DE3922524C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der
Bewegungen einer Achse an programmgesteuerten Maschinen
sowie das zugehörige Regelsystem mit den Merkmalen im
Oberbegriff des Verfahrens- und Vorrichtungshauptanspruches.
Herkömmliche Reglerstrukturen für bewegliche Achsen an
programmgesteuerten Maschinen, speziell im Anwendungsfall
von Industrierobotern, sind dafür bestimmt, eine
programmierte Bahn unabhängig von der Belastung so genau
wie möglich abzufahren.
Aus der EP 00 62 076 ist ein solches Regelsystem bekannt,
bei dem Lageabweichungen einer Achse von ihrem Soll-Wert
festgestellt und korrigiert werden. Hierzu wird in einer
Vergleichsschaltung die Lagedifferenz zwischen der
aktuellen Achsposition und dem vorgegebenen Soll-Wert der
Achse berechnet. Diesem Differenzwert wird in einer
nachfolgenden Summationsschaltung ein vorberechneter Wert
für die lastabhängige Achsbiegung zuaddiert. Dieser
Summationswert wird in einem Pulserzeuger und dann weiter
in ein Fehlerregister eingespeist. Zusätzlich wird auch die
aktuelle Achsposition als ein Pulswert in das Fehlerregister
eingegeben. Im Fehlerregister werden der
Positionsvorgabewert und der aktuelle Positionswert in Form
einer Gegenkopplung miteinander verglichen. Hieraus
resultiert ein Korrekturwert, mit dem der Achsantrieb zur
Beseitigung der bestehenden Lage-Regeldifferenz
beaufschlagt wird.
Die DE-OS 33 02 063 zeigt eine ähnliche
Belastungskompensation mit einem Regelsystem das bestrebt
ist, auftretende Lage-Regeldifferenzen zu "0" zu machen.
Hierbei sollen zusätzlich auch thermisch bedingte
Lagefehler korrigiert werden. Wie in der eingangs genannten
Entgegenhaltung werden vorab herstellungs-, temperatur-
oder lastabhängige Fehler meßtechnisch erfaßt und als
Korrekturwerte berechnet oder gespeichert. Einem
Master-Prozessor werden hierzu von Wegmeßzählern und einer
Vergleichsschaltung sowie von einem Last- und einem
Temperaturprozessor Signale übermittelt. Im
Master-Prozessor wird hieraus für jede Achse der zu
korrigierende Gesamtfehler errechnet. Bei Überschreiten
einer bestimmten Schwellgröße gibt der Master-Prozessor ein
Korrektursignal an Phasenschieber der Achsantriebe ab, um
den Lagefehler auszugleichen.
Ähnliche Regelsysteme sind auch aus der DE-OS 31 51 831,
der DE-Z: "WT-Zeitschrift für industrielle Fertigung 73"
(1983), Seiten 165-186 und der DE-Z: "Robotersysteme 3",
Seiten 21-28 (1987) bekannt.
All diese Regelsysteme dienen der Kompensation von
Lagefehlern, in denen durch Gegenkopplung von Soll- und
Ist-Wert eine Lage-Regeldifferenz beseitigt werden soll.
Auf im Betrieb auftretende Abweichungen oder auch
Hindernisse können die Regler nicht mit einem Nachgeben im
gewünschten Sinne reagieren. Zur Umgehung der Probleme
müssen mechanische Nachgiebigkeiten und/oder aufwendige und
langsame Überwachungseinrichtungen in den Roboter eingebaut
werden. Dies verursacht einen erheblichen konstruktiven,
programmtechnischen und kostenmäßigen Mehraufwand.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Möglichkeit zur Regelung der Bewegungen einer Achse an
programmgesteuerten Maschinen aufzuzeigen, die auf
einfache, kostengünstige und sichere Weise ein Ausweichen
und mechanisches Nachgeben an Hindernissen oder sonstigen
von außen auf die Achse einwirkenden Belastungen
ermöglichen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im
Verfahrens- und Vorrichtungsteil des Hauptanspruches.
Sie sieht eine lastadaptive Regelung vor, die die
vorhandene "starre" Regelstruktur im Bedarfsfall
überlagert. Äußere Belastungen der Achse im Betrieb werden
durch Sensoren erfaßt, wobei das Rückführungssignal dieser
Sensoren in die vorhandene Regelung der Achse als
Mitkopplung eingespeist wird.
Durch die Mitkopplung wird ein Weg bzw. eine
Geschwindigkeit am Positions- und/oder
Geschwindigkeitsregler entsprechend der Belastung addiert.
Dadurch entsteht eine Lageregeldifferenz, die proportional
der Belastung ist. Dies hat zur Folge, daß die Achse
entsprechend der Belastung elastisch ausweicht. Die
Achsbewegung kommt dadurch ggf. zum Stillstand und kann in
Extremfällen auch auf Rückwärtsfahrt umschalten. Sind
mehrere geregelte Achsen vorhanden, können je nach Art der
Belastung oder des Hindernisses die anderen Achsen ohne
Beeinträchtigung weiterfahren, so daß sich die Maschine
abweichend von der programmierten Bahn bewegt. Sobald die
Belastung aufgehoben ist, kehrt die Achse durch den Wegfall
des Belastungssignals automatisch auf die programmierte
Bahn zurück.
Auf diese Weise erfolgt die Kompensation im Kollisions- und
Belastungsfall im Regelsystem und die Programm- oder
Bahnsteuerung selbst braucht nicht verändert zu werden. Der
Programmieraufwand ist dadurch wesentlich geringer als beim
Stand der Technik.
Das erfindungsgemäße Regelverfahren und das Regelsystem
lassen sich für unterschiedliche Achskinematiken,
insbesondere translatorische und rotatorische Achsen,
einsetzen. Die Maschinen können ein oder mehrere Achsen mit
dieser Regelung aufweisen. Eine lastadaptive Regelung
bringt vor allem für programmgesteuerte Maschinen Vorteile,
da sie Belastungen und Hindernisse automatisch kompensiert.
Unter programmgesteuerten Maschinen werden auch
sensorgeführte Systeme verstanden sowie sonstige, eine Bahn
automatisch verfolgende Maschinen. Die lastadaptive Regelung
macht aber auch in Verbindung mit handgesteuerten Maschinen
Sinn und kann dort als Kollisions- und Überlastungsschutz
dienen.
Ein bevorzugtes Einsatzgebiet der lastadaptiven Regelung
sind Fertigungs- und Montagemaschinen, insbesondere Systeme
mit mehrachsigen Industrierobotern. Ein Einsatzgebiet ist
für die Erfindung immer dann gegeben, wenn Bearbeitungs-
und Montageaufgaben ein Abstützen auf dem Werkstück
erlauben. Dies ist inbesondere bei spanabhebenden
Verfahren, wie Schleifen, Polieren, Entgraten, Gußputzen
usw., der Fall. Ähnliches gilt für Montageaufgaben.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt im Zusammenhang
mit programmgesteuerten Maschinen ferner in dem Umstand,
daß die zu verfolgende Bahn nicht mehr ganz exakt
programmiert werden muß. Durch das belastungsabhängige
Nachgeben werden Bahnfehler automatisch kompensiert. Bei
abtragenden Bearbeitungsvorgängen erlaubt dies ein
automatisches Nachführen des Werkzeugs entsprechend des
Abtrags. Auch eine Werkzeugabnutzung läßt sich ohne
zusätzliche Sensorik automatisch kompensieren.
Die mechanische Nachgiebigkeit der geregelten Achse, die
man auch als Federkonstante bezeichnen kann, läßt sich über
eine Abschwächung oder Verstärkung des von den Sensoren
rückgeführten Belastungssignals beeinflussen. Dabei ist der
Grad sowie die Richtung der gewünschten Nachgiebigkeit von
einem Steuerprogramm aus einstellbar. Ferner können auch
statische Kräfte, wie Gravitation bzw. Reibung, durch
gespeicherte Offset-Werte ausgeglichen werden. Die
lastadaptive Regelung reagiert dann nur auf dynamische
Belastungen.
Die lastadaptive Regelung kann manuell oder
programmgesteuert ein- und ausgeschaltet werden. Sie wird
dann nur bei Bedarf, beispielsweise während der
Bearbeitungsvorgänge, zugeschaltet und bleibt jedoch
während der Zustell- und Rückführbewegungen außer Betrieb.
Dies ist beispielsweise beim robotergeführten
Punktschweißen der Fall, wo die programmierte
Schweißposition mit "harten" Reglern, d.h. mit
ausgeschalteter lastadaptiver Regelung, angefahren wird.
Nach dem Schließen der Schweißzange erst werden die Regler
nachgebend geschaltet. Dies ermöglicht beispielsweise ein
orthogonales Ausrichten der Schweißzange zum Blech und
somit ein besseres Schweißergebnis sowie im Endeffekt eine
Entlastung des Roboters.
Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Benutzung der
lastadaptiven Regelung für die Feinprogrammierung der zu
verfolgenden Bahn. Die Bahnpunkte werden ohne lastadaptive
Regelung grob vorprogrammiert. Dann werden sie mit
lastadaptiver Regelung abgefahren, wobei während des
Abfahrens laufend die aktuellen Bahnpunkte in der Steuerung
abgespeichert werden. Somit ist der exakte Bahnverlauf
ermittelt.
Darüber hinaus kann die lastadaptive Regelung auch
periodisch ein- und ausgeschaltet werden. Hierdurch kann
man zum einen die Stärke der Mitkopplung und damit die
Nachgiebigkeit beeinflussen. Zum anderen kann man
Lageregeldifferenzen aufgrund von Friktionen in den
mechanischen Übertragungsgliedern bei Anordnung mehrerer
Bewegungsachsen weitgehend vermeiden, so daß das elastisch
nachgebende Verhalten erhalten bleibt.
Für die Anordnung und Gestaltung der die Belastung
messenden Sensoren gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die
Sensoren können die Belastung als Kraft oder Drehmoment
unmittelbar erfassen. Die Belastung kann aber auch über den
Motorstrom mittelbar erfaßt werden. Je nach Art und Zahl
der Bewegungsachsen kann dies über Sensoren geschehen, die
jeder Achse direkt zugeordnet sind und die die
achsspezifischen Belastungen an Ort und Stelle aufnehmen.
Es kann aber auch ein mehrdimensional messender Sensor zum
Einsatz kommen, der beispielsweise direkt hinter dem
Werkzeug an dessen unmittelbar angeschlossener
Bewegungsachse sitzt und der unter entsprechender
Signalaufbereitung die verschiedenen Achsen der Maschine
beaufschlagt.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielweise und
schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigen
Fig. 1 ein funktionales Schaltbild der Regelkreise
an einer Achse,
Fig. 2 eine konstruktive Anordnung entsprechend
Fig. 1 und
Fig. 3 einen Anwendungsfall mit einem
robotergeführten Schleifwerkzeug.
In den Zeichnungen ist eine bewegliche und angetriebene
Achse (1) dargestellt, die hier als rotatorische Achse für
die Drehbewegung eines Werkzeuges (24) an einem Roboterarm
(23) ausgebildet ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
werden die Achsbewegungen nach Position, Geschwindigkeit
bzw. Drehzahl und Antriebsmoment geregelt.
Für die Positionsregelung (8) ist ein schematisch
dargestellter Positionssensor (22) vorgesehen, der als mit
der Achse verbundener Absolutwertgeber ausgebildet ist.
Dessen Signal wird mit einem negativen Vorzeichen auf den
Summationspunkt des Positionsreglers (16) eingespeist und
mit von außen in das Regelsystem eingegebenen
Lagesollwerten verglichen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Positionsregler (16) der erste Regler des Systems.
Die Lagesollwerte werden von einer nicht näher
dargestellten Programmsteuerung oder Bahnsteuerung (18)
abschnittsweise eingespeist.
Für die Geschwindigkeitsregelung (7), die bei der gezeigten
rotatorischen Achse als Drehzahlregelung ausgebildet ist,
ist ein Tachogenerator (21) an der Achse (1) vorgesehen.
Dessen Signal wird auf den Summationspunkt des
Geschwindigkeitsreglers bzw. Drehzahlreglers (17)
eingespeist. Der Drehzahlregler (17) ist dem
Positionsregler (16) nachgeschaltet.
Für die Einstellung und Konstanthaltung des Drehmomentes
des elektrischen Antriebsmotores (2) ist eine Stromregelung
(6) vorgesehen. Der Antriebsmotor (2) ist in an sich
bekannter Weise als regelbarer Gleichstrommotor
ausgebildet. Der vom Antriebsmotor aufgenommene Strom wird
durch einen Stromsensor (3) erfaßt, dessen Signal auf einen
Stromregler (19) mit nachgeschaltetem Verstärker (20)
eingegeben wird. Der Stromregler (19) und der Verstärker
(20) sind ihrerseits dem Drehzahlregler (17)
nachgeschaltet.
Zur Erzielung eines steifen Maschinenaufbaus, hier speziell
eines steifen Roboteraufbaus, und starker
reaktionsschneller Antriebe sind die vorgenannten
Regelungen (6, 7, 8) als eine "steife" Reglerstruktur
ausgebildet. Die Regler (16, 17, 19) sind so ausgeführt, daß
sie die Achse (1) auch dann noch auf Ihrer
vorprogrammierten Bahn führen, wenn von außen durch
Bearbeitungs- oder Montagevorgänge starke Lastschwankungen
auftreten. Diese Regler reagieren daher in erster Linie
belastungsunabhängig.
Um den von außen auf die Achse (1) einwirkenden Belastungen
nachzugeben, ist eine lastadaptive Regelung überlagert.
Diese besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel aus dem
Stromsensor (3) am Antriebsmotor (2) und/oder einem in der
Nähe des Werkzeugs (24) an der Achse (1) angeordneten
Kraftsensor (5) und/oder einem in Nähe des Antriebsmotors
(2) angeordneten Drehmomentensensors (4). In Fig. 1 sind
alle Sensoren vorhanden, wobei deren Rückführungen
(9, 10, 11) auf einen gemeinsamen Summationspunkt geschaltet
sind. In der praktischen Ausführung kann auch nur ein
Sensor (3, 4 oder 5) vorhanden sein.
Die gezeigten Sensoren (4, 5) messen die an der Achse (1) im
Betrieb auftretenden äußeren Belastungen unmittelbar.
Solche Belastungen können eine Kollision des Werkzeuges
(24) mit einem Hindernis sein. Sie können aber auch in
einer Überlastung des Werkzeuges bei seiner
bestimmungsgemäßen Funktion sein, beispielweise eine zu
hohe Eintauchtiefe oder Anpreßkraft bei einem Fräser, einer
Schleifscheibe oder einem sonstigen Abtragswerkzeug.
Belastungen der Achse (1) können auch bei Montageaufgaben
entstehen durch Krafteinwirkung von außen oder fehlerhafte
Positionierung.
Der Stromsensor (3) mißt die Belastung über den Motorstrom.
Eine äußere Belastung äußert sich in einer Veränderung des
Antriebsmomentes, meistens einer Erhöhung, und einem
entsprechenden Stromanstieg. Bei mehrachsigen Maschinen,
insbesondere Industrierobotern, verteilt sich die
beispielsweise an der Roboterhand auftretende Belastung auf
mehrere Achsen. Die Erfassung über den Motorstrom hat den
Vorteil, daß die Belastung achsspezifisch erfaßt wird.
Außerdem können die Belastungen beliebig komplex sein und
auch an mehreren Stellen auftreten. Bei der
Motorstromerfassung werden auch die in den mechanischen
Übertragungsgliedern (23) vorhandenen Elastizitäten
automatisch berücksichtigt.
Das oder die rückgeführten Belastungssignale werden in
einer Verstärkungs- oder Abschwächeeinrichtung (15)
beeinflußt. Es handelt sich hierbei um einen
Signalverstärker oder Signalabschwächer, der gesteuert und
von außen einstellbar ist. Er kann beispielsweise von der
Programmsteuerung (18) der Maschine beaufschlagt werden.
Das aufbereitete Belastungssignal wird im gezeigten
Ausführungsbeispiel auf den Summationspunkt des
Positionsreglers (16) über die Verbindung (12) und/oder den
Drehzahlregler (17) über die Verbindung (13) eingespeist.
Die Einspeisung erfolgt mit positiven Vorzeichen als
Mitkopplung. Die Signale vom Tachogenerator (21) und
Positionssensor (22) werden in üblicher Weise mit negativen
Vorzeichen eingegeben. Durch die Mitkopplung wird die
Lageregeldifferenz (14) bei Auftreten einer Belastung
vergrößert. Durch die Mitkopplung wird so lange ein Weg
(12) bzw. eine Drehzahl (13) aufaddiert, bis die Belastung
kompensiert ist.
Die Mitkopplung wirkt sich als lastabhängige Nachgiebigkeit
der Achse (1) aus. Bei Auftreten eines Hindernisses oder
einer sonstigen äußeren Belastung wird die Achsbewegung
hierdurch trotz Soll/Istwert-Differenz (Lageregeldifferenz)
bei den Positions- und/oder Drehzahlwerten verlangsamt und
kann bei einem unnachgiebigen Hindernis auch zum Stillstand
kommen. Je nach Antriebs- und Regelstruktur kann sogar der
Antrieb (2) umgeschaltet werden und die Achse (1) rückwärts
bewegen. Dies ist der Fall, wenn auf die Achse (1) bzw. das
Werkzeug (24) eine der normalen Achsbewegung
entgegengesetzte Kraft einwirkt. Das kann beispielsweise
bei der Kollision des Werkzeuges (24) mit einem bewegten
Objekt geschehen. Die Achse (1) gibt nach und weicht
zurück.
Die Programmsteuerung (18) führt in diesem Zusammenhang
eine Grenzwertüberwachung durch, die ein Nachgeben der
Achse nur in bestimmten, vorgegebenen Grenzen zuläßt. Ein
Überlaufen der Programmsteuerung (18) durch die
lastadaptive Regelung ist damit ausgeschlossen.
Ist das Hindernis oder die Belastung beseitigt, entfällt
das Belastungssignal und das Regelsystem zeigt wieder sein
normales "hartes" Verhalten. Die Achse (1) wird dann so auf
die Soll-Werte für Position, Geschwindigkeit,
Antriebsmoment etc. geregelt, daß versucht wird, diese
einzuhalten und Regelabweichungen minimal zu halten.
Über die Verstärkung oder Abschwächung des rückgeführten
Belastungssignals im Signalverstärker (15) kann der
Einfluß der Belastungssignale auf die Regelung verändert
werden. Wird das Belastungssignal im Vergleich mit den
Positions- und Drehzahlsignalen verstärkt, führt das zu
einer höheren Nachgiebigkeit der Achse. Umgekehrt
bedeutet eine Abschwächung des Belastungssignals eine
höhere Steifigkeit.
Im Signalverstärker (15) oder der angeschlossenen
Programmsteuerung (18) sind Offset-Werte gespeichert, die
die im Betrieb ohnehin auftretende statische Belastung, wie
Gravitation, Reibung oder dgl., repräsentieren. Wenn die
von den Sensoren (3, 4, 5) rückgeführten Signale den
Offset-Wert übersteigen oder unterschreiten, wird die
Differenz vom Offset-Wert auf die Summationspunkte der
Regler (16, 17) eingespeist. Damit reagiert die Achse (1)
auf Änderungen gegenüber der statischen Belastung.
Offset-Werte können auch herangezogen werden, um die
lastadaptive Regelung erst bei dynamischen Belastungen in
einer Mindesthöhe einzuschalten, die von der
Eigenelastizität der Maschine nicht mehr aufgefangen werden
kann.
Die überlagerte lastadaptive Regelung kann über den
Signalverstärker (15) bewußt ein- und ausgeschaltet werden.
Dies kann manuell oder programmgesteuert geschehen.
Darüber hinaus ist ein periodisches An- und Abschalten
vorgesehen.
Für die lastadaptive Regelung gibt es unterschiedliche
Anwendungsbereiche, die sich auch miteinander kombinieren
lassen:
Der erste Bereich ist die Überlastungs- und Kollisionsüberwachung im Sinne einer reinen Sicherheitseinrichtung. Der Bahnverlauf und die Achsbewegungen können exakt vorgegeben sein. Belastungen der Achse von außen sind nicht vorgesehen, beispielsweise bei einer berührungsfreien Zuführbewegung oder einer Nachführbewegung beim autogenen Bahnschweißen oder dgl. In diesem Fall wird nur das Auftreten außergewöhnlicher Hindernisse oder Belastungen überwacht. Sind mehrere lastadaptiv geregelte Achsen vorhanden, kann die Maschine, beispielsweise ein mehrachsiger Industrieroboter, Hindernisse kraftschlüssig um- oder überfahren.
Der erste Bereich ist die Überlastungs- und Kollisionsüberwachung im Sinne einer reinen Sicherheitseinrichtung. Der Bahnverlauf und die Achsbewegungen können exakt vorgegeben sein. Belastungen der Achse von außen sind nicht vorgesehen, beispielsweise bei einer berührungsfreien Zuführbewegung oder einer Nachführbewegung beim autogenen Bahnschweißen oder dgl. In diesem Fall wird nur das Auftreten außergewöhnlicher Hindernisse oder Belastungen überwacht. Sind mehrere lastadaptiv geregelte Achsen vorhanden, kann die Maschine, beispielsweise ein mehrachsiger Industrieroboter, Hindernisse kraftschlüssig um- oder überfahren.
Der zweite Bereich betrifft die Heranziehung der
lastadaptiven Regelung für die Verfolgung der
programmierten Bahn. Belastungen der Achse von außen sind
von vorneherein vorgesehen, etwa bei Montagearbeiten oder
einer spanabhebenden Bearbeitung, wo sich das Werkzeug am
Werkstück abstützt.
Fig. 3 zeigt dies anhand eines am Roboterarm (23) geführten
Schleifwerkzeugs (24). Der Bahnverlauf wird nur grob
programmiert und hier sogar in das Werkstück verlegt, wobei
die Feinabstimmung der verschiedenen Roboterachsen von
deren lastadaptiven Regelungen übernommen wird. Durch die
Grobprogrammierung verursachte Bahnfehler werden von der
lastadaptiven Regelung so ausgeglichen, daß die Belastung
der jeweiligen Achse oder des Werkzeugs konstant bleibt.
Das Schleifwerkzeug (24) wird damit stets mit konstanter
Schnittkraft geführt. Die Achsbewegungen richten sich nach
der gewünschten Kraft, wodurch der Schleifabtrag und die
Werkzeugabnutzung automatisch kompensiert werden. Die
Achsbewegungen und der Arbeitsgang werden über eine
Grenzwertüberwachung in der Programmsteuerung (18) des
Industrieroboters global kontrolliert und rechtzeitig
beendet.
Der dritte Bereich betrifft die Feinprogrammierung eines
Bahnverlaufs mit Hilfe der lastadaptiven Regelung. Eine
grob vorprogrammierte Bahn wird mit der oder den Achsen
abgefahren. Bahnfehler äußern sich in Kollisionen, die eine
Achsbelastung hervorrufen. An diesen Stellen wird die
Maschine angehalten, wobei die betroffenen Achsen soweit
zurückbewegt werden, bis keine Belastung mehr gemessen
wird. Der dann aus den verschiedenen Achsenstellungen sich
ergebende räumliche Positionswert wird in der
Programmsteuerung als Punkt der Bahn gespeichert.
Abweichungen vom gezeigten Ausführungsbeispiel sind in
mehrfacher Hinsicht möglich. Mit der Bezugsziffer (23) wird
generell ein mechanisches Übertragungsglied bezeichnet.
Dies kann im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem
Getriebezug bestehen, mittels dem die Motordrehzahl zum
Werkzeug (24) untersetzt wird. Für den Einsatzbereich eines
mehrachsigen Industrieroboters kann die in der funktionalen
Darstellung von Fig. 1 gezeigte Achse (1) auch als
vertikale Karussellachse verstanden werden. Das mechanische
Übertragungsglied (23) repräsentiert dann die zwischen
Werkzeug (24) und Roboterkarussell befindlichen anderen
Roboterbaugruppen, wie Schwinge, Ausleger, Winkelhand etc.
In diesem Fall sitzt der Kraftsensor (5) nach wie vor in
Nähe des Werkzeugs (24) und nimmt die dort auftretenden
Belastungen auf. Der Sensor mißt in diesem Fall
mehrdimensional und ist mit einer Auswerteschaltung
gekoppelt, die die auf die verschiedenen Achsen
entfallenden Lastanteile aufteilt und über die Rückführung
(11) in die jeweils zugehörige lastadaptive Regelung
einspeist. Der Drehmomentensensor (4) sitzt in diesem Fall
an der Karussellachse und zwar vorzugsweise in
Antriebsnähe. Der Stromsensor (3) befindet sich am
Karussellantrieb und mißt automatisch nur die auf diese
Achse entfallende Belastung.
Abweichungen vom dargestellten Ausführungsbeispiel sind
auch hinsichtlich der Zahl und Anordnung der Regelkreise
möglich. Es kann statt der gezeigten Kombination auch nur
ein Positionsregler oder nur ein Drehzahlregler vorhanden
sein. Auf den Stromregler kann ebenfalls verzichtet werden.
Entsprechend kann eine Einspeisung der Belastungssignale
auch nur an einem Summationspunkt stattfinden. Anstelle der
gezeigten hardwaremäßigen Regler können diese auch in der
Programmsteuerung (18) softwaremäßig als mathematische
Modelle in einem Computerprogramm und einem Computer
realisiert sein.
Stückliste
1 Achse, Bewegungsachse
2 Antriebsmotor
3 Sensor, Stromsensor
4 Sensor, Drehmomentsensor
5 Sensor, Kraftsensor
6 Stromregelung
7 Geschwindigkeitsregelung, Drehzahlregelung
8 Positionsregelung
9 Rückführung, Strom
10 Rückführung, Drehmoment
11 Rückführung, Kraft
12 Verbindung
13 Verbindung
14 Lage-Regeldifferenz
15 Verstärkungs- oder Abschwäche-Einrichtung
16 Positionsregler
17 Geschwindigkeitsregler, Drehzahlregler
18 Steuerung, Bahnsteuerung, Programmsteuerung
19 Stromregler
20 Verstärker
21 Tachogenerator
22 Positionssensor
23 mechanisches Übertragungsglied, Roboterarm
24 Werkzeug
2 Antriebsmotor
3 Sensor, Stromsensor
4 Sensor, Drehmomentsensor
5 Sensor, Kraftsensor
6 Stromregelung
7 Geschwindigkeitsregelung, Drehzahlregelung
8 Positionsregelung
9 Rückführung, Strom
10 Rückführung, Drehmoment
11 Rückführung, Kraft
12 Verbindung
13 Verbindung
14 Lage-Regeldifferenz
15 Verstärkungs- oder Abschwäche-Einrichtung
16 Positionsregler
17 Geschwindigkeitsregler, Drehzahlregler
18 Steuerung, Bahnsteuerung, Programmsteuerung
19 Stromregler
20 Verstärker
21 Tachogenerator
22 Positionssensor
23 mechanisches Übertragungsglied, Roboterarm
24 Werkzeug
Claims (12)
1. Verfahren zur Regelung der Bewegungen einer Achse an
programmgesteuerten Maschinen, insbesondere
Industrierobotern, mit einer Positionsregelung
und/oder einer Geschwindigkeitsregelung und/oder
einer Stromregelung, wobei über einen oder mehrere
Sensoren (3, 4, 5) die von außen im Betrieb auf die
Achse (1) einwirkenden Belastungen gemessen werden,
und das Belastungssignal auf den Summationspunkt des
Positions- und/oder Geschwindigkeitsreglers (16, 17)
mitgekoppelt wird, wodurch eine Lageregeldifferenz
(14) entsteht, die proportional der Belastung ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Belastungssignal
zur Veränderung der mechanischen Nachgiebigkeit der
Achse (1) geschwächt oder verstärkt (15) wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß statische
Belastungen durch gespeicherte Offsetwerte
kompensiert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die
Belastungsmessung und die Mitkoppelung manuell oder
programmgesteuert ein- und ausgeschaltet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die
Belastungsmessung und die Mitkoppelung periodisch
ein- und ausgeschaltet werden.
6. Regelsystem für bewegliche Achsen an
programmgesteuerten Maschinen, insbesondere
Industrierobotern, mit einer Positionsregelung
und/oder einer Geschwindigkeitsregelung und/oder
einer Stromregelung, wobei ein oder mehrere Sensoren
(3, 4, 5) zur Messung von Belastungen, die von außen im
Betrieb auf die Achse (1) einwirken, vorgesehen sind,
und deren Signale auf dem Summationspunkt des
Positions- und/oder Geschwindigkeitsreglers (16, 17)
in Form einer Mitkopplung geschaltet sind.
7. Regelsystem nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sensor (3) als
Stromsensor im Achsantrieb ausgebildet ist.
8. Regelsystem nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sensor (4, 5) als
Drehmoment- oder Kraftsensor ausgebildet ist.
9. Regelsystem nach Anspruch 6 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der oder die
Sensoren (4, 5) an der Achse (1) angeordnet sind.
10. Regelsystem nach Anspruch 6 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der oder die
Sensoren (4, 5) an benachbarten Achsen angeordnet
sind, wobei die Sensoren (4, 5) mehrdimensional messen
und eine Auswerteschaltung zur Aufteilung der
Lastanteile auf die verschiedenen Achsen aufweisen.
11. Regelsystem nach Anspruch 6 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß in der
Signalrückführung (9, 10, 11) der Sensoren (3, 4, 5) eine
steuerbare Verstärkungs- oder Abschwäche-Einrichtung
(15) angeordnet ist.
12. Regelsystem nach Anspruch 6 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Positions-, Geschwindigkeits- und/oder Stromregler
(16, 17, 19) als Software-Teile in der
Programmsteuerung (18) der Maschine realisiert sind.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3922524A DE3922524A1 (de) | 1989-07-08 | 1989-07-08 | Verfahren zur regelung der bewegungen einer achse an programmgesteuerten maschinen und regelsystem |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3922524A DE3922524A1 (de) | 1989-07-08 | 1989-07-08 | Verfahren zur regelung der bewegungen einer achse an programmgesteuerten maschinen und regelsystem |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3922524A1 DE3922524A1 (de) | 1991-01-17 |
DE3922524C2 true DE3922524C2 (de) | 1993-02-04 |
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- 1989-07-08 DE DE3922524A patent/DE3922524A1/de active Granted
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---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8330 | Complete disclaimer |