CN101194212A - 对机器上的活动机器元件的移动进行引导的方法 - Google Patents

对机器上的活动机器元件的移动进行引导的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于对机器上的活动机器元件(9)的移动进行引导的方法和控制装置(8)，所述方法具有以下在所述控制装置(8)上实施的处理步骤：a)输入需由所述机器元件(9)实施的移动运动(XV)和优化标准(OpK)；b)借助需由所述机器元件(9)实施的移动运动和所述优化标准(OpK)确定移动曲线(Xsollk(t))；c)借助所述移动曲线(Xsollk(t))确定位置标定量Xsoll(n)；d)向用于实施所述机器元件(9)的移动运动的调节装置(6)输出所述位置标定量Xsoll(n)。本发明提供一种对机器上的活动机器元件(9)的移动进行最佳引导的简单方法和简单控制装置(8)，所述方法和装置的使用者可直接对移动引导的优化施加影响。

Description

对机器上的活动机器元件的移动进行引导的方法
技术领域
本发明涉及一种对机器上的的活动机器元件的移动进行引导的方法和一种相应的控制装置。
背景技术
使用机器(例如机床、生产机器和/或机器人)时，往往须以尽可能快的速度不发生振动地对活动机器元件进行精确定位。依据预定的移动行程和预定的动力学参数，借助用于移动机轴的调节器和简单的预定标定值进行调节，无法不发生振动地对活动机器元件进行准时定位。定位机器元件时，机器元件和/或负载物会出现强度与当前负载、行程长度及冲击、加速度和速度等设定参数相关且难以避免的振动。
特别在使用形式为高架仓库或起重机的装载装置和卸载装置的生产机器时，负载物会发生更为频繁的振动。
现有技术中已知有各种用于对活动机器元件的移动进行引导的优化方法，通过这些方法所实现的移动曲线可实现准时移动，即以尽可能快的速度移动机器元件和/或负载物，同时将机器元件和/或负载物在此过程中所发生的振动保持在合理范围内。借助这些方法也可计算出近乎无振动的移动过程，但在此情况下，移动过程通常无法再保持准时，也就是说，移动速度会较为缓慢。
作为本申请已公开的组成部分，德国公开的专利申请DE 100 63 722 A1、DE 102 00 680 A1和DE 103 15 525 A1中所公开的这些优化方法已为本领域技术人员所熟知。借助上述优化方法可抑制待移动机轴的一个或多个固有频率。其中，原则上至少普遍适用这样一个原理：移动时所发生的振动越少，移动进行得就越不准时，即移动速度就越慢；反之亦然。
现有技术中的这些已知优选方法通常都是在准备阶段中由使用者在机器的外部计算装置(例如个人电脑)中实施，而不是在用于控制机器的控制装置上实施。其中，通常会在外部计算机内输入待进行的移动运动(例如使机器元件在X方向上移动3m)，再通过优化方法计算出相应的最佳移动曲线。
随后在控制装置中借助这种在机器外部针对每个机轴计算得出的移动曲线为机器的每个机轴产生一个位置标定量，再以标定量的形式将其传输给用于实施活动机器元件的移动过程的调节装置。
如上文所述，目前已知的处理方法的缺点在于，必须先在外部计算机上计算出移动曲线，然后再将算得的移动曲线转录到机器的控制装置上，再由控制装置按照移动曲线实施移动。因此，处于机器现场的使用者(即机器的操作者)无法直接在机器上在线对移动过程施加影响，以减小移动过程的振动频率或提高移动过程的准时性，因为采用计算得出的移动曲线时，负载物仍会发生过于剧烈的振动。为此，通常必须先在外部PC上重新算出一个新的移动曲线，再将其转录到控制装置上。随后才可用新的移动曲线来实施移动引导。因此，沿用至今的处理方法极其繁琐且成本高昂。
德国公开的专利申请DE 101 64 496 A1中公开了一种用于实施移动引导的自动化系统，其中，为能实现移动引导，进行与时间和位置相关的移动曲线计算。
德国公开的专利申请DE 100 65 422 A1中公开了一种用于设定和优化凸轮盘功能的方法和控制装置。
德国公开的专利申请DE 100 55 169 A1中公开了一种特别用于生产机器的常规工业控制装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种对机器上的活动机器元件的移动进行最佳引导的简单方法和简单控制装置，所述方法和装置的使用者可直接对移动引导的优化施加影响。
这个目的通过一种对机器上的活动机器元件的移动进行引导的方法而达成，所述方法具有以下在机器的控制装置上实施的处理步骤：
a)输入一移动运动和一优化标准，所述移动运动需由机器元件实施；
b)借助需由机器元件实施的移动运动和优化标准确定一移动曲线；
c)借助移动曲线确定一位置标定量；
d)向用于实施机器元件的移动运动的一调节装置输出位置标定量。
这个目的还通过一种用于对机器上的活动机器元件的移动进行引导的控制装置而达成，其中，所述控制装置具有
-用于输入一移动运动和一优化标准的构件，所述移动运动需由机器元件实施；
-用于借助需由机器元件实施的移动运动和优化标准确定一移动曲线的构件；
-用于借助移动曲线确定一位置标定量以及向用于实施机器元件的移动运动的一调节装置输出位置标定量的构件。
借助移动曲线确定位置标定量的有利做法是对移动曲线进行时间性取样。借此可以特别简单的方式确定位置标定量。
借助移动曲线确定位置标定量的另一种有利做法是根据移动曲线测定多项式函数，并借助多项式函数的系数确定位置标定量。借助多项式函数的系数确定位置标定量是一种常用的处理方式。
此外，借助需由机器元件实施的移动运动和优化标准确定移动曲线的有利做法是根据优化标准选出适当的优化方法，并借助所选出的优化方法确定移动曲线。根据优化标准选出一种适当的优化方法，而非只使用单独一种优化方法来优化移动曲线，借此可确定一种就具体应用而言特别优化的移动曲线。
机床、生产机器和/或机器人是机器元件和/或负载物会发生振动的常见机器构型。
此外，有利的做法是为用于实施本发明的方法的控制装置设置一个包含代码段的计算机程序，借助所述代码段可实施本发明的方法。
从控制装置的有利建构方案中可获得方法的有利建构方案，反之亦然。
附图说明
下面对附图所示的本发明的实施例进行详细说明，其中：
图1为本发明的控制装置；以及
图2为移动曲线。
具体实施方式
图1主要显示了本发明的控制装置8。控制装置8用于控制机器，特别是控制机器的活动机器元件9。为此，控制装置8以位置标定值的形式确定位置标定量Xsoll(n)，其中，将位置标定量Xsoll(n)作为调节标定输入量输出到调节装置6上。调节装置6对用于驱动活动机器元件9的驱动装置7进行控制。此处的控制装置8可以是(例如)起重机的控制装置，机器元件9可以是(例如)起重机上的滑座，可沿起重机吊杆移动并通过绳索承载用于悬挂负载物的起重机吊钩。描述滑座沿起重机吊杆的预期标定位置的位置标定量Xsoll(n)被设定为调节装置6的预期调节量。借助测量系统将测得的位置实际量Xist(n)(即机器元件9的测得位置)作为实际量发送给用于对机器元件9的移动进行调节的调节装置6。调节装置6当然也可以是控制装置8的内置式组成部分。
在此情况下对滑座9的移动进行引导的方式为：当滑座沿起重机吊杆(例如)移动3m时，通过绳索与滑座9相连的负载物只可发生极小的振动，或者可以发生强度较大的振动，但同时须使机器滑座和负载物以尽可能快的速度进行移动。
为此，控制装置8具有用于输入由机器元件9实施的移动运动和优化标准OpK的构件，这个构件在本实施例中以输入模块1的形式存在。开始实施本发明的方法时，由使用者在输入模块1内输入需由滑座9实施的移动运动XV，例 如滑座和负载物沿起重机吊杆移动3m。此外还要求使用者输入一个实施待实施移动运动时应遵循的优化标准OpK。其中，例如可在屏幕上的相应输入掩码内进行这种输入，其中，使用者可以选择的优化标准(例如)为平稳型或准时型。
用箭头表示的输入数据被传输给用于确定移动曲线的构件，这个构件在本实施例中以移动曲线计算单元2的形式存在。移动曲线运算单元2根据需由机器元件9实施的移动运动和优化标准OpK确定用于引导活动机器元件9的移动的移动曲线Xsollk(t)。例如，如果使用者在输入模块1中选择了平稳型，移动曲线计算单元2就会借助公开的专利申请DE 103 15 525 A1、DE 102 00680 A1和DE 100 63 722 A1中所说明的优化方法中的一种方法算出最佳移动曲线，其中，由于使用者希望进行平稳型移动引导，因此，对机器元件9的移动引导就会通过计算设定为：悬挂在绳索上的负载物由移动运动所引发或造成的振动尽可能少。为此，通过优化方法计算出一种移动引导方式，这种移动引导方式会尽可能不引发会发生振动的系统(负载物、绳索)的固有频率，从而使系统在尽可能平稳的状态下进行移动。
如果使用者在输入模块1内输入了准时型移动引导，就会借助其中一种优化方法算出一条移动曲线，根据这条移动曲线进行移动引导时，只有主固有振动频率不会受到移动运动的引发，但与此同时，机器元件会以例如较高的速度和加速度进行移动。
当然也可以先依据优化标准在移动曲线计算单元2内选出一个对于相关优化标准而言最佳的优化方法，随后用所选出的优化方法确定移动曲线。优选通过DE 100 63 722 A1中所述的优化方法可目的明确地抑制一单个固有频率，这种做法有利于准时型移动引导，而通过例如公开的专利申请DE 102 00680 A1中所述的方法可同时抑制多个固有频率，这种做法有利于振动极轻微的移动引导。
移动曲线计算单元2以输出位置形式输出一条移动曲线Xsollk(t)，图2对这条移动曲线Xsollk(t)进行了图示。
移动曲线Xsollk(t)表示的是位置标定量与时间t相关的连续变化情况。移动曲线Xsollk(t)被传输给系数测定单元3，系数测定单元3借助(例如)德国专利申请公开案DE 101 64 496 A1和DE 100 65 422 A1(为本申请公开内容的组成部分)中揭示的方法测定多个描述移动曲线Xsollk(t)的多项式函数。为此需将移动曲线Xsollk(t)分割成多个移动段，移动段之间的曲线分别用一个多项式函数模拟。系数测定单元3将相关多项式函数的系数qi作为输出量输出到计算模块4上。计算模块4随后根据系数qj确定位置标定量Xsoll(n)，并将其输出到用于实施机器元件9的移动运动的调节装置6上。可以最简单的方式根据系数qi算出位置标定量Xsoll(n)，即，先算出相关多项式与时间t相关的时间曲线，随后对多项式函数进行相应的等距取样。
系数测定单元3和计算模块4在此构成借助移动曲线确定位置标定量的构件和向用于实施机器元件的移动运动的调节装置输出位置标定量的构件。
作为替代方案(即图1中用虚线表示的部分)，用于确定位置标定量的构件也可以取样单元5的形式存在。取样单元5以等距的时间间隔对移动曲线Xsollk(t)进行取样，从而产生由等距取样值构成的位置标定量Xsoll(n)。
此外还需说明的是，作为替代或补充方案，也可将需要加以抑制的固有频率和/或其他参数(例如最大允许冲击、最大允许加速度和/或最大允许速度)作为优化标准输入输入模块1中。

Claims (5)

1.一种对机器上的活动机器元件(9)的移动进行引导的方法，所述方法具有以下在用于控制所述机器的控制装置(8)上实施的处理步骤：
a)输入一移动运动(XV)和一优化标准(OpK)，所述移动运动由所述机器元件(9)实施；
b)借助由所述机器元件(9)实施的移动运动和所述优化标准(OpK)确定一移动曲线(Xsollk(t))，其方法为，根据所述优化标准(OpK)选出一适当的优化方法，并借助所述选出的优化方法确定所述移动曲线(Xsollk(t))；
c)借助所述移动曲线(Xsollk(t))确定一位置标定量(Xsoll(n))；
d)向用于实施所述机器元件(9)的移动运动的一调节装置(6)输出所述位置标定量(Xsoll(n))。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
借助所述移动曲线(Xsollk(t))确定位置标定量(Xsoll(n))，其方式为，对所述移动曲线(Xsollk(t))进行时间性取样。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
借助所述移动曲线(Xsollk(t))确定位置标定量，其方式为，根据所述移动曲线(Xsollk(t))测定复数个多项式函数，并借助所述多项式函数的系数(qi)确定所述位置标定量(Xsoll(n))。
4.一种用于对机器上的活动机器元件(9)的移动进行引导的控制装置(8)，其中，所述控制装置(8)包括：
用于输入一移动运动和一优化标准(OpK)的构件(1)，所述移动运动由所述机器元件(9)实施；
用于借助由所述机器元件(9)实施的移动运动和所述优化标准(OpK)确定一移动曲线(Xsollk(t))的构件(2)，其中，根据所述优化标准(OpK)选出一适当的优化方法，并借助所述选出的优化方法确定所述移动曲线(Xsollk(t))；
用于借助所述移动曲线(Xsollk(t))确定一位置标定量(Xsoll(n))以及向用于实施所述机器元件(9)的移动运动的一调节装置(6)输出所述位置标定量(Xsoll(n))的构件(3，4，5)。
5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，
所述机器建构为机床、生产机器和/或机器人。
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Open date: 20080604