DE102020007794B3

DE102020007794B3 - Handhabungssystem mit externer Steuerbaugruppe

Info

Publication number: DE102020007794B3
Application number: DE102020007794.3A
Authority: DE
Inventors: Günther Zimmer; Martin Zimmer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-12-19
Filing date: 2020-12-19
Publication date: 2022-04-07
Anticipated expiration: 2040-12-20
Also published as: WO2022127962A1; KR20230119695A; CN116802018A; EP4263154A1; JP2024500422A; WO2022127962A8

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Handhabungssystem mit einem mindestens eine Handhabungsvorrichtung tragenden Industrieroboter und mit einer Industrierobotersteuerung, wobei die einzelne Handhabungsvorrichtung ein Handhabungswerkzeug und eine Elektronikbaugruppe mit mindestens einer Recheneinheit und mindestens einem Funkmodul aufweist sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Handhabungssystems. Die Industrierobotersteuerung ist mittels einer binären Signalschnittstelle zur bidirektionalen Kommunikation mit einer externen Steuerbaugruppe verbunden. Die externe Steuerbaugruppe hat mit der Handhabungsvorrichtung eine als Signal- und Datenschnittstelle ausgebildete bidirektionale drahtlose serielle Schnittstelle. Die Handhabungsvorrichtung und/oder die externe Steuerbaugruppe hat mindestens ein Schnittstellenufer einer temporären Datenschnittstelle, wobei diese Datenschnittstelle zumindest für ankommende Daten gegen die Signalschnittstelle verriegelbar ist. Innerhalb der Handhabungsvorrichtung ist die Recheneinheit mit mindestens einem kraftabhängigen Sensorsystem und/oder mindestens einem hubabhängigen Sensorsystem festverdrahtet verbunden.Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Handhabungssystem mit einer weitgehend universell einsetzbaren Ansteuerung der Handhabungsvorrichtung entwickelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Handhabungssystems mit einem mindestens eine Handhabungsvorrichtung tragenden Industrieroboter und mit einer Industrierobotersteuerung, wobei die einzelne Handhabungsvorrichtung ein Handhabungswerkzeug und eine Elektronikbaugruppe mit mindestens einer Recheneinheit und mindestens einem Funkmodul aufweist sowie ein Handhabungssystem zum Einsatz in einem derartigen Verfahren.
Aus der DE 10 2018 008 648 A1 ist ein Handhabungssystem mit einem beabstandet von der Industrierobotersteuerung angeordneten Funkmaster zur Steuerung einer Handhabungsvorrichtung bekannt.
Die DE 10 2017 009 319 B3 offenbart ein Handhabungssystem, dessen Handhabungsvorrichtung einen Programmspeicher aufweist.
Aus der DE 10 2014 019 492 A1 ist ein Greifer mit einer Steuereinrichtung bekannt, dessen Greifvorgang mittels eines von außen übertragenen Startsignals auslösbar ist.
In der EP 3 476 548 A1 ist ein Hardwaremodul zum Betrieb eines Industrieroboters beschrieben.
Die EP 1 591 210 A1 zeigt einen Industrieroboter mit einer abgesetzten drahtlosen Steuerung, die mittels einer manuell betätigten Fernsteuerung einlernbar ist.
Nach der US 2015/0120041 A1 werden sämtliche Steuerungsdaten eines Roboters über ein gemeinsames Leitungsbündel übertragen.
Die US 2007/0276538 A1 offenbart einen drahtlos angesteuerten Industrieroboter.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, ein Handhabungssystem mit einer weitgehend universell einsetzbaren Ansteuerung der Handhabungsvorrichtung zu entwickeln.
Diese Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Dazu ist im Handhabungssystem die Industrierobotersteuerung mittels einer binären Signalschnittstelle zur bidirektionalen Kommunikation mit einer externen Steuerbaugruppe verbunden. Die externe Steuerbaugruppe hat mit der Handhabungsvorrichtung eine als Signal- und Datenschnittstelle ausgebildete bidirektionale drahtlose serielle Schnittstelle. Die Handhabungsvorrichtung und/oder die externe Steuerbaugruppe hat mindestens ein Schnittstellenufer einer temporären Datenschnittstelle, wobei diese Datenschnittstelle zumindest für ankommende Daten gegen die Signalschnittstelle verriegelbar ist. Innerhalb der Handhabungsvorrichtung ist die Recheneinheit mit mindestens einem kraftabhängigen Sensorsystem und/oder mindestens einem hubabhängigen Sensorsystem festverdrahtet verbunden. Die Industrierobotersteuerung überträgt bei Lage der Handhabungsvorrichtung in einer vorgegebenen Raumposition über die Signalschnittstelle ein Befehlssignal an die externe Steuerbaugruppe. Die externe Steuerbaugruppe überträgt Anwendungsdaten aus einem Datenspeicher über die Signal- und Datenschnittstelle an die Handhabungsvorrichtung. Die Handhabungsvorrichtung stellt mittels einer Steuereinrichtung mindestens ein Stellglied einer Steuerstrecke ein. Die Recheneinheit vergleicht eine Istwert-Werteschar der Steuerstrecke mit einem vorgegebenen Sollwertfeld. Bei Lage jedes dieser Istwerte innerhalb des Sollwertfelds übermittelt das Funkmodul ein Statussignal über die Signal- und Datenschnittstelle an die externe Steuerbaugruppe. Die externe Steuerbaugruppe überträgt dieses Statussignal als Freigabesignal über die Signalschnittstelle an die Industrierobotersteuerung. Von einem Peripheriegerät sind über die temporäre Datenschnittschnelle Ablaufprogramme entweder direkt an die externe Steuerbaugruppe oder über die Handhabungsvorrichtung zur externen Steuerbaugruppe übertragbar.
Die Industrierobotersteuerung und die externe Steuerbaugruppe der Handhabungsvorrichtung sind zwei Steuerungen, die mittels einer binären bidirektionalen Signalschnittstelle miteinander kommunizieren. Über diese Signalschnittstelle werden von der Industrierobotersteuerung nur Befehlssignale und von der externen Steuerbaugruppe nur Statussignale der Handhabungsvorrichtung übertragen. Die externe Steuerbaugruppe und die Handhabungsvorrichtung haben eine drahtlose bidirektionale Daten- und Signalschnittstelle. Über diese serielle Signal- und Datenschnittstelle werden zum einen die Parameter und Kommandos eines handhabungsvorrichtungsspezifischen Ablaufprogramms übertragen. Zum anderen werden die Prozessdaten und die Statussignale von der Handhabungsvorrichtung an die externe Steuerbaugruppe übertragen. Als Bedienerschnittstelle zur externen Steuerbaugruppe und/oder zur Handhabungsvorrichtung dient die temporäre drahtlose Datenschnittstelle. Über diese bidirektionale Datenschnittstelle können Ablaufprogramme an die externe Steuerbaugruppe übertragen und verdichtete Daten aus der externen Steuerbaugruppe ausgelesen werden. Während des Betriebes der Industrierobotersteuerung und/oder der externen Steuerbaugruppe können über die Bedienerschnittstelle nur Daten ausgelesen werden. Das Einlesen von Daten in die externe Steuerbaugruppe ist während dieses Zeitintervalls verriegelt. Aufgrund der geringen Schnittstellenanforderungen an die binäre Signalschnittstelle kann die externe Steuerbaugruppe an die Industrierobotersteuerungen unterschiedlicher Hersteller angeschlossen werden.
Der Betrieb der externen Steuerbaugruppe und der Handhabungsvorrichtung erfolgt während eines Stillstands der Achsen des Industrieroboters. Das von der Industrierobotersteuerung übertragende Startsignal startet das Ablaufprogramm der externen Steuerbaugruppe. Nach erfolgreicher Beendigung dieses Ablaufprogramms wird von der Handhabungsvorrichtung ein Statussignal ausgegeben, das über die externe Steuerbaugruppe als Freigabesignal an die Industrierobotersteuerung übertragen wird. Nach Erhalt des Freigabesignals setzt die Industrierobotersteuerung die Steuerung der Achsbewegungen des Industrieroboters fort.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung schematisch dargestellter Ausführungsformen.

1: Handhabungssystem;
2: Handhabungsvorrichtung;
3: Handhabungsvorrichtung bei teilweise abgenommenem Gehäuse;
4: Gehäuseschale mit Elektronikbaugruppe;
5: Schema des Handhabungssystems.

Die 1 - 5 zeigen ein Handhabungssystem (10) und einige seiner Komponenten. Das Handhabungssystem (10) umfasst einen Industrieroboter (20) und eine an diesem angeordnete Handhabungsvorrichtung (50). Zur Steuerung des Industrieroboters (20) wird eine Industrierobotersteuerung (40) eingesetzt. Die Handhabungsvorrichtung (50), z.B. eine Greifvorrichtung (50), eine Schwenkeinheit, eine Dreheinheit, eine Minispindel, etc., wird mittels einer externen Steuerbaugruppe (110) gesteuert. Hierbei kommuniziert die Industrierobotersteuerung (40) mit der externen Steuerbaugruppe (110) mittels einer Signalschnittstelle (41).
Der dargestellte Industrieroboter (20) ist ein 6-Achs-Roboter in der Bauform eines Vertikal-Gelenkarm-Roboters. Er hat eine serielle kinematische Struktur in der Bauform einer RRR-Kinematik. Diese umfasst drei rotatorische Hauptachsen (21 - 23). Die Hauptachsen dieses Industrieroboters (20) sind eine A-Achse (21), eine B-Achse (22) und eine C-Achse (23). Die A-Achse (21) umfasst einen Drehtisch (24) mit vertikaler Rotationsachse, der auf einem Sockel (25) angeordnet ist. Der Drehtisch (24) lagert als erstes Kinematikkettenglied einen um die horizontale B-Achse (22) z.B. um 210 Winkelgrade schwenkbaren Fußhebel (26). Am Ende des Fußhebels (26) sitzt als Gelenk mit ebenfalls horizontaler Schwenkachse die C-Achse (23), die den Kniehebel (27) trägt. Der Kniehebel (27) ist relativ zum Fußhebel (26) um z.B. 270 Winkelgrade schwenkbar.
Im Ausführungsbeispiel sind auch die drei Nebenachsen (31 - 33) des Industrieroboters (20) als rotatorische Achsen ausgebildet. Die erste Nebenachse (31), die D-Achse (31), umfasst einen um seine Längsachse drehbaren Tragarm (34), der am freien Ende des Kniehebels (27) gelagert ist. Die zweite Nebenachse (32) ist die E-Achse (32), um die ein Handhebel (35) um z.B. 270 Winkelgrade schwenkbar gelagert ist. Der Handhebel (35) trägt einen um 360 Winkelgrade schwenkbaren Drehteller (36), der um die F-Achse (33) rotierbar gelagert ist. Am Drehteller (36) ist die Handhabungsvorrichtung (50) angeordnet. Hierbei kann die Handhabungsvorrichtung (50) direkt oder mittels eines Adapters am Drehteller (36) gelagert sein. Mittels der genannten Nebenachsen (31 - 33) wird u.a. die Orientierung der Handhabungsvorrichtung (50) bestimmt.
Beim Betrieb des Industrieroboters (20) kann die Handhabungsvorrichtung (50) über eine entsprechende Ansteuerung der einzelnen Achsen (21 - 23, 31 - 33) des Industrieroboters (20) nahezu jede beliebige gerade Strecke oder gekrümmte Linie im Arbeitsraum abfahren. Auch ein anderer Aufbau des Industrieroboters (20), z.B. in der Bauform eines Portalroboters, eines Standsäulenroboters, eines Polarroboters, eines SCARA-Roboters, etc. ist denkbar. Diese Industrieroboter (20) können translatorische Achsen aufweisen. Beispielsweise haben sie dann eine TTT-, RTT- oder RRT-Kinematik. Der Industrieroboter (20) kann auch eine zweidimensionale Kinematik aufweisen. Auch ein Aufbau des Industrieroboters (20) als Tripod, Pentapod oder Hexapod ist denkbar. Diese haben beispielsweise eine Parallelkinematik.
Die Industrierobotersteuerung (40) ist beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung. Diese ist z.B. modular aufgebaut und in einem Steuerungsgehäuse (42), z.B. einem Schaltschrank, angeordnet. In dem genannten Steuerungsgehäuse (42) können beispielsweise ein oder mehrere freie Steckplätze für weitere Steuerungsmodule oder Zusatzfunktionsmodule vorgesehen sein. Die speicherprogrammierbare Steuerung ist eine elektronische Steuerung mit einer unabhängig von der Steuerungsaufgabe ausgebildeten internen Verdrahtung. Die Programmierung der speicherprogrammierbaren Steuerung kann als online-Programmierung oder als offline-Programmierung erfolgen. Eine online-Programmierung kann beispielsweise in einem Einlernverfahren erfolgen. Eine offline-Programmierung kann z.B. eine grafisch-interaktive Programmierung sein. Bei dieser Programmierung wird in der speicherprogrammierbaren Steuerung ein Ablaufprogramm für den Industrieroboter (20) erzeugt oder abgelegt. Dieses Ablaufprogramm regelt beispielsweise die Bewegungen der einzelnen Gelenke der Haupt- und Nebenachsen des Industrieroboters (20). Das Ablaufprogramm der Industrierobotersteuerung (40) ist hierbei z.B. als Bahnsteuerung ausgelegt.
Der Industrieroboter (20) ist beispielsweise fest verdrahtet mit der Industrierobotersteuerung (40) verbunden. über diese Verdrahtung werden beispielsweise Daten und Signale zwischen dem Industrieroboter (20) und der Industrierobotersteuerung (40) in beide Richtungen ausgetauscht. Unter Daten werden im Folgenden wiederinterpretierbare Darstellungen von Informationen in formalisierter Art verstanden, die zur Kommunikation und zur Verarbeitung im Prozess geeignet sind. Dies sind beispielsweise satzweise übertragene Informationspakete, die einen Programmablauf beschreiben oder ein Programmablauf steuern. Als Signale werden im Folgenden binäre Signale verstanden. Dies sind digitale Signale, in denen jedes Signalelement einen von zwei diskreten Werten einnehmen kann. Ein derartiges Signal, z.B. ein Befehlssignal oder ein Statussignal, besteht im Ausführungsbeispiel aus maximal vier Bytes. Beispielsweise werden mittels der Daten die Stromversorgung des Industrieroboters (20) gesteuert. Diese Stromversorgung ist beispielsweise eine 24 Volt oder 48 Volt-Gleichstromversorgung. Mittels der Stromversorgung des Industrieroboters (20) werden z.B. sämtliche Antriebsmotoren des Industrieroboters (20) versorgt. Außerdem ist beispielsweise am Drehteller (36) ein Stromanschluss für die Handhabungsvorrichtung (50) vorgesehen.
An der Industrierobotersteuerung (40) ist ein Schnittstellenufer (43) angeordnet. Dieses Schnittstellenufer (43) ist Teil der Signalschnittstelle (41). Über dieses Schnittstellenufer (43) sind binäre Signale zwischen der Industrierobotersteuerung (40) und der externen Steuerbaugruppe (110) bidirektional übertragbar. Die zwei Zustände eines Signalelements eines binären Signals sind z.B. „Null“ und „Eins“. Beispielsweise erfolgt der Signalaustausch auf der Ebene der Maschinensprache. Im Ausführungsbeispiel werden bis zu 12 verschiedene binäre Signale zwischen der Industrierobotersteuerung (40) und der externen Steuerbaugruppe (110) ausgetauscht.
Die 2 und 3 zeigen als Handhabungsvorrichtung (50) eine Greifvorrichtung (50) in einer Ansicht und in einer Draufsicht bei teilweise geschnittenem Gehäuse (51). Die Greifvorrichtung (50) umfasst eine Elektronikbaugruppe (61) und ein Handhabungswerkzeug (71). In diesem Ausführungsbeispiel sind die Elektronikbaugruppe (61) und das z.B. als Greifwerkzeug (71) ausgebildete Handhabungswerkzeug (71) im Greifergehäuse (51) angeordnet und gelagert. Die Greifvorrichtung (50) kann auch so ausgeführt sein, dass Teile der Elektronikbaugruppe (61) in einem separaten, z.B. an das Greifwerkzeug (71) angrenzenden Gehäuse angeordnet sind.
Die Elektronikbaugruppe (61) ist im Ausführungsbeispiel in einem Seitenbereich des Greifergehäuses (51) angeordnet. Die 4 zeigt eine Gehäuseschale (52) des Greifergehäuses (51) mit der darin angeordneten Elektronikbaugruppe (61). Die Gehäuseschale (52) weist einen Kabeldurchbruch (53) auf. Durch diesen Kabeldurchbruch (53) hindurch ist die Elektronikbaugruppe (61) mittels eines Gleichstromkabels (54) mit dem Industrieroboter (20) verbindbar. über dieses Gleichstromkabel (61) wird die Elektronikbaugruppe (61) vom Industrieroboter (20) aus mit einer z.B. unmodulierten Gleichspannung der oben genannten Spannungswerte versorgt.
Die Elektronikbaugruppe (61) umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen Energiespeicher (62), eine Recheneinheit (63), eine Speichereinheit (64) und ein Funkmodul (65). Sie kann auch mehrere Energiespeicher (62), Recheneinheiten (63), Speichereinheiten (64) und/oder Funkmodule (65) umfassen. Die Recheneinheit (63) und das Funkmodul (65) sind hierbei Teile eines Steuergliedes (101) der Greifvorrichtung (50). Der Energiespeicher (62) wird beispielsweise durch einen in einem Gleichstromkreis eingesetzten Kondensator gebildet. Bei hohen Beschleunigungen des Greifwerkzeugs (71) kann mittels dieses Energiespeichers (62) dem Antriebsmotor (72) des Greifwerkzeugs (71) zusätzliche Energie zur Verfügung gestellt werden. Damit können z.B. Rückwirkungen von Verbrauchsspitzen auf den Industrieroboter (20) reduziert werden.
Gegebenenfalls kann die Betriebsspannung der Elektronikbaugruppe (61) oder einzelner ihrer Komponenten (62 - 65) geringer sein als die über das Gleichstromkabel (54) übertragene Spannung. In diesem Fall umfasst die Elektronikbaugruppe z.B. einen zusätzlichen Spannungswandler.
Die Recheneinheit (63) ist sowohl mit dem Funkmodul (65) als auch mit dem Elektromotor (72) und mit Sensorsystemen (73, 74) der Greifvorrichtung (50) mittels signal- und/oder datenführender Leitungen festverdrahtet verbunden. Mittels der Recheneinheit (63) und der Speichereinheit (64) können beispielsweise Daten, die mittels der Sensorsysteme (73, 74) der Greifvorrichtung (50) erfasst werden, ausgewertet und verdichtet werden. Aus den verdichteten Daten können sich z.B. Angaben über den Verschleiß der Greifvorrichtung (50) oder ihrer Komponenten ergeben.
Das Funkmodul (65) hat im Ausführungsbeispiel einen Sender und einen Empfänger. Sowohl der Sender als auch der Empfänger sind beispielsweise für eine Frequenz im Bereich von 2,4 Gigahertz ausgelegt. Auch ein anderer Frequenzbereich, z.B. 5,8 Gigahertz, ist denkbar. Hierbei können sich die jeweiligen Empfangsfrequenzen in diesem Bereich an die Sendefrequenz der Gegenstation anpassen. Die an das Funkmodul (65) angelegte Spannung beträgt beispielsweise 3,1 bis 4,2 Volt. Das vom Funkmodul (65) gebildete bidirektionale Schnittstellenufer (66) ist z.B. asynchron seriell ausgebildet. Als Übertragungsprotokoll wird ein z.B. bei UART, Bluetooth, WLAN, IO-Link^® wireless, etc. eingesetztes Übertragungsprotokoll genutzt. Die Zykluszeit der über die als Punkt-zu-Punkt-Verbindung ausgebildete Signal- und Datenschnittstelle (111) zur externen Steuerbaugruppe (110) übertragen Daten ist beispielsweise kleiner als 5 Millisekunden. Die Fehlerrate liegt hierbei z.B. bei 10^-9. Die über die Signal- und Datenschnittstelle (111) übertragenen Daten haben damit eine geringe Verzögerungszeit oder Latenz.
An der Signal- und Datenschnittstelle (111) hat das Funkmodul (65) z.B. eine Antenne, die sowohl zur Übertragung horizontal, vertikal oder kreuzpolarisierter, etc. Übertragungen geeignet ist. Hierbei kann das Funkmodul (65) eine einzige Antenne aufweisen, die sowohl für das Senden als auch für den Empfang eingesetzt wird. Für das Senden und den Empfang können auch jeweils eine oder mehrere getrennte Antennen vorgesehen sein. Es ist auch denkbar, die einzelne Antenne dreh- und/oder schwenkbar zu gestalten. Die Ausrichtung der Antenne kann dann bei Bewegungen des Industrieroboters (20) und/oder der Greifvorrichtung (50) im Raum auf einen festen Punkt im Raum beibehalten werden. Auch ein gruppenweises Schwenken der Antennen ist denkbar.
Die Greifvorrichtung (50) kann mehrere Funkmodule (65) aufweisen. Diese haben beispielsweise unterschiedlichen Übertragungsparameter. Eines der Funkmodule überträgt z.B. mittels IO-Link^® wireless, ein anderes Funkmodul überträgt beispielsweise mittels WLAN. Bei einer Ausbildung der Greifvorrichtung (50) mit z.B. zwei unterschiedlichen drahtlosen Schnittstellenufern (66) ist beispielsweise das erste ein handhabungsseitiges steuerungsorientiertes Schnittstellenufer (66) und das zweite ein handhabungsseitiges bedienerorientiertes Schnittstellenufer.
Die Wandung (55) der Gehäuseschale (52) kann zumindest im Bereich des Funkmoduls (65) für hochfrequente Strahlung durchlässig ausgebildet sein. Sie kann z.B. aus einem nichtmetallischen Werkstoff, z.B. einem Kunststoff, Glas, einem Verbundwerkstoff, etc. ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, die Antenne oder die Antennen des Funkmoduls (65) an der Außenseite des Greifergehäuses (51) anzuordnen.
Das Steuerglied (101) ist mit einem in der Greifvorrichtung (50) angeordneten Steller (102) elektrisch verbunden. Das Steuerglied (101) bildet zusammen mit dem Steller (102) eine Steuereinrichtung (103) der Greifvorrichtung (50). Der Steller (102) ist in diesem Ausführungsbeispiel der Antriebsmotor (72). Dies ist ein Elektromotor (72) in der Bauform eines Servomotors. Der in diesem Ausführungsbeispiel eingesetzte Elektromotor (72) kann einen angebauten Drehgeber in der Bauform eines Resolvers aufweisen. Auch der Einsatz eines Absolutwertgebers z.B. in Multi-turn-Ausführung, ist denkbar. Ein Absolutwertgeber ist beispielsweise als Kombigeber mit einer asynchronen Ausgangsschnittstelle ausgebildet. Mittels eines derartigen Sensors kann sowohl die Drehzahl des Elektromotors (72) als auch, ausgehend von einem Referenzpunkt, die absolute Winkellage der Motorwelle ausgegeben werden. Das Ausgangssignal dieses Sensors ist z.B. ein digitales Signal mit beispielsweise 4096 Inkrementen. Ach die Ausgabe eines analogen Signals, das z.B. im Bereich zwischen 4 Milliampere und 20 Milliampere liegt, ist denkbar.
Im Ausführungsbeispiel wird der an den Steller (102) übertragende Strom mittels eines kraftabhängigen Sensorsystems (73), z.B. einem greifkraftabhängigen Sensorsystem (73), überwacht. Dieses Sensorsystem (73) ist z.B. ein Stromschalter (73). Übersteigt der übertragene Strom einen voreingestellten Schwellenwert, wird die Stromzufuhr des Stellers (102) begrenzt oder abgeschaltet. Gleichzeitig meldet dieser Stromschalter (73) dieses Statussignal an die Recheneinheit (63).
Der Steller (102) kann auch - je nach Bauart der Greifvorrichtung (50) - ein pneumatisches oder hydraulisches Ventil, eine Drossel, eine Magnetansteuerung, etc. sein. Bei einem pneumatischen oder hydraulischen Ventil als Steller (102) wird beispielsweise der Druck in der Leitung zum Ventil mittels eines als Sensor ausgebildeten Druckschalters geprüft. Beim Übersteigen eines Schwellenwertes wird z.B. das Ansteuerventil geschlossen und ein entsprechendes Statussignal ausgegeben. Bei einer Ausführung des Stellers (102) als Drossel kann beispielsweise ein Drucksensor als Leckagesensor eingesetzt werden. Beim Verminderung der Leckage unter einen Schwellenwert wird ein Statussignal an die Recheneinheit (63) ausgegeben.
Der Elektromotor (72) ist in der Darstellung der 3 querliegend im Greifergehäuse (51) angeordnet. Er hat ein Abtriebsritzel (75), das mit einem Eingangsrad (76) einer Zwischenwelle (77) kämmt. Auf der Zwischenwelle (77) sitzt weiterhin ein Ausgangsrad (78). Dieses Ausgangsrad (78) treibt ein Schneckenwellenrad (79), das auf einer Schneckenwelle (81) sitzt. Das Abtriebsritzel (75), das Eingangsrad (76), das Ausgangsrad (78) und das Schneckenwellenrad (79) sind in diesem Ausführungsbeispiel gradverzahnte Stirnräder. Sie übersetzen die Rotation des Abtriebsritzels (75) mehrstufig ins Langsame.
Die Schneckenwelle (81) trägt eine Schnecke (82), die mit einem zentral im Greifergehäuse (51) gelagerten Schneckenrad (83) kämmt. Das Schneckenrad (83) sitzt auf einer gemeinsamen Welle (84) mit einem gradverzahnten Synchronrad (85). Dieses Synchronrad (85) kämmt mit zwei gegenläufigen Zahnstangen (86), die jeweils Teil eines Schlittens (87) sind. Die Schlitten (87) sind damit zwangsgeführt mit dem Steller (102) verbunden. Beispielsweise aufgrund der hohen Gesamtübersetzung der Getriebestufen und des Getriebeaufbaus ist das Getriebe des Greifwerkzeugs (71) selbsthemmend. Die beiden Schlitten (87) sind im Greifergehäuse (51) parallel zueinander gleitgelagert verschiebbar. Auch eine Wälzlagerung der Schlitten (87) im Greifergehäuse (51) ist denkbar. Jeder der Schlitten (87) kann auch mittels eines eigenen Elektromotors (72) angetrieben sein. Diese Elektromotoren (72) sind dann beispielsweise so angesteuert, dass ihre Drehzahl- und Positionsinformationen sowohl einzeln, als auch gemeinsam ausgewertet werden. Mit einer derartigen schwimmenden Lagerung der Schlitten (87) kann dann beispielsweise ein relativ zur Greifvorrichtung (50) außermittig liegendes Stückgut (1) ohne Positionsänderung der Achsen (21 - 23, 31 - 33) des Industrieroboters (20) gegriffen werden.
An mindestens einem der Schlitten (87) und am Greifergehäuse (51) kann ein hubabhängiges Sensorsystem (74), z.B. ein greiferhubabhängiges Sensorsystem (74), angeordnet sein. Dieses ist z.B. ein absolutes Wegmesssystem. Es umfasst beispielsweise einen codierten Glasmaßstab. Die Codierung kann z.B. als Gray-Code ausgebildet sein. Die Position des Schlittens (87) relativ zum Greifergehäuse (51) wird mittels einer den Glasmaßstab durchleuchtenden Lichtquelle und eines optischen Sensors ermittelt. Mittels dieses absoluten Wegmesssystems (74) können sowohl die Endlagen des Schlittenhubes, als auch jede Zwischenposition in beiden Schlittenhubrichtungen wiederholt angefahren werden. Ein derartiges Wegmesssystem kann beispielsweise auch bei einer pneumatisch oder hydraulisch betätigten Greifvorrichtung (50) eingesetzt werden. Bei einer mittels Unterdruck oder magnetisch betätigten Greifvorrichtung (50) kann z.B. ein induktives Wegmesssystem, ein Lasermesssystem, etc. eingesetzt werden. In den letztgenannten Anwendungsfällen ist beispielsweise auch der Einsatz eines induktiven oder kapazitiven Näherungsschalters denkbar.
Jeder der Schlitten (87) trägt in den Darstellungen der 1 - 3 ein Stellglied (104). Der Steller (102) bildet zusammen mit dem Stellglied (104) oder den Stellgliedern (104) eine Stelleinrichtung (105) der Greifvorrichtung (50). Das einzelne Stellglied (104) ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Greifelement (88) in der Bauform einer Greifbacke (88). Bei einer Ausführung der Greifelemente (88) in der Form von Greifbacken (88) kann das Greifwerkzeug (71) zwei, drei oder mehr als drei Greifbacken (88) aufweisen. Hierbei sind zumindest zwei Greifbacken (88) relativ zueinander beweglich ausgebildet. Jede der z.B. L-förmig ausgebildeten Greifbacken (88) hat eine an einem Greifarm (89) angeordnete Greiffläche (91). Die beiden Greifflächen (91) zeigen z.B. zur Mittenquerebene der Greifvorrichtung (50). Im Ausführungsbeispiel ist jede der Greifflächen (91) u-förmig ausgebildet. Sie ist in Richtung der jeweils anderen Greiffläche (91) ausgerichtet. Die beiden Greifarme (89) des als Greifwerkzeug (71) dargestellten Parallelgreifers (71) sind parallel zueinander ausgerichtet. Der in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Parallelgreifer (71) ist als Außengreifer ausgebildet. Das Greifwerkzeug (71) kann jedoch auch als Winkelgreifer, als Nadelgreifer, als Parallelogrammgreifer, etc. ausgebildet sein. Es kann als Innengreifer oder als Außengreifer ausgebildet sein. Das Greifwerkzeug (71) kann hierbei zur kraftschlüssigen und/oder zur formschlüssigen Aufnahme von Stückgütern (1) ausgelegt sein. Das einzelne Stückgut (1) ist beispielsweise ein Werkstück. Dieses wird z.B. mittels des Handhabungssystems (10) von einem Magazin zu einer Bearbeitungsmaschine oder in umgekehrter Richtung gefördert. Das Stückgut (1) kann z.B. auch ein spanendes Werkzeug, z.B. ein Fräswerkzeug, Bohrwerkzeug, Sägewerkzeug, etc. sein, das zwischen einer maschinenseitigen Werkzeugaufnahme und einem Werkzeugmagazin transportiert wird. Auch die Aufnahme anderer Arten von Stückgütern (1) ist denkbar.
Bei einem formschlüssig greifenden Greifwerkzeug (71) kann beispielsweise ein optischer Sensor die Lage des Stückguts (1) relativ zum Greifwerkzeug (71) erkennen. Ein derartiger Sensor kann auch z.B. zusätzlich bei einem kraftschlüssig ausgebildeten Greifwerkzeug (71) eingesetzt werden. Auch ist es denkbar, beispielsweise an den Greifarmen (89) piezoelektrische Sensoren als Teile eines greifkraftabhängigen Sensorsystems (73) anzuordnen. Diese können beispielsweise als Dehnmessstreifen ausgebildet sein. Das Stellglied (104) oder die Stellglieder (104) bilden beispielsweise zusammen mit dem Stückgut (1) die Steuerstrecke (106) der Greifvorrichtung (50).
Das beschriebene Stellglied (104) kann auch mit einem pneumatisch oder hydraulisch betätigten Steller (102) kombiniert werden. Bei einer Ausführung des Stellers (102) als Drossel ist das Stellglied (104) beispielsweise als Saugnapf ausgebildet. Dieser ist an das aufzunehmende Stückgut (1) kraftschlüssig anlegbar. Der mittels des Stellers (102) betätigte Saugnapf bildet das Greifelement (88) eines Sauggreifers.
Bei einer magnetisch betätigten Greifvorrichtung (50) ist das Stellglied (104) beispielsweise eine mittels des Stellers (102) betätigbare Hubplatte. Diese ist an das Stückgut (1) anlegbar. Das Stellglied (104) ist dann z.B. beim Anheben kraftschlüssig mit dem Stückgut (1) verbunden.
In den Darstellungen der 1 und 5 ist neben dem Industrieroboter (20) die externe Steuerbaugruppe (110) angeordnet. Die externe Steuerbaugruppe (110) umfasst einen Steuerschrank (112) mit darin angeordneten Steuerkarten (113, 114).
Die Steuerkarten (113, 114) können auch im Steuerungsgehäuse (42) der Industrierobotersteuerung (40) untergebracht sein. Die Steuerkarten (113, 114) sind mittels der Signalschnittstelle (41) mit der Industrierobotersteuerung (40) verbunden. Gegebenenfalls kann diese binäre Signalschnittstelle (41) auch drahtlos ausgebildet sein. Beispielsweise erfolgt die Energieversorgung der externen Steuerbaugruppe (110) von der Industrierobotersteuerung (40) aus. Die Energieversorgung der externen Steuerbaugruppe (110) kann jedoch auch von der Energieversorgung der Industrierobotersteuerung (40) galvanisch getrennt ausgebildet sein. Die Energieversorgung der externen Steuerbaugruppe (110) kann mittels eines Energiespeichers, z.B. mittels eines Akkumulators, gepuffert sein.
Die 5 zeigt ein Schema des Handhabungssystems (10) mit den Schnittstellen (41, 111, 117) und mit einem Peripheriegerät (130). Die externe Steuerbaugruppe (110) hat mindestens ein serielles Schnittstellenufer (115). Über dieses Schnittstellenufer (115) sind drahtlos Daten und Signale mit der Greifvorrichtung (50) austauschbar. Dieser Austausch erfolgt über die Signal- und Datenschnittstelle (111). Hierfür verfügt die externe Steuerbaugruppe (110) über ein Funkmodul. Dieses Funkmodul ist beispielsweise so aufgebaut wie das im Zusammenhang mit der Greifvorrichtung (50) beschriebene Funkmodul (65). Die externe Steuerbaugruppe (110) kann weitere derartige Funkmodule zur bidirektionalen Kommunikation mit weiteren Greifvorrichtungen (50) aufweisen. Bei diesen Funkmodulen kann beispielsweise die jeweilige Antenne in Richtung der jeweils zugeordneten Greifvorrichtung (50) nachführbar sein. Die jeweilige Polarisationsebene stimmt z.B. mit der Polarisationsebene der Greifvorrichtung (50) überein.
Im Ausführungsbeispiel hat die externe Steuerbaugruppe (110) ein weiteres Schnittstellenufer (116) einer drahtlosen Datenschnittstelle (117). Diese Datenschnittstelle (117) unterscheidet sich beispielsweise im Frequenzbereich und/oder im eingesetzten Übertragungsprotokoll von den drahtlosen Signal- und Datenschnittstellen (111) zwischen der externen Steuerbaugruppe (110) und den Greifvorrichtungen (50). Das steuerungsseitige Schnittstellufer (116) der Datenschnittstelle (117) wird im Folgenden als steuerungsseitiges bedienerorientiertes Schnittstellenufer (116) bezeichnet. Die Datenschnittstelle (117) ist eine bedienerseitige Schnittstelle (117). Sie besteht nur nach dem Herstellen einer Datenverbindung zwischen einem bedienerseitigen Peripheriegerät (130) und der Steuerbaugruppe (110). Beim einer Trennung des Peripheriegeräts (130) von der Datenschnittstelle (117) wird diese temporäre Datenschnittstelle (117) beispielsweise abgeschaltet. Auch ein Umschalten, z.B. auf einen Diagnosemodus, ist denkbar. Der Diagnosemodus kann permanent sein.
Die externe Steuerbaugruppe (110) umfasst einen Anwendungsrechner und eine Datenspeichereinheit. Der Anwendungsrechner hat beispielsweise drei Prozessoren. Im Ausführungsbeispiel hat ein erster Prozessor eine Taktfrequenz von 264 Megahertz, ein weiterer Prozessor eine Taktfrequenz von 1,2 Gigahertz und der dritte Prozessor eine Taktfrequenz von 1,6 Gigahertz. Hierbei kann der erstgenannte Prozessor beispielsweise für eine externe Direktsteuerung eingesetzt werden. Die Platine des Anwendungsrechners hat z.B. Abmessungen von 30 Millimeter mal 30 Millimeter. Ihre Höhe einschließlich der Bestückung beträgt beispielsweise fünf Millimeter. Der Anwendungsrechner ist leitungsmäßig sowohl mit dem binären Schnittstellenufer (118) der Signalschnittstelle (41) als auch mit den drahtlosen Schnittstellenufern (115, 116) der Signal- und Datenschnittstelle (111) und der Datenschnittstelle (117) verbunden. Im Anwendungsrechner und/oder in der Datenspeichereinheit werden z.B. Prozessdaten, Ereignisdaten und Wartungsdaten verarbeitet und gesammelt. An der externen Steuerbaugruppe (110) sind Leuchtdioden (119) zur Anzeige des Betriebszustandes des Anwendungsrechners angeordnet. Außerdem sind an der externen Steuerbaugruppe (110) zusätzliche Anschlüsse (121) für drahtgebundene Daten- und Signalübertragungen vorgesehen.
Die an den Anwendungsrechner angeschlossene nicht flüchtige Datenspeichereinheit ist elektrisch gepuffert und hat eine Speicherkapazität von z.B. zweimal 512 Megabyte. Im Ausführungsbeispiel hat sie acht Pins. Ihre Abmessungen betragen beispielsweise 8 Millimeter mal 5,3 Millimeter mal 2 Millimeter.
In diesem Ausführungsbeispiel können auch ein Anwendungsrechner und eine Datenspeichereinheit höherer Kapazität eingesetzt werden. Damit kann z.B. im Anwendungsrechner ein Betriebssystem und/oder eine speicherprogrammierbare Steuerung für die Greifvorrichtung (50) installiert sein. Das Betriebssystem ist beispielsweise ein Echtzeit-Betriebssystem.
Zur Programmierung der externen Steuerbaugruppe (110) und zum Auslesen der gespeicherten Daten wird als Peripheriegerät (130) beispielsweise ein handelsüblicher transportabler Rechner (130) eingesetzt. Dieser Rechner (130) hat ein Schnittstellenufer (131) der drahtlosen Datenschnittstelle (117). Die hier zwischen der externen Steuerbaugruppe (110) und dem Peripheriegerät (130) beschriebene Datenschnittstelle (117) kann z.B. alternativ zwischen dem Peripheriegerät (130) und der Greifvorrichtung (50) eingerichtet werden. Im letztgenannten Fall kommuniziert der Rechner (130) dann mit der Greifvorrichtung (50) über das oben genannte handhabungsseitige bedienerorientierte Schnittstellenufer. Mittels des Peripheriegeräts (130) kann beim Betrieb der Datenschnittstelle (117) die Signalschnittstelle (41) blockiert werden. So kann beispielsweise während des Übertragens von Daten vom Peripheriegerät (130) an die externe Steuerbaugruppe (110) ein Startbefehl der Industrierobotersteuerung (40) an die Greifvorrichtung (50) verhindert werden.
Mittels des Rechners (130) kann beispielsweise während der Hauptzeit des Handhabungssystems (10) ein Ablaufprogramm für die Greifvorrichtung (50) erstellt werden. Die Programmerstellung erfolgt beispielsweise graphisch interaktiv mit dem Bediener. Auch ein direktes Einlernen der Greifvorrichtung (50) während des Stillstands des Handhabungssystems (10) ist denkbar. Das erstellte Ablaufprogramm wird vom Rechner (130) drahtlos an die externe Steuerbaugruppe (110) übertragen. Diese Übertragung erfolgt - ja nach Aufbau der Datenschnittstelle (117) - entweder direkt vom Rechner (130) an die externe Steuerbaugruppe (110) oder vom Rechner (130) aus über die Greifvorrichtung (50) zur externen Steuerbaugruppe (110). Das einzelne Ablaufprogramm ist beispielsweise spezifisch für eine einzige Greifvorrichtung (50) und das zu greifende Stückgut (1) erstellt.
Die Datenschnittstelle (117) ist für an die an die externe Steuerbaugruppe (110) übertragene Daten gegen die Signalschnittstelle (41) verriegelt. Während des Betriebs der Greifvorrichtung (50) können damit keine Daten vom Peripheriegerät (130) an die externe Steuerbaugruppe (110) übergegeben werden. Während der Hauptzeit der Greifvorrichtung (50) können jedoch in der externen Steuerbaugruppe (110) gespeicherte Daten über die bedienerseitige Datenschnittstelle (117) mittels des Peripheriegeräts (130) ausgelesen werden. Hierbei können beispielsweise Fehlerprotokolle, Betriebs- und Stillstandszeiten und Verschleißparameter an das Peripheriegerät (130) übertragen werden.
Die externe Steuerbaugruppe (110) kann einen Netzzugang zu einem Datennetz aufweisen. Hiermit können beispielsweise aktuelle Daten des Herstellers der Greifvorrichtung (50) und/oder der externen Steuerbaugruppe (110) an die externe Steuerbaugruppe (110) übertragen werden. Auch ist eine Abfrage z.B. von Betriebs- oder Wartungsdaten über den Netzzugang denkbar.
Nach dem Anbau der Greifvorrichtung (50) an den Industrieroboter (20) überträgt die Greifvorrichtung (50) über die Signal- und Datenschnittstelle (111) ein vorrichtungsspezifisches Signal an die externe Steuerbaugruppe (110). Die externe Steuerbaugruppe (110) ordnet dieser Codierung das zu diesem Zeitpunkt gültige Anwendungsprogramm zu und lädt dieses aus der Datenspeichereinheit. Das Anwendungsprogramm umfasst beispielsweise sämtliche Daten und Befehle zur Durchführung einer Greifaufgabe des vorgesehenen Stückguts (1) mittels der Greifvorrichtung (50).
Beim Betrieb des Handhabungssystems (10) verfährt der Industrieroboter (20) die Greifvorrichtung (50) z.B. über ein aufzunehmendes Stückgut (1). Die Greifelemente (88) der Greifvorrichtung (50) sind beispielsweise geöffnet.
Sobald die Greifvorrichtung (50) mittels des Industrieroboters (20) an die vorgesehene Position verfahren ist, gibt die Industrierobotersteuerung (40) ein Befehlssignal zum Schließen der Greifvorrichtung (50) an die externe Steuerbaugruppe (110). Dieses Befehlssignal wird als binäres Signal über die Signalschnittstelle (41) übertragen. In der externen Steuerbaugruppe (110) löst dieser Schaltbefehl den Programmstart des spezifischen Schließprogramms der an den Industrieroboter (20) angeschlossenen Greifvorrichtung (50) aus. In dem Schließprogramm sind beispielsweise Parameter für die Beschleunigung und die Geschwindigkeit der Greifelemente (88), für die vorgesehene Anpresskraft der Greifelemente (88) an das Stückgut (1) sowie ein Sollwert und ein zugehöriger Toleranzbereich für die Position der Greifelemente (88) im geschlossenen Zustand festgelegt. Aus diesen Parametern werden mittels der externen Steuerbaugruppe (110) sowohl der erforderliche Motorstrom des Elektromotors (72) über der Zeit, ein Schwellenwert für die Strombegrenzung des Elektromotors (72) sowie ein Toleranzbereich für das Wegmesssystem ermittelt. Diese Daten werden über die drahtlose serielle Signal- und Datenschnittstelle (111) an die Greifvorrichtung (50) übermittelt.
In der Greifvorrichtung (50) werden die von der externen Steuerbaugruppe (110) kommenden Daten mittels des Empfangsteils des Funkmoduls (65) aufgenommen. Das Steuerglied (101) der Steuereinrichtung (103) startet den Steller (102) und steuert die Bewegung des Stellers (102). Der Elektromotor (72) dreht mittels seines Abtriebsritzels (75) und des nachgeschalteten Getriebes das Synchronrad (85). Das Synchronrad (85) verschiebt die Zahnstangen (86) relativ zum Greifergehäuse (51), sodass sich die Greifelemente (88) aneinander annähern. Damit verstellt der Steller (102) die Stellglieder (104). Während des Verfahrens der Stellglieder (104) verfolgt das absolute Wegmesssystem (74) die Position der Stellglieder (104). Das z.B. wegproportionale analoge Ausgangssignal des greiferhubabhängigen Sensorsystems (74) wird in der Recheneinheit (63) in digitale Datenwerte umgewandelt. Diese digitalen Werte werden über das Funkmodul (65) an die externe Steuerbaugruppe (110) übermittelt. Werden in der externe Steuerbaugruppe (110) beispielsweise Abweichungen in Bezug auf den zeitlichen Verlauf der Positionsänderungen festgestellt, wird beispielsweise die Drehzahl des Elektromotors (72) erhöht oder verringert. Dies erfolgt durch geänderte Daten, die von der externen Steuerbaugruppe (110) über die Signal- und Datenschnittstelle (111) an die Greifvorrichtung (50) übermittelt werden.
Sobald die Greifelemente (88) das Stückgut (1) berühren, steigt der zur weiteren Verstellung des Elektromotors (72) erforderliche Strom an. Beim Überschreiten des voreingestellten Grenzstromwertes gibt das z.B. als Stromschalter (73) ausgebildete greifkraftabhängige Sensorsystem (73) einen Signalimpuls aus. Der Motorstrom wird begrenzt oder abgeschaltet. Mit dem Auslösen des greifkraftabhängigen Signals wird mittels der Recheneinheit (63) der greiferhubabhängige Zustand der Greifvorrichtung (50) geprüft. Dabei wird eine Ist-Werteschar der Steuerstrecke (106) mit einem von der externen Steuerbaugruppe (110) vorgegebenen Sollwertfeld verglichen. Die Dimension des Sollwertfelds und die Anzahl der Werte der Werteschar entsprechen beispielsweise der Anzahl der geprüften unterschiedlichen physikalischen Werte. Im vorliegenden Ausführungsfall, in dem ein kraftabhängiger Wert und ein wegabhängiger Wert geprüft werden, hat das Sollfeld zwei Dimensionen. Für das Schließen der Greifvorrichtung (50) kann die Werteschar der Prüfwerte auch mehr als zwei Werte aufweisen. Auch die Dimension des Sollfeldes ist dann größer als zwei. Die Dimension des Sollfeldes kann hierbei größer sein als die Anzahl oder gleich sein der Anzahl der abgefragten Sensorsysteme.
In der Recheneinheit (63) der Greifvorrichtung (50) wird beim genannten Signalimpuls der Ist-Wert des Absolut-Wegmesssystems mit dem Soll-Wert der Greifposition und ihrem Toleranzfeld verglichen. Liegt die Ist-Position des absoluten Wegmesssystems (74) innerhalb des vorgegebenen Toleranzfeldes um die Soll-Position, wird das Signal des Stromschalters (73) an die externe Steuerbaugruppe (110) weitergeleitet. Dieses Statussignal kann in einen Datensatz mit weiteren Daten der Greifvorrichtung (50) eingebunden sein. Die Greifvorrichtung (50) hat das Stückgut (1) mit der vorgesehenen Haltekraft gegriffen. Die externe Steuerbaugruppe (110) leitet dieses Statussignal als binäres Signal über die Signalschnittstelle (41) an die Industrierobotersteuerung (40) weiter. Der Greifvorgang ist abgeschlossen. Nach Erhalt dieses Statussignals kann die Industrierobotersteuerung (40) den Programmablauf für den Industrieroboter (20) fortsetzen.
Falls beim Schalten des Stromschalters (73) der Ist-Wert des absoluten Wegmesssystems (74) außerhalb des Toleranzbereichs um den Sollwert der Wegeposition liegt, wird beispielsweise der weitere Greifvorgang unterbrochen und eine Fehlermeldung an die externe Steuerbaugruppe (110) übermittelt. Nach einer z.B. bedienerseitigen Überprüfung und/oder Korrektur kann der Programmablauf fortgesetzt werden.
Das greifkraftabhängige Sensorsystem (73) kann auch ein analoges Ausgangssignal, z.B. vier bis zwanzig Milliampere, ausgeben. In diesem Fall ist auch für dieses Sensorsystem (73) ein Sollwert bestimmt, der z.B. innerhalb eines zugehörigen Toleranzbereichs liegt. Steigt z.B. der Motorstrom auf einen Wert innerhalb des Toleranzbereichs an, wird in der Recheneinheit (63) zusätzlich ein Soll-Ist-Vergleich der Wegeposition durchgeführt, wie oben beschrieben. Nach dieser Auswertung wird entweder ein Statussignal für ein erfolgreiches Aufnehmen des Stückguts (1) oder eine Fehlermeldung an die externe Steuerbaugruppe (110) übermittelt. Der weitere Ablauf erfolgt, wie oben beschrieben.
Der Industrieroboter (20) verfährt das mittels der Greifvorrichtung (50) aufgenommene Stückgut (1) z.B. an eine Entladeposition. Dort wird das Stückgut (1) beispielsweise auf einer Unterlage aufgesetzt. Die Industrierobotersteuerung (40) sendet ein binäres Befehlssignal an die externe Steuerbaugruppe (110). Dies ist der Befehl zum Öffnen der Greifvorrichtung (50).
In der externen Steuerbaugruppe (110) wird das der spezifischen Greifvorrichtung (50) zugeordnete Ablaufprogramm für die Löseaufgabe aufgerufen. Die Verfahrensparameter für das Öffnen der Greifvorrichtung (50) werden errechnet und über die drahtlose Signal- und Datenschnittstelle (111) an die Greifvorrichtung (50) übertragen. Diese Verfahrensparameter umfassen beispielsweise die Drehzahl des Elektromotors (72) beim Anlauf, beim Betrieb und beim Abbremsen. Außerdem wird ein Sollwert des Wegmesssystems für die geöffnete Stellung und ein zugehöriges Toleranzfeld übertragen.
In der Steuereinrichtung (103) der Greifvorrichtung (50) wird mittels des Steuerglieds (101) der Steller (102) angetrieben. Der Steller (102) verstellt die Stellglieder (104). Die beiden Greifelemente (88) werden voneinander weg bewegt. Das absolute Wegmesssystem (74) überträgt die jeweilige Position über die Recheneinheit (63), das Funkmodul (65) und die Signal- und Datenschnittstelle (111) an die externe Steuerbaugruppe (110). Das Stückgut (1) wird freigegeben. Die Recheneinheit (63) der Greifvorrichtung (50) führt während des Verfahrens der Greifelemente (88) einen ständigen Vergleich der Ist-Position des absoluten Wegmesssystems (74) mit dem vorgegebenen Sollwert durch. Sobald der Ist-Wert des absoluten Wegmesssystems (74) innerhalb des genannten Toleranzfeldes um den vorgegebenen Sollwert liegt, wird die Stromversorgung des Elektromotors (72) reduziert und abgeschaltet. Die Ist-Werteschar umfasst in diesem Fall einen Wert. Das Sollfeld hat die Dimension eins. Bei Lage der Ist-Werteschar innerhalb des Sollfelds überträgt die Recheneinheit (63) der Greifvorrichtung (50) ein binäres Statussignal über die drahtlose Signal- und Datenschnittstelle (111) an die externe Steuerbaugruppe (110). Dieses Statussignal wird von der externen Steuerbaugruppe (110) als binäres Signal über die Signalschnittstelle (41) an die Industrierobotersteuerung (40) weitergegeben. Ein Quittieren dieses Signals seitens der Industrierobotersteuerung (40) beendet das Ablaufprogramm der externen Steuerbaugruppe (110). Die Greifelemente (88) sind geöffnet. Die Industrierobotersteuerung (40) kann nun den Industrieroboter (20) weiter z.B. zur Aufnahme eines weiteren Stückguts (1) verfahren.
Beim Einsatz einer pneumatisch oder hydraulisch betätigten Greifvorrichtung (50) erfolgt beim Schließen ebenfalls ein Vergleich der Ausgaben von z.B. zwei Sensorsystemen, deren Ausgaben von unterschiedlichen physikalische Größen gesteuert werden. Dieser Vergleich erfolgt in der Recheneinheit (63) der Greifvorrichtung (50). So werden beispielsweise ein binärer Druck-Schaltsensor oder ein analoger Drucksensor mit Toleranzbereich und ein analoges absolutes Wegmesssystem mit einem Toleranzbereich abgefragt. Nur wenn beide Abfrageergebnisse gleichzeitig innerhalb des vorgegebenen Sollfeldes liegen, wird ein Statussignal über das erfolgreiche Schließen an die externe Steuerbaugruppe (110) übertragen. Dieses Statussignal wird von der externen Steuerbaugruppe (110) als Freigabesignal an die Industrierobotersteuerung (40) übertragen. Während des Schließens wird der aktuelle Wert des Wegmesssystems z.B. digital über die Signal- und Datenschnittstelle (111) an die externe Steuerbaugruppe (110) übertragen.
Beim Öffnen derartiger Greifvorrichtungen (50) wird ebenfalls die aktuelle Ist-Position der Greifelemente (88) an die externe Steuerbaugruppe (110) übertragen. In der Recheneinheit (63) der Greifvorrichtung (50) erfolgt der Soll-Ist-Vergleich des absoluten Wegmesssystems (74) mit dem Vorgabewert für die geöffnete Greifvorrichtung. Sobald der Ist-Wert innerhalb des Toleranzfeldes liegt, wird ein entsprechendes Signal an die externe Steuerbaugruppe (110) übertragen. Die Steuerstrecke (106) umfasst in diesem Fall z.B. nur das Greifelement (88).
Beim Einsatz einer als Sauggreifer ausgebildeten Greifvorrichtung (50) werden beim Aufnehmen eines Stückguts (1) z.B. der Unterdrucksensor und das absolute Wegmesssystem ausgewertet. Die Auswertung und Weiterleitung des Statussignals bei erfolgreichem Greifen des Stückguts (1) erfolgt wie oben beschrieben. Beim Öffnen des Sauggreifer wird auch in diesem Fall z.B. nur das Vergleichsergebnis des absoluten Wegmesssystems (74) mit der Sollposition des geöffneten Sauggreifers verglichen. Hat der Sauggreifer diese Position erreicht, wird der Industrieroboter (20) zum Verfahren freigegeben.
Bei der Aufnahme eines Stückguts (1) mittels eines Magnetgreifers werden beispielsweise der Magnetstrom und ein optischer Sensor als Vergleichsgrößen ausgewertet. Hierbei wird beispielsweise der optische Sensor als greiferhubabhängiges Sensorsystem (74) eingesetzt. Beim Lösen des Magnetgreifers wird z.B. mittels der Daten des optischen Sensors die Freigabe für den Industrieroboter (20) ermittelt.
Die externe Steuerbaugruppe (110) kann auch selbstlernend ausgebildet sein. So können beispielsweise aus den Rückmeldungen der Daten und Signale der Handhabungsvorrichtung (50) neue Vorgabewerte ermittelt werden. Bei einem erneuten Programmaufruf können dann die Ablaufprogramme mit den neuen Vorgabewerten angewendet werden. So kann beispielsweise aus dem Ist-Gradienten der Werteänderung eines kraftabhängigen Sensorsystems (73) über der Zeit z.B. zur Impulsreduzierung ein neuer Vorgabewert für die Kraftänderung ermittelt werden. Beispielsweise wird hierfür die Reduzierkurve des Motorstroms vor dem Kontaktieren des Stückguts (1) angepasst.
Beim einem Wechsel der Handhabungsvorrichtung (50) wird die neue Handhabungsvorrichtung (50) aufgrund ihrer Codierung von der externen Steuerbaugruppe (80) erkannt. Das weitere Verfahren verläuft, wie oben beschrieben.
Auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsbeispiele sind denkbar.
Bezugszeichenliste

1: Stückgut
10: Handhabungssystem
20: Industrieroboter
21: A-Achse
22: B-Achse
23: C-Achse
24: Drehtisch
25: Sockel
26: Fußhebel
27: Kniehebel
31: Nebenachse, D-Achse
32: Nebenachse, E-Achse
33: Nebenachse, F-Achse
34: Tragarm
35: Handhebel
36: Drehteller
40: Industrierobotersteuerung
41: Signalschnittstelle
42: Steuerungsgehäuse
43: Schnittstellenufer
50: Handhabungsvorrichtung, Greifvorrichtung
51: Gehäuse, Greifergehäuse
52: Gehäuseschale
53: Kabeldurchbruch
54: Gleichstromkabel
55: Wandung von (52)
61: Elektronikbaugruppe
62: Energiespeicher
63: Recheneinheit
64: Speichereinheit
65: Funkmodul
66: Schnittstellenufer, handhabungsseitiges steuerungsorientiertes Schnittstellenufer
71: Handhabungswerkzeug, Greifwerkzeug, Parallelgreifer
72: Antriebsmotor, Elektromotor
73: kraftabhängiges Sensorsystem, Stromsensor, Stromschalter
74: hubabhängiges Sensorsystem, absolutes Wegmesssystem
75: Abtriebsritzel
76: Eingangsrad
77: Zwischenwelle
78: Ausgangsrad
79: Schneckenwellenrad
81: Schneckenwelle
82: Schnecke
83: Schneckenrad
84: Welle
85: Synchronrad
86: Zahnstangen
87: Schlitten
88: Greifelement, Greifbacke
89: Greifarm
91: Greiffläche
101: Steuerglied
102: Steller
103: Steuereinrichtung
104: Stellglied
105: Stelleinrichtung
106: Steuerstrecke
110: externe Steuerbaugruppe
111: Signal- und Datenschnittstelle
112: Steuerschrank
113: Steuerkarte
114: Steuerkarte
115: serielles Schnittstellenufer für (111)
116: Schnittstellenufer, steuerungsseitiges bedienerorientiertes Schnittstellenufer
117: Datenschnittstelle, Bedienerschnittstelle
118: binäres Schnittstellenufer
119: Leuchtdioden
121: Anschlüsse
130: Peripheriegerät, Rechner
131: Schnittstellenufer

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Handhabungssystems (10) mit einem mindestens eine Handhabungsvorrichtung (50) tragenden Industrieroboter (20) und mit einer Industrierobotersteuerung (40), wobei die einzelne Handhabungsvorrichtung (50) ein Handhabungswerkzeug (71) und eine Elektronikbaugruppe (61) mit mindestens einer Recheneinheit (63) und mindestens einem Funkmodul (65) aufweist, - wobei die Industrierobotersteuerung (40) mittels einer binären Signalschnittstelle (41) zur bidirektionalen Kommunikation mit einer externen Steuerbaugruppe (110) verbunden ist, - wobei die externe Steuerbaugruppe (110) mit der Handhabungsvorrichtung (50) eine als Signal- und Datenschnittstelle (111) ausgebildete bidirektionale drahtlose serielle Schnittstelle hat, - wobei die Handhabungsvorrichtung (50) und/oder die externe Steuerbaugruppe (110) mindestens ein Schnittstellenufer (116) einer temporären Datenschnittstelle (117) haben, wobei diese Datenschnittstelle (117) zumindest für ankommende Daten gegen die Signalschnittstelle (41) verriegelbar ist, - wobei innerhalb der Handhabungsvorrichtung (50) die Recheneinheit (63) mit mindestens einem kraftabhängigen Sensorsystem (73) und/oder mindestens einem hubabhängigen Sensorsystem (74) festverdrahtet verbunden ist, - wobei bei Lage der Handhabungsvorrichtung (50) in einer vorgegebenen Raumposition die Industrierobotersteuerung (40) über die Signalschnittstelle (41) ein Befehlssignal an die externe Steuerbaugruppe (110) überträgt, - wobei die externe Steuerbaugruppe (110) aus einem Datenspeicher Anwendungsdaten über die Signal- und Datenschnittstelle (111) an die Handhabungsvorrichtung (50) überträgt, - wobei die Handhabungsvorrichtung (50) mittels einer Steuereinrichtung (103) mindestens ein Stellglied (104) einer Steuerstrecke (106) einstellt, - wobei die Recheneinheit (63) eine Istwert-Werteschar der Steuerstrecke (106) mit einem vorgegebenen Sollwertfeld vergleicht, - wobei bei Lage jedes dieser Istwerte innerhalb des Sollwertfelds das Funkmodul (65) ein Statussignal über die Signal- und Datenschnittstelle (111) an die externe Steuerbaugruppe (110) übermittelt, - wobei die externe Steuerbaugruppe (110) dieses Statussignal als Freigabesignal über die Signalschnittstelle (41) an die Industrierobotersteuerung (40) überträgt und - wobei von einem Peripheriegerät (130) über die temporäre Datenschnittschnelle (117) Ablaufprogramme entweder direkt an die externe Steuerbaugruppe (110) oder über die Handhabungsvorrichtung (50) zur externen Steuerbaugruppe (110) übertragbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass die Handhabungsvorrichtung (50) eine vorrichtungsspezifische Codierung an die externe Steuerbaugruppe (110) überträgt und - dass die externe Steuerbaugruppe (110) der Handhabungsvorrichtung (50) einen von deren Codierung abhängigen Anwendungsablauf zuordnet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche von der Industrierobotersteuerung (40) an die externe Steuerbaugruppe (110) übertragenen Signale Befehlssignale zum Starten eines Anwendungsablaufs sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche von der externen Steuerbaugruppe (110) an die Industrierobotersteuerung (40) übertragenen Signale Statussignale der Handhabungsvorrichtung (50) sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass die Ist-Wert-Werteschar über die Signal- und Datenschnittstelle (111) an die externe Steuerbaugruppe (110) übertragen wird, - dass die externe Steuerbaugruppe (110) die aufgenommenen Daten verdichtet und - dass die externe Steuerbaugruppe (110) hieraus Änderungen der Vorgabewerte für eine Wiederholung des Anwendungsablaufs ermittelt.
Handhabungssystem (10) zum Einsatz in einem Verfahren nach Anspruch 1, mit einem mindestens eine Handhabungsvorrichtung (50) tragenden Industrieroboter (20) und mit einer Industrierobotersteuerung (40), wobei die einzelne Handhabungsvorrichtung (50) ein Handhabungswerkzeug (71) und eine Elektronikbaugruppe (61) mit mindestens einer Recheneinheit (63) und mindestens einem Funkmodul (65) aufweist, - wobei die Industrierobotersteuerung (40) mittels einer binären Signalschnittstelle (41) zur bidirektionalen Kommunikation mit einer externen Steuerbaugruppe (110) verbunden ist, - wobei die externe Steuerbaugruppe (110) mit der Handhabungsvorrichtung (50) eine als Signal- und Datenschnittstelle (111) ausgebildete bidirektionale drahtlose serielle Schnittstelle hat, - wobei die Handhabungsvorrichtung (50) und/oder die externe Steuerbaugruppe (110) mindestens ein Schnittstellenufer (116) einer temporären Datenschnittstelle (117) haben, wobei diese Datenschnittstelle (117) zumindest für ankommende Daten gegen die Signalschnittstelle (41) verriegelbar ist und - wobei innerhalb der Handhabungsvorrichtung (50) die Recheneinheit (63) mit mindestens einem kraftabhängigen Sensorsystem (73) und/oder mindestens einem hubabhängigen Sensorsystem (74) festverdrahtet verbunden ist.
Handhabungssystem (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabungsvorrichtung (50) zumindest ein kraftabhängiges Sensorsystem (73) und zumindest ein hubabhängiges Sensorsystem (74) hat.
Handhabungssystem (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikbaugruppe (61) im Gehäuse (51) der Handhabungsvorrichtung (50) angeordnet ist.
Handhabungssystem (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Steuerbaugruppe (110) einen Datenspeicher zum Speichern einer Vielzahl handhabungsvorrichtungsspezifischer Anwendungsabläufe umfasst.
Handhabungssystem (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhalt des Datenspeichers mittels eines Peripheriegeräts (130) veränderbar ist, das Daten über die temporäre Datenschnittstelle (117) an die externe Steuerbaugruppe (110) überträgt.