DE2840341A1

DE2840341A1 - Verfahren und schaltanordnung fuer die bahnzuordnung und fehlererkennung bei manipulatoren

Info

Publication number: DE2840341A1
Application number: DE19782840341
Authority: DE
Inventors: Maurice J Dunne; Joseph F Engelberger
Original assignee: Unimation Inc
Current assignee: Staeubli International AG
Priority date: 1977-09-19
Filing date: 1978-09-15
Publication date: 1979-04-05
Also published as: FR2403599B1; SE441708B; IT7851138A0; GB2004668B; SE7809775L; IT1105957B; FR2403599A1; US4150326A; DE2840341C2; GB2004668A

Description

Unimation, Inc., Shelter Rock Lane, Danbury, Connecticut (V.St.A.)

Verfahren und Schaltanordnung für die Bahnzuordnung und Fehlererkennung bei Manipulatoren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltanordnung für die Bahnzuordnung und Fehlererkennung bei Manipulatoren, die im Arbeitsbetrieb aufgrund eines gespeicherten Programms wiederholt bestimmte Arbeitsspiele vollführen«

Es wurden verschiedenartige solche Manipulatoren entwickelte Hierbei werden gewöhnlich im Programm gespeicherte Steuersignale beim Arbeitsbetrieb gelesen und mit aktuellen Positionssignalea verglichen, die von Codierern für die einzelnen Positionen des Manipulatorarmes mitsamt der daran befindlichen "Hand" oder dergl. in verschiedenen Steuerkoordinaten bezogen werden, um daraus für die Steuerung des Antriebes verwendete Abweichungssignale zu gewinnen. Derartige Manipulatoren zeigen beispielsweise die üS-PSen 3 306 471, 3 543 947, 3 661 051, 3 744 032, 3 885 295 und 3 890 552, die GB-PS 781 465 und die US-Patentanmeldung 625 932 vom 28. Oktober 1975. Die betreffenden Manipulatoren besitzen zahlreiche Schutz- und Sicherheitseinrichtungen einschließlich Schnellstoppeinrichtungen zum Schutz des Bedienungspersonals sowie von Prüf- und Montagegeräten und der Werkstücke im Arbeitsbereich des Manipulatorarmes. Während diese Einr/ichtungen sich im allgemeinen bewährt haben, ist es jedoch wünschenswert, daß die Arbeitsweise des Manipulators während des gesamten sich wiederholenden Arbeitsspiels innerhalb gewisser Toleranzen, d.h. Maximalabweichungen von den gewünschten Bewegungen, erfolgt.

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Programmgesteuerte Manipulatoren unter Verwendung verschiedenartiger Schutzschaltkreise sind außerordentlich zuverlässig, so daß Funktionsfehler sehr selten vorkommen. Sie arbeiten jedoch gewöhnlich in einer Umgebung, wo sich befugtes wie auch unbefugtes Personal im Arbeitsbereich befinden kann, ebenso wie komplizierte und entsprechend teuere Prüf- und Montageeinrichtungen. Aufgrund dessen besteht ein Bedürfnis nach noch weitergehendem Schutz, d.h. einer Fehlererkennung, mit der sich die Arbeitsweise des Manipulators laufend und zuverlässig überwachen lässt.

Trotz der, wie gesagt, sehr zuverlässigen Arbeitsweise der betrachteten Manipulatoren können gewisse System- und Komponentenfehler auftreten. Beispielsweise kann aus dem Programmspeicher einmal ein falscher, ggf. wesentlich höherer Wert gelesen werden, ein Antriebsgetriebeteil kann versagen, oder die Steuermittel können einen Fehler aufweisen, beispielsweise im Codierersystem, im Vergleichersystem oder in den eigentlichen z.B. hydraulischen Steuermitteln.

Viele der betrachteten Manipulatoren verwenden ein Servosystem mit einem Servoventil für jede Koordinate, welches in Abhängigkeit von dem erwähnten Abweichungssignal gesteuert wird, um eine vorgeschriebene Bewegung in der betreffenden Koordinate herbeizuführen. Bleibt ein solches Servoventil "hängen" oder wird es in der Offenposition funktionsunfähig, so kann daraus eine Bewegung des Manipulatorarmes mit maximaler Geschwindigkeit beispielsweise über drei bis fünf Meter in wenigen Sekunden bis zu einer entsprechenden Endposition resultieren.

Obgleich das Programm vorsehen kann, den Manipulator augenblicklich stillzusetzen, sofern die Grenzen eines vorgegebenen Arbeitsbereiches von beispielsweise 45° für die Schwenkbewegung des Manipulatorarmes um die vertikale Achse überschritten werden, kann bis dahin bereits in diesem Arbeitsbereich befindlichen Personen ein schwerer Schaden zugefügt worden sein. Sodann ist es schwierig, den Unterschied zu erkennen zwischen einer im Programm

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vorgesehenen Bewegung mit maximaler Geschwindigkeit und einer fehlerhaften solchen Bewegung, da die Manipulatoren häufig derart programmiert werden, daß sie im Laufe des Arbeitszyklusses, etwa wenn sie an einem Förderband arbeiten, bestimmte Bewegungen mit sehr hoher Geschwindigkeit vollführen.

Bei einer Anordnung zur Erkennung von Fehlern und Funktionsstörungen beim Betrieb eines programmgesteuerten Manipulators findet ein Meldesystem zum Melden von Datenbits für hohe Positionswerte (high position data bits) in einem digitalen Steuersignal, wie z.B. dem Abweichungssignal, Verwendung. Diese Anordnung meldet zugleich die Richtung der Abweichung, und wenn sich diese Abweichung vergrößert anstatt zu verringern, wird ein Schnellstoppoder ein Alarmschaltkreis betätigt. Dies beruht auf der Annahme, daß der Manipulator bei normaler Arbeitsweise derart gesteuert wird, daß sich das Abweichungssignal verringert, indem sich der Manipulatorarm in geeigneter Richtung bewegt.

Auch eine solche Anordnung ist jedoch nicht ganz zufriedenstellend, da es bis zur Erkennung der Richtung einer Abweichung bei großen Abweichungssignalen bereits zu großen Abirrungen des Manipulatorarmes gekommen sein kann und eine solche Verzögerung in der Fehlererkennung dem Manipulatorarm Gelegenheit geben mag, an seinem Ende eine Strecke in der Größenordnung von Metern zu durchfahren.

Andere Anordnungen, bei denen die aus dem Programmspeicher gelesenen Daten überwacht werden, um auf verschiedenartige Weise, wie z.B. eine Paritätsprüfung oder durch Vergleich mit vorbestimmten Charakteristiken der Ausgangsdaten, hohe Ausgangswerte als Fehler zu erkennen, weisen ähnliche Nachteile auf, da sie nicht die tatsächlichen Positionen des Manipulatorarmes zugrundelegen und damit keine Möglichkeit bieten, Fehler in dem Antriebssystem zu erkennen. Die Erkennung von Fehlern in den sich wiederholenden Arbeitsspielen wird ferner kompliziert durch die Vielzahl möglicher Bewegungen innerhalb eines solchen Arbeitsspieles. So können

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einige Programmschritte Bewegungen mit verhältnismäßig großen Geschwindigkeiten und wechselnder Richtung verlangen, während andere nur minimale Verlagerungen vorsehen. Ein Programmschritt kann beispielsweise für einen schwierigen Montagevorgang zuständig sein, während der nächste eine Bewegung mit hoher Geschwindigkeit zu einem anderen Einsatzort an einem großflächigen Werkstück vorsieht. Auch können Veränderungen in dem Steuersystem des Antriebs, wie z.B. in der Verhaltensweise von Servoventilen oder der Antriebsmittel selbst durch Variationen in der Druckmitteltemperatur oder sonstigen Komponenten die Fehlererkennung zusätzlich komplizieren. Die normalen, hinnehmbaren Abweichungen zwischen aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen im Arbeitstakt oder im absoluten Zeitablauf machen es schwierig, ein Fehlererkennungssystem zu schaffen, das diesen normalen Abweichungen Rechnung trägt, während es andererseits rasch auf unerwünschte Abweichungen entsprechend Funktionsfehlern anspricht. Beispielsweise erfährt ein Manipulator, der in Synchronysmus mit einem Förderband arbeitet, notwendigerweise große Variationen der Zykluszeit in Abhängigkeit von dem Bereich möglicher Bewegungsgeschwindigkeiten des Förderbandes. Damit ist es wünschenswert, ein Fehlererkennungssystem zu haben, das nicht auf normale Veränderungen in der Zykluszeit anspricht, während es rasch auf Abweichungen aufgrund von Funktionsstörungen reagiert.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine entsprechende Schaltanordnung für die Bahnzuordnung und Fehlererkennung bei Manipulatoren zu schaffen, womit sich zumindest einige der vorausgehend beschriebenen Mängel vermeiden lassen. Zu diesem Zweck soll die Arbeitsweise eines Manipulators während des gesamten Arbeitsspieles laufend überwacht werden, um einen Alarm- oder Schnellstoppschaltkreis zu betätigen, sobald bei irgend einer Position oder zu irgend einer Zeit des betreffenden Zyklusses eine Abweichung festgestellt wird, die außerhalb eines vorgegebenen Raumbereiches liegt.

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Diese Aufgabe ist durch die in den Patentansprüchen 1 und 2 angegebene Erfindung gelöst. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten derselben.

Nachfolgend wird in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Schaltanordnung in Gestalt eines Blockschaltbildes in Verbindung mit Teilen des betreffenden Manipulators.

Der betreffende Manipulator kann von derjenigen Art sein, wie sie im Detail in der US-PS 3 661 051 und der gleichfalls bereits erwähnten US-Patentanmeldung 625 932 beschrieben ist, worauf hier diesbezüglich Bezug genommen wird. Indessen kann die Erfindung auch bei anderen Manipulatoren Anwendung finden.

Kurz gesagt besitzt ein solcher Manipulator eine Anzahl von Freiheitsgraden entsprechend verschiedenen Steuer- oder Bewegungskoordinaten, beispielsweise sechs, für welche einzelne Antriebsmittel vorgesehen sind. Die Bewegungen in einer Anzahl dieser Koordinaten erfolgen durch einen Manipulatorarm, der von einem i.a. ortsfesten Gestell ausgeht. Für eine jede der Bewegungskoordinaten ist ein geeigneter Codierer vorgesehen, der absolute digitale Positionswerte für die jeweilige Position in der betreffenden Koordinate liefert. Diese Codierer können beispielsweise entsprechend der US-Patentanmeldung 442 862 vom 15. Februar 1974 oder auch der bereits erwähnten US-Patentanmeldung 625 932 angeordnet sein.

Während eines sogenannten Instruktionsbetriebes werden verschiedene, beispielsweise hydraulische Stellmotoren oder sonstige Antriebsmittel durch entsprechend lange Betätigung dazu verwendet, um den Manipulatorarm aufeinanderfolgend in eine Anzahl gewünschter Positionen zu führen. Bei den betreffenden Bewegungen werden die Codierer einer jeden Koordinate entsprechend angetrieben, so daß sie bei Erreichen der betreffenden Position digitale Ausgangssignale liefern, die sodann in einem geeigneten Programmspeicher

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als Steuersignale für den nachfolgenden Arbeitsbetrieb des Manipulators gespeichert werden.

Während dieses Arbeitsbetriebes werden die dann wiederum von den Codierern gelieferten aktuellen Positionssignale einer jeden Koordinate mit den als Steuersignale gespeicherten Positionssignalen verglichen, um daraus ein Abweichungssignal zu gewinnen, das nun zur Steuerung der Antriebsmittel für die Manipulatorbewegungen in den einzelnen Koordinaten Verwendung findet.

Beispielsweise kann während des Instruktionsbetriebes eine Folge von Programmschritten eingegeben, d.h. aufgezeichnet werden, die einem Montagevorgang, beispielsweise bei der Montage eines Vergasers, oder der PaletbLerung von Gegenständen oder einem Arbeitsablauf, wie etwa einer Schweiß- oder Farbspritzoperation an einer Autokarosserie auf einem Förderband, entspricht. Während des Arbeitsbetriebes werden die aufgezeichneten Programmschritte zyklisch wiederholt gelesen, um die betreffenden Bewegungsabläufe nun automatisch durchzuführen.

Bei einem spezifischen Manipulator mit sechs Freiheitsgraden können die Bewegungen in den einzelnen Koordinaten beispielsweise aus einer Ausfahrbewegung des Manipulatorarmes, einer Unterarmdrehbewegung, einer Auf-Abbewegung des Manipulatorarmes, einer Unterarmbeugebewegung, einer Schwenkbewegung des Manipulatorarmes und aus einer Handdrehbewegung bestehen. Die kombinierte Bewegung in diesen Koordinaten im Arbeitsbetrieb wird gesteuert mit Hilfe eines Vergleiches der jeweiligen Positionsdaten aus den Codierern der sechs Koordinaten mit den entsprechenden Steuersignalen aus dem Speicher, die in vorbestimmter Folge und in einem entsprechenden digitalen Format gelesen werden.

Zum Erhalt digitaler Informationen für die absoluten Positionen in einer jeden der sechs Bewegungskoordinaten findet demzufolge eine Reihe von sechs Codierern Verwendung, die in ihrer Gesamtheit

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hier mit 20 bezeichnet sind, je einer für eine jede Koordinate, wie genauer in der erwähnten US-PS 3 661 051 und der US-Patentanmeldung 625 932 beschrieben.

Diese sechs Codierer, im einzelnen ein Codierer 22 für die Ausfahrbewegung, ein Codierer 24 für die Unterarmdrehbewegung, ein Codierer 26 für die Auf-Ab-Bewegung, ein Codierer 28 für die Unterarmbeugebewegung, ein Codierer 30 für die Armschwenkbewegung und ein Codierer 32 für die Handdrehbewegung, liefern digitale Ausgangssignale oder Daten entsprechend der gegenwärtigen absoluten Position in einer jeden Koordinate auf einer Anzahl von Ausgangsleitungen, beispielsweise in Form von 12 bis 15 Bits auf 12 bis 15 parallelen Ausgangsleitungen. Die Ausgangsleitungen der Codierer 22 bis 32 sind in der Figur schematisch als Datensammelleitung 34 angegeben und die betreffenden Daten mit E bezeichnet.

Die Datensammelleitung 34 führt zu einem Multiplex-Abtaster, der die Positionssignale aus den Codierern für die einzelnen Koordinaten unter Steuerung eines Gruppenabtastsignals nacheinander an einen digitalen Vergleicher liefert. Genauer gesagt gelangen die Positionsdaten aus den Codierern zu dem Vergleicher während jeweils eines entsprechenden Abtastintervalls innerhalb des Multiplex-Abtastzyklus.

Ebenso werden die aus dem Speicher gelesenen Steuersignale dem digitalen Vergleicher zugeführt, im gleichen Format wie die gegenwärtigen Positionssignale. Der Vergleicher vergleicht aufeinanderfolgend die jeweiligen Positions- und Steuersignale aller sechs Koordinaten und liefert aufgrund dieses Vergleiches ein digitales Abweichungssignal, das sodann durch einen Digital-Analog-Umsetzer in ein analoges Spannungssignal umgewandelt wird. Die analogen Spannungssignale werden durch einen Multiplex-Verteilerden einzelnen richtungskritischen Steuer- und Antriebsmitteln für die Bewegungen in den sechs Koordinaten zugeführt.

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Im vorliegenden Fall nun werden die auf der Sammelleitung 34 auftretenden Codiererdaten E des weiteren der erfindungsgemäßen Bahnzuordnungs- und Fehlererkennungsschaltung 10 zugeführt, zusammen mit verschiedenen Steuer- und Taktsignalen, wie z.B. dem Gruppenabtastsignal, das auf den Leitungen 36 auftritt. Die Schaltung 10 kann in einem vom Manipulator getrennten Gehäuse untergebracht und durch Verwendung geeigneter Kabel mit Steckverbindungen vom Manipulator abtrennbar sein. Ebenso kann sie jedoch auch einen integralen Bestandteil der Manipulatorsteuerung bilden.

Die Datensammelleitung 34 führt zu einem Puffer-Schieberegister 38, das ebenso das Gruppenabtastsignal von der Leitung 36 zugeführt erhält. Das Schieberegister 38 liefert in Form einer Impulsfolge eine Serie von Datenbits entsprechend den über die Sammelleitung 34 empfangenen Codiererdaten E . Nimmt man beispielsweise an, daß die Datensammelleitung 34 15 Datenbitleitungen für jede der sechs Koordinaten bei insgesamt 80 Leitungen aufweist, so wird durch das Schieberegister 38 aufgrund des Gruppenabtastsignals ein Ausgangssignal erzeugt, das 80 Datenbits in vorbestimmter Folge entsprechend den Daten auf der Datensammelleitung 34 enthält. Das Gruppenabtastsignal weist bestimmte Abtastintervalle für die sechs Bewegungskoordinaten auf. Beispielsweise können den sechs Bewegungskoordinaten ein drittes bis achtes Abtastintervall G3 - G8 zugeordnet sein, während die Abtastintervalle Gl und G2 Steuerungs- und Adressierungszwecken in der Manipulatorsteuerung vorbehalten bleiben.

Das Puffer-Schieberegister 38 enthält ein Schieberegister mit 80 parallelen Eingängen, das auf ein jedes der Abtastsignale für die Abtastintervalle G3 - G8 an seinem Ausgang 48 80 aufeinanderfolgende Informationsbits liefert, 15 Bits für ein jedes Abtastintervall. Stattdessen kann das Puffer-Schieberegister 38 auch ein Schieberegister mit 15 parallelen Bit-Eingängen in Verbindung mit einem Multiplexabtaster, wie z.B. dem Abtaster 1010 in der vorerwähnten US-Patentanmeldung 625 932 oder den Abtaster 416 nach der US-PS 3 661 051 enthalten, der mit den 80 Einzelleitungen der Datensammelleitung 34 verbunden ist, um ein einziges Datenausgangssignal auf

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15 Bit-Leitungen in Multiplexform zu liefern. Das betreffende Schieberegister mit 15 parallelen Biteingängen ist dabei mit dem Ausgang des Abtasters verbunden und wird wiederum durch das Gruppenabtastsignal von den Leitungen 36 gesteuert. Hat an dem Manipulator ein Instruktionszyklus stattgefunden und wurden die entsprechenden Programmschritte im Hauptprogrammspeicher des Manipulators aufgezeichnet, so wird der Manipulator zunächst unter Beobachtung seitens des Einstellpersonals betrieben, um noch wünschenswerte Änderungen gegenüber dem aufgezeichneten Programm vornehmen zu können, damit der automatische Arbeitsablauf in tadelloser V/eise erfolgen kann.

Bei diesem Probebetrieb werden nun Positionsdaten aus den Codierern 22 bis 32 in ausgewählten Intervallen während eines Arbeitszyklusses in der Bahnzuordnungs- und Fehlererkennungsschaltung 10 aufgezeichnet, um auf diese Weise die ordnungsgemäße Funktion des Manipulators überwachen zu können.

Genauer gesagt wird ein Eingang 50 für ein Lese-/Schreibsteuersignal R/W einer Speicherstufe 52 der Schaltung 10 zu Beginn des betreffenden Probearbeitszyklusses aktiviert. Auf diese Weise wird die Impulsfolge der Codiererdaten vom Ausgang 48 des Puffer-Schieberegisters 38 in der Speicherstufe 52 in vorbestimmten Intervallen des Arbeitszyklusses aufgezeichnet. Die Speicherstufe 52 ist unabhängig und getrennt von dem Hauptprogrammspeicher des Manipulators.

Eine Taktsteuerstufe 54 bringt an ihrem Ausgang 56 ein Taktsignal hervor, mit dem sie die Speicherstufe 52 steuert, um die betreffenden Aufzeichnungsintervalle zu bestimmen. Genauer gesagt bestimmt die Taktfrequenz der Taktsteuerstufe 54 diejenigen Intervalle, in welchen Positionsdaten aufgezeichnet werden. Das Intervall zwischen den so festgehaltenen Positionen richtet sich nach den Arbeitsbedingungen des Manipulators und nach der Genauigkeit, mit welcher eine Fehlererkennung erfolgen soll unter Einschluß solcher Variabler wie der Arbeitsgeschwindigkeit des Manipulatorarmes, dem Standort des Manipulators in bezug auf weitere Geräte sowie der Möglichkeit, daß sich Personen in dem Arbeitsbereich

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des Manipulators aufhalten. Beispielsweise hat sich ein Zeitintervall von 500 ms zwischen der Aufzeichnung von Daten in der Bahnzuordnungs- und Fehlererkennungsschaltung 10 bewährt.

Die Taktsteuerstufe 54 erhält gleichfalls das Gruppenabtastsignal von den Leitungen 36, welches darin mit dem Zeitintervallsignal logisch kombiniert wird, um zu Beginn des nächsten kompletten Abtastzyklusses nach dem Ende eines Zeitintervalls am Ausgang 56 ein Signal zu erhalten. Dieses Signal am Ausgang 56 bewirkt die Aufzeichnung der Daten aus dem Puffer-Schieberegister 38 in der Speicherstufe 52. Die Speicherstufe 52 besteht aus einem herkömmlichen Speicher, wie z.B. einem Platten- oder Bandspeicher. Während der betreffende Arbeitszyklus von dem Einrichtungspersonal überwacht wird, werden in der Speicherstufe 52 Positionsdaten aus den Codierern aller sechs Koordinaten in einem jeden Intervall aufgezeichnet, welche somit die Positionen des Manipulatorarmes in allen sechs Bewegungskoordinaten in vorbestimmten Intervallen während des gesamten Arbeitszyklus angeben.

Am Ende des überwachten Arbeitszyklus wird die Bahnzuordnungsund Fehlererkennungsschaltung 10 umgeschaltet und dabei die Speicherstufe 52 auf den Anfang des Speicherzyklusses bzw. der Aufzeichnungsspur rückgestellt. Der Start und der Ablauf des Speicherzyklusses im Lese-wie im Schreibmodus erfolgt unter automatischer Synchronisierung mit der Programmsteuerung des Manipulators mit Hilfe von verschiedenartigen Steuersignalen WSYNCH, die über den Eingang 60 in die Taktsteuerstufe 54 gelangen sollen. Genauer gesagt ist die Speichersteuerstufe 52 mit dem Programm des Manipulators synchronisiert und steuerbar zur Berücksichtigung von programmierten Pausen sowie Abwarte- und Stoppbefehlen in dem Manipulatorprogramm. Auch Notfall- und manuell hervorgerufene Unterbrechungen in dem Programmablauf des Manipulators wirken sich unmittelbar auf die Operation der Speicherstufe 52 aus.

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Die am Eingang 60 eintreffenden Synchronxsationssteuersignale WSYNCH leiten sich von den verschiedenen Steuersignalen der Manipulatorsteuerung ab, mit denen die Arbeitsweise des Manipulators synchronisiert und in ihrem Zeitablauf gesteuert wird. Beispielsweise bei dem programmierten Manipulator nach der oben erwähnten US-PS 3 661 051 stammen die Signale WSYNCH von dem Abwartesignal WEXT von der Leitung 781, von dem Genauigkeitssignal Acc. No. 1 für vollkommene Koinzidenz, welches am Gatter 547 auftritt, und von dem Sperrsignal INH auf der Leitung 765. Die für die Signale WSYNCH erforderliche logische Funktion lässt sich in Form von positiven Signalniveaus folgendermaßen schreiben: WSYNCH = WEXT • Acc. No. 1 + INH. Das Signal INH besitzt im Sperrstadium Massepotential und ein negatives Potential für normalen Betriebsablauf. Daher dient ein Verlagerungsnetzwerk dazu, aus dem Signal INH ein Signal mit positivem Flankenanstieg zu gewinnen. Die so gebildeten Signale WSYNCH besitzen ein hohes logisches Niveau zur Unterbrechung oder Sperrung des Speicherzyklusses und der Taktsteuerstufe 54 sowie ein niedriges logisches Niveau für normalen Betriebsablauf. Um für normalen Betriebsablauf ein hohes logisches Niveau zu haben, können die Signale WSYNCH invertiert werden.

Beim Arbeitsbetrieb des Manipulators wird dieser so gesteuert, daß sein Arm bzw. seine Hand nacheinander alle vorher in den Programmspeicher eingegebenen Positionen durchfährt. Ebenso wie die betreffenden als Steuersignale aufgezeichneten Positionsdaten werden dabei auch die in der Speicherstufe 52 gespeicherten Daten nacheinander gelesen.

Auf diese Weise läuft der gesamte Speicherzyklus der Speicherstufe 52 ab, wobei die zuvor in den vorgegebenen Intervallen aufgezeichneten Daten am Ausgang 62 erscheinen. Die dort in Form einer Impulsfolge, so wie aufgezeichnet, auftretenden Daten gelangen synchronisiert mit dem Gruppenabtastsignal von den Leitungen 36 zu einem Puffer-Schieberegister 64 zur Serien-/Parallelumsetzung. Das Schieberegister 64 empfängt die Datenimpulsfolge aus den Datenimpulsen, die in den ausgewählten Zeitintervallen aufgezeichnet

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wurden und erzeugt daraus ein Ausgangssignal auf 80 parallelen Datenbitleitungen einer Datensammelleitung 66, was vermittels des Taktsignals aus der Taktsteuerstufe 54 geschieht. So wird das Signal auf der Sammelleitung 66 mit jedem Zeitintervall erneuert, beispielsweise alle 500 ms.

Die Datensammelleitung 66 mit 80 parallelen Bit-Leitungen liefert jederzeit die Positionsdaten aus den sechs Codierern, welche in dem betreffenden Zeitintervall des Arbeitszyklusses aufgezeichnet wurden. Die Datensammelleitung 66 führt zum Eingang eines MuItiplexabtasters 68, der des weiteren als Steuersignal das Gruppenabtastsignal von den Leitungen 36 zugeführt erhält. Der Abtaster 68 liefert ein Serienausgangssignal in Multiplexform an einem Sammelausgang 70. Der Sammelausgang 70 weist in dem betrachteten Beispiel 15 Leitungen in der gleichen Folge auf, wie vorausgehend beschrieben, entsprechend der vorgegebenen Reihenfolge der Zeitintervalle, in denen die Aufzeichnung der Codiererdaten erfolgte.

Der Eingang eines weiteren Multiplexabtasters, 72, der dem Abtaster 62 gleicht, liegt gleichfalls an der Datensammelleitung 34. Dieser Abtaster 72 liefert an einem Sammelausgang 74 unter Steuerung durch das Gruppenabtastsignal von den Leitungen 36 die augenblicklichen Positionsdaten eines jeden Codierers im gleichen Format wie die Daten von dem Abtaster 68 auf in diesem Beispiel 15 Leitungen.

Ein auf Multiplexbasis arbeitender digitaler Vergleicher 76 vergleicht die Daten von den beiden Abtastern 68 und 72 und liefert dabei an einem Sammelausgang 78 ein digitales Abweichungssignal EE„ in entsprechender Multiplexform. Dieses Signal gibt eine etwaige Differenz an zwischen den augenblicklichen Positionsdaten aus den Codierern und den vorausgehend während des betreffenden Intervalls des Arbeitszyklusses in der Speicherstufe 52 aufgezeichneten Positionsdaten.

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Um den einwandfreien Vergleich dieser zweierlei Daten zu gewährleisten, besitzen der Vergleicher 76 und der Abtaster 68 Steuereingänge, über welche die Stufen nur für einen Gruppenabtastzyklus nach Beginn eines von der Taktsteuerstufe 54 angegebenen Zeitintervalls betätigt werden. Würde anstatt des Vergleichers 76 nur der Abtaster 72 i.ü. gesperrt, so würde an seinem Ausgang 78 bei Abwesenheit eines Ausgangssignals seitens des Abtasters 72 und gleichzeitigem Auftreten eines Ausgangssignals seitens des Abtasters 68 ein unzutreffend hohes Abweichungssignal auftreten. So also werden die in der Speicherstufe 52 aufgezeichneten Daten zu dem betreffenden Zeitpunkt des Arbeitszyklus, in welchem sie aufgezeichnet wurden, mit den aktuellen Positionsdaten aus den Codierern verglichen.

Um weiterhin sicherzustellen, daß das Signal am Ausgang 62 der Speicherstufe 52 komplett ist und in Parallelform zu dem Abtaster 68 gelangt, kann der Vergleicher 76 und/oder Abtaster 68 während eines kompletten Abtastzyklusses aufgesteuert sein nach Ablauf einer bestimmten Verzögerungszeit seit Beginn des durch die Taktsteuerstufe 54 vorgegebenen Zeitintervalls.

Zu diesem Zweck kann der Abtaster 68 und/oder - wie gezeigt der Vergleicher 76 über ein geeignetes Verzögerungsglied 80, wie z.B. eine Multivibratorstufe, angesteuert werden. Die darabb herbeigeführte Verzögerung macht auch Variationen in der Arbeitsweise der Taktsteuerstufe 54 und die Zeitverzögerung durch das Schieberegister 64 wett, die natürlich normalerweise verhältnismäßig klein ist, in der Größenordnung von wenigen Mikrosekunden. Die Taktsteuerstufe 54 besteht aus einem herkömmlichen quarzgesteuerten Taktgenerator der gleichen Art, wie sie in digitalen Uhren oder anderen mit einer hochgradig stabilisierten Frequenz arbeitenden Elementen Verwendung findet. Diese Taktsteuerstufe erhält, wie gesagt, ebenfalls die Synchronisationssteuersignale WSYNCH an ihrem Eingang 60, um sie vom Beginn des Aufzeichnungs- bzw. Lesezyklus weg und nach einer jeden Unterbrechung oder Pause zu synchronisieren.

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Auf jeden Fall wird das in Multiplexform vorliegende Abweichungssignal EE„ vom Ausgang 78 des Vergleichers einem Digital-Analog-Umsetzer 100 zugeführt, welcher es in ein entsprechendes analoges Signal auf dem Analogausgang 102 umwandelt. Der Digital-Analog-Umsetzer 100 kann von derjenigen Art sein, wie in der oben erwähnten US-PS 3 661 051 angegeben.

Der Ausgang 102 ist mit einem ersten invertierenden Eingang einer Schwellwertdetektorstufe 104 »,'erbunden, die aus einem als Spannungsvergleicher arbeitenden Operationsverstärker bestehen kann. Die Schwellwertdetektorstufe 104 besitzt des weiteren einen nichtinvertierenden Eingang 106, der an einer einstellbaren Bezugsspannungsquelle, wie z.B. dem dargestellten Potentiometer 108 zwischen einer positiven Potentialquelle 110 und Masse 112 liegt. Der Ausgang 114 der Schwellwertdetektorstufe 104 liefert ein Signal entsprechend der Aberration des Manipulators während des betreffenden Arbeitszyklus gegenüber dem betreffenden Probearbeits~ zyklus, bei welchem die Aufzeichnung der Codiererdaten erfolgte, für eine jede Bewegungskoordinate auf Multiplexbasis. Überschreitet das am Ausgang 102 auftretende Abweichungssignal das Bezugsspannungssignal am Eingang 106, so liefert die Schwellwertdetektorstufe 104 an ihrem Ausgang 114 ein vorbestimmtes Spannungssignal, womit ein Alarmschaltkreis 116 und/oder eineSchnellstopp- oder Rückzugseinrichtung in der Manipulatorsteuerung betätigt wird· Der Alarmschaltkreis 116 kann ein hörbares wie auch ein sichtbares Alarmsignal herbeiführen.

Alternativ zu der vorausgehend beschriebenen Sperrung des Vergleichers 76 und des Abtasters 72 kann auch der Digital-Analog-Umsetzer 100 gesperrt werden außerhalb des für den Vergleich vorgesehenen Zeitraumes.

Die Bahnzuordnungs- und Fehlererkennungsschaltung 10 vergleicht also die aktuellen Positionsdaten seitens der Codierer des Manipulators mit den während eines Probearbeitszyklusses zu entsprechenden Zeitpunkten ist ihr aufgezeichneten Daten, um daraus eine

vorgegebener Grenzen überschreitende Abweichung zv errd'cteln« -Wenn imier eine solche Abweichung zu irgend einem der betrefienc ~ Zeitptinkte festgestellt wird, d„fi« wenn die Bewegung des Armes ο■'.:■:ν der Hand des Manipulators eine bestimmte volumetrische Aberration erfährt* so betätigt die Schaltung 10 automatisch einen AlarraschaltkreiSy Schnellstoppsciialtkreis oder dergl»

Auf diese "weise ermittelt die Schaltung 10 unzulässige Abweichungen des Manipulators für eine jede der aufgezeichneten Positionen« Der zulässige volumetrische Aberrationsbereich kann in jeder Richtung aufgrund der Erfahrung und der Beabaclitusig des Einstellpersanals festgelegt v/erden» In einem bestimmtes Fall wurde der zulässige 'Aberrationsbereich, bei dessen Überschreitung der Alarmsekaltkreis oder dergl« betätigt wurde, doppelt so groß gewählt wie die normalerweise zu erwartenden Aberrationen aufgrund von Variationen in der■Öltemperatur, Spiel in den Antriebsmitteln

In Abwandlung des vorausgehend-beschriebenen Ausführungsbeispiels kann die' am'Eingang 106 anliegende Bezugsspannung durch die Kaßipulatorstetserung während des Arbeitszyklusses aufgrund des gespeicherten WrogFSLvsms- variiert werden, um damit in Abhängigkeit von den einzelnem Programmpunkten oder -schritten größere oder kleinere sulsssige Äberrationsbereiche festzulegen, je nachdem ob dort eine größere oöer geringere Genauigkeit der Arbeitsweise erforeterlicüs ist. Des weiteren kann auf den Ausgang 102 des Digital-Analog-Umsetzers 100 eine Endmultiplexstufe folgen, um analoge Ausgangssignale für eine jede der sechs Koordinaten hervorzurufen, die für all öiese Koordinaten eigene SchwelIwertdetektorstufen . Auf diese"Weise können für sämtliche Koordinaten sölässige-A,berr at ionen vorgesehen werden»

fess SüF die Speic&erstufe 52 ein Magnetbandspeicher Verwendung findet j» feaüsa eias Baa<£;kontinuierlich laufen,_ um eia Anfahren und fesi jeeBeroMer vorgegebenen Aufzeichnungspunkte zu

vermeiden. Jedoch verdient ein Plattenspeicher mit mehreren Platten den Vorzug, da hierbei die Daten so wie sie ankommen eingegeben werden können. In bestimmten Fällen kann die Speicherstufe 52, wie angegeben, zu Aufzeichnung und Wiedergabe durch die Taktsteuerstufe 54 gesteuert werden, ohne daß es hierzu einer eigenen Zuführung des Synchronisationssteuersignals WSYNCH bedarf.

Bei einer anderen Modifikation kann das Pufferschieberegister 38 mit jedem Abtastzyklus eine Datenfolge für nur eine Koordinate liefern, um die Geschwindigkeits- und Zeiterfordernisse zu verringern, wobei dann sechs Abtastzyklen erforderlich sind, um die Daten aller sechs Koordinaten aufzuzeichnen. Im Falle eines Abtastzyklusses von zwei Millisekunden Dauer wird auf diese Weise ein Gesamtzeitraum von 12 ms für die Datenaufzeichnung benötigt. Dieser Zeitraum ist in Einklang mit der Mindestprogrammschrittzeit typischer Arbeitszyklen. Ebenso kann die Bahnzuordnungs- und Fehlererkennungsschaltung in einer anderen Modifikation beim Arbeitsbetrieb die Daten nur jeweils einer Bewegungskoordinate pro Abtastzyklus verarbeiten, um die Verwendung langsamer arbeitender Schaltkreise zu ermöglichen.

Schließlich kann noch an die Stelle des Multiplexabtasters 72 der vorausgehend beschriebenen Bahnzuordnungs- und Fehlererkennungsschaltung 10 der normalerweise vorgesehene Multiplexabtaster der Manipulatorsteuerung selbst treten.

Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Bahnzuordnungsund Fehlererkennungsschaltung auch mit einem anderen Multiplexformat als dem durch das Gruppenabtastsignal des Manipulators vorgegebenen betrieben werden. So kann beispielsweise ein eigenes Abtastsignal in Abhängigkeit von der Periode der Taktsteuerstufe 54 erzeugt werden, etwa mittels eines Frequenzteilers oder einer Zählstufe in Verbindung mit der Taktsteuerstufe. Sodann könnte aus de« Gruppenabtastsignal des Manipulators ein Abtastsignal mit geringerer Taktfolgefrequenz gewonnen werden.

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2784 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ermittlung von Überschreitungen vorgegebener Abweichungen der Bewegungen eines programmgesteuerten Manipulators gegenüber dem programmierten Bewegungsablauf, wobei in der Manipulatorsteuerung Positionssignale entsprechend der jeweiligen tatsächlichen Position des Manipulatorarmes oder dergl. auftreten, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Probearbeitszyklusses dabei anfallende Positionssignale gespeichert werden, daß diese Positionssignale in darauffolgenden echten Arbeitszyklen gelesen und mit den dann zu entsprechenden Zeitpunkten seitens des Manipulators unmittelbar anfallenden Positionssignalen verglichen werden und daß dabei festgestellt wird, ob die miteinander verglichenen Positionssignale einen vorgegebenen Grenzwert überschreitende Abweichungen aufweisen.

2. Schaltanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch

1 an einem programmgesteuerten Manipulator mit einem in mehreren Bewegungskoordinaten beweglichen Arm, Mitteln zur Lieferung von Steuersignalen entsprechend den gewünschten Positionen des Armes in einer jeden Koordinate, Mitteln zur Lieferung von Positionssignalen entsprechend den jeweiligen tatsächlichen Positionen des Armes in einer jeden Koordinate und sowohl von den Steuersignalen als auch den Positionssignalen abhängigen Mitteln zur Bewegung des Tmes gegen die durch die Steuersignale vorgeschriebenen Positionen, gekennzeichnet durch Speichermittel (52) zur Speicherung einer Anzahl der Positionssignale und Schaltmittel (76, 104) zur Ermittlung einer Abweichung zwischen den darin gespeicherten und den zu entsprechenden Zeitpunkten vom Manipulator unmittelbar bezogenen Positionssignalen.

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ORIGINAL INSPECTED

28403A1

3. Schaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel zur Ermittlung einer Abweichung einen Vergleicher (76), der aufgrund des jeweiligen Vergleiches ein Abweichungssignal (SE_) entsprechend der Differenz der beiden miteinander verglichenen Positionssignale liefert, sowie einen dem Vergleicher nachgeschalteten Schwellwertdetektor (104) enthalten, der ein Ausgangssignal liefert, wenn das Abweichungssignal einen vorgegebenen Wert überschreitet.

4. Schaltanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzei chn e t, daß das Ausgangssignal des Schwellwertdetektors (104) einen Alarmschaltkreis (116) und/oder eine Schnellstoppeinrichtung oder dergl. für den Manipulator steuert.

5. Schaltanordnung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Positionssignale seitens des Manipulators im Parallelformat auftreten, dadurch gekennzei chnet, daß die Speichermittel aus einer im Speicher- wie im Lesemodus im Serienformat arbeitenden Speicherstufe (52) bestehen, der Schaltmittel (38) zur Umsetzung des Parallelformats der aus dem Manipulator bezogenen Positionssignale (E ) in das Serienformat vorgeschaltet sowie weitere Schaltmittel (64) zur Umsetzung des Serienformats der aus der Speicherstufe gelesenen Positionssignale in das Parallelformat für den anschließenden Vergleich nachgeschaltet sind.

6. Schaltanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzei chnet, daß der Vergleicher (76) ein digitaler Vergleicher ist, dessen beiden Vergleichseingängen Multiplex-Abtaster (68, 72) vorgeschaltet sind, um die im Parallelformat dort eintreffenden beiden Positionssignale in Abhängigkeit von einem Multiplex-Abtastsignal in eine der Zahl der überwachten Bewegungskoordinaten entsprechende Anzahl zeitlich aufeinanderfolgender, im Parallelformat auftretender Datengruppen zu zerlegen, die jeweils die Positionsdaten einer Koordinate enthalten.

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7. Schaltanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Vergleicher (76) ein Digital-Analog-Umsetzer (100) folgt und daß der Schwellwertdetektor (104) im wesentlichen aus einem Analogvergfeicher besteht, dessen beide Eingänge mit dem Ausgang (102) des Digital-Analog-Umsetzers bzw. mit einer Bezugsspannungsquelle (108 - 112) verbunden sind.

8. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermittel (52) durch einen Intervall-Taktgeber (54) gesteuert sind, mit welchem die Einspeicherungs- wie auch die Lesevorgänge in vorbestimmten, im allgemeinen gleichen Zeitintervallen erfolgen.

9. Schaltanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Intervall-Taktgeber (54) Mittel (60) zur Synchronisierung der Lesevorgänge mit der Arbeitsweise des Manipulators einschließlich der Befolgung dabei ggf. auftretender Abwarte-^Sperr- und sonstiger Sonderbefehle enthält.

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