DE3142406A1

DE3142406A1 - Programmsteuerung fuer einen manipulator

Info

Publication number: DE3142406A1
Application number: DE19813142406
Authority: DE
Inventors: Stanley J. 06810 Danbury Conn. Blanchard; William 06883 Weston Conn. Perzley; Brian w. 06880 Westport Conn. Pollard
Original assignee: Unimation Inc
Current assignee: Unimation Inc
Priority date: 1980-10-27
Filing date: 1981-10-26
Publication date: 1982-07-29
Also published as: CA1167948A; SE8106292L; GB2086085A; JPS57114386A; SE452569B; DE3142406C2; FR2494462A1; US4362978A; GB2086085B; FR2494462B1; IT1171609B; IT8149572A0

Description

Unimation, Inc., Shelter Rock Lane, Danbury, Conn. (V.St.A.)

Programmsteuerung für einen Manipulator

Die Erfindung betrifft eine Programmsteuerung für einen Manipulator gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein einer solchen Programmsteuerung zugrundeliegendes Verfahren zur Steuerung eines beweglichen Gliedes wie im besonderen eines Manipulatorarmes.

Es wurden bereits verschiedenartige Programmsteuerungen für Manipulatoren vorgeschlagen und/oder ausgeführt, die Regellcreise unter Verwendung von Befehlssignalen und Rückkoppelungssignalen enthalten, um einen Manipulatorarm in mehreren Bewegungskoordinaten zu steuern. Derartige Programmsteuerungen sind beispielsweise' in den UR-PSen 3 661 051, 4 086 522 und 4 132 937 sowie der US-Patentanmeldung Kr. 154 439 vom 2Ei. Kai 1980 von W. Perzley u.a, beschrieben. Die Steuerung nach der US-PS 3 661 051 enthält einen Regelkreis unter Verwendung von Positionsbefehlssignalen und Positionsrückkoppelungssignalen zur Steuerung des Manipulatorarmes. Die US-PS 4 086 522 verwendet in ihrem Regelkreis Positions- und Geschwindigkeitsbefehlssignale sowie Positions- und Geschwindigkeitsrückkoppelungssignale. Die US-PS 4 132 937 verwendet eine dynamische Rückkoppelung mit Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsrückkoppelungssignalen, die mit Positionsfehlersignalen gemischt werden, um die Steuerung und die Arbeitsweise des

Manipulatorarmes während Verzögerungsphasen mittels eines
großen negativen dynamischen Rückkoppelungssignals zu stabilisieren und während Beschleunigungsphasen mittels eines
kleinen Signals eine gegenseitige Beeinträchtigung des Positionsfehlersignals und des dynamischen Rückkoppelungssignals zu vermeiden. Nach der genannten US-Patentanmeldung \

Nr. 154 439 dient ein Regelkreis unter Verwendung von Posi- j

tions-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsbefehlssignalen j sowie Positions-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungs- ->

rückkoppelungssignalen zur Steuerung des Manipulatorarmes. I

Obgleich die vorgenannten Steuerungen im allgemeinen ihren I

Zweck erfüllen, besteht doch bei vielen Manipulatoramven- |

düngen ein ständiges Bedürfnis, das dynamische Verhalten zu £

verbessern, ohne dadurch die Stabilität der Regelki-eise jzu |

beeinträchtigen. Weiterhin besteht ein Bedürfnis, das dyna- ε

mische Verhalten der Manipulatorarmsteuerung dort zu verbes- ' ?

sern, wo der Manipulatorarm bei der Verrichtung seiner Arbeit I

sehr unterschiedlich belastet ist. ■ \

Insbesondere hat sich gezeigt, daß herkömmliche Steuerungen '

hinsichtlich ihres dynamischen Verhaltens und der Belastung, | die der Manipulatorarm durch die während seiner verschiedenen i Bewegungen sehr stark variierenden Trägheitskräfte erfährt, j

nicht optimiert sind. So werden bei einer typischen herkömm- ! liehen Steuerung die Verstärkungsfaktoren und die Parameter ι

der Regelkreise von Stabilitätserfordernissen in Abhängigkeit von den Maximalwerten der Trägheitsbelastungen diktiert.
Weiterhin.hat sich gezeigt, daß eine Rückkoppelung von Beschleunigungssignalen für sämtliche Bewegungskoordinaten eines
praktisch ausgeführten Manipulators schwierig: wenn nicht sogar
beinahe unmöglich ist. Zudem liefert in vielen Fällen die
Rückkoppelung eines Beschleunigungssignals keine ideale

Rückkoppelungsinformation für die Verbesserung des dynamischen Verhaltens des Manipulatorarmes. Schließlich wird die Beeinflussung des dynamischen Verhaltens des Mänipulatorarmes auch noch durch die Veränderungen kompliziert, die die Belastung des Armes durch verschiedene Lasten während eines Arbeitsspiels wie auch von Fall zu Fall erfährt, wobei diese Lasten zwischen 0 und einem Maximalwert liegen können.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Manipulator steuerung der angegebenen Art so zu verbessern, daß sie ein besseres dynamisches Verhalten des Manipulatorarmes bei dessen Steuerung in einer Mehrzahl von Bewegungskoordinaten und über den Gesamtbereich der Arbeitsparameter des Manipulatorarmes einschließlich aller möglichen Positionswerte in den verschiedenen Koordinaten, aller möglichen Lastwerte und der dynamischen Arbeitsparameter des Armes zeigt.

Diese Aufgabe ist durch die in den Ansprüchen 1 und 14 bezeichnete Erfindung gelöst. Kurz gesagt wird durch die Erfindung eine Steuerung für einen Manipulator mit einem in einer Mehrzahl verschiedener Koordinaten beweglichen Arm geschaffen, die ein verbessertes dynamisches Verhalten und eine verbesserte Steuerung des Manipulatorarmes über einen weiten Bereich von A.rmbeiastungen und dynamischen Arbeitsparametern des Armes sowie über den vollen Bereich der möglichen. Armpositionen "zeigt. Die betreffende Steuerung enthält für eine oder mehrere der Bewegungskoordinaten Regelkreise unter Verwendung von Kraftoder Druck-Rückkoppelungssxgnalen aus den Antriebsgliedern für die einzelnen Koordinaten sowie einer trägheitsabhängigen Bewertung bestimmter Befehlssignale und Parameter des Regelkreises. Die Bewertung in Abhängigkeit von den an dem Arm wirksamen Trägheitskräften ergibt ein verbessertes dynamisches Verhalten des Manipulatorarmes unter Beibehaltung stabiler

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Arbeitsbedingungen der Regelkreise über einen weiten Bereich von :■■ .. ·;.-.rametern. In einer bevorzugten Ausführung wird die trägheitsabhängige Bewertung durch Verwendung einer gespeicherten Tabelle mit geeigneter Interpolation der Tabellenwerte erreicht. Die Tabelle ist in einem digitalen Rechner '' für die betreffende Koordinate gespeichert, wobei die geeig- : neten Trägheitsbewertungsfaktoren zur Verwendung in dem Regel- j kreis der betreffenden Koordinate durch den P.echnsr bestimmt werden. Die Tabelle enthält je nach den verschiedenen Ar- ' '■ beitsbedingungen des Manipulators Daten entsprechend bestimm- ! ten Trägheitsbewertungsfaktoren für die Masse der an dem Arm wirksamen Last, für die vorgegebene Bewegungsgeschv/indigkeit in einer bestimmten Koordinate und für die verschiedenen Armpositionen in einer oder mehreren der Hauptkoordinaten für _t die Armbewegung. j

Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte AusgestaltungsmÖg- \ liehkeiten der in den Ansprüchen 1 und 14. angegebenen Erfindung.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen im einseinen beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht eines für die erfindungsgemäße Steuerung geeigneten Manipulators,

Fig. 2 ein stark vergrößertes Detail ("Manipulatorhand") aus Fig. 1 in Draufsicht,

Fig/ 3 ein schematisches und logisches Blockschaltbild der Steuerung für die sog. Schwenkbewegung des Manipulatorarmes nach der Erfindung,

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Fig. 4 ein ebensolches scheroatisches und logisches Blockschaltbild der Steuerung für die sog. Auf- und Abbewegung des Manipulatorarmes,

Fig. 5 ein ebensolches Blockschaltbild der Steuerung für die sog. Aus- und Einfahrbewegung des Manipulatorarmes und

Fig. 6 ein ebensolches Blockschaltbild für die Steuerung der drei Bewegungskoordinaten der Manipulatorhand nach Fig. 2.

Der in Fig. 1 gezeigte Manipulator weist eine im wesentlichen rechteckige Grundplatte 50 auf, auf der der Manipulatorarm zusammen mit den für seine programmgesteuerte Bewegung in insgesamt sechs Koordinaten erforderlichen hydraulischen, elektrischen und elektronischen Komponenten angeordnet ist. Genauer gesagt trägt die Grundplatte 50 einen Steuerschrank 52, in dem sich die elektronischen Steuermittel des Manipulators einschließlich der erfindungsgemäßen befinden. Der hydraulisch angetriebene Manipulatorarm besteht im wesentlichen aus einem Armrumpf 54, der um eine horizontale Achse beweglich auf einer selbst wiederum um eine vertikale Achse schwenkbaren Säule 56 gelagert. Die Bewegung des Armrumpfes 54 um die horizontale Achse erlaubt dem freien Ende des Armes, eine sog. Auf-Ab-Bewegung zu vollführen. Der Armrumpf 54 enthält zwei parallellaufende, aus- und einfahrbare hohle Armabschnitte 58, womit das freie Armende eine Aus-Einfahr-Bewegung erfährt. Die beiden Armabschnitte 58 sind an ihrem freien Ende durch einen Bügel 60 miteinander verbunden, der einen inneren Handteil 62 trägt. Der Handteil 62 ist gegenüber dem Bügel 60 um eine sog. Handbeugeachse 64 schwenkbar, die zu der horizontalen Schwenkachse des Armes parallel verläuft. Der Handteil 62 wiederum trägt einen äusseren Handteil 66, der gegenüber dem Handteil 62 um eine nach außen weisende Achse 68 schwenkbar ist, um eine sog.

Handdrehbewegung zu vollführen. Schließlich trägt der äußere Handteil 66. einen Werkzeugaufnahmesockel 70, der entsprechend ausgerüstet ist, verschiedenartige T/erkzeuge oder dergl .„ wie z.B. eine Schweißpistole, aufzunehmen. Der im wesentlichen zylindrische Werkzeugaufnahmesockel 70 verläuft senkrecht zu der Handdrehachse 68 und ist in dem äußeren Handteil 66 um eine Achse 72 (Werkzeugdrehachse) drehbar. Die sechste Bewegungskoordinate des Armes wird von der Armschwenkbewegung um die vertikale Achse der Säule 56 gebildet."

Die verschiedenen hydraulischen und mechanischen Antriebsmittel zur Erzielung der vorgenannten Bewegungen in den sechs .Bewegungskoordinaten sind ±n einzelnen in der US-PS 3 661 beispielhaft beschrieben, worauf dieserhalben Bezug genommen wird. Die betreffenden Bewegungen, nämlich die Schwenkbewegung, die Auf-Ab-Bewegung, die Aus-Einfahr-Bewegung, die Handbeugebewegung, die Handdrehböwegung und die Werkzeugdrehbewegung, werden durch die erfindungsgemäße Programmsteuerung gesteuert, wie später in Verbindung mit den Figuren 3 bis 6 genauer beschrieben wird.

Zum Erhalt einer digitalen Information über die absolute Position des Armendes bzw. des dort befindlichen Werkzeugaufnahmesockels 70 in einer jeden der sechs gesteuerten Bewegungskoordinaten sind sechs digitale Codierer, 73, 74, 75, 76, 77 und 78 entsprechend der Schwenkbewegung, der Auf-Ab-Bewegung, der Aus-Einfahr-Bewegung, der Handbeugebewegung, der Handdrehbewegung und der Werkzeugdrehbewegung vorgesehen, wie in den Figuren 3 bis 6 schematisch gezeigt und in der US-PS 3 661 im einzelnen angegeben.

Zum Erhalt eines Beschleunigungs-Rückkoppelungssignals für die Auf-Ab-Bewegung ist nahe dem äußeren Ende des Armrumpfes

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ein Bosch¹ eunigungsmesser ·°<0 in Gestalt eines Accelerometers odei- son5>tigen geeigneten dynamischen Gebers angeordnet. Ein von diesen Beschleunigungsmesser stammendes Rückkoppelungssignal für die Auf-Ab-Bewegung findet wahlweise Verwendung bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerung.

Zum Erhalt von Geschwindigkeits-Rückkoppelungssignalen für die Handbeuge-, die Werkzeugdreh- und die Handdrehbewegung können gemäß Fig. 2 Tachometer 82, 84 und 86 vorgesehen sein. Vorzugsweise finden jedoch Lineargeschwindigkeitsgeber (LVTs) Verwendung, mit denen die Geschwindigkeiten der Antriebsmittel in den einzelnen Bewegungskoordinaten unmittelbar erfasst werden können. Tachometer können dort wünschenswert sein, wo die Antriebsmittel nicht ohne weiteres zugänglich sind.

Nach Fig. 2 ist der Tachometer S2 für die Handbeugebewegung mittels eines Haltewinkels 38 auf dem Bügel 60 angebracht, t'rbor ein Reibrad 90 steht er in Eingriff mit einem Reibrad-Segment. O'-t am innoren Tlandteil 62, um die Geschwindigkeit zu messen, mit der die Handbeugebewegung um die Handbeugeachse 64 er::olgt. D.h. der Tachometer S2 liefert ein dieser Geschwindigkeit proportionales Spannungssignal.

Der Tachometer 84 für die Handdrehbewegung befindet sich auf dem inneren ITandteil 62. Über ein Reibrad 96 steht er in Eingriff mit einem Reibrad 9S an dem äußeren Handteil 66. Entsprechend misst der Tachometer 84 die Geschwindigkeit, mit der der äußere Handteil 66 um die Handdrehachse 68 gegenüber dem inneren Handteil 62 rotiert.

Der Tachometer 86 für die Werkzeugdrehbewegung befindet sich auf dem äußeren Handteil 66 und besitzt ein Reibrad 100 in

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Eingriff mit einem Reibrad 102 an dem Werkzeugaufnahmesockel 70. Damit misst er die Geschwindigkeit der Drehbewegung, die I. der Werkzeugauf nahmesockel 70 gegenüber · -^ν;οί1.

66 um die Werkzeugdrehachse 72 vollführt. Sc -_;-„i-^ »^-.n also j die Achsen der Tachometer 82, 84 und SS parallel zu der Handbeugeachse 64, der Handdrehachse 68 bzw. der Yvöiuzeugdrehachse 72.

Zum Erhalt von Geschwindigkeits-Rtickkoppelungssignalen für die Auf-Ab-Bewegiing, die Schwenkbewegung und die Aus-Elnfahr-Bewegung sind gemäß Figuren 3 bis 5 Mnearseschwindigkeitsgeber oder sonstige dynamische Heideorgane 110, 112 und 114 vorgesehen, die die Geschwindigkeiten an den betreffenden An-" j triebsgliedern oder sonstigen geeigneten Stellen im Antriebs- j system für die einzelnen Koordinaten erfasse.!*.

Nachfolgend sei nun anhand der Figuren 3 bis 6 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die orfindungsgemäß© Programmsteuerung im einzelnen betrachtet. Diese enthält eine On-Line-Hauptsteuerung 120, Koordinatcastouerungen 122, 124, 126, j 128, 130 und 132 sowie analog arbeitend© Regelkreise 140, 142,. 144, 146, 148 und 150 für die Schwenkbewegung, die Auf-Ab-Be- j wegung, die Aus~Ein£ahr-Bewegung, die Handbeugebewegung, die j

Handdrehbewegung und die Werkzeugdrehbewegung. !

Die Ca-Line-Hauptsteuerung 120 steht mit den Koordinatensteuerungen 122 bis 132 über eine digitale Sarcnelleitung 152 in Vorbiti- ' dung. Sie enthält einen (nicht gezeigten) Speicher, in dein für die Positionen des Manipuiatorerrsos in einer joden der gesteuerten Bewegungskoordinatea innerhalb eines vorgegebenen Ärbeitsprogrammes bezeichnende Daten gespeichert sind. Darüberhinaus enthält sie (nicht gezeigte) elektronische Sehaltmittel oder einen Rechner oder Mikroprozessor, womit aus den gespeicherten Daten grundlegende Befehlssignale einschließlich Positions- und Geschwindigkeitsbefehlssignaleafür.

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eine jede der Koordinatensteuerungen 122 bis 132 gewonnen werden.

Jede dieser Koordinatensteuerungen 122 bis 132 enthält einen Mikroprozessor 154 für die betreffende Koordinate, einen Speicher 156 für wahlfreien Zugriff, einen elektronisch programmierbaren Festspeicher 158, einen Digital-Analog-Umsetzer 160 sowie einen Abfrage- usd Halteschaltkreis 162. Die Datenein- und -ausgänge dos Mikroprozessors 154, des Speichers 156, des Abfrage- und Halteschaltkreises 162, des Festspeichers 158 und des Digital-Asalog-Uiasetzers 160 sind über eine Datensammelleitung 164 miteinander verbunden. Des weiteren führt von dem Mikroprozessor 154 eine Adressen-Sammelleitung 166 zu dem Festspeicher 158 wie dem Speicher 156. Der Codierer 77 für die Schwenkbewegung steht über Datenausgangsleitungen 168 mit der Datensaimnelleitung 164 in Verbindung, um in diese eino geeignete digitale Rüekkoppelungs"information einzuspeisen.

Die Koordinatensteuerungen 122 bis 132 berechnen und liefern an den Ausgängen 170, 172 und 174 das Abfrage- und Halteschaltkreises 162 aufgrund der über die Batensaffimelleitung 152 von der On-Line-Hauptsteuerung eintreffenden grundlegenden Positions- und Geschwindigkeitsbefehlssignale in Analogform Positionsfehler-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsbefehlssignale. Die anfänglichen Berechnungen durch die Koordinatensteuerungen 122 bis 132 zum Erhalt von Positions-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsbefehlssignalen sind ähnlich denjenigen in der On-Line-Rechen- und Steuereinrichtung 18 nach der genannten US-Patentanmeldung Nr. 154 439. Dem gegenüber sind nun aber in Analogform arbeitende Regelkreise 140 bis vorgesehen, die von der Steuereinrichtung nach der US-Patentanmeldung Mr. 154 439 analoge Positions-^Geschwindigkeits- und Beschleunigungsbefehlssignale erhalten. Als Alternative

können die analogen Regelkreise 140 bis 150 samt den dazugehörenden analogen Schaltmitteln (analog equivalent circuit portions) von einer anderen geeigneten Einrichtung aus
betrieben v/erden, die entspreche?:de Positions-, Gosehwindigkeits- und Beschleunigungsbefehlssignale liefert, wobei die
analogen Regelkreise die Bevvertungsfaktoren entsprechend den
variablen Trägheitskräften zu den verschiedenen Bofehlssignalen und Schaltkrelsparametorn gemfiß dor Erfindung liefern.

So können die analogen Regelkreise 140 bis 150 in verschiede- j nen Ausführungsformen mit geeigneten Positions-, Geschwindig- ' j

i keits- und Beschleunigungsbefelilssignalen aus verschiedenen |

Steuereinrichtungen beliefert werden einschließlich solcher, jj

die On-Line-Befehlssignale aus vorausbarechncten (pre-coiaputed I

off-line) dynamischen Bahnbewegungen des Manipulatoraraies |

liefern, und solchen, die on-line dynamische Parameter und Be- ξ

fehlssignale genau nach den während dar Instruktionsphasgi auf- _; gezeichneten Positionsdaten berechnen.

Nachfolgend sei nun zunächst eine alternative Ausführungsform '

der Erfindung sowie der analogen Regelkreise 140 - 150 nach _;

den Figuren 3 bis 6 betrachtet, fc3i dsr analoge Schaltßittel |;

unabhängig von den Koordinatenstenerungen 122 bis 132 Verwen- '

dung findet. - Bei der bevorzugten Ausführungsform. übernehmen j;

iiß Gegensatz hierzu die Koordinatensteusrungen 122 bis 132 |

innerhalb der analogen Regelkreise selbst die Aufgabe der er- *

wähnten analogen Schaltmittel innerhalb eines hybriden Digi- ;.

tal-Analog-Steuersysten. - ,

Betrachtet man hierzu nach .Fig. 3 den analogen Regelkreis

140 für die Schwenkbewegung, so erkennt man, daß eine Summier«

stufe 154 ein auf einer Leitung 180 eintreffendes analoges

Positionsbefehlssignal mit einem Positionsrückkoppelungssignal von einer Leitung 182 aus dem Codierer 77 für die Schwenkbewegung mischt. Der Ausgang der Summierstufe 184 liefert ein Positionsfehlersignal, das über eine Stufe variablen Widerstandes 186 hinweg am Eingang 188 einer Summierstufe 190 ein analoges Positionsfehlerbefehlssignal bildet. Die Stufe variablen Widerstandes 186 wird von einer Bewertungsstufe gesteuert, die ihren Widerstand in Abhängigkeit von der Masse der Armlast sowie von der Armposition bestimmt. Die Sununierstufe 190 erhält als weitere Eingangssignale über eine Leitung 192 das analoge Geschwindigkeitsbefehlssignal und über eine Leitung 194 ein Geschwindigkeitsrückkoppelungssignal, welches aus dem Lineargaschwindigkeitsgeber DL2 für die Schwenkbewegung über einen Verstärker 196 erhalten wird. Das am Ausgang 198 der Summierstufe 190 erscheinende Signal wird über einen Integrationsverstärker 200 auf einen Eingang einer Summierstufe 202 gegeben, die als weitere Eingangssignale über'die Leitungen 204 und 206 das analoge Beschlounigungsbefehlssignal bzw. ein AP-Druckrückkoppelungssignal empfängt.

Das -AP-Druckrückkoppelungssignal ist ein Differenzdrücksignal von einem Rückkoppelungsdruckmesser, der unmittelbar die Druckdifferenz zwischen beiden Seiten des doppeltwirkenden Antriebsgliedes 210 für die Schwenkbewegung misst.

Das Beschleunigungsbefehlssignal auf der Leitung 204 stammt vom Ausgang einer Stufe variablen Widerstandes 212, auf deren Eingang 214 ein. zugrundegelegtes Beschleunigungsbefehlssignal gegeben wird. Die Stufe variablen Widerstandes 212 kann ebenso wie die Stufe variablen Widerstandes 186 ausgebildet sein und entweder aus einem variablen Widerstand oder aus einem Verstärker mit variablem Verstärkungsfaktor bestehen, um das Beschleunigungsbefehlssignal unter Steuerung durch eine Bewertungsstufe 216 zu beeinflussen. Die Bewertungsstufe 216 verändert ähnlich wie die Bewertungsstufe 187 das Beschleunigungsbefehlssignal am Eingang 214 in Abhängigkeit von der

/ an dem Manipulatorarm wirksamen Trägheitsbelastung, die in einem bestimmten Fall von der von dom Arr> atifgenosiuenen. Last und der Position des Armes bestimmt wird, wie nachfolgend noch im einzelnen beschrieben. Beispielsweise wird die Stufe variablen Widerstandes 212 von der Bewertungsstufe 216 in Abhängigkeit von der von den Arm aufgenoirir.onen Last und dem Ausgangssignal des Codierers 73 für die Aus-Einfahr-Bewegung gesteuert. In anderen Fällen, wo dies erwünscht ist, kann die Bewertungsstufe 216 das Beschleunigungsbefehlssignal von Eingang 214 auch in Abhängigkeit vca dem Ausgangssigncl des Codierers 75 für die Auf-Ab-Bewegung steuern.

Der Ausgang 218 der Summierstufe 202 ist über einen Integrationsverstärker 220 sowie eine Linoarisierungs-Diodenschaltung 222 mit dem Eingang eines Leistungsverstärkers 224 verbunden. Der Leistungsverstärker 224 beatii^chLui.;!; dio Mufinotwlcklunß eines Steuerventils 226, das den Hyd:.*aulilczufluss zu dem Antriebsglied 210 für die Schwenkbewegung des Manipulatorariaes steuert„

Die Beeinflussung ("Bewertung") des Beschleunigungsbefehlssignals vom Eingang 214 sum Erhalt des "bewerteten" Beschleunigungsbefehlssignals auf der Leitung 204 wie auch die-• jenige des Positionsbefehlssignals von der Leitung 180 zum Erhalt des Positionsfehlerbefehlsslgnals auf der Leitung 188 verhilft zu einem verbesserten dynamischen Verhalten über den gesamten Arbeitsbereich des Manipulatorarmos unter Einbeziehung der jeweiligen Armposition wie auch dor Arinbe lastung. Durch die trägheitsabhängige Bewertung lassen sich die Verstärkungsfaktoren der Regelkreise maximieren aufgrund stabiler Betriebsbedingungen über den gesamten Bereich möglicher Trägheitsbelastungen des Manipulatorarmos. In Regelkreisen ohne

trägheitsabhängige Bewertung der Signale äußern sich die Veränderungen der an dem Manipulatorarm wirksamen Trägheitskräfte infolge von Last- und Positionsäjxderungen in einem weiten Spektrum für stabile Betriebsbedingungen zulässiger Verstärkungsfaktoren. So müssen die Kegelkreise im Hinblick auf durchwegs stabile Betriebsbedingungen.normalerweise so ausgelegt werden, daß sie dem schlimnsten Fall Rechnung tragen, d.h. demjenigen, injdem am Manipulatorarm die geringsten Trägheitskräfte auftreten. Dies äußert sich naturgemäß in einem schlechten dynamischen Verhalten im Vergleich zu einer erfindungsgemäß mit einer 'trägheitsabhängigen Signalbewertung ausgestatteten Manipulatorsteuerung, wie sie beispielhaft anhand des Regelkreises 140 für die Schwenkbewegung in Fig. 3 dargestellt ist.

Die Rückkoppelung eines Drucksignals hat sich als wünschenswert erwiesen, da dieses exakt die träge Masse des Manipulatorarmes wiedergibt und in Verbindung mit der Trägheitsbewertung eine Drehmoment- bzw. Kraftrückkoppelung ergibt, die zu einem verbesserten dynamischen Verhalten der Steuerung führt. Genauer gesagt ergibt die Rückkoppelung des Druckes in Verbindung mit der Trägheitsbewertung verbesserte dynamische Eigenschaften gegenüber Systemen mit einer Beschleunigungsrückkoppelung, die bei praktisch ausgeführten Manipulatoren nur schwierig oder praktisch gar nicht genau zu beherrschen ist. Die Verwendung eines Regelkreises mit einem trägheitsbewerteten Beschleunigungssignal bei der Steuerung eines Manipulatorarmes ergibt kurze Ansprechzeiten in bezug auf veränderliche dynamische Bedingungen am Manipulatorarm.

Nachfolgend sei nun die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung genauer betrachtet, worin der Regelkreis 140 für die Schwenkbewegung mit Beschleunigungs-, Geschwindigkeits- und Positionsfehlerbefehlssignalen aus der Koordinatensteuerung

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122 für die Schwenkbewegung innerhalb eines digital-/analogen Regelkreises arbeitet und die Koordinatensteuerung 122 das Positonsfehlerbefehlssignal auf der Leitung 188, das Goschwindigkeitsbefehlssignal auf der Leitung 192 und das Beschleunigungsbefehlssignal auf der Leitung 204 liefert.

Die Koordinatensteuerung 122 für die Schwenkbewegung erzeugt die Trägheitsbcwertungsfunktion in digitaler Form, iihnllch wie sie andererseits die separaten Trägheitsbevertungsstufen 230 und 232 für das Positionsfehlerbefehlssignal und das Beschleunigungsbefehlssignal in Analogform hervorbringen. Die On-Line-Hauptsteuerung 120 liefert zugrundeliegende Bsfehlsfunktionen einschließlich - in einem bestimmten Eeispiel - Positions- und Geschwindigkeitsbefehlssignalen an die Koordinatensteuerung über die Daitensammelleitung 152, die die grundlegende Bahnbewegung des Manipulatorarmes bei einem bestimmten Arbeitsspiel in j

der Koordinate der Schwenkbewegung festlegen. „ j

Im einzelnen erzeugt die Koordinatensteuerung 122 in Digitalform auf das zugrundeliegende Geschwindigksitsbefehissignal auf der Datensammelleitung 152 hin spezifische Positions-, Goschwiadigkeits- und Beschleunigungsbefehlssignale durch Berechnung unter Steuerung durch den Mikroprozessor 154 .und das in dem Festspeicher 158 gespeicherte Programm. Die Positionsfehler-, Geschwindigkeits- und Beschleunigurgsbefehlssignale τ/erden durch j don Digital-Analog-Umsetzer 160 in Analogform gebracht und in · | passender Multiplex-Zeitfolge über eine Leitung 234 auf den Abfrage- und Haltoschaltkrels 1G2 gehoben. Diener Schaltkreis wird ülber die Datensaivimol leitung 1G4 ontsprechend gesteuert wad aufs Laufende gebracht, um auf dor Leitung 188 c>.s Positionsfehlerbefehlssignal, auf der Leitung 192 das Geschwindigkeitsbefehlssignal und auf der Leitung 204 das Beschleunigungsbefehlssignal zu liefern. Der Codierer 77 liefert über die Leitungen 168 eine digitale Information für die absolute Position

des Manipulatorarmes hinsichtlich der Schwenkbewegung an den Mikroprozessor 154 zur Verwendung bei der Berechnung des auf der Leitung 188 erscheinendes Positionsfehlerbefehlssignals in Verbindung mit den zugrundeliegenden Positionsbefehlssignalen von der On-Line-Hauptsteuerung 120.

Die Koordinatensteuerung 122 für die Schwenkbewegung bewirkt die Trägheitsbewertung des Beschleunigungsbefehlssignals auf der Leitung 204 und dos Positionsiehlerbefehlssignals auf der Leitung 188 mit Hilfe einer Tabelle unter geeigneter Interpolation. Die Tabelle kann verschiedene Bewertungsforiaate enthalten, um die Befehlssignale in Abhängigkeit von verschiedenen Eingangsparaiaetern zu bewerten. Die nachfolgend noch wiedergegebenen Tabellen I, II und III sind Beispiele einer solchen Tabelle, die in bestimmten Ausftihrungsbeispielen der Erfindung Verwendung finden können.

In der Tabelle I treten die Eingangsbewertungsfaktoren. Kl bis K12 als Fun?£tion verschiedener Positionen Kl bis R6 des Manipulatorarcies in der Aus-Einfahr-Koordinate sowie zweier Lastzustände auf. D.h., dio E-sv/ertuagsfafetoren der Tabelle unterscheiden sich auch danach, ob der Manipulatorarm gerade ein© bestimmte Last M trägt oder nicht. Die Koordinatensteuerung empfängt über die Datensaremelleitung 152 das Positionssignal für die Aus-Sinfahr-Koordinate von der On-Line-Hauptsteuerung 120, welches die Positionen Rl bis R6 bezeichnet. Die On-Line-Hauptsteuerung 120 empfängt ihrerseits über die Datensammelleitung 152 die Codierer-Ausgangssignale von der Koorditiatensteuerung 126 für die Aus-Einfahr-Bewegung, der Koordinatensteuerung 124 für die Auf-Ab-Bewegung, der Koordinatessteuerung 128 für die Handbeugebewegung, der Koordinatensteuerung 130 für die Handdrehbewegung und der Koordinatensteuerung 132 für die Werkzeugdrehbewegung. Sodann liefert die On-Line-Hauptsteuerung 120 an die Koordinatensteuerung 122 für die Schwenkbewegung eine Information darüber, ob die betreffende Last M sich bei

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bestimmten Positionen nach dem Arbeitsprogramm, die während
einer Instruktionsphase eingegeben wurden, auf dem Arm befindet oder nicht.

Die Tabelle' kann entweder in dem Festspeicher 158 oder in dem
Speicher 156 für wahlfreien Zugriff gespeichert sein. Ein
Vorteil der Speicherung in dem Speicher 156 besteht darin,
daß die betreffende Tabelle für jode Koordinate nach Inbetriebsetzung des Manipulators und der On-Line-Hauptsteuerung
120 von dieser letzteren individuell in die betreffende Koordinatensteuerung «ingegeben (down-loaded) werden kann. Auf
diese V/eise gelangt die spezielle -Tabelle in den Speicher 156
zur Verwendung während des nachfolgenden Arbeitsablaufs. Eine
weitere Flexibilität wird dadurch erreicht', da£> die Tabellen
durch die On-Line-Hauptsteuerung 129 ύοη jeweiligen Bedürf- i nassen entsprechend leicht ausgetauscht werden können. \

Auf jeden Fall überträgt der Mikroprozessor 154 für die 1 Steuerung der Abgabe der Positions-, Geschwindigkeits- und Be- \ schleunigungsbefehlssignale unter Steuerung durch das Programm | aus dem Festspeicher 158 die Tabelle in dem Speicher 156 zu- ' sammen mit geeigneten Eingabedaten, die über die jDatensammel- I leitung 152 von der. On-Line-Hauptsteuerung 120 erhalten werden. , Wenn beispielsweise der Speicher 156 die Tabelle !enthält, I beliefert die On-Line-Hauptsteuerung 120 die Koordinatensteuerung 122 für die Schwenkbewegung bei einem bestimmten · Programmpunkt mit Daten, die bezeichnend dafür sind, ob sich \ die Last M auf dem Manipulatorarm befindet oder nicht und wel- >■ ehe Position der Manipulatorarm in der Aus-Einfahr-Koordinate ; einnimmt. Mit diesen Eingangsdaten, die beispielsweise in der
Aus-Einfahr-Koorclinate die Position R3 sowie den Zustand bezeichnen, bei dem sich die Last auf dem Arm befindet, werden , durch den Mikroprozessor 154 in der Tabelle dor Eewertungsfaktor K9 ermittelt und die auf den Leitungen 204 und 188

erscheinenden Beschleunigungs- bzw. Positionsfehlerbefehlssignale entsprechend bewertet. Selbstverständlich treten daneben auch verschiedene geeignete feste Bewertungsfaktoren für verschiedene Regelkreisfunktionon entweder in den Koordinatensteuerungen 122 bis 130 oder aus den analog arbeitenden Regelkreisen 140 bis 150 auf.

Des weiteren kann der Mikroprozessor 154 unter Steuerung durch das Programm aus dem Festspeicher 158 auch eine geeignete lineare Interpolation zwischen den einzelnen Tabellenwerten durchführen, beispielsweise in bezug auf eine Position Ibc in der Aus-Einfahr-Koordinate zwischen den Tabellenwerten R2 und R3, um daraus im Falle der auf dem Arm befindlichen Last einen Bewertungsfaktor Kx zwischen don Faktoren K8 und K9 zu ermitteln.

Es verdient an dieser Stelle angemerkt zu werden, daß die vorausgehend erörterte Tabelle I nur exemplarisch ist für eine erfindungsgemäß zur Anwendung kommende Tabelle, bei der die Koordinatensteuerung 122 für die Schwenkbewegung geeignete Eingangs-Bewertungsfaktoren für den betreffenden Regelkreis 140 erhält. Die Tabellen II und III stellen andere Beispiele einer solchen Tabelle dar, um geeignete Trägheitsbewertungsfaktoren zu gewinnen. Sodann kann der Mikroprozessor 154 in einem bestimmten Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von dem Programm die Bewertungsfaktoren unmittelbar berechnen, ohne die Verwendung einer Tabelle, indem er nach einer Bewertungsfunktion auf der Grundlage der am Arm befindlichen Last und der Position des Armes in der Aus-Einfahr-Koordinate arbeitet.

Die nachfolgend wiedergegebene Tabelle II verwendet Eingabedaten bezüglich der Armposition in sechs Bereichen der·Aus-Einfahr-Koordinate sowie solche bezüglich verschiedener von dem Arm aufgenommener Lasten, um damit eine größere Flexibilität für Programme mit verschiedenen Lasten zu erreichen, die

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■ι*-

entweder in ein und demselben Programm oder aber in verschiedenen Programmen am Arm auftreten. Tf'onn z.B, die Armposition in der Aus-Einfahr-Koordinate bei einem bestimmten Programm-Schritt R4 und die Last M2 beträgt, so ermittelt der Mikroprozessor 154 hieraus anhand der Tabelle II den Bewertungsfaktor K22 , womit die auf den Leitungen 204 und 188 erscheinenden Beschleunigungs- bzw. Positionsfehlerbefeblssignale bewertet werden.

Die Tabelle III hingegen trägt verschiedenen Manipulatorarmen und Anwendungen Rechnung. So kann es erwünscht .;^in, einen Bewertungsfaktor nach der Tabelle III in ;"■;■_ dar Armposition in der Aus-Einfahr-Koordin&te unu ...u. o^r Auf~AbKoordinate für.eine oder mehrer© in Betracht könnende Armlasten zu ermitteln. Wie ersichtlich, können naci der Tabelle III Positionen in der Auf-Ab-Koordinate und der Aus-Einfahr-Koordina,te eingegeben werden, um danach einen geeigneten Bewertungsfaktor für eine bestimmte Armlast Ml zu ermitteln,, Selbstverständlich können d^rüborhinaus weitere solche Tabellen für verschiedene Armlasten vorgesehen werden. Auch kann wiederum innerhalb einer jeden solchen Tabelle oder zwischen diesen Tabellen interpoliert werden.

	Last nicht	Positionen	in Aus-Sinfahr-
	Kl	Koordinate
TABELLE I	K2	am Arm
	K3		Rl ·
Trägheitsbewertungsfaktoren	K4		R2
Last am Arm	K5		R3
K7	K6		R4
K8			R5
K9		R6
KIO
KIl
K12

TABELLE II

_T Positionen in Aus-Einfahr-

Trägheitsbewertungsfaktoren Koordinate

Lasten am Arm

Rl R2 R3 R4 R5 R6

O	Mi	M2	M3	K31
Kl	K13	K19	K25	K32
K2	K14	K20	K26	K33
K3	K15	K 21	K27	K34
K4	K16	K22	K28	K35
K5	K17	K23	K29	K36
K6	K18	K24	K30

TABELLE III
Trägheitsbewcrtungsfaktoron. (Ta^t Ml)

Positionen

in.der Auf-Ab-Koordinate in der Aus-Einfahr-Koordinate Vl V2 V3 V4 V5 V6

K37 K43 K49 K55 Köl K67 Rl

X38 K44 K50 K56 KS2 K68 R2

K39 K45 K51 K57 K63 K69 R3

K40 K46 K52 K58 " K64 K70 R4

K41 K47 K53 K59 K65 K71 R5

K42 K48 K54 K60 K66 K72 R6

Aus dem Vorausgehenden ergibt sich, daß die geeigneten Bewertungsfaktoren entweder mittels der Koordinatensteueru'ng für die Aus-Einfahr-Bewegung in digitaler Form anhand· einer Tabelle oder dergl. oder aber mittels eines in Analogform arbeitenden Regelkreises mit den beiden analoge Bezugssignale erzeugenden Trägheitsbewertungsstufen 230 und 232 ermittelt werden können.

ψ-'' Nachfolgend sei nun anhand der Fig. 4 die Steuerung für die ί Auf-Ab-Bewegung betrachtet. Dor Regelkreis 142 für die Auf-

Ab-Bewegung enthält dieselben Triigheltsbewertungsstufen 230 und 232 wie der Regelkreis 140 für die Aus-Einfahr-Bewegung, wobei die Trägheitsböwertungsstufe 230 auf die Leitung 236 ein analoges Positionsfehlerbefehlssignal und die Trägheitsbewertungsstufe 232 auf die Leitung 238 ein analoges Beschleunigungsbefehlssignal liefert.

Das Positionsfehlerbefehlssignal von der Leitung 236 gelangt zu einem Eingang einer Summierstufo 240, an deren weiteren Eingängen das Geschwindigkeitsloefehlssignal für die Auf-AbKoordinate von einer Leitung 242 scut ie ein Goschv/indigkoitsrückkoppelungssignal von einer Leitung 244 eintrifft« Dieses GeschwindigkeitsrücXkoppelungssi;;, ..xl ->vird über einen Verstärker 246 von dem Lineargeschwindigkeitsgeber 110 für die Auf-Ab--Bewegung erhalten. Der Ausgang 243 der Summierstufe 240 .ist über einen Integrationsverstärker 250 mit einem Eingang ©iner Summiäsrstufe 252 verbunden. Auf einen zweiten Eingang der Summierstufe 252 gelangt das Beschleunigungsbefehlssignal von der Leitung 238. Ein dritter Eingang der Summierstufe j 252 empfängt über eine Leitung 254 ein Druckdifferenz-Rück-

koppelungssignal aus einem Druekrückkoppelungssensor 256, der !; -. ■ ' die Druckdifferenzjzwi sehen beiden Seiten des Antriebsgliedes ', · 258 für die Auf-Ab-Bovrcgung err.;",ttolt. Dazu noch wird auf

diesen Eingang über einen Verstärker 260 das Boschleunigungs- : rüekkoppelungssignal aus dem Beschleunigungsmesser 80 gegeben,

' Das Beschleunigungssignal für die Auf-Ab-Bewegung lässt sich

leichter und exakter gewinnen als ein solches für die Schwenkbewegung. Dieses Besehleunigungsrückkoppelungssignal liefert

; eine Dynamikinformation an den Regelkreis 142 zusätzlich zu

ι dem Druckrückkoppelungssignal von der Le.itu.ig 254.

- 2T-

Der Ausgang 262 der Summierstufe 252 ist über einen Integrationsverstärker 264 und eine Linearisierungs-Diodenschaltung 266 mit einem Leistungsverstärker 268 verbunden. Der Leistungsverstärker steuert das Steuerventil 270, das seinerseits das Antriebsglied 258 für die Auf-Ab-Bewegung steuert. Die Arbeitsweise des Regelkreises 142 für die Auf-Ab-Bewegung gleicht derjenigen des vorausgehend beschriebenen Regelkreises 140 für die Schwenkbewegung. Ebenso arbeitet die Koordinatensteuerung 124 für die Auf-Ab-Bewegung in gleicher V/eise wie die Koordinatensteuerung 122 für die Schwenkbewegung. Die Koordinatensteuerung 124 empfängt ein Positicnsrückkoppelungssignal von dem Codierer 75 für die Auf-Ab-Koordinate.

Wie vorausgehend beschrieben, liefert die Koordinatensteuerung 124 für dio Auf-Ab-Bewegung übor dio Leitung 238 das Beschleunigungsbefehlssignal und über die Leitung 236 das Positionsfehlerbefehlssignal mit einer geeigneten trägheitsabhängigen Bewertung sowie über die Leitung 242 das Geschwindigkeitsbefehlssignal. Die betreffenden Trägheitsbewertungsfaktoren werden in gleicher Weise erhalten wie im Falle der Koordinatensteuerung 122 für die Schwenkbewegung.

Ebenso wie in den Regelkreisen 140 und 142 für die Scawenkbsw. die Auf-Ab-Bewegung tritt die Trägheitsbewertungsstufe 232 auch in dein Regelkreis 144 für die Aus-Einfahr-Bewegung (Fig. 5) auf. Das Positionsfohlerbefehlssignal für den Analogschaltungsteil dos Regelkreises 144 trifft über eine Leitung 274 von einer Summierstufe 276 ein, die das Positionsbefehlssignal und ein Positionsrückkoppelungssignal miteinander kombiniert.

Obgleich die Positionsfehlersignale auf den Leitungen 274, 170, 236 und 340 der verschiedenen Regelkreise hier als Positionsfehlerbefehlssignalo bezeichnet sind, versteht es sich, daß diese Signale nicht eigentlich Befehlssignale sind, da

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sie den Differenzwert zwischen Positionsbefehlssignalen und Positionsrückkoppelungssignalen angeben.

Das Positionsfehlerbefehlssignal von der Leitung 274 und das Geschwindigkeitsbefehlssignal von der Leitung 280 gelangen auf zwei Eingänge einer Summierstufe29O, die als drittes Eingangssignal ein GeschwindigkeitsrückkoppelungGsignal empfängt, das über einen Verstärker 292 von dem Lineargeschwindigkeitsgeber 114 für die Aus-Einfahr-Bewegung erhalten wird. Der Ausgang 294 der Summierstufe 290 ist über einen Integrationsverstärker 296 mit einem Eingang einer Summierstufe 298 verbunden. Als weitere Eingangssignale erhält die Summierstufe 298 über eine Leitung 300 ein Beschleunigungsbefehlssignal von der Trägheitsbewertungsstufe 232 sowie über eine Leitung 302 ein Druckrückkoppelungssignal '/on einem Kückkoppelungsdrucksensor 304, der die Druckdifferenz zwischen beiden Seiten des Antriebsgliedes 306 für die Aus-Einfahr-Bewegung misst. Neben dem Druckrückkoppelungssignal wird in diö Suremierstufe 298 Über eine Leitung 308 auch noch ein Beschleunigungsrückkoppelungssigrtal eingegeben, das mittels einer Differenzierstufe 310 aus dem Geschwindigkeitsrückkoppelungssignal vom Verstärker 292 erhalten wird. Der Ausgang 312 der Summierstufe 298 ist über einen Integrationsverstärker 314 mit einer Linearisierungsdiodenschaltung 316 verbunden. Das Ausgannssignal dieser letzteren wird auf einen Eingang einer Summierstufθ gegeben, deren Ausgan^ssignal über einen Verstärker 318 das Steuerventil 320 für das Antriebsglied 306 der Aus-SAnfahr-Koordinate steuert. An einem zweiten Eingang der Summierstufe 317 trifft ein Nebenschlußsignal über eine Leitung 322 ein, das von einer Feldeffekttransistor-Schaltstufe 324 stammt. Di© Schaltstufe 324 wird über eine Leitung 326 von dem Ausgangssignal einer Vergleicherstufe 330 gesteuert, die als Eingangssignal das in Analogform vorliegende Geschwindigkeitsbefehlssignal von der Leitung 280 empfängt. Der Signaleingang 328 der Schaltstufe 324 empfängt über einen Verstärker 232

das Positionsfehlerbefehlssignal von der Leitung 274. Die Vergleicherstufe 330 aktiviert die Schaltstufe 324 jedesmal dann, wenn das Geschwindigkeitsbefehlssignal von der Leitung 2SO einen bestimmten Schwellwert von beispielsv/eise wenigen Millivolt über Null unterschreitet. Ist die Schaltstufe 324 aktiv, so gelangt das durch den Verstärker 332 verstärkte Positionsf ehlerbef ehlssignal als das erwähnte Nebenschlußsignal zur Summierstufe 317, die es unmittelbar zu dem Leistungsverstärker 318 gelangen lässt. Auf diese Weise erscheint am Eingang des Leistungsverstärkers 31S ein verstärktes Geschwindigkeitsbefehlssignal, wenn dieses selbst zu Beginn und am Ende der Bewegung eines jeden Programmschritts sehr klein ist. So tritt am Ende einer jeden Bewegung plötzlich ein verstärktes Positionsfehlerbefehlssignal geeigneter Polarität, auf, um den Leistungsverstärker 318 anzusteuern, was zu einer Positionierung des Manipulatorarmes in der Aus-Einfahr-Koordinate fast gleichlaufend mit dem Auftritt des Positionsbofehlsignals führt. D.h. mit der Verwendung des auf der Leitung 322 auftretenden Nebenschlußsignals v/erden die systemeigenen Verzögerungen innerhalb der Geschwindigkeits- und Druckkreise vermieden, womit die durch das Prograrcm vorgegebenen Positionen in der Aus-Einfahr-Koordinate rascher und präziser angefahren werden. Als drittes Eingangssignal an der Summierstufe 317 tritt in dem Regelkreis 144 ein Schwellwert-Kompensationssignal vom Ausgang 307 eines Vergleichers 305 auf. Der Vergleicher 305 empfängt über eine Leitung 319 das Ausgangssignal der Linearisierungs-Diodenschaltung 316. Das Schwellwert-Kompensationssignal auf der Leitung 307 besteht aus einem positiv versetzten Stromsignal jedesmal wenn das Ausgangssignal der Linearisierungs-Diodenschaltung 316 größer als null ist, bzw. einem negativ versetzten Stromsignal, wenn das Ausgangssignal der Diodenschaltung 316 kleiner als null ist. Ss dient dazu, das

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Steuerventil 320 augenblicklich durch einen Totpunktbereich ^!

hindurchzuführen und damit eine kontinuierliche Steuerung zu erreichen. Ein ebensolcher Schwellwert-Kompeasationsschalt- i kreis findet vorzugsweise auch in Verbindung rait den Koordina- '

i tensteuerungen für die anderen Koordinaten gemäß den Figuren i

3, 4 und 6 Verwendung. [

Betrachtet man die bevorzugte Ausführungsforin des Regelkreises 144 für die Aus-Einfahr-Bewegung ohne die Trägheitsbewertungsstufen 232 und 336, so liefert die Koordinatensteueruiig 126

über die Leitung 300 das trngheifOGwertete Beschleunigungsbefehlssignal, über die Leitung 280 das Gesch?;indigkeitsbefehlssignal und über die-Leitung 274 das Positionsfehlerbefehlssignal an die übrigen Teile des Regelkreises 144. Die Arbeitsweise der Koordinatensteuerung 126 ist die gleiche wie vorausgehend in Verbindung mit den Xoordinatensteusrung en 122 und 124 für die Schwenk- bzw. die Auf-Ab-Bewegung beschrieben.

Als letztes sei nun am Beispiel der Steuerung für die Handbeugebewegung nach Fig. 6 die Steuerung für die Händbeuge-, die Handdreh- und die Werkzeugdrehbevegung nach der Erfindung betrachtet, wobei die Bezugszeichen für die entsprechenden Teile der Steuerungen für die Handdreh- und die Werkzeugdrehbewegung in Klammern angegeben sind.

Da die drei genannten Bewegungen am Ende des Manipulatorarmes auftreten, sind sie im Vergleich zu der Schwenk-, der Auf-Abun,d der Aus-Einfahr-Bewegung keinen hohen Tr'ipheitseinf lüsson unterworfen. Aus diesem Grunde kann hior auf dio Rückkopjoelung von Druck- und Beschleunigungssignalen zum Erhalt stabiler Betriebsbedingungen und eines zufriedenstellenden dynamischen Verhaltens verzichtet werden. Auch ist eine Trägheitsbewertung des Beschleunigungsbefehlssignals nicht erforderlich.

Betrachtet man die alternative Ausführung unter"Verwendung eines in Analogform arbeitenden Regelkreises 146, so liefert die Trägheitsbewertungsstufe 230 über die Leitung 340 ein trägheitsbewertetes analoges Positionsfehlerbefehlssignal. Jedoch findet für die Handdreh- und die Werkzeugdrehbewegung keine Trägheitsbewertung des Positionssignals Anwendung, und auch die Stufe variablen V/iderstandes 186 und die Bewertungsstufe 187 treten in diesem Falle nicht auf.

Im Falle der Handbeugebewegung wird das trägheitsbewertete Positionsfehlerbefehlssignal in der Leitung 340 zusammen mit einem Geschwindigkeitsbefehlssignal von einer Leitung 344 und einem Geschwindigkeitsrückkoppelungssignal von einer Leitung 346 auf die Eingänge einer Summierstufe 342 gegeben. Das Geschwindigkeitsrückkoppelungssignal wird über einen Verstärker 348 von dem Lineargeschwindigkeitsgeber 82 für die Handbeugebewegung erhalten. Der Ausgang 350 der Summierstufe 342 ist mit einem Eingang einer Surnmierstufe 352 verbunden, die an einem zweiten Eingang über eine Leitung 354 ein Beschleunigungsbefehlssignal für die Handbougebewegung empfängt. Das am Ausgang 356 der Summierstufe 352 erscheinenda Signal wird über einen Integrationsverstärker 358 und eine Linearisierungs-Diodenschaltung 360 auf den Eingang eines Leistungsverstärkers 362 gegeben, der das Antriebsglied 364 für die Handbeugebewegung steuert. Bei der bevorzugten Ausführung ohne Verwendung der Trägheitsbewertungsstufe 230 liefert die Koordinatensteuerung 128 für die Handbeugöbewegung über die Leitung 354 das Beschleunigungsbefehlssignal, über die Leitung 344 das Geschwindigkeits.befehlssignal und über die Leitung 340 das Positionsfehlerbefehlssignal an den betreffenden Regelkreis 146. Die Koordinatensteuerung 128 empfängt zu diesem Zweck das Ausgangssignal des Codierers 76 für die Handbeugebewegung.

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Die Arbeitsweise der Koordinatensteuerungen 128, 130 und 132 für die Handbeugebewegung, die Handdrehbewegung und die Werkzeugdrehbewegung ist im wesentlichen die gleiche wie vorausgehend in Verbindung mit der Koordinatensteuerung 122 für die Schwenkbewegung beschrieben.

Claims

ι l.j Programmsteuerung für einen Manipulator mit einem in mehreren Koordinaten beweglichen Arm (54 etc.), die eine in Abhängigkeit von durch das Programm vorgegebenen Daten sowie den tatsächlichen momentanen Armpositionen entsprechenden Daten Positionsfehler-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsbefehlssignale erzeugende On-Line-Hauptsteuerung (120) aufweist, wobei der Arm Arbeitszyklen in Übereinstimmung mit dem Programm und den genannten Positionsfehler-, Geschwindigkeits- und Beschleimigungsbefehlssignalen vollführt ,

gekennzeichnet durch

Trägheitsbewertungsmittel (z.B, 126 bzw. 336) zum Bewerten zumindest einzelner der Positions!ehler- und Beschleunigungsbefehlssignale mit Trägheitsbewertungsfaktoren (z.B. Kl) entsprechend der veränderlichen Massenträgheit des Armes (54 etc.) im Laufe seiner Bahnbewegung und '

auf die bewerteten und die nichtbewerteten Befehlssignale ansprechende Schaltmittel (z.B. 290, 296, 298, 314, 316, 317) zur Erzeugung von Steuersignalen für die Antriebsmittel (z.B. 318, 320, 306) der einzelnen Bewegungskoordinaten,

2. Programmsteuerung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i ch η e t, daß die Trägheitsbewertungsmittel (z.B. 126) auf die von dem Arm (54 eic.) aufgenommene Last (M) ansprechen.

3. Programmsteuerung nach Anspruch 2, dadurch g 0 k e η η ze ichnet, daß die Programmdaten Daten entsprechend der von dem Arm (54 etc.) im Laufe seiner Bahnbewegung jeweils aufgenommenen Last (M) enthalten.

Programmsteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die betreffenden Armlastdaten Daten einschließen, die angeben, ob sich eine Last gerade auf dem Arm (54) befindet oder nicht, und/oder solche Daten, die die Masse (z.B. Ml) der Last angeben.

5. Programmsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch geke nnze ichnet, daß die Trägheitsbewertungsmittel (z.B. 126) auf die jeweilige Position ι (z.B. Rl) des Armes (54 etc.) in mindestens einer der Be-

wegungskoordinaten ansprechen.

j 6. Programmsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennze ichnet, daß die Trägheitsbe-

j wertungsmittel (z.B. 126) eine Tabelle zur Bestimmung des

jeweiligen Bewertungsfaktors (z.B. Kl) nach der Trägheit des Armes enthalten.

7. Programmsteuerung nach Anspruch 6, dadurch g e k β ηη -zeichnet, daß die Bewertungsfaktoren (z.B. Kl)

, der Tabelle sich bestimmen nach der von dem Arm (54 etc.)

aufgenommenen Last (z.B. Ml) und der jeweiligen Position

! (z.B.Rl) des Armes in mindestens einer der Bewegungskoor-

■ dinaten.

8. Programmsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel (z.B. 73, 114, 304) zur Erzeugung von Rückkoppelungssignalen entsprechend der jeweiligen Position und Geschwindigkeit des Armes

(54 etc.) und der auf den Arm einwirkenden Kraft in - mindestens einer der Bewegungskoordinaten.

ι 3 r

/ 3H2406 1,

/9. Programmsteuerung nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η ze ichnet, daß die Schaltmittel (z.B. 290, 296, 298, / 314, 316, 317) zur Erzeugung der Steuersignale auf die

f ■ Rückkoppelungssignale sowie die bewerteten und nichtbewerteten Befehlssignale ansprechende Schaltmittel (z.B. 290, 298, 317) enthalten.

10. Programmsteuerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel (z.B. 318, 320, 306) mindestens einer Bewegungskoordinate hydraulische Antriebsglieder (z.B. 306) und daß die Mittel zur Erzeugung der Rückkoppelungssignale an mindestens einem der hydraulischen Antriebsglieder vorgesehene Druckmeßmittel (304) enthalten.

• 11. Programmsteuerung nach Anspruch 10, dadurch g e k- e η η zeichnet, daß mindestens eines der hydraulischen Antriebsglieder (z.B. 306) doppeltwirkend ist und daß di© Druckmeßmittel (z.B. 304) solche sind, die die Druck- : differenz zwischen beiden Seiten der doppeltwirkenden

Antriebsglieder erfassen.

• 12. Programmsteuerung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch g e- ;. kennzeichnet, daß die Antriebsmittel (z.B. 318,

- 320, 306) für mindestens eine der Bewegungskoordination

^; ein elektrisch gesteuertes Hydraulikventil (z.B. 320) mit

r·· einem eine gewisse Ausdehnung aufweisenden zentralen Ab-

->' Sperrbereich enthalten und daß die auf die Rückkopplungs-

signale und die Befehlssignale ansprechenden Schaltmittel

•^;: (z.B. 290, 298, 317) Schwellwertversetzungsmittel (z.B. 305)

aufweisen, die an das Ventil ein von dem Steuersignal für

!;'. die betreffende Bewegungskoordinate unabhängiges Schwellwert-

■ Versetzungssignal geeigneter Polarität liefern, um an dem

Ventil ungeachtet des zentralen Absperrbereichs eine praktisch stetige Stellgrößenänderung entstehen zu lassen.

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j. 13. Programmsteuerung nach einem der Ansprüche 9 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Rückkopplungssignale und die Befehlssignale ansprechenden Schaltmittel (z.B. 290, 298, 317) zumindest einer der Bewegungskoordinaten auf das Geschwindigkeitsbefehlssignal und das Positionsfehlerbefehlssignal dieser Koordinate ansprechende Nebenschluß-Steuermittel (z.B. 330, 324) zur Lieferung eines Nebenschluß-Signals unmittelbar an die betreffenden Antriebsmittel (z.B. 318, 320, 306) unabhängig von dem Befehlssignal und zusätzlich zu dem Steuersignal der betreffenden Koordinate enthalten, daß diese Nebenschluß-Steuermittel das Nebenschlußsignal jedesmal dann hervorbringen, wenn das Geschwindigkeitsbefehlssignal einen bestimmten Wert unterschreitet, und daß sie Verstärkungsmittel (z.B. 332) enthalten zur Gewinnung des Nebenschlußsignals aus dem Positionsfehlerbefehlssignal.

14, Verfahren zur Steuerung eines beweglichen Gliedes (z.B. 54 etc.), gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) Erzeugen von Befehlssignalen entsprechend der gewünschten

Be?/egung des Gliedes,

b) Bewerten mindestens eines der erzeugten Befehlssignale mit Bewertungsfaktoren entsprechend der veränderlichen · Massenträgheit des Gliedes während der verschiedenen gesteuerten Bewegungen desselben und

c) Bewegen des Gliedes in Abhängigkeit von den bewerteten und den nichtbewerteten Befehlssignalen.

3U2406.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß do.s Bewegen des Gliedes (z.B. 54 etc.) des v^eiteren in Übereinstimmung mit Rückkoppelungssignalon entsprechend dea dynamischen Bewegungsablauf des Gliedes erfolgt,

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der dynamische Bewegungsablauf des Gliedes (z.B. 54 etc.) die von dem Glied jeweils erfahrende Kraft berücksichtigt.