用于使工業(yè)機(jī)器人的軸停止運(yùn)轉(zhuǎn)的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及用于控制工業(yè)機(jī)器人、特別是使工業(yè)機(jī)器人的軸安全地停止運(yùn)轉(zhuǎn)的一 種方法和一種系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 工業(yè)機(jī)器人是配備有=個(gè)或多個(gè)可自由編程的軸的自動(dòng)引導(dǎo)的處理機(jī)器，運(yùn)些處 理機(jī)器配備有適當(dāng)?shù)墓ぞ哂肳主動(dòng)地處理對(duì)象。它們可W被移動(dòng)地或靜止地使用。運(yùn)些機(jī) 器人被設(shè)計(jì)用在工業(yè)環(huán)境中（例如汽車(chē)生產(chǎn)），并通常包括操縱器（機(jī)器人臂）、控制裝置 W及用于使操縱器運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。常常通過(guò)傳感器來(lái)監(jiān)控驅(qū)動(dòng)器和操縱器。運(yùn)種監(jiān)控用 于控制和調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器例如可W是電驅(qū)動(dòng)器，其包括功率電子器件和電動(dòng)機(jī)。
[0003] 在某些情況下，例如當(dāng)有人進(jìn)入圍繞工業(yè)機(jī)器人的保護(hù)裝置或用于電機(jī)參數(shù)或軸 參數(shù)的預(yù)先確定的邊界值被超過(guò)時(shí)，需要可靠并迅速地停止工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，W及因此 需要使機(jī)器人的（多個(gè)）軸安全地停止運(yùn)轉(zhuǎn)。安全地停止運(yùn)轉(zhuǎn)的目的是阻止會(huì)招致危險(xiǎn)的 運(yùn)動(dòng)，W便不會(huì)危及機(jī)器、工件，特別是人。
[0004] 在此，標(biāo)準(zhǔn)EN 60204-1將機(jī)器人的安全停止運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)分為=類(lèi)：
[00化]類(lèi)別0 :通過(guò)即時(shí)（<200ms)切斷驅(qū)動(dòng)器能源供應(yīng)，使軸不受控制地停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0006] 類(lèi)別1 :在軸到達(dá)停止?fàn)顟B(tài)之后，通過(guò)中斷驅(qū)動(dòng)器能源供應(yīng)，使軸受控地停止運(yùn)轉(zhuǎn) (=時(shí)間滯后地切斷能源供應(yīng)）。
[0007] 類(lèi)別2 :在不中斷驅(qū)動(dòng)器能源供應(yīng)的情況下，使軸受控地停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0008] 在許多應(yīng)用中，例如在非常迅速地運(yùn)動(dòng)或被重力加載的軸中，切斷驅(qū)動(dòng)器能源不 會(huì)使軸安全地停止運(yùn)轉(zhuǎn)，因?yàn)檩S會(huì)繼續(xù)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)（austrudeln)或由于重力而下垂。因此需 要附加的機(jī)械制動(dòng)器，通常為盤(pán)式制動(dòng)器，其例如直接作用于電機(jī)軸，并在機(jī)器人的無(wú)干擾 運(yùn)行中通過(guò)通電的電磁鐵而保持打開(kāi)。如果在類(lèi)別0的停止（Stopp)時(shí)切斷驅(qū)動(dòng)器能源， 制動(dòng)器因此自動(dòng)閉合。所有機(jī)械制動(dòng)器的共同點(diǎn)在于：它們均具有一定的觸發(fā)滯后。在目 前通用的盤(pán)式制動(dòng)器中，該觸發(fā)滯后例如在100ms-200ms的范圍內(nèi)，直至在發(fā)出制動(dòng)信號(hào) 后制動(dòng)襯片與制動(dòng)盤(pán)相接觸。
[0009] 由于切斷驅(qū)動(dòng)器能源會(huì)幾乎立刻、即在發(fā)出指令后（也就是在發(fā)出用于中斷能源 供應(yīng)的信號(hào)后）的幾毫秒后導(dǎo)致切斷電機(jī)，所W驅(qū)動(dòng)器不受控制地慣性運(yùn)轉(zhuǎn)直至被機(jī)械制 動(dòng)器抓住（Greifen)。此外，由機(jī)械制動(dòng)器引起的制動(dòng)是有缺陷的，因?yàn)檩^高的機(jī)械負(fù)荷作 用于待制動(dòng)的組件。
[0010] 為了避免運(yùn)些缺點(diǎn)，例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)W02009/074396A1中公開(kāi)了一種用于電機(jī)的 短路制動(dòng)，其能夠減少軸的慣性運(yùn)轉(zhuǎn)。為此，通過(guò)切斷驅(qū)動(dòng)器能源使電動(dòng)機(jī)的電機(jī)相短路W 及由此產(chǎn)生制動(dòng)力矩。由于運(yùn)種短路制動(dòng)公知地是W電機(jī)的電機(jī)相中的電流的感應(yīng)為基 礎(chǔ)，所W所產(chǎn)生的制動(dòng)力矩然而與電機(jī)的切斷驅(qū)動(dòng)器能源的時(shí)間點(diǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速有關(guān)。因此特 別是對(duì)于緩慢運(yùn)動(dòng)的軸或?qū)τ谥绷⒌?、受到重力加載的軸來(lái)說(shuō)，基本上都繼續(xù)存在下垂運(yùn) 一問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 因此，本發(fā)明的目的在于提出用于使一個(gè)軸或多個(gè)軸安全地停止運(yùn)轉(zhuǎn)的一種方法 和一種系統(tǒng)，其消除了上述缺點(diǎn)，W及因此使軸能夠迅速停止運(yùn)轉(zhuǎn)，W便特別是減少或避免 軸的慣性運(yùn)轉(zhuǎn)和下垂。本發(fā)明的目的通過(guò)一種用于使工業(yè)機(jī)器人的軸停止運(yùn)轉(zhuǎn)的方法和一 種用于控制工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的用于使軸停止運(yùn)轉(zhuǎn)的方法和根據(jù)本發(fā)明的用于控制工業(yè)機(jī)器人的 系統(tǒng)特別是用于：在避免軸的慣性運(yùn)轉(zhuǎn)和/或下垂的情況下，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的軸進(jìn)行制動(dòng) 直至軸處于停止?fàn)顟B(tài)，并使軸保持在非運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下直至軸被重新啟動(dòng)，即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。特別優(yōu) 選地，當(dāng)發(fā)生類(lèi)別0或類(lèi)別1的停止時(shí)、即不再向驅(qū)動(dòng)器提供驅(qū)動(dòng)器能源時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的 系統(tǒng)W及根據(jù)本發(fā)明的方法能夠避免慣性運(yùn)轉(zhuǎn)和/或下垂。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的方法或系統(tǒng)設(shè)及工業(yè)機(jī)器人，該工業(yè)機(jī)器人具有至少一個(gè)軸、配屬 的驅(qū)動(dòng)器和相應(yīng)的控制裝置。該軸或多個(gè)軸可W被設(shè)計(jì)為旋轉(zhuǎn)或平移的，在此，優(yōu)選每個(gè)軸 均配置有節(jié)肢和驅(qū)動(dòng)器，W使節(jié)肢能夠與軸相應(yīng)地通過(guò)驅(qū)動(dòng)器平移或旋轉(zhuǎn)地運(yùn)動(dòng)。
[0014] 驅(qū)動(dòng)器包括：至少一個(gè)執(zhí)行器，該執(zhí)行器在本發(fā)明中被設(shè)計(jì)為電動(dòng)機(jī)；和配屬的 功率電子器件。優(yōu)選地，采用=相的同步機(jī)器或異步機(jī)器。為了使電機(jī)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)工業(yè)機(jī)器 人的控制裝置來(lái)控制或調(diào)節(jié)功率電子器件。
[0015] 優(yōu)選地，功率電子器件具有用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的=相逆變器和前置連接逆變器的中間 電路，該中間電路由整流器供電。該逆變器例如借助于脈沖寬度調(diào)制（PWM)基于中間電路 的直流電壓產(chǎn)生=相交流電壓，該=相交流電壓具有與控制裝置的控制信號(hào)相應(yīng)的、可調(diào) 整的頻率和振幅。
[0016] 控制裝置可W既包括控制和/或調(diào)節(jié)電機(jī)所需的硬件，又包括所需的軟件。在本 發(fā)明的范圍內(nèi)同樣地也可W考慮完全基于硬件的控制裝置。為此，將該控制裝置設(shè)計(jì)為，利 用控制信號(hào)通過(guò)功率電子器件控制電機(jī)并監(jiān)控軸。在此，控制裝置將電機(jī)的額定值（例如 旋轉(zhuǎn)角度、旋轉(zhuǎn)速度或加速度）轉(zhuǎn)換為可W被功率電子器件處理的信號(hào)。在本文中所使用 的術(shù)語(yǔ)"控制信號(hào)"包括單個(gè)控制信號(hào)的情況。
[0017] 除了對(duì)軸的本來(lái)的控制和調(diào)節(jié)之外，優(yōu)選將控制裝置設(shè)計(jì)為，發(fā)送用于使軸停止 運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào)。例如，當(dāng)控制裝置探測(cè)到控制錯(cuò)誤時(shí)就發(fā)送使軸停止運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào)?？刂棋e(cuò)誤 可W基于例如監(jiān)控工業(yè)機(jī)器人的周?chē)h(huán)境安全的傳感器的觸發(fā)。停止運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)此外也可W 通過(guò)手動(dòng)操縱緊急停止開(kāi)關(guān)等來(lái)產(chǎn)生。此外，控制錯(cuò)誤還可W通過(guò)超越驅(qū)動(dòng)器和/或操縱 器的容許邊界值時(shí)由控制裝置本身獲悉。此外，容許的最高速度、加速度、電機(jī)電流和操縱 器位置也可W形成可能的邊界值。
[001引此外，用于使軸停止運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào)可W導(dǎo)致電機(jī)的機(jī)械制動(dòng)器W及電制動(dòng)觸發(fā)。在 此，優(yōu)選為工業(yè)機(jī)器人的每個(gè)電動(dòng)機(jī)配置機(jī)械制動(dòng)器。然而，至少為受到重力加載的軸的電 機(jī)配備機(jī)械制動(dòng)器。優(yōu)選地，該機(jī)械制動(dòng)器被配置給電機(jī)軸，并被設(shè)計(jì)為盤(pán)式制動(dòng)器。然而， 同樣地也可W采用其它合適的制動(dòng)器。駐車(chē)制動(dòng)器的任務(wù)是使運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量體或負(fù)載被制動(dòng) 而結(jié)束運(yùn)動(dòng)，或者使它們安全地保持在停止?fàn)顟B(tài)中。如開(kāi)始部分所述，運(yùn)樣的機(jī)械制動(dòng)蒙受 一定的觸發(fā)滯后，即，在制動(dòng)信號(hào)的指令（發(fā)出）與制動(dòng)器實(shí)際抓?。óa(chǎn)生制動(dòng)力矩）之間 存在通常為100ms-200ms的時(shí)間間隔，該時(shí)間間隔取決于所使用的制動(dòng)系統(tǒng)。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置電動(dòng)直流制動(dòng)作為電動(dòng)制動(dòng)，然而其可W與其它的電動(dòng)制動(dòng)方 法（例如短路制動(dòng)）組合。運(yùn)對(duì)于非常沉重的機(jī)器人來(lái)說(shuō)是特別有利的，并且當(dāng)電機(jī)在制 動(dòng)指令的時(shí)間點(diǎn)仍然具有足夠大的轉(zhuǎn)速時(shí)也可能大約是有意義的。在運(yùn)種情況下，只有當(dāng) 短路制動(dòng)已經(jīng)將電機(jī)制動(dòng)到特定的轉(zhuǎn)速時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的直流制動(dòng)才會(huì)被使用。
[0020] 為了觸發(fā)直流制動(dòng)，需要設(shè)置直流電源值C-如elle)，用于產(chǎn)生直流電流。直流電 源運(yùn)樣與電機(jī)相連接：使直流電流可被輸送到電機(jī)的至少一個(gè)電機(jī)相中。優(yōu)選地，將直流電 輸送到至少兩個(gè)電機(jī)相中?；谠撦斎氲闹绷麟娏髟陔姍C(jī)中形成靜態(tài)的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)產(chǎn)生 制動(dòng)力矩并將電機(jī)制動(dòng)，直至電機(jī)停止。由直流制動(dòng)引起的制動(dòng)力矩與電機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，并優(yōu) 選相應(yīng)于電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩（保持力矩）。因此，運(yùn)種直流制動(dòng)除了對(duì)要停止運(yùn)轉(zhuǎn)的軸實(shí)施本 來(lái)的制動(dòng)之外，還適于使軸保持在所期望的位置上。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的一種