DE102020124274A1 - HANDLING DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING OR REGULATING SUCH - Google Patents
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Abstract
Handhabungsvorrichtung zur Handhabung von Gegenständen (10), wobei wenigstes ein Endeffektor (9) gegenüber einer Basis (4) der Handhabungsvorrichtung (13) mittels eines Antriebstranges bewegbar ist und zur Steuerung oder Regelung dieser Bewegung des wenigstens einen Endeffektors (9) eine Steuer- oder Regeleinheit (17) vorgesehen ist, wobei die wenigstens eine Steuer- oder Regeleinheit (17) dazu ausgebildet ist, wenigstens ein für eine Bewegung - vorzugsweise eine Verkippung und/oder Verschiebung - der Basis (4) der Handhabungsvorrichtung (13) charakteristisches Signal zu empfangen und das charakteristische Signal bei der Steuerung oder Regelung des Antriebstranges zu berücksichtigen.Handling device for handling objects (10), at least one end effector (9) being movable with respect to a base (4) of the handling device (13) by means of a drive train and a control or regulation device for controlling or regulating this movement of the at least one end effector (9) Control unit (17) is provided, the at least one control or regulation unit (17) being designed to receive at least one signal characteristic of a movement - preferably tilting and / or displacement - of the base (4) of the handling device (13) and to take the characteristic signal into account when controlling or regulating the drive train.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung zur Handhabung von Gegenständen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, eine Anordnung einer solchen Handhabungsvorrichtung und einer mit der Handhabungsvorrichtung kooperierenden Maschine, ein Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Handhabungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 19 sowie ein Computerprogrammprodukt.The present invention relates to a handling device for handling objects with the features of the preamble of
Durch den Stand der Technik bekannte Handhabungsvorrichtungen zur Handhabung von Gegenständen weisen einen Endeffektor auf. Dieser Endeffektor ist dazu ausgebildet, den zu handhabenden Gegenstand aufzunehmen, wobei dafür verschiedenste Ausführungsvarianten von Endeffektoren bekannt sind, wie beispielsweise handähnliche Greifer oder Vakuumgreifer.Handling devices known from the prior art for handling objects have an end effector. This end effector is designed to pick up the object to be handled, with the most diverse design variants of end effectors being known for this, such as, for example, hand-like grippers or vacuum grippers.
Endeffektoren einer Handhabungsvorrichtung weisen in der Regel einen Antriebsstrang auf, durch welchen sie gegenüber einer Basis der Handhabungsvorrichtung steuer- oder regelbar sind. Die Steuerung oder Regelung des Antriebsstranges geschieht über eine Steuer- oder Regeleinheit.End effectors of a handling device generally have a drive train by means of which they can be controlled or regulated with respect to a base of the handling device. The control or regulation of the drive train takes place via a control or regulation unit.
Zumeist sind diese Antriebsstränge durch elektrische Antriebseinheiten oder auch durch pneumatische Antriebseinheiten ausgebildet, wobei beispielsweise die Gelenkspunkte einer kinematischen Kette, welche den Endeffektor mit der Basis der Handhabungsvorrichtung verbindet, bewegbar sind.These drive trains are mostly formed by electrical drive units or also by pneumatic drive units, with, for example, the articulation points of a kinematic chain which connects the end effector to the base of the handling device being movable.
Die Steuerung oder Regelung des Antriebsstranges einer Handhabungsvorrichtung geschieht über eine Steuerung oder Regelung der einzelnen Antriebseinheiten, welche zumeist dazu ausgebildet sind, eine Gelenksausrichtung der Handhabungsvorrichtung variieren. Diese Steuerung oder Regelung der einzelnen Antriebseinheiten lässt sich durch bekannte Rechenverfahren berechnen, indem durch eine gewünschte Aufnahme-, Übernahme-, Ablage- oder einer anderen zu erreichenden Position des Endeffektors mittels der Rückwärtstransformation (oder auch Inverskinematik genannt) auf die Basis der Handhabungsvorrichtung rückgerechnet wird.The control or regulation of the drive train of a handling device takes place via a control or regulation of the individual drive units, which are mostly designed to vary a joint alignment of the handling device. This open-loop or closed-loop control of the individual drive units can be calculated using known computation methods by calculating back to the basis of the handling device by means of the reverse transformation (or also called inverse kinematics) through a desired pick-up, take-over, storage or other position to be reached by the end effector .
Die Regelung oder Steuerung einer Handhabungsvorrichtung wird meist ausgehend von einem definierten Referenzpunkt oder einem definierten Referenzkoordinatensystem durchgeführt. Meist wird die Basis der Handhabungsvorrichtung als Referenz verwendet.The regulation or control of a handling device is usually carried out on the basis of a defined reference point or a defined reference coordinate system. Usually the base of the handling device is used as a reference.
Die Verbindung zwischen dem Endeffektor und der Basis der Handhabungsvorrichtung wir auch als kinematische Kette bezeichnet. Zur Berechnung dieser wird dem Endeffektor, den einzelnen Gelenken und der Basis ein Koordinatensystem zugewiesen, wobei die einzelnen Koordinatensysteme zueinander durch eine Orientierung, einen Translationsvektor und eine Rotationsmatrix (zumeist in einer 4 x 4 Transformationsmatrix zusammengefasst) definiert sind. In dieser Weise kann jedoch auch die Positionierung des Endeffektors gegenüber einer beliebigen zu wählenden Referenz berechnet werden.The connection between the end effector and the base of the handling device is also known as a kinematic chain. To calculate this, a coordinate system is assigned to the end effector, the individual joints and the base, the individual coordinate systems being defined in relation to one another by an orientation, a translation vector and a rotation matrix (mostly summarized in a 4 x 4 transformation matrix). In this way, however, the positioning of the end effector with respect to any reference to be selected can also be calculated.
Die Basis der Handhabungsvorrichtung wird je nach Einsatzort meist mit einer mit der Handhabungsvorrichtung kooperierenden Maschine verbunden oder auch an einer anderen Oberfläche befestigt. Wichtig dabei ist jedoch, die feste und starre Befestigung der Basis der Handhabungsvorrichtung am Einsatzort, sodass die Basis einen genau definierten Punkt gegenüber der Umgebung einnimmt, sodass eine Steuer- oder Regelung des Endeffektors aufgrund der definierten Basis gegenüber der Umgebung (zur Ansteuerung definierter Aufnahme- oder Ablagepositionen) möglichst genau möglich ist.Depending on the place of use, the base of the handling device is usually connected to a machine that cooperates with the handling device or is also attached to another surface. What is important, however, is that the base of the handling device is firmly and rigidly fastened at the place of use so that the base occupies a precisely defined point in relation to the environment so that the end effector can be controlled or regulated on the basis of the defined base in relation to the environment (to control defined recording or storage positions) is possible as precisely as possible.
Beim Beispiel einer Formgebungsmaschine, welche als Spritzgießmaschine ausgebildet ist, wird die Basis der Handhabungsvorrichtung oft an einer festen Formaufspannplatte montiert oder ist durch diese ausgebildet. Unter Formgebungsmaschinen können dabei Spritzgießmaschinen, Spritzpressen, Pressen oder dergleichen verstanden werden, wobei im Folgenden ein erstes Beispiel der Problematik anhand einer Spritzgießmaschine dargestellt werden soll, wobei dies jedoch allgemein auf Formgebungsmaschinen oder mit der Handhabungsvorrichtung kooperierenden Maschinen umgelegt werden kann.In the example of a molding machine, which is designed as an injection molding machine, the base of the handling device is often mounted on a fixed platen or is formed by this. In this context, molding machines can be understood to mean injection molding machines, transfer presses, presses or the like, a first example of the problem being presented below using an injection molding machine, although this can generally be applied to molding machines or machines that cooperate with the handling device.
Die Kopplung an der Basis der Handhabungsvorrichtung gegenüber der Spritzgießmaschine erfolgt üblicherweise, indem die Basis der Handhabungsvorrichtung fest an der Spritzgießmaschine angeschraubt wird oder an dieser angeschweißt wird. Sinn einer solchen starren Verbindung ist es, eine exakte Position der Handhabungsvorrichtung gegenüber der Spritzgießmaschine zu gewährleisten. Zumeist wird eine Lage der Handhabungsvorrichtung gegenüber einer Spritzgießmaschine durch eine Verstiftung der Basis der Handhabungsvorrichtung an der Spritzgießmaschine bestimmt.The coupling to the base of the handling device with respect to the injection molding machine usually takes place in that the base of the handling device is firmly screwed to the injection molding machine or is welded to it. The purpose of such a rigid connection is to ensure an exact position of the handling device in relation to the injection molding machine. A position of the handling device in relation to an injection molding machine is usually determined by pinning the base of the handling device on the injection molding machine.
Im üblichen Fall ist die Handhabungsvorrichtung bei der Anwendung bei Spritzgießmaschinen auf einer festen Formaufspannplatte montiert, jedoch ist es auch grundsätzlich vorstellbar, dass die Handhabungsvorrichtung auf einer bewegten Formaufspannplatte montiert ist.In the usual case, when used in injection molding machines, the handling device is mounted on a fixed platen, but it is also fundamentally conceivable that the handling device is mounted on a moving platen.
Durch den Schließkraftaufbau oder bei einer Schließbewegung (oder einer Öffnungsbewegung) kippen jedoch die Formaufspannplatten. Diese Verkippung resultiert aus den hohen Schließkräften und/oder bei anderweitigen Bewegungen aus den Trägheiten der bewegten Komponenten, welche aufgrund der wirkenden Kräfte zu Verformungen von Komponenten der Spritzgießmaschine (beispielsweise der Formaufspannplatten oder Führungen) führen. Durch die Verformungen kommt es zu Verkippungen der Formaufspannplatten, welche sich natürlich auf die daran befestigte Basis der Handhabungsvorrichtung auswirken.However, as a result of the build-up of the clamping force or during a closing movement (or an opening movement), the mold clamping plates tilt. This tilting results from the high closing forces and / or from other movements from the Inertia of the moving components which, due to the forces acting, lead to deformation of components of the injection molding machine (for example the mold mounting plates or guides). The deformations lead to tilting of the mold mounting plates, which of course has an effect on the base of the handling device attached to it.
Diese Kippbewegung oder Verformung aufgrund der Schließkraft oder einer dynamischen Bewegung während des Spritzprozesses der Spritzgießmaschine überträgt sich auf die Basis der Handhabungsvorrichtung, wobei diese Basis durch die Verformung oder Verkippung zu einer Verkippung und/oder Verschiebung der ganzen Handhabungsvorrichtung führt.This tilting movement or deformation due to the closing force or a dynamic movement during the injection process of the injection molding machine is transferred to the base of the handling device, this base leading to tilting and / or displacement of the entire handling device due to the deformation or tilting.
Durch die Bewegung der Basis verändert sich somit die Position des Endeffektors gegenüber der zu erreichenden Ablage- oder Aufnahmeposition. Diese Veränderung ist nicht nur abhängig von der Schließkraft oder der Größe der Beschleunigung, sondern auch von den Achspositionen der Handhabungsvorrichtung.As a result of the movement of the base, the position of the end effector changes in relation to the storage or receiving position to be reached. This change is not only dependent on the closing force or the magnitude of the acceleration, but also on the axis positions of the handling device.
Derselbe Effekt tritt beispielsweise auch auf, wenn sich mehrere Handhabungsvorrichtungen eine Basis teilen. In diesem Fall beeinflusst die Änderung der Position oder eine Änderung der Belastung der Handhabungsvorrichtung aufgrund der Elastizität im System die Ausrichtung oder Position der anderen Handhabungsvorrichtung.The same effect also occurs, for example, when several handling devices share a base. In this case, the change in position or a change in the load on the handling device due to the elasticity in the system influences the orientation or position of the other handling device.
Es ist bei den beschriebenen Bewegungen und Laständerungen mit Reaktionskräften in der Basis der Handhabungsvorrichtung zu rechnen, wobei diese Reaktionskräfte zu Verformungen in der Basis oder von Elementen der Handhabungsvorrichtung selbst führen. Diese Verformungen der Basis oder von Elementen der Handhabungsvorrichtung selbst wirken sich auf die andere Handhabungsvorrichtung aus. Genauer gesagt wirken sich die Verformungen direkt auf die Position des Endeffektors der anderen Handhabungsvorrichtung aus.With the movements and load changes described, reaction forces are to be expected in the base of the handling device, these reaction forces leading to deformations in the base or in elements of the handling device itself. These deformations of the base or of elements of the handling device itself affect the other handling device. More precisely, the deformations have a direct effect on the position of the end effector of the other handling device.
Ganz allgemein gesehen sind Handhabungsvorrichtungen mit ihrer Basis der Dynamik einer Fertigungsumgebung ausgesetzt. So kann beispielsweise davon ausgegangen werden, wenn die Handhabungsvorrichtung vor, an oder in der Nähe einer Fertigungsmaschine angeordnet ist, dass die Handhabungsvorrichtung über ihre Basis durch Vibrationen, welche aufgrund der Fertigung von der Fertigungsmaschine auf die Umgebung freigegeben werden, in ihrer Positioniergenauigkeit und ihrer Wiederholgenauigkeit beeinträchtigt wird.Generally speaking, the basis of handling devices is exposed to the dynamics of a manufacturing environment. For example, if the handling device is arranged in front of, on or in the vicinity of a production machine, it can be assumed that the positioning accuracy and repeatability of the handling device via its base due to vibrations which are released from the production machine to the environment due to production is impaired.
Noch allgemeiner formuliert, ist die Handhabungsvorrichtung ganz allgemein den Umgebungsbedingungen ausgesetzt, wobei bei bereits minimalen Orientierungsveränderungen aufgrund dynamischer Einflüsse der Basis der Handhabungsvorrichtung es zu Positionsabweichungen eines Endeffektors kommen kann. Es ist davon auszugehen, dass die kinematische Kette, die den Endeffektor mit der Basis verbindet, zumindest in gewissen Positionen eine minimale Orientierungsveränderung der Basis verstärkt, was sich am Endeffektor zeigt.In more general terms, the handling device is generally exposed to the ambient conditions, and with even minimal changes in orientation due to dynamic influences of the base of the handling device, position deviations of an end effector can occur. It can be assumed that the kinematic chain that connects the end effector with the base reinforces a minimal change in orientation of the base, at least in certain positions, which can be seen at the end effector.
Aus dem Stand der Technik ist es daher bekannt, die Basis einer Handhabungsvorrichtung durch mechanisch, ausgeklügelte Systeme mit Freiheitsgraden an kooperierenden Maschinen zu befestigen.It is therefore known from the prior art to attach the base of a handling device to cooperating machines by means of mechanically sophisticated systems with degrees of freedom.
Dies geht beispielsweise aus der
Nachteilig dabei ist jedoch, dass durch die zusätzlichen Lagerpunkte ein gewisses Spiel zwischen der Handhabungsvorrichtung und der Spritzgießmaschine besteht, wobei wiederum mit einer erhöhten Ungenauigkeit für den Endeffektor bei der Positionierung zu rechnen ist, da bereits die Lage der Basis der Handhabungsvorrichtung eine erhöhte Toleranz zur Spritzgießmaschine aufweist.The disadvantage here, however, is that there is a certain amount of play between the handling device and the injection molding machine due to the additional bearing points, which again results in increased inaccuracy for the end effector when positioning, since the position of the base of the handling device already has an increased tolerance to the injection molding machine having.
Eine weitere bekannte Möglichkeit des Standes der Technik ist es, die Handhabungseinrichtung auf die Umgebungsbedingungen einzulernen. So werden die Handhabungsvorrichtungen beispielsweise beim Einsatz bei Spritzgießmaschinen unter aufgebauter Schließkraft eingelernt, wobei hierdurch die Endpositionen - genauer gesagt: das Endeffektor-Koordinatensystem - so festgelegt wird, dass es den verformten, gekippten oder bewegten Positionszustand der Basis der Handhabungsvorrichtung kompensiert.Another known possibility of the prior art is to train the handling device for the ambient conditions. For example, when used in injection molding machines, the handling devices are taught-in with a built-up clamping force, whereby the end positions - more precisely: the end effector coordinate system - is determined in such a way that it compensates for the deformed, tilted or moved position of the base of the handling device.
Dieses Vorgehen weist jedoch auch einige Nachteile auf. So müssen bei einer Änderung der Schließkraft auch jedes Mal die Aufnahme- oder Ablagepositionen der Handhabungsvorrichtung neu geteacht (gelernt) werden, da diese von der spezifischen Schließkraft abhängig sind.However, this approach also has some disadvantages. When the closing force is changed, the pick-up or deposit positions of the handling device must be taught (learned) anew every time, since these are dependent on the specific closing force.
Es kann auch in komplexen Anlagen passieren, dass die Handhabungsvorrichtung aufgrund von Wartezeiten in der Zwischenzeit für anderweitige Aufgaben verwendet wird, wobei diese nicht exakt durchführt werden können, da in diesen Zwischenzeiten gegebenenfalls bei der Handhabung keine Verformung zu berücksichtigen sind. Vor allem bei Spritzgießmaschinen, bei denen von Schuss zu Schuss variable Schließkräfte auftauchen können, ist ein solches Vorgehen zur Kompensation von Verformungen nur mit sehr hohem Arbeitsaufwand (und selbst dann nur teilweise) durchführbar.It can also happen in complex systems that the handling device is used for other tasks in the meantime due to waiting times, whereby these cannot be carried out exactly because in these intermediate times if necessary, no deformation must be taken into account during handling. In the case of injection molding machines in particular, in which clamping forces that vary from shot to shot can arise, such a procedure to compensate for deformations can only be carried out with a great deal of work (and even then only partially).
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Handhabungsvorrichtung, eine Anordnung einer Handhabungsvorrichtung mit einer mit der Handhabungsvorrichtung kooperierenden Maschine, ein Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Handhabungsvorrichtung und ein Computerprogrammprodukt bereitzustellen, mit deren Hilfe eine genauere oder exaktere Steuerung oder Regelung des Endeffektors möglich.It is therefore the object of the present invention to provide a handling device, an arrangement of a handling device with a machine cooperating with the handling device, a method for controlling or regulating a handling device and a computer program product with the aid of which a more precise or more exact control or regulation of the end effector is possible .
Diese Aufgabe wird durch eine Handhabungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit einer Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 7, mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 19 und mit einem Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst.This object is achieved by a handling device with the features of
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Steuer- oder Regeleinheit der Handhabungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, wenigstens ein für eine Bewegung - vorzugsweise ein Verkippen und/oder Verschiebung - der Basis der Handhabungsvorrichtung charakteristisches Signal zu empfangen und das charakteristische Signal bei der Steuerung oder Regelung des Antriebsstranges zu berücksichtigen.According to the invention it is provided that the at least one control or regulating unit of the handling device is designed to receive at least one signal characteristic of a movement - preferably tilting and / or displacement - of the base of the handling device and the characteristic signal when controlling or regulating the Take into account the drive train.
Durch die Erfindung wird es möglich, eine Orientierungsveränderung der Basis der Handhabungsvorrichtung beim Steuern oder Regeln des Endeffektors durch eine Steuerung oder Regelung des Antriebsstranges zu berücksichtigen.The invention makes it possible to take into account a change in orientation of the base of the handling device when controlling or regulating the end effector by controlling or regulating the drive train.
Das charakteristische Signal für eine Bewegung der Handhabungsvorrichtung kann beispielsweise ein Steuersignal einer mit der Handhabungsvorrichtung kooperierenden Maschine oder einer weiteren Handhabungsvorrichtung, welche die gleiche Basis aufweist, sein, wobei allein durch die Steuersignale und die bekannten, geometrischen Abmessungen bereits auf Beschleunigungen, Verformungen oder andere Auswirkungen auf die Basis der Handhabungsvorrichtung geschlossen werden kann.The characteristic signal for a movement of the handling device can, for example, be a control signal of a machine cooperating with the handling device or of a further handling device which has the same basis, whereby the control signals and the known geometric dimensions already have an impact on accelerations, deformations or other effects can be concluded on the basis of the handling device.
Durch diese Erkenntnis kann bereits bei der Steuerung oder Regelung des Antriebsstranges eine kompensierende Bewegung durchgeführt werden, sodass der Endeffektor unabhängig von einer Bewegung der Basis oder einer Verkippung und/oder Verschiebung der Basis zu einer gewünschten Position mit möglichst hoher Bahngenauigkeit bewegt werden kann.With this knowledge, a compensating movement can already be carried out during the control or regulation of the drive train, so that the end effector can be moved to a desired position with the highest possible path accuracy regardless of a movement of the base or a tilting and / or displacement of the base.
Auch die Auswirkungen der Beschleunigung und der Trägheitskräfte der Handhabungsvorrichtung selbst können bei der Steuerung oder Regelung berücksichtigt werden. Eine Bewegung oder Beschleunigung der Handhabungsvorrichtung führt ebenfalls zu einer Bewegung oder Verkippung der Basis da ein Träger oder eine Umgebung, an welchem oder an welcher die Basis befestigt ist, ebenfalls eine gewisse Elastizität aufweist, wodurch es bei einer Krafteinleitung durch die Basis zu einer Verformung (und somit einer Verkippung oder Bewegung der Basis) kommt.The effects of the acceleration and the inertial forces of the handling device itself can also be taken into account in the control or regulation. A movement or acceleration of the handling device also leads to a movement or tilting of the base because a carrier or an environment to which or to which the base is attached also has a certain elasticity, which means that when a force is introduced through the base, deformation ( and thus tilting or movement of the base).
So kann es vorgesehen sein, dass das charakteristische Signal über ein Nachpendeln oder eine Schwingung der Handhabungsvorrichtung selbst Aufschluss gibt, welche durch eine Beschleunigung oder Bewegung der Handhabungsvorrichtung verursacht wird, wobei diese auch über die Steuerung oder Regelung des Antriebsstranges ausgeglichen werden kann.It can thus be provided that the characteristic signal provides information about a pendulum or oscillation of the handling device itself, which is caused by an acceleration or movement of the handling device, which can also be compensated for by controlling or regulating the drive train.
Der Antriebsstrang kann dazu vorgesehen sein, eine den Endeffektor mit der Basis verbindenden kinematische Kette zu bewegen. Dabei kann der Antriebsstrang mehrere Antriebseinheiten aufweisen. Antriebseinheiten können beispielsweise durch Elektromotoren oder pneumatische Antriebseinheiten ausgebildet sein.The drive train can be provided to move a kinematic chain connecting the end effector to the base. The drive train can have several drive units. Drive units can be formed, for example, by electric motors or pneumatic drive units.
Alle in Bezug auf den Stand der Technik beschriebenen Maßnahmen können auch bei der Erfindung verwendet werden.All measures described in relation to the prior art can also be used in the invention.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die abhängigen Ansprüche definiert.Advantageous embodiments of the invention are defined by the dependent claims.
Vorteilhaft kann es vorgesehen sein, dass die Steuer- oder Regeleinheit dazu ausgebildet ist, die Bewegung der Referenz der Handhabungsvorrichtung durch die Steuerung oder Regelung des Antriebsstranges - vorzugsweise am Endeffektor - zu kompensieren.It can advantageously be provided that the control or regulating unit is designed to compensate for the movement of the reference of the handling device by controlling or regulating the drive train - preferably at the end effector.
Jedoch kann es alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass eine Bewegung der Basis für die Bewegung des Endeffektors genutzt wird. Beispielsweise kann eine Bewegung der Basis insofern bei der Bewegung des Endeffektors berücksichtigt werden, dass der Antriebsstrang eine geringere Bewegung hervorrufen muss, wenn durch die Basis die Bewegung des Endeffektors unterstützt wird.However, it can alternatively or additionally be provided that a movement of the base is used for the movement of the end effector. For example, a movement of the base can be taken into account when moving the end effector to the extent that the drive train has to produce a smaller movement when the movement of the end effector is supported by the base.
Es kann vorgesehen sein, dass eine weitere mit der Handhabungsvorrichtung kooperierende Maschine dazu ausgebildet ist eine, durch eine Bewegung der Basis der Handhabungsvorrichtung hervorgerufene, Bewegung des Endeffektors der Handhabungsvorrichtung auszugleichen oder zu kompensieren. So könnte beispielsweise ein Förderband oder eine weitere Handhabungsvorrichtung vorgesehen sein, wobei eine Bewegung der Basis der (ersten) Handhabungsvorrichtung - und somit eine Bewegung des Endeffektors der (ersten) Handhabungsvorrichtung - bei einem Aufnehmen oder Ablegen auf das Förderband oder bei einem Übergeben an die weitere Handhabungsvorrichtung oder durch eine gezielte gesteuerte oder geregelte Bewegung des Förderbandes oder der weiteren Handhabungsvorrichtung kompensiert wird, sodass der durch die (ersten) Handhabungsvorrichtung gehandhabte Gegenstand eine gewünschte Position am Förderband oder bezüglich eines Endeffektors der weiteren Handhabungsvorrichtung einnimmt.It can be provided that a further machine cooperating with the handling device is designed for a movement of the end effector caused by a movement of the base of the handling device Balance or compensate for handling device. For example, a conveyor belt or another handling device could be provided, whereby a movement of the base of the (first) handling device - and thus a movement of the end effector of the (first) handling device - when picking up or placing on the conveyor belt or when transferring to the other Handling device or by a targeted controlled or regulated movement of the conveyor belt or the further handling device, so that the object handled by the (first) handling device assumes a desired position on the conveyor belt or with respect to an end effector of the further handling device.
Vorzugsweise kann wenigstens ein Sensor vorgesehen sein, wobei durch den wenigstens einen Sensor ein charakteristisches Signal für eine Bewegung der Basis der wenigstens einen Steuer- oder Regeleinheit bereitstellbar ist. Beispiele für einen solchen Sensor sind Beschleunigungssensoren, Gyrosensor, Neigungssensor oder auch optische Sensoren, welche eine genaue Positionsabweichung der Basis feststellen können.At least one sensor can preferably be provided, with the at least one sensor being able to provide a characteristic signal for a movement of the base of the at least one control or regulation unit. Examples of such a sensor are acceleration sensors, gyro sensors, inclination sensors or also optical sensors which can determine an exact position deviation of the base.
Es kann wenigstens ein zweiter Endeffektor vorgesehen sein, wobei der wenigstens eine zweite Endeffektor gegenüber der Basis der Handhabungsvorrichtung durch die Steuer- oder Regeleinheit unter Verwendung eines zweiten Antriebsstranges steuer- oder regelbar ist. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Steuer- oder Regeleinheit dazu ausgebildet ist, aufgrund einer gesteuerten oder geregelten Bewegung des wenigstens einen zweiten Endeffektors eine Bewegung der Basis zu berechnen, wobei durch die Steuer- oder Regeleinheit die berechnete Bewegung der Basis als charakteristisches Signal bei der Steuerung oder Regelung des (ersten) Antriebsstranges berücksichtigt wird. So können beispielsweise gar keine weiteren Signale von außen für die Steuer- oder Regeleinheit der Handhabungsvorrichtung erforderlich sein, sondern bereits Steuer- oder Regelsignale für eine zweite Handhabungsvorrichtung - genauer gesagt: für einen zweiten Antriebsstrang - bei der Steuerung oder Regelung eines ersten Antriebsstranges (der ersten Handhabungsvorrichtung) berücksichtigt werden.At least one second end effector can be provided, the at least one second end effector being controllable or regulatable with respect to the base of the handling device by the control or regulating unit using a second drive train. It can be provided that the control or regulating unit is designed to calculate a movement of the base on the basis of a controlled or regulated movement of the at least one second end effector, with the calculated movement of the base as a characteristic signal by the control or regulation unit the control or regulation of the (first) drive train is taken into account. For example, no further signals from outside may be required for the control or regulation unit of the handling device, but rather control or regulation signals for a second handling device - more precisely: for a second drive train - when controlling or regulating a first drive train (the first Handling device) must be taken into account.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Steuer- oder Regeleinheit dazu ausgebildet ist, das charakteristische Signal mit Hilfe einer Inverskinematik zu berücksichtigen. Die Inverskinematik ist dem Fachmann auch durch die Ausdrücke „Rückwärtstransformation“ oder „inverse Kinematik“ geläufig.It can advantageously be provided that the control or regulating unit is designed to take the characteristic signal into account with the aid of inverse kinematics. The person skilled in the art is also familiar with inverse kinematics through the expressions “backward transformation” or “inverse kinematics”.
Die Regelung oder Steuerung einer Handhabungsvorrichtung wird meist ausgehend von einem definierten Referenzpunkt oder einem definierten Referenzkoordinatensystem (im Folgenden nur kurz als „Referenz“ bezeichnet) durchgeführt, wobei der Endeffektor zu dieser Referenz eine gewisse Orientierung und Distanz aufweist. In gleicher Weise kann ausgehend von dieser Referenz auch die Verschiebung oder Verkippung der Basis bestimmt werden.The regulation or control of a handling device is usually carried out on the basis of a defined reference point or a defined reference coordinate system (hereinafter referred to as “reference” for short), the end effector having a certain orientation and distance to this reference. In the same way, starting from this reference, the displacement or tilting of the base can also be determined.
Beispielsweise kann als solche Referenz die Basis der Handhabungsvorrichtung verwendet werden. Jedoch kann die Referenz frei gewählt werden, sofern wenigstens eine steuerbare oder regelbare Achse zwischen Referenz und Endeffektor vorgesehen ist, kann eine Verschiebung oder Verkippung der Referenz gegenüber dem Endeffektor ausgeglichen, kompensiert oder genutzt werden.For example, the base of the handling device can be used as such a reference. However, the reference can be freely selected, provided that at least one controllable or regulatable axis is provided between the reference and the end effector, a shift or tilt of the reference with respect to the end effector can be compensated for, compensated for or used.
Als Basis der Handhabungsvorrichtung wird der Bereich der Handhabungsvorrichtung bezeichnet, welcher die Handhabungsvorrichtung mit der Umgebung, dem Einsatzort oder einer kooperierenden Maschine verbindet. Die Basis kann beispielsweise als Flansch zur Verschraubung ausgebildet sein.The area of the handling device that connects the handling device with the environment, the place of use or a cooperating machine is referred to as the base of the handling device. The base can for example be designed as a flange for screwing.
Weiters wird Schutz begehrt für eine Anordnung einer erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung und einer mit der Handhabungsvorrichtung kooperierenden Maschine, wobei wenigstens ein charakteristisches Signal von wenigstens einer mit der Handhabungsvorrichtung kooperierenden Maschine bereitstellbar ist.Protection is also sought for an arrangement of a handling device according to the invention and a machine cooperating with the handling device, at least one characteristic signal being able to be provided by at least one machine cooperating with the handling device.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Basis der Handhabungsvorrichtung an wenigstens einer Maschinenkomponente der mit der Handhabungsvorrichtung kooperierenden Maschine angeordnet ist oder durch eine Maschinenkomponente der mit der Handhabungsvorrichtung kooperierenden Maschine ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise, wie bereits in der Beschreibungseinleitung beschrieben, dermaßen ausgebildet sein, dass die Handhabungsvorrichtung mit einer Formgebungsmaschine oder - genauer gesagt: an einer festen Formaufspannplatte einer Spritzgießmaschine - fest verbunden, zum Beispiel angeschraubt oder angeschweißt ist.It is preferably provided that the base of the handling device is arranged on at least one machine component of the machine cooperating with the handling device or is formed by a machine component of the machine cooperating with the handling device. This can, for example, as already described in the introduction to the description, be designed in such a way that the handling device is firmly connected, for example screwed or welded, to a molding machine or - more precisely: to a fixed platen of an injection molding machine.
Unter Formgebungsmaschinen können dabei Spritzgießmaschinen, Spritzpressen, Pressen oder dergleichen verstanden werden. Die unter Spritzgießmaschinen beschriebenen Beispiele in diesem Zusammenhang können natürlich in gleicher Weise auf andere Arten von Formgebungsmaschinen umgelegt werden.In this context, molding machines can be understood to mean injection molding machines, transfer presses, presses or the like. The examples described under injection molding machines in this context can of course be applied in the same way to other types of molding machines.
Es kann vorgesehen sein, dass das charakteristische Signal ein Steuersignal für eine Bewegung einer Maschinenkomponente der mit der Handhabungsvorrichtung kooperierenden Maschine ist.It can be provided that the characteristic signal is a control signal for a movement of a machine component of the machine cooperating with the handling device.
Es kann vorgesehen sein, dass die mit der Handhabungsvorrichtung kooperierende Maschine wenigstens einen Maschinensensor zur Erfassung einer Bewegung der Basis der Handhabungsvorrichtung aufweist.It can be provided that the machine cooperating with the handling device has at least one machine sensor for detecting a movement of the base of the handling device.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die mit der Handhabungsvorrichtung kooperierende Maschine eine Formgebungsmaschine - vorzugsweise eine Spritzgießmaschine - ist.It is preferably provided that the machine cooperating with the handling device is a molding machine - preferably an injection molding machine.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine feste Formaufspannplatte oder eine bewegte Formaufspannplatte, an welcher die Handhabungsvorrichtung angeordnet ist, als Basis ausgebildet ist.It is preferably provided that a fixed platen or a moving platen, on which the handling device is arranged, is designed as the base.
Es kann vorgesehen sein, dass die mit der Handhabungsvorrichtung kooperierende Maschine eine Steuer- oder Regeleinheit aufweist, wobei durch die Steuer- oder Regeleinheit der mit der Handhabungsvorrichtung kooperierenden Maschine ein charakteristisches Signal für die Steuer- oder Regeleinheit der Handhabungsvorrichtung bereitstellbar ist. Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Steuer- oder Regeleinheit der Handhabungsvorrichtung durch die Steuer- oder Regeleinheit der mit der Handhabungsvorrichtung kooperierenden Maschine ausgebildet ist - oder umgekehrt - wobei eine Steuerung oder Regelung der Handhabungsvorrichtung und eine Steuerung oder Regelung der mit der Handhabungsvorrichtung kooperierenden Maschine vorzugsweise durch unterschiedliche, miteinander kommunizierende, Prozessoreinheiten und/oder unterschiedliche Programme ausgebildet ist.It can be provided that the machine cooperating with the handling device has a control or regulating unit, the control or regulating unit of the machine cooperating with the handling device being able to provide a characteristic signal for the control or regulating unit of the handling device. It can preferably be provided that the control or regulation unit of the handling device is formed by the control or regulation unit of the machine cooperating with the handling device - or vice versa - with a control or regulation of the handling device and a control or regulation of the machine cooperating with the handling device is preferably formed by different, mutually communicating processor units and / or different programs.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das charakteristische Signal eine Prozessgröße und/oder ein Prozesszustand der mit der Handhabungsvorrichtung kooperierenden Maschine ist. Im Ausführungsbeispiel, in welchem die mit der Handhabungsvorrichtung kooperierende Maschine eine Formgebungsmaschine ist, kann dies beispielsweise ein Signal sein, welches darüber Aufschluss gibt, dass die Schließeinheit mit einer Schließkraft, Öffnungskraft oder einer gewissen Geschwindigkeit beaufschlagt ist.It is preferably provided that the characteristic signal is a process variable and / or a process state of the machine cooperating with the handling device. In the exemplary embodiment in which the machine cooperating with the handling device is a shaping machine, this can be, for example, a signal that provides information that a closing force, opening force or a certain speed is applied to the closing unit.
Es kann vorgesehen sein, dass die Steuer- oder Regeleinheit dazu ausgebildet ist, aufgrund des durch die mit der Handhabungsvorrichtung kooperierende Maschine bereitgestellten Signals eine aus einer Verformung resultierenden Bewegung der Basis festzustellen. Eine solche Verformung der Basis kann beispielsweise durch eine Schließkraft hervorgerufen werden.It can be provided that the control or regulating unit is designed to determine a movement of the base resulting from a deformation on the basis of the signal provided by the machine cooperating with the handling device. Such a deformation of the base can be caused, for example, by a closing force.
Es kann vorgesehen sein, dass die Steuer- oder Regeleinheit dazu ausgebildet ist, mit Hilfe des durch die mit der Handhabungsvorrichtung kooperierenden Maschine bereitgestellten Signals eine Bewegung der Basis zu berechnen und/oder eines hinterlegten Zusammenhangs - vorzugsweise in Form einer Look-Up-Tabelle - festzustellen.It can be provided that the control or regulating unit is designed to calculate a movement of the base with the aid of the signal provided by the machine cooperating with the handling device and / or a stored relationship - preferably in the form of a look-up table - ascertain.
So kann es vorgesehen sein, dass das charakteristische Signal an und für sich nicht unmittelbar mit einer Verformung, Bewegung oder einer Beschleunigung der Basis zu tun hat, jedoch über einen rechnerischen Zusammenhang oder eine Lookup-Tabelle auf eine solche geschlossen werden kann. Insbesondere kann dieser herangezogen werden, wenn das charakteristische Signal der kooperierenden Maschine lediglich ein Antriebssignal einer Komponente dieser der kooperierenden Maschine ist, wie beispielsweise ein Steuersignal für eine Schließkraft einer Formgebungsmaschine. Eine Kalibrierung des rechnerischen Zusammenhangs oder die Einstellung der Lookup-Tabelle kann beispielsweise durch eine Messung erfolgen. Dies ist natürlich auch über eine Modellrechnung möglich.It can thus be provided that the characteristic signal in and of itself does not have to do directly with a deformation, movement or acceleration of the base, but can be inferred from a computational relationship or a lookup table. In particular, this can be used if the characteristic signal of the cooperating machine is only a drive signal of a component of the cooperating machine, such as a control signal for a clamping force of a molding machine. A calibration of the computational relationship or the setting of the look-up table can take place, for example, through a measurement. This is of course also possible using a model calculation.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass durch den Antriebsstrang der Endeffektor dermaßen bewegt wird, dass er gegenüber der Umgebung in einer Position verharrt und lediglich eine Bewegung der Basis kompensiert wird. It can be provided, for example, that the end effector is moved by the drive train in such a way that it remains in one position relative to the surroundings and only a movement of the base is compensated.
Ebenfalls wird Schutz begehrt für ein Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Handhabungsvorrichtung, wobei wenigstens ein Endeffektor mit Hilfe eines Antriebsstrangs gegenüber einer Basis der Handhabungsvorrichtung gesteuert oder geregelt wird, wobei beim Steuern oder Regeln des Antriebsstrangs wenigstens ein Signal, welches charakteristisch für eine Bewegung - vorzugsweise eine Verkippung und/oder Verschiebung - der Basis der Handhabungsvorrichtung ist, berücksichtigt wird.Protection is also sought for a method for controlling or regulating a handling device, with at least one end effector being controlled or regulated with the help of a drive train with respect to a base of the handling device, with at least one signal which is characteristic of a movement - preferably a tilting and / or displacement - the basis of the handling device is taken into account.
Schutz wird auch begehrt für ein Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogrammprodukt Befehle aufweist, welche einen ausführenden Computer dazu veranlassen, Signale, welche für eine Bewegung - vorzugsweise eine Verkippung und/oder Verschiebung - einer Basis einer Handhabungsvorrichtung charakteristisch sind, entgegenzunehmen und aufgrund der Signale Steuer- oder Regelbefehle für einen Antriebsstrang zur Bewegung eines Endeffektors gegenüber der Basis der Handhabungsvorrichtung anzupassen.Protection is also sought after for a computer program product, the computer program product having instructions which cause an executing computer to receive signals which are characteristic of a movement - preferably tilting and / or displacement - of a base of a handling device and, based on the signals, to control or to adapt control commands for a drive train to move an end effector relative to the base of the handling device.
Es kann vorgesehen sein, dass eine erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung und/oder Anordnung als Teil einer Produktionsanlage für einen Formgebungsprozess, insbesondere für einen Spritzgießprozess, ausgebildet ist. Produktionsanlagen haben Einfluss auf ein Werkzeug, ein Material, ein fertiges Produkt und/oder auf ein für die Produktion notwendiges Element. Produktionsanlagen bestehen aus einer Formgebungsmaschine, einer optionalen Handhabungsvorrichtung und optionalen Peripheriegeräten (wie z.B. T em periergeräte).It can be provided that a handling device and / or arrangement according to the invention is designed as part of a production system for a molding process, in particular for an injection molding process. Production systems influence a tool, a material, a finished product and / or an element necessary for production. Production systems consist of a forming machine, an optional handling device and optional peripheral devices (such as temperature devices).
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich anhand der Figuren, sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigt:
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Handhabungsvorrichtung, -
2 das Ausführungsbeispiel aus 1 mit gekippter Basis, -
3 das Ausführungsbeispiel der 2 mit Kompensation der gekippten Basis, -
4 einen exemplarischen Zusammenhang in Form einer Grafik, -
5 eine Messung einer Abweichung der Endeffektorposition bei Kraftbeaufschlagung, -
6 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Handhabungsvorrichtung, -
7 das Ausführungsbeispiel aus 6 mit gekippter Basis und -
8 das Ausführungsbeispiel der7 mit Kompensation der Verkippung der Basis.
-
1 a first embodiment of a handling device, -
2 theembodiment 1 with tilted base, -
3 the embodiment of2 with compensation of the tilted base, -
4th an exemplary context in the form of a graphic, -
5 a measurement of a deviation in the end effector position when a force is applied, -
6th a second embodiment of a handling device, -
7th the embodiment6th with tilted base and -
8th the embodiment of7th with compensation of the tilt of the base.
Der Endeffektor
Zur Steuerung oder Regelung der Handhabungsvorrichtung
Die Formgebungsmaschine
Die Schließeinheit
Zur Steuerung oder Regelung der Formgebungsmaschine
In der
Die Schließkraft
Diese Verkippung um den Winkel
Bei einer zeitlich variablen Schließkraft
Wie jedoch in
Die Anzahl der Korrekturfaktoren ist selbstverständlich abhängig von der Anzahl der steuerbaren oder regelbaren kinematischen Achsen der Handhabungsvorrichtung. So kann beispielsweise ein Korrekturfaktor für eine jede Antriebseinheit einer kinematischen Achse der Handhabungsvorrichtung ermittelt werden.The number of correction factors is of course dependent on the number of controllable or regulatable kinematic axes of the handling device. For example, a correction factor can be determined for each drive unit of a kinematic axis of the handling device.
So kann von der Steuer- oder Regeleinheit
Die Steuer- oder Regeleinheit
Dieser Zusammenhang der Korrekturfaktoren
Ein solcher grafisch darstellgestellter Zusammenhang ist beispielsweise durch die
Die
Es kann jedoch auch über ein (elastisches) Modell eine translatorische und rotatorische Bewegung (statisch und dynamisch) der Formgebungsmaschine
Über ein solches (elastisches) Modell der für den Schließkraftaufbau relevanten Elemente der Formgebungsmaschine
Alternativ ist auch eine Messung der Verkippung um den Winkel
Eine solche Messung einer Verkippung um den Winkel
Durch die geometrischen Zusammenhänge, welche bekannt sind, kann nun auf den Winkel
Ist die Verkippung (als Funktion der Schließkraft) bekannt, kann die durch die Verkippung hervorgerufene Verschiebung des Endeffektors
In ähnlicher Weise ist auch denkbar, eine variable (von der Schließkraft
Sofern kein Messsensor
Durch Interpolation dieser zwei Positionen in Abhängigkeit der zwei zugeordneten Schließkräfte
Es ist jedoch auch durchaus eine Ausführung denkbar, bei der der Endeffektor
Auch durch diese gemessene Kraft könnten Korrekturfaktoren
Jedoch nicht nur bei Schließkraftaufbau sind Verformungen zu erwarten, welche die Basis
Sind mehrere Handhabungsvorrichtung
Ein solches Ausführungsbeispiel mit mehreren Handhabungsvorrichtungen
Die Handhabungsvorrichtungen
Wenn nun eine der Handhabungsvorrichtungen
Zur Kompensation dieser unerwünschten Positionsveränderung des Endeffektors
Hierfür kann in der Steuer- oder Regeleinheit
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- feste Formaufspannplattefixed platen
- 22
- bewegliche Formaufspannplattemovable platen
- 33
- SchließeinheitClamping unit
- 44th
- Basis der HandhabungsvorrichtungBase of the handling device
- 55
- Arm der HandhabungsvorrichtungArm of the handling device
- 66th
- HandachseWrist axis
- 77th
- KraftmesssensorenForce measuring sensors
- 88th
- Sensorsensor
- 99
- EndeffektorEnd effector
- 1010
- Gegenstandobject
- 1111
- MesssensorMeasuring sensor
- 1212th
- MaschinenrahmenMachine frame
- 1313th
- HandhabungsvorrichtungHandling device
- 1414th
- zweite Handhabungsvorrichtungsecond handling device
- 1515th
- FormgebungsmaschineForming machine
- 1616
- Steuer- oder Regeleinheit der FormgebungsmaschineControl or regulating unit of the molding machine
- 1717th
- Steuer- oder Regeleinheit der HandhabungsvorrichtungControl or regulating unit of the handling device
- qxqx
- erster Freiheitsgradfirst degree of freedom
- qyqy
- zweiter Freiheitsgradsecond degree of freedom
- qaqa
- Freiheitsgrad der HandachseDegree of freedom of the wrist axis
- qmsqm
- SchließbewegungClosing movement
- qkqk
- Winkel der VerkippungAngle of tilt
- FsFs
- SchließkraftClosing force
- Fs(t)Fs (t)
- zeitlich variable Schließkrafttime-variable closing force
- qx(t)qx (t)
- KorrekturfaktorCorrection factor
- qy(t)qy (t)
- KorrekturfaktorCorrection factor
- qA(t)qA (t)
- KorrekturfaktorCorrection factor
- P1P1
- SollpositionTarget position
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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