FR2510744A1

FR2510744A1 - Systeme a recherche de zero pour un dispositif a centre de mouvement deporte

Info

Publication number: FR2510744A1
Application number: FR8213404A
Authority: FR
Inventors: Donald S Seltzer
Original assignee: Charles Stark Draper Laboratory Inc
Current assignee: Charles Stark Draper Laboratory Inc
Priority date: 1981-07-31
Filing date: 1982-07-30
Publication date: 1983-02-04
Also published as: DE3228819C2; IT8222676A0; US4409736A; JPS5859791A; CA1178359A; DE3228819A1; SE456947B; SE8204547D0; GB2102988B; SE8204547L; FR2510744B1; IT1153147B; GB2102988A; IT8222676A1

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN SYSTEME DE COMMANDE A RECHERCHE DE ZERO POUR UN DISPOSITIF A CENTRE DE MOUVEMENT DEPORTE CMD 12 COMPRENANT: DES MOYENS DETECTEURS 18 POUR DETECTER LA POSITION DES MOYENS OPERATEURS 16 DU DISPOSITIF CMD PAR RAPPORT A UNE PARTIE FIXE 14 DU DISPOSITIF CMD; UN CIRCUIT A SEUIL 24 DEPENDANT DES MOYENS DETECTEURS 18 POUR DETERMINER, POUR AU MOINS UN DEGRE DE LIBERTE, SI LES MOYENS OPERATEURS SE TROUVENT DANS UNE REGION DE ZERO OU BIEN SONT DECALES DANS UN PREMIER OU UN SECOND SENS PAR RAPPORT A LA PARTIE FIXE 14; ET UN CIRCUIT DE CORRECTION 26, DEPENDANT DU CIRCUIT A SEUIL 24, POUR FOURNIR UN SIGNAL DE CORRECTION D'ERREUR ET MAINTENIR LES MOYENS OPERATEURS DANS LA POSITION DE ZERO PAR RAPPORT A LA PARTIE FIXE 14.

Description

2 S 10744

Système à recherche de zéro pour un dispositif à centre de mouvement déporté La présente invention concerne un système à recherche

de zéro pour un dispositif compliant ou dispositif à cen-

tre de mouvement déporté (dispositif CMD).

Les robots ont pour tache de réunir ou d'accoupler de façon automatique des pièces et des outils Ils sont géné- ralement utilisés pour des applications dans lesquelles la

position et l'orientation de toutes les pièces sont soi-

gneusement contrôlées Pour les applications dans lesquel-

les peuvent survenir des désalignements, il est nécessaire

d'utiliser soit des dispositifs capteurs actifs qui peu-

vent être coûteux et lents, soit des dispositifs d'adapta-

tion passifs qui, bien qu'étant peu coûteux et rapides,

peuvent posséder une gamme de corrections limitée.

Des dispositifs à centre de mouvement déporté, qui

sont passivement compliants, sont disponibles pour des tâ-

ches d'assemblage, d'accouplement et d'insertion là o

l'on souhaite remédier rapidement et facilement à des désa-

lignements relativement petits Trois types différents de dispositifs CMD sont décrits dans les brevets US 4 098 001 et 4 155 169 et dans la demande de brevet US 140 768 du 16

avril 1980 Ces dispositifs ont été maintenant munis d'or-

ganes de mesure (demandes de brevets US 76 906 et 76 907 du

19 septembre 1979) de manière qu'ils soient en mesure d'ef-

fectuer passivement des corrections pour l'assemblage de pièces désalignées et de fournir aussi une indication du désalignement. Typiquement, les dispositifs CMD munis d'organes de mesure ou dispositifs CND actifs sont destinés à mesurer

la position et l'orientation des pièces avec une très gran-

de précision sur toute la gamme de compliance du dispositif C}D Ces dispositifs CMD actifs possèdent une résolution et

une linéarité extrêmement bonnes, mais ce sont des dispo-

sitifs complexes et coûteux Dans bien des applications,

l'aptitude à effectuer des mesures précises n'est pas né-

cessaire et des dispositifs plus simples seraient suffisants De nombreuses taches telles que la mise en

place d'un doigt dans un trou ou le suivi d'un bord, com-

me pour évider, meuler et souder à l'arc, ne nécessitent pas des mesures et des corrections précises telles que celles réalisées par les actuels dispositifs CND actifs.

Par conséquent, un objet de l'invention est de réali-

ser un système de commande simple et peu co-ateux pour un

dispositif actif à centre de mouvement déporté.

Un autre objet de l'invention est de réaliser un sys-

tème de ce genre qui utilise des transducteurs simples et

peu coûteux.

Encore un autre objet de l'invention est de réaliser un tel système qui soit capable de réaliser directement une interface avec divers dispositifs de positionnement tels

que les robots disponibles dans le commerce.

L'invention résulte du fait qu'un système de commande pour un dispositif OMD peut être réalisé en détectant pour chaque degré de liberté contr 8 lée si les moyens opérateurs du dispositif C Ji D se trouvent dans une région de zéro ou bien décalés par rapport à cette région de zéro dans un

sens ou dans un autre.

L'invention caractérise un système de commande à re-.

cherche de zéro pour un dispositif à centre de mouvement déporté comportant des moyens détecteurs pour détecter la

position des moyens opérateurs du dispositif CMD par rap-

port à la partie fixe dudit dispositif CMD Un-circuit à

seuil agit sous la commande des moyens détecteurs pour dé-

terminer pour chaque degré de liberté contr 8 lée si les moyens opérateurs se trouvent dans une région de zéro ou

bien s'ils sont décalés dans le premier sens ou dans le se-

cond sens par rapport à la partie fixe du dispositif OCID.

Un circuit de correction commandé par le circuit à seuil fournit un signal de correction d'erreur pour maintenir dans une position zéro les moyens opérateurs par rapport à la partie fixe du dispositif CMD La position zéro peut être définie différemment dans diverses applications Pour des taches d'insertion ou de centrage, la position zéro souhaitée peut être l'état relaxé du dispositif CMD Pour

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des tdches de suivi de bord, la position zéro peut corres-

pondre à une amplitude spécifique de déplacement dans un

certain sens.

Un dispositif CMD peut avoir jusqu'à six degrés de liberté, sans qu'il soit nécessaire que tous ces degrés de

liberté soient contr 8 lés Dans un mode de réalisation pré-

féré, les moyens détecteurs comprennent autant de détec-

teurs qu'il y a de degrés de liberté contr 8 lée et les dé-

tecteurs détectent le déplacement Les détecteurs peuvent

comporter un couple de capteurs et une amplitude différen-

tielle soumise à l'action des signaux de sortie du couple

de capteurs et les détecteurs eux-mêmes peuvent 9 tre agen-

cés par couples Les couples de détecteurs peuvent 8 tre

orthogonaux et peuvent être disposés en plusieurs emplace-

ments espacés autour des moyens opérateurs, par exemple en trois emplacements Le circuit à seuil comprend des moyens

comparateurs comportant un circuit comparateur qui est sou-

mis à l'action de chaque détecteur pour indiquer si les

moyens opérateurs sont décalés dans un sens ou dans l'au-

tre ou s'ils se trouvent dans la région de zéro Le circuit

à seuil peut également comprendre des comparateurs ou dé-

tecteurs de niveau multiples pour déterminer si les moyens opérateurs se trouvent dans une région de zéro ou s'ils se trouvent décalés à un de plusieurs niveaux dans un sens ou

dans l'autre Le circuit de correction peut également com-

prendre un circuit codeur pour produire un signal binaire

de sortie en réponse à un signal d'entrée à plusieurs ni-

veaux provenant du détecteur à niveau multiple et/ou il

peut comporter un circuit multiplieur à matrice pour pré-

senter la boucle de correction appropriée destinée à un

robot ou à un autre dispositif de positionnement.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la

description détaillée qui suit d'un mode de réalisation

détaillé donné uniquement à titre d'exemple non limitatif,

description dans laquelle on se réfère aux dessins annexés

sur lesquels: la figure 1 est un schéma-bloc d'un système à recherche de zéro conforme à l'invention et comportant un robot et une unité d'entraînement de robot; la figure 2 est une vue schématique en élévation d'un dispositif à centre de mouvement déporté montrant le montage du détecteur de la figure 1; la figure 3 est une vue schématique montrant l'agence- ment de trois détecteurs d'un dispositif à ceintre de mouvement déporté conformément à l'invention;

la figure 4 est une vue schématique d'un couple de détec-

teurs comprenant quatre capteurs connectés à deux ampli-

ficateurs différentiels; la figure 5 est une vue schématique plus détaillée d'une

partie d'un circuit à seuil et d'un circuit de correc-

tion conformément à l'invention; et la figure 6 est une vue schématique d'une partie d'un circuit à seuil conforme à l'invention, comportant un

circuit comparateur à niveau multiple, cette figure mon-

trant également une partie du circuit de correction com-

prenant un circuit de codage conforme à l'invention.

L'invention peut 4 tre mise en oeuvre par des moyens détecteurs pour détecter la position des moyens opérateurs d'un dispositif à centre de mouvement déporté (dispositif CI Om) par rapport à la partie fixe de ce dispositif CMD le détecteur comprend au moins un détecteur pour chaque degré

de liberté devant etre détecté et peut être soit un détec-

teur de force, soit un détecteur de déplacement Typique-

ment, chaque détecteur comprend un couple de capteurs dont

le signal de sortie est fourni à un amplificateur différen-

tiel Les détecteurs peuvent être utilisés par couples dis-

posés orthogonalement l'un à l'autre, et comprenant par

exemple un premier ensemble constitué par un couple de dé-

tecteurs disposés horizontalement et un autre ensemble disposé verticalement Cependant, l'invention n'est pas limitée à l'une quelconque de ces configurations Chaque capteur va fournir un'signal de sortie monotonique, ce qui peut être réalisé par des éléments capteurs uniques aussi

bien que par des couples de capteurs associés à un amplifi-

cateur différentiel On préférera des moyens capteurs sans contacts Un tel détecteur peut être élaboré à partir d'une source lumineuse, telle qu'une diode électroluminescente

(LED), éclairant de façon uniforme deux cellules photo-

électriques Un mouvement relatif de la source lumineuse par rapport aux cellules photo-électriques va entraîner un déséquilibre dans les signaux de sortie des deux cellules photo-électriques Ces cellules peuvent être contenues dans un bottier unique, comme c'est le cas pour les doubles photodiodes LITRONIX BPY 11 P-4, ou même n'être qu'une partie d'un bottier contenant quatre photo-éléments, tel que celui

proposé par UNITED DETECTOR TECHNOLOGY, utilisé pour réali-

ser un couple de détecteurs Le circuit à seuil qui est soumis à la commande des moyens détecteurs pour déterminer

pour chaque degré de liberté contr 8 lée si les moyens opéra-

teurs se trouvent dans une région de zéro ou bien sont dé-

calés dans un sens ou dans l'autre peut comprendre un circuit comparateur qui fournit un signal positif dans le cas d'un décalage dans un premier sens, un signal négatif dans le cas d'un décalage dans l'autre sens et un signal zéro lorsque les moyens opérateurs se trouvent dans une région de zéro De façon alternative, le circuit à seuil

peut comporter des circuits comparateurs multiples qui dé-

terminent non seulement si les moyens opérateurs se trou-

vent dans une région de zéro ou sont décalés dans un sens

ou dans l'autre, mais peuvent indiquer en outre que le dé-

calage est effectué à l'un de deux ou plusieurs niveaux distincts dans l'un ou l'autre sens Le robot et l'unité de commande de robot décrits ici peuvent être un robot et un

dispositif de commande PUMA 600.

A la figure 1 est représenté un système de commande à recherche de zéro 10 conforme à l'invention, comprenant un dispositif à centre de mouvement déporté 12 possédant une partie fixe 14 et des moyens opérateurs 16 déplaçables de façon relative Le mouvement relatif entre les moyens opé'a rateurs 16 et la partie fixe 14 du dispositif CMD 12 est

détecté par des moyens détecteurs 18 sous forme d'une mesu-

re du désalignement entre les moyens opérateurs 16 et un trou 20 prévu dans line pièce 22 Le dispositif CMD 12 en association avec les mnoyens détecteurs 18 peut être

considéré comme un dispositif CMD actif Le signal de sor-

tie provenant des moyens détecteurs 18 est appliqué à un

circuit à seuil 24 qui détermine pour chaque degré de li-

berté contr 8 lée si les moyens opérateurs 16 se trouvent dans une région de zéro ou bien sont décalés dans un sens ou dans un autre Le signal de sortie du circuit à seuil est appliqué à un circuit de correction 26 qui engendre des signaux de correction destinés à l'unité 28 de commande du robot, de manière qu'elle soit apte à commander le robot

ou unité de positionnement 30 pour repositionner le dispo-

sitif CMD 12, de telle manière que les moyens opérateurs

16 soient convenablement alignés avec le trou 20.

Les moyens détecteurs 18 peuvent comporter un ou plu-

sieurs dispositifs détecteurs 32 (figure 2) pour contr 8 ler

un ou plusieurs degrés de liberté des moyens opérateurs 16.

Par exemple, trois dispositifs détecteurs de ce type 32, 34 et 36 peuvent 9 tre disposés à des intervalles de 1200

autour de la ligne centrale des moyens opérateurs 16 (figu-

re 3) Le détecteur 32 comporte une source lumineuse 40 et des moyens capteurs 42; de même, le détecteur 34 comporte une source lumineuse 44 et des moyens capteurs 46, et le détecteur 36 comporte une source lumineuse 48 et des moyens

capteurs 50 Les moyens capteurs 42 peuvent comporter qua-

tre capteurs qui tous coopèrent avec une unique source lu-

mineuse 40 Par exemple, des capteurs 52 et 54 (figure 4) contrôlent le mouvement vertical et constituent un premier détecteur 32 v dont la sortie différentielle est constituée par la ligne de sortie 64 de l'amplificateur différentiel Le couple de capteurs 56 et 58 contr 8 le le mouvement horizontal et constitue un second détecteur 32 h dont la sortie différentielle est constituée par la ligne de sortie

66 de l'amplificateur différentiel 62 Chacun des détec-

teurs 32, 34, 36 comprend un détecteur vertical et un dé-

tecteur horizontal.

Le circuit-à seuil 24 peut comporter des moyens compa-

rateurs tels que des circuits comparateurs 70, 72 et 74

(figure 5), chacun de ces circuits comparateurs étant asso-

cié à la sortie de chaque amplificateur différentiel, lequel est à son tour associé à la sortie d'un couple de capteurs Dans un dispositif à six degrés de liberté dans

lequel se trouvent six détecteurs et six couples de cap-

teurs du type représenté à la figure 4, il existe six am-

plificateurs différentiels et six circuits comparateurs du

type représenté à la figure 5 Tous les circuits compara-

teurs de la figure 5 fonctionnent de la mgme manière Lors-

qu'un signal parvient sur son entrée en provenance de l'amplificateur différentiel 60 via la ligne 64, le circuit comparateur 70 fournit un signal de sortie zéro si aucune différence n'est détectée; il fournit un signal de sortie + 1 si une différence dans un premier sens est détectée et un signal de sortie -1 si une différence dans l'autre sens

est détectée.

L'erreur relative entre la position du robot et la région de zéro souhaitée a pour résultat un déplacement du dispositif CMD Ces déplacements peuvent être représentés par une matrice W qui définit la réponse physique des six détecteurs à ce déplacement; c'est-à-dire que les signaux de déplacement représentent le produit de la matrice W par le vecteur de déplacement Si les détecteurs sont distants d'une unité de l'axe central, une approximation de cette équation pour de petits angles peut être représentée comme suit: 32 h O 1 O O O 1 x 34 h 0,87 -0,5 O O O 1 y 36 h = -0,87 -0,5 O O O 1 x z 32 h O O 1 O -1 O 34 h 20 O 1 -0,87 O,5 O ô y 36 h O O 1 0,87 0,5 O a- Du fait que les sorties de détecteurs sont quantifiées

pour l'un des trois niveaux, 0, + 1 ou -1, les vecteurs ré-

sultants peuvent être appliqués à une simple matrice de réaction C qui est l'inverse de la matrice W, et dont la mise en oeuvre constitue le circuit de correction 26, de

telle manière que les signaux de correction soient consti-

tués par le produit de la matrice de correction C par les

signaux de détecteur, ce qui s'écrit de la manière sui-

vante: x O 0,87 -0,87 O O O 32 h Yl 1 -0,5 -0,5 O O O 34 h z 1 O O O 0, 3333 33 33 x 36 h px 10 0 O O -0,57 0,57 32 v *y 1 O O O -0,67 0,33 0,33 34 v Wz 0,33 0,33 0,33 O O O 36 v Cela est mis en oeuvre par un circuit multiplieur de

matrice 71 représenté à la figure 5, qui peut être un en-

semble de circuits multiplieurs ou un calculateur.

Fondamentalement, le circuit comparateur 70 n'a besoin que d'indiquer une seule des trois conditions: un décalage

positif, une région de zéro ou un décalage négatif Cepen-

dant, il ne s'agit pas là d'une limitation de l'invention.

Par exemple, une variante 70 a du circuit comparateur (fi-

gure 6) peut comporter plusieurs dispositifs comparateurs 80, 82, 84, 86 Les comparateurs 80 et 82 sont polarisés par l'intermédiaire de résistances 90, 92 et 94 à partir d'une source d'alimentation 5 volts de telle manière que le comparateur 82 fournisse un signal de sortie sur la

ligne 100 si son signal d'entrée est supérieur à une ten-

sion prédéterminée VT Le comparateur 80 fournit un signal de sortie sur la ligne 102 lorsque son signal d'entrée est supérieur à une tension prédéterminée V 2 T De même, les comparateurs 84 et 86 sont polarisés par des résistances 104, 106 et 108 à partir d'une source d'alimentation de 5 volts de telle manière que le comparateur 84 fournisse un

signal de sortie sur la ligne 110 lorsque son signal d'en-

trée est supérieur dans le sens négatif à -V 2 T Le compa-

rateur 86 fournit un signal de sortie sur la ligne 112 lorsque son signal d'entrée est supérieur dans le sens

négatif à -VT Lorsque aucune de ces conditions n'est réa-

lisée, une région de zéro est indiquée Ainsi, le circuit comparateur 70 a est capable de représenter non seulement si les moyens opérateurs se trouvent dans une région de zéro ou bien sont décalés dans un sens ou dans un autre, mais ils peuvent également indiquer lequel des deux niveaux de décalage a été atteint par les moyens opérateurs dans un sens ou dans l'autre,

Si les cinq niveaux générés par les dispositifs com-

parateurs 80, 82, 84 et 86 sont transformés dans un code binaire à deux bits, ces signaux peuvent petre délivrés directement à une unité de commande de robot disponible

dans le commerce, telle qu'un PUMA.

Dans ce but, un circuit de correction 26 a peut compor-

ter en variante un circuit codeur 120 qui comprend quatre portes ET 122, 124, 126 et 128, qui sont raccordées par

couples pour commander des portes OU 130, 152 qui possè-

dent des inverseurs 134 et 136 à leurs sorties respecti-

ves Le codeur 120 comprend également un circuit de porte composé de deux amplificateurs inverseurs 142 et 144, et une résistance de polarisation 146 connectée à une source d'alimentation + 5 volts Les signaux de sortie A 1 et A 2 provenant des inverseurs 134 et 136 peuvent indiquer

quatre des cinq conditions déduites par les circuits compa-

rateurs 80 à 86, comme représenté dans la table de vérité ci-dessous (h = niveau haut, 1 = niveau bas):

Table 1

Ax = h A = 1

A O A 1 A 2 A 1 A 2

o V 2 T 1 1 1 h VT à V 2 Tl h 1 h VT à VT h h h h -V 2 Ta -VT h 1 h 1 c-V 2 T h 1 l l Avec ce schéma de codage, le système sera toujours apte à déterminer si le déplacement a conduit dans une région de zéro (-VT à VT), a provoqué un décalage dans un premier sens ( VT) ou bien a provoqué un décalage dans l'autre sens @-VT) En outre, si le signal d'entrée Ax du circuit de porte est à un niveau haut, le système peut

distinguer entre un petit décalage (VT à V 2 T) et des déca-

lages plus importants (>à V 2 T)o Si le signal d'entrée Ax est à un niveau bas, le système peut distinguer entre des petits décalages dans l'autre sens (-V 2 T à -VT) et des

décalages plus importants dans ce sens (<-V 2 T).

Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au

contraire, toutes les variantes.

Claims

REVENDICATIONS

1 Système de commande à recherche de zéro pour un dispositif compliant ou dispositif à centre de mouvement déporté (CMD) ( 12), caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens détecteurs ( 18) pour détecter la position des

moyens opérateurs ( 16) du dispositif CMD ( 12) par rap-

port à une partie fixe ( 14) de ce dispositif CMD; un circuit à seuil ( 24) soumis à la commande des moyens

détecteurs ( 18) pour déterminer, pour au moins un degré.

de liberté, si les moyens opérateurs ( 16) se trouvent

dans une région de zéro ou bien sont décalés dans un-pre-

mier sens ou décalés dans un second sens par rapport à la partie fixe ( 14) du dispositif CMD ( 12); et un circuit de correction ( 26), agissant sous la commande

du circuit à seuil ( 24), pour fournir un signal de cor-

rection d'erreur afin de maintenir lesdits moyens opéra-

teurs ( 16) dans la position de zéro par rapport à la

partie fixe ( 14) dudit dispositif CMD ( 12).

2 Système de commande selon la revendication 1, ca-

ractérisé en ce que les moyens détecteurs ( 18) comprennent au moins un détecteur ( 32, 34, 36) pour chaque degré de

liberté du dispositif CMI.

3 Système de commande selon la revendication 1 ou

2, caractérisé en ce que les moyens détecteurs ( 18) détec-

tent un déplacement.

4 Système de commande selon l'une quelconque des

revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque détec-

teur( 32 h, 32 v; 34 h, 34 v; 36 h, 36 v) comprend un couple de

capteurs ( 52, 54 et 56, 58;) et un amplificateur dif-

férentiel ( 60, 62;) placé sous la commande de sortie

du couple de capteurs.

Système de commande selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que les dé-

tecteurs sont disposés par couples ( 32 h, 32 v; 34 h, 34 v a

36 h, 36 v).

6 Système de commande selon la revendication 5, ca-

ractérisé en ce que les détecteurs de chaque couple de dé-

tecteurs sont disposés orthogonalement l'un à l'autre.

7 Système de commande selon la revendication 6, ca-

ractérisé en ce que les paires de détecteurs sont disposées en trois emplacements distants les uns des autres autour

des moyens opérateurs.

8 Système de commande selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que le cir-

cuit à seuil ( 24) comprend des moyens comparateurs ( 70,

72, 74).

9 Système de commande selon la revendication 8, ca-

ractérisé en ce que les moyens comparateurs comprennent un circuit comparateur ( 70, 72, 74) placé sous la commande de

chaque amplificateur différentiel ( 60, 62;) pour indi-

quer si les moyens opérateurs sont décalés dans un des sens

ou bien se trouvent dans une région de zéro.

10 Système de commande selon l'une quelconque des re-

vendications 1 à 7, caractérisé en ce que le circuit à seuil ( 24) comprend un détecteur à niveau multiple pour déterminer si les moyens opérateurs se trouvent dans une région de zéro ou bien sont décalés dans un de plusieurs

niveaux dans un sens ou dans un autre.

Il Système de commande selon la revendication 10,

caractérisé en ce que le circuit de correction ( 26 a) com-

prend un circuit codeur ( 120) pour engendrer un signal de sortie binaire en réponse à un signal d'entrée à plusieurs

niveaux provenant du détecteur de niveau.

12 Système de commande selon la revendication 1,

caractérisé en ce que le circuit de correction ( 26) com-

prend un circuit multiplieur de matrice ( 71).

13 Système de commande selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que les

moyens détecteurs détectent une force.

14 Système de commande selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispo-

sitif CMD et les moyens détecteurs comprennent un disposi-

tif CMD actif.