用于设定线性多轴系统的方法和线性多轴系统与流程

1.本发明涉及一种用于设定具有至少一个线性模块的线性多轴系统的方法以及尤其是适用于执行该方法的线性多轴系统。


背景技术：

2.尤其是在电子设备和半导体生产、医疗和制药产业以及食品和包装产业以及通常在工厂自动化中使用这种多轴系统用于抓取、提升、旋转、定位和存放。在此，复杂的多轴系统经常由具有一个、两个或三个线性轴的较简单的线性模块组成，所述线性模块鉴于定位和移动任务（拾取和放置）被设计。例如在互联网中在下描述了这种多轴系统。
3.在这些已知的系统中，每个线性模块都被实施具有沿着相应模块的运动轴延伸的主体。在该主体处，滑座在该运动轴的方向上以线性可移动的方式被引导，其中通过电动机并且必要时通过齿形带传动或滚珠丝杠传动进行驱动。在已知的解决方案中，每个电动机（伺服电动机）都被实施具有旋转编码器，所述旋转编码器优选地不具有所定义的零点。在此，电动机可以配备有电子型号铭牌（typenschild）、即数据存储器，其中存放对于运行所需要的电动机特性数据。因此，该电子型号铭牌使得能够利用所分配的驱动调节器在很大程度上自动地启动电动机。
4.与此相应地，可以说电动机的“数字双胞胎”可供多轴系统的开发人员使用，使得简化复杂驱动系统的规划和设计。
5.然而表明，在设计复杂的多轴系统时，尽管从电子型号铭牌中可读出的数据，但仍必须促使巨大耗费来设立多轴系统。
6.在出版物ep1996376b1中描述了一种可编程机器人系统，其中机器人可以借助于用户界面来控制，其中机器人在用户界面的屏幕上被成像，使得可以在屏幕上通过箭头符号调整机器人的功能元件，其中该调整被传递到机器人。该用户界面不适用于线性多轴系统。


技术实现要素：

7.与此相对，本发明所基于的任务是创建一种用于设定线性多轴系统的方法和一种线性多轴系统，其中与传统解决方案相比，可以以比较少的耗费执行启动和设定。
8.鉴于该方法，该任务通过专利权利要求1的特征组合来解决，并且鉴于设备，该任务通过并列专利权利要求11的特征组合来解决。
9.本发明的其他有利设计方案是从属权利要求的主题。
10.根据本发明，该方法用于设定/设立线性多轴系统，所述线性多轴系统具有至少一
个线性模块，所述线性模块具有主体，滑座沿着所述主体的线性轴以线性可移动的方式被引导。分别通过配备有旋转编码器的驱动电动机进行调整，其中驱动电动机以及根据本发明还有多轴系统的特性数据储存在数据存储器（也称为电子型号铭牌）中。给多轴系统的每个驱动电动机优选地分配有可以通过控制单元操控的驱动调节器。多轴系统此外具有hmi（human machine interface，人机界面），所述hmi与控制单元处于数据连接，并且通过所述hmi同样能够可操控驱动调节器或多轴系统的其他部件。
11.根据本发明，为了启动/调试多轴系统，通过hmi和/或控制单元从一个或多个数据存储器中读出每个驱动电动机和多轴系统的特性数据。在另一步骤中，然后根据这些特性数据对驱动电动机的驱动调节器进行参数化，其中该参数化能够通过控制单元和/或hmi进行。随后可以借助于hmi或控制单元对多轴系统进行虚拟对准。在另一设立/设定步骤中，借助于hmi或控制单元对多轴系统的每个轴进行面向维度的参考。在参考之后，结束多轴系统的启动，并且根据任务提出对运动流程进行编程，其中多轴系统的该编程同样可以再次可选地通过hmi或控制单元进行。
12.根据本发明的操作方式使得客户能够将用于启动/调试多轴系统的耗费保持得非常低，其中系统的内部复杂性对客户仅起次要作用，因为该客户仅以少培训耗费能够设定和使用系统，其中几乎排除由误操作而引起的对系统的损害。
13.在本发明的一种特别优选的实施例中，在参数化时将针对每个轴的所读出的特性数据与在数据页等中预先给定的数据进行比较，使得进一步提高操作安全性并且及早识别有错误地读出的特性数据。
14.根据本发明，如果多轴系统的驱动电动机的在数据存储器中存放的特性数据从以下组中选择，则是有利的：最大行程/行程路径s，传动比（u）（行程路径/驱动电动机的转数），最大移动速度v，在运动轴的方向上的最大加速度a，所述驱动电动机的最大转矩m，旋转方向d相对于行程方向的分配以及必要时传动比i。尤其是当电动机经由齿形带传动或滚珠丝杠传动与相应的滑座处于驱动连接时，所述传动比i起作用。
15.在本发明的一个实施例中，借助于布置在主体处的至少一个参考标记相对于相应的主体来参考滑座，所述参考标记例如说明中心位置或基本位置。然后通过hmi或控制单元将滑座相对于该参考标记对准。
16.在进行该参考时，滑座的最大允许最终位置（移动范围极限）可以基于存放在电子型号铭牌中的信息被预先配备，并且在对行程进行编程时被考虑或手动地被改变/适配。由此，几乎排除了在移动滑座时对系统的损害。如果将手动输入的数据自动地与所读出的或计算的数据进行比较，并且在必要时进行拒绝，则是特别有利的。
17.优选地借助于图形代码编辑器、诸如“blockly”或“makecode”等进行紧接在启动/调试之后的对所述运动流程的编程，所述图形代码编辑器在所述hmi上或者也在所述控制单元上实现。
18.如果对于所有轴的运动流程通过图形块再现，所述图形块在表示中彼此联锁，则
这种编程是特别简单的。
19.在本发明的一种变型方案中规定，在编辑所述图形块时还输入固定的值，其中将这些值、例如滑座位置在启动时在合理性检验方面与特性数据、尤其是移动范围极限和基本位置进行比较和必要时进行校正。
20.在借助于上面提到的图形代码编辑器编辑图形块时，也可以以本身已知的方式考虑循环、变量、逻辑表达式、暂停等。
21.可以将语言编辑器分配给图形代码编辑器（块编辑器），用于对复杂的运动流程进行编程。
22.根据本发明的线性多轴系统相应地具有至少一个、优选地至少两个线性模块，所述线性模块分别具有主体，滑座沿着该主体的运动轴或线性轴被引导，所述滑座可以通过配备有旋转编码器的驱动电动机被调整。多轴系统还实施具有用于存储相应的驱动电动机和线性模块的特性数据的数据存储器（电子型号铭牌）以及用于相应的驱动电动机和旋转编码器的驱动调节器。多轴系统此外具有控制单元，所述控制单元被设计用于操控驱动调节器。hmi分配给控制单元。该hmi和/或控制单元被设计用于从数据存储器中读出每个驱动电动机和多轴系统的特性数据，用于启动多轴系统，并且根据这些特性数据对相应的驱动调节器进行参数化。此外，hmi和/或控制单元可以被设计用于相对于观察者虚拟对准多轴系统。借助于hmi和/或控制单元，可以此外进行每个轴的面向维度的参考，使得在该调试/启示之后，可以借助于hmi和/或控制单元进行运动流程的编程。
附图说明
23.下面根据示意性附图更详细地阐述本发明的优选实施例。其中：图1示出根据本发明的多轴系统的一种实施例的示意图；图2示出根据图1的多轴系统的框图；图3示出用于启动多轴系统的程序的输入掩码；图4示出根据本发明的多轴系统的示例性轴组合；图5至16示出用于启动（设置）根据本发明的多轴系统的程序流程的屏幕截图，具体而言图5示出用于读出多轴系统的轴组合的程序步骤；图6示出在先前步骤中自动探测/识别的多轴系统的线性模块的第一轴的参数化；图7、图8输出多轴系统的第二或第三轴的对应参数化；图9示出经参数化的多轴系统的虚拟对准；图10、图11示出多轴系统的第一轴的参考；图12、图13示出多轴系统的第二轴的参考；图14、图15示出多轴系统的第三轴的对应参考；图16示出启动的结束；图17示出用于控制运动流程的利用图形代码编辑器创建的程序的示例；图18至26示出借助于代码编辑器的用于对其他运动流程进行编程的编程步骤的映射。
具体实施方式
24.图1示出根据本发明的多轴系统1的大大简化的三维表示，所述多轴系统原则上由具有三个线性模块2、4、6的轴组合组成，所述线性模块形成线性轴组合，经由所述线性轴组合可以调整抓钳8，以便例如履行拾取和放置（pick-and-place）功能。
25.每个线性模块以本身已知的方式分别具有带有线性导轨12、14的主体10，所述线性导轨12、14沿着运动轴延伸，滑座16沿着运动轴可移动。该滑座16沿运动轴（线性导轨12、14）的调整分别通过驱动电动机18进行，所述驱动电动机18例如经由皮带传动或滚珠丝杠传动（未示出）与滑座16处于驱动连接中。
26.在根据图1的图示中，仅水平线性模块4的部件配备有附图标记。线性模块2、6利用对应的部件来实施，其中线性模块4的主体12在线性模块2的主体上被引导，而垂直线性模块6的主体沿着线性模块4以可移动的方式被引导。与此相应地，根据图1的多轴系统1使得能够在x、y和z方向上调整抓钳8，其中分别通过线性模块2、4、6的移动范围来限定调整范围。
27.驱动电动机18中的每一个均具有旋转编码器，旋转编码器根据位移测量系统的类型来检测驱动电动机18的相应旋转角，其中优选地不给所述旋转角分配定义的零点。通过驱动调节器来利用用附图标记20表示的旋转编码器操控驱动电动机18，所述驱动调节器在根据图1的图示中被合并成驱动调节器组件22。所述驱动调节器组件连接到控制单元24或控制计算机（ctrlx），所述控制计算机利用合适的操作系统、例如linux操作系统来实施。
28.根据本发明的多轴系统1此外还被实施具有界面hmi（人机界面），所述界面原则上由网络浏览器构成，所述网络浏览器在另一台计算机、优选地手持式装置、诸如平板电脑、智能电话等上实现。该hmi例如经由合适的网络、例如基于ip（互联网协议）的网络与控制单元ctrlx连接，其中如图1中所表明的，该连接可以例如经由无线电等进行。
29.在所示的实施例中，线性模块2、4、6的驱动电动机18分别配备有电子型号铭牌、即数据存储器，其中存放有对于线性模块的运行所需要的基本参数。在下面仍要更更详细地探讨这些参数。该电子型号铭牌（数据存储器）通常典型地在旋转编码器中实现，其中根据本发明也存放线性模块2、4、6的数据。
30.这些电子型号铭牌在制造商方、例如基于完整多轴系统的预订被创建。原则上，在启动多轴系统时（参见以下陈述）可以更改电子型号铭牌，其中然而这通常是不需要的。
31.图2示出上述多轴系统1的框图。可以看到hmi，所述hmi与控制单元（控制计算机）ctrlx处于数据连接，所述控制单元（控制计算机）ctrlx又操控具有驱动调节器24、26、28的驱动调节器组件22，以便相应地调整线性模块2、4、6，使得抓钳8可以移动到预定的位置。
32.下面阐述一些程序步骤，在启动（初始设置（initial setup））多轴系统1时借助于控制单元ctrlx和/或hmi执行所述程序步骤。
33.图3示出程序的输入掩码的基本结构，利用所述程序进行启动。该程序优选地在控制单元ctrlx和hmi中实现。在开始程序时，首先利用用户（user）32的标识来进行登录30，其中该输入例如能够通过hmi进行。在第三步骤中，然后自动检测系统架构34，其中首先涉及在多轴系统1要启动时实现哪个（哪些）轴组合。
34.通过读出驱动电动机18的电子型号铭牌来进行系统架构的该检测，其中例如在驱动电动机18的电子型号铭牌处也存放关于轴组合的类型的信息。在图3中用符号36表示该
读出。
35.图4示例性地示出可以在根据本发明的多轴系统1中使用的一些轴组合。类型2ha在此代表具有两个线性模块的2d悬臂平面系统。类型2hb代表2d平面门吊。类型3sa涉及3d悬臂空间系统，类型3sb代表3d空间门吊，并且左下方所示的类型2va代表2d线门吊。这种轴组合又可以以不同的尺寸利用相应的移动范围来实施，其中电动机的布置和电动机的类型以及从电动机到分别可调整的滑座的力传递的类型是可变的。在图3中所阐明的步骤36期间读出已实现的轴组合，以便在根据图5的该读出过程之后，系统架构、即基本上驱动电动机18和/或驱动调节器24、26、28以及轴组合的类型、在这里类型3sa被识别。也就是说，该轴组合涉及具有三个线性模块2、4、6的三维系统，所述线性模块相应地形成轴x、y、z，其中分别通过驱动调节器24、26、28进行驱动。
36.该程序也规定以下可能性，即在系统架构的识别失败时，根据在图5中右侧所示的字段38手动地选择正确的轴组合。
37.在另一步骤40（参见图6、7、8）中，借助于从数据存储器读出的特性数据对线性模块2、4、6的驱动调节器24、26、28进行参数化。在此根据本发明，对于线性模块2或驱动电动机18（旋转编码器20）读出存放在数据存储器中的参数smax（最大行程/行程路径）、u（传动比（mm/u））、最大移动速度（vmax（m/s））、最大加速度amax（m/s2）、最大转矩m1max（nm）、旋转方向d（顺时针（cw）、逆时针（ccw））以及皮带传动或滚珠丝杠传动的传动比i。
38.根据字段41中的程序预设，设定器/设立器应该将这些读出的数据与数据页中记录的数据进行比较，以便确保已经正确地进行了该读出过程。
39.然后根据其他图7和8对所有三个轴x、y、z（线性模块2、4、6）进行该读出，使得根据这些程序步骤对所有驱动调节器24、26、28进行参数化。
40.在图9中用附图标记42表示的程序步骤中，然后对经参数化的多轴系统1利用其轴x、y和z（线性模块2、4、6）进行虚拟对准/取向，其中根据信息字段44进行该对准，使得这对应于设定器/装置相对于工作环境的视向。
41.在这种相对定位（取向/对准）之后，然后在启动多轴系统期间还要进行参考。该步骤在图10中用附图标记46表示。
42.如上所述，对于每个轴进行该参考46，其中在图10中首先执行y轴（线性模块2）的参考。对于该参考46，在线性模块2、4、6的每个主体10上分别构造标记48，其中在图10中示例性示出线性模块2（y轴）的滑座16的实际位置。在图10中还绘出（关于该标记48的）最大允许行程，所述最大允许行程在该实施例中为
±
980 mm。然后经由界面hmi或控制单元ctrlx通过操作激活的箭头键50a、50b和增量箭头键52a、52b来移动滑座16，直到所述滑座相对于标记48对准。y轴的该参考位置在图11中示出。在该绘图中，也可以看出最大允许行程s（
±
980 mm）略小于根据型号铭牌的最大行程s'，使得运行安全性以及从而可靠地避免滑座16与末端挡块54、56擦撞。然而，该允许的路径s或s'也可以由用户改变。为此，该用户必须操作界面hmi或控制单元ctrlx的对应的输入设备上的校正键58。
43.于是相应地对于线性模块4、6或x和z轴进行相同的参考，其中图12、13示出x轴的参考并且图14、15示出z轴的参考。原则上的操作方式是与在参考y轴时相同的操作方式，使得详细的阐述不是必要的，其中滑座16的调整分别借助于箭头键51a、51b或53a、53b进行。
44.在该参考步骤46之后，然后根据图16结束多轴系统1的启动/调试，使得从现在起
可以使用所述多轴系统。
45.根据本发明，通过图形代码编辑器、诸如google blockly或microsoft makecode或类似编辑器对运动流程进行编程，其中优选地经由界面hmi执行编程。这种图形代码编辑器使得用户能够在无关于程序语法的更多了解的情况下应用更复杂的程序原理。
46.图17示出利用这种图形代码编辑器创建的程序代码，利用所述程序代码预先给定根据本发明调试的多轴系统1的运动流程。如所阐述的那样，这种图形代码编辑器使得能够在编辑图形块时除了运动块之外，还预先给定特定位置的固定值以及极限值、诸如最大行驶或最大加速度等，在运动块中定义具有加速度和移动速度的行程。图形块和集成在其中的程序步骤（“move（移动）”、“write（写入）”、“set（设置）”、“pause（暂停）”...）在下面仅予以表明，因为其具体内容对于理解本发明是次要的。
47.在开始该程序（在图17的图示中称为“testing（测试）”）时，可以在显示字段60中可视化多轴系统1 的运动流程，其中程序流程在块字段62中示出。在此，通过操作开始字段64来发起程序开始。在程序流程期间x、y和z轴（线性模块4、2、6）的当前位置在图17中左下方示出的显示区域66中被再现，其中在那里分别示出行程和移动速度以及必要时还示出加速度。
48.为了阐明，下面阐述借助于这种图形代码编辑器进行程序创建的准则。在此，图18示出在创建新程序时调用的开始屏幕。为了进行程序创建，在该系统中可以访问图形块，所述图形块在程序中存放在选择字段68（motion（运动））、70（in/out（输入/输出））、72（loops（循环））、74（logic（逻辑））、76（variables（变量））、78（functions（函数））、80（arrays（数组））和82（advanced（高级））下，并且如上陈述，可以通过所述图形块输入运动命令、数据、函数、常数、逻辑运算、字段等。
49.在图18中此外示出了开始块84，所述开始块与在选择字段68至82下可选择的块关联。如果例如根据图19选择选择字段68（motion（运动）），则向程序员提供大量图形块，通过这些图形块可以控制相应线性模块2、4、6的运动流程。例如，可以选择用于规定“current value（当前值）”的块84、move（移动）命令86、chained-move（链式移动）命令88以及“stop（停止）”和“is（是）”命令90、92。如所阐述的，经由move命令/块86、88移动线性模块2、4、6的轴x、y、z，其中用数值再现运动速度和加速度。在此还预先给定相应轴的额定位置，使得能够实现精确编程。
50.在所示的实施例中，程序员选择move块/命令86、88之一，使得相应地预先给定（一个或多个）轴的运动（参见图20）。如前所阐述的，在该move块情况下说明“array”于是代表沿着两个轴的抓钳位置，其中以在该图形块中预先给定的速度和加速度驶向这些轴。
51.根据图21和22，然后添加其他move块86，其中这些move块首先全部具有相同的命令结构。
52.在图23中可得悉的编程步骤中，选择选择字段72“loops”，使得程序员可以在用于规定循环（loops）、暂停等的多个替代方案下进行选择。在具体情况下，程序员选择图形块“pause”92并且将该图形块分别插入两个相邻的move块86之间。与此相应地，在三个预先给定的move块86之间分别设置100 ms的暂停。
53.此外，根据图25，通过“loops”选择字段72插入循环（loop）94，根据该循环，上述流程被重复四次。此外，在根据图25的编程步骤中，“数组”被扩展分别一个轴，使得利用每个
move命令/块86，抓钳8或其他功能元件相对于x、y和z轴的位置被确定。与先前的编程步骤相比，在根据图25的编辑步骤中要驶近的相应的位置同样改变。
54.根据图26，然后通过分发名称并且必要时通过改变其他参数（例如在这里是加速度）来结束编程——多轴系统1现在准备好用于履行具体的生产任务。
55.根据本发明的方法的一个特点也在于，在将固定的数字/参数输入到命令、例如move命令86（块）中时，将这些数字/参数与在开头描述的参数化时从数据存储器读出的值进行比较并且必要时已经在输入时就被拒绝，使得有错误的输入被排除或至少使得变得困难。
56.因此，借助该图形代码编辑器可以以简单的方式编辑非常复杂的运动流程。对于预定的命令不足以预先给定期望的运动流程的情况，控制单元ctrlx或界面hmi还可以被设计具有语言编辑器，用于对这种复杂的运动流程进行常规编程。
57.公开了一种用于设定线性多轴系统的方法和根据这种方法设定的线性多轴系统，其中线性模块的至少一个驱动电动机配备有电子型号铭牌，其中线性多轴系统的数据也存放在所述电子型号铭牌中。
58.附图标记列表：1 多轴系统2 线性模块4 线性模组6 线性模组8 抓钳10 主体12 线性导轨14线性导轨16 滑座18 驱动电动机20 旋转编码器22 驱动调节器组件24 驱动调节器26 驱动调节器28 驱动调节器30 登录32 用户输入34 检测系统架构36 读出38 选择轴组合40参数化41 检验字段42 对准44 信息字段
46 参考48 标记50 箭头键y轴51 箭头键x轴52 增量箭头键53 箭头键z轴54 末端挡块56 末端挡块58 校正键60 显示字段62 块字段64 开始字段66 显示字段68 选择字段70 选择字段72 选择字段74 选择字段76 选择字段78 选择字段80 选择字段82 选择字段84 块86 命令88 命令90 命令92 暂停。