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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugsteuerung zur Ankopplung an eine Werkzeugschnittstelle eines Industrieroboters, mit einer Steueranordnung, die zum Empfangen von Steuersignalen einer übergeordneten Robotersteuerung, zum Empfangen von Sensorsignalen wenigstens eines Eingangsmoduls, zum Bereitstellen der Steuersignale an wenigstens ein Ausgangsmodul und zum Bereitstellen der Sensorsignale an die Robotersteuerung ausgebildet ist, mit einem Eingangsmodul, das zum Anschluss eines Sensors zur Ermittlung einer werkzeugbezogenen physikalischen Eigenschaft ausgebildet ist, und mit einem Ausgangsmodul, das zum Anschluss eines Aktors zur Durchführung einer Werkzeugbewegung ausgebildet ist, mit einer Roboterschnittstelle, die für eine elektrische Kopplung mit der Werkzeugschnittstelle eines Industrieroboters ausgebildet ist, mit einem internen Kommunikationssystem zur Verbindung der Steueranordnung mit der Roboterschnittstelle und dem Eingangsmodul und dem Ausgangsmodul, sowie mit einem Energiespeicher zur Bereitstellung von elektrischer Energie.
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Aus der
US 2010/0184575 A1 ist ein Werkzeugwechselsystem für Industrieroboter und ein Verfahren zur Steuerung eines derartigen Werkzeugwechselsystems bekannt. Dabei kann das bekannte Werkzeugwechselsystem dazu eingerichtet sein, einen Schlafmodus einzunehmen, bei dem für eine Zeitspanne von bis zu 30 Sekunden überwacht werden kann, ob eine Kopplung mit einem Industrieroboter wiederhergestellt wird oder eine Spannungsversorgung wieder aufgebaut wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Werkzeugsteuerung und ein Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugsteuerung bereitzustellen, mit denen eine länger andauernde Abkopplung vom Industrieroboter und eine rasche Wiederinbetriebnahme nach erfolgter Ankopplung an den Industrieroboter ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Erfindungsaspekt mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass der Steueranordnung eine Steuerschaltung zugeordnet ist, die für eine Umschaltung der Steueranordnung und/oder des Eingangsmoduls und/oder des Ausgangsmoduls und/oder des Kommunikationssystems zwischen einem Betriebszustand und einem Ruhezustand ausgebildet ist.
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Die Aufgabe der Steuerschaltung besteht demnach darin, eine koordinierte Beeinflussung der Funktionen der Steueranordnung und/oder des Eingangsmoduls und/oder des Ausgangsmoduls und/oder des Kommunikationssystems vorzunehmen, um die für einen energieeffizienten Betrieb der Werkzeugsteuerung nach Abkopplung vom Industrieroboter erforderliche Umschaltung in den Ruhezustand zu gewährleisten. Ferner ist die Steuerschaltung auch für die koordinierte Wiederinbetriebnahme der vorstehend angeführten Komponenten, die auch als Funktionsmodule bezeichnet werden, aus dem Ruhezustand in den Betriebszustand ausgebildet. Im Ruhezustand ist keine Bewegung von Aktoren erforderlich, dennoch würde bei einer Beibehaltung des im Betriebszustand bereitgestellten vollen Funktionsumfangs der Funktionsmodule ein hoher Energieverbrauch vorliegen, der entweder nur eine kurze Abkopplung von der Energieversorgung des Industrieroboters ermöglicht oder einen großen Energiespeicher erfordert, was unter Anderem aus Kostengründen nicht erwünscht ist. Dementsprechend muss durch die Steuerschaltung der Energieverbrauch der Werkzeugsteuerung im Ruhezustand signifikant gesenkt werden, beispielsweise auf weniger als 10 Prozent, vorzugsweise weniger als 5 Prozent, insbesondere weniger als 1 Prozent des im Betriebszustand vorliegenden Energieverbrauchs.
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Bei einer ersten Ausführungsform der Werkzeugsteuerung kann die Steuerschaltung als integraler Bestandteil der Steueranordnung ausgebildet sein, um dadurch Einfluss auf die Steueranordnung zu nehmen, beispielsweise durch Veränderung der Arbeitstaktfrequenz des Mikroprozessors oder Mikrocontrollers oder ASICs der Steueranordnung oder durch Einflussnahme auf einen Datenaustausch der Steueranordnung mit der Roboterschnittstelle oder den angeschlossenen Funktionsmodulen. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Funktionsmodule eigene Einrichtungen aufweisen, die eine Energieeinsparung begünstigen. Beispielweise können Mikroprozessoren oder Mikrocontroller oder ASICs der Funktionsmodule eine variabel einstellbare Arbeitstaktfrequenz aufweisen. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen werden, dass wenigstens eines der Funktionsmodule einen eigenen Konfigurations- und/oder Parameterspeicher aufweist, der in vorteilhafter Weise für eine rasche Wiederinbetriebnahme durch die Steuerschaltung genutzt werden kann, da die Konfiguration des Funktionsmoduls und/oder zugeordnete Parameter nicht im Zuge einer Initialisierung ermittelt werden müssen, sondern vielmehr direkt aus dem Speicher bereitgestellt werden können. Vorzugsweise wird in diesem Fall lediglich ein Aktivierungssignal von der Steuerschaltung an die jeweiligen Funktionsmodule bereitgestellt, eine Übertragung von gespeicherten Konfigurationen und/oder Parametern ist dann nicht erforderlich.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist die Steuerschaltung für eine Ergänzung einer bestehenden Werkzeugsteuerung vorgesehen und kann hierzu beispielsweise als zusätzliches Funktionsmodul in eine Reihe von Funktionsmodulen eingereiht werden. Durch Kommunikation mit den anderen Funktionsmodulen wie der Steueranordnung, dem wenigstens einen Eingangsmodul und dem wenigstens einen Ausgangsmodul über das Kommunikationssystem kann die Steuerschaltung gegebenenfalls notwendige Informationen wie Konfigurationen oder Parameter ermitteln, die für eine rasche Wiederinbetriebnahme der Werkzeugsteuerung aus dem Ruhezustand erforderlich sind. Ferner kann die Steuerschaltung die ermittelten Konfigurationen und/oder Parameter speichern, die mangels entsprechender Speichereinrichtungen nicht in den einzelnen Funktionsmodulen gespeichert werden können. Beispielsweise sind ältere Funktionsmodulen nicht entsprechend eingerichtet und müssten ohne die Steuerschaltung für eine Wiederinbetriebnahme zunächst einen zeitaufwändigen Initialisierungsvorgang durchführen, bevor eine Kommunikation mit der übergeordneten Robotersteuerung aufgenommen werden kann. Dementsprechend ist gemäß dieser Ausführungsform die Steuerschaltung ferner dazu eingerichtet, die von den weiteren Funktionsmodulen abgefragten Informationen zu speichern und für die Wiederinbetriebnahme zu nutzen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßig ist es, wenn die Steuerschaltung eine Speichereinrichtung umfasst, die für eine Zwischenspeicherung von Konfigurationen und/oder Parametern der Steueranordnung und/oder des Eingangsmoduls und/oder des Ausgangsmoduls und/oder des Kommunikationssystems ausgebildet ist und/oder dass der Energiespeicher mit der Steuerschaltung gekoppelt ist. Bei den zu speichernden Konfigurationen kann es sich beispielsweise um Informationen über einen oder mehrere Sensoren bzw. Aktoren handeln, der oder die an dem wenigstens einen Eingangsmodul bzw. Ausgangsmodul angeschlossen sind. Bei einer Konfiguration für die Steueranordnung kann es sich beispielsweise um Informationen über sämtliche mit der Steueranordnung verbundenen Eingangsmodule und/oder Ausgangsmodule handeln, so dass bei einer Wiederinbetriebnahme der Werkzeugsteuerung aus dem Ruhezustand keine zeitaufwändige Ermittlung dieser Information erforderlich ist. Bei den Parametern für die Eingangsmodule kann es sich beispielsweise um Sensoreinstellungen handeln, die während des Betriebs der Werkzeugsteuerung für eine ordnungsgemäße Bereitstellung von Sensorsignalen an die Steueranordnung und von dort an die übergeordnete Robotersteuerung erforderlich sind. Bei den Parametern für die Ausgangsmodule kann es sich beispielsweise um Aktoreinstellungen handeln, die für eine Ansteuerung des oder der mit dem jeweiligen Ausgangsmodul verbundenen Aktors bzw. Aktoren eingesetzt werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung für eine Veränderung einer Arbeitstaktfrequenz für die Steueranordnung und/oder das Eingangsmodul und/oder das Ausgangsmoduls und/oder das Kommunikationssystem zwischen dem Betriebszustand und dem Ruhezustand ausgebildet ist. Vorzugsweise ist wenigstens ein Funktionsmodul aus der Gruppe Steueranordnung, Eingangsmodul, Ausgangsmodul mit einem Mikroprozessor oder ASIC ausgerüstet, der mit einer variablen Arbeitstaktfrequenz betrieben werden kann, so dass eine Reduzierung eines Energieverbrauchs des jeweiligen Mikroprozessors durch Verringerung der Arbeitstaktfrequenz im Ruhezustand vorgenommen werden kann. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Steuerschaltung derart ausgebildet ist, dass sie für eine Umschaltung der zugeordneten Funktionsmodule in den Ruhezustand in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen eine Bereitstellung elektrischer Energie an die jeweiligen Funktionsmodule ermöglicht, deren Mikroprozessor nicht für eine Veränderung der Arbeitstaktfrequenz ausgelegt sind und die auch im Ruhezustand gelegentlich, insbesondere zyklisch wiederkehrend, Informationen an die Steueranordnung bereitstellen sollen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, einen oder mehrere Sensoren, die einem Eingangsmodul zugeordnet sind, gelegentlich mit Energie zu versorgen und zu überwachen, ob Veränderungen der Sensorsignalpegel eintreten, um für diesen Fall auf eventuelle Fehlfunktionen oder Manipulationen während des Ruhezustands schließen zu können. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, einen Datenaustausch über das Kommunikationssystem während des Ruhezustands mit einer reduzierten Datenübertragungsrate vorzunehmen, um hierdurch ebenfalls einen energieeffizienten Betrieb der Werkzeugsteuerung zu ermöglichen. Vorzugsweise ist vorgesehen, eine Kommunikation mit den Ausgangsmodulen vollständig abzuschalten, da die dort angeschlossenen Aktoren ohnehin nur dann betrieben werden können, wenn Energie von extern über die Roboterschnittstelle zur Verfügung gestellt wird.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Steueranordnung einen Kommunikationsbereich und einen Verarbeitungsbereich umfasst, wobei der Kommunikationsbereich für eine Signalübertragung an das Kommunikationssystem ausgebildet ist und wobei der Verarbeitungsbereich für eine Verarbeitung von eintreffenden Signalen, insbesondere von Steuersignalen der übergeordneten Robotersteuerung und/oder von Sensorsignalen wenigstens eines Eingangsmoduls, ausgebildet ist und wobei die Steuerschaltung für eine zeitweilige Abschaltung des Kommunikationsbereichs und/oder des Verarbeitungsbereichs ausgebildet ist.
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Bei der Steueranordnung kann es sich beispielsweise um einen Busknoten handeln, der für eine Wandlung von Bussignalen, die an der Roboterschnittstelle von der übergeordneten Robotersteuerung bereitstellbar sind, in ein internes Kommunikationsprotokoll, beispielsweise ein proprietäres Busprotokoll oder eine Multipol-Datenübertragung, ausgebildet ist. Dabei kommt dem Kommunikationsbereich der Steueranordnung die Aufgabe zu, eintreffende Bussignale in das interne Kommunikationsprotokoll umzuwandeln und daraus geeignete Steuersignale, Konfigurationen und Parameter für die angeschlossenen Eingangsmodule und Ausgangsmodule zu erzeugen. Der Kommunikationsbereich ist ferner dazu vorgesehen, die erzeugten Steuersignale, Konfigurationen und Parameter an die angeschlossenen Funktionsmodule wie die Eingangsmodule und/oder die Ausgangsmodule weiterzuleiten. In gleicher Weise dient der Kommunikationsbereich auch dazu, Sensorsignale der Eingangsmodule an den Verarbeitungsbereich und von dort an die Roboterschnittstelle weiterzuleiten. Der Verarbeitungsbereich dient dazu, eintreffende Sensorsignale aufzubereiten und entweder über den Kommunikationsbereich an die übergeordnete Robotersteuerung weiterzuleiten und/oder die ermittelten Sensorsignale mit eintreffenden Steuersignalen zu verknüpfen, um daraus neue Steuersignale zu erzeugen, die an die angeschlossenen Ausgangsmodule zum Betreiben der Aktoren weitergeleitet werden.
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Alternativ ist die Steueranordnung dazu ausgebildet, eintreffende Steuersignale der übergeordneten Robotersteuerung ohne Umwandlung an die angeschlossenen Eingangsmodule und Ausgangsmodule weiterzuleiten und eintreffende Sensorsignale der Eingangsmodule an den Verarbeitungsbereich zu übergeben. Dort findet eine Aufbereitung der als Analogsignale oder Digitalsignale zur Verfügung gestellten Sensorsignale in ein Datenformat statt, das entsprechend den Anforderungen des Kommunikationsprotokolls zwischen Werkzeugsteuerung und übergeordneter Robotersteuerung formatiert ist. Anschließend können die Sensorsignale vom Verarbeitungsbereich an den Kommunikationsbereich weitergeleitet werden, um eine Bereitstellung über das Kommunikationssystem und die die Roboterschnittstelle an die übergeordnete Robotersteuerung zu ermöglichen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung über das Kommunikationssystem unmittelbar mit der Roboterschnittstelle zum Empfang von Umschaltsignalen der übergeordneten Robotersteuerung gekoppelt ist. Eine derartige Einkopplung der Steuerschaltung in das Kommunikationssystem ist insbesondere dann von Interesse, wenn die Steuerschaltung zur Nachrüstung einer bestehenden Werkzeugsteuerung eingesetzt werden soll, dessen sonstige Funktionsmodule technisch nicht auf eine Umschaltung zwischen einem Betriebszustand und einem Ruhezustand vorbereitet sind. In diesem Fall kommt der Steuerschaltung die Aufgabe zu, bei Vorliegen eines Umschaltsignals von der übergeordneten Robotersteuerung oder bei Abkopplung der Roboterschnittstelle von der Werkzeugschnittstelle die zur Umschaltung der weiteren Funktionsmodule notwendigen Maßnahmen wie beispielsweise eine Abfrage und Speicherung von Konfigurationen und/oder Parametern der angeschlossenen Funktionsmodule und die anschließende zeitweilige Unterbrechung der Kommunikation und/oder elektrischen Versorgung der angeschlossenen Funktionsmodule vorzunehmen.
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Für eine Umschaltung zwischen dem Ruhezustand und dem Betriebszustand ist die Steuerschaltung dementsprechend dazu eingerichtet, unmittelbar nach Bereitstellung der Versorgungsenergie an der Roboterschnittstelle sowohl die Versorgungsenergie als auch die gespeicherten Konfigurationen und/oder Parameter an die angeschlossenen Funktionsmodule bereitzustellen, so dass diese, vorzugsweise ohne eine eigene Initialisierung, unmittelbar ihren Betrieb wieder aufnehmen können. Bei dem von der Robotersteuerung bereitgestellten Umschaltsignal kann es sich um ein Bustelegramm gemäß einem vorgebbaren Kommunikationsprotokoll handeln. Sofern die übergeordnete Robotersteuerung kein solches Umschaltsignal bereitstellt, erfolgt die Umschaltung in Abhängigkeit von einer Unterbrechung bzw. Wiederherstellung einer elektrischen Versorgungsverbindung zwischen der Werkzeugschnittstelle des Industrieroboters und der Roboterschnittstelle der Werkzeugsteuerung.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Steuerschaltung zum Empfang von Umschaltsignalen der übergeordneten Robotersteuerung mit dem Kommunikationsbereich der Steueranordnung gekoppelt ist. Diese Ausgestaltung der Steuerschaltung ist bei einer entsprechenden Auslegung der Steueranordnung für die Umschaltung zwischen einem Betriebszustand und einem Ruhezustand vorteilhaft, da in diesem Fall keine parallele Informationsübertragung von der Roboterschnittstelle sowohl zur Steuerschaltung als auch zur Steueranordnung erforderlich ist. Vielmehr kann die Steuerschaltung als integraler Bestandteil der Steueranordnung ausgebildet sein.
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Bevorzugt bilden die Steuerschaltung und der Energiespeicher ein Energiesparmodul, das zur Einkopplung in das Kommunikationssystem ausgebildet ist. Ein solches Energiesparmodul ist dazu konfiguriert, eine Nachrüstung einer bestehenden Werkzeugsteuerung zu ermöglichen. Dementsprechend umfasst ein Energiesparmodul neben der Steuerschaltung und dem Energiespeicher geeignete Schnittstellen zur elektrischen bzw. elektronischen Einschleifung, insbesondere in der Art einer Reihenschaltung zwischen die Roboterschnittstelle und die Steueranordnung, in das Kommunikationssystem. Ferner ist die Steuerschaltung derart konfiguriert, dass sie Konfigurationen und Parameter von den Funktionsmodulen, die mit dem Kommunikationssystem verbunden sind, abfragen und speichern kann und dass sie durch geeignete Ansteuerung der angeschlossenen Funktionsmodule, insbesondere durch eine entsprechende getaktete Unterbrechung und Bereitstellung von Versorgungsenergie an die angeschlossenen Funktionsmodule die entsprechende Umschaltung zwischen dem Betriebszustand und dem Ruhezustand vornehmen kann. Der Energiespeicher kann neben einer Versorgung der Steuerschaltung auch für eine Versorgung wenigstens eines im Ruhezustand befindlichen Funktionsmoduls, insbesondere eines Eingangsmoduls, ausgebildet sein. Bevorzugt ist der Energiespeicher ausschließlich für eine Versorgung der Steuerschaltung vorgesehen.
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Zweckmäßig ist es, wenn die Steueranordnung einen integrierten Schaltkreis umfasst und wenn die Steuerschaltung als Teilbereich des integrierten Schaltkreises der Steueranordnung ausgebildet ist. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Steuerschaltung für eine Einflussnahme auf den Arbeitstakt der Steueranordnung ausgebildet ist, um durch eine Reduzierung der Taktfrequenz für die Steueranordnung eine Reduzierung des Energieverbrauchs zu bewirken. Ergänzend oder alternativ kann die Steuerschaltung auch für eine vollständige Abschaltung der Steueranordnung ausgebildet sein. Ergänzend oder alternativ kann die Steuerschaltung auch für eine Variation der Frequenz der eigenen Arbeitstaktfrequenz ausgebildet sein, um hierdurch eine weitere Reduktion des Energieverbrauchs zu bewirken.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß einem zweiten Aspekt durch ein Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugsteuerung gelöst, wie es im Anspruch 9 angegeben ist. Hierbei nimmt die Steuerschaltung bei einer Abtrennung der Roboterschnittstelle von der Werkzeugschnittstelle in einem ersten Schritt über das Kommunikationssystem eine Umschaltung von Eingangsmodulen und/oder Ausgangsmodulen in den Ruhezustand und in einem zweiten Schritt eine Umschaltung der Steueranordnung in den Ruhezustand vor. Je nach technischer Ausrüstung der angeschlossenen Funktionsmodule erfolgt die Umschaltung aus dem Funktionszustand in den Ruhezustand durch eine Unterbrechung der Versorgungsenergie, die aus dem Energiespeicher, insbesondere selektiv, an die Funktionsmodule bereitgestellt wird oder durch Einflussnahme auf Eigenschaften der Funktionsmodule wie beispielsweise eine Beeinflussung der Arbeitstaktfrequenz geeignet ausgerüsteter Funktionsmodule.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung vor der Umschaltung der Eingangsmodule und/oder der Ausgangsmodule und/oder der Steueranordnung in den Ruhezustand eine Speicherung von Konfigurationen und/oder Parametern der Eingangsmodule und/oder der Ausgangsmodule und/oder der Steueranordnung vornimmt.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung für eine Umschaltung der Eingangsmodule und/oder der Ausgangsmodule und/oder der Steueranordnung in den Betriebszustand eine Übertragung von gespeicherten Konfigurationen und/oder Parametern an die Eingangsmodule und/oder die Ausgangsmodule und/oder die Steueranordnung vornimmt.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung bei der Umschaltung der Eingangsmodule und/oder der Ausgangsmodule und/oder der Steueranordnung in den Betriebszustand einen Vergleich zwischen einer gespeicherten Konfiguration von an die Steueranordnung angeschlossenen Eingangsmodulen und Ausgangsmodulen und einer tatsächlichen Konfiguration von an die Steueranordnung angeschlossenen Eingangsmodulen und Ausgangsmodulen vornimmt und ein Bereitschaftssignal für die übergeordnete Robotersteuerung bei Vorliegen eines korrekten Vergleichsergebnisses bereitstellt.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung eine Umschaltung der Eingangsmodule und/oder der Ausgangsmodule und/oder der Steueranordnung in den Betriebszustand vornimmt, sobald eine Versorgungsspannung oder eine Kombination eines Umschaltbefehls und der Versorgungsspannung an der Roboterschnittstelle bereitgestellt wird.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung die Umschaltung von Eingangsmodulen und/oder Ausgangsmodulen in den Ruhezustand, insbesondere nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitspanne, nach einer Abtrennung einer Versorgungsspannung von der Roboterschnittstelle vornimmt.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
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1 ein schematisches Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Werkzeugsteuerung mit einer Steueranordnung, einem Eingangsmodul mit angeschlossenem Sensor und einem Ausgangsmodul mit angeschlossenem Aktor sowie mit einer in die Steueranordnung integrierten Steuerschaltung, und
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2 ein schematisches Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Werkzeugsteuerung mit einer Steueranordnung, einem Eingangsmodul mit angeschlossenem Sensor und einem Ausgangsmodul mit angeschlossenem Aktor sowie mit einer zwischen einer Roboterschnittstelle und der Steueranordnung angeordneten Steuerschaltung.
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Gemäß einem in der 1 dargestellten schematischen Blockschaltbild umfasst eine erste Ausführungsform einer Werkzeugsteuerung 1 eine Roboterschnittstelle 2, eine Steueranordnung 3, ein Eingangsmodul 4, an dem exemplarisch ein Sensor 5 angeschlossen ist sowie ein Ausgangsmodul 6, an dem exemplarisch ein Aktor 7 angeschlossen ist. Beispielsweise kann eine derartige Werkzeugsteuerung 1 als Bestandteil eines beispielhaft als Greifer ausgebildeten Roboterwerkzeugs vorgesehen sein, wobei der Aktor 7 zur Bewegung nicht dargestellter Greifzangen dient und der Sensor 5 eine Ermittlung einer Greifstellung der Greifzangen ermöglicht.
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Die Roboterschnittstelle 2 ist für eine elektromechanische Kopplung mit einer Werkzeugschnittstelle 8 vorgesehen, die an einem nicht dargestellten Arm eines Industrieroboters angeordnet sein kann und über die in eine Einkopplung von elektrischer Versorgungsenergie und von Steuersignalen einer ebenfalls nicht dargestellten übergeordneten Robotersteuerung auf die Werkzeugsteuerung 1 ermöglicht wird. Beispielsweise weist hierzu die Roboterschnittstelle 2 nicht näher dargestellte elektrische Kontaktflächen auf, die in elektrisch leitende Anlage mit geeignet ausgestalteten, federelastischen Kontaktzungen der Werkzeugschnittstelle 8 gebracht werden können, um eine Signalübertragung sowie eine Übertragung von Versorgungsenergie von der Werkzeugschnittstelle 8 auf die Roboterschnittstelle 2 und gegebenenfalls auch eine Rückübertragung von Signalen von der Werkzeugschnittstelle 8 an die Roboterschnittstelle 2 zu ermöglichen.
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Die Roboterschnittstelle 2 steht über ein Kommunikationssystem 9 mit der Steueranordnung 3 elektrisch in Verbindung, wobei das Kommunikationssystem 9 exemplarisch aus einem ersten Teilbereich 10 und einem zweiten Teilbereich 11 ausgebildet ist.
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Dabei ist der erste Teilbereich 10 des Kommunikationssystems 9 zur, insbesondere bidirektionalen, Weiterleitung von Signalen, die entsprechend einem externen Kommunikationsprotokoll codiert sind, wie es von der nicht dargestellten übergeordneten Robotersteuerung an der Werkzeugschnittstelle 8 bereitgestellt wird, ausgebildet. Bei den Signalen kann es sich um Steuersignale handeln, die von der übergeordneten Robotersteuerung an die Werkzeugsteuerung 1 bereitgestellt werden. Ferner kann es sich bei den Signalen auch um Sensorsignale handeln, die von dem Sensor 5 des wenigstens einen Eingangsmoduls 4 an die übergeordnete Robotersteuerung bereitgestellt werden sollen.
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Demgegenüber ist der zweite Teilbereich 11 des Kommunikationssystems 9 exemplarisch zur Weiterleitung von Signalen in einem proprietären internen Bussystem ausgebildet und für eine Codierung der Signale, bei denen es sich um Steuersignale und/oder Sensorsignale handeln kann, gemäß einem internen Kommunikationsprotokoll eingerichtet.
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Dementsprechend kommt der Steueranordnung 3 die Aufgabe zu, an der Roboterschnittstelle 2 eintreffende Steuersignale des externen Kommunikationsprotokolls in entsprechende Steuersignale des internen Kommunikationsprotokolls umzuwandeln und eintreffende Sensorsignale, die gemäß dem internen Kommunikationsprotokoll codiert sind, in entsprechende Sensorsignale gemäß dem externen Kommunikationsprotokoll umzuwandeln. Die Steueranordnung 3 kann ausschließlich als Buskommunikationsbaustein oder Busknoten-Mikrocontroller, insbesondere in Form eines integrierten Schaltkreises, ausgebildet sein. Die Steueranordnung 3 kann zudem auch für die Durchführung von Verarbeitungsaufgaben wie einer Verknüpfung von eintreffenden Steuersignalen der Robotersteuerung und eintreffenden Sensorsignale von den Eingangsmodulen 4 und einer Bereitstellung von daraus resultierenden Steuerbefehlen an die Ausgangsmodule 6 ausgebildet sein und hierzu insbesondere einen nicht dargestellten Prozessor umfassen. Dieser Prozessor kann in vorteilhafter Weise auch den Buskommunikationsbaustein mit umfassen. Bei dieser Ausgestaltung umfasst die Steueranordnung 3 somit sowohl einen Kommunikationsbereich als auch einen Verarbeitungsbereich.
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Die bei dieser ersten Ausführungsform der Werkzeugsteuerung 1 vorgesehene Integration der Steuerschaltung 12 in die Steueranordnung 3 kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, dass die Schaltkreise der Steuerschaltung 12 auf dem gleichen integrierten Schaltkreis wie die Steueranordnung 3 ausgebildet sind. Insbesondere handelt es sich bei diesem integrierten Schaltkreis um einen proprietären integrierten Schaltkreis oder ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung – application specific integrated circuit). Besonders bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass die Steuerschaltung 12 eine unabhängige Einstellung der eigenen Arbeitstaktfrequenz und der Arbeitstaktfrequenz der Steueranordnung 3 ermöglicht, so dass beispielsweise für eine Umschaltung zwischen einem Betriebszustand und einem Ruhezustand für die Werkzeugsteuerung 1 in einem ersten Schritt eine Reduzierung der Arbeitstaktfrequenz der Steueranordnung 3 vorgenommen werden kann, um gegebenenfalls in einem weiteren Schritt auch eine Reduzierung der Arbeitstaktfrequenz für die Steuerschaltung 12 durchzuführen.
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Ferner ist die Steuerschaltung 12 dazu ausgebildet, über die Steueranordnung 3 eine Kommunikation mit den Eingangsmodulen 4 und den Ausgangsmodulen 6 aufzubauen, um dort genutzte Konfigurationen und/oder Parameter abzufragen und diese in einem internen Speicher 15 abzulegen. Ferner kann die Steuerschaltung 12 dazu ausgebildet sein, bei Eintreffen eines von der Robotersteuerung bereitgestellten Abschaltsignals die von den Eingangsmodulen 4 und den Ausgangsmodulen 6 genutzten Konfigurationen und/oder Parameter zu aktualisieren und im internen Speicher 15 abzulegen. Sofern von der übergeordneten Robotersteuerung kein Abschaltsignal bereitgestellt wird, kann die Steuerschaltung 12 dazu eingerichtet sein, in regelmäßigen Abständen die von den Eingangsmodulen 4 und den Ausgangsmodulen 6 genutzten Konfigurationen und/oder Parameter abzufragen und im internen Speicher 15 abzulegen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Konfigurationen und/oder Parameter bei einer Unterbrechung der Versorgungsenergie ausreichend aktuell sind.
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Ferner kann die Steuerschaltung 12 dazu eingerichtet sein, nach einem Eintreffen eines Abschaltsignals oder nach Abtrennung der elektrischen Verbindung zwischen der Roboterschnittstelle 2 und der Werkzeugschnittstelle 8 durch Erkennen der dadurch eintretenden Unterbrechung der Versorgungsenergie für die mit der Steueranordnung 3 verbundenen Eingangsmodule 4 und/oder Ausgangsmodulen 6 eine Umschaltung dieser Funktionsmodule (Steueranordnung 3, Eingangsmodul 4, Ausgangsmodul 6, Kommunikationssystem 9) in den Ruhezustand zu veranlassen. Hierzu kann vorgesehen sein, die den jeweiligen Funktionsmodulen zugeordneten Mikrocontroller oder Mikroprozessoren durch Bereitstellung eines geeigneten Steuersignals entweder vollständig abzuschalten oder in einem Betriebszustand mit reduzierter Arbeitstaktfrequenz umzuschalten, um hierdurch einen geringeren Energieverbrauch zu bewirken. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Steuerschaltung 12 zugeordnete Schaltmittel 16 umfasst, die eine Unterbrechung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Energiespeicher 17 und den Funktionsmodulen in Abhängigkeit von einem entsprechenden Steuerbefehl der Steuerschaltung 12 ermöglichen. Dabei können die Schaltmittel 16 derart konfiguriert sein, dass sie eine selektive Abschaltung von einzelnen Funktionsmodulen oder von Gruppen von Funktionsmodulen oder alternativ eine vollständige Abschaltung sämtlicher Funktionsmodule ermöglichen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn nach einer Unterbrechung der über die Roboterschnittstelle 2 bereitgestellten Versorgungsenergie kurzzeitig ein Betrieb der Funktionsmodule aufrechterhalten wird, um der Steuerschaltung 12 eine Abfrage der aktuell in den Funktionsmodulen genutzten Konfigurationen und/oder Parameter zu ermöglichen und eine Speicherung dieser Konfigurationen und/oder Parameter im Speicher 15 vorzunehmen und anschließend die Umschaltung der Funktionsmodule in den Ruhezustand durch zeitweilige oder vollständige Unterbrechung der Versorgungsenergie, die zu diesem Zeitpunkt vom Energiespeicher 17 bereitgestellt werden kann, durchzuführen.
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Ein sogenannter „Aufwachvorgang”, also eine Wiederinbetriebnahme der Werkzeugsteuerung 1 unmittelbar nach Ankopplung der Roboterschnittstelle 2 an die Werkzeugschnittstelle 8 kann mit Hilfe der Steuerschaltung 12 besonders rasch vorgenommen werden. Hierzu detektiert die Steuerschaltung 12 das Vorliegen von Versorgungsenergie an der Roboterschnittstelle 2 und stellt zu diesem Zeitpunkt die im Speicher 15 gespeicherten Konfigurationen und/oder Parameter an die angeschlossenen Funktionsmodule bereit, so dass diese ohne eine zeitaufwändige Initialisierung unmittelbar aus dem Ruhezustand in den Betriebszustand übergehen können. Sofern eines oder mehrere der Funktionsmodule mit Mikroprozessoren oder Mikrocontrollern ausgestattet sind, die eine variable Arbeitstaktfrequenz ermöglichen, kann die Steuerschaltung 12 vor der oder zeitgleich mit der Übermittlung der Konfigurationen und/oder Parameter ein geeignetes Steuersignal an die jeweiligen Funktionsmodule übersenden, damit diese eine Umschaltung von einer für den Ruhezustand vorgesehenen niedrigen Arbeitstaktfrequenz in eine für den Betriebszustand vorgesehenen hohen Arbeitstaktfrequenz vornehmen.
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Sofern die Mikroprozessoren oder Mikrocontroller der Funktionsmodule nicht dazu konfiguriert sind, mit einer variablen Arbeitszeitfrequenz betrieben zu werden, kann im Ruhezustand eine wiederkehrende Abfrage von Sensorsignalen der an die jeweiligen Eingangsmodule 4 angeschlossenen Sensoren 5 durch die Steuerschaltung 12 vorgenommen werden, um gegebenenfalls eine Veränderung der ermittelten Sensorsignale zu ermitteln und eine solche Veränderung gegebenenfalls auch bei einer erneuten Ankopplung der Roboterschnittstelle 2 an die Werkzeugschnittstelle 8 direkt der übergeordneten Robotersteuerung mitteilen zu können. Hierzu wird in regelmäßigen oder unregelmäßigen zeitlichen Abständen Versorgungsenergie an die jeweiligen Funktionsmodule bereitgestellt und das jeweilige Sensorsignal ermittelt.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Steuerschaltung 12 bei der Wiederherstellung der elektrischen Verbindung zwischen Roboterschnittstelle 2 und Werkzeugschnittstelle 8, also im Zuge des Aufwachvorgangs, eine Diagnoseroutine abarbeitet, bei der beispielsweise ein Vergleich von Identifikationsdaten angeschlossener Funktionsmodule und/oder Konfigurationen und/oder Parameter der angeschlossenen Funktionsmodule mit im Speicher 15 der Steuerschaltung 12 abgelegten Identifikationsdaten angeschlossener Funktionsmodule und/oder Konfigurationen und/oder Parameter der angeschlossenen Funktionsmodule durchgeführt wird, um möglicherweise eine Veränderung hinsichtlich der Anzahl, Anordnung oder des Funktionsumfangs von angeschlossenen Funktionsmodulen ermitteln zu können. Bei einer Übereinstimmung von aktuell ermittelten und gespeicherten Daten kann eine unmittelbare Inbetriebnahme erfolgen, andernfalls muss gegebenenfalls eine Initialisierung der Werkzeugsteuerung 1 in Kauf genommen werden.
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Gemäß einem in der 2 dargestellten schematischen Blockschaltbild umfasst eine zweite Ausführungsform einer Werkzeugsteuerung 41 eine Roboterschnittstelle 42, eine Steueranordnung 43, ein Eingangsmodul 44, an dem exemplarisch ein Sensor 45 angeschlossen ist sowie ein Ausgangsmodul 46, an dem exemplarisch ein Aktor 47 angeschlossen ist. Die zweite Ausführungsform der Werkzeugsteuerung 41 gemäß der 2 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform der Werkzeugsteuerung 1 gemäß der 1 dadurch, dass die Funktionsmodule, also die Steueranordnung 43, das Eingangsmodul 44 und das Ausgangsmodul 46 nicht mit Mikroprozessoren oder Mikrocontrollern oder ASICs ausgerüstet sind, die eine variable Einstellung einer Arbeitstaktfrequenz ermöglichen. Solche Funktionsmodule finden sich insbesondere bei älteren Werkzeugsteuerungen 41, die dementsprechend nicht mit der vorstehend erwähnten Umschaltmöglichkeit zwischen dem Betriebszustand und dem Ruhezustand ausgestattet sind.
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Vielmehr können diese Funktionsmodule aus einem Betriebszustand mit hohem Energieverbbrauch lediglich durch Einflussnahme auf die Versorgungsenergie, beispielsweise durch vollständiges Abschalten der Versorgungsenergie oder durch ein zyklisches oder azyklisches Bereitstellen von Versorgungsenergie in einen Ruhezustand mit geringerem Energieverbrauch umgeschaltet werden. Dementsprechend ist die Steuerschaltung 52 dazu konfiguriert, eine solche Abschaltung der Versorgungsenergie oder eine nur gelegentliche Bereitstellung von Versorgungsenergie zu ermöglichen.
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Abweichend von der Anordnung der Steuerschaltung 12 bei der Werkzeugsteuerung 1 gemäß der 1 ist die Steuerschaltung 52 bei der Werkzeugsteuerung 41 gemäß der 2 zwischen die Roboterschnittstelle 42 und die Steueranordnung 43 eingeschleift und kann somit sowohl die Kommunikation zwischen der Steueranordnung 43 und der Roboterschnittstelle 42 als auch die Bereitstellung von elektrischer Versorgungsenergie ausgehend von der Roboterschnittstelle 42 an die angeschlossenen Funktionsmodule beeinflussen.
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Die Steuerschaltung 52 umfasst einen Speicher 55 sowie Schaltmittel 56, die von der Steuerschaltung 52 für eine zeitweilige Unterbrechung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Energiespeicher 57 und einem oder mehreren der angeschlossenen Funktionsmodule genutzt werden können.
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Die Steuerschaltung 52 kann eine Kommunikationsverbindung mit der Steueranordnung 43 und den angeschlossenen Eingangsmodulen 44 und Ausgangsmodulen 46 aufbauen, um dort verwendete Konfigurationen und/oder Parameter abzufragen und im Speicher 55 zu speichern. Ferner kann die Steuerschaltung 52 dazu ausgebildet werden, nach einer Unterbrechung der Verbindung zwischen Roboterschnittstelle 42 und Werkzeugschnittstelle 48, die mit einer Unterbrechung der von außen bereitgestellten Versorgungsenergie einhergeht, eine kurzzeitig fortdauernde/oder gelegentlich wiederkehrende Versorgung wenigstens eines der Funktionsmodule mit elektrischer Energie aus dem Energiespeicher 57 vorzunehmen. Dadurch kann wahlweise eine Aktualisierung von Konfigurationen und/oder Parametern der angeschlossenen Funktionsmodule und/oder eine gelegentliche Abfrage von Sensorsignalen vorgenommen werden, die der Sensor 45 am Eingangsmodul 44 bei geeigneter Energieversorgung bereitstellen kann. Hierzu kann die Steuerschaltung 52 in geeigneter Weise programmiert sein, wobei eine Bereitstellung von elektrischer Energie aus dem Energiespeicher 57 vorzugsweise selektiv an eines oder mehrere der angeschlossenen Funktionsmodule vorgenommen werden kann.
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Die Steuerschaltung 52 kann zudem dazu ausgebildet sein, eine eigene Arbeitstaktfrequenz zu verändern, insbesondere zu reduzieren, sofern keine externe Versorgungsenergie über die Roboterschnittstelle 42 bereitgestellt wird, um hierdurch eine möglichst geringe Belastung des Energiespeichers 57 zu erzielen.
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Nach einer Wiederherstellung der elektrischen Verbindung zwischen der Roboterschnittstelle 42 und der Werkzeugschnittstelle 48 kann die Steuerschaltung 52 die gespeicherten Konfigurationen und/oder Parameter aus dem Speicher 55 auslesen und über das Kommunikationssystem 49 an die Steueranordnung 43 und/oder das Eingangsmodul 44 und/oder das Ausgangsmodul 46 bereitstellen, so dass diese ohne einen eigenen Initialisierungsvorgang unmittelbar arbeitsfähig sind.
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Ergänzend oder alternativ kann die Steuerschaltung 52 bei der Wiederherstellung der elektrischen Verbindung zwischen Roboterschnittstelle 42 und Werkzeugschnittstelle 48, also im Zuge des Aufwachvorgangs, eine Diagnoseroutine abarbeiten, bei der beispielsweise ein Vergleich von Identifikationsdaten angeschlossener Funktionsmodule und/oder Konfigurationen und/oder Parameter der angeschlossenen Funktionsmodule mit im Speicher 55 der Steuerschaltung 52 abgelegten Identifikationsdaten angeschlossener Funktionsmodule und/oder Konfigurationen und/oder Parameter der angeschlossenen Funktionsmodule durchgeführt wird, um möglicherweise eine Veränderung hinsichtlich der Anzahl, Anordnung oder des Funktionsumfangs von angeschlossenen Funktionsmodulen ermitteln zu können.
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Sowohl bei der ersten Ausführungsform der Werkzeugsteuerung 1 gemäß der 1 als auch bei der zweiten Ausführungsform der Werkzeugsteuerung 41 gemäß der 2 kann vorgesehen werden, dass nach einer Abkopplung der Werkzeugschnittstelle 8, 48 von der Werkzeugsteuerung 1, 41 eine vorzugsweise kontaktlose, insbesondere induktive, Bereitstellung von Versorgungsenergie an die abgekoppelte Werkzeugsteuerung 1, 41 vorgenommen wird, wodurch zumindest ein Teil der im Ruhezustand verbrauchten Versorgungsenergie nicht vom Energiespeicher 17, 57 bereitgestellt werden muss. Vorzugsweise umfasst hierzu die Steuerschaltung 12, 52 eine nicht näher dargestellte Spulenanordnung, die gegenüberliegend zu einer ebenfalls nicht dargestellten Spulenanordnung in einem nicht dargestellten Trägergestell für die Werkzeugsteuerung 1, 41 angeordnet ist. Exemplarisch ist die nicht dargestellte Spulenanordnung des Trägergestells für die Bereitstellung eines elektromagnetischen Wechselfelds ausgebildet, wodurch eine kontaktlose Energieübertragung auf die entsprechend ausgerüstete Steuerschaltung 12, 52 ermöglicht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/0184575 A1 [0002]
