CN107073712A - 机器人中的静态制动扭矩的评价 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于评价用于机器人关节的制动器(20)的静态制动扭矩的方法、装置和计算机程序产品以及包括这样的装置的机器人布置。制动扭矩评价装置(32)包括扭矩评价单元(36)，其被配置成禁用机器人控制器的任何积分活动、激活制动器(20)、获得关节的至少一个制动测试位置、在制动器激活之后向机器人控制器提供用于命令关节运动到目标位置的位置命令(pr)、在提供位置命令之后获得关节位置测量(p)、以及使用位置命令(pr)和关节位置测量来确定制动器的静态制动扭矩(Tbrake)是满足还是未能满足静态制动扭矩要求。

Description

机器人中的静态制动扭矩的评价

技术领域

本发明涉及机器人领域。本发明更特别地涉及使用经由机器人控制器控制的马达来评价制动器的静态制动扭矩的方法、制动扭矩评价装置和计算机程序产品，以及涉及包括这样的制动扭矩评价装置的机器人布置。

背景技术

机器人的制动器的质量出于诸如安全性等的许多原因是重要的。

EP 2 10978 933描述了一种用于机器人的动态测试方法。在该文献中，使机器人关节静止并且接着使用位置、时间和减速度作为制动器的品质的量度。

EP 2 759 382公开了机器人具有设定机器人的操作模式的操作模式设定单元。操作模式设定单元改变校正因子，该校正因子通过臂的最大加速度和最大减速度与伺服电路的伺服增益相乘得到，并由此选择性地设定第一操作模式、臂比在第一操作模式中更快地操作的第二操作模式和臂比在第一操作模式中较少振动的第三操作模式的三个操作模式。

制动器的可能是研究所感兴趣的一个参数是制动扭矩。足够好的制动扭矩因而是机器人可安全操作的指示。

可以使用的一种类型的制动扭矩测试是动态制动扭矩测试。在这样的测试中，首先将机器人关节设定为运动，并且接着施加制动并确定制动扭矩。

然而，为了研究制动器，研究动态制动扭矩可能不够。研究静态制动扭矩(即当关节从静止位置运动时的制动能力)也可以是重要的。

US 2014/000355公开了一种诊断设置在机器人或机床中的配备有制动器的马达的制动器中的异常的制动器异常诊断装置。装置包括：异常诊断单元，其在马达被激励且制动器被激活的状态下，执行关于制动器中是否有异常的诊断；和输出单元，如果诊断出在制动器中有异常，则在不中断马达的激励且不释放制动器的情况下通知制动器中的异常。

US 2010/319442公开了在用于测试驱动器布置和相应地配备的转换器的方法中，确定被优选地配置为弹簧操作的制动器的发动机制动器的实际扭转游隙(backlash)并将其与准许的扭转游隙进行比较。为此，将小于制动器的保持扭矩的测试扭矩与闭合的制动器相反地运动直到停止，优选地在转动的两个方向上运动。

EP 1 710 549描述了一种用于以预定扭矩测试马达的制动器并接着将马达的位置与其起动位置进行比较的方法。在测试制动器中使用较高扭矩。该方法在一定时间执行，并且将对于每一次测试的所确定的值存储起来用于比较。

然而，仍然存在静态制动扭矩测试(尤其是与摩擦确定结合)的改进的空间。

发明内容

本发明因而指向于安全且可靠地研究用于机器人马达的制动器的静态制动扭矩，不依赖于广泛的测试结构并且与摩擦确定结合。

该目的根据凭借如下一种方法实现的本发明的第一方面，方法用于使用经由机器人控制器控制的马达来评价用于机器人关节的制动器的静态制动扭矩，机器人控制器包括执行积分控制的积分控制元件和至少一个比例控制元件，方法包括如下步骤：

禁用机器人控制器的任何积分活动；

执行摩擦测试方案，包括：

-获得关节的至少一个摩擦测试位置；

-向机器人控制器提供用于使关节运动到目标位置的位置命令；

-在位置命令的施加之后获得关节位置测量；和

-使用位置命令、至少一个比例控制因子和关节位置测量来确定马达的摩擦；

在摩擦测试方案之后，执行静态制动扭矩测试方案，包括：

-当关节不动时激活马达的制动器；

-获得关节的至少一个制动测试位置；

-在制动激活之后向机器人控制器提供用于命令关节到目标位置的运动的位置命令；

-在提供位置命令之后获得关节位置测量；和

-使用位置命令和关节位置测量来确定制动器的静态制动扭矩是满足还是未能满足静态制动扭矩要求。

目的根据凭借如下一种制动扭矩评价装置实现的第二方面，制动扭矩评价装置用于使用经由机器人控制器控制的马达来评价用于机器人关节的制动器的静态制动扭矩，机器人控制器包括执行积分控制的积分控制元件和至少一个比例控制元件，

装置包括扭矩评价单元，其被配置成：

禁用机器人控制器的任何积分活动；

执行摩擦测试方案，其中摩擦测试方案被配置成：

-获得关节的至少一个摩擦测试位置；

-向机器人控制器提供用于使关节运动到目标位置的位置命令；

-在位置命令的施加之后获得关节位置测量；和

-使用位置命令、至少一个比例控制因子和关节位置测量来确定马达的摩擦；

在摩擦测试方案之后，执行静态制动扭矩测试方案，其中静态制动扭矩测试方案被配置成：

-当关节不动时激活马达的制动器；

-获得关节的至少一个制动测试位置；

-在制动激活之后向机器人控制器提供用于命令关节到目标位置的运动的位置命令；

-在提供位置命令之后获得关节位置测量；和

-使用位置命令和关节位置测量来确定制动器的静态制动扭矩是满足还是未能满足静态制动扭矩要求。

目的根据凭借如下一种机器人设备实现的第三方面，机器人设备包括具有用于使相应的关节运动的至少一个马达的工业机器人、包括执行积分控制的积分控制元件和执行比例控制的至少一个比例控制元件的机器人控制器和用于评价用于马达的制动器的静态制动扭矩的装置，

其中装置包括扭矩评价单元，扭矩评价单元被配置成：

禁用机器人控制器的任何积分活动；

执行摩擦测试方案，包括：

-获得关节的至少一个摩擦测试位置；

-向机器人控制器提供用于使关节运动到目标位置的位置命令；

-在位置命令的施加之后获得关节位置测量；和

-使用位置命令、至少一个比例控制因子和关节位置测量来确定马达的摩擦；

在摩擦测试方案之后，执行静态制动扭矩测试方案，包括：

-当关节不动时激活马达的制动器；

-获得关节的至少一个制动测试位置；

-在制动激活之后向机器人控制器提供用于命令关节到目标位置的运动的位置命令；

-在提供位置命令之后获得关节位置测量；和

-使用位置命令和关节位置测量来确定制动器的静态制动扭矩是满足还是未能满足静态制动扭矩要求。

目的根据凭借如下一种计算机程序产品实现的第四方面，计算机程序产品用于使用经由机器人控制器控制的马达来评价用于机器人关节的制动器的静态制动扭矩，机器人控制器包括执行积分控制的积分控制元件和执行比例控制的至少一个比例控制元件，计算机程序产品包括具有计算机程序代码的数据载体，计算机程序代码当在用于评价静态制动扭矩的制动扭矩评价装置的扭矩评价单元中运行时，引起扭矩评价单元：

禁用机器人控制器的任何积分活动；

执行摩擦测试方案，其中摩擦测试方案被配置成：

-获得关节的至少一个摩擦测试位置；

-向机器人控制器提供用于使关节运动到目标位置的位置命令；

-在位置命令的施加之后获得关节位置测量；和

-使用位置命令、至少一个比例控制因子和关节位置测量来确定马达的摩擦；

在摩擦测试方案之后，执行静态制动扭矩测试方案，其中静态制动扭矩测试方案被配置成：

-当关节不动时激活马达的制动器；

-获得关节的至少一个制动测试位置；

-在制动激活之后向机器人控制器提供用于命令关节到目标位置的运动的位置命令；

-在提供位置命令之后获得关节位置测量；和

-使用位置命令和关节位置测量来确定制动器的静态制动扭矩是满足还是未能满足静态制动扭矩要求。

本发明具有许多优点。它允许用于机器人马达的制动器的摩擦和静态制动扭矩的安全且可靠的研究。这也在不依赖于广泛的测试结构或机器人关节上的传感器的使用的情况下完成。本发明进一步易于实施并且可以容易地改装到机器人控制器中。

应强调的是，当在本说明书中使用时，术语“包括/包括了”用于指定所陈述的特征、整数、步骤或组成部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、组成部件或其组合的存在。

附图说明

现在将与附图有关地详细描述本发明，其中：

图1示意性地示出包括机器人和静态制动扭矩评价装置的机器人布置，

图2示意性地示出具有制动器和马达的机器人的关节，

图3示意性地示出被连接至机器人的静态制动扭矩评价装置的框图示意图，其中装置包括扭矩评价单元和机器人控制器，

图4示出在根据第一实施例的用于评价静态制动扭矩的方法中执行的多个方法步骤，

图5示出在根据第二实施例的用于评价静态制动扭矩的方法中执行的多个方法步骤，

图6示意性地示出包括用于补偿漂移的计算机程序代码的呈CD Rom盘形式的计算机程序产品。

具体实施方式

在以下描述中，出于说明而非限制的目的，阐述了诸如特定架构、接口、技术等等的具体细节，以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明可以在脱离这些具体细节的其他实施例中实践。在其他实例中，省略了对公知的装置、电路和方法的详细描述，以便不会以不必要的细节模糊本发明的描述。

图1示意性地示出包括机器人10和制动扭矩评价装置32的机器人布置。机器人10包括经由关节16彼此连接的多个臂部12、14。图1所示的机器人10被简化了并因而示出了仅两个臂部；经由关节彼此连接的第一和第二臂部12和14。这意味着在该示例中示出了将第一和第二臂部12和14联结的仅一个关节16。然而应该认识到，机器人正常情况下包括可以被控制的更多的臂部、典型地是六个并且结果也包括若干多的关节。

第一臂部12在这里被连接至基底26。以该方式将机器人10附接至基底26。正常情况下还存在将第一臂部12联结至该基底26的关节，用于允许第一臂部12相对于基底26运动。由此基底可以提供第一转动轴线。然而，为了清楚起见，该关节已从图1中省略。机器人正常情况下包括用于允许工具被连接至机器人10的工具保持器。这样的工具典型地被连接至机器人的最外侧的臂部，即连接至最远离基底26的臂部。结果，在图1中一个这样的工具28示出为被附接至第二臂部14。

为了使第二臂部14相对于第一臂部12运动，在关节16处设置有致动器，该致动器可以被实施为马达22，例如实施为用于使第二臂围绕由关节16限定的第二转动轴线运动的伺服马达。在该致动器处进一步设置有制动器20。

在一些变化中还可能存在被连接至马达的一个或多个传感器。这样的传感器可以设置用于感测关节16的位置。

具有马达22和制动器20的关节16也被示意性地示出在图2中，该图示出这些元件的立体图。

在图1所示实施例中，制动扭矩评价装置32包括机器人控制器，该机器人控制器被连接至机器人10并且更特别地被连接至马达22。在这里应该认识到，机器人控制器可以被设置为分离的实体。因此它不必是制动扭矩评价装置32的一部分。

图3示出包括机器人控制器34的制动扭矩评价装置32的框图示意图。制动扭矩评价装置32被连接至机器人10的马达22和制动器20。在图中制动扭矩评价装置32还示出为包括扭矩评价单元36，其与机器人控制器34通信以便确定静态制动扭矩。

机器人控制器34包括第一比例控制元件40和第二比例控制元件50，其中第二比例控制元件与积分控制元件48并联连接。扭矩评价单元36将第一位置命令pr提供给第一减法元件38的第一输入，该第一位置命令可以是目标关节位置值。第一减法元件38的输出被连接至第一比例控制元件40的输入。第一比例控制元件40还具有被连接至第二减法元件44的第一输入的输出。第二减法元件44具有输出，其被连接至第二比例控制元件50的输入以及经由开关46被连接至积分控制元件48的输入，该开关46由扭矩评价单元36控制。第二比例控制元件50的输出被连接至加法元件52的第一输入，并且积分控制元件48的输出被连接至加法元件52的第二输入。加法元件52的输出最终用来控制马达22。扭矩评价单元36被连接至制动器20，用于将制动激活信号ba提供给制动器。制动器20进而将制动扭矩Tbrake提供给马达22，马达22进而将关节位置测量p提供给第一减法元件38的第二输入以及微分元件42的输入。微分元件42具有被连接至第二减法元件44的第二输入端子的输出。如可以看出的，关节位置测量p也被提供给扭矩评价单元36。

第一比例控制元件40在这里使用第一位置相关的比例控制因子Kp执行比例控制，第二比例控制元件50使用第二速度相关的比例控制因子kv执行比例控制，而积分控制元件48使用积分控制因子Ki执行积分控制，并且微分元件42使用差分分量D从马达位置估计马达速度。比例和积分控制因子可以是固定的或者可以是变化的。在这里还应该认识到，可以凭借设定Ki＝0来省略开关46。

感兴趣的是评价马达22的静态制动扭矩，即，由制动器20实施至静止不动并接着被控制成运动的关节的制动活动的制动扭矩。这样的关节的一个示例是关节16。静态制动扭矩此外应该可以在不用任何附加传感器的情况下以安全且可靠的方式评价。

现在还参照图4来描述第一实施例，该图示出了使用经由机器人控制器34控制的马达22和制动器20来评价机器人关节的静态制动扭矩的方法中的多个方法步骤。

在正常操作中，启用积分活动。当设置开关46时，这意味着其闭合。在任何情况下，积分因子Ki也具有在控制中执行积分动作的值。该值因此不同于零并且有利地是正的。由此在方法开始的时刻积分控制元件48是有效的并且与第二比例控制元件50并联连接。此外，马达22也静止不动，这意味着关节16没动。当这种状况到来时，可以开始制动扭矩测试方案。

在制动扭矩测试方案中的第一活动和第一实施例中的第一活动中的一个活动是积分的停用。根据第一实施例的方法由此凭借扭矩评价单元36确保不执行积分活动而开始。这可以凭借扭矩评价单元36控制控制器34中断或禁用积分动作或控制(步骤54)来完成。这可以凭借扭矩评价单元36控制开关46断开来完成，由此从控制上断开积分控制元件48的连接。作为致动开关的可选方案或除了致动开关之外，扭矩评价单元36可以将积分控制因子Ki设定为零。

制动扭矩测试方案中的早期活动和第一实施例中的第二活动中的另一个是马达22和制动器20的激活，因此当关节16不动时执行该活动。因而，在积分停用之后，扭矩评价单元36激活马达22的制动，步骤56，这可以凭借将制动激活信号ba发送到制动器20来完成，其中制动器20进而凭借将制动Tbrake施加在马达22上而作用信号。

扭矩评价单元36还获得至少一个制动测试位置。一个第一这样的制动测试位置是起始制动测试位置，步骤58，起始制动测试位置是在要进行制动扭矩评的时刻关节所在的位置。由于马达22将位置测量提供给机器人控制器34，所以该起始制动测试位置可以有利地从机器人控制器34获得，例如从第一减法元件38的第二输入获得。

扭矩评价单元36接着向控制器34提供第一位置命令pr，步骤60，第一位置命令可以是马达22要从起始制动测试位置运动一定量(诸如合适的弧度数)到目标关节位置值的目标关节位置的命令。第一位置命令可以被设定为对应于用于使用比例控制因子Kp和Kv来测试制动器的测试扭矩M。用于命令的控制值可以被设定为使得从测试位置的运动Δpr＝M/(Kp×Kv)。

将在制动器激活之后所产生的第一位置命令提供给第一减法元件38，在该处减去测得的位置p以便获得期望的运动Δpr。接着将期望的运动Δpr提供给第一比例控制元件40，在那里将其与第一比例控制因子Kp相乘。接着将乘积Kp×Δpr供给至第二减法元件44，从那里将其供给至第二比例控制元件50，该第二比例控制元件50使用第二比例控制因子Kv执行比例控制，以便获得控制值Kp×Kv×Δpr、即测试扭矩M，其被供给至加法元件52。由于测试扭矩M的单位是N×m并且期望的运动Δpr的单位是rad，所以控制因子Kp×Kv将一起具有单位N×m/rad。

接着将测试扭矩M从加法元件52供给至马达22，在那里制动扭矩Tbrake抵消测试扭矩。

可以看出，控制器提供作用在期望的运动Δpr上的驱动力，该驱动力由两个比例控制因子Kp和Kv设定。当积分控制被禁用时，积分控制元件48对马达20的运动没有影响。然而，积分元件48将提供重力扭矩作为恒定输出。制动器进而提供抵消力Tbrake。该抵消力导致未达到期望的运动。

此外，由于如果马达没动，则微分反馈对马达的扭矩没有贡献，并且即使马达稍微运动，它初始也没动，所以微分反馈初始不会对马达的扭矩有贡献。

取决于马达的力是比制动器的力更强还是更弱，可能存在位置改变，这可以由马达22检测到。为了知道是否存在位置改变，扭矩评价单元36在第一位置命令的施加和提供之后获得关节位置测量p，步骤62，其中关节位置测量可以凭借由马达22供给至控制器34的位置测量来获得。

当已获得测量时，确定由第一位置命令pr引起的关节位置测量的位置与起始制动测试位置之间的差异，以便获得总关节运动值Δp，步骤64。总关节运动因此基于关节位置测量和起始制动测试位置来确定。

扭矩评价单元36还使用第一位置命令和关节位置测量来确定静态制动扭矩是否满足静态制动扭矩要求。在一些情况中，也使用起始制动测试位置。

该确定可以更特别地牵涉到将总关节运动值Δp与测试阈值TTH进行比较，步骤66。

接着如果总关节运动低于阈值，则制动器通过测试扭矩M的测试，步骤72，而如果它高于阈值，则制动器未能通过测试扭矩M的测试。

测试扭矩M可以在一个示例中被设定为等于最小制动扭矩，在该情况中如果没有运动则将满足制动扭矩要求，并且如果有运动则测试是失败的。在该情况中，测试阈值可以被设定为TTH＝0。

然而，也可以不同地设定阈值。即使有一定的运动，也可以通过测试。

在后一种情况中，可以使用多于一个位置命令。在该情况中，可以将阈值设定为对应于用于最小数量测试扭矩M的最小允许位置改变，最小数量测试扭矩M由限定期望位置改变的序列关节运动值的序列提供。在该情况中，可以在步骤70之后返回到步骤60，并对于多个不同的位置命令重复在步骤60至步骤68中列出的制动扭矩测试方案。位置命令的期望运动于是是从最近已知的关节位置开始的运动。接着可以将位置命令提供为具有增加的期望运动的命令的序列。如果在已测试最小数量的测试扭矩之前测试失败了，则制动扭矩要求可以被认为是失败的，否则可以认为是满足的。

可以看出，当以上面描述的方式执行若干测试时，来自控制器的扭矩Kp×KV×(pr-p)将提供制动测试扭矩，只要制动器能够承受它。

可以做出一些可能的变型。可以利用在不同方向上的运动来测试制动扭矩。典型地，机器人关节经受重力，这可能影响制动扭矩测试结果。该影响可以凭借在两个不同方向上测试制动扭矩来考虑。

此外，在齿轮箱中可能存在摩擦。即使制动器是未激活的当积分被停用时，该摩擦可能导致马达也不能到达期望的位置。因而也可能需要考虑摩擦以用于制动扭矩的更精确的评价。

现在将参照图5来描述提供组合的摩擦和制动扭矩估计的第二实施例，该图示出了在用于评价使用经由机器人控制器34控制的马达22的机器人关节的静态制动扭矩的方法中的多个方法步骤的流程图。

在这里当该方法开始时，马达也静止不动。

提供期望的摩擦测试关节运动值的第一序列和期望的制动扭矩测试关节运动值的第二序列，步骤76。序列在这里可以包括逐渐增高的值的序列，当用于位置命令时，该序列牵涉到越来越长的运动。这里还可以提供具有设定步长大小的值，这意味着序列中的后面的值可以比先前的值高所设定的步长大小的量。摩擦测试值在该情况中可以是阐述了用于测试摩擦的期望的运动的值，并且扭矩测试位置命令可以是阐述了用于测试制动扭矩的期望的运动的命令。摩擦测试值因而可以用作用于测试摩擦的第二位置命令，并且扭矩测试值可以用作用于测试制动扭矩的第三位置命令。在这里任选地也可以提供方向命令，其指示出要在哪个方向上进行运动。在该情况中，可以关于相同方向测试摩擦和制动扭矩。此外，制动测试值可能甚至很可能高于相应的摩擦测试值。

在提供了这样的序列之后，扭矩评价单元36确保不执行积分活动。这可以凭借停用积分、步骤78，例如凭借断开开关46或通过将积分控制因子Ki设定为零来完成。

当这已经完成时，开始摩擦研究方案。在摩擦研究方案中，首先将摩擦测试计数器K设定为等于1，步骤80，跟着是扭矩评价单元获得起始摩擦测试位置，步骤82，这是在要进行摩擦评价时关节的位置。该位置可以有利地从机器人控制器34获得，例如从第一减法元件38的第二输入获得。

扭矩评价单元36接着基于来自第一序列的摩擦测试关节运动值向控制器34提供第二位置命令pfk，以便获得关节到目标摩擦测试位置的运动，步骤84。关节运动值可以是对应于摩擦测试计数器K的值的关节运动值。第二位置命令pfk可以是马达22要从起始摩擦试验位置开始运动由摩擦测试关节运动值限定的一定量(诸如合适的弧度数的)的命令。在制动器激活之前施加的第二位置命令pfk被提供给第一减法元件38，在该处减去测得的位置以获得的期望的运动Δpr。

控制器34将在该情况中提供作用在期望的运动上的驱动力，该驱动力由两个比例控制因子设定，并且导致施加在马达22上的Kp×Kv×Δpr的马达扭矩。如果摩擦力可忽略，则将达到目标位置。然而，如果尽管没有使用制动也没有达到目标位置，则存在摩擦。

为了知道是否存在位置改变，扭矩评价单元36在第二位置命令pfk的施加之后获得关节位置测量p，步骤86，其中关节位置测量p可以凭借由马达22供给至控制器34的位置测量来获得。该测量的位置于是是当前关节位置。这接着可以跟着是确定由第二位置命令相对于起始摩擦测试位置引起的运动Δpk。该运动可以被确定为当前关节位置与起始摩擦测试位置之间的差异。

接着将运动Δpk与最大摩擦运动阈值进行比较，并将计数器值与最大计数器值MaxK进行比较，该最大计数器值MaxK是对应于摩擦测试序列中的摩擦测试命令的数量的值。在计数器不是MaxK并且最大阈值没有超过的情况中，步骤88，进行进一步的测量。在该情况中，在步骤86中获得的位置(即当前关节位置)将是用于紧接着后面的测试的新的摩擦测试位置。现在将计数器K递增，步骤90，并且使用后面的第二位置命令pfk(步骤84)和作为新的当前关节位置获得的新关节位置(步骤86)来命令马达22运动到测试序列的下一目标摩擦测试位置。

然而，如果该值高于阈值(步骤88)，则使用第二位置命令pfk、至少一个比例控制因子Kv、Kp和关节位置测量来确定摩擦。在该情况中，可以基于运动Δpr和比例控制因子Kp和Kv来估计摩擦。此后，摩擦测试方案结束并且扭矩测试方案开始。

因此可以看出，在接着发生的制动器激活之前，扭矩评价单元重复向机器人控制器提供用于使关节运动到目标位置的第二位置命令、获得新的关节位置并且确定相对于起始摩擦测试位置的关节运动，直到该关节运动达到摩擦运动阈值，并且对于达到该摩擦运动阈值的位置确定摩擦。

还有，如果达到MaxK，步骤88，则摩擦测试方案结束。在该情况中，可以基于所获得的最大差异Δpk来估计摩擦。作为可选方案，摩擦可以被视为可忽略的。

此后，接着是制动扭矩测试方案，其凭借马达的制动器的激活而开始，步骤92，因此当关节不动时执行该活动。

这可以凭借扭矩评价单元36将制动激活信号ba发送到制动器20来进行，制动器20进而对马达22施加制动。

接着扭矩测试计数器M被设定为等于1，步骤94，这跟着是扭矩评价单元获得起始制动测试位置，步骤96，这是在要进行制动扭矩评价的时刻关节所在的位置。该位置可以有利地是在摩擦测试方案的执行中检测到的最后位置，并且因此可以从机器人控制器34的第一减法元件38的第二输入获得。

扭矩评价单元36接着向控制器34提供第三位置命令ptm，用于命令关节到目标制动扭矩测试位置的运动，步骤98。目标位置是对应于来自与制动扭矩测试计数器M的值相对应的第二序列的期望关节运动值的位置。第三位置命令可以是马达22要从起始制动扭矩测试位置开始运动由期望的关节运动值限定的一定量(诸如合适的弧度数)的命令。在制动器激活之后提供的第三位置命令在这里可以考虑用作第二位置命令的先前的摩擦测试联合运动值。用于第三位置命令的制动扭矩测试关节运动值可以例如高于摩擦测试关节运动值。作为可选方案，第三位置命令被提供为制动扭矩测试关节运动值和摩擦测试关节运动值的总和。以这种方式添加的值也可以在两个序列中是相同的顺序。

控制器还将在这里提供马达扭矩，该扭矩由施加的制动扭矩抵消。

扭矩评价单元36接着在第三位置命令的施加之后获得关节位置测量p，步骤100，其中关节位置测量可以凭借由马达22供给至控制器34的位置测量来获得。这跟着是总关节运动值的确定，其中总关节运动值基于关节位置测量和起始制动测试位置来确定。

扭矩评价单元36接着使用第三位置命令ptm、关节位置测量和起始制动测试位置来确定制动器的静态制动扭矩是否满足静态制动扭矩需求。这在这里也可以牵涉到将总关节运动值Δp与测试阈值进行比较，并且基于未超过测试阈值而确定满足制动扭矩要求。因此测试阈值可以被设定为相对于起始制动测试位置的最大允许位置改变。阈值还可以被设定为考虑先前估计的摩擦。

如果接着没有超过阈值，步骤102，则要进行进一步的制动扭矩测试。因而在步骤100中获得的位置是新的制动扭矩测试位置，即要进行后面的扭矩测试的位置。计数器M也与最大计数器值MaxM进行比较，该最大计数器值MaxM是对应于在第二序列中提供的制动扭矩测试第三位置命令的数量的值。在计数器值不是MaxM的情况中，步骤104，接着将计数器M递增，步骤106。此后，命令马达22运动到测试序列的后面的目标位置(步骤98)和所获得的新位置(步骤100)。

然而，如果计数器值等于最大计数器值，步骤104，则认为制动器满足制动扭矩要求并保存各种测试结果，步骤110。

如果在步骤102中，超过了运动阈值，则将计数器值与最小计数器值进行比较，该最小计数器值是阐述最小数量的制动扭矩测试的值。该值可以对应于在运动阈值的设定时使用的序列中的制动扭矩测试值。在计数器值对应于在第二序列中的制动扭矩测试值或后一制动扭矩测试值的顺序中的位置或数字的情况下，步骤108，那么制动器也被认为满足制动扭矩要求，并且测试结果被保存，步骤110。在计数器值低于最小计数器值的情况下，步骤108，那么制动器被认为不满足制动扭矩要求，并且结果被保存，步骤112。因此可以看出，确定静态制动扭矩以满足要求。同样可以看出，对于总关节运动值超过测试阈值，静态制动扭矩被认为失效。

因此可以看出，如果对于牵涉到期望位置改变低于最小位置改变的第三位置命令(即在与使用的关节运动值在序列的顺序中具有低于最小数字阈值的数字相同的时刻)总关节运动值超过运动阈值，则静态制动扭矩要求被认为是失败的。此外，可以看出，运动阈值的比较顺次地进行，并且对于针对在序列中对应于等于或高于最小数字阈值的关节运动值的测试目标位置而言超过运动阈值的总关节运动值，即对于在与使用的关节运动值在序列的顺序中具有等于或高于最小数字阈值的数字同时超过测试阈值的总关节运动值，确定静态制动扭矩满足对制动扭矩的要求。

在两种情况中，当发现制动器满足或不满足要求时，制动扭矩测试方案完成，制动器停用，步骤114，并且积分活动恢复，步骤116。

接着可以使关节运动到开始位置并且研究是否存在任何更多的测试，在该情况中可以获得新的序列并进行进一步的测试。在完成测试之后，接着可以评价结果。

本发明具有多个优点。如可以看出的，不必使用外部传感器来测量扭矩。可以使用存在于机器人控制器中的正常控制因子、测量和命令来确定。这简化了实施，因为可以将本发明提供为在作为现有装置的机器人控制器中的附加功能。还容易改造现有的机器人控制器，用于实施本发明。此外，制动器是否满足制动扭矩要求的确定可以仅使用已知增益和测得的位置来确定。无需使用内部扭矩或当前参考或当前测量。不需要存储额外的信息，因为控制器的积分元件保持所需的参考扭矩信息。

此外，动态制动扭矩的确定是安全和可靠的。

制动扭矩评价装置32的不同单元和由此还有扭矩评价单元36可以以包括用于执行这些单元的功能的计算机程序代码的一个或多个处理器连同计算机程序存储器的形式来提供。作为可选方案，它们可以以一个或多个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)的形式来提供。该计算机程序代码还可以被提供在一个或多个数据载体上，当其上的程序代码被加载到形成制动扭矩评价装置的计算机中时，该数据载体执行制动扭矩评价装置、尤其是扭矩评价单元的功能。呈CD-ROM盘形式的具有计算机程序代码120的一个这样的数据载体118被示意性地示出在图6中。作为可选方案，这样的计算机程序可以被提供在服务器上并从其下载到形成制动扭矩评价装置的计算机中。

虽然已结合目前被认为是最实用和优选的实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，旨在覆盖各种修改和等效布置。因而本发明仅由所附权利要求限制。

Claims (17)

1.一种使用经由机器人控制器(34)控制的马达(22)来评价用于机器人关节(16)的制动器(20)的静态制动扭矩的方法，所述机器人控制器包括执行积分控制的积分控制元件(48)和至少一个比例控制元件(40；50)，所述方法包括如下步骤：

禁用(54；78)所述机器人控制器的任何积分活动；

执行摩擦测试方案，包括：

-获得(82)所述关节的至少一个摩擦测试位置；

-向所述机器人控制器提供(84)用于使所述关节运动到目标位置的位置命令(pfk)；

-在所述位置命令的施加之后获得(86)关节位置测量；和

-使用所述位置命令(pfk)、至少一个比例控制因子(Kv，Kp)和所述关节位置测量来确定所述马达的摩擦；

在所述摩擦测试方案之后，执行静态制动扭矩测试方案，包括：

-当所述关节(16)不动时，激活(56；92)所述马达(22)的所述制动器(20)；

-获得(58；96)所述关节的至少一个制动测试位置；

-在制动激活之后向所述机器人控制器提供(60；98)用于命令所述关节运动到目标位置的位置命令(pr；ptm)；

-在提供所述位置命令之后，获得(62；100)关节位置测量(p)；和

-使用所述位置命令(pr；ptm)和所述关节位置测量来确定(70，72；110，112)所述制动器的静态制动扭矩(Tbrake)是满足还是未能满足静态制动扭矩要求。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个比例控制元件(40，50)使用至少一个比例控制因子(Kv，Kp)执行比例控制，并且所述位置命令被设定为对应于使用所述至少一个比例控制因子的测试扭矩。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中第一制动测试位置是起始制动测试位置，并且确定所述制动器是满足还是未能通过所述静态制动扭矩要求也基于所述起始制动测试位置。

4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括确定(64)所述关节位置测量的位置与所述起始制动测量位置之间的差异以用于获得总关节运动值(Δp)，其中确定是否满足所述静态制动扭矩要求包括将所述总关节运动值(Δp)与测试阈值进行比较(66；102)，并且基于所述总关节运动值超过所述测试阈值，确定(70；110)所述静态制动扭矩未能通过所述静态制动扭矩要求。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述位置命令(ptm)是对应于在牵涉到逐渐变长的运动的扭矩测试关节运动值的序列中的期望的关节运动值的位置命令，其中对于所述扭矩测试关节运动值的序列顺次地进行所述测试阈值的比较，并且对于在与所使用的关节运动值在所述序列中具有等于或高于最小数字阈值的数字的同时超过所述测试阈值的总关节运动值，确定静态制动扭矩满足所述要求。

6.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述测试扭矩是测试扭矩阈值并且如果没有关节运动，则所述制动器满足所述静态制动扭矩要求。

7.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中第一摩擦测试位置是起始摩擦测试位置，并且所述位置命令(pfk)是对应于在牵涉到逐渐变长的关节运动的扭矩测试关节运动值的序列中的关节运动值的位置命令，并且进一步包括在制动激活之前，向所述机器人控制器重复地提供(50)用于使所述关节运动到目标位置的位置命令(pfk)并且获得当前关节位置，直到当前关节位置与所述起始摩擦测试位置之间的差异达到摩擦运动阈值，其中对于达到所述摩擦运动阈值的所述当前关节位置确定所述摩擦。

8.一种制动扭矩评价装置(32)，用于使用经由机器人控制器(34)控制的马达(22)来评价用于机器人关节的制动器(20)的静态制动扭矩，所述机器人控制器包括执行积分控制的积分控制元件(48)和执行比例控制的至少一个比例控制元件(40；50)，

所述制动扭矩评价装置(32)包括扭矩评价单元(36)，其被配置成：

禁用所述机器人控制器的任何积分活动；

执行摩擦测试方案，其中所述摩擦测试方案被配置成：

-获得所述关节的至少一个摩擦测试位置；

-向所述机器人控制器提供用于使所述关节运动到目标位置的位置命令(pfk)；

-在所述位置命令的施加之后获得关节位置测量；和

-使用所述位置命令(pfk)、至少一个比例控制因子(Kv，Kp)和所述关节位置测量来确定所述马达的摩擦；

在所述摩擦测试方案之后，执行静态制动扭矩测试方案，其中所述静态制动扭矩测试方案被配置成：

-当所述关节不动时，激活所述马达(22)的所述制动器(20)；

-获得所述关节的至少一个制动测试位置；

-在制动激活之后，向所述机器人控制器提供用于命令所述关节运动到目标位置的位置命令(pr；ptm)；

-在提供所述位置命令之后，获得关节位置测量(p)；和

-使用所述位置命令(pr；ptm)和所述关节位置测量来确定所述制动器的静态制动扭矩(Tbrake)是满足还是未能满足静态制动扭矩要求。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述至少一个比例控制元件(40，50)被配置成使用至少一个比例控制因子(Kv，Kp)来执行比例控制，并且所述位置命令被设定为对应于使用所述至少一个比例控制因子的测试扭矩。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其中第一制动测试位置是起始制动测试位置，并且当被配置成确定所述制动器是满足还是未能满足所述静态制动扭矩要求时，所述扭矩评价单元(36)被配置成所述确定也基于所述起始制动测试位置。

11.根据权利要求10所述的装置，其中当被配置成确定所述制动器是满足还是未能满足所述静态制动扭矩要求时，所述扭矩评价单元(36)被进一步配置成：确定所述关节位置测量的位置与所述起始制动测试位置之间的差异以用于获得总关节运动值(Δp)；将所述总关节运动值与测试阈值进行比较并且基于所述总关节运动值超过所述测试阈值确定所述静态制动扭矩未能满足静态制动扭矩要求。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述位置命令(ptm)是对应于牵涉到逐渐变长的运动的扭矩测试关节运动值的序列中的期望的关节运动值的位置命令，并且所述扭矩评价单元(36)被配置成根据所述扭矩测试关节运动值的序列顺次地将所确定的关节运动与所述测试阈值进行比较，并且对于在与所使用的关节运动值在所述序列中具有等于或高于最小数字阈值的数字的同时超过所述测试阈值总关节运动值，确定静态制动扭矩满足所述要求。

13.根据权利要求9或10所述的装置，其中所述测试扭矩是测试扭矩阈值，并且如果没有关节运动，则所述制动器满足所述静态制动扭矩要求。

14.根据权利要求8至13中的任一项所述的装置，其中第一摩擦测试位置是起始摩擦测试位置，所述位置命令(pfk)是对应于在牵涉到逐渐变长的关节运动的扭矩测试关节运动值的序列中的关节运动值的位置命令，并且所述扭矩评价单元(36)被配置成在制动激活之前向所述机器人控制器重复地提供用于使所述关节运动到目标位置的位置命令(pfk)并且获得当前关节位置，直到当前关节位置与所述起始摩擦测试位置之间的差异达到摩擦运动阈值，其中对于达到所述摩擦运动阈值的所述当前关节位置确定所述摩擦。

15.根据权利要求8至14中的任一项所述的装置，进一步包括所述机器人控制器(34)。

16.一种机器人设备，包括具有根据权利要求8所述的制动扭矩评价装置(32)的工业机器人(10)。

17.一种计算机程序产品，用于使用经由机器人控制器(34)控制的马达(22)来评价用于机器人关节(16)的制动器的静态制动扭矩，所述机器人控制器包括执行积分控制的积分控制元件(48)和至少一个比例控制元件(40；50)，所述计算机程序产品包括具有计算机程序代码(120)的数据载体(118)，所述计算机程序代码(120)当在用于评价静态制动扭矩的制动扭矩评价装置(32)的扭矩评价单元(36)中运行时，引起所述扭矩评价单元：

禁用所述机器人控制器的任何积分活动；

执行摩擦测试方案，其中所述摩擦测试方案被配置成：

-获得所述关节的至少一个摩擦测试位置；

-向所述机器人控制器提供用于使所述关节运动到目标位置的位置命令(pfk)；

-在所述位置命令的施加之后获得关节位置测量；和

-使用所述位置命令(pfk)、至少一个比例控制因子(Kv，Kp)和所述关节位置测量来确定所述马达的摩擦；

在所述摩擦测试方案之后，执行静态制动扭矩测试方案，其中所述静态制动扭矩测试方案被配置成：

-当所述关节(16)不动时，激活所述马达(22)的所述制动器(20)；

-获得所述关节的至少一个制动测试位置；

-在制动激活之后向所述机器人控制器提供用于命令所述关节到目标位置的运动的位置命令(pr；ptm)；

-在提供所述位置命令之后获得关节位置测量(p)；和

-使用所述位置命令(pr；ptm)和所述关节位置测量来确定所述制动器的静态制动扭矩(Tbrake)是满足还是未能满足静态制动扭矩要求。