DE102022128423B3 - Method and a drive module for detecting, quantifying and compensating for a meshing fault in a voltage wave transmission - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Verfahren zum Detektieren und Quantifizieren einer Eingriffsstörung eines Spannungswellengetriebes, das einen Wellengenerator, einen starren Außenring mit einer Innenverzahnung und einen elastisch verformbaren Übertragungsring mit einer Außenverzahnung umfasst, die in Eingriff mit der Innenverzahnung des Außenrings steht, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst:- Messen eines zeitlichen Drehmomentverlaufs an dem verformbaren Übertragungsring,- Detektieren einer Eingriffsstörung anhand des gemessenen Drehmomentverlaufs,- Ermitteln einer Anzahl während der detektierten Eingriffsstörung übersprungener Zähne anhand der Messung des Drehmoments,- Berechnen eines Drehwinkels des Außenrings, welcher der ermittelten Anzahl an Zähnen entspricht.The invention relates to a method for detecting and quantifying a meshing fault of a voltage wave transmission comprising a shaft generator, a rigid outer ring with internal teeth and an elastically deformable transmission ring with external teeth which is in engagement with the internal teeth of the outer ring, the method comprising the following method steps :- Measuring a temporal torque curve on the deformable transmission ring, - Detecting a meshing disturbance based on the measured torque curve, - Determining a number of teeth skipped during the detected meshing disturbance based on the measurement of the torque, - Calculating an angle of rotation of the outer ring, which corresponds to the determined number of teeth .
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren und Quantifizieren einer Eingriffsstörung eines Spannungswellengetriebes und ein Verfahren zum Kompensieren einer Eingriffsstörung eines Spannungswellengetriebes in einem Antriebssystem. Ferner betrifft die Erfindung ein Antriebsmodul mit einem Spannungswellengetriebe.The invention relates to a method for detecting and quantifying a meshing fault of a voltage wave gear and a method for compensating for a meshing fault of a voltage wave gear in a drive system. The invention further relates to a drive module with a voltage wave transmission.
Spannungswellengetriebe (auch Wellgetriebe, Gleitkeilgetriebe; engl. „strain wave gearing“ oder „harmonic drive“) ermöglichen eine nahezu spielfreie Kraftübertragung mit einem hohen Übersetzungsverhältnis und sind daher insbesondere für Anwendungen geeignet, für die präzise Bewegungen und ein geringer Raumbedarf erforderlich sind. Da sich aufgrund des hohen Übersetzungsverhältnisses mit relativ kleinen Motoren hohe Drehmomente erzeugen lassen, können durch Spannungswellengetriebe sehr kompakte Antriebsmechanismen realisiert werden, die beispielsweise in der Robotik zum Einsatz kommen.Tension wave gears (also wave gears, sliding wedge gears; “strain wave gearing” or “harmonic drive”) enable almost backlash-free power transmission with a high gear ratio and are therefore particularly suitable for applications that require precise movements and a small space requirement. Since high torques can be generated with relatively small motors due to the high transmission ratio, very compact drive mechanisms can be implemented using voltage wave gears, which are used, for example, in robotics.
Ein Spannungswellengetriebe enthält als Hauptkomponenten einen Wellengenerator („wave generator“), einen starren Außenring („circular spline“) mit Innenverzahnung und einen dazwischen angeordneten Übertragungsring („flexspline“) mit Außenverzahnung. Im Gegensatz zu starren Getrieben basiert die Übertragung des Drehmoments zwischen Wellengenerator und Außenring auf einer elastischen Verformung, bei welcher der Übertragungsring durch den Wellengenerator derart zu einem Oval verformt wird, dass er an zwei gegenüberliegenden Seiten seines Umfangs in Eingriff mit dem Außenring steht. Durch die Drehung des Wellengenerators wälzt der Übertragungsring auf dem Außenring ab, so dass durch die ineinandergreifenden Verzahnungen ein Drehmoment zwischen dem Übertragungsring und dem Außenring übertragen wird. Hierbei wird das Übersetzungsverhältnis des Getriebes durch die Differenz der Zähnezahlen von Übertragungsring und Außenring bestimmt.The main components of a voltage wave gearbox are a wave generator, a rigid outer ring (“circular spline”) with internal teeth and a transmission ring (“flexspline”) with external teeth arranged in between. In contrast to rigid gears, the transmission of torque between the shaft generator and the outer ring is based on elastic deformation, in which the transmission ring is deformed into an oval by the shaft generator in such a way that it is in engagement with the outer ring on two opposite sides of its circumference. Due to the rotation of the shaft generator, the transmission ring rolls on the outer ring, so that a torque is transmitted between the transmission ring and the outer ring through the interlocking teeth. The transmission ratio of the gearbox is determined by the difference in the number of teeth on the transmission ring and the outer ring.
Wirkt im Betrieb ein übermäßig starkes Drehmoment, beispielsweise wenn das Getriebe gegen einen hohen Widerstand arbeitet, so kann der Eingriff zwischen Übertragungsring und Außenring zumindest teilweise verloren gehen, so dass die Zähne des Übertragungsrings die Zähne des Außenrings überspringen („ratcheting“). Während die Drehung des Übertragungsrings und die des Außenrings im Normalbetrieb strikt gekoppelt sind, kommt es bei einer solchen Eingriffsstörung vorübergehend zu einer unkontrollierten Relativdrehung zwischen den beiden Ringen. Dadurch entsteht auf der Abtriebsseite ein unbekannter Winkelversatz (Offset) gegenüber der Antriebsseite, der eine genaue Kontrolle der Winkelposition unmöglich macht. Da sich am Zustand des Getriebes nicht erkennen lässt, ob und in welcher Größenordnung eine solche Eingriffsstörung stattgefunden hat, wird zudem die Suche nach der Ursache des danach auftretenden Fehlverhaltens erschwert.If an excessively strong torque occurs during operation, for example if the gearbox works against a high resistance, the engagement between the transmission ring and the outer ring can be at least partially lost, so that the teeth of the transmission ring jump over the teeth of the outer ring (“ratcheting”). While the rotation of the transmission ring and that of the outer ring are strictly coupled in normal operation, an uncontrolled relative rotation between the two rings temporarily occurs in the event of such a disruption in engagement. This creates an unknown angular offset on the output side compared to the drive side, which makes precise control of the angular position impossible. Since it is not possible to determine from the condition of the transmission whether and to what extent such a malfunction has occurred, the search for the cause of the subsequent malfunction is made more difficult.
Aus der
Die
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchem die Robustheit eines Antriebsmechanismus mit einem Spannungswellengetriebe, insbesondere eines Roboters, erhöht werden kann.Against this background, the task is to provide a method with which the robustness of a drive mechanism with a voltage wave transmission, in particular of a robot, can be increased.
Die Aufgabe wird gelöst durch Verfahren zum Detektieren und Quantifizieren einer Eingriffsstörung eines Spannungswellengetriebes, das einen eingangsseitigen Wellengenerator, einen ausgangsseitigen, starren Außenring mit einer Innenverzahnung und einen elastisch verformbaren Übertragungsring mit einer Außenverzahnung umfasst, die in Eingriff mit der Innenverzahnung des Außenrings steht, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
- - Messen eines zeitlichen Drehmomentverlaufs an dem verformbaren Übertragungsring,
- - Detektieren einer Eingriffsstörung anhand des gemessenen Drehmomentverlaufs,
- - Ermitteln einer Anzahl während der detektierten Eingriffsstörung übersprungener Zähne anhand der Messung des Drehmoments und
- - Berechnen eines Winkelversatzes zwischen dem Übertragungsring und dem Außenring, welcher der ermittelten Anzahl an Zähnen entspricht.
- - measuring a torque curve over time on the deformable transmission ring,
- - Detecting a malfunction based on the measured torque curve,
- - Determining a number of teeth skipped during the detected engagement fault based on the measurement of the torque and
- - Calculating an angular offset between the transmission ring and the outer ring, which corresponds to the determined number of teeth.
Ferner wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Kompensieren einer Eingriffsstörung eines Spannungswellengetriebes in einem Antriebssystem, insbesondere eines Roboters, wobei das Spannungswellengetriebe einen eingangsseitigen Wellengenerator, einen ausgangsseitigen, starren Außenring mit einer Innenverzahnung und einen elastisch verformbaren Übertragungsring mit einer Außenverzahnung umfasst, die in Eingriff mit der Innenverzahnung des Außenrings steht, wobei das Antriebssystem einen Drehgeber zur Messung der Drehstellung des Wellengenerators des Spannungswellengetriebes aufweist, wobei ein Verfahren zum Detektieren und Quantifizieren einer Eingriffsstörung nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchgeführt wird und der berechnete Winkelversatz an eine mit dem Drehgeber verbundene Auswerteeinheit übermittelt wird, welche die Eingriffsstörung anhand des berechneten Winkelversatzes kompensiert.Furthermore, this object is achieved by a method for compensating for a meshing disturbance of a voltage wave transmission in a drive system, in particular a robot, wherein the voltage wave transmission comprises an input-side wave generator, an output-side, rigid outer ring with internal teeth and an elastically deformable transmission ring with external teeth which engage with the internal toothing of the outer ring, wherein the drive system has a rotary encoder for measuring the rotational position of the shaft generator of the voltage shaft gear, wherein a method for detecting and quantifying a meshing disturbance is carried out according to one of the preceding claims and the calculated angular offset is transmitted to an evaluation unit connected to the rotary encoder which compensates for the interference interference based on the calculated angular offset.
Die Detektion der Eingriffsstörung basiert auf einem gemessenen zeitlichen Drehmomentverlauf am verformbaren Übertragungsring. Dieser gibt das dynamische Verhalten der Drehmomentübertragung vor und während der Eingriffsstörung wieder. Typischerweise baut sich im Vorfeld der Eingriffsstörung zunächst ein übermäßig hohes Drehmoment auf, das schließlich dazu führt, dass die Zähne des Übertragungsrings den Eingriff mit dem Außenring verlieren und dessen Zähne überspringen. Dabei wird das angestaute Drehmoment innerhalb kurzer Zeit stark reduziert. Diese Abnahme des Drehmoments, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als charakteristische Signatur einer Eingriffsstörung dienen und das zuverlässige Detektieren der Eingriffsstörung ermöglichen.The detection of the engagement fault is based on a measured torque curve over time on the deformable transmission ring. This reflects the dynamic behavior of the torque transmission before and during the engagement fault. Typically, in the run-up to the engagement disruption, an excessively high torque builds up, which ultimately leads to the teeth of the transmission ring losing engagement with the outer ring and jumping over its teeth. The accumulated torque is greatly reduced within a short period of time. In the method according to the invention, this decrease in torque can serve as a characteristic signature of an engagement fault and enable the engagement fault to be reliably detected.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Anzahl der bei der Eingriffsstörung übersprungenen Zähne bzw. Zahneingriffe zwischen Übertragungsring und Außenring anhand des Drehmomentverlaufs ermittelt. Eine Eingriffsstörung kann mehrere übersprungene Zähne bzw. Zahneingriffe aufweisen, wobei ein übersprungener Zahn anhand von vordefinierten Parametern erkannt werden kann. Erfindungsgemäß wird aus der ermittelten Anzahl an übersprungenen Zähnen ein Winkelversatz zwischen dem Übertragungsring und dem Außenring bestimmt, wobei dieser Winkelversatz dem durch die übersprungenen Zähne bzw. Zahneingriffe definierte Winkelversatz entspricht. Dieser Winkelversatz entspricht dem Winkelversatz der zwischen dem eingangsseitigen Wellengenerator und dem ausgangsseitigen Außenring des Spannungswellengetriebes auftritt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kompensieren der Eingriffsstörung wird der ermittelte Winkelversatz der Auswerteeinheit übermittelt, die mit dem Drehgeber verbunden ist. Die Auswerteinheit kompensiert dann das Auftreten der Eingriffsstörung anhand des berechneten Winkelversatzes. Dadurch kann die Robustheit des Spannungswellengetriebe aufweisenden Antriebssystems verbessert werden.In the method according to the invention, the number of teeth or tooth meshes between the transmission ring and the outer ring that are skipped due to the engagement fault is determined based on the torque curve. An engagement fault can have several skipped teeth or tooth engagements, whereby a skipped tooth can be recognized based on predefined parameters. According to the invention, an angular offset between the transmission ring and the outer ring is determined from the determined number of skipped teeth, this angular offset corresponding to the angular offset defined by the skipped teeth or tooth meshes. This angular offset corresponds to the angular offset that occurs between the input-side shaft generator and the output-side outer ring of the voltage shaft gear. In the method according to the invention for compensating for the interference interference, the determined angular offset is transmitted to the evaluation unit, which is connected to the rotary encoder. The evaluation unit then compensates for the occurrence of the intervention interference based on the calculated angular offset. As a result, the robustness of the drive system having voltage wave gears can be improved.
Der Wellengenerator des Spannungswellengetriebes wird insbesondere durch eine, mit einer Antriebswelle verbundene Scheibe mit einer ovalen, beispielsweise elliptischen Form gebildet. Die Scheibe weist vorzugsweise ein auf ihrem Umfang aufgeschrumpftes Wälzlager mit einem dünnen, elastisch verformbaren Laufring und mehreren Wälzkörpern auf. Der Übertragungsring kann beispielsweise topfförmig („cup“) oder zylinderhutförmig („silk-hat“) ausgebildet sein, d.h. der Übertragungsring wird insbesondere durch eine zylindrische Wand einer topförmigen oder zylinderhutförmigen Buchse gebildet, die beispielsweise aus Stahl gefertigt sein kann. Hierbei handelt es sich um gängige Gestaltungsmöglichkeiten für den Übertragungsring, mit denen sich eine Vorspannung des Übertragungsrings gegenüber dem Wellengenerator erzielen lässt. Insbesondere kann der zeitliche Drehmomentverlauf über eine Auswerteeinheit analysiert und ausgewertet werden, die zeitliche Änderung der Messwerte bestimmt und mit einem Abnahmeschwellwert verglichen werden. Beispielsweise kann, insbesondere durch eine Differenzbildung oder eine numerische Ableitung der Drehmomentmesswerte, eine zeitlichen Änderungsrate ermittelt und mit dem Abnahmeschwellwert verglichen werden. Denkbar ist auch, dass bei dem Vergleich überprüft wird, ob sich das gemessene Drehmoment innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne mindestens um einen vorgegebenen Betrag verringert. Der Abnahmeschwellwert kann insbesondere ein relativer Abnahmeschwellwert sein, d.h. bei dem Vergleich wird überprüft, ob das gemessene Drehmoment mindestens um einen vorgegebenen prozentualen Anteil abgefallen ist. Bei einer Überschreitung des Abnahmeschwellwerts wird ein Warnsignal ausgelöst, das insbesondere an eine externe Datenverarbeitungseinheit, wie beispielsweise eine Kontroll- und Steuerungseinheit des Spannungswellengetriebes, übertragen werden kann.The wave generator of the voltage wave transmission is formed in particular by a disk with an oval, for example elliptical, shape connected to a drive shaft. The disk preferably has a roller bearing shrunk on its circumference with a thin, elastically deformable race and several rolling elements. The transmission ring can, for example, be designed in the shape of a cup or a cylinder hat, i.e. the transmission ring is formed in particular by a cylindrical wall of a top-shaped or cylinder hat-shaped bushing, which can be made of steel, for example. These are common design options for the transmission ring, with which a pretension of the transmission ring relative to the wave generator can be achieved. In particular, the torque curve over time can be analyzed and evaluated via an evaluation unit, the change in the measured values over time can be determined and compared with a decrease threshold value. For example, a temporal rate of change can be determined and compared with the decrease threshold value, in particular by forming a difference or a numerical derivation of the torque measurement values. It is also conceivable that the comparison checks whether the measured torque decreases by at least a predetermined amount within a predetermined period of time. The decrease threshold value can in particular be a relative decrease threshold value, i.e. the comparison checks whether the measured torque has decreased by at least a predetermined percentage. If the decrease threshold value is exceeded, a warning signal is triggered, which can be transmitted in particular to an external data processing unit, such as a monitoring and control unit of the voltage wave transmission.
Ferner kann bei der Detektion das gemessene Drehmoment mit mindestens einem Drehmomentschwellwert verglichen werden, wobei die zeitliche Abnahme des gemessenen Drehmoments nur dann bestimmt und mit dem Abnahmeschwellwert verglichen wird, wenn eine Überschreitung des Drehmomentschwellwerts erfasst wird. Der Drehmomentschwellwert dient dazu, die während des normalen Betriebs auftretenden Belastungsspitzen von übermäßig hohen Drehmomenten unterscheiden zu können, die eine Eingriffsstörung anzeigen bzw. ankündigen. So muss das Getriebe beispielsweise jeweils während des Start- bzw. Stoppvorgangs die Massenträgheit der an die Ausgangs- bzw. Abtriebsseite gekoppelte Last überwinden, was sich in einem kurzzeitig erhöhten Drehmoment äußert (Start/Stopp-Drehmoment). Tritt eine Behinderung auf der Abtriebsseite auf, beispielsweise wenn ein durch das Getriebe aktuierter Roboterarm an ein Hindernis anstößt, so arbeitet das Getriebe kurzzeitig gegen einen hohen Widerstand an (Anstoßdrehmoment, „impact torque“) bevor der Anstoß registriert wird. Bei sehr hohen Drehmomenten wird schließlich die mechanische Belastbarkeit des Übertragungsrings überschritten, so dass dieser knickt (Knickdrehmoment, Drillknickmoment, Biegedrillknickmoment, „buckling torque“). Zwischen dem Anstoßdrehmoment und dem Knickdrehmoment liegt das Ratschendrehmoment („ratcheting torque“), bei dem typischerweise Eingriffsstörungen ausgelöst werden. Der in dem Verfahren verwendete Drehmomentschwellwert kann beispielsweise dem Anstoßdrehmoment oder dem Ratschendrehmoment entsprechen. Vorzugsweise liegt der Drehmomentschwellwert zwischen dem Anstoßdrehmoment und dem Knickdrehmoment oder zwischen dem Anstoßdrehmoment und dem Ratschendrehmoment. Insbesondere kann der Drehmomentschwellwert individuell auf das Getriebe abgestimmt werden, beispielsweise indem vor der Inbetriebnahme in kontrollierter Weise eine oder mehrere Eingriffsstörungen ausgelöst werden und der Schwellwert in Abhängigkeit von dem bei den Eingriffsstörungen auftretenden Drehmomenten gewählt wird. Denkbar ist auch, zunächst einen Vergleich mit einem ersten Drehmomentschwellwert durchzuführen und im Falle einer Überschreitung einen Vergleich mit einem zweiten Drehmomentschwellwert durchzuführen, der höher als der erste Drehmomentschwellwert ist. Insbesondere kann der erste Drehmomentschwellwert dem Anstoßdrehmoment entsprechen, während der zweite Drehmomentschwellwert dem Ratschendrehmoment entspricht.Furthermore, during detection, the measured torque can be compared with at least one torque threshold value, with the temporal decrease in the measured torque only being determined and compared with the decrease threshold value when an exceedance of the torque threshold value is detected. The torque threshold value is used to be able to distinguish the load peaks that occur during normal operation from excessively high torques that indicate or herald a malfunction. For example, the transmission must control the mass inertia of the output or output side during the starting and stopping process overcome coupled load, which manifests itself in a briefly increased torque (start/stop torque). If an obstruction occurs on the output side, for example if a robot arm actuated by the gearbox hits an obstacle, the gearbox briefly works against a high resistance (impact torque) before the impact is registered. At very high torques, the mechanical load capacity of the transmission ring is ultimately exceeded, so that it buckles (buckling torque, torsional buckling moment, bending-torsional buckling moment, “buckling torque”). Between the starting torque and the buckling torque lies the ratcheting torque, at which engagement faults are typically triggered. The torque threshold value used in the method can correspond, for example, to the kicking torque or the ratcheting torque. Preferably, the torque threshold is between the kicking torque and the buckling torque or between the kicking torque and the ratcheting torque. In particular, the torque threshold value can be individually tailored to the transmission, for example by triggering one or more engagement faults in a controlled manner before commissioning and the threshold value is selected depending on the torque that occurs during the engagement faults. It is also conceivable to first carry out a comparison with a first torque threshold value and, if it is exceeded, to carry out a comparison with a second torque threshold value which is higher than the first torque threshold value. In particular, the first torque threshold value may correspond to the starting torque, while the second torque threshold value corresponds to the ratchet torque.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Detektion wird zu Beginn des Verfahrens ein individueller Drehmomentschwellwert für das Spannungswellengetriebe ermittelt und der Vergleich des gemessenen Drehmoments mittels des individuellen Drehmomentschwellwerts durchgeführt, wobei der individuelle Drehmomentschwellwert insbesondere durch mindestens eine, vorzugsweise mehrere, kontrollierte Auslösungen von Eingriffsstörungen ermittelt wird. Anders ausgedrückt wird das gemessene Drehmoment mit einem individuellen Drehmomentschwellwert verglichen, wobei eine Überschreitung des individuellen Drehmomentschwellwerts erfasst wird und durch die Überschreitung des individuellen Drehmomentschwellwerts eine Erhöhung einer Abtastrate des Drehmomentsensors ausgelöst wird. Der individuelle Drehmomentschwellwert wird durch eine oder mehrere gezielte Experimente festgestellt. Beispielsweise kann dabei der individuelle Schwellwert so bestimmt werden, dass er oberhalb der beim Normalbetrieb auftretenden Drehmomentwerte (z.B. Start/Stopp-Drehmoment) liegt.In a further advantageous embodiment of the detection according to the invention, an individual torque threshold value for the voltage wave transmission is determined at the beginning of the method and the comparison of the measured torque is carried out using the individual torque threshold value, the individual torque threshold value being determined in particular by at least one, preferably several, controlled triggering of engagement faults . In other words, the measured torque is compared with an individual torque threshold value, whereby an exceedance of the individual torque threshold value is detected and an increase in a sampling rate of the torque sensor is triggered by exceeding the individual torque threshold value. The individual torque threshold is determined through one or more targeted experiments. For example, the individual threshold value can be determined so that it is above the torque values that occur during normal operation (e.g. start/stop torque).
Der im erfindungsgemäßen Verfahren zum Detektieren und Quantifizieren ermittelte Winkelversatz zwischen dem Übertragungsring und dem Außenring kann in einem weiteren Verfahrensschritt zur Kompensation der Fehlstellung genutzt werden. Ein Drehgeber kann während der Aufnahme des Drehmomentes die Position des Wellengenerators bestimmen, sodass anhand dieser Position eine Positionszuordnung der Eingriffsstörung möglich ist. Dieser Wert in Kombination mit dem ermittelten Winkelversatz des Außenringes kann an die Auswerteeinheit überführt werden. Aus der ermittelten Position des Drehgebers am Wellengenerator kann die Auswerteeinheit exakt die Drehstellung des Außenrings bestimmen, bei welcher die Eingriffsstörung aufgetreten ist. Die Auswerteeinheit kann mittels des Winkelversatzes den gemessenen Wert des Drehgebers korrigieren, wobei der Winkelversatz, welcher durch das sogenannte „Durchrutschen“ der Zähne am Außenring entsteht, ohne eine Bewegung des Antriebsmoduls durch ein „Reset“ des Drehgebers kompensiert werden kann. Beim „Reset“ des Drehgebers kann der Winkelversatz in die aktuelle Positionsbestimmung durch den Drehgeber einkalkuliert werden, wobei der Winkelversatz entweder zu der aktuellen Position addiert oder von dieser subtrahiert werden kann. Vorteilhafterweise kann durch das „Reset“ des Drehgebers weiterhin eine exakte Positionierung ausgangsseitig stattfinden, wobei die Robustheit des Spannungswellengetriebes erhöht wird. Standzeiten einer Maschine mit eingebautem Spannungswellengetriebe und Ungenauigkeiten in der Drehstellung am Außenring durch Eingriffsstörungen können darüber hinaus minimiert werden.The angular offset between the transmission ring and the outer ring determined in the method according to the invention for detecting and quantifying can be used in a further method step to compensate for the misalignment. A rotary encoder can determine the position of the shaft generator while recording the torque, so that the position of the interference fault can be assigned based on this position. This value in combination with the determined angular offset of the outer ring can be transferred to the evaluation unit. From the determined position of the rotary encoder on the shaft generator, the evaluation unit can determine exactly the rotational position of the outer ring at which the engagement fault occurred. The evaluation unit can correct the measured value of the rotary encoder using the angular offset, whereby the angular offset, which occurs due to the so-called “slipping” of the teeth on the outer ring, can be compensated for by “resetting” the rotary encoder without moving the drive module. When “resetting” the encoder, the angular offset can be taken into account in the current position determination by the encoder, whereby the angular offset can either be added to or subtracted from the current position. Advantageously, exact positioning can continue to take place on the output side by “resetting” the rotary encoder, thereby increasing the robustness of the voltage shaft gear. The downtime of a machine with a built-in tension shaft gear and inaccuracies in the rotational position on the outer ring due to interference can also be minimized.
In einer alternativen Ausführungsform ist der Drehgeber an einer eingangsseitigen Rotorwelle oder direkt an einem eingangsseitigen Antriebsmodul, bevorzugterweise ein Elektromotor, angebracht.In an alternative embodiment, the rotary encoder is attached to an input-side rotor shaft or directly to an input-side drive module, preferably an electric motor.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zeitliche Drehmomentverlauf mittels eines an dem verformbaren Übertragungsring angeordneten Drehmomentsensors erfolgt, der bevorzugt einen oder mehrere Dehnungsmessstreifen aufweist. Die Sensordaten des Drehmomentsensors können hierbei die Daten für den Drehmomentverlauf bereitstellen. Mehrere Drehmomentsensoren erzeugen hierbei ein zuverlässigeres System, wobei bevorzugt Drehmomentsensoren mit einer hohen Messgenauigkeit verwendet werden. Der Drehmomentsensor kann beispielsweise am Übertragungsring angebracht oder in den Übertragungsring integriert sein. Insbesondere kann der Übertragungsring eine dehnungsempfindliche Struktur oder Beschichtung aufweisen, mit dem sich das anliegende Drehmoment über die dadurch verursachte Torsion des Übertragungsrings messen lässt. Es ist ferner denkbar, dass ein Kompensations-Dehnungsmessstreifen verwendet werden kann, wobei dieser zur Kompensation von Temperaturschwankungen dienen kann. Bei einem hochdynamischen Betrieb können die Temperaturen innerhalb des Spannungswellengetriebes ansteigen, welches den Drehmomentverlauf verfälschen könnte. Ein Kompensations-Dehnungsmessstreifen kann innerhalb des Spannungswellengetriebes angeordnet sein, wobei dieser keine mechanischen Spannung erfährt, aber jedoch die gleichen Temperaturen erfährt. Hierdurch wird es der Auswerteeinheit möglich, die Verfälschung durch die Temperaturschwankung zu egalisieren.According to a preferred embodiment, it is provided that the torque curve over time takes place by means of a torque sensor arranged on the deformable transmission ring, which preferably has one or more strain gauges. The sensor data from the torque sensor can provide the data for the torque curve. Multiple torque sensors create a more reliable system, with preference being given to using torque sensors with high measurement accuracy. The torque sensor can, for example, be attached to the transmission ring or integrated into the transmission ring. In particular, the transmission ring can have an expansion have a sensitive structure or coating with which the applied torque can be measured via the resulting torsion of the transmission ring. It is also conceivable that a compensation strain gauge can be used, which can serve to compensate for temperature fluctuations. During highly dynamic operation, the temperatures within the voltage shaft transmission can rise, which could distort the torque curve. A compensation strain gauge can be arranged within the tension shaft gear, which does not experience any mechanical stress but does experience the same temperatures. This makes it possible for the evaluation unit to equalize the distortion caused by the temperature fluctuation.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Messen des zeitlichen Drehmomentverlaufs das Messen einer Drehrichtung des Wellengenerators und/oder eines Betrags des Drehmoments umfasst. Über die vorhandene Sensorik kann die Drehrichtung des Wellengenerators bestimmt werden, wobei die Drehrichtung bei der Ausgabe des Drehwinkels des Außenrings von besonderer Relevanz ist. Aus der ermittelten Drehrichtung des Wellengenerators und der Übersetzung kann die Drehrichtung des Außenrings ermittelt werden, wobei diese zur Nutzung des ermittelten Drehwinkels des Außenringes benötigt werden kann. Alternativ kann die Drehrichtung des Wellengenerators direkt übermittelt werden oder ein Drehgeber, beispielsweise aufweisend einen Hall-Sensor, kann die Drehrichtung des Wellengenerators ermitteln.According to a preferred embodiment, it is provided that measuring the torque curve over time includes measuring a direction of rotation of the shaft generator and/or an amount of the torque. The direction of rotation of the wave generator can be determined using the existing sensors, with the direction of rotation being of particular relevance when outputting the angle of rotation of the outer ring. The direction of rotation of the outer ring can be determined from the determined direction of rotation of the shaft generator and the translation, which may be required to use the determined angle of rotation of the outer ring. Alternatively, the direction of rotation of the wave generator can be transmitted directly or a rotary encoder, for example having a Hall sensor, can determine the direction of rotation of the wave generator.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass zum Detektieren der Eingriffsstörung in dem gemessenen Drehmomentverlauf ein Ereignis einer gedämpften Schwingung erkannt wird. Beim Überschreiten des Ratschendrehmoments und beim „durchrutschen“ kann der Drehmomentverlauf der Eingriffsstörung eine gedämpfte Schwingung abbilden. Einerseits kann diese Eingriffsstörung bereits über die Schwellwerte erkannt werden, aber andererseits kann die Eingriffsstörung alternativ anhand der charakteristischen Schwingungsform erkannt werden. Das Moment baut sich hierbei kurzzeitig stark auf oder ab bis das Ratschendrehmoment über- bzw. unterschritten ist. Beim sogenannten „Durchrutschen“ der Zähne fällt zuerst das gemessene Moment ab, bis ein Zahn der Außenverzahnung erneut auf einen Zahn der Innenverzahnung trifft. Die Zähne können beim Durchrutschen aufeinanderprallen, wobei kurzzeitig eine Schwingung entsteht, welche bedingt durch den Eingriff und der Kraftzufuhr des Wellengenerators schnell gedämpft wird. Dies kann den charakteristischen Verlauf der gedämpften Schwingung abbilden.According to a preferred embodiment, it is provided that an event of a damped oscillation is recognized in the measured torque curve in order to detect the engagement disturbance. When the ratchet torque is exceeded and “slips”, the torque curve of the engagement fault can produce a damped oscillation. On the one hand, this intervention disturbance can already be recognized via the threshold values, but on the other hand, the intervention disturbance can alternatively be recognized based on the characteristic vibration shape. The torque increases or decreases briefly until the ratchet torque is exceeded or fallen below. When the teeth “slip,” the measured moment first drops until a tooth on the external toothing hits a tooth on the internal toothing again. The teeth can collide when slipping, causing a brief vibration that is quickly dampened by the engagement and the power supply from the wave generator. This can depict the characteristic course of the damped oscillation.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass zum Ermitteln der Anzahl während der detektierten Eingriffsstörung übersprungener Zähne eine Anzahl an aufeinanderfolgenden gedämpften Schwingungen in dem gemessenen Drehmomentverlauf ermittelt wird. Eine Eingriffsstörung kann mehrere übersprungene Zähne aufweisen, wobei die Anzahl an übersprungenen Zähnen für die Berechnung des Drehwinkels von besonderer Relevanz sind. Um den Drehwinkel des Außenringes exakt bestimmen zu können, kann innerhalb der Eingriffsstörung mit mehreren auftretenden gedämpften Schwingungen die Anzahl an übersprungenen Zähnen ermittelt werden.According to a preferred embodiment, it is provided that in order to determine the number of teeth skipped during the detected engagement disturbance, a number of successive damped oscillations in the measured torque curve is determined. A meshing fault can have several skipped teeth, with the number of skipped teeth being of particular relevance for calculating the angle of rotation. In order to be able to precisely determine the angle of rotation of the outer ring, the number of skipped teeth can be determined within the engagement fault with several damped vibrations occurring.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird während einer Eingriffsstörung überprüft, ob die übersprungenen Zähne nebeneinander angeordnet sind. Eine Eingriffsstörung mit mehreren übersprungenen Zähnen kann nur als solche erachtet werden, wenn die Zähne direkt nebeneinander übersprungenen werden. Sofern ein Zahn zwischen zwei übersprungenen Zähnen nicht übersprungen wird, können diese Ereignisse als zwei unterschiedlichen Eingriffsstörungen verstanden werden.In a particularly preferred embodiment, a check is made during a meshing disruption to see whether the skipped teeth are arranged next to one another. An interference failure with multiple skipped teeth can only be considered as such if the teeth are skipped right next to each other. Unless a tooth is skipped between two skipped teeth, these events can be understood as two different engagement failures.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Drehwinkel berechnet wird als
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass anhand der Drehstellung des Wellengenerators eine Drehstellung des Außenrings ermittelt wird, an welcher die Eingriffsstörung aufgetreten ist, wobei die Drehstellung zusammen mit dem ermittelten Drehmomentwert beim Auftreten der Eingriffsstörung, und optional zusammen mit der Anzahl während der detektierten Eingriffsstörung übersprungener Zähne für einen späteren Vergleich gespeichert wird.. Durch einen solchen Vergleich können defekte Zähne oder stark verschlissene Zähne ermittelt werden.According to a preferred embodiment, it is provided that a rotational position of the outer ring at which the engagement fault occurred is determined based on the rotational position of the shaft generator, the rotational position together with the determined torque value when the engagement fault occurs, and optionally together with the number during the detected engagement fault Skipped teeth are saved for later comparison. Such a comparison can be used to identify defective teeth or severely worn teeth.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der ist vorgesehen, dass überprüft wird, ob ein Drehmoment beim Auftreten der Eingriffsstörung kleiner ist als ein gespeichertes Drehmoment an derselben Drehstellung des Außenrings bei einer vormals detektierten Eingriffsstörung. Die Daten des Drehgebers und weitere Daten können in einer internen Speichereinheit gespeichert werden. Vorteilhafterweise können diese Daten bei wiederholt auftretenden Eingriffsstörungen genutzt werden, wobei die an gleicher Drehstellung auftretenden Eingriffsstörungen miteinander verglichen werden können und ein Indikator für die Lebensdauer und den Verschleiß des Spannungswellengetriebes sein können. Wiederholt auftretende Eingriffsstörung an einer gleichen Drehstellung am Außenring können auf starken lokalen Verschleiß eines Zahnes oder die Beschädigung eines Zahnes hindeuten. So können die Drehmomentverläufe dieser Eingriffsstörungen miteinander verglichen werden, wobei starke Abweichung zwischen den Drehmomentverläufen auf Schädigungen oder starken Verschleiß hinweisen können. Mit steigender Betriebsdauer können mehrere Eingriffsstörungen an derselben Zahnposition auftreten, wobei eine zu einem späteren Zeitpunkt auftretende Eingriffsstörung einen geringeren Drehmomentanstieg, bzw. -abfall oder einen flacheren Gradienten im Drehmomentverlauf aufweisen sollte als eine vorher aufgetretene Eingriffsstörung. Der Vergleich des Drehmoments kann entweder das Ratschendrehmoment bei dem ersten übersprungen Zahn einer Eingriffsstörung betreffen oder das maximale Drehmoment bei dem ersten übersprungen Zahn einer Eingriffsstörung oder das gemittelte Drehmomentwert aus den mehreren gedämpften Schwingungen einer Eingriffsstörung, sofern mehrere Zähne übersprungen werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Betrag der Drehmomente verglichen, sodass die Vorzeichen bei einem Vergleich der Daten nicht von Relevanz sind. Ferner vereinfacht dies den Vergleich und die gezielte Abfrage durch vordefinierte Kriterien bei einem Vergleich.According to a further preferred embodiment, it is provided that a check is made as to whether a torque when the engagement fault occurs is smaller than a stored torque at the same rotational position of the outer ring in the event of a previously detected engagement fault. The encoder data and other data can be stored in one internal storage unit. This data can advantageously be used in the event of repeated engagement faults, whereby the engagement faults occurring at the same rotational position can be compared with one another and can be an indicator of the service life and wear of the tension shaft gear. Repeatedly occurring engagement problems at the same rotational position on the outer ring can indicate severe local wear on a tooth or damage to a tooth. In this way, the torque curves of these interference faults can be compared with each other, whereby strong deviations between the torque curves can indicate damage or heavy wear. As the duration of operation increases, several engagement faults can occur at the same tooth position, whereby a engagement fault that occurs at a later point in time should have a smaller increase or decrease in torque or a flatter gradient in the torque curve than a previously occurring engagement fault. The comparison of the torque can relate either to the ratchet torque at the first skipped tooth of a meshing fault or the maximum torque at the first skipped tooth of a meshing fault or the averaged torque value from the several damped oscillations of a meshing fault if several teeth are skipped. In a particularly preferred embodiment, the magnitude of the torques is compared so that the signs are not relevant when comparing the data. This also simplifies the comparison and targeted query using predefined criteria during a comparison.
Das eingangs genannte Problem wird weiterhin gelöst durch ein Antriebsmodul mit einem Spannungswellengetriebe, das einen eingangsseitigen Wellengenerator, einen ausgangsseitigen, starren Außenring mit einer Innenverzahnung und einen elastisch verformbaren Übertragungsring mit einer Außenverzahnung umfasst, die in Eingriff mit der Innenverzahnung des Außenrings steht, wobei das Antriebsmodul dazu konfiguriert ist folgende Verfahrensschritte auszuführen:
- - Messen eines zeitlichen Drehmomentverlaufs an dem verformbaren Übertragungsring,
- - Detektieren einer Eingriffsstörung anhand des gemessenen Drehmomentverlaufs,
- - Ermitteln einer Anzahl während der detektierten Eingriffsstörung übersprungener Zähne anhand der Messung des Drehmoments und
- - Berechnen eines Winkelversatzes zwischen dem Übertragungsring und dem Außenring, welcher der ermittelten Anzahl an Zähnen entspricht.
- - measuring a torque curve over time on the deformable transmission ring,
- - Detecting a malfunction based on the measured torque curve,
- - Determining a number of teeth skipped during the detected engagement fault based on the measurement of the torque and
- - Calculating an angular offset between the transmission ring and the outer ring, which corresponds to the determined number of teeth.
Durch das erfindungsgemäße Antriebsmodul können dieselben Vorteile erreicht werden, die zuvor iim Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben worden sind. The drive module according to the invention can achieve the same advantages that were previously described in connection with the method according to the invention.
Die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Merkmale können - allein oder in Kombination - gleichfalls bei dem erfindungsgemäßen Antriebsmodul Anwendung finden.The advantageous configurations and features described in connection with the method can also be used - alone or in combination - in the drive module according to the invention.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierin zeigt:
-
1 ein Ausführungsbeispiel eines Roboters in einer schematischen Darstellung; -
2 eine schematische Schnittansicht eines Spannungswellengetriebes, sowie einen im Betriebsfall intakten Zahneingriff; -
3 eine schematische Eingriffsstörung, sowie eine Verformung eines Übertragungsringes zur Messung eines Drehmoments; -
4 eine Schnittansicht eines Spannungswellengetriebes eingangsseitig; -
5 eine Schnittansicht eines Spannungswellengetriebes ausgangsseitig; -
6 ein Drehmomentverlauf über die Zeit mit einer Eingriffsstörung; -
7 ein schematisches Sensorsystem und -
8 ein schematisches Flussdiagramm zum Erkennen, Quantifizieren und Kompensieren einer Eingriffsstörung.
-
1 an exemplary embodiment of a robot in a schematic representation; -
2 a schematic sectional view of a tension shaft gear, as well as a tooth mesh that is intact during operation; -
3 a schematic engagement fault and a deformation of a transmission ring for measuring a torque; -
4 a sectional view of a voltage shaft transmission on the input side; -
5 a sectional view of a voltage shaft transmission on the output side; -
6 a torque curve over time with a meshing failure; -
7 a schematic sensor system and -
8th a schematic flow diagram for detecting, quantifying and compensating for an intervention failure.
In der
Als Folge eines übermäßig hohen Drehmoments kann der Eingriff zwischen den Verzahnungen 1, 2 vorübergehend verloren gehen, so dass ein Zahn des Übertragungsrings 12 mehrere Zähne des Außenrings 11, während einer sogenannten Eingriffsstörung 62, überspringen kann (angedeutet durch den Pfeil 62). Während im Normalbetrieb durch die Verzahnung zwischen den Ringen 11, 12 eine strenge Beziehung zwischen den jeweiligen Drehwinkeln aufrechterhalten wird, kommt es bei einer solchen Eingriffsstörung zu einer unkontrollierten Relativdrehung und einem dadurch hervorgerufenen Winkelversatz 64 (siehe
In
In der
Der Wellengenerator 13 des Spannungswellengetriebes 10 ist mit dem Elektromotor 20 gekoppelt, hier mit der Rotorwelle 21 des Elektromotors 20. Der Elektromotor 20 kann als Axialflussmaschine oder als Radialflussmaschine ausgestaltet sein.The
Die Rotorwelle 21 und damit auch der Wellengenerator 13 sind ferner mit der Bremseinrichtung 30 gekoppelt, mittels welcher die Rotorwelle 21 verzögert und/oder festgelegt werden kann. Die Rotorwelle 21 ist zudem mit einem Positionssensor 50 gekoppelt, über welchen eine Position, hier eine Winkelstellung der Rotorwelle 21 ermittelt werden kann. Der Positionssensor 50 ist bevorzugt als optischer oder magnetischer Drehgeber bzw. Drehwinkelgeber ausgestaltet. Aus der Kombination aus dem Drehmomentsensor 15 und dem Positionssensor 50 kann der Betrag des Drehmomentes zwischen den Ringen 11, 12 und die Drehrichtung des Wellengenerators erfasst werden.The
In
Die Notwendigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens wird deutlich durch den in
Basierend auf dem gemessenen Drehmomentverlauf 60 und den bereits erläuterten Kriterien zur Erkennung einer Eingriffsstörung 62 wird aus den durch die übersprungenen Zähne erzeugten gedämpften Schwingungen 62' eine Eingriffsstörung 62 detektiert. Die Eingriffsstörung 62 kann dabei eine oder mehrere gedämpfte Schwingungen 62' aufweisen, wobei aus diesen wiederum die Anzahl an übersprungenen Zähnen ermittelt wird. Diese Anzahl wird bei der Berechnung des Winkelversatzes des Außenringes 11 relativ zum Übertragungsring 12 benötigt, welcher dem Winkelversatz 64 zwischen Eingang und Ausgang des Spannungswellengetriebes entspricht. Die Anzahl an übersprungenen Zähnen wird in der Auswerteeinheit 41 bestimmt und mit der Formel
Die interne Speichereinheit 304, innerhalb der Auswerteeinheit 41, speichert die Drehstellung bei der eine Eingriffsstörung 62 aufgetreten ist zusammen mit dem ermittelten Drehmomentwert beim Auftreten der Eingriffsstörung 62, und optional die Anzahl, während der detektierten Eingriffsstörung 62, übersprungener Zähne. Die interne Speichereinheit 304 kann im Mikroprozessor 303 umfasst sein. Die Auswerteeinheit 40 kann ferner zwei oder mehrere Analog/Digital-Wandler 302, sowie Filter und Verstärker 301 aufweisen, wobei die Anzahl dieser Elemente abhängig von der Anzahl an Eingangsgrößen sein kann. So wäre es beispielsweise denkbar, dass der Positionssensor 50 und der Drehmomentsensor 15 jeweils ein eigenen Signalwandler 302 und einen Filter und Verstärker 301 innerhalb der Auswerteeinheit 41 aufweisen. Darüber hinaus könnte eine bevorzugte Ausgestaltungsform weitere physikalische Größen als Eingangsgrößen aufweisen, wobei diese besonders zum Vergleich der Drehmomentverläufe 60 während der Eingriffsstörungen 62 genutzt werden. Beispielsweise könnte das System 300 ein Temperatursensor und einen Drucksensor aufweisen. Die Temperatur ist insbesondere für die Betrachtung des Drehmomentverlaufs 60 relevant, da die bevorzugt genutzten Dehnungsmesstreifen (als Drehmomentsensor 15) sehr temperaturanfällig sind. Der Einfluss der Temperatur könnte dabei bei der Vergleichbarkeit der Daten ein erheblicher Faktor sein. Der durch den Mikroprozessor 303 berechnete Drehwinkel des Außenringes wird in der Ausführungsform aus
Eine Aufgabe der in
Anhand des Ablaufdiagramms in
Sofern diese Verfahrensschritte durchlaufen wurden, wird durch die erste Abfrage 404 festgestellt, inwiefern an der gleichen Position am Außenring 11 bereits vormals eine Eingriffsstörung 62 aufgetreten ist. Bei einer negativen ersten Abfrage 405' springt das Verfahren zum vierten Verfahrensschritt 408 und gibt den errechneten Drehwinkel an den Elektromotor 20 weiter und/oder führt ein „Reset“ des Positionssensors 50 durch. Bei einer positiven ersten Abfrage 405 wird zu einer zweiten Abfrage 406 fortgeschritten. In der zweiten Abfrage 406 wird festgestellt ob das Ratschendrehmoment in der jetzigen Eingriffsstörung 62 sich gegenüber dem Ratschendrehmoment der vorherigen Eingriffsstörung 62 an der gleichen Position verringert hat, wobei in dieser Ausführungsform der Betrag des Drehmomentverlaufs 60 genutzt wird. Alternative wären auch die Betrachtung der Maxima der ersten gedämpften Schwingung 62' einer Eingriffsstörung oder die Betrachtung eines Mittelwertes aus einer Pluralität von gedämpften Schwingungen innerhalb einer Eingriffsstörung 62 möglich. Dieser Vergleich der Ratschendrehmomente von Eingriffsstörungen 62 die an gleichen Positionen aufgetreten sind, wird über die interne Speichereinheit 304 gestützt. Der Vergleich dieser Ratschendrehmomente ermöglicht es der Auswerteeinheit 41 den Verschleiß des Spannungswellengetriebes 10 und die potentielle Lebensdauer einzuschätzen. Ferner kann über diesen Vergleich ein Schaden an den Zähnen im Spannungswellengetriebe 10 festgestellt werden. Es wäre denkbar, dass die Auswerteeinheit 41 auf Basis des Vergleichs der Drehmomente dem Nutzer eine Einschätzung über den Zustand, den Verschleiß und/oder der geschätzten restlichen Lebensdauer des Spannungswellengetriebes 10 ausgibt.If these procedural steps have been completed, the
Bei einer negativen zweiten Abfrage 407' kann von einem Schadensfall im Spannungswellengetriebe 10 ausgegangen werden, sodass zu einem alternativen vierten Verfahrensschritt 409 fortgeschritten wird. In diesem 409 wird eine Fehlermeldung für den Nutzer angezeigt. Weiterhin ist es denkbar mehrere Stufen einzubauen, sodass ein System 300 bei einem geringen Anstieg des Ratschendrehmomentes bei einer späteren Eingriffsstörung 62 gegenüber der vorherigen Eingriffsstörung 62 an einer gleichen Position von einem kleinen Schadensfall ausgehen könnte und lediglich eine Fehlermeldung ausgibt. Auf der anderen Seite, wenn das Ratschendrehmoment erheblich ansteigt, kann das System 300 in ein Notaus gesteuert werden, sodass keine weitere Schädigung innerhalb des Spannungswellengetriebes 10 entstehen kann.If the second query 407' is negative, it can be assumed that there is damage in the
Bei einer positiven zweiten Abfrage 407 wird zum vierten Verfahrensschritt 408 fortgeschritten und wie bereits erläutert fortgefahren. Alternativ könnte in einer bevorzugten Ausführungsform trotz einer positiven zweiten Abfrage 407 eine Fehlermeldung ausgegeben werden, wenn das Ratschendrehmoment erheblich geringer ist als das vorherige Ratschendrehmoment. Hierfür würde dann eine dritte Abfrage benötigt, welche den genauen Abfall bzw. Anstieg des Ratschendrehmomentes einordnen kann. Ein starker Abfall könnte auch auf einen Schadensfall bzw. auf einen erheblichen Verschleiß an den Zähnen des Spannungswellengetriebes 10 hinweisen. If the
Bezugszeichenliste:List of reference symbols:
- 11
- InnenverzahnungInternal gearing
- 22
- AußenverzahnungExternal gearing
- 33
- Bewegung eines Zahnes der AußenverzahnungMovement of a tooth in the external toothing
- 44
- AusschnittDetail
- 1010
- SpannungswellengetriebeTension wave gear
- 1111
- AußenringOuter ring
- 1212
- Übertragungsringtransmission ring
- 1313
- WellengeneratorWave generator
- 1414
- Wälzkörperrolling elements
- 1515
- DrehmomentsensorTorque sensor
- 2020
- ElektromotorElectric motor
- 2121
- RotorwelleRotor shaft
- 3030
- BremseinrichtungBraking device
- 3434
- Bezugspunktreference point
- 36,37, 3836,37, 38
- VerfomrungslinienDeformation lines
- 4040
- ElektrikeinheitElectrical unit
- 4141
- AuswerteeinheitEvaluation unit
- 5050
- PositionssensorPosition sensor
- 6060
- DrehmomentverlaufTorque curve
- 6161
- RatschendrehmomentRatchet torque
- 6262
- EingriffsstörungIntervention interference
- 62'62'
- gedämpfte Schwingungdampened vibration
- 6363
- Winkelversatz in Abhängigkeit eines übersprungenen ZahnesAngular offset depending on a skipped tooth
- 6464
- Winkelversatz durch eine EingriffsstörungAngular misalignment due to an engagement fault
- 100100
- AntriebsmodulDrive module
- 200200
- Roboterrobot
- 201201
- Armsegmentarm segment
- 300300
- SensorsystemSensor system
- 301301
- Filter und VerstärkerFilters and amplifiers
- 302302
- Analog/Digital-WandlerAnalog/digital converter
- 303303
- Mikroprozessormicroprocessor
- 304304
- interne Speichereinheitinternal storage unit
- 400400
- Verfahren zur Kompensation eines WinkelversatzesMethod for compensating an angular misalignment
- 401401
- erster Verfahrensschrittfirst step of the process
- 402402
- zweiter Verfahrensschrittsecond procedural step
- 403403
- dritter Verfahrensschrittthird step of the process
- 404404
- erste Abfragefirst query
- 405405
- ositive erste Abfragepositive first query
- 405'405'
- negative erste Abfragenegative first query
- 406406
- zweite Abfragesecond query
- 407407
- positive zweite Abfragepositive second query
- 407'407'
- negative zweite Abfragenegative second query
- 408408
- vierter Verfahrensschrittfourth step of the process
- 409409
- alternativer vierter Verfahrensschrittalternative fourth process step
Claims (10)
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112004002907B4 (en) | 2004-06-21 | 2016-02-18 | Harmonic Drive Systems Inc. | Wave gear drive with tooth profile that meshes with negative bend |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5906589B2 (en) * | 2011-06-01 | 2016-04-20 | 日産自動車株式会社 | Fault diagnosis device for internal combustion engine |
JP6164948B2 (en) * | 2013-06-20 | 2017-07-19 | キヤノン株式会社 | Robot apparatus and component manufacturing method |
JP6659730B2 (en) * | 2015-05-21 | 2020-03-04 | カスタニエンバウム ジーエムビーエイチ | Method and apparatus for open loop / closed loop control of an actuator driven robot joint |
WO2017006441A1 (en) * | 2015-07-07 | 2017-01-12 | 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ | Rotation transmission mechanism provided with strain-wave gearing |
JP6858353B2 (en) * | 2018-03-08 | 2021-04-14 | オムロン株式会社 | Robot control device, abnormality diagnosis method, and abnormality diagnosis program |
JP7394551B2 (en) | 2019-07-11 | 2023-12-08 | アズビル株式会社 | Failure determination device and failure determination method |
-
2022
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-
2023
- 2023-09-27 WO PCT/DE2023/100720 patent/WO2024088465A1/en unknown
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112004002907B4 (en) | 2004-06-21 | 2016-02-18 | Harmonic Drive Systems Inc. | Wave gear drive with tooth profile that meshes with negative bend |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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WO2024088465A1 (en) | 2024-05-02 |
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