用于工业机器人的控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于控制工业机器人的控制系统及其方法。控制系统包括：控制单元（１２）；具有用来把直流电转换成交流电的开关单元（２８）的驱动单元（９）；和用来生成用于机器人的停止信号的安全单元（１６，３０）。驱动单元响应于接收到停止信号而禁止开关单元。安全单元（１６，３０）生成具有相对于安全事件的延时的停止信号，电动机在延时期间被电制动。控制系统传送停止信号到制动器，该制动器响应于接收到停止信号而机械地制动电动机，该控制系统对加到驱动单元（９）的停止信号进行延时，以使得在开关单元被禁止之前施加机械制动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于控制具有至少 一个电动机的工业机器人的控制系统 和方法。
技术介绍
工业机器人包括机械结构，也被称为操纵器；和控制系统，用于 控制操纵器的运动。操纵器具有可以围绕多个轴互相相对运动的多个臂。 轴的运动由被安装在每个轴上的电动机驱动。每个电动机配备有机械制 动器，用来当机器人不运动时锁住机器人位置。典型地，机器人包含六 个轴。然而，也存在具有其它数目的轴的机器人。轴的速度和加速度由机器人的控制系统控制，机器人的控制系统包 括控制单元，其生成加到电动机的控制信号。加到驱动单元的控制信号 确定电动机转矩、电动机速度和用于轴的驱动电流。控制系统还包括驱 动单元，其通过才艮据来自控制单元的控制信号把直流电转换成可变交流 电而控制电动机。驱动单元被提供以交流功率。每个驱动单元包括整 流器，用于把供应的交流功率转换成直流功率；以及开关单元，常常称 为逆变器，根据来自控制单元的控制信号把直流功率转换成交流功率。 电动机配备有角度测量装置，用于提供位置反馈信号。来自角度测量装 置的位置反馈信号被传送到驱动单元。机器人的控制系统还包括安全功能，用来确保操纵器以对于操作员 安全的方式操作。安全功能例如包括紧急停止功能和机器人速度监管。 控制系统包括安全单元，其适用于响应于出现安全事件而生成至少 一个 停止信号，用于停止机器人，以及包括制动器，其适用于响应于接收到 来自安全单元的停止信号而机械地使电动机制动。工业机器人的关键特性是，具有当出现某些关键的安全事件时，以 安全方式禁止移动机械结构的可能性的能力。这可包括操作员在教导期 间按压紧急停止按钮或释放使能装置。传统上，通过打开一个或更多个用于把交流功率供应到整流器的电机械接触器以及打开一个或更多个用 于把功率馈送到制动器的接触器而禁止机器人。如果没有l的功率， 驱动单元不能给电动机供电，所以机器人不能移动。例如，通过把两个 接触器串联而去除功率，这可以断开交流功率。这给出冗余性水平，这 样，如果一个接触器出故障，另一个接触器多半仍旧工作。这种方法的 缺点在于，电机械接触器是笨重和昂贵的，且比起其它电子系统具有有 限的寿命。US 6， 573， 681 B2提出响应于接收到停止信号，通过禁止适用于把直 流电转换成加到电动机的交流电的逆变器，更具体地说通过关断逆变器 的功率晶体管，而停止电动机。藉助于禁止转换器而停止电动机的问题在于逆变器一被禁止就不可能再控制电动机。当逆变器被禁止时电动 机的运动不会立即停止，在减速时间期间电动机不能被控制。这可能是 危险的，如果电动机控制机器人的运动的话。如果不可能控制电动机， 则由于机器人的机械结构的重力，机械结构将跌落。作为这个问题的解 决方案，提出藉助于电枢短路而加速断开操作，以便达到安全停止。然 而，这不足以实现工业机器人的安全停止。
技术实现思路
本专利技术的目的是响应于出现安全事件而实现工业机器人的安全停止。按照本专利技术的一方面，这个目的是通过如在权利要求1中规定的控 制系统达到的。这样的控制系统的特征在于驱动单元适用于响应于接收到来自安 全单元的停止信号而使得开关单元禁止，由此阻止生成加到电动机的交 流功率，安全单元适用于生成具有相对于安全事件的延时的停止信号， 以及控制单元适用于生成用于控制电动机的控制信号，以使得在延时期 间电动机被电制动。该控制系统适用于传送停止信号到制动器，制动器 响应于接收到停止信号而机械地制动电动机，以及该控制系统适用于延 时加到驱动单元的停止信号，以使得制动器在驱动单元之前接收停止信 号，以便确保机械制动在开关单元被禁止之前被应用。通过使得用于生成加到电动机的交流电的开关单元禁止，移动机器 人的机械结构的可能性被禁止。这允许在现有技术中使用的接触器从控制系统移除。由此，用于控制系统的硬件成本被减小，控制系统的可靠 性提高，控制系统的尺寸减小。按照本专利技术，电动机的停止是通过一系列操作而完成的，操作的时 序对于实现安全停止是关键的。当出现安全性事件时，控制单元生成以 电子方式制动电动机的控制信号，机械制动在延时后被施加，开关单元 在进一步的延时后被禁止，以便允许制动器被完全啮合。机械制动在开关单元被禁止之前被应用。由此，确保机器人的机械 结构在开关单元被禁止时不会由于重力而跌落。而且，加到制动器的停止信号是在相对于安全事件的延时之后生成的；生成加到驱动单元的控 制信号，以使得在延时期间电动机被电制动。这使得有可能在施加机械 制动之前减小电动机的速度，由此使得在机械结构上的应力最小化，并 且使得机械结构有可能保持在预编程的路径上。因此，通过电制动、施加机械制动和禁止开关单元的组合而以安全 的方式停止机器人，上述的每个措施在检测到安全事件以后的不同的时 间点被应用。按照本专利技术的实施例，驱动单元适用于响应于接收到停止信号而禁 止控制信号加到开关单元。来自控制单元的控制信号控制开关单元的开 关。如果加到开关单元控制信号^L禁止，开关单元不能被接通或关断， 因此开关单元不可能进行开关。如果开关单元不能开关，则它不能被4吏 用来生成脉冲串，所以无法控制电动机或生成转矩。这有效地阻挡交流 电源加到电动机。按照本专利技术的实施例，驱动单元包括光开关，其适用于把控制信号 传送到开关单元，驱动单元适用于响应于接收到停止信号而关断光开关， 由此禁止控制信号被加到开关单元。光开关是广泛使用的标准部件，并 适合于使用来使得加到开关单元的控制信号被禁止。按照本专利技术的实施例，控制系统包括受控整流器，用于给驱动单 元提供直流功率；安全单元适用于响应于出现安全事件而生成第二停止 信号；整流器适用于响应于接收到第二停止信号而被关断。由此，整流 器把功率从交流侧传送到控制系统的直流侧的能力被停止。这个实施例 提供去除加到机器人的电动机的功率的两个分开的、因而也是冗余的方 式。第一方式关断用于给开关单元提供直流功率的整流器，第二方式关 断用于把直流功率转换成加到电动机的交流功率的开关单元。优选地，整流器应当在施加制动之前和在关断开关单元之前被关断。这个实施例 还提高控制系统的安全性。按照本专利技术的实施例，控制单元、驱动单元和安全单元被合并到一 个物理单元中。所谓合并被理解为控制单元、驱动单元和安全单元被合 并在同一个板上，并共用重要的硬件，诸如电源和通信电子器件。这个 实施例减小用于控制系统的尺寸和硬件成本。按照本专利技术的另一方面的目的是通过如在权利要求6中规定的方法 实现的。容易看到，如在所附的方法权利要求中规定的、按照本专利技术的方法 适用于通过具有当在处理器单元上运行时相应于本专利技术的方法的步骤的 指令的计算积一呈序来执行。按照本专利技术的再一方面，目的是通过如在权利要求8中规定的计算 ;feR^呈序产品达到的。计算机程序在计算机可读^h质上或通过网络^L提供。按照本专利技术的另一方面的目的是通过如在权利要求9中规定的计算 机可读介质实现的。附图说明现在通it^本专利技术的不同的实施例的说明和参照附图更详细地说明 本专利技术。图1显示按照本专利技术的第一实施例的、包括驱动单元的机器>^控制系统的框图。图2显示图l所示的驱动单元的框图。图3显示说明响应于出现安全事件而在生成的信号之间的关系的时 序图。图4显示按照本专利技术的第二实施例的机器人控制系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制具有至少一个电动机（１）和适用于制动所述电动机的制动器（２）的工业机器人的控制系统，其中该控制系统包括：　－至少一个控制单元（１２），用于生成用来控制电动机的控制信号（τ↓［ｒｅｆ］），　－至少一个驱动单元（９），用 于控制电动机，该驱动单元具有开关单元（２８），其适用于根据所述控制信号把直流电转换成加到电动机的交流电，以及　－安全单元（１６，３０），其适用于响应于出现安全事件而生成用于停止机器人的至少一个停止信号（Ｂ），　所述驱动单元适用于 响应于接收到所述停止信号而禁止所述开关单元，由此阻止生成加到电动机的交流功率，其特征在于：　－安全单元（１６，３０）适用于生成具有相对于安全事件的延时（Ｄ１）的所述停止信号，所述控制单元（１２）适用于生成用于所述控制信号（τ↓［ｒｅｆ ］），以使得在所述延时期间电动机被电制动，　－该控制系统适用于传送所述停止信号到所述制动器，该制动器响应于接收到停止信号而机械地制动电动机，以及　－该控制系统适用于延时（Ｄ２）加到驱动单元（９）的停止信号，以使得制动器在驱动单元 之前接收停止信号，以便确保机械制动在开关单元被禁止之前应用。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊恩伯德拉多洛维奇，彼得J埃里克森，
申请(专利权)人：ABB公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]