DD280499A1 - Steuerung der greifkraft von greifern an industrierobotern - Google Patents

Abstract

Steuerung der Greifkraft von Greifern an Industrierobotern und modularen Handhabungseinrichtungen, deren Greiforgane elektromotorisch angetrieben sind, mit einem den Drehzahlsollwert und den Stromsollwert fuer den Antriebsmotor verarbeitenden Steller, ueber den eine dem Motorstrom proportionale Greifkraft vorwaehlbar ist. Dazu ist ein auf den Stromanstieg beim Anlegen der Greiforgane an das Greifobjekt einstellbarer Komparator vorgesehen, dessen Ausgang ueber ein Tor, welches bei Automatikbetrieb aufrufbar ist, eine Umschalteinrichtung aktiviert. Von der Umschalteinrichtung wird ein zusaetzlicher die Drehzahlregelung des Antriebsmotors beeinflussender Drehzahlsollwert auf das Drehzahl-Soll/Istwert-Vergleichsglied des Stellers aufgeschaltet. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Steuerung der Greifkraft von Greifern an Industrierobotern und modularen Handhabungseinrichtungen, deren Greiforgane elektromotorisch angetrieben sind, mit einem den Drehzahlsollwert und den Stromsollwert für den Antriebsmotor verarbeitenden Steiler, über den eine dem Motorstrom proportionale Greifkraft vorwählbar ist.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, die Krafteinstellung an elektromotorisch betriebenen Greifern mechanisch über Rutschkupplungen vorzunehmen. Diese Art der Krdfteinstcllung ist großen Schwankungen in Verbindung mit dem mechanischen Verschleiß der Rutschkupplung unterworfen. Außerdem erfordert jede Änderung der Greif kraft eine aufwendige manuelle Einstellung. Man hat die Krafteinstellung deshalb bereits über spezielle Sensoren vorgenommen. Dabei sind zwei grundsätzliche Lösungswege eingeschlagen worden. Der eine Lösungsweg benutzt eine direkte Kraftmessung am Greifer durch Kraftsensoren, über welche der Steller für den Antriebsmotor der Greiforgane geregelt wird.

Der andere Lösungsweg benutzt Näherungsinitiatoren am Greifer, um unmittelbar vor dem Anlegen der Greiforgane am Greifobjekt durch Herabsetzung der Drehzahl des Antriebsmotors für die Greiforgane die Greifkraft besser dosieren zu können. Hierzu werden bevorzugt Schrittmotoren eingesetzt.

Diese bekannten Lösungen zur Krafteinstellung an Greifern setzen voraus, daß am Greift; entsprechende Sensoren für die Kraftmessung oder die Annäherung an das Greifobjekt angebaut bzw. in die Greiforgane integriert sind. Greifer für Industrieroboter zum Handhaben von beispielsweise Werkstücken in Verbindung mit der automatischen Bearbeitung dieser Werkstücke auf Werkzeugmaschinen sind meist als auswechselbare Greifeinheiten ausgebildet. Dies ergibt sich aus den zu handhabenden unterschiedlichen Werkstücksortimonten. So sind zur sicheren und schnellen Handhabung prismatischer oder rotationssymmetrischer Werkstücke unterschiedliche Greifer erforderlich, die in den Greiferarm der Handhabungseinrichtung eingewechselt werden. Ebenso sind Greifer verschiedener Größen für unterschiedlich große und schwere Werkstücke einzusetzen. Die Vielzahl der für den speziellen Einsatzzweck benötigten Greifer setzt der zusätzlichen Anbringung von aufwendiger Sensortechnik an jeden der Greifer Grenzen. Neben dem technischen Mehraufwand sind die zusätzlichen Kraft- und Näherungsinitiatoren Ursache von Störungen, welche in Verbindung mit den aufzunehmenden und zu übertragenden Sensorsignalen unter den meiol rauhen Produktionsbedingungen entstehen. Aus diesen Erkenntnissen heraus ist die Steuerung

der Greif kraft ohne direkt an den Greiforganen angebrachte Sensoren ü'oer die Positionierung der Greiforgane realisiert worden. So ist aus der DE-OS 3535042 eine Steuerung und Regelung von Greifern bekannt, die eino Greifkrafteinstellung durch die Motorstromregelung des Antriebsmotors für die Greiforgane beinhaltet. Diese Greifkrafteinstellung ist aber an das Vorhandensein eines die Position der Greiforgane erfassendes Wegmeßsystem gebunden. Der Greifer bzw. das Greifersystom, welches für den jeweiligen Einsatzfall benötigt wird, muß mit einem We.imeßsystem ausgerüstet sein. Diese technische Lösung ist analog der verwendeten Sensortechnik ebenfalls nur durch zusätzliche im Greifer integrierte Meßmittel funktionsfähig. Das Steuern der Greifkraft über den Motorstrom des Antriebsmotors für die Greiforgane ist unter den Bedingungen kurzer Werkstückhandhabungszeiten und damit schneller Greifbewegungen aufgrund des dynamischen Effektes nur für relativ große Greifkräfte möglich.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat zum Ziel, die Greifkraft eines elektronisch betriebenen Greifers über die Motorstromregelung auch im Bereich kleiner Greifkräfte zu steuern und dabei kürzeste Handhabungszeiten für das Erfassen der Greifobjekte beizubehalten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerung der Greifkraft von elektromotorisch angetriebenen Greifern so weiter zu bilden, daß ohne im Greifer vorzusehender Meßmittel Greifobjekte unterschiedlicher äußerer Abmessung (z. B. Aufmaßtoleranzen, Rohlinge) mit einer bestimmten vorgegebenen Greifkraft erfaßt werden sollen, die über den gesamten Stellbereich von der kleinsten bis zur größten Greifkraft steuerbar sein soll.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein auf den Stromanstieg beim Anlegen der Greiforgane an das Greifobjekt einstellbarer Komparator vorgesehen ist, dessen Ausgang über ein Tor, welches vom Automatikbetrieb aulrufbar ist, eine Umschalteinrichtung aktiviert, mit der ein zusätzlicher die Drehzahlregelung des Antriebsmotors beeinflussender Drehzahlsollwert auf das Di ehzahl-Soll-lst-Wert-Vergleichsglied des Siellers aufschaltbar ist.

Vorzugsweise besteht die Umschalteinrichtung aus Operationsverstärkern, auf die eingangsseitig über einen vom Tor ansteuerbaren elektronischen Schalter der der Greifkraft proportionale Stromsollwert geschaltet ist, wobei der Ausgang der Operationsverstärker als der Greifkraft zugeordneter verminderter Drehzahlsollwert am Drehzahl-Soll-Ist-Wert-Vergleichsglied des Stellers angeschlossen ist.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Umschalteinrichtung in einem ersten Zweig aus einem von einem Zeitglied begrenzten Flipflop und einem Verstärker, dessen Ausgang als invertierter eine Drehrichtungsumkehr bewirkender Drehzahlsollwert auf das Drehzahl-Soll-Ist-Wert-Vergleichsglied des Stellers geschaltet ist. Des weiteren besteht die Umschalteinrichtung in einem zweiten Zweig aus Operationsverstärkern, auf die eingangsseitig über einen elektronischen Schalter der der Greifxraft proportionale Stromsollwert geschaltet ist und der Ausgang der Operationsverstärker als der Greifkraft zugeordneter verminderter Drehzahlsollwert am Drehzahl-Soll-Ist-Wert-Vergleichsglied des Stellers angeschlossen ist, wobei der efekti onische Schalter im rückgesetzten Zustand des Flipflops durchgeschaltet ist.

Ausführungsbeispiel

In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1: ein Blockschaltbild der Greifkraftsteuerung mit Umschaltung des Drehzahlsollwertes Fig. 2: ein Blockschaltbild c er Greifkraftsteuerung mit Umschaltung des Drehzahlsollwertes in Verbindung mit einer

Drehrichtungsumkehr Fig.3: eine Schaltungsunordnung für die Umschaltung des Drehzahlsollwertes.

Der von einem nicht dargestellten Strommeßglied gemessene Strom l„i des Antriebsmotors wird einem aus zwei Komparatoren 1; 2 für die jeweilige Stromrichtung (d. h. Drehrichtung des Antriebsmotors) bestehenden Fensterkomparator zugeführt (Fig. 1). Die Ausgänge der Komparatoren 1; 2 sind übe: oinen Negator 3 auf ein Tor 4 geführt. Am Tor 4 liegen als weitere Eingänge der Automatikbetrieb G und eine Ausblendschaltung A. Der Ausgang des Tores 4 ist auf eine Umschalteinrichtung 5 für den Drehzahlsollwert geschaltet. Diese Umschalteinrichtung 5 besteht aus einem elektronischen Schalter 6, welcher den Stromsollwert Isoii auf ein on ersten Verstärker 7 schaltet, dessen Ausgang von einem zweiten Verstärker 8 negiert wird. Der Ausgang des ersten Verstärkers 7 liogt über einer Diode 9 und der Ausgang des zweiten Verstärkers 8 liegt über einer D^;ode 10 am Drehzahl-Soll-Ist-Wert-Vergleichsglied 11 des nicht dargestellten Stellers. Der Eingang des Verstärkers 8 ist außerdem über eine Diode 12 auf den Eingang des Verstärkers 7 rückgekt npelt. In Fig.2 sind die Schaltelemente, die bereits in Fig. 1 enthalten sind, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Der gemessene Strom li.t des Antriebsmotors ist wieder dem aus zwei Komparatoren 1; 2 bestehenden Fensterkomparator zugeführt und über den Negator 3 an dem Tor 4 angeschlossen. Die weiteren Eingänge des Tores 4 sind der Automatikbetriebszustand G und die Ausblendung A. Der Ausgang des Tores 4 liegt am Setzeingang eines ersten Flipflops 13, dessen inverser Ausgang Q einen ersten elektronischen Schalter 14 aktiviert, der den Drehzahlsollwert n_Son sperrt und mit seinem Ausgang Q einen zweiten elektronischen Schalter 15 durchschaltet, wodurch der Drehzahlsollwert n_Soii über einen Verstärker 16 als veränderter Drehzahlsollwert n_Soii 2 auf das Drehzahl-Soll-Ist-Wert-Vergleichsglied 11 geschaltet ist. Der Ausgang des ersten Flipflops 13 ist außerdem mit einem Zeitglied 17 verbunden, dessen Ausgang am Setzeingang s eines zweiten Flipflops 18 und dem Rücksetzeingang R des ersten Flipflops 13 angeschlossen ist. Der Ausgang des zweiten Flipflops 18 ist auf die Umschalteinrichtung 5, speziell den darin enthaltenen elektronischen Schalter 6 geführt. Ein Zustandssignal „Greifvorgang

beendet" E liegt am RC- .!.setzeingang R des Flipflops 18. Die Umschalteinrichtung 5 besteht, wie bereits in Fig. 1 dargestellt und beschrieben, des weiteren aus den Verstärkern 7; 8 sowie den Dioden 9,10,12. Der eingongsseitig an der Umschalteinrichtung 5 anliegende Stromsollwert l_Soii steht als Drehzahlsollwer*. n_Soii3 am Ausgang der Umschalteinrichtung 5 zur Verfugung und ist auf dasPrehzahl-Soll-lst-Wert-Vergleichsglied 11 geschaltet.

In Fig.3 ist die Umschalteinrichtung in einer konkreten Schaltungsausführung dargestellt und besteht aus entsprechend beschalteten Operationsverstärkern. Der elektronische Schalter 6 ist als rückgekoppelter Operationsverstärker 19 ausgebildet, an dessen positivem Eingang der Stromsollwert l_Soii liegt und an dessem Ausgang über einen Widerstand 20 als Verstärker 7 ein Operationsverstärker 21 liegt, der seinerseits über einen Widerstand 22 einen Operationsverstärker 23 (Verstärker 8) ansteuert. Der Ausgang des Operationsverstärkars 21 ist über die Diode 9 und der Ausgang des Operationsverstärkers 23 is', über die Diode 10 mit dem Drshzahl-Soll-Ist-Wert-Vergleichsglied 11 verbunden. Die Operationsverstärker 21; 23 liegen mit ihrem positiven Eingang an Masse. Der Ausgang des Operationsverstärkers 23 ist auf seinen negativen Eingang über einen Widerstand 24 rückgekoppelt. Der Operationsverstärker 21 ist ebenfalls über einen Widerstand 25, der parallel zur Diode 12 liegt, auf seinen negativen Eingang rückgekoppelt. Über einen Widerstand 26 liegt eine Konstantspannung U_konll. am Eingang des Operationsverstärkers 21.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist folgende: In Abhängigkeit des vorgegebenen Stromsollwertes l_soii wird zu Beginn des Greifvorganges die Drehzahl zur Reduzierung des dynamischen Momentes verringert. Dazu wird der gemessene Strom I;,| vom Komparator 1; 2 hinsichtlich des Übersteigens der eingestellten Schaltschwelle überwacht. Die Schaltschwelle ist abhängig vom Greifertyp auf einer Optionsplatte mittels Einstellwiderständen so eingestellt, daß ein schnelles Verfahren der Greiforgane im Bereich der Leerverstellung garantiert wird, d. h. der Stromistwert liegt mit Sicherheit unterhalb des eingestellten Schwellenstromes. Der über den Schwellwert bei Berührung der Greiforgane am Greifobjekt ansteigende Strom wird vom Komparator 1; 2 erkannt und schaltet über den Negator 3 dasTor 4 durch, sofern die Zustandssignale „Automatikbetrieb G" und „Ausblendung A" ebenfalls anliegen. Die Ausblendung A wird für das Anfahren des Antriebsmotors benötigt, wofür ein größerer Motorstrom erforderlich ist, als der am Komparator 1; 2 eingestellte Strom für die Leerverstellung der Greiforgane. Es wird ein dem Stromsollwert l_Soll äquivalenter Drehzahlsollwert n_Soii 2 von den Verstärkern 7; 8 ausgegeben und parallel zum Drehzahlsollwert n_Soiii des Stellers am Drehzahl-Soll-Ist-Wert-Vergleichsglied 11 wirksam. Der Drehzahlsollwort n_Soui wird damit entsprechend dem eingestellten Stromsollwert l_Son reduziert. Der Antriebsmotor für die Greiforgane erhält ein zusätzliches geregeltes Bremsmoment, so daß der Greifvorgang ausgeführt wird. Wird beispielsweise der Antriebsmotor in Verbindung mit einem Transistorpulssteller beirieben, werden entsprechend der von dessen Steuerung ausgegebenen Drehzahl- und Stromsollwerte die Greiforgane mit maximaler Drehzahl in Richtung Werkstück (Greifobjekt) verfahren. Mit dem Anlegen der Greiforgane an das Werkstück sinkt die Drehzahl, wodurch der Drehzahlregler und damit der Stromregler aufregeln und der Motorstrom ansteigt. Da schon beim geringsten Stromanstieg der Komparator 1; 2 durchschaltet, wird der Drehzahlsollwert auf einen entsprechenden von den Verstärkern 7; 8 aufgeschalteten Drehzahlsollwert n_Soii3 begrenzt. Die beiden Verstärker 7; 8 sind für die aus der unterschiedlichen Drehrichtung des Antriebsmotors (Innen- oder Außenspannung des Greifobjektes) resultierenden unterschiedlichen Stromrichtung vorgesehen und sind über die Dioden 9; 10 entkoppelt. Das Blockschaltbild nach Fig.2 enthält neben der mit Fig. 1 identischen Umschalteinrichtung 5, welche hinsichtlich der Greifkraftsteuerung die gleichen Wirkungen hervorbringt, einen zusätzlichen Schaltungsteil zur kurzzeitigen Drehrichtungsumkehr des Antriebsmotors durch Vorgabe eines invertierten Drehzahlsollwertes η_$Οιι 2- Dies geschieht durch das vom Tor 4 angesteuerte Flipflop 13, welches den elektronischen Schalter 14 hochohmig schaltet und damit den Drehzahlsollwert nsoii 1 abtrennt und gleichzeitig den elektronischen Schalter 15 durchsteuert, womit der vom Verstärker 16 invertierte Drehzahlsollwert ns_ou2 an dem Drchzahl-Soll-Ist-Wert-Vergleichsglied 11 wirksam wird. Mit der Ansteuerung des Flipflops 13 wird das Zeitglied 17 gestartet, welches nach Ablauf der Zeit zurückkipp:, Damit werden die elektronischen Schalter 14; 15 wieder in ihre Ausgangsschaltstellung gebracht, d. h. der invertierte Drehzahlsollwert n_Son 2 wieder durch den Drehzahlsollwert n_Son 1 ersetzt. Das Zeitglied 17 setzt bei seinem Zurückkippen das Flipflop 18, wodurch die Umschalteinrichtung 5 aktiviert wird und der für die Greifkraftsteuerung gewandelte Drehzahlsollwert n_Soii3, wie bereits in Fig 1 beschrieben, wirksam wird. Dadurch können auch kleine Greifkräfte steuerungsseitig vorgegeben und erreicht werden, ohne daß der Greifer über zusätzliche Meßelemente verfügen muß. Bei Berührung der Greiforgane mit dem Greifobjekt ist über den Stromanstieg und die kurzzeitige Drehrichtungsumkehr der Ausgangspunkt für den Greifvorgang gegeben, von dem aus die Greifkraft auch im Bereich kleinster Greifkräfte steuerbar ist.

Die Schaltungsausführung der Umschalteinrichtung 5 mit Operationsverstärkern 19; 21 und 23 nach Fig.3 läßt erkennen, daß die Begrenzung des Drehzahlsollwertes für beide Drehrichtungen des Antriebsmotors ausgelegt ist. Im gesperrten (hochohmigen) Zustand des als elektronischen Schalters 6 wirksamen Operationsverstärkers 19 liegt am Operationsverstärker 21 (Verstärker 7) die negative Spannung - tJ,_oniL und am Operationsverstärker 23 (Verstärker 8) die positive Spannung U_kon„.. Die Spannung U_k0„„. entspricht der die maximale Drehzahl vorgebenden Spannung, wodurch der am Drehzahl-Soll-Ist-Wert-Vergleichsglied 11 anliegende Dnhzahlsollwert n_fon 1 nicht beeinflußt wird. Bei der Ansteuerung des Operationsverstärkers 19 wird dem Summationspunkt cm Operationsverstärker 21 ein dem Stromsollwert lsoii entsprechender negativer Wert aufgeschlagen, so daß ein entsprechend kleinerer Wert für n_Soii3 ausgegeben wird. Dieser zusätzliche Drehzahlsollwert n_S0!i3 wird nur ausgegeben, wenn dit dem Drehzahlsollwert ns_om entsprechende Spannung größer als die Differenz der Spannung U_k0„„. minus der aus dem Stro.iisollwert [_SoH gewonnenen Spannung ist. Bei negativem n_Son 1 wird der Drehzahlsollwert von der nsoii 3 entsprechenden Spann· mg über die Diode 9 und bei positivem n_So,ii über die Diode 10 begrenzt. Ist der Drehzahlsollwert n_Soiii kleiner als die gebildete D fhrenz, bleiben die Dioden 9 und 10 gesperrt und damit der Drehzahlsollwert n_Soii 1 unbeeinflußt. Die Diode 12 verhindert das Entstehen positiver Spannungswerte am Operationsverstärker 21, um zu verhindern, daß die Drehrichtung des Antriebsmotors umkehrt und damit der Greifer öffnet.

Claims (3)

1. Steuerung der Greifkraft von Greifern an Industrierobotern und modularen Handhabungseinrichtungen, deren Greiforgane elektromotorisch angetrieben sind, mit einem den Drehzahlsollwert und den Stromsollwert für den Antriebsmotor verarbeitenden Steller, über den eine dem Motorstrom proportionale Greifkraft vorwählbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf den Stromanstieg bei ti Anlegen der Greiforgane an das Greifobjekt einstellbarer Komparator (1; 2) vorgesehen ist, dessen Ausgang über ein Tor (4), welches vom Automatikbetrieb (6) aufrufbar ist, eine Umschalteinrichtung (5) aktiviert, mit der ein zusätzlicher, die Drehzahlregelung des Antriebsmotors beeinflussender Drehzahlsollwert (ns_oii)₍ auf das Drehzahl-Soll-Ist-Wert-Vergleichsglied (11) des Stellers aufschaltbar ist.

2. Steuerung der Greifkraft nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung (5) aus Operationsverstärkern (7,21; 8,23) besteht, auf die eingangsseitig über einen vom Tor (4) ansteuerbaren elektronischen Schalter (6/19) der der Greifkraft proportionale Stromsollwert (Isoii) geschaltet ist, wobei der Ausgang der Operationsverstärker (7, 21; 8, 23) als der Greifkraft zugeordneter verminderter Drehzahlsollwert (nsoio) am Drehzahl-Soll-Ist-Wert-Vergleichsglied (11) des Stellers angeschlossen ist.

3. Steuerung der Greifkraft nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung (5) in einem ersten Zweig aus einem von einem Zeitglied (17) begrenzten Flipflop (13) und einem Verstärker (16) besteht, dessen Ausgang als invertierter eine Drehrichtungsumkehr bewirkender Drehzahlsollwert (ns_oii2) auf das Drehzahl-Soll-Ist-Wert-Vergleichsglied (11) des Stellers geschaltet ist und in einem zweiten Zweig aus Operationsverstärkern (7,21; 8,23) besteht, auf die eingangsseitig über einen elektronischen Schalter (6,19) der der Greifkraft proportionale Stromsollwert (l_Soii) geschaltet ist und der Ausgang der Operationsverstärker (7; 21; 8,23) als der Greifkraft zugeordneter verminderter Drehzahlsollwert (nsoin) am Drehzahl-Soil-Ist-Wert-Vergleichsglied (11) des Stellers angeschlossen ist, wobei der elektronische Schalter (6,19) im rückgesetzten Zustand des Flipflops (13) durchgeschaltet ist.