DE102008062978B4 - Handhabungsmaschine und Verfahren zu ihrem Betrieb - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Optimierung des Betriebsverhaltens einer mehrgelenkigen Handhabungsmaschine mit einzeln angetriebenen Gelenken zur Handhabung eines Werkzeughalters für umformtechnische Fügeprozesse, insbesondere Clinchen und Stanznieten, sowie thermische Fügeprozesse wie Widerstandspunktschweißen, Widerstandspressschweißen, Handlingprozesse, Prägeprozesse oder Schraub- und Einpressprozesse, wobei vom Werkzeughalter ein Messmittel umfasst ist, dessen Anzahl von Ausgangssignalen der Anzahl von zu betrachtenden Raumebenen entspricht und welche Ausgangssignale abhängig von der räumlichen Lagen des Werkzeughalters im mehrdimensionalen Raum veränderbar sind, wobei während des Betriebes der Handhabungsmaschine auftretende mechanische Schwingungen des Werkzeughalters unter Verwendung der Ausgangssignale zumindest teilweise kompensiert werden, wobei mit dem Messmittel erfasst wird, ob ein vorgegebener Beschleunigungswert bzw. Ruckgrenzwert überschritten wird, und das Messmittel eine Einrichtung bei der Handhabungsmaschine zur Reaktion auf eine Ausnahmesituation aktiviert, wenn eine Überschreitung erkannt wird, um eine schnellere Reaktion auf die Ausnahmesituation als durch eine Zentralsteuerung zu erreichen, die mittels Feldbus angeschlossen ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung des Betriebsverhaltens einer mehrgelenkigen Handhabungsmaschine sowie eine solche Handhabungsmaschine.
• Roboter für Automatisierungszwecke sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise beschreibt die Offenlegungsschrift DE 199 42 738 A1 ein Verfahren und eine Einrichtung bei der zum Verbessern des dynamischen Verhaltens eines Roboters mit einem mehrgliedrigen Arbeitsstrang, dessen mechanisch verbundene Glieder unabhängig voneinander ansteuerbare Antriebe aufweisen. Zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens des Roboters werden Beschleunigungswerte mittels eines Entkopplungsalgorithmus in den Robotergelenken zuordenbare Beschleunigungswerte umgerechnet. Hierzu werden die Beschleunigungswerte mittels an geeigneten Orten angebrachten Beschleunigungssensoren gemessen. Zur Kompensation von abtriebsseitig auftretenden Schwingungen werden über eine Gelenkregelung die Direktantriebe für die Gelenke des Roboters einzeln angesteuert. Zum Durchführen des Verfahrens ist an mindestens einem Glied eines Antriebsstranges des Roboters und/oder an dessen Werkzeugaufnahme abtriebsseitig mindestens ein Beschleunigungssensor angebracht, welchem eine Einheit zum Durchführen einer Entkopplungsrechnung sowie eine Regelungseinheit zum Ansteuern des Antriebs des Stranges nachgeordnet ist.
• Diese Lösung ist sehr Aufwändig, wenn eine Vielzahl von Beschleunigungssensoren am Roboter anzubringen und auszuwerten ist.
• Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Optimierung des Betriebsverhaltens einer mehrgelenkigen Handhabungsmaschine mit einzeln angetriebenen Gelenken, wie beispielsweise einem Roboter, wie in Anspruch 1 beschrieben.
• Die Erfindung geht ebenfalls aus von einer gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Handhabungsmaschine, wie in Anspruch 9 beschrieben. Die Maschine dient zur Handhabung eines Werkzeughalters für umformtechnische Fügeprozesse, insbesondere Clinchen und Stanznieten, sowie thermische Fügeprozesse wie Widerstandspunktschweißen, Widerstandspressschweißen, Handlingprozesse, Prägeprozesse oder Schraub- und Einpressprozesse. Von dem Werkzeughalter ist ein Messmittel umfasst, dessen Anzahl von Ausgangssignalen der Anzahl von zu betrachtenden Raumebenen entspricht und welche Ausgangssignale abhängig von der räumlichen Lage des Werkzeughalters im mehrdimensionalen Raum veränderbar sind.
• Erfindungsgemäß wird die Maschine derart realisiert beziehungsweise das Verfahren derart ausgelegt, dass während des Betriebes der Handhabungsmaschine auftretende mechanischen Schwingungen des Werkzeughalters unter Verwendung der Ausgangssignale des Messmittels zumindest teilweise kompensiert werden. Einerseits kann somit das allgemeine dynamische Verhalten der Maschine verbessert werden und andererseits kann die Anzahl der Sensoren im Vergleich zum Stand der Technik reduziert werden. Es müssen keine weiteren Beschleunigungssensoren an die Robotergelenke bzw. an den Werkzeugflansch des Roboters oder an das Werkzeug selbst angebracht werden. Die Messsignale können mittels des Motorsteckers direkt an eine Robotersteuerung übertragen werden. Denkbar wäre auch eine kabellose Signalübertragung.
• Das Messmittel erfasst während des Betriebs der Maschine abtriebsseitig auftretende mechanische Schwingungen, welche zum Bahnregelkreis des Roboters zurückgeführt werden. Insbesondere die Positioniergenauigkeit und die Positionierdynamik der Maschine werden dadurch verbessert.
• Roboter werden aus Gründen der Energie- und Kostenersparnis durch Reduzierung der Masse tendenziell leichter gebaut. Die Leichtbauweise begünstigt allerdings die Schwingungsneigung des Roboters. Den Reglern der vom Roboter umfassten Servomotore, welche üblicherweise unter Verwendung des Motorgebers geregelt werden, liegen üblicherweise keine Information bezüglich des aktuellen Zustandes (Schwingungen etc.) der Abtriebseite vor. Der Regler kennt somit das Schwingungsverhalten der Abtriebseite nicht und kann daher auch auf diese Schwingungen auch nicht reagieren.
• Mittels der erfindungsgemäßen Beschleunigungsrückführung wird das Schwingungsverhalten der Abtriebsseite an den Ausgang des Reglers zurück geführt (z.B. in Form einer Störgrößenaufschaltung, additive Geschwindigkeits- oder Momentenaufschaltung). Dadurch kann den Schwingungen direkt durch den oder die Regler entgegengewirkt werden.
• Mittels der erfindungsgemäßen Beschleunigungsrückführung wird die Steifigkeit zwischen Antrieb und Last, welche beim Roboter unter anderem aus Gründen der Gewichtsreduzierung zur Entlastung der Antriebe physikalisch gering ist, durch das Verhalten des geschlossenen Regelkreises erhöht. Daher wird auch die Laststeifigkeit von am Roboter befestigten Werkzeugen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beziehungsweise mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung optimiert. Durch eine Optimierung der Laststeifigkeit folgt die Last der Motorposition genauer als bei einer weichen Ankopplung, ohne erfindungsgemäßer Beschleunigungsrückführung.
• Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung der für auftretende Maschinenschwingungen charakteristischen Bewegungsgrößen anhand der Ausgangssignale des Messmittels. Diese ermittelten Bewegungsgrößen werden in für die Gelenke der Handhabungsmaschine charakteristische Bewegungsgrößen umgerechnet. Die Ansteuerung der Einzelantriebe für die Gelenke unter Berücksichtigung der charakteristischen Bewegungsgrößen wird anschließend derart realisiert, dass den Maschinenschwingungen entgegengewirkt wird. Vorteilhafterweise können hierdurch die Maschinenschwingungen entsprechend ihres Ausmaßes während des Betriebes der Maschine dynamisch reduziert werden.
• Vorzugsweise werden die Richtungsvektoren der ermittelten Beschleunigungen im mehrdimensionalen Raum betrachtet, wobei eine Umrechnung der kartesischen Beschleunigungswerte in eine Gelenkbeschleunigung erfolgt. Diese Umrechnung erfolgt mittels des anschließend erläuterten Prinzips. Zur Vereinfachung wird dieses Prinzip anhand eines Roboters mit zwei Freiheitsgraden (Beweglichkeit in X- und Y-Richtung eines zweidimensionalen kartesischen Koordinatensystems) erläutert. Das Prinzip ist aber auch anwendbar für Roboter mit mehr als zwei Freiheitsgraden.
• Die X- und Y-Koordinaten eines an einem Roboterarm angeordneten Werkzeuges können über folgende geometrische Beziehungen hergeleitet werden, wobei I1 und I2 für die jeweilige Länge eines von zwei miteinander gelenkig verbundenen Roboterarmen steht und θ dem Winkel entspricht, den ein solcher Arm mittels seines Gelenkes gegenüber der Horizontalen (beispielsweise gekennzeichnet durch die X-Achse) einnehmen kann. Die sich hieraus ergebenden Gleichungen werden in eine Matrix (h1,h2) überführt. $$\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{l}_1\text{ cos }{\theta }_1+l_2\text{ cos}\left({\theta }_1+{\theta }_2\right)\\ l_1\text{ sin }{\theta }_1+l_2\text{ sin }\left({\theta }_1+{\theta }_2\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{h}_1\left({\theta }_1,{\theta }_2\right)\\ h_2\left({\theta }_1,{\theta }_2\right)\end{array}\right]$$

  
• Die erste Ableitung nach der Zeit liefert den Zusammenhang zwischen der Winkelgeschwindigkeit der einzelnen Roboterachsen (z.B. Direktantriebe) und der Bahngeschwindigkeitskomponenten in X und Y -Richtung innerhalb des oben erwähnten X-Y-Koordinatensystems. Die Matrix (h1,h2) wird partiell nach den Drehwinkeln θ abgeleitet und ergibt die bekannt Jacobi Matrix J. $$\dot{Y}=\left[\begin{array}{c}\dot{x}\\ \dot{y}\end{array}\right]=J\left[\begin{array}{c}{\dot{\theta }}_1\\ {\dot{\theta }}_2\end{array}\right]$$

  

  $$J=\left[\begin{array}{cc}\frac{\partial l_{l_1}}{\partial {\theta }_1}& \frac{\partial l_{l_1}}{\partial {\theta }_2}\\ \frac{\partial l_{l_2}}{\partial {\theta }_1}& \frac{\partial l_{l_2}}{\partial {\theta }_2}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}-l_1\text{ sin }{\theta }_1-I_2\text{ sin}\left({\theta }_1+{\theta }_2\right)& -I_2\text{ sin}\left({\theta }_1+{\theta }_2\right)\\ l_1\text{ cos }{\theta }_1+I_2\text{ cos}\left({\theta }_1+{\theta }_2\right)& I_2\text{ cos}\left({\theta }_1+{\theta }_2\right)\end{array}\right]$$

  
• Die zweite Ableitung nach der Zeit ergibt unter Beachtung der Produktregel den Zusammenhang zwischen der Drehbeschleunigung und den kartesischen Beschleunigungskomponenten in X und Y Richtung. $$\ddot{Y}=\left[\begin{array}{c}\ddot{x}\\ \ddot{y}\end{array}\right]=J\left[\begin{array}{c}{\ddot{\theta }}_1\\ {\ddot{\theta }}_2\end{array}\right]+\dot{J}\left[\begin{array}{c}{\dot{\theta }}_1\\ {\dot{\theta }}_2\end{array}\right]$$

  

  Mit:
• ẍ= a_x
• ÿ= a_y
• Die Größen ax und ay sind dabei diejenigen Größen, welche mittels des Messmittels erfasst werden. Da die Anzahl der Ausgangssignalen der Anzahl von zu betrachtenden Raumebenen entspricht, handelt es sich hier um zwei Raumebenen, denn es werden zwei Raumebenen betrachtet. Das erfindungsgemäße Prinzip ist selbstverständlich auch auf drei Raumebenen übertragbar. Die Berechnungen werden dadurch jedoch komplexer. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahren wird die Gleichung nach den Drehbeschleunigungen aufgelöst, indem eine Multiplikation mit der inversen Jacobi Matrix J^-1 erfolgt. $$\begin{array}{l}\dot{\underset{\_}{\omega }}={\underset{\_}{J}}^{-1}\cdot \underset{\_}{\alpha }\cdot {\underset{\_}{J}}^{-1}\cdot \dot{\underset{\_}{J}}\cdot \underset{\_}{\omega }\hfill \\ \dot{\underset{\_}{\omega }}=\left[\begin{array}{c}{\ddot{\theta }}_1\\ {\ddot{\theta }}_2\end{array}\right]\hfill \end{array}$$

  
• Eine hinreichende numerische Berechnung könnte anstelle der oben beispielhaft erläuterten analytischen Berechnung ebenfalls im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden. Hierbei werden zeitliche Ableitungen diskret betrachtet (z.B. aus dx/dt wird x(t1)-x(t0) / t1-t0) und es wird mittels Iterationsschleifen und Abbruchkriterien die Lösung der Gleichung im Rahmen eines zulässigen Toleranzbereiches ermittelt.
• Vorzugsweise werden die Messdaten des Messmittels im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens digitalisiert übertragen. Die Signale werden hierzu bereits im Messmittel digitalisiert. Das hat den Vorteil, dass die Übertragung über längere Strecken weniger störungsanfällig ist als bei analoger Übertragung. Das Messmittel erkennt selbsttätig einen definierten Zustand des Werkzeughalters und signalisiert diesen, wobei diese Zustandssignalisierung bei der Schwingungskompensation im Rahmen der erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt wird.
• Vorzugsweise erfolgt eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Roboters, welcher speziell für die Umsetzung von Fügeprozessen, wie Schweißprozessen, realisiert ist. Die Erfindung hilft hierbei die Qualität des Prozesses zu verbessern, da der Roboter präzisere Bewegungen ausführen kann und auftretende Schwingungen dadurch vermindert werden können. Dies wirkt sich positiv auf die Qualität der des Roboters realisierten Arbeiten, insbesondere (Punkt-) Schweißarbeiten aus.
• Eine erfindungsgemäße Handhabungsmaschine umfasst vorzugsweise ein Steuermittel, insbesondere ein Steuermittel mit ausreichender Rechenkapazität zur Durchführung komplexer numerischer Berechnungen, oder ist an ein solches angeschlossen. Das Steuermittel muss außerdem derart ausgebildet sein, dass die mechanischen Schwingungen des Werkzeughalters mittels Auswertung der Ausgangssignale vom Steuermittel erfassbar sind und dass die Ermittlung der Beschleunigungen aus den Schwingungen im kartesischen Koordinatensystem und die Umrechnung der Beschleunigungen in Gelenkbeschleunigungen der Gelenke der Handhabungsmaschine mittels des Steuermittels derart realisierbar ist, dass bei der Ansteuerung den Schwingungen durch entsprechende Ansteuerung der Handhabungsmaschine entgegengewirkt werden kann.
• Das Steuermittel ist demgemäß in der Lage alle bisher beschriebenen Verfahrensschritte zu realisieren. Eine mögliche Realisierung der Ansteuerung der Antriebe der Handhabungsmaschine könnte dadurch erfolgen, dass man die erfassten Beschleunigungen mit dem Motorlagesignal verrechnet und an einen von der Ansteuerung umfassten Bahnplaner zurückgeführt. Neben einer Beschleunigungsrückführung, bei der die Lastbeschleunigung gemessen wird, wäre auch eine Beschleunigungsrückführung denkbar, bei der die die Differenz aus der Last- und der Motorgeschwindigkeit gemessen und mit dem Massenträgheitsmoment und der Systemsteifigkeit gewichtet wird, welches dem Ruck entspricht. Die Beschleunigungsrückführung benötigt die Rückführung des Rucks. Der Ruck könnte auch durch die zeitliche Ableitung der gemessenen Beschleunigung berechnet werden.
• Nachfolgend werden anhand einiger Figuren die erfindungsgemäßen Prinzipien erläutert. Die Figuren sind rein schematisch und beispielhaft zu betrachten und beschränken die Erfindung nicht auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen. Die Offenbarung der Erfindung erstreckt sich auch auf mögliche Kombinationen von in der Beschreibung erwähnten oder in den Zeichnungen gezeigten Sachverhalten untereinander oder auch Kombinationen dieser Merkmale mit Merkmalen der Patentansprüche.
• 1 zeigt eine Abstraktion eines erfindungsgemäßen Schweißroboters mit Einzelantrieben (1,2,3, 4) zur Bewegung zumindest eines Roboterarmes bzw. eine Roboterschwinge 5 um die Achsen X, Y, Z eines fiktiven Koordinatensystems (siehe Pfeile). Der Roboter dient zur Handhabung einer Widerstandsschweißzange 7, welche einen Ausgleichsantrieb 8 und einen Haupthubantrieb 10 umfasst. Die Widerstandsschweißzange 7 ist mittels eines Flansches 6 an einem Roboterarm bzw. einer Roboterschwinge 5 angeordnet. Die Widerstandsschweißzange 7 beziehungsweise der Ausgleichsantrieb 8 umfassen ein Messmittel 9, insbesondere ein Messmittel 9 in Form eines Beschleunigungssensors. Die Anzahl der Ausgangssignale des Messmittels 9 entspricht der Anzahl der zu betrachtenden Raumebenen. Von dem Sensor wird ein der Beschleunigung proportionales Ausgangssignal für jede Raumebene erzeugt, sensorintern digitalisiert und mittels einer SPI- oder I²C-Schnittstelle seriell ausgegeben. Alternativ kann ein Sensor verwendet werden, der ein rein analoges Ausgangssignal liefert. Der Sensor kann mikromechanisch aufgebaut sein und mit einem Kondensator arbeiten, dessen Plattenabstände sich aufgrund der Beschleunigung ändern können.
• In diesem Beispiel liegt ein dreidimensionaler Raum vor, dementsprechend liefert das Messmittel drei voneinander unabhängige Signale, welche jeweils eine der Raumebenen repräsentieren. Die Ansteuerung der Einzelantriebe (1,2,3,4) für die Gelenke des Schweißroboters ist unter Verwendung dieser Ausgangssignale derart realisiert, dass während des Betriebes des Roboters auftretende mechanische Schwingungen an der Widerstandsschweißzange 7 unter Verwendung der Ausgangssignale des Messmittels 9 zumindest teilweise kompensiert werden.
• Es sind zur einfachen Darstellung hier nur 4 Antriebe (1,2,3,4) für die Bewegung der Robotergelenke dargestellt. Es könnten beispielsweise noch weitere Einzelantriebe zur Realisierung einer additiven Bewegung um die X-Achse und eine weitere additive Bewegung um die Z-Achse vorgesehen sein.
• 2 zeigt dieselbe Abstraktion wie 1, demgemäß gelten auch hier die bei 1 gemachten Aussagen. Zusätzlich zeigt 1 ein Ausgleichkabel 11, umfassend eine Leistungsversorgung für den Ausgleichsantrieb (8), ein Geberkabel für den Ausgleichsantrieb, einen Beschleunigungssensorausgang für die x-y-z Beschleunigung und einen binären Ausgang zum Direkten Ansteuern einer Einrichtung für die Abhandlung einer Ausnahmesituation (z.B. Überschreitung eines vorgegebenen Beschleunigungswertes bzw. Ruckgrenzwertes). Weiter ist umfasst ein Kabelflansch 12 für Datenverbindungen zum Roboter, ein Roboteranschlusskabel Kabel 13, umfassend ein Leistungskabel für die Antriebe 1,2 3,4, ein Geberkabel für jeden Antrieb 1,2,3,4, ein Leistungskabel für den Haupthubantrieb 10 und den Ausgleichsantrieb 9 der Widerstandsschweißzange 7, Geberkabel für den Haupthubantrieb 10 und den Ausgleichsantrieb 9 und einen Beschleunigungssensorausgang (x-y-z Beschleunigung). Zusätzlich ist eine Robotersteuerung 14 mit zumindest einer der folgenden Funktionen vorgesehen:
• - Berechnung von Sollwerten (Lage, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Ruck) auf Basis der Bahnkurve und der durch die Widerstandsschweißzange 7 bewirkten Belastung der Anordnung;
• - Regelung der Antriebe 1,2 3,4 unter Berücksichtigung der Beschleunigungssensorsignale;
• - Haupthubregelung und/oder Ausgleichantriebsregelung;
• - Umrechnung der kartesischen Beschleunigungen (Signale vom Beschleunigungssensor) in Gelenkwinkelbeschleunigungen, wie bereits beschrieben, und Weiterleitung der Berechnungsergebnisse an von der Anlage umfasste Regeleinheiten für die Antriebe 1,2,3,4, vorzugsweise an den Kaskadenregelkreis der Antriebe 1, 2, 3, 4.
• - Einstellung der Motordrehmomente derart, dass sie der abriebsseitigen Schwingung entgegen wirken.
• Der Roboter wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahrens mittels der Antriebe 1,2,3,4 derart betrieben, dass die von der Robotersteuerung berechnete Bahn vom Werkzeug abgefahren wird. Der im Ausgleichantrieb 8 integrierte Beschleunigungssensor 9 erfasst sowohl die Lage der Widerstandsschweißzange 7, als auch die Beschleunigung der Widerstandsschweißzange 7. Die Beschleunigungssignale des Beschleunigungssensors werden unter Anwendung des Prinzips der inversen Kinematik, wie zuvor bereits beschrieben, auf die Gelenkbeschleunigungen zurückgerechnet. Diese Beschleunigungen werden jeweils zu den Antriebsregeleinrichtungen, die Bestandteil der Robotersteuerung sind, zurückgeführt. Die Rückführung erfolgt beispielsweise in Form einer Störgrößenaufschaltung und wird dazu benutzt, den abtriebseitigen Schwingungen der Widerstandsschweißzange 7 entgegenzuwirken.
• Zusätzlich ist umfasst eine Einrichtung 15 oder eine Funktion zur Reaktion auf eine Ausnahmesituation wie oben bereits angedeutet gezeigt und umfasst.
• Der Sensor 9 erkennt selbsttätig eine Ausnahmesituation (z.B. Überschreitung eines vorgegebenen Beschleunigungswertes bzw. Ruckgrenzwertes) und aktiviert die Einrichtung 15. Der Sensor kann unter anderem folgende Funktionen bereitstellen. Die Funktion „fall detection“ oder „any movement detection“. Die Funktion „fall detection“ könnte beispielsweise dafür genutzt werden, um eine plötzliche Beschleunigungserhöhung zu detektieren. Grundsätzlich könnte auch eine dem Sensor zugeschaltete Intelligenz (bspw. ein Mikrocontroller) eine solche „Ausnahmesituationen“ erkennen und selbständig (bspw. durch schalten von digitalen I/Os) eine schnellere Reaktion hervorrufen, als wenn die Signale bspw. mittels eines Feldbusses zunächst an eine Zentralsteuerung übertragen und dort ausgewertet werden müssten. Man erreicht hierdurch eine schnelle Reaktion was hilft Folgeschäden, die mit einer langsameren Reaktion einhergehen könnten, zu verhindern oder abzumildern. Die Einrichtung könnte beispielsweise auch die Funktion eines Sicherheitsrelais realisieren, welches die Roboterarmbewegung bei Auftreten der Ausnahmesituation sofort stoppt.
• 3 zeigt beispielhaft drei vom Messmittel gelieferte und voneinander unabhängige Beschleunigungssignale Xa, Ya, Za, welche jeweils die Beschleunigung a in einer der der Raumebenen X, Y, Z repräsentieren. Im Bereich t0-t1 wird das vom Roboter geführte Werkzeug nur in Y-Richtung beschleunigt und anschließend die Bewegung verzögert. Im Bereich t1-t2 wird das Werkzeug in X und Y-Richtung beschleunigt. Im Bereich t2-t3 wird die Bewegung des Werkzeuges in X und Y-Richtung verzögert. Im Bereich t3-t4 wird das Werkzeug nur in Z-Richtung beschleunigt und anschließend die Bewegung verzögert.
• Mittels der erfindungsgemäßen Beschleunigungsrückführung wird eine höhere Dämpfung erzielt, da Resonanzen unterdrückt werden. Dadurch können die Proportionalanteile der Regeleinrichtung der Antriebsregler (KV Lageregler, KP Geschwindigkeitsregler) erhöht werden, wodurch es. möglich wird hohe Beschleunigungen und Geschwindigkeiten zu fahren, ohne dass das System instabil wird. Dies verbessert die Positionierdynamik erheblich gegenüber den bekannten Lösungen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Optimierung des Betriebsverhaltens einer mehrgelenkigen Handhabungsmaschine mit einzeln angetriebenen Gelenken zur Handhabung eines Werkzeughalters für umformtechnische Fügeprozesse, insbesondere Clinchen und Stanznieten, sowie thermische Fügeprozesse wie Widerstandspunktschweißen, Widerstandspressschweißen, Handlingprozesse, Prägeprozesse oder Schraub- und Einpressprozesse, wobei vom Werkzeughalter ein Messmittel umfasst ist, dessen Anzahl von Ausgangssignalen der Anzahl von zu betrachtenden Raumebenen entspricht und welche Ausgangssignale abhängig von der räumlichen Lagen des Werkzeughalters im mehrdimensionalen Raum veränderbar sind, wobei während des Betriebes der Handhabungsmaschine auftretende mechanische Schwingungen des Werkzeughalters unter Verwendung der Ausgangssignale zumindest teilweise kompensiert werden, wobei mit dem Messmittel erfasst wird, ob ein vorgegebener Beschleunigungswert bzw. Ruckgrenzwert überschritten wird, und das Messmittel eine Einrichtung bei der Handhabungsmaschine zur Reaktion auf eine Ausnahmesituation aktiviert, wenn eine Überschreitung erkannt wird, um eine schnellere Reaktion auf die Ausnahmesituation als durch eine Zentralsteuerung zu erreichen, die mittels Feldbus angeschlossen ist.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Ermittlung von die Schwingungen charakterisierenden Bewegungsgrößen anhand der Ausgangssignale erfolgt, welche Bewegungsgrößen in für die Gelenke der Handhabungsmaschine charakteristische Bewegungsgrößen umgerechnet werden und wobei die Ansteuerung der Einzelantriebe für die Gelenke unter Berücksichtigung der charakteristischen Bewegungsgrößen derart erfolgt, dass den Schwingungen entgegengewirkt wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei als die Schwingung charakterisierende Bewegungsgrößen die Richtungsvektoren der Beschleunigungen im mehrdimensionalen Raum betrachtet und in Beschleunigungen der Gelenke umgerechnet werden.
4. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Messdaten des Messmittels digitalisiert übertragen werden.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei von dem Messmittel ein der Beschleunigung proportionales Ausgangssignal für jede Raumebene erzeugt, sensorintern digitalisiert und mittels einer SPI- oder I²C-Schnittstelle seriell ausgegeben wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Messmittel mikromechanisch aufgebaut ist und mit einem Kondensator arbeitet, dessen Plattenabstände sich aufgrund der Beschleunigung der Gelenke ändern können.
7. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Messmittel selbsttätig einen definierten Zustand des Werkzeughalters erkennt und signalisiert, wobei dieses Signal bei der Kompensation berücksichtigt wird.
8. Verwendung des Verfahrens gemäß einem der vorherigen Ansprüche zum Betrieb eines Roboters für die Umsetzung von Fügeprozessen, insbesondere eines Schweißroboters für Widerstandsschweißprozesse.
9. Handhabungsmaschine mit einzeln angetriebenen Gelenken zur Handhabung eines Werkzeughalters für umformtechnische Fügeprozesse, insbesondere Clinchen und Stanznieten, sowie thermische Fügeprozesse wie Widerstandspunktschweißen, Widerstandspressschweißen, Handlingprozesse, Prägeprozesse oder Schraub- und Einpressprozesse, wobei vom Werkzeughalter ein Messmittel umfasst ist, dessen Anzahl von Ausgangssignalen der Anzahl von zu betrachtenden Raumebenen entspricht und welche Ausgangssignale abhängig von der räumlichen Lagen des Werkzeughalters im mehrdimensionalen Raum veränderbar sind, wobei die Ansteuerung der Gelenkantriebe der Handhabungsmaschine unter Verwendung dieser Ausgangssignale derart realisiert ist, dass während des Betriebes der Handhabungsmaschine auftretende mechanische Schwingungen des Werkzeughalters unter Verwendung der Ausgangssignale zumindest teilweise kompensiert werden, wobei das Messmittel zur Erfassung ausgestaltet ist, ob ein vorgegebener Beschleunigungswert bzw. Ruckgrenzwert überschritten wird, und das Messmittel zudem ausgestaltet ist, eine Einrichtung bei der Handhabungsmaschine zur Reaktion auf eine Ausnahmesituation zu aktivieren, wenn eine Überschreitung erkannt wird, um eine schnellere Reaktion auf die Ausnahmesituation als durch eine Zentralsteuerung zu erreichen, die mittels Feldbus angeschlossen ist.
10. Handhabungsmaschine nach Anspruch 9, wobei zur Ansteuerung ein Steuermittel umfasst oder angeschlossen ist, welches derart ausgebildet ist, dass die mechanischen Schwingungen des Werkzeughalters mittels Auswertung zumindest eines Ausgangssignals erfassbar sind und dass die Ermittlung der Beschleunigungen aus den Schwingungen im kartesischen Koordinatensystem und die Umrechnung der Beschleunigungen in Gelenkbeschleunigungen der Gelenke der Handhabungsmaschine realisierbar ist, so dass bei der Ansteuerung den Schwingungen entgegengewirkt werden kann.

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