SE522303C2

SE522303C2 - Apparatus and method for controlling the movement of a pneumatic actuator

Info

Publication number: SE522303C2
Application number: SE9802997A
Authority: SE
Inventors: Bohao Liao; Stefan Rosander
Original assignee: Delaval Holding Ab
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 2004-01-27
Also published as: SE9802997L; AU5894799A; EP1124668A1; SE9802997D0; WO2000013858A1

Abstract

A method for controlling the motion of a pneumatic actuator (3), comprising at least one elongated cylinder (6) provided with a piston (4), dividing the cylinder (6) into a first chamber (5a) and a second chamber (5b), an actuating pressure supply line (14) connectable to at least one of said first and second chambers (5a, 5b), a control means (22a, 22b) for controlling the motion of the piston (4) relatively to the cylinder (6), and at least one sensor means (23, 30) adapted to sense a piston feature related to the piston motion and co-operating with the control means (22a, 22b). According to the invention a control device is provided with deterministically moving designs for the piston (4), a mathematical model (105, 105') in said control means (22a, 22b) for providing a control design system for controlling in a closed loop system a momentary movement of said piston (4) for each moving design based on said at least one piston feature signal, and generating a control signal (102) from said control means (22a, 22b) to move said piston (4) in accordance with an instant portion of the actual moving design.

Description

522 303 ._ 2 _. 522 303 ._ 2 _.

Lämpligen, då nämnda kolvkärmetecknande signal, matad till styrorganet, innefattar en positionssignal som anger nämnda kolvs verkliga position; tillhandahålls nämnda matematiska metod som beräknar minst en parameter i samverkan med ett slutet enloopssystem i nämnda styrorgan; tillhandahålls nänmda modellbaserade styrmönstersystem i nämnda styrorgan inklusive en algoritm med en systemidentiﬁkationsteknik avpassad för en extern påverkan från nänmda matematiska modell, nämnda driftsigrial samt nämnda positionssignal; och alstras nänmda styrsignal från nämnda första styrorgan för nänmda kolv att röra sig i enlighet med den momentana delen av nämnda styrmönstersystem. Härigenom kan det pneumatiska manövreringsorganet styras till ett mjukt, jämnt och exakt uppträdande i överensstämmelse med positionssignalen, och styrsignalens parametrar kan justeras automatiskt i händelse av ändrade parametrar under normal drift, eller efter en installation av en ny robotanordning, eller ändring av de pneumatiska komponentema.Suitably, when said piston core drawing signal, supplied to the control means, comprises a position signal indicating the actual position of said piston; provided is said mathematical method which calculates at least one parameter in cooperation with a closed enloop system in said control means; said model-based control pattern systems are provided in said control means including an algorithm with a system identification technique adapted for an external influence from said mathematical model, said operating signal and said position signal; and said control signal is generated from said first control means for said piston to move in accordance with the instantaneous part of said control pattern system. Thereby, the pneumatic actuator can be controlled to a smooth, even and precise behavior in accordance with the position signal, and the parameters of the control signal can be adjusted automatically in case of changed parameters during normal operation, or after installation of a new robotic device, or change of pneumatic components.

Företrädesvis, då nämnda kolvkännetecknande signal innefattar en tryckskillnadssignal som anger den verkliga tryckskillnaden mellan nämnda första och andra kammare; tillhandahålls nämnda matematiska metod som beräknar minst en parameter i samverkan med ett slutet tvåloopssystem i nämnda styrorgan; tillhandahålls ett modellbaserat stynnönstersystem i nämnda styrorgan inklusive en algoritm med en systemidentifikationsteknik avpassad för en extem påverkan från nämnda matematiska modell, nämnda driftsigrial samt nämnda kolvkärmetecknande signal; och alstras nämnda styrsignal från nämnda andra styrorgan för nämnda kolv att röra sig i överensstämmelse med den momentana delen av nämnda styrmönstersystem.Preferably, when said piston characteristic signal comprises a pressure difference signal indicating the actual pressure difference between said first and second chambers; provided is said mathematical method which calculates at least one parameter in cooperation with a closed two-loop system in said control means; a model-based thin pattern system is provided in said control means including an algorithm with a system identification technique adapted for an extreme influence from said mathematical model, said operating signal and said piston screen drawing signal; and said control signal is generated from said second control means for said piston to move in accordance with the instantaneous part of said control pattern system.

Härigenom kan det pneumatiska manövreringsorganet styras i ett mjukt, jämnt och exakt uppträdande i enlighet med tryckskillnadssignalen, och styrsignalens parametrar kan justeras automatiskt i händelse av ändrade parametrar under normal drift, eller efter en installation av en ny robotanordning, eller ändring av de pneumatiska komponenterna.As a result, the pneumatic actuator can be controlled in a smooth, even and precise behavior in accordance with the pressure difference signal, and the parameters of the control signal can be adjusted automatically in case of changed parameters during normal operation, or after installation of a new robotic device, or change of pneumatic components.

Lämpligen jämförs nänmda positionssignal med nänmda tryckskillnadssignal av nämnda styrorgan, vilket innefattar en jämförande algoritm för alstrirrg av en styrsignal som beror på det aktuella kolvkärmetecknet. Härigenom kan det pneumatiska manövreringsorganet styras av de externa driftsigrialema genom antingen nänmda första kolvkännetecknande signal eller en andra kolvkännetecknande signal eller båda nämnda signalerna beroende på vilken önskad operation det pneumatiska manövreringsorganet skall utföra. av 20 25 30 522 303 _ 3 _ Företrädesvis förses styrorganet med rörelsemönster, varvid nämnda styrorgan innefattar en matematisk modell för att tillhandahålla ett styrrnönstersystem för att i ett slutet loopsystem styra en momentan rörelse hos nänmda kolv för varje rörelsemönster baserad på nänmda, minst en, kolvkärmetecknande signal; och nänmda styrorgan är avpassat för att ﬂytta nämnda kolv i överensstämmelse med en momentan del av det aktuella rörelsemönstret. Härvid kan nänmda första kolvkärmetecknande signal matas till nänmda modellbaserade stynnönstersystem anordnat i ett enloops styrorgan.Suitably, said position signal is compared with said pressure difference signal by said control means, which comprises a comparative algorithm for generating a control signal which depends on the current piston screen character. Hereby, the pneumatic actuator can be controlled by the external operating signals by either said first piston characteristic signal or a second piston characteristic signal or both mentioned signals depending on which desired operation the pneumatic actuator is to perform. Preferably, the control means is provided with a movement pattern, said control means comprising a mathematical model for providing a control pattern system for controlling in a closed loop system an instantaneous movement of said pistons for each movement pattern based on said, at least one, piston screen signal; and said control means are adapted to surface said piston in accordance with an instantaneous part of the current movement pattern. In this case, said first piston screen drawing signal can be fed to said model-based thin pattern system arranged in a one-loop control means.

Lärnpligen innefattar nänmda sensororgan en differentiell trycktransduktor avpassad för att känna av tryckskillnaden mellan nämnda första och andra kammare och samverka med nämnda styrorgan för att styra nämnda kolv relativt nämnda cylinder. Härvid kan både den ﬁirsta kolvkärmetecknande signalen och den andra kolvkärmetecknande signalen vara matade till nänmda modellbaserade styrmönstersystem anordnat i ett tvåloops styrorgan.The learning obligation comprises said sensor means a differential pressure transducer adapted to sense the pressure difference between said first and second chambers and cooperate with said control means for controlling said piston relative to said cylinder. In this case, both the first piston core drawing signal and the second piston core drawing signal can be fed to said model-based control pattern systems arranged in a two-loop control means.

Företrädesvis är ett ventilorgan förbundet med nämnda styrorgan och är anslutningsbart till nämnda första och andra kammare; och nämnda ventilorgan arbetar för att styra nämnda kolv relativt nämnda cylinder.Preferably, a valve means is connected to said guide means and is connectable to said first and second chambers; and said valve means operates to control said piston relative to said cylinder.

Härigenom kan kolven styras relativt cylindem eftersom ventilorganet styr trycket in i cylindems kammare.In this way, the piston can be controlled relative to the cylinder because the valve means controls the pressure into the chamber of the cylinder.

Lämpligen är en första tryckmatriingsledning anslutningsbar mellan nänmda första kammare och nämnda ventilorgan, och en andra tryckmatníngsledning är anslutningsbar mellan nämnda andra kammare och nämnda ventilorgan. Härigenom kan det pneumatiska trycket ha en påverkan på kolven relativt cylindern i åtminstone en riktning.Suitably, a first pressure supply line is connectable between said first chamber and said valve means, and a second pressure supply line is connectable between said second chamber and said valve means. As a result, the pneumatic pressure can have an effect on the piston relative to the cylinder in at least one direction.

Företrädesvis tillhandahålls minst två manövreringsorgan i ett driftsystem, varvid ett koordinationsorgan, gemensamt för manövreringsorganen, är förbundet med nämnda styrorgan i nämnda styranordningar i driftsystemet för att tillhandahålla en koordinerad drift av dem. Härigenom kan en robotarm kontrolleras med god styrbarhet och på ett elïektivt sätt.Preferably, at least two actuators are provided in an operating system, a coordinating means, common to the actuating means, being connected to said control means in said control devices in the operating system to provide a coordinated operation of them. In this way, a robot arm can be controlled with good controllability and in an elective way.

En apparat avsedd för att utföra ett djurrelaterat arbete har lämpligen nämnda robotarm, vari nänmda robotarm styrs av minst två pneumatiska manövreringsorgan, som vart och ett innefattar nänmda styranordníng för att styra nämnda robotanns rörelse. Härigenom erhålls en kontrollerbar rörelse för nänmda robotarm.An apparatus intended to perform an animal-related work suitably has said robot arm, wherein said robot arm is controlled by at least two pneumatic actuators, each of which comprises said control device for controlling the movement of said robot. As a result, a controllable movement is obtained for said robot arms.

Företrädesvis innefattar nänmda apparat ett koordinationsorgan för samverkan med nänmda styranordning i vart och ett av de pneumatiska deterministiska pneurnatiska e o v u - u ø o n II 20 25 30 35 522 303 - Q v ~ ~ nu ._ 4 _ manövreringsorganen, och nämnda koordinationsorgan är avpassat att styra nämnda styranordning i en koordinerad drift. Härigenom kan robotarmen ﬂyttas i en koordinerad, mjuk, jämn och exakt operation.Preferably, said apparatus comprises a coordination means for co-operation with said control device in each of the pneumatic deterministic pneuronic eovu - u ø on II 20 25 30 35 522 303 - Q v ~ ~ nu ._ 4 _ operating means, and said coordination means being adapted to control said control device in a coordinated operation. In this way, the robot arm ﬂ can be moved in a coordinated, soft, smooth and precise operation.

Lämpligen är robotarm ansluten till ett robotarmsupphängningsorgan, vilket dessutom är fällbart anslutet till ett stödorgan, och nänmda robotannsupphängningsorgan är anordnat vid närnnda stödorgan omkring en väsentligen horisontell axel, och minst en av nänmda styranordningar är anordnad mellan nämnda robotarmsupphängningsorgan och närrmda stödorgan for att tillåta nämnda robotupphängningsorgan att utföra en väsentligen pendelformad rörelse omkring nämnda väsentligen horisontella axel (X-X). Härigenom uppnås att armen har lätt att komma åt exempelvis spenar och att risken är mindre för att smuts, såsom gödsel, hindrar rörelsen for nämnda mekaniska delar, när som anslutningen mellan robotannsupphängningsorganet och stödorganet anordnas på en nivå väsentligen ovanför nämnda djur.Suitably the robot arm is connected to a robot arm suspension means, which is furthermore foldably connected to a support means, and said robot tooth suspension means are arranged at said support means about a substantially horizontal axis, and at least one of said guide means is arranged between said robot arm suspension means and said robot support means. to perform a substantially pendulum-shaped movement about said substantially horizontal axis (XX). This ensures that the arm has easy access to, for example, teats and that the risk of dirt, such as manure, hinders the movement of said mechanical parts, when the connection between the robot tooth suspension means and the support means is arranged at a level substantially above said animal.

Företrädesvis arrangeras minst en av nänmda styranordningar mellan närrmda robotarm och nämnda stödorgan, for att aktivt ﬂytta nämnda robotarm i ett väsentligen vertikalt plan. Härigenom uppnås en kontrollerbar pendelrörelse.Preferably, at least one of said control devices is arranged between said robot arm and said support means, in order to actively move said robot arm in a substantially vertical plane. In this way a controllable pendulum movement is achieved.

Lämpligen är nänmda robotarm svängbart ansluten till nämnda robotarmsupphängningsorgan for att tillåta att nämnda robotarm utför en pivårörelse i förhållande till nämnda robotannsupphängningsorgan.Suitably, said robot arm is pivotally connected to said robot arm suspension means to allow said robot arm to perform a pivotal movement relative to said robot tooth suspension means.

Härigenom erhålls en rörlighet for robotarrnen, som tillägg till nämnda pendelrörelse.In this way a mobility is obtained for the robot arms, in addition to said pendulum movement.

Företrädesvis arrangeras minst ett av nämnda pneumtiska manövreringsorgan mellan nämnda robotarm och nänmda robotarmsupphängningsorgan, for att aktivt ﬂytta nämnda robotarm i en riktning väsentligen åt sidan. Härigenom uppnås en kontrollerbar pivårörelse.Preferably, at least one of said pneumatic actuators is arranged between said robot arm and said robot arm suspension means, to actively move said robot arm in a direction substantially to the side. In this way a controllable pivot movement is achieved.

Lärnpligen innefattar nämnda robotarmsupphängningsorgan ett pivåorgan, som har en bom som är rörlig omkring en väsentligen horisontell axel, vilken nämnda bom är försedd med en första anslutningsdel for närrmda robotarm samt en andra anslutningsdel för nämnda minst ett av nänmda pneumatiska manövreringsorgan, varvid var och en av nämnda, forsta och andra, anslutningsdelar är försedda med ett gångjärn, vilket är rörligt omkring en väsentligen vertikal axel. Härigenom erhålls en ledpunkt för pivårörelsen.The learning arm comprises said robot arm suspension means a pivot means having a boom movable about a substantially horizontal axis, said boom being provided with a first connecting part for said robot arms and a second connecting part for said at least one of said pneumatic actuating means, each of said, first and second, connecting parts are provided with a hinge, which is movable about a substantially vertical axis. This provides a guide for the pivot movement.

SAMMANFATTNING AV RITNINGARNA Uppﬁnningen kommer nu att sclrematiskt beskrivas med hänvisning till de bifogade ritningama, där: n nu .av 10 15 20 25 30 35 522 503 _ 5 _ Figur 1 illustrerar en styranordning i överensstämmelse med en första utföringsforrn av uppfinningen, Figur 2 illustrerar en styranordning i överensstämmelse med en andra utföringsforrn av uppfinningen, Figur 3 illustrerar ett koordinationsorgan, förbundet med tre styranordningar, för att koordinera minst två av nämnda styranordningar, Figur 4 illustrerar en apparat, avsedd att utföra ett djurrelaterat arbete, anordnad med de pneumatiska manövreringsorganen 3a, 3b, 3c.SUMMARY OF THE DRAWINGS The invention will now be described schematically with reference to the accompanying drawings, in which: 1 now illustrates a control device in accordance with a first embodiment of the invention, Figure 2 illustrates a control device in accordance with a second embodiment of the invention, Figure 3 illustrates a coordination means, connected to three control devices, for coordinating at least two of said control devices, Figure 4 illustrates an apparatus intended to perform an animal-related work, arranged with the pneumatic actuators 3a , 3b, 3c.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Vi hänvisar nu till Figur 1, där en pneumatisk anordning 2 innefattar en pneumatisk cylinder 6 försedd med en kolv 4 ansluten till kolvstång 8.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION We now refer to Figure 1, where a pneumatic device 2 comprises a pneumatic cylinder 6 provided with a piston 4 connected to piston rod 8.

En första tryckledning 10 är ansluten till en cylinders 6 första kammare 5a samt till en servoventil 20. En andra tryckledning 12 är ansluten till cylinderns 6 andra kammare 5b samt till servoventilen 20. Servoventilen 20 kan vara en proportionerlig 5/3 ﬂödeskontrollventil, och styrs av en första styrenhet 22a som kontrollerar ventilen 20. Ventilen 20 arbetar för att styra kolvens 4 rörelse inuti cylindern 6.A first pressure line 10 is connected to the first chamber 5a of a cylinder 6 and to a servo valve 20. A second pressure line 12 is connected to the second chamber 5b of the cylinder 6 and to the servo valve 20. The servo valve 20 may be a proportional 5/3 ﬂ fate control valve, and controlled by a first control unit 22a which controls the valve 20. The valve 20 operates to control the movement of the piston 4 inside the cylinder 6.

Servoventilen 20 är ansluten till en tryckkälla 16 genom en matningsledning 14 och styrs av enheten 22a att mata källans 16 tryck till den ena eller den andra av karnrarna Sa och Sb.The servo valve 20 is connected to a pressure source 16 through a supply line 14 and is controlled by the unit 22a to supply the pressure of the source 16 to one or the other of the chambers Sa and Sb.

En positionssensor 23 är avpassad till cylindern 6 för att avkänna kolvens 4 position. Positionssensom 23 tillhandahåller en positionssignal 103 och är ansluten till den första styrenheten 22a, som dessutom är ansluten till Servoventilen 20 och till en koordinationsenhet 100. En driftsignal 101 matas till styrenheten 22a från koordinationsenheten 100. Koordinationsenheten 100 är anordnad för att koordinera exempelvis tre penumatiska manövreringsorgan 3a, 3b, 3c monterade på en mjölkningsrobots robotarrn 38. Robotarmen kommer att beskrivas ytterligare nedan i anslutning till Fig. 4.A position sensor 23 is adapted to the cylinder 6 to sense the position of the piston 4. The position sensor 23 provides a position signal 103 and is connected to the first control unit 22a, which is also connected to the servo valve 20 and to a coordination unit 100. An operating signal 101 is supplied to the control unit 22a from the coordination unit 100. The coordination unit 100 is arranged to coordinate, for example, three pneumatic actuators. 3a, 3b, 3c mounted on a robot robot of a milking robot 38. The robot arm will be described further below in connection with Fig. 4.

Utsígnalen från sensorn 23 matas till styrenheten 22a, vilken till exempel kan vara en dator av vanligt förekommande slag med en enloopsinblandning och som kontrollerar driften av det pneumatiska manövreringsorganet 3. Det år möjligt att förmå positionssensom 23 att direkt ange hastigheten för kolven 4, det vill säga positionen per tidsenhet. Emellertid är det även möjligt att erhålla positionen som en utsignal och tillhandahålla hastighetsangivelsen genom exempelvis samplingshastigheten för en analog- digitalkonverterare (ej visad), som konverterar sensorns 23 analoga utläsning till digitala värden som matas till enheten 22a. 10 15 20 25 30 35 522 303 _ 5 _ Styrenheten 22a innefattar en matematisk modell 105 med fastställda parametrar erhållna från experimentellt insamlade data. Denna matematiska modell aktiveras automatiskt av algoritmen anordnad med en systemidentiﬁkationsteknik.The output signal from the sensor 23 is fed to the control unit 22a, which may be, for example, a computer of a common type with an enloops intervention and which controls the operation of the pneumatic actuator 3. It is possible to cause the position sensor 23 to directly indicate the speed of the piston 4, i.e. say the position per unit of time. However, it is also possible to obtain the position as an output signal and provide the speed indication by, for example, the sampling rate of an analog-to-digital converter (not shown), which converts the analog readout of the sensor 23 to digital values fed to the unit 22a. The control unit 22a comprises a mathematical model 105 with determined parameters obtained from experimentally collected data. This mathematical model is activated automatically by the algorithm arranged with a system identification technique.

En driftsignal l0l Styrenheten 22a från en koordinationsenhet 100, vilken kommer att beskrivas ytterligare nedan.An operating signal in the control unit 22a from a coordination unit 100, which will be described further below.

Styrenheten 22a alstrar en styrsignal 102 till servoventilen 20 for att kontrollera manövreringsorganet 3. Det skall noteras att den i Fig. 1 visade matas till pneumatiska anordningen är avsedd att införas som ett element i ett styrsystem, och att algoritmen därför är beroende på konstruktionen av detta system och därfor måste erhållas deterrninistiskt.The control unit 22a generates a control signal 102 to the servo valve 20 to control the actuator 3. It should be noted that the feed shown in Fig. 1 to the pneumatic device is intended to be inserted as an element in a control system, and that the algorithm therefore depends on the construction thereof. system and must therefore be obtained deterrinistically.

Positionssensom 23 kan vara en linjär potentiometer, innanför eller utanfor cylindern 6, eller en linjär induktiv kontaktlös sensor. Även kan minst en optisk inkrementell omkodare, rotationspotentiometer eller rotations- inkrementerande eller absolut omkodare, anordnad på en robotann, användas, vilket kommer att beskrivas ytterligare nedan i anslutning till Fig. 4.The position sensor 23 may be a linear potentiometer, inside or outside the cylinder 6, or a linear inductive contactless sensor. Also, at least one optical incremental encoder, rotary potentiometer or rotary incremental or absolute encoder, mounted on a robot, can be used, which will be described further below in connection with Fig. 4.

Figur 2 visar ett exempel på en andra utföringsfonn av uppfinningen, i vilken delar betecknade med en referensbeteckning motsvarar delar i den forsta utforingsformen med samma referensbeteckning.Figure 2 shows an example of a second embodiment of the invention, in which parts denoted by a reference numeral correspond to parts in the first embodiment with the same reference numeral.

Styranordningen, i enlighet med den andra utforingsforrnen, inkluderar sålunda en differentiell trycktransduktor 30, som är anordnad i en forsta anslutningsledning 31 mellan de två kamrarna Sa och 5b, och ipraktiken förbinder den forsta tryckrnatníngsledningen l0 tryckmatningsledningen 12. Vidare inkluderar den andra utföringsforrnen en styrenhet 22b, som är ansluten till servoventilen 20, till positionssensom 23 samt till den differentiella trycktransduktom 30. Transduktorn 30 är anordnad mellan cylindems 6 forsta och andra kammare Sa, Sb for att känna av tryckskillnaden mellan kamrarna. Transduktorn 30 tryckskillnadssignal 104 till Styrenheten 22b.The control device, according to the second embodiment, thus includes a differential pressure transducer 30, which is arranged in a first connection line 31 between the two chambers Sa and 5b, and in practice connects the first pressure supply line 10 to the pressure supply line 12. Furthermore, the second embodiment 22 includes a pressure supply line. , which is connected to the servo valve 20, to the position sensor 23 and to the differential pressure transducer 30. The transducer 30 is arranged between the first and second chambers Sa, Sb of the cylinder 6 to sense the pressure difference between the chambers. The transducer 30 pressure difference signal 104 to the control unit 22b.

Utsignalen från transduktom 30 och sensorn 23 matas till styrenheten 22b, som till exempel kan vara en dator av vanligt förekommande slag med en tvåloopsinblandning och som styr driften av det pneumatiska och den andra levererar en manövreringsorganet 3.The output signal from the transducer 30 and the sensor 23 is fed to the control unit 22b, which may be, for example, a computer of a common type with a two-loop intervention and which controls the operation of the pneumatic and the other supplies an actuator 3.

Styrenheten 22b innefattar en matematisk modell 105' med fastställda parametrar erhållna ﬁån data insamlade i ett experiment. Den matematiska modellen 105' är mer komplicerad än modellen 105 i den forsta utföringsformen, eftersom den är beroende av två detekterade signaler, kolvens momentana position samt tryckskillnaden mellan karnrarna 5a och 5b, och ger en mer definierad rörelseindikation for styrningen av kolvrörelsen. 20 25 30 5 2 2 3 0 3 ._ '7 _ Nämnda driftsignal 101 matas till styrenheten 22b från närrmda koordinationsenhet 100, och en signal matas naturligtvis från koordinationsenhet 100 till styrenhet 22b. Koordinationsenheten 100 arbetar för att styra åtminstone två pneumatiska manövreringsorgan i en koordinerad, mjuk rörelse. Detta kommer att beskrivas ytterligare i Fig. 3.The control unit 22b comprises a mathematical model 105 'with established parameters obtained from data collected in an experiment. The mathematical model 105 'is more complicated than the model 105 in the first embodiment, as it depends on two detected signals, the instantaneous position of the piston and the pressure difference between the carcasses 5a and 5b, and provides a more defined movement indication for controlling the piston movement. Said operating signal 101 is supplied to the control unit 22b from the proximity coordination unit 100, and a signal is of course supplied from the coordination unit 100 to the control unit 22b. The coordination unit 100 operates to control at least two pneumatic actuators in a coordinated, smooth motion. This will be further described in Fig. 3.

Nämnda matematiska modell 105' aktiveras automatiskt av algoritrnen anordnad med en systemidentifrkationstekrrik. Styrenheten 22b alstrar en styrsignal 102 till servoventilen 20 för att styra kolvrörelsen i nämnda cylinder 6.The mathematical model 105 'is automatically activated by the algorithms arranged with a system identification check. The control unit 22b generates a control signal 102 to the servo valve 20 to control the piston movement in said cylinder 6.

Figur 3 visar ett exempel på en utföringsform, vari koordinationsenheten 100 är ansluten till en första, en andra samt en tredje styranordning 2a, 2b, 2c.Figure 3 shows an example of an embodiment, in which the coordination unit 100 is connected to a first, a second and a third control device 2a, 2b, 2c.

Koordinationsenheten 100 kan exempelvis vara en dator av vanligt förekommande slag.The coordination unit 100 may, for example, be a computer of a common type.

Koordinationsorganet tillhandahåller driftsignaler l01a, 10lb, l01c till styranordningama 2a, 2b, 2c, och arbetar för att koordinera styrorganen 2a, 2b, 2c att styra exempelvis en robotarm 38 att utföra en mjuk, exakt och järnn rörelse längs en angiven väg. Detta betyder att rörelsekontrollen måste klara av att tillhandahålla olika hastigheter för kolvama i de individuella pneurnatiska anordningama beroende på armens position längs dess rörelse utmed en väg.The coordination means provides operating signals 10a, 10lb, 101c to the control devices 2a, 2b, 2c, and works to coordinate the control means 2a, 2b, 2c to control, for example, a robot arm 38 to perform a smooth, precise and iron movement along a specified path. This means that the motion control must be able to provide different speeds for the pistons in the individual pneumatic devices depending on the position of the arm along its movement along a path.

Därför är de matematiska modellerna individuella för varje pneurnatiskt system.Therefore, the mathematical models are individual for each pneumatic system.

Såsom visas i Figur 4, som illustrerar en utföringsforrn av en mjölkningsmaskin, i vilken de ovan beskrivna styranordningama är inkluderade, är en robotarm 38 ansluten till ett robotarmsupphängningsorgan 40. Roborarmsupphängningsorganet 40 är fällbart förbundet med ett stödorgan 42, och är anordnat på nämnda stödorgan 42 omkring en horisontell axel (X- X).As shown in Figure 4, which illustrates an embodiment of a milking machine, in which the above-described control devices are included, a robot arm 38 is connected to a robot arm suspension means 40. The robot arm suspension means 40 is foldably connected to a support means 42, and is arranged on said support means 42 about a horizontal axis (X-X).

Nämnda robotarm (38) styrs av nämnda manövreringsorgan (3) som innefattar nämnda styranordning (2). Stödorganet 42 är anslutet till ett staket 50 nmt ett djurbås 60.Said robot arm (38) is controlled by said operating means (3) which comprises said control device (2). The support member 42 is connected to a fence 50 nm by an animal stall 60.

Robotarmen 38 roborarmsupphängningsorganet 40.The robot arm 38 the robo arm suspension means 40.

Ett första pneurnatiskt manövreringsorgan 3a är anordnat mellan är svängbart förbunden med robotarmsupphängningsorganet 40 och stödorganet42.A first pneumatic actuator 3a is arranged between is pivotally connected to the robot arm suspension means 40 and the support means 42.

Ett andra pneurnatiskt manövreringsorgan 3b är anordnat mellan robotarmen 38 och närrmda stödorgan 42.A second pneumatic actuator 3b is arranged between the robot arm 38 and adjacent support means 42.

Ett tredje pneurnatiskt manövreringsorgan 3c är anordnat mellan robotarmen 38 och robotannsupphängningsorganet 40. n ...e 20 25 30 522 303 _ 8 _.A third pneumatic actuator 3c is arranged between the robot arm 38 and the robot tooth suspension means 40. n ... e 20 25 30 522 303 _ 8 _.

Vidare är robotarmen 38 ansluten til] upphängningsorganet 40 via ett pivåorgan 44, som inkluderar en ihålig del 47 vilken är rörlig omkring ett par gångjämsdelar 46a, 46b, varvid den ihåliga delen 47 bildar en väsentligen horisontell axel A-A, och dessutom, via nänmda tredje pneumatiska manövreringsorgan 3c, är ansluten till pivåorganets 44 ihåliga del 47.Further, the robot arm 38 is connected to the suspension member 40 via a pivot member 44, which includes a hollow portion 47 which is movable about a pair of hinge portions 46a, 46b, the hollow portion 47 forming a substantially horizontal axis AA, and further, via said third pneumatic actuator 3c, is connected to the hollow portion 47 of the pivot member 44.

Det första, andra och och tredje pneumatiska manövreringsorganet 3a, 3b, 3c skulle kunna vara anslutna till en gemensam styrenhet (ej visad) eller separat till sina egna särskilda styrenheter 22a, 22b (visade i Fig. 1 respektive 2).The first, second and and third pneumatic actuators 3a, 3b, 3c could be connected to a common control unit (not shown) or separately to their own special control units 22a, 22b (shown in Figs. 1 and 2, respectively).

Styrenhetema 22a, 22b kan vidare vara anslutna till en koordinationsenhet 100 (ej visad), som exempelvis kan vara en dator av vanligt förekommande slag.The control units 22a, 22b may further be connected to a coordination unit 100 (not shown), which may for example be a computer of a common type.

Minst en optiskt inkrementerande eller absolut omkodare, rotationspotentiometer eller rotationsinkrementerande omkodare, anordnad på en robotann, kan användas (ej visat) separat eller i kombination med positionssensom.At least one optically incremental or absolute encoder, rotary potentiometer or rotary incremental encoder, mounted on a robot tooth, may be used (not shown) separately or in combination with the position sensor.

DRIFT Styranordningen i överensstämmelse med uppﬁnningen kan vara arrangerad for att styra många olika funktioner. Det är en fördel att kombinera ett positionssensororgan 23 med en differentiell trycktransduktor 30 eftersom transduktom 30 kan förse robotarmen med en känslighet för detektion av hinder eller om, till exempel, djuret kommer i en felaktig position.OPERATION The control device in accordance with the invention can be arranged to control many different functions. It is an advantage to combine a position sensor means 23 with a differential pressure transducer 30 because the transducer 30 can provide the robot arm with a sensitivity for detection of obstacles or if, for example, the animal comes into an incorrect position.

Kraften anbringad på robotarmen är kontrollerbar. Till exempel, för spentvättning kan tvättaren tryckas mot djurets juver med en kontrollerbar kraﬁ.The force applied to the robot arm is controllable. For example, for teat washing, the washer can be pressed against the animal's udder with a controllable collar ﬁ.

Ett djur som skall mjölkas, som t.ex. en ko, har normalt olika längd på spenarna. Uppenbarligen kan den differentiella trycktransduktom 30, som illustreras i Figur 2, användas som ett altemativ till, eller i kombination med, positionssensom 23. Till exempel när en spenkopp (ej visat), ansluten till robotarmen 38, ﬂyttas mot en spene på djuret, fästs spenkoppen på spenen som svar på nänmda differentiella trycktransduktor 30 för att tillåta en säker rörelse mot spenen.An animal to be milked, such as a cow, usually has different lengths of teats. Obviously, the differential pressure transducer 30, illustrated in Figure 2, can be used as an alternative to, or in combination with, position sensor 23. For example, when a teat cup (not shown), connected to the robot arm 38, is surface mounted against a teat on the animal, the teat cup on the teat in response to said differential pressure transducer 30 to allow a safe movement against the teat.

Följaktligen är denna fimktion bekväm för djuret och spenkoppen trycker inte mot ett djurs juver om spenen som skall mjölkas är kortare än spenamas normala storlek.Consequently, this function is comfortable for the animal and the teat cup does not press against an animal's udder if the teat to be milked is shorter than the normal size of the teats.

Vidare, efter installation av en ny robot, eller byte av pneumatiska komponenter, skall styrenheten justeras i överensstämmelse med det nya, Med hjälp av styrenhetens automatiska installerade robotsystemet. 522 303 Q | - o . . o . . ~ .- _ 9 _. parameterjustering kan parametrarna för styrning av styranordningen i överensstämmelse med uppfinningen justeras automatiskt.Furthermore, after installation of a new robot, or replacement of pneumatic components, the control unit must be adjusted in accordance with the new, Using the control unit's automatically installed robot system. 522 303 Q | - o. . o. . ~ .- _ 9 _. parameter adjustment, the parameters for controlling the control device in accordance with the invention can be adjusted automatically.

Denna automatiska pararneterjustering arbetar för att anpassa styrsignalen, även om förändringar i kolvens positionskännetecken uppstår 5 beroende på försliming av ventiler eller cylindrar, ändrade data orsakade av friktion, temperaturförändring etc.This automatic pair adjustment adjusts to adjust the control signal, even if changes in the position characteristics of the piston occur due to slimming of valves or cylinders, changed data caused by friction, temperature change, etc.

Med hjälp av algoritmen implementerad i styranordningen i överensstämmelse med uppﬁnningen, kan de pneumatiska manövreringsorganen 3 styras i en mjuk rörelse och ha en god precision. 10 Således medför algoritmen att robotarmen kan ﬂyttas i en mjuk rörelse.By means of the algorithm implemented in the control device in accordance with the invention, the pneumatic actuators 3 can be controlled in a smooth motion and have a good precision. Thus, the algorithm allows the robot arm to be moved in a smooth motion.

Claims

10 20 25 30 35 40 v - n. .- 522 303 _10- P.ans. 9802997-8 1999-12-13 PATENT REQUIREMENTS

A method of controlling the movement of a pneumatic actuator (3), comprising at least one elongate cylinder (6) provided with a piston (4) dividing the cylinder (6) into a first chamber (Sa) and a second frame (5b). ), an actuating pressure supply line (14) connectable to at least one of the first and second chambers (Sa, 5b), a control means (22a, 22b) for controlling the movement of the piston (4) relative to the cylinder (6), and at least one sensor means (23, 30) adapted to sense a piston characteristic related to the piston movement and cooperating with the control means (22a, 22b), wherein detenninistic movement patterns of the piston (4) are provided, a mathematical model (105, 105 ") is provided in said control means (22a , 22b) to provide a control pattern system for controlling in a closed loop system an instantaneous movement of said piston (4) for each movement pattern based on said, at least one, piston characteristic signal; and a control signal (102) is generated from said control means (22a, 22b) to surface said piston (4) in accordance with an instantaneous part of the current movement pattern, the parameters of the control signal (102) being adjusted automatically in case of changed parameters during normal operation, characterized in that said control pattern system in said control means (22a, 22b) comprises an algorithm with a system identification technique adapted for an automatic, extreme influence from the mathematical model (105, 105 ').

A method, according to claim 1, wherein said piston characteristic signal, fed to the control means (22a), comprises a position signal (103) indicating the actual position of said piston (4); providing said mathematical method (105) calculating at least one parameter in conjunction with a closed enloop system in said control means (22a); providing said model-based control pattern system in said control means (22a) including an algorithm with a sister identification technology adapted for an extreme influence from said mathematical model (105), said operating signal (101) and said position signal (103); and generating said control signal (102) from said first control means (22a) for said piston (4) to be supervised in accordance with the instantaneous part of said control pattern system.

A method, according to any one of claims 1 or 2, wherein said piston characteristic signal comprises a pressure difference signal (104) indicating the actual pressure difference between said first and second chambers (Sa, 5b); providing said mathematical method (105) that calculates at least one parameter in cooperation with a closed two-loop system in said control means; providing a model-based control pattern system in said control means (22b) including an algorithm with a system identification rig adapted for an extreme influence from said mathematical model (105), said operating signal 10 20 25 30 35 40 uunu g. 522 sos __H, = _] _] _ (101) and said piston characteristic signal (103, 104); and generating said control signal (102) from said second control means (22b) for said piston (4) to be transmitted in accordance with the instantaneous part of said control pattern system.

A method according to claim 3, wherein said position signal (103) is compared with said pressure difference signal (104) by said control means (22b), which comprises a comparative algorithm for generating a control signal depending on the current piston characteristic.

Control device for controlling the movement of a pneumatic actuator (3), comprising at least one elongate cylinder (6) provided with a piston (4) dividing the cylinder (6) into a first chamber (Sa) and a second chamber (5b ), an actuating pressure supply line (14) connectable to at least one of said first and second chambers (Sa, 5b), a control means (22a, 22b) for controlling the movement of the piston (4) relative to the cylinder (6), and at least one sensor means (23, 30) adapted to sense a piston characteristic related to the piston movement and cooperating with the control means (22a, 22b), wherein the parameters of the control signal (102) are adjusted automatically in case of changed parameters during normal operation, characterized in that said piston (4) is controlled of deterrninist movement patterns; said control means (22a, 22b) comprises a mathematical model (105, 105 ') for providing a control pattern system for controlling in a closed loop system the instantaneous movement of said piston (4) for each movement pattern based on said, at least one, piston characteristic signal; and said control means (22a, 22b) is adapted to surface said piston (4) in accordance with an instantaneous part of the current movement pattern, which thin pattern system in said control means (22a, 22b) comprises an algorithm with a system identification technique adapted for an automatic, extreme influence from the mathematical model (105, 105 ').

The device of claim 5, wherein said sensor means comprises a differential pressure transducer (30) adapted to sense the pressure difference between said first and second chambers (Sa, Sb) and cooperate with said control means (22b) to control said piston (4) relative said cylinder (6).

Device according to claims 5-6, wherein a valve means (20) is connected to said control means (22a, 22b) and is connectable to said first and second chambers (Sa, 5b); and said valve means (20) operates to control said piston (4) relative to said cylinder (6).

Device according to claims 5-7, first pressure supply line (10) is connectable between said first chamber (Sa) and said valve means (20); and a second pressure supply line (12) is connectable between said second chamber (5b) and said valve means (20). vari en 10 15 20 25 30 35 40 ø - o I nu 522 303 - .f a ø »~. . . . _12-

Device Pneumatic actuators (3) are arranged in an operating system; and one according to claims 5-8, wherein at least two coordination means (100), common to the operating means, are connected to said control means (22a, 22c) in said control devices (2) in the operating system to provide a coordinated drive of them.

An apparatus for performing an animal-related work having a robot arm (38), wherein said robot arm (38) is controlled by at least two pneumatic actuators (3) each comprising said control device (2a, 2b, 2c) according to claim 6. 6 to control the movement of said robot tooth (3 8).

The device of claim 10, wherein said device comprises a coordination means (100) for cooperating with said control device (2a, 2b, 2c) in each of the pneumatic actuators; and said coordinating means (100) is adapted to control said control devices (2a, 2b, 2c) in a coordinated drive ﬁ.

The device of claim 10, wherein said robot arm (38) is connected to a robot arm suspension means (40), which is further foldably connected to a support means (42), and said robot arm suspension means (40) is arranged on said support means (42) about a substantially horizontal axis (XX), and at least one of said guide means (2a) is arranged between said robot arm suspension means (40) and said support means (42) to allow said robot arm suspension means (40) to perform a substantially pendulum-shaped movement about said substantially horizontal axis ( XX).

Device according to claim 10 or 11, wherein at least one of said guide devices (2b) is arranged between said robot tooth (38) and said support means (42) for actively surface of said robot arm (38) in a substantially vertical plane.

A device according to claim 12 or 13, wherein said robot tooth (38) is pivotally connected to said robot arm suspension means (40) to allow said robot arm (38) to perform a pivotal movement relative to said robot tooth suspension means (40).

Device according to claim 14, wherein at least one of said control devices (2c) is arranged between said robot arm (38) and said robot arm suspension means (40) for actively surface of said robot arm (38) in a substantially lateral direction.

Device according to claim 15, robot arm suspension means (40) comprising a pivot member (44) having a boom movable about a substantially horizontal axis (AA), said boom being provided with a first connecting part (45) for said robot arm (38). ) and a second connection part (46) for said at least one of said control devices (2c), each of said first and second wherein said 522 303 šßgå; {ïï: m, _¿J _13- connection parts (45, 46) are provided with a hinge which is movable about a substantially vertical axis.