DE102019001252A1

DE102019001252A1 - Verfahren zum Betreiben eines Systems und System zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102019001252A1
Application number: DE102019001252.6A
Authority: DE
Inventors: Andre Belz
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2018-03-08
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2019-09-12

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Systems und System zur Durchführung des Verfahrens, welches
- eine Vorrichtung mit Steuerung,
- einen Rechner und
- einen Kommunikationskanal zwischen Rechner und Steuerung
aufweist,
wobei über ein Eingabemittel des Rechners (3) Parameterwerte eingebbar sind,
wobei mittels eines Anzeigemittels des Rechners ein Modell der Vorrichtung dargestellt und/oder angezeigt wird, wobei das Modell entsprechend der eingegebenen Parameter dargestellt wird und Bewegungen ausführt, insbesondere Bewegungen der Antriebsachsen der Vorrichtung und des Arbeitspunktes / Tool Center Points der Vorrichtung,
wobei in einem nachfolgenden Verfahrensschritt die Parameter vom Rechner über den Kommunikationskanal an die Steuerung der Vorrichtung übertragen werden zur Ausführung der Bewegungen mittels der Vorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Systems und System zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist allgemein bekannt, dass ein Roboter Antriebe aufweist und die Steuerung des Roboters parametriert werden muss.
Aus der DE 11 2016 000 582 T5 ist als nächstliegender Stand der Technik ein Lehrverfahren für ein Ronbotersystem bekannt.
Aus der DE 10 2012 110 508 A1 ist eine Robotereinstellvorrichtung mit 3D-Display bekannt.
Aus der DE 10 2011 106 321 A1 ist ein Verfahren zum Steuern eines Roboters bekannt.
Aus der DE 10 2016 000 105 A1 ist eine Simulationsvorrichtung für ein Robotersystem bekannt.
Aus der US 2014 / 0 236 565 A1 ist ein Robotersimulationssystem bekannt.
Aus der US 2015 / 0 379 171 A1 ist ebenfalls ein Robotersimulator bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit Antrieben in einfacher und fehlersicherer Weise zu betreiben.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1 und bei dem System nach den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren sind, dass das Verfahren zum Betreiben eines Systems vorgesehen ist, welches

- eine Vorrichtung mit Steuerung,
- einen Rechner und
- einen Kommunikationskanal zwischen Rechner und Steuerung

Von Vorteil ist dabei, dass die Wirkung der eingegebenen Parameter beim dreidimensionalen Modell der Vorrichtung beobachtbar und/oder prüfbar ist, insbesondere wobei interaktiv die Werte veränderbar sind und die Wirkung der veränderten Parameter sofort visualisierbar ist, insbesondere während der Bewegung. Das Objekt muss dabei nicht konkret dargestellt sein sondern ist auch durch einen Punkt symbolisierbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vorrichtung ein Roboter ist, insbesondere ein Handling-Roboter,
insbesondere ein kartesisches Portal, ein Rollenportal, ein SCARA, ein Delta-Roboter, ein Seilroboter oder ein Knickarmroboter ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Achsen des Roboters in einfacher Weise programmierbar und/oder parametrierbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung stellt das Anzeigemittel das Modell dreidimensional dar, insbesondere visuell darstellt. Von Vorteil ist dabei, dass das interaktive Modell der Realität möglichst nahe kommt und somit die Vermeidung einer fehlerhaften Programmierung oder anderer Fehler in einfacher Weise ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden als Parameter die Streckenlänge, die Bewegungsrichtung und/oder die Geschwindigkeit eines von der Vorrichtung aufgenommenen und bewegten Objektes mittels des Eingabemittels in den Rechner eingegeben. Von Vorteil ist dabei, dass eine möglichst realistische Modellierung der Vorrichtung im interaktiven Modell und seiner Bewegung ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden Hindernisse in der Umgebung der Vorrichtung, andere Vorrichtungen mit denen die zu parametrierende Vorrichtung interagiert und von der Vorrichtung bewegte Objekte zusätzlich zum Modell der Vorrichtung im Anzeigemittel dargestellt. Dadurch ergeben sich weitere Möglichkeiten zur Validierung der Parametrierung der Vorrichtung wie der Ausschluss möglicher Kollisionen mit der Umgebung oder der Prüfung der Erreichbarkeit relevanter Raumpunkte durch den Arbeitspunkt der Vorrichtung.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind nur derartige Parameter eingebbar, dass die Bewegung von der Vorrichtung ausführbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass Fehler vermeidbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird als erster Schritt des Verfahrens zunächst das Kinematische Modell der Vorrichtung ausgewählt und danach werden Parameter eingegeben, insbesondere Versätze in der kinematischen Kette der Vorrichtung, in der Nullstellung und/oder Drehrichtung der von Elektromotoren angetriebenen Maschinenachsen der Vorrichtung, kartesisch oder winkelbezogene Arbeitsbereiche der Vorrichtung, kinematische Parameter der Vorrichtung, wie Geschwindigkeit oder Beschleunigungen, oder andere Informationen, wie Transformationen, Werkzeugtransformationen oder die Position der Vorrichtung, insbesondere des Roboters, in einem Koordinatensystem. Vorteiligerweise ist somit eine interaktive Simulation der einen Bewegungsablauf durchführenden Vorrichtung dreidimensional visualisierbar. Somit ist auch in einfacher Weise überprüfbar, ob die eingegebenen Parameter die gewünschte Funktion bewirken.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Geometrien und Massen der mechanischen Komponenten der Vorrichtung eingegeben, ebenfalls visualisiert und an die Steuerung übertragen, insbesondere so dass insbesondere über Trägheitsmomentbestimmung der Drehmomentverlauf eines Elektromotors der Vorrichtung bestimmbar ist,
insbesondere und auf Überschreiten eines Schwellwertes an Drehmoment überwacht wird. Von Vorteil ist dabei, dass das für die gewünschte Bewegung erforderliche Drehmoment bestimmbar ist. Denn erst durch Eingabe der Masse bei bekannter Form ist das Trägheitsmoment bestimmbar und unter Berücksichtigung der gewünschten Drehbeschleunigung dann das Drehmoment des die Bewegung antreibenden Motors.
Insbesondere ist somit vorteiligerweise ermöglicht, dass mit dieser Information auf der Steuerung die bei einer Bewegung auftretenden Masseträgheiten bestimmbar sind und so die von den Motoren aufzubringenden Drehmomente bestimmbar sind. Die so ermittelbaren physikalischen Größen können für verschiedene Anwendungsfälle verwendet werden, insbesondere als Vorsteuerwerte für die Regelung der Bewegung des Motors durch den Antriebsumrichter oder die Auswahl eines passend dimensionierten Elektromotors und Antriebsumrichters für die jeweilige Applikation.
Wichtige Merkmale bei dem System zur Durchführung eines vorgenannten Verfahrens sind, dass die Vorrichtung eine Steuerung aufweist, welche mit Umrichtern von elektromotorischen Antrieben zum Datenaustausch verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Parametrierung der Antriebe im Rechner ausführbar ist und nach Eingabe und Testen mittels des interaktiven Modells der gesamte Parametersatz vom Rechner an die Steuerung übertragbar ist und danach von der Steuerung an den jeweiligen Antrieb die für diesen Antrieb, insbesondere Umrichter, bestimmten Parameter.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden Parameter zur Parametrierung der Umrichter mittels des Eingabemittels in den Rechner eingegeben,
und wobei in dem nachfolgenden Verfahrensschritt auch die Parameter zur Parametrierung der Umrichter vom Rechner an die Steuerung übertragen werden. Von Vorteil ist dabei, dass eine zentrale Eingabemöglichkeit für alle Parameter der Vorrichtung und seiner Antriebe ermöglicht ist. Insbesondere ist dabei von Vorteil, dass die Parametrierung der Antriebe im Rechner ausführbar ist und nach Eingabe und Testen mittels des interaktiven Modells der gesamte Parametersatz vom Rechner an die Steuerung übertragbar ist und danach von der Steuerung an den jeweiligen Antrieb die für diesen Antrieb, insbesondere Umrichter, bestimmten Parameter.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Eingabe der Parameter zur Parametrierung der Umrichter auch über das interaktive Modell der Vorrichtung ausgeführt, so dass die Zuordnung des Umrichters zum vom Umrichter angesteuerten Motor in der Vorrichtung gegeben ist. Vorteiligerweise ist somit der Ausschluss von falschen Zuordnungen des Umrichters zu dem Antrieb/Motor in der Vorrichtung ermöglicht. Deshalb ist eine falsche Parametrierung des Umrichters durch den Anwender verhinderbar. Außerdem ist es so möglich, die Parameter der Umrichter und die Parameter der Vorrichtung in einem Arbeitsschritt an die Steuerung zu übertragen, so dass die Steuerung die jeweiligen Parameter an die entsprechenden Umrichter übertragen kann.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:

In der 1 ist ein erfindungsgemäßes System dargestellt.

Dabei weist eine Vorrichtung, insbesondere Roboter, Antriebe auf, welche von einer Steuerung 1 angesteuert werden, um Bewegungen auszuführen.
Die Steuerung 1 ist mittels eines Kommunikationskanals 2 verbunden mit einem Rechner 3.
Am Rechner 3 ist die Art der Vorrichtung auswählbar. Beispielsweise ist die Vorrichtung ein kartesisches Portal, ein Rollenportal, ein SCARA, ein Delta-Roboter ein Seilroboter oder ein Knickarmroboter.
Über Eingabemittel des Rechners 3 sind Parameterwerte eingebbar und über dessen Anzeigemittel wird ein Modell der Vorrichtung angezeigt. Dabei ist beispielhaft der Wert der Länge L1 eines Unterarms der Vorrichtung eingebbar und der Wert der Länge L2 eines Oberarms der Vorrichtung. Auch andere geometrische Parameter sind eingebbar oder auch kinematische Parameter, wie Geschwindigkeit und/oder Richtung eines von der Vorrichtung aufgenommenen und zu bewegenden Objekts.
Nach Eingabe der Parameter (L1, L2) wird die entsprechend geometrisch und kinematisch veränderte Vorrichtung mittels der Anzeigemittel dargestellt, insbesondere auch die entsprechende Bewegung ausführend dargestellt.
Somit werden dem Benutzer die Auswirkungen der von ihm gewählten Parameter visualisiert. Auf diese Weise kann der Benutzer dann erkennen, ob die von ihm gewünschte Bewegungsart von der Vorrichtung ausgeführt wird oder nicht. Beispielsweise gibt der Benutzer die Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit eines von der Vorrichtung aufgenommenen und bewegten Objektes 5 vor. Der Rechner berechnet dann über eine Inverskinematik die Drehzahlverläufe der elektromotorischen Antriebe der Vorrichtung, um diese geradlinige Bewegung auszuführen und stellt die Bewegung des Objektes 5 dar. Sodann ist der Benutzer in der Lage zu erkennen, dass bei den eingegebenen Armlängen (L1, L2) nicht die von ihm gewünschte Strecke zurücklegbar ist sondern das Objekt 5 nur auf einer zu kleinen Strecke hin- oder herbewegbar ist. Im nächsten Schritt kann dann der Benutzer die Armlängen verändern und so die Ausführbarkeit der gewünschten Bewegung überprüfen.
Darüber hinaus sind vom Anzeigemittel auch Drehzahlverläufe der elektromotorischen Antriebe anzeigbar, so dass der Maximalwert der Drehzahlverläufe anzeigbar ist. Wenn dieser den zugelassenen Maximalwert des realen elektromotorischen Antriebs überschreitet, ist vom Benutzer erkennbar, dass die Bewegung nicht so schnell ausführbar ist, wie vom Benutzer gewünscht. Somit kann dann der Geschwindigkeitswert reduziert werden und die Drehzahlbegrenzung der Antriebe eingehalten werden.
Je nach Art der Vorrichtung sind nicht nur die Armlänge L1 und L2 sondern Versätze in der kinematischen Kette der Vorrichtung, in der Nullstellung und Drehrichtung der von Elektromotoren angetriebenen Maschinenachsen, kartesisch oder winkelbezogene Arbeitsbereiche, kinematische Parameter, wie Geschwindigkeit oder Beschleunigungen, oder andere Informationen, wie Transformationen, Werkzeugtransformationen oder die Position des Roboters in einem Koordinatensystem eingebbar.
Dabei sind immer nur die zur ausgewählten Art der Vorrichtung zugehörigen Parameter eingebbar.
Nach Visualisierung der Auswirkungen durch Darstellen der Bewegung der Vorrichtung in virtueller Weise und nach Freigabe durch den Benutzer werden die Parameter über den Kommunikationskanal 2 an die Steuerung 1 übertragen, so dass die reale Vorrichtung mit den Parametern betrieben wird.
Vorteil der Erfindung ist, dass durch die virtuelle Vorabüberprüfung häufiges und zeitaufwendiges Übertragen der Parameter von dem Rechner 3 an die Steuerung 1 vermieden wird. Außerdem ist eine fehlerhafte Betriebsweise der realen Vorrichtung vermeidbar.
Das Anzeigemittel stellt die Vorrichtung vorzugsweise dreidimensional dar, so dass der Benutzer die Bewegung der Vorrichtung visuell beobachten kann und bis auf die schematische Darstellung der Vorrichtung keinen Unterschied zur Bewegung der späteren realen Bewegung
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen werden unzulässige Eingaben verhindert. Wenn beispielsweise eine eingegebene gewünschte Geschwindigkeit zu einer Überschreitung der Maximaldrehzahl der Elektromotoren führen würde, wird diese Eingabe verhindert.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind die einzugebenden Parameter in Kategorien unterteilt, wie beispielsweise geometrische Parameter und kinematische Parameter. Erst nach vollständiger Eingabe der Parameter einer ersten Kategorie wird die Eingabe der Parameter einer weiteren Kategorie ermöglicht.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird auch die Parametrierung der die Elektromotoren der Vorrichtung umfassenden Antriebe der Vorrichtung, insbesondere also deren die Motoren speisende Umrichter, im Rechner 3, insbesondere im selben interaktiven Modell wie auch die Vorrichtung, parametriert, so dass bei Übertragung der Parameter an die Steuerung auch die auf die Umrichter oder Antriebe bezogenen Parameter an die Steuerung übertragen werden. Die Steuerung 1 überträgt danach diese auf die Umrichter oder Antriebe bezogenen Parameter an die Umrichter beziehungsweise Antriebe.
Bezugszeichenliste

1: Steuerung
2: Kommunikationskanal
3: Rechner
4: angezeigtes Modell der Vorrichtung, insbesondere Roboter
L1: Länge Unterarm
L2: Länge Oberarm

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 112016000582 T5 [0003]
DE 102012110508 A1 [0004]
DE 102011106321 A1 [0005]
DE 102016000105 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Systems, welches - eine Vorrichtung mit Steuerung, - einen Rechner und - einen Kommunikationskanal zwischen Rechner und Steuerung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass über ein Eingabemittel des Rechners (3) Parameterwerte eingebbar sind wobei mittels eines Anzeigemittels des Rechners ein Modell der Vorrichtung dargestellt und/oder angezeigt wird, wobei das Modell entsprechend der eingegebenen Parameter dargestellt wird und Bewegungen ausführt, insbesondere die Bewegung eines von der Vorrichtung aufgenommenen und bewegten Objektes, insbesondere eines von der Vorrichtung aufgenommenen und bewegten als Punkt dargestellten Objektes, und/oder die Bewegungen von Antriebsachsen der Vorrichtung und/oder eines Arbeitspunktes, insbesondere Werkzeugzentralpunkts und/oder Tool Center Points, der Vorrichtung dargestellt wird, wobei in einem nachfolgenden Verfahrensschritt die Parameter vom Rechner über den Kommunikationskanal an die Steuerung der Vorrichtung übertragen werden zur Ausführung der Bewegungen mittels der Vorrichtung.
Verfahren zum Betreiben eines Systems, welches - eine Vorrichtung mit Steuerung, - einen Rechner und - einen Kommunikationskanal zwischen Rechner und Steuerung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass über ein Eingabemittel des Rechners (3) Parameterwerte eingebbar sind wobei mittels eines Anzeigemittels des Rechners ein Modell der Vorrichtung dargestellt und/oder angezeigt wird, wobei das Modell entsprechend der eingegebenen Parameter dargestellt wird und Bewegungen ausführt, also eines von der Vorrichtung aufgenommenen und bewegten als Punkt dargestellten Objektes, und die Bewegungen von Antriebsachsen der Vorrichtung und/oder eines Arbeitspunktes, insbesondere Werkzeugzentralpunkts und/oder Tool Center Points, der Vorrichtung dargestellt wird, wobei das Anzeigemittel das Modell dreidimensional darstellt, insbesondere visuell darstellt, wobei in einem nachfolgenden Verfahrensschritt die Parameter vom Rechner über den Kommunikationskanal an die Steuerung der Vorrichtung übertragen werden zur Ausführung der Bewegungen mittels der Vorrichtung, wobei das Kinematische Modell der Vorrichtung ausgewählt wird und danach Parameter eingegeben werden, wobei als Parameter die Streckenlänge, die Bewegungsrichtung und/oder die Geschwindigkeit eines von der Vorrichtung aufgenommenen und bewegten Objektes mittels des Eingabemittels in den Rechner eingegeben werden, wobei nur derartige Parameter eingebbar sind, dass die Bewegung von der Vorrichtung ausführbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Roboter ist, insbesondere ein Handling-Roboter ist, insbesondere ein kartesisches Portal, ein Rollenportal, ein SCARA, ein Delta-Roboter, ein Seilroboter oder ein Knickarmroboter ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigemittel das Modell dreidimensional darstellt, insbesondere visuell darstellt.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kinematische Modell der Vorrichtung ausgewählt wird, und danach Parameter eingegeben werden, insbesondere Versätze in der kinematischen Kette der Vorrichtung, in der Nullstellung und/oder Drehrichtung der von Elektromotoren angetriebenen Maschinenachsen, kartesisch oder winkelbezogene Arbeitsbereiche, kinematische Parameter, wie Geschwindigkeit oder Beschleunigungen, oder andere Informationen, wie Transformationen, Werkzeugtransformationen oder die Position des Roboters in einem Koordinatensystem.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter die Streckenlänge, die Bewegungsrichtung und/oder die Geschwindigkeit eines von der Vorrichtung aufgenommenen und bewegten Objektes mittels des Eingabemittels in den Rechner eingegeben werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur derartige Parameter eingebbar sind, dass die Bewegung von der Vorrichtung ausführbar ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse einer oder mehrerer insbesondere mechanischer Komponenten der Vorrichtung eingegeben wird, so dass insbesondere über Trägheitsmomentbestimmung der Drehmomentverlauf eines Elektromotors der Vorrichtung bestimmbar ist, insbesondere und auf Überschreiten eines Schwellwertes an Drehmoment überwacht wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Parameter zur Parametrierung der Umrichter mittels des Eingabemittels in den Rechner eingegeben werden, wobei in dem nachfolgenden Verfahrensschritt auch die Parameter zur Parametrierung der Umrichter vom Rechner an die Steuerung übertragen werden.
System zur Durchführung eines Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Steuerung aufweist, welche mit Umrichtern von elektromotorischen Antrieben zum Datenaustausch verbunden ist.