WO2020094166A1 - System zur funkanbindung einer baugruppe an eine steuerung - Google Patents

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WO2020094166A1
WO2020094166A1 PCT/DE2019/000290 DE2019000290W WO2020094166A1 WO 2020094166 A1 WO2020094166 A1 WO 2020094166A1 DE 2019000290 W DE2019000290 W DE 2019000290W WO 2020094166 A1 WO2020094166 A1 WO 2020094166A1
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module
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transmitting
gripper
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Martin Zimmer
Günther Zimmer
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Martin Zimmer
Zimmer Guenther
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Definitions

  • the invention relates to a system for connecting a - guided by egg ner handling device - assembly, as part of a multi-part adapter system, from at least one actuator and at least one sensor to a controller.
  • the handling device connected to a PLC is, for example, a multi-link 6-axis robot that carries a parallel gripper.
  • a bus master in the PLC which is connected to the actuators and sensors of the parallel gripper, e.g. accesses via at least one IO-Link port.
  • Confirmation copy DE 10 2017 009 319 A1 discloses an adapter system for connecting the last link of a kinematic chain of a handling device to the latter, the last link having a computing and storage module and at least one actuator and / or at least one sensor.
  • Several system modules positioned one after the other are arranged between the last and the last link of the kinematic chain.
  • a system module has an electronics module that adapts or converts the communication data of the incoming electrical connecting lines to be exchanged with the specified system architecture for communication with the device interface of the last link and makes it communicable via a transfer point in a wire-supported manner.
  • An intelligent actuator usually also has intelligent sensors.
  • the individual sensor consists of a basic sensor, evaluation electronics and at least one communication interface.
  • the actuator and the sensors each have interfaces that usually have to be integrated into an existing system architecture in the automation environment of the handling device.
  • Various hardware platforms run through the architecture through more or less harmonized automation levels, which extend from the sensor and / or actuator bus via the fieldbus and the factory bus to the control level.
  • the present invention is based on the problem of creating a system for connecting an assembly to a controller, with which the assembly equipped with actuators and sensors can be integrated into any system architecture of the controlling and regulating background software and hardware - without signal lines laid over the handling device is.
  • the control system comprises a radio master with at least one transmitting and receiving device, which is spatially separated from the handling device.
  • the module has at least one transmitting and receiving device for communication with the radio master.
  • the assembly is supplied with load voltage via the handling device. In or on the module, the load voltage is converted to a direct current target voltage using a DC / DC or AC / DC converter.
  • the DC nominal voltage supplies the transmitter and receiver of the module.
  • the commercially available handling devices have different power supplies and different communication methods.
  • the manufacturer of end devices which are arranged as the last link in the kinematic chain of the handling devices, must individually adapt his end devices to these power supplies and communication methods.
  • the invention provides a system which, on the one hand, by means of radio technology, a so-called bridge technology, control information from the controller, to which the handling device is connected, to the respective end device, for example a gripper , transmitted.
  • the system has a communication module in the terminal in which the energy supply of the handling device is adapted to that of the terminal.
  • the communication module is thus an interface that forwards the energy made available and the information transferred by radio to the respective end device via an IO-Link cable.
  • the multi-part adapter system consists of a group of individual system modules that are arranged in multiple layers one behind the other. They can be interchanged in any order. Since a wireless IO-Link master for several ports can also be installed in the communication module instead of a Wireless-IO-Link port, it is possible to provide a system module with several branches for carrying and controlling several grippers.
  • Figure 1 perspective view of a handling device with a gripper adapted via an adapter system
  • FIG. 2 enlarged perspective view of the adapter system together with the gripper of Figure 1;
  • FIG. 3 Schematic diagram of wireless communication between the PLC and the gripper in combination with the voltage conversion of the supply voltage of the
  • FIG. 1 shows a handling device (1) designed as an articulated robot with so-called RRR kinematics.
  • the serial kinematic structure of the articulated robot (1) has three main rotary axes and three secondary rotary axes.
  • the main axes are the A axis (3), the B axis (5) and the C axis (7).
  • the A axis (3) is a turntable (4) with vertical cal axis of rotation, which is mounted on the base plate (2) of the handling device.
  • the turntable (4) supports a foot lever (6) that can be pivoted about the horizontal B-axis (5) - for example by 210 degrees.
  • the C-axis (7) which carries the knee lever (8).
  • the toggle lever (8) can be pivoted relative to the foot lever (6) by, for example, 270 degrees.
  • the first minor axis, the D axis (11), is an axis of rotation. It consists of a support rotatable about its longitudinal axis
  • the second minor axis is the E axis (13), around which the hand lever (14) is rotated e.g. 270 angular degrees is pivotally mounted.
  • the hand lever (14) carries a 360 degree swivel turntable, which is rotatably mounted about the F-axis (16).
  • the turntable is the penultimate link (15) of the kinematic chain.
  • the adapter system (19), together with the gripper (80), is attached to it.
  • the adapter system (19) comprises the system modules (20, 30, 40, 50, 90).
  • the number of system modules is not fixed. Additional system modules can be installed between the system modules (30) and (90).
  • FIG. 2 shows an enlarged view of the adapter system (19), together with a gripper (80).
  • the adapter system (19) comprises four modules arranged one behind the other in the exemplary embodiment. These are in turn a mechanical module (20), a connection module (30), a deformation module (40) and a communication module (50).
  • the mechanical module (20) has an at least partially tapered base module-shaped base module housing, via which it is rigidly attached to the rotary switch (15).
  • the base module housing has e.g. a large square pin that engages in a corresponding recess in the turntable (15).
  • the top and bottom of the base module housing are connected to each other by a central through hole.
  • a pneumatic hose and a bundle of cables made of a large number of cores and strands are routed through the through hole - not shown here.
  • the mechanical module (20) forms a mechanical interface with the subsequent module, the connection module (30).
  • the connection module (30) also has a truncated cone-shaped connection housing.
  • An inlet pipe for the supply of compressed air is arranged in the upper side of the connection housing.
  • the individual wires and strands of the cable bundle held in the cable clamp are fastened, for example, to a connection socket arranged centrally on the underside of the connection housing (30).
  • connection module (30) is followed by the deformation module (40).
  • the deformation module (40) has in the middle of its top side a connector that matches the connection socket of the connection module (30).
  • the deformation module (40) consists essentially of a Ge upper housing part, a lower housing part and an intermediate elastomer layer.
  • the elastomer layer represents a flexible housing wall.
  • a spoke-type force-torque sensor is installed in the deformation module (40).
  • This sensor consists of a foot ring with square spokes with a central disc, a head ring and four square pillars. The four square columns connect the disc to the head ring.
  • a pair of strain gauges is arranged on each column and each spoke. From the elastic deformations of the columns and / or spokes, the forces and moments with respect to the coordinate axes can be determined via the changes in resistance of the strain gauges.
  • the foot ring is fastened to the upper part of the housing of the deformation module (40), while the top ring is fixed to the lower part of the housing of the deformation module (40).
  • the signals emitted by the sensor are converted into values for forces and moments using a 6 x 8 matrix vector multiplication.
  • the deformation module has its own calculation module.
  • the calculated values are sent to the computer and storage unit via the lines and contact points of the modules of the adapter system forwarded by the gripper in order to adapt the arithmetic values to the lever length which, depending on the structure of the adapter system, results between the deformation module (40) and the gripping arms (89).
  • the deformation module (40) has a centrally arranged connector in the upper part of the housing, while the lower part of the housing has a connecting socket in the center, as is already known from the connection module (30).
  • the deformation module (40) measures the bend of the combination of at least one system module and the last link (80) in two mutually perpendicular planes, the intersection of the two planes being the center line (16) of the system modules (20, 30, 40, 50) is.
  • the determined bend is, for example, a measure of the load on the loaded gripper (80).
  • a communication module (50) connects to the deformation module (40) via an also central connector, via which the power supplies also reach from the top to the connection socket arranged in the bottom - with the interposition of a DC / DC converter.
  • the communication module (50) has in some areas a communication housing with an at least partially cylindrical outer wall.
  • a DC / DC converter (51) is arranged as a power interface in the interior of the communication housing, cf. Figure 3. He converts the supply voltage offered by the handling device (1) from the control (100) by means of the load line (101), for example it is a 48 volt direct voltage, into a direct current target voltage. In the exemplary embodiment, a direct current target voltage of 24 V is required, which over the Load line (53) is forwarded to the gripper (80) or to the system module following the communication module (50).
  • the robot (1) supplies an AC voltage, for example, an AC / DC converter is used instead of the DC / DC converter (51). If the robot (1) provides a voltage that is less than half the target DC voltage, a converter is installed that raises the robot voltage to the required target DC voltage.
  • a capacitor (55) can be connected in parallel to the DC / DC converter (51) as a so-called booster, cf. Figure 3.
  • the capacitor can absorb short current peaks and thus provide the module (80) with more energy for a relatively short period of time than can be permanently provided by the handling device (1).
  • the time span is between a few milliseconds and a second.
  • the capacitance of the capacitor can be up to 100 mF, for example.
  • At least one transmitting and receiving device (61, 63) to which at least one antenna (62, 64) is connected is arranged in or on the communication module (50). These transmission and reception devices (61) and / or (63) communicate bidirectionally with corresponding transmission and reception devices (111), one according to FIG. 3, via the load line (102) and the signal line (103) on the controller (100). connected radio master (110).
  • the radio master (110) is an IO-Link wireless master.
  • Each transmitting and receiving device (61, 63) shown in FIG. 2 has a cor responding transmitting and receiving device in the radio master (110).
  • the IO-Link wireless master communicates e.g. at 2.4 GHz. Its usual radio range at the time of registration is e.g. at 10 m.
  • the transmitting and receiving device (61, 63), also called IO-Link bridge, is part of an electronic system that is connected to e.g. electronics assembly built on several boards.
  • the IO-Link bridge together with the antenna (s) (62, 64) can also count as separate components of the electronics module.
  • the electronic assembly is wire or glass fiber supported with the gripper (80) and at least with some of the installed system modules (20, 30, 40, 50, 90).
  • the IO-Link bridge (61, 63) and the electronics module are connected via the voltage supply line (65), cf. Figure 3, connected to the output of the DC / DC converter (51).
  • the gripper (80) receives its energy from the energy supply of the robot (1).
  • the gripper (80) does not receive its control signals via a cable harness running along the robot (1), but by radio via a between the transmitting and receiving device (61, 63) of the communication module (50) and that in the area of Control arranged radio master (110).
  • the housing of the communication module (50) has an at least approximately cuboid bulge (73) laterally as a camera housing.
  • a camera (74) may be accommodated in the bulge.
  • Your camera lens is arranged behind a recess in the underside of the bulge (73).
  • the optical axis of the camera lens cuts the clamping space between the gripper arms (89) of the gripper (80) approx. in the middle.
  • the field of view of the camera (74) thus captures the workpiece to be gripped and the gripping arms (89).
  • transmitting and receiving devices On the side of the bulge (73) on both sides as transmitting and receiving devices (61, 63) are e.g. the two wireless IO-Link adapters are arranged. At each transmitting and receiving device (61,
  • antennas (62, 64) are arranged so as to be pivoted 90 ° relative to one another in order to improve the transmission and reception properties.
  • the antenna (64) is e.g. positioned parallel to the center line of the adapter system (19).
  • both antennas (62, 64) can also be aligned parallel to one another.
  • the gripper (80) is docked onto the communication module (50) as the last link in the kinematic chain.
  • the gripper (80) consists of an electronic part and a mechanical part.
  • the gripper is attached to the communication module (50) via its housing. In doing so, it is plugged into the connection socket of the communication module (50).
  • the modules and the gripper (80) are each mechanically coupled, for example via a bayonet lock.
  • all individual module housings and the gripper housing have several bayonet tongues distributed around the circumference in the edge area of the respective upper side.
  • the module housing and the gripper housing have individual bayonet rings in the edge area of their respective undersides, which are there on one Fine threads are stored.
  • the individual bayonet ring has on its underside a circumferential bayonet bar that has at least as many breaks along the circumference as the modular housings have bayonet tongues.
  • the connector plugs and sockets of the modules to be connected are plugged into one another, the bayonet tongues passing the interruptions in the bayonet ring with play.
  • the bayonet ring By screwing the bayonet ring, the individual bayonet web axially engages the adjacent bayonet tongues, causing the module housing to be pulled against one another by the fine thread.
  • the bayonet ring can have a rotation stop.
  • the modules are also connected pneumatically.
  • an inlet pipe installed in the center of the individual connection socket is immersed in a centering and gas-tight manner in an inlet bore arranged in the center of the respective connector.
  • the modules (30, 40, 50) as well as the gripper (80) are secured with a dowel pin-fitting hole combination against mutual rotation around the center line (16).
  • the modules (30, 40, 50) and the gripper (80) can also be fixed to one another in other ways.
  • the gripper housing connects to the base housing, which is mounted in the base housing, for example, via a - not shown - slide-in module.
  • the carrying insert fixes the gripper housing using a rear grip.
  • a cylinder-piston unit is arranged as an adjustment drive of the gripper arms (89).
  • the piston of the cylinder-piston unit moves the gripping arms (89) sitting on the slide with the aid of a double wedge hook gear. With each stroke of the piston rod, the slides are moved in their guides transversely to the center line (16).
  • the end positions of the piston can be edited using at least two sensors. If necessary, pressure sensors on the wedge hooks measure the clamping forces applied to the gripper arms when holding workpieces.
  • At least one pneumatic valve can be arranged in the base housing in order to supply the compressed air to the pressure chambers of the cylinder of the cylinder-piston unit electronically or to blow it off.
  • a gripper with an electromechanical drive can also be used, cf. Parallel gripper of DE 10 2015 012 779 Al.
  • a full servo controller or servo axis controller is installed in the housing of such a gripper, together with an associated arithmetic and storage module.
  • the servo controller is programmed in the factory so that the end user or machine operator does not need any special knowledge to adjust the gripping device to the corresponding goods or workpieces.
  • the goods to be gripped can be both dimensionally stable and elastic.
  • special cataloged gripping recipes can be stored in the computer and memory module for certain, e.g. customer-specific gripping goods, which can be called up by the machine operator via a gripping goods number. In this way, a quick order between two different known gripping tasks is possible.
  • the servo controller and the associated computer and memory module are located directly in the gripper housing. All gripping device-specific values and controller settings are programmed directly in the gripping device software by the manufacturer.
  • the gripping recipes for new gripping tasks are taught by the customer-operated machine operator manually and in the front-end computer and memory module directly and permanently, e.g. together with a new item to be gripped, saved. The next free number is either automatically selected as the new material to be gripped or it is entered numerically via the PLC input keyboard. Other setup or teach-in processes are usually specified using this keyboard.
  • the gripping goods number-dependent data records entered by the machine operator can be changed or deleted without having to intervene in the programmable logic controller on the machine tool side.
  • Optional measuring and evaluation algorithms are programmed into the gripper device's own computer and memory module, which can also measure and record environmental parameters such as housing temperature, housing vibrations, structure-borne noise, etc. during the usual gripping function. These data are converted into wear statistics in order to determine the time of the next to determine ten maintenance or device overhaul and to reach this point in time, for example on the device, for example acoustically or optically.
  • the environment parameters and / or their evaluation and interpretation can also be transmitted from the computer and memory module back to the programmable logic controller of the handling device (1) or the system via radio via the data interface, that is to say the communication module (50).
  • the gripper housing e.g. two resistive force transducers each arranged in the form of an FSR sensor (96).
  • the gripper (80) can be opened or closed on site by the machine operator.
  • connection module 30 connection module, second system module

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Anbindung einer - von einer Handhabungsvorrichtung (1) geführten - Baugruppe (80) aus mindestens einem Aktor und mindestens einem Sensor an eine Steuerung (100). Dabei umfasst die Steuerung (100) einen von der Handhabungsvorrichtung (1) räumlich getrennten Funkmaster (110) mit mindestens einer Sende- und Empfangseinrichtung (111). Die Baugruppe (80) weist mindestens eine Sende- und Empfangseinrichtung (61) zur Kommunikation mit dem Funkmaster (110) auf. Die Baugruppe (80) wird über die Handhabungsvorrichtung (1) mit Lastspannung versorgt. In oder an der Baugruppe (80) wird die Lastspannung mit Hilfe eines DC/DC- oder AC/DC-Wandlers (51) auf eine Gleichstromsollspannung gewandelt. Die Gleichstromsollspannung versorgt die Sende- und Empfangseinrichtung (61) der Baugruppe (80). Mit der vorliegenden Erfindung wird ein System zur Anbindung einer Baugruppe (80) an eine Steuerung (100) geschaffen, mit dem die mit Aktoren und Sensoren ausgestattete Baugruppe (80) in jede Systemarchitektur der steuernden und regelnden Hintergrundsoft- und -hardwäre - ohne über das Handhabungsgerät verlegte Signalleitungen - integrierbar ist.

Description

System zur Funkanbindung einer Baugruppe an eine Steuerung
Beschreibung :
Die Erfindung betrifft ein System zur Anbindung einer - von ei ner Handhabungsvorrichtung geführten - Baugruppe, als Teil eines mehrteiligen Adaptersystems , aus mindestens einem Aktor und min destens einem Sensor an eine Steuerung.
Die an einer SPS angeschlossene Handhabungsvorrichtung ist in Kombination mit dem letzten Glied beispielsweise ein mehrglied riger 6-Achs-Roboter, der einen Parallelgreifer trägt. Für die Kommunikation zwischen der SPS und dem Parallelgreifer befindet sich in der SPS ein Bus-Master, der auf die Aktoren und Sensoren des Parallelgreifers, z.B. über mindestens einen IO-Link-Port , zugreift .
Bestätigungskopie Aus der DE 10 2017 009 319 Al ist ein Adaptersystem zur Anbin dung des letzten Gliedes einer kinematischen Kette einer Handha bungsvorrichtung an diese bekannt, wobei das letzte Glied ein Rechen- und Speichermodul sowie mindestens einen Aktor und/oder mindestens einen Sensor aufweist. Dabei sind zwischen dem vor letzten und dem letzten Glied der kinematischen Kette mehrere nacheinander positionierte Systemmodule angeordnet. Ein System modul weist eine Elektronikbaugruppe auf, die die mit der vorge gebenen Systemarchitektur auszutauschenden Kommunikationsdaten der ankommenden elektrischen Verbindungsleitungen für die Kommu nikation mit der Geräteschnittstelle des letzten Gliedes anpasst oder wandelt und über eine Übergabestelle drahtgestützt kommuni zierbar zur Verfügung stellt.
Ein intelligenter Aktor weist in der Regel auch intelligente Sensoren auf. Der einzelne Sensor besteht aus einem Basissensor, einer Auswerteelektronik und mindestens einer Kommunikations- schnittstelle . Der Aktor und die Sensoren haben jeweils Schnitt stellen, die in der Automatisierungsumgebung des Handhabungsge räts in der Regel in eine vorhandene Systemarchitektur inte griert werden müssen. Innerhalb der Architektur ziehen sich durch mehr oder weniger harmonisierte Automatisierungsebenen verschiedene Hardwareplattformen, die sich vom Sensor- und/oder Aktorbus über den Feldbus und den Fabrikbus bis hin zur Leit- ebene erstrecken.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, ein System zur Anbindung einer Baugruppe an eine Steuerung zu schaffen, mit dem die mit Aktoren und Sensoren ausgestattete Baugruppe in jede Systemarchitektur der steuernden und regelnden Hintergrundsoft- und -hardware - ohne über das Handhabungsgerät verlegte Signalleitungen - integrierbar ist. Diese Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Dabei umfasst die Steuerung einen von der Handhabungs vorrichtung räumlich getrennten Funkmaster mit mindestens einer Sende- und Empfangseinrichtung. Die Baugruppe weist mindestens eine Sende- und Empfangseinrichtung zur Kommunikation mit dem Funkmaster auf . Die Baugruppe wird über die HandhabungsVorrich tung mit Lastspannung versorgt. In oder an der Baugruppe wird die Lastspannung mit Hilfe eines DC/DC-oder AC/DC-Wandlers auf eine Gleichstromsollspannung gewandelt. Die Gleichstromsollspan nung versorgt die Sende- und Empfangseinrichtung der Baugruppe.
In der Regel verfügen die handelsüblichen Handhabungsvorrichtun gen über verschiedene Leistungsversorgungen und unterschiedliche Kommunikationsverfahren. In der Folge muss der Hersteller von Endgeräten, die als letztes Glied der kinematischen Kette der Handhabungsvorrichtungen angeordnet sind, seine Endgeräte an diese Leistungsversorgungen und Kommunikationsverfahren einzeln anpassen. Um aufwändige Hardwareanpassungen zu umgehen, wird mit der Erfindung ein System zur Verfügung gestellt, das zum einen mittels Funktechnologie, einer sog. Brückentechnologie, Steuer informationen von der Steuerung aus, an der auch die Handha bungsvorrichtung angeschlossen ist, an das jeweilige Endgerät, z.B. Greifer, übermittelt. Zum anderen verfügt das System im Endgerät über ein Kommunikationsmodul, in dem die Energieversor gung der Handhabungsvorrichtung an die des Endgeräts angepasst wird. Das Kommunikationsmodul ist damit ein Interface, das die zur Verfügung gestellte Energie und die per Funk übernommenen Informationen über ein IO-Link-Kabel an das jeweilige Endgerät weitergibt . Das mehrteilige Adaptersystem besteht aus einer Gruppe von einzelnen Systemmodulen, die mehrschichtig hintereinander angeord net sind. Sie sind in der Reihenfolge teilweise beliebig vertauschbar. Da im Kommunikationsmodul anstelle eines Wireless-IO- Link-Ports auch ein Wireless-IO-Link-Master für mehrere Ports eingebaut sein kann, besteht die Möglichkeit, ein Systemmodul mit mehreren Verzweigungen zum Tragen und Ansteuern mehrerer Greifer zur Verfügung zu stellen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung mindestens einer schematisch dargestellten Ausführungsform.
Figur 1 : perspektivische Ansicht einer Handhabungsvorrichtung mit einem über ein Adaptersystem adaptierten Greifer;
Figur 2: vergrößerte perspektivische Ansicht des Adaptersys tems zusammen mit dem Greifer nach Figur 1;
Figur 3: Prinzipdarstellung der drahtlosen Kommunikation zwi schen der SPS und dem Greifer in Kombination mit der Spannungswandlung der VersorgungsSpannung des
Greifers .
Die Figur 1 zeigt eine als Gelenkroboter ausgebildete Handhabungsvorrichtung (1) mit einer sogenannten RRR-Kinematik. Die serielle kinematische Struktur des Gelenkroboters (1) hat drei rotatorische Hauptachsen und drei rotatorische Nebenachsen. Die Hauptachsen stellen die A-Achse (3), die B-Achse (5) und die C- Achse (7) dar. Die A-Achse (3) ist ein Drehtisch (4) mit verti- kaler Rotationsachse, der auf der Grundplatte (2) der Handha bungsvorrichtung gelagert ist. Der Drehtisch (4) lagert als ers tes Kinematikkettenglied einen um die horizontale B-Achse (5) - um z.B. 210 Winkelgrade - schwenkbaren Fußhebel (6) . Am freien Ende des Fußhebels (6) sitzt als Gelenk mit ebenfalls horizonta ler Schwenkachse die C-Achse (7), die den Kniehebel (8) trägt. Der Kniehebel (8) ist gegenüber dem Fußhebel (6) um z.B. 270 Winkelgrade schwenkbar.
Die erste Nebenachse, die D-Achse (11), ist eine Rotationsachse. Sie besteht aus einem um seine Längsachse drehbaren Trag
arm (12), der am freien Ende des Kniehebels (8) gelagert ist.
Die zweite Nebenachse ist die E-Achse (13), um die der Handhe bel (14) um z.B. 270 Winkelgrade schwenkbar gelagert ist. Der Handhebel (14) trägt einen um 360 Winkelgrade schwenkbaren Dreh teller, der um die F-Achse (16) rotierbar gelagert ist. Der Drehteller ist das vorletzte Glied (15) der Kinematikkette. An ihm ist das Adaptersystem (19), zusammen mit dem Greifer (80), befestigt. Das Adaptersystem (19) umfasst im Ausführungsbeispiel die Systemmodule (20, 30, 40, 50, 90). Die Anzahl der Systemmo- dule ist nicht festgelegt. Zwischen den Systemmodulen (30) und (90) können weitere Systemmodule eingebaut werden.
Durch eine entsprechend koordinierte Ansteuerung der einzelnen Achsen (3, 5, 7, 11, 13, 16) kann nahezu jede beliebig im Ar beitsraum des Gelenkroboters (1) gelegene gerade Strecke oder gekrümmte Bahnkurve abgefahren werden. Das lässt sich auch mit Handhabungsgeräten realisieren, die auf einem kartesischen, ei nem zylindrischen oder einem Polarroboter basieren. Die Roboter verfügen dann entsprechend über eine TTT- , RTT- oder RRT-Kinema- tik. Hierbei steht das „T" für translatorische und das „R" für rotatorische Hauptachsen bzw. Führungen. Anstelle dieser Roboter kann auch jeweils ein Handhabungsgerät benutzt werden, das statt der seriellen Struktur eine parallele oder hybride Struktur aufweist. Als parallele Strukturen können Tripode, Pentapode oder Hexapode verwendet werden.
In der Figur 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Adaptersys tems (19), zusammen mit einem Greifer (80), dargestellt. Das Adaptersystem (19) umfasst im Ausführungsbeispiel vier hinterei nander angeordnete Module. Diese sind der Reihe nach ein Mecha nikmodul (20), ein Anschlussmodul (30), ein Verformungsmo dul (40) und ein Kommunikationsmodul (50) .
Das Mechanikmodul (20) hat ein zumindest bereichsweise kegel stumpfmantelförmiges Basismodulgehäuse, über das es am Drehtel ler (15) starr befestigt ist. Dazu hat das Basismodulgehäuse an seiner Oberseite z.B. einen großen Vierkantzapfen, der im Dreh teller (15) in eine entsprechende Aussparung formschlüssig ein greift. Die Ober- und die Unterseite des Basismodulgehäuses sind durch eine zentrale Durchgangsbohrung miteinander verbunden. Durch die Durchgangsbohrung hindurch wird - hier nicht darge stellt - ein Pneumatikschlauch sowie ein Kabelbündel aus einer Vielzahl von Adern und Litzen geführt.
Das Mechanikmodul (20) bildet mit dem Folgemodul, dem Anschluss modul (30), eine Mechanikschnittstelle. Das Anschlussmodul (30) hat ein ebenfalls bereichsweise kegelstumpfmantelförmiges An schlussgehäuse. In der Oberseite des Anschlussgehäuses ist ein Zulaufrohr für die Zuführung von Druckluft angeordnet. Neben dem Zulaufrohr befindet sich eine Kabelklemme, über die das oben ge nannte Kabelbündel im Mechanikmodul zugfest arretiert wird. Im hohlen Anschlussgehäuse des Anschlussmoduls (30) sind die einzelnen Adern und Litzen des in der Kabelklemme gehaltenen Ka belbündels, z.B. an einer mittig auf der Unterseite des An schlussgehäuses (30) angeordneten Anschlussbuchse, befestigt.
Gemäß Figur 2 folgt auf das Anschlussmodul (30) das Verformungs modul (40). Zur Verbindung der beiden Module (30) und (40) hat das Verformungsmodul (40) in der Mitte seiner Oberseite einen zur Anschlussbuchse des Anschlussmoduls (30) passenden An schlussstecker .
Das Verformungsmodul (40) besteht im Wesentlichen aus einem Ge häuseoberteil, einem Gehäuseunterteil und einer dazwischen lie genden Elastomerschicht. Die Elastomerschicht stellt eine nach giebige Gehäusewandung dar.
Im Verformungsmodul (40) ist beispielsweise ein Kraft-Momenten- Sensor in Speichenbauweise eingebaut. Dieser Sensor besteht aus einem mit Vierkantspeichen versehenen Fußring mit einer zentra len Scheibe, einem Kopfring und vier Vierkantsäulen. Die Vier kantsäulen verbinden die Scheibe mit dem Kopfring. An jeder Säule und jeder Speiche ist je ein Dehnmessstreifenpaar angeord net. Aus den elastischen Verformungen der Säulen und/oder Spei chen können über die Widerstandsänderungen der Dehnmessstreifen die wirkenden Kräfte und Momente bezüglich der Koordinatenachsen ermittelt werden. Der Fußring ist dabei am Gehäuseoberteil des Verformungsmoduls (40) befestigt, während der Kopfring am Gehäu seunterteil des Verformungsmoduls (40) fixiert ist. Über eine 6 x 8-Matrix-Vektor-Multiplikation werden die vom Sensor abgege benen Signale in Werte für Kräfte und Momente umgewandelt. Dazu verfügt das Verformungsmodul über einen eigenen Rechenbaustein. Die Rechenwerte werden über die Leitungen und Kontaktstellen der Module des Adaptersystems an die Rechner- und Speichereinheit des Greifers weitergeleitet, um dort die Rechenwerte an die He bellänge anzupassen, die sich - je nach Aufbau des Adaptersys tems - zwischen dem Verformungsmodul (40) und den Greifar men (89) ergibt.
Das Verformungsmodul (40) hat im Gehäuseoberteil einen mittig angeordneten Anschlussstecker, während das Gehäuseunterteil mittig eine Anschlussbuchse aufweist, wie sie schon aus dem An schlussmodul (30) bekannt ist.
Das Verformungsmodul (40) misst die Biegung der Kombination aus mindestens einem Systemmodul und dem letzten Glied (80) in zwei zueinander senkrecht stehende Ebenen, wobei die Schnittlinie der beiden Ebenen die Mittellinie (16) der Systemmodule (20, 30, 40, 50) ist. Die ermittelte Biegung ist beispielsweise ein Maß für die Belastung des beladenen Greifers (80).
An das Verformungsmodul (40) schließt sich ein Kommunikationsmo dul (50) über einen ebenfalls mittigen Anschlussstecker an, über den u.a. auch die Energieversorgungen von der Oberseite aus zu der in der Unterseite angeordneten Anschlussbuchse - unter der Zwischenschaltung eines DC/DC-Wandlers - gelangen. Das Kommuni kationsmodul (50) hat bereichsweise ein Kommunikationsgehäuse mit einer zumindest bereichsweise zylindrischen Außenwandung.
Im Innenraum des Kommunikationsgehäuses ist ein DC/DC- Wandler (51) als Power-Interface angeordnet, vgl. Figur 3. Er wandelt die über die Handhabungsvorrichtung (1) von der Steue rung (100) mittels der Lastleitung (101) angebotene Versorgungs spannung, es ist beispielsweise eine 48-Volt-Gleichspannung, in eine Gleichstromsollspannung um. Im Ausführungsbeispiel wird eine Gleichstromsollspannung von 24 V benötigt, die über die Lastleitung (53) an den Greifer (80) bzw. an das auf das Kommu nikationsmodul (50) folgende Systemmodul weitergeleitet wird.
Liefert der Roboter (1) beispielsweise eine WechselSpannung, wird anstelle des DC/DC-Wandlers (51) ein AC/DC-Wandler benutzt. Stellt der Roboter (1) eine Spannung zur Verfügung, die unter halb der Gleichstromsollspannung liegt, wird ein Wandler einge baut, der die Roboterspannung auf die erforderliche Gleichstrom sollspannung anhebt.
Zusätzlich kann dem DC/DC-Wandler (51) als sogenannter Booster ein Kondensator (55) parallelgeschaltet werden, vgl. Figur 3.
Als zusätzlicher Energiespeicher kann der Kondensator kurze Stromspitzen abfangen und somit für eine relativ geringe Zeit spanne der Baugruppe (80) mehr Energie bereitstellen, als vom Handhabungsgerät (1) permanent zur Verfügung gestellt werden kann. Die Zeitspanne liegt je nach Stromverbrauch zwischen eini gen Millisekunden und einer Sekunde. Die Kapazität des Kondensa tors kann beispielsweise bis zu 100 mF betragen.
Im oder am Kommunikationsmodul (50) ist mindestens eine Sende- und Empfangseinrichtung (61, 63) angeordnet, an der mindestens eine Antenne (62, 64) angeschlossen ist. Diese Sende-und Emp fangseinrichtungen (61) und/oder (63) kommunizieren bidirektio nal mit entsprechenden Sende- und Empfangseinrichtungen (111) eines nach Figur 3 über die Lastleitung (102) und die Signallei tung (103) an der Steuerung (100) angeschlossenen Funkmas ters (110) . Der Funkmaster (110) ist im Ausführungsbeispiel ein IO-Link-Wireless-Master . Jede in Figur 2 dargestellte Sende- und Empfangseinrichtung (61, 63) hat im Funkmaster (110) eine kor respondierende Sende- und Empfangseinrichtung. io
Der IO-Link-Wireless-Master kommuniziert z.B. mit 2,4 GHz. Seine übliche Funkreichweite liegt zum Anmeldezeitpunkt z.B. bei 10 m.
Die Sende-und Empfangseinrichtung (61, 63) , auch IO-Link-Bridge genannt, ist Teil einer Elektronik, die zu einer z.B. auf mehreren Platinen aufgebauten Elektronikbaugruppe gehört. Selbstverständlich kann die IO-Link-Bridge zusammen mit der oder den An tennen (62, 64) auch als separate Bausteine zur Elektronikbau gruppe zählen.
Die Elektronikbaugruppe steht innerhalb des AdapterSystems (19) draht- oder glasfasergestützt mit dem Greifer (80) und zumindest mit einem Teil der verbauten Systemmodule (20, 30, 40, 50, 90) in Verbindung. Die IO-Link-Bridge (61, 63) und die Elektronik baugruppe sind über die Spannungsversorgungsleitung (65), vgl. Figur 3, am Ausgang des DC/DC-Wandlers (51) angeschlossen.
Demnach erhält bei dem vorliegenden System der Greifer (80) seine Energie aus der Energieversorgung des Roboters (1) . Im Ge gensatz dazu empfängt der Greifer (80) seine Steuersignale nicht über einen am Roboter (1) entlang geführten Kabelbaum, sondern per Funk über einen zwischen der Sende- und Empfangseinrichtung (61, 63) des Kommunikationsmoduls (50) und dem im Bereich der Steuerung angeordneten Funkmaster (110) .
In Figur 2 weist das Gehäuse des Kommunikationsmoduls (50) seitlich als Kameragehäuse eine zumindest annähernd quaderförmige Ausbuchtung (73) auf. In der Ausbuchtung ist ggf. eine Kamera (74) untergebracht. Ihr Kameraobjektiv ist hinter einer Ausnehmung in der Unterseite der Ausbuchtung (73) angeordnet.
Die optische Achse des Kameraobjektivs schneidet den zwischen den Greifarmen (89) des Greifers (80) gelegenen Spannraum ca. mittig. Der Sichtbereich der Kamera (74) erfasst somit das zu greifende Werkstück und die Greifarme (89) . Um das Kameraobjek tiv herum sind an der Unterseite der Ausbuchtung (73) z.B. vier Beleuchtungsleuchtdioden (75) angeordnet, die den Spannraum aus leuchten .
Seitlich an der Ausbuchtung (73) sind beidseitig als Sende- und Empfangseinrichtungen (61, 63) z.B. die zwei Wireless-IO-Link- Adapter angeordnet. An jeder Sende- und Empfangseinrichtung (61,
63) ist eine Antenne (62, 64) angeordnet. Beide Antennen (62,
64) sind zur Verbesserung der Sende- und Empfangseigenschaften gegeneinander um 90° geschwenkt angeordnet. Dabei ist die An tenne (64) z.B. parallel zur Mittellinie des AdapterSystems (19) positioniert. Selbstverständlich können beide Antennen (62, 64) auch parallel zueinander ausgerichtet sein.
Nach Figur 2 ist am Kommunikationsmodul (50) der Greifer (80) als letztes Glied der Kinematikkette angedockt.
Der Greifer (80) besteht aus einem Elektronikteil und einem Me chanikteil. Über sein Gehäuse ist der Greifer am Kommunikations- modul (50) befestigt. Dabei steckt er mit seinem Anschlussste cker in der Anschlussbuchse des Kommunikationsmoduls (50) .
Um die Module (30, 40, 50) und den Greifer (80) sicher, einfach und schnell miteinander verbinden zu können, sind die Module und der Greifer (80) jeweils beispielsweise über einen Bajonettver schluss mechanisch gekuppelt. Dazu haben alle einzelnen Modulge häuse und das Greifergehäuse im Randbereich der jeweiligen Ober seite mehrere am Umfang verteilte Bajonettzungen. Die Modulge häuse und das Greifergehäuse weisen im Randbereich ihrer jewei ligen Unterseiten einzelne Bajonettringe auf, die dort auf einem Feingewinde gelagert sind. Der einzelne Bajonettring hat an sei ner Unterseite einen umlaufenden Bajonettsteg, der mindestens so viel Unterbrechungen entlang des Umfangs hat, wie die Modulge häuse Baj onettzungen aufweisen.
Um die Modulgehäuse miteinander zu verbinden, werden die An schlussstecker und Anschlussbuchsen der zu verbindenden Module ineinandergesteckt , wobei die Baj onettzungen die Unterbrechungen des Bajonettrings mit Spiel passieren. Durch ein Verschrauben des Bajonettrings legt sich der einzelne Bajonettsteg an den be nachbarten Baj onettzungen axial an, wodurch die Modulgehäuse durch das Feingewinde gegeneinander gezogen werden. Um eine de finierte Haltekraft vorzugeben, kann der Bajonettring einen Ver drehanschlag aufweisen.
Nach dem Festdrehen des Bajonettrings sind die Module (30, 40,
50) sowie der Greifer (80) formsteif - ohne Verwendung eines Werkzeugs - per Handkraft miteinander verbunden. Hierbei werden zwischen den einander kontaktierenden Adaptergeometrien alle elektrischen Kontakte hergestellt.
Beim Kuppeln werden die Module auch pneumatisch miteinander ver bunden. Dazu taucht jeweils ein im Zentrum der einzelnen An schlussbuchse eingebautes Zulaufrohr zentrierend und gasdicht in eine im Zentrum des jeweiligen Anschlusssteckers angeordnete Zu laufbohrung ein.
Ggf. sind die Module (30, 40, 50) sowie der Greifer (80) mit ei ner Passstift-Passbohrungskombination gegen ein gegenseitiges Verdrehen um die Mittellinie (16) gesichert.
Selbstverständlich können die Module (30, 40, 50) und der Grei fer (80) auch auf andere Weise aneinander fixiert werden. Im Greifer (80) schließt sich an das Basisgehäuse das Greiferge häuse an, das im Basisgehäuse z.B. über einen - nicht darge stellten - Trageinschub montiert ist. Der Trageinschub fixiert das Greifergehäuse mittels eines Hintergriffs. Im Greifergehäuse ist nur beispielhaft eine Zylinder-Kolben-Einheit als Verstell antrieb der Greifarme (89) angeordnet. Der Kolben der Zylinder- Kolben-Einheit bewegt die auf Schlitten sitzenden Greifarme (89) mithilfe eines Doppelkeilhakengetriebes. Bei jeder Hubbewegung der Kolbenstange werden die Schlitten in ihren Führungen quer zur Mittellinie (16) zwangsgeführt bewegt. Mithilfe von mindes tens zwei Sensoren sind die Endlagen des Kolbens editierbar. Ge gebenenfalls messen Drucksensoren an den Keilhaken die an den Greifarmen anliegenden Klemmkräfte beim Halten von Werkstücken.
Des Weiteren kann im Basisgehäuse mindestens ein Pneumatikventil angeordnet sein, um elektronisch gesteuert den Druckräumen des Zylinders der Zylinder-Kolben-Einheit die Druckluft zuzuführen oder diese abzublasen.
Anstelle des in Figur 2 dargestellten Greifers (80) ist auch ein Greifer mit elektromechanischem Antrieb einsetzbar, vgl. Paral lelgreifer der DE 10 2015 012 779 Al.
In das Gehäuse eines solchen Greifers ist ein vollwertiger Ser- voregler, bzw. Servoachsregler, zusammen mit einem dazugehörigen Rechen- und Speichermodul, eingebaut. Der Servoregler wird werkseitig so programmiert, dass der Endnutzer, bzw. der Maschi nenbediener, keine besonderen Fachkenntnisse benötigt, um die GreifVorrichtung auf die entsprechenden Greifgüter bzw. Werkstü cke einzustellen. Dabei können die Greifgüter sowohl formsteif als auch elastisch sein. Neben den einfachen Parametern, wie z.B. dem Greifhub und dem elastizitäts- und greifweitenabhängigen Greifhubzuschlag, können im Rechner- und Speichermodul für bestimmte, z.B. kundenspezifi sche Greifgüter spezielle katalogisierte Greifrezepturen abge legt sein, die vom Maschinenbediener über eine Greifgutnummer aufgerufen werden können. Auf diese Weise ist ein schnelles Um stellen zwischen zwei verschiedenen bekannten Greifaufgaben mög lich.
Hierzu sitzt der Servoregler und das dazugehörige Rechner- und Speichermodul direkt im Gehäuse des Greifers. Alle greifvorrich- tungsspezifischen Werte und Reglereinstellungen werden direkt in der Greifvorrichtungssoftware herstellerseitig einprogrammiert. Die Greifrezepturen für neue Greifaufgaben werden vom kundensei tigen Maschinenbediener handgesteuert angelernt und in dem vor richtungsseitigen Rechner- und Speichermodul direkt und dauer haft, z.B. zusammen mit einer neuen Greifgutnummer, abgespei chert. Als neue Greifgutnummer wird entweder die nächste freie Nummer automatisch gewählt oder sie wird numerisch über die SPS- Eingabetastatur eingegeben. Auch andere Einricht- oder Anlern vorgänge werden in der Regel über diese Tastatur vorgegeben.
Die vom Maschinenbediener eingegebenen greifgutnummerabhängigen Datensätze lassen sich ändern oder löschen, ohne dass hierzu in die werkzeugmaschinenseitige speicherprogrammierbare Steuerung eingegriffen werden muss.
Im greifvorrichtungseigenen Rechner- und Speichermodul sind op tional Mess- und Auswertealgorithmen einprogrammiert, die wäh rend der üblichen Greiffunktion auch Umfeldparameter wie Gehäu setemperatur, Gehäuseschwingungen, Körperschall u.s.w. messen und protokollieren können. Diese Daten werden in eine Ver schleißstatistik umgesetzt, um hieraus den Zeitpunkt der nächs- ten Wartung oder Vorrichtungsüberholung zu ermitteln und das Er reichen dieses Zeitpunkts beispielsweise an der Vorrichtung z.B. akustisch oder optisch anzuzeigen. Auch können die Umfeldparameter und/oder ihre Auswertung und Interpretation vom Rechner- und Speichermodul über die greifvorrichtungseigene Datenschnittstelle, also das Kommunikationsmodul (50) , zurück an die speicherprogrammierbare Steuerung der Handhabungsvorrichtung (1) bzw. der Anlage über Funk übermittelt werden.
Am Greifergehäuse sind nach Figur 2 z.B. zwei resistive Kraft aufnehmer jeweils in Form eines FSR-Sensors (96) angeordnet.
Mithilfe dieser Sensoren kann der Greifer (80) vor Ort durch den Maschinenbediener geöffnet oder geschlossen werden.
Bezugszeichenliste :
1 HandhabungsVorrichtung, Gelenkroboter, 6-Achs-Roboter
2 Grundplatte
3 A-Achse
4 Drehtisch, erstes Glied
5 B-Achse
6 Fußhebel
7 C-Achse
8 Kniehebel
11 D-Achse
12 Tragarm
13 E-Achse
14 Handhebel
15 Glied, vorletztes; Drehteller
16 F-Achse, Schwenkachse, Mittellinie
19 Adaptersystem (Summe der Module)
20 Mechanikmodul, erstes Systemmodul
30 Anschlussmodul, zweites Systemmodul
40 Verformungsmodul, viertes Modul
50 Kommunikationsmodul, drittes Modul
51 DC/DC-Wandler
53 Lastleitung von (80)
55 Kondensator, Energiespeicher, Booster, optional
61, 63 Sende- und Empfangseinrichtung, Bridge-Module
62, 64 Antennen
65 Spannungsversorgungleitung von (61, 63) 67 Signalleitungen zur und von (80)
73 Ausbuchtung; Kameragehäuse, optional
74 Kamera, optional
75 Beleuchtungsleuchtdioden, optional
80 Baugruppe, Glied, letztes; Greifer
89 Greifarme
90 Greiferbasismodul, Systemmodul, Basisgehäuse
96 FSR-Sensoren
100 Steuerung (SPS)
101 Lastleitung zu (51), variabel
102 Lastleitung zu (110)
103 Signalleitung zu (110)
110 Funkmaster
111 Sende- und Empfangseinrichtung von (110)

Claims

Patentansprüche :
1. System zur Anbindung einer - von einer HandhabungsVorrich tung (1) geführten - Baugruppe (80), als Teil eines mehrteiligen Adaptersystems (19), aus mindestens einem Aktor und mindestens einem Sensor an eine Steuerung, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Steuerung einen von der Handhabungsvorrichtung (1) räumlich getrennten Funkmaster (110) mit mindestens einer Sende- und Empfangseinrichtung (111) umfasst,
- dass die Baugruppe (80) mindestens eine Sende- und Empfangs einrichtung (61, 63) zur Kommunikation mit dem Funkmas ter (110) aufweist,
- dass die Baugruppe (80) über die Handhabungsvorrichtung (1) mit Lastspannung versorgt wird,
- dass in oder an der Baugruppe (80) die Lastspannung mit Hilfe eines DC/DC-oder AC/DC-Wandlers (51) auf eine Gleichstromsoll spannung gewandelt wird und
- dass die Gleichstromsollspannung die Sende- und Empfangsein richtung (61, 63) der Baugruppe (80) versorgt.
2. System zur Anbindung einer Baugruppe an eine Steuerung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (80) das letzte Glied (80) einer kinematischen Kette einer Handhabungs vorrichtung (1) ist, wobei die Baugruppe (80) neben mindestens einem Aktor und/oder mindestens einem Sensor ein Rechen- und Speichermodul umfasst.
3. System zur Anbindung einer Baugruppe an eine Steuerung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang des DC/DC- Wandlers (51) zur Energiespeicherung ein Kondensator (55) einge baut ist.
4. System zur Anbindung einer Baugruppe an eine Steuerung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (80) ein Teil eines mehrteiligen Adaptersystems (19) ist, das aus mehre ren Systemmodulen (20, 30, 40, 50, 90) besteht.
5. System zur Anbindung einer Baugruppe an eine Steuerung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Systemmodul (50) am Modulgehäuse eine Ausbuchtung (73) hat, in der eine Kamera (74) zur Beobachtung des zwischen den Greifarmen (89) gelegenen Rau mes angeordnet ist.
6. System zur Anbindung einer Baugruppe an eine Steuerung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beidseits an der Aus buchtung (73) des Systemmoduls (50) die einzelnen Antennen (62, 64) der Sende- und Empfangseinrichtungen (61, 63) angeordnet sind.
7. System zur Anbindung einer Baugruppe an eine Steuerung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine An
tenne (62, 64) des Systemmoduls (50) mit einer Antenne des Funk masters (110) kommuniziert.
8. System zur Anbindung einer Baugruppe an eine Steuerung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Sende- und Empfangseinrichtung (111) des Funkmasters (110) und der Sende- und Empfangseinrichtung (61, 63) des Greifers (80) die den oder die Aktoren steuernden Signale sowie die ausgewerteten Informa tionen des oder der Sensoren per Funk übermittelt werden.
9. System zur Anbindung einer Baugruppe an eine Steuerung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalübertragung verschlüsselt erfolgt.
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