CN107206593B - 用于协调地控制至少两个操纵器的操纵器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于协调地控制至少两个操纵器的操纵器系统，该操纵器系统包括主计算机，该主计算机被设计用于执行流程控制。该操纵器系统还包括至少两个多轴的操纵器，其中，每个操纵器配有操纵器控制器和优选至少一个轴控制器，所述操纵器控制器与主计算机在空间上分开地分别设置在自己的壳体中。优选地，每个操纵器包括用于操控操纵器的轴的致动器的变流器，其中，配属于致动器的变流器设置在致动器的附近，使得变流器能够在操纵器运动时随动。

Description

用于协调地控制至少两个操纵器的操纵器系统

技术领域

本发明涉及一种用于协调地控制至少两个操纵器的操纵器系统。这种对至少两个操纵器的协调控制被使用在应该使多个操纵器协同合作的应用中，以便实现共同的目的，例如在工业生产线中。

背景技术

操纵器在机器人技术中被看做是一种能够与周围环境实现物理协同的装置。根据EN ISO 8373，工业机器人是被自动引导的、配备有三个或更多个可自由编程的运动轴的多用途操纵器，其地点固定地或者可移动地应用于工业应用中。它们引导夹具、工具(末端执行器)或工件等。

运动轴(轴)是受到引导的、彼此独立驱动的节肢。在操纵器中，这些轴被用作产生所定义的运动，以实现对对象的定位和定向。操纵器的这些节肢通过致动器来驱动，在此，致动器通常是电动机。

所定义的用于对操纵器进行定位和定向的运动通常是由用户来规划的。这样规划出的操纵器的轨迹运动通常包括：例如经由空间点定义的任意轨迹线(运动轨迹)以及轨迹速度和轨迹加速度。所规划的操纵器的轨迹运动由配属于操纵器的操纵器控制装置的流程控制器负责。在该配属于操纵器的操纵器控制装置中，流程控制被转换成用以操控操纵器的指令。已知的操纵器控制装置包括操纵器控制器和至少一个轴控制器。操纵器控制器将流程控制并由此将所规划的操纵器的轨迹运动转换成针对轴控制器的控制指令。该控制指令通常包括关于操纵器的各个轴的优选为转动角、速度和加速度的信息，以便实现所规划的轨迹运动，包括操纵器的轨迹线、轨迹速度和轨迹加速度。

发送到轴控制器上的、用于操控轴的控制指令通过轴控制器被转换成变流器指令。变流器指令包含针对每个轴的与所规划的轨迹运动相对应的额定电机转矩、额定电机速度和/或额定电机电流。轴控制器的变流器指令在配属于致动器的变流器中被转换，从而将致动器所提供的能量(以交流电或直流电的形式存在)改变成振幅和/或频率可变的交流电。致动器通常为三相电机，从而将所提供的能量转换成可变的三相交流电。同样也可以是基于交流电压的变流器。通过调整振幅和/或频率，可以对致动器的速度和/或加速度以及转动方向进行转换，并由此对所规划的操纵器的轨迹运动进行转换。

传统的操纵器控制装置包括上述的组件，例如，流程控制器、操纵器控制器、轴控制器和变流器，并将它们集成在单个的开关柜中。这是有利的，因为这样就能够简单地实现对这些组件的冷却，并且能够利用内部总线物理层(Busphysik)来实现各个组件之间的通信。在这种应用中，变流器所产生的可变的交流电流通过能量传输线路提供给致动器，从而使得操纵器本身与操纵器控制装置连接。一般情况下，在这里需要跨越一段从开关柜到操纵器的较长的距离，这会导致在能量传输线路中发生传导损耗并产生较高的布线成本。

为了使多个操纵器在一个应用中协调一致地运行，所有操纵器的操纵器控制器、轴控制器和变流器通常是受到一个中央流程控制器的指挥并被安装在一个开关柜中。因此，为了协调这些操纵器的轨迹运动，也可以使用内部总线物理层。其结果是形成一个多操纵器中央控制装置，并在其中实行对整个系统的控制。但是，这种系统几乎是不可扩展的，而可扩展性在工业应用中是一种非常重要的需求。因此，当需要将又一个操纵器集成到系统中时，用户将被迫更换这种多操纵器控制装置。替代地，必须保持适当的容量过剩

以便能够将更多的操纵器集成到应用中。这会导致高成本。

发明内容

根据本发明的操纵器系统的目的在于消除或者至少减少上述的缺点。本发明的目的通过一种根据本发明的操纵器系统来实现。

本发明的目的特别是通过一种用于协调地控制至少两个操纵器的操纵器系统来实现，该操纵器系统包括：主计算机，其被设计用于执行流程控制；至少两个多轴的操纵器，在此，每个操纵器配属有操纵器控制器，这些操纵器控制器与主计算机在空间上分开地被分别设置在各自的壳体中，并且每个操纵器包括用于操控操纵器的轴的致动器的变流器，在此，配属于致动器的变流器被设置在致动器的附近，从而使得变流器能够在操纵器运动时随动。

主计算机与操纵器控制器的这种在空间上的分开使得操纵器系统能够实现可能的扩展，也就是说，能够为了将更多的操纵器集成到该操纵器系统中灵活地配置该操纵器系统，而不是在刚设立主计算机时就必须已经确认操纵器的最终数量。优选地，操纵器控制器在此通过总线连接与主计算机连通。由此可以大大减少安装操纵器系统时的布线费用。同样地，通过将操纵器控制器转移出去可以明显减少主计算机的开关柜的尺寸。

此外，通过主计算机与操纵器控制器在空间上的分离，可以使操纵器控制器紧挨着所对应的操纵器设立。由此可以使从操纵器控制器到变流器的信号距离较短。特别是在使用模拟信号时，还能够加强对干扰的防护，由此使操纵器系统能够获得高可靠性。

通过在主计算机与操纵器控制器之间优选使用总线连接，使得能够利用错误日志。因此，总线连接对于较长的信号传输距离也是非常合适的。

通过将变流器设置在致动器的附近，以使变流器在操纵器运动时能够随动，会大大地缩短从变流器到致动器的能量传输线路。这将显著地降低线路损耗。此外，还可以仅通过一个能量传输线路实现对操纵器自身的供给，该能量传输线路只有在操纵器中时才被分开，用以再次向各个变流器供应能量。在已知的将变流器集成在开关柜中的技术方案中，每个致动器必须通过自己的能量传输线路被供给。

优选将配属于致动器的变流器设置在操纵器臂中。通过将变流器设置在操纵器臂自身中，能够保护变流器不受环境影响。这对于操纵器应用于有灰尘的或潮湿的环境中的情况下是特别有利的。

优选地，操纵器系统的每个操纵器配属有至少一个轴控制器，在此，该至少一个轴控制器(也就是硬件)优选被设置在操纵器上，使得该至少一个轴控制器能够在操纵器运动时随动。

将轴控制器(也就是硬件)设置在操纵器上是特别有利的，因为一般情况下，对致动器或者致动器的变流器的调节是在轴控制器中进行的。从致动器传回的信号可以通过非常短的信号距离被传输到调节器，由此能够降低布线费用，并能够减少或避免在信号传输过程中的可能的干扰。

优选地，所述至少两个轴控制器以链式拓扑结构或星型拓扑结构配属于主计算机。

在星型拓扑结构中，所有操纵器控制器直接连接在主计算机上。星型拓扑结构可以实现高的传输速率，这对于操纵器(这些操纵器应该被协调一致)的复杂轨迹运动是特别有利的。此外，这种星型拓扑结构易于扩展，并且由于其简单的结构也易于维护。此外，在一操纵器控制器失灵时，剩下的操纵器系统能够不受限制地继续运行。

在链式拓扑结构中，第一操纵器控制器例如通过总线连接与主计算机连接。其他的操纵器控制器则分别与其前面的操纵器控制器连接(串联)。发送到一操纵器控制器的信号和从一操纵器控制器发出的信号通过该操纵器控制器前面的操纵器控制器到达主计算机。在该拓扑结构中，必须设定优先权。因此规定：信息例如只有在线路空闲时才可被传输。此外可以规定某些操纵器控制器相对于其他的操纵器控制器具有绝对的优先权。由此可以防止冲突和故障，或者可以立即执行特别优先的指令，例如与安全相关的指令。

优选地，流程控制包括至少两个操纵器的被规划的轨迹运动，并且主计算机包括指令预选器(Befehlsweiche)，该指令预选器被设计用于协调至少两个操纵器的被规划的轨迹运动。

这种对至少两个操纵器的所规划的轨迹运动的协调可以按照事先确定的方式进行，例如规定好所涉及的操纵器的各个运动的时间顺序。同样地，运动条件也能够按照事先确定的方式影响对至少两个操纵器的所规划的轨迹运动的协调。这种运动条件优选包括位置条件、方位条件、速度条件和/或加速度条件。

例如，只有当第二操纵器的运动条件得到满足时，第一操纵器才能继续其被规划的轨迹运动。该运动条件例如可以包括操纵器的末端执行器出现在特定的位置和特定的方位。

对至少两个操纵器的所规划的轨迹运动进行协调特别是有利于下述的应用：其中，由一个操纵器引导工件，并由第二操纵器对第一操纵器所引导的工件进行加工。这使得加工步骤能够非常的灵活。例如，如果在焊接时焊接轨迹是围绕工件移动，并且单一的操纵器不能无中断地完整驶过该焊接轨迹，则可以利用第二操纵器在焊接期间对工件进行定位或定向，以使作为焊接操纵器的第一操纵器能够无中断地沿焊接轨迹进行焊接。

通过将至少两个操纵器的被规划的轨迹运动集成在于主计算机上运行的一个流程控制中，能够降低协调费用，因为由此将不必对多个流程控制进行搭配。此外，能够在操纵器控制器的系统层面上进行对所规划的轨迹运动的协调，从而能够在各个操纵器控制器中执行对操纵器的运动的调节，并能够在轴控制器中执行对操纵器的各个轴的调节，并由此能够与流程控制分开。因此，可以降低所需要的系统计算能力。

优选将主计算机设计为，将流程控制的指令发送到操纵器控制器，并为此将各个操纵器控制器设计为，将用于操控操纵器的轴的指令发送到至少一个轴控制器，并为此优选将轴控制器设计为，将用于操控轴的指令转换成变流器指令。

这种配置是有利的，因为各个操纵器控制器能够对分配给自己的流程控制指令进行转换。由此，对流程控制指令的转换就可以单独地在自身的系统层面上实现。对操纵器控制器所属的操纵器的运动的可能调节也可以单独地在自身的系统层面上实现。这种配置也是有利的，因为轴控制器可以在下级系统层面上生成变流器指令。因此，还可以监视变流器指令在该系统层面上的正确转换，并且也可以在该系统层面上进行对变流器的调节。因此，通过这种配置使得必须交换的信号是很少的，由此实现了系统的高鲁棒性。

本发明的目的也有利地通过一种协调地控制至少两个操纵器的操纵器系统来实现，该操纵器系统包括主控制装置，该主控制装置配属于所述至少两个操纵器中的第一操纵器，并且该主控制装置被设计用于执行流程控制，在此，该主控制装置包括指令预选器和操纵器控制器，并且指令预选器被设计用于将流程控制的指令发送到操纵器控制器，并且操纵器控制器被设计用于将操控第一操纵器的轴的指令发送到轴控制器，并且轴控制器被设计用于将操控轴的指令转换成变流器指令；该操纵器系统还包括至少一个副控制装置，该副控制装置配属于所述至少两个操纵器中的第二操纵器，并且该至少一个副控制装置与主控制装置在空间上分开地设置在自己的壳体中，并具有独立的能量供应，在此，该至少一个副控制装置包括操纵器控制器，并且在此，主控制装置的指令预选器被设计用于将流程控制的指令发送到(第二)操纵器控制器，在此，(第二)操纵器控制器被设计用于将操控第二操纵器的轴的指令发送到第二操纵器的轴控制器，并且轴控制器被设计用于将操控轴的指令转换成变流器指令。

通过在操纵器系统中使用主控制装置，可以在没有主计算机和中央多操纵器控制装置的情况下执行对至少两个操纵器的协调控制。优选使用具有足够计算能力的操纵器控制装置作为主控制装置，用以协调操纵器的被规划的运动。由此，在操纵器系统中不再需要额外的硬件组件来协调操纵器的被规划的运动。

优选地，所述至少一个副控制装置在其硬件配置上可以与主控制装置相符。主控制装置与副控制装置之间的不同在于对控制装置的软件配置。主控制装置包括流程控制器和指令预选器，而这些组件在副控制装置上没有(以软件的方式)实现。这使得能够使用构造相同的控制装置，其可以用作副控制装置或主控制装置，并能够因为变化数量很少而降低成本。

主控制装置和副控制装置在空间上的分开使得操纵器系统能够被灵活地扩展。优选地，副控制装置通过总线连接来与主控制装置连接。由此能够明显降低操纵器系统安装过程中的布线费用。主控制装置的独立能量供应和副控制装置的独立能量供应使得主控制装置和/或副控制装置在空间上几乎任意地设置在操纵器系统中。

此外，通过使主控制装置和副控制装置在空间上分开，可以将主控制装置和/或副控制装置紧靠所配属的操纵器设置。由此能够使从主控制装置和/或副控制装置到操纵器的信号路径比较短。还可相应地使从主控制装置和/或副控制装置的变流器到操纵器的致动器的能量传输线路比较短，这会降低线路损耗。

在主控制装置与副控制装置之间优选采用总线连接使得能够使用错误日志。因此，总线连接也非常地适合更长的信号传输距离。

通过在主控制装置中配置指令预选器，使得能够将用于操控第一操纵器的流程控制指令发送到第一操纵器的操纵器控制器上，并将用以操控第二操纵器的流程控制指令发送到第二操纵器的操纵器控制器上，从而能够在主控制装置的指令预选器中实现对至少两个操纵器的被规划的轨迹运动的协调。对操纵器的运动的调节和监视优选在操纵器控制器中进行，并特别优选在轴控制器中进行。

这种设计是有利的，因为操纵器控制器和轴控制器是在下级系统层面上实施对操纵器运动的调节和监视。因此不必将用以调节操纵器的运动的信号或用以调节轴的信号发送到流程控制器，由此使系统获得高鲁棒性。

优选地，操纵器系统包括第三操纵器，该第三操纵器具有第三副控制装置，并且该副控制装置优选以链式拓扑结构或星型拓扑结构配属于主控制装置。

如上所述的，星型拓扑结构可实现高传输速率，并且除了其他优点之外还易于扩展。链式拓扑结构能够如上所述地实现例如各参与者的简单优先权。在此，星型拓扑结构中的主控制装置构成网络的中心参与者。在链式拓扑结构中，主控制装置构成第一参与者。副控制装置根据拓扑结构配属于主控制装置。

优选地，流程控制包括至少两个操纵器的被规划的轨迹运动。通过将至少两个操纵器的被规划的轨迹运动集成到在主控制装置中运行的流程控制中，可以降低协调成本，因为不必对多个流程控制进行搭配。

本发明的目的还通过一种用于协调地控制至少两个操纵器的操纵器系统来实现，该操纵器系统包括至少两个并列的主控制装置，在此，每个主控制装置配属于所述至少两个操纵器的其中一个，并且每个主控制装置被设计用于执行配属于主控制装置的操纵器的流程控制，在此，每个主控制装置具有操纵器控制器和轴控制器，并且在此，操纵器控制器被设计为，将用于操控配属于主控制装置的操纵器的轴的指令发送到轴控制器，并将轴控制器设计为，将用于操控轴的指令转换成变流器指令，在此，并列的主控制装置彼此空间上分开地分别设置在自己的壳体中，并各自具有独立的能量供应；该操纵器系统还具有协调控制装置，该协调控制装置与并列的主控制装置空间上分开地设置在自己的壳体中并具有独立的能量供应，在此，该协调控制装置被设计用于协调至少两个操纵器的流程控制，以使流程控制的程序流程以预定的方式进行。

通过在操纵器系统中使用至少两个并列的主控制装置，能够在该主控制装置中执行流程控制，该流程控制包括配属于主控制装置的操纵器的被规划的轨迹运动。

主控制装置优选是操纵器控制装置，其优选通过总线连接与协调控制装置相连接。在此，各个主控制装置的操纵器控制将流程控制转换成用于操控操纵器的轴的指令，并将这些指令发送到配属操纵器的轴控制器上。

对至少两个操纵器的轨迹运动的协调发生在单独的协调控制装置中。因此，在借助于并列的主控制装置执行所规划的轨迹运动时，可以预料到不会由于附加的计算任务(例如协调至少两个操纵器的被规划的轨迹运动)而导致对轨迹运动实施的干扰。此外，对至少两个操纵器的被规划的轨迹运动的协调可以通过最小程度的信号交换来实现，因为只有该协调所需的信号才必须被发送到协调控制装置或从协调控制装置发出。

借助单独的协调控制装置来协调至少两个操纵器的轨迹运动还允许直接对操纵器的操纵器控制器实施干预，以改进操纵器的合作并且特别是缩短了周期时间。例如，如果第二操纵器只有在第一操纵器的位置条件得到满足时才执行又一运动，则可以通过协调控制装置的干预来提高第一操纵器的速度，以缩短第二操纵器的等候时间。因此，协调控制装置可以为了使操纵器的合作最优化而对两个操纵器的操纵器控制器施加影响。为此，该协调控制装置可以访问参数，例如操纵器速度、操纵器加速度或其他操纵器参数。

使用协调控制装置与并列的主控制装置，还能够容易地以更多的操纵器来扩展操纵器系统。由于主控制装置执行流程控制(其包括所配属的操纵器的被规划的轨迹运动)，因此包括流程控制器的主控制装置与操纵器一起构成独立的单元。其结果是：只需要调整在协调控制装置上执行的协调程序，就能够协调多个操纵器。由此能够容易地实现对操纵器系统的扩展。

并列的主控制装置和协调控制装置在空间上的分开也能够使操纵器系统容易地扩展。通过对主控制装置和协调控制装置的独立能量供应，可以使主控制装置和协调控制装置在空间上几乎任意地设置。特别是可以将主控制装置和协调控制装置设置为紧靠所配属的操纵器，从而减少了能量传输线路的线路长度并由此避免了线路损耗。

优选地，每个流程控制包括配属于该流程控制的主控制装置的操纵器的规划轨迹运动。通过为每个操纵器的被规划的轨迹运动提供单独的流程控制，每个并列的主控制装置可如上所述地操控操纵器。由此使得只有对操纵器的规划轨迹的协调被从并列的主控制装置转移出去并最终通过协调控制装置来实施。

优选地，每个操纵器配设有用于操控操纵器的轴的致动器的变流器，在此，变流器被设置在配属于操纵器的主控制装置和/或副控制装置的壳体中。

优选地，操纵器系统的至少一个操纵器是工业机器人，并且至少将第二操纵器设置在工业机器人的轴上。如果第二操纵器被设置在工业机器人的轴上，则工业机器人除已有的自由度外还以第二操纵器的轴的形式拥有另外的自由度。因此，由于能够如上所述地容易地实现工业机器人与附加的轴、也就是第二操纵器的轴的协调，因此可以实现那些利用工业机器人自身的自由度无法实现的复杂运动。

第二操纵器可以是工具，其能够安装在工业机器人上并具有至少一个可控制的轴或可控制的致动器。由此使得第二操纵器能够通过工业机器人来定位和/或定向。

优选将该操纵器系统设计为，借助于实时同步实现对操纵器的被规划的轨迹运动的协调。在此，可通过实时总线连接或通过确定性的实时接口来实现这种实时同步。为此，或者使主计算机与操纵器控制器通过确定性的实时接口相连接，或者使主控制装置与副控制装置通过确定性的实时接口相连接，或者使并列的主控制装置和协调控制装置通过确定性的实时接口相连接。由此可以确保：在协调操纵器的被规划的轨迹运动时，协调控制所需要的计算结果保证位于限定的时间间隔内。由此能够实现对至少两个操纵器的经过协调的规划轨迹运动的调节。

优选地，对操纵器系统的轴控制是智能轴控制，在此，该智能轴控制包括对操纵器的各个轴的轴角度控制和更高级的笛卡尔控制。这种智能轴控制是有利的，因为在轴控制的分层系统层面中不必单个地并且彼此分开地进行对操纵器的轴的调节。相反，能够在调节单个的轴时也考虑到其他的轴的运动，由此可以实现复杂的运动过程，并能够达到更高的轨迹速度和轨迹加速度。这在工业应用中是特别有利的，因为由此可以实现很短的周期时间，从而使得操纵器系统能够更经济地工作。

优选地，至少第二操纵器能够不受第一操纵器干扰地被操控，在此，至少该第二操纵器是根据该操控行动的。这是有利的，因为当一个操纵器由于故障而失灵时，操纵器系统也能够继续运行。例如当操纵器控制器、轴控制器或副控制装置中发生故障时，仅有直接涉及的操纵器会失灵。操纵器系统的剩下的操纵器可以继续实施其被规划的轨迹运动。

附图说明

本发明的优选的实施方式在下面将要说明的图1-图3中示出。其中：

图1示出了用于协调地控制至少两个操纵器的操纵器系统，该操纵器系统包括主计算机；

图2示出了用于协调地控制至少两个操纵器的操纵器系统，该操纵器系统包括主控制装置和副控制装置；和

图3示出了用于协调地控制至少两个操纵器的操纵器系统，该操纵器系统包括两个并列的主控制装置和协调控制装置。

具体实施方式

在图1至图3中，特别将优选以软件实现的系统组件表示为圆角矩形。优选以硬件实现的系统组件被表示为尖角矩形。

图1示出一操纵器系统100，其结构基本上相应于本发明所要求保护的操纵器系统。该操纵器系统100用于协调地控制至少两个操纵器101、102。所示出的操纵器101、102是多轴的操纵器，其具有至少三个轴。一般情况下，这种多轴的操纵器101、102具有至少六个轴。但是由于图1为示意图，因此未示出操纵器101、102的所有轴。

操纵器101、102的每个轴配有致动器(未示出)，这些致动器可以借助于变流器103a、103b、103c、104a、104b、104c来操控。所使用的变流器的数量不受所示出的变流器103a、103b、103c、104a、104b、104c的数量的限制，而是一般为每个致动器配属一变流器。配属于致动器的变流器设置在致动器附近，使得变流器能够在操纵器运动时随动。通常将变流器设置在操纵器臂上并优选设置在操纵器臂中。这种配置在图1中以点线示意性示出。变流器103a、103b、103c一起构成操纵器101的变流器组103，并且变流器104a、104b、104c一起构成操纵器102的变流器组104。

所示出的操纵器系统100包括主计算机140，该主计算机被设计用于执行流程控制109。该流程控制109包括操纵器101、102的被规划的轨迹运动，该轨迹运动由用户来规划。主计算机140所包括的指令预选器107被设计为，将流程控制的指令发送到操纵器101、102的操纵器控制器101s、102s；并将操纵器控制器101s、102s设计为，将流程控制的包括操纵器101、102的被规划的轨迹运动的指令转换成用于操控相应操纵器101、102的各个轴的指令。

用于操控轴的指令由主计算机140通过基于以太网的总线连接130发送到操纵器控制器101s、102s，并由操纵器控制器101s、102s加以转换。然后，操纵器控制器101s、102s将该操控轴的指令发送到所配属的轴控制器105、106上。操纵器控制器101s、102s在空间上与主计算机140分开地设置在自己的壳体150、151中。轴控制器105、106通常包括硬件和软件并优选设置在所配属的操纵器的附近，特别优选设置为，使轴控制器105、106(也就是硬件)能够在操纵器101、102运动时随动。轴控制器105、106被设计为，将操控轴的指令转换成变流器指令。

图2示出了一操纵器系统200，其结构基本上相应于本发明所要求保护的操纵器系统。该操纵器系统200用于协调地控制至少两个操纵器201、202。所示操纵器201、202是多轴的操纵器，其具有至少三个轴。

所示操纵器系统200包括主控制装置250，该主控制装置配属于操纵器201。该操纵器系统200还包括副控制装置251，该副控制装置配属于操纵器202。主控制装置250包括流程控制209、指令预选器207和操纵器控制器201s以及至少一个轴控制器205，并被设计用于实施流程控制209。指令预选器207被设计为，将流程控制209的指令发送到操纵器控制器201s和202s。操纵器控制器201s将用于操控操纵器201的轴的指令发送到轴控制器205，并且操纵器控制器202s将用于操控第二操纵器202的轴的指令发送到所配属的轴控制器206。

轴控制器205将用于操控轴的指令转换成变流器指令，这些变流器指令被发送到变流器组203。变流器组203包括操纵器201的轴的致动器的变流器203a、203b、203c。所使用的变流器的数量不限于所示变流器203a、203b、203c的数量。更确切地说，通常为操纵器的每个致动器配置有变流器。在该变型中，变流器203a、203b、203c优选与轴控制器205、操纵器控制器201s和指令预选器207一起设置在主控制装置250的壳体中。

副控制装置251配属于操纵器202。该副控制装置251特别是与主控制装置250在空间上分开并被设置在自己的壳体中。优选地，副控制装置251具有独立的能量供应(未示出)。由此，主控制装置250和副控制装置251可以紧挨着配属于它们的操纵器201、202设置，并且从主控制装置250和/或副控制装置251到操纵器201、202的能量传输线路也被相应短地设计。由此避免线路损耗。

副控制装置251包括操纵器控制器202s、轴控制器206，在此，主控制装置250的指令预选器207将流程控制209的指令发送到操纵器控制器202s。操纵器控制器202s将用于操控操纵器202的轴的指令发送到轴控制器206。轴控制器206将用于操控轴的指令转换成变流器指令，这些变流器指令被发送到变流器组204。变流器组204包括操纵器202的轴的致动器的变流器204a、204b、204c。优选地，变流器204a、204b、204c与操纵器控制器202s和轴控制器206一起设置在副控制装置251的壳体中。

副控制装置251通过基于以太网的总线连接230配属于主控制装置250。对操纵器201、202的被规划的轨迹运动的协调在指令预选器207中进行。流程控制209的指令通过基于以太网的总线连接230从指令预选器207传送到操纵器控制器202s。

图3示出了一操纵器系统300，其结构基本上相应于本发明所要求保护的操纵器系统。该操纵器系统300用于协调地控制至少两个操纵器301、302。

所示操纵器系统300包括两个并列的主控制装置350、351，这些主控制装置借助协调控制装置320通过基于以太网的总线连接330、331彼此配属。并列的主控制装置350配属于操纵器301，而并列的主控制装置351配属于操纵器302。在此，并列的主控制装置350、351分别执行配属于操纵器301、302的流程控制309、310。

流程控制309包括操纵器301的被规划的轨迹运动，并且流程控制310包括操纵器302的被规划的轨迹运动。各个主控制装置350、351分别包括自己的操纵器控制器301s、302s和自己的轴控制器305、306。操纵器控制器301s、302s将用于操控轴的指令发送到轴控制器305、306。轴控制器305、306将接收到的用于操控轴的指令转换成变流器指令，这些变流器指令被发送到各自的变流器组303、304。变流器组303、304包括操纵器301、302的致动器的变流器303a、303b、303c或变流器304a、304b、304c。优选地，变流器303a、303b、303c或304a、304b、304c与轴控制器305、306一起设置在并列的主控制装置350、351的各自的壳体中。

并列的主控制装置350、351彼此在空间上分开，优选紧挨着配属于它们的操纵器301、302地分别设置在自己的壳体中，并具有独立的能量供应(未示出)。并列的主控制装置350、351和特别是操纵器控制器301s、302s执行操纵器301、302的流程控制309、310。由此能够为每个操纵器301、302提供独立的操纵器控制装置(主控制装置)。

为了协调操纵器301、302的被规划的轨迹运动，并列的主控制装置350、351借助协调控制装置320通过基于以太网的总线连接330、331来彼此连接。协调控制装置320也与并列的主控制装置350、351空间上分开地设置在自己的壳体352中，并具有独立的能量供应(未示出)。协调控制装置320协调操纵器301、302，使得流程控制309、310的程序流程以特定的方式进行。这可以是事先确定的时间流程，或者是如上所述的基于操纵器运动的运动条件。同样地，协调控制装置320可如上所述地干预流程控制309、310。

所有示出的操纵器系统100、200、300的共同点在于：通过对操纵器系统100、200、300的各个组件的所述配置，使操纵器系统能够容易地通过另外的操纵器(未示出)被扩展。附加的操纵器优选基于星型拓扑结构或基于链式拓扑结构被集成到现有的操纵器系统中。此外，将组件设置在独立的壳体中，还能够使组件实现任意的空间配置，并由此减少所需的能量传输线路长度。这将导致一种稳健的操纵器系统，其不容易受到干扰并具有很少的线路损耗。

附图标记列表

100；200；300 操纵器系统

101，102；201，202；301，302 多轴的操纵器

103，104；203，204；303，304 变流器组

103a-c，104a-c；203a-c，204a-c；303a-c，304a-c 变流器

105，106；205，206；305，306 轴控制器

107；207 指令预选器

101s；102s；201s；202s；301s；302s 操纵器控制器

109；209；309，310 流程控制

130；230；330，331 基于以太网的总线连接

140 主计算机

150，151 操纵器控制器101s，102s 的壳体

250 主控制装置

251 副控制装置

320 协调控制装置

352 协调控制装置的壳体

350，351 并列的主控制装置。

Claims (20)

1.一种用于协调地控制至少两个操纵器(101，102)的操纵器系统(100)，该操纵器系统包括：

主计算机(140)，其被设计用于执行流程控制(109)；

至少两个多轴的操纵器(101，102)，其中，每个操纵器配有操纵器控制器(101s，102s)，所述操纵器控制器(101s，102s)与所述主计算机(140)在空间上分开地分别设置在自己的壳体(150，151)中，

每个操纵器(101，102)包括变流器(103a，103b，103c，104a，104b，104c)，所述变流器用于操控各自的操纵器(101，102)的轴的致动器，其中，

配属于致动器的变流器(103a，103b，103c，104a，104b，104c)设置在所述致动器的附近，使得所述变流器(103a，103b，103c，104a，104b，104c)能够在所述操纵器(101，102)运动时随动，

其中，每个操纵器配属有至少一个轴控制器(105，106)，并且其中，所述至少一个轴控制器(105，106)设置在各自的操纵器(101，102)上，使得所述至少一个轴控制器(105，106)在所述操纵器(101，102)运动时能够随动。

2.根据权利要求1所述的用于协调地控制至少两个操纵器(101，102)的操纵器系统(100)，其中，所述配属于致动器的变流器(103a，103b，103c，104a，104b，104c)设置在操纵器臂中。

3.根据权利要求1所述的用于协调地控制至少两个操纵器(101，102)的操纵器系统(100)，其中，至少两个操纵器控制器(101s，102s)以链式拓扑结构或星型拓扑结构配属于所述主计算机(140)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的操纵器系统(100)，其中，所述流程控制(109)包括至少两个操纵器(101，102)的被规划的轨迹运动，并且所述主计算机(140)包括指令预选器(107)，该指令预选器被设计用于协调所述至少两个操纵器(101，102)的被规划的轨迹运动。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的操纵器系统(100)，其中，所述主计算机(140)被设计为，将所述流程控制(109)的指令发送到所述操纵器控制器(101s，102s)，并且其中，

每个操纵器配有至少一个轴控制器(105，106)，并且

所述操纵器控制器(101s，102s)各自被设计为，将用于操控所配属的操纵器(101，102)的轴的指令发送到所述至少一个轴控制器(105，106)，并且其中，

所述轴控制器(105，106)被设计为，将用于操控所述轴的指令转换成变流器指令。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的操纵器系统(100)，其中，所述轴控制器(105，106；205，206；305，306)是智能的轴控制器，并且所述智能的轴控制器包括对所述操纵器(101，102；201，202；301，302)的各个轴的轴角度控制和更高级的笛卡尔控制。

7.一种用于协调地控制至少两个操纵器(201，202)的操纵器系统(200)，该操纵器系统包括：

主控制装置(250)，其配属于所述至少两个操纵器(201，202)中的第一操纵器(201)，并被设计用于执行流程控制(209)，其中，

所述主控制装置(250)包括指令预选器(207)、第一操纵器控制器(201s)和第一轴控制器(205)；并且其中，所述指令预选器(207)被设计为，将所述流程控制(209)的指令发送到所述第一操纵器控制器(201s)，并且其中，

所述第一操纵器控制器(201s)被设计为，将操控所述第一操纵器(201)的轴的指令发送到所述第一轴控制器(205)，并且所述第一轴控制器(205)被设计为，将操控所述轴的指令转换成变流器指令，以及

该操纵器系统还包括至少一个副控制装置(251)，该副控制装置配属于所述至少两个操纵器(201，202)中的第二操纵器(202)，并且所述至少一个副控制装置(251)与所述主控制装置(250)被空间上分开地设置在自己的壳体中并具有独立的能量供应，其中，

所述至少一个副控制装置(251)包括第二操纵器控制器(202s)，并且其中，

所述主控制装置(250)的指令预选器(207)被设计为，将所述流程控制(209)的指令发送到所述第二操纵器控制器(202s)，其中，所述第二操纵器控制器(202s)被设计为，将操控所述第二操纵器(202)的轴的指令发送到所述第二操纵器的轴控制器(206)，并且所述轴控制器(206)被设计为，将操控所述轴的指令转换成变流器指令，

其中，每个操纵器(201，202；301，302)包括用于操控操纵器的轴的致动器的变流器(203a，203b，203c，204a，204b，204c；303a，303b，303c，304a，304b，304c)，并且其中，配属于致动器的变流器(203a，203b，203c，204a，204b，204c；303a，303b，303c，304a，304b，304c)设置在所述致动器附近，使得所述变流器(203a，203b，203c，204a，204b，204c；303a，303b，303c，304a，304b，304c)能够在所述操纵器(201，202；301，302)运动时随动，

并且其中，每个操纵器配属有至少一个轴控制器(205，206，305，306)，并且其中，所述至少一个轴控制器(205，206，305，306)被设置在所述操纵器(201，202；301，302)上，使得所述至少一个轴控制器(205，206，305，306)能够在所述操纵器(201，202；301，302)运动时随动。

8.根据权利要求7所述的用于协调地控制至少两个操纵器(201，202)的操纵器系统(200)，其中，所述操纵器系统包括具有第三副控制装置的第三操纵器，并且所述副控制装置(251)以链式拓扑结构或星型拓扑结构配属于所述主控制装置(250)。

9.根据权利要求7所述的操纵器系统(200)，其中，所述流程控制(209)包括所述至少两个操纵器(201，202)的被规划的轨迹运动。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的操纵器系统(200)，其中，每个操纵器(201，202；301，302)配有用于操控所述操纵器(201，202；301，302)的轴的致动器的变流器(203a，203b，203c，204a，204b，204c；303a，303b，303c，304a，304b，304c)，并且其中，所述变流器(203a，203b，203c，204a，204b，204c；303a，303b，303c，304a，304b，304c)被设置在配属于所述操纵器(201，202；301，302)的主控制装置(250；350，351)和/或副控制装置(251)的壳体中。

11.根据权利要求7至9中任一项所述的操纵器系统(200)，其中，所述轴控制器(105，106；205，206；305，306)是智能的轴控制器，并且所述智能的轴控制器包括对所述操纵器(101，102；201，202；301，302)的各个轴的轴角度控制和更高级的笛卡尔控制。

12.一种用于协调地控制至少两个操纵器(301，302)的操纵器系统(300)，该操纵器系统包括：

至少两个并列的主控制装置(350，351)，其中，每个主控制装置(350，351)配属于所述至少两个操纵器(301，302)中的一个操纵器，并且每个主控制装置(350，351)被设计为，执行配属于所述主控制装置(350，351)的操纵器(301，302)的流程控制(309，310)，其中，每个所述主控制装置(350，351)包括一操纵器控制器(301s，302s)和一轴控制器(305，306)，并且其中，所述操纵器控制器(301s，302s)被设计为，将用于操控配属于所述主控制装置(350，351)的操纵器的轴的指令发送到各自的轴控制器(305，306)，并且所述各个轴控制器(305，306)被设计为，将用于操控轴的指令转换成变流器指令，其中，所述并列的主控制装置(350，351)彼此在空间上分开地分别设置在自己的壳体中并分别具有独立的能量供应，以及

该操纵器系统还包括协调控制装置(320)，所述协调控制装置与所述并列的主控制装置(350，351)在空间上分开地设置在自己的壳体中并具有独立的能量供应，其中，所述协调控制装置(320)被设计为，协调所述至少两个操纵器(301，302)的流程控制(309，310)，使得所述流程控制(309，310)的程序流程以预先确定的方式进行，

其中，每个操纵器(201，202；301，302)包括用于操控操纵器的轴的致动器的变流器(203a，203b，203c，204a，204b，204c；303a，303b，303c，304a，304b，304c)，并且其中，配属于致动器的变流器(203a，203b，203c，204a，204b，204c；303a，303b，303c，304a，304b，304c)设置在所述致动器附近，使得所述变流器(203a，203b，203c，204a，204b，204c；303a，303b，303c，304a，304b，304c)能够在所述操纵器(201，202；301，302)运动时随动，

其中，每个操纵器配属有至少一个轴控制器(205，206，305，306)，并且其中，所述至少一个轴控制器(205，206，305，306)被设置在所述操纵器(201，202；301，302)上，使得所述至少一个轴控制器(205，206，305，306)能够在所述操纵器(201，202；301，302)运动时随动。

13.根据权利要求12所述的用于协调地控制至少两个操纵器(301，302)的操纵器系统(300)，其中，所述并列的主控制装置(350，351)以链式拓扑结构或星型拓扑结构配属于所述协调控制装置(320)。

14.根据权利要求12所述的操纵器系统(300)，其中，每个流程控制(309，310)包括配属于操纵器控制程序(309，310)的主控制装置(350，351)的操纵器的被规划的轨迹运动。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的操纵器系统(300)，其中，每个操纵器(201，202；301，302)配有用于操控所述操纵器(201，202；301，302)的轴的致动器的变流器(203a，203b，203c，204a，204b，204c；303a，303b，303c，304a，304b，304c)，并且其中，所述变流器(203a，203b，203c，204a，204b，204c；303a，303b，303c，304a，304b，304c)被设置在配属于所述操纵器(201，202；301，302)的主控制装置(250；350，351)和/或副控制装置(251)的壳体中。

16.根据权利要求12至14中任一项所述的操纵器系统(300)，其中，至少一个操纵器(101，102；201，202；301，302)是工业机器人，并且至少一个第二操纵器被设置在所述工业机器人的轴上。

17.根据权利要求11至14中任一项所述的操纵器系统(300)，其中，所述操纵器系统(100；200；300)被设计为，通过基于以太网的总线连接(130；230；330，331)来实现对所述操纵器(101，102；201，202；301，302)的被规划的轨迹运动的协调。

18.根据权利要求12至14中任一项所述的操纵器系统(300)，其中，所述操纵器系统(100；200；300)被设计为，借助实时同步来执行对所述操纵器(101，102；201，202；301，302)的被规划的轨迹运动的协调。

19.根据权利要求12至14中任一项所述的操纵器系统(300)，其中，所述轴控制器(105，106；205，206；305，306)是智能的轴控制器，并且所述智能的轴控制器包括对所述操纵器(101，102；201，202；301，302)的各个轴的轴角度控制和更高级的笛卡尔控制。

20.根据权利要求中12至14中任一项所述的操纵器系统(300)，其中，至少第二操纵器(101，102；201，202；301，302)能够不受第一操纵器(101，102；201，202；301，302)干扰地被操控，并根据该操控来行动。

Images