DE3324739A1 - Steuersystem fuer automaten mit direktanleitung und nachvollzug - Google Patents

Description

Steuersystem für Automaten mit Direktanleitung und Nachvollzuq

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem für Direktanleitungs-Automaten' bzw . -Roboter; im einzelnen betrifft die Erfindung ein Steuersystem für Automaten mit Direktanleitung und Nachvollzug, das zum Unterdrücken von Funktionsinstabilitäten oder Fehlern ausgebildet ist, die einer Untersetzung oder einem anderen Übertragungsteil, welche in dem Antriebskraftweg für ein Automatenelement verwendet werden, oder Einflüssen an dem Automatenelement einwirkender äußerer Kräfte zuzuschreiben sind.

Im Falle eines Direktanleitungs-Automaten entsteht unvermeidbar die Erfordernis, mittels einer geeigneten Vorrichtung die Bewegungselemente des Automaten von dem Antriebsmechanismus abzukoppeln und zu lösen, so daß bei dem Direktan-1 e ι tunqsvn rqang , wenn d,i p. Ant. r i obnquo 1J η angehalten ist, ein Handgelenk- oder Armteil des Automaten von einer Bedienungsperson leicht bewegt werden kann. Beispielsweise wird bei einer in Fig. 1 der Zeichnung gezeigten Anordnung, bei der ein Automatenarm 1 mittels eines Motors M gedreht wird, eine zwischen den Arm 1 und den Motor M gesetzte Kupplung vor der direkten Anleitung ausgekuppelt, um den Arm 1 von

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der Widerstandsbelastung durch den Motor M und eine Untersetzung 3 frei zu machen. Ferner war es in der Praxis üblich, zum Ermitteln der Stellung des Arms 1. mittels eines Stellungsmeßgebers wie beispielsweise mittels eines Drehmelders die Armstellung während der Anleitunqs- und Nnchvollzugs-Vorgänge unter Verwendung eines einzigen StellungsmeBgebers El zu erfassen. Daher wird in den meisten Fällen der Stellungsmeßgeber El an dem Arm 1 und insbesondere zwischen der Kupplung 2 und dem Arm 1 angeordnet.

Gemäß der Darstellung in der Fig. 2, die eine Blockdarstellung des automatischen Regelsystems nach Fig. 1 zeigt, ist jedoch eine Übertragungsfunktion Gm des Motors in Reihe zu

,ρ- einer Übertragungsfunktion GL geschaltet, die Abweichungen der Untersetzung .und der Antriebswelle des mechanischen Übertragungssystems wiedergibt; daher entspricht die sich ergebende Übertragungsfunktion dem Produkt aus diesen beiden Übertragungsfunktionen. Wenn das mechanische System

2Q flexibel wird und die Eigenfrequenz der Übertragungsfunktion GL niedrig wird, wird folglich die Regelung durch Schwingungen instabil, wenn die Schleifenverstärkung angehoben wird.

Beispielsweise kann zum Verbessern der Armeinstellgenauigkeit und zum Verringern der Größe bei dem Drehübertragungssystem für ein Automatenbetätigungsglied zweckdienlich ein üblicherweise als "Harmonie Drive"- Untersetzungsgetriebe (Handelsbezeichnung von Harmonie Drive Systems, Tokyo, Japan) bezeichnetes Untersetzungsgetriebe verwendet werden, das ohne Spiel ist und ein hohes Untersetzungsverhältnis ermöglicht; da aber die kleine Federkonstante des Untersetzungsgetriebes durch eine große Verwindung wiedergegeben wird, entsteht das Problem des Schwingens durch das Absenken der Eigenfrequenz der Übertraqunqsfunk L ion. Bei-

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spiele von Sprunganwort-Kennlinien des Regelsystems nach Fig. 1 sind in den Fig. 3 und 4 aufgetragen, von welchen die Fig. 3 einen Fall geringer Verstärkung zeigt, während

die Fig. 4 einen Fall mit geringfügig angehobener Verstär-5

kurig zeigt. Hieraus ist ersichtlich, daß mit dem Ablauf der Zeit die Schwingungen verstärkt werden, bis die Regelung äußerst schwierig wird. Die Ansprechverzögerung bei einem solchen Regelsystem wird durch einen Bauteil mit

niedriqer Federkonstante, und zwar nicht nur bei der Ver-10

wendung des vorstehend genannten "Harmonie Drive"-Untersetzungsgetriebes, sondern auch bei der Verwendung irgendeines anderen Planetenrad- oder Zykloid-Untersetzungsgetriebes, durch eine Übertragungswelle, die verglichen mit der Belastung zu lang ist oder einen zu kleinen Durchmesser hat, oder durch die Kompressibilität von Öl im Falle hydraulischer Kraftübertragungen verursacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Regelverzö-2Q gerung bei einem Direktanleitungs-Automaten auszuschalten, welche unvermeidbar bei dem herkömmlichen Steuersystem auftritt, bei welchem zur Ermittlung der Stellung eines Arms des Automaten sowohl bei dem Anleitungsvorgang als auch bei dem Nachvollzugsvorgang ein einziger Stellungsmeßgeber verwendet wird.

Im einzelnen soll mit der Erfindung ein Steuersystem geschaffen werden, bei dem ein Paar aus Stellungsmeßgebern verwendet wird, von denen einer an der Ausgangsseite und der andere an der Eingangsseite eines Übertragungsmechanismus mit einer Untersetzung und einer Reibkupplungsvorrichtung angeschlossen ist, und die Stellungsdaten für die Ausgangsseite zu einer Antriebssteuerung zugeführt werden, um damit Verzögerungen oder Fehler auszuschalten, die durch eine Drillverformung des Übertragungsmechanismus verursacht werden.

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Weiterhin soll mit der Erfindung ein Steuersystem der vorstehend angeführten Art geschaffen werden, das eine Schutzvorrichtung zum Schutz eines Automatenelements oder des

Übertragun.gsmechanismus gegen eine übergroße Belastung 5

aufweist.

Weiterhin soll mit der Erfindung ein Steuersystem der vorstehend genannten Art geschaffen werden, bei dem ein Schalter oder ein Schaltkasten verwendet wird, der an oder in der Nähe eines Automatenglieds angebracht und während einer direkten punktweisen bzw. Punkt-für-Punkt-Anleitung beispielsweise eines Schweißautomaten bzw. Schweiß-Industrieroboters leicht zur Abgabe erforderlicher Anweisungssignale - ρ- zugänglich ist.

Ferner soll mit der Erfindung ein Steuersystem der vorstehend genannten Art geschaffen werden, das eine Begrenzungseinrichtung zum Begrenzen der Bewegung eines Automa-2Q tenelements auf einen programmgesteuerten Bereich bei dem Direktanleitungsvorgang aufweist.

Mit der Erfindung wird ein Steuersystem für einen Direktanleitungs-ZNachvollzugs-Automaten geschaffen, bei dem an eine Antriebsquelle für den Antrieb eines Automatenelements über eine Reibkupplungsvorrichtung ein Glied kleiner Federkonstante angeschlossen ist; das Steuersystem weist grundlegend einen ersten Stufen-Stellungsmeßgeber, der zum Erfassen der Drehstellung des Automatenelements zwischen dem Automatenelement und der Reibkupplungsvorrichtung angebracht ist, einen zweiten Stufen-Stellungsmeßgeber, der zum Erfassen der Drehstellung der Antriebnquo 1 1r an die AnLriobsquelle angeschlossen ist, und eine Schalteinrichtung zum wahlweisen Verbinden des Ausgangsanschlusses des ersten bzw. des zweiten Stellungsmeßgebers mit einer Antriebssteuereinrichtung bei der Anleitungs-Betriebsart. h/.vi. der Nachvollzugs-Betriebnait auf.

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Die Erfindung wiii'd nachstehend anhand von A u s Γ ü h r u η g s b e i spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Blockdarstellung einer herkömmlichen Steuer-5

schaltung für einen Direktanleitungs-Automaten.

Fig. 2 ist eine Blockdarstellung eines mathematischen Modells dieser Steuerschaltung.

Fig. 3 und 4 sind grafische Darstellungen von Sprungantwortkennlinien der Steuerschaltung nach Fig. 1 .

Fig. 5 ist eine Blockdarstellung des Steuersystems gemäß - einem Ausführungsbeispiel.

Fig. 6 ist eine Blockdarstellung, die ein mathematisches Modell des Steuersystems nach Fig. 5 zeigt.

₂₍-j Fig. 7 ist eine Axialschnittansicht, die ein Beispiel für einen Automatenbetätigungs- oder Stellmechanismus zeigt, der einen ersten und einen zweiten Stellungsmeßgeber gemäß der Darstellung in Fig. 6 enthält.

Fig. 8 ist eine grafische Darstellung einer Sprungantwortkennlinie des Steuersystems gemäß dem Ausführungsbeispiel .

Fig. 9 ist eine der Ansicht in Fig. 7 gleichartige Ansicht, zeigt aber eine Abwandlung des Stellmechanismus, bei der anstelle einer elektromagnetischen Kupplung eine elektromagnetische Bremse verwendet wird .

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■ . ^

Fiq.10 ist eine Teilschnittansicht, die ip vergrößertem Maßstab eine bei dem Mechanismus nach Fig. 9 verwendete Öldichtung zeigt.

Fig.11 ist eine Blockdarstellung des Steuersystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Fig.12 ist eine der Darstellung in Fig. 11 gleichartige Darstellung, zeigt aber das Steuersystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Fig.13 und 14 sind Blockdarstellungen von mathematischen Modellen des Steuersystems nach Fig. 12.

Fig.15 ist eine grafische Darstellung, die die Sprungantwortkennlinie des Steuersystems nach Fig. 11 in dem Fall zeigt, daß K = 1 gilt.

2Q Fig.16 und 17 sind Blockdarstellungen von Regelungsschleifen ohne die in Fig. 13 gezeigte Rückführung von Stellungsdaten.

Fig.18 ist eine grafische Darstellung, die die Sprungantwortkennlinie in einem Fall zeigt, bei dem K größer als 1 ist.

Fig.19 ist eine Blockdarstellung einer Abwandlung des Steuersystems nach Fig. 12.

Fig.20 ist eine Blockdarstellung des Steuersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem eine Einrichtung zum Begrenzen der Bewegung eines Automatenelements auf einen durch Programm steuerbaren Arbeitsbereich eingegliedert ist.

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F ι rj. 2 1 ist eine Schrii ttansich t eines Armbe» t fit ι gungsg lieds

Fig.22 und 23 sind Blockdarstellungen, die das Steuersystem

gemäß Ausführungsbeispielen zeigen, bei denen eine 5

Schutzschaltung für einen Handgelenkteil oder ein anderes Automatenelement eingegliedert ist.

Fig.24 ist ein Ablaufdiagramm, das von dem Steuersystem nach Fig. 23 ausgeführte Arbeitsschritte zeigt.

Fig.25 ist eine Blockdarstellung des Steuersystems gemäß

einem Ausführungsbeispiel, in dem eine Schutzschaltung zum Verhindern einer übermäßig großen Drßhbe-,,-lastung einer Übertragungsvorrichtung eines Automatenbetätigungsglieds eingegliedert ist.

Fig.26 und 27 sind Blockdarstellungen, die Abwandlungen der Übertragungsyorrichtung-Schutzschaltung zeigen.

Fig.28 ist eine Seitenansicht eines Schweißautomaten eines Ausführungsbeispiels, bei dem eine punktweise Direktanleitung ausführbar ist.

ok Fig.29 ist eine Blockdarstellung des Steuersystems für den-Automaten nach Fig. 28.

Fig.30 ist ein Ablaufdiagramm, das bei dem punktweisen Direktanleitungsvorgang bei dem Ausführungsbeispiel ausgeführte Schritte zeigt.

Fig.31 und 32 sind schematische Ansichten, die tagen des körperfernen Endes eines Schweißbrenners bei einem Anleitungsvorgang bzw. einem Nachvollzugsvorgang veranschaulichen.

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Fig.33 ist eine Blockdarstellung eines Schweißautomaten und des Steuersystems desselben, bei dem ein Schalter an einem Schweiß brenner dazu verwendet wird, bei einem punktweisen Direktanleitungsvorgang verschiedenerlei codierte Befehlssignale zu erzeugen.

Fig.34(a) bis 34(d) sind Darstellungen von codierten Befehlssignalen, die durch das Ein- und Ausschalten eines einzelnen Schalters erzeugt werden.

Fig.35 ist eine Blockdarstellung der Schaltungsanordnung eines Diskriminators.

,,- Fig.36 ist eine schematische Ansicht eines Anleitungsschaltkastens bei einem Ausführungsbeispiel des Steuersystems.

Fig.37 ist eine Blockdarstellung zur Erläuterung der Funktionen des Schaltkastens.

Fig.38 ist eine schematische Ansicht, die den Schaltkasten im Ansatz an einen Schweißbrenner zeigt.

Fig.39 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Verbindungsteil in Verbindung mit einem Anschlußteil des Schaltkastens für das Befestigen desselben an dem Schweißbrenner zeigt.

Fig.40 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die die Handhabung des Schaltkastens bei einem punktweisen Direktanleitungsvorgang veranschaulicht.

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In den Fig. 5 bis 8 sind jeweils mit 1 bis 3 bzw. M ein Automatenarm, eine Kupplung, eine Untersetzung bzw. ein Motor mit einer Übertragungsfunktion Gm bezeichnet. Der AusgangsanschIuO eines ersten Meßgebers El wie beispielsweise eines Stufen-Codierers bzw. digitalen Drehmelders, der zur Erfassung der Drehstellung des Automatenarms 1 direkt an diesem angebracht ist, ist über einen Schalter 4 an einen Impulszähler 5 wie einen Vorwärts/Rückwärtszähler angeschlossen, dessen Ausgangssignal an eine Steuereinheit 6 und einen Vergleicher 7 abgegeben wird. Der Vergleicher 7 ist an die Steuereinheit 6 angeschlossen, um ein Signal Qm für den Drehwinkel des Motors mit einem aus der Steuereinheit 6 zugeführten Sollsignals Bin für die Arm-

, p. stellung zu vergleichen und ein Signal für die Differenz zwischen den beiden Signalen nach der Umsetzung in eine analoge Größe durch einen Digital/Analog- bzw. D/A-Wandler 8 dem Motor M zuzuführen. Ein zweiter Meßgeber E2 ist gleichfalls durch einen digitalen Drehmelder gebildet, der

PQ den Drehwinkel des Motors über einen an dem Motor M angebrachten Tachogenerator T erfaßt und der über den Schalter 4 mit dem Impulszähler 5 verbunden werden kann. Die Steuereinheit 6, die durch einen Mikrocomputer gebildet ist, ermöglicht die Steuerung der Betriebsvorgänge zumindest des Wählschalters 4, des Impulszählers 5 und des Vergleichers 7.

Das vorstehend beschriebene Steuersystem arbeitet bei der Anleitungs-Betriebsart bzw. der Nachvollzugs-Betriebsart folgendermaßen: Wenn die Steuereinheit 6 mittels eines nicht gezeigten Wählschalters auf die Anleitungs-Betriebsart geschaltet wird, gibt sie ein Signal zum Umschalten des Schalters 4 auf die Stellung nach Fig. 5 zum Verbinden des ersten Meßgebers El mit dem Zähler 5 sowie ein Signal zum Auskuppeln der Kupplung 2 ab. Sobald die Kupplung 2

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ausgekuppelt ist, kann der Arm 1 won einer Bedienungsperson von Hand gedreht werden, wobei die Drehung mittels des ersten digitalen Meßgebers El durch Impulssignale erfaßt

wird. Stufen-Codierer bzw. digitale Drehmelder dieser Art 5

sind in der Technik bekannt. Beispielsweise kann im Falle einer fotoelektrischen Ausführung ein Drehmelder verwendet werden, bei dem eine Drehscheibe mit zwei Reihen von Schlitzen verwendet wird, die unter vorbestimmten Abständen und mit einer gegenseitigen PhaseηVersetzung von 90 ausgebildet sind, um damit die Drehrichtung zu ermitteln und bei jeder Umdrehung ein (nachstehend als Z-Signal bezeichnetes) Nullstellungssignal zu erzeugen. Der als Zähler 5 für das Zählen der Impulsausgangssignale des Meßge-

, r- bers El verwendete Vorwärts/Rückwärtszähler hat qleichfalls bekannten Aufbau und weist einen Vorwärtszählimpuls-Eingang, einen Rückwärtszählimpuls-Eingang und einen Löschsignal-Eingang für das Rücksetzen des Zählwerts in den Anfangszustand (mit dem Pegel "0" aller Ausgangssignale) auf.

2Q Im einzelnen wird dann, wenn mittels eines Armanschlags la bei einem eine Ausgangsstellung des Arms darstellenden vorbestimmten Armwinkel ein Grenzschalter für die Erfassung der Ausgangsstellung eingeschaltet wird, von dem Meßgeber El das Z-Signal abgegeben und an den Lösehsignal-Eingang ein Signal hohen Pegels angelegt. Daher erzeugt der Vorwärts/Rückwärts-Zähler 5, der die Vorwärts- und Rückwärts-Zählimpulse aus dem ersten Meßgeber El integriert, ein die absolute Stellung des Arms 1 darstellendes Ausgangssignal. Diese Funktionsweise und Gestaltung eines digitalen Meßgebers sowie dessen Verbindung mit dem Zähler 5 sind gleichartig bei den beiden Meßgebern El und E2 anwendbar. Das Ausgangssignal des digitalen Impuls-Meßgebers dieser Art hat die Form gleichmäßig beabstandeter Impulse,durch die einfach eine Aufstufung oder Abstufung mittels einer Impulsanzahl angegeben wird, jedoch nicht die absolute Stellung

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des Arms. Der erste und der zweite digitale Meßgeber El

und E2 sind zur Abgabe der gleichen Inipulsanzahl für eine Drehung des Arms 1 um eine vorbestimmte Winkeleinheit ausgebildet, so daß selbst bei dem Umschalten des Zählers 5 5

von dem ersten Meßgeber El auf den zweiten Meßgeber E2 oder umgekehrt keine Fehler auftreten. Daraus folgt, daß das Ausgangssignal des Zählers 5 den gleichen Wert unabhängig davon annimmt, ob der Zähler mit dem ersten Meßgeber El oder dem zweiten Meßgeber E2 verbunden ist. Vorzugsweise wird jedoch der Zähler 5 mittels des Schalters 4 bei Stillstand des Motors M auf den ersten oder den zweiten Meßgeber umgeschaltet, um damit Fehler zu vermeiden, die durch eine bei einer Beschleunigung oder einer Belastung

j ρ- des Arms auftretende Torsionsverformung der Untersetzung oder anderer Bauteile verursacht werden. In dieser Hinsicht ist es anzustreben, für einen- jeden Automatenarm oder jedes gleichartige Automatenelement eine Ausgleichsfeder oder ein Gegengewicht vorzusehen, um damit das Schwerkraftmoment auszugleichen, das an derartigen Elementen selbst bei Stillstand des Automaten wirkt. Ferner ist es auch zum Verhindern derartiger Fehler empfehlenswert, die Meßgeber , immer bei einer vorbestimmten Stellung umzuschalten, bei der das Schwerkraftmoment den geringsten Einfluß ergibt.

Auf diese Weise wird bei der"Anleitungs-Betriebsart der Drehwinkel der Armstellung mittels des Zählers 5 gemessen und der sich aus einer Bewegung in einer bestimmten Zeitdauer ergebende Wert jeweils aufeinanderfolgend in einen Speicher der Steuereinheit 6 eingespeichert. Natürlich werden hinsichtlich anderer Freiheitsgrade der Bewegung des Arms 1 dem Stufen-Codierer bzw. digitalen Meßgeber El gleichartige Stellungsmeßgeber angebracht und es werden in den Speicher die Stellungsdaten hinsichtlich der jeweiligen Bewegungsrichtungen eingespeichert. Die Anleitung ist ab-

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geschlossen, wenn alle Anwieisungs-Stel lungsdaten in den Speicher eingegeben sind.

Als nächstes wird der Betriebsartwählschalter in die Nach-5

Vollzugsstellung geschaltet, woraufhin die Kupplung 2 eingekuppelt wird und der Schalter 4 auf die andere Stellung zum Verbinden des Zählers 5 mit dem zweiten Meßgeber E2 umgeschaltet wird. Bei dem Nachvollzug werden die durch ' die Anleitung eingegebenen Stellungsdat.en für d pn Arm 1 aufeinanderfolgend aus dem Speicher als Ziel- bzw. Sollwerte Gin ausgelesen, die für die Steuerung der Armstell υng dem Motor M zuzuführen sind. Die Drehung des Motors M wird mittels des zweiten Meßgebers E2 erfaßt, dessen die Auf-

,p. stufungen oder Abstufungen darstellende Ausgangsimpulse mittels des Zählers 5 integriert werden, wobei der Vergleicher .7 ein dem Unterschied zwischen dem Signal Qm für den erfaßten Drehwinkel des Motors M und dem Sollsignal Qin entsprechendes Ausgangssignal abgibt, wodurch die Dreh-

2Q richtung des Motors M so gesteuert wird, daß der Unterschied auf ein Minimum gebracht wird und damit der Arm 1 automatisch in eine Drehstellung mit dem Sollwinkel (Qin) bewegt wird.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind der erste und der zweite Meßgeber El und E2, die selektiv an den Zähler 5 angeschlossen sind, gemäß den vorstehenden Ausführungen durch Stufen-Codierer bzw. digitale Drehmelder gebildet, so daß es erforderlich ist, einen Nullpunkt bzw. eine Nullstellung des zu steuernden Automatenelements festzulegen. Die Nullstellung wird mittels des Z-Sirjnals des Drehmelders und zwar im einzelnen durch das Z-Siqnal aus dem ersten Meßgeber El bestimmt, der seitens des Automatenarms angebracht ist. Dies erfolgt deshalb,weil bei dem Z-Signal aus dem seitens des Motors angebrachten zweiten Meßgeber der Stellungszusammenhang mit dem Automaten-

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arm verlorengeht, wenn die Kupplung ausgekuppelt wird.

Dir F ι c) . 7 veranschaulicht ein B e i s ρ i r L eines Automaten-

B e t ä 11 g u π g s q 1 i e d s bzw. eines Antriebs- oder Stellmechanis-5

inus mit dt; η hnidcn Meßgebern, wobei ein Motor M an einem Ende eines Gehäuses 50 angebracht ist, in dem drehbar mittels Lagern 60 und 70 eine Welle 80 gelagert ist, die mit einer Ausgangszeile 9 des Motors M über ein Untersetzungsgetriebe bzw. eine Untersetzung 3 verbunden ist. Die Welle 80 ist in ihrem mittleren Bereich als eine Einheit mit einem Kern 10 versehen, der eine Wicklung C einer elektromagnetischen Kupplung 2 umgibt. Unter einem kleinen Zwischenraum zu dem Kern 10 ist eine Kupplungsscheibe 12 an-

,,- geordnet, die mittels einer Nutverzahnung 15 an einem Drehzylinder 14 axial bewegbar angebracht ist, welcher über ein Lager 13 drehbar an der Welle 80 gelagert ist. Der Drehzylinder 14 ist an dem Umfang mit einem großen Zahnrad 16 für das Kämmen mit einem kleinen Zahnrad 19 versehen, das einstückig an einer Achse 18 ausgebildet ist, die ihrerseits über ein Lager 17 drehbar an dem Gehäuse 50 angebracht ist. Ferner kämmt ein an der Achse 18 befestigtes großes Zahnrad 20 mit einem kleinen Zahnrad 21, das mit einem ersten Meßgeber.El verbunden ist. Ein zweiter Meßgeber E2 ist an dem rückwärtigen Ende der Ausgangswelle 9 des Motors M angebracht. Der Drehzylinder 14 ist an seinem vorderen Ende mit einem Anschlußteil 22 für das Anschließen eines Automatenelements versehen. Daher wird bei der Drehung des Motors M die Anzahl seiner Umdrehungen mittels des zweiten Meßgebers E2 erfaßt sowie die Drehung der Ausgangswelle des Motors M über die Untersetzung 3 zu dem Kern 10 übertragen; falls die Kupplung im Einkuppelzustand ist, bei dem durch das Erregen der Wicklung C die Kupplungsscheibe 12 mit dem Kern 10 gekuppelt ist, wird die Drehung über den Drehzylinder 14 und die Zahnräder 16, 19, 20 und

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21 weiter zu dem ersten Meßgeber El übertragen, um mit diesem die Anzahl der Umdrehungen des Anschlußteils 22 der Kupplung 2 zu ermitteln. Wenn in diesem Tall das Untersetzungsverhältnis der Untersetzung 1/300 ist und das Über-Setzungsverhältnis der Zahnräder 30 ist, wird der erste Meßgeber El zur Abgabe einer lOmal größeren Anzahl von Impulsen je Umdrehung im Vergleich zu dem zweiten Meßgeber E2 ausgebildet, um damit bei den beiden Meßgebern die Anzahl von Ausgangsimpulsen je Umdrehung gleich zu machen. Zu diesem Zweck kann ein Frequenzteiler oder irgendeine andere geeignete Impulsausgleichseinrichtung verwendet werden.

In der Fig. 9 ist ein anderes Beispiel für den Aufbau ei-

nes Betätigungsglieds gezeigt, bei dem ein Bremsmechanismus verwendet wird, der lösbar mit dem Untersetzungsgetriebe des Betätigungsglieds verbunden ist. Im einzelnen sind in der Fig. 9 mit 101 ein als Drehantriebsquelle dienender Elektromotor, mit 102 eine AusgangswelIe des Motors,

mit 103 ein an die Motorausgangswelle 102 angeschlossenes

"Harmonie Drive"-Umlaufuntersetzungsgetriebe und mit 104 eine Automatenarm-Antriebswelle bezeichnet, die mit dem UmlaufUntersetzungsgetriebe 103 verbunden ist und der Ausgangswelle 102 des Motors 101 koaxial gegenüber-25

gesetzt ist.

In einem Gehäuse 105 des UmlaufUntersetzungsgetriebes 103 ist ein Trocken-Bremsmechanismus angebracht, und zwar im

einzelnen eine elektromagnetische Bremse 106, die lösbar 30

mit dem Umlaufuntersetzungsgetriebe 103 verbunden ist und die aus einem Ständer 108 mit einer Wicklung 107 und einem drehbaren Anker 109 gebildet ist, der dem Ständer 108 gegenübergesetzt ist.

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Das "Harmonic Dnve"-Umlaufuntersetzungsgetriebe 103 hat

den herkömmlichen Aufbau mit einer über eine Nabe an der MotorausgangswelIe befestigten Nockenplatte 110 zum Erzeugen einer elliptischen Bahn, einem um die Nockenplatte 5

110 laufenden Kugellager 111,einem um den Außenumfang des Kugellagers 111 herum angebrachten becherförmigen flexiblen Zahnkranz 112 und einem mit den elliptischen flexiblen Zahnkranz 112 kämmenden Verzahnungsring 113. Der Verzahnungsring 113 ist über ein Lager 114 drehbar an dem Gehäuse 105 gelagert. An dem Verzahnungsring 113 ist ein zylindrisches Teil 116 mit einem Flanschbereich,115 befestigt, an welchem der Anker 109 befestigt ist. Daher ist der Anker 109 als eine Einheit mit dem Verzahnungsring 113

_Λ r- drehbar .
b

Auf das Ausschalten der elektromagnetischen Bremse 106 durch Abschalten der Wicklung 107 hin wird der Anker 109 von dem Ständer 108 gelöst, was den Umlauf des Verzahnungs-

P₀ rings 113 zuläßt. Wenn im Gegensatz dazu die elektromagnetische Bremse 106 eingeschaltet wird, wird der Anker 109 von dem Ständer 108 angezogen und festgelegt. Sobald die elektromagnetische Bremse 106 zwangsweise den Verzahnungsring 113 auf diese Weise gegen eine Drehung festhält, wird die Drehung der Ausgangswelle 102 des Motors 101 durch das Umlaufuntersetzungsgetriebe 103 untersetzt und über den flexiblen Zahnkranz bzw. den flexiblen Zahnkranz-Becher 112 zu der Automatenarm-AntnebswelIe 104 übertragen.

Vorzugsweise wird das Betätigungsglied mit einem Deckelteil 120 versehen, das das Umlaufuntersetzungsgetriebe 103 und die elektromagnetische Bremse 106 räumlich voneinander trennt. Das Deckelteil 120 ist an einem Ende an der Stirnfläche des Zylinderteils 116 befestigt und an dem anderen Ende mit einer Öldichtung 121 versehen, um damit den ande-

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ren Endbereich des flexiblen Zahnkranz-Bechers 112 abzudecken. Die Öldichtung 121 wird federnd an die Umfangsfläche der Automatenarm-Antriebswelle 104 angepreßt. Wie

es in Einzelheiten in Fig. 10 gezeigt ist, inieist die Οίο

dichtung 121 einen Außenring 122 mit L-förmigem Querschnitt, der um die Stirnfläche des Deckelteils 120 herum angebracht ist, und ein Gummiteil 124 auf, das in den Außenring einqesetzt ist und eine Anzahl sich radial erstreckender Rippen _n 123 hat, durch die eine Abdichtung gegenüber Schmiermittel oder einem anderen Öl zu bilden, das sonst an der Automatenarffl-Antriebswielle 104 durchkriechen würde.

Mit der vorstehend beschriebenen Anordnung wird das Einjc dringen des auf den Außenumfang des flexiblen Zahnkranz-Bechers 112 aufgebrachten Fetts bzw. anderweitigen Schmieröls in die elektromagnetische Bremse 106 unterbunden, so daß ein Schlupf der Bremse verhindert wird. Das Lager 114 ist mit einer Dichtung versehen, so daß keine Möglichkeit 2Q des Eindringens von Schmieröl in die elektromagnetische Bremse 106 besteht.

Vorzugsweise wird zur Drehübertragung zu einem Stellungsmeßgeber 126 zwischen dem Umlaufuntersetzungsgetriebe 103 und einem Automatenarm 125 (bzw. einem mit dem Automatenarm verbundenen Glied) eine Drehübertragungsvorrichtung 127 angebracht. Gemäß der Darstellung in der Fig. 9 besteht die Übertragungsvorrichtung aus einem Getriebe mit einem Zahnrad 128 großen Durchmessers, das an der Automatenarm-Antriebswelle 103 befestigt ist, einem Zahnrad 132 kleinen Durchmessers und einem Zahnrad 133 mittleren Durchmessers, die an einer zwischen Gehäusewänden 129 und 130 gelagerten Achse 131 befestigt sind, und einem Zahnrad 135, das an dem Ende einer Achse 134 befestigt ist, die sich durch die Gehäusewand 129 hindurch erstreckt. Der Stellungsmeßgeber 126,

der den Drehw i nkel der Au tomatenarm-Antri ebswel Ie 104 erfaßt, ist an der Gehäusewand 129 befestigt und mit seiner Drehachse 136 über eine Kupplung 137 an die Achse 134 angeschlossen. Die Übertragungsvorrichtung kann auch eine

Kombination aus einer Kette und einem Kettenrad oder aus einer Riemenscheibe und einem Riemen aufweisen. Alternativ können insbesondere dann, wenn der Raum beschränkt ist, das Getriebe 127 und der Stellungsmeßgeber 126 an entgegengesetzten Seiten des Arms 125 an dem vom Umlaufuntersetzungsgetriebe 103 abliegenden Ende angebracht werden. NLchts desto weniger hat die Ausführungsform nach Fig. 9 den Vorteil, daß der Antriebsabschnitt in kompakter Form angeordnet werden kann.

Bei dem Betrieb und zwar insbesondere bei dem Anleitungs-Betriebsvorgang wird die elektromagnetische Bremse 106 ausgeschaltet, wodurch der Anker 109 von dem Ständer 108 gelöst wird, so daß der Verzahnungsring 113 drehen kann.

on Bei diesem Zustand wird entsprechend dem Inhalt der Anleitung der Arm 125 von Hand bewegt, woraufhin über die Automatenarm-Antriebswelle 104 der flexible Zahnkranz-Becher 112 zusammen mit dem Verzahnungsring 113 um den Umfang des Kugellagers 111 gedreht wird, da nun der Verzahnungsring 113 frei drehbar ist. Auf diese Weise kann der Arm 125 mit einer sehr geringen Kraft betätigt werden.

Die Drehung der Antriebswelle 104 wird bei dem Anleitungsvorgang über das Getriebe 127 zu dem Stellungsmeßgeber für die Erfassung der Armstellung übertragen. Die Daten über die ermittelte Stellung werden für die Verwendung bei dem Nachvollzugs-Betriebsvorgang in eine Speichereinrichtung e ingespeichert.

Bei der vorangehend beschriebenen grundlegenden Ausführungsform des Steuersystems führt eine geringe Phasendifferenz

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zwischen den Ausgangsimpulsen des ersten Meßgebers an dem

Automatenelement und des zweiten Meßgebers an der Antriebsquelle zu keinem wesentlichen Fehler, solange die Meßgeber

mittels der Schalteinrichtung nur einmal umgeschaltet wer-5

den. Falls jedoch die Meßgeber mehrere Male umgeschaltet
werden, besteht die Möglichkeit, daß sich Fehler in einem
nicht zu vernachlässigenden Ausmaß addieren. Zum Ausschalten dieser Unzulänglichkeit dient ein in der Fig. 11 gezeig_n tes Steuersystem gemäß einem weiteren Ausführuηgsbeispiel, bei dem für das Steuersystem eines Direktanleitungs-Automaten Absolutwert-Meßgeber verwendet werden.

In der Blockdarstellung in Fig. 11 sind mit 201 bis 203

,,- und M jeweils ein Automatenarm, eine Kupplung, ein Untersetzungsgetriebe bzw. ein Motor bezeichnet. Ein erster
Meßgeber El, der auf gleichartige Weise wie bei dem vorangehend beschriebenen AusführungsbeispieJ direkt an dem
Automatenarm 201 angebracht ist, ist durch einen digitalen

2Q Impulscodierer bzw. Impulsdrehmelder gebildet, mit dem die Drehstellung des Automatenarms 201 erfaßbar ist und dessen Ausgang über einen ersten Impulszähler 204, der beispielsweise durch einen Vorwärts/Rückwärtszähler gebildet ist,
mit einem Schaltkontakt a eines Schaltglieds 205 verbunden ist. Ein zweiter Meßgeber E2, der auf gleichartige Weise
durch einen digitalen Impulsdrehmelder gebildet ist, ist
an dem Motor M zum Erfassen des Drehwinkels desselben angebracht und mit seinem Ausgang über einen zweiten Impulszähler 206, der beispielsweise gleichfalls die Form eines

Voriwärts/Rückwärtszählers hat, an einen zweiten Schaltkontakt b des Schaltglieds 205 angeschlossen. Ein gemeinsamer Kontakt c des Scha 1 trjl i eds 20 5 ist mit ei η or Steuerschaltung 207 und zugleich mit einem Eingang eines Vergleichers 208 verbunden. Der zweite Eingang des Verqleichers 208 jst an die Steuerschaltung 207 angeschlossen und nimmt aus dieser

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ein die So 1 1 st.e I 1 ung des Arms 201 darstellendes Anweisungssignal Hin für den Vergleich mit dem über den Schaltkontakt b und den gome ι ns amen Kontakt, c des Schaltglieds 20 5 zugeführten Signal Om für die Drehstellung des Motors M auf.

Die sich ergebende Differenz der beiden Signale wird mittels eines D/A-Wandlers 209 in eine analoge Größe umgesetzt und nach der Verstärkung in einem Verstärker 212 dem Motor M zugeführt. In der Fig. 11 ist mit T ein Tachogenerator bezeichnet, der zur Rückkopplung zum Verstärker 212 die Drehzahl des Motors M erfaßt. Der Inhalt des ersten Impulszählers 204 kann über eine Übergabeschaltung 210 in den zweiten Impulszähler 206 übertragen werden. Das Umschalten des Schaltglieds 205 und die Übertragung mit der Übergabe-

j- schaltung 210 werden mittels eines Umschaltsignals CS bzw. eines Übertragungssignals TS aus der Steuerschaltung 207 ausgelöst. In diesem Fall ist die Steuerschaltung 207 durch einen Mikrocomputer gebildet. Das Schaltglied 205, die Impulszähler 204 und 206, der Vergleicher 208 und die Über-„_n gabeschaltung 210 sind zwar außerhalb der Steuerschaltung 207 bzw. des Mikrocomputers dargestellt, jedoch können die Funktionen dieser Schaltungen unter Nutzung der internen Verarbeitungsfähigkeit des Mikrocomputers ausgeführt werden.

Wenn durch Bedienung eines nicht gezeigten Betriebsart-Wählschalters die Steuerschaltung 207 auf die Anleitungs-Betriebsart geschaltet wird, wird entsprechend einem Umschaitsignal CS (wie beispielsweise einem Signal "0") aus der Steuerschaltung 207 der gemeinsame Kontakt c des Schaltglieds 205 mit dem Schaltkontakt a verbunden, während die Kupplung 202 durch ein Auskuppelsignal RS aus der Steuerschaltung 207 ausgekuppelt wird. Bei diesem Zustand kann der Arm 201 von einer Bedienungsperson von Hand geschwenkt werden, wobei das Ausmaß seiner Drehbewegung mittels der

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Impulssignale erfaßt wird, die von dem vorangehend genannten digitalen Impulsdrehmelder bekannter Gestaltung abgegeben werden. Infolgedessen wird der Drehiminkel des Arms

201 mittels des Impulszählers 204 gemessen und als Stel-5

lungsdatenwert über das Schaltglied 205 der Steuerschaltung 207 zugeführt, wo die Stellungsdaten aufeinanderfolgend in einen Speicher m der Steuerschaltung 207 unter vorbestimmten Zeitintervallen für das Einlesen der Armbewegungen in einem jeweiligen Bewegungs-Freiheitsgrad auf die gleiche Weise wie bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gespeichert werden.

Zum Umschalten auf die Nachvollzugs-Betriebsweise nach dem

, p. Abschluß der Anleitung wird der Betriebsart-Wählschalter für die Steuerschaltung 207 auf die Nachvollzugs-Stellung geschaltet, woraufhin von der Steuerschaltung 207 ein Einkuppelsignal RS "1" abgegeben wird, damit die Kupplung einkuppelt. In der nachfolgenden Phase gibt die Steuer-

2Q schaltung 207 das Übertragurigssignal TS ab, durch das die Übergabeschaltung 210 so betätigt wird, daß der Inhalt des ersten Impulszählers 204, nämlich der Datenwert für die gegenwärtig bestehende Stellung des Arms 201 in den zweiten Impulszähler 206 übertragen wird, wodurch in diesem die übertragenen Daten als Anfangswert eingestellt werden. Daher erhält der zweite Impulszähler 206 den gleichen Zählstand wie der erste Impulszähler 204. In der nächsten Phase gibt die Steuerschaltung 207 das UmschaJtsιgna 1 CS "1" ab, um damit den gemeinsamen Kontakt c des Schaltglieds 205 mit dem Schaltkontakt b zu verbinden. Aufgrund dieses Schaltvorgangs wird nun über das Schaltglied 205 der zweite Impulszähler 206 an die Steunrochn I tune) 2(17 nngonch 1 okhpm .

Bei dem Nachvollzug werden die durch die Anleitung erzielten Stellungsdaten für den Arm 201 aufeinanderfolgend aus dem Speicher m ausgelesen und dem Vergleicher 208 als Stel-

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lungssollwerte Gin zugeführt. Andererseits werden in dem zweiten Impulszähler 206, dessen Anfangswert durch das S t e 1 1 u η q s s L g η a I d e s e r s t. e η Impulszähler« 204 e i η g e g t e 111 worden ist, die Aufstufunqs- oder Abstufungsimpulse aus

dem zweiten MeOgeber E2 integriert, der die Drehung des Motors M erfaßt; dabei wird der Ausgabewert Qm des zweiten Impulszählers 206 dem Vergleicher 208 zugeführt, in welchem der erfaßte Drehwinkel Qm des Motors mit dem Sollsignal θίη verglichen wird. Entsprechend der Differenz zwischen dem erfaßten Drehwinkel Qm des Motors und dem Sollsignal Gin· wird der Motor M in einer solchen Richtung gedreht, daß die Drehstellung des Arms 201 automatisch gleich dem Sollwinkel θίη gemacht wird.

Bei dem Umschalten von der Nachvollzugs-Betriebsart auf die

Anleitungsbetriebsart ist es nicht erforderlich, den Ausgabezählstand des zweiten Impulszählers 206 zu dem ersten Impulszähler 204 zu übertragen, da der Zählvorgang des 2Q letzteren fortgesetzt wird, obwohl die Zählung bei der Nachvollzugs-Betriebsart nicht genutzt wird.

In der Fig. 12 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Steuersystems gezeigt, bei dem eine Rückführungseinrichtung aus dem Meßgeber seitens der Antriebsquelle zusätzlich zu einer Rückführungseinrichtung aus dem Meßgeber seitens des Automatenelements eingesetzt wird. Bei dem in der Blockdarstellung in Fig. 12 gezeigten Steuersystem wird der Sollstellungs-Datenwert θίη aus einem Rechenprozessor 304, der auf gleichartige Weise durch einen Mikrocomputer gebildet ist, zusammen mit dem die Stellung des Arms oder eines anderen Automatenelements darstellenden Ausgabewert eines Zählers 303 einer Stellungssteuerschaltung 301 zugeführt, die durch Multiplizieren der Differenz (θίη - θ^) zwischen den beiden Eingangssignalen θίη und Θ. mit einem

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geeigneten Verstärkungsfaktor K, ein Drehzahlsteuersignal tcJin abgibt. Das Drehzahlsteuersignal W-Ji η wird mittels eines D/A-Wandlers 312 in eine analoge Größe umgesetzt und

nach einer Verstärkung in Verstärkern 311 und 313 dem Motor 5

M zugeführt, um dessen Drehung zu steuern, die über ein Untersetzungsgetriebe bzw. eine Untersetzung 341 zu einem Automatenelernent übertragen wird, so daß ein gewöhnliches Proportional-Steuersystem gebildet ist. Die mittels eines Tachogenerators 380 erfaßte Drehzahl Wm des Motors wird in einem Verstärker 305 mit einem vorbestimmten Wert multipliziert und zu dem Eingang des als Motortreiberstufe dienenden Verstärkers 313 zurückgeführt. Falls ein Stellungsmeßgeber El bzw. 349 ein digitaler ImpuJsdrehmelder ist,

.r ist zum Berechnen des Absolutwerts des Drehwinkels des b

Arms der integrierende Zähler 303 erforderlich, wobei in diesem Fall der Stellungsmeßgeber El dem ersten Stellungsmeßgeber bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen entspricht.

Zusätzlich zu dem Stellungsmeßgeber El bzw. 349 ist seitens des Motors M ein digitaler Impulsdrehmelder angebracht, der auf die gleiche Weise wie bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen als Stellungsmeßgeber F2 bzw. 381 dient, wobei die Impulsausgangssignale aus dem ersten und dem zweiten Meßgeber El und E2 einem Differenzzähler 302 zugeführt werden, der als Umsetzainrichtung zum gleichzeitigen Zählen der Impulsausgangssignale des ersten und des zweiten Meßgebers und zum Bilden der Differenz zwischen den jeweiligeη Zählständen dient. Als erster und zweiter Stellungsmeßgeber werden zwar digitale Impulsdrehmelder verwendet, jedoch können auch gewünsch ten fa I Is Absolutwert-Impulsdrehmelder verwendet werden. In diesem Fall kann der Zähler 303 weggelassen werden, während der Differenzzähler 302 nur zum Berechnen der Differenz zwischen den Ausgangswerten der beiden Stellungsmeßgeber erforderlich ist.

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Bei dem in I i.q. 12 gezeigton Ausführungsbeίspiel werden von dem D ιfferon/zähler 302 die D ι ffernn/dat pn (Bin - QL) für die Stellungen Qm und QL auf gleichartige Weise wie

die Stellungsdaten QL für das Automatenelement zu der Stel-5

lungssteuerschaltung 301 zurückgeführt. Gewünschten falls kann die Stellungssteuerschaltung 301 in einem Teil des Rechenprozessors 304 ausgebildet werden. In der Steliungssteuerschaltung 301 werden die beiden Signale addiert und es wird ein sich ergebender Stellungsdatenwert QL¹ mit dem An leitungs-Stellungsdatenwert Qin aus dem Rechenprozessor 304 verglichen. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, daß dann, wenn der Differenzdatenwert (Qm - QL) und der Stellungsdatenwert QL einfach addiert werden, die Summe QL¹

, j- gleich dem Wert von Qm ist. Daher wird selbst dann, wenn als Stellungsdatenwert der Wert QL verwendet wird, für die Regelung offensichtlich der Wert Qm als Haupt- Rückführungsgröße herangezogen, was es erlaubt, aus der Regelschleife Beeinflussungen durch Vibrationen und Verwindungen im me-

OQ chanischen System, nämlich hauptsächlich in der Übertragungsvorrichtung wie der Untersetzungsvorrichtung auszuschalten. Darüberhinaus ist es möglich, die Arbeitsqualität bei der Regelung weiter dadurch zu verbessern, daß vor der Addition von QL der Differenzdatenwert (Qm - QL) mit einem geeigneten Faktor Kp (Kp> 1) multipliziert wird, wie es im nachfolgenden in größeren Einzelheiten erläutert wird.

Zwischen den Daten Qm und QL besteht kein Zusammenhang, solange eine Kupplung in dem Untersetzungsgetriebe 341 ausgekuppelt ist, wie es bei der Anleitungs-Betriebsart der Fall ist; dadurch entstehen zum Zeitpunkt des Wiedereinkuppelns der Kupplung mittels eines Schalters bei der Nachvollzugs-Betriebsart Differenzwerte. Infolgedessea wird es schwierig, während des Nachvollzuqs-Vorgangs den Wert (Qm - QL) genau zu messen, falls nicht gleichzeitig

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mit dem Einkuppeln der Kupplung im Getriebe 341 der Differenzzähler 302 rückgesetzt wird. Sobald der Differenzzähler 302 rückgesetzt ist, um die Differenz zwischen 9m und

QL auf Null zu bringen, gibt der Wert (Qm - QL) die danach 5

auftretenden Torsionen und Vibrationen des Untersetzungsgetriebes 341 und anderer Übertragungskomponenten an. Es ist anzustreben, ein Rücksetzsignal zu einem Zeitpunkt vor der Einleitung des Nachvollzugs-Vorgangs, nämlich genaugenommen zu einem Zeitpunkt unmittelbar vor dem Beginn eines Anfangs-Nachvollzugs-Vorgangs zu erzeugen. Dies ist deshalb der Fall, m/eil schon bei einem Beschleunigungszustand die Werte von Qm und QL wegen der Verwindung im Untersetzungsgetriebe 341 nicht mehr miteinander übereinstimmen.

,ε Statt mit dem gerade beschriebenen Rücksetzvorgang den Wert des Differenzzählers 302 vollständig auf Null zu bringen, kann eine gleichartige Wirkung dadurch erzielt werden, daß die Differenz zum Abschluß des Anleitungsvorgangs oder zu Beginn des Nachvollzugsvorgangs als Anfangsabweichung in

2Q einen Speicher eingespeichert wird und während des Nachvollzugsvorgangs von dem aus dem Differenzzähler 302 zugeführten Stellungsdatenwert subtrahiert wird, um damit den echten Stellungsdatenwert zu ermitteln, der der Stellungssteuerschaltung zugeführt werden soll. Falls als erster und zweiter Stellungsmeßgeber Absolutwert-Drehmelder verwendet werden, wird auf die vorangehend beschriebene Weise der zweite Stellungsmeßgeber E2 dadurch neu eingestellt, daß vor Beginn des Nachvollzugsvorgangs der Inhalt des ersten Stellungsmeßgebers El übertragen wird.

Bei der Anleitungs-Betriebsart wird die Kupplung am Getriebe 341 ausgekuppelt und das Automatenelement durch Handbedienung bewegt, während die Stellung des Automatenelements aufeinanderfolgend mittels des Stellungsmeßgebers El bzw. 349 und des Zählers 303 erfaßt wird und die erfaßten Werte in eine Speichereinrichtung 306 als Anleitungs-Stellungs-

-32- DE 3071

daten eingespeichert werden. Die gespeicherten· Anleitungsdaten werden bei dem Nachvollzugs-Vorgang aufeinanderfolgend als Anleitungsdaten bzw. Solldaten θιη ausgelesen,

um den Unterschied zwischen den Solldaten θίη und dem aus 5

dem Stellungssignal QL aus dem Zähler 303 und dem Stellungsdatenwert aus dem Differenzzähler 302 zusammengesetzten Wert zu berechnen, den sich ergebenden Wert mittels eines geeigneten Verstärkungsfaktors K, zu multiplizieren und damit ein an das Antriebssystem anzulegendes Drehzahlsteuersignal OJin zu erzeugen.

Die Fig. 13 stellt eine Blockdarstellung der Funktion des vorstehend beschriebenen Steuersystems dar, wobei zur Ver-

jc emfachung der Darstellung der Einfluß einer Abweichung bzw. Verformung des Untersetzungsgetriebes oder anderer Übertragungskomponenten weggelassen ist. Wenn bei dem Steuersystem nach Fig. 12 der Wert K_F 1 beträgt, wird das Steuersystem zu der in der Blockdarstellung in Fig. 14

on Regelschleife äquivalent. Daraus ist ersichtlich, daß die Regelungs- bzw. Steuerungskennlinie des Direktanleitungs-Automaten in einem Ausmaß verbessert werden kann, das mit demjenigen bei einem Fernsteuerungs-Automaten vergleichbar ist.

Nachstehend werden unter Laplace-Transformation der Gleichung der Übertragungsfunktion Fälle erläutert, bei denen der Wert von Kj- größer als 1 ist. Zunächst bringt die in Fig. 7 mit G. bezeichnete Übertragungsfunktion des mechanischen Systems eine Sekundär-Verzögerung ein und ist durch

(J_L/K)S^Z + (D/K)S

gegeben, wobei J. die Massenträgheit des Arms oder eines

or *-

anderen Automatenelements ist, K die Federkonstante des

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Untersetzungsgetriebes oder dergleichen ist und D der Ge-

samt-Reibungswiderstand einschließlich der Viskosität des Öls oder Fetts in dem Untersetzungsgetriebe und des pneumatischen Widerstands des Arms oder dergleichen ist. In 5

diesem Zusammenhang ist anzumerken, daß bei Automaten im allgemeinen der Wert des Koeffizienten D/K des Glieds 5 beträchtlich größer als derjenige des Koeffizienten J. /K

2
des Glieds S ist. Dies schließt mit ein, daß die Ubertragungsfunktion G. sehr vibrationsempfindlich bzw. schwmgungsempfindlich ist. Andererseits kann die Übertragungsfunktion Gm des Motors durch

Gm = ^Km '

S(TmS + 1)

ausgedrückt werden. Hierbei wird zur Vereinfachung der Erläuterung angenommen, daß Km in K, enthalten ist und daß eine mechanische Zeitkonstante Tm dadurch annähernd auf Null herabgesetzt werden kann, daß ein Servomotor mit guten Leistungseigenschaften und Drehzahl-Gegenkopplung mittels eines Tachogenerators eingesetzt wird; dadurch kann die Übertragungsfunktion Gm als

Gm = |- (2)

angesehen werden.

Die Fig. 17 zeigt eine Regelschleife ohne die Stellungsrückführung nach Fig. 13, nämlich eine Umformung des in Fig. 16 gezeigten Beispiels. Die Gesamt-Übertragungsfunk tion G wird durch

Gm

1 + Gm . G₁ .K₁ .K₁-CL) L Ir Ii.

und durch Einsetzen der Gleichungen (1) und (2) durch

-34- DE 3071

G =

Κ,-Κρ,-D/K+l S JL ._Γ2Ρ, ¹ _.KtKt?-D... K

₊₁

(3)

ausgedrückt. Aus der Gleichung (3) ist festzustellen, daß

die Funktion G. in diesem Fall ^L

JL _σ2 P₊

^i

K ⁺¹

lautet, was eine uerbesserte Funktion G. darstellt, die mit G. bezeichnet wird. Die verbesserte Übertragungsfunktion Gf stellt gleichfalls eine sekundäre Verzögerung dar,

jedoch sind ihre Eigen-Schwingungsfrequenz yn' und ihr

Reibungswiderstandskoeffizient jeweils durch

^{ωη? =} · W*³ ^ ^{4)

und
25

D + K₁-K₁₇-J₁.
^{λ F L}

2 K . J_L - K₁-Kp-D _{+ χ} 2 K - J_L K^

(5)

gegeben.

Die ursprünglichen Werte für 6Jn und t sind jeweils _

J, ( 6 )

-35- De 3071

und

^T " 2Κ . J_L (7)

so daß dann, wenn D als ungefähr gleich Null anzusehen ist, 5

im Gegensatz zu dem Wert von -£', der mit K, . K_f gesteigert werden kann, der Wert von Έ" Null ist. Daher ist es möglich, durch geeignete Wahl des Werts von K, . K_f wie beispielsweise auf den Wert von ungefähr 0,7, der als im _in allgemeinen bei Servomechanismen geeignet angesehen wird, den Wert γ' auf einen erwünschten Wert einzustellen. Falls der Wert von D klein genug ist, treten keine großen Änderungen hinsichtlich der Eigenfrequenz der Schwingung auf.

-,,- Die Fig. 18 zeigt die vorstehend angeführten Ergebnisse mit einer Sprungantwortkennlinie für den Fall K_r>l. Es ist ersichtlich, daß im Vergleich zu der Sprungantwortkennlinie in Fig. 15 für K_f = 1 die Regelcharakteristik weiter verbessert ist. Dies ist deshalb der Fall, weil die

2Q Vergrößerung von -£' bzw. des Reibungswiderstandskoeffizienten und der Werte bezüglich der Dämpfungswirkung durch «_F und K-, eine gleichartige Wirkung wie ein Dämpfungsglied hat, das an dem Automatenarrn zum Dämpfen der Schwingungen desselben angebracht ist.

Obzwar dies bei der vorstehend ausgeführten Transformation der Gleichungen der Übertragungsfunktion nicht in Betracht gezogen ist, hat im tatsächlichen Fall die Verformung des Untersetzungsgetriebes oder anderer Komponenten des mechanischen Systems durch das Schwerkraftmoment einen großen Einfluß. Beispielsweise erfolgt im Hinblick auf die Gleichung die Verformung (Verwindung) des mechanischen Systems bei der Beschleunigung. Obzwar die Gestaltung so getroffen ist, daß das Ausgangssignal an den Motor bei dem Auftreten einer derartigen Verformung unterdrückt wird, besteht noch

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die Möql ichkri t; daß das an dem bestehenden Automaten wirkende; Schwerkraftmoment eine Verformung des mechanischen Systems selbst dann verursacht, wenn der Automatenarm in

der Ruhestellung ist, wobei dem Steuersystem vorgetäuscht 5

wird, daß das Moment eine Beschleunigung ist. Das Problem dieser Art kann dadurch gelöst werden, daß eine Schwerkraftausgleichvorrichtung geschaffen wird, die das Schwerkraftmoment ausgleicht, das eine Verformung des mechanisehen Systems hervorrufen würde, wenn der Arm in einer Anhaltestellung bzw. Ruhestellung ist. Falls nämlich beim Fehlen einer Schwerkraftausgleichsvorrichtung K_r größer als 1 ist, wird ein auf der Verformung des mechanischen Systems beruhender Fehler verstärkt in die Regelschleife eingeführt,

, ρ- so daß das mechanische System so gesteuert wird, als ob eine Beschleunigung vorliegen würde, was die Steuerung des Einstellungsvorgangs beeinträchtigt. Mit dem Schwerkraftausgleich kann jedoch theoretisch zusätzlich zu einer Verbesserung der Genauigkeit bei dem Anhaltezustand ein Feh-

2Q ler dieser Art verhindert werden.

Die Fig. 19 zeigt eine Abwandlung des in Fig. 12 gezeigten Steuersystems, bei der einige Änderungen der Stellungsermittlungsschaltung hinzugefügt sind. Im einzelnen sind bei dieser Abwandlung für die Stellungsmeßgeber El und E2 jeweils Impulszähler 315 bzw. 314 in Verbindung mit einem Subtrahierer 316 vorgesehen, der als eine Umsetzvorrichtung zum Berechnen der Stellungsdatendifferenz zwischen den beiden Impulszählern 314 und 315 dient. Die Stellungsdatendi f f erenz wird mittels eines D/A-Inlandlers 317 in eine analoge Größe umgesetzt und über einen Verstärker 318 mit einem Verstärkungsfaktor K_f zu dem Eingang des als Motortreiberstufe dienenden Verstärker 313 zurückgeführt. Daher ergeben sich die gleichen Ergebnisse wie bei dem in Fig.

12 gezeigten Ausführungsbeispiel, jedoch kann in diesem Fall in Abhängigkeit von der Verstärkung der Stellungs-

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steuerschaltung der Wert K,- von demjenigen gemäß Fig. 12 verschieden sein.

In der Fig. 20 ist ein weiteres Ausführungsbeispie1 des 5

Steuersystems mit einer Warnvorrichtung gezeigt, die eine Bedienungsperson warnt, wenn bei der Direktanleitung der Automat außerhalb eines durch ein Programm steuerbaren Arbeitsbereichs betrieben wird. In der Fig. 20 ist mit _n ein Mehrfachgelenk-Schweißautomat, mit 411 ein Schweißbrenner und mit 412 ein erster Arm bezeichnet. Der erste Arm 412 wird mittels eines Servomotors 413 über ein Untersetzungsgetriebe 414 und eine elektromagnetische Kupplung 415 verstellt, die zwischen das Untersetzungsgetriebe 414

2g und den ersten Arm 412 eingefügt ist. Mit 416 ist ein Ste.llungsmeßgeber wie beispielsweise ein Impulsdrehmelder oder dergleichen bezeichnet, der einen Stellungsdatenwert (Winkel) für den ersten Arm 412 über ein Getriebe 418 erfaßt, das an ein mit dem ersten Arm 412 in Verbindung ste-

OQ hendes Ausgangszahnrad 433 angeschlossen ist, wobei die erfaßten Stellungsdaten einer Steuerschaltung 419 zugeführt werden. Die Steuerschaltung 419 wird durch die ganze Rechensteuereinrichtung oder einen Teil der Rechensteuereinrichtung eines Computers, vorzugsweise eines Mikrocomputers gebildet, der nicht gezeigt ist. Die Steuerschaltung 419 selbst führt Betriebsvorgänge nach einem Computerprogramm aus und kann über eine geeignete Schnittstelle Befehlssignale an selbstständige Schaltungseinricht.ungen abgeben. Mit 420 ist eine Speichereinrichtung bezeichnet, in der die Stellungsdaten aus dem Stellungsmeßqeber 416 sowie Dnton bezüglich des Betriebszustands aus einem Anleitungn-Bedienungskästehen 421 gespeichert worden, da» mit der Steuerschaltung 419 in gegenseitiger Verbindung steht.

-3H- DE 3071

'o i:;o ι I :; ι π I in ι I A 2 2 ρ .inc; S Iv I 1 imqüiibo i-wnrhimqsHrha I tung bezeichnet, die das Ausgangssignal der Steuerschaltung 419 über einen Betriebsart-Schalter 423 empfängt, der bei

dem AnleitungsVorgang eingeschaltet wird. Während des Ano

Leitungsvorgangs empfängt die Stellungsüberwachungsschaltung 422 über die Steuerschaltung 419 die Stellungsdaten für den ersten Arm 412 aus dem Stellungsmeßgeber 416 und überwacht ständig, ob die Stellung des ersten Arms 412 _n innerhalb eines durch das Programm steuerbaren Arbeitsbereichs liegt. Im einzelnen enthält die Überwachungsschaltung einen Verqleicher oder eine Rechenvergleichseinrichtung zum Vergleichen der dem programmgesteuerten Arbeitsbereich entsprechenden Stellungsdaten mit den sich

,ρ· aufeinanderfolgend ändernden Stellungsdaten für den ersten Arm. Sobald die Stellungsdaten aus dem steuerbaren Bereich heraus abweichen, gibt die Überwachungsschaltung ein Befehlssignal an eine Einkuppel/Auskuppel-Schaltung 424 ab, mit der das Einkuppeln und Auskuppeln der elektromagnetisehen Kupplung 415 steuerbar ist, wobei die Kupplung 415 auf den Empfang des Befehlssignals hin eingekuppelt wird. Ferner ist auf unabhängige Weise die Einkuppel/Auskuppel-Schaltung 424 mittels der Steuerschaltung 419 steuerbar, wie beispielsweise so, daß während des Nachvollzug-Vorgangs durch ein Signal aus der Steuerschaltung 419 die Kupplung 415 fortgesetzt eingekuppelt gehalten wird. Statt des Ausbildens der Überwachungsschaltung 422 als selbstständige Schaltung können deren Funktionen gewünscht enfal Is in die Programmroutine des Automatensystems eingegliedert werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, zwischen der Stellungsüberwachungsschaltung 422 und der Einkuppel/ Auskuppelschaltung 424 einen Zeitgeber 425 anzubringen, der durch ein Befehlssiqna1 aus der Ste 1 1 unqsüberwachungsschaltung 422 in Betrieb gesetzt wird und auf den Ablauf

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einer vorbestimmten Zeitdauer (von vorzugsweise 2 bis 3 Sekunden) vom Auslösezeitpunkt hin an die Einkuppel/Auskuppelschal tung 424 ein Befehlssignal zum Auskuppeln der elektromagnetischen Kupplung 415 abgibt. Durch diesen Zeitgeber kann die durch eine Abweichung aus dem programmgesteuerten Bereich eingekuppelte elektromagnetische Kupplung 415 nach einer vorbestimmten Zeitdauer automatisch ausgekuppelt werden, was es der Bedienungsperson erlaubt, den Anleitungsvorgang fortzusetzen.

In der Fig. 20 sind mit 426 Überlauf-Grenzschalter bezeichnet, während mit 427 ein Tachogenerator bezeichnet ist, der koaxial zu dem Servomotor 413 angeordnet ist und als

-■κ Drehzahlmeßgebervorrichtung dient. Die Ausgangssignale der Überlauf-Grenzschalter 426 und des Tachogenerators 427 werden einer Servotreiberschaltung 428 zugeführt, die ei en Servomotor 413 steuert. Die Servotrejberscha1tung 428 steuert den Servomotor 413 entsprechend dem Befehlssignal

2Q aus der Steuerschaltung 419, wird aber während des Anleitungsvorgangs außer Betrieb gesetzt. Andererseits wird bei dem Nachvollzug-Vorgang ein Überlaufen des ersten Arms 412 mittels des Überlauf-Grenzschalters 426 verhindert, der durch einen Mitnehmer an dem ersten Arm geschaltet wird, wobei die Servotreiberschaltung 428 außer Betrieb gesetzt wird, um zur Sicherheit und zugleich zum Schutz den Servomotor 413 anzuhalten.

Im Betrieb gibt auf die Einstellung in die Anleitungs-Betriebsart hin die Steuerschaltung 419 ein Befehlssignal an die Einkuppel/Auskuppelschaltung 424 zum Auskuppeln der elektromagnetischen Kupplung 415 ab. Dnnnrh wird der Wählschalter 423 in die Anleitungsstellung geschaltet. Bei diesem Zustand kann die Bedienungsperson baιspielsweise den Schweißbrenner 411 handhaben, um über das Anlcitungs-

-40- DF. ?()71

lied ι fi)iinc)!ik;i:; t chei) 421 ο ι nc Un 11¹ rwe i :>unq hinsichtlich der Arbn ι t sbewequnqpri vo r /unehinon . Die Stellung des ersten Λ iMiiis 412 wird au ie inander Γο J q end mittels des S t el lungsmeß-

gebers 416 erfaßt, dessen Stellungsdaten in die Speichero

ei η riehtunq 420 eingespeichert und zugleich der Stel lungsüberwachungsschaltung 422 zugeführt werden, um durch vergleichende Rechenvorgänge zu überprüfen, ob sich der Arm in dem durch das Programm steuerbaren Arbeitsbereich befindet. Falls der Automatenarm über die vorgewählten Stellungsdaten (die die Grenzstellungen des programmgesteuerten Arbeitsbereichs darstellen) hinaus bewegt wird, gibt die Stellungsüberwachungsschaltung 422 an die Einkuppel/Auskuppelschaltung 424 ein Befehlssignal ab, das

,ρ- das Einkuppeln der elektromagnetischen Kupplung 415 bewirkt. Daraufhin wird die Handhabung des Automatenarms sehr schwer, da das Ausgangszahnrad 433 nunmehr über das Untersetzungsgetriebe 414 an den Servomotor 413 angeschlossen ist. Daher kann die Bedienungsperson aus dem plötzlichen

2Q Widerstand gegen die Armbewegung direkt wahrnehmen, daß der programmgesteuerte Arbeitsbereich überschritten ist.

Das Befehlssignal aus der Stellungsüberwachungsschaltung 422 wird auch dem Zeitgeber 42 5 zu dessen Inbetriebnahme zugeführt, welcher daraufhin nach dem Ablauf von zwei oder drei Sekunden von dem Auslösezeitpunkt an an die Einkuppel/ Auskuppelschaltung 424 ein Signal zum Auskuppeln der elektromagnetischen Kupplung 425 abgibt, so daß zur Fortsetzung des Anleitungsvorgangs der Automatenarm leicht in den programmgesteuerten Bereich zurückgeführt werden kann.

Es wurde zwar die Anleitungsbereich-Begrenzung im Zusammenhang mit einem Automatenarm beschrieben, jedoch kann auf diese Weise auch der Drehwinkel eines drehbaren Sockels oder eines anderen bewegbaren Automatenelements begrenzt

-41- DE 3071

werden, das Bewegungsfreiheit in einer bestimmten Richtung hat.

Die Fig. 22 bis 24 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel 5

des Steuersystems und insbesondere ein Antriebs-Steuersystem mit einer Schutzeinrichtung zum Schutz eines Armteils, eines Handgelenkteils oder eines Werkzeugteils eines Automaten gegen von außen ausgeübte Kräfte beim zufälligen Anstoßen gegen ein Objekt oder ähnlichen Situationen.

Die Fig. 22 zeigt an einem Automaten einen Handgelenkteil
501, der zu einer Einheit mit einem Schweißbrenner 502
gestaltet ist und um eine Achse 503 drehend mittels eines

Motors M angetrieben bzw. verstellt wird. Im einzelnen
15

ist eine Ausgangswelle 504 des Motors M mit einer Übersetzungsvorrichtung R wie einem Untersetzungsgetriebe verbunden, während zwischen das Untersetzungsgetriebe R und
den Handgelenkteil 501 des Automaten eint; Kupplung 505

eingefügt ist. Die Drehbewe^inn des Motors wird mittels
20

einer Zentraleinheit CPU (506)gesteuert, der als Hauptkomponenten ein Festspeicher ROM, ein Schreib/Lesespeicher bzw. Arbeitsspeicher RAM, Eingabeschnittstellen I„ und Ausgabeschnittstellen I. zugeordnet sind. Ein Stellungssignal aus der Zentraleinheit CPU wird über die Ausgabeschnitt-

stellen I. einem D/A-Wandler 507 zum Umsetzen in eine analoge Größe vor dem Anlegen an eine Treiberschaltung 508
zugeführt. Die Treiberschaltung 508, die eine Art Verstärker bildet, führt dem Motor M einen Antriebsstrom Ia zu.
Mit der Ausgangswelle 504 des Motors M ist ein Impulsdrehmelder 509 verbunden, der einem Vorwärts/Rückwärtszähler
510 eine zum Drehwinkel der Ausgangswelle 504 des Motors M proportionale Anzahl von Ausgangsimpulsen zuführt. Dieser
Impulsdrehmelder 509 ist ein digitaler Drehmelder bzw. Codierer, der zur Abgabe von Impulsen in einer Anzahl ausgebildet ist, die einer Zunahme oder Abnahme des Drehwinkels

-42- DE 3071

der Motor-Ausgangswelle 504 entspricht. Die Ausgangsimpulse

des Impulsdrehmelders 509 werden mittels des Vorwärts/Rückwärtszählers 510 integriert, um damit die absolute Stellung der Motor-Ausgangswelle 504 (in Bezug auf die mittels 5

eines Nullstellungsmechanismus eingestellte Nullstellung gemäß der vorangehenden Beschreibung) zu erfassen. Zum Ermitteln des Drehwinkels der Achse 503, die die Kupplung mit dem Handgelenkteil 501 des Automaten verbindet, ist ein weiterer Impulsdrehmelder 511 vorgesehen, der gleichermaßen wie der Impulsdrehmelder 509 durch einen digitalen Drehungscodierer gebildet ist. Mit dem Ausgangsimpulssignal des Impulsdrehmelders 511 wird ein dem Vorwärts/Rückwärtszähler 510 gleichartiger Vorwärts/Rückwärtszähler 512 ange-

, r- steuert, um dadurch den absoluten Drehwinkel der Achse 503 zu erfassen. Die Perioden der Ausgangsimpulse der Impulsdrehmelder 509 und 511 sowie die Umsetzungsverhältnisse der Zähler 510 und 512 sind im voraus so eingestellt, daß die Ausgangssignale der Zähler 510 und 512 einander äqui-

2Q valent sind, solange die Achse 503, die Ausgangswelle 504 und das Untersetzungsgetriebe R völlig frei von einer Verwindung sind und die Kupplung 505 eingekuppelt ist, wie es im folgenden beschrieben wird. Daher gibt ein zwischen den Ausgangswerten des Zählers 510 und 512 bei eingekuppelter Kupplung 505 auftretender Unterschied eine Torsionsverformung der Achse 503, der Ausgangswelle 504 oder des Untersetzungsgetriebes R sowie eine Phasenverschiebung zwischen der Achse 503 und der Ausgangswelle 504 an.

Die Ausgänge der Zähler 510 und 512 sind jeweils mit einem Vergleicher 513 verbunden, welcher seinerseits mit einem Diskriminator 514 verbunden ist. Auf diese Weise, werden Stellungssignale C, und C₂, die jeweils von dem Zähler 510 bzw. 512 abgegeben werden, an den Vergleicher 513 angelegt, um daraus den Wert (C, - C₂) = Ac der Differenz zwischen

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den beiden Signalen zu berechnen. Der Absolutwert der Differenz l\C wird mit einem vorbestimmten Bezugswert Δ Cg in dem Diskriminator 514 verglichen, der über die Eingabeschnittstelle I„ ein Abschaltsignal an die Zentraleinheit

^-

506 bzw.CPU abgibt, wenn der Absolutwert von £C größer als AC_Q ist. Auf den Empfang des Abschaltsignals hin gibt die Zentraleinheit ein Stopsignal an alle Antriebsquellen ab, die die Bewegung des Handgelenkteils 501 in den verschiedenen Richtungen steuern. Zugleich wird das Abschaltsignal aus dem Diskriminator 514 einem Schaltglied 515, das zwischen die Treiberschaltung 508 für den Motor M und eine Stromquelle geschaltet ist, und einem Ein/Ausschalter 516 zugeführt, der zwischen die Kupplung 505 und eine Strom-

,p- quelle hierfür geschaltet ist, wobei das Schaltglied 515 und der Schalter 516 ausgeschaltet werden, um damit zum Anhalten des Motors M den Ausgangsstrom der Treiberschaltung 508 zu unterbrechen und die Kupplung 505 auszukuppeln, so daß der Handgelenkteil 501 des Automaten von dem Unter-

2Q Setzungsgetriebe R getrennt wird.

Gemäß den vorangehenden Ausführungen wird die Differenz zwischen den Ausgangssignalen C, und C„ der Zähler 510 und 512 größer als der Bezugswert /IC_n, wenn die Phasendifferenz zwischen der Ausgangswelle 504 und der Achse 503 einen bestimmten Wert übersteigt, nämlich an dem Handgelenkteil 501 eine große Belastung ausgeübt wird, die eine abnormal große Torsionsverformung des Untersetzungsgetriebes R, der Achse 503 und/oder der Ausgangswelle 504 verursacht. Eine derart große Drehbelastung an dem Handgelenkteil 501 tritt auf, wenn der Handgelenkteil 501 des Automaten oder der an dem Handgelenkteil 501 angebrachte Schweißbrenner 502 gegen ein festes Objekt oder ein starres Gebilde stößt. In einem solchen Fall wird der Schalter 516 sofort ausgeschaltet, und die Kupplung 505 ausgekuppelt, wodurch der Handgelenk-

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teil 501 des Automaten freigegeben wird, so daß sich zum Schutz gegenüber Beschädigungen der Handgelenkteil von dem Hindernis weg bewegen kann. Dabei ist es selbst bei der

Freigabe des Schweißbrenners 502 anzustreben, das Abschalt-5

signal auch an das Schaltglied 515 anzulegen, um damit gemäß den vorangehenden Ausführungen den Motor M durch Begrenzen seines Eingangsstroms Ia anzuhalten, damit nicht durch die fortgesetzte Drehung des Motors M der Handgelenkteil 501 des Automaten oder der Schweißbrenner 502 gegen andere Hindernisse stößt.

Für den Anleitungsvorgang wird ein an der Zentraleinheit bzw. Steuereinheit 506 angebrachter (nicht gezeigter) Be-

, p. triebsart-Wählschalter in die Stellung für die Anleitungs-Betriebsart geschaltet, woraufhin die Zentraleinheit CPU über die Ausgabeschnittstelle I, und eine Leitung 517 an das Schaltglied 515 und den Ein/Ausschalter 516 ein dem vorangehend genannten Abschaltsignal gleichartiges Signal

2Q abgibt, durch das der Motor M angehalten wird und die Kupplung 505 ausgekuppelt wird, so daß der dadurch freigegebene Handgelenkteil 501 des Automaten leicht von Hand bewegt werden kann. Sobald durch Ergreifen des freigegebenen Handgelenkteils 501 der Schweißbrenner 502 bewegt wird, wird die Verstellung des Handgelenkteils 501 mittels des Impulsdrehmelders 511 gemessen und das sich aus der Integration mittels des Vorwärts/Rückwärtszählers 512 ergebende Signal über die absolute Stellung des Handgelenkteils über ein Schaltglied 518 und die Eingabeschnittstelle I„ der Zentraleinheit CPU der Steuereinheit 506 zugeführt, wodurch die Stellungsdaten in gleichmäßigen Zeitabständen in den Arbeitsspeicher RAM eingespeichert werden. Auf den Abschluß dieses Anleitungsvorgangs längs einer Schweißnaht hin wird durch Umschalten des Betriebsart-Wählschalters in die Nachvollzugs-Stellung auf die Nachvollzugs-Betriebsart

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umgeschaltet. Daraufhin werden mittels eines über die Leitung 517 zugeführten Signals das Schaltglied 515 und der Ein/Ausschalter 516 eingeschaltet, so daß damit die Treiberschaltung 508 und die Kupplung 505 eingeschaltet werden. 5

Die StelvLungsdaten, die aufeinanderfolgend aus dem Arbeitsspeicher RAM ausgelesen werden, werden über die Ausgabeschnittstelle I. nach der D/A-Umsetzung der Treiberschaltung 508 zugeführt, wodurch der Motor M so angetrieben wird, daß der Handgelenkteil 501 des Automaten längs der bei dem Anleitungsvorgang aufgenommenen Bewegungsbahn bewegt wird. Der Drehwinkel des Automaten-Handgelenkteils 501 wird mittels des Impulsdrehmelders 511 und des Vorwärts/Rückwärtszählers 512 erfaßt, welcher entsprechend den Ausgangsim-

,,- pulsen des Impulsdrehmelders 511 ein Ausgangssignal für einen Absolutwert abgibt. Das Absolutwert-Ausgangssignal des Vorwärts/Rückwärtszählers 512 wird zu der Zentraleinheit CPU zurückgeführt und mit dem aus dem Arbeitsspeicher RAM ausgeiesenen Sollsigrial verglichen, um damit automatisch den Drehwinkel des Motors M zu korrigieren. Auf den Beginn des Nachvollzug-Vorgangs hin wird im Ansprechen auf einen (über eine Leitung 531) aus der Zentraleinheit CPU empfangenen Befehl mittels einer Übergabeschaltung 530 der Inhalt des Zählers 510 zu Beginn auf den Wert des Zählers 512 ein-

2g gestellt, so daß danach die Ausgangswerte der Zähler 510 und 512 miteinander übereinstimmen. Daher ist die Gestaltung so getroffen, daß das Schaltglied 518 auf das Einleiten des Nachvollzugs hin zum Zurückführen des Stellungssignals aus dem Zähler 510 zu der Zentraleinheit CPU umge- schaltet wird, um automatisch die Drehstellung des Automatenarms bzw. Handgelenkteils zu steuern. Wenn in diesem Fall die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Zähler 510 und 512 den Bezugswert übersteigt, werden auf gleichartige Weise durch ein Signal aus dem Diskriminator 514 das Schaltglied 515 und der Ein/Ausschalter 516 aus-

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geschaltet, um den Motor M anzuhalten und die Kupplung 505 auszukuppeln. Gleichzeitig mit diesem Vorgang oder kurz vor diesem ist es jedoch erforderlich, das Schaltglied

518 umzuschalten, um den Zähler 512 mit der Zentraleinheit 5

CPU zu verbinden. Wenn die Daten über die Drehstellung der Ausgangswelle des Motors M zurückgeführt werden, wird es möglich, im Vergleich zur Rückführung des Ausgangssignals des Impulsdrehmelders 511, das wegen des Vorhanden_n seins des Untersetzungsgetriebes R eine Erfassungsverzögerung erfährt, die Regeleigenschaften wirkungsvoller zu stabilisieren, was den Vorteil ergibt, daß das System selbst beim Steigern der Schleifenverstärkung weniger empfindlich hinsichtlich Schwingzuständen ist. Das Schalt-, ,- glied 518 ist natürlich nicht erforderlich, wenn die Stellungssteuerung ausschließlich nach den Signalen aus dem Zähler 512 erfolgen soll.

Ferner ist es auch möglich, anstelle des vorstehend be-2Q schriebenen Abschaltens des Antriebsstroms aus der Treiberschaltung 508 einen Motor M mit einer Kupplungsbremse zu verwenden, die zum Anhalten des Motors M betätigt werden kann.

Beii dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 22 sind zwar der Vergleicher 513 und der Diskriminator 514 gesondert außerhalb der Steuereinheit 506 angebracht, jedoch können sie weggelassen werden, falls die Stellungsdaten in der Zentraleinheit CPU gemäß einem in dem Festspeicher ROM gespeicherten Programm intern verarbeitet werden, wobei dann gemäß der Darstellung in Fig. 23 die Zähler 510 und 512 mit der Zentraleinheit CPU verbunden werden. In diesem Fall werden gemäß der Darstellung in Fig. 24 (Schritte a und b) die Stellungssignale C, und C„ aus den Zählern 510 und 512 der Zentraleinheit CPU direkt zugeführt, um die Differenz A C

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zwischen den beiden Signalen zu berechnen. Der Absolutwert der Differenz /^C wird dann bei einem Schritt d mit dem vorbestimmten Bezugswert ßC_Q verglichen, wobei an das Schaltglied 515 und den Ein/Ausschalter 516 zu deren Ausschalten das Abschaltsignal abgegeben wird, wenn der Absolutwert von fcC größer als der Bezugswert /JC_n ist (Schritte e und f). Bei Schritten g und h wird der Motor oder werden die Motoren angehalten, mit dem oder denen die Bewegungen in verschiedenen Richtungen gesteuert werden, und es wird eine Warnanzeigelampe eingeschaltet. Falls bei dem Schritt d der Bezugswert AC_n als größer ermittelt wird, wird das Stellungssignal C„ aus dem Zähler 512 durch die Zentraleinheit CPU mit dem aus dem Arbeitsspeicher RAM ausgelese-

j,- nen Sollwert verglichen (Schritt i) und es wird über den D/A-Wandler 507 und die Treiberschaltung 508 dem Motor M ein korrigierter Sollwert zugeführt (Schritt j), um damit automatisch die Drehstellung einzuregeln. Falls der Motor M mit einer Kupplungsbremse ausgestattet ist, wird das

2Q Stopsignal direkt aus der Zentraleinheit CPU abgegeben und über einen D/A-Wandler 519 und einen Verstärker 520 dem Motor M zugeführt.

In der Fig. 22 ist ein Steuersystem mit einer Begrenzungs-2K einrichtung gezeigt, die die von dem Antriebsabschnitt für das Betätigungsglied auf die Übertragungsvorrichtung ausgeübte Kraft (Drehbelastung) begrenzt, um das Untersetzungsgetriebe und das übrige Übertragungssystem gegen Schäden zu schützen, welche durch eine übermäßig große Drehbelastung hervorgerufen werden könnten; dabei wird als Grundlage herangezogen, daß die Übertragungsvorrichtung eine zu der an ihr ausgeübten Drehbelastung proportionale Torsionsverformung erfährt. In der Fig. 25 ist mit 611 ein Rechenprozessor bezeichnet, der durch einen Mikrocomputer mit einer Zentraleinheit (CPU), einem Festspeicher (ROM) zum Speichern

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eines Systemprogramms, einem Arbeitsspeicher (RAM) zum Speichern von Rechendaten, Eingabe/Ausgabekanälen usw. gebildet ist.

Ein von dem Rechenprozessor 611 erzeugtes Drehzahl-(oder Stellungs-)Befehlssignal wird vor dem Anlegen an eine Motortreiberstufe 613 mittels eines D/A-Wandlers 612 in einen analogen Wert umgesetzt. Die Motortreiberstufe 613 ist eine Art Verstärker, der an seinem Ausgang einen Antriebsstrom Ia für den Antrieb eines Motors 614 abgibt. Eine Ausgangswelle 615 des Motors 614 ist über ein Untersetzungsgetriebe (Übersetzungsvorrichtung) 616 und eine Achse 617 mit einem Handgelenkteil oder einem anderen

^P- Glied 618 verbunden, um diesen bzw. dieses anzutreiben. An die Ausgangswelle 615 des Motors 614 ist ein Impulsdrehmelder 619 angeschlossen, der proportional zu dem Drehwinkel der Motor-Ausgangswelle 615 Impulssignale erzeugt, nämlich im einzelnen ein digitaler Drehungscodierer, der

on Irnpulssignale in einer Anzahl erzeugt, die einer Zunahme oder Abnahme des Drehwinkels der Ausgangswelle 615 entspricht. Die Ausgangsimpulse des Impulsdrehmelders 619 werden mittels eines Vorwärts/Rückwärtszählers 620 integriert, um damit die absolute Stellung der Ausgangswelle 615 des Motors 614 zu erfassen und in einen Speicher einzuspeichern .

Ein zweiter Impulsdrehmelder 621 in einer zum ersten Impulsdrehmelder 619 gleichartiger Ausführung ist an die Achse 617 angeschlossen, die das Untersetzungsgetriebe 616 mit dem Handgelenkteil 618 des Automaten verbindet; die Ausgangsimpulse des zweiten Impulsdrehmelders 621 werden einem Vorwärts/Rückwärtszähler 622 zugeführt und von diesem integriert, um damit die absolute Stellung der Achse 617 zu erfassen. Die Zählwerte der Vorwärts/Rückwärtszähler 620

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und 622 inierden einem Subtrahierer 623 zugeführt, der ein Differenzsignal erzeugt, welches die Differenz zwischen den Ausgangswerten der Zähler 620 und 622 angibt. Die Frequenzen der Ausgangsimpulse der Impulsdrehmelder 619 und 621 und deren Umsetzungsverhältnisse werden im voraus so gewählt, daß der Subtrahierer 623 ein Differenzsignal "0" abgibt, wenn zwischen der Ausgangswelle 615 des Motors und der Ausgangsachse 617 des Untersetzungsgetriebes 616 keine Torsionsverformung vorliegt.

Der Ausgang des Subtrahierers 623 ist mit einem Diskriminator 624 verbunden, der das Differenzsignal aus dem Subtrahierer 623 mit einem vorgewählten zulässigen Differenz-

,,- wert vergleicht, um damit zu überprüfen, ob das Differenzsignal kleiner als der zulässige Wert ist. Das Ausgangssignal des Diskriminators 624, das das Vergleichsergebnis darstellt, wird einem Ein/Ausschalter 625 und dem Rechenprozessor 611 zugeführt. Mit 626 ist eine Stromquelle für

2Q die Motortreiberstufe 613 bezeichnet, welcher die Speisespannung zugeführt wird, solange der Ein/Ausschalter 625 geschlossen ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Motortreiberstufe 613 das von dem Rechenprozessor 611 erzeuqte Stellungsbefehlssignal nach der Umsetzung in einen Analogwert mittels des D/A-Wandlers 612 zugeführt, so daß im Normalbetrieb der Ein/Ausschalter 625 eingeschaltet gehalten wird, um der Motor treiberstufe 613 die Speisespannung aus der Stromquelle 626 zuzuführen und damit den Motor 614 mit einer dem Eingangssignal entsprechenden Spannung zu betreiben. Durch dieses Betreiben des Motors 614 werden die Motor-Ausgangswelle 615 und die Ausgangsachse 617 des Untersetzungsgetriebes 616 in einem vorbestimmten Verhältnis gedreht, um damit den Handgelenkteil 618 des Automaten in

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einer erwünschten Richtung zu bewegen. Solange der Automat

unter normalen Bedingungen betrieben wird, ist die Verformung im Untersetzungsgetriebe 616 so gering, daß die Impulsdrehmelder 619 und 621 im wesentlichen die gleiche Anzahl 5

von Ausgangsimpulsen abgeben. In diesem Fall ist das Differenzsignal aus dem Subtrahierer 623 kleiner als der vorgewählte zulässige Wert, so daß der Diskriminator 624 kein "Anormal"-Signal abgibt.

Sollte jedoch der Handgelenkteil 618 des Automaten während der Bewegung gegen ein Hindernis stoßen, nimmt die an dem Handgelenkteil 618 ausgeübte Belastung plötzlich zu, so daß eine starke Torsionsverformung an dem Untersetzungs-

_1R getriebe 616 hervorgerufen wird. Infolgedessen entsteht ein großer Unterschied zwischen den Anzahlen der Ausgangsimpulse der Impulsdrehmelder 619 und 621, so daß das Ausgangs-Differenzsignal des über die Zähler 620 und 622 an die jeweiligen Impulsdrehmelder angeschlossenen Subtra-

2Q hierers 623 größer als der vorgewählte zulässige Wert in dem Diskriminator 624 wird. Daher gibt der Diskriminator

624 ein "Anormal"-Signal ab, um damit den Ein/Ausschalter

625 auszuschalten, wodurch die Stromversorgung der Motortreiberstufe 613 aus der Stromquelle 626 unterbrochen wird und damit der Antrieb des Motors 614 beendet wird. Infolgedessen wird der Handgelenkteil 618 in der bestehenden Stellung angehalten. Das "Anormal"-Signal aus dem Diskriminator 624 wird auch dem Rechenprozessor 611 zugeführt, durch den eine Anzeigevorrichtung betätigt wird und der Betriebsablauf unterbrochen wird.

Die Fig. 26 zeigt eine Abwandlung des Schutzsystems nach Fig. 25, wobei gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Bei der Abwandlung nach Fig. 26 ist an den Subtrahierer 623 statt des Diskriminators 624

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nach Fig. 24 ein D/A-Wandler 627 angeschlossen. Die absoluten Drehstellungen der Ausgangswelle 615 des Motors 614 und der Ausgangsachse 617 des Untersetzungsgetriebes 616 werden gleichermaßen mittels der Impulsdrehmelder 619 und 621 und der Zähler 620 und 622 erfaßt, wonach mittels des Subtrahierers 623 die Differenz der Ausgangswepte der Zähler 620 und 622 berechnet wird. Das Ausgangs-Differenzsignal des Subtrahierers 623 wird nach der Umsetzung in einen Analog- _ wert mittels des D/A-Wandlers 627 an. eine Strombegrenzungs-. schaltung 613a der Motortreiberstufe 613 angelegt. Falls in diesem Fall der Handgelenkteil 618 des Automaten gegen ein Hindernis stößt, tritt zwischen der Ausgangswelle 615 und der Achse 617 eine starke Torsionsverformung auf, so ,c daß eine große Differenz zwischen den Ausgangswerten der Zähler 620 und 622 hervorgerufen wird und daher über den D/A-Wandler 627 der Strombegrenzungsschaltung 613a ein starkes Gegenkopplungssignal zugeführt wird, um damit den Antrieb des Motors 614 einzuschränken oder zu beenden.

Die Fig. 27 zeigt die Schutzschaltung in einer weiteren Abwandlungsform, die sich von der vorstehend beschriebenen Abwandlungsform darin unterscheidet, daß die Ausgangswerte der Zähler 620 und 622 jeweils über D/A-Wandler 628 bzw. 629 in analoge Werte umgesetzt werden, die an einen Subtrahierer 630 angelegt werden, welcher zur Rückführung zu der Strombegrenzungsschaltung 613a der Motortreiberstufe 613 den Differenzwert aus den beiden Signalen berechnet. Diese Abwandlungsform ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn es schwierig ist, die Frequenzen der Ausgangsimpulse der beiden Impulsdrehmelder 619 und 621 einander anzugleichen.

In der Fig. 28 ist mit 710 ein Industrie-Schweißautomat bzw. Schweißroboter mit fünf Freiheitsgraden bezeichnet, der auf einem Schwenksockel 711 einen Antriebsteil 712 mit

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mehreren (beispielsweise vier) Elektromotoren für den Antrieb von Arm- und Handgelenkteilen des Automaten hat. Bei dem dargestellten besonderen Ausführungsbeispiel hat der

Automat 710 einen ersten Arm 713, der in einer Vertikalb

ebene über dem Schwenksockel 711 verschwenkbar ist, einen zweiten Arm 714, der an dem vorderen Ende des ersten Arms 713 über eine Achse 715 angelenkt ist, und einen Handgelenkteil, der über einen Handgelenkmechanismus 717 an dem vorderen Ende des zweiten Arms 714 angeschlossen ist. Ein an dem Handgelenkteil 716 über eine Brennerhalterung 718 befestigter Schweißbrenner 719 ist an seinem hinteren Ende an ein Kabel 720 angeschlossen. Das Kabel 720 ist eine Zusammenfassung aus einem Röhrenkabel, einem Stromkabel und

, _c einem Gasschlauch.

Mit 721 bis 724 sind Glieder eines Gelenkmechanismus für die Betätigung des zweiten Arms 714 bezeichnet, von welchen das Gelenkglied 722 ein verhältnismäßig großes Go-

2Q wicht für das Ausgleichen des Schwerkraftmoments an dem zweiten Arm 714 im Zusammenwirken mit einem Federausgleichsmechanismus hat, der nachstehend beschrieben wird. Zwischen das zweite Ende des zweiten Arms 714 und das Gelenkglied 722 für den zweiten Arm ist nämlich ein Federausgleichsmechanismus 725 eingefügt, um damit das sich aus dem Eigengewicht des ersten Arms 713 ergebende Schwerkraftmoment im wesentlichen vollständig aufzuheben. In diesem Fall wird der zweite Arm 714 durch das Gewicht des Federausgleichsmechanismus 725 ins Gleichgewicht gebracht, der so ausgebildet ist, daß er ein Gegengewicht gegen das Moment des zweiten Arms 714 um die Schwenkachse 715 bildet.

In der Fig. 28 ist r, ein Abstand zwischen der oberen und der unteren Schwenkachse des ersten Arms 713; r„ ist ein Abstand zwischen der Achse 715 und dem Handgelenk-Mechanismus 717; A ist ein Schnittpunkt der Achse des Handgelenk-

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teils 716 mit der Richtungslinie, in die der Schweißbrenner

719 ausgerichtet ist; r., ist ein Abstand zwischen dem Schnittpunkt A und dem Handgelenk-Mechanismus 717. In diesem Fall entspricht der Schnittpunkt A dem vorderen Ende 5

des Schweißbrenners 719, wobei Orthogonalkoordinaten GX, Y, Z) des Punktes A allein durch die Stellung des Automaten 710 in dem Orthogonalkoordinaten-System mit einer vertikalen, nach oben zu verlaufenden Z-Achse, einer X-Achse, längs der sich der zweite Arm 714 erstreckt, wenn der Automat 710 in einer Grundstellung steht, und einer Y-Achse bestimmt sind, die sich in einer Richtung senkrecht zu der XZ-Ebene (von der Rückseite zur Vorderseite der Zeichnungsebene) erstreckt.

Die Winkel für die Bewegbarkeit an den jeweiligen Gelenken

sind mit Θ, bis Θ,- bezeichnet. Im einzelnen ist der Winkel Θ, der Bereich, in dem der Schwenksockel 701 drehbar ist, der Winkel θ~ der Bereich, in dem der erste Arm 713 schwenk-2Q bar ist, der Winkel Θ. der Bereich, in dem der Schweißbrenner 719 geschwenkt werden kann, und der Winkel Θ, der Bereich, in dem der Schweißbrenner 719 verdreht werden kann,

Die Drehung (Θ,) des Schwenksockels 701 wird mittels eines Elektromotors herbeigeführt, der in dem Schwenksockel angebracht ist, jedoch sind die Elektromotoren für die Bewegungswinkel Q„ bis O₁- jeweils in den angetriebenen Teilen angebracht, zu denen der erste und der zweite Arm sowie der Handgelenkteil 716 zählen. Wie bei vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist jeder Motor mit einem Untersetzungsgetriebe, einem Stellungsmeßgeber, einem Drehzahlmeßgeber und einem Kupplungsmechanismus für das An- und Abkoppeln des Motors versehen, obwohl deren Darstellung weggelassen ist. Die Winkelstellungen Θ, bis Θ,- der jeweiligen Gelenke werden mittels der Stellungsmeßgeber er-

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faßt. Vor einem manuellen bzw. Direktanleitungsvorgang werden natürlich die Kupplungen ausgekuppelt, um die Automatenelemente von den Antriebsmotoren zu trennen.

Die Fig. 29 ist eine Blockdarstellung des Steuersystems des vorstehend beschriebenen Automaten 710 mit dem Schweißbrenner 719, wobei mit 726 eine Stellungsmeßgebereinrichtung bezeichnet ist, mit 727 ein Rechenprozessor bezeich_n net ist und mit 728 ein Speicher zum Speichern von verschiedenerlei Daten bezeichnet ist, die für den Nachvollzug erforderlich sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Versetzung des vorderen Endes des Schweißbrenners 719 (Schnittpunkt A in Fig. 28) aus den mittels der Stellungs-

-,(- meßgebereinrichtung 726 erfaßten Stellungsdaten berechnet. Zu einem Zeitpunkt, an dem die Versetzung des vorderen Endes des Schweißbrenners 719 bis zu einem vorbestimmten Wert L ansteigt, werden die Stellungsdaten für jeden Freiheitsgrad des Automaten in den Speicher eingespeichert.

Auf diese Weise werden die Versetzungen des vorderen Endes A des Schweißbrenners 719 durch Berechnungen bei dem Anleitungsvorgang bestimmt, ohne daß irgendeine Hilfseinrichtung wie eine Anleitungsrolle verwendet wird, auf die bislang zurückgegriffen wurde, um eine Abtastung über eine vorbestimmte Strecke auszuführen.

Nach Fig. 30 wird zuerst zu Beginn des Anleitungsvorgangs mittels der Stellungsmeßgebereinrichtung 726 die Stellung des Hauptteils des Automaten 710 ermittelt. Dabei von der Stellungsmeßgebereinrichtung 726 erzeugte analoge Daten A, bis A₁- (für die fünf Freiheitsgrade) werden zur digitalen Verarbeitung in digitale Daten D, bis D₅ umgesetzt. Dies gilt nur für den Fall, daß als Stellungsmeßgeber ein stufenloser bzw. Funktionsdrehmelder oder dergleichen verwendet wird, während bei der Verwendung von Impulsdrehmel-

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dem keine A/D-Umsetzung erforderlich ist.

Die digitalen Signal D, bis D₅ werden mittels des Rechenprozessors 727 in die Versetzungswinkel Θ, bis θ_ς aus den

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jeweiligen Bezugsstellungen heraus umgesetzt; aufgrund der Werte Θ, bis Θ,- wird der Brennerende-Ort A in die Orthogonalkoordinaten (X, Y, Z) nach folgenden Gleichungen umgesetzt:

X -^₁ cos Q₂ + r₂cos θ₃)»cos9 + r₃cos θ «cos θ Y = (r^ cos Q₂ + r₂cos 6₃)«sin8 + r₃sin θ «cos Θ.

Z = T₁SIn Q₂ + r₂sin θ₃ + r₃sin Θ.

Die Werte X, Y und Z werden zeitweilig in einer Speichereinrichtung (einem Register) bzw. einem Pufferspeicher des Rechenprozessors 727 gespeichert. In diesem Fall schreitet der Steuerungsablauf zu dem nächsten Schritt weiter, falls für die Berechnung der VersetzungsgröBen Bezugswerte Xo, Yo und Zo gegeben sind. Wenn dies nicht der Fall ist, wird die Bewegung des Automaten 710 aufgenommen, wobei für die Verarbeitung der nächsten Stellungsdaten als Bezugswerte die gegenwärtig bestehenden Werte für X, Y und Z herangezogen werden.

Bei dem nächsten Schritt wird eine Versetzungsstrecke Δ £ des Vorderendes A des Schweißbrenners aus den Bezugswerten (Xo, Yo, Zo) und den neuesten Brennerstellungsdaten (Xi, Yi, Zi) bestimmt, welche bei einem nachfolgenden Schritt eingelesen werden, wobei der Wert ΔΖ aus der folgenden Gleichung berechnet wird:

= ,/(Xo-Xi)² + (Yo-Yi)² + (Zo-Zi)²

/(Xo-XiP + (Yo-Yi)
35

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Damit werden während der Bewegung des Automaten 710 in der

Weise, daß eine SchweiGlinie nachgezogen wird, aufeinanderfolgend die· Stellungsdaten (Xi, Yi, Zi) sowie die Versetzungsstrecke £ £ des Vorderendes A des Schweißbrenners gegenüber ο

dem Bezugspunkt (Xo, Yo, Zo) nach der vorstehend angegebenen Gleichung erhalten. Falls der Wort von £. Z. einen vorbestimmten Streckendatenwert Z erreicht, gibt der Rechenprozessor 727 einen Speicherbefehl M an den Datenspeieher 728 ab, um in diesen die digitalen Daten für Θ, bis

Θ,- in dem Augenblick einzuspeichern, in dem &£.^ JL gilt. Diese digitalen Daten Θ, bis Θ,- sind die Stellungsdaten aus der Stellungsmeßgebereinrichtung vor der Umsetzung in die Orthogonalkoordinaten (Xi, Yi, Zi). Zugleich mit die-. ,- ser Einspeicherung der digitalen Daten werden die gerade gespeicherten Bezugswerte Xo, Yo, Zo durch die den digitalen Daten Θ, bis Q₁- entsprechenden Orthogonalkoordinaten (Xi, Yi, Zi) ersetzt, so daß diese als neue Bezugswerte d ienen.

Während der Bewegung des Vorderendes A des Schweißbrenners

durch die Handhabung des Automaten 710 wird der vorstehend beschriebene Rechenvorgang wiederholt, wobei aufeinanderfolgend in den Datenspeicher die Stellungsdaten Θ, bis Q₁-, 2g A, bis Α, oder D, bis D₅ eingespeichert werden. Die Stellungsdaten Θ, bis Θ,- werden als Grunddaten für das Nachführen des Schweißorts bei dem Nachvollzugs-Vorgang herangezogen.

Die Fig. 31 und 32 zeigen einige Beispiele der Schweißbrenner-Gestaltung bei dem vorstehend beschriebenen Anleitungsvorgang, bei dem die herkömmliche Anleitungs-Rolle nicht verwendet wird. Bei dem Beispiel nach Fig. 31 wird das körperferne Ende eines Schweißdrahts 729, das in einer passenden Länge h aus dem Schweißbrenner 790 vorsteht, längs

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einer Schweißlinie 730 bewegt, um damit den Automaten für diese anzuleiten bzw. zu unterweisen.

,_ Die Fig. 32(a) veranschaulicht ein Anleitungsverfahren, ο

bei dem an dem Vorderende einer Drahtführung bzw. einer Drahtröhre 732, die innerhalb einer Schutzgasdüse 731 festgelegt ist, ein Anleitungsstab 733 angebracht wird, der in Berührung mit der Schweißlinie 730 längs derselben be-

_in wegt wird. In diesem Fall entspricht natürlich die Länge des Stabs 733 genau der vorbestimmten Länge h, um die der Schweißdraht bei dem Schweißvorgang heraussteht. Für den Nachvollzug Wird der Stab 733 entfernt und gemäß der Darstellung in Fig. 32 (b) auf übliche Weise eine Kontakt-

,p. spitze 734 an dem Vorderende der Drahtröhre 732 angebracht, wobei der Schweißdraht 729 um die passende Länge herausragt. Falls der Anleitungsstab in der Form einer Hohldüse mit einem konischen Abschnitt an dem Vorderende eines zylindrischen Körpers gebildet wird, ist es möglich, die Anlei-

2Q tung bzw. Unterweisung für die Schweißlinie herbeizuführen, ohne die Kontaktspitze zu entfernen. In einem solchen Fall wird der Stab nur für die Anleitung verwendet und vor einem Schweißvorgang durch eine Düse ersetzt.

Bei der direkten Anleitung für eine Schweißlinie wird häufig auf das sog. punktweise bzw. "Punkt-für-Punkt"-Verfahren zurückgegriffen, bei dem eine Anzahl von Punkten (Koordinaten) auf dem geometrischen Ort der Schweißlinie bei einem ersten Schritt der Anleitung dadurch angewiesen wird, daß ein Schalter betätigt wird, der in der Nähe des Schweißbrenners angeordnet ist. Bei einem zweiten Schritt der Anleitung werden, während der Automat die Bewegung zwischen den befohlenen Punkten .nachvollzieht, über ein Anleitungskästchen (durch Fernsteuerung) andere Eingabedaten wie solche hinsichtlich einer linearen oder Bogen-Inter-

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polation zwischen den befohlenen Punkten, des Anfangs- und

Endpunkt des Schweißvorgangs und verschiedenerlei Schweißbedingungen (wie Spannung, Strom, Geschwindigkeit, Pendelbewegungen oder dergleichen) eingegeben. Die Anleitung in 5

zwei Schritten ist jedoch mühsam, da die Eingabe unterschiedlicher Daten bei dem zweiten Anleitungsschritt verschiedenerlei Schwierigkeiten erbringt.

In diesem Zusammenhang wird in den Fig. 33 bis 35 ein vereinfachtes Verfahren zur punktweisen bzw. "Punkt-für-Punkt"-Anleitung veranschaulicht, bei dem alle erforderlichen Befehlssignale mittels einer einzigen Schaltvorrichtung eingegeben werden. Im einzelnen ist gemäß der Darstellung in p. Fig. 33 an einem Schweißbrenner 801 ein Schalter 802 in Verbindung mit einem Diskriminator 803 vorgesehen, welcher die Anzahl der Ein/Ausschaltvorgänge des Schalters 802 und die Dauer der Betriebszeit erfaßt. Der allgemein mit 804 bezeichnete Automat hat als Hauptbestandteile einen Kasten-

2Q teil 805, einen Schwenksockel 806, einen ersten Arm 807, einen zweiten Arm 808, einen Handgelenkteil 809, eine Gleichgewichtsfeder 812 für den ersten Arm, eine Gleichgewichtsfeder 813 für den zweiten Arm, eine Dreieckplatte und ein Oberarm-Gelenk 815. Um eine leichte Handhabung bei

2g der Bewegung des ersten und des zweiten Arms 807 und 808 sowie des Handgelenkteils 809 bei deren Handhabung bei dem Direktanleitungs-Vorgang zu gewährleisten, sind zusätzlich zu Abkuppelvorrichtungen (wie beispielsweise einer Kupplung 840) für das Trennen der Automatenelemente von den jeweiligen Kraftquellen die Ausgleichsfedern 812 und 813 für den Schwerkraft-Ausgleich vorgesehen. Für jede Arbeitswelle ist eine Kraftquelle bzw. Antriebsquelle wie beispielsweise ein Servomotor 820 vorgesehen. Wie bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Ausgangsimpulssignale von Impulsdrehmeldern 821, die jeweils direkt

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oder über Zahnräder oder dergleichen mit den jeweiligen Arbeitsachsen verbunden sind, in einem Rechenprozessor CPU bzw. 823 verarbeitet, um Stellungsdaten für den Automaten

804 zu erhalten. In einer Speichereinrichtung 824 werden 5

die Anleitungsdaten gespeichert, die bei der Inbetriebsetzung des Automaten 804 dem Rechenprozessor CPU bzw. zugeführt werden. Die digitalen Ausgangssignale des Rechenprozessors CPU bzw. 823 werden über einen D/A-Wandler und jeweilige Verstärker einem jeweiligen Servomotor 820 zugeführt.

Das Ausgangssignal des an dem Schweißbrenner 801 angebrachten Schalters 802 wird dem Diskriminator 803 zugeführt, , p- dessen Ausgangssignal über eine Eingabeschnittstelle 827 dem Rechenprozessor CPU bzw. 823 zugeführt wird.

Die Fig. 34 zeigt ein Beispiel für die Codierung der Ausgangsbef ehlaöigriale, die durch die Handhabung des Schalters

2Q 802 erzeugt werden. Im einzelnen wird mit dem Signal gemäß Fig. 34(a), das aus einem Einzelimpuls mit einer Breite bzw. Dauer von weniger als 3 Sekunden besteht, die Einspeicherung der Stellungsdaten für eine bestimmte Stelle befohlen. Mit dem Signal gemäß Fig. 34(b), das aus einem

2g Paar von Impulsen mit einer Dauer von weniger als 3 Sekunden und mit einem Abstand von weniger als 3 Sekunden besteht, wird die Einspeicherung der Stellungsdaten für einen mittleren Ort eines bogenförmigen geometrischen Arbeitsorts befohlen. In der Fig. 34(c) ist ein einziger breiter Impuls mit einer Dauer von mehr als 5 Sekunden gezeigt, der eine Schweißnaht angibt. Mit dem Signal gemäß Fig. 34(d), das aus drei Impulsen mit einer jeweiligen Dauer von weniger als 3 Sekunden und mit jeweiligen Abständen von weniger als drei Sekunden besteht, gibt eine Änderung der Arbeitsbedingungen an.

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Diese Befehlssignale werden über eine geeignete Pufferschaltung dem Diskriminator 803 zugeführt. Wie es in Einzelheiten in der Fig. 35 dargestellt ist, ist der Diskriminator 803 mit einer Impulsbreiten-Erkennungsschaltung 831, die die Ausgangssignale aus dem Schalter 802 aufnimmt, einer Impulsintervall-Erkennungsschaltung 832 und einem Impulszähler 833 versehen, welcher (entsprechend den Impulssignalen gemäß Fig. 34(a), (b) bzw. (d)) Befehlssignale a, b bzw. d abgibt. Die Impulsbreiten-Erkennungsschaltung 831 wird durch den Empfang des Impulssignals aus dem Schalter 802 ausgelöst, um die Impulsbreite mit Hilfe von Taktimpulsen einer geeigneten Frequenz zu messen. Falls die Impulsdauer mehr als 5 Sekunden beträgt, wird ein Schweiß-Befehlssignal c abgegeben. Falls andererseits die

Zählung der Taktimpulse weniger als 3 Sekunden ergibt, löst die Impulsbreiten-Erkennungsschaltung 831 die Impulsintervall-Erkennungsschaltung 832 aus und gibt ein Impulssignal an den Impulszähler 833 ab. Falls das Impulsintervall als langer als 3 Sekunden (vom Ende des Impulssignals) ermit-

telt wird, gibt die Impulsintervall-Erkennungsschaltung 832 Befehls- und Rücksetz-Ausgangssignale an den Impulszähler 833 ab. Auf den Empfang dieses Signals hin gibt der Impulszähler 833 über die Eingabeschnittstelle 827 ein Befehlssignal für den Zählstand "1" (a), den Zählstand "2"

(b) oder den Zählstand "3" (c) an den Rechenprozessor bzw. die Zentraleinheit CPU bzw. 823 ab. Das Ausgangssignal für den Zählstand "1" ist ein Befehl zur Datenspeicherung, das Ausgangssignal für den Zählstand "2" ist ein Befehl zur Datenspeicherung und zur Bogen-Interpolation und das Ausgangssignal für den Zählstand "3" ist ein Befehl zur Datenspeicherung und zur Änderung von Betriebsbedingungen. Die Befehlssignale aus dem Diskriminator 803 werden dem Rechenprozessor bzw. der Zentraleinheit CPU bzw. 823 auf die

qleiche Weise wie bei einem herkömmlichen Dateneingabevor-35

gang unter Verwendung eines Anleitungskästchens zugeführt.

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D.h., das Ausgangssignal für den Zählstand "2" des Impulszählers, das von dem Rechenprozessor CPU als Befehl erkannt wird, ist äquivalent einem Signal, das von dem Rechenprozessor CPU erkannt wird, wenn an dem herkömmlichen Anlei-

tungs-Bedienungskästchen ein entsprechender Schalter (für die Angabe eines mittleren Punkts eines Bogens) betätigt wird.

_n Bei dem Direktanleitungsvorgang werden mehr als zwei Arten von Daten über Punkte oder Linien an dem geometrischen Ort für das Schweißen folgendermaßen unterschieden: Nach Fig. 33 ergreift die Bedienungsperson normalerweise den Schweißbrenner 801 beispielsweise mit der linken Hand, wobei sie , p. den Daumen auf den Schalter 802 legt, wobei während dem nachfolgenden punktweisen Anleitungsvorgang mit der rechten Hand der zweite Arm 808 gehalten wird.

(1) Zum Anleiten für eine gerade Schweißlinie zwischen Punk-

2Q ten A und B wird zuerst an dem Punkt A der Schalter 802 einmal für eine Zeitdauer von weniger als 3 Sekunden betätigt, um das Impulssignal (a) zu erzeugen, durch das an den Rechenprozessor CPU ein Befehlssignal für das Einspeichern der Koordinaten des Punktes A in den Speicher 824

2g abgegeben wird. Danach wird während der geradliniqen Bewegung zu dem Punkt B der Schalter 802 erneut, jedoch diesesmal fortgesetzt betätigt und auf das Erreichen des Punktes B hin freigelassen. Infolgedessen wird das Impulssignal (c) abgegeben, um damit das Befehlssignal c an den Rechenprozessor CPU abzugeben, welcher dieses daraufhin in den Speicher 824 als Datenwert darüber einspeichert, daß fortgesetzt eine geradlinige Schweißnaht von dem Punkt A zu dem Punkt B zu ziehen ist. An dem Punkt B wird der Schalter 802 wieder für eine kurze Zeitdauer betätigt, um die Koordinaten des Punktes B einzuspeichern.

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(2) Zur Anweisung für eine bogenförmige Schweißlinie von

dem Punkt A zu einem Punkt C über den Punkt B wird zuerst der Schalter 802 natürlich an dem Punkt A für eine Zeitdauer betätigt, die kürzer als 3 Sekunden ist. Als nächstes b

wird zwischen den Punkten A und B der Schalter 802 durchgehend für eine Zeitdauer von mehr als 5 Sekunden betätigt und dann auf das Erreichen des Punktes B hin losgelassen. An dem Punkt B wird der Schalter 802 zweimal für jeweils eine Dauer von weniger als 3 Sekunden betätigt, um das - Impulssignal (b) zu erzeugen, aufgrund dessen dem Rechenprozessor CPU das Befehlssignal b zugeführt wird. Infolgedessen werden zusammen mit Daten, die den Punkt B als mittlerer Punkt eines Bogens bestimmen, die Koordinaten des .g Punkts B in den Speicher 824 eingespeichert. Zwischen den Punkten B und C wird der Schalter 802 fortgesetzt betätigt und an dem Punkt C für eine kurze Zeitdauer einmalig betätigt, um die Koordinaten dieses Punkts in den Speicher einzuspeichern.

(3) Zum Anweisen einer geraden Luftlinie (ohne Schweißvorgang) von dem Punkt A zu dem Punkt B wird an dem Punkt A der Schalter 802 einmal betätigt, wonach der Schweißbrenner zu dem Punkt B bewegt wird, ohne daß der Schalter

2g 802 (für eine Zeitdauer von mehr als 5 Sekunden) betätigt wird. An dem Punkt B wird der Schalter 802 einmal betätigt, um die Koordinaten dieses Punkts in den Speicher einzuspeichern .

(4) Zur Anweisung eines Bedingungsänderungspunkts, an dem die Schweißbedingungen geändert werden sollen, wird an diesem Punkt der Schalter 802 dreimal betätigt, um das Impulssignal (d) zu erzeugen, durch das an den Rechenprozessor bzw. die Zentraleinheit CPU bzw. 823 das Befehlssignal d abgegeben wird, mit dem in den Speicher 824 die Koordinaten dieses Änderungspunkts zusammen mit einer Markierung

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eingespeichert werden, die diesen Punkt als Bedingungsänderungspunkt bezeichnet. In diesem Fall wird einfach angegeben, daß die Schweißbedingungen an oder nach diesem Punkt

zu ändern sind. Die Einzelheiten der neuen Schweißbedin-5

gungen werden bei einem zweiten Anleitungsschritt über ein Bedingungs-Bedienungsfeld oder ein Anleitungs-Bedienungskästchen eingegeben.

_in Bei dem zweiten Schritt des Anleitungsvorgangs werden die Einzelheiten der Arbeitsbedingungen über das Anleitungs-Bedienungskästchen auf gleichartige Weise wie bei dem herkömmlichen Vorgang eingegeben, jedoch können die Bedienungsvorgänge bei dem zweiten Anleitungsschritt beträcht-

, p- lieh vereinfacht werden, was eine beträchtliche Verringerung der Anleitungszeit zuläßt.

Die Erkennung der codierten Signale mittels des Diskriminators 803 kann gewünschtenfal Is mittels des Rechenpro-2Q zessors bzw. der Zentraleinheit vorgenommen werden. Dies ist verhältnismäßig einfach, falls der Rechenprozessor einen Mikroprozessor oder Mikrocomputer enthält.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde zwar ein Druckknopf-Schalter verwendet, jedoch kann der Schalter 802 auch irgendeine andere Ausführungsform haben, soweit das Ein/Ausschalten von Hand möglich ist. Beispielsweise kann ein Kippschalter oder ein Berührungsschalter verwendet werden. In jedem Fall sollte ein Schalter in einer zweckdienlichen Ausführung gewählt werden, der in Anbetracht der besonderen Bedingungen für die Stelle genügend handlich ist, an der der Schalter angebracht werden soll. Falls der Schweißvorgang mit einem halbautomatischen Schweißbrenner ausgeführt wird, kann der Hebelschalter für das Anlassen des Schweißbrenners als Schalter für die punktweise Anleitung verwendet werden.

-64- Dt 3071

Ferner ist es nicht unbedingt erforderlich, den Schalter an dem Schweißbrenner anzubringen. Der Schalter kann an einer Stelle in der Nähe einer Schweißpistole (oder Spritz-_K pistole) angebracht werden, an der der Schalter für die Bedienung von Hand leicht zugänglich ist. Vorzugsweise wird der Schalter an dem Automaten abnehmbar angebracht, so daß der Schalter nach dem Abschluß des Anleitungsvorgangs entfernt werden kann.

Selbstverständlich ist das Erzeugen der codierten Signale

mittels eines einzigen Schalters hinsichtlich der einfachen Bedienung und der Kosten vorteilhaft, jedoch können gewünschtenfalls zum Erzeugen der vorstehend beschriebenen , ρ- codierten Signale mehrere Schalter an dem Automaten angebracht werden.

In der Fig. 36 ist für das Steuersystem ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem ein Anieitungs-Schalt-

2Q kästchen verwendet wird, das abnehmbar an einem Schweißbrenner angeordnet ist und das einen Satz von Schaltern für die Eingabe jeweiliger Befehlssignale bei dem punktweisen Direktanleitungsvorgang hat. In der Fig. 36 ist mit 901 ein "Vorderarm" eines Mehrgelenke-Schweißautomaten bezeichnet, während mit 902 ein Handgelenkteil bezeichnet ist, der schwenkbar und drehbar an dem Vorderende des Arms 901 gelagert ist, mit 903 eine Brennerhalterung bezeichnet ist, die an einem Brennerbefestigungsteil an dem körperfernen Ende des Handgelenkteils 902 mit Schrauben oder irgendeiner anderen geeigneten Vorrichtung befestigt ist, und mit 904 ein Schweißbrenner bezeichnet ist, der unter einem vorbestimmten Winkel fest an der Brennerhalterung 903 angebracht ist. Der Schweißbrenner 904 ist an seinem Vorderende mit einer Schutzgasdüse 904a, einem Düsenanschlußgewinde 904b und einem Brennerkörper 904c versehen und an seinem hinteren Ende mittels einer Überwurfmutter

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905a an ein Röhrenkabel 905 angeschlossen. Mit 906 ist ein Anschlußteil bezeichnet, das fest an dem Brennerkörper 904c des Schweißbrenners 904 angebracht ist und mit einem Kupplungsteil 906a,für das lösbare Anschließen eines Schaltkästchens 907 an den Schweißbrenner 904 versehen ist.

Das Schaltkästchen 907 ist in passender Größe mit einem gewölbten Griffteil 907b ausgebildet, so daß die Bedienungsperson das Schaltkästchen leicht und eng passend während des Anleitungsvorgangs mit einer Hand ergreifen kann; ferner ist das Schaltkästchen mit einem Paßteil 907a versehen, der lösbar an den Kupplungsteil 906a des Anschlußteils 906 angeschlossen werden kann. Von dem von dem Paßteil 907a

.γ des Schaltkästchens 907 abgewandten hinteren Ende läuft ein flexibles Steuerkabel 908 weg, über das an den Automaten oder ein Bedienungsfeld verschiedenerlei Signale abgegeben werden, die durch Betätigen entsprechender Tastenschalter 909 erzeugt werden, welche an einer Seite des

2Q Schaltkästchens 907 angebracht sind.

Vorzugsweise enthalten die an dem Schaltkästchen 907 angebrachten Schalter 909 mindestens einen Stellungs-Befehlsschalter 909a für das Befehlen des Einspeicherns von Stellungsdaten für einen Punkt, einen Schweißbeginn/Schweißende-Wählschalter 909b für die Wahl eines Punkts zum Beginnen oder Beenden des Schweißvorgangs und einen Linear/ Bogen-Interpolations-Wählschalter 909c zum Wählen einer linearen oder einer Bogeninterpolation zwischen bestimmten befohlenen Punkten. Zur Bequemlichkeit und Vereinfachung des Anleitungsvorgangs können auch Eingabetastenschalter für die Einstellung der Schweißspannung, des Schweißstroms, der Schweißgeschwindigkeit oder dergleichen vorgesehen werden. Gewünschtenfalls können in Verbindung mit diesen Anleitungs-Tastenschaltern Lampen oder Digitalanzeigevorrich-

-66- De 3071

tungen für die Anzeige der gerade gewählten Betriebsart vorgesehen werden.

Von diesen Tastenschaltern 909, die bei jedem Anleitungs-5

Vorgang betätigt werden müssen, wird vor der Bedienung des Punktedaten-Einlesebefehl-Schalters 909a der Schalter 909b entweder auf die Schweißbeginn-Stellung oder auf die Schweißendstellung geschaltet, während der Schalter 909c _n zuvor entweder auf die Stellung für die lineare Interpolation oder auf die Stellung für die Bogeninterpolation geschaltet wird. Entsprechend dem Dateneinlesesignal aus dem Schalter 909a werden ein Datenwert A aus dem Schalter 909b, ein Datenwert B aus dem Schalter 909c und Stellungsdaten

,p- 1 bis 5, die durch Umsetzung der Daten für Drehwinkel Θ, bis Q₁- aus Stellungsmeßgebern an jeweiligen Drehachsen (in diesem Fall fünf Achsen) für die Automatenelemente aus einem Umsetzer 916 nach Fig. 37 zugeführt werden, aufeinanderfolgend einer Dateneingabeschaltung 917 zugeführt

2Q und dann als Daten bezüglich eines angegebenen Punkts in eine Speichereinrichtung 918 eingespeichert. Selbstverständlich muß die Dateneingabeschaltung 917 nicht gesondert angebracht sein, so daß sie als ein Teil einer Computerschaltung (und insbesondere einer Zentraleinheit CPU) gestaltet werden kann. In jedem Fall wird im Ansprechen auf den Dateneinlesebefehl aus dem Schalter 909a ein Datensatz in die Speichereinrichtung eingespeichert.

Das Schaltkästchen 907 mit der Gestaltung und den Funktionen gemäß der vorstehenden Beschreibung wird gemäß der Darstellung in Fig. 36 während des Nachvollzug-Vorgangs von dem Schweißbrenner abgenommen. Vor dem Anleitungsvorgang wird das Schaltkästchen an dem Schweißbrenner 904 dadurch befestigt, daß der Anschlußteil 907a passend in den entgegengesetzten Kupplungsteil 906a des Anschlußteils 906

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eingesetzt wird, wie es in der Fig. 38 gezeigt ist. Bei

diesem besonderen Ausführungsbeispiel ist gemäß der Darstellung in der Schnittansicht in Fig. 39 der Kupplungsteil 906a des Anschlußteils 906 mit Langnuten 906b an den 5

einander gegenüberliegenden Seiten versehen, während der Anschlußteil 907a des Schaltkästchens 907 mit Vorsprüngen 907c an den Seitenwänden einer Kupplungsausnehmung 907d
versehen ist. Zum Befestigen des Schaltkästchens 907 an

_in dem Schweißbrenner 904 wird die Kupplungsausnehmung 907d des Schaltkästchens 907 gleitend auf den Kupplungsteil 906a des Anschlußteils 906 aufgeschoben. Die jeweiligen Xeile 906a und 907a werden zwangsweise mittels einer Druckschiebevorrichtung aus einer Stahlkugel 907f und einer Druck-

jg feder 907e in ihrer Lage gehalten, da sich ansonsten das Schaltkästchen 907 aufwärts oder abwärts gemäß Fig. 39
bewegen könnte. In diesem Zusammenhang ist es auch wirkungsvoll, gegenüber der Stahlkugel 907f an dem Kupplungsteil 906a eine Ausnehmung oder Vertiefung vorzusehen.

Die Fig. 40 zeigt in größeren Einzelheiten die Handhabung des Schaltkästchens 907. Der Schweißbrenner 904 wird längs einer Schweißlinie an einem Werkstück 921 dadurch bewegt, daß normalerweise der Griffteil 907b des Schaltkästchens 907 in der rechten Hand 920 gehalten wird, während gemäß der Darstellung die Tastenschalter 909 mit der linken Hand 922 betätigt werden. An einem Anleitungspunkt wird der Dateneinleseschalter 909a eingeschaltet, nachdem der Schalter 909c beispielsweise auf die Stellung für die lineare Interpolation und der Schalter 909b beispielsweise auf die

Schweißbeginnstellung geschaltet wurde. Im Ansprechen auf den Dateneinlesebefehl werden gemäß der vorangehenden Erläuterung im Zusammenhang mit der Fig. 37 die Datenwerte A und B sowie die Datenwerte 1 bis 5 in die Speichereinrichtung eingespeichert.

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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist zwar das Schaltkästchen 907 abnehmbar an dem Schweißbrenner befestigt, jedoch kann das Schaltkästchen auch an der

Brennerhaiterung oder an irgendeiner anderen Stelle ange-5

bracht sein, solange es mit der freien Hand leicht zugänglich ist.

Es wird ein Steuersystem für einen Automaten mit Direktanleitung und Nachvollzug angegeben, der ein an eine Antriebsquelle für den Antrieb eines Automatenelements über eine Reibkupplung angeschlossenes Glied geringer Eederkonstante hat; das Steuersystem weist hauptsächlich einen ersten digitalen Stellungsmeßgeber, der zum Erfassen der Dreh-

,c stellung des Automatenelements zwischen dem Automatenelement und der Reibkupplung angeschlossen ist, einen zweiten digitalen Stellungsmeßgeber, der zum Erfassen der Drehstellung der Antriebsquelle an die Antriebsquelle angeschlossen ist, und eine Schaltvorrichtung zum

2Q selektiven Verbinden der Ausgänge des ersten bzw. des zweiten Stellungsmeßgebers mit einer Antriebsquellen-Steuereinrichtung bei der Anleitungs-Betriebsart bzw. bei der Nachvollzugs-Betriebsart auf.

Claims (5)

1. T" rj.. IA. . f* Patentanwälte und P»

   IEDTKE - DUHLING " IVlNNE - AJiRUPE Vertreter beim EPA If*

   r> Γ* ' ^:'C5 ""·-"" Dipl.-Ing. H. Tiedtke f

   HeLLMANN - VSRAMS- OTRUIF Dipl.-Chem G Bühling

   O O ο / π ο η Dipl.-Ing. R. Kinne

   O ö L k I 6 y Dipl.-Ing R Grupe

   Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

   Bavariaring 4, Postfach 8000 München 2

   Tel.:089-5396 53 Telex: 5-24 845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Mür

   8. Juli 1983

   DE 30 71/

   case FP-7332 SM

   Patentansprüche

   .!Steuersystem für einen Automaten für Direktanleitung und Nachvollzug, mit einem an eine Antriebsquelle für den Antrieb eines Automatenelements über eine Reibkupplungsvorrichtung angeschlossenen Glied mit kleiner Federkonstante, gekennzeichnet durch einen ersten Stufen-Stellungsmeßgeber (El), der zum Erfassen der Drehstellung des Automatenelements (1) zwischen dem Automatenelement (1) und der Reibkupplungsvorrichtung (2) angebracht ist, einen zweiten Stufen-StellungsmeßgebRr (E2), der zum Erfassen der Drehstellung der Antriebsquelle an die Antriebsquelle (M) angeschlossen ist und eine Schaltvorrichtung (h) zum selektiven Verbinden des Ausgangs des ersten bzw. zweiten Stellungsmeßgebers mit einer Antriebsquellen-Steuereiη-richtung (5 bis 8) bei dem DirektanJeitungs-Betriebsvorgang bzw. bei dem Nachvollzugs-Betriebsvorgang.
2. 2. Steuersystem nach Anspruch 1, wobei der Automat über eine Übertragungsvorrichtung betreibbar ist, die zwischen einer Antriebsquelle und einem Automatenelement angebracht ist und eine Reibkupplungsvorrichtunq aufweist, die bei der Nachvollzugs-Betriebsart einkuppelbar und /ur freigäbe des Automatenelements bei der An 1 e ι tunqs-Bet r ι cbsa r t aiiskuppn 1-bar ist, gekennzeichnet durch einen ersten Meßgeber (El), der zum Erfassen der Drehstellung des Automatenelements (201)

   A/2¹;

   dresdner Bank (Münchon) KIo 39391)44 Bnynr Voininsbnnk (Miinchnn) KIo 5OfJ 941 l'nstsrhoth (Munchiiiu KIo 6/0 4:i-804

   -2- DE 3071

   an der Ausgangsseite der Übertragungsvorrichtung (202, 203) angebracht ist, einen zweiten Meßgeber (F. 2), der zum E" r fassen der Drehstellung der Antrlebsguelle (M) an der Eingangsseite der Übertragungsvorrichtung angebracht ist, eine Übergabevorrichtung (210) für die Übergabe des Ausgangssignals des ersten Meßgebers zu dem zweiten Meßgeber, eine Schaltvorrichtung (205), die selektiv mit dem ersten bzw. dem zweiten Meßgeber verbindbar ist, und eine Steuereinrichtung (207), mit der bei der Anleitungs-Betriebsart die Schaltvorrichtung auf den Ausgangsanschluß des ersten Meßgebers schaltbar ist, um damit die Stellungsdaten für das Automatenelement zu speichern, und bei der Nachvollzugs-Betriebsart das Ausgangssignal des ersten Meßgebers zu dem zweiten Meßgeber überführbar ist, um an diesem eine Anfangseinstel-

   lung auszuführen, die Schaltvorrichtung auf den Ausgangsanschluß des zweiten Meßgebers schaltbar ist und zur Antriebsquelle ein Signal gemäß den Ausgangsdaten des zweiten Meßgebers und den während des Anleitungs-Betriebsvorgangs gespeicherten Ausgangsdaten des ersten Meßgebers zurück-

   f.... , . .
   fuhrbar ist.
3. 3. Steuersystem nach Anspruch 1, wobei ein Arm oder ein anderes Arbeitselement des Automaten von einer Antriebsquelle über eine Übertragungsvorrichtung betreibbar ist,

   die eine Untersetzungsvorrichtung und eine Reibkupplungsvorrichtung aufweist, gekennzeichnet durch eine erste Stellungsmeßgebervorrichtung (E2) zum Erfassen der Stellung der An triebsqueL1 e, eine zweite Stellungsmeßgebervorrichtung

   (El) zum Erfassen der STellung des Automatenelements und 30

   zum Zurückführen von Daten für die erfaßte Stellung zu einem Eingangsanschluß des Steuersystems, eine Umsetzvorrichtung (302) zum Berechnen von einer Versetzung zwischen den Stellungen der Antriebsquelle und des Automatenelements

   entsprechenden Differenzdaten aufgrund der aus der ersten 35

   und der zweiten Stellungsmeßgebervorrichtung empfangenen

   -3- DE 3071

   Stellungsdaten und zum Zurückführen der Differenzdaten zu einem Eingangsanschluß des Steuersystems, eine Stellungsdaten-Speichervorrichtung (306) zum aufeinanderfolgenden

   Speichern der bei dem Anleitungs-Betriebsvorgang aus der 5

   zweiten Stellungsmeßgebervorrichtung zugeführten Daten für befohlene Stellungen des Automatenelements, eine Rücksetzvorrichtung (304) zumiiAufheben der sich aus dem Anleitungs-Betriebsvorgang ergebenden Differenz zwischen den Stellungen der ersten und der zweiten Stellungsmeßgebervorrichtung zu Beginn des Nachvollzugs-Betriebsvorgangs und eine Steuereinrichtung (301) zum Zusammensetzen der Stellungsdaten für das Automatenelement aus der zweiten Stellungsmeßgebervorrichtung und der Differenzdaten und zum Anlegen p. eines Signals für die Differenz zwischen dem zusammengesetzten Wert und den Daten für eine befohlene Stellung an ein Antriebssystem nach einer Multiplikation mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor.

   2Q
4. 4. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Ausgleichsvorrichtung (725; 812, 813) zum Ausgleichen des Schwerkraftmoments des Automatenelements (719; 801).
5. 5. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibkupplungsvorrichtung eine zwischen einer Untersetzung (3) und einer Automatenelement-Antriebswelle (22) angebrachte elektromagnetische Kupplung (2) ist.

   6. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen eine Ausgangswelle (102) eines Motors (101) und eine Automatenelement-Antriebswelle (104) ein Umlauf-Untersetzungsgetriebe (103) eingefügt ist, das mit einem drehbaren Verzahnunysr incj (113) versehen irit,

   -4- DE 3071

   der zum Erzielen der Untersetzung blockierbar ist, und daß

   die Reibkupplungsvorrichtung eine an einem fest an dem Verzahnunysring angebrachten Anker (109) angreifende elektromagnetische Bremse (106) ist, durch deren Betätigung die 5

   Drehung des Verzahnungsrings blockierbar ist.

   7. Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlauf-Untersetzungsgetriebe (103) eine an die Ausgangswelle (102) des Motors (101) angeschlossene Ellipsenerzeugungsvorrichtung (110) und eine an die Auto- . matenelement-Antriebswelle (104 ) angeschlossenen flexiblen Zahnkranz (112) aufweist, der Umfangs-Evolventenzähne hat, welche mittels der Ellipsenerzeugungsvorrichtung mit Evol-

   _Λ r- ventenzähnen in Eingriff bringbar sind, die an der Innen-ο

   fläche des Verzahnungsrings (113) in einer Anzahl ausgebildet sind, die größer als diejenige der Zähne des flexiblen Zahnkranzes ist.

   2J-) 8. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Automatenelement (412) durch die Funktion eines programmgesteuerten Rechenprozessors (419) über eine elektromagnetische Kupplung (415) mit einem elektrischen Motor (413) betreibbar ist und die Bewegung des Automatenelements bei dem Direktanleitungs-Vorgang auf einen programmgesteuerten Bereich mittels einer Anleitungsbewegungs-Begrenzungsvorrichtung begrenzbar ist, die eine Einkuppel/Auskuppel-Schaltung (424) zum Steuern des Einkupplungs- und Auskupplungszustands der elektromag-

   QQ netischen Kupplung und eine Stellungsprüfeinrichtung aufweist, die Stellungsdaten aus einer Stellungsmeßgebervorrichtung (422) für das Automatenelement über den Rechenprozessor aufnimmt, um zu prüfen, ob die aufgenommenen Stellungsdaten in dem programmgesteuerten Bereich liegen, und die ein Befehlssignal an die Einkuppel/Auskuppel-Schaltung ζun Einkuppeln der elektromagnetischen Kupplung abgibt,

   -5- DE 3071

   sobald die aufgenommenen Stellungsdaten aus dem programmgesteuerten Bereich heraus abweichen.

   9. Steuersystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch 5

   eine Zählereinrichtung (425) zur Abgabe eines Auskuppelsignals an die Einkuppel/Auskuppel-Schaltung (424) auf den Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Empfang eines Einkuppelsignals.

   10. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Schutzeinrichtung (513, 514) zum Schutz eines Handgelenkteils oder eines anderen Automatenelements mit einem Diskriminator (514), mit dem die Stelle lungsausgangssignale des ersten und des zweiten Stellungsmeßgebers (509, 511) vergleichbar sind und ein Auskuppelsignal erzeugbar ist, wenn der Unterschied zwischen den Stellungsausgangssignalen einen vorbestimmten Wert übersteigt, und eine Auskuppeleinrichtung (516) zum Auskuppeln

   2Q der Reibkupplungsvorrichtung (505) entsprechend dem Auskuppelsignal .

   11. Steuersystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibkupplungsvorrichtung (505) eine elektromagnetische Kupplung ist.

   12. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Schutzeinrichtung zum Schutz der Übertragungsvorrichtung mit einer Erfassungseinrichtung (624; 630) zum Erfassen des Unterschieds zwischen den Stellungsausgangssignalen des ersten und des zweiten Stellungsmeßgebers (619, 621) und einer Antriebssteuereinrichtung (613) zum Begrenzen oder Beenden der Leistungsabgabe der Antriebsquelle (614), wenn die Differenz zwischen den Stellungsausgangssignalen einen vorbestimmten Wert übersteigt.

   -6- DE 3071

   1.5. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Recheneinrichtung (727), mit der das Ausmaß der^ Versetzung eines entfernt liegenden Teils

   des Automatenelements (719) bei dem Direktanleitungsvorb

   gang berechenbar ist und Lagedaten für den entfernt liegenden Teil jedesmal einlesbar und speicherbar sind, wenn das Ausmaß der Versetzung bei einem punkteweisen Direktanleitungsvorgang einen vorbestimmten Wert erreicht.

   14. Steuersystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Automatenelement ein Schweißbrenner (719) ist und daß während des Direktanleitungsvorgangs an dem Vorderende einer Drahtführung (732) des Schweißbrenners ein An-

   , f- leitungsstab (733) anbringbar ist.

   15. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mindestens einen an oder nahe einem von einer Bedienungsperson bei einem punkteweisen Direktanlei-

   2Q tungsvorgang zu ergreifenden und handzuhabenden Automatenelement (809) angebrachten Schalter (802) zur Abgabe von mehr als zwei Arten codierter Anweisungssignale durch dessen Ein/Ausschalten und eine Decodiereinrichtung (803), mit der die Anweisungssignale für die Abgabe entsprechender Befehlssignale an das Steuersystem decodierbar sind, um damit entsprechend den Befehlssignalen mehr als zwei Arten von Daten in eine Speichereinrichtung (824) einzuspeichern.

   16. Steuersystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Automatenelement (809) ein Handgelenkteil eines Schweißautomaten (804) ist.

   17. Steuersystem nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (802) an einem Schweißbrenner (801) angebracht ist.

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   18. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Automat ein Schweißautomat mit einem Schweißbrenner (904) ist, der an einem schwenkbar und drehbar an dem Vorderende eines Automatenarms (901)

   angebrachten Handgelenkteil (902) gehalten ist und mit dem eine Schweißbewegung über eine Anzahl von Schlüsselpunkten einer Schweißnaht unter linearer oder Bogen-Interpol at ion nachvollziehbar ist, und daß ein abnehmbar an dem Schwieißbrenner oder an einem Aufbau in der Nähe des Schweißbrenners angebrachter Anleitungsschaltkasten (907) mit einem Satz von Schaltern (909) vorgesehen ist, zu denen mindestens ein erster Schalter (909a) zum Erzeugen eines Signals für das Befehlen des Einspeicherns von Lagedaten für einen

   ,π Schlüsselpunkt, ein zweiter Schalter (909c) zum Erzeugen eines Signals für das Bestimmen der linearen oder der Bogen-Interpolation und ein dritter Schalter (909b) zum Erzeugen eines Signals für einen Anfangs- oder Endpunkt der Schweißnaht zählen, wobei der Schaltkasten bei dem punkt-

   2Q weisen Direktanleitungsvorgang während der Bewegung des Schweißbrenners längs einer Schweißnaht so bedienbar ist, daß Lagedaten-Speicherbefehle sowie Daten bezüglich der Art- der Interpolation und bezüglich zu schweißender oder nicht zu schweißender Abschnitte erzeugt werden.

   19. Steuersystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißbrenner (904) mit einem Anschlußteil (906) mit einem Kupplungsteil (906a) versehen ist, der zum abnehmbaren Anbringen des Anleitungs-Schaltkastens (907) an dem Schiweißbrenner mit einem an dem Schaltkasten vorgesehenen Gegen-KupplungsteÜ (907a) koppelbar ist.