DE3724428A1 - Verfahren zur direkten speicherung eines bewegungsablaufes in echtzeit und exakter wiedergabe dieser bewegung sowohl in zeit als auch ort - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Speicherung und Wiedergabe eines Bewegungsablaufes, der manuell oder durch Treiber an einer mechanisch bewegbaren Vorrichtung vorgegeben und mindestens einen Sensor erfaßt sowie durch eine Steuerlogik organisiert in einem Speicher abrufbar abgelegt wird.

Aus der DE-OS 35 30 678 ist ein Verfahren zur Speicherung eines Bewegungsablaufes bekannt, bei dem die Wegstrecken durch Einspeicherung der nacheinander anzufahrenden Positionen erfaßt werden. Die Positionswerte, welche aus einer Vielzahl von Einzel­ werten bestehen können, werden als Koordinatenwerte oder Winkel­ werte dargestellt. Die Positionen müssen einzeln eingegeben und seriell abgespeichert werden. Die Speicherung eines Positions­ wertes erfolgt durch Betätigung eines Speichertasters.

Die Organisation der Speicherung und des Auslesevorgangs wird durch speicherprogrammierte Steuerung bewerkstelligt. Die in der speicherprogrammierten Steuerung enthaltenen Rechner erfassen die Positionen direkt über Sensoren und speichern sie in der vor­ gegebenen Reihenfolge ab. Diese gespeicherten Werte gibt sich der Rechner nach einem Ablaufbefehl selbst nacheinander als Sollwerte vor, wobei jeweils beim Sollwert-Istwert-Abgleich der nächste Sollwert vorgegeben wird. Die Wegstrecken werden nach diesem Eckpunktverfahren abgefahren, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit und Verweilzeiten der Stellglieder vorgegeben werden können. Die Bewegungsgeschwindigkeit wird durch Funktionsgeneratoren im Bedienteil oder durch Rampenfunktionen in der speicher­ programmierten Steuerung beeinflußt. Die Verweilzeiten an den verschiedenen Positionen werden durch die entsprechenden Zeit­ glieder oder Zeitfunktionen eingestellt, so daß beim Erreichen dieser Positionen der weitere Verfahrensablauf um die Verweil­ zeiten gehemmt wird.

Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung ist jedoch, daß es sich nicht um ein Software-unabhängiges Verfahren handelt.

Die in der speicherprogrammierten Steuerung enthaltenen Rechner benötigt dieses Verfahren zur Organisation und Ablaufsteuerung, welche durch Programmieraufwand festgelegt werden müssen. Ein wesentlicher Nachteil ist, daß Verweilzeiten und Geschwindig­ keiten nur durch Interpolationsverfahren im nachhinein beeinflußt werden, demnach keine Echtzeitaufnahme des Bewegungsablaufes möglich ist. Bei diesem Verfahren werden also nur Signale aufgenommen, die Orts-Informationen enthalten, wobei die Eingabe der Orts-Positionen jeweils durch Tastendruck erfolgt. Eine Zeitinformation bei Aufnahme der Bewegung wird nicht berücksichtigt.

Die Wegstrecken werden also nach einem Polygon-Verfahren wieder nachgebildet, wobei der Anfangs-End-Punkt jeder Wegstrecke als Orts-Position abgespeichert war.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Speicherung und Wiedergabe eines Bewegungsablaufes, der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem ein Bewegungsablauf in Echtzeit aufgenommen wird und eine exakte Wiedergabe dieser Bewegung sowohl in Zeit als auch Ort erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Bewegungsabspeicherung ein Zähler der Steuerlogik gestartet wird, der fortlaufend in durch den Zählertakt vorwählbaren, gleich­ langen Echtzeitintervallen die Adressen für die Speicherplätze des Speichers liefert, in dem die Sensorsignale abgelegt werden und daß zur Bewegungswiedergabe die Sensorsignale mit konstanter Zählertaktfrequenz aus dem Speicher ausgelesen und dem Treiber zugeführt werden.

Diese erfindungsgemäße Ausbildung hat gegenüber der bekannten Technik folgende Vorteile:

• - Die Bewegung wird ort- und zeitbezogen aufgenommen, wobei die Ort- und Zeitinformation in einem Sensorsignal enthalten sind.
• - Durch die bewegungsabhängige fortlaufende Adressbildung wird eine zeit- und ortkontinuierliche Bewegung aufgenommen.
• - Durch die Aufnahme einer Zeitinformation ermöglicht sich eine Kraftregelung.
• - Die Wiedergabe der Bewegung erfolgt exakt in Ort und Zeit, das heißt, die Wegstrecken werden mit der aufgenommenen Geschwindig­ keit wieder nachgebildet.
• - Im nachhinein kann man auch auf die Geschwindigkeit Einfluß nehmen, wobei aber die Bewegungsproportion erhalten bleibt.
• - Dieses Verfahren bedarf keinerlei software-mäßigen Unter­ stützung, sondern ist zur unkomplizierten, direkten Eingabe der Sensorsignale ausgelegt.

Der Startpunkt des als Zähler ausgebildeten Adressbildners ist die definierte Nullstellung des Bewegungsablaufes. Der Start kann mittels eines Starttasters erfolgen, der mit "Write" gekenn­ zeichnet ist.

Die Bewegung wird als zeitabhängiges Sensorsignal in Form von Beschleunigungen, Geschwindigkeiten, Verweilzeiten und bezüglich des Ortes in Form von Wegstrecken aufgenommen. Die Eingabe der Bewegung erfolgt direkt durch Führung der mechanischen Vorrichtung entlang der gewünschten Wegstrecke mit entsprechenden gewünschten Beschleunigungen und Verweilzeiten.

Das zu speichernde bzw. gespeicherte Signal, da sowohl den örtlichen als auch den zeitlichen Bewegungsablauf berücksichtigt, wird auf den vorgegebenen Speicherplätzen im Speicher abgelegt. Durch die fortlaufende Adressbildung wird die Bewegung in äquidistante Zeitabstände zerlegt und auf den entsprechenden Speicherplätzen fortlaufend als Ort/Zeit-Information abgelegt. Die jeweilige Wegstrecke ergibt sich aus den Orts-Informationen zweier aufeinander folgende Adressen.

Durch Veränderung der Adressbildungsgeschwindigkeit, d.h. Veränderung der äquidistanten Zeitabstände, kann nun auf die Geschwindigkeit des gesamten Bewegungsablaufes Einfluß genommen werden, wobei die Bewegungsproportionen sich nicht verändern.

Beginnt die Adressbildung des Adressbildners bei der Bewegungs­ wiedergabe von der Null-Stellung aus fortlaufend, wobei gegenüber dem Speichervorgang dieselben Adressen für den Auslesevorgang erzeugt werden, so wird, gesteuert durch die Steuerlogik, exakt die aufgenommene Bewegung wiedergegeben.

Dieses kann wahlweise gegenüber dem Eingabevorgang mit gleicher oder veränderter Geschwindigkeit erfolgen. Zur Geschwindigkeits­ veränderung erfolgt die Adressbildung gegenüber der Eingabe mit größerer oder kleinerer Frequenz. Die Wiedergabe der Bewegung kann vorzugsweise durch Betätigung eines Starttasters mit der Bezeichnung "Read" erfolgen, wobei es sich auch um den zuvor für die Bewegungsaufnahme beschriebenen Starttasters handeln kann, der für die Bewegungswiedergabe nochmals zu betätigen ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele. Und zwar zeigt:

Fig. 1 Ein Flußdiagramm ohne Kraftregelung

Fig. 2 Ein Flußdiagramm mit Kraftregelung

Fig. 3 schematisches Blockschaltbild

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten Speicherung eines Bewegungsablaufes einer oder mehrerer Freiheitsgrade, ohne daß der Anwender irgendwelche fachlichen Qualifikationen besitzen muß, da es sich bei diesem Speicherverfahren um kein software- gestütztes Verfahren handelt.

Das Speicherprinzip basiert nicht wie bei herkömmlichen Steuerungen auf der softwaremässigen Vorgabe von Wegstrecken, Verweilzeiten oder Bewegungsgeschwindigkeiten, sondern ist auf die direkte Eingabe der Bewegung ausgerichtet, so daß der Anwender nur an einer mechanischen Vorrichtung (1) die Bewegung vorgeben muß. Mit Hilfe der Sensoren werden entsprechend der Bewegung äquivalente Signale gebildet, die zum Beispiel im Falle eines Potentiometers als Sensor eine analoge Spannung darstellen. Bei der Aufnahme eines Bewegungsablaufes wird nun eine dynamische Amplituden variable Spannung an den Potentiometern abgegriffen. Die zeitlichen Änderungen der Spannung entsprechen der Geschwindigkeit der Bewegung. Die Wegstrecke wird durch die sich ändernde Amplitude der Spannung repräsentiert.

In diesem analogen Spannungssignal sind somit gleichzeitig Informationen über Ort und Zeit enthalten. Wesentlich ist, daß bei der Vorgabe des Bewegungsablaufes jeder Bewegungsausschnitt nicht nur als Ort-Information, sondern auch in Echtzeit, d.h. in Form von Geschwindigkeitsinformation aufgenommen wird.

Im Auslesevorgang kann lediglich auf die Geschwindigkeitsgröße rückwirkend Einfluß genommen werden, so daß die Bewegung zwar schneller oder langsamer als die aufgenommene Bewegung wieder­ gegeben wird, aber deren Bewegungsproportionen erhalten bleiben. Dieses Prinzip hat den wesentlichen Vorteil, daß ohne Programmieraufwand flexibel Bewegungen in Echtzeit aufgenommen und beliebig schnell nach Wunsch verändert werden können. Der Anwender muß z.B. bei einem Roboter sich keine Gedanken über die örtliche Fixierung des Roboters zur Fertigungseinheit, über den Takt oder die Verweilzeiten machen, sondern gibt sie nur entsprechend z.B. manuell vor und taktet die Fertigungseinheit und Roboter beim Start zueinander.

Eine derart ausgerüstete Produktionseinheit kann nun ohne Interface zur Fertigungseinheit in Betrieb genommen werden. Der Roboter muß nur mit Warnsensoren ausgerüstet werden, welche bei eventueller gegenseitiger Gefährdung oder Asynchronität sowohl den Roboter als auch die Fertigungseinheit ausschaltet. Ein weiterer Vorteil dieses Prinzips und des Verzichts einer Schnittstelle ist, daß eine solche Einrichtung, z.B. in Form eines Roboters, ohne Einrichtzeit sehr schnell an anderen Fertigungseinheiten eingesetzt werden kann.

Das geschieht ohne irgendwelchen Produktionsaufwand oder fachmännisches Personal.

Weitere Vorteile und Einzelheiten werden anhand von Zeichnungen erläutert.

Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild

Nach Betätigung des Starttasters (8) auf "Write" wird die Bewegung über Sensoren (2) direkt an der mechanisch bewegbaren Vorrichtung (1) aufgenommen, über einen Signalwandler (3) direkt in den löschbaren Speicher (5) abgelegt, während die dafür notwendige Adreß- und Signalverwaltung von der Steuerlogik (4) bewerkstelligt wird.

Durch nochmaliges Betätigen des Starters (8) auf "Read" beginnt der Auslesevorgang. Die Daten werden, organisiert von der Steuerlogik (4), über diese an eine Anpassungsschaltung (6) geliefert. Diese leitet sie angepaßt weiter an die Treiber (7) der mechanischen Vorrichtung (1).

Die Steuerlogik (4) übernimmt außerdem die Regelung nach Anspruch 2. (Soll-Istwertvergleich, Kraftregelung), die Einwirkung eines Warnsignals und die Anbindung eines Festwertprogramms an beliebiger Stelle des Bewegungsablaufes.

Durch Betätigung eines Programmwahlschalters (11) kann beim "Write"-Vorgang an gewünschter Stelle ein Festwertprogramm aus dem Festwertspeicher (10) adressiert werden, welches zusätzlich oder allein im "Read"-Vorgang an dieser Stelle aufgerufen werden kann.

Ein Warnsensor (9), welcher ein Warnsignal an die Steuerlogik (4) liefert, aktiviert in dieser einen Algorithmus, der die Umkehr der gerade abgefahrenen Bewegung bewirkt, d.h. die mechanische Vorrichtung vollführt so lange exakt die Bewegung rückwärts, wie sie zuvor gekommen ist, bis die Warnung aufgehoben ist oder die Nullstellung, d.h. der Bewegungsanfang, erreicht ist.

Die Steuerlogik (4) kann als kraftgeregelte Regelung ausgelegt werden, wobei die zuvor im unbelasteten Zustand aufgenommene Bewegung bei Belastung der mechanischen Vorrichtungen (z.B. durch das Gewicht eines Stückgutes) kraftregelnd angeglichen wird. Die gehemmte Bewegung soll nun durch die Kraftregelung wie die in Echtzeit aufgenommene ungehemmte Bewegung abgefahren werden. Dies wird, wie in Anspruch 3. bis 5. beschrieben, gelöst.

Fig. 1, Fig. 2 ein Flußdiagramm

Nach Betätigung des Starttasters (Fig. 3, Pos. 8) auf "Write" wird die "Adresse=0" (20) gesetzt und die dazugehörigen Daten gespeichert. Sobald dieser Vorgang abgeschlossen ist, wird die Adresse automatisch um eins erhöht (Adr.=Adr.+1) (24) und die nächsten Daten in den Speicher geschrieben.

Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis der letzte verfügbare Speicher erreicht ist (Adr.=letzte Adr. ?) (23). In diesem Fall wird die letzte Adresse als Indikator"voll" (25) gesetzt und eine Anzeige "Speicher=voll" (28) ausgegeben. Gleichzeitig wird der weitere Abspeicherung so lange gestoppt, bis nach nochmaliger Betätigung des R/W-Tasters der "Write" Status verlassen wird.

Tritt eine Statusänderung R/W (22) vor Erreichen der letzten Adresse (23) auf, dann wird der Indikator "voll" gleich der momentanen Adresse gesetzt (26).

Beim Verlassen des "Write" Status in den "Read" Status wird die "Adresse=0" (30), (29) gesetzt. Die Daten unter dieser Adresse werden ausgelesen (31) und mit den momentanen Daten (Istwert) verglichen (32), wobei die entsprechende Treiberrichtung (33), (34) so lange gesetzt wird, bis die Sollspannung erreicht ist ("U soll=U ist") (32).

Bei diesem Regelungsverfahren existieren nur zwei logische Zustände für die Treiber:
"treiben oder nicht treiben mit konstanter Kraft".

Im Fall de Kraftregelung wird zusätzlich zu dem Soll-Ist- Wertvergleich (32), der die zu treibende Richtung festlegt (33) (34) und somit die zwei logischen Zustände für die Treiber setzt, eine Kraftregelung vorgenommen, indem man zuvor einen differentiellen Quotienten dU/dt ermittelt (31). Man bildet die Differenzspannung (U aus RAM) zweier aufeinander folgender Adressen und bezieht sie auf deren Zeitabstand.

Diese Größe dU/dt greift nun zusätzlich nach der Entscheidung der Treiberrichtung kraftregelnd ein, d.h. zusätzlich zu der Entscheidung "Treiben mit konstanter Kraft in eine Richtung" wird bei großer dU/dt auf die Stärke der Kraft der zu treibenden Richtung Einfluß genommen. Dies erreicht man zum Beispiel, indem man diesen differentiellen Spannungsquotienten direkt auf die Treiber z.B. eines Gleichstrommotors gibt, und somit von diesen mehr Leistung abverlangt.

Eine Treibereinrichtung dient zur rückwirkungsfreien Anpassung der Logikschaltung und der Stellglieder (wie Motoren, Pneumatische Antriebe etc.).

Durch diese Anpassung wird die Information der logischen Signale umgesetzt zur gewünschten Leistung.

Auch bei der Kraftregelung wird solange geregelt, bis die gewünschte Position ("U soll=U ist") (32) erreicht ist. Nach diesem Verfahren wird die Adresse um eins erhöht (41) und zyklisch wiederholt.

Bei Auftreten eines Warnsignals erfolgt die Abfrage "Adresse=0" (36). Ist dies der Fall, wird der Bewegungsvorgang gestoppt und eine Warnmeldung ausgegeben.

Ist die Adresse nicht gleich "null" (36), wird die Adresse dekrementiert (Adr.=Adr.-1 )( 37) und die entsprechenden Daten ausgelesen, so daß sich die Rückwärtsbewegung ergibt.

Tritt eine R/W-Statusänderung (38) während des Auslesevorgangs auf, beginnt ein neuer Einlesevorgang (20).

Wird im Auslesevorgang die Indikatoradresse erreicht "Adresse=Voll" (39), wird die "Adresse = 0" gesetzt (40), und es beginnt ein neuer Lesevorgang.

Falls ein Festwertprogramm vorliegt, wird während des Auslese­ vorgangs zusätzlich gefragt, ob die Festwertprogrammadresse erreicht ist. Bei Auftreten dieser Adresse wird ein Festwert­ programm abgerufen und die entsprechende Bewegung, vorgegeben durch das Festwertprogramm, durchlaufen.

Bei Beendigung des Festwertprogramms wird der gespeicherte Bewe­ gungsablauf aus dem löschbaren Speicher (5) weiter abgefahren.

Claims (14)

1. Verfahren zur Speicherung und Wiedergabe eines Bewegungsablaufes, der manuell oder durch Treiber an einer mechanisch bewegbaren Vorrichtung vorgegeben und über mindestens einen Sensor erfaßt sowie durch eine Steuerlogik organisiert in einem Speicher abrufbar abgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegungsabspeicherung ein Zähler der Steuerlogik (4) gestartet wird, der fortlaufend in durch den Zähler vorwählbaren, gleichlangen Echtzeitintervallen die Adressen für die Speicher­ plätze des Speichers (5) liefert, in dem die Sensorsignale (Sensor 2) abgelegt werden und daß zur Bewegungswiedergabe die Sensorsignale mit konstanter Zählertaktfrequenz aus dem Speicher (5) ausgelesen und den Treibern zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungswiedergabe geregelt durch Soll-Ist-Wertvergleich zwischen der jeweiligen Speicherinformation und dem ent­ sprechenden Sensorwert erfolgt.

3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein kraftgeregeltes Regelungs­ system, welches durch Bildung des Spannungsdifferentials nach der Zeit kraftregelnd unmittelbar nach dem Soll-Ist-Wertvergleich eingreift und eine eventuell kraftbeeinflußte Bewegung ausregelt, wobei zur Bildung des Spannungsdifferentials die Differenz- spannung zweier aufeinander folgender Adressen gebildet und die Differenzspannung auf die Zeitabstände der beiden Adressen bezogen wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiber in der nicht kraftgeregelten Regelung nur über zwei logische Zustände geschaltet werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der kraftgeregelten Regelung die Treiber ebenfalls über zwei logische Zustände geschaltet werden, welche die anzutreibende Richtung festlegen und deren Antriebskraft durch die Größe dU/dt direkt angesteuert wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine zeitkontinuierliche Ablaufsteuerung handelt, die ohne Interpolation arbeitet.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mindestens einen ein Bewegungshindernis erfassenden Warnsensor aufweist und daß, ausgelöst durch ein entsprechendes vom Warnsensor stammendes Warnsignal, die Bewegung solange rückwärts gefahren wird, bis der Warnsensor die Warnung aufhebt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ohne Auftreten des Warnsignals der gesamte gespeicherte Bewegungsablauf zyklisch wiederholt abgefahren wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerlogik (4) die Speicherorganisation des Speichers (5), eines Festwertspeichers (10) für ein zusätzliches oder alternatives Bewegungsprogramm und die Bewegungsregelung für den Ein- und Auslesevorgang organisiert.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (5) als ein gepufferter Arbeitsspeicher (RAM) ausgebildet ist.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Festwertspeicher (10) als nichtflüchtiger Speicher (EEProm, EProm) ausgelegt ist.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, organisiert durch die Steuerlogik (4) und aufgerufen durch einen Programm-Wahlschalter, an beliebiger Stelle während des Bewegungsablaufes ein Festwert­ programm aus dem Festwertspeicher (10) abgerufen und abgearbeitet werden kann.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Sensor (2) kommenden Signale in einem Signalwandler (3) passend für den Speicher (5) und die Steuerlogik (4) gewandelt werden.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten von Bewegungen mit mehreren Freiheitsgraden entweder jeder Freiheitsgrad im Parallelbetrieb vollständig entkoppelt voneinander aufgenommen und in voneinander unabhängigen Schaltungen verarbeitet wird oder die Signale der veschiedenen Freiheitsgrade durch Multiplexer/Demultiplexer-Schaltungen organisiert werden (serieller Betrieb).