DE102019202605B4 - Manipulator and method for operating a manipulator - Google Patents
Manipulator and method for operating a manipulator Download PDFInfo
- Publication number
- DE102019202605B4 DE102019202605B4 DE102019202605.2A DE102019202605A DE102019202605B4 DE 102019202605 B4 DE102019202605 B4 DE 102019202605B4 DE 102019202605 A DE102019202605 A DE 102019202605A DE 102019202605 B4 DE102019202605 B4 DE 102019202605B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- signal
- load
- pressure
- control device
- control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 27
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 57
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 12
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 4
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 101100116570 Caenorhabditis elegans cup-2 gene Proteins 0.000 description 2
- 101100116572 Drosophila melanogaster Der-1 gene Proteins 0.000 description 2
- 229920000426 Microplastic Polymers 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 241001295925 Gegenes Species 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000003584 silencer Effects 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
- B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
- B66C1/00—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles
- B66C1/02—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles by suction means
- B66C1/0256—Operating and control devices
- B66C1/0275—Operating and control devices actuated by lifting action
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
- B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
- B66C1/00—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles
- B66C1/02—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles by suction means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
- B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
- B66C1/00—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles
- B66C1/02—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles by suction means
- B66C1/0256—Operating and control devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
Manipulator (1) zur Unterstützung einer manuellen Bewegung einer Last (2), mit einem Grundkörper (36), mit einer Lastaufnahmeeinrichtung (3) zur Aufnahme der Last (2), die beweglich mit dem Grundkörper (36) verbunden ist, mit einem Fluidaktor (4) zur Einleitung einer Relativbewegung zwischen Grundkörper (36) und Lastaufnahmeeinrichtung (3), der ein erstes, mit dem Grundkörper (36) verbundenes Aktorteil (17) und ein zweites, mit der Lastaufnahmeeinrichtung (3) verbundenes Aktorteil (21) umfasst, wobei das erste Aktorteil (17) und das zweite Aktorteil (21) relativbeweglich miteinander verbunden sind und einen größenvariablen Arbeitsraum (20) begrenzen, der mit einem Arbeitsfluid beaufschlagbar ist, mit einer Positionssensoreinrichtung (24) zur Erfassung einer Relativposition des zweiten Aktorteils (21) gegenüber dem ersten Aktorteil (17), mit einem Drucksensor (23) zur Erfassung eines Drucks im Arbeitsraum (20), mit einer Eingabeeinrichtung (10) zur Erfassung eines Bedienwunschs eines Bedieners, mit einer Steuerungseinrichtung (16) zur Bereitstellung eines Steuersignals an eine Ventileinrichtung (26) sowie mit einer Ventileinrichtung (26), die zur Bereitstellung eines Arbeitsfluids an den Arbeitsraum (20) in Abhängigkeit von dem Steuersignal ausgebildet ist, wobei die Steuerungseinrichtung (16) für eine Ermittlung des Steuersignals in Abhängigkeit von dem Bediensignal der Eingabeeinrichtung (10) und dem Positionssignal der Positionssensoreinrichtung (24) und dem Drucksignal des Drucksensors (23) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (16) für eine Berechnung einer Masse einer an der Lastaufnahmeeinrichtung (3) aufgenommenen Last (2) aus dem Positionssignal und dem Drucksignal sowie für eine Berücksichtigung der berechneten Masse bei der Ermittlung des Steuersignals ausgebildet ist.Manipulator (1) for supporting a manual movement of a load (2), with a base body (36), with a load-receiving device (3) for receiving the load (2), which is movably connected to the base body (36), with a fluid actuator (4) for initiating a relative movement between the base body (36) and the load-carrying device (3), which comprises a first actuator part (17) connected to the base body (36) and a second actuator part (21) connected to the load-carrying device (3), wherein the first actuator part (17) and the second actuator part (21) are connected to one another in a relatively movable manner and delimit a variable-size working space (20) which can be acted upon by a working fluid, with a position sensor device (24) for detecting a relative position of the second actuator part (21) opposite the first actuator part (17), with a pressure sensor (23) for detecting a pressure in the working space (20), with an input device (10) for detecting an operator's operating request, with a control device (16) for providing a control signal to a valve device (26) and with a valve device (26) which is designed to provide a working fluid to the working space (20) depending on the control signal, the control device (16) being used to determine the control signal depending on the operating signal of the input device (10 ) and the position signal of the position sensor device (24) and the pressure signal of the pressure sensor (23), characterized in that the control device (16) for calculating a mass of a load (2) picked up on the load receiving device (3) from the position signal and the pressure signal and is designed to take the calculated mass into account when determining the control signal.
Description
Die Erfindung betrifft einen Manipulator zur Unterstützung einer manuellen Bewegung einer Last. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Manipulators.The invention relates to a manipulator for supporting manual movement of a load. The invention further relates to a method for operating such a manipulator.
Aus der
Die
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Manipulator und ein Verfahren zum Betreiben eines Manipulators bereitzustellen, mit denen präzise Handhabung von Lasten ermöglicht wird.The object of the invention is to provide a manipulator and a method for operating a manipulator that enable precise handling of loads.
Diese Aufgabe wird für einen Manipulator der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass der Manipulator einen Grundkörper, eine Lastaufnahmeeinrichtung, die beweglich mit dem Grundkörper verbunden ist und die zur Aufnahme einer Last ausgebildet ist, einen Fluidaktor zur Einleitung einer Relativbewegung zwischen Grundkörper und Lastaufnahmeeinrichtung mit einem ersten, mit dem Grundkörper verbundenen Aktorteil und mit einem zweiten, mit der Lastaufnahmeeinrichtung verbundenen Aktorteil umfasst, wobei das erste Aktorteil und das zweite Aktorteil relativbeweglich miteinander verbunden sind und einen größenvariablen Arbeitsraum begrenzen, der mit einem Arbeitsfluid beaufschlagbar ist, und wobei der Manipulator weiterhin eine Positionssensoreinrichtung zur Erfassung einer Relativposition des zweiten Aktorteils gegenüber dem ersten Aktorteil, einen Drucksensor zur Erfassung eines Drucks im Arbeitsraum, eine Eingabeeinrichtung zur Erfassung eines Bedienwunschs eines Bedieners, eine Steuerungseinrichtung zur Bereitstellung eines Steuersignals an eine Ventileinrichtung sowie eine Ventileinrichtung zur Bereitstellung eines Arbeitsfluids an den Arbeitsraum in Abhängigkeit von dem Steuersignal umfasst, wobei die Steuerungseinrichtung für eine Ermittlung des Steuersignals, insbesondere ausschließlich, in Abhängigkeit von dem Bediensignal der Eingabeeinrichtung und dem Positionssignal der Positionssensoreinrichtung und dem Drucksignal des Drucksensors ausgebildet ist, wobei die Steuerungseinrichtung für eine Berechnung einer Masse einer an der Lastaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Last aus dem Positionssignal und dem Drucksignal sowie für eine Berücksichtigung der berechneten Masse bei der Ermittlung des Steuersignals ausgebildet ist.This task is achieved for a manipulator of the type mentioned with the features of
Beispielhaft ist der Grundkörper ortsfest an einem Gebäudeteil, insbesondere an einer Gebäudedecke oder einer Gebäudewand, oder an einem Maschinenrahmen festgelegt oder ist als Bestandteil einer Führungseinrichtung, die eine Verlagerung des gesamten Manipulators innerhalb eines vorgebbaren Raumbereichs, beispielsweise als Führungswagen an einem Schienensystem, ausgebildet.For example, the base body is fixed in a stationary manner to a part of a building, in particular to a building ceiling or a building wall, or to a machine frame, or is designed as a component of a guide device that allows the entire manipulator to be displaced within a predeterminable spatial area, for example as a guide carriage on a rail system.
Die Lastaufnahmeeinrichtung ist zur Aufnahme einer Last ausgebildet und kann exemplarisch als Sauggreifer ausgebildet sein, der einen unterdruckbeaufschlagbaren Saugnapf zur zeitweiligen Anhaftung an einer Lastoberfläche umfassen kann. Die Lastaufnahmeeinrichtung ist beispielsweise an einem zweiten Aktorteil eines Fluidaktors festgelegt, wobei das zweite Aktorteil mit einem ersten Aktorteil relativbeweglich verbunden ist und das erste Aktorteil mit dem Grundkörper verbunden ist. Beispielhaft ist der Fluidaktor als Pneumatikzylinder ausgebildet, wobei eines der beiden Aktorteile durch ein Zylindergehäuse und ein anderes der beiden Aktorteile durch eine beweglich im Zylindergehäuse aufgenommene Kolbenstange gebildet wird. In diesem Fall wird ein größenvariabler Arbeitsraum des Fluidaktors von einer im Zylindergehäuse ausgebildeten Zylinderbohrung und einem endseitig an der Kolbenstange angeordneten Kolben gebildet. Der Arbeitsraum kann mit einem Arbeitsfluid beaufschlagt werden, um eine Krafteinleitung auf die Lastaufnahmeeinrichtung zu bewirken und damit ein Anheben oder Absenken der an der Lastaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Last zu ermöglichen.The load-carrying device is designed to hold a load and can be designed, for example, as a suction gripper, which can include a suction cup that can be pressurized for temporary adhesion to a load surface. The load-carrying device is fixed, for example, to a second actuator part of a fluid actuator, the second actuator part being connected to a first actuator part in a relatively movable manner and the first actuator part being connected to the base body. For example, the fluid actuator is designed as a pneumatic cylinder, with one of the two actuator parts being formed by a cylinder housing and another of the two actuator parts being formed by a piston rod movably accommodated in the cylinder housing. In this case, a variable-size working space of the fluid actuator is formed by a cylinder bore formed in the cylinder housing and a piston arranged at the end on the piston rod. The working space can be supplied with a working fluid in order to introduce force onto the load-carrying device and thus enable the load picked up on the load-carrying device to be raised or lowered.
Ferner umfasst der Manipulator eine Positionssensoreinrichtung, die zur Erfassung einer Relativposition des zweiten Aktorteils gegenüber dem ersten Aktorteil und die zur Bereitstellung eines elektrischen Positionssignals ausgebildet ist. Furthermore, the manipulator comprises a position sensor device which is designed to detect a relative position of the second actuator part relative to the first actuator part and which is designed to provide an electrical position signal.
Beispielhaft kann die Positionssensoreinrichtung einen dem Kolben des Fluidaktors zugeordneten Permanentmagneten und eine Anordnung von Magnetfeldsensoren, die an einer Außenseite des Zylindergehäuses des Fluidaktors angebracht sind, umfassen.By way of example, the position sensor device can be assigned to the piston of the fluid actuator th permanent magnets and an arrangement of magnetic field sensors which are attached to an outside of the cylinder housing of the fluid actuator.
Dem Arbeitsraum des Manipulators ist ein Drucksensor zugeordnet, der zur Erfassung eines Drucks im Arbeitsraum ausgebildet ist. Der Drucksensor ist zur Bereitstellung eines elektronischen Drucksignals ausgebildet.A pressure sensor is assigned to the working space of the manipulator and is designed to detect a pressure in the working space. The pressure sensor is designed to provide an electronic pressure signal.
Um einen Bedienwunsch eines Bedieners erfassen zu können, ist eine Eingabeeinrichtung vorgesehen, die beispielhaft als schwenkbeweglich am zweiten Aktorteil oder an der Lastaufnahmeeinrichtung gelagerter Bedienhebel ausgebildet sein kann und die von einem Bediener dazu genutzt werden kann, eine Hubbewegung oder eine Absenkbewegung für die Last vorzugeben.In order to be able to detect an operator's operating request, an input device is provided, which can be designed, for example, as an operating lever mounted pivotably on the second actuator part or on the load-carrying device and which can be used by an operator to specify a lifting movement or a lowering movement for the load.
Der Manipulator umfasst ferner eine Steuerungseinrichtung, die zur Bereitstellung eines Steuersignals an eine Ventileinrichtung ausgebildet ist, wobei die Steuerungseinrichtung für eine Verarbeitung von Eingangssignalen der Positionssensoranordnung, des Drucksensors und der Eingabeeinrichtung ausgebildet ist, um daraus das Steuersignal zu ermitteln, das an eine Ventileinrichtung bereitgestellt wird. Die Ventileinrichtung ist ihrerseits zur Bereitstellung eines Arbeitsfluids an den Arbeitsraum ausgebildet, um eine Relativbewegung des zweiten Aktorteils des Fluidaktors gegenüber dem ersten Aktorteil des Fluidaktors zu ermöglichen und damit die gewünschte Hubbewegung oder Absenkbewegung für die Last hervorzurufen.The manipulator further comprises a control device which is designed to provide a control signal to a valve device, wherein the control device is designed to process input signals from the position sensor arrangement, the pressure sensor and the input device in order to determine therefrom the control signal which is provided to a valve device . The valve device is in turn designed to provide a working fluid to the working space in order to enable a relative movement of the second actuator part of the fluid actuator relative to the first actuator part of the fluid actuator and thus to bring about the desired lifting movement or lowering movement for the load.
Dabei ist die Steuerungseinrichtung für eine Ermittlung des Steuersignals in Abhängigkeit von dem Bediensignal der Eingabeeinrichtung und dem Positionssignal der Positionssensoreinrichtung und dem Drucksignal des Drucksensors ausgebildet. Bei dem Steuersignal handelt es sich beispielsweise um ein analoges oder digitales elektrisches Signal, das von der Steuerungseinrichtung an die Ventileinrichtung bereitgestellt wird. Die Ventileinrichtung umfasst rein exemplarisch ein Proportionalventil, mit dem ein Arbeitsdruck in der Arbeitskammer wahlweise erhöht oder reduziert werden kann.The control device is designed to determine the control signal as a function of the operating signal of the input device and the position signal of the position sensor device and the pressure signal of the pressure sensor. The control signal is, for example, an analog or digital electrical signal that is provided by the control device to the valve device. The valve device comprises, purely as an example, a proportional valve with which a working pressure in the working chamber can either be increased or reduced.
Die Steuerungseinrichtung berücksichtigt bei der Ermittlung des Steuersignals für die Ventileinrichtung zunächst den Bedienwunsch des Bedieners, der über die Eingabeeinrichtung eingegeben wird. Bei dem Bedienwunsch handelt es sich um eine Hubanforderung oder um eine Absenkanforderung. Ferner berücksichtigt die Steuerungseinrichtung eine Beziehung zwischen dem Positionssignal und dem Drucksignal, aus der ein Rückschluss darauf gezogen werden kann, durch welche Änderung des Drucks für das im Arbeitsraum vorhandene Fluid der Bedienwunsch in geeigneter Weise umgesetzt werden kann, ohne dass hierbei ein manuelles Nachsteuern durch den Bediener erforderlich wird. Die Wirkungsweise der Steuerungseinrichtung kann beispielsweise daran verdeutlicht werden, dass die Last eine veränderliche Masse aufweist. Exemplarisch handelt es sich bei der Last um einen Behälter für ein Kunststoffgranulat, mit dem eine Spritzgussmaschine beschickt werden soll. Hierzu wird der Behälter mit Hilfe des Manipulators von einer Palette angehoben und über einen Einfülltrichter der Spritzgussmaschine bewegt, um dort das im Behälter aufgenommene Kunststoffgranulat in einem Schüttvorgang in den Einfülltrichter zu entleeren. Während des Schüttvorgangs reduziert sich die Masse der am Manipulator aufgenommenen Last, ohne dass hierbei eine Veränderung der Position des Behälters erwünscht wäre, dementsprechend wird während des Schüttvorgangs auch kein Bedienwunsch an der Eingabeeinrichtung eingegeben. Bei einer Verwendung von Druckluft als Arbeitsfluid kommt es ohne eine Einflussnahme auf das Arbeitsfluid im Arbeitsraum zu einer unerwünschten Hubbewegung der Lastaufnahmeeinrichtung. Die Steuerungseinrichtung berücksichtigt neben dem Bedienwunsch auch das Positionssignal und das Drucksignal und bewirkt bei dem vorstehenden Beispiel, dass in Abwesenheit eines Bediensignals trotz der Reduktion der Masse der Last die Position der Lastaufnahmeeinrichtung konstant gehalten wird. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, die Ansteuerung der Ventileinrichtung durch die Steuerungseinrichtung ohne eine unmittelbare oder direkte Messung der Gewichtskraft der Last vorzunehmen, da hierfür eine Wägezelle oder Kraftmessdose erforderlich wäre, die die Kosten für den Manipulator erhöhen würde.When determining the control signal for the valve device, the control device first takes into account the operator's operating request, which is entered via the input device. The operating request is a lifting request or a lowering request. Furthermore, the control device takes into account a relationship between the position signal and the pressure signal, from which a conclusion can be drawn as to which change in the pressure for the fluid present in the working space can appropriately implement the operating request without the need for manual readjustment by the operator is required. The operation of the control device can be illustrated, for example, by the fact that the load has a variable mass. For example, the load is a container for plastic granules that is to be used to feed an injection molding machine. For this purpose, the container is lifted from a pallet with the help of the manipulator and moved over a filling hopper of the injection molding machine in order to empty the plastic granules contained in the container into the filling hopper in a pouring process. During the pouring process, the mass of the load picked up on the manipulator is reduced without any change in the position of the container being desired; accordingly, no operating request is entered into the input device during the pouring process. When compressed air is used as the working fluid, an undesirable lifting movement of the load-carrying device occurs without any influence on the working fluid in the working space. In addition to the operating request, the control device also takes into account the position signal and the pressure signal and, in the above example, causes the position of the load-carrying device to be kept constant in the absence of an operating signal despite the reduction in the mass of the load. In particular, it is provided that the valve device is activated by the control device without an immediate or direct measurement of the weight of the load, since this would require a load cell or load cell, which would increase the costs for the manipulator.
Zweckmäßig ist es, wenn die Positionssensoreinrichtung einen ersten Positionssensor zur Bereitstellung eines ersten Positionssignals und einen zweiten Positionssensor zur Bereitstellung eines zweiten Positionssignals umfasst und dass die Positionssensoreinrichtung oder die Steuerungseinrichtung zur Verarbeitung des ersten und zweiten Positionssignals zum Positionssignal ausgebildet ist. Mit Hilfe der wenigstens zwei Positionssensoren kann eine redundante Verarbeitung von Positionssignalen vorgesehen werden, um beispielsweise Anforderungen an einen sicherheitsgerichteten Betrieb des Manipulators erfüllen zu können. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die beiden Positionssensoren unabhängig voneinander jeweils ein Positionssignal erzeugen, das in der der Verarbeitungseinrichtung verarbeitet wird und mit dem jeweils anderen Positionssignal verglichen wird, um bei Abweichungen zwischen den beiden Positionssignalen, die außerhalb eines vorgebbaren Abweichungsintervalls liegen, beispielsweise eine weitere Hubbewegung oder Absenkbewegung für die Last zu unterbinden. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, wenn in der Steuerungseinrichtung eine diversitär redundante Verarbeitung der Positionssignale der beiden Positionssensoren erfolgt, also jedes der Positionssignale mit einem unterschiedlichen Berechnungsalgorithmus verarbeitet wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Positionssensoren diversitär redundant ausgebildet sind, also die Positionsmessung mit jeweils unterschiedlicher Messmethode durchgeführt wird.It is expedient if the position sensor device comprises a first position sensor for providing a first position signal and a second position sensor for providing a second position signal and that the position sensor device or the control device is designed to process the first and second position signals into a position signal. With the help of the at least two position sensors, redundant processing of position signals can be provided in order, for example, to be able to meet requirements for safety-related operation of the manipulator. It is preferably provided that the two position sensors each independently generate a position signal, which is processed in the processing device and is compared with the other position signal in order to, for example, a further lifting movement in the event of deviations between the two position signals that lie outside a predeterminable deviation interval or to prevent the load from lowering. It is particularly preferred if the position signals of the two position sensors are processed in a diversely redundant manner in the control device, i.e. each of the position signals is processed with a different calculation algorithm. In particular, it is provided that the position sensors are designed to be diversely redundant, i.e. the position measurement is carried out using different measuring methods.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung für eine Berechnung einer Masse einer an der Lastaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Last aus dem Positionssignal und dem Drucksignal sowie für eine Berücksichtigung der berechneten Masse bei der Ermittlung des Steuersignals ausgebildet ist. Durch eine Berechnung der Masse kann eine zuverlässige Vorgabe für die erforderliche Druckänderung ermittelt werden, um angesichts der gewünschten Positionsänderung sowohl eine vorteilhafte Beschleunigung der Last als auch ein präzises Erreichen der gewünschten Position gewährleisten zu können.According to the invention, it is provided that the control device is designed to calculate a mass of a load picked up on the load-receiving device from the position signal and the pressure signal and to take the calculated mass into account when determining the control signal. By calculating the mass, a reliable specification for the required pressure change can be determined in order to be able to ensure both an advantageous acceleration of the load and precise achievement of the desired position in view of the desired change in position.
Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung für einen Abgleich eines anhand des Positionssignals und des Drucksignals simulierten Bewegungsverhaltens der Last mit einem anhand des Positionssignals und des Drucksignals ermittelten tatsächlichen Bewegungsverhalten der Last zur Ermittlung einer Masse der an der Lastaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Last ausgebildet ist. Hierzu wird ein sogenannter Beobachteralgorithmus eingesetzt, der dazu ausgebildet ist, auf Basis von Messwerten des Drucksensors und einer gespeicherten mathematischen Beschreibung des Manipulators zunächst eine Masse der an der Lastaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Last zu berechnen. Auf Basis dieser Massenberechnung kann der Beobachteralgorithmus dann eine Vorhersage zum Bewegungsverhalten des Manipulators erstellen. Das vorhergesagte Bewegungsverhalten wird dann mit einem tatsächlichen Bewegungsverhalten des Manipulators verglichen, das durch das Positionssignal repräsentiert wird. Die Differenz zwischen dem vorhergesagtem Bewegungsverhalten und dem tatsächlichem Bewegungsverhalten wird als Positionsabweichung an einen Anpassungsalgorithmus für eine Korrektur der errechneten Masse bereitgestellt. Der vom Anpassungsalgorithmus korrigierte Massenwert kann dann zum einen direkt an den Beobachteralgorithmus bereitgestellt werden und zum anderen nach Umrechnung in eine Gewichtskraft von einer aus dem Drucksignal berechneten Druckkraft abgezogen werden, um dadurch das Eingangssignal für den Beobachteralgorithmus zu bilden. Ferner kann aus dem Betrag der korrigierten Masse ein Steuersignal für die Ansteuerung der Ventileinrichtung ermittelt werden, um eine geeignete Bereitstellung von Arbeitsfluid an den Fluidaktor zu gewährleisten.For this purpose, it is in particular provided that the control device is designed to compare a movement behavior of the load simulated based on the position signal and the pressure signal with an actual movement behavior of the load determined based on the position signal and the pressure signal in order to determine a mass of the load picked up on the load receiving device. For this purpose, a so-called observer algorithm is used, which is designed to first calculate a mass of the load picked up at the load-carrying device based on measured values from the pressure sensor and a stored mathematical description of the manipulator. Based on this mass calculation, the observer algorithm can then make a prediction about the movement behavior of the manipulator. The predicted movement behavior is then compared with an actual movement behavior of the manipulator, which is represented by the position signal. The difference between the predicted movement behavior and the actual movement behavior is provided as a position deviation to an adaptation algorithm for a correction of the calculated mass. The mass value corrected by the adaptation algorithm can then be provided directly to the observer algorithm and, after conversion into a weight force, can be subtracted from a pressure force calculated from the pressure signal in order to thereby form the input signal for the observer algorithm. Furthermore, a control signal for activating the valve device can be determined from the amount of the corrected mass in order to ensure a suitable provision of working fluid to the fluid actuator.
Vorteilhaft ist es, wenn die Steuerungseinrichtung für eine interne Ermittlung der Masse der an der Lastaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Last ohne Einbeziehung eines Lastsignals einer Lastmesszelle ausgebildet ist. Für eine interne Ermittlung der Masse benötigt die Steuerungseinrichtung keine unmittelbare Messung der Masse, wie sie beispielsweise mit einer Lastmesszelle vorgenommen werden könnte. Eine Lastmesszelle oder Wägezelle erfordert eine mechanische Integration am Manipulator, insbesondere im Bereich zwischen der Lastaufnahmeeinrichtung und dem Fluidaktor. Ferner handelt es sich bei der Lastmesszelle um einen zusätzlichen Kostenfaktor und um eine typischerweise eher empfindliche Komponente, die die Belastungsfähigkeit des Manipulators vermindert. Wenn der Manipulator ohne eine Lastmesszelle, also ohne eine Messeinrichtung zur Ermittlung der Masse und/oder der Gewichtskraft ausgebildet ist, steht auch kein Lastsignal zu Verfügung. Somit muss für einen vorteilhaften Betrieb des Manipulators eine interne Massenberechnung in der Steuerungseinrichtung auf Basis von gegebenen Sensorsignalen, insbesondere auf Basis des Positionssignals und des Drucksignals, vorgenommen werden, was mit Hilfe des Beobachteralgorithmus und des Anpassungsalgorithmus, die in der Steuerungseinrichtung verarbeitet werden, vorgenommen werden kann.It is advantageous if the control device is designed for an internal determination of the mass of the load picked up on the load-carrying device without including a load signal from a load measuring cell. For an internal determination of the mass, the control device does not require any direct measurement of the mass, as could be carried out, for example, with a load measuring cell. A load measuring cell or load cell requires mechanical integration on the manipulator, especially in the area between the load receiving device and the fluid actuator. Furthermore, the load measuring cell is an additional cost factor and is typically a rather sensitive component that reduces the load capacity of the manipulator. If the manipulator is designed without a load measuring cell, i.e. without a measuring device for determining the mass and/or the weight, no load signal is available. Thus, for advantageous operation of the manipulator, an internal mass calculation must be carried out in the control device on the basis of given sensor signals, in particular based on the position signal and the pressure signal, which is carried out with the aid of the observer algorithm and the adaptation algorithm, which are processed in the control device can.
Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt durch Verfahren zum Betreiben eines Manipulators zum Bewegen einer Last gelöst. Dabei umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: Erfassen eines Bedienwunschs eines Bedieners mit einer Eingabeeinrichtung und Bereitstellung eines Bediensignals an eine Steuerungseinrichtung, Ermitteln eines Arbeitsdrucks für ein Arbeitsfluid in einem Arbeitsraum eines Fluidaktors anhand eines Drucksignals eines dem Fluidaktor zugeordneten Drucksensors und Ermitteln einer Relativposition eines zweiten Aktorteils des Fluidaktors gegenüber einem ersten Aktorteil des Fluidaktors anhand eines Positionssignals eines dem Fluidaktor zugeordneten Positionssensoreinrichtung, Verändern des Arbeitsdrucks im Arbeitsraum in Abhängigkeit von dem Bediensignal durch Ansteuern einer Ventileinrichtung mit einem von der Steuerungseinrichtung bereitgestellten Steuersignal, so dass eine Positionsveränderung einer Last, die an einer vom Fluidaktor bewegbaren Lastaufnahmeeinrichtung aufgenommen ist, zum Bediensignal korrespondiert, wobei die Steuerungseinrichtung das Steuersignal, insbesondere ausschließlich, in Abhängigkeit von dem Bediensignal und dem Drucksignal und dem Positionssignal ermittelt, wobei in der Steuerungseinrichtung für eine Ermittlung des Steuersignals eine Massenberechnung für eine an der Lastaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Last vorgenommen wird, indem anhand des Positionssignals und des Drucksignals eine Simulation eines Bewegungsverhaltens der Last mit einem anhand des Positionssignals und des Drucksignals ermittelten tatsächlichen Bewegungsverhalten verglichen wird.The object of the invention is achieved according to a second aspect of the invention by methods for operating a manipulator for moving a load. The method includes the following steps: detecting an operator's operating request with an input device and providing an operating signal to a control device, determining a working pressure for a working fluid in a working space of a fluid actuator based on a pressure signal from a pressure sensor assigned to the fluid actuator and determining a relative position of a second actuator part of the fluid actuator relative to a first actuator part of the fluid actuator based on a position signal of a position sensor device assigned to the fluid actuator, changing the working pressure in the working space as a function of the operating signal by controlling a valve device with a control signal provided by the control device, so that a change in position of a load that is on one of the Fluid actuator movable load-carrying device is accommodated, corresponds to the operating signal, wherein the control device determines the control signal, in particular exclusively, as a function of the operating signal and the pressure signal and the position signal, wherein in the control device for a determination of Control signal, a mass calculation is carried out for a load picked up on the load-receiving device by comparing, based on the position signal and the pressure signal, a simulation of a movement behavior of the load with an actual movement behavior determined on the basis of the position signal and the pressure signal.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass in der Positionssensoreinrichtung oder in der Steuerungseinrichtung eine erste Verarbeitung eines ersten Positionssignals eines ersten Positionssensors und eine zweite Verarbeitung eines zweiten Positionssignals eines zweiten Positionssensors zur Bereitstellung umfasst und wobei die Steuerungseinrichtung zur Verarbeitung des ersten und zweiten Positionssignals zu einem gemeinsamen Positionssignal ausgebildet ist.In a further development of the method it is provided that in the position sensor device or in the control device a first processing of a first position signal of a first position sensor and a second processing of a second position signal of a second position sensor are provided for provision and wherein the control device is used to process the first and second position signals a common position signal is formed.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung das Steuersignal ohne Einbeziehung eines Lastsignals einer Abhängigkeit von dem Bediensignal und dem Drucksignal und dem Positionssignal ermittelt.In an advantageous development of the method it is provided that the control device determines the control signal without including a load signal as a function of the operating signal and the pressure signal and the position signal.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung die Masse der an der Lastaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Last ausschließlich intern, insbesondere ohne Einbeziehung eines Lastsignals einer Lastmesszelle, ermittelt.In a further embodiment of the method, it is provided that the control device determines the mass of the load picked up on the load-carrying device exclusively internally, in particular without including a load signal from a load measuring cell.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
-
1 eine streng schematische Darstellung eines Manipulators, wie er zur Unterstützung der manuellen Handhabung von Lasten eingesetzt werden kann, und -
2 eine streng schematische Darstellung der Steuerungseinrichtung des Manipulators gemäß der1 .
-
1 a strictly schematic representation of a manipulator as it can be used to support the manual handling of loads, and -
2 a strictly schematic representation of the control device of the manipulator according to1 .
Ein in der
Für die Handhabung dieser Last 2 umfasst der Manipulator 1 einen auch als Lastaufnahmeeinrichtung bezeichneten Sauggreifer 3, der endseitig an einem Fluidaktor 4 angebracht ist und der eine Grundplatte 5 und einen an der Grundplatte 5 angeordneten, aus einem gummielastischen Material hergestellten, rein exemplarisch konusabschnittsförmig ausgebildeten Saugnapf 6 umfasst. Dabei ist die Grundplatte 5 mit dem Fluidaktor 4 verbunden und umfasst einen Fluidanschluss 7, der zur Ankopplung mit einer Fluidleitung 8 ausgebildet ist. Die Fluidleitung 8 verbindet den Sauggreifer 3 mit einer Unterdruckquelle 9, die zu einer zeitweiligen Bereitstellung von Unterdruck an den Sauggreifer 3 ausgebildet ist, damit dieser durch Unterdruckbeauftragung des Saugnapfs 6 ein Ergreifen der Last 2 ermöglicht.For handling this
Beispielhaft ist an der Grundplatte 5 des Sauggreifers 3 eine Eingabeeinrichtung 10 angeordnet, die rein exemplarisch einen Bedienhebel 11 sowie eine Schalteranordnung 12 umfasst und die für eine Eingabe eines Bedienwunschs durch einen nicht näher dargestellten Bediener ausgebildet ist. Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Bedienhebel 11 derart mit der Schalteranordnung 12 verbunden ist, dass durch eine Schwenkbewegung des Bedienhebels 11 ein Bedienwunsch im Sinne einer Hubbewegung oder einer Absenkbewegung für die Last 2 eingegeben werden kann. Die Schalteranordnung 12 ist über eine Signalleitung 15 mit einer Steuerungseinrichtung 16 verbunden, die nachstehend im Zusammenhang mit der
Für die Umsetzung des an der Eingabeeinrichtung 10 angegebenen Bedienwunschs in eine Bewegung der Last 2 umfasst der rein exemplarisch als Pneumatikzylinder ausgebildete Fluidaktor 4 ein Zylindergehäuse 17, das auch als erstes Aktorteil bezeichnet werden kann und in dem eine Zylinderausnehmung 18 ausgebildet ist, in der ein Arbeitskolben 19 beweglich aufgenommen ist. Der Arbeitskolben 19 ist hierbei fluiddicht in der Zylinderausnehmung 18 aufgenommen und begrenzt zusammen mit dem Zylindergehäuse 17 einen größenvariablen Arbeitsraum 20.In order to implement the operating request specified on the
Für eine Verbindung des linearbeweglich gelagerten Arbeitskolbens 19 mit dem Sauggreifer 3 ist eine auch als zweites Aktorteil bezeichnete Kolbenstange 21 vorgesehen, die jeweils am Arbeitskolben 19 und an der Grundplatte 5 des Sauggreifers 3 festgelegt ist und die das Zylindergehäuse 17 abdichtend durchsetzt. Hiermit kann eine lineare Bewegung des Arbeitskolbens 19 längs einer Zylinderachse 14 unmittelbar in eine identische Linearbewegung des Sauggreifers 3 umgesetzt werden. Dem Zylindergehäuse sind ein Fluidanschluss 22, ein Drucksensor 23 sowie ein Positionssensor 24 zugeordnet, wobei am Fluidanschluss 22 eine Fluidleitung 25 angebracht ist, die für eine kommunizierende Verbindung mit einer Ventileinrichtung 26 ausgebildet ist. Der Drucksensor 23 ist über eine Signalleitung 27 mit der Steuerungseinrichtung 16 verbunden, ferner ist der Positionssensor 24 über eine Signalleitung 28 mit der Steuerungseinrichtung 16 verbunden.To connect the linearly
Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass am Arbeitskolben 19 ein Ringmagnet 29 angeordnet ist, der zur Bereitstellung eines magnetischen Flusses ausgebildet ist, wobei der bereitgestellte magnetische Fluss vom Positionssensor 24 erfasst werden kann und in ein Positionssignal umgesetzt werden kann, das als Analogsignal oder als Digitalsignal über die Signalleitung 28 an die Steuerungseinrichtung 16 übertragen werden kann.Purely as an example, it is provided that a
Der Drucksensor 23 ermittelt den Druck im Arbeitsraum 20 und stellt ein analoges oder digitales elektrisches Signal über die Signalleitung 27 an die Steuerungseinrichtung 16 zur Verfügung.The
Die Ventileinrichtung 26 steht mit der Steuerungseinrichtung 16 über eine Steuerleitung 30 in Verbindung, wobei die Ventileinrichtung 26 eines oder mehrere, nicht mehr dargestellte Proportionalventile, umfassen konnten, um ein von der Steuer Leitung 30 bereitgestelltes Steuersignal in einen Fluidstrom eines Arbeitsfluids, insbesondere Druckluft, umsetzen zu können, um somit eine Beeinflussung eines Arbeitsdrucks im Arbeitsraum 20 zu ermöglichen.The
Zu diesem Zweck ist die Ventileinrichtung 26 mit einer Druckluftquelle 31 über eine Anschlussleitung 32 fluidisch kommunizierend verbunden, ferner ist die Ventileinrichtung 26 mit einem Fluidauslass 33 über eine Auslassleitung 34 verbunden, um eine Abfuhr von druckbeaufschlagtem Fluid aus dem Arbeitsraum 20 zu ermöglichen, hierbei ist der Fluidauslass 33 rein exemplarisch mit einem Schalldämpfer versehen.For this purpose, the
Die Unterdruckquelle 9 ist ebenfalls über die Anschlussleitung 32 mit der Druckluftquelle 31 fluidisch kommunizierend verbunden und umfasst rein exemplarisch neben einem nicht näher dargestellten Steuerventil, das über eine Steuerleitung 35 elektrische mit der Steuerungseinrichtung 16 verbunden ist, einen ebenfalls nicht näher dargestellten Ejektor, um eine Umsetzung der von der Druckluftquelle 31 bereitgestellten Druckluft in einen Unterdruck zu ermöglichen. Der vom nicht näher dargestellten Ejektor erzeugte Unterdruck kann dann über die Fluidleitung 8 an den Sauggreifer 3 bereitgestellt werden.The
Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Fluidaktor 3 mit seinem Zylindergehäuse 17 an einer auch als Grundkörper bezeichneten Konsole 36 befestigt ist, die ihrerseits, rein exemplarisch in horizontaler Richtung, linearbeweglich an einer Tragschiene 37 aufgenommen ist, so dass eine Verlagerung des Manipulators 1 beispielsweise parallel zu einem nicht dargestellten Bodenbereich eines ebenfalls nicht dargestellten Gebäudes vorgenommen werden kann.By way of example, it is provided that the
Eine Funktionsweise des Manipulators 1 zum Transportieren einer Last 2 kann wie folgt beschrieben werden:
- Beispielhaft ist vorgesehen, eine Last 2 mit Hilfe des
Manipulator 1 von einem ersten Lagerort zu einem zweiten Lagerort zu transportieren, wobei der erste Lagerort und der zweite Lagerort derart angeordnet sind, dass die Last 2 am ersten Lagerort mit Hilfe desManipulators 1 in vertikaler Richtung angehoben werden kann und im Zuge einer linearen Bewegung längs der Tragschiene 37 an den zweiten Lagerort transportiert werden kann. Hierzu wird in einem ersten Schritt von einem nicht näher dargestellten Bediener derManipulator 1 derart über der Last 2 angeordnet, dass der Sauggreifer 3 oberhalb einer nicht näher bezeichneten Oberfläche der Last 2 angeordnet ist. In einem darauffolgenden Schritt kann der Bediener durch Eingabe eines Bedienwunsches ander Eingabeeinrichtung 10 eine Absenkbewegung desSauggreifers 3 anfordern. Hierzu kann beispielhaft vorgesehen sein, dass derBediener den Bedienhebel 11 gemäß der Darstellung der1 gegen den Uhrzeigersinn nach unten verschwenkt, wodurch dieSchalteranordnung 12 angesteuert wird und der eingeleitete Bedienwunsch als elektrisches Signal über die Signalleitung 15 andie Steuerungseinrichtung 16 weitergeleitet wird. Inder Steuerungseinrichtung 16 erfolgt eine Erfassung des Bedienwunsches sowie eine Ansteuerung der Ventileinrichtung 26, um imArbeitsraum 20 eine Reduzierung des dort vorliegenden Drucks des Arbeitsfluids zu bewirken und dadurch aufgrund der Gewichtskraft des Arbeitskolbens 19,der Kolbenstange 21 und desSaugreifers 3 die gewünschte Absenkbewegung fürden Sauggreifer 3 zu bewirken, bis diesermit den Saugnapf 6 an der Oberfläche der Last 2 anliegt.
- By way of example, it is provided to transport a
load 2 from a first storage location to a second storage location with the aid of themanipulator 1, the first storage location and the second storage location being arranged in such a way that theload 2 is at the first storage location with the aid of themanipulator 1 in the vertical direction can be lifted and transported to the second storage location in the course of a linear movement along thesupport rail 37. For this purpose, in a first step, themanipulator 1 is arranged above theload 2 by an operator (not shown) in such a way that thesuction gripper 3 is arranged above an unspecified surface of theload 2. In a subsequent step, the operator can request a lowering movement of thesuction gripper 3 by entering an operating request on theinput device 10. For this purpose, it can be provided, for example, that the operator controls the operatinglever 11 as shown in FIG1 pivoted downwards counterclockwise, whereby theswitch arrangement 12 is activated and the initiated operating request is forwarded as an electrical signal via thesignal line 15 to thecontrol device 16. In thecontrol device 16, the operating request is detected and thevalve device 26 is activated in order to bring about a reduction in the pressure of the working fluid present there in the workingspace 20 and thereby achieve the desired lowering movement due to the weight of the workingpiston 19, thepiston rod 21 and thesuction cup 3 thesuction cup 3 until it rests with thesuction cup 6 on the surface of theload 2.
Ferner kann mit der Eingabe des Bedienwunsches an der Eingabeweinrichtung 10 auch eine Aktivierung der Unterdruckquelle 9 durch die Steuerungseinrichtung 16 vorgenommen werden, so dass der Saugnapf 6 beim Auftreffen auf die Oberfläche der Last 2 an der Last 2 angehaftet wird und somit eine lösbare Kopplung zwischen dem Sauggreifer 3 und der Last 2 vorliegt.Furthermore, by entering the operating request on the
Bei einer darauf folgenden weiteren Eingabe eines Bedienwunsches an der Eingabeeinrichtung 10, beispielsweise durch Einleiten einer Schwenkbewegung, gemäß der Darstellung der
Sobald die Last 2 durch den Manipulator 1 angehoben wurde, kann eine Verlagerung der Last 2 längs der Erstreckung der Tragschiene 37 durchgeführt werden, um die Last 2 anschließend durch neuerliche Eingabe eines Bedienwunsches an der Eingabeeinrichtung 10 an einem neuen Lagerort wieder abzusenken, wobei die Absenkbewegung durch Reduzierung des Drucks des Arbeitsfluids im Arbeitsraum 20 durchgeführt wird.As soon as the
Prinzipiell wäre es möglich, den an der Eingabeeinrichtung 10 eingegebenen Bedienwunsch für eine Hubbewegung oder eine Absenkbewegung durch eine direkte Kopplung der Eingabeeinrichtung 10 mit der Ventileinrichtung 26 unter Auslassung der Steuerungseinrichtung 16 durchzuführen. Hierbei würde sich jedoch die Problemstellung ergeben, dass der Bediener eine sehr feinfühlige Eingabe seines Bedienwunsches vornehmen müsste, um ein zu abruptes Anheben oder Absenken der Last zu vermeiden.In principle, it would be possible to carry out the operating request entered on the
Um hingegen eine komfortable und sichere Bedienung für den Manipulator 1 zu gewährleisten, ist vorgesehen, den an der Eingabeeinrichtung 10 eingegebenen Bedienwunsch in der Steuerungseinrichtung 16 in nachstehend näher beschriebener Weise zu verarbeiten und als Ergebnis dieser Verarbeitung die Ansteuerung der Ventileinrichtung 26 vorzunehmen. Somit erfordert der Manipulator 1 keine besondere Aufmerksamkeit des Bedieners für den Transportvorgang der Last 2, womit auch eine sichere Handhabung der Last 2 unterstützt wird, da sich der Bediener beispielsweise auf eine Kollisionsvermeidung für die Last 2 konzentrieren kannIn order, however, to ensure comfortable and safe operation for the
Um diese komfortable und sichere Durchführung des Hubvorgangs und des Absenkvorgangs gewährleisten zu können, ist die Steuerungseinrichtung 16 wie in der
Die Steuerungseinrichtung 16 umfasst rein exemplarisch einen ersten Eingangsanschluss 40, der über dieSignalleitung 15mit der Eingabeeinrichtung 10 verbunden ist, einen zweiten Eingangsanschluss 41, der über dieSignalleitung 27mit dem Drucksensor 23 verbunden ist, einen dritten Eingangsanschluss 42, der über dieSignalleitung 28mit den Positionssensor 24 verbunden ist, sowie einen Ausgangsanschluss 43, der über dieSteuerleitung 30mit der Ventilanordnung 26 verbunden ist.
- The
control device 16 comprises, purely by way of example, afirst input connection 40, which is connected to theinput device 10 via thesignal line 15, asecond input connection 41, which is connected to thepressure sensor 23 via thesignal line 27, athird input connection 42, which is connected via thesignal line 28 is connected to theposition sensor 24, and anoutput connection 43, which is connected to thevalve arrangement 26 via thecontrol line 30.
Rein exemplarisch wird davon ausgegangen, dass die an den Eingangsanschlüssen 40 bis 42 eintreffenden Eingangssignale sowie das am Ausgangsanschluss 43 bereitgestellte Steuersignal jeweils als elektrische Signale vorliegen.Purely as an example, it is assumed that the input signals arriving at the
Die Steuerungseinrichtung 16 kann für eine Verarbeitung der Eingangssignale und die Ausgabe des Steuersignals beispielsweise einen nicht näher dargestellten Mikroprozessor umfassen. Auf diesen Mikroprozessor kann eine Software aufgespielt sein, die die eintreffenden Eingangssignale verarbeitet und hier raus ein Steuersignal erzeugt, das am Ausgangsanschluss 43 bereitgestellt wird.The
Die schematische Darstellung gemäß der
Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung 16 drei Funktionsblöcke 44, 45,46 umfasst, die für die Signalverarbeitung untereinander verknüpft sind, um die gewünschte Ermittlung und Ausgabe eines Steuersignals für die Ventileinrichtung 26 zu ermöglichen.By way of example, it is provided that the
Rein exemplarisch ist der erste Funktionsblock 44 für eine Simulation des Verhaltens des Manipulators 1 ausgebildet und ermöglicht die Ausgabe eines geschätzten Positionswerts x-est (x-estimate) .Purely as an example, the
Der zweite Funktionsblock 45 ist zur Korrektur einer Schätzung für eine Masse der Last 2 ausgebildet und zur Ausgabe eines geschätzten Massewerts m-est (m-estimate) ausgebildet.The second
Der dritte Funktionsblock 46 ist für eine Regelung des Drucks im Arbeitsraum 20 und zur Ausgabe eines Steuersignals p-soll (p-Sollwert) vorgesehen, das in der Ventileinrichtung 26 in eine entsprechende Ventilstellung umgesetzt wird, um den angeforderten Druck im Arbeitsraum 20 bereitzustellen.The third
Auf Basis der vorstehenden Beschreibung für die Funktionsweise des Manipulator 1 kann die Signalverarbeitung in der Steuerungseinrichtung 16 wie folgt beschrieben werden:
- Ein vom Bediener an
der Eingabeeinrichtung 10 eingegebener Bedienwunsch trifft als Eingangssignal S-d (S-desired) der Eingabeeinrichtung 10am Eingangsanschluss 40 ein und wirddem Funktionsblock 46 zugeleitet. Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Bedienwunsch daraufhin abzielt, die Last 2, die beispielsweise noch nicht angehoben ist, in einem nachfolgenden Schritt anzuheben. Hierzu wird vom Funktionsblock 46 ein Steuersignal anden Ausgangsanschluss 43 bereitgestellt, um eine Ansteuerung der Ventileinrichtung 26 zu bewirken. Da zu diesem Zeitpunkt keine Informationen über die Masse der anzuhebenden Last 2 vorliegen, wird beispielhaft auf einen in derSteuerungseinrichtung 16 gespeicherten Massewert zurückgegriffen, um das Steuersignal zu ermitteln, mit dem dieDruckänderung im Arbeitsraum 20 vorgegeben wird.
- An operating request entered by the operator at the
input device 10 arrives as an input signal Sd (S-desired) of theinput device 10 at theinput connection 40 and is fed to thefunction block 46. By way of example, it is provided that the operating request aims to raise theload 2, which has not yet been raised, for example, in a subsequent step. For this purpose, thefunction block 46 provides a control signal to theoutput connection 43 in order to control thevalve Til device 26 to effect. Since there is no information about the mass of theload 2 to be lifted at this point in time, a mass value stored in thecontrol device 16 is used, for example, in order to determine the control signal with which the pressure change in the workingspace 20 is specified.
Mit der Erhöhung des Drucks im Arbeitsraum 20 steigt ein vom Drucksensor 23 ermittelter Betrag eines Drucksignals an, das am Eingangsanschluss 41 bereitgestellt wird. Das eintreffende Drucksignal p-r (p-real) wird für die weitere Verarbeitung in der Steuerungseinrichtung 16 mit einem Korrekturfaktor k1 multipliziert, um unter Einbeziehung von Systemparametern wie beispielsweise einer im Arbeitsraum 20 wirksamen Kolbenfläche des Arbeitskolbens 19 eine tatsächlich wirkende Kraft F-r (F-real) zu berechnen. Von der tatsächlich wirkenden Kraft F-r wird eine angenommene Gewichtskraft F-est (F-estimate) abgezogen, die in nachstehend näher beschriebener Weise ermittelt wird.As the pressure in the working
Die aus dieser Differenzbildung ermittelte resultierende Kraft F-diff (F-differenz) wird dem Funktionsblock 44 zugeführt, in dem eine Simulation für ein Bewegungsverhalten des Manipulators 1 hinterlegt ist. Diese Simulation ermöglicht unter Einbeziehung der resultierenden Kraft F-r eine Schätzung für eine Positionsveränderung x-est (x-estimate) des Sauggreifers 3 längs der Zylinderachse 14. Die geschätzte Positionsveränderung x-est wird von einer tatsächlichen Position x-r (x-real), die als Eingangssignal des Positionsensors 24 am Eingangsanschluss 42 bereitgestellt wird, abgezogen und als Positionsfehler x-diff (x-differenz) dem Funktionsblock 45 zur Korrektur der angenommenen Masse zugeführt.The resulting force F-diff (F-difference) determined from this difference formation is fed to the
Liegt beispielsweise ein Positionsfehler x-diff vor, der darauf hinweist, dass die angenommene Masse für die Last 2 kleiner als die tatsächliche Masse der Last 2 ist, so erfolgt im Funktionsblock 45 eine Vergrößerung eines Betrags für die angenommene Masse der Last 2. Der korrigierte Wert m-est (m-estimate) für die angenommene Masse wird zum einen an den Funktionsblock 46 bereitgestellt und wird zum anderen nach Multiplikation mit der Erdbeschleunigung g der vorstehend beschriebenen Differenzbildung mit der tatsächlichen Kraft F-p zugeführt.For example, if there is a position error x-diff, which indicates that the assumed mass for the
Durch diese Vorgehensweise in der Steuerungseinrichtung 16 kann somit in einem Annäherungsverfahren unter Einbeziehung der Drucksignale des Drucksensors 23 und der Positionssignale des Positionssensors 24 eine Bestimmung der Masse der Last 2 vorgenommen werden, ohne dass hierfür eine unmittelbare Messung der Masse der Last 2 erforderlich ist. Dementsprechend kann der Manipulator 1 ohne eine Lastmesszelle oder Wägezelle betrieben werden.Through this procedure in the
Vielmehr bilden der Funktionsblock 44 mit der Simulation des Bewegungsverhaltens des Manipulators und der Funktionsblock 45 mit der Korrektur der angenommenen Masse ein Beobachtersystem, mit dessen Hilfe die Masse der Last 2 rein auf Basis von mathematischen Algorithmen effizient und präzise ermittelt werden kann, womit eine vorteilhafte Bereitstellung von Steuersignalen am Ausgangsanschluss 43 zur Ansteuerung der Ventileinrichtung 26 vorgenommen werden kann.Rather, the
Claims (8)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019202605.2A DE102019202605B4 (en) | 2019-02-26 | 2019-02-26 | Manipulator and method for operating a manipulator |
CN202010115697.2A CN111606178B (en) | 2019-02-26 | 2020-02-25 | Manipulator and method for operating a manipulator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019202605.2A DE102019202605B4 (en) | 2019-02-26 | 2019-02-26 | Manipulator and method for operating a manipulator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102019202605A1 DE102019202605A1 (en) | 2020-08-27 |
DE102019202605B4 true DE102019202605B4 (en) | 2023-11-23 |
Family
ID=72139060
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102019202605.2A Active DE102019202605B4 (en) | 2019-02-26 | 2019-02-26 | Manipulator and method for operating a manipulator |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111606178B (en) |
DE (1) | DE102019202605B4 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SE545652C2 (en) * | 2021-03-19 | 2023-11-21 | Staccato Tech Ab | A pneumatic load balancing system |
SE544859C2 (en) * | 2021-03-19 | 2022-12-13 | Staccato Tech Ab | Improved pneumatic balancing system |
JP2024510073A (en) * | 2021-03-19 | 2024-03-06 | スタッカート・テクノロジーズ・アクチエボラグ | Pneumatic load balancing system and method |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014001677A1 (en) | 2014-02-07 | 2015-08-13 | Festo Ag & Co. Kg | working device |
DE102014112547A1 (en) | 2014-09-01 | 2016-03-03 | Lissmac Maschinenbau Gmbh | Device for manually moving loads |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5252037A (en) * | 1992-07-30 | 1993-10-12 | Aseptic Technology Engineering Co. | Piston valved vertical pump for particulate materials |
DE102016206822A1 (en) * | 2016-04-21 | 2017-10-26 | Festo Ag & Co. Kg | Method for supplying compressed air to a compressed air consumer, valve device and data carrier with a computer program |
CN105904453B (en) * | 2016-04-22 | 2017-12-05 | 南京航空航天大学 | A kind of function based on intelligent cylinder can configure conveying robot and method for carrying |
-
2019
- 2019-02-26 DE DE102019202605.2A patent/DE102019202605B4/en active Active
-
2020
- 2020-02-25 CN CN202010115697.2A patent/CN111606178B/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014001677A1 (en) | 2014-02-07 | 2015-08-13 | Festo Ag & Co. Kg | working device |
DE102014112547A1 (en) | 2014-09-01 | 2016-03-03 | Lissmac Maschinenbau Gmbh | Device for manually moving loads |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111606178A (en) | 2020-09-01 |
DE102019202605A1 (en) | 2020-08-27 |
CN111606178B (en) | 2023-02-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102019202605B4 (en) | Manipulator and method for operating a manipulator | |
DE4121334C2 (en) | Electronic balance control and regulation for a hoist | |
AT514115B1 (en) | Electrohydraulic control circuit | |
DE102015002761B4 (en) | ROBOT SYSTEM FOR RECEIVING STORED WORKPIECES AND METHOD FOR ASSESSING A WORKPIECE GRIPPING STATE | |
DE69420248T2 (en) | Slip correction load gripping system | |
AT519508B1 (en) | Regulating device for a handling device | |
EP3212490B1 (en) | System and method for placing an object, which is to be processed, on a production apparatus in a precise position | |
EP1830979B1 (en) | Method for controlling a compensation cylinder unit, in particular for a welding device | |
WO2014165889A1 (en) | Control system and method for controlling the orientation of a segment of a manipulator | |
DE102007058114A1 (en) | Vacuum generator apparatus and method of operation | |
DE102013020581A1 (en) | Robot gripper, robotic gripper system and method of operating a robotic gripper | |
EP3625157B1 (en) | Handling device for handling articles that are flat at least in some sections and method for operating such a handling device | |
DE10000771A1 (en) | Device and method for position control for work equipment of mobile work machines | |
DE102017118274A1 (en) | Large manipulator and hydraulic circuit arrangement for a large manipulator | |
DE2820848A1 (en) | LOADING DEVICE FOR LOADS | |
WO2016008697A1 (en) | Clamping unit and chuck unit of a clamping device | |
WO2024033178A1 (en) | Method, device, and computer program for detecting an error in the actual position of an axle of a machine | |
WO2018082939A2 (en) | Device, control system and filter module for producing die-cast parts, and method therefor | |
DE102005017954B4 (en) | Blade loader for feeding blanks to forming equipment such as transfer presses, multi-ram transfer presses, press lines or the like | |
DE102016124506A1 (en) | Truck with a control unit for controlling the movement of a load and a corresponding method | |
EP0307883A2 (en) | Integrated circuit for a manipulator as well as a coorperating free-form powerpress and a manipulator with a measuring device therefor | |
DE102018217337A1 (en) | Movement device, tire handling device and method for operating a fluidic actuator | |
DE3831184A1 (en) | Integrated control for a manipulator, and open-die forging press interacting with the latter and a manipulator with a measuring device for this purpose | |
WO2006128393A1 (en) | Blank feeder | |
DE102005020876B4 (en) | Displacement measuring device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: FESTO SE & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: FESTO AG & CO. KG, 73734 ESSLINGEN, DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENTANWAELTE MAGENBAUER & KOLLEGEN PARTNERSC, DE |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division |