多軸機器人的控制方法及執(zhí)行所述方法的機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多軸機器人的控制方法，及一種執(zhí)行所述控制方法的機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，多軸機器人可通過其具有控制信號的電機的可變轉(zhuǎn)向驅(qū)動來控制，所述控制信號由決定機器人軌道的計算單元產(chǎn)生。機器人的每個軸的電機都設置有電磁制動器，當在程序設定的軌道上的動作被控停止后，計算單元就會驅(qū)動所述電磁制動器來鎖定機器人的動作，從而確保使用者和裝置的安全性，機器人一旦停止，計算單元就會切斷電機轉(zhuǎn)矩。美國專利US-A-2002/0084766公開了通過給機器人設置可變驅(qū)動從而控制每個電機各相的電力供電。每個可變驅(qū)動都包括橋接電路，該橋接電路包括裝有三個可切換開關(guān)的上分支，上分支的每個開關(guān)都與陽總線和電機其中一相連接，還包括裝有三個附加可控開關(guān)的下分支，下分支每個開關(guān)都與陰總線和電機的一相連接。
[0003]為了能夠?qū)崿F(xiàn)緊急停止，專利US-A-2002/0084766所公開的可變驅(qū)動包含一種安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷功能，該功能被觸發(fā)后可用于阻止開關(guān)轉(zhuǎn)換。當可變驅(qū)動橋接電路兩個分支的開關(guān)的所有命令取消時，該功能會被觸發(fā)。當可變驅(qū)動同時切斷橋接電路的兩個分支的開關(guān)的電力供電時，會產(chǎn)生冗余，從而提高安全性，這是因為即使有錯誤發(fā)生導致橋的一個分支被錯誤供電，轉(zhuǎn)矩也會被切斷。
[0004]此外，所述可變驅(qū)動可以實現(xiàn)電制動，而這可以通過對想要制動的電機的相進行短路來實現(xiàn)，例如，通過關(guān)閉橋的一分支的所有開關(guān)。所述電制動功能可以用于手動安全地移動受重力作用的所述機器人的可移動部分，這是因為當所述移動部分因其自重被向下驅(qū)動時所述制動對所述可移動部分的加速度進行限制。
[0005]當緊急停止被觸發(fā)時，用戶需要釋放制動來移動機器人的可移動部位，此時因為重力的作用，所述部位會有加速和失控的風險，這是有危險的。
[0006]因此需要停用在橋一分支上的安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷功能來使得所述電制動被觸發(fā)，從而再次觸發(fā)命令開關(guān)來將他們關(guān)閉。但是因為其中一個分支的所有開關(guān)都不再處于停用狀態(tài)，那么被安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷功能引入的冗余此時被限制，因此不利于提高安全等級。關(guān)于工業(yè)機器人的標準ISO 10218-1要求的安全等級為SIL 2，且要求緊急停止功能的冗余，這些安全要求此時并不滿足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于:現(xiàn)有技術(shù)中的機器人即使在應對緊急停止的情況時，可以通過關(guān)閉轉(zhuǎn)矩關(guān)斷功能來實現(xiàn)電制動，但是仍然具有較低安全等級。
[0008]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種多軸機器人的控制方法及執(zhí)行所述方法的機器人，包括一種允許有效轉(zhuǎn)向的簡單結(jié)構(gòu)，確保了在實施標準中定義的高安全等級，特別指標準 IEC 61508。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及一種多軸機器人電機制動的控制方法，所述機器人包括:
[0010]機械臂，所述機械臂包括至少兩個自由度，每個自由度分別與電機、用于測量自由度移動信息的傳感器以及用于鎖定自由度制動器相關(guān)聯(lián)；
[0011]制動器接口單元，用于控制對所述制動器的供電；
[0012]中央處理單元，用于執(zhí)行控制機械臂的程序和確定及發(fā)送位置指令；
[0013]可變驅(qū)動器，適于基于位置指令及移動信息產(chǎn)生電機的相電源電流，且具有電機轉(zhuǎn)矩關(guān)斷功能；
[0014]安全系統(tǒng)，適于分析移動信息、控制所述制動器及控制所述電機的轉(zhuǎn)矩關(guān)斷功會K ;
[0015]所述方法包括如下步驟:
[0016]6a)選擇電機，
[0017]6b)通過所選電機來觸發(fā)電制動功能，
[0018]6c)打開與所述電機相關(guān)聯(lián)的制動器，
[0019]6d)當電機執(zhí)行電制動功能時，將與所選電機關(guān)聯(lián)的傳感器所傳遞的所述移動信息與預設的閾值進行對比，
[0020]6e)當所述移動信息超出所述閾值時，關(guān)閉與所選電機關(guān)聯(lián)的所述制動器。
[0021]安全系統(tǒng)與可變驅(qū)動器相連接，用于執(zhí)行轉(zhuǎn)矩關(guān)斷功能，也與釋放電機制動器的系統(tǒng)相連，用于確?？煽匕踩苿拥陌踩浴０踩到y(tǒng)也與提供位置、速度和/或加速度的傳感器安全連接，也就是說，依照安全準則連接。因此，為了執(zhí)行緊急停止與制動功能，無需在可變驅(qū)動器中安裝特定的電子部部件。
[0022]作為本發(fā)明另一種實施方式，上述方法可以包含如下一個或多個特征，可以是單獨的或在技術(shù)上可行的情況下進行組合:
[0023]所述移動信息包括位置、速度和/或加速度，且在步驟6d)中，所述移動信息與同類閾值進行對比。
[0024]在步驟6a)之前進一步包括步驟2)，所述步驟2)包括觸發(fā)所述電機的安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷功能。
[0025]當所述機器人面臨對所選電機的某相錯誤供電的故障時，操作者此時將擁有雙重安全保護。此外，所述安全等級等同于雙重轉(zhuǎn)矩關(guān)斷的安全等級，因為在步驟6d)和6e)中通過對移動信息的監(jiān)測，在橋接電路的一個支路發(fā)生故障后，檢測到轉(zhuǎn)矩過早恢復。
[0026]上述方法還包括步驟5)，包括觸發(fā)確認部件，所述確認部件的停用會導致與所選電機關(guān)聯(lián)的制動器被關(guān)閉，并導致所選電機的轉(zhuǎn)矩關(guān)斷。
[0027]所述確認部件允許操作者安全干涉，因為它在整個制動的開啟階段必須保持觸發(fā)狀態(tài)，停用確認部件使操作者處于安全環(huán)境，而后關(guān)閉制動以及安全的關(guān)斷電機轉(zhuǎn)矩。
[0028]步驟6a)由與所述中央處理單元連接的人工指令單元執(zhí)行。
[0029]步驟6a)由與所述安全系統(tǒng)連接的所述制動器的人工指令單元執(zhí)行。
[0030]步驟6b)、6c)、6d)和6e)由所述安全系統(tǒng)執(zhí)行。
[0031]當步驟6b)觸發(fā)電制動功能時，由于所述機械臂的移動在電機短路狀態(tài)的繞組中產(chǎn)生了反電動勢，所選電機會執(zhí)行電制動功能。
[0032]本發(fā)明還涉及一種執(zhí)行多軸機器人電機制動控制方法的機器人，所述機器人包括:
[0033]機械臂，所述機械臂包括至少兩個自由度，每個分別與電機、用于測量自由度的移動信息傳感器以及用于鎖定自由度的制動器相關(guān)聯(lián)；
[0034]制動器接口單元，用于控制對制動器的供電；
[0035]中央處理單元，用于執(zhí)行控制機械臂的程序和確定及發(fā)送自由度的位置指令；
[0036]可變驅(qū)動器，適于基于位置指令及移動信息來產(chǎn)生所述電機的相電流，且具有電機轉(zhuǎn)矩關(guān)斷功能；
[0037]安全系統(tǒng)，適于分析移動信息、控制制動器及控制電機的轉(zhuǎn)矩關(guān)斷功能。
[0038]所述機器人包括制動釋放部件，所述制動釋放部件與安全系統(tǒng)連接，且適于選擇與將被開啟的制動器關(guān)聯(lián)的電機；所述安全系統(tǒng)適于通過所選電機來觸發(fā)電制動功能，當電機執(zhí)行電制動功能時，所述安全系統(tǒng)適于將與所選電機關(guān)聯(lián)的傳感器所傳遞的所述移動信息與預設的閾值進行對比，當移動信息超出閾值時，關(guān)閉與所選電機關(guān)聯(lián)的制動器。
[0039]作為本發(fā)明的另一種實施方式，所述多軸機器人可以包含如下一個或多個特征，可以是單獨的或是在技術(shù)上允許的情況下進行組合:
[0040]所述制動釋放部件包括確認部件，所述確認部件的停用會導致與所選電機關(guān)聯(lián)的制動器關(guān)閉。
[0041]所述確認部件允許操作者安全干涉，因為它在整個制動的開啟階段必須保持觸發(fā)。
[0042]所述中央處理單元、所述可變驅(qū)動器和安全控制器被集合設置于柜子中且與機械臂分開設置，其中，所述安全控制器是所述安全系統(tǒng)的一部分。
[0043]所述安全系統(tǒng)包括所述制動器的接口單元。
[0044]當電機執(zhí)行電制動功能時，所述接口單元適于將由與所選電機關(guān)聯(lián)的傳感器傳遞的移動信息和預設閾值進行對比，當移動信息超出閾值時，關(guān)閉與所選電機關(guān)聯(lián)的制動器。
[0045]所述制動器釋放部件為用于釋放與制動器接口單元連接的所述制動器的殼體。
[0046]所述制動器的所述接口單元位于機械臂內(nèi)。
[0047]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下技術(shù)效果:
[0048]1.一種多軸機器人電機制動的控