CN102445920A - 用于驱动单元用的碰撞识别的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于一种驱动单元用的碰撞识别的方法，所述驱动单元包括电的驱动马达和由其驱动的可运动的部件（160），其中对所述电的驱动马达的实际转矩（M）和实际加速度（a）进行检测（201），并且所述可运动的部件的碰撞借助对于能预先给定的、实际转矩（M）和实际加速度（a）的数学联系（M?a）进行评估来识别（204）。

Description

用于驱动单元用的碰撞识别的方法

技术领域

本发明涉及一种用于驱动单元用的碰撞识别的方法，该驱动单元包括电的驱动马达和由其驱动的可移动的部件。

背景技术

这种驱动系统特别是在自动化技术中广泛地扩展并且多种多样地例如在机器人、加工机或运输机等中进行应用。在这些应用中不能避免可运动的部件与固定的或可运动的障碍物、例如运输或加工货物、壁部、壳体、其它机械构件或者甚至人等的碰撞。为了避免对人和机械的损害，需要识别出这些碰撞，以便引入例如适合的反应。

从DE 102 45 594 A1中已知一种用于碰撞识别的方法，其中对驱动侧和输出侧的变量进行检测和比较，以便识别出碰撞。然而这种解决方案需要至少在输出侧复杂的传感器元件。

值得期望的是，给出用于碰撞识别的可能方案，这种可能方案能简单地执行，但是尽管如此仍能安全且可靠地工作。

发明公开内容

根据本发明，提出一种具有权利要求1的特征的、用于识别驱动单元碰撞的方法，该驱动单元包括电的驱动马达和由其驱动的可运动的部件。有利的设计方案是从属权利要求和下面说明书的主题。

本发明的优点

本发明基于这种认识驱动侧的变量、转矩（在旋转式驱动马达中）或驱动力（在平移式驱动马达中）以及加速度以数学的方式联系（verknüpfen）、特别是相乘，以适用于简单的、但是尽管如此仍安全的且可靠的碰撞识别。该变量的应用是特别有利的，因为该变量原本由现代的驱动控制设备发出。不需要附加的传感器元件，特别是可以省略输出侧的传感器元件。本发明已经克服了用于发现适合的运动变量和所属的适合的数学联系的困难，该运动变量和数学联系允许可靠的碰撞识别。特别是在实践中在驱动马达运行时在转矩界限或力界限上的碰撞识别被证明是困难的，因为即使在全部此前已被证明了的驱动变量中，在碰撞和通常的加速阶段或制动阶段之间进行区分仍是不可能的。

所述数学联系可以确定地预先给出或者还可以由应用者进行调节。这能实现对特别的实际情况的最佳匹配。下述情况被证明是特别适合的，由转矩或驱动力和加速度形成的乘积被考虑用于例如通过阈值比较进行评估。然而还可以考虑其它的评估方法，其中例如对时间上的特性进行评估、进行积分或微分等。

优选地，所述数学联系的结果与阈值进行比较，所述阈值在检测转矩或驱动力和加速度期间、即“在线”地在应用电驱动马达的在第一时间间隔内检测的最大转矩或驱动力和在第二时间间隔内检测的最大加速度的情况下来确定，其中第一时间间隔和第二时间间隔尤其可以是相等的，并且特别是可以包括全部的运行持续时间。同样有利地提出一起改变的时间间隔。从而阈值能连续地匹配于当前实际情况、例如匹配于变化的轴承摩擦、变化的负载等。将一种加权因数适合地加入到阈值中，以便在所检测的最大值和阈值之间实现足够的距离。还证明了：由转矩或驱动力和加速度形成的乘积在碰撞时变为负的，从而加权因数在这种情况下适合地同样为负的。

在本发明的特别优选的实施方式中，对由转矩或驱动力和加速度形成的乘积进行监测。即，该乘积在正常运行时为正的曲线走向并且在碰撞时为按照数量较高的负值，从而碰撞识别在此是特别简单的。还显示出了：由转矩或驱动力和加速度形成的乘积在特殊的情况下、例如在驱动马达和部件之间的大间隙时、还在正常运行时设定为负值。在这种情况下，加权因数的适合的预先给定用于确定界限。

根据本发明能实现安全的碰撞识别方法，该碰撞识别方法可以在极为宽广的范围内应用，并且还能在已存在的驱动装置中额外简单地执行。

根据本发明的计算单元、例如驱动系统的控制设备特别是在程序技术方面设置成实施根据本发明的方法。

本发明以软件形式执行是有利的，因为这能实现特别低的费用，特别是当执行的计算单元还用于其它任务并且因此本来就存在时。适合用于提供计算机程序的数据载体尤其是软盘、硬盘、闪存、EEPROM、CD-ROM、DVD等。还可以通过计算机网络（互联网（Internet），内联网（Intranet）等）进行程序下载。

本发明的其它优点和设计方案从说明书和附图中得出。

当然在没有离开本发明的范围的情况下，前述特征和下面还要阐述的特征不仅能应用在分别给出的组合中，而且还能应用在其它组合中或者单独应用。

附图说明

借助于实施例在附图中示意性地示出本发明，并且下面参照附图对本发明进行详细描述。

图1示意性地示出根据本发明的可监测的驱动单元，

图2借助流程图示出根据本发明的碰撞识别方法的优选实施例，

图3示出在不同情况下驱动单元在加速时的检测信号和评估信号，

图4示出用于不同的驱动单元和情况的评估信号。

具体实施方式

在图1中以侧视图示意性地示出了根据本发明的可监测的驱动单元100。该驱动单元100具有电驱动马达110，该驱动马达通过通常为三相的电流连接部120与功率元件130连接。在电流连接部120的旁边还适合地设置一个或多个例如用于转速、温度、位置等的数据连接部121。功率元件130又通过连接部140、通常是现场总线连接部与控制元件150相连接，该控制元件用于控制和监测驱动单元。由电驱动马达来驱动可运动的部件160，该部件在这里所示出的简单的实施例中设计成固定在驱动马达110的轴111上的轮160。

现在在下面参考图1至图4详细地阐述在本发明的范围内的碰撞识别。在待要识别的碰撞中，轮160或与该轮连接的部件、例如处理或输送机构撞到障碍物上，由此该轮或部件在其运动中被阻挡。在本发明的特别优选的实施例中，所述阻挡对于驱动马达110的反作用能以特别简单的方式通过对所选择的驱动参数—转矩M和加速度a进行监测来识别。

虽然在图1中示出了可旋转的驱动马达，其中根据本发明对转矩和加速度进行监测，但是本发明当然还可以应用在线性马达中，其中对驱动力和加速度进行监测。

在图2中借助于流程图示意性地示出根据本发明的碰撞识别方法的优选实施例。该方法并列于驱动单元的运行200实施。在所述碰撞识别期间，为此在步骤201中对驱动马达110的转矩M以及加速度a进行监测，其中碰撞识别优选地在配属于驱动马达110的控制元件150中实施。

在监测期间，转矩和加速度的乘积M∙a在步骤202中与阈值L进行比较。如果该乘积大于阈值（该阈值为负），则未识别出碰撞，并且该方法返回至检测步骤201。如果相反地确定，该乘积M∙a小于阈值L（即负的阈值），则在步骤204中继续进行。

在步骤204中，引入对于驱动单元进行保护的措施和/或存储运行状态以用于稍后进行分析。适合地，将马达在碰撞时刻的运行状态、如运行持续时间（例如马达、功率元件和控制元件的运行工时）、位置、速度和转矩或力等优选地存储在控制元件的存储器中。所存储的数据稍后能用于进行评估。

阈值L例如能在驱动单元启动时预先确定，或者如在附图中通过可选的步骤203示出，同样在运行期间被确定。为此，在第一时间间隔上检测的最大转矩M_max与在第二时间间隔上检测的最大加速度a_max和负的加权因数–c相乘，其中第一时间间隔和第二时间间隔适合地相等，并且例如与检测时刻一起改变。从而最后30、60、90、120秒等的最大值适合地被考虑用于确定阈值。

在图3中在图表300里，相对于在横坐标上的时间t，在图像301中示出所检测的加速度a，在图像302中示出所检测的转矩M以及在图像303中示出由加速度a和转矩M形成的乘积a∙M。在检测期间，驱动单元在时刻t₁和t₂加速，并且在时刻t₃与固定的障碍物发生碰撞。可以明显地识别出：要评估的信号303在碰撞时显著地与在加速时不同。特别是在加速时向上出现较小的偏差，与此相反，在碰撞时向下出现大的偏差。以这种方式，碰撞能利用根据本发明的解决方案特别简单地进行识别。长期有效的平均值用作零线或者说中线（Nulllinie），与该零线或者说中线相比来确定最大值和阈值。

在图4中在图表400中相对于在横坐标上的时间t示出不同的评估信号M∙a。图像401示出在驱动单元以恒定的速度运行时的评估信号，其中在驱动马达和被驱动的部件之间存在显而易见的间隙。图像402示出用于相同的驱动单元的评估信号，其中进行加速。能识别出：在这种情况下在经过间隙之后、即如果驱动马达携带部件（时刻t₅），在评估信号中出现明确的向上和向下的偏差。

图像403示出用于驱动单元在碰撞时（时刻t₆）的评估信号，该驱动单元在平均的转矩范围内运行，并且图像404示出用于驱动单元在碰撞时（时刻t₄）的评估信号，该驱动单元在转矩限度上运行。

通过对图像进行比较可以确定：碰撞（图像403和404）通过适合地预先给定加权因数能特别容易地与具有间隙（图像402）的加速的驱动系统进行区分。

Claims (9)

1.用于驱动单元（100）用的碰撞识别的方法，所述驱动单元包括电的驱动马达（110）和由其驱动的可运动的部件（160），其中对所述电的驱动马达（110）的实际转矩（M）和实际加速度（a）进行检测（201），并且所述可运动的部件（160）的碰撞借助于对于能预先给定的、实际转矩（M）和实际加速度（a）的数学联系（M∙a）所进行的评估来识别（204）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述数学联系包括由实际转矩和实际加速度形成的乘积（M∙a）。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述数学联系是由实际转矩和实际加速度形成的乘积（M∙a）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，由实际转矩和实际加速度形成的数学联系的结果（M∙a）与能预先给定的阈值（L）进行比较（202），并且碰撞借助比较结果来识别（204）。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述阈值（L）在对所述实际转矩（M）和实际加速度（a）进行检测期间在应用所述电的驱动马达（110）的在第一时间间隔内检测的最大实际转矩（M_max）和在第二时间间隔内检测的最大实际加速度（a_max）的情况下来确定（203）。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述阈值（L）包括由所述电的驱动马达（110）的在第一时间间隔内检测的最大实际转矩（M_max）、在第二时间间隔内检测的最大实际加速度（a_max）以及加权因数（-c）形成的乘积。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述加权因数（-c）为负的。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在识别出碰撞的情况下，采用对驱动单元（100）进行保护的措施和/或在存储器装置中存储运行状态变量（204）。

9.计算单元（150），所述计算单元设置成实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。

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