbst unterscheiden.
Die Vorteile bestehen insbesondere darin, daß dadurch, daß zwischen dem Informationsapeicher und dem Antrieb bzw. der Sperre des Sperrgetriebes oder Schrittmotors Signalgeber und dazugehörende ihren Zustand praktisch verzögerungsfrei wechselnde.Erregungselemente, die räumlich ablesbaren Speicher bilden, Verwendung finden, sich keine- Synchronprobleme häuten, höchstens werden die zu schnelle Richtungsveränderungen abgerundet.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Roboter-Einrichtung ihren Stützpunkt selbst wechseln kann, wodurch sie sich im Raum frei bewegt, nur entweder die Kopplungsteile am Stativ ausgestaltet werden müssen oder Gerüst für den Selbstbau vorhanden sein muß.
Die schematische Darstellung einer auch mit einem Elementarbewegungsantrieb, das einen räumlich ablesbaren Speicher hat, ausgerüstete Roboter-Einrichtung zeigt Fig. 1. Zwischen den Signalgebern 1, 2 die vorzugsweise lichtempfindliche Halbleiter z.B. Fotodioden sind, und den über Steuerungseinrichtung 3 vom Hauptinformationsspeicher her gesteuerten Erregungselementen, die einen räumlich ablesbaren Speicher bilden, die vorzugsweise Glimm-mampen und/oder flüssiger Kristall usw. 4, 5, b sind, ist ein Antriebsorgan 7, das vorzugsweise Elektromotor ist geschaltet, das zwischen den beiden Relativbewegung bewirkt. Der räumlich ablesbare Speicher bildet mit den Signalgebern 1, 2 und das Antriebsorgan 7 mit seiner Steuerung 8 ein fotoelektronisches Sperrgetriebe, bei dem das Sperren der Bewegung und der Antrieb durch gesteuerte Magnetkräfte vor sich geht. Das fotoelektronische Sperrgetriebe ist über Arbeite-Programm Schalter 9 an den Signalgeber 10 des vorzugsweise mit Magnetband 11ausgerüsteten Hauptinformationsspeichers angeschlossen.
Bei dem fotoelektronischen Sperrgetriebe ist der Elementarbewegungsantrieb und Drehmomentverstärker vereint, weil den selben Antriebsmotor 7 ebenso Steuerungssignale wie Veränderung der Belastung gleicherweise steuern können.
Die Elementarbewegungsantriebe sind im erweitertem Sinne immer Schrittmotore und/oder Sperrgetriebe, weil sie zum Sperren einer Bewegung nach dem Informationsgehalt des Informationsspeichers geeignet sind, wobei die erschlossene Anwendung neue, auf sie mehr abgestimmte, wie z.B. die geschilderten fotoelektronische Sperrgetriebe, Abarten ins Leben rufend den Sammelbegriff rechtfertigt.
Eine andere Kraft- und Drehmomentübertragungslinie der in Fig.
1 dargestellten Roboter-Einrichtung hat ein mechanieches Sperrgetriebe als Elementarbewegungsantrieb, das aus dem Rad beliebiger Form 13, das auf der mit Gewinde versehener Welle 14 des Elektromotors 15 sitzt, den Elektromagneten 16 und 17 und aus der bei Programmierung als Signalgeber dienenden Justiersperre 18 besteht. Der Elementarbewegungsan.trieb ist mit elektromechanischem Drehmomentverstärker, bestehend aus dem Schalter 19, Steuerungseinrichtung 20 und Elektromotor 15 verbunden. Die Antriebsorgane und Sperre des Sperrgetriebes Elektromagnet 16 und 17 sind über Verstärker 21, 22 und Arbeits-Trogramm Schalter 23, 24 sowie Schaltung 25 an den Signalgeber 26 des Hauptinformationsspeichers angeschlossen. Die dritte Kraft- und Drehmomentübertragungslinie hat einen Schrittmotor 27ß1ementarbewegungsantrieb, der über Ärbeits-Trogramm Schalter 28 und Schaltung 29 an den Signalgeber 30 des Hauptinformationsspeichers angeschlossen ist. Zur Programmierung ist an die Welle des Schrittmotors 27 das Erregungselement 31 das vorzugsweise Magnet ist, befestigt, in dessen Wirkungsfeld die Signalgeber 32 und 33, die vorzugsweise Spulen sind, untergebracht und über Arbeits-Programm Schalter 34 und Schaltung 29 beim Programmieren an den Signalgeber 50 angeschlossen. Alle drei Kraft- und Drehmomentübertragungslinien sind mit Arbeitmittelaufnahme 35 verbunden.
Die Roboter-Einrichtung arbeitet wie folgt.
Beim Arbeitsgang werden alle schematische Arbeits-Rrogramm Schalter 9, 12, 23, 24, 28, 34 in die bezeichnete Stellung gebracht.
Die Signalgeber 10, 30, 26 des Hauptinformationsspeichers leiten den Informationsgehalt an die Schaltung 3, die den Zustand der Erregungselemente 4, 5, 6 bestimmt, und so räumlich ablesbar speichert, an die Elektromagneten 16 und 17, die das Sperrgetriebe die entsprechende Bewegung ausführen lassen, und an den Schrittmotor 27, der dementsprechend weiterschreitet. Durch Steuerung 8 läßt das Antriebsorgan 7 die Signalgeber 1, 2 der Veränderung des Zustandes der Erregungselemente 4, 5, 6 folgen und damit die Arbeitsmittelaufnahme 35 ebenso wie Elektromotor 15 und Schrittmotor 27 in Bewegung setzt.
Die Steuerung erfolgt praktisch immer mit Überschwingung, deren aß im Verhältnis zum Steuerungssignal am beliebigen Punkt des enges dessen bei einem bestimmten Punkt auf seiner aus Elementarwege bestehende Laufbahn einer bestimmten Kraft- und/oder nrehmomentübertragungslinie unter anderen auch von der Größe der Elementarwege und der Beschaffenheit der Kraft- bzw. Drehmomentübertragungslinie (Toleranzen, Elastizität usw.) abhängt.
Beim Programmieren werden alle Arbeits-Programm Schalter 9, 12, 23, 24, 28, 39 umgeschaltet und die Arbeitsmittelaufnahme wie gewünscht bewegt und die entstehenden Signale im Hauptinformationsspeicher gespeichert.
In Pig. 2 ist eine günstige Anordnung der Kraft- bzw. Drehmomentübertragungslinien dargestellt.
Die Elementarbewegungsantriebe 36, 37, 38, 39, 40 die vorzugsweise Sperrgetriebe mit beliebigem Antrieb und mit beliebiger Sperre sind und mit und/oder ohne Kraft- bzw. Drehmomentverstärker ausgerüstet sind, sind mit ihrem Rotor über die den an den Stator der Elementarbewegungsantriebe befestigten Rohren 41, 42, 43, 44, 45 entlanggeführten Seilen 46, 47, 48, 49, 50 und Stangen 51, 52, 53, 54, 55 und Kugelgelenken 56, 57, 58, 59, 60 mit der einen Arbeitsmittelaufnahme 61 und mit ihrem Stator über Kugelgelenke 62, 63, 64, 65, 66 mit der anderen Arbeitsmittelaufnahme 67 und elektrisch über Verstärker und/ oder Schalter 68, 69, 70, 71, 72 mit den jeweiligem Signalgeber 73, 74, 75, 76, 77 des mit vorzugsweise Magnetband 78 ausgerüstetem Hauptinformationsspeichers verbunden.
Die beschriebene Roboter-Einrichtung kann je Raumlage wechselnd mit der einen oder anderen Arbeitsmittelaufnahme arbeiten bzw.
sich an dem Stativ befestigen.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren für mehrdimensionale Bewegungssteuerung genau wiederholbarer Bewegungen, d a d u 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 nrehmomentübertragungslinie(n), durch Verbindungen, die, wenn durch Verbindungen mit keinem Freiheitsgrad verbundene Körper als Teil des selben Kraft- und/oder nrehmomentübertragungselementen betrachtet werden mindestens einen Freiheitsgrad haben, verbundenen Kraftübertragungselement und/oder Trehmomentübertragungselement gehörenden Punktes mindestens zweier, 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 Palle 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 Funkt 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 Palle von Überschwingung die Geschwindigkeit entweder der Ab- beziehungsweise Weitergabe des Informationsgehalts des Hauptinformationsspeichers oder/und 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 Fraftübertragungslinie(n) und/oder Drehmomentübertragungslinie(n) Kraftverstärkung und/oder Drehmomentverstärkung erfolgt, die vorzugsweise durch beliebigen Servomotor oder Servoantrieb vor sich geht, wobei die Bewegungsenergie des Kraftübertragungselements oder Brehmomentübertragungselements, vor der Verstärkung möglichst klein gehalten wird.
?3. Verfahren für mehrdimensionale Bewegungssteuerung nach einem oder mehreren der 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 ein Informationsgehalt für die von den Kraftübertragungslinie(n) und/oder Drehmomentübertragungslinie(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 liegende 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 Leistung geregelt wird.
4. Verfahren für das Sicherheitsabschalten der nach einem oder mehreren der Ansprüche gebauten Roboter, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die nach dem Patentanspruch 3 mitprogrammierte Leistung mit der jeweiligen Ist-Leistung verglichen wird, und bei Abweichung das Bewegen des zu bewegungssteuernden Körpers ausgesetzt wird.
5. Verfahren für die Programmierung der Steuerung der nach einem oder mehreren der Ansprüche gebaute 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 Punktendes Körpers, dessen Bewegungssteuerung programmiert werden soll und/oder des/der mit dem Körper verbundenen Kraftübertragungselemente(s) und/oder Drehmomentübertragungselemen te(s) direrkt oder über beliebige Betätigungaverbindung(en) jedem Elementarweg bzw. Schritt des bei Programmierung bewegten Körpers einen Informationsgehalt gebende(r) Signalgeber angeschlossen ist, durch den gegebener Informationsgehalt vorzugsweise 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 Elementarbewegungsantriebe, die vorzugsweise Schrittmotor(en) und/oder Synchronmotor(en) und/oder Sperrgetriebe mit beliebigem Antrieb und Sperre sind und einzeln oder gemeinsam, entweder mit seinem/ ihrem Rotor oder stator oder dergleichen unmittelbar oder durch Kraftübertragungselement(e) und/oder Drehmomentübertragungse lement(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 Informationsträger ausgerüsteten Hauptinformationsspeicher, dessen Ausgang/-gänge unmittelbar oder über Verstärker oder über sonstige(n) Signalumformer, Zwischenspeicher oder Verzögerer an die Elementarbewegungsantriebe angeschlossen sindZist, hat.
7. Einrichtung für die Programmieruhg 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) der selben oder identischen oder ähnlichen Ausführung wie bei der Steuerung verwendeten Kraftübertragungslinie (n) undAoder DrehmomentZbertragungslinie(n) oder denen vom beliebigen Punkt der Einrichtung aus parallel geschaltete Betätigungselemente direkt oder über beliebige Betätigungsverbindungen oder über Kraft- bzw. Drehmomentverstärker mit zu jeder Elementarbewegung oder zu jedem Schritt einen Ausgangs-Informationsgehalt zuordnendemXn Signalgeber(n), der/die das Signal vorzugsweise durch schalten und/ oder durch magnetische Induktion und/oder elektrostatisch erbeugen und/oder mit dem/den auf den/die Signalgeber abgestimmten Erregungselementen die sich vorzugsweise durch ihre von ihrer Umgebung abweichende physikalische Eigenschaft, vorzugsweise durch ihre Form, Magnetismus, Leitfähigkeit usw. charakterisieren, verbunden werden, und.der/die Signalgeber an den Hauptinformaionsspeiqhgr direkt oder über beliebige(n) Signalumformer oder Verzögerer angeschlossen werden.
8. Roboter-Einrichtung für mit Bewegung ausführbare Tätigkeiten auf der Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens für mehrdimensionale Bewegungssteuerung nach einem oder mehreren der Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, das sie mit der Einrichtung für ihre Programmierung zusammengebaut ist.
9. Einrichtung zur Verwirklichllng des erfindungsgemäßen Verfahrens für mehrdimensionale Bewegungssteuerung nach einem oder mehreren der Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t, daß ihre mindestens ein als Elementarbewegungsantrieb dienendes, mindestens ein Sperrgetriebe oder Schrittmotor, mindestens einen mechanischen oder elektrischen oder optischen oder pneumatischen oder hydraulischen oder sonstigen die Sperre und/ oder den Antrieb der Bewegung direkt oder indirekt steuernden Signalgeber, und mindestes ein auf den/die Signalgeber abgestimmtes beim Arbeitsgang der Roboter-Einrichtung an den den jeweiligen Zustand des Erregungselements bestimmenden Informationsspeicher direkt oder indirekt angeschlossenes Erregungselement, das vorzugsweise Lampe, flüssiger Kristall, Kathodenstrahlröhre, Elektromagnet, Ladungsträger, usw. ist und zwischen dem/den Signalgeber(n) und dem/den Erregllngselement(en) geschaltetes, zwischen den beiden Relativbewegung bewirkendes Antriebsorgan hat.
10. Einrichtung zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens für mehrdimensionale Bewegungssteuerung nach einem oder mehreren der Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t, daß das zwischen dem/den Signalgeber(n) und dem/den Erregungselement(en) geschaltetes zwischen den beiden Relativbewegung bewirkendes Antriebsorgan beim Arbeitsgang von dem/den Signalgeber(n) über beliebige Steuerungseinrichtung gesteuert wird.
11. Einrichtung zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens für mehrdimensionale Bewegungssteuerung nach einem oder mehreren der Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t, daß der Zustand des/ der Erregungselement (e)s durch Schrittschaltwerk oder dem entsprechende elektrische oder elektronische Schaltung das, und/oder die an den Informationsspeicher beim Arbeitsgang angeschlossen ist gesteuert wird.
12. Einrichtung zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens für mehrdimensionale Bewegungssteuerung nach einem oder mehreren der Ansprüche, d a d u r c h. g e k e n n z e i c h -n e t, daß sie an beiden Enden über die Einrichtung verlaufenden mindestens einer Kraftübertragungslinie und/oder Drehmomentübertragungslinie mindestens einen Kopplungsteil, der vorzugsweise wechselnd Arbeitsmittelaufnahme oder Anschlußteil zum Stativ sein kann, hat.
13. Einrichtung zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens für mehrdimensiona.le Bewegungssteuerung nach einem oder mehreren der Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t, daß sie mindestens ein Kraftübertragungselement, das vorzugsweise ein Rohr, Stange, Profilträger oder ähnliches ist und ein, dem innen oder außen entlanggeführte biegsamesKraftübertragungselement, das vorzugsweise, Band oder ähnliches ist, hat.
14. F.inrichtung zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens für mehrdimensionale Bewegungssteuerung nach einem oder mehreren der Ansprüche, d a d u r e h g e k e n n z e i c h -n e t, daß die Informationsgehalte der einzelnen Elementarbewegungsantriebe (die vorzugsweise Impulse sind) für die eine Bewegungsrichtung von denen für die entgegengesetzte Bewegungsrichtung sich entweder durch ihre Größe und/oder Länge und/oder ihre Trägerfrequenz und/oder der Phase der Trägerfrequenz und/ oder die Richtung der Ausschwingung des Impulses selbst unterscheiden.