Die Erf indung betrif f t ein pneumatisches Aktorsystem für ei nen kollaborativen Roboter . Ein solches Pneumatisches Aktorsystem kann beispielsweise zur Einleitung einer Relativbewegung zwischen zwei schwenkbeweglich miteinander gekoppelten Armabschnitten eines Roboterarms eines kollaborativen Roboters genutzt werden . Um ein Verletzungsrisiko durch Bewegungen des kollaborativen Roboters zu reduzieren ist es aus ei nem druckschrif tlich nicht niedergelegten Stand der Technik bekannt , ein pneumatisches Aktorsystem mit einem sicherheits gerichtet ausgebildeten Positionsmesssystem zu versehen, um beispielsweise nicht vorgesehene Relativbewegungen zwischen den Armabschnitten zuverlässig ermitteln zu können und bei Vorliegen einer solchen nicht vorgesehenen Relativbewegung den Roboterarm in einen sicheren Zustand bringen zu können .

Die Aufgabe der Erf indung besteht darin, ein pneumatisches Aktorsystem für einen kollaborativen Roboter bereitzustellen, das gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten pneumatischen Aktorsystem eine kostengünstigere Aufbauweise und ei nen vergrößerten Funktionsumfang aufweist .

Diese Aufgabe wird für ein pneumatisches Aktorsystem der eingangs genannten Art wie folgt gelöst : mit einem Aktor , der ein Aktorgehäuse umfasst , in dem eine Arbeitsausnehmung aus gebildet ist , in der ein Antriebsglied beweglich auf genommen ist , das mit der Arbeitsausnehmung einen größenvariablen ers ten Arbeitsraum begrenzt , wobei das Aktorgehäuse von einem ersten Fluidkanal durchsetzt ist , der zwischen dem ersten Arbeitsraum und einem außen am Aktorgehäuse angeordneten ersten Fluidanschluss erstreckt ist , sowie mit einer Drucksensoranordnung, die für eine Erfassung eines Arbeitsdrucks im ersten Arbeitsraum ausgebildet ist und die elektrisch mit einer Aus werteeinrichtung verbunden ist , wobei die Drucksensoranordnung einen ersten Drucksensor aufweist , der zur Bereitstel lung eines ersten Drucksignals ausgebildet ist , und einen zweiten Drucksensor aufweist , der zur Bereitstellung eines zweiten Drucksignals ausgebildet ist , und wobei die Auswerteeinrichtung eine Kommunikationsschnittstelle aufweist und zur Ermittlung eines , insbesondere ein vom Aktor bereitgestelltes Kraf tniveau angebendes , Zustandssignals in Abhängigkeit von dem ersten Drucksignal und dem zweiten Drucksignal sowie zur Bereitstellung des Zustandssignals an der Kommuni kationsschnittstelle ausgebildet ist .

In einer ersten Aus führungs form kann der Aktor als so genannter einfachwirkender Aktor ausgebildet sein, der eine einzige Arbeitskammer aufweist , die von einer Innenwand der im Arbeitsgehäuse ausgebildeten Arbeitsausnehmung sowie von einem Oberf lächenabschnitt des Antriebsglieds begrenzt wird . Eine Zufuhr eines druckbeauf schlagten Fluids in diese Arbeitskammer erfolgt durch einen ersten Fluidkanal , der sich zwischen einem außen am Aktorgehäuse angeordneten, beispielsweise als Schlauchkupplung ausgebildeten, Fluidanschluss und einer in der Arbeitskammer ausgebildeten Mündungsöf f nung erstreckt . Bei einer derartigen Fluidzufuhr in den Arbeitsraum wirkt eine Druckkraf t auf das Antriebsglied, das durch diese Druckkraf t längs eines , insbesondere geradlinigen oder kreisab- schnittsf örmigen, Bewegungswegs verlagert wird . Um eine vom Antriebsglied bereitgestellte Kraf t oder ein vom Antriebs glied bereitgestelltes Drehmoment bestimmen zu können, wird mittels einer Drucksensoranordnung der Druck des Arbeitsf luids in dem ersten Arbeitsraum bestimmt und unter Berücksichtigung der Geometrie des Antriebsglieds sowie den Eigenschaf ten einer gegebenenfalls dem Aktor zugeordneten Rückstelleinrichtung wie beispielsweise einer Rückstellfeder , in einer elektrisch mit der Drucksensoranordnung verbundenen Auswerteeinrichtung ermittelt . Um hierfür eine zuverlässige Druckbestimmung gewährleisten zu können, umfasst die Drucksensoranordnung einen ersten Drucksensor und einen zweiten Drucksensor , die beide dem ersten Arbeitsraum zugeordnet sind . Somit werden der Auswerteeinrichtung zwei Drucksignale zur Verfügung gestellt , aus denen die Auswerteeinrichtung ein Zustandssignal ermitteln kann . Beispielhaf t kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinrichtung eine Abweichung zwischen dem ersten Drucksignal und dem zweiten Drucksignal ermittelt . Für den Fall , dass diese Abweichung innerhalb eines vorgegebenen Vertrauensintervalls liegt , stellt die Auswerteeinrichtung entweder einen Druckwert , der aus einem der beiden Drucksignale berechnet wurde , oder einen aus beiden Drucksignalen berechneten Druckwert oder einen aus dem Druckwert ermittelten Kraf twert bzw . Drehmomentwert als Zustandssignal an die Kommunikationsschnittstelle bereit . Ferner kann vorgesehen sein, dass bei Vorliegen einer Abweichung zwischen dem ersten Drucksignal und dem zweiten Drucksignal , die außerhalb des vorgegebenen Vertrauensintervalls liegt , eine Fehlermel dung als Zustandssignal an die Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt wird . Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinrichtung nur für den Fall , dass die Abweichung zwischen dem ersten Drucksignal und dem zweiten Drucksignal außerhalb des vorgegebenen Vertrauensintervalls liegt , eine Fehlermeldung an die Kommunikationsschnittstelle bereitstellt und im Übrigen kein Zustandssignal ausgibt .

Die Auswerteeinrichtung ist beispielhaf t als elektrische oder elektronische Schaltung, insbesondere als Mikrocomputer , aus gebildet . Besonders bevorzugt ist die Auswerteeinrichtung in einer Weise programmiert , dass die Erfassung und Verarbeitung des ersten Drucksignals und des zweiten Drucksignals gemäß einem vorgegebenen Sicherheitsniveau eines vorgegebenen Si- cherheitsstandards durchgeführt wird .

In Abhängigkeit von einer Anwendungsumgebung für das pneumatische Aktorsystem kann vorgesehen sein, dass die Verarbei tung des ersten Drucksignals und des zweiten Drucksignals sowie das hierfür vorgesehene Vertrauensintervall fest in der Auswerteeinrichtung hinterlegt sind oder durch eine Programmierung bzw . eine Parametrierung der Auswerteeinrichtung während einer Inbetriebnahme vorgegeben werden . Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass zumindest eine Parametrierung, gegebenenfalls auch eine Programmierung, für die Auswerteeinrichtung dynamisch während des Betriebs des pneumatischen Aktorsystems verändert werden, um beispielsweise eine Anpassung an unterschiedliche räumliche Orientierungen des Aktors zu ermöglichen .

Das an der Kommunikationsschnittstelle bereitgestellte Zustandssignal kann wahlweise als Analogsignal oder als Digi talsignal entsprechend einem vorgegebenen digitalen Protokoll , insbesondere einem Buskommunikationsprotokoll , codiert sein . Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Zustandssignal in einer Weise an der Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt wird, die eine sicherheitsgerichtete Übertragung des Zustandssignals an eine übergeordnete Steuerung, beispielsweise eine Robotersteuerung, ermöglicht . Vorteilhaf te Weiterbildungen der Erf indung sind Gegenstand der Unteransprüche .

Zweckmäßig ist es , wenn der erste Drucksensor und der zweite Drucksensor j eweils separat ausgebildet sind und dass der

5 erste Drucksensor über eine erste Sensorleitung mit der Aus werteeinrichtung verbunden ist und dass der zweite Drucksensor über eine zweite Sensorleitung mit der Auswerteeinrichtung verbunden ist . Bevorzugt sind der erste Drucksensor und der zweite Drucksensor j eweils als diskrete Komponenten0 mit j eweils eigenem Sensorgehäuse ausgebildet und j eweils ei genständig am Aktorgehäuse festgelegt . Durch die j eweils separate bauliche Ausgestaltung und Anbringung des j eweiligen Drucksensors sowie die j eweils separate elektrische Verbindung des ersten Drucksensors über die erste Sensorleitung und des zweiten Drucksensors über die zweite Sensorleitung wird ein vorteilhaf tes Sicherheitsniveau für die Signalübertragung zwischen den j eweiligen Drucksensor und der Auswerteeinrichtung gewährleistet .

Alternativ ist vorgesehen, dass die Drucksensoranordnung den0 ersten Drucksensor , den zweiten Drucksensor sowie eine Verarbeitungseinrichtung, die für einen Vergleich des ersten Drucksignals mit dem zweiten Drucksignal ausgebildet ist , umfasst und über eine Signalleitung mit der Auswerteeinrichtung verbunden ist , wobei die Verarbeitungseinrichtung für eine5 Bereitstellung eines aus dem ersten Drucksignal und dem zwei ten Drucksignal ermittelten Statuswerts aus der Gruppe : aktueller Druckwert und Messfehler über die Signalleitung an die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist . Bei dieser Ausführungs form stellt die Drucksensoranordnung mit dem Statuswert be¬0 reits ein als sicher einzustufendes Signal bereit , da der Zustandswert in der Drucksensoranordnung auf Basis der redun- danten ersten und zweiten Drucksignale in der Verarbeitungs einrichtung ermittelt wird . Hierbei ist vorgesehen, dass die Drucksensoranordnung nur dann einen aktuellen Druckwert als Statuswert an die Auswerteeinrichtung überträgt , wenn eine Abweichung zwischen dem ersten Drucksignal und dem zweiten Drucksignal innerhalb eines vorgegebenen Vertrauensintervalls liegt oder in anderer Weise auf Richtigkeit geprüf t werden konnte . Andernfalls ist vorgesehen, dass die Drucksensoranordnung einen Statuswert , der einen Messfehler repräsentiert , an die Auswerteeinrichtung bereitstellt . Vorzugsweise ist die Verarbeitungseinrichtung als Mikrocomputer oder Mikroprozes sor ausgebildet und ist in einer Weise programmiert , dass die Erfassung und Verarbeitung des ersten Drucksignals und des zweiten Drucksignals gemäß einem vorgegebenen Sicherheitsni veau eines vorgegebenen Sicherheitsstandards durchgeführt wird .

Vorteilhaf t ist es , wenn das Antriebsglied mit der Arbeits ausnehmung einen zweiten, größenvariablen Arbeitsraum begrenzt und dass das Aktorgehäuse von einem zweiten Fluidkanal durchsetzt ist , der zwischen dem zweiten Arbeitsraum und ei nem zweiten, außen am Aktorgehäuse angeordneten zweiten Fluidanschluss erstreckt ist , wobei die Drucksensoranordnung ei nen dritten Drucksensor aufweist , der zur Bereitstellung ei nes dritten Drucksignals ausgebildet ist , und einen vierten Drucksensor aufweist , der zur Bereitstellung eines vierten Drucksignals ausgebildet ist , und wobei die Auswerteeinrichtung zur Ermittlung des Zustandssignals in Abhängigkeit von dem ersten Drucksignal und dem zweiten Drucksignal und dem dritten Drucksignal und dem vierten Drucksignal sowie zur und Bereitstellung des Zustandssignals an der Kommunikations - schnittstelle ausgebildet ist . Ein derartig ausgebildeter Aktor wird auch als doppeltwirkender Aktor bezeichnet , bei dem eine Relativbewegung zwischen dem Antriebsglied und dem Aktorgehäuse von einer Druckdif ferenz zwischen einem Druck im ersten Arbeitsraum und einem Druck im zweiten Arbeitsraum abhängig ist . Um einen sicherheitsgerichteten Betrieb eines derartigen Aktors gewährleisten zu können, ist es vorgesehen, dass sowohl dem ersten Arbeitsraum als auch dem zweiten Arbeitsraum j eweils redundant ausgebildete Drucksensoren zugeordnet sind . Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in der Auswerteeinrichtung geometrische Informationen zur Gestaltung des ersten Arbeitsraums und des zweiten Arbeitsraums hinterlegt sind, so dass die Auswerteeinrichtung in Kenntnis der Druckverhältnisse , wie sie im ersten Arbeitsraum und dem zweiten Arbeitsraum vorherrschen, sowie der daraus zu ermittelnden Druckdif ferenz rein exemplarisch ein Zustandssignal ermitteln kann, das eine vom Antriebsglied bereitgestellte Kraf t oder ein vom Antriebsglied bereitgestelltes Drehmoment repräsentiert .

Bei einer Weiterbildung der Erf indung ist vorgesehen, dass die Auswerteeinrichtung ein erstes Auswertemodul umfasst , das elektrisch mit dem ersten Drucksensor und dem dritten Drucksensor verbunden ist und dass die Auswerteeinrichtung ein zweites Auswertemodul umfasst , das elektrisch mit dem zweiten Drucksensor und mit dem vierten Drucksensor verbunden ist , und dass das erste Auswertemodul elektrisch, insbesondere unmittelbar , mit dem zweiten Auswertemodul verbunden ist . Das erste Auswertemodul und das zweite Auswertemodul können bei spielsweise als separate Mikrocontroller oder Mikroprozessoren innerhalb der Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, die technisch gleichartig ( redundant ) oder technisch unterschiedlich (diversitär redundant ) ausgebildet sind und die in glei cher oder in unterschiedlicher Weise programmiert sind . Somit f indet rein exemplarisch im ersten Auswertemodul eine Auswertung für das erste Drucksignal und das dritte Drucksignal statt , während im zweiten Auswertemodul rein exemplarisch eine Auswertung für das zweite und das vierte Drucksignal vorgenommen wird . Ferner kommt einem der beiden Auswertemodule , also wahlweise dem ersten Auswertemodul oder zweiten Auswertemodul , die Aufgabe zu , das Auswertungsergebnis des j eweils anderen Auswertemoduls zu empfangen und mit dem eigenen Auswertungsergebnis zu vergleichen . Sofern sich hierbei eine zumindest weitgehende Übereinstimmung der beiden Auswertungsergebnisse ergibt , beispielsweise wenn die beiden Aus wertungsergebnisse innerhalb eines vorgegebenen Vertrauensintervalls liegen, stellt beispielsweise das erste Auswertemodul das Zustandssignal an die Kommunikationsschnittstelle bereit . Andernfalls kommt einem der Auswertungsmodule die Auf gabe zu , ein Zustandssignal an die Kommunikationsschnitt stelle bereitstellt , aus dem hervorgeht , dass eine Abweichung zwischen den beiden Auswertungsergebnissen vorliegt , die es nicht möglich macht , eine vom Antriebsglied bereitgestellte Kraf t bzw . ein vom Antriebsglied bereitgestelltes Drehmoment oder eine andere Kenngröße des Antriebs in korrekter Weise zu ermitteln . In diesem Fall wird üblicherweise vorgesehen sein, dass die mit der Kommunikationsschnittstelle verbundene übergeordnete Steuerung eine Abschaltung der pneumatischen Versorgung des Aktors , insbesondere eine Belüf tung wenigstens eines Arbeitsraums des Aktors , veranlasst .

Zweckmäßig ist es , wenn der erste Drucksensor und der dritte Drucksensor j eweils als erster Sensortyp ausgebildet sind und dass der zweite Drucksensor und der vierte Drucksensor als zweiter Sensortyp ausgebildet sind, wobei der erste Sensortyp eine höhere Messgenauigkeit und/oder eine höhere Messgeschwindigkeit und/oder einen kleineren Messbereich als der zweite Sensortyp aufweist . Mit einer derartigen Ausgestaltung der Drucksensoren können gleichzeitig zwei unterschiedliche Zielsetzungen erreicht werden . Die erste Zielsetzung ist darin zu sehen, dass j eder der beiden Arbeitsräume mit zwei technisch unterschiedlichen Drucksensoren überwacht wird, wodurch eine diversitäre Redundanz geschaf fen wird, bei der Messfehler aufgrund von konstruktiv bedingten Sensoreigenschaf ten zumindest weitgehend ausgeschlossen werden können . Dies gilt beispielsweise dann, wenn die beiden Drucksensoren, die dem j eweiligen Arbeitsraum zugeordnet sind, auf unterschiedlichen Messprinzipien beruhen . Die zweite Zielsetzung ist darin zu sehen, dass für j eden der beiden Arbeitsräume eine möglichst präzise Druckmessung zu möglichst günstigen Herstellungskosten für die Drucksensoranordnung erzielt werden soll . Dies wird dadurch realisiert , dass j eweils eine der beiden Drucksensoren, die dem j eweiligen Arbeitsraum zugeordnet sind, eine hohe Messgenauigkeit und/oder Messgeschwindigkeit auf weist , während der andere den j eweiligen Arbeitsraum zugeordnete Drucksensor als weniger präziser und/oder langsamerer und dafür kostengünstigerer Drucksensor ausgebildet sein kann . In diesem Fall dient das Drucksignal des präziseren und/oder schnelleren Drucksensors zur eigentlichen Druckermittlung, während das Drucksignal des weniger präzisen und/oder langsameren Drucksensors ausschließlich zur Bestäti gung des ermittelten Druckwerts dient , j edoch nicht für die weitere Verarbeitung herangezogen wird .

In vorteilhaf ter Ausgestaltung der Erf indung ist vorgesehen, dass dem Aktor ein Positionsmesssystem zugeordnet ist , das elektrisch mit der Auswerteeinrichtung verbunden ist und das zur Bereitstellung eines Positionssignals in Abhängigkeit von einer Relativposition zwischen Antriebsglied und Aktorgehäuse ausgebildet ist und dass die Auswerteeinrichtung für einen Abgleich eines aus dem Positionssignal ermittelten Messwerts aus der Gruppe : Position des Antriebsglieds , Geschwindigkeit des Antriebsglieds , Beschleunigung des Antriebsglieds , mit dem ersten Drucksignal und/oder dem zweiten Drucksignal aus gebildet ist . In einer einfachsten Aus führungs form handelt es sich bei dem Positionsmesssystem um einen Positionstransmit ter , der ein Schaltsignal bereitstellt , sobald das Antriebs glied eine vorgegebene Position längs des , insbesondere geradlinigen oder kreisabschnittsförmigen, Bewegungswegs einnimmt oder passiert . Alternativ ermöglicht das Positionsmess system eine Positionsbestimmung für das Antriebsglied zumindest über einen Teil des Bewegungswegs , insbesondere über den gesamten Bewegungsweg . In diesem Fall kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Antriebsglied mit einem Permanent magneten versehen ist und am Aktorgehäuse wenigstens ein Mag- netf eldsensor angeordnet ist , der beispielsweise zur Ermitt lung einer magnetischen Flussdichte und/oder einer räumlichen Ausrichtung eines Magnetf eldvektors des am Antriebsglied angebrachten Permanentmagneten ausgebildet ist , um dadurch die gewünschte Positionsbestimmung zu ermöglichen . Durch eine einfache oder zweifache Ableitung des Sensorsignals dieses Magnetf eldsensors nach der Zeit kann eine Geschwindigkeit oder eine Beschleunigung des Antriebsglieds ermittelt werden, die in einem nachfolgenden Schritt mit wenigstens einem Druckwert wenigstens eines Arbeitsraums abgeglichen wird . Hierdurch können Informationen über einen Bewegungszustand sowie eine Kraf tabgabe oder Drehmoment abgabe des Aktors an der Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt werden, die zuvor von der Auswerteeinrichtung gegenseitig auf Plausibili tät geprüf t wurden .

Bevorzugt ist vorgesehen, dass an der Kommunikationsschnitt stelle der Auswerteeinrichtung eine Sicherheitssteuerung angeschlossen ist , die mit einer Pneumatiksteuerung verbunden ist , wobei die Pneumatiksteuerung wenigstens ein Pneumatikventil für eine Belüf tung und Entlüf tung des Aktors umfasst und wobei die Sicherheitssteuerung für eine sicherheitsgerichtete Ansteuerung der Pneumatiksteuerung ausgebildet ist . Vorzugsweise kommt der Sicherheitssteuerung ausschließlich die Aufgabe zu , das von der Auswerteeinrichtung an der Kommunikationsschnittstelle bereitgestellte Zustandssignal zu überwachen . Für den Fall , dass entweder ein Zustandssignal bereitgestellt wird, das einen Messfehler der Drucksensoranordnung repräsentiert , oder dass ein Zustandssignal bereitgestellt wird, aus dem eine Kraf tabgabe oder Drehmoment abgabe abgeleitet werden muss , die über einem vorgegebenen Maximal - niveau für eine Kraf tabgabe oder Drehmoment abgabe liegt , hat die Sicherheitssteuerung die Aufgabe , den Aktor in geeigneter Weise in einen sicheren Zustand zu bringen . Bevorzugt ist hierzu vorgesehen, zunächst eine weitere Zufuhr von Druckluf t an den Aktor zu unterbrechen, womit eine Kraf tabgabe oder Drehmoment abgabe gegen Null reduziert wird . Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass in einem nachfolgenden Schritt eine Belüf tung des Aktors , also der einen Arbeitskammer oder der beiden Arbeitskammern, vorgenommen wird, so dass der Aktor energielos wird . Zur Durchführung dieser Maßnahmen ist ein direkter Zugrif f der Sicherheitssteuerung auf die Pneumatiksteuerung für den Aktor vorgesehen, wobei diese Pneumatiksteuerung dazu ausgebildet ist , anhand von elektrischen Eingangssignalen eine Belüf tung und Entlüf tung des wenigstens einen Arbeitsraums zu bewirken . Hierzu umfasst die Pneumatiksteuerung wenigstens eine Ventileinrichtung, beispielsweise ein Schaltventil oder ein Proportionalventil . Rein exemplarisch kann es sich bei der Ventileinrichtung für den j eweili gen Arbeitsraum um ein 5/3 -Wegeventil handeln, das in einer ersten Schaltstellung eine f luidisch kommunizierende Verbindung zwischen einer Druckluf tquelle und dem j eweiligen Arbeitsraum herstellt , in einer zweiten Schaltstellung den Ar- beitsraum f luidisch absperrt und in einer dritten Schaltstel lung eine f luidisch kommunizierende Verbindung zwischen einer Druckf luidsenke und dem j eweiligen Arbeitsraum herstellt .

Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass die elektrischen Eingangssignale für die Pneumatiksteuerung während eines normalen Betriebs des Aktorsystems von einer übergeordneten Steuerung, beispielsweise einer Robotersteuerung, zur Verfügung gestellt werden . Bei Vorliegen eines Messfehlers für die Druckmessung im j eweiligen Arbeitsraum kann vorgesehen sein, dass die Eingangssignale der übergeordneten Steuerung von Eingangssignalen der Sicherheitssteuerung überlagert werden, um die gewünschte Abschaltung der Druckluf tzufuhr für den Aktor sowie gegebenenfalls die gewünschte Entlüf tung des Aktors herbeizuführen . Andere Signalarchitekturen, bei denen bei spielsweise die Sicherheitssteuerung mit der übergeordneten Steuerung, insbesondere der Robotersteuerung, kommuniziert , um durch eine Kommunikation der übergeordneten Steuerung mit der Pneumatiksteuerung die gewünschte Abschaltung der Druckluf tversorgung für den Aktor herbeizuführen, sind ebenfalls möglich .

Vorteilhaf t ist es , wenn der Aktor als Linearaktor ausgebil det ist und die Arbeitsausnehmung als Längsbohrung im Aktorgehäuse ausgebildet ist , in der ein längs einer Bewegungs - achse linearbeweglicher Kolben als Antriebsglied aufgenommen ist , der mit einer längs der Bewegungsachse erstreckten Kol benstange oder mit einem quer zur Bewegungsachse erstreckten Mitnehmer gekoppelt ist . Eine derartiger Linearaktor wird als Pneumatikzylinder bezeichnet , wenn der Kolben mit einer längs der Bewegungsachse erstreckten und in Längsrichtung aus dem Aktorgehäuse abragenden Kolbenstange versehen ist bzw . als kolbenstangenloser Pneumatikzylinder bezeichnet , wenn das Antriebsglied mit einem Mitnehmer gekoppelt ist , der quer zur Bewegungsachse vom Kolben abragt . In j edem Fall ist ein sol cher Linearaktor zur Bereitstellung einer Linearbewegung aus gebildet . Das Zustandssignal , das von der Auswerteeinrichtung an der Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt wird, kann ergänzend oder alternativ zu einem Druckwert , der in einem Arbeitsraum vorliegt , eine Information über die vom Antriebs glied bereitgestellte Kraf t enthalten .

Alternativ ist vorgesehen, dass der Aktor als Schwenkantrieb ausgebildet ist , wobei das Antriebsglied schwenkbeweglich um eine Schwenkachse in der zumindest bereichsweise kreiszylindrisch ausgebildeten Arbeitsausnehmung aufgenommen ist und mit einem in radialer Richtung von einer Antriebswelle abragenden Schwenkf lügel ausgerüstet ist . Ein solcher Schwenkantrieb , der auch als Schwenkf lügelantrieb bezeichnet wird, stellt an der Antriebswelle , die mit dem Antriebsglied gekoppelt ist , ein Drehmoment zur Verfügung .

Vorteilhaf te Aus führungs formen der Erf indung sind in der Zeichnung dargestellt . Hierbei zeigt :

Figur 1 eine erste Aus führungs form eines pneumatischen Aktorsystems mit einem einfachwirkenden Aktor , einer Drucksensoranordnung mit einem ersten Drucksensor und einen zweiten Drucksensor , einer Auswerteeinrichtung, einer Sicherheitssteuerung und einer übergeordneten Steuerung,

Figur 2 eine zweite Aus führungs form eines pneumatischen Aktorsystems mit einem einfachwirkenden Aktor , einer sicherheitsgerichteten Drucksensoranordnung, einer Auswerteeinrichtung, einer Sicherheitssteuerung und einer übergeordneten Steuerung, und Figur 3 eine dritte Aus führungs form eines pneumatischen Aktorsystems mit einem doppeltwirkender Aktor , einer Drucksensoranordnung mit insgesamt vier Drucksensoren, einer Auswerteeinrichtung, einer Sicherheits steuerung und einer übergeordneten Steuerung .

Eine in der Figur 1 schematisch dargestellte erste Ausführungsform eines Aktorsystems 1 umfasst einen rein exemplarisch als Pneumatikzylinder zur Bereitstellung einer linearen Bewegung ausgebildeten Aktor 2 , der beispielhaf t einfachwirkend ausgebildet ist . Ferner umfasst das Aktorsystem 1 als wesentliche Komponenten eine Drucksensoranordnung 10 , eine Auswerteeinrichtung 15 , eine Sicherheitssteuerung 82 und eine Pneumatiksteuerung 86 , die elektrisch mit einer übergeordneten Steuerung 94 verbunden ist .

Bei allen drei in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungs formen sind in die Sicherheitssteuerung 82 , die Pneumatiksteuerung 86 und die übergeordnete Steuerung 94 j eweils gleichartig ausgebildet , so dass die nachstehende Beschrei bung dieser Komponenten im Zusammenhang mit der Figur 1 in gleicher Weise auch für einen in die Aus führungs form der Fi guren 2 und 3 gelten .

Der Aktor 2 umfasst ein Aktorgehäuse 3 , das rein exemplarisch einen Grundkörper 22 , der mit einem kreisringförmigem Querschnitt längs einer Bewegungsachse 6 erstreckt ist , und j eweils endseitig am Grundkörper 22 abdichtend angebrachte Abschlussdeckel 23 , 24 aufweist . Damit begrenzen eine kreiszylindrisch geformte Innenoberf läche 25 sowie eine Endf läche 26 des Abschlussdeckels 23 und eine Endf läche 27 des Abschluss deckels 24 die Arbeitsausnehmung 7 . In der Arbeitsausnehmung 7 ist ein rein exemplarisch als kreiszylindrischer Arbeits - kolben ausgebildetes Antriebsglied 5 linearbeweglich und abdichtend aufgenommen, dessen erste Stirnf läche 29 zusammen mit einem Teilbereich der Innenoberf läche 25 und der Endf läche 26 einen größenvariablen ersten Arbeitsraum 7 begrenzt . An einer zweiten Stirnf läche 30 des Antriebsglieds 5 ist eine rein exemplarisch kreiszylindrisch ausgebildete Kolbenstange 31 festgelegt , die sich längs der Bewegungsachse 6 erstreckt und die den Abschlussdeckel 24 beweglich durchsetzt . Zwischen der zweiten Stirnf läche 30 und der Endf läche 27 des Abschlussdeckels 24 ist eine Rückstellfeder 32 ausgebildet , die unabhängig von einer linearen Position des Antriebsglieds 5 stets eine innere Vorspannung aufweist . Rein exemplarisch ist eine Federkonstante der Rückstellfeder 32 derart gewählt , dass eine Beauf schlagung des Arbeitsraums 7 mit einem pneumatischen Arbeitsdruck , der einem bestimmungsgemäßen Maximal druck für den Aktor 2 entspricht , zu einer vollständigen Kompression der Rückstellfeder 32 auf ihre Blocklänge führt .

Benachbart zum Abschlussdeckel 23 ist an einer Außenoberf läche 33 des Grundkörpers 22 ein erster Fluidanschluss 9 ausgebildet , der rein exemplarisch als Schlauchkupplung für eine erste Fluidleitung 96 ausgebildet ist , bei der es sich bei spielsweise um einen Druckluf tschlauch handeln kann . Zwischen dem ersten Fluidanschluss 9 und dem ersten Arbeitsraum 7 erstreckt sich ein erster Fluidkanal 8 , so dass eine Belüf tung und Entlüf tung des ersten Arbeitsraums 7 über die erste Fluidleitung 96 vorgenommen werden kann .

Im Abschlussdeckel 23 ist eine erste Sensorausnehmung 34 eingebracht , die zur Aufnahme eines ersten Drucksensors 11 vorgesehen ist . Ferner ist im Abschlussdeckel 23 eine zweite Sensorausnehmung 35 eingebracht , die zur Aufnahme eines zwei ten Drucksensors 12 vorgesehen ist . Die beiden Drucksensoren 11 , 12 sind zur Ermittlung eines Fluiddrucks im ersten Arbeitsraum 7 ausgebildet . Rein exemplarisch sind die baulich separat ausgebildeten Drucksensoren 11 , 12 j eweils als elekt rische Drucksensoren konstruiert , die beispielhaf t auf unterschiedlichen Messprinzipien zur Umsetzung eines Fluiddrucks in ein elektrisches Signal basieren . Hierbei kann vorgesehen sein, dass der erste Drucksensor 11 verglichen mit dem zwei ten Drucksensor 12 eine höhere Abtastrate sowie eine höhere Genauigkeit innerhalb eines kleineren ersten Druckintervalls aufweist und einen höheren Anschaf fungspreis hat , während der zweite Drucksensor 12 verglichen mit dem ersten Drucksensor 11 eine geringere Abtastrate sowie eine geringere Genauigkeit innerhalb eines größeren zweiten Druckintervalls aufweist und einen geringeren Anschaf fungspreis hat .

Der erste Drucksensor 11 ist über eine erste Sensorleitung 16 mit einem ersten Sensoranschluss 18 einer Auswerteeinrichtung 15 verbunden . Der zweite Drucksensor 12 ist über eine zweite Sensorleitung 17 mit einem zweiten Sensoranschluss 19 der Auswerteeinrichtung 15 verbunden .

Die Auswerteeinrichtung 15 dient zur Aufbereitung und Verarbeitung des ersten Drucksignals des ersten Drucksensors 11 sowie des zweiten Drucksignals des zweiten Drucksensors 12 . Hierzu umfasst die Auswerteeinrichtung 15 einen nicht näher dargestellten Mikrocontroller oder Mikroprozessor , der mit einer geeigneten Programmierung ( Sof tware) versehen ist , um einen Vergleich des ersten Drucksignals und des zweiten Drucksignals vornehmen zu können und in Abhängigkeit von Abweichungen zwischen dem ersten Drucksignal und dem zweiten Drucksignal an einer Kommunikationsschnittstelle 80 der Aus werteeinrichtung 15 ein Zustandssignal bereitstellen zu kön- nen . Beispielhaf t ist vorgesehen, dass in der Auswerteeinrichtung 15 eine Dif ferenzbildung zwischen dem ersten Drucksignal und dem zweiten Drucksignal vorgenommen wird und die ermittelte Dif ferenz mit einem gespeicherten Schwellwert verglichen wird . Für den Fall , dass die ermittelte Dif ferenz kleiner als der gespeicherte Schwellwert ist , kann beispielhaf t vorgesehen sein, dass kein Zustandssignal an die Kommunikations - schnittstelle 80 bereitgestellt wird oder dass alternativ ein Druckwerk , der aus dem ersten Drucksignal ermittelt wird, als Zustandssignal an die Kommunikationsschnittstelle 80 bereit gestellt wird . Für den Fall , dass die ermittelte Dif ferenz größer als der gespeicherte Schwellwert ist , kann vorgesehen sein, dass ein Fehlersignal als Zustandssignal an der Kommunikationsschnittstelle 80 bereitgestellt wird .

Die Kommunikationsschnittstelle 80 dient zur Kommunikation mit einer Sicherheitssteuerung 82 und ist über eine Buskommunikationsleitung 81 mit einem Eingangsanschluss 83 der Sicher hei tssteue rung 82 verbunden . Die Aufgabe der Sicherheits steuerung 82 , die einen oder mehrere Mikroprozessoren oder Mikrocontroller umfassen kann, die j eweils mit einer geeigneten Programmierung ( Sof tware) versehen sind, besteht darin, bei Eintref fen eines Fehlersignals über die Buskommunikati onsleitung 81 und den Eingangsanschluss 83 geeignete Maßnahmen zu tref fen, um das Aktorsystem 1 in einen sicheren Zustand zu überführen .

Um dieser Aufgabe nachkommen zu können, ist die Sicherheits steuerung 82 über einen Ausgangsanschluss 84 und eine Signal leitung 85 mit einer Pneumatiksteuerung 86 elektrisch verbunden . In der Pneumatiksteuerung 86 ist eine nicht näher gezeigte Ventilanordnung enthalten, die durch elektrische Steuersignale angesteuert werden kann, um eine f luidisch kommuni - zierende Verbindung zwischen dem ersten Arbeitsraum 7 und ei ner Druckluf tquelle 87 oder einer Druckf luidsenke 88 herzustellen oder diese Verbindung zu sperren . Rein exemplarisch kann in der Pneumatiksteuerung 86 ein 3/3 -Wegeventil angeordnet sein, bei dem es sich insbesondere um ein Magnetventil handelt , das insgesamt drei unterschiedliche Schaltstellungen einnehmen kann . Hierbei kann in einer ersten Schaltstellung die f luidisch kommunizierende Verbindung zwischen der Druckluf tquelle 87 und dem ersten Arbeitsraum 7 hergestellt werden, in einer zweiten Schaltstellung eine vollständige f lui dische Blockierung des ersten Arbeitsraums 7 vorgesehen sein und in der dritten Schaltstellung eine f luidisch kommunizierende Verbindung zwischen dem ersten Arbeitsraum 7 und der Druckf luidsenke 88 vorgesehen sein .

Die Sicherheitssteuerung 82 kann beispielsweise dazu vorgesehen sein, ein Steuersignal einer übergeordneten Steuerung 94 , bei der es sich beispielsweise um eine Robotersteuerung eines kollaborativen Roboters handelt , das an die Pneumatiksteuerung 86 bereitgestellt wird, elektrisch zu unterbrechen . Für den Fall einer derartigen Unterbrechung des Steuersignals für die Pneumatiksteuerung 86 kann vorgesehen sein, dass die Ventilanordnung in der Pneumatiksteuerung 86 ohne weitere elekt rische Energiezufuhr , beispielsweise durch eine Federvorspannung, in eine vorbestimmte Stellung, insbesondere in eine Entlüf tungsstellung, überführt wird und dementsprechend der Aktor 2 in kurzer Zeit vollständig energief rei wird .

Das in der Figur 2 gezeigte Aktorsystem 41 unterscheidet sich vom Aktorsystem 1 lediglich durch eine sicherheitsgerichtet ausgebildete Drucksensoranordnung 42 sowie durch eine darauf angepasste Konf iguration der Auswerteeinrichtung 15 , während die übrigen Komponenten dieses Aktorsystems 41 identisch zum Aktorsystem 1 sind . Beim Aktorsystem 41 ist vorgesehen, dass der erste Drucksensor 43 und der zweite Drucksensor 44 zusammen mit einer Verarbeitungseinrichtung 45 , bei der es sich um einen Mikrocontroller oder Mikroprozessor handeln kann, die sicherheits gerichtet ausgebildete Drucksensoranordnung 42 bilden . Diese sicherheitsgerichtet ausgebildete Drucksensoranordnung 42 führt in der Verarbeitungseinrichtung 45 eine Verarbeitung des ersten Drucksignals des ersten Drucksensors 43 sowie des zweiten Drucksignals des zweiten Drucksensors 44 durch und stellt lediglich dann einen aktuellen Druckwert , insbesondere einen aus dem ersten Drucksignal ermittelten Druckwert , als Statuswert über die Signalleitung 46 an die Auswerteeinrichtung 15 zur Verfügung, wenn die beiden ausgewerteten Drucksignale eine oder mehrere in der Verarbeitungseinrichtung hinterlegte (n) Bedingung (en) erfüllt bzw . erfüllen . Ansonsten wird von der Verarbeitungseinrichtung über die Signalleitung 46 ein Statuswert bereitgestellt , der einen Mess fehler repräsentiert und der von der Auswerteeinrichtung 15 unmittelbar über die Kommunikationsschnittstelle 80 an die Sicherheitssteuerung 82 weitergeleitet werden kann, um den Aktor 2 durch entsprechende Ansteuerung der Pneumatiksteuerung 86 in einen sicheren Zustand zu bringen .

Bei der in der Figur 3 dargestellten dritten Aus führungs form eines Aktorsystems 51 handelt es sich um eine Weiterbildung des Aktorsystems 1 gemäß der Figur 1 . Zum einen ist der Aktor 52 derart ausgebildet , dass er zusätzlich zum ersten Arbeits raum 7 mit dem zugeordneten ersten Fluidkanal 8 und dem ers ten Fluidanschluss 9 einen zweiten Arbeitsraum 57 aufweist , dem ein zweiter Fluidkanal 58 und ein zweiter Fluidanschluss 59 zugeordnet sind . Während bei einer Druckbeauf schlagung des ersten Arbeitsraums 7 über den ersten Arbeitsanschluss 89 und die zugeordnete erste Fluidleitung 96 eine gemäß der Darstel lung der Figur 3 nach rechts gerichtete Druckkraf t auf das Antriebsglied 5 wirkt , wirkt bei einer Druckbeauf schlagung des zweiten Arbeitsraums 57 über den zweiten Arbeitsanschluss 90 und die zugeordnete zweite Fluidleitung 97 eine gemäß der Darstellung der Figur 3 nach links gerichtete Druckkraf t auf das Antriebsglied 5 .

Zum anderen umfasst die Drucksensoranordnung 60 des Aktorsys tems 51 neben dem ersten Drucksensor 11 und dem zweiten Drucksensor 12 einen dritten Drucksensor 61 und einen vierten Drucksensor 62 . Dabei ist der dritte Drucksensor 61 in einer dritten Sensorausnehmung 63 , die im Abschlussdeckel 24 ausgebildet ist , auf genommen . Ferner ist der vierte Drucksensor 62 in einer vierten Sensorausnehmung 64 , die im Abschlussdeckel 24 ausgebildet ist , auf genommen . Dementsprechend weist die gegenüber der Auswerteeinrichtung 15 erweiterte Auswerteeinrichtung 65 zusätzlich einen dritten Sensoranschluss 68 auf , an dem die dritte Sensorleitung 66 des dritten Drucksensors 61 angeschlossen ist sowie einen vierten Sensoranschluss 69 auf , an dem die vierte Sensorleitung 67 des vierten Drucksensors 62 angeschlossen ist .

Abweichend von der Auswerteeinrichtung 15 , die rein exemplarisch einen einzigen Mikroprozessor oder Mikrocontroller umfasst , weist die Auswerteeinrichtung 65 ein erstes Auswertemodul 70 sowie ein zweites Auswertemodul 71 auf , die j eweils als Mikroprozessor oder Microcontroller ausgebildet sind . Alternativ handelt es sich bei dem ersten Auswertemodul 70 und dem zweiten Auswertemodul 71 um separat auf einen gemeinsamen Prozessor ablaufende Computerprogramme , die eine getrennte Auswertung von Drucksignalen ermöglichen .

Beispielhaf t ist vorgesehen, dass das erste Auswertemodul 70 mit dem ersten Drucksensor 11 und dem dritten Drucksensor 61 elektrisch verbunden ist und zur Auswertung des ersten Drucksignals und des dritten Drucksignals eingesetzt wird . Ferner ist vorgesehen, dass das zweite Auswertemodul 71 mit dem zweiten Drucksensor 12 und dem vierten Drucksensor 62 elektrisch verbunden ist und zur Auswertung des zweiten Drucksignals und des vierten Drucksignals eingesetzt wird . Rein exemplarisch sind die beiden Auswertemodule 70 , 71 gleichartig beschaf fen und werden in gleicher Weise betrieben, wobei das Funktionsprinzip der hierzu eingesetzten Programme ( Sof tware) ebenfalls identisch ist .

Beispielhaf t ist vorgesehen, dass der erste Drucksensor 11 und der dritte Drucksensor 61 technisch identisch sind und eine hohe Messgeschwindigkeit (hohe Abtastrate) sowie eine hohe Messgenauigkeit aufweisen und dass der zweite Drucksensor 12 und der vierte Drucksensor 62 demgegenüber eine geringere Messgeschwindigkeit sowie eine geringere Messgenauigkeit auf weisen .

Bei einer derartigen Konf iguration der Drucksensoren 11 , 12 , 61 , 62 kann beispielhaf t vorgesehen sein, dass im ersten Aus wertemodul 70 eine erste Dif ferenz zwischen dem ersten Druckwert des ersten Drucksensors 11 und dem dritten Druckwert des dritten Drucksensors 61 ermittelt wird . Im zweiten Auswertemodul 71 wird eine zweite Dif ferenz zwischen dem zweiten Druckwert des zweiten Drucksensors 12 und dem vierten Druckwert des vierten Drucksensors 62 ermittelt .

Ferner kann vorgesehen sein, dass das zweite Auswertemodul 71 nur dann den zweiten Druckwert des zweiten Drucksensors 12 über eine elektrische Direktverbindung 72 an das erste Aus wertemodul 70 bereitstellt , sofern die zweite Dif ferenz unterhalb eines vorgegebenen zweiten Schwellwerts liegt . Ferner kann vorgesehen sein, dass das erste Auswertemodul 70 nur dann einen Vergleich zwischen dem ersten Druckwert des ersten Drucksensors 11 und dem zweiten Druckwert des zweiten Drucksensors 12 vornimmt , wenn die erste Dif ferenz unterhalb eines vorgegebenen ersten Schwellwerts liegt .

Beispielhaf t ist vorgesehen, dass der erste Schwellwert und der zweite Schwellwert von der Pneumatiksteuerung 86 über die Sicherheitssteuerung 82 an das erste Auswertemodul 70 und das zweite Auswertemodul 71 bereitgestellt werden und in Abhängigkeit von einem j eweiligen Betriebszustand für das Aktorsystem 1 stehen .

In einem nachfolgenden Schritt ist vorgesehen, dass das erste Auswertemodul 70 beispielsweise die erste Dif ferenz zwischen dem ersten Druckwert des ersten Drucksensors 11 und dem drit ten Druckwert des dritten Drucksensors 61 als Zustandssignal an die Kommunikationsschnittstelle 80 bereitstellt .

Ergänzend kann vorgesehen werden, eine Ausgabe des Zustands signals davon abhängig zu machen, ob eine dritte Dif ferenz zwischen dem ersten Druckwert und dem zweiten Druckwert unterhalb eines vorgegebenen dritten Schwellwerts liegt . Durch diesen zusätzlichen Prüf schritt wird die Zuverlässigkeit des ausgegebenen Zustandssignals erhöht , da die beiden Druckwerte , die für den ersten Arbeitsraum ermittelt wurden, mit einander verglichen werden und das Zustandssignal nur ausgegeben wird, wenn die dritte Dif ferenz unterhalb des dritten Schwellwerts liegt .

Das Zustandssignal repräsentiert die Druckdif ferenz zwischen dem ersten Arbeitsraum 7 und dem zweiten Arbeitsraum 57 und damit (unter Einbeziehung der j eweiligen pneumatisch wirksamen Flächen) die Kraf tabgabe bzw . Drehmoment abgabe des Aktors 2 . Beispielhaf t ist vorgesehen, dass der dritte Schwellwert von der Pneumatiksteuerung 86 über die Sicherheitssteuerung 82 an das erste Auswertemodul 70 und das zweite Auswertemodul 71 bereitgestellt werden und in Abhängigkeit von einem j eweili gen Betriebszustand für das Aktorsystem 1 steht .

Andernfalls stellt das erste Auswertemodul 70 ein Zustands signal an der Kommunikationsschnittstelle 80 bereit , das ei nen Messfehler repräsentiert , wodurch die Sicherheitssteuerung 82 eine Abschaltung des Aktors 52 bewirkt .

Bei der Aus führungs form gemäß der Figur 3 ist zusätzlich ein Positionsmesssystem 75 am Aktor 52 angebracht , mit dem eine Positionserfassung für das Antriebsglied 5 längs der Bewegungsachse 6 ermöglicht wird . Rein exemplarisch umfasst das Positionsmesssystem 75 einen am Antriebsglied 5 angebrachten Permanentmagneten 76 sowie eine Magnetsensorik 77 , die bei spielsweise einen oder mehrere nicht näher dargestellte Hall - Sensoren umfassen kann . Die Magnetsensorik 77 ist über eine Signalleitung 78 mit der Auswerteeinrichtung 65 verbunden, wobei ein von der Magnetsensorik 77 bereitgestelltes Positi onssignal in der Auswerteeinrichtung 65 , insbesondere im zweiten Auswertemodul 71 , verarbeitet werden kann . Beispiel haf t ist vorgesehen, dass aus einer zeitlichen Änderung des von der Magnetsensorik 77 bereitgestellten Positionssignals in Kombination mit dem ersten und/oder zweiten Drucksignal ein Rückschluss auf eine Kraf tabgabe an der Kolbenstange 31 gezogen werden kann .