Im Rahmen der Aus- und Weiterbildung bestand die Aufgabe, ein Funktionsmodell für einen dreiachsigen Roboter anzufertigen, dessen Funktionen im Dialog mit dem Rechner programmierbar sein sollten und das funktionell sehr anschaulich die Wirkprinzipien eines Industrieroboters wiedergibt. Daraus ergaben sich folgende drei wesentliche 
Anforderungen:

• gleichzeitige Bewegung in drei Achsen
• dialogfähige Eingabe von Koordinaten und Greiferfunktion
• Realisierung einer „Not-Aus"-Funktion

Um den Aufwand für die elektrische und mechanische Realisierung so gering wie möglich zu halten, wurde der Einsatz von Gleichstromgetriebemotoren aus dem Modellbau für die einzelnen Achsenantriebe vorgesehen. Als Steuerrechner wurde der kostengünstige Lerncomputer LC 80 ausgewählt, dessen über den Userbus zugängliche Schaltkreise PIO und CTC die einfache Ansteuerung der Achsenantriebe und die Wegstreckenerkennung zulassen.

Rechner und Schnittstellen

Per eingesetzte LC 80 wurde durch Nachbestückung mit sechs U 214 auf einen RAM-Bereich von 4 Kbyte erweitert und durch Steckfassungen für den Einsatz von 2-Kbyte-EPROM vorbereitet. Der Anschluß des Roboterfunktionsmodells erfolgt ausschließlich über den 26poligen Steckverbinder des Userbusses. Die über den Userbus verfügbare PIO wird als paralleler Ein- und Ausgabebaustein für die Ansteuerung der Achsenantriebe und des Greifers eingesetzt. Den 8 bit des Port A (AO bis A7) wurden die im Bild 1 dargestellten Steuerfunktionen zugeordnet. 
Die einzelnen Bits steuern über einfache Transistorstufen entsprechende Relais an. Das Übersichtsschaltbild des Roboterfunktionsmodells ist im Bild 2 dargestellt. Die den einzelnen Bits zugeordneten Relaiskontakte sind mit k_a0 bis K_a7 gekennzeichnet. Die Lichtschranken der drei Achsen sind als Funktionsblöcke (LS) abgebildet und liefern wegstreckenproportionale Impulszahlen für die CTC-Eingänge des Userbusses. Die Zuordnung der Achsenantriebe zu den CTC-Eingängen ist Bild 2 zu entnehmen. Bei der Realisierung der Lichtschranken ist auf entsprechende Flankensteilheit der Impulse zu achten. Von Bedeutung für die sichere Funktion des Steuerrechners ist die gute Entstörung der Antriebsmotoren. Für den Greifer wurde ein Elektromagnet eingesetzt, dessen Zustand akustisch durch einen Piezosignalgeber angezeigt wird.

Programm

Den Hexadezimalausdruck des Programms zeigt die Tafel. Das Programm ist ab Adresse 2800 im RAM abzuspeichern und auf dieser Adresse zu starten. Nach dem Start des Programms wird auf dem Display „Input" geschrieben, und die Eingabe der Koordinaten einzelner Bahnpunkte kann beginnen. Die über das Display organisierte Eingaberoutine ermöglicht die Eingabe von maximal 127 Bahnpunkten, deren Koordinaten durch wegstreckenproportionale Impulszahlen angegeben werden. Für die X- und Y-Achse sind diese im Zahlenbereich von 0 bis FF und für die Z-Achse von 0 bis 7F einzugeben. Der Greiferzustand (ein oder aus) wird durch Bit7 des Bytes für die Z-Koordinate verschlüsselt. 
Die Abspeicherung der Anzahl der eingegebenen Bahnpunktkoordinaten erfolgt auf Adresse 2000. Bit 7 dieses Bytes wird für die Verschlüsselung der Abarbeitung des eingegebenen Programms in einer endlosen Schleife genutzt (Bit 7 = 1). Ab Adresse 2001 erfolgt die Abspeicherung der jeweils drei Bytes für die X-, Y- und Z-Koordinate. Dabei wird das Bit 7 des Bytes der Z-Koordinate zur Verschlüsselung der Greiferfunktion genutzt ("Ein" entspricht Bit 7 = 1). Ausgehend von 
den Zielkoordinaten und der aktuellen Greiferposition, wird die Relativbewegung (Anzahl der Impulse) und die notwendige Bewegungsrichtung der einzelnen Achsantriebe berechnet. In Abhängigkeit davon werden die Zählerstände an die entsprechenden CTC-Kanäle ausgegeben und diese gestartet. 
Danach erfolgt die Steuerbyteausgabe an die PIO. Der CTC arbeitet im Interruptbetrieb als Zähler. Durch die Steuerbyteausgabe an die PIO wurden die Antriebsmotoren in den entsprechenden Richtungen vor oder zurück gestartet, und die CTC-Kanäle registrieren die wegstreckenproportionalen Impulse. Werden die ausgegebenen Werte erreicht, löst 
der CTC-Kanal Interrupt aus. In der zum Kanal gehörenden ISR wird durch Steuerbyteausgebe an die PIO der Achsenantrieb gestoppt. Sind alle Achsen auf den vorgegebenen Koordinaten angelangt, wird der Greifer durch Steuerbyteausgabe an die PIO in den programmierten Zustand versetzt. Danach Werden die nächsten Zielkoordinaten in gleicher Art verarbeitet. Das Byte für die Steuerbyteausgabe an die PIO wird in den einzelnen Programmabschnitten durch Bitverknüpfung gewonnen. Ist keine Bahnbewegung in einer Endlosschleife programmiert worden, kehrt der Rechner in den Eingabezustand zurück. Während der gesamten Abarbeitung des Programms werden die aktuellen Bahnkoordinaten auf dem Display und die Funktion des Greifers akustisch durch den Piezosignalgeber angezeigt. Die Bahnkoordinatenanzeige erfolgt hexadezimal aus Gründen der beschränkten Kapazität der Lichtschachtanzeige des LC 80. Mit dem realisierten Programm sind 255 x 255 x 127 Punkte im Raum anfahrbar. Die erreichbare Auflösung richtet sich im wesentlichen nach der mechanischen Realisierungsvariante. Jede laufende Bahnbewegung kann bei Druck auf die NMI-Taste unterbrochen werden, dabei erscheint auf dem Display „Notaus". Hierbei wird der jeweilige Zustand des Greifers beibehalten. Bei Betätigung der Taste „+" wird die Bahnbewegung weiter fortgesetzt, bei Druck auf die Taste „-" erfolgt die Rückfahrt 
in die Ausgangsposition des Greifers, und mit der Ausschrift „Input" erwartet der Rechner eine erneute Eingabe.

Eingabedialog

Nach dem Start des Programms auf Adresse 2800 erfolgt bei Druck auf die Taste „1" der Übergang in den Eingabemodus. Wird die Taste „0" betätigt, wird auf dem Display „Start" geschrieben. Im Eingabemodus müssen die Koordinaten für die X-, Y- und Z-Achse in hexadezimaler Form nacheinander eingegeben und jeweils die Eingabe für jede Achse mit der Taste „+" quittiert werden. Ist das erfolgt, erscheint auf dem Display „Magnet". Bei Betätigen der Taste „1" wird der Magnet eingeschaltet. Die Taste ;,0" führt zum Ausschalten des Magneten, wenn die entsprechende Koordinate erreicht wird. Mit 
der Taste „+" wird die Eingabe quittiert, und es erscheint „Ende" auf dem Display. Die Taste „1" führt zum Abbruch der Koordinateneingebe und die Taste „0" zur erneuten Eingabe von Koordinaten und Magnetfunktion. 
Wurde die Taste „1" betätigt, erscheint auf dem Display die Frage „Roti", mit der Taste „1" wird die Abarbeitung der eingegebenen Bahnkurve in einer endlosen Schleife und mit „0" die einmalige Abarbeitung veranlaßt. Es erscheint die Frage „Start", mit „1" wird das Roboterfunktionsmodell gestartet und die eingegebene Bahnkurve abgefahren. 
Soll die programmierte Bahnkurve auf Tonband gespeichert werden, so ist der Speicherbereich ab Adresse 2000 zu sichern. Die Anzahl der Bytes berechnet sich aus der Anzahl der eingegebenen Bahnpunkte mal drei plus eins. Die Anzahl der Bahnpunkte in einem Bewegungsablauf beträgt maximal 127, damit sind etwa 8300000 einzelne Raumpunkte anfahrbar. Programmtechnisch ist eine wesentlich größere Auflösung durch kleine Änderungen möglich, aber das erschien hinsichtlich der Aufgabenstellung nichtsinnvoll.

Zusammenfassung

Die vorgestellte Lösung hat sich bisher in der Aus- und Weiterbildung bewährt und dürfte auf mehreren Gebieten nachnutzungsfähig sein. Mit leichten Änderungen lassen sich entsprechende Sensorfunktionen des Greifers (z. B. Werkstück vorhanden oder nicht) integrieren und damit äußerst kostengünstige und leistungsfähige Lösungen für den Kleinrationalisierungsmittelbau ableiten, zumal noch freie Speicherkapazität von 4 Kbyte EPROM und 2 Kbyte RAM vorhanden ist.