RU2809589C2 - Способ перемещения текучей или сыпучей среды - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способу и устройству для перемещения текучей или сыпучей среды из первого сосуда во второй сосуд посредством манипулятора робота. Второй сосуд (14) позиционируют на весах (24). Движением (18) манипулятора (16) робота управляют посредством по меньшей мере одного параметра движения (BP). Для точного перемещения массу текучей или сыпучей среды из одного сосуда в другой сосуд используют манипулятор (16) робота для захватывания первой емкости (12) и весы (24) для измерения поступающего во второй сосуд (14) массового потока среды (10). Манипулятор (16) робота предназначен для приведения позиционируемого на нем сосуда (12), содержащего текучую или сыпучую среду (10), во вращательное движение (18) вокруг оси вращения (20), посредством которого можно изменять выходящий из сосуда (12) массовый поток среды (10) и которым можно управлять посредством по меньшей мере одного параметра движения (BP) с помощью измерения на весах (24), причем оно включает два контура автоматического регулирования (28, 32), образующие систему каскадного автоматического регулирования и предназначенные для регулирования по меньшей мере одного параметра движения (BP). 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к способу перемещения текучей или сыпучей среды из первого сосуда во второй сосуд посредством манипулятора.

Люди чрезвычайно умело обращаются и манипулируют с текучими или сыпучими средами, используя их специфические физические свойства, например, легкость изменения формы. Даже маленькие дети, играя с водой или в песочнице, знают, какое движение следует совершить, чтобы переместить воду или песок из одного ведерка в другое.

Напротив, выполнение такого движения механической рукой(манипулятором) оказывается гораздо более сложной задачей. В связи с этим планирование и выполнение движений с целью манипулирования объектами является центральной проблемой робототехники. Так, например, планирование траектории перемещения того или иного объекта из исходного положения в заданное положение без соударений является одной из ключевых задач автоматизированных сборочных и производственных работ. Однако планирование подобных перемещений, как правило, ограничивается манипулированием жесткими объектами, поскольку для этого можно использовать простые математические модели. В случае манипулирования объектами, способными к деформации, соответственно текучими или сыпучими средами, эти математические модели оказываются несостоятельными.

В европейской заявке на патент EP 3088141 A2 описано техническое решение проблемы перемещения текучей среды из первого сосуда во второй сосуд посредством манипулятора с регулируемым усилием, движением которой управляют посредством по меньшей мере одного параметра движения, причем посредством манипулятора захватывают первый сосуд (бутылку), второй (сервировочный) сосуд устанавливают в необходимое для заполнения положение, и первый сосуд позиционируют и ориентируют таким образом, чтобы по меньшей мере часть подлежащей розливу среды перетекала из первого сосуда во второй сосуд. Манипулятор включает по меньшей мере один датчик, смонтированный с целью контроля действующих в вертикальном направлении усилий, причем захваченный манипулятором сосуд с помощью датчика можно взвешивать, а, следовательно, определять фактическую заполняющую массу. В соответствии с результатом этого определения регулируют розлив среды, в частности, контролируют остаточное количество среды в первом сосуде. Другими словами, первый сосуд полностью опорожняют. Манипулятор способен передавать захваченный им сосуд. Успешную передачу сосуда также регулируют с помощью указанного выше датчика.

При манипулировании текучими или сыпучими средами и их перемещении посредством манипулятора возникает множество проблем: например, часть среды вследствие быстрых или резких движений просыпается или проливается мимо. Кроме того, серьезной проблемой является перемещение заданного объема или заданной массы среды посредством опрокидывающего движения манипулятора, в особенности если допускаются лишь незначительные расхождения между заданными и фактически перенесенным количествами среды.

О точном розливе подлежащей заданию массы среды в цитируемой заявке EP 3088141 A2 не сообщается.

С учетом вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача предложить техническое решение, позволяющее посредством манипулятора точно перемещать подлежащую заданию массу текучей или сыпучей среды из одного сосуда в другой сосуд.

Указанная задача согласно изобретению решается с помощью способа перемещения, приведенного в пункте 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в соответствующих зависимых пунктах.

Таким образом, объектом настоящего изобретения является способ перемещения текучей или сыпучей среды из первого сосуда во второй сосуд посредством манипулятора, причем движением манипулятора управляют посредством по меньшей мере одного параметра движения и причем способ включает следующие стадии:

a) позиционирование первого сосуда на манипуляторе, выполняемое таким образом, чтобы посредством движения манипулятора можно было изменять выходящий из первого сосуда массовый поток среды,

b) позиционирование второго сосуда, выполняемое таким образом, чтобы выливающаяся, соответственно высыпающаяся из первого сосуда среда поступала во второй сосуд преимущественно под действием гравитации,

c) задание массы среды, подлежащей перемещению во второй сосуд, в качестве заданной заполняющей массы,

d) определение заполняющей второй сосуд массы среды в качестве фактической заполняющей массы, а также изменения во времени фактической заполняющей массы среды в качестве фактического массового потока (данное определение предпочтительно выполняют посредством весов),

e) расчет управляющего массового потока в качестве управляющего параметра первого контура автоматического регулирования, выполняемый с учетом фактической заполняющей массы и заданной заполняющей массы,

f) использование управляющего параметра первого контура автоматического регулирования в качестве задающего параметра второго контура автоматического регулирования, причем в качестве заданного массового потока используют расчетный управляющий массовый поток,

g) расчет по меньшей мере одного параметра движения манипулятора в качестве управляющего параметра второго контура автоматического регулирования, выполняемый с учетом заданного массового потока и фактического массового потока, и

h) движение манипулятора, выполняемое на основании по меньшей мере одного параметра движения.

Другим объектом настоящего изобретения является устройство для осуществления указанного выше способа, включающее манипулятор и весы, причем манипулятор предназначен для приведения позиционируемого на ней сосуда, содержащего текучую или сыпучую среду, в движение, посредством которого можно изменять выходящий из этого сосуда массовый поток среды и которым можно управлять посредством по меньшей мере одного параметра движения.

Таким образом, основная идея настоящего изобретения состоит в том, что посредством движения манипулятора подлежащую заданию массу среды перемещают из первого сосуда во второй сосуд, причем перемещаемая масса в максимально возможной степени соответствует заданной заполняющей массе. Для этого манипулятор выполняет движение, посредством которого можно изменять выходящий из первого сосуда массовый поток среды, причем движением манипулятора можно управлять посредством по меньшей мере одного параметра движения. Важным аспектом настоящего изобретения является то, что для регулирования по меньшей мере одного параметра движения манипулятора используют два контура автоматического регулирования. При этом в качестве управляющего параметра для второго контура автоматического регулирования используют параметр, который изменяет массовый поток перемещаемой из первого сосуда среды, а именно по меньшей мере один параметр движения манипулятора. Кроме того, в качестве задающего параметра для второго контура автоматического регулирования используют управляющий параметр первого контура автоматического регулирования. Следовательно, для заданного параметра второго контура автоматического регулирования - заданного массового потока - используют управляющий массовый поток. Таким образом, с точки зрения второго контура автоматического регулирования первый контур автоматического регулирования является задатчиком, задаваемый которым параметр изменяется чрезвычайно медленно. Следовательно, первый контур автоматического регулирования в качестве управляющего параметра - управляющего массового потока - имеет параметр, который изменяет заполняющую второй сосуд массу. Таким образом, с точки зрения первого контура автоматического регулирования второй контур автоматического регулирования является быстрым исполнительным органом, корректирующее воздействие которого изменяет заполняющую второй сосуд массу. Благодаря двум контурам автоматического регулирования предлагаемым в изобретении способом можно чрезвычайно точно перемещать текучую или сыпучую среду из первого сосуда во второй сосуд.

Преимуществом предлагаемого в изобретении способа является высокая степень воспроизводимости результатов многократного перемещения одинаковой заданной заполняющей массы, то есть способ отличается высокой точностью. Кроме того, благодаря использованию контуров автоматического регулирования способ характеризуется также высокой правильностью передачи данных, то есть имеет место высокая степень согласованности между перемещаемой массой среды и заданной заполняющей массой. Наряду с этим благодаря автоматизации (использованию манипулятора (механической руки)) способ отличается надежностью и максимальным отсутствием зависимости от ошибочных действий оператора. Следовательно, другим преимуществом предлагаемого в изобретении способа является возможность перемещения опасных, токсичных и/или вредных для здоровья сред без ущерба для здоровья персонала.

Таким образом, предлагаемый в изобретении способ особенно пригоден для использования в строго регламентируемых условиях, например, характерных для фармацевтической или пищевой промышленности, прежде всего в сфере контроля качества и/или аналитике. Речь при этом идет, например, о соблюдении предписаний, касающихся обеспечения качества производственных и технологических процессов (в частности, правил организации производства и контроля качества лекарственных средств), выполнение которых часто является обязательным требованием органов власти.

Текучей или сыпучей средой может являться, например, жидкость, в частности, вода, органический растворитель, неньютоновская текучая среда или смесь разных жидкостей. Неньютоновские текучие среды характеризуются поведением при деформации, которое невозможно просто описать законами Ньютона. Примерами неньютоновских текучих сред являются кровь, цементные клеи, движущийся песок и кетчуп. Жидкость может содержать другие вещества. Последние могут быть жидкими или твердыми, растворенными, нерастворенными или диспергированными. Жидкость может обладать различной вязкостью, например, высокой вязкостью (пчелиный мед или масло) или низкой вязкостью (вода). Кроме того, средой может являться сыпучий твердый материал, например, крупнозернистый или мелкозернистый порошок. Среда может находиться также в виде гранулята, пеллет или стружки, причем среда может являться также смесью этих материалов. Среда может иметь разную температуру, например, комнатную температуру, 4°С или 45°С, при условии, что при указанных температурах она обладает текучестью или сыпучестью. Под средой предпочтительно подразумевается вода, буферный раствор пептонфосфата и/или агар с дрожжевым экстрактом, нагретый до температуры около 45°С.

Массу среды можно определять с помощью весов по силе тяжести. Заданной заполняющей массой является масса среды, которая в соответствии с предлагаемым в изобретении способом подлежит перемещению из первого сосуда во второй сосуд. Массовым потоком среды является изменение массы среды в первом или втором сосуде во времени. Масса среды связана с ее объемом через плотность среды. Таким образом, при известной плотности среды подлежащую перемещению часть среды можно задавать также не в виде массы, а, следовательно, заданной заполняющей массы, а в виде подлежащего перемещению объема, то есть заданного объема. Масса среды связана с количеством вещества через массу, отнесенную к количеству вещества, соответственно через молярную массу среды. Таким образом, при известной молярной массе среды подлежащую перемещению часть среды можно задавать также в виде заданного количества вещества.

Первый и/или второй сосуд в принципе может являться сосудом любого типа, пригодным для приема сыпучей или текучей среды. Первый и/или второй сосуд в принципе может обладать любой геометрической формой. Первый и/или второй сосуд предпочтительно имеет плоское дно, по меньшей мере плоские участки дна, благодаря чему он отличается высокой устойчивостью, находясь на горизонтальной плоскости, например, столе. Первый и/или второй сосуд может обладать любой вместимостью, составляющей, например, 250 мл, 500 мл или 1 литр. Первым и/или вторым сосудом предпочтительно является закрывающаяся бутылка. Примером подобного сосуда является стеклянная бутылка с завинчивающейся крышкой. При этом более предпочтительно речь идет о лабораторной стеклянной бутылке, снабженной стандартной резьбой, например, резьбой GL45. Кроме того, первым и/или вторым сосудом может являться мерный стакан, колба Эрленмейера и/или чашка Петри.

Согласно изобретению под манипулятором подразумевается устройство, предназначенное для физического взаимодействия с окружающей средой с целью осуществления механической работы. Манипулятор может иметь несколько соединенных шарнирами звеньев, причем шарниры могут поворачиваться посредством приводов. Манипулятор может включать, например, систему захватов, посредством которой первый сосуд можно позиционировать на манипуляторе. Манипулятором в принципе можно управлять в ручном режиме. Однако управление движением манипулятора предпочтительно осуществляют посредством ввода данных и/или программирования. При этом движением манипулятора можно управлять посредством по меньшей мере одного параметра движения. Параметром движения может являться, например, скорость, с которой поворачивается один из шарниров манипулятора.

Предлагаемый в изобретении способ перемещения среды включает несколько технологических стадий, причем перед перемещением среды выполняют позиционирование соответствующих сосудов и задают подлежащую перемещению массу. При этом первый сосуд позиционируют на манипуляторе таким образом, чтобы посредством движения манипулятора можно было изменять выходящий из первого сосуда массовый поток среды. Позиционирование сосудов может включать их захватывание посредством системы захватов манипулятора. Так, например, захват может захватывать закрывающуюся бутылку с резьбой на горлышке и/или резьбу. Преимуществом подобного позиционирования является особая простота, поскольку резьба имеет стандартизованный размер. Массовый поток среды является изменяющейся во времени массой среды. Например, опрокидывающее или вращательное движение может приводить к выливанию находящейся в первом сосуде среды из этого сосуда. Массовый поток, который при этом выходит из первого сосуда, можно варьировать, например, изменяя угол наклона этого сосуда. Кроме того, второй сосуд позиционируют таким образом, чтобы выливающаяся, соответственно высыпающаяся из первого сосуда среда поступала во второй сосуд преимущественно под действием гравитации. То обстоятельство, что среда поступает во второй сосуд преимущественно под действием гравитации, в данном случае означает, что среда не перемещается против гравитации, однако она не обязательно должна поступать во второй сосуд непосредственно, а на пути в этот сосуд может изменять направление, например, перемещаться через шланг или канал. Второй сосуд предпочтительно позиционируют под первым сосудом, а, следовательно, выходящая из первого сосуда среда без особых проблем может быть воспринята вторым сосудом. Задание заданной заполняющей массы второго сосуда можно осуществлять, например, посредством ввода данных или программирования заданной заполняющей массы. В качестве альтернативы возможно автоматизированное задание заданной заполняющей массы предлагаемым в изобретении способом в зависимости от второго сосуда и/или текучей, соответственно сыпучей среды.

После позиционирования соответствующих сосудов и задания подлежащей перемещению массы среды предпочтительно посредством весов определяют фактическую заполняющую массу, а также происходящее во времени изменение фактической заполняющей массы, то есть фактический массовый поток. Фактическая заполняющая масса и фактический массовый поток могут принимать разные значения, которые изменяются по мере продолжения перемещения среды. Кроме того, в начальный момент перемещения среды значения фактической заполняющей массы и фактического массового потока могут быть нулевыми. По мере дальнейшего осуществления технологического процесса, в частности, на основании значений обоих указанных показателей посредством обоих контуров автоматического регулирования выполняют регулирование по меньшей мере одного параметра движения и выполняют соответствующее движение манипулятора. Посредством движения манипулятора масса среды перемещается во второй сосуд, причем перемещаемая масса в максимально возможной степени соответствует заданной заполняющей массе.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения под движением манипулятора подразумевается ее вращательное движение вокруг оси, ориентированной преимущественно перпендикулярно действию гравитации. Первый сосуд позиционирован на манипуляторе предпочтительно таким образом, что благодаря вращательному движению манипулятора он совершает опрокидывающее, соответственно вращательное движение, что обусловливает изменение выходящего из первого сосуда массового потока. Таким образом, ось вращательного движения манипулятора ориентирована преимущественно перпендикулярно действию гравитации, или, другими словами, ось вращения манипулятора ориентирована преимущественно горизонтально. Вращательное движение является движением, которым можно легко управлять посредством по меньшей мере одного параметра движения. Следовательно, речь идет о возможности особенно простого осуществления предлагаемого в изобретении способа.

В этой связи согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения по меньшей мере одним параметром движения манипулятора является угол ее поворота, длительность ее поворота на фиксированный угол и/или угловая скорость ее поворота. Указанные параметры полностью характеризуют вращательное движение манипулятора вокруг оси вращения. Таким образом, для перемещения среды из первого сосуда во второй сосуд не требуется выполнение расчета включающей поступательное движение и, возможно, сложной траектории движения манипулятора. Вместо этого предлагаемый в изобретении способ предпочтительно предусматривает регулирование указанных выше параметров, описывающих вращательное движение манипулятора. В особенно предпочтительном варианте управляющим параметром второго контура автоматического регулирования является угловая скорость поворота манипулятора. Следовательно, посредством единственного управляющего параметра может быть обеспечена полная реализация вращательного движения, причем способ адаптирует соответствующую угловую скорость посредством регулирования таким образом, чтобы во второй сосуд перемещалось необходимое заданное заполняющее количество.

Регуляторами, используемыми в двух контурах автоматического регулирования, в принципе могут являться пропорционально-интегрально-дифференцирующие регуляторы (ПИД-регуляторы), которые включают пропорциональную, интегрирующую и дифференцирующую составляющие. Однако согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения первый и/или второй контур автоматического регулирования включает пропорциональный регулятор (П-регулятор). П-регулятор является линейным регулятором непрерывного действия, который состоит только из пропорциональной составляющей усиления, соответственно ослабления. Выходной сигнал П-регулятора пропорционален входному сигналу. Таким образом, управляющий параметр первого контура автоматического регулирования (управляющий массовый поток) предпочтительно пропорционален отклонению фактической заполняющей массы от заданной заполняющей массы и/или управляющий параметр второго контура автоматического регулирования (по меньшей мере один параметр движения) пропорционален отклонению фактического массового потока от заданного массового потока. Оба контура автоматического регулирования особенно предпочтительно включают П-регулятор.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, относящемуся к конструктивному исполнению контуров автоматического регулирования, первый и второй контуры автоматического регулирования совместно образуют систему каскадного автоматического регулирования. Принцип системы каскадного автоматического регулирования состоит в иерархическом внедрении контуров автоматического регулирования один в другой. Первый контур автоматического регулирования предпочтительно является внешним контуром автоматического регулирования, тогда как второй контур автоматического регулирования предпочтительно является внутренним контуром автоматического регулирования. Заданный параметр, соответственно задающий параметр внутреннего контура автоматического регулирования состоит из управляющего параметра внешнего контура автоматического регулирования. Следовательно, общий объект регулирования расчленяют на меньшие, лучше регулируемые частичные объекты регулирования, что обеспечивает повышение точности регулирования по сравнению с регулятором непосредственного действия. Благодаря использованию системы каскадного автоматического регулирования предлагаемый в изобретении способ позволяет точно перемещать текучую или сыпучую среду из первого сосуда во второй сосуд.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения на стадии b) предлагаемого в изобретении способа предусматривается позиционирование второго сосуда на весах. Следовательно, на стадии b) второй сосуд не только позиционируют таким образом, чтобы выливающаяся, соответственно высыпающаяся из первого сосуда среда поступала во второй сосуд преимущественно под действием гравитации, но и стояла на весах. Благодаря этому определение фактической заполняющей массы, а также определение происходящего во времени изменения фактической заполняющей массы, то есть выполняемое на стадии d) определение фактического массового потока существенно упрощается, поскольку отсутствует необходимость в повторном перемещении сосуда, соответственно изменении его положения.

В этой связи согласно другому предпочтительному варианту осуществления предлагаемого в изобретении способа второй сосуд позиционируют на стадии b) таким образом, чтобы выливаемая, соответственно высыпаемая из первого сосуда среда полностью поступала во второй сосуд. Регулирование по меньшей мере одного параметра движения считается особенно точным, если покидающая первый сосуд среда полностью воспринимается вторым сосудом. Таким образом, массовый поток, покидающий первый сосуд, соответствует массовому потоку, поступающему во второй сосуд.

Стадии d)-h) предлагаемого в изобретении способа, то есть определение фактической заполняющей массы и фактического массового потока, расчет управляющего массового потока, использование управляющего массового потока в качестве заданного массового потока, расчет по меньшей мере одного параметра движения, а также выполнение движения, в принципе можно осуществлять лишь в определенные отдельные моменты времени перемещения среды. Однако в предпочтительном варианте осуществления изобретения стадии d)-h) способа непрерывно реализуют во время перемещения текучей или сыпучей среды. Таким образом, предлагаемый в изобретении способ предусматривает почти беспрерывную обратную связь фактической заполняющей массы и фактического массового потока. Благодаря этому может быть обеспечена особенно высокая точность перемещения текучей или сыпучей среды, поскольку оно осуществляется контролируемым образом. Следовательно, второй сосуд во время перемещения предпочтительно находится на весах, причем результаты взвешивания непрерывно возвращаются в контуры автоматического регулирования.

Для обеспечения максимально возможной надёжности предлагаемого в изобретении способа в предпочтительном варианте его осуществления он дополнительно включает стадию определения массы порожнего второго сосуда. Данную стадию можно осуществлять, например, посредством весов. Под массой порожнего второго сосуда подразумевается масса, которой второй сосуд обладает до перемещения в него среды из первого сосуда. При определении порожней массы второй сосуд может быть незаполненным, соответственно пустым, или может быть немного или частично заполнен. При этом второй сосуд может быть заполнен другой средой или средой, аналогичной подлежащей перемещению среде. Преимущество определения массы порожнего второго сосуда состоит в том, что простым образом можно узнать, сможет ли второй сосуд воспринять ранее установленную заданную заполняющую массу. Это позволяет обеспечить отсутствие перелива, соответственно переполнения второго сосуда сыпучим материалом.

В контексте упомянутой выше максимально возможной надёжности предлагаемый в изобретения способ в предпочтительном варианте его осуществления дополнительно включает одну или несколько следующих стадий:

- определение массы первого сосуда,

- определение геометрических характеристик первого сосуда,

- определение типа среды и/или

- определение вязкости среды,

причем первый и/или второй контур автоматического регулирования и/или по меньшей мере один параметр движения могут быть приведены в соответствие с одним или несколькими перечисленными выше параметрами. Так, например, посредством определения массы первого сосуда, например, с помощью весов можно устанавливать количество находящейся в первом сосуде среды. Благодаря этому можно гарантировать, что заданная заполняющая масса среды, подлежащая перемещению во второй сосуд, не превышает массу среды, находящейся в первом сосуде. Кроме того, определение геометрических характеристик первого сосуда в комбинации с определением его массы позволяет определять степень заполнения первого сосуда средой.

Для определения геометрических характеристик сосуда, например, можно использовать фотокамеру. В качестве альтернативы сосуд можно снабжать машиносчитываемым обозначением, например, штриховым кодом или радиометкой. Это позволяет идентифицировать сосуд, а, следовательно, определить его геометрические характеристики. Информация, касающаяся геометрических характеристик сосуда, может быть введена в систему регулирования по меньшей мере одного параметра движения. Так, например, если степень заполнения первого сосуда невелика и для вытекания материала из первого сосуда должен быть реализован большой угол поворота, движение в начале можно осуществлять ускоренно. Кроме того, можно учитывать тип и/или вязкость среды. Так, например, в случае среды с высокой вязкостью может иметь место увеличение промежутка времени между выходом среды из первого сосуда и ее поступлением во второй сосуд. Подобный характер течения может быть учтен в контурах автоматического регулирования и/или при регулировании по меньшей мере одного параметра движения, позволяя избежать колебаний с большой амплитудой. Тип и/или вязкость среды можно определять, например, благодаря машиносчитываемому обозначению первого сосуда.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения устройство, используемое для осуществления предлагаемого в изобретении способа, включает два контура автоматического регулирования, образующие систему автоматического каскадного регулирования и предназначенные для регулирования по меньшей мере одного параметра движения. Система каскадного автоматического регулирования позволяет расчленять общий объект регулирования на более мелкие, лучше регулируемые частичные объекты, благодаря чему по сравнению с непосредственно действующими регуляторами повышается точность регулирования. Таким образом, система каскадного автоматического регулирования обеспечивает точное перемещение текучей или сыпучей среды из первого сосуда во второй сосуд.

Кроме того, используемое для осуществления способа устройство предпочтительно обладает конструктивным исполнением, в соответствии с которым манипулятор включает захват, которому придана форма, позволяющая обхватывать первый и/или второй сосуд. Речь при этом предпочтительно идет о двухпальцевом захвате, в частности, об адаптивном двухпальцевом захвате, который благодаря способности к адаптации может обхватывать многогранные сосуды (параллельный обхват) и округлые сосуды (обхват по окружности). Наряду с этим захват характеризуется мощностью, достаточной для надежного захватывания первого сосуда и второго сосуда, в том числе находящихся в заполненном состоянии.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере его предпочтительного осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:

на фиг. 1 блок-схема, включающая стадии способа перемещения текучей или сыпучей среды из первого сосуда во второй сосуд согласно примеру предпочтительного осуществления изобретения,

на фиг. 2a, 2b и 2c схематически представленное устройство для осуществления способа согласно примеру предпочтительного осуществления изобретения, и

на фиг. 3 схематическое изображение двух контуров автоматического регулирования, используемых для регулирования по меньшей мере одного параметра движения, согласно примеру предпочтительного осуществления изобретения.

На фиг. 1 представлена блок-схема, включающая стадии способа перемещения текучей или сыпучей среды 10 из первого сосуда 12 во второй сосуд 14 посредством манипулятора 16 согласно примеру предпочтительного осуществления изобретения. Способ реализуют посредством оснащенного манипулятором 16 устройства 42, которое схематически представлено на фиг. 2a, 2b и 2c во время его использования для осуществления некоторых стадий способа.

Ниже стадии способа более подробно рассмотрены со ссылкой на фиг. 1 (блок-схема), фиг. 2 (устройство 42) и фиг. 3 (регулирование).

Способ включает стадию a) позиционирования первого сосуда 12 на манипуляторе 16, выполняемого таким образом, чтобы вследствие движения 18 манипулятора 16 изменялся выходящий из первого сосуда 12 массовый поток среды 10. Как показано на фиг. 2, манипулятор 16 имеет используемый для позиционирования первого сосуда 12 захват 22. Под движением 18, изменяющим массовый поток, подразумевается вращательное движение 18 манипулятора 16 вокруг оси вращения 20, ориентированной перпендикулярно действию гравитации.

На следующей стадии b) способа второй сосуд 14 позиционируют таким образом, чтобы выливающаяся, соответственно высыпающаяся из первого сосуда 12 среда 10 поступала во второй сосуд 14 преимущественно под действием гравитации. Согласно данному примеру предпочтительного осуществления изобретения второй сосуд 14, как показано на фиг. 2a, 2b и 2c, позиционируют на весах 24.

После того, как на следующей стадии c) способа будет задана масса среды 10, подлежащая перемещению во второй сосуд 14 (заданная заполняющая масса SFM), стадии a)-c), которые являются подготовительными операциями, можно считать реализованными. Заданная заполняющая масса (SFM) в данном примере осуществления изобретения составляет 100 г. На фиг. 2a показано устройство 42 в состоянии, в котором оно находится после реализации стадий a)-c). Согласно данному примеру предпочтительного осуществления изобретения средой 10 является жидкость, а именно вода.

Последующие стадии способа подлежат непрерывной реализации в процессе перемещения текучей или сыпучей среды 10. На стадии d) посредством весов 24 определяют переведенную во второй сосуд 14 массу среды 10 (фактическую заполняющую массу IFM), а также происходящее во времени изменение фактической заполняющей массы среды 10 (фактический массовый поток IMS). Следующей стадией e) способа является расчет управляющего массового потока (StMS) в качестве управляющего параметра 26 первого контура автоматического регулирования 28, выполняемый с учетом фактической заполняющей массы (IFM) и заданной заполняющей массы (SFM). Данный управляющий параметр 26 первого контура автоматического регулирования 28 используют на стадии f) в качестве задающего параметра 30 второго контура автоматического регулирования 32, причем в качестве заданного массового потока (SMS) используют расчетный управляющий массовый поток (StMS).

Два контура автоматического регулирования 28, 32 схематически представлены на фиг. 3. Речь при этом идет о системе каскадного автоматического регулирования, причем первый контур автоматического регулирования 28 образует внешний контур системы каскадного регулирования с заданной заполняющей массой (SFM) в качестве задающего параметра 34 и фактической заполняющей массой (IFM) в качестве регулируемого параметра 36. Второй контур автоматического регулирования 32 образует внутренний контур системы каскадного регулирования с заданным массовым потоком (SMS) в качестве задающего параметра 30 и фактическим массовым потоком (IMS) в качестве регулируемого параметра 38.

Следующей стадией g) является расчет по меньшей мере одного параметра движения (BP) манипулятора 16 в качестве управляющего параметра 40 второго контура автоматического регулирования 32, причем расчет выполняется с учетом заданного массового потока (SMS) и фактического массового потока (IMS). Оба контура автоматического регулирования 28, 32 включают П-регулятор, то есть управляющий массовый поток (StMS) пропорционален отклонению фактической заполняющей массы (IFM) от заданной заполняющей массы (SFM), а по меньшей мере один параметр движения (BP) пропорционален отклонению фактического массового потока (IMS) от заданного массового потока (SMS).

На следующей стадии h) манипулятор 16 на основании по меньшей мере одного параметра движения (BP) выполняет движение 18. В соответствии с данным примером предпочтительного осуществления изобретения по меньшей мере одним параметром движения (BP) является угловая скорость вращательного движения 18 манипулятора 16. На фиг. 2b) показано устройство 42 во время перемещения среды 10, причем регулирование угловой скорости вращательного движения 18 осуществляется посредством обоих контуров автоматического регулирования 28, 32. Регулирование обусловливает движение 18 манипулятора в виде ее преимущественно опрокидывающего движения туда-обратно. На фиг. 2c) показано состояние устройства 42 по завершении способа, то есть после перемещения во второй сосуд 14 необходимого заданного заполняющего количества (SFM) среды 10, которое в данном примере составляет 100 г.

Позиции на чертежах:

10 среда

12 первый сосуд

14 второй сосуд

16 манипулятор

18 движение, вращательное движение

20 ось вращения

22 захват

24 весы

26 управляющий параметр первого контура автоматического регулирования

28 первый контур автоматического регулирования

30 задающий параметр второго контура автоматического регулирования

32 второй контур автоматического регулирования

34 задающий параметр первого контура автоматического регулирования

36 регулируемый параметр первого контура автоматического регулирования

38 регулируемый параметр второго контура автоматического регулирования

40 управляющий параметр второго контура автоматического регулирования

42 устройство

SFM заданное заполняющее количество (задающий параметр первого контура автоматического регулирования)

IFM фактическое заполняющее количество (регулируемый параметр первого контура автоматического регулирования)

StMS управляющий массовый поток (управляющий параметр первого контура автоматического регулирования)

SMS заданный массовый поток (задающий параметр второго контура автоматического регулирования)

IMS фактический массовый поток (регулируемый параметр второго контура автоматического регулирования)

ВР параметр движения (управляющий параметр второго контура автоматического регулирования).

Claims (23)

1. Способ перемещения подлежащей перемещению массы текучей или сыпучей среды (10) из первого сосуда (12) во второй сосуд (14) посредством манипулятора (16) робота, причем второй сосуд (14) позиционируют на весах (24), причем движением (18) манипулятора (16) робота управляют посредством по меньшей мере одного параметра движения (BP), и причем способ включает следующие стадии:

а) позиционирование первого сосуда (12) на манипуляторе (16) робота, выполняемое таким образом, чтобы посредством вращательного движения (18) манипулятора (16) робота вокруг оси вращения (20) можно было изменять выходящий из первого сосуда (12) массовый поток среды (10),

b) позиционирование второго сосуда (14), выполняемое таким образом, чтобы выливающаяся, соответственно высыпающаяся из первого сосуда (12) среда (10) поступала во второй сосуд (14) преимущественно под действием гравитации,

c) задание массы среды (10), подлежащей перемещению во второй сосуд (14), в качестве заданной заполняющей массы (SFM),

d) определение перемещенной во второй сосуд (14) массы среды (10) в качестве фактической заполняющей массы (IFM), а также изменения во времени фактической заполняющей массы (IFM) среды (10) во втором сосуде (14) в качестве фактического массового потока (IMS) с помощью весов (24),

e) расчет управляющего массового потока (StMS) в качестве управляющего параметра (26) первого контура автоматического регулирования (28), выполняемый с учетом фактической заполняющей массы (IFM) и заданной заполняющей массы (SFM),

f) использование управляющего параметра (26) первого контура автоматического регулирования (28) в качестве задающего параметра (30) второго контура автоматического регулирования (32), причем в качестве заданного массового потока (SMS) используют расчетный управляющий массовый поток (StMS),

g) расчет по меньшей мере одного параметра движения (BP) манипулятора (16) робота в качестве управляющего параметра (40) второго контура автоматического регулирования (32), выполняемый с учетом заданного массового потока (SMS) и фактического массового потока (IMS), причем по меньшей мере один параметр движения характеризует вращательное движение вокруг оси, и

h) движение (18) манипулятора (16) робота, выполняемое на основании по меньшей мере одного параметра движения (BP).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ось вращения (20) ориентирована преимущественно перпендикулярно действию гравитации.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одним параметром (PB) движения (18) манипулятора (16) робота является угол его поворота, длительность его поворота на фиксированный угол и/или угловая скорость его поворота.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первый и/или второй контур автоматического регулирования (28, 32) включает пропорциональный регулятор.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первый и второй контуры автоматического регулирования (28, 32) совместно образуют систему каскадного автоматического регулирования.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии b) второй сосуд (14) позиционируют таким образом, чтобы выливающаяся, соответственно высыпающаяся из первого сосуда (12) среда (10) полностью поступала во второй сосуд (14).

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стадии d)-h) способа непрерывно реализуют во время перемещения текучей или сыпучей среды (10).

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно включает стадию определения массы порожнего второго сосуда (14).

9. Способ по одному из пп. 1-8, отличающийся тем, что он дополнительно включает одну или несколько следующих стадий:

– определение массы первого сосуда (12),

– определение геометрических характеристик первого сосуда (12),

– определение типа среды (10) и/или

– определение вязкости среды (10),

причем первый и/или второй контур автоматического регулирования (28, 32) и/или по меньшей мере один параметр движения (BP) приводятся в соответствие с одним или несколькими указанными выше параметрами.

10. Устройство (42) для перемещения подлежащей перемещению массы текучей или сыпучей среды (10) из первого сосуда (12) во второй сосуд (14) посредством манипулятора (16) робота способом по одному из пп. 1-9, включающее манипулятор (16) робота для захватывания первой емкости (12) и весы (24) для измерения поступающего во второй сосуд (14) массового потока среды (10), причем манипулятор (16) робота предназначен для приведения позиционируемого на нем сосуда (12), содержащего текучую или сыпучую среду (10), во вращательное движение (18) вокруг оси вращения (20), посредством которого можно изменять выходящий из сосуда (12) массовый поток среды (10) и которым можно управлять посредством по меньшей мере одного параметра движения (BP) с помощью измерения на весах (24), причем оно включает два контура автоматического регулирования (28, 32), образующие систему каскадного автоматического регулирования и предназначенные для регулирования по меньшей мере одного параметра движения (BP).