CN111656037A - 摩擦制动设备的恢复的方法、工业设备和控制系统 - Google Patents

Abstract

工业设备(10、20)的摩擦制动设备(38)的恢复的方法，该方法包括执行恢复操作，该恢复操作包括在接合制动设备(38)时，工业设备(10、20)的第二部件(42)相对于工业设备(10、20)的第一部件(44)的至少一次移动，以将制动能量施加到该次移动；在恢复操作期间，监测与制动设备(38)的制动能量相关的实际值；并且当实际值到达至少一个目标值时停止恢复操作。还提供了一种工业设备(10、20)。

Description

摩擦制动设备的恢复的方法、工业设备和控制系统

技术领域

本公开通常涉及工业设备的摩擦制动设备。具体地说，提供了一种工业设备的摩擦制动设备的恢复的方法，和一种包括制动设备的工业设备。

背景技术

各种类型的工业设备包括制动设备。除了例如工件定位器、传送带和电机单元以外，包括制动设备的普通的工业设备是工业机器人。工业机器人可以包括多个连接件或轴，诸如六或七个连接件。在每个连接件处，一个部件能够相对于另一个部件移动。连接件的移动通常由电机提供。通过调节电机的速度来加速或减速连接件的运动。在正常操作期间，仅可以通过电机减速连接件。然而每个连接件通常配备有制动设备以实现较大的制动转矩，例如在紧急制动的情况下。制动设备还可以例如在功率损耗的情况下、伺服长时间静止期间而脱离的情况下、或处于自动操作模式的情况下用于支持连接件上的静态负载，。制动设备可以布置在电机内部或其他位置。

制动设备经常承受少量的磨损，因为连接件通常仅由电机停止。当连接件移动变为静止时，制动设备接合。制动设备的性能可能受制动设备表面(例如制动盘和/或电枢板的表面)上的灰尘和氧化的负面影响。此外，制动设备的性能可能受其他降低摩擦的因素(诸如使用寿命)的负面影响。一种恢复制动功能的解决方案是更换制动设备。这是一种昂贵且耗时的障碍。

US 9537431 B2公开了一种制动设备，该制动设备被配置为用制动器判断电机的制动。该制动判断设备包括制动控制部件、判断部件和信号输出部件。制动控制部件被配置为启动或释放制动器。判断部件被配置为当制动控制部件启动制动器时，判断制动器是否异常。信号输出部件被配置为在判断部件判断致动器异常的情况下，在制动控制部件释放制动器后，输出与制动器异常相关的信号。

发明内容

本公开的一个目标是提供一种用于改进或保护工业设备的一个或多个摩擦制动设备的功能的简单且可靠的方法。

本公开的另一个目标是提供一种对工业设备的一个或多个摩擦制动设备的受控制的恢复。

本公开的另一个目标是避免替换工业设备的一个或多个摩擦制动设备的需要。

本公开的另一个目标是提供一种解决一个、一些或所有上述目标的工业设备。

根据一个方面，提供了一种用于工业设备的摩擦制动设备的恢复的方法，该方法包括执行恢复操作，该恢复操作包括在接合制动设备时，工业设备的第二部件相对于工业设备的第一部件的至少一次移动，以将制动能量施加到该次移动；在恢复操作期间，监测与制动设备的制动能量相关的实际值，该实际值与移动的速度无关；并且当实际值到达至少一个目标值时停止恢复操作。明确公开该实际值与移动速度无关，以排除防抱死制动系统(ABS)。此外，在该方法中，与ABS系统相比，该制动设备在移动期间可以连续接合。此外，ABS系统本身被明确排除在所附权利要求的范围之外，但是不排除权利要求涵盖涉及具有ABS的制动设备和/或包括具有ABS的制动设备的工业设备的方法。

因此，该方法构成了以受控的方式磨损制动设备的方式。该方法提供了工业设备的故障或功能较少的制动设备的恢复。贯穿本公开，恢复操作可以称为制动操作。

与制动能量相关的实际值一到达至少一个目标值，恢复操作就停止。因此，可以确保施加适当数量的制动能量。太低的制动能量可能导致制动设备恢复不足。太高的制动能量可能导致制动设备不必要的磨损和损坏。可以控制恢复操作期间所施加的制动能量。贯穿本公开，与制动能量相关的目标值备选地可以称为能量参数。

该方法可以广泛应用于工业设备。根据本公开的工业设备的非限制性示例包括工件定位器、传送带、电机单元和工业机器人。这些工业设备还构成了工业执行器。因此，根据本公开的工业设备可以由工业执行器构成。

根据本公开的方法例如可以由工件定位器、传送带、电机单元和/或工业机器人的摩擦制动设备的恢复的方法构成。工业机器人构成了工业设备和工业执行器本身。工业机器人的每个连接件也构成了工业设备和工业执行器。该方法可以在工业设备上施加负载或不施加负载的情况下执行。

第一部件和第二部件可以构成工业设备的连接件或轴的两个能够相对移动的部件，例如工业机器人的连接件的近端链接部件和远端链接部件(反之亦然)。工业设备可以包括一个或多个连接件，例如由工业机器人构成时的六或七个连接件。第二部件相对于第一部件的移动可以是旋转运动或平动运动。

恢复操作可以包括在接合制动设备时，在第二部件相对于第一部件的第一方向上的至少一次第一移动；以及在第二部件相对于第一部件的与第一方向相反的第二方向上的至少一次第二移动。该方法还包括教导工业设备第二部件相对于第一部件的第一位置和第一部件相对于第二部件的第二位置。在这种情况下，第一移动可以由第一位置到第二位置的移动构成，并且第二移动可以由第二位置返回到第一位置的返回移动构成。

第一移动可以通过重力辅助，并且在脱离制动设备时，第二移动可以被重力阻碍。因此，在接合制动设备时，第一移动可以由参考重力方向的向下移动构成，并且第二移动可以由参考重力方向的向上移动构成。以这种方式，重力可以用于促进对制动设备的制动能量的增加和/或使制动装置能够有力地磨削。通过重力辅助的移动例如可以由能够围绕水平轴旋转的连接件实现。

在第二移动期间可以接合制动设备。可能是这种情况，工业机器人其他工业设备的一些连接件的第二部件不能向下移动，或者只能轻微地向下移动。换言之，一些第二部件的移动不(或很少)通过重力辅助。例如，在许多工业机器人中，第一连接件包括能够围绕相对于固定的基本部件的垂直轴线旋转的第一链接部件。在这些情况下，恢复操作可以包括使用在第一方向和第二方向上接合的制动设备移动第二部件。根据本公开的启动操作可以在使用第一方向和第二方向上接合的制动设备对第二部件的每次移动之前执行。

恢复操作可以包括第一移动和第二移动的多个序列。因此，第二部件可以反复移动，例如在第一方向和第二方向上交替移动，直到实际值到达目标值。

实际值和至少一个目标值可以由温度、制动转矩、制动力、制动能量、制动功率、制动时间、第二部件相对于第一部件的角距离、第二部件的平移距离或它们的组合构成。这些实际值例如可以从用于测量制动设备的制动转矩的函数、第一部件和第二部件的位置，移动和/或加速度、一个或多个温度传感器等获得或推导出。这些目标值中的每一个目标值都可以满足移动的不同速度(或变化的速度)。因此，这些目标值与移动的速度无关。

实际值中的每个实际值和至少一个目标值可以包括能量值和功率值。在这种情况下，能量值和功率值两者可以用于控制制动设备的温度和磨损。当在较短时间内生成较多的制动能量时，较高的功率目标值将给出较高的温度。

该方法还包括设置至少一个目标值。可以设置至少一个目标值使得恢复操作产生足够的磨损和/或温度。如果制动设备被粒子污染，那么可以设置目标温度使得促进不需要的粒子的碳化、蒸发、吸收等。根据一个示例，恢复操作的目标温度可以设置为150℃或更高。氧化层和老化层通常容易移除。在这些情况下，较低的目标温度可以用于恢复操作。通过设置至少一个目标值，该方法可以根据不同的恢复过程进行优化，即该方法灵活地用于不同的恢复场景。

该方法还可以包括估计制动设备的状态，并且至少一个目标值的设置可以基于该估计。该估计可以基于制动设备和/或工业设备的历史操作数据来进行。因此该方法还可以包括追踪工业设备的每个制动设备施加的总制动能量的功能，即工业设备正常操作期间。以这种方式，可以监督制动设备的磨损。总制动能量可以由制动设备成功翻新或恢复后所使用的总能量构成。当基于总制动能量确定制动设备需要恢复时，可以再次执行该方法。可以发出执行该方法的提醒。从而，可以确保制动设备频繁接合或频繁更广泛地接合。

该方法还可以包括确定工业设备的环境中的自由移动空间；并在自由移动空间中执行恢复操作。以这种方式，可以避免工业设备的环境中障碍物的干扰。

该方法还可以包括在停止恢复操作后确定制动设备的状态是否满足预期的状态；并且如果所确定的制动设备的状态不满足预期的状态，那么再次执行恢复操作。该方法还包括如果所确定的制动设备的状态不满足预期的状态，那么再次设置与制动设备的制动能量相关的至少一个目标值。例如服务工程师可以用测试程序(例如目前在一些ABB机器人中可用的“循环制动检查”(CBC))进行该确定。如果制动设备的功能可以接受，那么工业设备可以恢复其正常操作。否则，启动另一轮恢复。

该方法还可以包括在恢复操作前执行启动操作，该启动操作包括在脱离制动设备时第二部件相对于第一部件的启动移动，使得在第二部件移动时启动恢复操作。因此恢复操作可以在制动设备移动时开始。因此启动操作提供了恢复操作开始的延迟，并且可以避免由于连接件固定时制动设备的接合而导致的连接件的“高于允许的转矩”。以这种方式，可以促进恢复操作的启动。

根据另一个方面，提供了一种工业设备，该工业设备包括第一部件；能够相对于第一部件移动的第二部件；以及制动设备，被配置为将制动能量施加到第二部件相对于第一部件的移动；其中该工业设备被配置为：执行恢复操作，该恢复操作包括在接合制动设备时，第二部件相对于第一部件的至少一次移动，以将制动能量施加到该次移动；恢复操作期间，监测与制动设备的制动能量相关的实际值，该实际值与移动的速度无关；以及当实际值到达至少一个目标值时停止恢复操作。该工业设备可以进一步被配置为执行根据本公开的任何方法。根据该方面的工业设备例如可以由工件定位器、传送带、电机单元和/或工业机器人构成。

根据另一个方面，提供了一种用于工业设备的控制系统，该工业设备包括第一部件、能够相对于第一部件移动的第二部件、以及制动设备，被配置为将制动能量施加到第二部件相对于第一部件的移动，该控制系统包括数据处理设备和存储有计算机程序的存储器，该计算机程序包括程序代码，程序代码当由数据处理设备执行时，使得数据处理设备执行命令工业设备执行恢复操作的步骤，该恢复操作包括在接合制动设备时，第二部件相对于第一部件的至少一次移动，以将制动能量施加到该次移动；命令工业设备在恢复操作期间监测与制动设备的制动能量相关的实际值，该实际值与移动的速度无关；并且当实际值到达至少一个目标值时停止恢复操作。该计算机程序可以包括程序代码，程序代码当由数据处理设备执行时，使得数据处理设备命令根据本公开的任何方法的执行。

附图说明

通过以下实施例结合附图，本公开的进一步的细节、优点和方面将变得明显，其中：

图1：示意性地示出了工业机器人的侧视图；

图2：示意性地示出了控制系统；

图3a：示意性地示出了脱离状态下的制动设备的截面侧视图；以及

图3b：示意性地示出了接合状态下的制动设备的截面侧视图。

具体实施方式

在下文中，将描述工业设备的摩擦制动设备的恢复的方法和包括制动设备的工业设备。相同的参考标记将用于指示相同或相似的结构特征。

图1示意性地示出了工业机器人10的侧视图。工业机器人10构成根据本公开的工业设备的示例。根据本公开的工业设备的非限制性备选类型包括工件定位器、传送带和电机单元。

工业机器人10示例为七轴工业机器人，但是本公开不限于该类型的机器人。根据本公开的工业机器人可以包括至少三个轴。

该示例的工业机器人10包括基本部件12、工具14和控制系统16(诸如机器人控制器)。工业机器人10还包括在基本部件12远端并且在第一连接件20a处能够围绕相对于基本部件12的垂直轴线旋转的第一链接部件18、在第一链接部件18远端并且在第二连接件20b处能够围绕相对于第一链接部件18的水平轴线旋转的第二链接部件22、在第二链接部件22远端并且在第三连接件20c处能够围绕相对于第二链接部件22的水平轴线旋转的第三链接部件24、在第三链接部件24远端并且在第四连接件20d处能够相对于第三链接部件24旋转的第四链接部件26、在第四链接部件26远端并且在第五连接件20e处能够相对于第四链接部件26旋转的第五链接部件28、在第五链接部件28远端并且在第六连接件20f处能够相对于第五链接部件28平移移动的第六链接部件30、以及在第六链接部件30远端并且在第七连接件20g处能够相对于第六链接部件30旋转的第七链接部件32。第七链接部件32包括与工具14附接到其上的接口(未指示)。根据本公开的制动设备可以在一个、一些或每个连接件20a-20g处提供。此外每个连接件20a-20g(也称为“20”)构成根据本公开的工业设备。

图2示意性地示出了图1中工业机器人10的控制系统16的示例。控制系统16包括数据处理设备34(例如中央处理单元CPU)和存储器36。计算机程序存储在存储器36中。计算机程序可以包括代码，代码当由数据处理设备34执行时，使得数据处理设备34命令根据本公开的任何方法的执行。

图3a示意性地示出了制动设备38的示例的截面侧视图。该示例的制动设备38是断电制动器，即制动设备38在电力意外丢失或故意断开连接时停止或维持负载。

制动设备38用于将制动能量施加到关于第二部件42与第一部件44之间的旋转轴40的相对旋转移动。例如，在制动设备38布置在工业机器人10的第二连接件20b中的情况下，第一部件44可以由第一链接部件18构成或与其刚性连接，并且第二部件42可以由第二链接部件22构成或与其刚性连接。然而根据本公开的制动设备不限于断电制动器或旋转制动器。

该示例的制动设备38包括固定连接到第一部件44的磁体46。磁体46容纳线圈48。磁体46和线圈48是环形的并且包围第二部件42。制动设备38还包括环形的固定板50(即关于第一部件44固定)和多个导杆52。固定板50通过导杆52相对于磁体46保持固定。

制动设备38还包括环形可旋转的摩擦制动盘54。制动盘54经由轮毂56连接到第二部件42。制动设备38还包括借助于导杆52平行于旋转轴40引导的环形电枢板58，以及多个弹性元件60，这里实现为压缩弹簧。弹性元件60被压缩并在电枢板58上向制动盘54施加一个力。

在图3a中，制动设备38采用脱离的状态。将电流施加到线圈48，使得生成磁场。该磁场将电枢板58吸引到磁体46以抵抗弹性元件60的压缩。因此在制动盘54和电枢板58之间建立气隙62。在这种状态下，制动盘54也将失去与固定板50的按压接触，因为允许制动盘54轴向稍微移动。

图3b示意性地示出了接合状态下制动设备38的截面侧视图。在接合状态下，没有电流施加到线圈48，从而没有磁场生成。弹性元件60推动电枢板58与制动盘54接合，从而生成摩擦制动能量。

现在将描述根据本公开的摩擦制动设备38的恢复的方法的示例。该示例中许多步骤是选择性的，并且该方法仅受权利要求限制。

作为第一步骤，可以估计工业机器人10(或其他工业设备)的一个或多个制动设备38的状态。换言之，可以确定制动设备38中的任何设备是否需要恢复。该次确定可以是完全手动的(例如基于服务工程师的检测)或自动的(例如基于制动设备38和/或工业机器人10的历史操作数据)。例如，控制系统16可以被提供追踪由每个制动设备38施加的总制动能量的功能。基于该功能，可以确定没有施加任何制动能量或仅施加了少量能量的制动设备38是否需要恢复。

然后可以设置与制动设备38的制动能量相关的目标值。目标值的设置可以基于制动设备38的估计状态，例如基于由制动设备38追踪的总制动能量的功能，或基于手动估计的状态。如果在一段时间内完全没有使用制动设备38，那么可以假设制动设备38的某种状态。如果制动设备38仅使用了较低的程度，那么可以假设制动设备38的另一种状态，等等。还可以考虑其他参数以(自动地或手动地)估计制动设备38的状态，例如工业机器人10的环境中的空气湿度、空气污染水平和温度。可以手动地或自动地设置目标值。备选地，可以使用预定义的目标值。

与制动能量相关的各种类型的目标值是可能的。目标值的示例包括(测量的或计算的)目标温度、目标制动转矩、目标制动力、目标制动能量、目标制动功率、目标制动时间、第二部件42相对于第一部件44的目标角距离等以及它们的任意组合。对于一些恢复过程，可能需要获得电枢板58和制动盘54处的某个温度。在这种情况下，可以使用目标温度值。备选地，可以使用能量目标值结合功率目标值。对于一些恢复过程，目标制动力可能更适合，可选地与目标制动时间结合。

然后可选性地确定工业机器人10用于恢复操作的环境中的自由移动空间，使得连接件得到用于移动的足够空间。以这种方式，可以允许恢复操作有较大的移动范围，同时避免与周围物体或工业机器人10本身碰撞。

然后可以确定第二部件42相对于第一部件44的至少一次第一移动。该次第一移动可以提前规划，由机器人(例如基于自由移动空间确定)自动确定，或在恢复过程要执行时特别规划(例如通过手动教导第一位置和第二位置)。

然后可以执行制动设备38恢复的恢复操作。该恢复操作包括的第二部件42相对于第一部件44的至少一次第一移动，与制动设备38接合使得制动能量被施加到该次移动。该恢复操作可以包括与制动设备38接合或脱离的第二返回移动。在恢复操作期间，监测与制动设备38的制动能量相关的实际值。从而，生成制动设备38的受控制的磨损以完成所需的恢复。明确公开实际值与移动速度无关(即独立于移动速度)以排除ABS系统。

在恢复操作期间也可以控制所施加的制动能量。以这种方式，可以确定在恢复操作期间的温度上升。制动功率过高会导致制动设备38中局部温度上升过高。

为了促进恢复操作启动，可以在恢复操作前(例如在第一移动之前)执行启动操作。启动操作可以包括将第二部件42相对于第一部件44从静止加速到目标速度。一旦到达目标速度，恢复操作就会启动。以这种方式，促进了恢复操作的启动，即在接合制动设备38时，与从静止开始相比，连接件的电机需要较低的转矩来移动第二部件42。在第二部件42相对于第一部件44从静止开始加速的时间限制之后，才启动恢复操作，而不是在到达目标值时。

第二部件42相对于第一部件44的第一移动可以是在接合制动器时通过重力辅助向下的移动。例如，在要对于与工业机器人10的第三连接件20c相关联的制动设备38执行恢复过程的情况下，第三链接部件24(这里构成第二部件42)可以在接合制动设备38时相对于第二链接部件22(这里构成第一部件44)向下旋转。由于作用在第三链接部件24(以及作用在第三链接部件24的远端部分)上的重力，因此该次制动更有力。然后第二移动可以由脱离制动设备38时第三链接部件24相对于第二链接部件22的向上移动构成。

对于与第一连接件20a相关联的制动设备38的恢复，即在第一链接部件18(这里构成第二部件42)与基本部件12(这里构成第一部件44)之间，第一移动可以由第一链接部件18在第一方向上围绕垂直轴线的旋转构成，并且第二移动可以由第一链接部件18在相反的第二方向上围绕垂直轴线的旋转构成。在这种情况下，制动设备38可以在第一移动期间被接合以及在第二移动期间被接合。此外，可以在第一方向上的每次移动之前以及在第二方向上的每次移动之前执行启动操作。

在任何情况下，恢复操作可以包括第一移动和第二移动的多个序列。一旦与制动能量相关的实际值到达至少一个目标值，恢复操作就会停止。该停止可能在第一移动期间首先发生，或在任何随后的移动期间发生，诸如在第一移动和第二移动的一些序列之后。

一旦恢复操作停止，就可以确定制动设备38的状态是否满足预期的状态。如果满足，那么可以继续工业机器人10的正常操作。如果不满足，那么可选地通过设置与制动设备38的制动能量相关的新的目标值来执行进一步的恢复操作。

尽管已经参考示例性实施例描述了本公开，应当理解，本发明不限于上文的描述。例如，应当理解，部件的尺寸可以根据需要而变化。因此，本发明仅受所附权利要求的范围限制。

Claims (15)

1.一种用于工业设备(10、20)的摩擦制动设备(38)的恢复的方法，所述方法包括：

-执行恢复操作，所述恢复操作包括在接合所述制动设备(38)时，所述工业设备(10、20)的第二部件(42)相对于所述工业设备(10、20)的第一部件(44)的至少一次移动，以将制动能量施加到所述移动；

-在所述恢复操作期间，监测与所述制动设备(38)的制动能量相关的实际值，所述实际值与所述移动的速度无关；以及

-当所述实际值到达至少一个目标值时停止所述恢复操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述恢复操作包括：

-在接合所述制动设备(38)时，在所述第二部件(42)相对于所述第一部件(44)的第一方向上的至少一次第一移动；以及

-在所述第二部件(42)相对于所述第一部件(44)的与所述第一方向相反的第二方向上的至少一次第二移动。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一移动通过重力辅助，并且其中在脱离所述制动设备(38)时，所述第二移动被重力阻碍。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述制动设备(38)在所述第二移动期间接合。

5.根据权利要求2至4中的任一项所述的方法，其中所述恢复操作包括所述第一移动和所述第二移动的多个序列。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述实际值和所述至少一个目标值由温度、制动转矩、制动力、制动能量、制动功率、制动时间、所述第二部件(42)相对于所述第一部件(44)的角距离、所述第二部件(42)的平移距离或它们的组合构成。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述实际值中的每个实际值和所述至少一个目标值包括能量值和功率值。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括：设置所述至少一个目标值。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：估计所述制动设备(38)的状态，并且其中所述至少一个目标值的所述设置基于所述估计。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述估计基于所述制动设备(38)和/或所述工业设备(10、20)的历史操作数据来进行。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

-确定所述工业设备(10、20)的环境中的自由移动空间；以及

-在所述自由移动空间中执行所述恢复操作。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

-在停止所述恢复操作后，确定所述制动设备(38)的状态是否满足预期的状态；以及

-如果所确定的所述制动设备(38)的状态不满足所述预期的状态，那么再次执行所述恢复操作。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

-在所述恢复操作前执行启动操作，所述启动操作包括在脱离所述制动设备(38)时，所述第二部件(42)相对于所述第一部件(44)的启动移动，使得在所述第二部件(42)移动时启动所述恢复操作。

14.一种工业设备(10、20)，包括：

-第一部件(44)；

-能够相对于所述第一部件(44)移动的第二部件(42)；以及

-制动设备(38)，被配置为将制动能量施加到所述第二部件(42)相对于所述第一部件(44)的移动；

其中所述工业设备(10)被配置为：

-执行恢复操作，所述恢复操作包括在接合所述制动设备(38)时，所述第二部件(42)相对于所述第一部件(44)的至少一次移动，以将制动能量施加到所述移动；

-在所述恢复操作期间，监测与所述制动设备(38)的制动能量相关的实际值，所述实际值与所述移动的速度无关；以及

-当所述实际值到达至少一个目标值时停止所述恢复操作。

15.根据权利要求14所述的工业设备(10、20)，其中所述工业设备(10、20)是工业机器人(10)。

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