專利名稱：工業(yè)機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及工業(yè)機器人，更具體地說，涉及工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
工業(yè)機器人的運動范圍通常限定在一定范圍內(nèi)。此外，處于安全的考慮，從硬件的 角度來看，工業(yè)機器人的軸的運動范圍受到機械限位開關(guān)的限制。例如，如果出現(xiàn)控制系統(tǒng)的 誤操作而導(dǎo)致機器人將要運動到所限定的范圍之外，則機械限位開關(guān)使得機器人緊急停止。圖1示出帶有機械限位開關(guān)的工業(yè)機器人。如圖1所示，工業(yè)機器人1包括底座 10、由電動機驅(qū)動繞軸A旋轉(zhuǎn)的下臂11、固定在下臂11上的擋塊12和固定在底座10上的 限位開關(guān)13。限位開關(guān)13和擋塊12相配合來限制下臂11繞軸A旋轉(zhuǎn)的范圍。傳統(tǒng)的機器人至少具有如下技術(shù)問題(1)因為存在機械限位開關(guān)，所以機器人 的制造成本和維護成本比較高；(2)因為存在機械限位開關(guān)的位置固定，所以機器人的靈 活性較低；(3)機械限位開關(guān)占據(jù)額外的空間；(4)在生產(chǎn)中替換機器人比較困難。

實用新型內(nèi)容針對上述技術(shù)問題，本實用新型提供工業(yè)機器人，包括電動機、由所述電動機驅(qū)動 的軸、與所述電動機連接并且基于所述電動機的輸出產(chǎn)生檢測信號的檢測器和控制系統(tǒng)， 所述控制系統(tǒng)包括產(chǎn)生用于控制所述電動機的參考信號的主計算機和用于將所述檢測信 號或所述參考信號與預(yù)先設(shè)定的閾值范圍比較并且根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生安全信號的位置安 全控制器。通過在機器人本體上省略機械限位開關(guān)，帶來如下技術(shù)效果(1)降低機器人的 制造成本和維護成本；(2)提高了機器人的靈活性較低；(3)節(jié)省了機械制動部件占據(jù)的額 外空間；(4)在生產(chǎn)中容易替換機器人。

圖1示出帶有機械限位開關(guān)的工業(yè)機器人；圖2示出根據(jù)本實用新型的實施例的工業(yè)機器人；圖3示出根據(jù)本實用新型的實施例的工業(yè)機器人的系統(tǒng)配置；圖4A和4B分別示出根據(jù)本實用新型的實施例的工業(yè)機器人的兩種模式配置；圖5A和5B分別示出根據(jù)本實用新型的實施例的閾值范圍的坐標(biāo)表達(dá)；圖6示出安裝有根據(jù)本實用新型實施例的工業(yè)機器人的安全區(qū)域；圖7示出安裝有根據(jù)本實用新型實施例的工業(yè)機器人的安全區(qū)域；和圖8示出根據(jù)本實用新型實施例的工業(yè)機器人的控制柜。
具體實施方式
圖2示出根據(jù)本實用新型的實施例的工業(yè)機器人。如圖2所示，工業(yè)機器人2包括電動機20、由電動機20驅(qū)動的軸(未示出)、與電動機20連接并且基于電動機20的輸 出產(chǎn)生檢測信號A的檢測器21和控制系統(tǒng)22?？刂葡到y(tǒng)22包括產(chǎn)生用于控制所述電動 機20的參考信號B的主計算機220和用于將檢測信號或參考信號與預(yù)先設(shè)定的閾值范圍 比較并且根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生安全信號的位置安全控制器221。參考信號控制電動機20的運 行參數(shù)，而檢測信號反應(yīng)電動機20的運行參數(shù)。理論上，檢測信號滯后參考信號一段時間。 但是，如果系統(tǒng)響應(yīng)快，則從用戶的角度來說該延時可以忽略。檢測信號可以為電動機的位置信號和/或速度信號，參考信號可以為電動機的位 置參考信號和/或速度參考信號，并且預(yù)先設(shè)定的閾值范圍可以為位置閾值范圍和/或速 度閾值范圍。如果檢測信號超過閾值范圍，則產(chǎn)生安全信號來使工業(yè)機器人停止。當(dāng)然，由 于上述檢測信號和參考信號之間的關(guān)系，也可以對參考信號作類似檢測信號的判斷，即，如 果參考信號超過所述閾值范圍，則產(chǎn)生安全信號來使工業(yè)機器人停止。因為位置安全控制 器在功能上替代了機械限位開關(guān)，所以可以省略機械限位開關(guān)。通過在機器人本體上省略機械限位開關(guān)，帶來如下技術(shù)效果(1)降低機器人的 制造成本和維護成本；(2)提高了機器人的靈活性較低；(3)節(jié)省了機械制動部件占據(jù)的額 外空間；(4)在生產(chǎn)中容易替換機器人。圖2僅示出對于一臺電動機的安全控制，本實用新型也適用于多臺電動機。此外，工業(yè)機器人2的控制系統(tǒng)22還包括將來自主計算機220的參考信號轉(zhuǎn)換為 驅(qū)動信號C的軸計算機222，并且工業(yè)機器人2還包括基于驅(qū)動信號驅(qū)動電動機20的驅(qū)動 器23和將檢測信號反饋給位置安全控制器221的串行測量板24。主計算機220通過軸計 算機22和驅(qū)動器23完成對電動機20的控制。檢測器21可以是旋轉(zhuǎn)變壓器或編碼器，其檢測電動機20的位置和速度并且輸出 位置信號和/或速度信號。相應(yīng)地，位置安全控制器221分別將位置信號和/或速度信號 與位置參考信號和/或速度參考信號比較，如果比較結(jié)果的誤差大于一預(yù)定范圍，則停止 工業(yè)機器人的運動。上述比較結(jié)果的誤差大于一預(yù)定范圍說明機器人系統(tǒng)存在故障，比如 電動機20堵轉(zhuǎn)或者檢測器21出錯等。此外，位置安全控制器包括存儲閾值范圍的存儲器、接收所述檢測信號的接口和 分別從存儲器和接口讀取閾值范圍和檢測信號并且執(zhí)行比較。圖3示出根據(jù)本實用新型的實施例的工業(yè)機器人的系統(tǒng)配置。工業(yè)機器人3包括 示教器30、與示教器30連接的面板安全控制器31。例如，通過示教器30和面板安全控制 器31可以預(yù)先設(shè)定位置閾值范圍和/或速度閾值范圍。位置閾值范圍和/或速度閾值范 圍限制規(guī)定工業(yè)機器人3的軸的運動范圍和速度。當(dāng)已經(jīng)設(shè)定并且存儲閾值范圍時，位置 安全控制器32保證工業(yè)機器人3保持在限制范圍內(nèi)。當(dāng)工業(yè)機器人3的位置和/速度不 能確定是安全的時，或者如果已經(jīng)產(chǎn)生誤差，則停止機器人并且報警。工業(yè)機器人3還包括 電源33、主計算機34和一系列與傳感器和/或過程信號連接的輸入/輸出接口 35。工業(yè) 機器人3的信號流通過LAN36或USB37或伺服線或以太網(wǎng)38傳輸。位置安全控制器32通過輸入/輸出接口連接到驅(qū)動安全控制器310、軸計算機 311。驅(qū)動安全控制器310和軸計算機311控制電動機驅(qū)動器39。工業(yè)機器人3還包括電 動機312和處理來自軸的測量信號的串行測量板313。除了軸的位置限制和速度限制之外，位置安全控制器39還可以完成位置監(jiān)控、速度監(jiān)控或停止監(jiān)控。即使機器人靜止，停止監(jiān)控包括在停止或制動期間保持正確的位置信 息，例如電動機閘的監(jiān)控，從而可以滿足位置的精度和安全性的需要。在停止期間保持或甚 至更新位置可靠的和精確的測量為機器人不同運動部分之間保持精確的同步提供基礎(chǔ)。優(yōu)選地，工業(yè)機器人3還包括可編程控制器314，用于從外部設(shè)定閾值范圍。當(dāng)激 光檢測器檢測到操作人員進入機器人工作區(qū)域時，其向可編程控制器314發(fā)出信號S。作為 對信號S的響應(yīng)，可編程控制器314控制電動機312降低速度。在微小的延遲之后，此時電 動機312已經(jīng)減速，向位置安全控制器32發(fā)出啟動速度監(jiān)控的信號。如果電動機312仍然 超過安全速度，則位置安全控制器32將緊急停止電動機。這保證了在操作人員進入機器人 工作區(qū)內(nèi)機器人可以安全地減速。圖4A和4B分別示出根據(jù)本實用新型的實施例的工業(yè)機器人的兩種模式配置。圖4A示出被動模式。如圖4A所示，工業(yè)機器人4包括位置安全控制器40、接收 來自位置安全控制器40的安全信號A的工作單元安全控制器41和由工作單元安全控制器 41控制的電動機驅(qū)動器42。在位置安全控制器40中預(yù)先配置位置閾值范圍和/或速度閾 值范圍。與圖2不同，位置安全控制器40并非直接控制電動機驅(qū)動器42，而是將安全信號 饋送至工作單元安全控制器41 ；工作單元安全控制器41綜合考慮安全信號A和工作單元 安全信號B進而控制電動機驅(qū)動器42。工作單元安全信號可以是門開關(guān)狀態(tài)信號、激光檢 測器信號和急停信號等。圖4B示出主動模式。如圖4B所示，工業(yè)機器人4包括工作單元安全控制器41、 接收來自工作單元安全控制器41的使能信號C的位置安全控制器40和由位置安全控制器 40發(fā)出的安全信號控制的電動機驅(qū)動器42。在位置安全控制器40中預(yù)先配置位置閾值范 圍和/或速度閾值范圍。工作單元安全控制器41根據(jù)工作單元安全信號決定是否啟動位 置安全控制器40。通過設(shè)定被動模式和主動模式，可以靈活地設(shè)定工作單元安全信號和安全信號的 優(yōu)先級。圖5A和5B分別示出根據(jù)本實用新型的實施例的閾值范圍的坐標(biāo)表達(dá)。閾值范圍 可以用坐標(biāo)系表達(dá)，坐標(biāo)系的原點可以根據(jù)用戶的需求設(shè)定在工業(yè)機器人本體的某一點、 工業(yè)機器人所持工具的某一點或者位于工作單元內(nèi)、工業(yè)機器人本體外的某一點，坐標(biāo)系 的坐標(biāo)軸的方向按照用戶需求設(shè)定。例如，如圖5A所示，坐標(biāo)系的原點設(shè)定在工業(yè)機器人 50所持工具51的某一點Otl或O1,坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸的方向按照用戶需求設(shè)定為箭頭所指方 向。如圖5B所示，坐標(biāo)系的原點設(shè)定在位于工作單元內(nèi)、工業(yè)機器人50本體外的某一點 ο，例如被加工工件52中，坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸的方向按照用戶需求設(shè)定為箭頭所指方向。通過 坐標(biāo)變換，可以使閾值范圍的配置更加簡單。即，定義安全區(qū)域比較簡單，應(yīng)用靈活，運算量 較低?？梢詫⒏鶕?jù)本實用新型的工業(yè)機器人應(yīng)用在如下領(lǐng)域。當(dāng)操作工人上料時，通常需要機器人的電動機掉電一段時間以確保工人安全。然 后，在上料完成后上電。這需要額外的自動上料系統(tǒng)以及頻繁的切換接觸器和電動機的閘。 由此帶來系統(tǒng)的復(fù)雜、工時的浪費以及接觸器和電動機的閘的磨損。將根據(jù)本實用新型的 工業(yè)機器人應(yīng)用在手動上料的自動模式中，可以解決上述問題。圖6示出安裝有根據(jù)本實用新型實施例的工業(yè)機器人的安全區(qū)域。如圖6所示，網(wǎng)格表示坐標(biāo)系60。安全區(qū)域由包括多個坐標(biāo)點61 (例如24個)的多邊形62來表達(dá)，其 高度H可根據(jù)需要設(shè)定。根據(jù)上述坐標(biāo)點和高度，可以預(yù)先配置位置安全控制器的閾值范 圍。在安裝工業(yè)機器人63前，通過離線確定工業(yè)機器人的工作空間，可以優(yōu)化場地空間并 且相對于機械限位開關(guān)來講易于安裝并且具有較高的靈活性。當(dāng)工業(yè)機器人的工具坐標(biāo)系 中心點移動到安全區(qū)域外，則緊急停止機器人的運動。安全區(qū)域可以定義為工具坐標(biāo)系中 心點不能移出的范圍也可以定義為工具坐標(biāo)系中心點不能進入的范圍。圖7示出安裝有根據(jù)本實用新型實施例的工業(yè)機器人的安全區(qū)域。如圖7所示， 工業(yè)機器人70在導(dǎo)軌71上平行移動并且持有工具72。安全區(qū)域包括雙向箭頭所指的導(dǎo)軌 安全區(qū)域73和由右側(cè)立方體所限定的工具安全區(qū)域74?？梢灶A(yù)先配置位置安全控制器的 閾值范圍，使得工業(yè)機器人70能夠同時保持其在導(dǎo)軌安全區(qū)域73內(nèi)并且工具72保持在工 具安全區(qū)域74內(nèi)。圖8示出根據(jù)本實用新型實施例的工業(yè)機器人的控制柜?？刂乒?0收納位置安 全控制器81。位置安全控制器81被安裝在所述控制柜的內(nèi)部。雖然已參照本實用新型的某些優(yōu)選實施例示出并描述了本實用新型，但本領(lǐng)域技 術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在不背離由所附權(quán)利要求書所限定的本實用新型的精神和范圍的情況 下，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其做出各種變化。
權(quán)利要求一種工業(yè)機器人，包括電動機、由所述電動機驅(qū)動的軸、與所述電動機連接并且基于所述電動機的輸出產(chǎn)生檢測信號的檢測器和控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括產(chǎn)生用于控制所述電動機的參考信號的主計算機和用于將所述檢測信號或所述參考信號與預(yù)先設(shè)定的閾值范圍比較并且根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生安全信號的位置安全控制器。
2.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)機器人，其中所述檢測信號為所述電動機的位置信號和/ 或速度信號，所述參考信號為所述電動機的位置參考信號和/或速度參考信號，并且所述 預(yù)先設(shè)定的閾值范圍為位置閾值范圍和/或速度閾值范圍。
3.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)機器人，其中如果所述檢測信號或所述參考信號超過所述 閾值范圍，則產(chǎn)生所述安全信號。
4.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)機器人，其中所述位置安全控制器包括存儲所述閾值范圍 的存儲器、接收所述檢測信號的接口和分別從所述存儲器和接口讀取所述閾值范圍和所述 檢測信號并且執(zhí)行所述比較。
5.如權(quán)利要求4所述的工業(yè)機器人，其中所述閾值范圍可以用坐標(biāo)系表達(dá)，所述坐標(biāo) 系的原點可以根據(jù)用戶的需求設(shè)定在所述工業(yè)機器人本體的某一點、所述工業(yè)機器人所持 工具的某一點或者位于工作單元內(nèi)、所述工業(yè)機器人本體外的某一點，所述坐標(biāo)系的坐標(biāo) 軸的方向按照用戶需求設(shè)定。
6.如權(quán)利要求4所述的工業(yè)機器人，其中所述控制系統(tǒng)根據(jù)所述安全信號停止工業(yè)機 器人的運動。
7.如權(quán)利要求4所述的工業(yè)機器人，還包括工作單元安全控制器，其根據(jù)所述安全信 號停止工業(yè)機器人的運動。
8.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)機器人，還包括用于收納所述位置安全控制器的控制柜， 其中所述位置安全控制器被安裝在所述控制柜的內(nèi)部。
9.如權(quán)利要求2所述的工業(yè)機器人，其中所述位置安全控制器分別將所述位置信號和 /或速度信號與所述位置參考信號和/或速度參考信號比較，如果比較結(jié)果的誤差大于一 預(yù)定范圍，則停止工業(yè)機器人的運動。
專利摘要本實用新型提供工業(yè)機器人，其包括電動機、由所述電動機驅(qū)動的軸、與所述電動機連接并且基于所述電動機的輸出產(chǎn)生檢測信號的檢測器和控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括產(chǎn)生用于控制所述電動機的參考信號的主計算機和用于將所述檢測信號或所述參考信號與預(yù)先設(shè)定的閾值范圍比較并且根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生安全信號的位置安全控制器。通過在機器人本體上省略機械限位開關(guān)，帶來如下技術(shù)效果(1)降低機器人的制造成本和維護成本；(2)提高了機器人的靈活性較低；(3)節(jié)省了機械制動部件占據(jù)的額外空間；(4)在生產(chǎn)中容易替換機器人。
文檔編號B25J9/18GK201711968SQ20092017500
公開日2011年1月19日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者皮特·埃里克森, 遲永琳 申請人:Abb技術(shù)有限公司