DE2433003A1

DE2433003A1 - Programmsteuersystem

Info

Publication number: DE2433003A1
Application number: DE2433003A
Authority: DE
Inventors: Akiyoshi Irie
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1973-07-09
Filing date: 1974-07-09
Publication date: 1975-01-30
Also published as: SE7409033L; US3943343A; SE401121B; FR2236620B1; IT1017026B; FR2236620A1; JPS5024686A; GB1475548A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. GTAPF

DIPL-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR 2433003

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 0245

Dr. Berg Dipl.-Ing. Stapfund Partner, 8 München 86, P.O. Box 8602 45 Ihr Zeichen Unser Zeichen 25 1 92 8 MÜNCHEN 80 Your ref. Our ref. Mauerkircherstraße 45

Anwaltsakte; 25 192 9. Juli 1974

Kawasaki Heavy Industries,Ltd, Kobe-shi, Hyogo-ken,/Japan

Programmsteuersystem

Die Erfindung betrifft ein Programmsteuersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und betrifft insbesondere ein Programmsteuersystem für bestimmte Arbeitsvorgänge, wie beispielsweise automatisches oder Maschinenschweißen, automatisches Auftragen oder Überziehen usw., Vorgänge also, welche ständige Steuerungen erfordern.

Es sind bereits verschiedene Industrieroboter entwickelt und auf den verschiedensten Gebieten verwendet worden.

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(089) 98 82 72 ' ' Telegramme: BERGSTAPFPATENT München Banken: Bayerische Vereinsbank München 453100

987043 TELEX: 0524560 BERG d Hypo-Bank München 3892623

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Im dem sogenannten "Lehrbetrieb" ist die Manipulatoranordnung eines Industrieroboters so ausgelegt, daß sie einer vorbestimmten Bahn folgt, um nacheinander eine Reihe von Arbeiteschritten durchzuführen. Eine genau angegebene Lage- oder Stellungsinformation, d.h. die Koordinaten der im einzelnen bezeichneten Stellen der vorbeschriebenen Bahn, auf welcher die vorgeschriebenen Arbeitsschritte durchgeführt werden müssen, ist in einem Speicher gespeichert. In den sogenannten "Wiederholungszyklen" führt der Industrieroboter nacheinander eine Reihe von Arbeitsschritten durch.

Um die Industrieroboter der vorbeschriebenen Art zu steuern, ist das sogenannten Punkt-zu-Punkt-Steuersystem in großem Umfang angewendet worden. In dem Wiederholzyklus wird das Befehlssignal, aufgrund dessen der Industrieroboter den ersten Schritt durchführt, aus dem Speicher ausgelesen und mit der tatsächlichen oder vorliegenden Lage- oder Stellungsinformation verglichen, welche die tatsächliche oder vorliegende Stellung oder Position der Manipulatoranordnung des Industrieroboters angibt, so daß der Manipulator in der Richtung betätigt oder verschoben werden kann, in welcher der unterschied zwischen dem Befehlssignal und dem tatsächlichen oder vorliegenden Positionssignal null werden kann. Wenn der Unterschied null wird, d«h. wenn der Manipulator die durch das Befehlssignal bezeichnete Stelle erreicht, wird der Manipulator angehalten, und es wird

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dann das nächste Befehlssignal ausgelesen und mit dem tatsächlichen oder vorliegenden Positionssignal verglichen, so daß der Manipulator in der Richtung betätigt oder verschoben wird, in welcher der Unterschied zwischen den zwei Signalen muli werden kann. In ähnlicher Weise werden die vorbeschriebenen Operationen wiederholt, wenn der Manipulator von einer genau angegebenen Stelle zu einer anderen Stelle verschoben wird. Wie aus der vorbeschriebenen Erläuterung des Punkt-zu-Punkt-Steuersystems zu ersehen ist, reicht es aus, die Manipulatoranordnung eines Industrieroboters so zu steuern, daß sie von einer genau bezeichneten Stelle zu einer anderen Stelle einer vorbeschriebenen Bahn im Raum verschoben werden kann, und welcher Art Bahn die Manipulatoranordnung folgt, wenn sie von einer genau bezeichneten Stelle zur nächsten Stelle bewegt wird, stellt überhaupt keine Schwierigkeit dar. Die Industrieroboter, bei welchen das Punkt-zu-Punkt-Steuersystem verwendet ist, können am besten bei Punktschweißverfahren, Montagearbeiten usw. verwendet werden, bei welchen die Bahn, entlang der die Manipulatoranordnung von einer genau bezeichneten Stelle zu der nächsten Stelle üfet» keine Schwierigkeiten bietet, so daß eine beträchtliche Arbeitskraftersparnis und eine Verbesserung des Wirkungsgrades erwartet werden kann.

Jedoch ergeben sich verschiedene Schwierigkeiten, wenn die Industrieroboter, bei welchen das Punkt-zu-Punkt-Steuer-

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system angewendet ist, bei Arbeitsvorgängen, wie beispielsweise Lichtbogenschweißen, Herstellen von Überzügen und Auflagen usw. verwendet werden, bei welchen die Manipulatoranordnung genau und fortlaufend einer vorbeschriebenen Bahn im Raum folgen muß. Es ist daher ein Programmsteuersystem für Industrieroboter oder Manipulatoren geschaffen und gezeigt worden, in welchem eine vorgeschriebene Bahn, welcher von Robotern oder Manipulatoren zu folgen ist, als aus der Gesamtheit von Punkten einer vorgeschriebenen Bahn bestehend betrachtet wird, so daß der Manipulator von einer genau bezeichneten Stelle zur nächsten Stelle bewegt wird, um so der ganzen vorgeschriebenen Bahn zu folgen. Dieses System hat aber vor allem den Nachteil, daß sehr viele Koordinaten der genau bezeichneten Stellen einer vorgeschriebenen Bahn in einem Speicher gespeichert werden müssen, was einen äußerst komplizierten Aufbau und einen sehr großen Aufwand in dem sogenannten "Lehrbetrieb" zur Folge hat. Darüber hinaus muß natürlich eine große Mengecster Positionssignale, welche die Koordinaten der genau bezeichneten Stellen darstellen, während des Wiederholungsbetriebes ausgelesen werden, so daß es äußerst schwierig wird, ein schnell arbeitendes Steuersystem zu verwirklichen.

Die Erfindung soll daher ein verbessertes Programmsteuersystem schaffen, das insbesondere bei Arbeitsvorgängen verwendbar ist, bei welchen die Manipulatoranordnung eines Industrieroboters ständig genau einer vorbeschriebenen Bahn

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im Raum folgen muß, wie es beispielsweise beim Lichtbogenschweißen, bei Beschichtungen oder Überzügen usvr. der Fall ist. Ferner soll ein Progranunsteuersystem der vorbeschriebenen Art geschaffen werden, bei welchem der komplizierte Aufbau und der große Aufwand wie bei dem sogenannten "Lehrbetrieb" vermieden ist und bei welchem die Kapazität eines Speichers nicht vergrößert zu werden braucht.

Bei dem Steuersystem, bei welchem ein Programmsteuersystem gemäß der Erfindung verwendet ist, wird eine Manipulatoranordnung entlang einem Liniensegment oder einem Streckenabschnitt einer Längeneinheit einer vorgeschriebenen Bahn von einer genau bezeichneten Stelle zu der nächsten Stelle verschoben. Die Lage- oder Stellungsinformation oder die Koordinaten jeder genau bezeichneten Stelle der vorgeschriebenen Bahnwaaxlen dann mittels eines Kodierers, vjelcher für jede ¹⁰OhSe oder jeden Ereiheitsgrad der Manipulator anordnung vorgesehen ist, in digitale Signale umgewandelt, welche dann in einem Speicher gespeichert werden. Beim Wiederholungsbetrieb werden dann ein Satz der jeweiligen bestimmten Lage- oder Positionsinformation oder die Koordinanten der benachbarten, bestimmten Punkte in einem vorbestimmten Zeitintervall im wesent<lichen gleichzeitig ausgelesen und einer Linearinterpolationseinheit zugeführt, so daß die Positionsbefehlssignale oder Koordinaten der Interpolationsstellen zv/ischen

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den benachbarten, bestimmten Stellen nacheinander bzw. sequentiell erhalten werden können. Die Positionsbefehlssignale werden dann in einem vorbestimmten Zeitintervall nacheinander mit den tatsächlichen oder vorliegenden Positionssignal verglichen, welches die tatsächliche oder vorliegende Position der Manipulatoranordnung darstellt, so daß diese . mit einer Geschwindigkeit, welche dem Unterschied zwischen dem Positionsbefehlssignal und dem. tatsächlichen oder vorliegenden Positionssignal entspricht, in der Richtung verschoben werden kann, in welcher der Unterschied null oder beseitigt werden kann. Auf diese Weise kann die Manipulatoranordnung genau einer vorgeschriebenen Bahn folgen.

Gemäß der Erfindung ist somit ein Programmsteuersystem offenbart, bei welchen die Koordinanten einer Anzahl bestimmter Stellen oder Punkte (hierin immer kurz als Stellen bezeichnet) einer vorgeschriebenen Bahn im Raum, welcher eine. Manipulatoranordnung folgen soll und welche um ein Liniensegment derselben Längeneinheit im Abstand voneinander angeordnet sind, in einem Speicher in einem sogenannten "Lehrbetrieb" gespeichert werden, und in welchem ein Koordinantensatz von benachbarten bestimmten Stellen währen eines Wiederholungsbetriebs gleichzeitig und aufeinanderfolgend aus dem Speicher ausgelesen wird, so daß die Positionsbefehlssignale oder die Koordinanten einer Anzahl von Interpolationspunkten zwischen den benachbarten, bestimmten Stellen mittels

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der linearen Interpolation erhalten werden und nacheinander in einem vorbestimmten Zeitintervall mit den tatsächlichen oder vorliegenden Postionen der Manipulatoranordnung verglichen werden. Die Manipulatoranordnung wird dann mit einer Geschwindigkeit, welche dem Unterschied zwischen dem Positionsbefehlssignal und dem tatsächlichen oder vorliegenden Positionssignal entspricht, so verschoben, daß dieser Unterschied null werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Industrieroboters, bei welchem ein Programm-Steuersystem gemäß der Erfindung verwendet wird;

Fig. 2A und 2B zwei Ausführungsformen von Einrichtungen, welche in Verbindung mit dem Industrieroboter der in Fig. 1 dargestellten Art verwendbar ist;

Fig. 3 eine vorgeschriebene Bahn, anhand derer das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip erläutert wird;

Fig» 4· ein Beispiel einer im einzelnen bezeichneten Positions- oder Lageinformation oder von Koordinaten genau bezeichneter Stellen einer vorgeschriebenen Bahn,

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welche in einem Speicher gespeichert ist;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines Programmsteuersjstess gemäß der Erfindung; und

Fig. 6 ein ins einzelne gehendesBlockdiagramm einer in Fig. 5 dargestellten Linearinterpolationseinheit.

Ein in Fig. 1 dargestellter Industrieroboter weist ein Gehäuse 1 auf, in welchem ein Teil eines hydraulischen Systems und elektrische sowie elektronische Einrichtungen mit einer Energiequelle, Motoren, Steuerschaltungen usw. untergebracht sind, um die geforderten vier Gelenkverbindungen bzw. -bewegungen oder Freiheitsgrade einer Manipulatoranordnung 3 zu schaffen. Die hydraulisch betriebene Manipulatoranordnung 3 wird von einem liohlen Säulenschaft oder einer Stütze 2 getragen, welche ihrerseits drehbar an dem Gehäuse 1 angebracht und mittels eines hydraulischen, in dem Gehäuse 1 untergebrachten Zylinder gedreht wird, so daß die hydraulisch betriebene Manipulatoranordnung 3 sich zusammen mit der hohlen Stütze 2 drehen -kann. Um die Stütze 2 herum ist ein nicht dargestellter, hydraulischer Hebezylinder angeordnet, so daß die Manipulatoranordnung entlang der Stütze 2 in vertikaler Richtung verschoben v/erden kann, Ein Paar hohler, stabförmiger Verlängerungsglieder 4 ist an der Manipulatoranordnung 3 so angebracht, daß sie mittels eines in der Ancadnung untergebrachten

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hydraulischen Zylinders von der Manipulatoranordnung 3 ausgefahren und in diese eingezogen werden kann. Die Enden der beiden Verlängerungsglieder 4· enden in einer Hand-Getriebeanordnung 5, an welcher über eine Drehverbindung oder ein Hand-Gelenk 6 eine v/eitere Einrichtung angekuppelt :ist.

Ausführungsbeispiele für derartige Einrichtungen, welche an die Getriebeanordnung 5 des Industrieroboters angekuppelt werden können, sind in den I¹Ig. 2A und 233 dargestellt. Mit der Einrichtung der in Fig. 2A dargestellten Art, welche an die Getriebeanordnung 5 über eine Verbindungseinrichtung oder ein Gelenk 9 angekuppelt ist, kann mit Hilfe eines Schweißgerätes 8 ein Lichtbogenschweißen durchgeführt werden, während . die Einrichtung 10 der in Fig. 2B dargestellten Art, welche über eine Verbindungseinrichtung 12 an die Getriebeanordnung 5 angekuppelt ist, ein Paar Greif- oder Spannbacken 11 aufweist, mit welchen ein Gegenstand mit einer ganz bestimmten Form gehandhabt werden kann. Da Industrieroboter der Art, wie sie anhand der Figuren 1, 2A und 2B beschrieben sind, im einzelnen beispielsweise in der US-PS 5 661 051 beschrieben sind, braucht im vorliegenden Fall auf sie nicht näher eingegangen zu werden.

Mit dem Programmsteuersystem gemäß der Erfindung kann die Getriebeanordnung und damit auch die mit dieser

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verbundene. Einrichtung des Industrieroboters der in S¹Ig. 1 dargestellten Art ständig und fortlaufend an den genau bezeichneten Stellen einer vorgeschriebenen Raiamkurve in die richtige Lage gebracht werden. Beispielsweise kann mit der in Fig. 1A dargestellten Einrichtung 7 das Lichtbogenschweißen entlang einer vorgeschriebenen Bahn oder Schweißlinie ohne Schwierigkeit durchgeführt werden.

Anhand der Figuren J und 4 wird nunmehr das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip erläutert. Der Einfachheit halber sei angenommen, daß eine Einrichtung, wie sie beispielsweise in den 3?ig. 2A ader 2B beschrieben ist, einer vorgeschriebenen Bahn oder gekrümmten bogenförmigen Linie folgt, welche durch die genau bezeichneten Punkte oder Stellen P-, p2«·· um* P hindurchgeht, deren Koordinaten in einem zweidimensionalen Rechtwinkligen, kartesischen Koordinatensystem mit Σ- und Y-Achsen im allgemeinen durch (x^, y*) gegeben sind, wobei i = 1,2,... und η ist. !ferner sei angenommen, daß irgendwelche benachbarten, genau bezeichneten Punkie oder Stellen P. _,. und P. der folgenden Gleichung genügen:

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(xj- X₁.^) + Cy^ · - y₄_>]) = konstant (1)

Mit anderen Worten, der Abstand oder das Inkrement bzw. der Schritt zwischen den benachbarten, genau bezeichneten Punkten oder Stellen P^_^ und P^ oder die Länge 1 eines Liniensiginentes ist konstant. In der vorliegenden Beschrei-

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bung wird im folgenden die Länge 1 als "die Längeneinheit eines Liniensegmentes oder eines Streckenabschnittes" oder kürzer als^die Längeneinheit 1 bezeichnet.

Die genau bezeichnete Positions- oder Koordinateninformation jeder genau bezeichneten Stelle P. auf der gekrümmten bogenförmigen Linie, welcher zu folgen ist und welche im Abstand der Längeneinheit 1 voneinander angeordnet sind, ist in einem Speicher des Industrieroboters gespeichert und wird im Falle des "Wiederholungsbetriebes" in einem vorbestimmten Zeitintervall ausgelesen, so daß die Manipulatoranordnung die an ihr angebrachte Einrichtung so steuern kann, daß sie einer vorgeschriebenen, gekrümmten Linie folgt. In Mg. 4 ist eine Tabelle oder Aufstellung der gespeicherten, genau bezeichneten Positions- oder Koordinanteninformation dargestellt. Hieraus ist ohne weiteres zu ersehen, daß die Längeneinheit 1 vorzugsweise nicht beliebig verkleinert bzw. unendlich klein ist, da die Anzahl der genau bezeichneten Stellen oder Punkte P. dann ungeheuer groß wird, die sogenannte "Lehrbetriebsweise" sehr kompliziert wird und ein Speicher mit einer großen Kapazität erforderlich ist. Infolgedessen ist in der vorliegenden Ausführungsform die Längeneinheit 1 mit 1mm gewählt, und die Koordinaten einiger Interpolationspunkte zwischen den benachbarten, genau bezeichneten Stellen P_i__>, und P. werden durch eine linearimterpolation erhalten, die weiter unten noch im einzelnen beschrieben wird=,

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Im allgemeinen sind die Abstände oder Inkremente bzw. Schritte zwischen den benachbarten Stellen oder Punkten Έλ* und P. entlang der X-¹ und Σ-Achsen gegeben durch:

(2)

Der Einfaehieitjhalber sei angenommen, daß die Längeneinheit 1 in zehn Teilabschnitte unterteilt ist, was die Interpolationspunkte P_r4 _Λ „\, 'S_f. _Λ ο)..·-·.· und P^. _Λ Q\ ergibt. Ihre Koordinanten, welche durch eine Inearinterpolation erhalten werden, sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Tabelle 1

Interpolations punkte	X-Koordinate	Y-KooBdinate
^Pi-1,1	^Vx TO ^{x 1 + x}i-1	TO ^{x 1 + y}i-i
^Pi-1,2	V_x TO ^{x 2 + x}i-1	V TC ^{x 2 +} ^i-1

^pi-1,9	TO ^{x 9 + x}i-i	V TO ^{x 9 +} *i-i

Gemäß der Erfindung werden im Falle eines "Wiederholungsbetriebes" die Koordinaten der benachbarten, genau bezeichneten Stellen P_i__/^ und P^ im wesentlichen gleichzeitig aus dem

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Speicher ausgelesen; als nächstes werden der Abstand oder die Inkremente V und V entlang den X- und Y-Achsen

χ y

berechnet, und dann werden die Koordinanten der Interpolationspunkte B. _{Λ A}s. P^. „ _o\ .... und P^. _Λ QN durch V¹"" '» ι /1 v.J."" 11«=-/» \A-~\)y)

eine linearinterpolation erhalten. Die Koordinanten der Interpolationspunkte, d.h. die Posibionsbefehlssignale werden nacheinander und von Zeit zu Zeit mit der tatsächlichen oder vorliegenden Position der am Manipulator angebrachten Einrichtung verglichen, so daß die Abweichung der tatsächlichen Position gegenüber dem Interpolationspunkt null gemacht werden kann. Da die Koordinaten der Interpolationspunkte in einem vorbestimmten Zeitintervall ausgelesen werden, scheint die Betriebseinrichtung einer vorgeschriebenen, gekrümmten Linie, welche durch alle genau bezeichneten Punkte oder Stellen hindurchgeht, im wesentlichen mit einer konstanten Geschwindigkeit zu folgen. Mit anderen Worten^im allgemeinen hängt die Geschwindigkeit der Manipulatoranordnung von dem Unterschied zwischen dem Positionsbefehlssignal und dem tatsächlichen oder vorliegenden Positionssignal ab, so daß gemäß der Erfindung die Befehlsgeschwindigkeit

so
an jedem Interpolationspunkt 'gegeben ist, damit der vorgeahriebenen Bahn gefolgt werden kann, welche durch die genau bezeichneten Punkte hindurchgeht.

Hieraus ist jedoch zu ersehen, daß im Unterschied zu dem herkömmlichen Punkt-zu-Punkt-Steuersystem bei dem Steuersystem gemäß der Erfindung ständig eine Abweichung

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Aj-

vorkomiiit, so daß hieraus niciit folgt, daß die Betriebseinrichtung der vorgeschriebenen, durch die Koordinaten der Interpolationspunkte festgelegten Bahn folgt. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wird genäß der Erfindung die Abweichung oder der unterschied zwischen der Positionsbefehlsinformation, d.h. den Koordinanten der Intajpolationspunkte (eine Art Geschwindigkeitebefehl), und der Information der vorliegenden oder tatsächlichen Position über einen Integrator an die Servoventile in der Manipulatoranordnung angelegt, so daß wenn die Abweichung zunimmt, die Geschwindigkeit der Manipulatoranordnung so erhöht wird, daß die Abweichung zu null gemacht wird. Dies bedeutet, daß die Positio^gestützt auf die Positxonsbefehlssxgnale _t welche über jeder Längeneinheit 1 aufgetragen sind, gesteuert wird.

In 3Fig. 5 ist ein Blockschaltbilddes Programmsteuersystems gemäß der Erfindung dargestellt. Ein Speicher 109 speichert die Koordinaten aller genau be zeichne te η Punkte oder Stellen P. und weitere zusätzliche Information , welche erforderlich ist, damit die am Manipulator angebrachte Hand-Einrichtung einen geforderten Arbeitsvorgang durchführt. Da der Industrieroboter der in Pig· 1 dargestellten Art vier Ereiheitsgrade oder vier Achsen aufweist, muß die genau bezeichnete Positionsinformation für äeäe der vier Achsen in dem Speicher 109 gespeichert werden. Ähnlich den herkömmlichen Industrierobotern wird der in Pig. 1 dargestellte Hoboter mittels des Programmsteuersystems gesteuert werden, da^s die

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zwei Grundbetriebsweisen aufweist, nämlich den "Lehr-" und den "Wiederholungsbetrieb".

In dem sogenannten "Lehrbetrieb" wird ein Schalter SW so geschaltet, wie in Fig. 5 durch gestrichelte Linien

, eine
dargestellt ist, so daß'vorzugsweise von Hand betätigbare Lehrt-Steuereinheit 101 einen Servoverstärker 102 betreibt, wodurch ein Manipulator 103 jedesmal um die Längeneinheit 1 entlang einer vorgeschriebenen Bahn vorgeschoben wird. In der Praxis müssen vier Servoverstärker 104 für die vier Achsen oder Freiheitsgrade vorgesehen sein. Die genau angegebene oder spezifizierte Stelleninformation für jede Achse wird mittels eines Kodierers 104 in digitale Signale umgewandelt, welche über eine Abtasteinrichtung 105 und den Schalter SW an die Speichereinrichtung 109 übertragen werden. Mittels der Abtasteinrichtung 105 wird der Kodiererausgang jeder Achse abgetastet. Die vorbeschriebenen Operationen werden periodisch jedesmal dann wiederholt, wenn der Manipulator 108 um die Längeneinheit 1 von einer genau angegebenen Stelle zu der nächsten Stelle einer vorgeschriebenen Bahn verschoben wird, so daß die genaue Positionsinformation oder die Koordinanten der genau angegebenen Stellen Pi nacheinander in dem Speicher 109 gespeichert werden können. In dem sogenannten "Lehrbetrieb" sind die Adressen in dem Speicher 109 entsprechend"dem Ausgang eines Adressenzählers 116 zugänglich, welcher jedesmal dann um eine Stufe weitergeschaltet wird, wenn der Manipulator 103 entlang einer vorgeschriebenen Bahn um die Längeneinheit 1 vorgeschoben

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Wird. Wie oben beschrieben, wird auch weitere zusätzliche Information, welche erforderlich ist, damit die Einrichtung an dem Industrieroboter an einer bestimmten, genau angegebenen Stelle einen geforderten Arbeitsvorgang durchführt, zusammen mit der Positionsinformation in dem Speicher 109 gespeichert. Beispielsweise besteht die zusätzliche Information darin, daß wenn der Manipulator 108 eine vorbeätimmte Stelle erreicht, mittels der an ihm angebrachten Hand-Einrichtung ein Gegenstand ergriffen oder freigegeben wird. Bei dem Wiederholungsbetrieb wird die in dem Speicher gespeicherte Positionsinformatiön dazu verwendet, um die Positionsbefehlssigna3e oder Koordinanten der Interpolationspunkte zwischen den benachbarten, genau angegebenen Stellen P. zu erhalten, welche dem Manipulator 103 zuzuführen sind.

Der sogenannte "Lehr-" oder der "Wiederholungsbetrieb" kann von einem Steuerpult 112 aus beliebig gewählt werden, welche mit einer EOlgeschaltung 113 verbunden ist, die wiederum die Aufgabe hat, nicht nur die Taktsignale, sondern auch die Steuersignale an die anderen Teile der Steuereinrichtung entsprechend den von dem Steuerpult 112 aus eingegebenen Befehlssignalen abzugeben. Beispielsweise wird eine Abtaststeuerschaltung 117» welche nicht nur den Zeittakt des Abtastzyklus der Abtasteinrichtung 105, sondern auch einen Integrator-Demodulator 108, welcher später noch im einzelnen beschrieben wird, steuert, entsprechend dem von der Folgeschaltung 113 erhaltenen Zeittaktsignalen

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betrieben. Die Folgeschaltung 113 ist mit einer Geschwindigkeits-Einstellschaltung 114 verbunden, die wiederum mit einer die lineare Interpolation steuernden Einstellschaltung 115 verbunden ist, die an einen Adressenzähler 116 angeschlossen ist. Die Geschwindigkeitseinstellschaltung 114 wird mittels der von der Folgeschaltung 113 erhaltenen Taktsignale schrittweise'rückwärts geschaltet, so daß die Geschwindigkeit zum Lesen der genau angegebenen Positionsinformation aus dem Speicher 109, d.h. die Geschwindigkeit, mit welcher der Manipulator 103 einer vorgeschriebenen Bahn folgt, geändert werden kann. Die Geschwindigkeits-Einstellschaltung 114 wird entsprechend dem von dem Steuerpult 112 aus eingegebenen Signal gesteuert. Die Aus gangs impulse der Geschxvindigkeitseinstellschaltung 114, d.h. die Taktimpulssignale, die mit einer vorbestimmten Impulsfrequenz rückwärts geschaltet werden, bewirken, daß die die lineare Interpolation zeitlich steuernde Einstellschaltung 115 und der Adressenzähler 116 entsprechend einem Überlaufimpuls der Taktsteuerschaltung 115 vorwärts geschaltet werden. Der Zeittakt bzw. die Steuerung, mit welcher eine lineare Interpolationseinrichtung 110 arbeitet, wird durch das Interpolations-Zeittaktsignal von der Taktsteuerschaltung 115 bestimmt. Ein Dekodierer 111 dekodiert die verschiedenen zusätzlichen Informationen, welche von dem Speicher 109 ausgelesen werden, und sein Ausgang wird an den Manipulator 103 angelegt.

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Bei dem "Wiederholungsbetrieb" wird der Adressenzähler 116 in einem vorbestimmten Zeitintervall entsprechend den Taktsignalen vorwärts geschaltet, welche mit einer vorbestimmten Impulsfrequenz schrittweise rückwärts geschaltet worden sind, wenn die Zeittaktimpulse von der /FoIgeschaltung 113 durch die Geschwindigkeits-Einsteilschal tung 114 und die die Interpolation zeitlich steuernde Einstellschaltung 115 hindurchgehen. Entsprechend dem Aus gangs signal des Adressenzählers 116 v/erden die Koordinaten der ersten genau angegebenen Stelle P,. und dann die Koordinaten der nächsten genau angegebenen Stelle Έ^ ausgelsesen. Wenn in diesem Fall die Koordinanten beispielsweise der ersten genau angegebenen Stelle P^ ausgelesen werden, wird das die Beendigung eines Auslesevorgangs anzeigende Signal erzeugt, so daß das Ausgangs- oder Adressensignal (d.h. der Inhalt des Adressenzählers 116), welches an den Speicher 109 anzulegen ist, schrittweise weiter bzw. vorwärts geschaltet, so daß die Koordinanten der nächsten genau angegebenen Stelle P2 autf dem Speicher 109 ausgelesen werden können. Das Vorwärtsschalten des Adressenzählers 116 wird mittels einer einen logischen Zustand "+1" schaffenden Schaltung 118 erreicht. Die Koordinaten der

ersten und nächstfolgenden, genau angegebenen, aus dem Speicher 109 ausgelesenen Stellen P^, und P^ werden der Recheneinheit 110 für die lineare Interpolation zugeführt, welche zuerst die Abstände oder Inkremente bzw. Schritte V und V zwischen den ersten und nächstfolgenden Stellen P₁ und P₂(s. Figur 3) berechnet und diese (V und V )

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dann durch eine Zahl (in der Ausführungsform 10) der geforderten Interpolationspunkte teilt. Danach werden entsprechend dem Interpolations-Zeittaktsignal von der Interpolations-Zeittakteinstellschaltung 115 die Quotienten, d.h. (xp - χΛΊΟ und (y>, - y/i)/10_? zu den Koordinanten Xy. und X₂ hinzuaddiert, so daß das Positionsbefehlssignal

oder die Koordinanten (x. + ^X2~^X1 ), (y.+ ^y2~^yp des

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ersten Interpolationspunktes erhalten v/erden können. In ähnlicher Weise können auch die Koordinanten des zweiten Interpolationspunktes usw. erhalten werden. In der Praxis werden die X- und Y-Koordinaten für jede der vier Achsen natürlich nicht gleichzeitig, sondern nacheinander synchron mit der Abtaststeuerung der Abtasteinrichtung 105 erhalten. Inzwischen ist die tatsächliche Position oder Lage des Manipulators 108 festgestellt und mittels des Kodierers 104 in die digitalen Signale umgewandelt worden, welche mittels der Abtasteinrichtung 105 abgetastet sind. Bei Wiederholungsbetrieb wird der Schalter SW dann in die durch eine ausgezogene Linie in Fig. 5 dargestellte Lage umgeschaltet.

Das Positionsbefehlssignal, d.h. die Koordinaten jedes Interpolationspunktes, werden mittels eines Vergleichers 106 mit dem tatsächlichen oder vorliegenden, von der Abtasteinrichtung 105 erhaltenen Positionssignal verglichen, so daß die Abweichung zwischen ihnen festgestellt werden kann. Es braucht im Hinblick auf den Ereiheitsgrad bzw. die Freiheitsgrade des Manipulators in Fig. 1 nur ein

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~ 20 -

Vergleicher 106 und nur ein Digital-Analog-Umsetzer 106 vorgesehen zu sein. Das Ausgangssignal des Vergleichers 106, v/elches die Abweichung zwischen dem Positionsbefehlssignal und dem tatsächlichen oder vorliegenden, die Lage des Manipulators wiedergebendaiPositionssignal darstellt, wird an den Digital-Analog-Umsetzer 10? angelegt, damit es in das Analogsignal umgesetzt wird, v/elches von einem

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Integrator-Demodulator, deren Anzahl gleich der Anzahl der Achsen (in der vorliegenden Ausführungsform vier ) ist, in das eine Geschwindigkeit darstellende- Signal umgewandelt wird. Der Integrator-Demodulator 108 hat auch die Aufgabe, die vorbeschriebene Abweichung zu integrieren. Das Ausgangssignal von dem Integrator-Demodulator 108 wird mittels des Servoverstärkers 102 verstärkt, so daß der Manipulator 103 gesteuert werden kann.

Die anhand von Fig. 5 beschriebenen Einrichtungen 102 bis 108 sind im Aufbau und in ihrer Arbeitsweise den Einrichtungen von herkömmlichen Industrierobotern im wesentlichen ähnlich und im einzelnen in der bereits erwähnten US-PS 3 661 051 beschrieben. Der Speicher 109 kann ein Magnettrommelspeicher , Platten- oder Magnetkernspeicher sein. Die Geschwindigkeitseinstellschaltung 114- kann ein veränderlicher Frequenzteiler und die Schaltungen 115 und 116.können ein Binär- oder ein n-stufiger Zähler sein.

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Die Schaltung für die lineare Interpolation ist in Pig. dargestellt. Die Positionsbefehlsinformation oder die Koordinanten der genau angegebenen, aus dem Speicher ausgelesenen Punkte oder Stellen P. werden an ein erstes Register 110-1 übertragen, während die Koordinanten der nächsten Stelle P_i+y1 an ein zweites Register 110-2 übertragen werden, wenn ein Schalter SW so geschaltet wird, daß eine Verbindung zwischen dem Speicher und dem zweiten Register 110-2 hergestellt ist. Die absolute Differenz oder das Inkrement zwischen den zwei Bezugspunkten P. und Pj₊^i wird mittels einer Subtrahiereinrichtung 110-3 erhalten, und wird einer Verschiebeschaltung 110-4 zugeführt, während ein Polaritätssignal von der Subtrahiereinrichtung 110-3 an eine Addier-Subtrahierschaltung 110-6 angelegt wird. In der Verschiebeschaltung 110-4 wird das Signal, welches die Differenz oder das Inkrement zwischen den zwei Bezugspunkten P. und P. ,. darstellt, um N Bits rückwärts geschaltet und an eine Multipliziereinrichtung 110-5 übertragen. Infolgedessen ist, wenn der Ausgang der Subtrahiereinrichtung 110-3 durchgelaufen ist, dieser Ausgang dem Wert äquivalent,

N
der durch 2 geteilt ist, d.h. eine Potenz K der Basis

2. In der Multipliziereinrichtung wird das IT-Bit Interpolationssteuersignal von der die Interpolation zeitlich steuernden Einstellschaltung mit einem Multiplikanden, d.h. dem Ausgang des Schieberegisters 110-4, multipliziert, und das Produkt, d.h. der Ausgang der Multiplizierschaltung 110-5, wird zusammen mit dem Ausgang des ersten

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Registers 110-1 und dem Polaritätssignal von der ersten Subtrahierschaltung 110-3 an die Addier-Subtrahierschaltung 110-6 angelegt. Die Addier-Subtrahierschaltung 110-6 addiert den Ausgang der Multiplizierschaltung 110-5 zu oder subtrahiert den Ausgang von dem Ausgang des ersten Registers 110-1 in Abhängigkeit davon, ob das Polaritätssignal von der ersten Subtrahiereinrichtung 110-3 positiv oder negativ ist. Der Ausgang der Addier-Subtrahierschaltung 110-6 ist das Positionsbefehlssignal, welches die Koordinaten jedes Interpolationspunktes zwischen den Punkten P- und P._,. darstellt; das Liniensegment der Längeneinheit 1 verbindet diese zwei genau angegebenen Punkte, welche

JT

durch 2 geteilt sind. Wie anhand der £ig. 5 beschrieben ist, wird der Ausgang der Addier-Subtrahierschaltung 110-6 an den Vergleicher 116 angelegt. Wie bei dem in Fig. 5 dargestellten Vergleicher 106 und dem dort dargestellten Digit;al-Analog-Umsetzer 107 braucht im allgemeinen nur eine lineare Interpolationsschaltung 110 für alle Achsen vorgesehen zu sein.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

· }Programmsteuersystem zum Steuern der Bewegungen eines Manipulators derart, daß dieser einer vorgeschriebenen Raumbahn folgt, gekennzeichnet durch einen Speicher (109) zum Speichern der genau angegebenen Positionsinformation, welche die Koordinaten einer Vielzahl genau angegebener Punkte (P^) der vorgeschriebenen Bahn darstellt, welche um ein Liniensegment derselben Längeneinheit (1) im Abstand voneinander angeordnet sind; durch eine Leseeinrichtung, um aus dem Speicher (109) in einem vorbestimmten Zeitintervall die genau angegebene Positionsinformation, welche die Koordinantender benachbarten, genau angegebenen Punkte darstellt, als einen Satz der genau angegebenen Positionsinformation auszulegen; durch eine Interpolations-Recheneinheit (115)» um nacheinander die Koordinaten von N Interpolationspunkten als die Positionsbefehlssignale zwischen den benachbarten, genau angegebenen Punkten durch die Linearinterpolation zu erhalten, welche auf dem Satz der genau angegebenen Positionsinformation beruht; durch eine Detektoreinrichtung, um nacheinander die Positionsbefehlssignale mit den Signalen zu vergleichen, welche die tatsächliche oder vorliegende Stellung des Manipulators (109) wiedergeben, um so das Signal zu erzeugen, welches den Unterschied zwischen den zwei Signalen darstellt; und eine Einrichtung zum

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Bewegen des Manipulators mit einer Geschwindigkeit, welche dem Signal entspricht, welches den Unterschied zwischen den zwei Signalen wiedergibt, so daß der Unterschied zwischen den zwei Signalen null werden kann.
2. Programmsteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale, welche jeweils den Unterschied zwischen dem Positionsbefehlssignal an dem jeweiligen Interpolationspunkt und dem Signal darstellen, welches die tatsächliche Stellung des Manipulators wiedergibt, so integriert werden, daß der Manipulator mit einer Geschwindigkeit verschoben werden kann, welche dem sich ergebenden, integrierten Wert entspricht.
3. Programmsteuersystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennz eichnet, daß in der Recheneinheit (110) für die lineare Interpolation über einen Schalter (SW¹) eines iron zwei Registern (110-1 $110-2) an eine Subtrahierschaltung (110-3) und das eine Register (110-1) an eine Addier-Subtrahierschaltung (110-6) anschaltbar ist, wobei die Subtrahierschaltung (110-3) die absolute Differenz zwischen zwei Punkten oder Stellen auf der vorgegebenen Bahn an eine Verschiebeschaltung (110-4) und ein Polaritätssignal an die Addier-Subtrahierschaltung (110-6) zuführt, deren Ausgang an einen Vergleicher angelegt wird, und daß zwischen die Verschiebeschaltung (110-4) und die Addier-und Subtrahierschaltung (110-6) eine durch Interpolation-Zeittaktsignale ge-

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steuerte Mulitplizierschaltung (110-5) geschaltet ist, von welcher ein Multiplikand an die Addier-Subtrahierschaltung (110-6) angelegt wird.

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