CN112936293B - 一种阻挡式刹车机构的刹车释放方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种阻挡式刹车机构的刹车释放方法及装置，包括：获取关节电机中编码器的第一初始编码位置、第一编码位置、第二初始编码位置和第二编码位置；根据第一初始编码位置、第一编码位置、第二初始编码位置和第二编码位置，确定手指式刹车盘的可转动方向；驱动关节电机带动手指式刹车盘沿可转动方向旋转预设时间，在预设时间内控制滑动式挡块缩回至预设位置，以释放手指式刹车盘。本发明实施例提供的阻挡式刹车机构的刹车释放方法，解决了在不确定手指式刹车盘可转动方向的情况下，直接控制电机位置或速度闭环正反转所导致的电机短时堵转、过流和过载等问题，避免了对刹车结构的损坏，延长了阻挡式刹车机构的使用寿命。

Description

一种阻挡式刹车机构的刹车释放方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及机器人技术领域，尤其涉及一种阻挡式刹车机构的刹车释放方法及装置。

背景技术

协作机器人目前基本采用一体化的关节设计：把电机、编码器、减速机、抱闸、伺服等核心部件，都高度集成在关节里；其中关节电机的刹车结构主要有摩擦片刹车和“阻挡式”刹车两种形式。摩擦片刹车通过驱动电磁动作装置，使摩擦片夹紧刹车盘，以强摩擦的方式实现对电机轴的机械式抱死。“阻挡式”刹车结构简单，主要由电磁动作装置(一般为电磁铁)、手指式刹车盘、滑动式挡块和弹簧四个部件组成；其中，手指式刹车盘与电机轴固定，在电磁铁动作、弹簧压缩、挡块回退的状态下，刹车盘上的手指与挡块不存在干涉，电机可以自由转动；当电磁铁释放时，刹车挡块被弹簧弹出后，刹车盘上的手指与挡块存在干涉，在碰到挡块后即被阻止，因此电机转动被限制在两个相邻手指之间，简单可靠，成本低，发热量小。

摩擦片刹车原理与汽车刹车类似，控制方法简单，无需多余动作即可抱死或释放，但这种刹车机构需要较大的电磁动作装置(电磁铁)，发热量大，而且摩擦产生的粉尘可能会影响驱动电路板，有可能导致短路。“阻挡式”刹车结构简单，成本低，发热量小，但采用“阻挡式”刹车方案的协作机器人，刹车释放使能后，刹车机构抱死，受重力作用，刹车盘的某一根手指会压在滑动式挡块上，导致挡块受到与其滑动方向垂直的横向压力，使其不能自由滑动，无法在电磁铁的推动下直接释放。因此，这种刹车结构的释放方式更为复杂，释放前，需要控制电机转动，使刹车盘手指脱离滑动式挡块，再进行电磁铁动作，推动滑块压缩弹簧，进行释放。目前这种刹车机构的释放方式通常采用直接控制电机正反转摆动的方式来使刹车手指脱离挡块，但电机由于单向处于阻挡状态，只有一个方向可以转动，直接控制电机正反转的方式可能导致电机短时堵转，造成过载、过流等问题，甚至损坏刹车结构。

发明内容

本发明提供一种阻挡式刹车机构的刹车释放方法及装置，以在避免堵转的情况下，实现刹车手指与挡块的脱离并释放刹车。

第一方面，本发明实施例提出一种阻挡式刹车机构的刹车释放方法，所述阻挡式刹车机构包括手指式刹车盘和滑动式挡块，所述手指式刹车盘包括均匀环绕设置的多个刹车手指，所述滑动式挡块用于在伸出时阻挡所述手指式刹车盘转动，在缩回至预设位置时释放所述手指式刹车盘，以使所述手指式刹车盘在关节电机的驱动下转动，包括：

获取所述关节电机中编码器的第一初始编码位置；

向所述关节电机提供第一脉冲电流信号，控制所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿顺时针方向旋转，并在所述手指式刹车盘沿顺时针方向旋转结束时，获取所述关节电机中编码器的第一编码位置；

获取所述关节电机中编码器的第二初始编码位置；

向所述关节电机提供第二脉冲电流信号，驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿逆时针方向旋转，并在所述手指式刹车盘沿逆时针方向旋转结束时，获取所述关节电机中编码器的第二编码位置；

根据所述第一初始编码位置、所述第一编码位置、第二初始编码位置和所述第二编码位置，确定所述手指式刹车盘的可转动方向；

在驱动所述关节电机驱动所述手指式刹车盘沿所述可转动方向旋转预设时间，并在所述预设时间内控制所述滑动式挡块缩回至所述预设位置，以释放所述手指式刹车盘。

可选的，根据所述第一初始编码位置、所述第一编码位置、第二初始编码位置和所述第二编码位置，确定所述手指式刹车盘的可转动方向，包括：

计算所述第一初始编码位置到所述第一编码位置的第一旋转角度，或者计算所述第二初始编码位置到所述第二编码位置的第二旋转角度；

在所述第一旋转角度大于预设角度时，确定所述可转动方向为顺时针旋转方向，或者，在所述第二旋转角度大于所述预设角度时，确定所述可转动方向为逆时针旋转方向。

可选的，所述刹车释放方法，还包括：

在所述第一旋转角度和所述第二旋转角度均小于所述预设角度时，获取所述关节电机中编码器的第三初始编码位置；

调节所述第一脉冲电流信号的幅值和/或电角度，并将调节后的所述第一脉冲电流提供至所述关节电机，驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿顺时针方向旋转，并在所述手指式刹车盘沿顺时针方向旋转结束时，获取所述关节电机中编码器的第三编码位置；

获取所述关节电机中编码器的第四初始编码位置；

调节所述第二脉冲电流信号的幅值和/或电角度，并将调节后的所述第二脉冲电流提供至所述关节电机，驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿逆时针方向旋转，并在所述手指式刹车盘沿逆时针方向旋转结束时，获取所述关节电机中编码器的第四编码位置；

重复执行获取所述关节电机中编码器的第三初始编码位置的步骤，直至所述第一旋转角度大于所述预设角度或所述第二旋转角度大于所述预设角度，并记录当前的第一脉冲电流信号和/或当前的第二脉冲电流信号的电角度和幅值。

可选的，驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿所述可转动方向旋转预设时间，包括：

获取驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿所述可转动方向进行旋转的最小可动电流；

在预设时间内，向所述关节电机持续提供所述最小可动电流，驱动所述关节电机沿所述可转动方向旋转，并带动所述手指式刹车盘沿所述可转动方向旋转预设时间。

可选的，所述最小可动电流为I_q+I_t·Sin(ωt)；

其中，I_q为记录的当前的第一脉冲电流信号或当前的第二脉冲电流信号的幅值；I_t·Sin(ωt)为按正弦规律变化的扰动电流信号，ω为所述扰动电流信号的角速度；I_t为所述扰动电流信号的幅值；t为时间。

可选的，所述阻挡式刹车机构还包括电磁动作器和弹簧，所述电磁动作器用于控制所述滑动式挡块压缩或拉伸所述弹簧；

控制所述滑动式挡块缩回至所述预设位置，包括：

在所述预设时间内，向所述电磁动作器提供持续的工作电流，控制所述电磁动作器驱动所述滑动式挡块压缩所述弹簧，以使所述滑动式挡块缩回至所述预设位置。

第二方面，本发明实施例还提供了一种阻挡式刹车机构的刹车释放装置，所述阻挡式刹车机构包括手指式刹车盘和滑动式挡块，所述手指式刹车盘包括均匀环绕设置的多个刹车手指，所述滑动式挡块用于在伸出时阻挡所述手指式刹车盘转动，在缩回至预设位置时释放所述手指式刹车盘，以使所述手指式刹车盘在关节电机的驱动下转动，包括：

第一初始编码位置获取模块，用于获取所述关节电机中编码器的第一初始编码位置；

第一编码位置获取模块，用于向所述关节电机提供第一脉冲电流信号，驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿顺时针方向旋转，并在所述手指式刹车盘沿顺时针方向旋转结束时，获取所述关节电机中编码器的第一编码位置；

第二初始编码位置获取模块，用于获取所述关节电机中编码器的第二初始编码位置；

第二编码位置获取模块，向所述关节电机提供第二脉冲电流信号，驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿逆时针方向旋转，并在所述手指式刹车盘沿逆时针方向旋转结束时，获取所述关节电机中编码器的第二编码位置；

可转动方向确定模块，根据所述第一初始编码位置、所述第一编码位置、第二初始编码位置和所述第二编码位置，确定所述手指式刹车盘的可转动方向；

滑动式挡块控制模块，驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿所述可转动方向旋转预设时间，并在所述预设时间内控制所述滑动式挡块缩回至所述预设位置，以释放所述手指式刹车盘。

可选的，所述可转动方向确定模块包括：

旋转角度计算单元，用于计算所述第一初始编码位置到所述第一编码位置的第一旋转角度，或者计算所述第二初始编码位置到所述第二编码位置的第二旋转角度；

可转动方向确定单元：用于在所述第一旋转角度大于预设角度时，确定所述可转动方向为顺时针旋转方向，或者，在所述第二旋转角度大于所述预设角度时，确定所述可转动方向为逆时针旋转方向。

可选的，所述刹车释放装置，还包括：

第三初始编码位置获取模块，用于在所述第一旋转角度和所述第二旋转角度均小于所述预设角度时，获取所述关节电机中编码器的第三初始编码位置；

第三编码位置获取模块，用于调节所述第一脉冲电流信号的幅值和/或电角度，并将调节后的所述第一脉冲电流提供至所述关节电机，驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿顺时针方向旋转，并在所述手指式刹车盘沿顺时针方向旋转结束时，获取所述关节电机中编码器的第三编码位置；

第四初始编码位置获取模块，用于获取所述关节电机中编码器的第四初始编码位置；

第四编码位置获取模块，用于调节所述第二脉冲电流信号的幅值和/或电角度，并将调节后的所述第二脉冲电流提供至所述关节电机，驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿逆时针方向旋转，并在所述手指式刹车盘沿逆时针方向旋转结束时，获取所述关节电机中编码器的第四编码位置；

循环模块，用于重复执行获取所述关节电机中编码器的第三初始编码位置的步骤，直至所述第一旋转角度大于所述预设角度或所述第二旋转角度大于所述预设角度，并记录当前的第一脉冲电流信号和/或当前的第二脉冲电流信号的电角度和幅值。

所述滑动式挡块控制模块包括最小可动电流获取单元和手指式刹车盘旋转控制单元；所述最小可动电流获取单元用于获取所述驱动关节电机带动所述手指式刹车盘沿所述可转动方向进行旋转的最小可动电流；所述手指式刹车盘旋转控制单元用于在预设时间内，向所述关节电机持续提供所述最小可动电流，驱动所述关节电机沿所述可转动方向旋转，并带动所述手指式刹车盘沿所述可转动方向旋转预设时间；

所述最小可动电流为I_q+I_t·Sin(ωt)；其中，I_q为记录的当前的第一脉冲电流信号或当前的第二脉冲电流信号的幅值；I_t·Sin(ωt)为按正弦规律变化的扰动电流信号，ω为所述扰动电流信号的角速度；I_t为所述扰动电流信号的幅值；t为时间。

可续的，所述阻挡式刹车机构还包括电磁动作器和弹簧，所述电磁动作器用于控制所述滑动式挡块压缩或拉伸所述弹簧；

所述滑动式挡块控制模块还包括工作电流提供单元，用于在预设时间内，向所述电磁动作器提供持续的工作电流，控制所述电磁动作器驱动所述滑动式挡块压缩所述弹簧，以使所述滑动式挡块缩回至所述预设位置。

本发明实施例提供的阻挡式刹车机构的刹车释放方法，首先向关节电机提供时间长度较短、幅值较小以及电角度不同的第一脉冲电流信号和第二脉冲电流信号判断手指式刹车盘的可转动方向，在确定了手指式刹车盘的可转动方向后，再驱动手指式刹车盘沿可转动方向旋转第一预设角度，使手指式刹车盘偏离滑动式挡块，以避免在控制滑动式挡块缩回时与刹车手指发生摩擦不能自由滑动。本发明实施例提供的阻挡式刹车机构的刹车释放方法，解决了在不确定手指式刹车盘可转动方向的情况下，直接向关节电机提供额定工作电流控制电机正反转所导致的电机短时堵转、过流和过载等问题，避免了对刹车结构的损坏，延长了阻挡式刹车机构的使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例提供的阻挡式刹车机构的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种阻挡式刹车机构的刹车释放方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种脉冲时序图；

图4是本发明实施例提供的另一种阻挡式刹车机构的刹车释放方法的流程图；

图5是本发明实施例提供的一种最小可动电流的波形示意图；

图6是本发明实施例提供的一种阻挡式刹车机构的刹车释放装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明实施例提供一种阻挡式刹车机构的刹车释放方法，该阻挡式刹车机构的刹车释放方法能够控制阻挡式刹车机构进行刹车释放，解决在不确定手指式刹车盘可转动方向的情况下，直接向关节电机提供额定工作电流控制电机正反转所导致的电机短时堵转、过流和过载等问题，该阻挡式刹车机构的刹车释放方法可采用本发明实施例提供的阻挡式刹车机构的刹车释放装置执行，该阻挡式刹车机构的刹车释放装置由软件和/或硬件实现，该阻挡式刹车机构的刹车释放装置可集成于协作机器人一体化关节的伺服控制器中。

图1为本发明实施例提供的阻挡式刹车机构的结构示意图，如图1所示，阻挡式刹车机构包括手指式刹车盘10和滑动式挡块20，手指式刹车盘10包括均匀环绕设置的多个刹车手指11，滑动式挡块20用于在伸出时阻挡手指式刹车盘10转动，在缩回至预设位置时释放手指式刹车盘10，以使手指式刹车盘10在关节电机的驱动下转动。图2是本发明实施例提供的一种阻挡式刹车机构的刹车释放方法的流程图，如图2所示，该阻挡式刹车机构的刹车释放方法包括：

S110、获取关节电机中编码器的第一初始编码位置。

具体的，关节电机中的编码器是用于测量关节电机转角和转速的一种传感器，在协作机器人的关节设计中，滑动式挡块20通常设置于由于手指式刹车盘10下方，由于当前阻挡式刹车机构处于刹车状态，即滑动式挡块20伸出，手指式刹车盘10的某一根刹车手指11受重力作用，压在滑动式挡块20上，获取此时关节电机中编码器所测量的关节电机的当前转角位置作为第一初始编码位置θ₀。图3是本发明实施例提供的一种脉冲时序图，结合图3所示，第一初始编码位置θ₀为t₀时刻的关节电机转角位置。示例性的，关节电机可以是永磁同步电机、无刷电机或直流电机等；编码器可以为设置于关节电机转子侧的增量式编码器，可用于关节电机转子的位置检测和电机测速。

S120、向关节电机提供第一脉冲电流信号，驱动关节电机带动手指式刹车盘沿顺时针方向旋转，并在手指式刹车盘沿顺时针方向旋转结束时，获取关节电机中编码器的第一编码位置。

具体的，获取关节电机中编码器的第一初始编码位置θ₀后，向关节电机提供第一脉冲电流信号I_q1，驱动关节电机带动手指式刹车盘10沿顺时针方向旋转，当第一脉冲电流信号I_q1停止，即手指式刹车盘10沿顺时针方向旋转结束时，获取关节电机中编码器所测量的电机转角位置作为第一编码位置θ₁。结合图3所示，第一编码位置θ₁为t₁时刻的关节电机转角位置。示例性的，第一脉冲电流信号I_q1可以为关节电机额定工作电流的10％，手指式刹车盘10在第一脉冲电流信号I_q1的驱动下将发生微小的转动或转动趋势，第一脉冲电流信号I_q1的时间长度t₁-t₀可根据需求自行设置，例如可以为10ms-50ms，第一脉冲电流信号I_q1的电角度可以为0°，当第一脉冲电流信号I_q1的电角度为0°时，关节电机带动手指式刹车盘10沿顺时针方向旋转。

S130、获取关节电机中编码器的第二初始编码位置。

具体的，在第一脉冲电流信号I_q1结束后，向关节电机提供第二脉冲电流信号I_q2之前，获取关节电机中编码器所测量的关节电机的当前转角位置作为第二初始编码位置θ₂。结合图3所示，第二初始编码位置θ₂为t₂时刻的关节电机转角位置。示例性的，若关节电机在第一脉冲电流信号I_q1的驱动下，带动手指式刹车盘10沿顺时针方向转动，则压在滑动式挡块20上的刹车手指11会偏离滑动式挡块20，在第一脉冲电流信号I_q1结束后(即t₁时刻)、向关节电机提供第二脉冲电流信号I_q2之前(即t₂时刻)，该刹车手指11可能会由于重力作用重新压在滑动式挡块20上，将此时的关节电机的转角位置作为第二初始编码位置θ₂。其中t₂-t₁可根据需求自行设置，例如可以为10ms-50ms。

S140、向关节电机提供第二脉冲电流信号，驱动关节电机带动手指式刹车盘沿逆时针方向旋转，并在手指式刹车盘沿逆时针方向旋转结束时，获取关节电机中编码器的第二编码位置。

具体的，获取关节电机中编码器的第二初始编码位置θ₂后，向关节电机提供第二脉冲电流信号I_q2，驱动关节电机带动手指式刹车盘10沿逆时针方向旋转，当第二脉冲电流信号I_q2停止，即手指式刹车盘10沿逆时针方向旋转结束时，获取关节电机中编码器当前所测量的电机转角位置作为第二编码位置θ₃。结合图3所示，第二编码位置θ₃为t₃时刻的关节电机转角位置。示例性的，第二脉冲电流信号I_q2可以与第一脉冲电流信号I_q1的幅值相同：为关节电机额定工作电流的10％，手指式刹车盘10在第二脉冲电流信号I_q2的驱动下将发生微小的转动或转动趋势，第二脉冲电流信号I_q2的时间长度t₃-t₂可根据需求自行设置，例如可以为10ms-50ms；第二脉冲电流信号I_q2的电角度可以为180°，当第二脉冲电流信号I_q2的电角度为180°时，关节电机带动手指式刹车盘10沿逆时针方向旋转。需要说明的是第一脉冲电流信号I_q1和第二脉冲电流信号I_q2可以以一个脉冲信号的形式发出，也可分别作为两个脉冲信号分别发出。

S150、根据第一初始编码位置、第一编码位置、第二初始编码位置和第二编码位置，确定手指式刹车盘的可转动方向。

具体的，为了确定手指式刹车盘的可转动方向，判断手指式刹车盘10是沿顺时针旋转方向被滑动式挡块20挡住，还是沿逆时针旋转方向被滑动式挡块20挡住，可根据手指式刹车盘10是在第一脉冲电流信号I_q1的驱动下发生了顺时针转动、还是在第二脉冲电流信号I_q2的驱动下发生了逆时针转动来判断。示例性的，计算第一初始编码位置θ₀到第一编码位置θ₁的第一旋转角度θ_P，或者计算第二初始编码θ₂位置到第二编码位置θ₃的第二旋转角度θ_N。在第一旋转角度θ_P大于预设角度θ_t时，确定可转动方向为顺时针旋转方向，或者，在第二旋转角度θ_N大于预设角度θ_t时，确定可转动方向为逆时针旋转方向。其中，第一旋转角度θ_P为第一初始编码位置θ₀与第一编码位置θ₁差值的绝对值，即θ_P＝|θ₁-θ₀|；第二旋转角度θ_N为第二初始编码位置θ₂与第二编码位置θ₃差值的绝对值，即θ_N＝|θ₃-θ₂|；若第一旋转角度θ_P大于预设角度θ_t(即θ_P>θ_t)，则确定可转动方向为顺时针旋转方向；若第二旋转角度θ_N大于预设角度θ_t(即θ_P>θ_t)，则确定可转动方向为逆时针旋转方向。示例性的，预设角度θ_t为可排除编码器振动噪声的一个微小角度，通常为1°～5°。

S160、驱动关节电机带动手指式刹车盘沿可转动方向旋转预设时间，并在预设时间内控制滑动式挡块缩回至预设位置，以释放手指式刹车盘。

具体的，确定了手指式刹车盘10的可转动方向之后，驱动关节电机带动手指式刹车盘10沿可转动方向旋转预设时间，以使压在滑动式挡块20上的刹车手指11偏离滑动式挡块20，同时在预设时间内控制滑动式挡块20缩回至预设位置，完成手指式刹车盘10刹车释放，使手指式刹车盘10可以转动。示例性的，预设时间可以为500ms～2000ms。

本发明实施例提供的阻挡式刹车机构的刹车释放方法，首先向关节电机提供时间长度较短、幅值较小以及电角度不同的第一脉冲电流信号和第二脉冲电流信号判断手指式刹车盘的可转动方向，在确定了手指式刹车盘的可转动方向后，再驱动手指式刹车盘沿可转动方向旋转预设时间，使手指式刹车盘偏离滑动式挡块，以避免在控制滑动式挡块缩回时与刹车手指发生摩擦不能自由滑动。本发明实施例提供的阻挡式刹车机构的刹车释放方法，解决了在不确定手指式刹车盘可转动方向的情况下，直接向关节电机提供额定工作电流控制电机正反转所导致的电机短时堵转、过流和过载等问题，避免了对刹车结构的损坏，延长了阻挡式刹车机构的使用寿命。

图4是本发明实施例提供的又一种阻挡式刹车机构的刹车释放方法的流程图，如图4所示，该阻挡式刹车机构的刹车释放方法包括：

S210、获取关节电机中编码器的第一初始编码位置。

S220、向关节电机提供第一脉冲电流信号，驱动关节电机带动手指式刹车盘沿顺时针方向旋转，并在手指式刹车盘沿顺时针方向旋转结束时，获取关节电机中编码器的第一编码位置。

S230、获取关节电机中编码器的第二初始编码位置。

S240、向关节电机提供第二脉冲电流信号，驱动关节电机带动手指式刹车盘沿逆时针方向旋转，并在手指式刹车盘沿逆时针方向旋转结束时，获取关节电机中编码器的第二编码位置。

S250、计算第一初始编码位置到第一编码位置的第一旋转角度、第二初始编码位置到第二编码位置的第二旋转角度。

具体的，此时第一旋转角度θ_P为第一初始编码位置θ₀与第一编码位置θ₁差值的绝对值，即θ_P＝|θ₁-θ₀|；第二旋转角度θ_N为第二初始编码位置θ₂与第二编码位置θ₃差值的绝对值，即θ_N＝|θ₃-θ₂|。

S260、判断第一旋转角度是否大于预设角度；若是，则执行S330；若否，则执行S270。

S270、判断第二旋转角度是否大于预设角度；若是，则执行S340；若否，则执行S280。

S280、获取关节电机中编码器的第三初始编码位置。

具体的，由于第一脉冲电流信号I_q1和第二脉冲电流信号I_q2的幅值较小或电角度不精确，会使第一旋转角度和第二旋转角度均小于预设角度，可在第二脉冲电流信号I_q2结束后，再次获取编码器测量的关节电机当前的转角位置作为第三初始编码位置θ₄。参考图3，第三编码初始位置θ₄为t₄时刻的关节电机转角位置。

S290、调节第一脉冲电流信号的幅值和/或电角度，并将调节后的第一脉冲电流提供至关节电机，驱动关节电机带动手指式刹车盘沿顺时针方向旋转，并在手指式刹车盘沿顺时针方向旋转结束时，获取关节电机中编码器的第三编码位置。

具体的，获取关节电机中编码器的第三初始编码位置θ₄后，调节第一脉冲电流信号I_q1的幅值和/或电角度。示例性的，可首先保持第一脉冲电流信号I_q1的幅值不变，调节其电角度，使电角度以预设值增大或减小，将调节后的第一脉冲电流信号I_q1提供至关节电机，在第一脉冲电流信号I_q1结束后，获取当前关节电机的转角位置作为第三编码位置θ₅，参考图3，第三编码位置θ₅为t₅时刻的关节电机转角位置。计算|θ₅-θ₄|是否大于预设角度θ_t，若否，则再次调节电角度，依次循环。例如预设值可以为5°，每次使电角度增加5°直至180°，如果|θ₅-θ₄|始终小于预设角度θ_t，则增加的第一脉冲电流信号I_q1幅值，幅值每次增加的幅度可以为关节电机额定工作电流的5％，测试调节幅值后的第一脉冲电流信号I_q1各个电角度能否使|θ₅-θ₄|大于预设角度θ_t，如此循环测试，直至确定使|θ₅-θ₄|大于预设角度θ_t的最小幅值和最佳电角度。如此，在进行刹车释放的操作时可减小功耗。

S300、获取关节电机中编码器的第四初始编码位置。

具体的，在调节后的第一脉冲电流信号I_q1结束后，向关节电机提供第二脉冲电流信号I_q2之前，获取关节电机中编码器所测量的关节电机的当前转角位置作为第四初始编码位置θ₆。结合图3所示，第四初始编码位置θ₆为t₆时刻的关节电机转角位置。

S310、调节所第二脉冲电流信号的幅值和/或电角度，并将调节后的第二脉冲电流提供至关节电机，驱动关节电机带动手指式刹车盘沿逆时针方向旋转，并在手指式刹车盘沿逆时针方向旋转结束时，获取关节电机中编码器的第四编码位置。

具体的，获取关节电机中编码器的第四初始编码位置θ₆后，调节第二脉冲电流信号I_q2的幅值和/或电角度。示例性的，可首先保持第二脉冲电流信号I_q2的幅值不变，调节其电角度，使电角度以预设值增大或减小，将调节后的第二脉冲电流信号I_q2提供至关节电机，在第二脉冲电流信号I_q2结束后，获取当前关节电机的转角位置作为第四编码位置θ₇，参考图3，第三编码位置θ₇为t₇时刻的关节电机转角位置。计算|θ₇-θ₆|是否大于预设角度θ_t，若否，则再次调节电角度，依次循环。例如预设值可以为5°，每次使电角度增加5°直至360°，如果|θ₇-θ₆|始终小于预设角度θ_t，则增加的第二脉冲电流信号I_q2幅值，幅值每次增加的幅度可以为关节电机额定工作电流的5％，测试调节幅值后的第二脉冲电流信号I_q2各个电角度能否使|θ₇-θ₆|大于预设角度θ_t，如此循环测试，直至确定使|θ₇-θ₆|大于预设角度θ_t的最小幅值和最佳电角度。如此，在进行刹车释放的操作时可减小功耗。

S320、计算第三初始编码位置到第三编码位置的第一旋转角度、第四初始编码位置到第四编码位置的第二旋转角度，并返回执行S260。

具体的，此时第一旋转角度θ_P为第三初始编码位置θ₄与第三编码位置θ₅差值的绝对值，即θ_P＝|θ₅-θ₄|；第二旋转角度θ_N为第四初始编码位置θ₆与第四编码位置θ₇差值的绝对值，即θ_N＝|θ₇-θ₆|。

S330、确定可转动方向为顺时针旋转方向，记录当前的第一脉冲电流信号的电角度和幅值。

具体的，若第一旋转角度θ_P大于预设角度θ_t(即θ_P>θ_t)，则确定可转动方向为顺时针旋转方向，记录当前的第一脉冲电流信号I_q1的电角度和幅值，以便以后再进行刹车释放的操作时可直接根据记录的第一脉冲电流信号I_q1的电角度和幅值控制手指式刹车盘旋转，判断其可转动方向。

S340、确定可转动方向为逆时针旋转方向，记录当前的第二脉冲电流信号的电角度和幅值。

若第二旋转角度θ_N大于预设角度θ_t(即θ_P>θ_t)，则确定可转动方向为逆时针旋转方向，以便以后再进行刹车释放的操作时可直接根据记录的第二脉冲电流信号I_q2的电角度和幅值控制手指式刹车盘旋转，判断其可转动方向。示例性的，预设角度θ_t为可排除编码器振动噪声的一个微小角度，通常为1°～5°。

S350、获取驱动关节电机带动手指式刹车盘沿可转动方向进行旋转的最小可动电流。

可选的，图5是本发明实施例提供的一种最小可动电流的波形示意图，如图5所示，最小可动电流为I_q+I_t·Sin(ωt)。其中，I_q为第一脉冲电流信号或当前的第二脉冲电流信号的幅值，I_t·Sin(ωt)为按正弦规律变化的扰动电流信号，It为扰动电流信号的幅值，ω为扰动电流信号的角速度，t为时间。

具体的，若第一旋转角度θ_P大于预设角度θ_t，则最小可动电流为I_q1+I_t·Sin(ωt)，此处I_q1表示第一脉冲电流信号的幅值；若第二旋转角度θ_N大于预设角度θ_t，则最小可动电流为I_q2+I_t·Sin(ωt)，此处I_q2表示第二脉冲电流信号的幅值。示例性的，I_t可以为电机克服摩擦力的电流的1～1.5倍，即第一脉冲电流信号I_q1或第二脉冲电流信号I_q2的1～1.5倍，ω＝2π*f，f可以为2～10Hz。

需要说明的是，本发明实施例仅将扰动电流信号为正弦信号进行说明，扰动电流信号还可以是其他任何满足本发明技术方案电流信号，例如可以为三角波形的电流信号、锯齿波形的电流信号或方波波形的电流信号等。

S360、在预设时间内，向关节电机持续提供最小可动电流，驱动关节电机沿可转动方向旋转，并带动手指式刹车盘沿可转动方向旋转预设时间。

具体的，若手指式刹车盘10的可转动方向为顺时针方向，则向关节电机提供最小可动电流为I_q1+I_t·Sin(ωt)，若手指式刹车盘10的可转动方向为逆时针方向，则向关节电机提供最小可动电流为I_q2+I_t·Sin(ωt)，在预设时间内，向关节电机持续提供最小可动电流，可控制压在滑动式挡块20上的刹车手指11在预设时间内沿可转动方向旋转或由于重力作用间歇性脱离滑动式挡块，防止手指式刹车盘10一直沿同一方向转动导致下一个刹车手指11再次碰到滑动式挡块20，可更为可靠的实现刹车释放操作，其中，预设时间可以为500ms～2000ms。需要说明的是，为了便于理解图5仅示出了最小可动电流为I_q1+I_t·Sin(ωt)的情况，根据对本发明实施例的技术方案的理解，最小可动电流也可以为I_q2+I_t·Sin(ωt)。

S370、在预设时间内，向电磁动作器提供持续的工作电流，控制电磁动作器驱动滑动式挡块压缩弹簧，以使滑动式挡块缩回至预设位置。

具体的，参考图1，阻挡式刹车机构还包括电磁动作器30和弹簧40，电磁动作器40用于控制滑动挡块20压缩或拉伸弹簧40，预设时间可以是向关节电机提供最小可动电流的持续时间，在此预设时间内，向电磁动作器30提供持续的工作电流I_m，使电磁动作器30驱动滑动式挡块40压缩弹簧，以使滑动式挡块40缩回至预设位置，以使得手指式刹车盘10在关节电机的驱动下可正常转动，解除刹车状态。

本发明实施例提供的阻挡式刹车机构的刹车释放方法，在首次向关节电机提供第一脉冲电流信号和第二脉冲电流信号后，若第一旋转角度和第二旋转角度均小于预设角度，则逐次调节第一脉冲电流信号、第二脉冲电流信号的幅值和/或电角度，直至使第一旋转角度或第二旋转角大于预设角度为止，如此可使最小可动电流的幅值最小，以减小刹车释放操作时的功耗，提高第一脉冲电流信号或第二脉冲电流信号的效率，并在确定了手指式刹车盘的可转动方向之后，记录当前的脉冲电流信号的电角度和幅值，以便后续再进行刹车释放的操作时可直接根据记录的数据控制手指式刹车盘旋转，判断其可转动方向，最后向关节电机持续提供预设时间的最小可动电流，使压在滑动式挡块上的刹车手指沿可转动方向转动或间歇性脱离滑动式挡块，更为可靠的实现了刹车释放操作。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种阻挡式刹车机构的刹车释放装置，该阻挡式刹车机构的刹车释放装置能够控制阻挡式刹车机构进行刹车释放，该阻挡式刹车机构的刹车释放装置用于执行本发明实施例提供的阻挡式刹车机构的刹车释放方法，该阻挡式刹车机构的刹车释放装置由软件和/或硬件实现，该阻挡式刹车机构的刹车释放装置可集成于协作机器人一体化关节的伺服控制器中。

参考图1，阻挡式刹车机构包括手指式刹车盘10和滑动式挡块20，手指式刹车盘10包括均匀环绕设置的多个刹车手指11，滑动式挡块20用于在伸出时阻挡手指式刹车盘10转动，在缩回至预设位置时释放手指式刹车盘10，以使手指式刹车盘10在关节电机的驱动下转动。

图6是本发明实施例提供的一种阻挡式刹车机构的刹车释放装置的结构示意图，如图6所示，该阻挡式刹车机构的刹车释放装置包括：第一初始编码位置获取模块610，用于获取关节电机中编码器的第一初始编码位置；第一编码位置获取模块620，用于向关节电机提供第一脉冲电流信号，驱动关节电机带动手指式刹车盘沿顺时针方向旋转，并在手指式刹车盘沿顺时针方向旋转结束时，获取关节电机中编码器的第一编码位置；第二初始编码位置获取模块630，用于获取关节电机中编码器的第二初始编码位置；第二编码位置获取模块640，向关节电机提供第二脉冲电流信号，驱动关节电机带动手指式刹车盘沿逆时针方向旋转，并在手指式刹车盘沿逆时针方向旋转结束时，获取关节电机中编码器的第二编码位置；可转动方向确定模块650，根据第一初始编码位置、第一编码位置、第二初始编码位置和第二编码位置，确定手指式刹车盘的可转动方向；滑动式挡块控制模块660，驱动关节电机带动手指式刹车盘沿可转动方向旋转预设时间，并在预设时间内控制滑动式挡块缩回至预设位置，以释放手指式刹车盘。

可选的，可转动方向确定模块650包括旋转角度计算单元和可转动方向确定单元，旋转角度计算单元用于计算第一初始编码位置到第一编码位置的第一旋转角度，或者计算第二初始编码位置到第二编码位置的第二旋转角度；可转动方向确定单元用于在第一旋转角度大于预设角度时，确定可转动方向为顺时针旋转方向，或者，在第二旋转角度大于所述预设角度时，确定可转动方向为逆时针旋转方向。

可选的，该阻挡式刹车机构的刹车释放装置还包括：第三初始编码位置获取模块，用于在第一旋转角度和所述第二旋转角度均小于预设角度时，获取关节电机中编码器的第三初始编码位置；第三编码位置获取模块，用于调节第一脉冲电流信号的幅值和/或电角度，并将调节后的第一脉冲电流提供至关节电机，驱动关节电机带动手指式刹车盘沿顺时针方向旋转，并在手指式刹车盘沿顺时针方向旋转结束时，获取关节电机中编码器的第三编码位置；第四初始编码位置获取模块，用于获取关节电机中编码器的第四初始编码位置；第四编码位置获取模块，用于调节第二脉冲电流信号的幅值和/或电角度，并将调节后的第二脉冲电流提供至关节电机，驱动关节电机带动手指式刹车盘沿逆时针方向旋转，并在手指式刹车盘沿逆时针方向旋转结束时，获取关节电机中编码器的第四编码位置；循环模块，用于重复执行获取关节电机中编码器的第三初始编码位置的步骤，直至第一旋转角度大于预设角度或第二旋转角度大于预设角度，并记录当前的第一脉冲电流信号和/或当前的第二脉冲电流信号的电角度和幅值。

滑动式挡块控制模块660包括最小可动电流获取单元和手指式刹车盘旋转控制单元；最小可动电流获取单元用于获取驱动关节电机带动手指式刹车盘沿可转动方向进行旋转的最小可动电流；手指式刹车盘旋转控制单元用于向关节电机持续提供预设时间的最小可动电流，驱动关节电机沿可转动方向旋转，并带动手指式刹车盘沿可转动方向旋转预设时间；最小可动电流为I_q+I_t·Sin(ωt)；其中，I_q为记录的当前的第一脉冲电流信号或当前的第二脉冲电流信号的幅值；I_t·Sin(ωt)为按正弦规律变化的扰动电流信号，ω为扰动电流信号的角速度；I_t为扰动电流信号的幅值；t为时间。

可选的，参考图1，阻挡式刹车机构还包括电磁动作器30和弹簧40，电磁动作器30用于控制滑动式挡块压缩或拉伸弹簧40，滑动式挡块控制模块660还包括工作电流提供单元，用于在预设时间内，向电磁动作器30提供持续的工作电流，控制电磁动作器30驱动滑动式挡块20压缩弹簧40，以使滑动式挡块缩回至预设位置。

本发明实施例提供的阻挡式刹车机构的刹车释放装置，解决了在不确定手指式刹车盘可转动方向的情况下，直接向关节电机提供额定工作电流控制电机正反转所导致的电机短时堵转、过流和过载等问题，避免了对刹车结构的损坏，延长了阻挡式刹车机构的使用寿命。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种阻挡式刹车机构的刹车释放方法，所述阻挡式刹车机构包括手指式刹车盘和滑动式挡块，所述手指式刹车盘包括均匀环绕设置的多个刹车手指，所述滑动式挡块用于在伸出时阻挡所述手指式刹车盘转动，在缩回至预设位置时释放所述手指式刹车盘，以使所述手指式刹车盘在关节电机的驱动下转动，其特征在于，包括：

获取所述关节电机中编码器的第一初始编码位置；

向所述关节电机提供第一脉冲电流信号，驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿顺时针方向旋转，并在所述手指式刹车盘沿顺时针方向旋转结束时，获取所述关节电机中编码器的第一编码位置；

获取所述关节电机中编码器的第二初始编码位置；

向所述关节电机提供第二脉冲电流信号，驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿逆时针方向旋转，并在所述手指式刹车盘沿逆时针方向旋转结束时，获取所述关节电机中编码器的第二编码位置；

根据所述第一初始编码位置、所述第一编码位置、第二初始编码位置和所述第二编码位置，确定所述手指式刹车盘的可转动方向；

根据所述第一初始编码位置、所述第一编码位置、第二初始编码位置和所述第二编码位置，确定所述手指式刹车盘的可转动方向，包括：

计算所述第一初始编码位置到所述第一编码位置的第一旋转角度，或者计算所述第二初始编码位置到所述第二编码位置的第二旋转角度；

在所述第一旋转角度大于预设角度时，确定所述可转动方向为顺时针旋转方向，或者，在所述第二旋转角度大于所述预设角度时，确定所述可转动方向为逆时针旋转方向；

驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿所述可转动方向旋转预设时间，并在所述预设时间内控制所述滑动式挡块缩回至所述预设位置，以释放所述手指式刹车盘。

2.根据权利要求1所述的刹车释放方法，其特征在于，还包括：

在所述第一旋转角度和所述第二旋转角度均小于所述预设角度时，获取所述关节电机中编码器的第三初始编码位置；

调节所述第一脉冲电流信号的幅值和/或电角度，并将调节后的所述第一脉冲电流提供至所述关节电机，驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿顺时针方向旋转，并在所述手指式刹车盘沿顺时针方向旋转结束时，获取所述关节电机中编码器的第三编码位置；

获取所述关节电机中编码器的第四初始编码位置；

调节所述第二脉冲电流信号的幅值和/或电角度，并将调节后的所述第二脉冲电流提供至所述关节电机，驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿逆时针方向旋转，并在所述手指式刹车盘沿逆时针方向旋转结束时，获取所述关节电机中编码器的第四编码位置；

重复执行获取所述关节电机中编码器的第三初始编码位置的步骤，直至所述第一旋转角度大于所述预设角度或所述第二旋转角度大于所述预设角度，并记录当前的第一脉冲电流信号和/或当前的第二脉冲电流信号的电角度和幅值。

3.根据权利要求1或2所述的刹车释放方法，其特征在于，驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿所述可转动方向旋转预设时间，包括：

获取驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿所述可转动方向进行旋转的最小可动电流；

在预设时间内，向所述关节电机持续提供所述最小可动电流，驱动所述关节电机沿所述可转动方向旋转，并带动所述手指式刹车盘沿所述可转动方向旋转预设时间。

4.根据权利要求3所述的刹车释放方法，其特征在于，所述最小可动电流为I_q+I_t·Sin(ωt)；

其中，I_q为记录的当前的第一脉冲电流信号或当前的第二脉冲电流信号的幅值；I_t·Sin(ωt)为按正弦规律变化的扰动电流信号，ω为所述扰动电流信号的角速度；I_t为所述扰动电流信号的幅值；t为时间。

5.根据权利要求1所述的刹车释放方法，其特征在于，所述阻挡式刹车机构还包括电磁动作器和弹簧，所述电磁动作器用于控制所述滑动式挡块压缩或拉伸所述弹簧；

控制所述滑动式挡块缩回至所述预设位置，包括：

在所述预设时间内，向所述电磁动作器提供持续的工作电流，控制所述电磁动作器驱动所述滑动式挡块压缩所述弹簧，以使所述滑动式挡块缩回至所述预设位置。

6.一种阻挡式刹车机构的刹车释放装置，所述阻挡式刹车机构包括手指式刹车盘和滑动式挡块，所述手指式刹车盘包括均匀环绕设置的多个刹车手指，所述滑动式挡块用于在伸出时阻挡所述手指式刹车盘转动，在缩回至预设位置时释放所述手指式刹车盘，以使所述手指式刹车盘在关节电机的驱动下转动，其特征在于，包括：

第一初始编码位置获取模块，用于获取所述关节电机中编码器的第一初始编码位置；

第一编码位置获取模块，用于向所述关节电机提供第一脉冲电流信号，驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿顺时针方向旋转，并在所述手指式刹车盘沿顺时针方向旋转结束时，获取所述关节电机中编码器的第一编码位置；

第二初始编码位置获取模块，用于获取所述关节电机中编码器的第二初始编码位置；

第二编码位置获取模块，向所述关节电机提供第二脉冲电流信号，驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿逆时针方向旋转，并在所述手指式刹车盘沿逆时针方向旋转结束时，获取所述关节电机中编码器的第二编码位置；

可转动方向确定模块，根据所述第一初始编码位置、所述第一编码位置、第二初始编码位置和所述第二编码位置，确定所述手指式刹车盘的可转动方向；

滑动式挡块控制模块，驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿所述可转动方向旋转预设时间，并在所述预设时间内控制所述滑动式挡块缩回至所述预设位置，以释放所述手指式刹车盘；

所述可转动方向确定模块包括：

旋转角度计算单元，用于计算所述第一初始编码位置到所述第一编码位置的第一旋转角度，或者计算所述第二初始编码位置到所述第二编码位置的第二旋转角度；

可转动方向确定单元：用于在所述第一旋转角度大于预设角度时，确定所述可转动方向为顺时针旋转方向，或者，在所述第二旋转角度大于所述预设角度时，确定所述可转动方向为逆时针旋转方向。

7.根据权利要求6所述的刹车释放装置，其特征在于，还包括：

第三初始编码位置获取模块，用于在所述第一旋转角度和所述第二旋转角度均小于所述预设角度时，获取所述关节电机中编码器的第三初始编码位置；

第三编码位置获取模块，用于调节所述第一脉冲电流信号的幅值和/或电角度，并将调节后的所述第一脉冲电流提供至所述关节电机，驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿顺时针方向旋转，并在所述手指式刹车盘沿顺时针方向旋转结束时，获取所述关节电机中编码器的第三编码位置；

第四初始编码位置获取模块，用于获取所述关节电机中编码器的第四初始编码位置；

第四编码位置获取模块，用于调节所述第二脉冲电流信号的幅值和/或电角度，并将调节后的所述第二脉冲电流提供至所述关节电机，驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿逆时针方向旋转，并在所述手指式刹车盘沿逆时针方向旋转结束时，获取所述关节电机中编码器的第四编码位置；

循环模块，用于重复执行获取所述关节电机中编码器的第三初始编码位置的步骤，直至所述第一旋转角度大于所述预设角度或所述第二旋转角度大于所述预设角度，并记录当前的第一脉冲电流信号和/或当前的第二脉冲电流信号的电角度和幅值；

所述滑动式挡块控制模块包括最小可动电流获取单元和手指式刹车盘旋转控制单元；所述最小可动电流获取单元用于获取驱动所述关节电机带动所述手指式刹车盘沿所述可转动方向进行旋转的最小可动电流；所述手指式刹车盘旋转控制单元用于在预设时间内，向所述关节电机持续提供所述最小可动电流，驱动所述关节电机沿所述可转动方向旋转，并带动所述手指式刹车盘沿所述可转动方向旋转预设时间；

所述最小可动电流为I_q+I_t·Sin(ωt)；其中，I_q为记录的当前的第一脉冲电流信号或当前的第二脉冲电流信号的幅值；I_t·Sin(ωt)为按正弦规律变化的扰动电流信号，ω为所述扰动电流信号的角速度；I_t为所述扰动电流信号的幅值；t为时间。

8.根据权利要求6所述的刹车释放装置，其特征在于，所述阻挡式刹车机构还包括电磁动作器和弹簧，所述电磁动作器用于控制所述滑动式挡块压缩或拉伸所述弹簧；

所述滑动式挡块控制模块还包括工作电流提供单元，用于在所述预设时间内，向所述电磁动作器提供持续的工作电流，控制所述电磁动作器驱动所述滑动式挡块压缩所述弹簧，以使所述滑动式挡块缩回至所述预设位置。

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