用于监控并限制工业机器人的速率的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于监控并限制具有包括多个手臂部分和机器人手的手臂的工业机器人的速率的方法和设备，所述手臂部分和机器人手可以绕多个关节相对于彼此进行移动，并且所述关节的移动由多个电动机驱动。该方法包括反复地：-针对该机器人的选定电动机子群组中的每个电动机确定与该电动机角速度相关的参数，-基于所确定的电动机相关参数确定所允许的手臂速率的一个或多个预定义标准是否被满足，其中所述标准关于所述电动机子群组的电动机的最大允许角速度进行定义，并且-在任意标准未被满足的情况下降低该子群组中的一个或多个电动机的速度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于监控并限制具有包括多个手臂部分和机器人手的手臂的工业机器人的速率的方法和装置，所述手臂部分和机器人手可以绕多个关节相对于彼此进行移动，并且所述关节的移动由多个电动机驱动。
技术介绍
工业机器人包括操控器以及用于对该操控器进行自动操作的控制系统。该操控器包括至少一个手臂，该手臂具有可绕多个关节相对于彼此进行移动的手臂部分。外部手臂部分支持可绕一个或多个关节旋转的手。该手包括也被称作转盘的工具附件，其适于附接至机器人所抓握的对象，诸如工具或工作对象。关节的移动由安装在每个关节上或与之接近的电动机驱动。每个关节由一个电动机驱动。关节的速度和加速度由机器人的控制系统控制，所述控制系统生成到电动机的控制信号。该控制系统包括驱动单元，其依据控制信号通过将DC电流转化为可变的交变电流来控制电动机。电动机配备有诸如编码器或解算器(resolver)的位置检测器以向控制系统提供位置反馈信号。该位置检测器测量电动机的角速度。出于安全原因，机器人手抓握对象的速率必须受到监控，并且如果对象速率超过某个阈值，则需要限制对象速率的动作。由于不同应用之间的对象大小有所不同，并且由于对象是由顾客添加因而是未知的，所以难以对对象速率进行监管。而是，对机器人手的转盘速率进行监管是更为便利的。US2009/0088898公开了一种用于对配备有机器人手部的机器人进行控制的机器人控制器，其包括用于计算机器人手部在针对机器人控制器设置的矩形坐标系的坐标轴上的移动速率的速率计算器件，用于将所计算出的移动速率与针对该矩形坐标系的轴线的阈值进行比较的比较器器件，以及用于在任何移动速率高于对应阈值的情况下停止机器人的停止器件。该速率计算器件基于来自电动机的位置传感器的位置数据以及机器人的运动学模型来计算机器人手的速率。该方法的缺陷在于，由于其过于缓慢且完全依赖于软件因此并不安全。需要时间将位置数据传输至机器人控制系统并且计算机器人手的速率是耗时的。如果机器人手的速率变得过高，则立即采取行动停止机器人或者至少降低其速率是非常重要的。另外，例如当操控器在协同模式下使用时，由于会危及其运行状况的软件缺陷而存在出现故障的风险。针对该问题的解决方案是使用测量机器人手臂的速率的传感器，如US7，468，594中所示。然而，额外的传感器增加了机器人的成本。
技术实现思路
本专利技术的目标是针对以上所提及的问题提供一种解决方案。根据本专利技术的一个方面，该目标通过根据权利要求1限定的方法得以实现。该方法包括反复地:对该机器人的选定电动机子群组中的每个电动机确定与电动机角速度相关的参数，基于所确定的电动机相关参数确定所允许的机器人手臂速率的一个或多个预定义标准是否被满足，其中所述标准关于所述电动机子群组的电动机的最大允许角速度进行定义，并且在任意标准未被满足的情况下降低该子群组中的一个或多个电动机的速度。所述参数为电动机的角速度或者电动机的频率。根据本专利技术，与机器人的一些电动机的角速度相关的参数被用来对机器人手臂的速率进行监管。其中与电动机角速度相关的参数意味着角速度自身或者取决于电动机速度的参数，诸如电动机频率，其直接与电动机的角速度成比例。基于已经关于电动机的最大允许角速度以及关于机器人手臂的最大允许速度进行定义的一些预定标准，对机器人手臂的速率进行监管。如果那些标准没有被满足则采取动作以限制电动机的速度。这省去了使用机器人的运动学模型计算机器人手臂速率的耗时步骤。而且，本专利技术使得能够以接近于功率电子设备的硬件实现监控和限制功能。因此，使得监控和限制独立于控制回路中使用的软件。由此，安全性有所提高。这降低了由于软件缺陷而出现故障的风险。另外，监控以及速率限制变得快捷。另一种优势在于，无需额外的传感器来监控机器人手臂的速率。基于手臂速率的预先确定的最大值，已经事先设置了所允许的机器人手臂速率的标准。例如，已经基于预先确定的转盘的最大允许速率和/或机器人肘部的最大允许速率而设置该标准。该标准包括对该子群组中的每个电动机的参数的至少一个预定义阈值。例如，基于针对机器人手臂，例如机器人手和/或机器人的TCP，的较差情形的速率的离线计算而预先确定该阈值。如果任意标准没有被满足，则一个或多个电动机的速度就受到限制。优选地，电动机的速度降低为零。限制手臂速率可以以不同方式来进行，例如，一个或多个选定电动机的速度被限制，或者对机器人的所有电动机的供电被中断并且机器人被停机。例如，通过对功率电子设备去激励而中断对所有关节的供电。如果驱动机器人关节的所有电动机都包括在子群组中，则机器人的性能将被显著降低。为了实现机器人有可接受的性能，子群组中电动机的数量应当小于机器人的关节总数。优选地，该子群组包括少于驱动机器人关节的电动机总数的至少两个电动机，以提高机器人的性能。对于至少一些机器人类型而言，对于诸如转盘速率之类的机器人手臂速率的影响在机器人关节之间有所不同。优选地，选择要被监控的关节以及相应地子群组的电动机是看其对转盘速率的主导影响以及相应地对机器人所抓握对象的速率的主导影响。选择对机器人转盘速率贡献最大的关节，并且选择驱动那些关节的电动机进行监管。根据本专利技术的实施例，每个所述电动机被提供有可变的交变电力，并且该方法包括针对所述选定电动机子群组中的每个电动机测量提供至该电动机的可变交变电力的变量，并且基于所测得的变量确定所述电动机相关参数。该变量是所提供电力的电压或电流。基于提供至电动机的电力的测得变量确定参数的优势在于使测量不依赖于向控制系统提供位置反馈信号的位置检测器。该解决方案是廉价的，原因在于能够使用已有测量单元来测量所提供电力的电流或电压。根据本专利技术的实施例，该方法包括测量提供至子群组中的每个电动机的可变电力的变量，基于所测得的变量确定提供至电动机的电力的频率，基于所确定的频率计算电动机的角速度，并且基于所确定的角速度以及电动机角速度的预定义阈值确定所述预定义标准是否被满足。提供至电动机的电力的频率能够通过硬件而轻易测量，例如使用过零检测器或锁相环(PLL)。因此，能够使用标准硬件以及已有测量单元而容易地实现本专利技术的该实施例。根据本专利技术的另一个方面，该目标通过根据权利要求8限定的装置实现。该装置适于反复地确定与该机器人的选定电动机子群组中的每个电动机的电动机角速度相关的参数，基于所确定的电动机相关参数确定所允许的手臂速率的一个或多个预定义标准是否被满足，其中所述标准关于所述电动机子群组的电动机的最大允许角速度进行定义，并且在任意标准未被满足的情况下限制该子群组中的一个或多个电动机的速度。根据本专利技术的实施例，该装置包括测量系统，其被配置为测量对所述选定电动机子群组中的电动机的供电的变量，并且该装置适于基于所测得的变量确定所述电动机相关参数。到电动机的电力一般通过三相提供。为了获得冗余，该测量系统被配置为测量所提供电力的至少两相。根据本专利技术的实施例，安全单元包括诸如锁相环(PLL)或过零检测器之类的多个硬件设备，其适于接收提供至该子群组的每个电动机的可变电力的变量的测量结果，基于所测得的变量确定提供至电动机的电力的频率，基于所确定的频率计算电动机的角速度，并且基于所确定的角速度以及电动机角速度的预定义阈值确定所述预定义标准是否被满足。本专利技术的该实施例以硬件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于监控并限制工业机器人的速率的方法，所述工业机器人具有包括多个手臂部分和机器人手的手臂，所述手臂部分和所述机器人手可绕多个关节相对于彼此进行移动，并且所述关节的移动由多个电动机驱动，其特征在于，所述方法包括反复地: -对所述机器人的选定电动机子群组中的每个电动机确定与所述电动机的角速度相关的参数， -基于所述确定的电动机相关参数，确定用于允许的手臂速率的一个或多个预定义标准是否被满足，其中所述标准关于所述电动机子群组的所述电动机的最大允许角速度进行定义，并且 -在任意标准未被满足的情况下，降低所述子群组中的一个或多个所述电动机的速度。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述参数是所述电动机角速度和所述电动机频率中的任意一个。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述电动机中的每一个被提供以可变的交变电力，并且所述方法包括针对所述选定的电动机子群组中的每个电动机，测量提供至所述电动机的所述可变的交变电力的变量，并且基于所述测得的变量确定所述电动机相关参数。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述标准包括所述参数的预定义阈值，并且基于所述确定的参数和所述参数的所述阈值来确定所述标准是否被满足。5.根据权利要求3或4所述的方法，其中基于对所述机器人手臂的预先确定的最大允许速率的离线计算而预先确定所述阈值。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述子群组包括少于所述机器人的电动机总数的至少两个电动机， 并且基于所述电动机驱动的关节对所述机器人手臂速率的影响来选择所述电动机。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括: -测量提供至所述子群组中的每个所述电动机的可变电力的变量， -基于所述测得的变量，确定提供至所述电动机的所述电力的频率， -基于所述确定的频率，计算所述电动机的所述角速度，并且 -基于所述确定的角速度以及所述电动机的所述角速度的预定义阈值，确定所述预定义标准是否被满足。8.一种用于监控并限制工业机器人的速率的装置(I ；11 ;21)，所述工业机器人具有包括多个手臂部分和机器人手的手臂，所述手臂部分和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·泽拉亚德拉帕拉，R·梅兰德，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：
国别省市：