CN102150023A

CN102150023A - 用于检测机器人制动器的方法

Info

Publication number: CN102150023A
Application number: CN2009801351500A
Authority: CN
Inventors: 马克-瓦尔特·厄贝尔勒; 托拜厄斯·奥尔特迈尔
Original assignee: KUKA Laboratories GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH; KUKA Laboratories GmbH
Priority date: 2008-09-08
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2029-09-04
Also published as: EP2321623B1; US20100058850A1; DE102008041866B3; KR20110053450A; DK2321623T3; CN102150023B; EP2321623A1; WO2010025944A1; US8069714B2; KR20130099237A; KR101547411B1

Abstract

本发明涉及一种用于检测具有多个轴(A1-A6)的机器人(1)的制动器(22)的方法。机器人(1)具有：配属于多个轴(A1-A6)中的一个轴(A3)的驱动器(21)；配属于该轴(A3)的制动器(22)，并将其设置为，至少能够减小该轴(A3)的运动；和配属于该轴(A3)的转矩传感器(24)，并将其设置为，用以确定作用于该轴(A3)上的转矩。激活该制动器(22)，在激活该制动器(22)时，利用转矩传感器(24)确定作用于该轴(A3)上的转矩，并根据对利用转矩传感器(24)确定的转矩的分析来判断制动器(22)的功能可靠性。

Description

用于检测机器人制动器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于检测机器人制动器的方法。

背景技术

机器人是执行机器，其装备有特定的工具，并可对多个运动轴，特别是关于方向、位置和工作流程编程，以自动地对对象进行处理。机器人主要包括具有多个通过驱动器运动的轴和杠杆的机器人手臂。驱动器例如是电驱动器。

为了停止机器人的运动，机器人通常具有制动器。为了提前识别例如由磨损或污染造成的机器人的电机制动器的潜在故障，专利文献EP 1215475B1公开了一种电机制动器，其在转速控制的运行中在短时间内形成转速下降，并至少在此期间测量电机的电机电流，以确定电机制动器的制动力矩。但是这种方法要求电机必须施加相对较大的、超过制动矩的电机转矩。因此，如果安装的制动力矩大于电机转矩，则该方法不适用。

发明内容

因此，本发明的目的在于提出一种更加灵活的用于检测机器人制动器的方法。

本发明的目的通过一种用于检测机器人制动器的方法得以实现，该方法包括：

-驱动具有多个轴的机器人，其中，机器人具有：配属于多个轴中的某个轴的驱动器；配属于该轴的制动器，并将制动器设置为，至少能够减小该轴的运动；和配属于该轴的转矩传感器，并将其设置为，用以确定作用于该轴上的转矩，

-激活制动器，

-在激活制动器时，利用转矩传感器确定作用于该轴上的转矩，并

-根据对利用转矩传感器确定的转矩的分析，判断制动器的功能可靠性。

机器人具有多个能够借助驱动器(例如电驱动器)运动的轴。此外，机器人还可以具有一个或多个转矩传感器，在传统的机器人中，这些传感器例如用于控制和与环境互动。转矩传感器配属于轴并确定相关轴的转矩。

根据本发明，使用这种转矩传感器来检测机器人的制动器，其中，借助转矩传感器确定的转矩对具有多个轴的机器人的制动器的功能可靠性做出判断。制动器被设计为，至少能够降低多个轴中的一个轴的运动，并将转矩传感器设计为，用以确定作用于轴上的转矩。

另外，轴还配备有驱动器，例如电驱动器，该驱动器又具有电机以及可能用于控制电机的功率电路。在机器人运行时，驱动器在轴上施加驱动转矩，从而使轴例如以特别是预定的速度运动，或者使轴停止在特别是预先确定的位置上或沿预定的轨迹运动。

借助转矩传感器确定的转矩例如可以用于静态检测，即用于确定制动器的起动力矩；或者用于动态检测，此时机器人的相关轴运动。

按照根据本发明的方法，机器人例如在预先确定的运行状态下运行并激活制动器。由此有转矩作用在轴上，该转矩由转矩传感器确定。因此，对转矩或对应于转矩的转矩特性进行分析使得能够就由制动器施加的制动转矩做出推断，并由此对制动器的功能可靠性做出推断。

例如，可以对所确定的转矩进行分析，其中，将确定的转矩与对应于预定的运行状态的额定转矩进行比较，该额定转矩在功能可靠的制动器中起作用。额定转矩例如可以通过提前测量来确定，或根据基于模型的估计来确定。

根据本发明方法的一种实施方式，机器人在作为例如预定的运行状态的受控或经调整的的运行状态中运行，在此，特别是由于预定的运行状态而使轴具有预定的位置并以预定的速度或沿预定的轨迹运动。

然后，根据本发明方法的一种变形，关闭配属于轴的驱动器。由转矩传感器确定的转矩与由制动器施加的制动转矩相关联，从而可以根据对借助转矩传感器确定的转矩的分析，对制动器的功能可靠性做出推断。例如，对利用转矩传感器确定的转矩的分析通过与上面所提及的以及提前确定的参照转矩特性或额定转矩特性的比较来进行。利用根据本发明方法的这种变形，为轴在预定的运行状态期间的运行选择合适的速度，借助于对由转矩传感器确定的转矩的分析，不仅能够对制动器的静态制动转矩做出推断，还能够对其动态制动转矩做出推断。另外，还可以在确定制动转矩期间调整由驱动器施加的驱动转矩。由此使轴，特别是有时还有配属于轴的传动件在功能检测期间去除负荷。

根据本发明方法的另一种实施方式具有以下方法步骤：

-借助独立于制动器的装置机械地阻止轴的运动，

-激活制动器，

-借助驱动器产生驱动转矩，其大于由制动器施加的制动转矩，以及

-通过对借助转矩传感器确定的转矩以及对驱动转矩的分析来判断制动器的功能可靠性。

根据本发明方法的这种变形可以确定制动器的起动力矩，其中，一方面驱动器产生大于制动器施加的制动转矩的驱动转矩。此外，机械地阻止特别是由驱动转矩引起的轴的运动，其中，轴例如被机械地锁定，或者对于本发明方法的这种变形，使轴进入为其设置的机器人的机械端部止挡件中，从而使驱动器不能继续使轴运动。由于驱动器施加的驱动转矩大于制动器施加的制动转矩，驱动转矩对轴产生影响，该驱动转矩又由转矩传感器确定。根据对驱动转矩以及对借助转矩传感器确定的转矩的分析，又可以推断制动转矩，并由此判断制动器的功能可靠性。由制动器施加的制动转矩根据对轴的运动的机械阻止而等于驱动转矩，并略低于借助转矩传感器所确定的转矩。可能还必须考虑由重力作用于轴上的转矩。如果驱动器是电驱动器，则由驱动器施加的驱动转矩可以例如通过具有驱动器的电机的电流来确定。基于根据本发明方法的这种变形，在对制动器进行功能检测期间使轴保持静止不动，由此使制动器没有或至少只有很小的磨损。

根据本发明方法的另一种实施方式具有以下方法步骤：

-在轴停止期间激活制动器，

-将驱动器施加的驱动转矩提高至预定的驱动转矩，以及

-如果在达到预定的驱动转矩之前转矩传感器探测到转矩的变化，则认为制动器是功能可靠的。

根据这种变形，机器人是静止的，并且制动器已关闭(激活)。在这种运行状态下，转矩传感器确定出没有或较小的例如由于重力在轴上产生的转矩。然后，将驱动器施加的驱动转矩例如逐步或连续地提高，直到驱动器达到预定的驱动转矩。如果制动器是功能可靠的，则预定的驱动转矩特别是等于制动器至少应施加的额定制动转矩。在提高驱动转矩期间，如果转矩传感器没有检测到转矩的变化，则制动转矩大于驱动转矩，并且制动器尚是功能可靠的。相反，如果转矩传感器在驱动器达到预定的驱动转矩之前检测到转矩的变化，则可以推断对制动器功能可靠性的损害。

附加地，在驱动器实现了预先给定的驱动转矩之后，还可以进一步提高驱动器施加的驱动转矩。然后，可以根据由转矩传感器检测到的轴的转矩来确定加速力矩。

附图说明

在附图中示意性示出了本发明的实施例。其中：

图1示出了具有多个轴的机器人，

图2示出了机器人的一个轴，

图3和图4是流程图，示出了用于检测机器人制动器的功能可靠性的不同方法，

图5示出了对于机器人的另一种运行状态的如图2所示的轴，

图6示出另一个流程图，示出了用于检测制动器的功能可靠性的替代方法。

具体实施方式

图1示出了具有用于在例如六个自由度上运动的运动学的机器人1。机器人1以普遍公知的方式具有关节2到4、杠杆5和6、六个运动轴A1到A6和法兰7，在法兰7上可以固定未示出的执行机构(Effektor)，例如工具。

每个运动轴A1到A6都通过未示出的驱动器运动。正如专业人员所普遍公知的那样，驱动器例如分别包括电机9-11、21。图2示出了杠杆5，其可以借助电机21围绕轴A3摆动。

在当前实施例的情况下，对应于轴A3的电驱动器具有传动件23。另外，可以利用制动器22来制动杠杆5关于轴A3的运动。作用于轴A3上的转矩通过转矩传感器24来测量。其余的轴A1、A2、A4-A6同样可以各配备一个转矩传感器和一个制动器。

另外，机器人1具有控制计算机12，控制计算机12以未示出的方式与机器人的驱动器连接，并借助在控制计算机12上运行的计算机程序控制这些驱动器，从而使机器人1的法兰7执行预定的运动。概念“控制”应该还包括概念“调整”。

此外，在当前实施例的情况下，转矩传感器24和制动器22也与控制计算机12相连接，从而使控制计算机12根据由转矩传感器24测得的信号来控制或调整机器人1的运动，并在必要时激活制动器。

在当前的实施例中，为了检测制动器22的功能可靠性，接下来利用图3所示的流程图图解地实施对制动器22的功能检测：

首先，机器人1在预定的受控或经调整的运行状态下运行，其中，在图3的流程图的步骤S1中，轴A3具有预定的运动状态。这通过控制计算机12控制电机21产生电机转矩，从而使轴A3转移到预定的运动状态来实现。替代地，机器人1还可以这样在受控或经调整的运行状态下运行：使得轴A3以预定的速度运动，即杠杆5围绕轴A3以预定的角速度运动。这通过控制计算机12控制电机21产生转矩，从而使杠杆5以预定的角速度围绕轴A3摆动来实现。

如果机器人1处于这样的运行状态下，那么在流程图的步骤S2中，控制计算机12自动激活制动器22并关闭电机21，从而在流程图的步骤S3中使电机21不再产生电机转矩。

在这种运行状态下，转矩传感器24产生与作用于轴A3上的转矩相符的信号。该信号被提供给控制计算12。在控制计算机12上再次运行计算机程序，该计算机程序根据源于转矩传感器24的信号对作用于轴A3上的转矩进行分析，以便对制动器22的状态做出推断，如流程图步骤S4所示。

在当前的实施例中，针对该分析在控制计算机12中存储对于刚才所述的制动器22的功能检测所期待的参考转矩特性，如果制动器22仍然具有充分的功能可靠性的话，。根据对利用转矩传感器24在功能检测的框架下确定的转矩特性与参考转矩特性所做的对比，控制计算机12可以借助计算机程序来检测制动器22。替代地，在制动过程期间，还可以基于模型计算参考转矩特性，由此不再需要预先给定的运行状态。

参考转矩特性例如在比较测量期间利用功能可靠的制动器22产生，或者根据基于模型的估计来确定。

对于另一种制动器22的功能检测，控制计算机22在激活制动器22后不关闭电机21，而是使其以预先确定的电机转矩运行，从而例如降低所产生的制动转矩。由此可以降低例如传动件23的机械负载。对于这种功能检测，还可以这样实现在控制计算机12上运行的计算机程序：使其不仅根据对利用转矩传感器24所确定的转矩特性的分析，而且还根据由电机施加的电机转矩来确定制动器22的功能。例如，可以基于所测得的电机21的电流来确定电机转矩。

图4示出了对制动器22进行功能检测的另一种实施方式，其在当前实施例中实施如下：

首先，在图4的流程图步骤S1′中，控制计算机12控制电机9-11和21，使得轴A3或杠杆5进入机器人1的为轴A3设置的机械端部止挡件25中。由此将机械地阻止轴A3越过端部止挡件25运动到外面，即使电机21施加相应的电机转矩。

如果轴A3或杠杆5位于它们的端部止挡件25中，则在图4的流程图步骤S2′中，控制计算机12激活制动器22，并且，如果制动器22是功能可靠的，则在图4的流程图步骤S3′中，控制计算机12控制电机21产生电机转矩，该电机转矩大于所预期的制动器22的制动转矩。端部止挡件25阻止轴A3或杠杆5越过端部止挡件25的运动。

随后，在控制计算机12上运行的计算机程序根据借助转矩传感器24确定的转矩和由电机21施加的电机转矩计算由制动器产生的制动转矩。在图4的流程图步骤S4′中，根据存储在控制计算机12中的有关属于功能可靠的制动器22的制动转矩的信息和与在功能检测框架下当前确定的制动器22的制动转矩的比较，控制计算机12可以对制动器22的功能可靠性做出推断。

在如图2所示的实施例中，轴A3的运动被端部止挡件25所阻止。图5示出了一种实施方式，其中，通过锁定件26来阻止轴A3或杠杆5的运动，利用锁定件26将杠杆5例如固定在壁27上，以阻止轴A3的运动。

图6示出了对制动器22进行功能检测的另一种实施方式，其在当前实施例中实施如下：

首先，在图6的流程图步骤S1″中，机器人1在预定的运行状态下运行，其中，机器人1是静止的，即特别是轴A3或杠杆5不运动。此外，在图6的流程图步骤S2″中，关闭制动器22。

随后，在图6的流程图步骤S3″中，控制计算机12控制电机21，使其例如连续地或逐步地提高其作用于轴A3上的电机转矩，直到达到预定的额定电机转矩。该预定的额定电机转矩选择为，当制动器22是功能可靠的时，则当达到该电机转矩时，轴A3刚好尚未运动。

如果制动器22是功能可靠的，则由转矩传感器24确定的转矩不改变或仅有很小的改变，同时电机转矩提高。相反，如果制动器22不是功能可靠的，因为其例如不再能够施加必需的制动转矩，所以转矩传感器24将检测到作用于轴A3上的转矩的相关变化。因此，在图6的流程图步骤S4″中，控制计算机12能够根据对借助转矩传感器24确定的转矩的分析，对制动器22的功能可靠性做出推断。

在当前的实施例中，在图6的流程图步骤S5″中还设置了，在达到额定电机转矩之后进一步提高由电机21施加的电机转矩，由此使控制计算机12能够借助由转矩传感器24确定的转矩计算作用于轴A3上的加速力矩。

Claims

1.一种用于检测机器人的制动器的方法，该方法包括：

驱动具有多个轴(A1-A6)的机器人(1)，其中，所述机器人(1)具有：配属于所述多个轴(A1-A6)中的一个轴(A3)的驱动器(21)、配属于该轴(A3)的制动器(22)，并将其设置为，至少能够减小该轴(A3)的运动，和配属于该轴(A3)的转矩传感器(24)，并将其设置为，用以确定作用于该轴(A3)上的转矩，

激活所述制动器(22)，

在激活所述制动器(22)时，利用所述转矩传感器(24)确定作用于所述轴(A3)上的转矩，以及

根据对借助所述转矩传感器(24)确定的转矩的分析，判断所述制动器(22)的功能可靠性。

2.如权利要求1所述的方法，包括：将利用所述转矩传感器(24)确定的转矩与额定转矩进行比较，和/或在激活所述制动器(22)之前使所述机器人(1)在预定的运行状态中运行。

3.如权利要求1或2所述的方法，包括：使所述机器人(1)在受控或经调整的的运行状态中运行，其中，根据所述预定的运行状态，使所述轴(A3)具有预定的位置并以预定的速度或沿预定的轨迹运动。

4.如权利要求3所述的方法，包括：关闭所述驱动器(21)或调整由所述驱动器(21)施加的预定的驱动转矩。

5.如权利要求1或2所述的方法，包括：

利用独立于所述制动器(22)的装置(25，26，27)机械地阻止所述轴(A3)的运动，

激活所述制动器(22)，

借助所述驱动器(21)产生驱动转矩，该驱动转矩大于由所述制动器(22)施加的制动转矩，以及

通过对借助所述转矩传感器(24)确定的转矩以及对所述驱动转矩的分析来判断所述制动器(22)的功能可靠性。

6.如权利要求5所述的方法，包括：使所述轴(A3)运动到为该轴(A3)设置的机械端部止挡件(25)中，从而使所述驱动器(21)不能再使所述轴(A3)运动。

7.如权利要求5所述的方法，包括：作为对所述轴(A3)的运动的机械阻止，利用独立于所述制动器(22)的装置(26，27)来锁定所述轴(A3)。

8.如权利要求1或2所述的方法，包括：

在所述轴(A3)静止期间激活所述制动器(22)，

将所述驱动器(21)施加的驱动转矩提高至预定的驱动转矩，

如果在到达所述预定的驱动转矩之前，所述转矩传感器(24)探测到转矩的变化，则认为所述制动器(22)是功能可靠的。

9.如权利要求8所述的方法，包括：

在所述驱动器(21)达到所述预先给定的驱动转矩之后，进一步提高由该驱动器(21)施加的驱动转矩，并

根据由所述转矩传感器(24)确定的所述轴(A3)的转矩来确定加速力矩。

10.一种通过转矩传感器(24)确定的转矩的应用，该转矩用于判断具有多个轴(A1-A6)的机器人(1)的制动器(22)的功能可靠性，其中，所述制动器(22)设计为，至少减小所述多个轴(A1-A6)中的一个轴(A3)的运动，以及所述转矩传感器(24)设计为，用于确定作用于该轴(A3)上的转矩。