DE2904777C2

DE2904777C2 - Positioniereinrichtung für ein Gerät mit mehreren Motoren

Info

Publication number: DE2904777C2
Application number: DE2904777A
Authority: DE
Inventors: Hajimu Inaba; Hideo Hino Tokyo Miyashita
Original assignee: Fujitsu Fanuc Ltd
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1978-02-10
Filing date: 1979-02-08
Publication date: 1982-04-15
Also published as: DE2904777A1; JPS54106776A; FR2417133B1; GB2014333B; GB2014333A; FR2417133A1; US4240016A

Description

Die Erfindung betrifft eine Positioniereinrichtung für ein Gerät mit mehreren Motoren, von denen jeder für eine Bewegung in einer Achse zuständig ist, ferner mit mehreren mit den Motoren verbundenen Fühlern, von denen jeder eine Bewegung in einer Achse nachweist, weiterhin mit Steuereinheiten für die Position der Achse, die ein Geschwindigkeitssteuersignal entsprechend der Differenz zwischen dem vom Fühler abgegebenen Signal und einem Steuersignal erzeugen, welches von einer zentralen Verarbeitungseinheit abgegeben wird, wobei das Geschwindigkeits-Rückkopplungssignal die momentane Geschwindigkeit eines beweglichen Elementes wiedergibt.

Eine derartige Positioniereinrichtung beschreibt die DE-OS 27 28 395. Diese bekannte Positioniereinrichtung ist relativ aufwendig, insbesondere weil für jede der drei zu steuernden drei Achsen eine gesonderte Geschwindigkeits-Steuereinheit benötigt wird.

Durch die DE-OS 14 63 741 ist eine mehrachsige Positioniereinrichtung bekannt, bei der nur eine gemeinsame Steuervorrichtung verwendet wird, an deren Eingang die Ausgänge von Meßgebern in einer durch Programmierung bestimmten Zeitfolge abwechselnd angeschlossen werden. Der genaue schaltungstechnische Aufbau dieser Steuereinheit ist dieser Druckschrift aber nicht zu entnehmen.

Die DE-AS 11 56 152 beschreibt eine Anordnung zur numerischen Steuerung von Arbeitsmaschinen mit einem einzigen Vergleicher, einem einzigen Digital-Analog-Wandler und einem einzigen Schalter für mehrere Antriebmotoren. Außerdem ist für jede zu steuernde Achse ein Fühler vorgesehen. Die Fühler messen aber die absolute Position des betreffenden 5 Organs und sind somit schaltungstechnisch sehr aufwendig, insbesondere durch eine Kodierungsplatte und einen Abtaster für mehrere der Achsen. Dies ist notwendig, weil dort die Positionen in den jeweils anderen Achsen gleichzeitig bekannt sein müßten.

to Der Erfindung liegt ausgehend von einer Positioniereinrichtung der eingangs genannten Art die Aufgabe zugrunde, diese so auszugestalten, daß die Anzahl der benötigten Geschwindigkeits-Steuereinheiten fühlbar verringert wird, ohne daß darunter die Betriebssicherheit der Einrichtung leidet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit eine einzige Geschwindigkeits-Steuereinheit aufweist, die mit den Motoren über Relais-Kontakte verbunden ist, daß die Geschwindigkeits-Steuereinheit über einen Digital-Analog-Umsetzer, einen Frequenz-Spannungswandler und über mehrere Torschaltungen mit mehreren Steuereinheiten für die Position der betreffenden Achse verbunden ist, wobei die Steuereingänge der Torschaltungen mit Ausgängen einer digitalen Ausgangseinheit verbunden sind, deren Ausgänge auch an mehrere Relais angeschlossen sind, die die Relaiskontakte betätigen, und daß die Steuereinheiten und die digitale Ausgangseinheit an einen Speicher angeschlossen sind, der von einer zentralen Datenverarbeitungseinheit gesteuert ist.

Durch diese Merkmale kommt man mit einer einzigen Geschwindigkeits-Steuereinheit aus, ohne daß darunter die Präzision der erfindungsgemäßen Positioniereinrichtung leidet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Positioniereinrichtung für einen Roboter näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch in einer Ansicht einen derartigen

ίο Roboter mit Positioniereinrichtung;

F i g. 2 ein Schaltdiagramm der neuartigen Positioniereinrichtung nach der Erfindung;

F i g. 3 ein Schaltdiagramm für die Steuereinheit der achsialen Position der Positioniereinrichtung nach Fig. 2.

In Fig. 1 sind zwei vertikale Führungsstangen 115, 115' eines Roboters 1 mit einem Zahnrad 116 fest verbunden. Eine Gewindeslange 114 ist zwischen den Führungsstangen 115, 115' zentriert. Ein Gehäuse 113 wird von den vertikalen Führungsstangen 115,115' und von der Gewindestange 114 durchdrungen. Das Gehäuse 113 wird in vertikaler Richtung durch die Drehung der Gewindestange 114 verschoben. Die Gewindestange kämmt mit einer im Gehäuse 113 befestigten Mutter. Sie wird von einem Motor 12 für die Z-Achse angetrieben. Im Gehäuse 113 ist ein weiteres Getriebe angeordnet, über das ein Arm 112 horizontal längs dessen Länge über einen Motor 14 für die /?-Achse angetrieben wird. Das Getriebe ist in seinen Einzelheiten in Fig. 1 nicht gezeigt. Die Baueinheit, bestehend aus den vertikalen Führungsstangen 115, 115' der Gewindestange 114, dem Gehäuse 113 und dem Arm 112 ruht auf dem Zahnrad 116. Diese Baueinheit wird um die Achse der Gewindestange 114, im folgenden als Θ-Achse bezeichnet, durch Drehung des Zahnrades 116 über einen Motor 13 gedreht.

An einem Ende des Armes 112 ist ein Greifer 111 vorgesehen. Die Motoren 12,13 und 14 für die Z-, Θ- und

Λ-Achse sind jeweils mit Impulsfühlern 15, 16 bzw. 17 verbunden, die die Bewegungen des Armes in den drei erwähnten Richtungen nachweisen. Hierzu vergleiche auch F i g. 2.

In F i g. 2 steuert eine Steuereinheit 2 Jen Robotor 1 mit den drei Motoren 12, 13 und 14 und den drei Impulsfuhlern 15, 16 und 17, wodurc'i ein Mechanismus 11 angetrieben und dessen Lage nachgewiesen wird. Der Mechanismus 11 schließt den Arm 112 und den Greifer 111 (vgl. Fig. 1) ein. Eine zentrale Datenverarbeitungseinheit 68 ist mit einer Adressen-Sammelschiene 66 und einer Daten-Sammelschiene 67 verbunden, die in der Steuereinheit 2 vorgesehen sind. Ein Speicher 69, eine Schalttafel /0, Steuereinheiten 45,46 und 47 für die Achsen und e^;ne digitale Ausgangseinheit 65 sind mit 1 s den Sammelschienen 66 und 67 verbunden. Ein Zeitimpulsgenerator 48 liefert Zeitimpulse an die Steuereinheiten 45,46 und 47.

Diese Steuereinheiten für die Lage der Achsen erzeugen Geschwindigkeits-Steuersinale 39, 41 und 43, die den Differenzen zwischen den Steuerwerten von der zentralen Verarbeitungseinheit 68 und Rückkopplungssignalen 40,42,44 für die Geschwindigkeit entsprechen, die die Geschwindigkeiten der Bewegungen in den drei Achsen des Roboters darstellen. Die digitale Ausgangseinheit 65 wird mit diesen Daten von der zentralen Datenverarbeitungseinheit 68 beliefert. Die Daten werden decodiert und erzeugen ein Wählsignal für die Achse an einem der Ausgänge 36, 37 bzw. 38 der Ausgangseinheit. Dadurch wird eines von drei Relais 21A. 22A und 23Λ an eine Spannungsquelle 59 angelegt, wobei das ausgewählte Relais dem gewählten Ausgangsanschluß der Ausgangseinheit 65 entspricht. Dadurch wird eines der Relaiskontakte 21, 22 und 23 in der Versorgungseinheit der Motoren 12, 13, 14 wahlweise geschlossen.

Die Steuereinheiten 45, 46, 47 für die axiale Position sind mit einer Geschwindigkeitseinheit 26 über eines von drei Torsohaltungen 33, 34 und 35 verbunden, und zwar über entweder einen Digital-Analog-Wandler 29 oder über einen Frequenz-Spannungs-Wandler 30. Ausgangsleitungen 24, 25 der Geschwindigkeits-Steuereinheit 26 können mit einem der Motoren 12, 13 und 14 entsprechend der wahlweisen Betätigung der Relaiskontakte 21,22,23 verbunden werden.

Die Geschwindigkeitssteuereinheit steuert die Einschaltphase eines Thyristors 261, so daß ein Steuersignal für die Geschwindigkeit, welches als Eingangssignal 27 erzeugt wird, gleich wird einem Geschwindigkeits-Rückkopplungssignal, welches als Eingangssignal 28 erzeugt wird. Dadurch liefert die Geschwindigkeitssteuereinheit 26 einen Strom, der der Differenz zwischen dem Geschwindigkeits-Steuerungssignal und dem Geschwindigkeits-Rückkopplungssignal entspricht. Der Strom wird demjenigen Motor zugeführt, der durch die Betätigung des betreffenden der Relaiskontakte 21,22,23 ausgewählt ist.

In Speicherblöcken 691,692..., 69yVdes Speichers 69 werden die Daten zur Steuerung des Roboters nacheinander gespeichert. Diese Instruktionsdaten, auch Steuerdaten genannt, sind beispielsweise die Förderrate F, die Steuerung in der Z-Achse, die Steuerung in der Θ-Achse, die Steuerung in der Λ-Achse, Hilfsfunktions-Instruktionen Sfür die Greifbewegung des Greifers usw.

Ein Beispiel für die Steuereinheiten 45 für die Positionen der Z-Achse ist in Fig.3 gezeigt. Die Steuereinheiten 46 und 47 sind entsprechend aufgebaut.

Die Steuereinheit 45 für die Z-Adise besteht aus einem Voreinstellzähler 451, einem Fehlerregister 45Z einem Richtungsdiskriminator 453 und einem Phasen-Signalerzeuger 454. Ein Steuerwert für die Z-Achse wird in den Voreinstellzähler 451 über die Daten-Sammelschiene 67 eingegeben. Zeitimpulse 49, die im Zeitimpul:»- generator 48 erzeugt werden, werden an den Voreinstellzähler 451 gegeben und an das Fehlerregister 452. wodurch der in den Voreinstellzäüler 451 vorher eingegebene Wert verringert wird und wodurch der im Fehlerregister 452 registrierte Wert erhöht wird. Die Zeitimpulse 49 werden solange zugeführt, bis der Wert im Voreinstellzähler 451 gleich null wird, so daß die Anzahl der dem Steuerwert entsprechenden Impulse dem Fehlerregister 452 zugeführt wird. Rückkopplungsimpulse 52, 53 vom !mpulsfühler 15 werden bezüglich der Richtung in zwei Phasen im Richtungsdiskriminator 453 unterschieden, und dieser Ausgang wird dem reduktiven Eingang des Fehlerregisters 452 zugeleitet. Dadurch registriert das Fehlerregister 452 die Differenz zwischen dem Steuerwert und dem Betrag der durchgeführten Bewegung des Armes 12 längs der Z-Achse. Der Phasen-Signalerzeuger 454, in dem Referenzimpulse 58 über die Impulsbreite von Ausgang des Fehlerregisters 452 moduliert werden, erzeugt ein Phasensignal als das Geschwindigkeits-Steuersignal 39 welches proportional zum registrierten Wert des Fehlerregisters 452 ist. Der Richtungsdiskriminator 453 erzeugt Geschwindigkeits-Rückkopplungs-Impulssigna-Ie 40, die eine Frequenz entsprechend der Rückkopplungs-Impulsgeschwindigkeit haben. Das vorher beschriebene Voreinste'len des Voreinstellzählers 451 kann so ausgebildet sein, daß das Voreinstellen entweder in einem Schritt für alle Steuerwerte oder in mehreren Schritten durchgeführt wird, wobei in jedem Schritt lediglich einige aller Steuerungswerte voreingestellt werden.

Im folgenden wird der Betrieb der beschriebenen Steuereinheit anhand der F i g. 1 und 2 erläutert.

Zunächst wird ein Startknopf 701 in der Schalltafel 70 betätigt. Entsprechend dem Steuerungsprogramm werden die Daten F und die Daten Z, die in den Speicherblöcken 691 und 692 gespeichert sind, der zentralen Datenverarbeitungseinheit 68 zugeleitet. Diese ändert dadurch die Frequenz der Zeitimpulse, die vom Impulsgenerator 48 erzeugt werden und wählt die geteilte Voreinstell-Periode für jeden Schritt des mehrfachen, schrittweisen Voreinstellens des Voreinstellzählers 451 entsprechend den zugeleiteten Daten aus. Vergleiche auch F i g. 3.

Anschließend werden die Auswähldaten für die Z-Achse wie folgt ins Spiel gebracht. Das Relais 21/1 für die Z-Achse wird von der digitalen Ausgangseinheit 65 entsprechend den Auswähldaten fm die Z-Achse ausgewählt und der Kontakt 21 wird geschlossen. Gleichzeitig wird die Steuereinheit 45 für die Lage der Z-Achse mit der Geschwindigkeitseinheit 26 über die Torschaltung 33 mit dem Digital-Analog-Wandler 29 und mit dem Frequenz-Spannungs-Wandler 30 verbunden, und zwar beim Eingang des Auswählsignals für die Z-Achse, welches am Ausgang 36 erzeugt wird. Die Ausgangsleitungen 24,25 der Geschwindigkeits-Steuereinheit 26 werden mit dem Motor 12 für die Z-Achse über den geschlossenen Relaiskontakt 21 verbunden.

Danach wird der im Speicherblock 692 des Speichers 69 gespeicherte Steuerungswert für die Z-Achse in den Voreinstellzähler 451 der Steuereinheit 45 für die Z-Achse voreingestellt und das Positionieren längs der

Z-Achse beginnt. Wenn der Motor für die Z-Achse seine Drehung entsprechend dem voreingestellten Wert beendet, so wird der registrierte Wert des Fehlerregisters 452 gleich null, wodurch die Beendigung des Positionierens in der Z-Achse angezeigt wird.

Nach dem beschriebenen Positionieren in der Z-Achse wird das Positionieren in der Θ-Achse entsprechend mit den Steuerungsdaten für die 0-Achse durchgeführt, die in einem Speicherblock 693 gespeichert sind. Danach wird das Positionieren in der /?-Achse entsprechend den Steuerungsdaten durchgeführt, die in einem Speicherblock 694 gespeichert sind. Das gesamte Positionieren des Armes 112 des Roboters 1 ist dann beendet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Positioniereinrichtung für ein Gerät mit mehreren Motoren, von denen jeder für eine Bewegung in einer Achse zuständig ist, ferner mit mehreren mit den Motoren verbundenen Fühlern, von denen jeder eine Bewegung in einer Achse nachweist, weiterhin mit Steuereinheiten für die Position der Achse, die ein Geschwindigkeitssteuersignal entsprechend der Differenz zwischen dem vom Fühler abgegebenen Signal und einem Steuersignal erzeugen, welches von einer zentralen Verarbeitungseinheit abgegeben wird, wobei das Geschwindigkeits-Rückkopplungssignal die momentane Geschwindigkeit eines beweglichen Elementes wiedergibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (2) eine einzige Geschwindigkeits-Steuereinheit (26) aufweist, die mit den Motoren (12, 13, 14) über Relais-Kontakte (21, 22, 23) verbunden ist, daß die Geschwindigkeits-Steuereinheit (26) über einen Digital-Analog-Umsetzer (29), einen Frequenz-Spannungswandler (30) und über mehrere Torschaltungen (33,34,35) mit mehreren Steuereinheiten (45, 46, 47) für die Position der betreffenden Achse verbunden ist, wobei die Steuereingänge der Torschaltungen (33, 34, 35) mit Ausgängen einer digitalen Ausgangseinheit (65) verbunden sind, deren Ausgänge auch an mehrere Relais (214, 22A, 23A) angeschlossen sind, die die Relais-Kontakte (21, 22, 23) betätigen, und daß die Steuereinheiten (45, 46, 47) und die digitale Ausgangseinheit (65) an einen Speicher (69) angeschlossen sind, der von einer zentralen Daienverarbeitungseinheit (68) gesteuert ist.