CN109241600B - 实效转矩的确定方法及装置、机器人、家电设备 - Google Patents

实效转矩的确定方法及装置、机器人、家电设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实效转矩的确定方法及装置、机器人、家电设备。其中，该方法包括：获取电机的转矩曲线；将转矩曲线进行离散变化，得到离散形式的转矩曲线；计算离散形式的转矩曲线的线下面积，得到电机的实效转矩。本发明解决了现有技术中实效转矩公式中需要使用常量，而实际电机的转矩为变量，导致不能直接使用实效转矩公式计算实效转矩的技术问题。

Description

实效转矩的确定方法及装置、机器人、家电设备
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体而言，涉及一种实效转矩的确定方法及装置、机器人、家电设备。
背景技术
图1和图2为某品牌电机选型手册提供的其中关于实效转矩(Trms)的计算方法：
实效转矩(Trms)的计算公式为：
Figure BDA0001778917620000011
参考三洋电机选型手册提供的其中关于实效转矩(Trms)的判断标准：实效转矩负载率Trms≤Tp×80％(实效转矩小于等于额定转矩的80％)。显然，上述公式只适用于图1和图2所示的加速转矩、匀速转矩、减速转矩都为常量的情形，然而在生产过程中，工业机器人，特别是六轴垂直的工业机器人，绝大对数工况，一个节拍内的加速转矩Ta、匀速转速Tr、减速转矩Tb都不是一个常量，而是一个变量，因此无法直接使用上述实效转矩的公式计算电机的实效转矩。
电机的实效转矩对于电机选型是一个至关重要的参数，在实际生产过程中经常发现机器人满负载运行一段时间就有电机过流报警的例子。经校核计算，原因是电机的选型裕量不足，也就是实效转矩大于电机的额定转矩的80％。经调查，前期特别是旧款机器人在电机选型的过程中只考虑最大转矩，而没有考虑计算实效转矩，按照电机选型手册也无法准确计算工况的实效转矩。
因此亟需研究工业机器人伺服电机的通用选型方法，特别是开发常用工况的实效转矩的计算方法。
针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种实效转矩的确定方法及装置、机器人、家电设备，以至少解决现有技术中实效转矩公式中需要使用常量，而实际电机的转矩为变量，导致不能直接使用实效转矩公式计算实效转矩的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种实效转矩的确定方法，包括：获取电机的转矩曲线；将转矩曲线进行离散变化，得到离散形式的转矩曲线；计算离散形式的转矩曲线的线下面积，得到电机的实效转矩。
可选地，获取电机的转矩曲线，包括：获取电机的转矩；根据运行时间与转矩的对应关系，确定电机的转矩曲线。
可选地，确定转矩曲线之后，包括：确定电机的采样时间点；获取采样时间点的电机的转矩，采样时间点为将时间等分后的时间点；根据转矩曲线中时间与转矩的对应关系，确定采样时间点的电机的转矩；根据采样时间点和电机的转矩，确定电机的实效转矩。
可选地，得到电机的实效转矩之后，包括：根据电机的实效转矩与机器人所需电机转矩，确定机器人使用的电机的类型。
可选地，实效转矩通过以下计算方式确定：
Figure BDA0001778917620000021
其中，Trms表示实效转矩，Ti表示电机采样时间点的转矩，nk表示采样时间点的个数。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种实效转矩的确定装置，包括：获取单元，用于获取电机的转矩曲线；离散单元，用于将转矩曲线进行离散变化，得到离散形式的转矩曲线；计算单元，用于计算离散形式的转矩曲线的线下面积，得到电机的实效转矩。
可选地，获取单元，包括：第一获取模块，用于获取电机的转矩；第一确定模块，用于根据运行时间与转矩的对应关系，确定电机的转矩曲线。
可选地，获取单元，包括：第二确定模块，用于确定电机的采样时间点；第二获取模块，用于获取采样时间点的电机的转矩，采样时间点为将时间等分后的时间点；第三确定模块，用于根据转矩曲线中时间与转矩的对应关系，确定采样时间点的电机的转矩；第四确定模块，用于根据采样时间点和电机的转矩，确定电机的实效转矩。
可选地，装置，包括：确定单元，用于根据电机的实效转矩与机器人所需电机转矩，确定机器人使用的电机的类型。
可选地，实效转矩通过以下计算方式确定：
Figure BDA0001778917620000022
其中，Trms表示实效转矩，Ti表示电机采样时间点的转矩，nk表示采样时间点的个数。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种机器人，包括：电机；实效转矩确定设备，设备包括上述的实效转矩的确定装置。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种家电设备，包括：电机；实效转矩确定设备，设备包括上述的实效转矩的确定装置。
在本发明实施例中，采用将转矩曲线变换成离散形式，以求面积的方式近似代替积分，计算其节拍内的实效转矩的方式，通过获取电机的转矩曲线；将转矩曲线进行离散变化，得到离散形式的转矩曲线；计算离散形式的转矩曲线的线下面积，得到电机的实效转矩，达到了准确计算电机实效转矩的目的，从而实现了合理选择使用电机的类型，减少电流过流等故障的技术效果，进而解决了现有技术中实效转矩公式中需要使用常量，而实际电机的转矩为变量，导致不能直接使用实效转矩公式计算实效转矩的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据现有技术的一种电机的速度曲线的示意图；
图2是根据现有技术的一种电机的转矩曲线的示意图；
图3是根据本发明实施例的一种实效转矩的确定方法的流程图；
图4是根据本发明实施例的一种可选的转矩曲线的示意图；
图5是根据本发明实施例的一种实效转矩的确定装置的结构图；
图6是根据本发明实施例的一种可选地实效转矩的确定装置的结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
相关技术中，实效转矩的计算公式只适用于加速转矩、匀速转矩、减速转矩都为常量的情形，然而在生产过程中，工业机器人特别是六轴垂直的工业机器人，其绝大对数工况，在一个节拍内的加速转矩Ta、匀速转速Tr、减速转矩Tb都不是一个常量，而是一个变量，因此无法直接使用上述实效转矩的公式计算实效转矩。
为解决上述问题，本申请实施例提供了相应的解决方案，以下详细说明。
根据本发明实施例，提供了一种实效转矩的确定的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图3是根据本发明实施例的一种实效转矩的确定方法的流程图，如图3所示，该方法包括如下步骤：
步骤S102，获取电机的转矩曲线；
本申请一种可选实施例中，转矩曲线为在一个工况节拍内，电机转矩与时间对应关系的曲线。可以通过以下方式获取转矩曲线：获取电机的转矩，根据运行时间与转矩的对应关系，确定电机的转矩曲线。其中，可以通过采集电机运行数据，例如，采集电机的电流、电压、转速、磁通量等，对运行数据进行计算得到电机的转矩。具体地，将电机的运行数据输入数据处理装置进行处理，得到电机的转矩曲线，其中，转矩曲线的横坐标为时间，纵坐标为转矩。由于采集装置以及电机运行存在误差导致采集的部分运行数据出现错误，或者运行数据存在误差，数据处理装置可以对错误数据进行修改，从而对转矩曲线进行修正。通过电机的转矩曲线，可以获取电机在一个工况节拍内不同时间段内电机不同的运行状态，该运行状态包括：加速运动、匀速运动、减速运动，对应的电机的转矩分别为加速转矩、匀速转矩、减速转矩。
步骤S104，将转矩曲线进行离散变化，得到离散形式的转矩曲线；
步骤S106，计算离散形式的转矩曲线的线下面积，得到电机的实效转矩。
本申请实施例可以根据电机的实效转矩与机器人所需电机转矩，确定机器人使用的电机的类型。根据机器人所需电机转矩大小选择与机器人所需电机转矩匹配的电机。
在本申请实施例中，确定转矩曲线之后，确定电机的采样时间点，根据转矩曲线，获取采样时间点的电机的转矩，采样时间点为将时间等分后的时间点，根据转矩曲线中时间与转矩的对应关系，确定采样时间点的电机的转矩，根据采样时间点和电机的转矩，确定电机的实效转矩。具体地，实效转矩通过以下计算方式确定：
Figure BDA0001778917620000051
其中，Trms表示实效转矩，Ti表示电机采样时间点的转矩，nk表示采样时间点的个数。
在本申请实施例中对根据转矩曲线得到电机实效转矩进行说明，图4是根据本发明实施例的一种可选的转矩曲线的示意图，图4中的虚线为机器人电机转矩曲线，实线为机器人电机角速度曲线。公式(1)，即实效转矩的计算方法为：
Figure BDA0001778917620000052
Figure BDA0001778917620000053
将转矩曲线以时间t为变量等分为nk个采样时间点，则时间步长为Δt，其对应采样时间点的转矩为Ti(i＝1、2、3、…、k)。转矩曲线中存在加速段转矩曲线、匀速段转矩曲线、减速段转矩曲线，其中将加速段转矩曲线等分为na个采样时间点，匀速段转矩曲线等分为nL个采样时间点，减速段转矩曲线等分为nb个采样时间点，并且有nk＝na+nL+nb。根据上述变换将公式(1)转换，得到公式(2)：/>
Figure BDA0001778917620000054
将公式(2)中分子分母同时约去Δt，得到公式(3)：/>
Figure BDA0001778917620000055
通过上述步骤，能够快速方便计算工业机器人任何工况下的实效转矩，为工业机器人合理科学选择伺服电机提供可靠数据。
根据本发明实施例，提供了一种实效转矩的确定的装置实施例，图5是根据本发明实施例的一种实效转矩的确定装置的结构图，如图5所示，该方法包括如下步骤：
获取单元50，用于获取电机的转矩曲线；
离散单元52，用于将转矩曲线进行离散变化，得到离散形式的转矩曲线；
计算单元54，用于计算离散形式的转矩曲线的线下面积，得到电机的实效转矩。
在本申请实施例中，图6是根据本发明实施例的一种可选地实效转矩的确定装置的结构图，如图6所示，获取单元50，包括：第一获取模块500，用于获取电机的转矩；第一确定模块501，用于根据运行时间与转矩的对应关系，确定电机的转矩曲线。
获取单元50还包括：第二确定模块502，用于确定电机的采样时间点；第二获取模块503，用于获取采样时间点的电机的转矩，采样时间点为将时间等分后的时间点；第三确定模块504，用于根据转矩曲线中时间与转矩的对应关系，确定采样时间点的电机的转矩；第四确定模块505，用于根据采样时间点和电机的转矩，确定电机的实效转矩。
本申请一种可选实施例中，实效转矩的确定装置，包括：
确定单元56，用于根据电机的实效转矩与机器人所需电机转矩，确定机器人使用的电机的类型。
可选地，实效转矩通过以下计算方式确定：
Figure BDA0001778917620000061
其中，Trms表示实效转矩，Ti表示电机采样时间点的转矩，nk表示采样时间点的个数。
根据本发明实施例，提供了一种机器人，包括：电机；实效转矩确定设备，设备包括上述的实效转矩的确定装置。
根据本发明实施例，提供了一种家电设备，包括：电机；实效转矩确定设备，设备包括上述的实效转矩的确定装置。
根据本发明实施例，提供了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述的实效转矩的确定方法。
根据本发明实施例，提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述的实效转矩的确定方法。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种实效转矩的确定方法，其特征在于，包括：
获取电机的转矩曲线；
将所述转矩曲线进行离散变化，得到离散形式的转矩曲线；
计算所述离散形式的转矩曲线的线下面积，得到电机的实效转矩；
获取所述电机的转矩曲线，包括：
获取所述电机的转矩；
根据运行时间与转矩的对应关系，确定所述电机的转矩曲线；
确定所述转矩曲线之后，包括：
确定电机的采样时间点；
获取所述采样时间点的电机的转矩，所述采样时间点为将时间等分后的时间点；
根据所述转矩曲线中时间与所述转矩的对应关系，确定采样时间点的电机的转矩；
根据所述采样时间点和所述电机的转矩，确定所述电机的所述实效转矩；
所述实效转矩通过以下计算方式确定：
Figure FDA0003969867690000011
，
其中，Trms表示实效转矩，Ti表示所述电机采样时间点的转矩，nk表示采样时间点的个数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，得到电机的实效转矩之后，包括：
根据所述电机的所述实效转矩与机器人所需电机转矩，确定机器人使用的电机的类型。
3.一种实效转矩的确定装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取电机的转矩曲线；
离散单元，用于将所述转矩曲线进行离散变化，得到离散形式的转矩曲线；
计算单元，用于计算所述离散形式的转矩曲线的线下面积，得到电机的实效转矩；
所述获取单元，包括：
第一获取模块，用于获取所述电机的转矩；
第一确定模块，用于根据运行时间与转矩的对应关系，确定所述电机的转矩曲线；
所述获取单元，包括：
第二确定模块，用于确定电机的采样时间点；
第二获取模块，用于获取所述采样时间点的电机的转矩，所述采样时间点为将时间等分后的时间点；
第三确定模块，用于根据所述转矩曲线中时间与所述转矩的对应关系，确定采样时间点的电机的转矩；
第四确定模块，用于根据所述采样时间点和所述电机的转矩，确定所述电机的所述实效转矩；
所述实效转矩通过以下计算方式确定：
Figure FDA0003969867690000021
，
其中，Trms表示实效转矩，Ti表示所述电机采样时间点的转矩，nk表示采样时间点的个数。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置，包括：
确定单元，用于根据所述电机的所述实效转矩与机器人所需电机转矩，确定机器人使用的电机的类型。
5.一种机器人，其特征在于，包括：
电机；
实效转矩确定设备，所述设备包括权利要求3或4所述的实效转矩的确定装置。
6.一种家电设备，其特征在于，包括：
电机；
实效转矩确定设备，所述设备包括权利要求3或4所述的实效转矩的确定装置。
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