DE3237857A1

DE3237857A1 - Positionierungssteuersystem

Info

Publication number: DE3237857A1
Application number: DE19823237857
Authority: DE
Inventors: Riichi Abe; Seiji Sagamihara Kanagawa Tsujikado; Katsuji Hiratsuka Kanagawa Tsuruta
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1981-10-26
Filing date: 1982-10-13
Publication date: 1983-05-26
Also published as: SE8206032D0; DE3237857C2; US4578748A; SE461119B; SE8206032L

Description

VON KREISLER" SCHÖNWALD EISHOLD FLTK VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

PATENTANWÄLTE

Dr.-ing. von Kreisler 11973

KABUSHIKI KAISHA KOMATSU Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln

S EI S AKUS HO Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden

Dr. J. F. Fues, Köln 3-6, Akasaka 2-chome, Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln

Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln

Ml natO - ku , Dipl.-Ing. G. Setting, Köln

Tokyo, Japan Dr. H.-K. Werner, Köln

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KÖLN 1

12. Oktober 19 82 Sg-fz

Positionierungssteuersystem

Die Erfindung betrifft ein Positionierungssteuersystem mit einem an der Drehwelle eines Motors angebrachten Inkrementalkodierer zur Erzeugung eines der Rotationsgeschwindigkeit des Motors entsprechenden Rückkopplungsimpulssignals und mit einem Antriebssystem zur Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen einem Kommandoimpulssignal und dem Rückkopplungsimpulssignal, wobei das Kommandoimpulssignal durch Programme gesteuert ist.

Ein derartiges Positionierungssteuersystem eignet sich für die Anwendung bei industriellen Robotern oder numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen.

Zunächst wird anhand von Fig. 1 ein Position!erungssteuersystem nach dem Stand der Technik erläutert. Das als Blockschaltbild dargestellte Positionierungssteuersystem weist einen Mikrocomputer 1 auf, der eine den Bewegungsbetrag eines (nicht dargestellten)

Telefon: (0221) 131041 · Telex: 8882307 dopa d · Telegramm: Dompatent Köln

Roboters angebende Größe X an einen Impulsverteiler 2 liefert, wodurch der Roboter positioniert wird. Daraufhin sendet der Impulsverteiler 2 ein Kommandoimpulssignal CP, das aus einer der Größe X entsprechenden Anzahl von Impulsen besteht, an einen Abweichungszähler 3. Der Abweichungszähler zählt die Impulse des Kommandoimpulssignals CP3 hoch und liefert seinen Zählwert an einen Digital/ Analog-Umsetzer 4 (im folgenden als D/A-Umsetzer bezeichnet). Der D/A-Ümsetzer 4 setzt den empfangenen Zählwert in eine Gleichspannung um, die als Antriebsspannung einem Motor 5 zugeführt wird. An der Welle 5 des Motors ist ein Inkrementalkodierer 6 befestigt, der ein Rückkopplungsimpulssignal fp mit einer dem Rotationsbetrag des Motors 5 entsprechenden Frequenz liefert« Dieses Rückkopplungssignal fP wird als Abwärtszähltakt dem Abweichungszähler 3 zugeführt, wodurch die Antriebsspannung, die dem Motor 5 zugeführt wird, sich verringert. Auf diese Weise wird folgendes erreicht: (1) Wenn das Kommandoimpulssignal CP frequenzmäßig größer ist als das Rückkopplungsimpulssignal fP, wird die Geschwindigkeit des Motors 5 erhöht, (2) wenn das Signal CP frequenzmäßig gleich dem Signal fP ist, wird die Geschwindigkeit des Motors 5 konstantgehalten,und

(3) wenn das Signal CP frequenzmäßig kleiner ist als das Signal fP, wird die Geschwindigkeit des Motors 5 verringert. Auf diese Weise erfolgt der Positionierungsvorgang des Roboters unter Steuerung des Wertes der Größe X, die dem Impulsverteiler 2 zyklisch zugeführt wird, um den Motor 5 unter Steuerung durch den Mikrocomputer 1 anzutreiben.

Bei dem Positionierungssteuersystem nach dem Stand der Technik muß der Roboter, bevor er eingeschaltet wird, an den Anfangspunkt zurückgeführt werden, (im folgenden als Rückkehr zum Ursprung bezeichnet), weil das System einen. Inkrementalkodierer 6 benutzt und die Roboterposition als Relativstellung in Bezug auf einen Ursprung ermittelt wird. Im einzelnen wird bei dem bekannten System die Rückkehr zum Ursprung unter Steuerung durch ein Programm durchgeführt, indem ein Ursprungserkennungssignal LS von einem mechanischen Endschalter 7 sowie ein Ursprurigsimpuls · BP vom Inkrementa.lkodierer 6 dem Mikrocomputer 1 zugeführt wird. Die Rückkehr zum Ursprung, bei dem bekannten System wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert, in welcher längs der Horizontalen (Abszisse) die Roboterposition in Bezug auf die Zeit angegeben ist.

Wenn der Roboter sich gemäß Fig. 2 mit einer Geschwindigkeit Y von links nach rechts bewegt, max

0 . sendet der Mikrocomputer 1 die Größe X mit einem Wert yon ΔΧ auf das Datenanf order ungssi. gna 1 DR hin zum Impulsverteiler 2. Wenn der Roboter in die Nähe des Ursprungs bewegt worden ist und der in dem Weg des Roboters in der Nähe des Ursprungs angeordnete Endschalter 7 eingeschaltet wird, dann geht das Ursprungserkennungssignal LS in den Hochzustand, so daß der Mikrocomputer 1 die Größe X mit einem Wert von ΔΧ.. als Antwort auf das Datenanforderungssignal DR an den Impulsverteiler 2 liefert. Die Sollge-

schwindigkeit des Roboters ist V, und AX₁ ist kleiner als ΔΧ . Die Frequenz des Kommandoimpulssignals CP verringert sich daraufhin und die Drehgeschwindigkeit des Motors 5 verlangsamt sich. Wenn die Robotergeschwindigkeit den Wert V₁ erreicht, wird die Frequenz des Kommandoimpulssignals CP gleich derjenigen des Rückkopplungsimpulssignals fP, wodurch der Roboter mit konstanter Geschwindigkeit gemäß Fig. 2 von links nach rechts bewegt wird.

Andererseits überwacht der Mikrocomputer 1 das Ursprungserkennungssignal LS und das Ursprungsimpulssignal BP immer noch derart, daß er, sobald der Roboter den Endschalter 7 passiert hat und das. Ursprungserkennungssignal LS in den Tiefzustand geht, den ersten nach dem Übergang des Signals LS in den Tiefzustand auftretenden Impuls des UrSprungsimpulssignals BP erkennt und die als Antwort auf das Datenanforderungssignal DR an den Impulsverteiler 2 zu liefernde Größe X auf den Wert Null einstellt.

Wenn der Wert der Größe X auf Null geht, beendet der Impulsverteiler 2 die Zufuhr des Kommandoimpulssignals CP zum Abweichungszähler 3, wodurch der Zähler 3 durch das Rückkopplungsimpulssignal fP abwärts gezählt wird. Wenn der Zähler 3 auf Null gezählt worden ist, wird die Ausgangsspannung des D/A-Umsetzers 4 Null und der Roboter hält an.

Dieses bekannte Positionierungssteuersystem hat jedoch den Nachteil, daß keine sehr genaue Rückkehr zum Ursprung erfolgt, weil die Auslaufdistanz L₁ des Roboters bei der Rückkehr zum Ursprung lang und nicht konstant ist. Natürlich kann man die Auslaufdistanz L₁ und die Änderungen der Distanz L₁ durch Verringerung der Bewegungsgeschwindigkeit

V₁ des Roboters reduzieren, jedoch führt dies dazu, daß die für die Rückkehr zum Ursprung benötigte Zeit vergrößert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Positionierungssteuersystem zu schaffen, das die oben geschilderten Nachteile vermeidet und eine genaue und schnelle Rückkehr zum Ursprung ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Kommandoimpulssignal CP dem Antriebssystem über eine Torsteuereinrichtung zugeführt wird und daß die Torsteuerschaltung von einer programmgesteuerten Steuerschaltung derart gesteuert ist, daß sie nach Erhalt eines Ursprungsimpulssignals,in das das Rückkopplungsimpulssignal in Bezug auf die Frequenz geteilt ist, die Torsteuerschaltung sperrt.

Die Erfindung schafft ein Positionierungssteuersystem, das gleichzeitig mit der Erzeugung des Ursprungssignals BP das Kommandoimpulssignal CP auf schaltungstechnischem Wege anhält, wodurch Variationen der Auslaufgeschwindigkeit wirksam verhindert werden. Das Positionierungssteuersystem bewirkt, daß nach dem Anhalten des Roboters der Motor in Rückwärtsrichtung angetrieben wird, um die Differenz oder Abweichung der Stillstandsposition des Roboters vom Ursprung zu minimisieren. Das Positionierungssteuersystem findet während der Zeitspanne vom Beginn der Rückkehr zum Ursprung bis zur Erzeugung des ersten UrSprungsimpulses des Ursprungs-

impulssignals nach dem ersten Anhalten eine Distanz. Wenn die aufgefundene Distanz unterschiedlich ist von der oben genannten vorbestimmten Auslaufdistanz, wird die Operation als "Fehler" behandelt.

Das Positionierungssteuersystem ist imstande, die Anzahl der Impulse des von dem Inkrementalkodierer während seines einen Zyklus auszugebenden Impulse auf einfache Weise zu erhöhen, um hierdurch das Auflösungsvermögen des Inkrementalkodierers zu ver-

TO bessern. Ferner kann das Auflösungsvermögen dadurch erhöht werden, daß das Ausgangsimpulssignal des Kodierers mit dem Taktsignal des Mikrocomputers synchronisiert wird.

Die Erfindung bietet die folgenden Vorteile:

(1) Da das Kommandoimpulssignal auf schaltungstechnischem Wege zur selben Zeit gestoppt werden kann, in der das Ursprungsimpulssignal erzeugt wird, ergeben sich keine Variationen der Auslaufdistanz des Roboters. (2) Nach Beendigung des Kommandoimpulssignals wandert der Roboter um die Auslaufdistanz zurück. Die noch verbleibende Rest- oder Auslaufdistanz wird daher extrem kurz. (3) Da die verbleibende Auslaufdistanz des Roboters von der Rücklauf geschwindigkeit des. Roboters bestimmt wird, wird die Genauigkeit der Rückkehr zum Ursprung selbst dann nicht verringert, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters schnell ist. Die für eine exakte Rückkehr zum Ursprung erforderliche Zeit kann daher verringert werden. (4) Da nach der Erfindung die 0 Ursprungsimpulssignale zweimal entdeckt werden,kann während der Rückkehr zum Ursprung eine Fehlerprüfung

durchgeführt werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Rückkehr zum Ursprung vergrößert wird. (5) Da das Auflösungsvermögen des Inkrementalkodierers verbessert und das Ausgangsimpulssignal des Kodierers mit dem Operationstaktsignal für den Betrieb des Mikrocomputers synchronisiert ist, kann eine erheblich genauere Positionierungssteuerung durchgeführt werden.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bekannten Positionierungssteuersystems,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm von Signalen zur Erläuterung der Rückkehr zum Ursprung bei dem bekannten System,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Ausfuhrungsform des Positionierungssteuersystems nach der Erfindung,

Fig. 4 ein Zeitdiagramm von Signalen zur Erläuterung der Rückkehr zum Ursprung bei dem System der Fig. 3,

Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Rückkehr zum Ursprung bei dem System der Fig.

3,

.44·

Fig. 6 · ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Operation eines Inkrementalkodierers der Schaltung nach Fig. 3,

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Teils des Inkremental-

kodierers des Positionierungssteuersystems,

Fig„ 8 und 9 Zeidiagramme zur Erläuterung von Operationen des Inkrementalkodierers innerhalb von Fig. 7, und

Fig» 10 andere Wellenformen von Signalen, die für den Inkrementalkodierer der Fig. verfügbar sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind für gleiche oder gleichwertige Elemente oder Signale dieselben Bezugszeichen eingesetzt wie in Fig. 1 .

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 wird das Kommandoimpulssignal CP über ein UND-Tor 8, das entsprechend dem Zustand eines Flip-Flops 9 gesteuert geöffnet oder geschlossen wird, dem Abweichungszähler 3 zugeführt. Im einzelnen wird das Flip-Flop, nachdem es durch den Mikrocomputer 1 in den Anfangszustand versetzt worden ist, durch die erste Impulsspitze des Ursprungs-Impulssignals BP, die auftritt, nachdem das Ursprungs-Erkennungssignal LS tiefes Niveau angenommen hat, gesetzt, wodurch das UND-Tor 8 gesperrt wird, so daß das KommandoimpuIssignal CP nicht dem Zähler 3 zugeführt wird. Als nächstes wird

./fa-

— CV ._

nun der Vorgang der Rückkehr zum Ursprung bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 näher erläutert. Fig. 4 zeigt eine erläuternde Darstellung der Roboterposition und der zugehörigen Signale und Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm zur Steuerung des Mikrocomputers 1.

Zunächst bewirkt der Mikrocomputer 1, daß ein Rücksetzsignal R den logischen Hochzustand einnimmt. Dadurch wird das Flip-Flop 9 rückgesetzt, so daß es an seinem Anschluß Q ein logisches Tiefsignal erzeugt. Dies führt dazu, daß das UND-Tor 11 ein Tiefsignal und der nachgeschaltete Inverter 12 ein Hochsignal erzeugt, so daß das UND-Tor 8 öffnet. Mit anderen Worten: Das UND-Tor 8 wird vorbereitet, um das Kommandoimpulssignal CP vom Impulsverteiler 2 zum Abweichungszähler 3 durchzulassen.

Andererseits empfängt und überwacht der Mikrocomputer 1 das Datenanforderungssignal DR, das von dem Impulsverteiler 2 geliefert wird. Jedesmal wenn der Computer 1 das Datenanforderungssignal DR empfängt, liefert er an den Impulsverteiler 2 die Größe X, die den Betrag der Roboterbewegung angibt. An diesem Punkt wird die Größe X so eingestellt, daß sie den Maximalwert ΔΧ annimmt. Im einzelnen ist der Computer 1 so ausgebildet, daß er den Wert von ΔΧ in ein internes (nicht dargestelltes) Ausgaberegister innerhalb des Computers eingibt und die Zufuhr des Inhalts des internen Registers zu dem Impulsverteiler 2 erfolgt jedesmal dann, wenn der Computer das Datenan-

0 forderungssignal DR empfängt.

43 -

Solange die Größe X, die dem Pulsverteiler 2 zugeführt wird» den Wert ΛΧ hat, ist die Frequenz ^y max ^

des KommandoimpulssignaIs CP, das dem Abweichungszähler 3 vom Impulsverteiler 2 zugeführt wird,

gleich derjenigen des Rückkopplungsimpulssignals fP, das von dem Inkrementalkodierer 6 dem Zähler 3 zugeführt wird, so daß von dem Digital/Analogümsetzer 4 eine feste Antriebsspannung dem Motor 5 zugeführt wird. Als Folge hiervon bewegt sich der Roboter, solange die dem Impulsverteiler 2 zugeführte Größe den Wert von ΔΧ hat,mit konstanter

max

Geschwindigkeit V gemäß Fig. 4 von links nach rechts »

Wenn der Roboter in die Nähe des Ursprungs bewegt und dadurch ein in dem Weg des Roboters angeordneter mechanischer Endschalter eingeschaltet
wird, wird das Ursprungs-Erkennungssignal LS in
den Hochzustand geschaltet.

Der Mikrocomputer 1 überwacht das Ursprungs-Erkennungssigna1 LS und reduziert die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters, sobald das Signal S in den Hochzustand geht. Dies bedeutet, daß der
Computer als Größe X den Wert AX₁' ausgibt, nachdem das Signal LS in den Hochzustand gegangen ist.

Der Wert AX₁', ist kleiner als ΔΧ und wird

I max

nunmehr dem Impulsverteiler 2 zugeführt.

• /lh-

-ρ -

Wenn die Größe X den Wert AX₁' hat, verringert sich die Frequenz des KommandoimpulsSignaIs CP und der Abweichungszähler 3 wird durch das Rückkopplungsimpulssignal fP abwärts gezählt. Als Folge hiervon wird die von dem Umsetzer 4 dem Motor 5 zugeführte Antriebsspannung verringert und die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters verringert sich ebenfalls. Wenn die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters auf V-' abgefallen ist, wird das Impulssignal CP hinsichtlich der Frequenz gleich dem Rückkopplungsimpulssignal fP und der Roboter bewegt sich nachfolgend einer festen Geschwindigkeit V.' gemäß Fig. 4 von links nach rechts.

Nachdem der Roboter den Endschalter 7 passiert hat, schaltet der Endschalter 7 aus, weil er nicht länger von dem Roboter gedrückt gehalten wird. Hierdurch wechselt das Ursprungs-Erkennungssignal LS auf den Tiefzustand.

Als Antwort auf den übergang des Signals LS in den Tiefzustand verändert der Computer 1 das Rücksetzsignal R auf den Tiefzustand. Wenn das Signal R auf Tiefzustand geschaltet ist, wird das Flip-Flop 9 gesetzt und zum Antworten auf das Ursprungs-Impulssignal vorbereitet. Dies bedeutet, daß das Flip-Flop 9 durch die erste Impulsspitze des Ursprungs-Impulssignals BP,die nach dem Rücksetzsignal R erscheint, auf Tiefzustand geht. Durch das Setzen des Flip-Flops 9 wird bewirkt, daß der Inverter 12 ein Tiefsignal erzeugt,wodurch das UND-Tor 8 gesperrt wird.

AS.

Dies bedeutet, daß das UND-Tor 8 gesperrt wird,und die weitere Zufuhr des KommmandoimpulssignaIs CP zu dem Abweichungszähler unterbricht, sobald das Ursprungs-Impulssignal BP erzeugt worden ist. Dementsprechend wird der Abweichungszähler gleichzeitig mit der Erzeugung des Ursprungs-Impulssignales BP von dem Rückkopplungsimpulssignal fP abwärts gezählt. Wenn der Zählerstand des Zählers 3 den Wert Null erreicht, wird die Antriebsspannung von null Volt von dem D/A-Umsetzer an den Motor 5 gelegt, wodurch, -der Roboter anhält.

Wie oben schon erwähnt, wird das Kommandoimpulssignal CP durch die Schaltungsanordnung gleichzeitig mit dem Auftreten des ersten Impulses des Ursprungs-Impulssignals, nachdem das Ursprungs-Erkennungssignal LS negativ geworden oder abgefallen ist, angehalten, wodurch die Aus laufdistanz L₁' jederzeit konstant gehalten werden kann.

In solchen Fällen, in denen man bei der Anwendung der Positionssteuerung eine derartige konstante Auslaufdistanz L₁" des Roboters erlauben kann, wird bei Verwendung der beschriebenen Einrichtung ein.e zufriedenstellende Genauigkeit der Positionierungssteuerung erzielt.

Andererseits wird das Ausgangssignal des Inverters ebenfalls dem Mikrocomputer 1 zugeführt, so daß der Mikrocomputer 1, wenn das Inverter-Ausgangssignal auf den Tiefzustand geht, feststellt, daß der Roboter den Ursprung passiert hat.

Sobald die Passage des Ursprungs festgestellt worden ist, wird der Mikrocomputer 1 bereite zu veranlassen, daß der Roboter auf die nachfolgend beschriebene Weise zum Ursprung zurückkehrt.

Zunächst schaltet der Mikrocomputer 1; das Rücksetzsignal R in den Hochzustand und unmittelbar danach in den Tiefzustand. -Wenn das Rücksetzsignal R in den Hochzustand wechselt, wird das Flip-Flop 9 rückgesetzt, so daß der Inverter 12 ein Hochsignal erzeugt und das UND-Tor 8 öffnet, wogegen beim Umschalten des Rücksetzsignals Rin den Tiefzustand das Flip-Flop 9 gesetzt wird und auf das Ursprungs-Impulssignal BP ansprechen kann. -.■"■" V-'

Andererseits kann der Motor 5 in Rückwärtsrichtung angetrieben werden. Dies geschieht auf bekannte Weise dadurch, daß die Ausgangsspannung des D/AUmsetzers 4 umgepolt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann, das Vorzeichen (die Polarität) des Kommandoimpulssignals CP, das dem Zähler 3 zugeführt wird, umgedreht^werden, indem ein Steuersignal C vom Mikrocomputer T dem; Abweichungszähler 3 zugeführt wird. -■"- -.-"-"

Nach Beendigung der Vorbereitungen für die Rückwärtsdrehung des Motors überwacht der Mikrocomputer T das Datenanforderungssignal· DR derart, daß er an den Impulsverteiler 2 jedesmal dann, wenn der Computer 1 das Signal DRempfängt, die Größe X liefert. Hierbei, wird 'die Größe X auf einen Wert von AX„ eingestellt,- so daß der Impulsverteiler 2 das-

Kommandoimpulssignal CP mit einer Frequenz liefert, die dem Wert AX„ der Größe X entspricht. Die Frequenz des Signals CP ist wesentlich kleiner als in dem Fall, daß die Größe X den Wert ΔΧ ' hat.

Das KommandoimpulssignalCP bewirkt, daß der Absolutwert des Zählerstandes d^s Abweichungszählers 3 hochgezählt wird, jedoch mit negativem Vorzeichen. Daher wird auch die Ausgangsspannung des D/A-Umsetzers 4 ebenfalls negativ und der Motor 5 rotiert in Rückwärtsrichtung. Als Ergebnis beginnt der Roboter mit einer Bewegung gemäß Fig. 4 von rechts nach links.Wenn die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters den Wert (-Vp) erreicht, wird die Frequenz des Kommandoimpulssignals CP gleich derjenigen des RückkopplungsimpuIs-Signals fP, wodurch der Roboter beginnt, sich mit einer festen Geschwindigkeit zu bewegen.

Wenn der Roboter die Entfernung L^' von rechts nach links gemäß Fig. 4 zurückgelegt hat, erzeugt der Inkrementalkodierer 6 das-Ürsprungs-Tmpulssignal BP, wodurch das Flip-Flop 9 gesetzt wird. Dies führt dazu, daß der Inverter 12 ein Tiefsignal erzeugt und daß das UND-Tor 8 gesperrt wird. Mit anderen Worten: Sobald das Ürsprungs-Impulssignal BP erzeugt wird, wird das UND-Tor 8 gesperrt, um die Zufuhr des Kommando impuls si gna Is.:CP zum Abweichungszähler 3 zu unterbrechen. Daher wird gleichzeitig mit einer Erzeugung des Signals BP der Absolutwert des Zählerstandes im Abweichungszähler 3 durch das Rückkopplungsimpulssignal fP abwärts gezählt oder 0 dekrementiert. Auf diese Weise erzeugt der D/A-Umsetzer 4 keine Ausgangsspannung, wenn der Zähler-

stand des Zählers 3 den Wert Null erreicht und der Roboter hält an.

In Fig. 4 ist die während der Zeit von der Erzeugung eines Ursprungs-Impulssignals BP bis zum Anhalten des Roboters dauernde Zeit des Zurückfahrens des Roboters über die Auslaufdistanz dargestellt. -; ^v ""■-■■

Bei dom beschriebenen Ausführungsbeispiel kehrt der Roboter mit sehr niedriger Geschwindigkeit V₂ von rechts nach links zurück, nachdem er den Ursprung von links nach rechts überschritten hat, so daß die Auslaufdistanz L^: sehr kurz gemacht wird.

Nach Beendigung der geschilderten Rückkehr zum Ursprung geht das Rücksetzsignal R wieder unter Steuerung durch den Mikrocomputer 1 in den Hochzustand, so daß der Inverter 10 ein Tiefsignal erzeugt und das UND-Tor 11 sperrt, Selbst wenn der Zustand des Flip-Flops 9 durch das Ursprungsimpulssignal BP verändert wird, ist daher das UND- Tor 8 geöffnet, um das KommandoimpuIssignal CP stets von dem Impulsverteiler 2 zum Abweichungszähler 3 durchzulassen.

Wenn die Zuverlässigkeit der Rückkehr zum Ursprung noch weiter erhöht werden soll, kann die im folgenden beschriebene Fehlerprüfung vorgenommen werden.

Der Mikrocomputer 1 überwacht den Veränderungszustand des Flip-Flops 9 derart, daß er die Fehler-

-4- ■'*■

prüfung durchführt, wenn erkannt wird, daß das Flip-Flop 9 gesetzt worden ist.

Die erste Auslaufdistanz L.. " des Roboters wird nach der Erfindung konstant gehalten. Wenn der Roboter die Distanz L₁' von rechts nach links gemäß Fig. zurückgelaufen ist, erzeugt der Inkrementalkodierer 6 das Ursprungs-Impulssignal BP. Wenn jedoch der erste Impuls des Ursprungs-ImpulsSignaIs beispielsweise von einem Rauschen oder Störsignal überlagert ist, dann kann es vorkommen, daß der Kodierer 6 das Ursprungs-Impulssignal auch dann nicht erzeugt, wenn der Roboter die Distanz L^' von rechts nach links zurückgelegt hat.

Aus diesem Grunde findet der Mikrocomputer 1 die Distanz in der sich der Roboter während der Zeit vom Beginn der Rückführung von rechts nach links in Fig. 4 bis zur Erzeugung des Ursprungs-Impulssignals fortbewegt und wenn die tatsächliche Distanz von der vorbestimmten Roboter-Auslaufdistanz L₁' abweicht, erfolgt eine richtige Fehlerverarbeitung.

Obwohl der Mikrocomputer 1 bei dem obigen Ausführungsbeispiel so ausgebildet bzw. programmiert ist, daß er das UrSprungs-Erkennungssignal LS, das Datenanforderungssignal DR, den Zustand des Flip-Flops usw. sequentiell überwacht, können auch andere Verarbeitungsprozeduren ausgeführt werden, wie z.B. eine Unterbrechungsverarbeitung, was im einzelnen von den Verarbeitungsmöglichkeiten des Mikrocom-0 puters 1 und der Art der auszuführenden

.20-

-Yf-

Operationen abhängt. Ferner ist die obige Erläuterung auf den Fall gerichtet, daß der Roboter von rechts nach links zurückkehrt,indem das Vorzeichen des Eingangssignals zum Abweichungszähler invertiert wird, jedoch kann die Steuerung der Rückwärtsbewegung des Roboters auch nach einer anderen Methode ausgeführt werden, die für das praktische Steuersystem geeignet ist.

Das RückkopplungsimpuIssignal fP und das ürsprungs-Impulssignal BP werden von einer in dem Inkrementalkodierer 6 enthaltenen (nicht dargestellten) Wahlschaltung ausgegeben. Im einzelnen erzeugt die Wahlschaltung (option circuit) die Signale fP und BP auf der Basis zweier Arten von Kodierimpulssignalen P_A und P (deren Phasen um 90° gegeneinander verschoben sind) mit Hilfe eines Kodierteils, der ebenfalls in dem Kodierer 6 enthalten ist. Die Beziehung zwischen den beiden Arten von Kodierimpulssignalen, dem Rückkopplungsimpulssignal und dem Ursprungs-Impulssignal ist in Fig. 6 dargestellt.

Wenn die Drehung der Welle des Inkrementalkodierers 6 (d.h. des Motors 5) von Vorwärts- auf Rückwärtsdrehung umgeschaltet wird, oder umgekehrt, wird die Phasenbeziehung zwischen den KodierimpulsSignalen P₇, und P umgekehrt, so daß bei Drehung der Welle des Kodierers in Vorwärtsrichtung das Signal P dem Signal P_ß um eine Phasendifferenz von 9 0° voreilt, während bei Drehung der Welle in Rückwärtsrichtung das Signal P_ß dem Signal P um eine Phasendifferenz 0 von 9 0° voreilt. Wenn die Kodiererwelle sich vorwärts-

. 3Λ

dreht, erzeugt die Wahlschaltung ein Vorwärtsimpulssignal P und wenn die Welle sich rückwärtsdreht, erzeugt die Wahlschaltung ein Rückwärts-Impulssignal P , jeweils auf der Basis der Kodiersignale P und P_n (s.Fig. 6c). Die Wahlschaltung erzeugt ferner das Ursprungs-Impulssignal BP jedesmal dann, wenn der Inkrementalkodierer 6 eine Drehung ausgeführt hat (s.Fig. 6d) .

Eine Schaltung der oben genannten Art nach dem Stand der Technik ist kompliziert im Aufbau und sie erfordert zahlreiche Teile oder Elemente. Weiterhin hat die bekannte Wahlschaltung Nachteile, die darin bestehen, daß in dem Fall, daß mehrere Rückkopplungsimpulse oder Impulsspitzen fP (d.h. das Vorwärtsimpulssignal P_f oder das Rückwärtsimpulssignal P ) während jeweils einer Zyklusperiode der Kodierimpulssignale P und P vorgesehen sind, um das Auflösungsvermögen des Inkrementalkodierers 6 zu erhöhen, zahlreiche zusätzliche Schaltungselemente nötig sind und daß ihre Einrichtung außerordentlich kompliziert wird.

Fig. 7 zeigt eine Wahlschaltung im Inkrementalkodierer 6, die die Erhöhung des Auflösungsvermögens des Kodierers 6 und die Synchronisierung des Rückkopplungsimpulssignals fP mit dem Taktsignal des Mikrocomputers 1 erleichtert. In der Schaltung nach Fig. 7 werden die Kodierimpulssignale P und P vom Inkrementalkodierer 6, wie sie in Fig. 6a und 6b dargestellt sind, über WeIlenformungsschaltungen 61 und 62 jeweils einer Halteschaltung 63 bzw. 64

zugeführt. Wenn ein Taktsignal P , das ebenfalls als Taktsignal für den Betrieb des Mikrocomputers 1 benutzt wird und das den Halte- oder Steueran-Schlüssen der Halteschaltungen zugeführt wird, positiv wird bzw. in den Hochzustand geht, halten die Halteschaltungen 63 und 64 die Kodierimpuls-Signale P₇. und P_n fest und liefern ihre Ausgangssignale AD« und AD₁ an Adresseneingänge Aq und A₁ eines Lesespeichers (ROM) 65, was nachfolgend noch erläutert wird, und ferner an weitere Halteschaltungen 66 und 67. Wenn das den Halteeingängen L zugeführte Taktsignal P positiv wird, bzw. ansteigt, halten die Halteschaltungen 66 und 67 die Signale AD_Q und AD₁ fest und senden ihre Ausgangssignale AD₂ und AD₃ an die Eingangsanschlüsse A- und A-. des ROM 65. Andererseits empfängt der ROM 65 an seinen weiteren Adressenanschlüssen A₄ und Ar Adressendaten AD₄ und AD₅ vom Mikrocomputer 1

('s. Fig. 3) . Die Adressendaten AD₄ und ADj- werden dazu benutzt, die Anzahl der Impulse der Vorwärts- und Rückwärts-Impulsfolgen P^ und P , die während jeder Zyklusperiode T der Kodierimpulssignale P_ft

und P., auftreten, einzustellen. n

Der ROM 65 enthält Daten D und D_ gemäß der nachfolgenden Tabelle gespeichert und gibt diese Daten D₁ und D₂ in Abhängigkeit von den seinen Adresssenanschlüssen A₁ bis A₅ zugeführten Adressendaten ADq bis AD,- aus. Die Daten D₁ und D₂ werden an den Ausgangsanschlüssen O₁ und O~ des ROM ausgegeben.

Tabelle 1

	A₅	A₄	Adresse	A₂	Αι	A₀	Wert	⁰I
	(AD₅	AD₄)	A₅	AD₂	AD,	AD₀)	ο_ζ	D₇)
	O	O	(ADj	O	O	Ü	(D,	I
	.. O	O	O	O	O	1	J	O
	■ ο	σ	O	O	1	O	1	1
	O	O	O	O	1	1	1	L
	- ο	O	O	I	O	O	1	1
	O	O	O	1	O	1	ü	1
	O	O	ό	1	1	O	1	1
	O O	O O	O	1 O	1 O	:	ι	1 1
A	O	O ^;	O 1	O	O	1	1 1	1
	• O	O	1	O	1	O	1	1
	O	O	1	O	1	1	1	1
	O	O	1	1	O	O	1	1
	O	O	1	]	O	X	1	1
	O	Q	ι	1	ι	O	ι	1
	O	O	1	I	1	¹	i	1
	O	1	1	O	ϋ	O	1	ι
	O	1	O	O	ϋ	ι	I	Ü
	O	1	' O	O	ι	O	1	1
	O	1	O	O	ι	1	ι	1
	O	1	O	1	O	Ü	ι	I
	O	1	O	1	O	J ,	O	!
	O	1	O	J	1	O	ι	1
	O O	1 1	O	1 O	1 O	J Ü	1	1 ι
B-	O	1	O 1	O	O	1	ι 1	I
	O	1	1	O	1	Ü	I	ι
	O	1	1	O	1	1	1	1
	O	1	1	ι	ϋ	O	Ü	I
	O	1	1	1	υ	i	L	ι
	O	1	1	t	1	O	I	O
	O	1	ι	I	1	t	!	1
			ι				1

	A₄	Adresse	A₂	Αι	A₀	O₂	⁰I
A₅	AD₄)	Λ3	AD₂	AD₁	AD₀)	(D₁	D₁)
(AD₅	ϋ	(AD₃	0	0	0	1	1
I	O	O	0	0	1	1	0
1	O	O	0	1	0	1	' 1
ι	O	O	0	1	1.	1	1
1	O	O	1	0	0	0	1
1	O	O	I	0	1	1	1
1	O	O	1	1	0	1	1
1	O	O	1	1	1	1	0
1	O	O	0	ό	0	1	1
¹ ι	O i	1	0	0	1	1	1
1	O	1	0	1	0	1	1
1	O	1	0	1	H-*	0	1
1	O	1	1	0	0	1	1
1	O	1	• ι	O	1	0	1
1	O	1	1	1	0	1	0
L	O	1	!	ι	I	1	1
I	1	I	O	0	0	1	1
ι	1	O"	0	0	1	1	0
1	1	0	0	1	0	0	1
1	1	0	0	1	1	1	•1
1	1	0	I	0	0	0	1
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F; Vorwärts B: Rückwärts

Auf diese Weise kann die Schaltung nach Fig. 7 das Vorwärtsimpulssxgnal P_f oder das Rückwärtsimpuls signal P (den Ausgangswert D₁ oder D„ vom ROM 65), das mit dem Taktsignal P synchronisiert ist und dessen Impulse maximal in einer Anzahl von vier während jeder Zyklusperiode T der Kodierimpulssignale" P und P im Inkrementalkodierer 6 auftreten, erzeugen. Die Operation der Schaltung nach Fig. 7 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 8 erläutert, welche ein Zeitdiagramm für den Fall zeigt, daß der Inkrementalkodierer 6 in Vorwärtsrichtung rotiert.

Wenn die Adressendaten AD. und AD₅ so eingestellt sind, daß sie jeweils den Logikwert "0" haben, um während jeder Periode T einen Impuls des VorwärtsimpulssignaIs P^ zu erzeugen, dann wird als Antwort auf Änderungen der oben erwähnten vier Adressendaten AD« bis AD₃ und entsprechend der Periode der Erzeugung des Takts.ignals P irgendeines der sechzehn (D ,D₂) Paare, die in Zone A der obigen Tabelle enthalten sind, ausgewählt.

Da die Adressendaten AD_n bis AD_ bei Vorwärtsdrehung des Inkrementalkodierers 6 die in den Fig. 8d bis 8g dargestellte Phasenbeziehung zueinander haben, ändert sich der Vorwärtswert D₁ nur dann auf den Logikwert "0" (entsprechend dem "Vorwärts"-Teil in Zone A der Tabelle), wenn die Adressendaten ADq, AD₁, AD₂ und AD₃ jeweils die Logikwerte "1", "0", "0" und "0" haben, d.h. nur zu den Zeitpunkten t.. , t ' und t " in Fig. 8. Der "0"-Zustand des Vorwärtswertes D- wird aufrechterhalten, bis das nächste Taktimpuls-

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signal P auftritt und "der Adressenwert AD₀ in den logischen "1"-Zustand geht. Als Folge hiervon erzeugt der ROM 65 an seinem Vorwärts-Ausgang 0 einen negativen Impuls P_f wie er in Fig. 8h dargestellt ist, und zwar synchron mit dem Taktsignal

Wenn die Adressendaten AD_Q, AD , AD₂ und AD₃ in der Zone A der Tabelle auf die Logikwerte"0", "0","1" und "0" gehen,, wird der von dem ROM 65 ausgegebene Wert D- auf "0" umgeschaltet, jedoch werden die Daten ADq, AD , AD„ und AD₃ in einer derartigen Phasenbeziehung der Kodierimpulssignale P und P , wie sie in Fig. 8 dargestellt ist, nicht auf die Werte "0", "Q"_r;"1 " und "0" umgewandelt.

Als Folge hiervon wird der Ausgangswert D₂ am Rückwärts-Ausgang O₃ des ROM 65 auf "1" gehalten, ohne daß irgendeine Änderung auftritt, wie in Fig. 8i dargestellt ist.

Wenn andererseits der Kodierer in Rückwärtsrichtung rotiert, arbeitet die Schaltung der Fig. 7 in dem in Fig. 9 dargestellten Zeitablauf. Nur wenn die Adressendaten AD_Q, AD , AD₃ und AD₃ jeweils auf die Logikzustände "0","0" , "1 " und "0" (entsprechend dem "Rückwärts"-Zustand in Zone A der Tabelle) wechseln, hat der Ausgangswert D₂ am Rückwärtsausgang 0_ des ROM 65 den Logikzustand "0". Der ROM 65 erzeugt daher einen negativen Impuls des Signals P , während jeder Zyklusperiode T synchron mit dem Taktsignal P , wie in Fig. 9i dargestellt ist. Natürlich nehmen die Adressendaten AD_Q, AD₁, AD₂ und AD-bei Rückwärtsbetrieb nicht den Zustand "1", "0",

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"O" und "0" an, so daß gemäß Fig. 9h der Ausgangswert D₁ am Vorwärtsausgang O₁ des ROM 65 im Logikzustand "1" verbleibt.

Hieraus folgt, daß wenn die Adressendaten AD₄ und AD₅ jeweils die Zustände "0" und "0" einnehmen und der Inkrementalkodierer 6 in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung rotiert, der ROM 65 einen Impuls des Kodierimpulssignales P_ oder P während jedes Zyklus T des Kodierimpulssignals Ρ_Λ bzw. P erzeugt.

Die Schaltung nach Fig. 7 kann ferner zwei bis vier Impulse des Rückkopplungsimpulssignals fP (Vorwärtsimpulssignals P- oder Rückwärtsimpulssignals P) während jedes Zyklus T des Kodierimpulssignals P_a bzw. P_ß erzeugen, indem die Adressendaten AD₄ und AD₅ die vom Mikrocomputer 1 kommen, geändert werden. Wenn beispielsweise die Adressendaten AD₄ und AD_ so eingestellt sind, daß sie die Zustände "0" und "1" annehmen, wie in Zone B der Tabelle angegeben ist, erzeugt die Schaltung nach Fig. 7 jeweils zwei Impulse für die Vorwärtsimpulssignale P,- und die Rückwärtsimpulssignale P im Vorwärts- und:· Rückwärtsmodus des Inkrementalkodierers 6 während jedes Zyklus T, wie in der Tabelle 1 durch den "Vorwärts"-Zustand und den "Rückwärts"-Zustand angegeben ist. Wenn die Adressendaten AD₄ und AD₅ so eingestellt sind, daß sie die Zustände "1" und "0" sowie "1" und "1" annehmen, wie in den Zonen C und D der Tabelle, erzeugt der ROM 65 drei oder vier Impulse des Vorwärtsimpulssignals P_f bzw. des Rückwärtsimpulssignals 0 P^ während jedes Zyklus T synchron mit dem Taktimpulssignal Pc.

-..-Sri.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel erfolgte die Erläuterung anhand eines Falles, in dem die Phasendifferenz zwischen den Kodier impuls Signalen P₇. und P_ß einer Viertelperiode jedes der Signale P oder P entspricht, d.h. "T/4> jedoch ist hierauf die Er-B

findung nicht beschränkt. Beispielsweise kann das gleiche System auch in dem Fall angewendet werden, daß die Phasendifferenz O₁ zwischen den Kodierimpulssignalen P_Ä und P_B kleiner ist als eine Viertelperiode der Signale P bzw. P_, wie in Fig. 10a und 10b dargestellt ist, oder in dem Fall, daß die Phasendifferenz O₁ größer ist als T/4. In dem ersten Fall muß das Taktsignal P eine Periodendauer haben, die kleiner ist als die Phasendifferenz 0.. und in dem zweiten Fall muß das Taktsignal eine Periodendauer haben, die kleiner ist als die Dauer 0„

(s. Fig. 1Od), und zwar von der positiven Anfangsflanke des KodierimpulsSignaIs P_ß bis zur negativen Flanke des Kodierimpulssignals P_a„

Wenn die in Fig„ 7 dargestellte Schaltung als Wahlschaltung in dem Inkrementalkodierer 6 benutzt wird, können, wie oben beschrieben wurde, mehrere Impulse (bis zu vier Impulse) des. Rückkopplungsimpulssignals fP (Vorwärtsimpulssignals Prr oder Rückwärtsimpulssignals P ) auf einfache Weise während jedes Zyklus der Kodierimpulssignale vorgesehen werden, wodurch das Auflösungsvermögen des inkrementalkodierers 6 leicht vergrößert werden kann. Dies, ermöglicht die Verwendung eines präziseren Kommandoimpulssignals CP, wodurch die Steuerungsgenauigkeit,des Positionierungssteuersystems insgesamt bemerkenswert verbessert werden kann. Da ferner das Rückkopplungsimpulssignal

fP vollständig mit dem Taktsignal P für den Betrieb des. Mikrocomputers 1 synchronisiert werden kann, kann die Genauigkeit der Positionierung zusätzlich erhöht werden. ■

Claims

Ansprüche

( 1 Γ) Positionierungssteuersystem mit einem an der Drehwelle eines Motors angebrachten Inkrementalkodierer zur Erzeugung eines der Rotationsgeschwindigkeit des Motors entsprechenden Rückkopplungsimpulssignals und mit einem Antriebssystem zur Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen einem Kommandoimpulssignal und dem Rückkopplungsimpulssignal, wobei das Kommandoimpulssignal durch
Programme gesteuert ist, dadurch
gekennzeichnet , daß das Kommandoimpulssignal CP dem Antriebssystem über eine Torsteuereinrichtung (8) zugeführt wird und daß die Torsteuerschaltung (8) von einer programmgesteuerten Steuerschaltung (9,10,11,12) derart gesteuert ist, daß sie nach Erhalt eines UrSprungsimpulssignals,in das das Rückkopplungsimpulssignal in Bezug auf die
Frequenz geteilt ist, die Torsteuerschaltung (8)
sperrt.
2. Positionierungssteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die den Motor (5) nach seinem Anhalten in Rückwärtsrichtung steuert.

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3. Positionierungssteuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Steuereinrichtung vorgesehen ist, die den Rotationsbetrag des Motors

(5) in Rückwärtsrichtung mit dem Rotationsbetrag des Motors nach der Erzeugung des Ursprungsimpulssignals vergleicht, bis der Motor anhält.
4. Positionierungssteuersystem nach einem der Ansprüche

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Inkrementalkodierer (6) eine Wahlschaltung mit einer ersten .Halteschaltung (63,64) zum separaten Festhalten zweier Arten von Kodierimpulssignalen P-, P_n mit derselben Wellenform auf ein Taktsignal P hin aufweist, wobei die beiden Arten von KodierimpulsSignalen P , P_R gegeneinander phasenverschoben sind, so daß die Phasenbeziehung zwischen den Impulskodiersignalen bei Vorwärtsdrehung und bei Rückwärtsdrehung umgekehrt ist, daß das Taktsignal P eine Periodendauer hat, die kleiner ist als die kürzere Periodendauer zwischen einer der Phasendifferenz entsprechenden Zeit und einer Zeit zwischen der positiven Flanke des nacheilenden Kodiersignals und der negativen Flanke des voreilenden Kodiersignals ist, daß eine zweite Halteschaltung (6 6,67) vorgesehen ist, die auf das Taktsignal P_c hin das Aus gangs signal der ersten Halteschaltung (63,64) festhält,und daß eine Speichereinrichtung, die zuvor Vorwärts- und Rückwärtsdaten enthält, die AusgangssignaIe der ersten Halteschaltung (63,6 4) und der zweiten Halteschaltung (66,67) als AdressensignaIe empfängt und die Vorwärtssignale als RückkopplungsimpulssignaIe erzeugt, wenn vier Adressensignale,die eine Adresse angeben, eine Phasenbeziehung haben, die die Vorwärtsdrehung des Inkrementalkodierers (6) angibt,und als Rückkopplungs-

impulssignal ein Rückwärtssignal erzeugt, wenn die vier Signale eine Beziehung haben, die eine Rückwärtsdrehung des Inkrementalkodierers (6) angibt·
5. Positionierungssteuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Erzeugung eines zusätzlichen Adressenwertes vorgesehen ist, der dem Adressenwert hinzugefügt wird, so daß von den in der Speichereinrichtung (65) gespeicherten Werten ein bestimmter Wert ausgelesen wird.