DE19849996A1 - Verfahren zur Ansteuerung von Getrieben - Google Patents

Abstract

Das Verfahren zur Ansteuerung von Getrieben, insbesondere Planetengetrieben und Stirnradgetrieben für die Handhabungstechnik, mittels eines Elektromotors, der mit der Eingangswelle des Getriebes verbunden ist und der mit einer elektronischen Steuerung versehen ist, besteht darin, daß in der elektronischen Steuerung ein Kennfeld abgelegt wird, das eine Funktion des Übertragungsverhaltens des Getriebes unter Last und/oder Drehzahl ist, wobei die Steuerung den Elektromotor mit einer Drehwinkelkorrektur ansteuert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung von Getrieben, insbesondere von Planetenrad­ getrieben und Stirnradgetrieben für die Handhabungstech­ nik, mittels eines Elektromotors, der mit der Eingangs­ welle des Getriebes verbunden ist, wobei der Elektromotor mit einer elektronischen Steuerung versehen ist.

Deartige Getriebe werden in der Handhabungstechnik, d. h. in industriell eingesetzten Robotern, als Unterset­ zungsgetriebe benötigt. Dabei wird von den Getrieben eine hohe Untersetzung bei extrem hoher Übertragungsgenauig­ keit gefordert, um hochgenaue Positioniervorgänge und präzise Bewegungsabläufe mit höchster Wiederholgenauig­ keit zu gewährleisten.

Ein für diesen Einsatz geeignetes Wolfrom-Plane­ tenzahnradgetriebe mit axial in zwei unterschiedlich ver­ zahnte Bereiche aufgeteilten Planetenrädern ist z. B. in der EP B 627 575 beschrieben. Bei diesem Getriebe ist der eine erste Bereich gleichzeitig in einem rotierenden Son­ nenrad und einem feststehenden Hohlrad und der zweite Be­ reich in einen drehbaren Hohlrad kämmend angeordnet, wo­ bei die beiden unterschiedlich verzahnten Bereiche der Planetenräder gegensinnig schräg verzahnt sind und jeder der beiden Bereiche für sich genommen eine einheitlich gleiche Zahnschräge besitzt. Die über den Umfang verteil­ ten Planetenräder eines Wolfrom-Getriebes kämmen gleich­ zeitig in einem festen und einem rotierenden Hohlrad. Durch die axial frei bewegliche Lagerung der Planetenrä­ der kann sich jedes dieser Planetenräder die axiale Lauf­ mitte zwischen den beiden Hohlrädern suchen, wodurch Fer­ tigungsungenauigkeiten in dem aus den beiden Hohlrädern und den Planetenrädern bestehenden Zuordnungssystem aus­ geglichen werden können. Die Herstellung gegensinnig schräg verzahnter Planetenräder ist jedoch äußerst auf­ wendig. Dies gilt insbesondere, wenn eine hohe Ferti­ gungsgenauigkeit erforderlich ist. Um die Fertigung der­ artiger Planetenräder zu erleichtern, wird daher in die­ ser Veröffentlichung vorgeschlagen, die beiden Bereiche der Planetenräder an axial in diese beiden Bereiche auf­ geteilten, getrennten Planetenteilrädern zu erzeugen und die beiden Planetenteilräder anschließend zu einem funk­ tionell einteiligen Planetenrad zusammenzufügen. Dabei muß jedoch darauf geachtet werden, daß bei jedem der auf dem Umfang des Umlaufträgers des Getriebes zu verteilen­ den Planetenrad die Bereichsverzahnungen umfangsmäßig ex­ akt gleich zueinander ausgerichtet sind.

Trotz einer hohen Fertigungsgenauigkeit bei der Her­ stellung der Einzelteile eines derartigen Getriebes schwankt das momentane Übersetzungsverhältnis lastbedingt oder bedingt durch Fertigungstoleranzen mehr oder weniger um das theoretische Übersetzungsverhältnis, wobei die To­ leranzen durch Rundlauf, Zahnformfehler, Achsabstand, La­ gerluft oder dgl. bedingt sind. Auch elastische Verfor­ mungen der Getriebeteile wie Verzahnungen, Wellen oder Lager spielen eine Rolle für die Ungenauigkeit der Bewe­ gungsübertragung.

Ein Beispiel der Schwankung des momentanen Überset­ zungsverhältnisses eines derartigen Zahnradgetriebes auf­ grund der angelegten Last oder von Fertigungstoleranzen ist in Fig. 1 dargestellt, wobei die Winkelabweichung α0 in Minuten als Funktion der Winkelverdrehung in Grad des Getriebe graphisch aufgetragen ist.

Wird nun der Antrieb eines derartigen Getriebes sta­ tisch belastet und trägt man die tatsächliche Winkelände­ rung am Abtrieb über dem Moment auf, so erhält man für die Fälle der Be- und Entlastung die in Fig. 2 und 3 schematisch dargestellten Hysteresekurven für ein von der Anmelderin unter der Bezeichnung RG 2 500 L gefertigtes Zahnradgetriebe. Der Verlauf dieser Hysteresekurven ist abhängig von der augenblicklichen Position der Getriebe­ teile zueinander, da sich bestimmte Fertigungs- und Mon­ tagetoleranzen verstärken oder auslöschen können. Bedingt durch diese Einflüsse weicht die tatsächlich durch den Roboter angefahrene Position von der theoretisch er­ wünschten Position ab. Das gleiche gilt für das exakte Abfahren bestimmter Kurven oder Bahnen durch einen Robo­ ter. Auch hier wird sich die tatsächliche Kurve von der gewollten Kurve oder Bahnform durch das Auftreten und die Wirkung der oben beschriebenen Abweichungen unterschei­ den.

Die Genauigkeit der Bauteile und insbesondere der verzahnten Bauteile ist nicht beliebig verfeinerbar. Die Kosten für die Bauteile steigen dabei in weitaus stärke­ rem Maße wie der Fortschritt in der Gesamtgenauigkeit des Getriebes. Weiterhin ist die Wiederholgenauigkeit des Fertigungsprozesses bei steigenden Anforderungen und en­ ger werdenden Toleranzen nur bedingt gegeben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ver­ fahren zur Ansteuerung von Getrieben, insbesondere von Planetenradgetrieben und Stirnradgetrieben für die Hand­ habungstechnik, zu schaffen, mit dem die Positionierge­ nauigkeit der Getriebe und damit des Gesamtsystems deut­ lich bei geringen Kosten erhöht wird.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs näher ge­ nannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit dem im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenem Merkmal; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung schlägt also vor, durch Hinterlegen eines Kennfeldes, das das Übertragsungsverhalten des Ge­ triebes unter Last oder Drehzahl beinhaltet, die Steue­ rung des Elektromotors in die Lage zu versetzen, eine Drehwinkelkorrektur auszuführen, die last- oder drehzahl­ bezogen sein kann. Die Werte des in der elektronischen Steuerung für den Elektromotor abgelegten Kennfeldes kön­ nen dabei auf Messungen an Mustergetrieben beruhen oder aus der grundsätzlichen Analyse des Wirkens einzelner Fehler auf das Übertragungsverhalten des Getriebes in Ab­ hängigkeit von der vorhandenen Bauteilqualität ermittelt werden. Auch eine Kombination dieser beiden Verfahrens­ schritte ist möglich.

Die Ermittlung des Kennfeldes durch Messungen an ei­ nem Mustergetriebe weist den Vorteil auf, daß die erhal­ tenen Daten genau den gemessenen Ist-Abweichungen ent­ sprechen. Die Korrekturwerte sind damit sehr genau, je­ doch im Rahmen einer Serienfertigung für jedes Getriebe nur aufwendig zu ermitteln. Abhilfe kann hierbei durch die Definition von Muster- oder Grenzgetrieben geschaffen werden. Ferner ist es auch möglich, Getriebeklassen zu definieren und die Getriebe bei ihrer Auslieferung in die entsprechende Klasse einzuteilen.

Die Ermittlung des Kennfeldes aus der grundsätzli­ chen Analyse des Wirkens einzelner Fehler auf das Über­ tragsungsverhalten als Funktion der Bauteilqualität weist den Vorteil auf, daß die Ermittlung der Toleranzen der Bauteile eine Standardaufgabe ist. Die aus diesen Abwei­ chungen ermittelten Toleranzen für die Drehwegabweichung stimmen im Einzelfall jedoch nur bedingt und müssen ggf. vor Ort nachgebessert werden.

Die Kombination dieser beiden Möglichkeiten sowie der Abgleich der berechneten Daten mit gemessenen Kurven stellt eine optimale Abstimmung für das Bedürfnis zwi­ schen notwendiger Genauigkeit und Aufwand für die Ermitt­ lung der jeweiligen Daten dar.

Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit besteht in der selbsttätigen Akutalisierung und Aufstellung der Kennfelddaten während des Roboterbetriebes durch Erfassen der aktuellen Position von Antrieb und Abtrieb während des Roboterbetriebs mittels Sensoren, die sowohl am An­ trieb als auch am Abtrieb vorgesehen sind und die die ak­ tuelle Systemsituation erfassen.

Die Kennfelddaten müssen einen Bezug zur Position der Getriebeteile zueinander aufweisen, da die Hysterese­ kurven auch von der Position der Getriebeteile zueinander abhängen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, ohne eine wesentliche Verbesserung der Qualität der Ge­ triebeeinzelteile eine höhere Positioniergenauigkeit des Gesamtsystems Roboter zu erhalten; Voraussetzung ist da­ bei eine Reproduzierbarkeit der Bauteiltoleranzen in der Fertigung und in der Montage.

Es können sogar die Gesamtspiele der Getriebe groß­ zügiger gewählt werden, da eine Korrektur in Bezug auf die Sollposition auf Basis des Kennfeldes möglich ist.

Claims (5)

1. Verfahren zur Ansteuerung von Getrieben, insbe­ sondere Planetenradgetrieben und Stirnradgetrieben für die Handhabungstechnik, mittels eines Elektromotors, der mit der Eingangswelle des Getriebes verbunden ist, wobei der Elektromotor mit einer elektronischen Steuerung ver­ sehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der elektronischen Steuerung ein Kennfeld abgelegt wird, das eine Funktion des Übertragungsverhaltens des Getriebes unter Last und/oder Drehzahl ist, und daß der Elektromotor und damit die Eingangswelle mit einer Dreh­ winkelkorrektur angesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kennfeld durch Ausmessen eines auf einem Prüfstand angeordneten Testge­ triebes erhalten und in digitaler Form in der elektroni­ schen Steuerung abgelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kennfeld durch Berechnung der festgestellten Toleranzen der einzelnen Bauteile des Getriebes auf Basis eines Getriebemodells und der geometrischen und physikalischen Gesetzmäßigkei­ ten erhalten und in digitaler Form in der elektronischen Steuerung abgelegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kennfeld sowohl durch Ausmessen eines auf einem Prüfstand angeordneten Testgetriebes als auch durch Berechnung der festgestell­ ten Toleranzen der einzelnen Bauteile des Getriebes auf Basis eines Getriebemodells erhalten und in digitaler Form in der elektronischen Steuerung abgelegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kennfeld durch Messung der aktuellen Ist- und Sollposition der Eingangs­ welle und der Ausgangswelle des Getriebes während seines Einsatz mittels an diesen Wellen vorgesehener Sensoren erhalten wird und ständig während des Einsatzes aktuali­ siert wird.