JP2020519217A - ステータに対して相対的な搬送体のコントロールされた搬送のためのステータを備えた搬送装置 - Google Patents
ステータに対して相対的な搬送体のコントロールされた搬送のためのステータを備えた搬送装置 Download PDFInfo
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Abstract
Description
技術的な製造の範囲では、しばしば、材料、ワークピース、工具、または成果物のような対象物を搬送または位置決めしなければならない。このために、従来は、搬送したい対象物に直接機械的に接触する接触式のシステムが使用され、例えばワークピースの搬送のためにベルトコンベヤ、押し出し装置、回転テーブル、またはモバイルロボットが、ワークピースまたは工具の位置決めのために軸システムまたは産業用ロボットが、加工プロセスおよびテストプロセスのために特別な装置が使用される。
本発明によれば、独立請求項の特徴を有する、ステータに対して相対的な搬送体のコントロールされた搬送のためのステータを備えた搬送装置および該搬送装置を作動させる方法が提案される。好適な構成は、従属請求項および以下の説明に記載される。
図1Aには、好適な実施形態による搬送装置10が、所属の座標系900および920と共に概略図で示されている。図示された搬送装置10は、機械テーブル12上に配置されていて、ステータ100と搬送体200とを有している。ステータ100と搬送体200との間には浮上領域14が概略的に示されていて、この浮上領域14はこの場合、能動的に調整される磁場である。浮上領域14は、ステータ100もしくは搬送体200内に形成されている作動磁石と定置磁石(図示せず)とによって、ステータ100の作用面102に形成される。浮上領域14は、ステータ100と搬送体200との間に位置しており、搬送体200は浮上領域14において浮遊している。鎖線では、オプションとして取り付け可能な気密のシール部材16が概略的に示されており、このシール部材16は、気密のシール部材16の外側のステータ100によって、気密のシール部材16の内側の搬送体200の搬送を可能とする。さらに、概略的に接続部18が示されており、この接続部により搬送装置10に電気エネルギを供給することができ、この接続部を介して通信データを入力および/または出力することができる。
2001:上位の装置の制御
2002:搬送装置の中央制御
2003:操作インターフェース
2004:モジュール制御ステータ1
2005:モジュール制御ステータ2
2006:モジュール制御ステータ3
2007:モジュール制御ステータ4
2008:モジュール制御ステータ5
2009:モジュール制御ステータ6
−図7Aのステータと図3Fの搬送体とは、γ/λ=1/3である。
−図7Aのステータと図3Gの搬送体とは、γ/λ=1/3である。
−図7Aのステータと図3Iの搬送体とは、γ/λ=1/3である。
−図7Aのステータと図3Mの搬送体とは、γ/2r=1/3である。
−図7Bのステータと図3Fの搬送体とは、γ/λ=1/3である。
−図7Eのステータと図3Iの搬送体とは、R/r=1である。
磁場センサ、容量センサ、および/または光学センサが、規則的なパターンで、ステータの作用面の下方に設けられている。以下の記述は、例えばホールセンサに基づく。各ホールセンサが、直交方向の3つの磁場成分を測定する。センサ生値は、ステータにおける全ての磁石グループの角度位置と同様に、コンピュータによって読み取られる。別のステータが隣接している場合は、ここで同時に求められた測定値がデータバスを介してステータへと伝達される。全ての読み取り過程には、典型的には0.1ms〜1msかかる。
上位の装置は、制御装置に、6D目標位置、目標時間、および/または目標速度の結果としての、少なくとも1つの搬送体の所望の移動軌道を通知することができる。軌道は、直線、円区分、またはその他の幾何学的な基本的エレメントから成っていてもよい。
軌道調整装置は、搬送体の実際位置を迅速かつ正確に、目標位置に合わせて調節するために用いられる。このために、軌道調整装置は、調整のずれ、すなわち6次元全てにおいて、目標位置と実際位置との間の差および/または目標速度と実際速度との間の差とを計算する。軌道調整装置はこの差を、制御すべき次元ごとに別個に計算される制御アルゴリズム、例えばPIDアルゴリズムのための入力値として使用する。軌道調整装置は、出力値として各搬送体iのために、軌道修正のために必要な目標力ベクトル
このプログラム部分は、全ての搬送体のための目標力ベクトルおよび目標モーメントベクトルから、目標力および目標モーメントの生成に通じる、全ての磁石グループのための目標位置を計算する。制御すべき搬送体に対する影響を有する全ての磁石グループが考慮される。このために、力/モーメント制御装置が、ステータおよび少なくとも1つの搬送体における磁石配置の空間的モデルを使用する。このモデルは、磁石グループの予め規定された位置で生じる力およびモーメントを近似的に計算することができる。このモデルには、搬送体の磁石配置が、全ての搬送体磁石の位置および双極子ベクトルのリストとして記憶されている。同様に、各磁石グループの磁石のリストも記憶されている。モデルでは、まず、全ての磁石対の間の部分的な力とモーメントとが計算され、これにより次いで、各搬送体に作用する全ての力と全てのモーメントとが算出される。この場合、全ての影響は可能な限り考慮され、例えば、2つの搬送体の間で相互に加えられる力とモーメントも考慮される。
モデルにおいて最適化された磁石グループの位置は、目標基準値として作動エレメントへと出力される。
「オブザーバ」と言われるアルゴリズムは、磁石グループと搬送体の実際位置の時間的経過を、それに対する反応として検出する。オブザーバは、この情報を利用して、拡張モデルを用いて搬送体の移動パラメータを特定する。拡張モデルは、上述の力/モーメントモデルに基づいており、例えば質量、減衰、重心、重力ベクトル、慣性テンソル、または慣性加速度である、搬送体の運動状態を記述するさらなる物理量の分だけ補足される。さらに、このモデルでは、搬送体の運動方程式が、並進および回転において計算される。
Claims (29)
- ステータ(100)と少なくとも1つの搬送体(200)とを備えた搬送装置(10)であって、前記搬送装置(10)は、前記少なくとも1つの搬送体(200)をコントロールして、前記ステータ(100)に対して相対的に搬送するように構成されており、
前記ステータは、可動に配置された複数の作動磁石(26)を有しており、前記作動磁石(26)のそれぞれは作動エレメント(114)を介して前記ステータ(100)に接続されており、前記作動エレメント(114)は、前記作動エレメント(114)に接続された前記作動磁石(26)の位置および/または向きを、前記ステータ(100)に対して相対的に、コントロールして変更するように構成されており、
前記少なくとも1つの搬送体(200)は、前記搬送体(200)に対して相対的に不動に前記搬送体(200)に接続されている少なくとも2つの定置磁石(22)を有しており、
前記ステータ(100)と前記少なくとも1つの搬送体(200)とは前記少なくとも2つの定置磁石(22)と前記複数の作動磁石(26)とによって磁気的に連結されており、
前記搬送装置(10)は、前記少なくとも1つの搬送体(200)を、前記作動エレメント(114)による前記複数の作動磁石(26)のコントロールされた位置決めおよび/または方向付けにより、前記ステータ(100)に対して相対的に搬送するように構成されている、搬送装置(10)。 - ステータ(100)と少なくとも1つの搬送体(200)とを備えた搬送装置(10)であって、前記搬送装置(10)は、前記少なくとも1つの搬送体(200)をコントロールして、前記ステータ(100)に対して相対的に搬送するように構成されており、
前記少なくとも1つの搬送体(200)は、可動に配置された複数の作動磁石(26)を有しており、前記作動磁石のそれぞれは作動エレメント(114)を介して前記搬送体(200)に接続されており、前記作動エレメント(114)は、前記作動エレメントに接続された前記作動磁石(26)の位置および/または向きを、前記搬送体(200)に対して相対的に、コントロールして変更するように構成されており、
前記ステータ(100)は、前記ステータ(100)に対して相対的に不動に前記ステータ(100)に接続されている少なくとも2つの定置磁石(22)を有しており、
前記少なくとも1つの搬送体(200)と前記ステータ(100)とは前記少なくとも2つの定置磁石(22)と前記複数の作動磁石(26)とによって磁気的に連結されており、
前記搬送装置(10)は、前記少なくとも1つの搬送体(200)を、前記作動エレメント(114)による前記複数の作動磁石(26)のコントロールされた位置決めおよび/または方向付けにより、前記ステータ(100)に対して相対的に搬送するように構成されている、搬送装置(10)。 - 前記少なくとも2つの定置磁石(22)は、
1つの直線上に配置された2つの定置磁石(22)であって、これらの定置磁石のうちの少なくとも1つの定置磁石の双極子モーメントは、前記直線に対して平行に向けられていない、2つの定置磁石(22)と、
3つ以上の定置磁石(22)と、
を有している、請求項1または2記載の搬送装置(10)。 - 前記複数の作動磁石(26)および/または前記少なくとも2つの定置磁石(22)は、搬送面に面して配置されており、前記搬送装置(10)は、前記少なくとも1つの搬送体(200)を、前記搬送面に沿ってコントロールして、前記ステータ(100)に対して相対的に搬送するように構成されている、請求項1から3までのいずれか1項記載の搬送装置(10)。
- 前記少なくとも2つの定置磁石(22)および/または前記複数の作動磁石(26)はそれぞれ少なくとも1つの永久磁石を有している、請求項1から4までのいずれか1項記載の搬送装置(10)。
- 前記少なくとも1つの永久磁石は、少なくとも0.05Tの、好適には少なくとも0.1Tの、さらに好適には少なくとも0.25Tの、さらに好適には少なくとも0.5Tの、特に好適には少なくとも0.75Tの、最も好適には少なくとも1Tの磁束密度を有している、請求項5記載の搬送装置(10)。
- 前記複数の作動磁石(26)は、それぞれ1つの磁石グループ(24)を有しており、かつ/または前記少なくとも2つの定置磁石(22)は、1つの磁石グループ(24)に配置されており、好適には各前記作動磁石(26)が1つの磁石グループ(24)を有しており、かつ/または好適には各前記作動磁石(26)が1つの磁石グループ(24)を有していて各磁石グループが複数の永久磁石および/または磁石コイルを有している、請求項1から6までのいずれか1項記載の搬送装置(10)。
- 前記少なくとも1つの磁石グループ(24)の前記複数の永久磁石および/または磁石コイルは、少なくとも1つのハルバッハ配列により、前記磁石グループ(24)の磁場が好適には前記搬送面に向かって延在するように、配置されている、請求項7記載の搬送装置(10)。
- 前記作動エレメント(114)は、前記作動エレメントに接続された前記作動磁石(26)の位置および/または向きをコントロールして変更するように構成されている駆動エレメントを有しており、かつ/または前記作動エレメント(114)は、前記作動エレメント(114)に接続された前記作動磁石(26)の位置および/または向きを検出するように構成されているセンサエレメントを有しており、かつ/または前記作動エレメント(114)は、前記作動エレメント(114)に接続された前記作動磁石(26)の位置および/または向きを、予め規定された値となるように前記駆動装置によって調節するように構成されているコントロールエレメントを有している、請求項1から8までのいずれか1項記載の搬送装置(10)。
- 前記搬送装置(10)は、前記少なくとも1つの搬送体(200)を、前記複数の作動磁石(26)と前記少なくとも2つの定置磁石(22)とによって、前記ステータ(100)に対して相対的に、浮上させるように構成されている、請求項1から9までのいずれか1項記載の搬送装置(10)。
- 位置特定ユニットをさらに有しており、前記位置特定ユニットは、前記ステータ(100)に対して相対的な前記少なくとも1つの搬送体(200)の相対位置および/または向きを検出するように構成されている、請求項1から10までのいずれか1項記載の搬送装置(10)。
- 移動装置をさらに有しており、前記移動装置は、前記ステータを周囲に対して相対的に動かすように構成されている、請求項1から11までのいずれか1項記載の搬送装置(10)。
- 前記搬送体(200)または前記ステータは、1つのエネルギ蓄え部を有しており、好適には車両として形成されている、請求項1から12までのいずれか1項記載の搬送装置(10)。
- 前記少なくとも1つの搬送体(200)は、少なくとも1つの内部の自由度を有しており、好適には全体として6よりも多い自由度を有している、請求項1から13までのいずれか1項記載の搬送装置(10)。
- 前記ステータ(100)および/または前記搬送体(200)はカバー(112a)をさらに有しており、前記カバーは、前記ステータ(100)と前記搬送体(200)との間に作用する力を制限するように構成されている、請求項1から14までのいずれか1項記載の搬送装置(10)。
- 前記定置磁石(22)は、2次元的なハルバッハ配列として配置されており、特に方形のかつ/または正方形のかつ/または六角形のかつ/または円形の配置を有している、請求項1から15までのいずれか1項記載の搬送装置(10)。
- 平坦に配置された前記定置磁石(22)を備えた搬送体(200)よりも大きな旋回範囲を有するように、前記定置磁石(22)が前記搬送体(200)に少なくとも部分的に円筒状にかつ/または球状に配置されている、請求項1から16までのいずれか1項記載の搬送装置(10)。
- 前記少なくとも1つの搬送体(200)は識別エレメントを有しており、前記搬送装置(10)は、前記搬送体(200)を前記識別エレメントによって識別するように構成されている、請求項1から17までのいずれか1項記載の搬送装置(10)。
- 前記ステータは、好適には互いに隣接して配置されている複数のステータモジュールを有している、請求項1から18までのいずれか1項記載の搬送装置(10)。
- 前記作動エレメント(114)は、特に、前記ステータ(100)の作用面(102)に対して垂直な回転軸線を有している回転作動装置として形成されている、請求項1から19までのいずれか1項記載の搬送装置(10)。
- 前記ステータ(100)は湾曲された作用面(102)を有している、請求項1から20までのいずれか1項記載の搬送装置(10)。
- 前記作動磁石(26)の自由度の数は少なくとも、前記少なくとも1つの搬送体(200)がその自由度に沿ってコントロールされて搬送されるべき、かつ/または位置決めされるべき自由度の数である、請求項1から21までのいずれか1項記載の搬送装置(10)。
- 前記搬送装置(10)は、非接触式の機械軸受として形成されている、請求項1から22までのいずれか1項記載の搬送装置(10)。
- 前記搬送装置は、電力供給が中断された場合に、前記少なくとも1つの搬送体を前記少なくとも1つのステータに位置固定するように構成されている、請求項1から23までのいずれか1項記載の搬送装置(10)。
- 荷重特定装置をさらに含み、前記荷重特定装置は、前記搬送体の荷重状態を検出するように構成されている、請求項1から24までのいずれか1項記載の搬送装置(10)。
- オブザーバ装置をさらに含み、前記オブザーバ装置は、前記ステータ(100)に対して相対的な前記搬送体(200)の質量および/または重心を検出するように構成されている、請求項1から25までのいずれか1項記載の搬送装置(10)。
- 請求項1から26までのいずれか1項記載の搬送装置(10)を作動させる方法であって、前記少なくとも1つの搬送体(200)が、前記ステータ(100)に対して相対的な所望の位置および/または向きをとるように、前記作動エレメント(114)を駆動制御する、搬送装置(10)を作動させる方法。
- 前記所望の位置および/または向きは6の自由度を有している、請求項27記載の方法。
- 前記少なくとも1つの搬送体(200)が、前記ステータ(100)に対して相対的な所望の位置および/または向きをとるように、前記作動エレメント(114)を駆動制御するステップは、
前記ステータ(100)に対して相対的な前記搬送体(200)の実際位置および/または実際速度を特定するステップと、
前記ステータ(100)に対して相対的な前記搬送体(200)の目標位置および/または目標速度を決定するステップと、
前記目標位置もしくは前記目標速度からの前記実際位置および/または前記実際速度のずれを算出するステップと、
前記作動磁石(26)の少なくとも1つの部分の目標位置を、前記各作動磁石(26)が、前記搬送体の前記実際位置もしくは前記実際速度からの、前記目標位置および/または前記目標速度のずれを減じるように作用するように、計算するステップと、
前記各作動磁石(26)を、前記各作動磁石が前記目標位置をとるように、前記作動エレメント(114)によって配置するステップと、
を有する、請求項26または27記載の方法。
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