CN111867787A - 用于监测机械手的供应系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监测机械手的供应系统的方法，机械手具有机械手臂部(1)和能相对于机械手臂部(1)运动的机械手手部(3)，其中，供应系统具有供应线(7)，特别是软管组件(9)，以及具有用于供应线(7)的引导部(14、30)，并且供应线(7)在机械手臂部(1)上沿机械手臂部(1)被引导，用以供应机械手手部(3)，其中，供应系统此外具有一定数量的用于监测供应系统的至少一个状态变量的传感器(20、22)，其中，根据由传感器(20、22)获知的状态变量的值来推断供应系统的功能性。

Description

用于监测机械手的供应系统的方法

技术领域

本发明涉及一种用于监测机械手的供应系统的方法，所述机械手具有机械手臂部和能相对于机械手臂部运动的机械手手部，其中，所述供应系统具有供应电缆，特别是软管组件，和用于供应电缆的引导部，所述供应电缆在机械手臂部上沿所述机械手臂部引导，用以对机械手手部进行供应。

背景技术

由于机械手臂部和机械手手部之间的相对运动，因此以允许补偿运动的方式引导供应电缆。由于多种运动，在相应的加工循环期间施加不同的机械载荷。

例如，可以在EP 2 956 277 B1中得到用于沿机械手引导软管组件的设备的示例。

除机械载荷外，软管组件还承受其他载荷，例如热载荷，或受到介质影响。由于多样的负载荷，软管组件通常是磨损件，其需要定期更换。

发明内容

以此为出发点，本发明的任务是提高此类软管组件的可靠性及其直至要求更换的工作时间。

根据本发明，此任务通过带有权利要求1的特征的方法实现。优选实施例包含在从属权利要求中。

为了监测机械手的供应系统，在该方法中设有一定数量的用于监测供应系统的至少一个状态变量的传感器。根据由至少一个传感器获知的针对相应的状态参量的值，推断供应系统功能性。同时合乎目的地做出关于剩余使用寿命的结论。

此系统的特别的优点是，通过传感器特别是与剩余使用寿命的预测相结合地主动监测当前状态。因此，不再以固定的维护间隔更换供应线，特别是软管组件。所接受的传感器数据在此被合乎目的地存储并且被提供以时间戳，以便跟踪状态变量的值的演变或软管组件的特性的值的演变，并且将其考虑以进行预估。特别地，例如可以通过与先前的实际值进行比较来获知改变或者获知改变的增加程度。合乎目的地在运行期间连续检测传感器数据。

传感器优选地直接集成在供应线内，特别是集成在包含在供应线内的电缆内。

特别地，传感器在此构造为弯曲传感器，其特别是在补偿运动期间检测软管组件的或供应线的弯曲。

作为集成到线缆内的弯曲传感器，例如使用如下弯曲传感器，例如在2018年3月19日提交的德国专利申请10 2018 204 173.3中所述的或申请人在2018年3月19日提交的德国专利申请10 2018 204 171.7中所述的弯曲传感器。完整地参考这两个德国申请。其公开内容通过引用在此被合并。

因此，线缆本身构造为智能线缆，其用于监测自身状态并且因此监测供应线。

合乎目的地，传感器包括集成在线缆内的线路元件。例如，线路元件在此是在软管组件内被引导的芯线或芯线对。通过合适的馈送单元将传感器信号馈送到此线路元件内，并且通过评估单元评估响应信号。馈送单元和评估单元在此通常布置在线缆的同一侧上。馈送单元例如集成到线缆的插头内或集成到联接于所述插头上的供应单元内。评估单元本身可以集成到馈送单元内，或也可以与馈送单元间隔开地布置。在后一种情况中，响应信号，也称为反射信号，被传输到评估单元。

响应信号优选地由于在“故障位置”上的反射而产生，此故障位置例如由弯曲引起。传感器信号在线路元件内的传播以及传感器信号的部分的反射依赖于线路元件的介电常数，而所述介电常数又受到状态变量的影响。改变的温度、弯曲半径、外部压力影响反射的响应信号，所述响应信号被评估，用以确定状态变量的相应的值。

为了评估响应信号/反射信号份额，例如规定运行时间测量，例如以时域反射法或简称TDR(Time Domain Reflectometry)的形式进行测量。在此，将测量脉冲馈送到传感器芯线内，并且评估反射信号份额的或响应信号的电压走向。

作为TDR测量的替代，优选地使用2017年10月30日提交的在提交时尚未公开的文件编号为PCT/EP 2017/077828的国际申请中所述的测量方法。其公开内容，特别是其权利要求(以及相关的说明)在此明确地包括在本申请中。特别参考权利要求1、2、6、7和12，以及在第5/6和8/9页上的相关陈述。在此，在测量循环期间执行多个单次测量，其中，对于每个单次测量将测量信号从馈送单元馈送到传感器芯线内，其中，在反射信号份额超过预定的电压阈值(在馈送所在之处)时产生停止信号，其中，获知在测量信号的馈送和停止信号之间的运行时间，并且其中，在单次测量之间改变电压阈值。

因此，对于每个单次测量恰好产生一个停止信号。不对反射信号进行进一步的评估。由于在单次测量之间改变的阈值，通过不同的运行时间特别是以方位分辨的方式检测不同的干扰位置，所述干扰位置因此导致在反射时的不同大小的幅值。

通过大量的单次测量，通常针对不同限定的阈值检测反射份额的运行时间(停止信号)。在这方面，此方法可以被视作电压离散的时间测量方法。单次测量的数量在此优选地大于10，更优选地大于20或甚至大于50，并且例如高达100或也包括更多的单次测量。从大量这些单次测量中因此可以获知大量停止信号，这些停止信号以时间上分布的方式布置。与阈值相关的大量停止信号因此近似地描述了馈送的测量信号的和反射份额的实际信号走向。合乎目的地，例如通过数学曲线拟合从这些停止信号中得出馈送的且在导线端部处反射的测量信号的实际信号走向。

优选地，由于本发明的测量原理，一旦发出停止信号则结束相应的单次测量。为了也可靠地检验线路上是否存在多个同类的分别导致带有类似信号幅值的反射份额的干扰位置，在优选的设计方案中在第一单次测量之后预定测量死区时间，在此期间将测量设备几乎停用并且不对停止信号做出反应。特别是在此规定：在进行第一单次测量并且检测到第一停止信号之后进行第二单次测量，其中，优选设定与第一单次测量时相同的阈值。其内未检测到停止信号的测量死区时间在此(略)大于在第一单次测量时检测到的在开始信号和停止信号之间的运行时间。由此防止配属于第一停止信号的反射份额在第二单次测量时被检测。此循环优选重复多次，直至不再有停止信号被检测到。这意味着，测量死区时间将分别与先前单次测量时检测到的(第一、第二、第三等)停止信号的运行时间匹配，即将测量死区时间选择为略微更大，直至针对所设定的阈值不再发出另外的停止信号。

通过合适地设定相应的测量死区时间并结合阈值的变化，合乎目的地测量出信号走向。特别地，由此也检测到信号走向中的下降沿。因此可以检测和评估带有上升沿和下降沿的信号峰值。

用于软管组件的引导部通常具备带有能运动的引导元件的补偿系统。特别地，经常设有其上固定有软管组件的软管箍，并且所述软管箍相对于机械手臂部实施补偿运动。这种引导元件典型地以能抵抗弹力/复位力运动，特别是滑动运动的方式被支承。现在合乎目的地检测软管组件的运动，并将其用于评定供应系统的、特别是软管组件的功能性。

软管组件的加速度、补偿运动的数量和/或补偿运动的大小在此合乎目的地作为状态变量被检测到。优选补充地，与此并行地检测并且考虑当前的各环境条件，例如温度、振动等。因此，所有这些状态变量在运行期间被连续检测，并且包含到功能性的评定中，并且特别是在获知剩余使用寿命时。

合乎目的地在此通过布置在引导部内的外部传感器来检测运动。此传感器可以是用于补偿系统的返回机构上的电传感器、光学传感器、接近传感器或牵拉传感器。

通常，除了集成在线缆内的传感器之外，优选附加地布置有外部传感器。因此，考虑和评估线缆内部的传感器的以及外部传感器的传感器数据，以便推断出供应系统的当前的功能性。

在特别合乎目的的实施方案中，在此根据外部传感器的测量值来检验和验证由集成的传感器获得的测量值。因此，检验由线缆内部的传感器提供的数据是否合理。例如，通过与外部传感器的比对来降低线缆内部的传感器做出的错误诊断。特别地，例如将集成在线缆传感器内的弯曲传感器及其数据与外部传感器的运动数据进行比对并验证此数据是否合理。

为了评估所获得的数据和测量值，在优选的实施方案中将所述数据和测量值与比较系统进行比较，并且根据此比较做出有关功能性的结论。在比较系统之内例如以表格形式存储有经验值，以便可以通过与比较系统进行比较来导出当前的状态信息。

备选地，比较系统是数学模型，其因此反映了真实的系统并且根据可变的状态变量在数学上描述出真实的系统。

比较系统合乎目的地集成在评估单元内，测量数据被传输到此评估单元。此评估单元例如集成在用于机械手的机器控制部中。但也可以备选地将其包含在上级的控制站内或也包含在不属于机械手的运行器的组织单元内。例如，由传感器所包含的数据被传输到软管组件的制造商处，所述制造商以服务的方式监测供应系统的功能性。

在一种合乎目的的实施方案中，在大量的供应系统中检测状态变量，并且将状态变量传输到这些供应系统的上级的、共同的并且因此中央的评估站和评估单元。然后，将收集到的数据用于修改比较系统。以此实现了比较系统的不断优化和改进，以便改进结论准确度。

除了内部传感器和外部传感器之外，为了评定功能性优选也使用并且考虑至少一个另外的外部数据源，例如机械手的机器控制部。也可以例如根据控制命令从该外部数据源导出运动数据，和/或对传感器的测量数据进行可信度检查。

根据独立的另一方面提供了一种用于监测电系统的方法，其中，所述电系统是数据和/或供应系统，其中至少两个部件通过线缆系统相互连接。此电系统又具有一定数量的传感器，通过所述传感器检测电系统的和/或环境的至少一个状态变量并且优选多个状态变量。线缆系统在此具有线缆，所述线缆内集成有传感器，并且在线缆系统之外还设有附加的外部传感器。因而除了评估集成在线缆内的传感器的测量值之外，附加地评估该外部传感器的测量值，以便推断出供应系统当前的功能性。

如上文已结合机械手所解释，内部传感器和外部传感器都被用于检查功能性并且也用于预测剩余使用寿命。在此，外部传感器特别地合适地用于对由内部传感器传递的数据进行确认和可信度检查。

在此通常要求保护的电系统例如是机动车的、特别是利用电牵引马达运行的机动车的(高压)供应系统。电系统在此例如由电池、线缆和功率电子器件/牵引马达组成，其中，电池通过线缆与牵引马达连接。替代地，电系统是货物运输系统，例如在轨道车辆中，但也在货运车辆等中。此外，电系统也可以是用于电动车辆的充电系统，其中，第一部件是充电桩而第二部件是电池。

通常，通过考虑其他外部传感器的信号和信息，改进了基于集成在线缆内的传感器的监测系统的结论质量。

附图说明

本发明的实施例在下文中根据附图详细解释。此附图在简化图示中示出工业机械手的侧视图。

具体实施方式

在图中作为机械手示出铰接臂机械手。铰接臂机械手1例如是多轴工业机械手，特别是六轴工业机械手。铰接臂机械手1具有底座8，也称为摇臂4的第一段，第一段通过第一铰接连接部R1与底座8连接。摇臂4能以围绕水平轴线的方式围绕此第一铰接连接部R1枢转。此外，摇臂4通常能围绕竖直的轴线相对于底座8枢转。摇臂4大致沿竖直方向向上延伸。在第二铰接连接部R2上，通常称为机械手臂部2的第二段以能围绕所谓的“轴线3”摆转运动的方式与摇臂4连接。最后，作为第三段，机械手手部3通过第三铰接连接部R3与第二段2连接。最后，例如焊钳等的加工工具6被安装在机械手手部3上。此类工业机械手1具有总共六个不同的运动自由度。

为了向加工工具6供应电和/或流体和/或数据信号，工业机械手1具有供应线，其在下文中称为供应线路组件7。供应线路组件7在机械手臂部2上沿所述机械手臂部2引导并且从此处与底座8连接。在机械手臂部2的区域内，供应线路组件7以至少一部分在保护软管内的方式被引导。供应线路组件7与保护软管一起在下文中也称为软管组件9。供应线路组件7的分离位置通常布置在第二铰接连接部的区域内，并且软管组件9作为可更换的磨损单元被引导直至此分离位置。

如从图1中可见，在围绕第三铰链轴线R3旋转运动时，将牵引运动施加到软管组件上。在反向运动回到如图所示的起始位置时，必须将软管组件拉回到起始位置中。

为此，在第二铰接连接部R2的区域内将用于引导和收回软管组件9的设备10紧固在机械手臂部2上。在图1中仅以明显简化的方式示出了此情况。紧固夹14属于此设备10，软管组件9特别是以形状锁合的方式(formschlüssig)牢固地保持在所述紧固夹内，使得由所述设备施加的复位力被传递到软管组件9上。特别地，以能(纵向)移动的方式抵抗复位弹簧的弹力地引导紧固夹14。因此，在运行中，紧固夹随软管组件一起运动。

软管组件9在其朝向机械手手部3定向的前端上附加地通过另一紧固夹30被固定。各个线路或供应线路组件7在这些定位处从保护软管伸出。

为了检查供应线路组件的并且特别是软管组件9的功能性，软管组件9具有集成的线路元件20，所述线路元件形成集成的传感器。此线路元件在此沿软管组件的方向延伸。此线路元件专门用于检测软管组件9的弯曲。

此外，还布置有外部传感器22，所述外部传感器专门布置在设备10的区域内，并且特别是检测补偿机构的运动，例如紧固夹4的运动。在此，例如检测拉力、加速度值、速度值、补偿运动的数量等。传感器20的数据和传感器22的数据都被传输到评估单元24并且在此处被评估，以便专门地推断出软管组件的功能性。为此，作为真实系统的映射的比较系统优选包含在评估单元24内。借助于比较系统将从两个传感器20、22获得的测量数据进行比对，并且由此得出当前的状态信息，以及特别是补充地得出关于剩余使用寿命的预测。

在运行期间借助于外部传感器22连续检测相关数据，例如运动数据。这些数据被处理并且被设有时间戳。然后将数据与另外的信息，例如与内部传感器20的信息，或也与另外的外部信息，例如来自机器控制部的信息，进行比较并且将所述数据修正。基于对于来自不同的信息源的不同的信号的关联和分析，特别是与比较系统的比对，给出带有相应的寿命预测的当前的状态数据。

评估单元在此可以集成在机器控制部内，或替代地可以间隔地布置。例如，信号被无线传输。

根据一种实施方案变体，在检测数据时，例如超过临界边界值的临界状态被检测和存储为不允许的状态。

在此所描述的系统的优点是其也适合于对现有系统进行改造。

特别地在全局应用的情况中，在此在使用大量系统时检测并且共同地评估数据，并且在学习应用的意义中将所述数据用于改进评估，特别是改进比较系统。由此可以连续地改进形成了比较系统的例如(数学)模型。也可以考虑来自各个已安装的系统的进一步的错误消息及它们的故障。作为对上级的中央的评估单元的补充，也为每个系统合乎目的地设有其内存储有比较系统的评估单元。所述评估单元可以集中地被更新。

Claims (15)

1.一种用于监测机械手的供应系统的方法，所述机械手具有机械手臂部和能相对于所述机械手臂部运动的机械手手部，其中，所述供应系统具有供应线，特别是软管组件，以及具有用于所述供应线的引导部，并且所述供应线在所述机械手臂部上沿所述机械手臂部被引导，用以供应所述机械手手部，其中，所述供应系统还具有一定数量的用于监测所述供应系统的至少一个状态变量的传感器，其中，根据由所述传感器获知的状态变量的值来推断所述供应系统的功能性。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述供应线具有电缆并且所述传感器集成在所述电缆内。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述传感器构造为弯曲传感器。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述传感器通过所述线缆的线路元件形成，将传感器信号馈送到所述线路元件内并评估响应信号。

5.根据权利要求4所述的方法，

其中，在测量循环期间执行多个单次测量，其中，

-在每个单次测量中将测量信号馈送到所述线路元件内，

-在反射的测量信号份额超过预定的阈值时产生停止信号，并且特别是结束单次测量，

-获知在所述测量信号的馈送和所述停止信号之间的运行时间，并且

-优选在单次测量之间改变所述阈值。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，在第一单次测量时检测到第一停止信号之后优选利用与在所述第一单次测量时相同的阈值来进行第二单次测量，其中，在所述第二单次测量时预定测量死区时间，所述测量死区时间大于在所述第一单次测量时检测到的针对第一停止信号的运行时间，从而在所述第二单次测量时检测不到配属于所述第一停止信号的反射份额。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述引导部具有补偿系统，所述补偿系统与所述供应线连接，其中，检测所述供应线的运动并且将所述供应线的运动用于评定所述供应系统的功能性。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，有选择地或组合地检测所述供应线的加速度、补偿运动的数量或偏转的大小。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，通过布置在所述引导部内或所述引导部上的外部传感器来检测运动。

10.根据权利要求2至8中任一项所述的方法，其中，除了集成在所述线缆内的传感器之外，在所述线缆之外也布置有外部传感器，并且除了评估集成在所述线缆内的传感器的测量值之外，也评估所述外部传感器的测量值，以便推断出所述供应系统的当前的功能性。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，根据所述外部传感器的测量值，将由集成的传感器获得的测量值分类为是正常的或不正常的。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，将所获知的针对状态变量的测量值与比较系统进行比较并由此做出关于功能性的结论。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，检测大量的供应系统的状态变量，将所述状态变量传输到上级的共同的中央评估站处，并且将所述状态变量用于修改所述比较系统。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，为了评定功能性使用并考虑至少一个另外的数据源，例如机械手的机器控制部。

15.一种用于监测电系统，即数据和/或供应系统的方法，其中，至少两个部件通过线缆系统相互连接，其中，所述电系统具有一定数量的传感器，通过所述传感器检测所述电系统或环境的至少一个状态变量并且优选多个状态变量，其中，所述线缆系统具有其内集成有传感器的线缆，并且在所述线缆系统之外设有附加的外部传感器，其中，除了评估集成在所述线缆内的传感器的测量值之外也评估外部传感器的测量值，以便推断出所述供应系统的当前的功能性。

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