CN109073421B - 装置及用于装置的供给线路、传感器线路和扭曲测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装置(2)。该装置具有两个机器部分(4、6)，这两个机器部分能够相对彼此运动并且这两个机器部分借助于供给线路(8)彼此连接，其中，沿供给线路(8)安装有用于测量供给线路(8)的扭曲的传感器线路，并且其中，传感器线路(10)联接至测量单元(11)，测量单元被构造成用于测量传感器线路(10)的电参数(P)，其中，借助于参数(P)来确定扭曲。此外，本发明还涉及相应的供给线路(8)、传感器线路(10)以及用于扭曲测量的方法。

Description

装置及用于装置的供给线路、传感器线路和扭曲测量方法

技术领域

本发明涉及一种装置、用于这种装置的供给线路以及传感器线路和用于测量供给线路的扭曲的方法。

背景技术

供给线路用于连接两个机器部分并在这两个机器部分之间传输能量、信号和/或工作介质。这两个机器部分往往能彼此相对运动，从而供给线路尤其承受反复出现的机械负荷，尤其是扭曲负荷，然而例如也承受弯曲负荷。在这种供给线路的灵活性方面的特别高的要求出现于机器人领域，例如制造时的机器人臂。在自动化领域，供给线路也常常潜在地承受很重负荷。

总的来说关键是，供给线路受结构设计限制仅容忍一定程度的变形，尤其是扭曲，在过度负荷情况下存在功能失灵的危险。原则上，供给线路可以通过刚性的引导型廓或运动受限的机械机构强制引导，即，仅仅沿预定路径引导并且将运动限制到确定的固定点，例如转动点上。在此固定点处可以利用传统的传感器测量扭曲负荷。供给线路的时常有规律的位置改变和反复的变形在前述应用领域中是特别复杂的并且往往要求较高程度的可变性。然而，在非强制引导的供给线路中对扭曲负荷的测量是无法利用传统传感器实现的。

发明内容

基于此背景本发明任务在于：在这种承受负荷的，尤其是非强制引导的供给线路中可以实现可靠的监控或扭曲测量。为此，应当提供一种具有如下供给线路的装置，其扭曲能以尽可能简单且灵活的方式测量并且以这样的方式被测量。在这里，供给线路自身应当能尽可能自由运动。另外，扭曲测量尤其是恰好不是仅点式地实现，而是在考虑整个供给线路的情况下实现。另外，应当说明相应的供给线路以及传感器线路和测量供给线路的扭曲的方法。

根据本发明，该任务通过具有本发明特征的装置解决。此外，该任务还通过具有本发明特征的供给线路解决，通过具有本发明特征的传感器线路解决以及通过具有本发明特征的方法解决。在此，结合装置的实施方案按意义也适用于供给线路、传感器线路和方法，反之亦然。

装置通常具有两个机器部分，这两个机器部分能够相对彼此运动并且借助于供给线路彼此连接。供给线路自身通常具有一定数量的，即一个或多个供给支线，通过它们给两个机器部分中的一个机器部分供电。除了供给支线之外，供给线路还具有传感器线路，其用于测量供给线路的扭曲，即，用于测量供给轴线绕其(中间)纵轴线的扭转。在这里，传感器线路联接至测量单元，该测量单元以如下方式构造，使得测量到传感器线路的电参数并且利用参数至少推断扭曲。根据参数的测量值因而推导出针对当前的扭曲负荷的特征参量，因而至少间接确定扭曲。在此，尤其是沿着在两个机器部分之间供给线路的整个长度确定供给线路的扭曲。

本发明尤其基于如下研究，即，扭曲测量按照传统方式由于扭曲传感器的安装仅点式地实现。供给线路例如必须是强制引导的，以便仅按确定方式承受负荷，从而可以实现在确定的固定点测量扭曲。备选地，必须沿供给线路分布地相应布置许多传感器，由此，该测量在结构方面是成本特别高的。与此相对已知的是，具有适当结构的导体的电特性在运动和/或变形时以能测量的方式变化，从而相应的导体能有利地用作为传感器线路。本发明的重要优点因而尤其在于，取消专门的扭曲传感器，取而代之地将适当的传感器线路用作扭曲传感器。也就是说，传感器线路不是通向传感器的馈送线路，而是自身就是传感器，更准确地说是扭曲传感器。扭曲因而利用传感器线路不是点式地检测而是在按典型方式数十毫米直至数几米的较大的纵向区段之上，尤其是在传感器线路的整个长度之上检测。

对于确定扭曲重要的是，测量传感器线路的电参数。该参数的特征是，其依赖于传感器线路的扭曲地变化。因为传感器线路与供给线路机械耦联，所以由供给线路的扭曲也得到传感器线路的优选相同的扭曲。传感器线路又具有确定的传输特性，这些传输特性由参数表征。因而参数的变化尤其对应传感器线路的传输特性的变化，即，通过测量参数实现测量传输特性。因而按照适当方式，为了测量参数而将电测试信号施加至传感器线路或者馈入其内，并根据测试信号的变化确定传输特性。为此，将传感器线路联接至测量单元，测量单元提供适当的测试信号，并且尤其测量其变化。测量单元测量参数并且优选也评估该测量，例如通过与先前测量到的参数值进行比较。利用测量参数，测量单元最终确定传感器线路的扭曲，因而也确定供给线路的扭曲。

供给线路扭曲负荷的测量原理因而一般基于的是，通过将传感器线路集成到供给线路中使得传感器线路也承受扭曲负荷，其导致传感器线路结构的机械变化，由此，针对通过传感器线路传送的(传感器)信号的传输特性发生变化，并且因而导致信号的表征的变化。依据信号的这种表征的变化，利用测量单元推断出扭曲负荷。

传感器线路优选是机械稳固的，以便多次测量扭曲，尤其是不应当被超过的临界扭曲。“机械稳固”尤其理解为，传感器线路在承受扭曲负荷时不折断。传感器线路不是被设计成牺牲线路，而是机械稳固的传感器线路。重要优点尤其是，传感器线路不必设计成供给线路的在确定程度的负荷情况下碎裂并由此指示出确定的扭曲负荷的最弱环节。相反，传感器线路能有利地多次使用，以便多次识别确定的临界扭曲负荷。

传感器线路沿供给线路布置并且与其连接，从而传感器线路承受与供给线路相同的或至少类似的负荷。通过测量电参数，即，传感器线路的其中一个电特性，以特别简单的方式测量传感器线路自身的变形以及利用其也测量供给线路的变形。在此，在测量时由原理决定地考虑整个传感器线路的走向以及相应考虑供给线路的纵向延伸和尤其是连贯的区段。传感器线路优选沿整个供给线路延伸，从而整体测量到其扭曲。备选地，然而仅区段式测量扭曲，为此传感器线路仅区段式沿供给线路接驳。

传感器线路是供给线路的一部分并且与其机械连接。其与供给线路的各个供给支线尤其形成复合件，其优选由共同的外护套围绕。

利用传感器线路尤其可以对在供给线路的每延米上供给线路绕其纵轴线扭转较大的一整圈直至在每米上20转的范围内的扭曲进行测量。然而原则上，利用在此所述的传感器线路能测量更少圈或更多圈。在此，测量范围尤其通过传感器线路的具体的设计和尺寸规格来确定。因而通过传感器线路的相应的调整可以实现扭曲测量最佳匹配于现有应用。

供给线路首先用于在两个机器部分之间传输能量、信号和/或工作介质。供给线路的各个供给支线因而可选地且以任意的依赖于应用的组合是用于机器部分的功率供应的电流线缆、数据线缆、软管，用于给机器部分提供液压液、运行介质或润滑剂、气体或压缩空气的例如液压或气动软管。此外，混合线缆、线缆束也可以用作为供给支线。供给支线通常尤其在机器人领域中由软管围绕并且构成软管组。机器部分不必强制性地还彼此连接，而是例如可以通过铰接部彼此连接。机器部分例如是机器人的两个部分，例如底部和能相对彼此运动的机械手。在此，供给线路给机械手例如输送能量和控制信号。在一个变型方案中，这两个机器部分是车辆和尤其是充电站，并且供给线路是用于将电能传输至车辆的能量存储器的充电线路。

通常这两个机器部分能以如下方式相对彼此运动，使得实现或者至少可以实现扭曲，也就是供给线路的扭转。尤其在在线监控范围内连续地或以有规律的时间间隔测量扭曲。基于和依赖于测量到的扭曲，在供给线路超过预定限制地扭转时例如输出报警信号。备选或附加地，将测量到的扭曲用于磨损预测，也就是，定期测量扭曲并且尤其是将其存储在测量单元的存储器内，以便监控实际的使用情况，进而监控供给线路的磨损。

按照适当方式测量单元具有适当的评估电路，以便从测量到的电容出发获知扭曲。不仅模拟方式而且数字方式都适用于此。测量到的电容例如通过表格换算成以度或圈/米为单位的供给线路扭曲或者直接用作为扭曲的数值。

在一个优选实施方案中，传感器线路具有两根导体，它们构成导体对。参数在此是导体对的电容。尤其是基于如下认识，即，两根导体形成具有如下电容的电容器，该电容依赖于两根导体之间的间距。在导体对扭曲时，其相应扭转并且导体间距发生改变，尤其是这些导体彼此靠得更近。通过测量依赖于扭曲的电容，可以简单方式确定传感器线路的扭曲以及因而供给线路的扭曲。在此，导体不必强制设计成绞合导体，而是按照适当方式设计成实心单丝，其独特的传输特性不受扭曲的影响。相反，测量导体对本身的传输特性以及电参数。

这两根导体通常形成传感器信号的传输对。通常，导体分别由绝缘护套围绕并例如分别构造出芯线。在尽可能不受干扰的传输传感器信号方面，传输对适当地相对彼此布置。传输对通常可以构造成捻合的或非捻合的对并且具有或不具有对屏蔽件。

在应用两根平行的导体情况下，电容由原理引起地在两个扭曲方向上同样地变化。在一个有利变型方案中，因而为了确定扭曲的方向在制造时使导体对扭绞，从而可以实现旋钮以及因而加大间距。视扭曲方向而定，于是加大或缩小间距。

测量单元为了测量电容按照适当方式构造成电容测量单元。测量单元例如通过双极的联接端提供交流电压作为测试信号，该交流电压施加于导体对。通过测量导体对的应答行为确定电容。扭曲的确定例如又通过利用所保存的表格的配属来实现。尤其是频率在0至100kHz的信号适用作为测试信号。

为了尤其是可以实现在扭曲时传感器线路的适当变形和导体的间距改变，在一个优选实施方案中，在两根导体之间布置有柔软的材料，其在线缆扭曲情况下被压缩或扩宽。在此尤其是发泡的塑料适用作为所述材料。传感器线路例如具有异型部或异型元件，导体嵌入其内，其中，异型元件具有芯元件，其布置在两根导体之间。至少芯元件由柔软的材料制成。异型部例如大约呈H形或双V形。

在一个适当实施方案中，软性材料具有在10至30范围内的肖氏A硬度。然而具体而言，最佳硬度依赖于传感器线路的尺寸。例如由PUR构成的柔韧的泡沫是适当的。在任意情况下，材料优选以如下方式选择，即，由扭曲造成的几何形状变化是可逆的。这种材料足够柔软，以便确保在扭曲时导体彼此间的适当的间距变化。

按照适当方式，两根导体共同被嵌入由绝缘材料构成的异型部并且借助于异型部彼此间隔开。绝缘材料尤其同时形成两根导体共同的周向护套或线路护套。塑料，例如PE、PP、PVC或PA尤其适用作为材料。上述由柔软的材料构成的连接片按照适当方式由异型部构造，尤其是异型部的的组成部分。

在一个有利实施方案中，两根导体分别构造成同轴导体，即，单独地设有电介体和屏蔽件。由此限定传输特性并有效屏蔽环境带来的干扰影响。

为了尤其是保护导体以防整体受环境影响，特别是以防电干扰，在一个适当实施方案中，两根导体由共同的屏蔽件围绕。由此，传感器线路的导体有利地也在具有供给线路的整个复合件中相对于供给线路的其他导体被屏蔽。

针对传感器线路的实施方案，通常(在考虑期望地评估扭曲负荷的前述要求情况下)可以参考在数据线路中常见的实施方案。传感器线路也可以整合到(数据)线路复合件，例如(四线)扭绞复合件中。此外，也存在考虑将传感器线路用于附加的数据传输和/或供电电压传输或电功率传输的可能性。在后一种情况下，例如调制传感器信号。

附图说明

以下结合附图进一步阐述本发明的实施例。图中相应示意性示出：

图1示出具有供给线路和传感器线路的装置；以及

图2示出传感器线路。

具体实施方案

图1中示出装置2，在此它是机器人。该装置2具有两个机器部分4、6，在这里是底部4和机械手6。机器部分4、6利用供给线路8彼此连接。供给线路为了传输能量、数据、信号和/或工作介质通常具有多个类型尤其是不同类型的此处未进一步示出的呈电线路、液压线路或气动线路等形式的供给支线。图1中，利用供给线路8例如将控制信号从底部4传输至机械手6。在未示出的变型方案中，两个机器部分4、6例如是车辆和充电站，并且供给线路8是用于给车辆的能量储存器充电的充电线缆。

机器部分4、6能相对彼此运动并且供给线路8相应也应当能以尽可能灵活的方式运动。由此，在某些情况下得到供给线路8的复杂的机械负荷，尤其是扭曲，即，扭转。供给线路8的扭曲利用传感器线路10确定，该传感器线路是供给线路8的一部分并且由此与供给支线机械耦联。传感器线路10在供给线路8扭曲情况下相应同样扭转。传感器线路10优选连同其他供给支线一起由供给线路8的共同外护套围绕，或者备选地在外部安装在这种外护套上或供给支线上。

传感器线路10自身充当传感器，即，扭曲传感器，从而在两个机器部分4、6之间不仅可以点式地确定扭曲而且也可以沿整个供给线路8确定扭曲。传感器线路10具有依赖于传感器线路10的扭曲的传输特性。这些传输特性通过利用测量单元11测量到的至少一个电参数表征。为此，利用测量单元11将测量信号馈入传感器线路10，并且尤其是对基于变化的传输特性引起的测试信号的变化进行研究。

传感器线路10的一个实施例在图2中以垂直于传感器线路10的纵向的横截面示出。传感器线路具有两根导体12，利用它们实现测量扭曲。这两根导体12彼此以间距A间隔开。在传感器线路10扭曲时，这两个导体12相对扭转并且间距A发生变化。基于平行的两根导体12，间距A变小。在一种变型方案中，这两根导体12在初始位置已经彼此扭绞，从而在一个方向上的扭曲促使间距变小，而在另一方向上的扭曲促使间距变大。这两根导体12嵌入异型部14，异型部具有芯元件16。芯元件16布置在导体12之间并且预定间距A。为了可以实现改变间距A，芯元件16由柔软且因而能变形的材料制成。由此，芯元件16可以压缩或拉伸的。

扭曲测量涉及这样的认知，即，两根导体12形成具有如下电容的电容器，该电容依赖于间距A以及因而依赖于扭曲。相应地，测量单元11适当地构造成电容测量单元并且测量导体对的电容作为电参数。于是利用测量到的电容确定扭曲。

图2的传感器线路10还具有屏蔽件18，其围绕两根导体12并且从外部屏蔽了干扰影响。围绕屏蔽件18布置有线路护套20。导体12分别由绝缘护套22围绕。在未示出的变型方案中，导体12不是分别由绝缘护套22围绕。在一个同样未示出的变型方案中，两根导体12构造成同轴导体并且替代屏蔽件18或者除了屏蔽件18之外分别具有自己的屏蔽件。

Claims (7)

1.具有两个机器部分和测量单元(11)的装置，所述两个机器部分能相对彼此运动，并且所述两个机器部分借助于供给线路彼此连接，其中，所述供给线路具有用于测量所述供给线路的扭曲的传感器线路，

所述传感器线路具有带有电容的两根导体，所述两根导体形成导体对，所述电容依赖于两根导体之间的间距，

为了实现在扭曲时导体的间距改变，在所述两根导体之间布置有柔软的材料，所述柔软的材料在扭曲时被压缩或扩宽，

为了确定扭曲的方向使导体对扭绞地被制造，于是视扭曲方向加大或缩小所述间距，

并且其中，所述传感器线路联接到测量单元上，所述测量单元被构造成用于测量所述传感器线路的电容并且借助于所述电容推断出供给线路的扭曲。

2.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于，

所述传感器线路以机械稳固的方式构造，用于扭曲的多次测量。

3.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于，

所述柔软的材料具有10至30范围内的肖氏A硬度。

4.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于，

所述两根导体共同嵌入由绝缘材料制成的异型部并且借助于所述异型部彼此间隔开。

5.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于，

所述两根导体分别构造成同轴导体。

6.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于，

所述两根导体由共同的屏蔽件围绕。

7.用于测量根据权利要求1-6中任一项所述的装置的供给线路的扭曲的方法，

测量单元提供电的测试信号，

为了测量电容，电的测试信号施加至传感器线路或者馈入其内，通过测量应答行为确定导体对的电容，

测量单元通过测量电容来确定传感器线路的扭曲并因此确定供给线路的扭曲。

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