DE3038436C2

DE3038436C2 - Positionierregelkreis für Manipulatoren

Info

Publication number: DE3038436C2
Application number: DE19803038436
Authority: DE
Inventors: Dirk Dr.-Ing. Helms; Hilmar Dr.-Ing. 2000 Hamburg Strenzke
Original assignee: Jungheinrich Unternehmensverwaltung KG
Current assignee: Jungheinrich AG
Priority date: 1980-10-11
Filing date: 1980-10-11
Publication date: 1985-08-29
Also published as: DE3038436A1

Description

(Cf = Federsteifigkeit) zu dem Führungswert addiert wird.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Positionierregelkreis für Manipulatoren zur Ausführung von Arbeiten unter Kraftanwendung mit einem Positionierkreis, in welchen aus einem Positions-Fuhmngswert-Generator ein Führungswert für die räumliche Einstellung eines Arbeitsgerätes einspeisbar ist und dei für die räumliche Anordnung des Arbeitsgerätes eine Istwert-Rückspeisung und auch eine Geschwindigkeitsregelschaltung aufweist, wobei in der Nähe des Arbeitsgerätes eine Kraftmeßschleife zur Ermittlung einer am Arbeitsgerät auftretenden Reaktionskraft vorgesehen ist.

Eine derartige Anordnung eines Lageregelkreises für numerische Bahnsteuerung ist aus dem Fachbuch: »Die numerische Steuerung in der Fertigungstechnik«, von Herold, Maßberg, Stute, 1971, S. 71,72, bekannt. Dort ist zur Istwert-Rückspeisung als besondere Schleife ein unterlagerter Geschwindigkeitsregelkreis dargestellt, dessen Ergänzung seinerseits durch einen unterlagerten Beschleunigungsregelkreis angesprochen ist. Der unterlagerte Geschwindigkeitsregelkreis erhöht die Dämpfung des Lageregelkreises an sich zwecks besseren Regelverhaltens. Die zusätzliche Unterlagerung eines Beschleunigungsregelkreises soll dabei den Geschwindigkeitsregelkreis an sich noch verbessern.

Dabei ist einbezogen, Lageregelkreise mit Soll- und Istwertvergleich analog und digital auszuführen.

Diese unterlagerten Geschwindigkeits- und Beschleunigungsregelkreise können mit einer Kraftmeßschleife verglichen werden.

Durch die bekannte Ausführung erfolgt lediglich eine Verbesserung der Lageregelung.

Bei Manipulatoren, welche unter Kraftanwendung arbeiten, ist davon auszugehen, daß sich vom Arbeitsprozeß her am Arbeitsgerät Reaktionskräfte ergeben. Es ist denkbar, in dem Träger des Arbeitsgerätes eine Stahlfeder anzuordnen, so daß Reaktionskräfte zur Auslenkung des Arbeitsgerätes in bezug zu dem Arm der Manipulatorvorrichtung auftreten können. Außerdem können dadurch Positionsänderungen umgesetzt werden.

Eine Anpassung des Regelkreises ist dabei sehr aufwendig, wenn auch die Anordnung einer Feder an sich vorteilhaft ist, um zu vermeiden, daß aufgrund zu hoher Reaktionskräfte Störungen oder Zerstörungen entstehen.

Mit einem Positionier-Regelkreis können beliebig große Stellkräfte erzeugt werden, um die Einhaltung einer gemäß Sollwert beabsichtigten räumlichen Einstellung zu gewährleisten. Dabei wird das Arbeitsgerät

ίο mit konstanter Kraft bewegt In diesem Zusammenhang ist eine Kraftmeßstelle bekannt, die an der Manipulatorvorrichtung oder dort angebracht ist, wo das Eigengewicht der zum Arbeitsgerät nachfolgenden Teile für die Kraftmessung vernachlässigbar ist Es besteht jedoch bt; diesen Ausführungen die Gefahr einer Überlastung von Werkstück, Arbeitsgerät, insbesondere Werkzeug, und Antrieb in dem Positionskreis selbst Diese Gefahr kann durch eine Stellkraftbegrenzung ausgeschlossen werden, die an sich bei elektrischen Antrieben leicht ausführbar ist und auf der bekannten Methode der soger.ar.r.ien Begrer.z'jngsregelung beruht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Positionier-Regelkreis der eingangs angegebenen Ausführung zu schaffen, bei dem mit unterlagerten Geschwindigkeitsregelkreisen nur durch Regelung für die Führung des Arbeitsgerätes und seiner Stellkraft eine Aufnahme einer Reaktiomjraft ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Signal von der Kraftmeßschleife über eine Rückführschaltung mit der Charakteristik

(O = Federsteifigkeit) zu dem Führungswert addiert wird.

Ohne mechanische Einschaltung einer Feder, die an sich Nachteile auch hinsichtlich einer Dämpfung hat, kann dadurch das Arbeitsgerät mit d*.r Charakteristik einer Federkennlinie geführt werden. Hierdurch kann das Arbeitsgerät mit wachsender Kraft entsprechend einem Sollwert bewegt werden, wobei auch Ausgleichsmöglichkeiten mit entsprechender Charakteristik vorhanden sind.

Das ist für bestimmte Aufgaben der Montage und insbesondere bei Parallelschaltungen von automatischen Manipulatoreinrichtungen vorteilhaft, weil ein elektrischer Kraftschluß zum Werkstück oder zur anderen Manipulatorvorrichtung hergestellt wird.

Durch die Erfindung ergibt sich eine Wegekraftstatik mit den Charakteristika einer aktiven Feder. Dadurch werden ohne Krafteinwirkung Positionsverfälschungen vermieden, aber beim Gegenfahren eines Arbeitsgerätes gegen ein Werkstück ergibt sich eine Reaktionskraft, gegenüber welcher die Position konstant gehalten werden kann, auch wenn sich die Reaktionskraft mit der Änderung des Positionssollwertes ändert, es sei denn, daß entsprechend der Anordnung einer Feder ein Maximalwert überschritten wird. Die Steifigkeit der dadurch erzeugten Federcharakteristik kann sehr einfach elektronisch durch den Parameter einer linearen Rückführschaltung festgelegt werden.

Dabei lassen sich bestimmte bzw. beliebige Charakteristika einführen, wobei auch beliebige Federkennlinien mit Progression und Degression übernommen werden können, um eine Anpassung an bestimmte Bedingungen zu erreichen. Es wird nicht ausgeschlossen, daß im Falle eines Grenzwertes durch sogenannte Strukturumschal-

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tung und Grenzwertüberwachung eine Bewegung ge- I

gen Maximalkraft möglich ist, wie dies in der Rege- ~Q_r Iungstechnik üblich ist Bei Einsatz einer Begrenzungsregelung erfolgt diese durch automatische Strukturum-

schaltung erst oberhalb eines Grenzwertes, unter wel- 5 wobei Cf eine Konstante ist, die der resultierenden Fe-

chem jedoch die Charakteristik einer Federkennlinie je derkonstante proportional ist und anhand von Parame-

nach Auslegung linear oder nichtlinear verbleibt tern einstellbar ist Durch diese Ausführung wird mit

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt in der zunehmender Reaktionskraft am Addierglied 12 eine

regelungstechnischcn Einführung einer Federcharakte- kleinere Regelkraft eingeführt

ristik mit wahlweisem Kennlinienverhalten, so daß an 10 Nach F i g. 2 ist eine Schaltbaugruppe 14 in der Rückder Manipulatorvorrichtung besonders günstige Eigen- führungsschleife 11 angeordnet die gemäß einer eingeschaften «wohl für die Zusammenwirkung zwischen zeichneten Charakteristik eine nichtlineare Signal-Arbeitsgerät und Werkstück als auch zwischen ver- durchgabe herbeiführt Durch Anwendung von nichtlischiedenen Manipulatorvomchtungen entstehen und nearen Rückführungsschaltungen sind beliebige, nichtli-Positionstoleranzen immer federnd ausgeglichen wer- 15 neare Federkennlinien einführbar, den. Zur Erläuterung, daß zum Beispiel der Positionier-

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispie- Regelkreis nach F i g. 1 eine lineare Federkennlinie er-

len erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. In zeugt wird bemerkt: Im stationären Fall regelt der Posi-

der Zeichnung zeigt tionsregelkreis Χ_αι = Xsoii- Dann gilt für das Addier-

F i g. 1 eine Ausführungsform eines Positionierregel- 20 glied 12 die Gleichung

lCFciäcS, - ' —

Fig.2 eine weitere Ausführungsform eines F-ositio- X_F-F- — = X₁₀Ii = Xm,

nierregelkreises jeweils in formaler Darstellung. C_F

!n den F i g. 1 und 2 sind Positionierregelkreise gezeigt Diese bestehen aus einem Positions-Führungs- 25 was auf die typische Federkennlinien-Gleichung führt: wert-Generator 1, der einen Führungswert für die

räumliche Anordnung eines Arbeitsgerätes liefert des- (Xf—Xsoh) ■ Cf = F-,

sen unmittelbar an ihm angeordnete Antriebsmittel mit mit OaIs Federsteifigkeit

2 bezeichnet sind. Diese können aufgeteilt zwischen Antriebsmitteln am Arbeitsgerät und auch an der Drehach- 30 Hierbei sind ferner X eine räumliche Größe für die se eines Armes der Manipulatorvorrichtung sein. Der Einstellung, Xf der sich aus dem Federzustand in dieser Regelkreis mit der räumlichen Sollwerteinstellung be- Einstellung ergebende Wert

sitzt einen Durchgang 3 zwischen den Teilen 1 und 2,

wobei in dem räumlichen Durchgang ein Lageregler 4 Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

und ein sogenannter Geschwindigkeitskreis 5 angeord- 35

net sind und die physikalisch bedingte Integration der Geschwindigkeit zur Lage erfolgt, wie durch 6 symbolisch angegeben ist. Der Geschwindigkeitskreis 5 wird — wie bekannt — durch eine negative Rückführung geschlossen. Zv. .sehen dem Ende des Durchganges und dem Ort der Sollwerteinspeisung, insbesondere einem Verbindungspunkt 8 vor dem Lageregler, ist ein<i Rückkopplung 9 der räumlichen Ist-Stellung angeordnet.

Aus vorstehendem ist ersichtlich, daß von bekannten Positionier-Regelkreisen mit unterlagerten Geschwindigkeits-Regelkreisen ausgegangen wird. In diesem Zusammenhang ist als Besonderheit aber vorgesehen, daß in der Nähe des Arbeitsgerätes, insbesondere der Antriebsmittel 2, sofern sie unmittelbar am Arbeitsgerät angeordnet sind, am Arm der Manipulatorvorrichtung eine Kraftmeßstelle 10 angeordnet ist. Diese Kraftmeßstelle 10 nimmt die zu diesem Regelkreis zugehörigen auftretenden Reaktionskräfte auf. Von dieser Kraftmeßstelle führt eine Kraftmeßschleife 11 zu einem Addierglied 12, hinter dem Positions-Führungswert-Generator 1, und zwar insbesondere zwischen diesem und dem Lageregler 4, der mit dem Verbindungspunkt 8 identisch sein kann. Durch die Einspeisung der Kraftmeßschleife 11 am Addierglied 12 wird aus dem Führungswert der Sollweri gebildet.

Nach F i g. 1 ist in der Kraftmeßschleife U eine lineare Rückführungsschaltung 13 angeordnet, die dem Regelkreis die Charakteristik einer überlagerten Federkonstante gibt. Nach Fig. 1 handelt es sich dabei um eine Schaltungsbaugruppe, die das von der Kraftmeßstelle 10 gelieferte Signal mit einem Verstärkungsfaktor versehen weiterleitet. Es rundelt sich dabei um eine

Claims

Patentanspruch:

Positionierregelkreis für Manipulatoren zur Ausführung von Arbeiten unter Kraftanwendung mit einem Positionierkreis, in welchen aus einem Positions-Führungswert-Generator ein Führungswert für die räumliche Einstellung eines Arbeitsgerätes einspeisbar ist und der für die räumliche Anordnung des Arbeitsgerätes eine istwert-Rückspeisung und auch eine Geschwindigkeitsregelschaltung aufweist, wobei in der Nähe des Arbeitsgerätes eine Kraftmeßschleife zur Ermittlung einer am Arbeitsgerät auftretenden Reaktionskraft vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal von der Kraftmeßschleife (10) über ein Rückführschaltung (13,14) mit der Charakteristik