WO2022127962A1 - Handhabungssystem mit externer steuerbaugruppe - Google Patents

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WO2022127962A1
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Martin Zimmer
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    • G05B2219/50347—Tool sends via electromagnetic waves actual working condition

Definitions

  • the invention relates to a handling system with an industrial robot carrying at least one handling device and with an industrial robot controller, the individual handling device having a handling tool and an electronic assembly with at least one computing unit and at least one radio module, and a method for operating such a handling system.
  • DE 102018 008 648 A1 discloses a handling system with a radio master arranged at a distance from the industrial robot control for controlling a handling device.
  • the present invention is based on the problem of developing a handling system with a largely universally usable control of the handling device.
  • the industrial robot control is connected to an external control assembly via a binary signal interface for bidirectional communication.
  • the external control assembly has a bidirectional wireless serial interface with the handling device designed as a signal and data interface.
  • the handling device and/or the external control assembly has at least one interface bank of a temporary data interface, this data interface being able to be locked against the signal interface at least for incoming data.
  • the computing unit is hard-wired to at least one force-dependent sensor system and/or at least one stroke-dependent sensor system.
  • the industrial robot controller transmits a command signal to the external control assembly via the signal interface when the handling device is in a predetermined spatial position.
  • the external control assembly transmits application data from a data memory to the handling device via the signal and data interface.
  • the handling device adjusts at least one actuator of a control path by means of a control device.
  • the arithmetic unit compares an actual value family of values for the control system with a specified set value field. If each of these actual values is within the setpoint field, the radio module transmits a status signal to the external control assembly via the signal and data interface.
  • the external control assembly transmits this status signal as an enable signal to the industrial robot controller via the signal interface.
  • the industrial robot controller and the external control assembly of the handling device are two controllers that communicate with each other using a binary, bidirectional signal interface. Only command signals from the industrial robot controller and only status signals from the handling device are transmitted from the external control assembly via this signal interface.
  • the external control assembly and the handling device have a wireless bidirectional data and signal interface. On the one hand, the parameters and commands of a handling device-specific sequential program are transmitted via this serial signal and data interface. On the other hand, the process data and the status signals are transmitted from the handling device to the external control assembly.
  • the temporary wireless data interface serves as the operator interface to the external control assembly and/or to the handling device. Sequence programs can be transmitted to the external control board and condensed data can be read from the external control board via this bidirectional data interface.
  • the external control module During operation of the industrial robot controller and/or the external control module, only data can be read out via the user interface. Reading data into the external control module is blocked during this time interval. Due to the low interface requirements for the binary signal interface, the external control module can be connected to industrial robot controls from different manufacturers.
  • the external control assembly and the handling device are operated while the axes of the industrial robot.
  • the start signal transmitted by the industrial robot controller starts the sequence program of the external control module.
  • the handling device issues a status signal, which is transmitted to the industrial robot controller as a release signal via the external control module.
  • the industrial robot controller continues to control the axis movements of the industrial robot.
  • FIG. 1 handling system
  • FIG. 2 Handling device
  • FIG. 3 Handling device with the housing partially removed
  • FIG. 4 housing shell with electronics assembly
  • Figure 5 Schematic of the handling system.
  • FIGS 1 - 5 show a handling system (10) and some of its components.
  • the handling system (10) comprises an industrial robot (20) and a handling device (50) arranged on it.
  • An industrial robot controller (40) is used to control the industrial robot (20).
  • the handling device (50) eg a gripping device (50), a pivoting unit, a rotary unit, a mini-spindle, etc.
  • the industrial robot controller (40) communicates with the external control assembly (110) by means of a signal interface (41).
  • the industrial robot (20) shown is a 6-axis robot in the form of a vertical articulated arm robot. It has a serial kinematic structure in the form of RRR kinematics.
  • the main axes of this industrial robot (20) are an A-axis (21), a B-axis (22) and a C-axis (23).
  • the A axis (21) includes a rotary table (24) with a vertical axis of rotation, which is arranged on a base (25).
  • the turntable (24) supports a foot lever (26) that can be pivoted about the horizontal B axis (22), for example by 210 angular degrees.
  • the C-axis (23) which carries the toggle lever (27).
  • the toggle lever (27) can be pivoted relative to the foot lever (26) by, for example, 270 angular degrees.
  • the three secondary axes (31-33) of the industrial robot (20) are also designed as rotary axes.
  • the first secondary axis (31), the D-axis (31), comprises a support arm (34) which can be rotated about its longitudinal axis and is mounted on the free end of the toggle lever (27).
  • the second secondary axis (32) is the E-axis (32), around which a hand lever (35) is mounted so that it can be pivoted by e.g. 270 angular degrees.
  • the hand lever (35) carries a turntable (36) which can be swiveled through 360 degrees and which is mounted so that it can rotate about the F axis (33).
  • the handling device (50) is arranged on the turntable (36).
  • the handling device (50) can be mounted on the turntable (36) directly or by means of an adapter.
  • the orientation of the handling device (50), among other things, is determined by means of the secondary axes (31-33) mentioned.
  • the handling device (50) can be controlled by appropriately controlling the individual axes (21-23, 31-33) of the industrial robot (20). travel almost any straight line or curved line in the working area.
  • a different construction of the industrial robot (20) for example in the form of a portal robot, a column-mounted robot, a polar robot, a SCARA robot, etc. is also conceivable.
  • These industrial robots (20) can have translatory axes. For example, they then have TTT, RTT or RRT kinematics.
  • the industrial robot (20) can also have two-dimensional kinematics.
  • a construction of the industrial robot (20) as a tripod, pentapod or hexapod is also conceivable. These have, for example, parallel kinematics.
  • the industrial robot controller (40) is, for example, a programmable logic controller.
  • This has a modular design, for example, and is arranged in a control housing (42), for example a switch cabinet.
  • One or more free slots for further control modules or additional function modules can be provided in said control housing (42), for example.
  • the programmable logic controller is an electronic controller with internal wiring that is independent of the control task.
  • the programmable logic controller can be programmed online or offline. Online programming can, for example, take place in a teach-in process. Offline programming can be graphic-interactive programming, for example. With this programming, a sequence program for the industrial robot (20) is generated or stored in the programmable logic controller.
  • This sequential program regulates, for example, the movements of the individual joints of the main and secondary axes of the industrial robot (20).
  • the sequence program of the industrial robot control (40) is designed here, for example, as a path control.
  • the industrial robot (20) is connected to the industrial robot controller (40) by hard wiring, for example.
  • data and signals between the industrial robot (20) and the industrial robot controller (40) are exchanged in both directions via this wiring.
  • data is understood to mean reinterpretable representations of information in a formalized manner that are suitable for communication and processing in the process. These are, for example, information packets which are transmitted block by block and which describe a program sequence or control a program sequence.
  • binary signals are understood to be signals.
  • each signal element can take on one of two discrete values.
  • a signal for example a command signal or a status signal, consists of a maximum of four bytes in the exemplary embodiment.
  • the power supply of the industrial robot (20) is controlled by means of the data.
  • This power supply is, for example, a 24 volt or 48 volt DC power supply.
  • the power supply of the industrial robot (20) for example, all the drive motors of the industrial robot (20) are supplied.
  • a power connection for the handling device (50) is provided, for example, on the turntable (36).
  • An interface bank (43) is arranged on the industrial robot controller (40). This interface bank (43) is part of the signal interface (41). Binary signals can be transmitted bidirectionally between the industrial robot controller (40) and the external control assembly (110) via this interface bank (43).
  • the two states of a signal element of a binary signal are, for example, "zero" and "one".
  • the signal exchange takes place at the machine language level.
  • up to 12 different binary signals are exchanged between the industrial robot controller (40) and the external control assembly (110).
  • FIGS. 2 and 3 show a gripping device (50) as a handling device (50) in a view and in a plan view with a partially sectioned housing (51).
  • the gripping device (50) comprises an electronics assembly (61) and a handling tool (71).
  • the electronics assembly (61) and the handling tool (71), designed, for example, as a gripping tool (71), are arranged and mounted in the gripper housing (51).
  • the gripping device (50) can also be designed in such a way that parts of the electronics assembly (61) are arranged in a separate housing, for example adjacent to the gripping tool (71).
  • the electronics assembly (61) is arranged in a side area of the gripper housing (51).
  • FIG. 4 shows a housing shell (52) of the gripper housing (51) with the electronics assembly (61) arranged therein.
  • the housing shell (52) has a cable opening (53).
  • the electronics assembly (61) can be connected to the industrial robot (20) through this cable opening (53) by means of a DC cable (54).
  • the electronics assembly (61) is supplied from the industrial robot (20) with, for example, an unmodulated DC voltage of the above-mentioned voltage values via this DC cable (61).
  • the electronics assembly (61) comprises an energy store (62), a computing unit (63), a storage unit (64) and a radio module (65). It can also include several energy stores (62), computing units (63), memory units (64) and/or radio modules (65).
  • the computing unit (63) and the radio module (65) are parts of a control element (101) of the gripping device (50).
  • the energy store (62) is formed, for example, by a capacitor used in a DC circuit. at high Acceleration of the gripping tool (71), additional energy can be made available to the drive motor (72) of the gripping tool (71) by means of this energy store (62). In this way, for example, the repercussions of consumption peaks on the industrial robot (20) can be reduced.
  • the operating voltage of the electronics assembly (61) or individual components (62-65) thereof can be lower than the voltage transmitted via the DC cable (54).
  • the electronics assembly includes an additional voltage converter, for example.
  • the arithmetic unit (63) is hard-wired to the radio module (65) as well as to the electric motor (72) and to sensor systems (73, 74) of the gripping device (50) by means of signal and/or data-carrying lines.
  • the computing unit (63) and the memory unit (64) can be used, for example, to evaluate and compress data that is recorded by the sensor systems (73, 74) of the gripping device (50). For example, information about the wear of the gripping device (50) or its components can result from the compressed data.
  • the radio module (65) has a transmitter and a receiver. Both the transmitter and the receiver are designed for a frequency in the range of 2.4 gigahertz, for example. Another frequency range, for example 5.8 gigahertz, is also conceivable. The respective reception frequencies in this range can adapt to the transmission frequency of the other station.
  • the voltage applied to the radio module (65) is 3.1 to 4.2 volts, for example.
  • the bidirectional interface bank (66) formed by the radio module (65) is, for example, asynchronously serial.
  • a transmission protocol is used, e.g. with UART, Bluetooth, WLAN, IO-Link® wireless, etc. used transmission protocol.
  • the cycle time of the data transmitted to the external control module (110) via the signal and data interface (111) designed as a point-to-point connection is less than, for example
  • the error rate here is, for example, 10 ⁇ 9 .
  • the data transmitted via the signal and data interface (111) therefore has a low delay time or latency.
  • the radio module (65) has an antenna, for example, which is suitable for horizontal, vertical or cross-polarized transmissions, etc.
  • the radio module (65) can have a single antenna, which is used both for transmission and for reception.
  • One or more separate antennas can also be provided for transmission and reception.
  • the individual antenna it is also conceivable for the individual antenna to be rotatable and/or pivotable. The alignment of the antenna can then be maintained at a fixed point in space when the industrial robot (20) and/or the gripping device (50) moves in space. Pivoting the antennas in groups is also conceivable.
  • the gripping device (50) can have several radio modules (65). These have, for example, different transmission parameters. One of the radio modules transmits via IO-Link® wireless, for example, another radio module transmits via WLAN, for example. If the gripping device (50) is designed with, for example, two different wireless interface banks (66), the first is, for example, a control-oriented interface bank (66) on the handling side and the second is an operator-oriented interface bank on the handling side.
  • the wall (55) of the housing shell (52) can be designed to be transparent to high-frequency radiation, at least in the area of the radio module (65). It can be made of a non-metallic material, for example a plastic, glass, a composite material, etc., for example. It is also conceivable to arrange the antenna or antennas of the radio module (65) on the outside of the gripper housing (51).
  • the control element (101) is electrically connected to an actuator (102) arranged in the gripping device (50).
  • the control member (101) together with the actuator (102) forms a control device (103) of the gripping device (50).
  • the actuator (102) is the drive motor (72).
  • This is an electric motor (72) in the form of a servo motor.
  • the electric motor (72) used in this exemplary embodiment can have an attached rotary encoder in the form of a resolver.
  • An absolute encoder is designed, for example, as a combination encoder with an asynchronous output interface.
  • both the speed of the electric motor (72) and, starting from a reference point, the absolute angular position of the motor shaft can be output.
  • the output signal of this sensor is, for example, a digital signal with, for example, 4096 increments.
  • the output of an analog signal which is e.g. in the range between 4 milliamps and 20 milliamps, is conceivable.
  • the current transmitted to the actuator (102) is monitored by means of a force-dependent sensor system (73), eg a gripping-force-dependent sensor system (73).
  • This sensor system (73) is, for example, a power switch (73). If the transmitted current exceeds a preset Threshold value, the power supply to the controller (102) is limited or switched off. At the same time, this power switch (73) reports this status signal to the arithmetic unit (63).
  • the actuator (102) can also be a pneumatic or hydraulic valve, a throttle, a magnet control, etc.
  • a pneumatic or hydraulic valve as the actuator (102)
  • the pressure in the line to the valve is checked using a pressure switch designed as a sensor. If a threshold value is exceeded, for example, the control valve is closed and a corresponding status signal is output.
  • a pressure sensor can be used as a leakage sensor, for example. When the leakage falls below a threshold value, a status signal is output to the arithmetic unit (63).
  • the electric motor (72) is arranged transversely in the gripper housing (51) in the illustration in FIG. It has an output pinion (75) which meshes with an input gear (76) of an intermediate shaft (77).
  • An output wheel (78) is also located on the intermediate shaft (77).
  • This output wheel (78) drives a worm shaft wheel (79) which sits on a worm shaft (81).
  • the output pinion (75), the input gear (76), the output gear (78) and the worm gear (79) are straight-toothed spur gears in this embodiment. They reduce the rotation of the output pinion (75) in several stages.
  • the worm shaft (81) carries a worm (82) which meshes with a worm wheel (83) mounted centrally in the gripper housing (51).
  • the worm wheel (83) sits on a common shaft (84) with a straight-toothed synchronizing wheel (85).
  • This synchronous wheel (85) meshes with two counter-rotating toothed racks (86), each of which is part of a carriage (87).
  • the Carriages (87) are thus forcibly guided to the actuator (102).
  • the transmission of the gripping tool (71) is self-locking, for example due to the high overall transmission ratio of the gear stages and the structure of the transmission.
  • the two carriages (87) can be displaced parallel to one another in the gripper housing (51) on sliding bearings.
  • a rolling bearing of the slides (87) in the gripper housing (51) is also conceivable.
  • Each of the slides (87) can also be driven by its own electric motor (72). These electric motors (72) are then controlled, for example, in such a way that their speed and position information is evaluated both individually and together.
  • a piece of goods (1) that is off-center relative to the gripping device (50) can then be picked up without changing the position of the axes (21-23, 31-33) of the industrial robot (20). be grabbed.
  • a stroke-dependent sensor system (74), for example a gripper stroke-dependent sensor system (74), can be arranged on at least one of the slides (87) and on the gripper housing (51).
  • This is, for example, an absolute path measuring system.
  • it includes a coded glass ruler.
  • the coding can be in the form of a Gray code, for example.
  • the position of the carriage (87) relative to the gripper housing (51) is determined by means of a light source shining through the glass scale and an optical sensor.
  • this absolute path measuring system (74) both the end positions of the carriage stroke and any intermediate position in both directions of the carriage stroke can be approached repeatedly.
  • Such a path measuring system can also be used, for example, in a pneumatically or hydraulically actuated gripping device (50).
  • an inductive path measuring system In the case of a gripping device (50) actuated by means of vacuum or magnetically, an inductive path measuring system, a laser measuring system, etc. can be used, for example. In the latter In some applications, for example, the use of an inductive or capacitive proximity switch is also conceivable.
  • Each of the carriages (87) carries an actuator (104) in the representations of FIGS.
  • the individual actuator (104) is a gripping element (88) in the form of a gripping jaw (88). If the gripping elements (88) are designed in the form of gripping jaws (88), the gripping tool (71) can have two, three or more than three gripping jaws (88). At least two gripping jaws (88) are designed to be movable relative to one another.
  • the two gripping surfaces (91) point, for example, towards the central transverse plane of the gripping device (50).
  • each of the gripping surfaces (91) is U-shaped. It is aligned in the direction of the other gripping surface (91).
  • the two gripping arms (89) of the parallel gripper (71) shown as gripping tool (71) are aligned parallel to one another.
  • the parallel gripper (71) described in this embodiment is designed as an external gripper.
  • the gripping tool (71) can also be in the form of an angle gripper, a needle gripper, a parallelogram gripper, etc.
  • the gripping tool (71) can be designed here for the non-positive and/or positive gripping of piece goods (1).
  • the individual cargo (1) is a workpiece, for example. This is conveyed, for example, by means of the handling system (10) from a magazine to a processing machine or in the opposite direction.
  • the piece goods (1) can, for example, also be a cutting tool, for example a milling tool, drilling tool, sawing tool, etc., which is located between a tool holder on the machine and a tool magazine is transported. It is also conceivable to accommodate other types of piece goods (1).
  • an optical sensor can detect the position of the item (1) relative to the gripping tool (71).
  • a sensor can also be used, for example, in addition to a gripping tool (71) designed with a non-positive fit.
  • piezoelectric sensors on the gripping arms (89) as parts of a sensor system (73) dependent on the gripping force. These can be in the form of strain gauges, for example.
  • the actuator (104) or the actuators (104) form, for example, together with the item (1), the control path (106) of the gripping device (50).
  • the actuator (104) described can also be combined with a pneumatically or hydraulically actuated actuator (102). If the actuator (102) is designed as a throttle, the actuator (104) is designed as a suction cup, for example. This can be applied non-positively to the packaged goods (1) to be picked up.
  • the suction cup actuated by means of the actuator (102) forms the gripping element (88) of a suction gripper.
  • the actuator (104) is, for example, a lifting plate which can be actuated by means of the actuator (102). This can be applied to the piece goods (1).
  • the actuator (104) is then non-positively connected to the item (1) when it is lifted, for example.
  • the external control assembly (110) is arranged next to the industrial robot (20).
  • the external control assembly (110) includes a control cabinet (112) with control cards (113, 114) arranged therein.
  • the control cards (113, 114) can also be accommodated in the control housing (42) of the industrial robot control (40).
  • the control cards (113, 114) are connected to the industrial robot controller (40) by means of the signal interface (41). If necessary, this binary signal interface (41) can also be wireless.
  • the external control assembly (110) is supplied with energy from the industrial robot controller (40).
  • the energy supply of the external control module (110) can also be designed to be electrically isolated from the energy supply of the industrial robot controller (40).
  • the energy supply of the external control module (110) can be buffered by means of an energy store, for example by means of an accumulator.
  • FIG. 5 shows a diagram of the handling system (10) with the interfaces (41, 111, 117) and with a peripheral device (130).
  • the external control assembly (110) has at least one serial interface bank (115). Data and signals can be wirelessly exchanged with the gripping device (50) via this interface bank (115). This exchange takes place via the signal and data interface (111).
  • the external control assembly (110) has a radio module for this purpose. This radio module is constructed, for example, like the radio module (65) described in connection with the gripping device (50).
  • the external control assembly (110) can have other radio modules of this type for bidirectional communication with other gripping devices (50). With these radio modules, for example, the respective antenna can be tracked in the direction of the respectively assigned gripping device (50).
  • the respective plane of polarization corresponds, for example, to the plane of polarization of the gripping device (50).
  • the external control assembly (110) has an additional interface bank (116) of a wireless data interface (117).
  • This data interface (117) differs, for example, in the frequency range and/or in the transmission protocol used from the wireless signal and data interfaces (111) between the external control assembly (110) and the gripping devices (50).
  • the control-side interface bank (116) of the data interface (117) is referred to below as the control-side operator-oriented interface bank (116).
  • the data interface (117) is an operator-side interface (117). It only exists after a data connection has been established between an operator-side peripheral device (130) and the control module (110). When the peripheral device (130) is separated from the data interface (117), this temporary data interface (117) is switched off, for example. Switching, for example to a diagnostic mode, is also conceivable. The diagnostic mode can be permanent.
  • the external control assembly (110) includes an application computer and a data storage unit.
  • the application computer has, for example, three processors.
  • a first processor has a clock frequency of 264 megahertz
  • a further processor has a clock frequency of 1.2 gigahertz
  • the third processor has a clock frequency of 1.6 gigahertz.
  • the first-mentioned processor can be used, for example, for an external direct control.
  • the circuit board of the application computer has dimensions of 30 millimeters by 30 millimeters, for example. Their height, including the assembly, is five millimeters, for example.
  • the application computer is wired both to the binary interface bank (118) of the signal interface (41) and to the wireless interface banks (115, 116) of the signal and data Ten interface (111) and the data interface (117) connected.
  • Process data, event data and maintenance data for example, are processed and collected in the application computer and/or in the data storage unit.
  • Light-emitting diodes (119) are arranged on the external control module (110) to display the operating status of the application computer. Additional connections (121) for wired data and signal transmissions are also provided on the external control assembly (110).
  • the non-volatile data storage unit connected to the application computer is electrically buffered and has a storage capacity of e.g. two times 512 megabytes. In the exemplary embodiment, it has eight pins. Their dimensions are, for example, 8 millimeters by 5.3 millimeters by 2 millimeters.
  • an application computer and a data storage unit with a higher capacity can also be used.
  • an operating system and/or a programmable logic controller for the gripping device (50) can be installed in the application computer.
  • the operating system is, for example, a real-time operating system.
  • a commercially available portable computer (130), for example, is used as the peripheral device (130).
  • This computer (130) has an interface bank (131) of the wireless data interface (117).
  • the data interface (117) described here between the external control module (110) and the peripheral device (130) can, for example, alternatively be set up between the peripheral device (130) and the gripping device (50). In the latter case, the computer communicates (130) then with the gripping device (50) via the above-mentioned handling-side operator-oriented interface.
  • the peripheral device (130) can be used to block the signal interface (41) when the data interface (117) is in operation. For example, a start command from the industrial robot controller (40) to the gripping device (50) can be prevented during the transmission of data from the peripheral device (130) to the external control assembly (110).
  • a sequence program for the gripping device (50) can be created by means of the computer (130), for example during the main time of the handling system (10).
  • the program is created, for example, graphically interactively with the operator. Direct teaching of the gripping device (50) while the handling system (10) is at a standstill is also conceivable.
  • the sequence program created is transmitted wirelessly from the computer (130) to the external control assembly (110). Depending on the structure of the data interface (117), this transmission takes place either directly from the computer (130) to the external control assembly (110) or from the computer (130) via the gripping device (50) to the external control assembly (110). .
  • the individual sequential program is, for example, created specifically for a single gripping device (50) and the piece goods (1) to be gripped.
  • the data interface (117) is locked against the signal interface (41) for the data transmitted to the external control assembly (110). This means that no data can be transferred from the peripheral device (130) to the external control assembly (110) while the gripping device (50) is in operation. During the main time of the gripping device (50), however, data stored in the external control module (110) can be read out via the operator-side data interface (117) using the peripheral device (130). Here can for example, error logs, operating times and downtimes and wear parameters are transmitted to the peripheral device (130).
  • the external control assembly (110) can have network access to a data network.
  • current data from the manufacturer of the gripping device (50) and/or the external control assembly (110) can be transmitted to the external control assembly (110).
  • a query, e.g. of operating or maintenance data via network access, is also conceivable.
  • the gripping device (50) After attaching the gripping device (50) to the industrial robot (20), the gripping device (50) transmits a device-specific signal to the external control assembly (110) via the signal and data interface (111).
  • the external control module (110) assigns the application program that is valid at this point in time to this coding and loads it from the data storage unit.
  • the application program includes, for example, all the data and commands for carrying out a gripping task for the piece goods (1) provided using the gripping device (50).
  • the industrial robot (20) moves the gripping device (50), e.g. over a piece of goods (1) to be picked up.
  • the gripping elements (88) of the gripping device (50) are open, for example.
  • the industrial robot controller (40) sends a command signal to the external control assembly (110) to close the gripping device (50).
  • This command signal is transmitted as a binary signal via the signal interface (41).
  • this switching command triggers the program start of the specific locking program of the gripping device (50) connected to the industrial robot (20).
  • the closing program contains, for example, parameters for the acceleration and the speed of the gripping elements (88), for the intended pressing force of the gripping elements (88) on the piece goods (1) and a desired value and an associated tolerance range for the position of the gripping elements ( 88) when closed.
  • the required motor current of the electric motor (72) over time, a threshold value for the current limitation of the electric motor (72) and a tolerance range for the position measuring system are determined from these parameters by means of the external control module (110). These data are transmitted to the gripping device (50) via the wireless serial signal and data interface (111).
  • the data coming from the external control unit (110) are received in the gripping device (50) by means of the receiving part of the radio module (65).
  • the control element (101) of the control device (103) starts the actuator (102) and controls the movement of the actuator (102).
  • the electric motor (72) rotates the synchronous wheel (85) by means of its output pinion (75) and the downstream gear.
  • the synchronous wheel (85) shifts the toothed racks (86) relative to the gripper housing (51) so that the gripping elements (88) approach one another.
  • the actuator (102) thus adjusts the actuators (104).
  • the absolute displacement measurement system (74) tracks the position of the actuators (104).
  • the gripping force-dependent sensor system (73) e.g. designed as a current switch (73)
  • the gripping force-dependent sensor system (73) emits a signal pulse.
  • the motor current is limited or switched off.
  • the state of the gripping device (50) which is dependent on the gripper stroke, is checked by means of the arithmetic unit (63).
  • a family of actual values of the control path (106) is compared with a set value field specified by the external control module (110). The dimensions of the setpoint field and the number of values in the group of values correspond, for example, to the number of different physical values checked.
  • the target field has two dimensions.
  • the family of test values can also have more than two values.
  • the dimension of the target field is then also greater than two.
  • the dimensions of the target field can be greater than or equal to the number of sensor systems queried.
  • the actual value of the absolute displacement measuring system is compared with the target value of the gripping position and its tolerance zone when the signal pulse is mentioned. If the actual position of the absolute path measuring system (74) is within the specified tolerance zone around the target position, the signal from the current switch (73) is sent to the external control assembly (110) forwarded.
  • This status signal can be integrated into a data set with further data of the gripping device (50).
  • the gripping device (50) has gripped the item (1) with the specified holding force.
  • the external control assembly (110) forwards this status signal as a binary signal via the signal interface (41) to the industrial robot controller (40). The gripping process is complete. After receiving this status signal, the industrial robot controller (40) can continue the program sequence for the industrial robot (20).
  • the further gripping process is interrupted, for example, and an error message is sent to the external control module (110). After a check and/or correction by the operator, for example, the program sequence can be continued.
  • the gripping force-dependent sensor system (73) can also output an analog output signal, for example four to twenty milliamps.
  • a target value is also determined for this sensor system (73), which lies within an associated tolerance range, for example. If, for example, the motor current rises to a value within the tolerance range, a target/actual comparison of the path position is also carried out in the computing unit (63), as described above.
  • a status signal for successful picking up of the piece goods (1) or an error message is transmitted to the external control assembly (110).
  • the rest of the process is as described above.
  • the industrial robot (20) moves the item (1) picked up by the gripping device (50), for example to an unloading position. There, the piece goods (1) is placed, for example, on a base.
  • the industrial robot controller (40) sends a binary command signal to the external control assembly (110). This is the command to open the gripping device (50).
  • the sequence program assigned to the specific gripping device (50) for the release task is called up in the external control module (110).
  • the process parameters for opening the gripping device (50) are calculated and transmitted to the gripping device (50) via the wireless signal and data interface (111). These process parameters include, for example, the speed of the electric motor (72) when starting up, during operation and when braking.
  • a target value of the position measuring system for the open position and an associated tolerance zone are transmitted.
  • the actuator (102) is driven by means of the control member (101).
  • the actuator (102) adjusts the actuators (104).
  • the two gripping elements (88) are moved away from each other.
  • the absolute path measuring system (74) transmits the respective position via the computing unit (63), the radio module (65) and the signal and data interface (111) to the external control assembly (110).
  • the general cargo (1) is released.
  • the arithmetic unit (63) of the gripping device (50) carries out a constant comparison of the actual position of the absolute position measuring system (74) with the specified desired value while the gripping elements (88) are being moved.
  • the power supply to the electric motor tors (72) reduced and shut down.
  • the set of actual values includes one value.
  • the target field has the dimension one. If the group of actual values is within the target field, the computing unit (63) of the gripping device (50) transmits a binary status signal via the wireless signal and data interface (111) to the external control assembly (110). This status signal is forwarded by the external control assembly (110) as a binary signal via the signal interface (41) to the industrial robot controller (40). An acknowledgment of this signal by the industrial robot controller (40) ends the sequence program of the external control module (110).
  • the gripping elements (88) are open. The industrial robot controller (40) can now move the industrial robot (20) further, for example to pick up another piece of goods (1).
  • a pneumatically or hydraulically actuated gripping device (50) the outputs of, for example, two sensor systems whose outputs are controlled by different physical quantities are also compared when the gripper is closed. This comparison takes place in the computing unit (63) of the gripping device (50). For example, a binary pressure switch sensor or an analogue pressure sensor with a tolerance range and an analogue absolute position measuring system with a tolerance range are queried. A status signal about the successful closing is only transmitted to the external control assembly (110) if both interrogation results are within the specified target field at the same time. This status signal is transmitted from the external control assembly (110) to the industrial robot controller (40) as a release signal.
  • the current value of the position measuring system is transmitted, for example digitally, to the external control assembly (110) via the signal and data interface (111).
  • the current actual position of the gripping elements (88) is also transmitted to the external control assembly (110).
  • the target/actual comparison of the absolute path measuring system (74) with the default value for the opened gripping device is carried out.
  • a corresponding signal is sent to the external control module (110).
  • the control section (106) only includes the gripping element (88).
  • the vacuum sensor and the absolute path measuring system are evaluated when picking up a unit load (1).
  • the evaluation and forwarding of the status signal when the piece goods (1) have been gripped successfully takes place as described above.
  • the suction pad is opened, only the comparison result of the absolute displacement measuring system (74) is compared with the target position of the opened suction pad.
  • the industrial robot (20) is released to move.
  • the magnetic current and an optical sensor are evaluated as comparison variables.
  • the optical sensor is used as a gripper stroke-dependent sensor system (74).
  • the release for the industrial robot (20) is determined, for example, using the data from the optical sensor.
  • the external control module (110) can also be designed to be self-learning. For example, from the feedback of the data and signals of the handling device (50) new Default values are determined. When the program is called up again, the sequence programs can then be used with the new default values. For example, a new default value for the change in force can be determined from the actual gradient of the change in value of a force-dependent sensor system (73) over time, for example for pulse reduction. For example, the reduction curve of the motor current is adjusted for this purpose before the piece goods (1) come into contact.
  • the handling device (50) is changed, the new handling device (50) is recognized by the external control assembly (80) on the basis of its coding. The rest of the procedure is as described above. Combinations of the individual exemplary embodiments are also conceivable.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Handhabungssystem mit einem mindestens eine Handhabungsvorrichtung tragenden Industrieroboter und mit einer Industrierobotersteuerung, wobei die einzelne Handhabungsvorrichtung ein Handhabungswerkzeug und eine Elektronikbaugruppe mit mindestens einer Recheneinheit und mindestens einem Funkmodul aufweist sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Handhabungssystems. Die Industrierobotersteuerung ist mittels einer binären Signalschnittstelle zur bidirektionalen Kommunikation mit einer externen Steuerbaugruppe verbunden. Die externe Steuerbaugruppe hat mit der Handhabungsvorrichtung eine als Signal- und Datenschnittstelle ausgebildete bidirektionale drahtlose serielle Schnittstelle. Die Handhabungsvorrichtung und/oder die externe Steuerbaugruppe hat mindestens ein Schnittstellenufer einer temporären Datenschnittstelle, wobei diese Datenschnittstelle zumindest für ankommende Daten gegen die Signalschnittstelle verriegelbar ist. Innerhalb der Handhabungsvorrichtung ist die Recheneinheit mit mindestens einem kraftabhängigen Sensorsystem und/oder mindestens einem hubabhängigen Sensorsystem festverdrahtet verbunden. Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Handhabungssystem mit einer weitgehend universell einsetzbaren Ansteuerung der Handhabungsvorrichtung entwickelt.

Description

Handhabungssystem mit externer Steuerbaugruppe
Beschreibung :
Die Erfindung betrifft ein Handhabungssystem mit einem mindes- tens eine Handhabungsvorrichtung tragenden Industrieroboter und mit einer Industrierobotersteuerung, wobei die einzelne HandhabungsVorrichtung ein Handhabungswerkzeug und eine Elekt- ronikbaugruppe mit mindestens einer Recheneinheit und mindes- tens einem Funkmodul aufweist sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Handhabungssystems.
Aus der DE 102018 008 648 A1 ist ein Handhabungssystem mit einem beabstandet von der Industrierobotersteuerung angeordne- ten Funkmaster zur Steuerung einer HandhabungsVorrichtung be- kannt . Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, ein Handhabungssystem mit einer weitgehend universell einsetz- baren Ansteuerung der Handhabungsvorrichtung zu entwickeln.
Diese Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspru- ches gelöst. Dazu ist die Industrierobotersteuerung mittels einer binären Signalschnittstelle zur bidirektionalen Kommuni- kation mit einer externen Steuerbaugruppe verbunden. Die ex- terne Steuerbaugruppe hat mit der Handhabungsvorrichtung eine als Signal- und Datenschnittstelle ausgebildete bidirektionale drahtlose serielle Schnittstelle. Die Handhabungsvorrichtung und/oder die externe Steuerbaugruppe hat mindestens ein Schnittstellenufer einer temporären Datenschnittstelle, wobei diese Datenschnittstelle zumindest für ankommende Daten gegen die Signalschnittstelle verriegelbar ist. Innerhalb der Hand- habungsvorrichtung ist die Recheneinheit mit mindestens einem kraftabhängigen Sensorsystem und/oder mindestens einem hubab- hängigen Sensorsystem festverdrahtet verbunden.
Im Verfahren zum Betrieb des Handhabungssystems überträgt die Industrierobotersteuerung bei Lage der Handhabungsvorrichtung in einer vorgegebenen Raumposition über die Signalschnitt- stelle ein Befehlssignal an die externe Steuerbaugruppe. Die externe Steuerbaugruppe überträgt Anwendungsdaten aus einem Datenspeicher über die Signal- und Datenschnittstelle an die Handhabungsvorrichtung . Die Handhabungsvorrichtung stellt mit- tels einer Steuereinrichtung mindestens ein Stellglied einer Steuerstrecke ein. Die Recheneinheit vergleicht eine Istwert- Werteschar der Steuerstrecke mit einem vorgegebenen Sollwert- feld. Bei Lage jedes dieser Istwerte innerhalb des Sollwert- felds übermittelt das Funkmodul ein Statussignal über die Sig- nal- und Datenschnittstelle an die externe Steuerbaugruppe. Die externe Steuerbaugruppe überträgt dieses Statussignal als Freigabesignal über die Signalschnittstelle an die Industrie- robotersteuerung .
Die Industrierobotersteuerung und die externe Steuerbaugruppe der Handhabungsvorrichtung sind zwei Steuerungen, die mittels einer binären bidirektionalen Signalschnittstelle miteinander kommunizieren. Über diese Signalschnittstelle werden von der Industrierobotersteuerung nur Befehlssignale und von der ex- ternen Steuerbaugruppe nur Statussignale der Handhabungsvor- richtung übertragen. Die externe Steuerbaugruppe und die Hand- habungsvorrichtung haben eine drahtlose bidirektionale Daten- und Signalschnittstelle. Über diese serielle Signal- und Da- tenschnittstelle werden zum einen die Parameter und Kommandos eines handhabungsvorrichtungsspezifischen Ablaufprogramms übertragen. Zum anderen werden die Prozessdaten und die Sta- tussignale von der HandhabungsVorrichtung an die externe Steu- erbaugruppe übertragen. Als Bedienerschnittstelle zur externen Steuerbaugruppe und/oder zur Handhabungsvorrichtung dient die temporäre drahtlose Datenschnittstelle. Über diese bidirektio- nale Datenschnittstelle können Ablaufprogramme an die externe Steuerbaugruppe übertragen und verdichtete Daten aus der ex- ternen Steuerbaugruppe ausgelesen werden. Während des Betrie- bes der Industrierobotersteuerung und/oder der externen Steu- erbaugruppe können über die Bedienerschnittstelle nur Daten ausgelesen werden. Das Einlesen von Daten in die externe Steu- erbaugruppe ist während dieses Zeitintervalls verriegelt. Auf- grund der geringen Schnittstellenanforderungen an die binäre Signalschnittstelle kann die externe Steuerbaugruppe an die Industrierobotersteuerungen unterschiedlicher Hersteller ange- schlossen werden.
Der Betrieb der externen Steuerbaugruppe und der Handhabungs- Vorrichtung erfolgt während eines Stillstands der Achsen des Industrieroboters. Das von der Industrierobotersteuerung über- tragende Startsignal startet das Ablaufprogramm der externen Steuerbaugruppe. Nach erfolgreicher Beendigung dieses Ablauf- Programms wird von der Handhabungsvorrichtung ein Statussignal ausgegeben, das über die externe Steuerbaugruppe als Freigabe- signal an die Industrierobotersteuerung übertragen wird. Nach Erhalt des Freigabesignals setzt die Industrierobotersteuerung die Steuerung der Achsbewegungen des Industrieroboters fort.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unter- ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung schematisch dar- gestellter Ausführungsformen.
Figur 1: Handhabungssys tem;
Figur 2 : Handhabungsvorrichtung;
Figur 3 : HandhabungsVorrichtung bei teilweise abgenommenem Gehäuse;
Figur 4: Gehäuseschale mit Elektronikbaugruppe; Figur 5: Schema des Handhabungssystems.
Die Figuren 1 - 5 zeigen ein Handhabungssystem (10) und einige seiner Komponenten. Das Handhabungssystem (10) umfasst einen Industrieroboter (20) und eine an diesem angeordnete Handha- bungsvorrichtung (50). Zur Steuerung des Industrierobo- ters (20) wird eine Industrierobotersteuerung (40) eingesetzt. Die Handhabungsvorrichtung (50), z.B. eine Greifvorrich- tung (50), eine Schwenkeinheit, eine Dreheinheit, eine Mi- nispindel, etc., wird mittels einer externen Steuerbau- gruppe (110) gesteuert. Hierbei kommuniziert die Industriero- botersteuerung (40) mit der externen Steuerbaugruppe (110) mittels einer Signalschnittstelle (41). Der dargestellte Industrieroboter (20) ist ein 6-Achs-Roboter in der Bauform eines Vertikal-Gelenkarm-Roboters. Er hat eine serielle kinematische Struktur in der Bauform einer RRR- Kinematik. Diese umfasst drei rotatorische Hauptachsen (21 - 23). Die Hauptachsen dieses Industrieroboters (20) sind eine A-Achse (21), eine B-Achse (22) und eine C-Achse (23). Die A- Achse (21) umfasst einen Drehtisch (24) mit vertikaler Rotati- onsachse, der auf einem Sockel (25) angeordnet ist. Der Dreh- tisch (24) lagert als erstes Kinematikkettenglied einen um die horizontale B-Achse (22) z.B. um 210 Winkelgrade schwenkbaren Fußhebel (26). Am Ende des Fußhebels (26) sitzt als Gelenk mit ebenfalls horizontaler Schwenkachse die C-Achse (23), die den Kniehebel (27) trägt. Der Kniehebel (27) ist relativ zum Fuß- hebel (26) um z.B. 270 Winkelgrade schwenkbar.
Im Ausführungsbeispiel sind auch die drei Nebenachsen (31 - 33) des Industrieroboters (20) als rotatorische Achsen ausge- bildet. Die erste Nebenachse (31), die D-Achse (31), umfasst einen um seine Längsachse drehbaren Tragarm (34), der am freien Ende des Kniehebels (27) gelagert ist. Die zweite Nebe- nachse (32) ist die E-Achse (32), um die ein Handhebel (35) um z.B. 270 Winkelgrade schwenkbar gelagert ist. Der Handhe- bel (35) trägt einen um 360 Winkelgrade schwenkbaren Drehtel- ler (36), der um die F-Achse (33) rotierbar gelagert ist. Am Drehteller (36) ist die Handhabungsvorrichtung (50) angeord- net. Hierbei kann die Handhabungsvorrichtung (50) direkt oder mittels eines Adapters am Drehteller (36) gelagert sein. Mit- tels der genannten Nebenachsen (31 - 33) wird u.a. die Orien- tierung der HandhabungsVorrichtung (50) bestimmt.
Beim Betrieb des Industrieroboters (20) kann die Handhabungs- vorrichtung (50) über eine entsprechende Ansteuerung der ein- zelnen Achsen (21 - 23, 31 - 33) des Industrieroboters (20) nahezu jede beliebige gerade Strecke oder gekrümmte Linie im Arbeitsraum abfahren. Auch ein anderer Aufbau des Industriero- boters (20), z.B. in der Bauform eines Portalroboters, eines Standsäulenroboters, eines Polarroboters, eines SCARA- Roboters, etc. ist denkbar. Diese Industrieroboter (20) können translatorische Achsen aufweisen. Beispielsweise haben sie dann eine TTT-, RTT- oder RRT-Kinematik. Der Industrierobo- ter (20) kann auch eine zweidimensionale Kinematik aufweisen. Auch ein Aufbau des Industrieroboters (20) als Tripod, Penta- pod oder Hexapod ist denkbar. Diese haben beispielsweise eine Parallelkinematik .
Die Industrierobotersteuerung (40) ist beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung. Diese ist z.B. modular auf- gebaut und in einem Steuerungsgehäuse (42), z.B. einem Schalt- schrank, angeordnet. In dem genannten Steuerungsgehäuse (42) können beispielsweise ein oder mehrere freie Steckplätze für weitere Steuerungsmodule oder Zusatzfunktionsmodule vorgesehen sein. Die speicherprogrammierbare Steuerung ist eine elektro- nische Steuerung mit einer unabhängig von der Steuerungsauf- gabe ausgebildeten internen Verdrahtung. Die Programmierung der speicherprogrammierbaren Steuerung kann als online-Pro- grammierung oder als offline-Programmierung erfolgen. Eine on- line-Programmierung kann beispielsweise in einem Einlernver- fahren erfolgen. Eine offline-Programmierung kann z.B. eine grafisch-interaktive Programmierung sein. Bei dieser Program- mierung wird in der speicherprogrammierbaren Steuerung ein Ab- laufprogramm für den Industrieroboter (20) erzeugt oder abge- legt. Dieses Ablaufprogramm regelt beispielsweise die Bewegun- gen der einzelnen Gelenke der Haupt- und Nebenachsen des In- dustrieroboters (20). Das Ablaufprogramm der Industrieroboter- steuerung (40) ist hierbei z.B. als Bahnsteuerung ausgelegt. Der Industrieroboter (20) ist beispielsweise fest verdrahtet mit der Industrierobotersteuerung (40) verbunden. Über diese Verdrahtung werden beispielsweise Daten und Signale zwischen dem Industrieroboter (20) und der Industrierobotersteue- rung (40) in beide Richtungen ausgetauscht. Unter Daten werden im Folgenden wiederinterpretierbare Darstellungen von Informa- tionen in formalisierter Art verstanden, die zur Kommunikation und zur Verarbeitung im Prozess geeignet sind. Dies sind bei- spielsweise satzweise übertragene Informationspakete, die ei- nen Programmablauf beschreiben oder ein Programmablauf steu- ern. Als Signale werden im Folgenden binäre Signale verstan- den. Dies sind digitale Signale, in denen jedes Signalelement einen von zwei diskreten Werten einnehmen kann. Ein derartiges Signal, z.B. ein Befehlssignal oder ein Statussignal, besteht im Ausführungsbeispiel aus maximal vier Bytes. Beispielsweise werden mittels der Daten die Stromversorgung des Industriero- boters (20) gesteuert. Diese Stromversorgung ist beispiels- weise eine 24 Volt oder 48 Volt-Gleichstromversorgung. Mittels der Stromversorgung des Industrieroboters (20) werden z.B. sämtliche Antriebsmotoren des Industrieroboters (20) versorgt. Außerdem ist beispielsweise am Drehteller (36) ein Stroman- schluss für die Handhabungsvorrichtung (50) vorgesehen.
An der Industrierobotersteuerung (40) ist ein Schnittstellen- ufer (43) angeordnet. Dieses Schnittstellenufer (43) ist Teil der Signalschnittstelle (41). Über dieses Schnittstellen- ufer (43) sind binäre Signale zwischen der Industrieroboter- steuerung (40) und der externen Steuerbaugruppe (110) bidirek- tional übertragbar. Die zwei Zustände eines Signalelements ei- nes binären Signals sind z.B. "Null" und "Eins". Beispiels- weise erfolgt der Signalaustausch auf der Ebene der Maschinen- sprache. Im Ausführungsbeispiel werden bis zu 12 verschiedene binäre Signale zwischen der Industrierobotersteuerung (40) und der externen Steuerbaugruppe (110) ausgetauscht. Die Figuren 2 und 3 zeigen als HandhabungsVorrichtung (50) eine GreifVorrichtung (50) in einer Ansicht und in einer Draufsicht bei teilweise geschnittenem Gehäuse (51). Die Greifvorrichtung (50) umfasst eine Elektronikbaugruppe (61) und ein Handhabungswerkzeug (71). In diesem Ausführungsbei- spiel sind die Elektronikbaugruppe (61) und das z.B. als Greifwerkzeug (71) ausgebildete Handhabungswerkzeug (71) im Greifergehäuse (51) angeordnet und gelagert. Die Greifvorrich- tung (50) kann auch so ausgeführt sein, dass Teile der Elekt- ronikbaugruppe (61) in einem separaten, z.B. an das Greifwerk- zeug (71) angrenzenden Gehäuse angeordnet sind.
Die Elektronikbaugruppe (61) ist im Ausführungsbeispiel in ei- nem Seitenbereich des Greifergehäuses (51) angeordnet. Die Fi- gur 4 zeigt eine Gehäuseschale (52) des Greifergehäuses (51) mit der darin angeordneten Elektronikbaugruppe (61). Die Ge- häuseschale (52) weist einen Kabeldurchbruch (53) auf. Durch diesen Kabeldurchbruch (53) hindurch ist die Elektronikbau- gruppe (61) mittels eines Gleichstromkabels (54) mit dem In- dustrieroboter (20) verbindbar. Über dieses Gleichstromka- bel (61) wird die Elektronikbaugruppe (61) vom Industrierobo- ter (20) aus mit einer z.B. unmodulierten Gleichspannung der oben genannten Spannungswerte versorgt.
Die Elektronikbaugruppe (61) umfasst in diesem Ausführungsbei- spiel einen Energiespeicher (62), eine Recheneinheit (63), eine Speichereinheit (64) und ein Funkmodul (65). Sie kann auch mehrere Energiespeicher (62), Recheneinheiten (63), Spei- chereinheiten (64) und/oder Funkmodule (65) umfassen. Die Re- cheneinheit (63) und das Funkmodul (65) sind hierbei Teile ei- nes Steuergliedes (101) der Greifvorrichtung (50). Der Ener- giespeicher (62) wird beispielsweise durch einen in einem Gleichstromkreis eingesetzten Kondensator gebildet. Bei hohen Beschleunigungen des Greifwerkzeugs (71) kann mittels dieses Energiespeichers (62) dem Antriebsmotor (72) des Greifwerk- zeugs (71) zusätzliche Energie zur Verfügung gestellt werden. Damit können z.B. Rückwirkungen von Verbrauchsspitzen auf den Industrieroboter (20) reduziert werden.
Gegebenenfalls kann die Betriebsspannung der Elektronikbau- gruppe (61) oder einzelner ihrer Komponenten (62 - 65) gerin- ger sein als die über das Gleichstromkabel (54) übertragene Spannung. In diesem Fall umfasst die Elektronikbaugruppe z.B. einen zusätzlichen Spannungswandler.
Die Recheneinheit (63) ist sowohl mit dem Funkmodul (65) als auch mit dem Elektromotor (72) und mit Sensorsystemen (73, 74) der Greifvorrichtung (50) mittels signal- und/oder datenfüh- render Leitungen festverdrahtet verbunden. Mittels der Rechen- einheit (63) und der Speichereinheit (64) können beispiels- weise Daten, die mittels der Sensorsysteme (73, 74) der Greif- vorrichtung (50) erfasst werden, ausgewertet und verdichtet werden. Aus den verdichteten Daten können sich z.B. Angaben über den Verschleiß der Greifvorrichtung (50) oder ihrer Kom- ponenten ergeben.
Das Funkmodul (65) hat im Ausführungsbeispiel einen Sender und einen Empfänger. Sowohl der Sender als auch der Empfänger sind beispielsweise für eine Frequenz im Bereich von 2,4 Gigahertz ausgelegt. Auch ein anderer Frequenzbereich, z.B. 5,8 Gi- gahertz, ist denkbar. Hierbei können sich die jeweiligen Emp- fangsfrequenzen in diesem Bereich an die Sendefrequenz der Ge- genstation anpassen. Die an das Funkmodul (65) angelegte Span- nung beträgt beispielsweise 3,1 bis 4,2 Volt. Das vom Funkmo- dul (65) gebildete bidirektionale Schnittstellenufer (66) ist z.B. asynchron seriell ausgebildet. Als Übertragungsprotokoll wird ein z.B. bei UART, Bluetooth, WLAN, IO-Link® wireless, etc. eingesetztes Übertragungsprotokoll genutzt. Die Zyklus- zeit der über die als Punkt-zu-Punkt-Verbindung ausgebildete Signal- und Datenschnittstelle (111) zur externen Steuerbau- gruppe (110) übertragen Daten ist beispielsweise kleiner als
5 Millisekunden. Die Fehlerrate liegt hierbei z.B. bei 10-9 Die über die Signal- und Datenschnittstelle (111) übertragenen Daten haben damit eine geringe Verzögerungszeit oder Latenz.
An der Signal- und Datenschnittstelle (111) hat das Funkmo- dul (65) z.B. eine Antenne, die sowohl zur Übertragung hori- zontal, vertikal oder kreuzpolarisierter, etc. Übertragungen geeignet ist. Hierbei kann das Funkmodul (65) eine einzige An- tenne aufweisen, die sowohl für das Senden als auch für den Empfang eingesetzt wird. Für das Senden und den Empfang können auch jeweils eine oder mehrere getrennte Antennen vorgesehen sein. Es ist auch denkbar, die einzelne Antenne dreh- und/oder schwenkbar zu gestalten. Die Ausrichtung der Antenne kann dann bei Bewegungen des Industrieroboters (20) und/oder der Greif- vorrichtung (50) im Raum auf einen festen Punkt im Raum beibe- halten werden. Auch ein gruppenweises Schwenken der Antennen ist denkbar.
Die Greifvorrichtung (50) kann mehrere Funkmodule (65) aufwei- sen. Diese haben beispielsweise unterschiedlichen Übertra- gungsparameter. Eines der Funkmodule überträgt z.B. mittels IO-Link® wireless, ein anderes Funkmodul überträgt beispiels- weise mittels WLAN. Bei einer Ausbildung der Greifvorrich- tung (50) mit z.B. zwei unterschiedlichen drahtlosen Schnitt- stellenufern (66) ist beispielsweise das erste ein handha- bungsseitiges steuerungsorientiertes Schnittstellenufer (66) und das zweite ein handhabungsseifiges bedienerorientiertes Schnittstellenufer . Die Wandung (55) der Gehäuseschale (52) kann zumindest im Be- reich des Funkmoduls (65) für hochfrequente Strahlung durch- lässig ausgebildet sein. Sie kann z.B. aus einem nichtmetalli- schen Werkstoff, z.B. einem Kunststoff, Glas, einem Verbund- werkstoff, etc. ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, die An- tenne oder die Antennen des Funkmoduls (65) an der Außenseite des Greifergehäuses (51) anzuordnen.
Das Steuerglied (101) ist mit einem in der Greifvorrich- tung (50) angeordneten Steller (102) elektrisch verbunden. Das Steuerglied (101) bildet zusammen mit dem Steller (102) eine Steuereinrichtung (103) der Greifvorrichtung (50). Der Stel- ler (102) ist in diesem Ausführungsbeispiel der Antriebsmo- tor (72). Dies ist ein Elektromotor (72) in der Bauform eines Servomotors. Der in diesem Ausführungsbeispiel eingesetzte Elektromotor (72) kann einen angebauten Drehgeber in der Bau- form eines Resolvers aufweisen. Auch der Einsatz eines Abso- lutwertgebers z.B. in Multi-turn-Ausführung, ist denkbar. Ein Absolutwertgeber ist beispielsweise als Kombigeber mit einer asynchronen Ausgangsschnittstelle ausgebildet. Mittels eines derartigen Sensors kann sowohl die Drehzahl des Elektromo- tors (72) als auch, ausgehend von einem Referenzpunkt, die ab- solute Winkellage der Motorwelle ausgegeben werden. Das Aus- gangssignal dieses Sensors ist z.B. ein digitales Signal mit beispielsweise 4096 Inkrementen. Ach die Ausgabe eines analo- gen Signals, das z.B. im Bereich zwischen 4 Milliampere und 20 Milliampere liegt, ist denkbar.
Im Ausführungsbeispiel wird der an den Steller (102) übertra- gende Strom mittels eines kraftabhängigen Sensorsystems (73), z.B. einem greifkraftabhängigen Sensorsystem (73), überwacht. Dieses Sensorsystem (73) ist z.B. ein Stromschalter (73). Übersteigt der übertragene Strom einen voreingestellten Schwellenwert, wird die Stromzufuhr des Stellers (102) be- grenzt oder abgeschaltet. Gleichzeitig meldet dieser Strom- schalter (73) dieses Statussignal an die Recheneinheit (63).
Der Steller (102) kann auch - je nach Bauart der Greifvorrich- tung (50) - ein pneumatisches oder hydraulisches Ventil, eine Drossel, eine Magnetansteuerung, etc. sein. Bei einem pneuma- tischen oder hydraulischen Ventil als Steller (102) wird bei- spielsweise der Druck in der Leitung zum Ventil mittels eines als Sensor ausgebildeten Druckschalters geprüft. Beim Über- steigen eines Schwellenwertes wird z.B. das Ansteuerventil ge- schlossen und ein entsprechendes Statussignal ausgegeben. Bei einer Ausführung des Stellers (102) als Drossel kann bei- spielsweise ein Drucksensor als Leckagesensor eingesetzt wer- den. Beim Verminderung der Leckage unter einen Schwellenwert wird ein Statussignal an die Recheneinheit (63) ausgegeben.
Der Elektromotor (72) ist in der Darstellung der Figur 3 quer- liegend im Greifergehäuse (51) angeordnet. Er hat ein Ab- triebsritzel (75), das mit einem Eingangsrad (76) einer Zwi- schenwelle (77) kämmt. Auf der Zwischenwelle (77) sitzt wei- terhin ein Ausgangsrad (78). Dieses Ausgangsrad (78) treibt ein Schneckenwellenrad (79), das auf einer Schneckenwelle (81) sitzt. Das Abtriebsritzel (75), das Eingangsrad (76), das Aus- gangsrad (78) und das Schneckenwellenrad (79) sind in diesem Ausführungsbeispiel gradverzahnte Stirnräder. Sie übersetzen die Rotation des Abtriebsritzels (75) mehrstufig ins Langsame.
Die Schneckenwelle (81) trägt eine Schnecke (82), die mit ei- nem zentral im Greifergehäuse (51) gelagerten Schnecken- rad (83) kämmt. Das Schneckenrad (83) sitzt auf einer gemein- samen Welle (84) mit einem gradverzahnten Synchronrad (85). Dieses Synchronrad (85) kämmt mit zwei gegenläufigen Zahnstan- gen (86), die jeweils Teil eines Schlittens (87) sind. Die Schlitten (87) sind damit zwangsgeführt mit dem Steller (102) verbunden. Beispielsweise aufgrund der hohen Gesamtübersetzung der Getriebestufen und des Getriebeaufbaus ist das Getriebe des Greifwerkzeugs (71) selbsthemmend. Die beiden Schlit- ten (87) sind im Greifergehäuse (51) parallel zueinander gleitgelagert verschiebbar. Auch eine Wälzlagerung der Schlit- ten (87) im Greifergehäuse (51) ist denkbar. Jeder der Schlit- ten (87) kann auch mittels eines eigenen Elektromotors (72) angetrieben sein. Diese Elektromotoren (72) sind dann bei- spielsweise so angesteuert, dass ihre Drehzahl- und Positi- onsinformationen sowohl einzeln, als auch gemeinsam ausgewer- tet werden. Mit einer derartigen schwimmenden Lagerung der Schlitten (87) kann dann beispielsweise ein relativ zur Greif- Vorrichtung (50) außermittig liegendes Stückgut (1) ohne Posi- tionsänderung der Achsen (21 - 23, 31 - 33) des Industrierobo- ters (20) gegriffen werden.
An mindestens einem der Schlitten (87) und am Greiferge- häuse (51) kann ein hubabhängiges Sensorsystem (74), z.B. ein greiferhubabhängiges Sensorsystem (74), angeordnet sein. Die- ses ist z.B. ein absolutes Wegmesssystem. Es umfasst bei- spielsweise einen codierten Glasmaßstab. Die Codierung kann z.B. als Gray-Code ausgebildet sein. Die Position des Schlit- tens (87) relativ zum Greifergehäuse (51) wird mittels einer den Glasmaßstab durchleuchtenden Lichtquelle und eines opti- schen Sensors ermittelt. Mittels dieses absoluten Wegmesssys- tems (74) können sowohl die Endlagen des Schlittenhubes, als auch jede Zwischenposition in beiden Schlittenhubrichtungen wiederholt angefahren werden. Ein derartiges Wegmesssystem kann beispielsweise auch bei einer pneumatisch oder hydrau- lisch betätigten GreifVorrichtung (50) eingesetzt werden. Bei einer mittels Unterdrück oder magnetisch betätigten Greifvor- richtung (50) kann z.B. ein induktives Wegmesssystem, ein La- sermesssystem, etc. eingesetzt werden. In den letztgenannten Anwendungsfällen ist beispielsweise auch der Einsatz eines in- duktiven oder kapazitiven Näherungsschalters denkbar.
Jeder der Schlitten (87) trägt in den Darstellungen der Figu- ren 1 - 3 ein Stellglied (104). Der Steller (102) bildet zu- sammen mit dem Stellglied (104) oder den Stellgliedern (104) eine Stelleinrichtung (105) der Greifvorrichtung (50). Das einzelne Stellglied (104) ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Greifelement (88) in der Bauform einer Greifbacke (88). Bei einer Ausführung der Greifelemente (88) in der Form von Greifbacken (88) kann das Greifwerkzeug (71) zwei, drei oder mehr als drei Greifbacken (88) aufweisen. Hierbei sind zumin- dest zwei Greifbacken (88) relativ zueinander beweglich ausge- bildet. Jede der z.B. L-förmig ausgebildeten Greifbacken (88) hat eine an einem Greifarm (89) angeordnete Greiffläche (91). Die beiden Greifflächen (91) zeigen z.B. zur Mittenquerebene der Greifvorrichtung (50). Im Ausführungsbeispiel ist jede der Greifflächen (91) u-förmig ausgebildet. Sie ist in Richtung der jeweils anderen Greiffläche (91) ausgerichtet. Die beiden Greifarme (89) des als Greifwerkzeug (71) dargestellten Paral- lelgreifers (71) sind parallel zueinander ausgerichtet. Der in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Parallelgreifer (71) ist als Außengreifer ausgebildet. Das Greifwerkzeug (71) kann jedoch auch als Winkelgreifer, als Nadelgreifer, als Paralle- logrammgreifer, etc. ausgebildet sein. Es kann als Innengrei- fer oder als Außengreifer ausgebildet sein. Das Greifwerk- zeug (71) kann hierbei zur kraftschlüssigen und/oder zur form- schlüssigen Aufnahme von Stückgütern (1) ausgelegt sein. Das einzelne Stückgut (1) ist beispielsweise ein Werkstück. Dieses wird z.B. mittels des Handhabungssystems (10) von einem Maga- zin zu einer Bearbeitungsmaschine oder in umgekehrter Richtung gefördert. Das Stückgut (1) kann z.B. auch ein spanendes Werk- zeug, z.B. ein Fräswerkzeug, Bohrwerkzeug, Sägewerkzeug, etc. sein, das zwischen einer maschinenseitigen Werkzeugaufnahme und einem Werkzeugmagazin transportiert wird. Auch die Auf- nahme anderer Arten von Stückgütern (1) ist denkbar.
Bei einem formschlüssig greifenden Greifwerkzeug (71) kann beispielsweise ein optischer Sensor die Lage des Stückguts (1) relativ zum Greifwerkzeug (71) erkennen. Ein derartiger Sensor kann auch z.B. zusätzlich bei einem kraftschlüssig ausgebilde- ten Greifwerkzeug (71) eingesetzt werden. Auch ist es denkbar, beispielsweise an den Greifarmen (89) piezoelektrische Senso- ren als Teile eines greifkraftabhängigen Sensorsystems (73) anzuordnen. Diese können beispielsweise als Dehnmessstreifen ausgebildet sein. Das Stellglied (104) oder die Stellglie- der (104) bilden beispielsweise zusammen mit dem Stückgut (1) die Steuerstrecke (106) der GreifVorrichtung (50).
Das beschriebene Stellglied (104) kann auch mit einem pneuma- tisch oder hydraulisch betätigten Steller (102) kombiniert werden. Bei einer Ausführung des Stellers (102) als Drossel ist das Stellglied (104) beispielsweise als Saugnapf ausgebil- det. Dieser ist an das aufzunehmende Stückgut (1) kraftschlüs- sig anlegbar. Der mittels des Stellers (102) betätigte Saug- napf bildet das Greifelement (88) eines Sauggreifers.
Bei einer magnetisch betätigten Greifvorrichtung (50) ist das Stellglied (104) beispielsweise eine mittels des Stel- lers (102) betätigbare Hubplatte. Diese ist an das Stück- gut (1) anlegbar. Das Stellglied (104) ist dann z.B. beim An- heben kraftschlüssig mit dem Stückgut (1) verbunden.
In den Darstellungen der Figuren 1 und 5 ist neben dem Indust- rieroboter (20) die externe Steuerbaugruppe (110) angeordnet. Die externe Steuerbaugruppe (110) umfasst einen Steuer- schrank (112) mit darin angeordneten Steuerkarten (113, 114). Die Steuerkarten (113, 114) können auch im Steuerungsge- häuse (42) der Industrierobotersteuerung (40) untergebracht sein. Die Steuerkarten (113, 114) sind mittels der Signal- schnittstelle (41) mit der Industrierobotersteuerung (40) ver- bunden. Gegebenenfalls kann diese binäre Signalschnitt- stelle (41) auch drahtlos ausgebildet sein. Beispielsweise er- folgt die Energieversorgung der externen Steuerbaugruppe (110) von der Industrierobotersteuerung (40) aus. Die Energieversor- gung der externen Steuerbaugruppe (110) kann jedoch auch von der Energieversorgung der Industrierobotersteuerung (40) gal- vanisch getrennt ausgebildet sein. Die Energieversorgung der externen Steuerbaugruppe (110) kann mittels eines Energiespei- chers, z.B. mittels eines Akkumulators, gepuffert sein.
Die Figur 5 zeigt ein Schema des Handhabungssystems (10) mit den Schnittstellen (41, 111, 117) und mit einem Peripheriege- rät (130). Die externe Steuerbaugruppe (110) hat mindestens ein serielles Schnittstellenufer (115). Über dieses Schnitt- stellenufer (115) sind drahtlos Daten und Signale mit der Greifvorrichtung (50) austauschbar. Dieser Austausch erfolgt über die Signal- und Datenschnittstelle (111). Hierfür verfügt die externe Steuerbaugruppe (110) über ein Funkmodul. Dieses Funkmodul ist beispielsweise so aufgebaut wie das im Zusammen- hang mit der Greifvorrichtung (50) beschriebene Funkmo- dul (65). Die externe Steuerbaugruppe (110) kann weitere der- artige Funkmodule zur bidirektionalen Kommunikation mit weite- ren GreifVorrichtungen (50) aufweisen. Bei diesen Funkmodulen kann beispielsweise die jeweilige Antenne in Richtung der je- weils zugeordneten GreifVorrichtung (50) nachführbar sein. Die jeweilige Polarisationsebene stimmt z.B. mit der Polarisati- onsebene der GreifVorrichtung (50) überein. Im Ausführungsbeispiel hat die externe Steuerbaugruppe (110) ein weiteres Schnittstellenufer (116) einer drahtlosen Daten- schnittstelle (117). Diese Datenschnittstelle (117) unter- scheidet sich beispielsweise im Frequenzbereich und/oder im eingesetzten Übertragungsprotokoll von den drahtlosen Signal- und Datenschnittstellen (111) zwischen der externen Steuerbau- gruppe (110) und den Greifvorrichtungen (50). Das steuerungs- seitige Schnittstellufer (116) der Datenschnittstelle (117) wird im Folgenden als steuerungsseitiges bedienerorientiertes Schnittstellenufer (116) bezeichnet. Die Datenschnitt- stelle (117) ist eine bedienerseitige Schnittstelle (117). Sie besteht nur nach dem Herstellen einer Datenverbindung zwischen einem bedienerseitigen Peripheriegerät (130) und der Steuer- baugruppe (110). Beim einer Trennung des Peripheriege- räts (130) von der Datenschnittstelle (117) wird diese tempo- räre Datenschnittstelle (117) beispielsweise abgeschaltet. Auch ein Umschalten, z.B. auf einen Diagnosemodus, ist denk- bar. Der Diagnosemodus kann permanent sein.
Die externe Steuerbaugruppe (110) umfasst einen Anwendungs- rechner und eine Datenspeichereinheit. Der Anwendungsrechner hat beispielsweise drei Prozessoren. Im Ausführungsbeispiel hat ein erster Prozessor eine Taktfrequenz von 264 Megahertz, ein weiterer Prozessor eine Taktfrequenz von 1,2 Gigahertz und der dritte Prozessor eine Taktfrequenz von 1,6 Gigahertz. Hierbei kann der erstgenannte Prozessor beispielsweise für eine externe Direktsteuerung eingesetzt werden. Die Platine des Anwendungsrechners hat z.B. Abmessungen von 30 Millimeter mal 30 Millimeter. Ihre Höhe einschließlich der Bestückung be- trägt beispielsweise fünf Millimeter. Der Anwendungsrechner ist leitungsmäßig sowohl mit dem binären Schnittstellen- ufer (118) der Signalschnittstelle (41) als auch mit den drahtlosen Schnittstellenufern (115, 116) der Signal- und Da- tenschnittstelle (111) und der Datenschnittstelle (117) ver- bunden. Im Anwendungsrechner und/oder in der Datenspeicherein- heit werden z.B. Prozessdaten, Ereignisdaten und Wartungsdaten verarbeitet und gesammelt. An der externen Steuerbau- gruppe (110) sind Leuchtdioden (119) zur Anzeige des Betriebs- zustandes des Anwendungsrechners angeordnet. Außerdem sind an der externen Steuerbaugruppe (110) zusätzliche An- schlüsse (121) für drahtgebundene Daten- und Signalübertragun- gen vorgesehen.
Die an den Anwendungsrechner angeschlossene nicht flüchtige Datenspeichereinheit ist elektrisch gepuffert und hat eine Speicherkapazität von z.B. zweimal 512 Megabyte. Im Ausfüh- rungsbeispiel hat sie acht Pins. Ihre Abmessungen betragen beispielsweise 8 Millimeter mal 5,3 Millimeter mal 2 Millime- ter.
In diesem Ausführungsbeispiel können auch ein Anwendungsrech- nen und eine Datenspeichereinheit höherer Kapazität eingesetzt werden. Damit kann z.B. im Anwendungsrechner ein Betriebssys- tem und/oder eine speicherprogrammierbare Steuerung für die Greifvorrichtung (50) installiert sein. Das Betriebssystem ist beispielsweise ein Echtzeit-Betriebssystem.
Zur Programmierung der externen Steuerbaugruppe (110) und zum Auslesen der gespeicherten Daten wird als Peripheriege- rät (130) beispielsweise ein handelsüblicher transportabler Rechner (130) eingesetzt. Dieser Rechner (130) hat ein Schnittstellenufer (131) der drahtlosen Datenschnitt- stelle (117). Die hier zwischen der externen Steuerbau- gruppe (110) und dem Peripheriegerät (130) beschriebene Daten- schnittstelle (117) kann z.B. alternativ zwischen dem Periphe- riegerät (130) und der Greifvorrichtung (50) eingerichtet wer- den. Im letztgenannten Fall kommuniziert der Rechner (130) dann mit der Greifvorrichtung (50) über das oben genannte handhabungsseitige bedienerorientierte Schnittstellenufer. Mittels des Peripheriegeräts (130) kann beim Betrieb der Da- tenschnittstelle (117) die Signalschnittstelle (41) blockiert werden. So kann beispielsweise während des Übertragens von Da- ten vom Peripheriegerät (130) an die externe Steuerbau- gruppe (110) ein Startbefehl der Industrierobotersteue- rung (40) an die Greifvorrichtung (50) verhindert werden.
Mittels des Rechners (130) kann beispielsweise während der Hauptzeit des Handhabungssystems (10) ein Ablaufprogramm für die Greifvorrichtung (50) erstellt werden. Die Programmerstel- lung erfolgt beispielsweise graphisch interaktiv mit dem Be- diener. Auch ein direktes Einlernen der Greifvorrichtung (50) während des Stillstands des Handhabungssystems (10) ist denk- bar. Das erstellte Ablaufprogramm wird vom Rechner (130) drahtlos an die externe Steuerbaugruppe (110) übertragen. Diese Übertragung erfolgt - ja nach Aufbau der Datenschnitt- stelle (117) - entweder direkt vom Rechner (130) an die ex- terne Steuerbaugruppe (110) oder vom Rechner (130) aus über die Greifvorrichtung (50) zur externen Steuerbaugruppe (110). Das einzelne Ablaufprogramm ist beispielsweise spezifisch für eine einzige Greifvorrichtung (50) und das zu greifende Stück- gut (1) erstellt.
Die Datenschnittstelle (117) ist für an die an die externe Steuerbaugruppe (110) übertragene Daten gegen die Signal- schnittstelle (41) verriegelt. Während des Betriebs der Greif- vorrichtung (50) können damit keine Daten vom Peripheriege- rät (130) an die externe Steuerbaugruppe (110) übergegeben werden. Während der Hauptzeit der GreifVorrichtung (50) können jedoch in der externen Steuerbaugruppe (110) gespeicherte Da- ten über die bedienerseitige Datenschnittstelle (117) mittels des Peripheriegeräts (130) ausgelesen werden. Hierbei können beispielsweise Fehlerprotokolle, Betriebs- und Stillstandszei- ten und Verschleißparameter an das Peripheriegerät (130) über- tragen werden.
Die externe Steuerbaugruppe (110) kann einen Netzzugang zu ei- nem Datennetz aufweisen. Hiermit können beispielsweise aktu- elle Daten des Herstellers der Greifvorrichtung (50) und/oder der externen Steuerbaugruppe (110) an die externe Steuerbau- gruppe (110) übertragen werden. Auch ist eine Abfrage z.B. von Betriebs- oder Wartungsdaten über den Netzzugang denkbar.
Nach dem Anbau der Greifvorrichtung (50) an den Industrierobo- ter (20) überträgt die Greifvorrichtung (50) über die Signal- und Datenschnittstelle (111) ein vorrichtungsspezifisches Sig- nal an die externe Steuerbaugruppe (110). Die externe Steuer- baugruppe (110) ordnet dieser Codierung das zu diesem Zeit- punkt gültige Anwendungsprogramm zu und lädt dieses aus der Datenspeichereinheit. Das Anwendungsprogramm umfasst bei- spielsweise sämtliche Daten und Befehle zur Durchführung einer Greifaufgäbe des vorgesehenen Stückguts (1) mittels der Greif- vorrichtung (50).
Beim Betrieb des Handhabungssystems (10) verfährt der Indust- rieroboter (20) die Greifvorrichtung (50) z.B. über ein aufzu- nehmendes Stückgut (1). Die Greifelemente (88) der Greifvor- richtung (50) sind beispielsweise geöffnet.
Sobald die GreifVorrichtung (50) mittels des Industrierobo- ters (20) an die vorgesehene Position verfahren ist, gibt die Industrierobotersteuerung (40) ein Befehlssignal zum Schließen der Greifvorrichtung (50) an die externe Steuerbau- gruppe (110). Dieses Befehlssignal wird als binäres Signal über die Signalschnittstelle (41) übertragen. In der externen Steuerbaugruppe (110) löst dieser Schaltbefehl den Programm- start des spezifischen Schließprogramms der an den Industrie- roboter (20) angeschlossenen Greifvorrichtung (50) aus. In dem Schließprogramm sind beispielsweise Parameter für die Be- schleunigung und die Geschwindigkeit der Greifelemente (88), für die vorgesehene Anpresskraft der Greifelemente (88) an das Stückgut (1) sowie ein Sollwert und ein zugehöriger Toleranz- bereich für die Position der Greifelemente (88) im geschlosse- nen Zustand festgelegt. Aus diesen Parametern werden mittels der externen Steuerbaugruppe (110) sowohl der erforderliche Motorstrom des Elektromotors (72) über der Zeit, ein Schwel- lenwert für die Strombegrenzung des Elektromotors (72) sowie ein Toleranzbereich für das Wegmesssystem ermittelt. Diese Da- ten werden über die drahtlose serielle Signal- und Daten- schnittstelle (111) an die GreifVorrichtung (50) übermittelt.
In der Greifvorrichtung (50) werden die von der externen Steu- erbaugruppe (110) kommenden Daten mittels des Empfangsteils des Funkmoduls (65) aufgenommen. Das Steuerglied (101) der Steuereinrichtung (103) startet den Steller (102) und steuert die Bewegung des Stellers (102). Der Elektromotor (72) dreht mittels seines Abtriebsritzels (75) und des nachgeschalteten Getriebes das Synchronrad (85). Das Synchronrad (85) ver- schiebt die Zahnstangen (86) relativ zum Greifergehäuse (51), sodass sich die Greifelemente (88) aneinander annähern. Damit verstellt der Steller (102) die Stellglieder (104). Während des Verfahrens der Stellglieder (104) verfolgt das absolute Wegmesssystem (74) die Position der Stellglieder (104). Das z.B. wegproportionale analoge Ausgangssignal des greiferhubab- hängigen Sensorsystems (74) wird in der Recheneinheit (63) in digitale Datenwerte umgewandelt. Diese digitalen Werte werden über das Funkmodul (65) an die externe Steuerbaugruppe (110) übermittelt. Werden in der externe Steuerbaugruppe (110) bei- spielsweise Abweichungen in Bezug auf den zeitlichen Verlauf der Positionsänderungen festgestellt, wird beispielsweise die Drehzahl des Elektromotors (72) erhöht oder verringert. Dies erfolgt durch geänderte Daten, die von der externen Steuerbau- gruppe (110) über die Signal- und Datenschnittstelle (111) an die GreifVorrichtung (50) übermittelt werden.
Sobald die Greifelemente (88) das Stückgut (1) berühren, steigt der zur weiteren Verstellung des Elektromotors (72) er- forderliche Strom an. Beim Überschreiten des voreingestellten Grenzstromwertes gibt das z.B. als Stromschalter (73) ausge- bildete greifkraftabhängige Sensorsystem (73) einen Signalim- puls aus. Der Motorstrom wird begrenzt oder abgeschaltet. Mit dem Auslösen des greifkraftabhängigen Signals wird mittels der Recheneinheit (63) der greiferhubabhängige Zustand der Greif- vorrichtung (50) geprüft. Dabei wird eine Ist-Werteschar der Steuerstrecke (106) mit einem von der externen Steuerbau- gruppe (110) vorgegebenen Sollwertfeld verglichen. Die Dimen- sion des Sollwertfelds und die Anzahl der Werte der Werteschar entsprechen beispielsweise der Anzahl der geprüften unter- schiedlichen physikalischen Werte. Im vorliegenden Ausfüh- rungsfall, in dem ein kraftabhängiger Wert und ein wegabhängi- ger Wert geprüft werden, hat das Sollfeld zwei Dimensionen. Für das Schließen der Greifvorrichtung (50) kann die Werte- schar der Prüfwerte auch mehr als zwei werte aufweisen. Auch die Dimension des Sollfeldes ist dann größer als zwei. Die Di- mension des Sollfeldes kann hierbei größer sein als die Anzahl oder gleich sein der Anzahl der abgefragten Sensorsysteme.
In der Recheneinheit (63) der Greifvorrichtung (50) wird beim genannten Signalimpuls der Ist-Wert des Absolut-Wegmesssystems mit dem Soll-Wert der Greifposition und ihrem Toleranzfeld verglichen. Liegt die Ist-Position des absoluten Wegmesssys- tems (74) innerhalb des vorgegebenen Toleranzfeldes um die Soll-Position, wird das Signal des Stromschalters (73) an die externe Steuerbaugruppe (110) weitergeleitet. Dieses Status- signal kann in einen Datensatz mit weiteren Daten der Greif- vorrichtung (50) eingebunden sein. Die GreifVorrichtung (50) hat das Stückgut (1) mit der vorgesehenen Haltekraft gegrif- fen. Die externe Steuerbaugruppe (110) leitet dieses Status- signal als binäres Signal über die Signalschnittstelle (41) an die Industrierobotersteuerung (40) weiter. Der Greifvorgang ist abgeschlossen. Nach Erhalt dieses Statussignals kann die Industrierobotersteuerung (40) den Programmablauf für den In- dustrieroboter (20) fortsetzen.
Falls beim Schalten des Stromschalters (73) der Ist-Wert des absoluten Wegmesssystems (74) außerhalb des Toleranzbereichs um den Sollwert der Wegeposition liegt, wird beispielsweise der weitere Greifvorgang unterbrochen und eine Fehlermeldung an die externe Steuerbaugruppe (110) übermittelt. Nach einer z.B. bedienerseitigen Überprüfung und/oder Korrektur kann der Programmablauf fortgesetzt werden.
Das greifkraftabhängige Sensorsystem (73) kann auch ein analo- ges Ausgangssignal, z.B. vier bis zwanzig Milliampere, ausge- ben. In diesem Fall ist auch für dieses Sensorsystem (73) ein Sollwert bestimmt, der z.B. innerhalb eines zugehörigen Tole- ranzbereichs liegt. Steigt z.B. der Motorstrom auf einen Wert innerhalb des Toleranzbereichs an, wird in der Rechenein- heit (63) zusätzlich ein Soll-Ist-Vergleich der Wegeposition durchgeführt, wie oben beschrieben. Nach dieser Auswertung wird entweder ein Statussignal für ein erfolgreiches Aufnehmen des Stückguts (1) oder eine Fehlermeldung an die externe Steu- erbaugruppe (110) übermittelt. Der weitere Ablauf erfolgt, wie oben beschrieben. Der Industrieroboter (20) verfährt das mittels der Greifvor- richtung (50) aufgenommene Stückgut (1) z.B. an eine Entlade- position. Dort wird das Stückgut (1) beispielsweise auf einer Unterlage aufgesetzt. Die Industrierobotersteuerung (40) sen- det ein binäres Befehlssignal an die externe Steuerbau- gruppe (110). Dies ist der Befehl zum Öffnen der Greifvorrich- tung (50).
In der externen Steuerbaugruppe (110) wird das der spezifi- schen Greifvorrichtung (50) zugeordnete Ablaufprogramm für die Löseaufgabe aufgerufen. Die Verfahrensparameter für das Öffnen der Greifvorrichtung (50) werden errechnet und über die draht- lose Signal- und Datenschnittstelle (111) an die Greifvorrich- tung (50) übertragen. Diese Verfahrensparameter umfassen bei- spielsweise die Drehzahl des Elektromotors (72) beim Anlauf, beim Betrieb und beim Abbremsen. Außerdem wird ein Sollwert des Wegmesssystems für die geöffnete Stellung und ein zugehö- riges Toleranzfeld übertragen.
In der Steuereinrichtung (103) der Greifvorrichtung (50) wird mittels des Steuerglieds (101) der Steller (102) angetrieben. Der Steller (102) verstellt die Stellglieder (104). Die beiden Greifelemente (88) werden voneinander weg bewegt. Das absolute Wegmesssystem (74) überträgt die jeweilige Position über die Recheneinheit (63), das Funkmodul (65) und die Signal- und Da- tenschnittstelle (111) an die externe Steuerbaugruppe (110). Das Stückgut (1) wird freigegeben. Die Recheneinheit (63) der Greifvorrichtung (50) führt während des Verfahrens der Grei- felemente (88) einen ständigen Vergleich der Ist-Position des absoluten Wegmesssystems (74) mit dem vorgegebenen Sollwert durch. Sobald der Ist-Wert des absoluten Wegmesssystems (74) innerhalb des genannten Toleranzfeldes um den vorgegebenen Sollwert liegt, wird die Stromversorgung des Elektromo- tors (72) reduziert und abgeschaltet. Die Ist-Werteschar um- fasst in diesem Fall einen Wert. Das Sollfeld hat die Dimen- sion eins. Bei Lage der Ist-Werteschar innerhalb des Sollfelds überträgt die Recheneinheit (63) der GreifVorrichtung (50) ein binäres Statussignal über die drahtlose Signal- und Daten- schnittstelle (111) an die externe Steuerbaugruppe (110). Die- ses Statussignal wird von der externen Steuerbaugruppe (110) als binäres Signal über die Signalschnittstelle (41) an die Industrierobotersteuerung (40) weitergegeben. Ein Quittieren dieses Signals seitens der Industrierobotersteuerung (40) be- endet das Ablaufprogramm der externen Steuerbaugruppe (110). Die Greifelemente (88) sind geöffnet. Die Industrieroboter- steuerung (40) kann nun den Industrieroboter (20) weiter z.B. zur Aufnahme eines weiteren Stückguts (1) verfahren.
Beim Einsatz einer pneumatisch oder hydraulisch betätigten Greifvorrichtung (50) erfolgt beim Schließen ebenfalls ein Vergleich der Ausgaben von z.B. zwei Sensorsystemen, deren Ausgaben von unterschiedlichen physikalische Größen gesteuert werden. Dieser Vergleich erfolgt in der Recheneinheit (63) der Greifvorrichtung (50). So werden beispielsweise ein binärer Druck-Schaltsensor oder ein analoger Drucksensor mit Toleranz- bereich und ein analoges absolutes Wegmesssystem mit einem To- leranzbereich abgefragt. Nur wenn beide Abfrageergebnisse gleichzeitig innerhalb des vorgegebenen Sollfeldes liegen, wird ein Statussignal über das erfolgreiche Schließen an die externe Steuerbaugruppe (110) übertragen. Dieses Statussignal wird von der externen Steuerbaugruppe (110) als Freigabesignal an die Industrierobotersteuerung (40) übertragen. Während des Schließens wird der aktuelle Wert des Wegmesssystems z.B. di- gital über die Signal- und Datenschnittstelle (111) an die ex- terne Steuerbaugruppe (110) übertragen. Beim Öffnen derartiger Greifvorrichtungen (50) wird ebenfalls die aktuelle Ist-Position der Greifelemente (88) an die ex- terne Steuerbaugruppe (110) übertragen. In der Rechenein- heit (63) der Greifvorrichtung (50) erfolgt der Soll-Ist-Ver- gleich des absoluten Wegmesssystems (74) mit dem Vorgabewert für die geöffnete Greifvorrichtung. Sobald der Ist-Wert inner- halb des Toleranzfeldes liegt, wird ein entsprechendes Signal an die externe Steuerbaugruppe (110) übertragen. Die Steuer- strecke (106) umfasst in diesem Fall z.B. nur das Greifele- ment (88).
Beim Einsatz einer als Sauggreifer ausgebildeten Greifvorrich- tung (50) werden beim Aufnehmen eines Stückguts (1) z.B. der Unterdrucksensor und das absolute Wegmesssystem ausgewertet. Die Auswertung und Weiterleitung des Statussignals bei erfolg- reichem Greifen des Stückguts (1) erfolgt wie oben beschrie- ben. Beim Öffnen des Sauggreifer wird auch in diesem Fall z.B. nur das Vergleichsergebnis des absoluten Wegmesssystems (74) mit der Sollposition des geöffneten Sauggreifers verglichen. Hat der Sauggreifer diese Position erreicht, wird der Indust- rieroboter (20) zum Verfahren freigegeben.
Bei der Aufnahme eines Stückguts (1) mittels eines Magnetgrei- fers werden beispielsweise der Magnetstrom und ein optischer Sensor als Vergleichsgrößen ausgewertet. Hierbei wird bei- spielsweise der optische Sensor als greiferhubabhängiges Sen- sorsystem (74) eingesetzt. Beim Lösen des Magnetgreifers wird z.B. mittels der Daten des optischen Sensors die Freigabe für den Industrieroboter (20) ermittelt.
Die externe Steuerbaugruppe (110) kann auch selbstlernend aus- gebildet sein. So können beispielsweise aus den Rückmeldungen der Daten und Signale der Handhabungsvorrichtung (50) neue Vorgabewerte ermittelt werden. Bei einem erneuten Programm- aufruf können dann die Ablaufprogramme mit den neuen Vorgabe- werten angewendet werden. So kann beispielsweise aus dem Ist- Gradienten der Werteänderung eines kraftabhängigen Sensorsys- tems (73) über der Zeit z.B. zur Impulsreduzierung ein neuer Vorgabewert für die Kraftänderung ermittelt werden. Beispiels- weise wird hierfür die Reduzierkurve des Motorstroms vor dem Kontaktieren des Stückguts (1) angepasst. Beim einem Wechsel der HandhabungsVorrichtung (50) wird die neue Handhabungsvorrichtung (50) aufgrund ihrer Codierung von der externen Steuerbaugruppe (80) erkannt. Das weitere Verfah- ren verläuft, wie oben beschrieben. Auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsbeispiele sind denkbar .
Bezugszeichenliste :
1 Stückgut
10 Handhabungssystem
20 Industrieroboter
21 A-Achse
22 B-Achse
23 C-Achse
24 Drehtisch
25 Sockel
26 Fußhebel
27 Kniehebel
31 Nebenachse, D-Achse
32 Nebenachse, E-Achse
33 Nebenachse, F-Achse
34 Tragarm
35 Handhebel
36 Drehteller
40 Industrierobotersteuerung
41 Signalschnittstelle
42 Steuerungsgehäuse
43 Schnittstellenufer
50 Handhabungsvorrichtung , GreifVorrichtung
51 Gehäuse, Greifergehäuse
52 Gehäuseschale
53 Kabeldurchbruch
54 Gleichstromkabel
55 Wandung von (52) 61 Elektronikbaugruppe
62 Energiespeicher
63 Recheneinheit
64 Speichereinheit
65 Funkmodul
66 Schnittstellenufer , handhabungsseitiges steuerungsorientiertes Schnittstellenufer
71 Handhabungswerkzeug, Greifwerkzeug, Parallelgreifer
72 Antriebsmotor , Elektromotor
73 kraf tabhängiges Sensorsystem, Stromsensor , Stromschalter
74 hubabhängiges Sensorsystem, absolutes Wegmesssystem
75 Abtriebsritzel
76 Eingangsrad
77 ZwischenweIle
78 Ausgangsrad
79 Schneckenwellenrad
81 Schneckenwelle
82 Schnecke
83 Schneckenrad
84 Welle
85 Synchronrad
86 Zahnstangen
87 Schlitten
88 Greifelement , Greifbacke
89 Greifarm
91 Greiffläche
101 Steuerglied
102 Steller
103 Steuereinrichtung 104 Stellglied
105 Stelleinrichtung
106 Steuerstrecke
110 externe Steuerbaugruppe
111 Signal- und Datenschnittstelle
112 Steuerschrank
113 Steuerkarte
114 Steuerkarte
115 serielles Schnittstellenufer für (111)
116 Schnittstellenufer, steuerungsseitiges bedienerorientiertes Schnittstellenufer
117 Datenschnittstelle, Bedienerschnittstelle
118 binäres Schnittstellenufer
119 Leuchtdioden
121 Anschlüsse
130 Peripheriegerät, Rechner
131 Schnittstellenufer

Claims

Patentansprüche :
1. Handhabungssystem (10) mit einem mindestens eine Handha- bungsvorrichtung (50) tragenden Industrieroboter (20) und mit einer Industrierobotersteuerung (40), wobei die einzelne Hand- habungsvorrichtung (50) ein Handhabungswerkzeug (71) und eine Elektronikbaugruppe (61) mit mindestens einer Rechenein- heit (63) und mindestens einem Funkmodul (65) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Industrierobotersteuerung (40) mittels einer bi- nären Signalschnittstelle (41) zur bidirektionalen Kommu- nikation mit einer externen Steuerbaugruppe (110) verbun- den ist,
- dass die externe Steuerbaugruppe (110) mit der Handha- bungsvorrichtung (50) eine als Signal- und Datenschnitt- stelle (111) ausgebildete bidirektionale drahtlose seri- elle Schnittstelle hat,
- dass die Handhabungsvorrichtung (50) und/oder die externe Steuerbaugruppe (110) mindestens ein Schnittstellen- ufer (116) einer temporären Datenschnittstelle (117) ha- ben, wobei diese Datenschnittstelle (117) zumindest für ankommende Daten gegen die Signalschnittstelle (41) ver- riegelbar ist und
- dass innerhalb der Handhabungsvorrichtung (50) die Re- cheneinheit (63) mit mindestens einem kraftabhängigen Sensorsystem (73) und/oder mindestens einem hubabhängigen Sensorsystem (74) festverdrahtet verbunden ist.
2. Handhabungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die HandhabungsVorrichtung (50) zumindest ein kraftabhängiges Sensorsystem (73) und zumindest ein hubabhän- giges Sensorsystem (74) hat.
3. Handhabungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Elektronikbaugruppe (61) im Gehäuse (51) der Handhabungsvorrichtung (50) angeordnet ist.
4. Handhabungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die externe Steuerbaugruppe (110) einen Daten- speicher zum Speichern einer Vielzahl handhabungsvorrichtungs- spezifischer Anwendungsabläufe umfasst.
5. Handhabungssystem (10) nach Anspruch 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Inhalt des Datenspeichers mittels eines Pe- ripheriegeräts (130) veränderbar ist, das Daten über die tem- poräre Datenschnittstelle (117) an die externe Steuerbau- gruppe (110) überträgt.
6. Verfahren zum Betrieb eines Handhabungssystems (10) nach Anspruch 1,
- wobei bei Lage der HandhabungsVorrichtung (50) in einer vorgegebenen Raumposition die Industrierobotersteue- rung (40) über die Signalschnittstelle (41) ein Befehls- signal an die externe Steuerbaugruppe (110) überträgt,
- wobei die externe Steuerbaugruppe (110) aus einem Daten- speicher Anwendungsdaten über die Signal- und Daten- schnittstelle (111) an die Handhabungsvorrichtung (50) überträgt , - wobei die Handhabungsvorrichtung (50) mittels einer Steu- ereinrichtung (103) mindestens ein Stellglied (104) einer Steuerstrecke (106) einstellt,
- wobei die Recheneinheit (63) eine Istwert-Werteschar der Steuerstrecke (106) mit einem vorgegebenen Sollwertfeld vergleicht,
- wobei bei Lage jedes dieser Istwerte innerhalb des Soll- wertfelds das Funkmodul (65) ein Statussignal über die Signal- und Datenschnittstelle (111) an die externe Steu- erbaugruppe (110) übermittelt und
- wobei die externe Steuerbaugruppe (110) dieses Statussig- nal als Freigabesignal über die Signalschnittstelle (41) an die Industrierobotersteuerung (40) überträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Handhabungsvorrichtung (50) eine vorrichtungs- spezifische Codierung an die externe Steuerbau- gruppe (110) überträgt und
- dass die externe Steuerbaugruppe (110) der Handhabungs- vorrichtung (50) einen von deren Codierung abhängigen An- wendungsablauf zuordnet.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche von der Industrierobotersteuerung (40) an die ex- terne Steuerbaugruppe (110) übertragenen Signale Befehlssig- nale zum Starten eines Anwendungsablaufs sind.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche von der externen Steuerbaugruppe (110) an die In- dustrierobotersteuerung (40) übertragenen Signale Statussig- nale der Handhabungsvorrichtung (50) sind.
. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Ist-Wert-Werteschar über die Signal- und Daten- Schnittstelle (111) an die externe Steuerbaugruppe (110) übertragen wird,
- dass die externe Steuerbaugruppe (110) die aufgenommenen Daten verdichtet und
- dass die externe Steuerbaugruppe (110) hieraus Änderungen der Vorgabewerte für eine Wiederholung des Anwendungsab- laufs ermittelt.
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