DE3006153A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung schneller bewegungen und weichen abbremsens und genauer positionssteuerung eines beweglichen automatischen arms - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur erzeugung schneller bewegungen und weichen abbremsens und genauer positionssteuerung eines beweglichen automatischen armsInfo
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Description
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Anwaltsakte: 14 Pat 13-DE
THIERSCHSTR. 27 D-S MÜNCHEN22
TEL. CO89]22 51
Telegramm [Cable Address): Seegerpaeanc München
Telex: 5244B/ pstop d
14. Februar 1980
Anmelder: Roland Kaufeidt
Bovägen 6
S-135 OO Tyreso, Schweden
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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung schneller Bewegungen und weichen Abbremsens
und genauer Positionssteuerung eines beweglichen automatischen Arms
Die Erfindung betrifft ein Verfahren oder eine Vorrichtung zur Erzeugung einer schnellen Bewegung und eines
weichen Abbremsens und auch zur genauen Positionierung eines automatischen Arms.
Solche automatischen oder Roboterarme werden in der Industrie dazu verwendet, ein Werkzeug oder einen Gegenstand,
welches an einem Ende des automatischen Arms angeordnet ist, einen vorbestimmten Vorgang durchführen
zu lassen, wenn der Arm in verschiedenen, gegeneinander versetzten Positionen angeordnet ist. Der automatische
Arm muß fähig sein, schnell zwischen diesen Positionen hin- und herzufahren und an jeder gewünschten Position
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anzuhalten, da stoßartiges Bremsen eine präzise Positionierung und eine schlechte Reproduzierbarkeit bewirkt-
Der automatische Arm hat ein Eigengewicht, und das Werkzeug bzw. das Objekt, welches sich an seinem
Ende befindet, kann ebenfalls schwer sein. Um eine schnelle Bewegung und ein weiches Abbremsen und
gleichzeitig eine genaue Reproduzierbarkeit der Endposition zu ermöglichen, ist es grundlegend wichtig,
das Problem des schnellen und progressiv abnehmenden Niveaus der kinetischen Energie des automatischen Arms,
des Werkzeugs und des Objektes zu lösen.
Bei der Ausnutzung einer oder zweier Endpositionen einer Antriebseinrichtung des automatischen Arms, z.B.
einer oder beider Endpositionen eines hydraulischen Zylinders, entstehen keine Schwierigkeiten, wenn der
automatische Arm in diese eine bzw. in diese beiden Endpositionen gebracht wird; falls der. automatische
Arm jedoch an einer Vielzahl von Zwischenpositionen anhalten soll, ist es sehr schwierig, eine gute Reproduzierbarkeit
und gleichzeitig ein weiches Abbremsen zu erreichen.
Aufgabe der Erfindung ist es, das genannte Problem bezüglich der Reiteration in verschiedene, beliebige
Positionen zu lösen. Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Das genannte Problem ist gemäß der Erfindung im wesentlichen
dadurch gelöst, daß die Geschwindigkeit des automatischen Arms reduziert wird, wodurch die Massenkräfte
an dem Ende der Bewegung des automatischen Arms in jedem einzelnen Fall, d.h. unmittelbar bevor der
automatische Arm stoppt, reduziert werden, wobei der
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automatische Arm an beliebigen ausgewählten Punkten auf der Länge des Arms anhalten kann.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung
und der Zeichnung hervor. In letzterer zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine Ansicht längs der Linie II-II der
Fig. 1, und
Fig. 3 eine Vergrößerung des umrandeten Abschnitts der Fig. 2.
In den verschiedenen Figuren sind für die gleichen Teile jeweils gleiche Bezugszeichen verwendet worden.
In der Figur 1 sieht man einen Block 2, welcher von einer Basis 1 gestützt wird. Ein Auslegerarm 3 ist
einstückig mit dem Block 2 ausgebildet. Letzterer weist eine öffnung auf, durch welche ein automatischer Arm 4
in Längsrichtung hindurch bewegt werden kann. Das linke Ende (in Fig. 1) des automatischen Arms 4 ist mit einem
geeigneten Werkzeug versehen, welches als Hand 13 dargestellt ist. Der Auslegerarm 3 trägt an seinem äußeren
Ende einen schnell rotierenden Motor 5, und an seinem inneren Ende, d.h. nahe bei dem Block 2, einen langsam
rotierenden Motor 6. Eine Kupplung 14 ist dem Motor 6 ■ zugeordnet, und in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
endet diese Kupplung 14 bei einem Getriebe 7, um welches ein Zahnriemen oder eine Kette 8 umläuft, welche
ebenfalls um ein Zahnrad 9 an dem schnell rotierenden Motor 5 umläuft. Ein Block 10 ist einstückig mit
dem automatischen Arm 4 ausgebildet und dem Zahnriemen
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8 zugeordnet, und wenn letzterer in Längsrichtung in die eine oder die andere Richtung bewegt wird, folgen
der Block 10 und der automatische Arm 4 dieser Bewegung. Eine Bremse 11, welche elektrisch, hydraulisch
oder pneumatisch betätigbar ist, kann durch ihre Betätigung den Arm 4 in einer beliebigen, definierten
Position verklammern.
Ein feststehender Arm 12 ist unterhalb des Auslegearms 13 angeordnet, und der automatische Arm 4 bewegt sich
bei seiner Längsverschiebung parallel zu diesem stationären Arm 12. Der stationäre Arm 12 weist eine Anzahl
von Transmittern oder Übertragern A - E in bestimmten, jedoch
willkürlich ausgewählten Positionen auf. Diese Übertrager sind in Längsrichtung des Arms 12 verstellbar.
Ein Sensor G ist an dem automatischen Arm 4 befestigt und wirkt mit diesen Übertragern A-E zusammen.
Die Übertrager A - E an dem beweglichen Arm 12 können
z.B. an einer Computer-Steuereinheit (nicht dargestellt) befestigt sein, welche dazu dient, sehr genau die Positionen
zu bestimmen, in denen der automatische Arm bei seiner Längsverschiebung angehalten wird. Wenn das
Werkzeug 13, welches in Figur 1 als am linken Ende des automatischen Arms befestigte Hand dargestellt ist,
seinen Betrieb oder Arbeitsvorgang durchgeführt hat und der automatische Arm zu einer anderen Position verschoben
werden soll, geschieht dies derart, daß der schnell rotierende Motor 5 einen Einschaltimpuls von
der Computer-Steuereinheit erhält und daraufhin mit seiner hohen Geschwindigkeit zu rotieren beginnt und
den Zahnriemen 8 antreibt, wobei der Block 10 und der automatische Arm 4 dieser Bewegung folgen.Es kann jetzt
angenommen werden, daß der automatische Arm 4 sich nach
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links bewegt und das Steuerprogramm des automatischen
Arms derart ausgelegt ist, daß der Transmitter cder Sender E von der Computer-Steuereinheit betätigt wird. Wenn der
Sensor G dann an dem Punkt Efv (vergleiche Figuren 2 und 3) vorbeigleitet, gibt G ein Vorsignal ab, welches
bewirkt, daß der Motor 5 getrennt und der i>iotor
6 und die Kupplung 14 verbunden werden. Die Kupplung 14 verlangsamt jetzt den automatischen Arm 4 so, daß
die Geschwindigkeit des letzteren auf die durch den Motor 6 bestimmte Geschwindigkeit abfällt. Der automatische
Arm bewegt sich dann mit dieser verringerten Geschwindigkeit weiter nach links, wobei der Sensor G
den Punkt Es des Übertragers E erreicht. Der Sensor G gibt dann ein Endsignal ab, welches bewirkt, daß die
Bremse 11 betätigt wird, und gleichzeitig werden der Motor 6 und die Kupplung 14 entaktiviert. Der automatische
Arm 4 hat dadurch schnell und mit der gewünschten Verlangsamung die gewünschte Position erreicht.
Die letztgenannte Verlangsamung oder Verzögerung wird durch die Kupplung 14 bestimmt. Der automatische Arm
4 wird jetzt in der gewünschten Position mit Hilfe der substanziellen Sperrkraft der Bremse 11 arretiert.
Wenn der automatische Arm seinen nächsten Arbeitsvorgang durchführen soll, wird die Bremse 11 gelöst,
woraufhin der schnell rotierende Motor betätigt wird, woraufhin der beschriebene Vorgang wiederholt und ein
Vorsignal und ein Endsignal von dem anderen Transmitter mit dem Sensor G und der Computer-Steuereirhoit
erzeugt werden. Auf diese Weise kann der automatische Arm aus einer schnellen Bewegung weich abgsbremst und
sehr genau auf eine gewünschte Endposition, welche sich an beliebiger Stelle der Bewegungsbahn befindet,
verfahren v/erden.
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Der Sensor G kann, wenn es erwünscht ist, eine Spitze aufweisen, und die Transmitter A-E können jeweils
drei Vorsprünge Efs, Es und Efν zur Wechselwirkung
mit der cjenannten Spitze des Sensors auf v/eisen, wie es auch in den Figuren dargestellt ist. Einer der
Vorsprünge, nämlich der Vorsprung Es, ist im wesentlichen in einer zentralen Position angeordnet, und
die anderen beiden Vorsprünge, nämlich Efs und Efv,
sind im wesentlichen mit gleichen Abständen von der zentralen Position jedoch in entgegengesetzten Richtungen
längs dem stationären Arm angeordnet.
Das System ermöglicht auch, daß der automatische Arn
so programmiert wird, daß er alternative Positionen finden kann, d.h., daß er "springen" kann. Der Grund
dafür ist der, daß es erwünscht ist, daß ein "Ereignis" außerhalb des eingeschalteten Programms den Teil
des Programmes, welcher hinter diesen Ereignis liegt, ändern können soll. Dies ist mit einer Antriebseinrichtung
für den Arm und mit einer Steuereinheit möglich, welche entsprechend der Darstellungsart der
Figuren ausgelegt ist.
Damit der automatische Arm genau in der selben Position angehalten werden kann, unabhängig davon ob er
sich nach links oder nach rechts bewegt, kann der Sensor G, welcher das relevante Signal weiterleitet,
entlang dem automatischen Arm 4 mit einer Bewegung verschoben werden, welche der physikalischen Ausdehnung
des Sensors G und dem Punkt Es auf dem Transmitter E oder einem entsprechenden Sensor entspricht.
Normalerweise gibt es keine Möglichkeit, eine genaue Einstellung der Endposition eines automatischen Arms
durchzuführen, und zwar vollständig unabhängig davon,
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ob der automatische Arm sich von links nach rechts oder von rechts nach links bewegt, wenn die automatischen
Arme sich nach dem "Punkt-zu-Punkt"-Prinzip bewegen.
In der Praxis können die Transmitter, welche die Vorsignale
bzw. die Endsignale übertragen, vorteilhafterweise in Schichten oder in verschiedenen Niveaus z.B.
an dem stationären Arm 12 angeordnet sein, und auf diese Weise ist es möglich, zu bewirken, daß die gewünschten
Haltepositionen des automatischen Arms in einem Abstand O von der vorhergehenden Position liegen
können.
Die Transmitter und die Sensoren können aus beliebigen, zusammenwirkenden Signaleinrichtungen bestehen, und
die Speisung eines Typs (z.B. der Transmitter) kann in beliebiger geeigneter Art durchgeführt werden, was
auch für die Abgabe der Signale des anderen Typs (der oben genannten Sensoren) gilt.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene und in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform beschränkt,
welche lediglich eines von vielen Beispielen darstellt So ist es z.B. nicht notwendig, zwei Motoren zu verwenden,,
und anstelle dieser Motoren könnte auch ein ein ziger Motor verwendet werden, welcher eine Transmission
aufweist, welche den selben Betrieb wie die oben beschriebenen beiden Motoren ermöglicht. Darüberhlnaus
kann die Kupplung von beliebiger Bauart seinf unter
der Bedingung, daß sie ihre im System vorgesehene Aufgabe übernimmt, nämlich die kinetische Energie so verringert,
daß es dadurch möglich wird, die Endposition des automatischen Arms einheitlich und präzise zu
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steuern, selbst wenn die Last veränderliches Gewicht in Bereich zwischen O - 45 kg haben sollte. Die Kupplung
kann beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch oder druckgesteuert sein, was bedeutet, daß der Bremsvorgang
sehr weich und stufenlos steuerbar ist.
Schließlich kann erwähnt werden, daß es möglich ist, eine beliebige Anzahl von Sensoren für das Vorsignal
bzw. für das Endsignal vorzusehen, und daß das Intervall zwischen z.B. dem Vorsignal für die Bewegung nach
links (Efv) und dem Endsignal (Es) und das Vorsignal für die Bewegung nach rechts (Efs) und das Endsignal
(Es) bezüglich der relevanten Belastung (automatischer Arm plus Werkzeug plus Objekt) einstellbar sind.
Die Erfindung betrifft also ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung schneller Bewegung oder Verschiebung
und zum weichen Abbremsen und einer genauen Einstellung der Endpositionen eines beweglichen automatischen
Arms 4. Bei der Verschiebung des automatischen Arms 4 aus einer ersten Betriebsposition in eine
zweite Betriebsposition wird dieser automatische Arm 4 zunächst von einem schnell rotierenden Motor angetrieben,
bis er sich der zweiten Betriebsposition genähert hat. Zu diesem Zeitpunkt übernimmt ein langsam rotierender
Motor 6, welcher einer Kupplung 14 zugeordnet ist, den Antrieb und verringert zunehmend die Antriebsgeschwindigkeit des automatischen Armes 4. Wenn dieserautomatische
Arm 4 seine Endposition erreicht, wird eine Bremse 11 betätigt und arretiert den automatischen
Arm 4.
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Claims (4)
- AnsprücheVerfahren zur Erzeugung einer schnellen Verschiebung und einer weichen Abbremsung und einer Vielzahl von genau reproduzierbaren, definierten Endpositionen eines beweglichen automatischen Arms, bei welchem ein schnell rotierender Motor (5) einen automatischen Arm (4) aus einer ersten Betriebsposition in eine zweite Betriebsposition während des ersten Abschnitts der Bewegung des automatischen Arms (4) verschiebt, woraufhin ein langsam rotierender Motor (6) während eines zweiten Ab-0300 36/06955TSCHf=CKKONTO MÜNCHEN 1 9ΒΒΞΒ-ΒΟ7DRESDNER SANK MÜNCHEN, KONTO-NUMMER A1 SOBSOSchnitts der Bewegung eingeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Annäherung des von dem schnell rotierenden Motor (5) angetriebenen automatischen Arms (4) an die zweite Betriebsposition, durch Wechselwirkung zwischen einem ersten vorbestimmten Punkt (Efv) und einem stationären Transmitter (E) und einem Sensor (G), welcher an dem automatischen Arm (4) befestigt ist, ein Vorsignal an die beiden Motoren (5, 6) abgegeben wird, wodurch der schnell rotierende Motor (5) abgeschaltet und der langsam rotierende Motor (6) und eine ihm zugeordnete Kupplung (14) eingeschaltet werden und den automatischen Arm (4) sukzessive verzögern, wodurch seine Geschwindigkeit auf die des langsam rotierenden Motors (6) abnimmt, und daß der Sensor (G), welcher an dem automatischen Arm (4) befestigt ist, bei seiner fortgesetzten Bewegung mit einem zweiten vorbestimmten Punkt (Es) an dem Transmitter (E) so zusammenwirkt, daß ein Endsignal abgegeben wird, welches eine Bremse(11) betätigt, welche den automatischen Arm (4) in einer festen Position arretiert, wobei gleichzeitig der langsam rotierende Motor (6) und die Kupplung (14) abgeschaltet werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (G) an dem automatischen Arm (4) unö der Transmitter (E) an dem stationären Arm(12) so zusammenwirken, daß das genannte Vorsignal bzw. das Endsignal unabhängig davon, in v.'elche Richtung der automatische Arm (4) sich bewegt, erzeugt werden, wodurch die Endposition einheitlich definiert ist, unabhängig von der Richtung der Be-030036/0695wegung des automatischen Arras (4).
- 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein schnell rotierender Motor (5), welcher von einem Stützarin (3) getragen wird, mit einem Getriebe (9) verbunden ist, das ein langsam, rotierender Motor (G), welcher ebenfalls von dem Stützarm(3) getragen wird, über eine Kupplung (14) mit einem Getriebe (7) verbunden ist, daß ein im wesentlichen länglicher Antriebsriemen (8) sich zwischen den beiden Getriebezahnrädern (7, 9) erstreckt,daß ein beweglicher automatischer Arm (4) parallel zu dem Antriebsriemen (8) angeordnet und an diesem befestigt ist, unddaß ein stationärer Arm (12) sich im wesentlichen parallel zu dem automatischen Arm (4) und dem genannten Antriebsriemen (8) erstreckt, daß der automatische Arm (4) einen Sensor (G) aufweist unddaß der stationäre Arm (12) eine Vielzahl von Transmittern (A - E) zur Wechselwirkung mit dem Sensor (G) aufweist.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (G) einen Punkt aufweist, daß die Transmitter (A - E) jeweils drei Projektionen (Efs, Es, Efv) zur Wechselwirkung mit dem genannten Punkt umfassen, wobei der Vorsprung (Es) im wesentlichen in einer zentralen Position und die beiden anderen Vorsprünge (Efs, Efv) etwa im selben Abstand von jedoch auf entgegengesetzten030036/0695 BAD ORIGINALSeiten des zentralen Vorsprungs längs dem stationären Arm angeordnet sind.030036/0695
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Legal Events
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SATT-KAUFELDT AB, HAEGERSTEN, SE |
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8141 | Disposal/no request for examination |