DE4019216A1 - Verfahren zum eichen einer elektrischen fernsteuerungsvorrichtung in form eines manipulators oder eines analogen elements und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum eichen einer elektrischen fernsteuerungsvorrichtung in form eines manipulators oder eines analogen elements und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

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DE4019216A1
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Jean-Pierre Rigat-Esselin
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Description

Die Erfindung betrifft Verbesserungen für elektrische Fern­ steuerungsvorrichtungen in Form von Manipulatoren oder ana­ logen Elementen, mit Gleitstäben, die paarweise einander zugeordnet und durch ein vorzugsweise manuelles Betäti­ gungsorgan betätigbar sind, wobei jedem Gleitstab Wandler­ mittel zur Erzeugung eines elektrischen Signals zugeordnet sind, von dem ein Parameter für die Verschiebung und/oder die Position des jeweiligen Gleitstabs kennzeichnend ist, wobei ferner Signalverarbeitungsmittel die Verarbeitung des elektrischen Ausgangssignals der Wandlermittel ermöglichen, und wobei ein Proportionalitätsgesetz zwischen der Position des Betätigungsorgans und dem betrachteten Parameter des Ausgangssignals besteht. Die Erfindung bezieht sich insbe­ sondere auf ein Verfahren zum Eichen solcher Fernsteuervor­ richtungen und einer Ausbildung der Vorrichtungen derart, daß das Eichverfahren von innen durchführbar ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Eichen der Fernsteue­ rungsvorrichtung sowohl bei der Herstellung zu ermöglichen, um die Probleme zu überwinden, die durch die Streuung der Werte der die Empfänger bildenden optoelektronischen Kopp­ ler und durch die Anhäufungen der Positionierungsmasse zwi­ schen den optoelektrischen Komponenten (Sender, Empfänger) und dem beweglichen Element entstehen, als auch weiterhin die im Laufe der Zeit auftretende Abweichung gewißer Para­ meter (z.B. die Änderung der Transparenz des beweglichen Elements) zu kompensieren. Es ist also das Ziel der Erfin­ dung, ein Verfahren sowie eine Anordnung der in Rede ste­ henden Vorrichtungen anzugeben, die eine Regelung der ge­ samten Vorrichtung auf eine besonders einfache, schnelle und wirksame Weise ermöglichen, wobei ein Minimum an spe­ ziell für dieses Ziel vorgesehenen Komponenten erforderlich sein soll.
Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Eichen einer Fernsteuerungsvor­ richtung der beschriebenen Art vor, das dadurch gekenn­ zeichnet ist,
daß man das Betätigungsorgan in die neutrale Stellung bringt, die der Verschiebung Null des Gleitstabs ent­ spricht,
daß man den entsprechenden Wert des betrachteten Parameters des elektrischen Ausgangssignals der Wandlermittel detek­ tiert,
daß man diesen ersten Wert des betrachteten Parameters des elektrischen Ausgangssignals speichert,
daß man das Betätigungsorgan in eine Extremstellung bringt, die der maximalen Verschiebung des Gleitstabs entspricht,
daß man den entsprechenden Wert des betrachteten Parameters des elektrischen Ausgangssignals der Wandlermittel detek­ tiert,
daß man diesen zweiten Wert des Parameters des elektrischen Ausgangssignals speichert
und daß man diese Verfahrensschritte nacheinander für jeden der Gleitstäbe durchführt.
Die Erfindung macht sich also die Tatsache zunutze, daß alle Ursachen von Fehlern und/oder von individuellen Abwei­ chungen sich in einem globalen Ergebnis kumulieren, das in der Abweichung des Werts des Ausgangssignals jedes Empfän­ gers besteht. Es genügt dann gemäß der Erfindung, die Werte dieses Ausgangssignals für die beiden Extremwerte der ge­ steuerten Funktion zu speichern, die zwei Extremwerten des Betätigungsorgans (Steuerung auf 0% bzw. auf 100%) ent­ sprechen, die ihrerseits zwei entsprechenden Extremwerten der Transparenz des beweglichen Elements entsprechen, näm­ lich der totalen Transparenz und der maximalen Undurchsich­ tigkeit.
Dieses Speichern der minimalen und maximalen Funktions-Re­ ferenzwerte ist also leicht und rasch für jeden Gleitstab der Vorrichtung durch Zuführen, und zwar einerseits bei der Herstellung der Fernsteuerungsvorrichtung und andererseits im Laufe der Lebensdauer bei Service- und Wartungsarbeiten (Auffrischung der Speicher). Was die Auswertung der so ge­ speicherten Werte betrifft, so ist diese durch die derzeit verwendeten elektronischen Techniken und insbesondere durch den Einsatz von Mikroprozessoren außerordentlich einfach und wirksam, wie groß auch immer die Anzahl der Gleitstäbe und der so gespeicherten Werte ist. Der detektierte Parame­ ter des Ausgangssignals der Wandlermittel ist vorzugsweise die Amplitude dieses Signals.
Das Ausgangssignal der Wandlermittel ist vorzugsweise eine elektrische Spannung.
Gemäß einem zweiten Aspekt schlägt die Erfindung eine spe­ zifische Anordnung einer Fernsteuerungseinrichtung der oben beschriebenen Art vor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie für jeden Gleitstab folgende Teile aufweist:
erstes Speichermittel zur Speicherung des Wert des betrach­ teten Parameters des Ausgangssignals der Wandlermittel, wenn das Betätigungsorgan sich in seiner neutralen Stellung befindet, die einer Verschiebung Null des Gleitstabs ent­ spricht,
sowie zweite Speichermittel zur Speicherung des Wert des betrachteten Parameters des Ausgangssignals der Wandlermit­ tel, wenn das Betätigungsorgan sich in einer Extremstellung befindet, die einer maximalen Verschiebung des Gleitstabs entspricht.
Das Ausgangssignal der Wandlermittel ist vorteilhafterweise ein elektrisches Spannungssignal, und der betrachtete Para­ meter dieses Signals ist vorzugsweise seine Amplitude.
Die Erfindung ermöglicht es durch eine doppelte Informa­ tionserfassung, allen fluktuierenden Parametern Rechnung zu tragen, die sich auf die Funktion der Vorrichtung auswir­ ken, ohne daß eine kompensierende Regelung an jedem dieser Parameter vorgenommen werden muß.
Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Fern­ steuerungsvorrichtung gemäß der Erfindung, wo­ bei der Manipulator im Schnitt dargestellt ist,
Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung zur Veran­ schaulichung der Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die in Fig. 1 dargestellte Fernsteuerungsvorrichtung in Form eines Manipulators, die insgesamt mit 20 bezeichnet ist, umfaßt einen manuellen Betätigungsblock 21 (oberer Teil der Vorrichtung 20 in Fig. 1), der in herkömmlicher Weise ausgebildet ist und beispielsweise den hydraulischen Manipulatoren zur Steuerung von hydraulischen Verteilern entspricht. Ein Betätigungshandgriff 22, der mit einem Nocken 23 fest verbunden, ist um eine Achse (im Fall einer Steuerung mit nur einem oder zwei Kreisen) oder um einen Kippunkt 24 (im Fall einer Steuerung mit mehr als zwei, z.B. drei oder vier Kreisen) verschwenkbar ist. Der letz­ tere Fall ist in der Zeichnung dargestellt. Der Körper 25, der den Handgriff 22 über sein Gelenk 24 trägt, besitzt Bohrungen 26 mit parallelen, insbesondere zur Achse des Körpers 25 symmetrischen Achsen. In diesen Bohrungen sind Gleitstäbe oder Stößel 27 angeordnet, die oben in Fingern 28 enden, die aus dem Körper 25 herausstehen. Den Stäben 27 zugeordnete Druckfeder 29 drücken diese ständig nach oben, so daß einer der Finger 28 sich an dem Nocken 23 abstützt, wenn dieser seinerseits durch die Betätigung (beispiels­ weise nach links oder rechts) des Handgriffs 22 geneigt wird.
Im unteren Teil des Körpers 25 ist eine Kammer 30 vorgese­ hen, in die die unteren Enden der Stäbe 27 hineinragen. Je­ dem Stab 27 ist eine Positionsdetektor-Vorrichtung zugeord­ net, die in der folgenden Weise ausgebildet ist. An dem un­ teren Ende des Stabs 27 ist eine Platte 30 starr befestigt, die in geeigneter Weise eine variable Transparenz besitzt und die zwischen einem Infrarot-Sender 31 und einem Infra­ rot-Empfänger 32 verschiebbar ist, die zu beiden Seiten der Platte 30 einander gegenüberliegen. Der Sender 31 und der Empfänger 32 sind durch geeignete mechanische Mittel (z.B. durch Montage auf einer gedruckten Schaltungsplatte) gehal­ ten, die die Stabilität des Systems gewährleisten. In Fig. 1 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit alle elektrischen Verbindungen des Senders und des Empfängers mit den ihnen zugeordneten elektrischen Schaltungen nicht dargestellt, sondern nur diejenigen Teile der Elektronik, die für das Verständnis der Erfindung erforderlich sind.
Jede Betätigung des Handgriffs 22 bewirkt eine entspre­ chende Verschiebung eines der Stäbe 27 und damit der diesem zugeordneten Platte 30. Der entsprechende Empfänger 32 lie­ fert ein elektrisches Signal, von dem ein Parameter (z.B. die Amplitude) sich in entsprechender Weise ändert.
Die Fernsteuerungsvorrichtung 20 bildet also eine Propor­ tionalsteuerung, die ein elektrisches Signal liefert, das für eine mechanische Verschiebung kennzeichnend ist. Dieses elektrische Signal kann entweder durch Draht oder durch Strahlung zu dem gesteuerten Gerät fernübertragen werden. Eine solche elektrische Fernsteuerungsvorrichtung ist be­ sonders vorteilhaft, da sie preiswert aus billigen elektro­ nischen Komponenten (Infrarot-Sender und -Empfänger), einem Proportionalitätsorgan (Platte 30) das leicht in großen Stückzahlen mit niedrigen Kosten durch fotografische Be­ handlung eines Films herstellbar ist, und einem Manipulator 22 gefertigt werden kann, wie er für hydraulische Steuerun­ gen von hydraulischen Verteilern bereits zur Verfügung steht.
Es erweist sich zumindest für gewiße Anwendungszwecke als wünschenswert, daß in der neutralen oder Null-Stellung der Vorrichtung die Zone der beweglichen Platte 30 mit der größten Undurchsichtigkeit zwischen dem Sender 31 und dem Empfänger 32 liegt. Das von dem Empfänger gelieferte elek­ trische Signal besitzt dann seinen kleinsten Wert (der ge­ gebenenfalls Null sein kann) und der Einfluß einer even­ tuellen Abweichung dieses Signals aufgrund thermischer Ein­ flüsse ist verringert:
Wenn die Zone mit minimaler Transparenz an einem Ende der beweglichen Platte 30 total undurchsichtig ist, ist es schwierig, wenn nicht unmöglich, eine gute Progressivität der Opazitätsänderung zwischen dieser total unsichtigen Zone und dem Beginn der Zone mit variabler Transparenz zu erreichen. Ein solcher nicht progressiver Übergang ist mit der Gefahr verbunden, daß die Steuerung des zugeordneten Organs (z.B. des Arms eines Krans) ruckweise erfolgt, was unter Umständen schädlich und/oder gefährlich ist. In einem solchen Fall ist es daher wünschenswert, daß der betref­ fende Endbereich der Platte 30 nicht völlig undurchsichtig ist. Aus diesem Grund besitzt die Platte 30 eine Graugrada­ tion, und der Empfänger 22 empfängt ständig ein optisches Signal mit mehr oder weniger großer Amplitude und liefert dementsprechend ständig ein elektrisches Ausgangssignal un­ abhängig von der Position der Platte 30 und damit unabhän­ gig von der Position des Betätigungsorgans zwischen seiner neutralen Position (Steuerung 0%) und seiner Position ma­ ximaler Verschiebung (Steuerung 100%).
Es ist notwendig, sich im Lauf der Montage von den Proble­ men zu befreien, die durch die Streuung der Werte der opto­ elektronischen Koppler und durch die Häufungen der gegen­ seitigen Positionierungsmasse der optoelektronischen Kopp­ ler und der Platten 30 entstehen. Es ist ebenfalls notwen­ dig, im Laufe der Lebensdauer der Vorrichtung die Abwei­ chung gewißer Parameter zu kompensieren. (Hierzu gehört beispielsweise die Verdunklung der Platten 30 und die Ände­ rung ihrer Transparenz durch Ablagerungen von Staub oder dergleichen und durch Alterung usw.).
Um diese Nachteile zu beseitigen, greift man zu folgenden Anordnungen.
Der Ausgang jedes Empfängers 22, der mit einer Signalverar­ beitungsschaltung verbunden ist, die vorteilhafterweise aus einem Mikroprozessor 33 besteht und/oder einen solchen be­ inhaltet, der das Signal zur Steuerung des gesteuerten Or­ gans liefert (Leitung 33 in Fig. 1), ist über durch Schal­ ter 37 schematisch dargestellte jeweilige Ladeschaltungen mit zwei Speichern 35 und 36 verbunden. Die beiden Speicher 35 und 36 sind ihrerseits mit der Signalverarbeitungsschal­ tung 33 verbunden, die somit ständig über alle Daten ver­ fügt, die für alle Platten 30 der Vorrichtung in dem Spei­ cher gehalten werden.
Wenn das Betätigungsorgan 22 sich in seiner neutralen Stel­ lung befindet, α = 0 (Steuerung 0%), ein Fall der in Fi­ gur 1 dargestellt ist, besitzt der Teil jeder Platte 30 der zwischen dem zugeordneten Sender 31 und dem zugeordneten Empfänger 32 liegt, einen gewissen Grauwert, der sich in einem bestimmten Wert eines Parameters (Spannung, Intensi­ tät, Frequenz, Phase, ...) des Ausgangssignals des Empfän­ gers 32 überträgt. Bei der weiter oben beschriebenen bevor­ zugten Anordnung handelt es sich um den maximalen Grauwert, der einem Minimalwert V0 (Fig. 2) der Spannung des Aus­ gangssignals des Empfängers 32 entspricht. Durch Schließen des einzigen zugeordneten Schalters 37 wird dieser Wert dem Eingang des Speichers 35 zugeführt, der ihn als "Referenz­ wert für 0% Betätigung" speichert. Sodann wird der Schal­ ter 37 wieder geöffnet.
Das Betätigungsorgan 22 wird anschließend in seine Position maximaler Verschiebung αmax (Steuerung 100%) geführt.
Der Teil der von dieser Betätigung betroffenen Platte 30, der sich zwischen dem Sender 31 und dem Empfänger 32 befin­ det, besitzt dann einen anderen Grauwert, beispielsweise einen minimalen Grauwert, gegebenenfalls eine totale Trans­ parenz, der zu einem Maximalwert Vmax der Spannung des Aus­ gangssignals des Empfängers führt. Durch Schließen des zweiten Schalters 37 wird dieser Signalwert dem Eingang des Speichers 36 zugeführt, der ihn als "Referenzwert für 100% Betätigung" des zugeordneten Gleitstabs speichert. Sodann wird der Schalter 37 wieder geöffnet. Dieser Vorgang wird dann nacheinander für alle Gleitstäbe der Vorrichtung wie­ derholt. Anschließend verfügt die Signalverarbeitungsschal­ tung 33 über alle Referenzwert für 0% und 100% Betätigung für alle Gleitstäbe.
Da (im betrachteten Fall) zwischen der Spannung V des Si­ gnals am Ausgang 34 der Schaltung 33 und dem Neigungswinkel des Hebels 22 eine umkehrbar eindeutige Beziehung V = f (α) für alle Gleitstäbe 27 besteht (beispielsweise eine li­ neare Beziehung wie sie in Fig. 2 dargestellt ist), ent­ spricht jeder Winkelverschiebung α des Hebels 22 ein Wert der Spannung V, der zwischen Vmin und Vmax liegt.
Aufgrund der Tatsache, daß alle oben erwähnten Fehlerursa­ chen sich definitiv in einer Verschiebung der Platten 30 gegenüber einer Referenzposition auswirken, für die eine anfängliche Regelung durchgeführt wurde, erkennt man, daß eine neue Regelung (Auffrischen der Werte für 0% und 100%) leicht durchzuführen ist, wenn dies notwendig ist, z.B. im Verlauf von Wartungs- und Revisionsarbeiten. Der mit dieser Anordnung verbundene Vorteil besteht darin, daß Feh­ ler, die von verschiedenen und voneinander unabhängigen Ur­ sachen herrühren, global durch die leichte und einfache Speicherung von zwei Informationen kompensiert werden kön­ nen. Mit anderen Worten, der Vorteil einer derartigen Vor­ richtung besteht in der Tatsache, daß sie keine festen ein­ geprägten Referenzen besitzt, die komplexe, langwierige und kostenaufwendige Regelungen bei allen Organen bedingen, die diese Fehler einführen könnten, sondern das "variable" Re­ ferenzen vorgesehen sind, denen die betreffenden tatsächli­ chen Werte jedesmal leicht Rechnung tragen können, wenn dies notwendig ist.

Claims (10)

1. Verfahren zum Eichen einer elektrischen Fernsteuerungs­ vorrichtung in Form eines Manipulators (20) oder eines analogen Elements, mit Gleitstäben (27), die paarweise einander zugeordnet und durch ein vorzugsweise manuel­ les Betätigungsorgan (22) betätigbar sind, wobei jedem Gleitstab Wandlermittel zur Erzeugung eines elektri­ schen Signals zugeordnet sind, von dem ein Parameter für die Verschiebung und/oder die Position des jeweili­ gen Gleitstabs kennzeichnend ist, wobei Signalverarbei­ tungsmittel die Verarbeitung des elektrischen Ausgangs­ signals der Wandlermittel ermöglichen, und wobei ein Proportionalitätsgesetz zwischen der Position des Betä­ tigungsorgans und dem betrachteten Parameter des Aus­ gangssignals besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß man das Betätigungsorgan in die neutrale Stellung bringt, die der Verschiebung Null des Gleitstabs ent­ spricht,
daß man den entsprechenden Wert des betrachteten Para­ meters des elektrischen Ausgangssignals der Wandlermit­ tel detektiert,
daß man diesen ersten Wert des betrachteten Parameters des elektrischen Ausgangssignals speichert,
daß man das Betätigungsorgan in eine Extremstellung bringt, die einer maximalen Verschiebung des Gleitstabs entspricht,
daß man den entsprechenden Wert des betrachteten Para­ meters des elektrischen Ausgangssignals der Wandlermit­ tel detektiert,
daß man diesen zweiten Wert des Parameters des elektri­ schen Ausgangssignals speichert,
und daß man diese Verfahrensschritte nacheinander für jeden der Gleitstäbe durchführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der detektierte Parameter des elektrischen Aus­ gangssignals der Wandlermittel die Amplitude dieses Signals ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Wandlermittel ein elektri­ sches Spannungssignal ist.
4. Elektrische Fernsteuerungsvorrichtung in Form eines Ma­ nipulators (20) oder eines analogen Elements, mit Gleitstäben (27), die paarweise einander zugeordnet und durch ein vorzugsweise manuelles Betätigungsorgan (22) betätigbar sind, wobei jedem Gleitstab Wandlermittel zur Erzeugung eines elektrischen Signals zugeordnet sind, von dem ein Parameter für die Verschiebung und/oder die Position des Gleitstabs gekennzeichnet ist, wobei Signalverarbeitungsmittel die Verarbeitung des elektrischen Ausgangssignals der Wandlermittel ermögli­ chen, und wobei Mittel zur Speicherung eines Proportio­ nalitätsgesetzes zwischen der Position des Betätigungs­ organs und dem betrachteten Parameter des Ausgangs­ signals vorgesehen sind, gekennzeichnet durch
erste Speichermittel (35) zur Speicherung des Wert des betrachteten Parameters des Ausgangssignals der Wand­ lermittel, wenn das Betätigungsorgan sich in seiner neutralen Stellung befindet, die einer Verschiebung Null des Gleitstabs entspricht,
sowie zweite Speichermittel (36) zur Speicherung des Wert des betrachteten Parameters des Ausgangssignals der Wandlermittel, wenn das Betätigungsorgan sich in einer Extremstellung befindet, die einer maximalen Ver­ schiebung des Gleitstabs entspricht.
5. Elektrische Fernsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Wandlermittel ein elektri­ sches Spannungssignal ist.
6. Elektrische Fernsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der betrachtete Parameter des Ausgangssignals der Wandlermittel (32) die Amplitude dieses Signals ist.
7. Elektrische Fernsteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Speichermittel nichtflüch­ tige Speicher sind.
8. Elektrische Fernsteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlermittel ein mit dem Gleitstab (27) fest­ verbundenes bewegliches Element (30) umfassen, dessen Transparenz sich von einem mittleren Maximalwert in einem seiner Endbereiche und einem mittleren Minimal­ wert in Richtung zu dem entgegengesetzten Endbereich endet, ferner einen Strahlungssender (31) und einen Strahlungsempfänger (32), die einander gegenüberliegen und zwischen denen das bewegliche Element so angeordnet ist, daß es eine Größe der von dem Empfänger aufgenom­ menen Strahlung in korrelierter Weise endet.
9. Elektrische Fernsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Endbereich des beweglichen Elements (30) der den mittleren Maximalwert der Transparenz besitzt, zwischen dem Sender und dem Empfänger liegt, wenn das Betätigungsorgan sich in seiner neutralen Position be­ findet.
10. Elektrische Fernsteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Körper (25) aufweist, der mit parallelen Bohrungen (26) versehen ist, in denen die genannten Gleitstäbe vorzugsweise symmetrisch zur Achse des Kör­ pers montiert sind, und daß diese Gleitstäbe durch einen mit dem Betätigungsorgan verbundenen schwenkbaren Nocken (23) oder ein analoges Element betätigbar sind und durch entsprechende elastische Mittel (29) gegen diesen Nocken oder das analoge Element vorgespannt sind.
DE4019216A 1989-06-16 1990-06-15 Verfahren zum eichen einer elektrischen fernsteuerungsvorrichtung in form eines manipulators oder eines analogen elements und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens Ceased DE4019216A1 (de)

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