DE3022173C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Handsteuereinrichtung für einen Manipulator, der aufweist: einen um eine erste Achse schwenkbaren ersten Bauteil, einen am ersten Bauteil um eine zweite Achse schwenkbar befestigten zweiten Bauteil, einen am zweiten Bauteil um eine dritte Achse schwenkbar befestigten dritten Bauteil, einen am dritten Bauteil um eine vierte Achse schwenkbar befestigten vierten Bauteil, wobei die zweite, dritte und vierte Achse miteinander parallel sind und ungefähr senkrecht zur ersten Achse stehen, einen am vierten Bauteil um eine fünfte Achse schwenkbar befestigten fünften Bauteil, wobei die fünfte Achse senkrecht zur vierten Achse steht, mit fünf Schaltelementen zur Erzeugung von zur Schwenkung der Achsen proportionalen Signalen, und mit fünf Signalverarbeitungselementen für diese Signale, und mit voneinander unabhängigen Antriebsmotoren für die Schwenkbewegungen um die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Achse, wobei das erste, zweite, dritte, vierte bzw. fünfte Signalverarbeitungselement jeweils mit einem Antriebsmotor für eine Achse, und zwar für die erste, zweite, dritte, vierte bzw. fünfte verbunden ist.The invention relates to a manual control device for a Manipulator comprising: a pivotable about a first axis first component, one on the first component by a second Axis pivotally attached second component, one on the second Component pivotally fastened about a third axis Component, one on the third component around a fourth axis fourth component pivotally attached, the second, third and fourth axes are parallel to each other and approximately are perpendicular to the first axis, one on the fourth component a fifth axis pivotally attached fifth component, the fifth axis being perpendicular to the fourth axis, with five switching elements for generating to pivot the Axis proportional signals, and with five signal processing elements for these signals, and with each other independent Drive motors for the swiveling movements around the first, second, third, fourth and fifth axes, the first,  second, third, fourth and fifth signal processing element each with a drive motor for one axis, namely for the first, second, third, fourth and fifth are connected.

Aus der DE-OS 26 56 378 ist ein Manipulator bekannt, der dem eingangs genannten ähnlich ist. Zur Vereinfachung der Steuerung der Gelenke ist dort vorgesehen, die zweite und dritte Achse über ein Differentialgetriebe von einem Antriebsmotor so anzutreiben, daß sich die vierte Achse auf einer Geraden bewegt bzw. für die zweite und dritte Achse jeweils einen Antriebsmotor vorzusehen und diese entsprechend anzusteuern.From DE-OS 26 56 378 a manipulator is known, the one mentioned is similar. To simplify the control of the joints there is provided that second and third axles via a differential gear from a drive motor like this to drive that the fourth axis moves on a straight line or for the second and third axes each provide a drive motor and this accordingly head for.

Ein Manipulator der eingangs genannten Art, der mehrere Achsen aufweist, ist aus DE-GM 75 40 045 bekannt. Das Problem bei der großen Zahl von Achsen solcher Manipulatoren ist die komplizierte und aufwendige Steuerung, die normalerweise den Einsatz von Rechnern erfordert, die einzelnen Schwenkbewegungen sind nämlich nicht unabhängig voneinander und können nicht einfach addiert werden, wie dies bei linearen Bewegungen der Fall ist. Dadurch treten einmal beim Betrieb des Manipulators oder Industrieroboters Probleme auf, wenn der Manipulator oder Roboter geradlinige Bewegungen durchführen soll, die besonders einfach zu beherrschen sind.A manipulator of the type mentioned, which has several axes, is known from DE-GM 75 40 045. The problem with the big one Number of axes of such manipulators is complicated and elaborate control that normally the use of Requires computers that are individual swivel movements namely not independent of each other and cannot be easy be added, as is the case with linear movements. This occurs once during the operation of the manipulator or Industrial robot problems when the manipulator or Robots are supposed to perform rectilinear movements that are special are easy to master.

Aber auch beim Programmieren eines solchen Manipulators treten die gleichen Probleme auf. Will man einen bestimmten Punkt anfahren, so müssen sehr viele Achsen verstellt werden, wobei dann durch das Verstellen oder Verschwenken einzelner Achsen die vorher recht gute Einstellung anderer Achsen wieder verschlechtert wird, so daß man sehr lange benötigt, bis man beim Programmieren den Manipulator in die gewünschte Stellung gefahren hat.But also occur when programming such a manipulator the same problems. Do you want a certain point approach, very many axes must be adjusted, whereby then by adjusting or swiveling individual axes the previously quite good setting of other axes again is deteriorated so that it takes a very long time to when programming the manipulator in the desired position drove.

So werden Programme für Manipulatoren vorzugsweise nach dem Teach-in-Verfahren durchgeführt. Dabei wird der am Manipulator befindliche Greifer (bzw. das dort angebrachte Werkzeug) zu den gewünschten Punkten oder entlang gewünschter Bahnen geführt, wobei die Bewegungsinformationen gespeichert werden. Im wesentlichen werden dabei die beiden Programmierarten "Anfahren und Speichern der Position" und "Abfahren einer Bahn" unterschieden (s. Spur/Auer/Sinning: Industrieroboter, C. Hanser, München 1979, Abschnitt 4: Programmierung flexibler Handhabungseinrichtungen, sowie Auer u. a.: Industrieroboter, Lexika, Grafenau 1979, Abschnitt 1.3: Die Programmierung von Industrierobotern).Programs for manipulators are preferably based on the Teach-in procedure carried out. This is the manipulator located gripper (or the tool attached there) to the desired points or along the desired paths led, the movement information is stored. Essentially, the two types of programming "Approach and save the position" and "Approach one Bahn "(see track / Auer / Sinning: industrial robots, C. Hanser, Munich 1979, Section 4: Programming more flexible  Handling devices, as well as Auer u. a .: industrial robots, Lexika, Grafenau 1979, Section 1.3: The programming of Industrial robots).

Bei der Programmierung "Anfahren und Speichern" wird die jeweils gewünschte Position durch sukzessives Verstellen der Achsen angefahren und dann abgespeichert. Das Verfahren der Achsen erfolgt gemäß manuell erteilten Laufbefehlen (z. B. Druck auf die zugeordnete Laufrichtungstaste der jeweils einzustellenden Achse am Programmiergerät), wobei die Achsen mit für den Programmierbetrieb vorbestimmten (niedrigen) Geschwindigkeiten verfahren werden, die z. B. durch Geschwindigkeitswahlschalter festgelegt werden (s. Firmendruckschrift SIEMENS ROBOT CONTROL, 1979).With the "Start-up and save" programming, the desired position by successively adjusting the Axes approached and then saved. The procedure of Axes are carried out according to manually issued run commands (e.g. Press on the assigned direction key of each axis to be set on the programming device), the axes with (low) predetermined for the programming operation Speeds are traversed, the z. B. by Speed selector switch can be set (see company brochure SIEMENS ROBOT CONTROL, 1979).

Wird die Programmierung durchgeführt unter Zuhilfenahme eines Rechners, sind auch komplizierte Befehle ausführbar, wie z. B. Armbewegungen entlang einer Bahn, die in Raumkoordinaten definiert ist, da der Rechner die hierbei erforderliche Koordinatentransformation ausführen kann (s. Firmenprospekt CINCINNATI MILACRON, 3. EMO, Mailand 1979).If the programming is carried out with the help of a Computer, even complicated commands can be executed, such as B. Arm movements along a path in spatial coordinates is defined because the computer does the necessary Can perform coordinate transformation (see company brochure CINCINNATI MILACRON, 3rd EMO, Milan 1979).

Alle diese Verfahren erfordern komplizierte Steuerungen und/oder Rechner, um die gewünschte Programmierung und auch das Arbeiten mit dem Manipulator zu ermöglichen.All of these methods require complicated controls and / or calculator to the desired programming and also enable working with the manipulator.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Handsteuereinrichtung für einen Manipulator der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der Programmierung und Betrieb des Manipulators auf besonders einfache Weise und mit besonders einfachen Mitteln möglich sind.The object of the invention is a hand control device for a manipulator of the type mentioned create, with the programming and operation of the manipulator in a particularly simple manner and with particularly simple ones Funds are possible.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß das Ausgangssignal jedes Signalverarbeitungselementes proportional ist zur um die Summe der Eingangssignale an den subtrahierenden Eingängen verminderten Summe der Eingangssignale an den addierenden Eingängen, daß das erste Schaltelement mit einem addierenden Eingang des ersten Signalverarbeitungselementes und einem subtrahierenden Eingang des fünften Signalverarbeitungselementes verbunden ist, daß das zweite Schaltelement mit einem addierenden Eingang des zweiten Signalverarbeitungselementes und einem subtrahierenden Eingang des vierten Signalverarbeitungselementes verbunden ist, daß das dritte Schaltelement mit einem addierenden Eingang des zweiten Signalverarbeitungselementes, mit zwei subtrahierenden Eingängen des dritten Signalverarbeitungselementes und einem addierenden Eingang des vierten Signalverarbeitungselementes verbunden ist, daß das vierte Schaltelement mit einem addierenden Eingang des vierten Signalverarbeitungselementes verbunden ist, und daß das fünfte Schaltelement mit einem addierenden Eingang des fünften Signalverarbeitungselementes verbunden ist.The solution according to the invention is that the output signal each signal processing element is proportional to  by the sum of the input signals to the subtracting Inputs reduced sum of the input signals at the adding inputs that the first switching element with a adding input of the first signal processing element and a subtracting input of the fifth signal processing element is connected that the second switching element with an adding input of the second signal processing element and a subtracting input of the fourth Signal processing element is connected that the third Switching element with an adding input of the second Signal processing element, with two subtracting Inputs of the third signal processing element and one adding input of the fourth signal processing element is connected that the fourth switching element with a adding input of the fourth signal processing element is connected, and that the fifth switching element with a adding input of the fifth signal processing element connected is.

Erfindungsgemäß sind drei verschiedene Schaltelemente vorgesehen, durch die nicht nur eine Achse verschwenkt wird, sondern gleichzeitig mehrere Achsen mit Winkelgeschwindigkeiten, deren Verhältnisse genau festgelegt sind.According to the invention, three different switching elements are provided, through which not only one axis is pivoted, but simultaneously several axes with angular speeds, whose relationships are precisely defined.

Durch das erste Schaltelement werden Schwenkbewegungen um die erste und fünfte Achse mit entgegengesetzt gleichen Winkelgeschwindigkeiten bewirkt. Dadurch wird zwar der gesamte Manipulator verdreht, das Werkzeug behält aber seine Orientierung im Raum bei.The first switching element pivots around the first and fifth axes with opposite angular velocities causes. This will make the whole Manipulator twisted, but the tool remains oriented in the room.

Wird durch das dritte Schaltelement die Schwenkbewegung um die zweiten und vierten Achsen mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit, um die dritte mit der doppelten entgegengesetzt gerichteten Winkelgeschwindigkeit durchgeführt, so bewegt sich das Werkzeug auf einer besonders einfachen Bahn. Bei gleicher Länge von zweitem Bauteil und drittem Bauteil findet diese Bewegung auf einem Radiusstrahl statt, der parallel zur momentanen Geraden durch die zweite und vierte Achse liegt. Es kann also leicht eine geradlinige Bewegung in radialer Richtung erreicht werden.Is the pivoting movement by the third switching element second and fourth axes with the same angular velocity, the third with the double opposite Angular velocity performed, so it moves  Tool on a particularly simple path. At the same This is the length of the second component and the third component Movement takes place on a radius beam that is parallel to the current straight line through the second and fourth axes. It can easily make a straight line movement in radial Direction can be reached.

Der Winkel dieser Radialrichtung mit der Vertikalen kann durch das zweite Schaltelement verändert werden. Werden nämlich durch dieses Schaltelement gleichzeitig die zweite und die vierte Achse mit der gleichen, aber entgegengesetzt gerichteten Winkelgeschwindigkeit geschwenkt, so wird der Radiusstrahl von der zweiten Achse zur vierten Achse nach oben oder nach unten geschwenkt, wobei aber das Werkzeug seine Orientierung im Raum beibehält.The angle of this radial direction with the vertical can be determined by the second switching element can be changed. Because namely through this switching element, the second and the fourth axis with the same but opposite direction Angular velocity is pivoted, so the radius beam from the second axis to the fourth axis upwards or pivoted downwards, but with the tool its orientation maintains in space.

Durch die erfindungsgemäße Handsteuereinrichtung wird nicht nur eine Erleichterung insbesondere bei der Programmierarbeit erreicht, sondern außerdem eine Voraussetzung dafür geschaffen, daß auch ein 6-achsiger Manipulator in einer Vielzahl von Einsatzfällen im Echtzeitbetrieb manuell gesteuert werden kann, ohne hierbei den Operateur zu überfordern.The manual control device according to the invention does not just a relief especially when programming achieved, but also a prerequisite for it created that a 6-axis manipulator in one Numerous applications in real-time operation manually can be controlled without the operator overwhelm.

Anhand der Fig. 1 bis 5 wird die Erfindung im folgenden beispielsweise näher erläutert. Es zeigtReferring to Figs. 1 to 5, the invention will be explained in more detail for example. It shows

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Manipulator mit verketteten Gelenken in einer 6-achsigen Ausführung in Seitenansicht; Figure 1 is a schematic representation of a manipulator with linked joints in a 6-axis version in side view.

Fig. 2 die Draufsicht des in Fig. 1 dargestellten Manipulators; Fig. 2 is a top view of the manipulator shown in Fig. 1;

Fig. 3 in Seitenansicht die Anordnung der Achsen in zwei verschiedenen Stellungen; Fig. 3 is a side view of the arrangement of the axes in two different positions;

Fig. 4 in Draufsicht die Anordnung der Achsen in zwei verschiedenen Stellungen und Fig. 4 in plan view the arrangement of the axes in two different positions and

Fig. 5 in schematischer Darstellung den wesentlichen Teil des Schaltschemas der Handsteuereinrichtung. Fig. 5 shows a schematic representation of the essential part of the circuit diagram of the manual control device.

Der mit Drehgelenken aufgebaute sechsachsige Manipulator 1 besitzt die mit C 1, B 1, B 2, B 3, C 2 und A 1 bezeichneten Achsen. Am äußeren Ende des Manipulators 1 sitzt der Greifer G. The six-axis manipulator 1 constructed with swivel joints has the axes designated C 1 , B 1 , B 2 , B 3 , C 2 and A 1 . The gripper G sits at the outer end of the manipulator 1 .

Zwischen der Achse B 1 und der Achse B 2 befindet sich das Armteil 2, zwischen der Achse B 2 und der Achse B 3 das Armteil 3. Die Armteile 2 und 3 sind gleich lang. Der freie Schenkel des Drehgelenks der Achse B 3 bildet den Armteil 4, der die Orientierung des Greifers G bezüglich der horizontalen Ebene bestimmt. B 1 between the axis and the axis B 2, the arm part 2, between the axis B of the axle 2 and B 3 is the arm. 3 Arm parts 2 and 3 are of equal length. The free leg of the swivel joint of the axis B 3 forms the arm part 4 , which determines the orientation of the gripper G with respect to the horizontal plane.

In einer beliebigen Ausgangsstellung des Manipulators, die in Fig. 3 schematisch durch die Achspositionen B 1, B 2, B 3, G und die zugehörigen Armteile 2, 3 und 4 dargestellt ist, nimmt der Radiusstrahl 5 eine durch die Positionen der Achsen B 1 und B 3 bestimmte Lage ein.In any starting position of the manipulator, which is shown schematically in FIG. 3 by the axis positions B 1 , B 2 , B 3 , G and the associated arm parts 2, 3 and 4 , the radius beam 5 takes on the positions of the axes B 1 and B 3 certain location.

In Fig. 3 ist als Beispiel die Orientierung des Armteils 4 bezüglich der horizontalen Ebene als parallel gewählt worden. Es kann aber ebenso jede beliebige, hiervon abweichende Orientierung gewählt werden.In Fig. 3, the orientation of the arm part 4 with respect to the horizontal plane has been chosen as parallel as an example. However, any orientation that deviates from this can also be selected.

Erfindungsgemäß werden beim Verfahren des Manipulators 1 die Achse B 1 mit einer Winkelgeschwindigkeit ω b 1, die Achse B 3 mit einer nach Größe und Richtung gleichen Winkelgeschwindigkeit ω b 3 und die Achse B 2 mit einer Winkelgeschwindigkeit ω b 2, die der negativen Summe der den Achsen B 1 und B 3 zugeordneten Winkelgeschwindigkeiten entspricht, bewegt, so daß hierfür die BeziehungenAccording to the invention, when the manipulator 1 is moved, the axis B 1 with an angular velocity ω b 1 , the axis B 3 with an angular velocity ω b 3 that is the same in size and direction and the axis B 2 with an angular velocity ω b 2 , which is the negative sum of the corresponds to the axes B 1 and B 3 assigned angular velocities, so that the relations

  ω b 1 = ω b 3
-ω b 2 = ω b 1 + ω b 3 ω b 1 = ω b 3
- ω b 2 = ω b 1 + ω b 3

gelten. Dabei werden innerhalb eines bestimmten Zeitschrittes Winkelbewegungen ausgeführt, die den jeweiligen Winkelgeschwindigkeiten entsprechen. be valid. Doing so within a certain time step Performed angular movements that correspond to the respective angular velocities correspond.  

Wird zum Beispiel (siehe Fig. 3) die Achse B 1 innerhalb eines Zeitschrittes Δ t um den Winkel Δ b 1 im Uhrzeigersinn geschwenkt, nimmt die Achse B 2 die Position B 2′ ein.If, for example (see FIG. 3), the axis B 1 within a time step Δ t by the angle Δ b 1 is pivoted clockwise, 2 accepts the axis B, the position B 2 '.

Zugleich wird aber gemäß der Erfindung die Achse B 2 innerhalb des Zeitschrittes Δ t um den Winkel Δ b 2 = -2 Δ b 1 entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt, so daß die neue Position der Achse B 3 nicht im Punkt 6, sondern in B 3′ liegt.At the same time, however, according to the invention, the axis B 2 is moved counterclockwise by the angle Δ b 2 = -2 Δ b 1 within the time step Δ t , so that the new position of the axis B 3 is not in point 6 but in B 3 ' Lies.

Außerdem wird gemäß der Erfindung innerhalb des Zeitschrittes Δ t auch die Achse B 3 um den Winkel Δ b 3 = Δ b 1 im Uhrzeigersinn bewegt, so daß die neue Position des Greifers G weder im Punkt 7 noch im Punkt 8, sondern in G′ liegt, wobei die Orientierung des Greifers bezüglich der horizontalen Ebene mit der vor Beginn des Zeitschrittes Δ t übereinstimmt.In addition, according to the invention, the axis B 3 is also moved clockwise by the angle Δ b 3 = Δ b 1 within the time step Δ t , so that the new position of the gripper G neither in point 7 nor in point 8 , but in G ′ lies, wherein the orientation of the gripper with respect to the horizontal plane coincides with that before the start of the time step Δ t .

Die in Fig. 3 zur Veranschaulichung dargestellten Punkte 6, 7 und 8 und die zu und von diesen weisenden Schwenkbahnen und Armteil- Stellungen werden in Wirklichkeit aber nicht vom Manipulator oder seinen Achsen oder Armteilen eingenommen oder durchfahren. Vielmehr erfolgt die Bewegung der Achse B 3 aus der Position B 3 in die neue Position B 3′ auf dem durch B 1 und B 3 gehenden Radiusstrahl 5 und die Bewegung des Greifers G aus der Position G in die Position G′ auf der Verbindungsgeraden G-G′, die parallel zum Radiusstrahl 5 verläuft, wobei der Armteil 4 stets seine Orientierung zur horizontalen Ebene beibehält.The points 6, 7 and 8 shown in FIG. 3 for illustration and the swiveling paths and arm part positions pointing to and from these are in reality not taken or passed through by the manipulator or its axes or arm parts. Rather, the movement of the axis B 3 from the position B 3 into the new position B 3 ' on the radius beam 5 going through B 1 and B 3 and the movement of the gripper G from the position G into the position G' on the connecting straight line GG ', Which runs parallel to the radius beam 5 , the arm portion 4 always maintaining its orientation to the horizontal plane.

Bei einer Orientierung der Achse C 2 parallel zur Achse C 1 (Fig. 4) wird eine Beibehaltung der Orientierung des Armteils 9, das zwischen der Achse C 2 und dem Greifer G liegt, bezüglich einer vertikalen Ebene erreicht durch die gleichzeitige Bewegung der Achsen C 1 und C 2 mit Winkelgeschwindigkeiten, die einander entgegengesetzt gleich sind. Die innerhalb eines Zeitschrittes Δ t dabei zurückgelegten Winkelschritte sind in Fig. 4 dargestellt und bedürfen keiner weiteren Erklärung.If the axis C 2 is oriented parallel to the axis C 1 ( FIG. 4), the orientation of the arm part 9 , which lies between the axis C 2 and the gripper G, is maintained with respect to a vertical plane by the simultaneous movement of the axes C. 1 and C 2 with angular velocities that are opposite to each other. The angular steps covered during a time step Δ t are shown in FIG. 4 and do not require any further explanation.

Mittels einer in Fig. 5 schematisch dargestellten Steuerschaltung ist es möglich, koordinierte Armbewegungen wie das vorstehend beschriebene Verfahren des Greifers auf dem durch B 1 und B 3 gehenden Radiusstrahl unter Beibehaltung der Orientierung des Greifers bezüglich der horizontalen Ebene sowie das vorstehend beschriebene Verfahren des Greifers mittels koordinierter Bewegung der Achsen C 1 und C 2 unter Beibehaltung der Orientierung des Armteils 9 bezüglich einer vertikalen Ebene durchzuführen, wobei zur Ausführung einer koordinierten Bewegung nur ein Schaltelement zu betätigen ist.By means of a control circuit shown schematically in FIG. 5, it is possible to use coordinated arm movements such as the above-described movement of the gripper on the radius beam passing through B 1 and B 3 while maintaining the orientation of the gripper with respect to the horizontal plane and the above-described method of the gripper to carry out coordinated movement of the axes C 1 and C 2 while maintaining the orientation of the arm part 9 with respect to a vertical plane, only one switching element having to be actuated to carry out a coordinated movement.

Entsprechend dem für C 1 und C 2 beschriebenen koordinierten Verfahren der Achsen ist auch noch eine koordinierte Schwenkbewegung der Achsen B 1 und B 3 vorgesehen, wobei die Winkelgeschwindigkeiten der Achsen B 1 und B 3 einander entgegengesetzt gleich sind und die Orientierung des Greifers gegenüber der horizontalen Ebene erhalten bleibt.In accordance with the coordinated movement of the axes described for C 1 and C 2 , a coordinated pivoting movement of the axes B 1 and B 3 is also provided, the angular velocities of the axes B 1 and B 3 being opposite to one another and the orientation of the gripper with respect to the horizontal Level is retained.

Die Steuerschaltung gemäß Fig. 5 enthält das Schaltelement 10 zum koordinierten Verschwenken von B 1 und B 3 zur Höhenänderung des Greifers ohne Änderung des Radius des Manipulators, womit zugleich die Winkellage des Radiusstrahls 5 eingestellt wird, das Schaltelement 11 zum koordinierten Verfahren von C 1 und C 2, wobei die Vertikallage der Achse C 2 mittels des Schaltelements 12 einstellbar ist, das Schaltelement 13, mit dem die Achsen B 1, B 2 und B 3 koordiniert verfahren werden, wobei sich der radiale Abstand des Greifers zur Achse B 1 einstellen läßt, das Schaltelement 14, mit dem der Greifer mittels der Achse A 1 um seine Mittelachse gedreht wird, und das Schaltelement 15, mit dem die Achse C 2 einzeln angesteuert wird.The control circuit of Fig. 5 includes the switching element 10 for coordinated pivoting of B 1 and B 3 for the change in height of the gripper without a change in the radius of the manipulator, which at the same time the angular position of the radius of beam 5 is adjusted, the switching element 11 for coordinated method of C 1 and C 2 , the vertical position of the axis C 2 being adjustable by means of the switching element 12 , the switching element 13 with which the axes B 1 , B 2 and B 3 are moved in a coordinated manner, the radial distance of the gripper from the axis B 1 being adjustable , the switching element 14 , with which the gripper is rotated about its central axis by means of the axis A 1 , and the switching element 15 , with which the axis C 2 is controlled individually.

Die Stellmotoren der Achsen C 1, B 1, B 2, B 3, C 2 und A 1 erhalten ihre Laufbefehle nach Geschwindigkeit und Richtung in Form von geschwindigkeitsproportionalen Steuerspannungen, deren Vorzeichen die Drehrichtung angibt. Diese Spannungen sind in Fig. 5 mit den Bezeichnungen u l c 1 bis u ω a 1 angegeben. Diese Spannungen liegen an den Ausgängen der jeweils zugeordneten Signalverarbeitungselemente 16, 17, 18, 19, 20 und 21, wobei die erfindungsgemäße Verknüpfung der Steuerspannungen der bei koordinierten Achsbewegungen einander zugeordneten Achsen durch die Zusammenschaltung der jeweils betätigten Schaltelemente mit den zugehörigen Signalverarbeitungselementen erfolgt.The servomotors of the axes C 1 , B 1 , B 2 , B 3 , C 2 and A 1 receive their run commands according to speed and direction in the form of speed proportional control voltages, the signs of which indicate the direction of rotation. These voltages are indicated in Fig. 5 with the designations u l c 1 to u ω a 1 . These voltages are at the outputs of the respectively assigned signal processing elements 16, 17, 18, 19, 20 and 21 , the inventive linkage of the control voltages of the axes assigned to one another in coordinated axis movements being carried out by interconnecting the respectively actuated switching elements with the associated signal processing elements.

Die Signalverarbeitungsverknüpfungen sind in nachstehender Tabelle zusammengestellt.The signal processing links are summarized in the table below.

Gegenüber sechs jeweils einzeln auf zugeordnete sechs Achsen wirkenden Schaltelementen sind hierbei erfindungsgemäß sechs Schaltelement so mit den Signalverarbeitungselementen der Achsantriebe verknüpft, daß nur drei Schaltelemente (12, 14, 15) jeweils die Bewegung nur einer Achse beeinflussen, während die anderen drei Schaltelemente (10, 11, 13) koordinierte Achsbewegungen veranlassen.Compared to six switching elements each acting individually on assigned six axes, six switching elements are linked to the signal processing elements of the axle drives in such a way that only three switching elements ( 12, 14, 15 ) each influence the movement of only one axis, while the other three switching elements ( 10, 11, 13 ) initiate coordinated axis movements.

Die Zahl der Schaltelemente ist dadurch zwar die gleiche wie bei einer Einzelansteuerung der sechs Achsen, es wird aber ein erheblicher Fortschritt bei der Programmierung dadurch erreicht, daß mittels der erfindungsgemäßen Anordnung die Bewegungssteuerung des Manipulators mit gut vorhersehbarem Verhalten des Greifers ermöglicht wird. As a result, the number of switching elements is the same as for one Individual control of the six axes, but it becomes a considerable one Progress in programming achieved by means of the arrangement according to the invention controls the movement of the manipulator with predictable behavior of the gripper becomes.  

Die Genauigkeit, mit der die Schwenkbewegung auf der Sollbahn erfolgt, ist dabei durch die Genauigkeit der Übereinstimmung der Bewegungsgeschwindigkeiten gemäß den Verknüpfungsbedingungen bestimmt. Da es sich bei allen Verknüpfungen um einfache Beziehungen handelt, läßt sich das Problem der Erzielung ausreichender Bewegungsübereinstimmung reduzieren auf ausreichend gute Geschwindigkeitssteuerungen der Achsantriebe, bezogen auf die jeweils aktuellen Steuerspannungen u ω c 1 . . . u ω a 1.The accuracy with which the swivel movement takes place on the target path is determined by the accuracy of the agreement of the movement speeds in accordance with the linking conditions. Since all relationships are simple relationships, the problem of achieving sufficient movement correspondence can be reduced to sufficiently good speed controls for the axle drives, based on the current control voltages u ω c 1 . . . u ω a 1 .

Die erfindungsgemäße Anordnung schließt die gleichzeitige Betätigung mehrerer Schaltelemente ein, wodurch bei einiger Übung und geeigneter Anordnung der Schaltelement-Bedienknöpfe auch das Verschwenken des Greifers auf nahezu beliebigen Bahnen ermöglicht wird.The arrangement according to the invention closes the simultaneous actuation several switching elements, which with some practice and suitable arrangement of the switching element control buttons also pivoting the gripper is enabled on almost any path.

In entsprechender Weise kann auch unter Verwendung der erfindungsgemäßen Koordination von Achsbewegung für den automatischen Ablauf in einer für viele Zwecke ausreichenden Genauigkeit die Einhaltung vorgegebener Bewegungsbahnen mit einer Punktsteuerung realisiert werden.In a corresponding manner, the invention can also be used Coordination of axis movement for the automatic Process with sufficient accuracy for many purposes Adherence to specified trajectories with point control will be realized.

Claims (1)

Handsteuereinrichtung für einen Manipulator, der aufweist:
einen um eine erste Achse (C 1) schwenkbaren ersten Bauteil,
einen am ersten Bauteil um eine zweite Achse (B 1) schwenkbar befestigten zweiten Bauteil (Arm 2),
einen am zweiten Bauteil (Arm 2) um eine dritte Achse (B 2) schwenkbar befestigten dritten Bauteil (Arm 3),
einen am dritten Bauteil (Arm 3) um eine vierte Achse (B 3) schwenkbar befestigten vierten Bauteil (4),
wobei die zweite (B 1), dritte (B 2) und vierte (B 3) Achse miteinander parallel sind und ungefähr senkrecht zur ersten Achse (C 1) stehen,
einen am vierten Bauteil (4) um eine fünfte Achse (C 2) schwenkbar befestigten fünften Bauteil, wobei die fünfte Achse (C 2) senkrecht zur vierten Achse (B 3) steht,
mit fünf Schaltelementen (11, 10, 13, 12, 15) zur Erzeugung von zur Schwenkung der Achsen (C 1, C 2, B 1, B 2, B 3) proportionalen Signalen,
und mit fünf Signalverarbeitungselementen (16 bis 20) für diese Signale, und mit voneinander unabhängigen Antriebsmotoren für die Schwenkbewegungen um die erste (C 1), zweite (B 1), dritte (B 2), vierte (B 3) und fünfte (C 2) Achse, wobei das erste (16), zweite (17), dritte (18), vierte (19) bzw. fünfte (20) Signalverarbeitungselement jeweils mit einem Antriebsmotor für eine Achse, und zwar für die erste (C 1), zweite (B 1), dritte (B 2), vierte (B 3) bzw. fünfte (C 2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,daß das Ausgangssignal jedes Signalverarbeitungselementes (16 bis 20) proportional ist zur um die Summe der Eingangssignale an den subtrahierenden Eingängen verminderten Summe der Eingangssignale an den addierenden Eingängen,
daß das erste Schaltelement (11) mit einem addierenden Eingang des ersten Signalverarbeitungselementes (16) und einem subtrahierenden Eingang des fünften Signalverarbeitungselementes (20) verbunden ist,
daß das zweite Schaltelement (10) mit einem addierenden Eingang des zweiten Signalverarbeitungselementes (17) und einem subtrahierenden Eingang des vierten Signalverarbeitungselementes (19) verbunden ist,
daß das dritte Schaltelement (13) mit einem addierenden Eingang des zweiten Signalverarbeitungselementes (17), mit zwei subtrahierenden Eingängen des dritten Signalverarbeitungselementes (18) und einem addierenden Eingang des vierten Signalverarbeitungselementes (19) verbunden ist,
daß das vierte Schaltelement (12) mit einem addierenden Eingang des vierten Signalverarbeitungselementes (19) verbunden ist, und
daß das fünfte Schaltelement (15) mit einem addierenden Eingang des fünften Signalverarbeitungselementes (20) verbunden ist.Manual control device for a manipulator, which comprises:
a first component pivotable about a first axis ( C 1 ),
a second component (arm 2 ) pivotally attached to the first component about a second axis ( B 1 ),
a third component (arm 3 ) pivotally attached to the second component (arm 2 ) about a third axis ( B 2 ),
a fourth component ( 4 ) which is pivotably attached to the third component (arm 3 ) about a fourth axis ( B 3 ),
the second ( B 1 ), third ( B 2 ) and fourth ( B 3 ) axes being parallel to one another and being approximately perpendicular to the first axis ( C 1 ),
a fifth component pivotally attached to the fourth component ( 4 ) about a fifth axis ( C 2 ), the fifth axis ( C 2 ) being perpendicular to the fourth axis ( B 3 ),
with five switching elements ( 11, 10, 13, 12, 15 ) for generating signals proportional to the pivoting of the axes ( C 1 , C 2 , B 1 , B 2 , B 3 ),
and with five signal processing elements ( 16 to 20 ) for these signals, and with mutually independent drive motors for the swiveling movements around the first ( C 1 ), second ( B 1 ), third ( B 2 ), fourth ( B 3 ) and fifth ( C 2 ) axis, the first ( 16 ), second ( 17 ), third ( 18 ), fourth ( 19 ) and fifth ( 20 ) signal processing elements each having a drive motor for one axis, specifically for the first ( C 1 ), second ( B 1 ), third ( B 2 ), fourth ( B 3 ) or fifth ( C 2 ), characterized in that the output signal of each signal processing element ( 16 to 20 ) is proportional to the sum of the input signals to the subtracting inputs reduced sum of the input signals at the adding inputs,
that the first switching element ( 11 ) is connected to an adding input of the first signal processing element ( 16 ) and a subtracting input of the fifth signal processing element ( 20 ),
that the second switching element ( 10 ) is connected to an adding input of the second signal processing element ( 17 ) and a subtracting input of the fourth signal processing element ( 19 ),
that the third switching element ( 13 ) is connected to an adding input of the second signal processing element ( 17 ), to two subtracting inputs of the third signal processing element ( 18 ) and to an adding input of the fourth signal processing element ( 19 ),
that the fourth switching element ( 12 ) is connected to an adding input of the fourth signal processing element ( 19 ), and
that the fifth switching element ( 15 ) is connected to an adding input of the fifth signal processing element ( 20 ).