DE3045094A1 - Programmierbarer manipulator - Google Patents

Programmierbarer manipulator

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DE3045094A1
DE3045094A1 DE19803045094 DE3045094A DE3045094A1 DE 3045094 A1 DE3045094 A1 DE 3045094A1 DE 19803045094 DE19803045094 DE 19803045094 DE 3045094 A DE3045094 A DE 3045094A DE 3045094 A1 DE3045094 A1 DE 3045094A1
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Germany
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control
arm
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setpoint
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Withdrawn
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DE19803045094
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English (en)
Inventor
Wolfgang Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe Köhler
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Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Original Assignee
Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J3/00—Manipulators of master-slave type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements
    • B25J3/04—Manipulators of master-slave type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements involving servo mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0081—Programme-controlled manipulators with master teach-in means
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/42—Recording and playback systems, i.e. in which the programme is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine
    • G05B19/427—Teaching successive positions by tracking the position of a joystick or handle to control the positioning servo of the tool head, master-slave control

Description

  • Programmierbarer Manipulator
  • Beschreibung: Anmeldungsgegenstand ist ein programmierbarer Manipulator nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Manipulatoren und auch Industrieroboter gewinnen zunehmend an Bedeutung bei der Ausführung monotoner Arbeiten, bei denen gleichbleibende hohe Qualitätsanforderungen gestellt werden, oder bei der Handhabung von Stoffen oder Gegenständen, deren Bearbeitung oder Handhabung in Räumen erfolgten muß, die wegen ihrer Toxizität und/oder Radioaktivität von Menschen nicht oder nur kurzzeitig betreten werden können.
  • In den genannten Bereichen besteht häufig die Notwendigkeit, Manipulatoren mit einer Folge vorbestimmter Bewegungsabläufe in vorbestimmten Zeitabständen fortgesetzt zu wiederholen.
  • Es ist bekannt (i7erntechiiii:, 18. Jg. 1976, Heft 5, Seiten 212 his 218), die Eigenschaften von meclwanischen Kraftübertragungs-Elementen zwischen einem Bedi enunqs- oder Masterarm und einem Arbeits- oder Slavearm durch ein elektrisches System nachzubilden.
  • Dabei werden Bewegungen, Kräfte und Drehmomente, die von Hand ausgeführt bzw. in das System eingebracht werden, von dem Bedienungsarm auf den Arbeitsarm übertragen und gleichzeitig in entgeqengesetzter Richtung die während der Handhabung auftretenden reaktiven Kräfte und Drehmomente vom Arbeitsarm auf den Bediengungsarm rückübertragen, so daß in der Hand des Operateurs ein Gefühl für die reaktiven Kräfte und Drehmomente erzeugt wird.
  • Es sind auch Manipulatoren bekannt, die eine frei programmierbare Steuerung mit einer untergeordneten unilateralen Positions-Regelung aufweisen, so daß in einem automatischen Betrieb festgelegte Bewegungsabläufe häufig wiederholt werden können.
  • Bei hochentwickelten Ausführungen mit rein elektrischer Programm-Steuerung erfolgt das Programmieren durch Vormachen. Bei Punkt-Steuerungen und bei Punkt-Bahn-Steuerungen also, Punkt-Steuerungen mit linearer Interpolation zwischen den Punkten, werden die RaumpunJtte des vorgesehenen Beveaunqsahlaufes rnit dem Manipulator nacheinander angefahren.
  • Die Positions-Koorclinaten bzw. die zucrehörigen Winkellagen der einzelnen Arm-Glieder, werden in jeden Punkt als Sollwert abgespeichert. Das Anfahren der Punkte erfolgt ferngesteuert von einem Steuerpult aus oder mit einem Programmierhandgerät. Als Bedienteile werden Schalter, z.B. Druc]tknopftaster, verwendet.
  • Bei Bahnsteuerungen werden die Bahnen des vorgesehenen Bewegungsablaufes mit dem Manipulator abgefahren und dabei in einem festen sehr schnellen Zeittakt eine sehr dichte T"ol<!e von Punkten automatisch als Sollwerte gespeichert. Das Abfahren erfolgt meist durch direktes Führen des Manipulators von Hand, wozu ein Bedienungsgerät in der Nähe der Werkzeug-Aufnahme angehracht wird.
  • Bei den bekannten Verfahren für Punkt- und Bahnsteuerungen sind jedoch beim Proqrammieren die Kräfte- bzw. Drehmomente nicht mit kontrollierbar.
  • Bei dem hekannten Verfahren für die Punkt-Steuerung dauert das Programmieren relativ lange, da infolge der indirekten Steuerungsart und der Eiqenschaften der Bedienteile kontrollierte Bewegungen im Vcrgleich zu den Bewegungen des Menschen nur vergleichsweise langsam möglich sind bzw. bei zusammengesetzten Bewegungen die dazu erforderlichen einzelnen Bewegungen mindestens in der Nähe von Objekten nacheinander ausgeführt werden miissen.
  • Bei den bekannten Verfahren für Bahnsteuerungen muß der Arbeitsort zugänglich sein. Ein genaues Führen mit rluskelkraft ist wegen der zu überwindenden Reibung und Massenträgheit auch bei Ausaleich der Eigencrewichte der Armglieder nur bei Manipulatoren für cteringe Tragfihiq1teiten möglich.
  • Wird ein auslenkbarer kleiner Bedienungshebel mit Differenzgebern verwendet, sind zwar die Positionier-Beweaungen durch die Antriebe ausführbar, die Ausricht-Bewequnqen müssen jedoch gesondert programmiert werden. Hierdurch dauert der Programmiervorqang vergleichsweise lange.
  • Bewegungsabläufe, bei denen längs der Bahn die Ausrichtung der Werkzeuge kontinuierlich geändert werden muß, kennen auf diese Weise nicht proarammiert werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen programmierbaren Manipulator zu entwickeln, der in einfacher Weise und ohne besonderen zusätzlichen Arbeitsaufwand auf vorbestimmte Bewegungsabläufe und Kraftwirkungen proqrammierbar ist, der Programmänderungen jederzeit kurzfristig ermöglicht und der im Bedarfsfalle auch von Hand betrieben werden kann.
  • Diese Aufhabe wird bei einem programmierbaren Nanipulator noch dem Olerbeqriff des Anslrruclles 1 durch die in dessen Kennzeichen genannten Merkmale qelöst.
  • -Die mit dem vorgeschlagenen Manipulator erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Programmieren stark vereinfacht wird, daß der Proaranmiervorgang einen minimalen Zeitaufwand erfordert, daß der die Programmierung ausführende Personenkreis wegen der reduzierten Anforderungen erheblich ausgeweitet werden kann, und daß mit dem gleichen tnanipulator Routine arbeiten ebenso wie vìelerLi. mit qeringer Häufigkeit zu erledigende Tätigkeiten ausgeführt werden können. Das automatische Arbeiten ist auch bei wesentlich gerinqerer Wiederhol-Häufigkeit möglich, weil das Programmieren auch in diesen Fällen wirtschaftlich vertretbar ist.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 Handhabungsgerät mit abtrennbarem Programmiergerät, Fig. 2 Blockschalt1,ild einer bilateralen Positionsregelung mit je einem Soll-Istwert-Vergleicher für Handhabungs- und Programmiergerät und qemeinsamem Regler, Fig. 3 Blockschaltbild einer bilateralen Positionsregelung mit einem im Handhabungserät angeordneten gemeinsamen Sol].-Istwert-Verqleich3er, Fig. 4 BlocJzschaltbild einer bilateralen Positionsregelung mit je einem Soll-Istwert-Vergleicher und je einem Regler für das Handhabungs- und das Programmiergercit, Fig. 5 Blockschaltbild einer bilateralen Positionsregelung mit Prozeßrechner, Fig. 6 Blockschaltbild einer Positionsregelung für den Arbeitsarm und einer Kraftregelung für den Steuerarm.
  • Ein Handhabungsgerät 1 und ein Programmiergerät 2 sind in Fig. 1 vereinfacht dargestellt. Beide Geräte sind über Kabelstecker 3 ausschließlich elektrisch miteinander verbunden, so daß das Programmiergerät 2 zeitlich nacheinander an verschiedene zu nrogr ammierende Handhabunqsqeräte 1 anaes ch los sen werden kann.
  • Das Ilandhabunqsgerat 1 ist z.B. als Industrie-Roboter ausgebildet, dessen Arbeitsarm 4 aus einem Oberarm 5 und einem Unterarm 6 besteht, der an seinem freien Ende ein auswechselbares Werkzeug, z.B. eine Zange 7 aufnimmt. Der Oberarm 5 ist mit einer Antriebseinrichtung 8 verbunden, die bei Drehung um eine vertikale Achse 9 ein Schwenken des Arbeitsarmes 4 und bei Drehung um eine horizontale Achse lo eine Oberarmneigung Z wirkt. Der Unterarm 6 ist an den Oberarm 5 so angelenkt, daß eine tjnterarmneigung X möglich ist. Der Unterarm 6 ist um seine Längsachse um einen ersten Winkel drehbar, die Zanae 7 ist uln einen zweiten Winkel neigbar, um einen dritten Winkel drehbar und kann Greifbewegunqen 11 ausführen.
  • Die Antriebseinrichtung 8 des Areitsarmes 4 ist mit einem auf dem Boden 12 stehenden Sockel 13 fest verbunden, der die für einen bestimmungsgemäßen Betrieb erforderlichen Einrichtungen für die Stromversorgung, die Programmsteuerung und die Motor-Steuerungen aufnimmt und an seiner Oberseite eine Schalt- und Anzeigetafel 14 aufweist.
  • Das Programmiergerät 2 und insbesondere dessen Steuerarm 4a ist in bezug auf seine Bewegungsmöglichkeiten wie der Arbeitsarm 4 ausgebildet und weist gleiche LcincJenat)messuncrcn auf. Um mit bilateraler, also vom Steuerarm 4a auf den Arbeitsarm 4 oder umgekehrt wirkender Positionsregelunq arbeiten zu können, weisen Arbeitsarm 4 und Steuerarm 4a einen Eigengewichtsausgleich für mindestens drei Freiheitsgrade auf.
  • Das Programmiergerät 2 besteht neben dem Steuerarm 4a mit dem Unterarm 5a und dem Oberarm Ga und der Antriebseinrichtunq 8 aus einem Fahrgestell 15, das auch Regel- und Steuereinheiten 16 für jede der vorgesehenen Bewegungen aufnimmt.
  • Bei einer anderen möglichen Ausführungsform des vorgeschlagenen programmierbaren Maninula-tors, z. B.
  • für die Verwendung in heißen Zellen, wiirdc der Arbeitsarm 4 hängend an einem fahrharen System angeordnet. In entsprechender Weise wäre der Steuerarm 4a installiert. Die übrigen Komponenten des Arbeitsarmes 4 würden im Bedienungsraum aufgestellt.
  • Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild einer bilateralen Positionsregelunq exemplarisch für eine der Bewegungen des Handhabungsgerätes 1 und des Proqrammiergerätes 2. Im Steuerarm da des programmiergerätes 2 erzeugt für eine vorbestimmte Bewegung ein erster Positionsgeber 20 ein stellungsabhängiges Sollwert-Signal, das in einem nachgeschalteten analogen ersten Soll-Istwert-Vergleichers 21 einer ersten Positionsregeleinrichtung 22 mit dem entsprechenden Istwert-Siqnal eines zweiten Positionsgebers 23 im Arbeitsarm 4 des Handhabungsgerätes 1 verglichen wird.
  • Ein dem ersten Soll-Istwert-Vergleicher 21 nachgeschalteter erster Regler 24 setzt die Recreiabweichungen in ein Steuersignal um, das Über einen dem ersten Regler 24 nachgeschalteten ersten Leistungsverstärker 25 einen die Einstellung im Sinne einer Verkleinerung der Regelabweichung am Arbeitsarm 4 bewirkenden ersten Stellmotor 26 steuert.
  • Der zweite Positionsgeber 23 des Arbeitsarmes 4 ist nehen anderen Positionsgebern auf einen der Eingänge eines zweiten Multiplexers 27 geschaltet, der mit dem ersten Leistungsverstärker 25 in eine erste Programm-Steuereinheit 28 integriert ist. Die anal.cz n Istwert-Signale des zweiten Positionsgebers 23 werden über einem dem zweiten Multiplexer 27 nacllcTeschalteten zweiten Analog-Digital-Wandler 29 einem digitalen zweiten Soll-Istwert-Vergleicher 30 und einem ersten-programmspeicher 31 zugeführt und dort gespeichert.
  • Nach dem Abtrennen des Programmiergerätes 2 z.B. durch Ziehen der Kabel stecker 3 werden die Sollwert-Signale mit Hilfe einer ersten Steuer- und Kontrolleinheit 32 aus dem ersten Programmspeicher 31 abgerufen und in dem zweiten Soll-Istwert-Vergleicher 30 mit den digitalisierten Istwert-Signalen des zweiten Positionsgebers 23 verglichen.
  • Die Regelabweichung zwischen Soll- und IstwfErt-Signal wird über einen ersten Digital-Analon-Wandlcr 33 und einen ersten Demultiplexer 34 in den ersten Leistungsverstärker 25 eingegeben zur Steuerung des ersten Stellmotors 26.
  • Der erste Regler 24, dessen einer Ausgang auf den ersten Leistungsverstärker 25 geschaltet ist und ein Regelsignal vorbestimmter Amplitude und Vorzeichen führt, weist einen weiteren Ausgang auf, der das gleiche Regelsignal mit umgekehrtem Vorzeichen führt und über einen zweiten Leistunsverstärker 35 einen zweiten Stellmotor 36 im Steuert arm 4a so steuert, daß cinc der Handverstellung cnL-gevenwirkende Kraft erzeuqt wird, die der Operateur überwinden muß und die auasi eine Kraftreflexion der am Arbeitsarm 4 wirkenden Kraft darstellt.
  • Zwischen dem ersten Regler 24 und dem zweiten Leistungsverstärker 35 kann zur Entlastung des Operateur ein die vom Arbeitsarm 4 reflektierte Kraft in einem vorbestimmten Verhältnis ändernder Kraftverhältniswähler 37 angeordnet werden.
  • Das Blockschaltbild einer bilateralen Positionsregelung mit einem in einer zweiten Proqrammsteuereinheit 45 des Handhabungsgerätes 1 angeordneten, für das IIandhabungsgerät 1 und das Programmiergerät 2 gemeinsamen dritten Soll-Istwert-Verleicher 46 ist in Fig. 3 dargestellt.
  • Hier ist der erste Positionsgeber 20 über einen der Eingänge eines ersten Multiplexer 47 auf einen ersten Analog-Digital-Wandler 48 geschaltet, dessen Ausgang mit einem weiteren Eingang des sonst wie der Soll-Istwert-Vergleicher 30 in Fig. 2 geschalteten dritten Soll-Istwert-Vergleicher 46 verbunden ist.
  • Während des Handbetriebes beim Programmieren wirkt die Reaelabweichung über den ersten Digital-Analoa-Wandler 33 auf einen zweiten Demultiplexer 49.
  • Einer der Ausgänge des zweiten Demultiplexers 49 ist auf den Eingang des ersten Reqlers 24 einer zweiten Positionsregeleinrichtung 50 geschaltet, dessen einer Ausgang wie in Fig. 2 mit dem ersten Leistungsverstärker 25 und dessen anderer Ausgang mit dem zweiten Leistungsverstärker 35 verbunden ist.
  • Wenn das Handhabungsgerät 1 programmiert ist, wird das Signal der Regelabweichung silber einen anderen der Ausgänge des zweiten Demultinlexers 49 direkt in den ersten Leistungsverstärker 25 eingegeben.
  • Es ist selbstverständlich auch möglich, in bestimmten Anwendungsfällen mit einer unilateralen Positionsreqclunc; zu arbeiten. In diesem Fall wjirde der die Kraftreflexion bewirkende Schaltungsteil der zweiten Positionsregeleinrichtung 50 mit dem Regler 24, dem Kraftverhältniswähler 37, des zweiten Leistunasverstärkers 35 und dem zweiten Stellmotor 36 entfallen.
  • Bei schweren und großen Handhabunsgeräten wird das Programmiergerät 2 zweckmäßig leichter und kleiner ausgebildet, und es sind für beide Geräte eigene Reqelkreise vorteilhaft, die durch Austausch der Positionssignale mit einander verknüpft sind.
  • Eine bilaterale Positionsregelung mit dieser Struktur ist in Fig. 4 als Blockschaltbilci dargestellt.
  • Dabei ist der Aufbau der Steuer-und Regeleinrichtung des Handhabungsgerätes 1 mit dem Arbeitsarm 4 und der ersten Programmsteuereinheit 28 identisch der in Fig. 2 beschriebenen Anordnunq. Das trifft audi zu für das Programmiergerät 2 und dessen Steuerarm 4a. Die erste Positionsregeleinrichtung 22 der Fig. 2 ist jedoch durch einen vierten Soll-Istwert-Vergleicher 55 und einen zweiten Regler 56 zu einer dritten Positionsregeleinrichtung 57 erweitert. Insbesondere ist der erste Positionsqeber 20 z.B. auf den negativen Einaang des ersten Soll-Istwert-Vergleichers 21 und des vierten Soll-Istwert-Vergleichers 55 und der zweite Positionsgeber 23 auf den anderen Eingang jedes der Soll-Istwert-Vergleicher 21, 55 geschaltet.
  • Der Ausgang des ersten Soll-Istwert-Vergleichers 2-1 ist über den ersten Regler 24 auf den zweiten Stcllmotor 36 und der Ausgang des vierten Soll-Istwert-Vergleichers 55 über den zweiten Regler 56 auf den ersten Stellmotor 26 geschaltet.
  • Diese Schaltung ermöglicht die Verwendung von Realen untersciiiedlicher Charakteristik für Steuerarm 4a und Arbeitsarm 4 und eine-Ergänzung durch individuelle Korrekturkreise fiir Eigengewicht, Reibunq, Massenträgheit und andere Einflußgrößen.
  • Fig. 5 zeigt das Blockschaltbild einer bilateralen Positionsregelung mit einem zentralen Prozessor 60 zuin Au.; rilliren aller Reclel- und Kontrollfunktionen einschließlich der Regelfunktionen eritsprechend bilateralen Positionsregelkreisen in der Betriebsart "Programmieren".
  • Dem in eine dritte Programmsteuereinheit 61 des Handhabungsgerätes 1 intergrierten Prozessor 60 ist eine Eingabeeinheit 62 vor- und eine Ausaabeeinheit 63 nachgeschaltet. Der erste Positionsgeber 20 des Steuerarmes ist über den ersten Multiplexer 47 und den ersten Analog-Digital-Wandler 48 auf die Eingabeeinheit 62 geschaltet, der zweite Positionsaeber 23 über den zweiten Multiplexer 27 und den zweiten Analog-Diqital-Wandler 29. Der erste Stellmotor 26 des Arheitsarmes 4 ist über den ersten Leistungsverstärker 25, den ersten Demultiplexer 34 und den ersten Digital-Analog-Wandler 33 auf die Ausgalreeinheit 63 geschaltet. Der zweite Stellmotor 36 des Steuerarmes 4a ist über den zweiten Leistungsverstärker 35, einen dritten Demultiplexer 64 und einen zweiten Digital-Analoq-Wandler 65 auf die Ausqabeeinheit 63 geschaltet. Die zwischen den Steuerarm 4a und die dritte Programmsteuereinheit 61 geschalteten Bauelemente 35, 47, 48, 64, 65 bilden eine vierte Positionsregeleinrichtung 67.
  • Dem Prozessor 60 ist ein Datenspeicher 66 vorgeschaltet, der als programmierbarer Speicher ausgebildet ist.
  • Eine Positionsregelung für den Arbeitsarm 4 und eine Kraftregelung für den Steuerarm 4a ist in Fig. 6 als Blockschaltbild dargestellt.
  • Der erste Postionsgeber 20 des Steuerarmes 4a des Programmiergerätes 2 und der zweite Positionsgeber 23 des Arbeitsarmes 4 des Handhabungsgerätes 1 sind auf die Eingänge des ersten Soll-Istwert-Vergleichers 21 geschaltet, dem ein eine Positionsregelung bewirkender dritter Regler 70 nachgeschaltet ist, dessen Regelsignal über den ersten Leistungsverstärker 25 auf den ersten Stellmotor 26 im Arbeitsarm wirkt.
  • Ein erster Kraft- oder Drehmomentsensor 71 des Steuerarmes 4a und ein zweiter Kraft- und Drehmomentsensor 72 des Arbeitsarmes 4 sind auf die ICi na inge eines fünften Soll-Istwert-Vergleichers 73 geschaltet, dem ein eine Kraft- oder Drehmomentenregelung bewirkender vierter Regler 74 nachgeschaltet ist, dessen Regelsignal über den Kraftverhaltniswähler 37 und den zweiten Leistungsverstärker 35 auf den zweiten Stellmotor 36 im Steuerarm 4a wirkt.
  • Der zweite Positionsqeber 23 im Arbeitsarm ist über den zweiten Multiplexer 27 und den zweiten Analog-Digital-Wandler 29 auf einen sechsten Soll-Istwert-Vergleicher 76 und einen freiprogrammierbaren zweiten Programmspeicher 77 geschaltet, der seinerseits mi.L dem sechsten Soll-Istwert-Verqleicher 76 und mit einen siebenten Soll- I stwert-Ve rale icher 78 verbunden ist.
  • Der zweite Kraft- oder Drehmomentsensor 72 ist ilbcr einen zweiten Multiplexer 79 und einem zweiten Analog-Digital-Wandler 80 auf den siebenten Soll-Istwert-Vergleicher 78 und den zweiten Programmspeicher 77 geschaltet.
  • Der Ausgang des sechsten Soll-Istwert-Vergleicher 77 ist über einen dritten Digital-Analog-Wandler 81 und einen vierten Demultiplexer 82 auf eine Summierstufe 83 geschaltet, die andererseits mit dem Ausgang des siebenten Soll-Istwert-Vergleichers 78 über einen vierten Digital-Analog-Wandler 84 und einen fünften Demultiplexer 85 verbunden ist. Das Summensignal steuert über den ersten Leistungsverstärker 29 den ersten Stellmotor 26 des Arbeitsarmes 4.
  • Eine zweite Steuer- und Kontrolleinheit 86 überwacht: dabei den zweiten Programmspeicher 77, den sechsten Soll-Istwert-Vergleicher 76, den siebenten Soll-Istwert-Vergleicher 78 und den ersten Leistungsverstärker 25 des ersten Stellmotors 26.
  • Einrichtungen dieser Art eisnen sich insbesondere in Fällen mit sehr stark unterschiedlichen Massen des Arbeits- und des Steuerarmes.
  • In Ricllttlncr Arbeitsarm 4 ist ein Positionregelkreis, in ltichtung Steuerarm 4a ein Kraftregelkreis wirksam. Da die Knifte direkt gcmessen werden, sind bei geeigneter Sensoranordnung Reibungs- und Massenträgheitskräfte des Arheitsarmes 4 als scheinbare Kraft nicht spürbar, so daß eine größere Feinfühligkeit erreichbar ist.
  • Einer den Arbeitsarm 4 steuernden vierten Programmsteuereinheit 87 ist während des Programmierens eine fünfte Positionsregeleinrichtung 88 vorgeschaltet.
  • Bei qeringeren Anforderungen kann auch auf das Speichern der Werte für die Kräfte- bzw. Drehmomente verzichtet werden und damit auf die Bauelemente 78, 79, 80, 83, 84 und 85.
  • Bei dem Handhabungsgerät 1 können die Antriebe auch teilweise oder alle im Arm statt in der Antriebseinrichtung 8 angcordnet sein, wenn eine Schaltung gemäß Fig. 6 vcrwendet wird.

Claims (7)

  1. Patentansprüche: 0 Proqrammierbarer Manipulator mit Punkt und/oder Bahn Steuerung im wesentlichen bestehend aus a) einem Arbeitsarm (4) mit Antriebseinheiten, Motorsteuerungen, Positionsgebern, Kraftsensoren, Drehmomentsensoren und einer freiprogrammierharen Steueruna, bestehend aus einem Proarammspeicher und einem Prograinmverknüpfungsteil, zum Ausführen vorbestimmter Bewegungen b) einem Steuerarm (4a) zum Steuern eines Handhabungsqerätes (1) mit jeweils eine vorbestimmte Bewegung bestimmenden Positionsgebern, Reaeleinrichtunqen und eine Kraftreflexion bewirkenden Motorsteuerungen, Antriebseinheiten und Kraft- und/oder Drehmomentsensoren, die gemeinmit einander entsprechenden oder ergänzenden Komponenten des Arbeitsarmes (4) eine bilaterale Positionsregeleinrichtung mit indirekter Erfassung der wirkenden Kräfte Im(l Drehmomente oder eine Regeleinrichtung bI lden, bei der ein Positionsregelkreis von Steuerarm (4a) auf den Arbeitsarm (4) und ein Kraft- oder Drehmoment-Regelkreis vom Arbeitsarm (4) auf den Steuerarm (4a) wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß c) der durch von Hand ausgeführte Bewegungen die Programmierung des Arbeitsarmes (4) bewirkende Steuerarm (4a) nach Anzahl und Art die gleichen Bewegunqsmöglichkeiten wie der Arbeitsarm (4) aufweist, d) erste Regeleinrichtungen des Steuerarmes (4a) und zweite Regeleinrichtungen des Arbeitsarmes (4) in der Betriebsart "Programmieren" gemeinsam hilaterale Positions-Regelkreise oder Positions-Kraft-Reelkreise bilden, e) das den Steuerarm (4a) einschließende Programmiergerät (2) mit seinen Motorsteuerungen, Regeleinrichtungen und Versorgungseinrichtungen eine über ein steckbares Kabel an zu programmierende Handhabungsaeräte (1) nacheinander anschließbare mobile Feinheit bildet.
  2. 2. Proqrammierharer Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Regeleinrichtungen des Programmiergerätes (2) einen die ausanqssi4nale je eines ersten Positionsoehers (20) des Steuerarmes (4a) und je eines zweiten Positionsgebers (23) des Arbeitsarmes (4) miteinander vergleichenden ersten Soll-Istwert-Vergleicher (21) aufweist und die Regeleinheitrichtungen des Handhabungsgerätes (1) gemeinsam einen über zweite lflultiplexer (27) und erste Demultiplexer (34) die Ausgangssignale eines Programmspeichers (31) und der Positionsgeber ( 23) vergleichenden zweiten Soll-Istwert-Verqleicher (30) aufweisen.
  3. 3. Programmierbarer Manipulator nach Anspruch 1 und 2, dadurch qekennzeichnet, daß die ersten Soll-Istwert-Vergleicher (21) zum Vergleichen analoger und die zweiten Soll-Istwert-Vergleicher (30) zum Vergleichen digitaler Signale ausgelegt sind.
  4. 4. Programmierbarer Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Soll-Istwert-Veraleicher (46) der Regeleinrichtungen des Handhabungsgerätes (1) einen ersten Istwerteingang zum Aufschalten der in den Arbeitsarm (4) inteqrierten zweiten Positionsgeber (23) und einen zweiten Istwerteinqanq zum Auf:schalten der in den Steuerarm inteqrierten ersten Position«.-geber (20) aufweist, und daß di ersten ositioigeber (20) über einen ersten Multiplexer (47) und einen ersten Analog/Digital-Wandler (48) auf den zweiten Istwert-Eingang des dritten Soll-Istwert-Vergleichers (46) und die zweiten Positionsgeber (23) über einen zweiten Multiplexer (27) und einen zweiten Analoq/Digital-Wandler (29) auf den zweiten Istwert-Eingancj geschaltet sind.
  5. 5. Programmierbarer Manipulator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelkreise des Handhabungsaerätes (1) einen die Ausgangssignale eines ersten Programmspeichers (31) und der zweiten Positionsgeber (23) vergleichenden gemeinsamen zweiten Soll-Istwert-Vergleicher (3o) aufweisen, daß die Positionsregeleinrichtung des Programmiergerätes (2) für jeden der bilateralen Regelkreise neben dem ersten Soll-Istwert-Vergleicher (21) einen vierten Soll-Istwert-Vergleicher (55) aufweist, daß auf die Eingänge des ersten und des vierten S Soll-Istwert-Vergleicher (21, 55) ein Positionsgeber (9o) des Programmiergerätes (2) und ein PositionscTe}rer (23) des Handhabunsgerätes (1) für eine vorhestimmte an Steuerarm (4a) und Arbeitsarm (4) gleichartige Bewegung geschaltet ist, daß auf den Ausgang des ersten Vergleichers (21) des zum Programmiergerät (2) gehörigen Teilkreises ein erster Regler (24) geschaltet ist, der über einen Kraftverhältnis-Wähler (37) zum Einstellen des Kraftverhältnisses Arbeitsarm (4) zu Steuerarm (4a) und einen zweiten Leistunasverstärker (37) auf einen diesem Teilregelkreis zuqeordneten zweiten Stellmotor (3h) des Steuerarmes (4a) geschaltet ist, daß auf den Ausganq des vierten Verqleichers (55) des zum iandhabunqsgent (1) gehörigen Teilkreises für die Betriebsart "Programmieren" ein zweiter Regler (56) geschaltet ist, der über einen ersten Leistungsverstärker (25) des Handhahungsgerätes (1) auf einen ersten Stellmotor (26) des Arheitsarmes (4) geschaltet ist, daß die Regler (24, 56) bei bezüglich ihrer Belastbarkeit und ihrer Hauptlängen unterschiedlich ausgelegte Programmiergerät (2) und Handhabungsgerät (1) verschiedene Charakteristiken auSwei.sen, und daß der zweite Regler (56) zum Annassen des Programmiergerätes (2) an unterschiedliche Handhabungsgeräte (1) einstellbar ausgebildet ist.
  6. 6. Programmierbarer Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Handhabungsgerät (1) einen zentralen Prozessor (6o) zum Ausführen aller Regel- und Kontrollfunl;tionen einschließlich der Regel funktionen bilateraler Positionsregelkreise in der Betriebsart "Prorrammieren" auF-weist, dem eine Eingabeeinheit (62) vor- und eine Ausabeeinheit (63) nachgeschaltet ist, daß die ersten Positionsaeber (20) des Programmiergefl-ites (2) über einen ersten Multinlexer (47) und einen ersten Analog-Diqital-Wandler (4.S) und die zweiten Positionsgeber (23) des Handhabungsgerätes (1) über einen zweiten Mulitplexer (27) und einen zweiten Analog-Digital-Wandler (29) auf die Eingabeeinheit (62) geschaltet sind, daß der Aus<labeeinheit (63) über einen ersten Diaital-Analog-Wandler (33), einen ersten Demultiplexer (34) und erste Leistungsverstärker (25) erste Stellmotore (26) des Arbeitsarmes (4) und über einen vierten Divital-Analog-Wandler (65) einen dritten Demultiplexer (64) und zweite Leistunosverstarker (35), zweite Stellmotore (36) des Steuerarmes nachgeschaltet sind, und daß dem zentralen Prozessor (60) ein programmierbarer Datenspeicher (66) vorgeschaltet ist.
  7. 7. programmierbarer Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Positionsgeber (20) des Programmiergerätes (2) für einen bestimmten Bewegungsablauf und der zweite Positionsaeber (23) des Handhabungsgerätes (1) für den entsprechenden Bewegungsablauf auf einen ersten Soll-Istwert-Vergleicher (21) geschaltet sind, daß ein erster Kraft- oder Drellmomentsensor (71) des Programmiergerätes (2) für einen bestimmten Beweaungsablauf und ein zweiter Kraft- oder Drehmomentsensor (72) des Handhabungsgerätes (1) für den entsprechenden Bewegungsablauf auf einen fünften Soll-Istwert-Vergleicher (73) geschaltet sind, daß der dem ersten Soll-Istwert-Verqleicher (21) nachgeschaltete, eine Positionsregelung bewirkende dritte Regler (70) über einen ersten Leistungsverstärker (25) auf den ersten Stellrnotor (26) des Arbeitsarmes (4) geschaltet ist, und daß der dem fünften Soll-Istwert-Vergleicher (73) nachgeschaltete, eine Kraft- oder Drehmoment-Reqeluns bewirkende, vierte Recrler (74) einer einen Kraftverhältniswahler (37) zum Einstellen des Kraftverhältnisses Steuerarm (4a) zu Arbeitsarm (4) und einen zweiten Leistuncrsverstärker (35) auf den zweiten Stellmotor (36) des Steuerarmes (4a) geschaltet ist.
DE19803045094 1980-11-29 1980-11-29 Programmierbarer manipulator Withdrawn DE3045094A1 (de)

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