JP7050668B2

JP7050668B2 - 統合された制御器を備えた把持装置

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Publication number: JP7050668B2
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Inventors: ツィマーマルティン; ツィマーギュンター
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Description

本発明は、ハウジング内に収容された少なくとも１つの空気圧式、油圧式または電気式駆動部によって駆動される可動のグリッピングアームを用いて被加工物を機械的に把持するための把持装置に関する。この駆動モータは、把持装置のハウジングから離れて配置されたプログラマブル論理制御部を介して制御される。

この種の把持装置は、独国特許第１０２００６０４５７８３号明細書（ＤＥ１０２００６０４５７８３Ｂ４）から公知である。この把持装置の電気式駆動部は、プログラマブル論理制御部に対応付けられた汎用型サーボ制御器によってコントロールされている。電気モータと駆動部の回転変位センサ（回転エンコーダ）または変位センサは、それぞれシールド線路を介して外部制御部に接続されている。

本発明が基礎としていることは、最小の相互接続コストおよびプログラミングコストで少なくとも機械制御に適応化可能な把持装置を開発することにある。また取り扱いおよび様々なグリッピングタスクへの適合化も容易にすべきである。

この問題提起は、第１に請求項１の特徴によって解決される。この場合、駆動モータは、回転変位センサを有しているか、もしくはグリッピングアームと共に動く複数の部品のうちの少なくとも１つが変位測定システムを有している。空気圧式もしくは油圧式駆動部では、自身のハウジングは少なくとも１つの位置センサと少なくとも１つの圧力センサとを有している。このハウジングから離れて、プログラマブル論理制御部が配置されている。把持装置のハウジング内にもしくは当該ハウジングに直接に、第１に、プログラマブル論理制御部とのポイントツーポイント通信のためのデータインターフェースが配置されている。第２に、そこには、把持装置のアプリケーションソフトウエアのための少なくとも１つのコンピュータおよびメモリモジュールが存在している。第３に、そこには、閉じられたカスケード制御器と、駆動モータの駆動制御部と、回転変位センサもしくは変位測定システム用のセンサインターフェースと、を有するサーボ制御器が配置されているか、または、そこには、少なくとも１つの位置制御器と、少なくとも１つの圧力制御器と、空気圧式もしくは油圧式駆動部の駆動制御部と、圧力センサおよび／または少なくとも１つの変位もしくは位置測定システム用のインターフェースと、を有する制御器が配置されている。

把持装置のハウジングには、それに所属するコンピュータおよびメモリモジュールと共に高価なサーボ制御機器もしくはサーボ軸制御器が組み込まれている。このサーボ制御器は、エンドユーザもしくは機械操作者が、対応する把持製品もしくは被加工物上に把持装置を設定するための特別な専門知識を何も要する必要がないように工場側でプログラミングされる。この場合の把持製品は、剛性な形態であっても弾性的な形態であってもよい。

例えばグリッピングストロークや、弾性および把持距離に依存するグリッピングストローク増分のような簡単なパラメータの他に、コンピュータおよびメモリモジュール内には、特定の例えばカスタマイズされた把持製品のために特別にカタログ化されたグリッピング対策が格納されていてもよい。それらは機械操作者によって、把持製品番号を介して呼び出すことが可能である。このようにして、２つの異なる既知のグリッピングタスク間の迅速な切替が可能となる。

この目的のために、サーボ制御器およびそれに所属するコンピュータおよびメモリモジュールは、直接、把持装置のハウジング内に取り付けられている。全ての把持装置特有値と制御器設定量は、製造者側で、把持装置ソフトウエアの中に直接プログラミングされる。その結果として、一般的な従来技術等と比較して、制御領域間のインターフェースの位置が移動された。外部制御部の一部は、把持装置ハウジング内に移され、駆動部に特別に適合化される。

ここでは、新しいグリッピングタスクのためのグリッピング対策は、ユーザー側の機械操作者によって手動で習得することができ、装置側のコンピュータおよびメモリモジュール内に直接および永続的に、例えば新しい把持製品番号と共に記憶することができる。この新しい把持製品番号として、次の空き番号が自動的に選択されるか、またはＳＰＳ入力キーボードを介して数値で入力される。その他の設定または習得過程も、通常はこのキーボードを介して設定され、ＳＰＳディスプレイを介して光学的に検査される。

もちろん、機械操作者は、この目的のために工作機械側のプログラマブル論理制御部に介入する必要なく、操作のための把持製品番号に依存する操作用データセットを変更または消去することも可能である。

把持装置側のコンピュータおよびメモリモジュールには、通常の把持機能の間に、ハウジング温度、ハウジング振動、固定伝搬音などのような環境パラメータも測定して記録することができる測定および評価アルゴリズムが任意でプログラミングされている。これらのデータは、そこから次の保守または装置オーバーホールの時点を求め、この時点の到達を例えば装置などに音響的もしくは光学的に表示するために、摩耗統計値に変換される。もちろんこれらの環境パラメータおよび／またはそれらの評価および解釈は、コンピュータおよびメモリモジュールから把持装置側のデータインターフェースもしくはそのデータ接点を介して機械もしくは装置のプログラマブル論理制御部に返送可能である。

工作機械内に組み込まれた把持装置を、簡単な方法で迅速に交換できるようにするために、把持装置の金属製ハウジングは、通常のセンタリング手段をいわゆるゼロ点クランプシステムの表示のために備えている。この目的のために、例えば、把持装置の組み込みの際に対応する工作機械の嵌合孔部内に差し込み可能である相互に十分に離間した２つの嵌合ピンがハウジングの底部または側壁の１つに存在している。これらの嵌合ピンもしくは嵌合孔部の幾何学的な位置は、少なくとも一連のグリッパ内では狭い範囲で許容されている。最大限許容される位置偏差は、実施例において説明する変形例のサイズでは０．１ｍｍである。これらの嵌合ピンは、嵌合ねじによって置き換えることも可能であり、これによって２つの孔部と嵌合ピンが省略される。

代替的に、工作機械またはグリッパに支持される操作機器では、把持装置が固定されるべき箇所に即時交換台が永続的に固定される。この即時交換台は、例えば、領域毎に許容された内壁を有する突出した縁部を備えた平坦なタブである。このタブ状の凹部に把持装置が挿入され、少なくとも１つの即時緊締手段を用いてそこに固定される。

本発明のさらなる詳細は、従属請求項および概略的に示された実施形態の以下の説明から明らかになる。

把持装置の斜視図１８０°旋回する把持装置のハウジングおよびグリッピングアームなしでの斜視図従来技術による汎用型サーボ駆動部のハードウエアおよび／またはソフトウエアモジュールに関する概要図把持装置に収容された個別型サーボ制御器を有する個別型サーボ駆動部のハードウエアおよび／またはソフトウエアモジュールに関する概要図電子制御可能な駆動部のための空気圧式回路図把持装置に収容された個別型制御器を有する空気圧式駆動部のハードウエアおよび／またはソフトウエアモジュールに関する概要図

図１および図２は、把持要素１，２の収容のために具備している２つのキャリッジ４１，４２を備えた電動駆動可能な平行グリッパを示す。これらのキャリッジ４１，４２と、駆動部１２０、すなわちモータ１２１と、歯車装置１３０，１４０，１５０と、制御部の部品２４～２７と、が基体部またはハウジング１０に支承されている。

基体部１０は、例えばアルミニウム合金から製造された立方体形状の対象物である。この基体部１０の寸法は、一実施例においては１２１×９０×７３ｍｍである。この基体部１０は、その上面１１に、ｔ字溝状の２つの案内溝１５，１６を有している。これらの案内溝１５，１６は、ハウジング１０の長辺側の基体部縁部に対して平行に延びている。一方の案内溝中心から他方の案内溝中心までのそれらの距離は、例えば３８ｍｍである。これらの案内溝１５，１６の案内面は、ハードコーティングされている。すなわちハウジング１０は、少なくともこれらの案内溝１５，１６の領域において、例えばセラミック状の酸化アルミニウム層で電気的に被覆される。

ハウジング１０の案内溝１５，１６では、２つのキャリッジ４１，４２が案内されている。両キャリッジ４１，４２は、下方の駆動区間４３と上方のキャリッジウェブ４５とからなっている。より広幅な下方の駆動区間４３は、それぞれ側方がラック輪郭１５１を有している。このラック輪郭１５１とは反対側の駆動区間４３は、ストッパ溝４４を有しており、このストッパ溝４４は、それぞれキャリッジ端部の直前でストッパを形成するように終端している。各ストッパ溝４４に係合するストッパピン２１は、ハウジング１０内またはハウジング１０に固定されている。

キャリッジウェブ４５は両キャリッジ４１，４２において、ハウジング上面１１を越えて例えば０．４ｍｍ突出している。キャリッジ上面４６では（図２参照）、各キャリッジ４１，４２は、例えばそれぞれ外側端面４７に向いた端部に２つのセンタリングスリーブ６と３つの固定孔部４８とを有している。これらの固定孔部４８は、円筒座繰り部の下方にそれぞれ１つの雌ねじを有している。センタリングスリーブ６には、ここではキャリッジ４１，４２毎にグリッピングアーム１，２が配置されている。これらのグリッピングアーム１，２は、それぞれ２つのねじ１７を介して対応する固定孔部４８に固定されている。

一体化したハウジング１０の端面側には、それぞれ１つのより大きなフライス切削部が存在し、これらは図１および図２によれば、後方では別個のここでは図示されていないカバーによって閉鎖可能であり、前方では電子機器２４～２７を収容する電子機器ハウジング２３によって閉鎖可能である。この電子機器ハウジング２３およびカバーは、それぞれ４つの皿ねじによってハウジング１０に固定される。電子機器ハウジング２３は、多極接続ソケット２９を支持する。場合によっては、より小さな把持装置の場合、接続ソケット２９は、その自由端部にプラグまたはソケットを有するＰＧねじ込み部を貫通して案内されるケーブルによって置き換えられる。

図２によれば、基体部１０内では、案内溝１５，１６の下方に、回転変位センサ１２５が組み込まれた電気モータ１２１が支承されている。この電気モータ１２１は、例えばローラベアリングロータを有するブラシレスＤＣサーボモータである。当該実施例では、その定格トルクは７２ｍＮｍである。その定格回転数は、毎分約４９００回転であり、その定格電力は、６２Ｗである。シャフト端部後方に配置される回転変位センサは、レゾルバである。後者は、例えば電気モータ１２１のシャフトに固定された直径方向で磁化される２極センサマグネットを有している。軸方向においてセンサマグネットの後方には、モータシャフト位置を検出するための角度センサが配置されている。この角度センサは、複数のホールセンサと、少なくとも１つの補間回路と、複数のドライバ段と、を備えた電子機器を含んでいる。ホールセンサによって知覚される角度依存性のアナログ磁場信号は、増幅されて補間され、それによって、その分解能が約５．２７分角である絶対角度情報が生成される。

電気モータ１２１は、例えばその平歯車が例えば直線的な歯列のシングル段歯車装置１３０を介してウォーム歯車装置１４０に作用する。ウォーム軸１４１のウォーム１４３は、同期中空軸１５３に配置されたウォーム歯車１４５と噛合している。同期中空軸１５３には、例えばキャリッジ４１，４２のラック輪郭１５１に噛合する直線的な歯列の同期歯車１５５が配置されている。

詳細には、電気モータ１２１の出力軸には、例えば１０歯のピニオンギア１３１が配置されている。電気モータ１２１の中心線１２９は、案内溝１５，１６に対して平行に配向されている。このピニオンギア１３１は、例えば３６歯の中間歯車１３２と噛合している。後者は２４歯の出力歯車１３６を駆動し、この出力歯車１３６は、ウォーム歯車装置１４０のウォーム軸１４１に配置されている。このウォーム１４３は、同期中空軸１５３に配置された３５歯のウォーム歯車１４５と噛合している。

円筒形ウォーム１４３は、例えば一条に構成されている。ウォーム１４３およびウォーム歯車１４５は、垂直交差する中心線１４９および１５９を有している。ウォーム歯車１４５は、当該実施例では、その螺旋角度が円筒形ウォーム１４３の中心ピッチ角度に対応する純粋なはす歯を有している。この純粋なはす歯のために、ウォーム歯車１４５は擬似ウォーム歯車とも称される。歯対の歯面は、通常のウォーム歯車セットとは対照的に、点接触しか有さない。ここでの歯面の既存の長手方向摺動運動には、耐摩耗性材料または硬化された歯車が必要である。それゆえ当該実施例では、ウォーム１４３およびウォーム歯車１４５は、それぞれ窒化鋼３４ＣｒＡｌＮｉ７－１０から製造され、相応に表面が硬化されている。

擬似ウォーム歯車１４５では、ハウジング１０内へのその組み込みの際に、ウォーム１４３の中心線は、ウォーム歯車歯列の中心面に存在する必要はない。この高さ位置は、ウォーム１４３の中心線１４９に対してミリメートル範囲の偏差が許容される。ウォーム１４３の両側において、ウォーム軸１４１の軸受が認識できる。

基体部１０内で垂直方向に配向された同期中空軸１５３は、ウォーム歯車１４５の上方で、当該実施例においてキャリッジ４１，４２の２つのラック輪郭１５１に噛合する１６歯の同期歯車１５５を支持している。この同期中空軸１５３は、ハウジング固定の同期軸アクスル１５４にローラベアリングで取り付けられている。

図２によれば、いくつかの基板２４～２７が、内側に開いたカバー状の電子機器ハウジング２３の右方領域に存在している。この電子機器ハウジング２３（これは例えばハウジング１０から１１ｍｍ突出している）は、タブ形状を有し、電気絶縁性でかつ耐衝撃性のプラスチックから製造されている。タブ縁部は、密封されてハウジング１０に当接している。タブ底部には、基板２４～２７が、ハウジング１０の内部空間内に十分に突入するように固定されている。突入している各基板区間は、当該実施例では、ハウジング１０の長さの２５％よりも長い長さを有している。これらの基板２４～２７は、ハウジング１０の垂直方向中心縦断面８に対して平行に配向されている。

基板２４は、コンピュータおよびメモリモジュール８７を含む。この基板はさらに、電子機器ハウジングの大きな壁部に沿って延在する角度のついた基板脚部を有する。角度のついた基板脚部は、データインターフェース８６の他に、把持装置の動作状態を光学的に表示するための、外側から見えるように電子機器ハウジング２３の壁部に差し込まれたいくつかの発光ダイオード２８も支持している。

基板ボード２５にはサーボ制御器が収納されている。このサーボ制御器は、とりわけサーボ制御器ＣＰＵやカスケード制御器ソフトウエアのためのモータ信号を処理する他のモジュールからなっている。基板２７は、出力段を支持しており、その駆動制御電子機器は、その前に配置された基板２６に組み込まれている。

図３は、従来技術として、第１のインターフェース配置図において、通常の把持装置の従来の駆動制御部を示している。この駆動制御部は、例えば工作機械の制御キャビネット内に収容されている２つの別個のメインアセンブリ５０，７０を有している。それらは、「外部制御部」という用語に統一されている。第１のメインアセンブリは、例えば３つのＳＰＳ機能アセンブリ５１，５２，５４を備えたプログラマブル論理制御部５０である。

第１のＳＰＳ機能アセンブリ５１は、機械および／または装置のためのソフトウエアである。このＳＰＳ５０は、ここでは内部マイクロプロセッサにより、固有制御プログラムメモリ内に格納されている内部ソフトウエアに依存して制御信号を生成している。

第２のＳＰＳ機能アセンブリ５２は、駆動制御される把持装置のために特別に割り当てられたアプリケーションソフトウエアである。ここでは、把持装置をシミュレーションするために、グリッパ固有の制御タスクに対する適合化のための特別なプログラムが使用される。このシミュレーションは、ＳＰＳ５０の境界内でのみ可能である。その際ＳＰＳ５０の駆動制御ハードウエアは変更できない。

第３のＳＰＳ機能アセンブリ５４は、第２のメインモジュール７０と通信するＳＰＳ固有のデータインターフェースを形成する。ＳＰＳ５０は、誘導プロセスの際に多数の異なるセンサおよびアクチュエータを操作することができなければならないので、通信に対してフィールドバスシステムが使用される。フィールドバス上では、送信される全てのメッセージは、デジタルテレグラムまたはプロトコルとして与えられ、それらのアドレスを介して所望の受信器に転送される。フィールドバスシステムとして、例えば、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ、Ｐｒｏｆｉ－Ｎｅｔバス、Ｉｎｔｅｒｂｕｓ－ＳまたはＣＡＮバスが使用される。これらのバスシステムは、通信のために特別にシールドされたケーブル５５を必要とする。

第２のメインアセンブリ７０は、汎用型サーボ制御器を示す。この汎用型サーボ制御器は、例えば、４つの制御器機能ユニット７１～７４を有する。第１の制御器機能ユニット７１は、制御器固有のデータインターフェースの受信側である。この第１の制御器機能ユニット７１は、シールドケーブル５５を介して第３のＳＰＳ機能アセンブリ５４と接続を形成する。さらに、第２のメインアセンブリ７０は、エネルギーケーブル６１を介してエネルギー源６０から供給される。

第２の制御器機能ユニット７２は、プログラミングされた閉じられたカスケード制御器を形成する。このカスケード制御器は、とりわけ少なくとも１つの位置制御部、速度制御部および電流制御部を含んでいる。大抵の位置制御ループは、下位の速度制御ループを備えている。このカスケード制御器は、とりわけ把持装置内で使用される電気モータ１２１の正および負の加速度勾配の経過特性にも係わっている。

第３の制御器機能ユニット７３は、電気モータ１２１の駆動制御部である。この駆動制御部は、とりわけ出力段とその駆動制御電子機器とを含んでいる。

第４の制御器機能ユニット７４は、モータ側回転変位センサ１２５と通信するためのセンサインターフェース７４を示す。

これらの機能アセンブリ５１，５２，５４は、外部制御部としての制御器機能ユニット７１～７４を介して把持装置５と、例えば２つのシールドケーブル７６，７７を介して接続を形成している。

把持装置５は、とりわけ電気および／または電子アセンブリとして少なくとも１つのサーボモータ１２１と、サーボモータ毎にモータシャフトの角度位置を検出するための少なくとも１つのセンサ１２５と、を含んでいる。

図４は、第２のインターフェース配置図において、とりわけ図３に比べて変更されたインターフェース配置構成を示している。ここでの外部制御部は、ただ単に第１および第２のＳＰＳ機能アセンブリ５１，５３を備えた第１のメインアセンブリとしてのＳＰＳ５０だけを含んでいる。第２のＳＰＳ機能アセンブリ５３は、ポイントツーポイント通信のためのインターフェースである。そのような通信は、例えば、ＩＯ－Ｌｉｎｋ（登録商標）システムを用いて実現可能である。このシステムは、例えば簡素な、シールドされていない２線式接続部５７でなされている。

２線式接続部５７は、エネルギーケーブル６１と共に非シールドケーブル５６に統合されている。ケーブル５７は、ＳＰＳ５０と、把持装置５のハウジング１０，２３と、の間の唯一の接続部である。つまりここでは簡素で可撓性がありかつ取り扱いも容易なシングルケーブル接続部が存在している。

このケーブル５７は、把持装置５内でそこに配置されているポイントツーポイント用データインターフェース８６に接続される。この把持装置５内には、当該データインターフェース８６の他に、グリッパアプリケーションソフトウエア全体を含むコンピュータおよびメモリモジュール８７が存在している。このモジュール内には、把持装置５を用いて被加工物を把持するために必要な全てのパラメータが格納されている。

これらのパラメータは、把持のために必要な幾何学的データの他に、とりわけ原材料特性、例えば弾性率または空洞化された幾何学形状の関数である。例えば、完全な弾性体の場合、弾性に起因するグリッピングストローク増分を幾何学的長さとして、グリッピングアーム１，２間の把持距離もしくは把持長さに結び付けて計算するために、把持製品材料に応じて、硬度をショアＡ，Ｂ，ＣまたはＤによって示すことができる。例えばコイルばねやプラスチック容器のような空洞化された幾何形状の場合、変形に起因するばね定数はショア硬度の代わりにすることができる。

把持装置５内で、特にグリッパ運動部、サーボモータおよび回転変位センサからなる組み合せに対して調整されているサーボ制御器８０は、サーボモータ１２１および回転変位センサ１２５と接続を形成する。

個別型サーボ制御器８０は、第１の制御器機能ユニットとしてカスケード制御器８１を有しており、このカスケード制御器８１は、例えば、速度制御器なしで位置制御ループをなしている。なぜなら、回転変位センサ１２５から供給された角度位置変化と実行時間情報とからグリッピングアームの回転数もしくはストローク速度が算出されるからである。後者については、とりわけ歯車装置１３０，１４０，１５０の変速比が用いられる。

個別型サーボ制御器８０の第２の制御器機能ユニット８２は、サーボモータ１２１の性能および動特性に適合化されている。第３の制御器機能ユニット８３、すなわちセンサインターフェースは、使用される変位センサまたは回転変位センサのタイプに直接割り当てられる。例えばタコジェネレータ、コイルレゾルバ、光学的測定システム等のような他のセンサ構造タイプへの汎用的アクセスを許容する部品は省かれる。これにより、基板の構造空間とエネルギーが節約される。

図５は、その駆動部もしくはアクチュエータが、圧縮空気または作動油で作動するシリンダ－ピストン－ユニット１６０である、把持装置５０５のための空気圧式回路図を示す。後者は複動シリンダを有する。

シリンダ－ピストン－ユニット１６０を、例えば空気圧式で駆動制御するために、その上流には２つの３／２ウェイバルブ２００，２０１が接続されている。これらの２つの、例えばそれぞれ遮断－静止位置を備えた同一構造の方向制御弁２００，２０１は、例えば、両側が空気圧式でパイロット制御される空気圧式パイロット制御部２１１であり、通流側は電磁石２１２または電気機械式駆動部によって操作可能である。

３／２ウェイバルブの作動ポート２１３からは、シリンダ－ピストン－ユニット１６０のシリンダに接続されるそれぞれ１つの管路２４４，２４５が開始している。管路２４４は、グリッピングストロークに係わっており、それに対して管路２４５は、被加工物を解放するためのシリンダに圧縮空気を供給している。

図５によれば、これらの２つの方向制御弁側のメイン流入部２３３は、比例制御器２５０の出力側に接続されており、これもハウジング側の圧縮空気ポートを介して供給される。方向制御弁２００，２０１のバルブ排気孔部２４９は、例えば、ハウジング内部の孔部を介して、ハウジング１０に配置された排気フィルタ２２７に接続される。

３／２ウェイバルブ２００，２０１が電磁石２１２を備えているならば、これらの電磁石２１２は、コンピュータおよびメモリモジュール１７０によって制御線路２１７または２１８を介して電気的に駆動制御される。

ハウジング１０内に組み込まれた小型比例制御器２５０は、２つの電磁制御可能な２／２ウェイバルブ２５１，２５２を有しており、これらを介して外部圧縮空気ポートの圧縮空気が制御されて、３／２ウェイバルブ２００，２０１のメイン流入部２３３に提供される。

第１の２／２ウェイバルブ２５１は、開放位置において、その作動ポートを介してメイン流入部２３３に管路２５３を介して圧縮空気を供給する。第２の２／２ウェイバルブ２５２は、その作動ポートに接続された消音器２２７を介して管路２５３を排気する。この管路２５３には、圧力センサ１８０の空気圧側が接続されている。この圧力センサにおいて生じた圧力は、管路２５３の圧力を表す電気信号に変換される。この信号は増幅器２６１に供給され、圧力センサ１８０に生じた圧力と比較される。測定された圧力が過度に低い場合には、増幅器２６１は第１の２／２ウェイバルブ２５１に接続するその出力側をターンオンさせ、当該バルブ２５１を開放させる。

図５によれば、２／２ウェイバルブ２５１，２５２は、遮断－静止位置にある。このことは、シリンダ－ピストン－ユニット１６０のピストン１６１が終端位置の領域にある場合には常に当てはまる。

図６は、図５の回路図による空気圧式把持装置５０５の駆動制御部のインターフェース配置図を示す。この把持装置は、電子制御部１７０の他に、とりわけ電気および／または電子アセンブリとして、少なくとも２つの方向制御弁２００，２０１と、シリンダ－ピストン－ユニット１６０毎の少なくとも１つの位置センサ１７５と、電気信号を供給する少なくとも１つの圧力センサ１８０と、を含む。

この駆動制御部は、例えば工作機械の制御キャビネット内に収容されている第１のメインアセンブリ５５０を有している。これは「外部制御部」とも称される。このメインアセンブリは、例えば２つのＳＰＳ機能アセンブリ５５１，５５３を備えたプログラマブル論理制御部５５０である。

第１のＳＰＳ機能アセンブリ５５１は、機械および／または装置のためのソフトウエアである。このＳＰＳは、ここでは内部マイクロプロセッサにより、固有制御プログラムメモリ内に格納されている内部ソフトウエアに依存して制御信号を生成している。

第２のＳＰＳ機能アセンブリ５５３は、把持装置５０５の第２のメインモジュール５８０および電子機器と通信するＳＰＳ固有データインターフェースを形成する。これは、ポイントツーポイント通信のためのインターフェースである。そのような情報交換は、例えば、ＩＯ－Ｌｉｎｋ（登録商標）システムを用いて実現可能である。このシステムは、例えば、簡素な、シールドされていない３線～５線式接続部５５７でなされている。

複線式ワイヤ接続部５５７は、エネルギーケーブル５６１と共に非シールドケーブル５５６に統合されており、したがってこれは５本の心線を有し、そのうちの２本はエネルギー供給に用いられる。ケーブル５５６は、ＳＰＳ５５０と把持装置５０５のハウジングとの間の唯一の接続部である。つまりここでは簡素で可撓性がありかつ取り扱いも容易なシングルケーブル接続部が存在している。

このケーブル５５７は、把持装置５０５内でそこに配置されているポイントツーポイント用データインターフェース５８６に接続される。この把持装置内には、当該データインターフェース５８６の他に、グリッパアプリケーションソフトウエア全体を含むコンピュータおよびメモリモジュール１７０が存在している。このモジュール内には、把持装置５０５を用いて被加工物を把持するために必要な全てのパラメータが格納されている

これらのパラメータは、把持のために必要な幾何学的データの他に、とりわけ原材料特性、例えば弾性率または空洞化された幾何学形状の関数である。例えば、完全な弾性体の場合、弾性に起因するグリッピングストローク増分を幾何学的長さとして、グリッピングアーム１，２間の把持距離もしくは把持長さに結び付けて計算するために、把持製品材料に応じて、硬度をショアＡ，Ｂ，ＣまたはＤによって示すことができる。例えばコイルばねやプラスチック容器のような空洞化された幾何形状の場合、変形に起因するばね定数はショア硬度の代わりにすることができる。代替的に、把持装置５０５は、各被加工物に対して１つの把持力領域のみを設定することも可能である。

把持装置内で、特にグリッパ運動部、アクチュエータ駆動部およびセンサ、例えば位置センサからなる組み合せに対して調整されている、個別に構造化された制御器５８０は、駆動制御可能なアクチュエータ１６０、例えばシリンダ－ピストン－ユニットおよび位置センサ１７５と接続を形成する。

個別型制御器５８０は、制御器機能ユニットとして少なくとも１つの位置制御器５８１を有しており、この位置制御器５８１は、例えば、位置制御ループをなしている。なぜなら、１つ以上の位置センサ１７５から供給された位置変化と実行時間情報とからグリッピングアームのストローク速度が算出されるからである。

第２の制御器機能ユニットは、圧力制御器５８２を示し、これは圧力センサを用いて、例えば、実行時間中の供給圧力の高さおよびグリッピングアーム１，２のストローク方向を求める。

第３の制御器機能ユニットは、個別型制御器５８０のバルブ制御部５８３である。これは、アクチュエータ１６０の性能および動特性に適合化され、少なくとも１つの位置センサ１７５に直接割り当てられ、例えばアクチュエータ１６０のストローク方向毎にそれぞれ１つの圧力センサ１８０に直接割り当てられる。

把持装置に組み込まれたもしくは把持装置内に組み込まれたセンサ１７５，１８０を、タイマーも含めて用いることにより、把持位置および生じた圧力媒体圧力の測定の他に、さらに把持時間も測定することができる。さらに、例えば、把持過程の数または把持力の大きさなどのような統計値も収集可能である。場合によっては、近いうちに起こり得る機能喪失に対する早期警告を生成することもできる。この種の情報は、ＳＰＳ５５０に転送されるか、または把持装置５０５に例えばＬＥＤもしくはディスプレイを介して表示される。

１，２グリッピングアーム、グリッピングジョー
５把持装置
６センタリングスリーブ
８垂直方向中心縦断面
１０基体部、ハウジング
１１上面、ハウジング上面
１２大きなハウジング側面
１５，１６案内溝
１７（４１，４２）と（１，２）の間のねじ
２１ストッパピン
２３電子機器ハウジング、マウントハウジング
２４コンピュータおよびメモリモジュール、電子機器を備えた基板
２５サーボ制御器、電子機器を備えた基板
２６駆動制御電子機器、電子機器を備えた基板
２７出力段、電子機器を備えた基板
２８発光ダイオード
２９接続ソケット
４１，４２キャリッジ、部品
４３駆動区間
４４ストッパ溝
４５キャリッジウェブ
４６上面、キャリッジ上面
４７端面側、外側
４８固定孔部
５０第１のメインアセンブリ、外部制御部、プログラマブル論理制御部＝ＳＰＳ
５１第１のＳＰＳ機能アセンブリ、機械ソフトウエア
５２第２のＳＰＳ機能アセンブリ、汎用型アプリケーションソフトウエア
５３第２のＳＰＳ機能アセンブリ、ポイントツーポイント通信のためのデータインターフェース
５４第３のＳＰＳ機能アセンブリ、フィールドバス用データインターフェース
５５（５０）と（７０）の間のシールドケーブル
５６（５０）と（５）の間のデータおよびエネルギー用の非シールドケーブル
５７（５６）における非シールドケーブル、２線式接続部
６０エネルギー源
６１エネルギーケーブル
７０第２のメインアセンブリ、汎用型サーボ制御器
７１第１の制御器機能ユニット、データインターフェース
７２第２の制御器機能ユニット、カスケード制御器
７３第３の制御器機能ユニット、モータ駆動制御部
７４第４の制御器機能ユニット、センサインターフェース
７６（７３）と（１２１）の間のシールドケーブル
７７（７４）と（１２５）の間のシールドケーブル
８０第２のメインアセンブリ、個別型サーボ制御器
８１第１の制御器機能ユニット、カスケード制御器
８２第２の制御器機能ユニット、モータ駆動制御部
８３第３の制御器機能ユニット、センサインターフェース
８６ポイントツーポイント通信用のデータインターフェース
８７グリッパアプリケーションソフトウエア用のコンピュータおよびメモリモジュール
１２０電気式駆動部
１２１モータ、電気モータ、サーボモータ、アクチュエータ
１２５回転変位センサ、センサ
１２９中心線
１３０シングル段歯車装置
１３１ピニオンギア
１３２中間歯車
１３３（１３２）の中心線
１３６出力歯車、歯車装置出力側
１４０ウォーム歯車装置
１４１ウォーム軸
１４３ウォーム、円筒形ウォーム
１４５ウォーム歯車
１４９中心線
１５０ラックアンドピニオンギア
１５１ラック輪郭
１５３同期中空軸
１５４同期軸
１５５同期歯車
１５９中心線
１６０シリンダ－ピストン－ユニット（駆動部、空気圧式アクチュエータ、複動式のもの）
１６１楕円型ピストン
１６２ピストンロッド、ドライブトレイン
１７０グリッパアプリケーションソフトウエア用のコンピュータおよびメモリモジュール、電子制御部
１７５アナログ式位置センサ、ピストン位置センサ
１８０電気信号出力側を備えた圧力センサ
２００，２０１方向制御弁、３／２ウェイバルブ
２１１空気圧式パイロット制御部、両側
２１２電磁石、ストロークマグネット
２１３作動ポート（２００，２０１）
２１７，２１８制御線路（電気）
２２７消音器、排気フィルタ
２３３メイン流入部（２００，２０１）
２４４，２４５圧縮空気ポート、圧力媒体ポート
２４９（２００，２０１）用のバルブ排気孔部
２５０比例制御器、小型比例制御器
２５１２／２ウェイバルブ、流入部
２５２２／２ウェイバルブ、還流部
２５３管路
２６１増幅器
２６２基準圧力の入力側
２６３実際の圧力の出力側
２６４実際の圧力の入力側
５０５把持装置、空気圧式平行グリッパ
５５０第１のメインアセンブリ、外部制御部、プログラマブル論理制御部＝ＳＰＳ
５５１第１のＳＰＳ機能アセンブリ、機械ソフトウエア
５５３第２のＳＰＳ機能アセンブリ、ポイントツーポイント通信のためのデータインターフェース
５５６（５５０）と（５０５）の間のデータおよびエネルギー用の非シールドケーブル
５５７３線式～５線式接続部、複線式非シールド接続部
５６１エネルギーケーブル
５８０第２のメインモジュール、個別型制御器
５８１第１の制御器機能ユニット、位置制御器
５８２第２の制御器機能ユニット、圧力制御器
５８３第３の制御器機能ユニット、バルブ制御部
５８４センサインターフェース
５８６ポイントツーポイント通信のためのデータインターフェース

Claims

ハウジング（１０，２３）内に収容された少なくとも１つの空気圧式、油圧式もしくは電気式駆動部（１２０，１６０）によって駆動される可動のグリッピングアーム（１，２）を用いて被加工物を機械的に把持するための把持装置であって、
前記電気式駆動部（１２０）では、駆動モータ（１２１）が回転変位センサ（１２５）を有するかもしくは前記グリッピングアーム（１，２）と共に動く複数の部品（４１，４２）のうちの少なくとも１つが変位測定システムを有しており、
または
前記空気圧式もしくは前記油圧式駆動部（１６０）では、自身のハウジングが、少なくとも１つの位置センサ（１７５）と、少なくとも１つの圧力センサ（１８０）と、を有しており、
前記ハウジング（１０，２３）から離れて、プログラマブル論理制御部（５０，５５０）が配置されており、
前記把持装置（５，５０５）の前記ハウジング（１０，２３）内にもしくは前記ハウジング（１０，２３）に直接に、
第１に、前記プログラマブル論理制御部（５０，５５０）とのポイントツーポイント通信のためのデータインターフェース（８６，５８６）が配置されており、
第２に、前記把持装置（５，５０５）のアプリケーションソフトウエアのための少なくとも１つのコンピュータおよびメモリモジュール（８７，１７０）が配置されており、
第３に、閉じられたカスケード制御器（８１）と、前記駆動モータ（１２１）の駆動制御部と、前記回転変位センサ（１２５）もしくは前記変位測定システム用のセンサインターフェース（８３）と、を有するサーボ制御器（８０）が配置されているか、または、少なくとも１つの位置制御器（５８１）と、少なくとも１つの圧力制御器（５８２）と、前記空気圧式もしくは前記油圧式駆動部（１６０）の駆動制御部と、前記圧力センサ（１８０）および／または少なくとも１つの変位もしくは位置測定システム（１７５）用のインターフェース（５８４）と、を有する制御器（５８０）が配置されており、
前記コンピュータおよびメモリモジュール（８７，１７０）内には、前記把持装置（５，５０５）を用いて被加工物を把持するために必要な全てのパラメータとカスタマイズされた把持製品を被加工物として把持するために特別にカタログ化されたパラメータが格納されており、前記カタログ化されたパラメータは、前記把持製品を被加工物として把持するために必要なパラメータであって、前記把持製品の製品番号を介して呼び出すことが可能であることを特徴とする把持装置。
外部に配置された前記プログラマブル論理制御部（５０，５５０）は、ポイントツーポイント通信のための少なくとも１つのデータインターフェース（５３，５５３）を有している、
請求項１記載の把持装置。
前記駆動モータ（１２１）は、ブラシレスＤＣモータである、
請求項１記載の把持装置。
前記空気圧式または前記油圧式駆動部（１６０）は、シリンダ－ピストン－ユニットである、
請求項１記載の把持装置。
前記回転変位センサ（１２５）は、２極センサマグネットと複数のホールセンサとを備えたレゾルバである、
請求項１記載の把持装置。
前記データインターフェース（８６）、前記コンピュータおよびメモリモジュール（８７）ならびに全ての前記サーボ制御器（８０）は、少なくとも１つの基板（２４～２７）に収容されている、
請求項１記載の把持装置。
１つ以上の前記基板（２４～２７）は、カバーまたはマウントハウジング（２３）に固定されている、
請求項６記載の把持装置。
前記基板が複数（２４～２７）設けられている場合、前記複数の基板は、積層されている、
請求項６記載の把持装置。
１つ以上の前記基板（２４～２７）は、前記駆動モータ（１２１）と歯車装置（１３０，１４０，１５０）とが支承されている前記ハウジング（１０）の領域内に突入している、
請求項７記載の把持装置。
前記コンピュータおよびメモリモジュール（８７，１７０）は、前記センサ（１２５，１７５，１８０）によって検出された物理的特性パラメータのうちの少なくとも一部を、それらが前記ハウジング（１０，２３）において少なくとも１つの表示もしくは再生装置を介して提供されるようにするために、光学的信号もしくは音響的信号に変換する、
請求項１記載の把持装置。