CN113681558B

CN113681558B - 多关节机器人的电机抱闸异常控制方法、装置及机器人

Info

Publication number: CN113681558B
Application number: CN202110941751.3A
Authority: CN
Inventors: 张权; 陈雨琴; 陈宏奇; 张茂盛; 郑土广
Original assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Current assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Priority date: 2021-08-17
Filing date: 2021-08-17
Publication date: 2022-09-16
Anticipated expiration: 2041-08-17
Also published as: CN113681558A

Abstract

本发明公开了一种多关节机器人的电机抱闸异常控制方法、装置及机器人，属于机器人领域；首先检测机器人每个轴的位置、速度和电流；然后在伺服驱动器未上使能时，针对机器人任一轴，计算当前时刻与上一检测时刻的位置和速度的脉冲差值；根据得到的位置和速度的脉冲差值判断对应的电机是否抱闸异常；如果异常，则根据当前时刻的位置和速度得到控制指令并发送给伺服驱动器，伺服驱动器能够根据控制指令及时锁定电机，防止使能时损坏电机和机器人掉臂。本申请能够在电机抱闸异常时，及时锁定电机，有效提高多关节机器人运行时的安全性。

Description

多关节机器人的电机抱闸异常控制方法、装置及机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别地，涉及一种多关节机器人的电机抱闸异常控制方法、装置及机器人。

背景技术

多关节机器人包括至少两个轴，例如两轴机器人、四轴机器人和六轴机器人，目前在多关节机器人控制系统中，每个轴上伺服电机大多数用的都是带刹车的永磁同步电机，抱闸指令是由伺服驱动器在收到运动控制器的使能信号后给刹车电路发送打开刹车的指令，从而驱动伺服电机运行，在这一过程在，电机的抱闸状态是否正常显得尤为重要，导致抱闸异常的原因有很多种，有刹车电路异常、减速箱润滑油泄露等，而电机抱闸异常主要有以下两种情况：

1.伺服驱动器使能后电机刹车未打开，电机运行时出现堵转或电机拖着刹车片运行的情况，从而导致机器人运行异常，同时损坏伺服电机；

2.伺服驱动器未使能时电机刹车打开，电机转动，机器人出现掉臂状况，从而导致机器人损坏，甚至引发安全事故。

但是现有技术中，无法及时发现电机抱闸异常的现象，容易损坏机器人。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种多关节机器人的电机抱闸异常控制方法、装置及机器人，以解决现有技术中，在伺服驱动器未上使能时，无法及时发现电机抱闸异常的现象，容易损坏机器人的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，

一种多关节机器人的电机抱闸异常控制方法，包括以下步骤：

检测所述机器人每个轴的位置、速度和电流；

在伺服驱动器未上使能时，针对所述机器人的任一轴，计算当前时刻与上一检测时刻的位置和速度的脉冲差值；

根据所述位置和速度的脉冲差值判断对应电机是否抱闸异常；

若异常，则根据当前时刻的位置和速度得到控制指令并发送给伺服驱动器，所述控制指令用于控制伺服驱动器将所述电机锁定。

进一步地，所述根据所述位置和速度的脉冲差值判断对应电机是否抱闸异常包括：

判断所述位置和速度的脉冲差值是否在异常差值范围内，所述异常差值范围由预建立的预估模型得到；

若在，则判断所述电机抱闸异常；若不在，则判断所述电机抱闸正常。

进一步地，所述预估模型建立步骤包括：

获取所述机器人在不同工况下、不同轴的电机出现抱闸异常时的位置、速度及电流差值；

根据所述异常时的位置、速度及电流差值建立预估模型。

进一步地，还包括：

对所述建立的预估模型进行校验，以验证所述预估模型是否创建成功。

进一步地，若所述电机抱闸正常，则保存当前时刻的位置和速度并继续判断所述电机抱闸是否异常。

进一步地，所述根据当前时刻的位置和速度得到控制指令并发送给伺服驱动器包括：

根据当前时刻的位置和速度以及电流计算得到锁定角度和转矩电流；

将所述锁定角度和转矩电流作为控制指令发送给伺服驱动器，以便所述伺服驱动器基于所述锁定角度和转矩电流输出PWM将所述电机锁定并发送报警提示。

进一步地，所述锁定角度为当前时刻的位置。

进一步地，所述转矩电流为1.35倍的额定电流。

第二方面，

一种多关节机器人的电机抱闸异常控制装置，包括：

参数检测模块，用于检测所述机器人每个轴的位置、速度和电流；

差值计算模块，用于针对所述机器人的任一轴，计算当前时刻与上一检测时刻的位置和速度的脉冲差值；

异常判断模块，用于根据所述位置和速度的脉冲差值判断对应电机是否抱闸异常；

异常控制模块，用于若异常，则根据当前时刻的位置和速度得到控制指令并发送给伺服驱动器，所述控制指令用于控制伺服驱动器将所述电机锁定。

第三方面，

一种机器人，包括如上述技术方案所述的控制装置。

本申请采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

本申请技术方案提供一种多关节机器人的电机抱闸异常控制方法、装置及机器人，首先检测机器人每个轴的位置、速度和电流；然后在伺服驱动器未上使能时，针对机器人任一轴，计算当前时刻与上一检测时刻的位置和速度的脉冲差值；根据得到的位置和速度的脉冲差值判断对应的电机是否抱闸异常；如果异常，则根据当前时刻的位置和速度得到控制指令并发送给伺服驱动器，伺服驱动器能够根据控制指令及时锁定电机，防止使能时损坏电机和机器人掉臂。本申请能够在电机抱闸异常时，及时锁定电机，有效提高多关节机器人运行时的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种多关节机器人的电机抱闸异常控制方法流程图；

图2是本发明实施例提供的一种多关节机器人的电机抱闸异常控制方法具体流程图；

图3是本发明实施例提供的一种多关节机器人的电机抱闸异常控制装置结构图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的描述说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。

参照图1，本发明实施例提供了一种多关节机器人的电机抱闸异常控制方法，包括以下步骤：

检测所述机器人每个轴的位置、速度和电流；

本发明实施例提供的一种多关节机器人的电机抱闸异常控制方法，首先检测机器人每个轴的位置、速度和电流；然后在伺服驱动器未上使能时，针对机器人任一轴，计算当前时刻与上一检测时刻的位置和速度的脉冲差值；根据得到的位置和速度的脉冲差值判断对应的电机是否抱闸异常；如果异常，则根据当前时刻的位置和速度得到控制指令并发送给伺服驱动器，伺服驱动器能够根据控制指令及时锁定电机，防止使能时损坏电机和机器人掉臂。本申请能够在电机抱闸异常时，及时锁定电机，有效提高多关节机器人运行时的安全性。

作为对上述实施例的一种补充说明根据所述位置和速度的脉冲差值判断对应电机是否抱闸异常包括：判断所述位置和速度的脉冲差值是否在异常差值范围内，所述异常差值范围由预建立的预估模型得到；若在，则判断所述电机抱闸异常；若不在，则判断所述电机抱闸正常。可以理解的是，在伺服驱动器未上使能时，电机中没有电流，因此判断时只采用位置和速度的脉冲差值，而没有电流的差值。

作为本发明实施例一种可选的实现方式，预估模型建立步骤包括：

获取机器人在不同工况下、不同轴的电机出现抱闸异常时的位置、速度及电流差值；根据异常时的位置、速度及电流差值建立预估模型。为了验证预估模型是否创建成功，还包括对建立的预估模型进行校验。

需要说明的是，当校验后验证预估模型已经成功，通过预估模型可以得到电机抱闸异常时的异常范围，示例性的，由预估模型得到异常差值范围为：当位置脉冲差值处于0-a内时，速度脉冲差值处于b-c之间，电机异常；如果当位置脉冲差值是a1(a1位于0-a之间)时，速度脉冲差值在b-c之间时，判断当前的电机处于抱闸异常状态。

可以理解的是，所述电机抱闸正常，则保存当前时刻的位置和速度并继续判断所述电机抱闸是否异常。

作为本发明实施例一种可选的实现方式，根据当前时刻的位置和速度得到控制指令并发送给伺服驱动器包括：根据当前时刻的位置和速度以及电流计算得到锁定角度和转矩电流；将所述锁定角度和转矩电流作为控制指令发送给伺服驱动器，以便所述伺服驱动器基于所述锁定角度和转矩电流输出PWM将所述电机锁定并发送报警提示。优选地，锁定角度为当前时刻的位置。转矩电流为1.35倍的额定电流。

为了更清楚的说明上述实施例的方案，本申请提供一种多关节机器人的电机抱闸异常控制方法具体流程，如图2所示，包括以下步骤：

1、采集机器人在不同工况下，不同轴的电机出现抱闸异常时的位置、速度及电流差值变化，将数据进行数模、脉冲转换后存储；其中，位置、速度信息本身就是编码器的脉冲变化，位置信息是编码器的单圈及多圈数据信息；速度信息是将位置信息进行M法测速计算得来，而电流是进行数模转换。

2、根据步骤1整理的位置、速度及电流差值变化总结规律建立电机抱闸异常的预估模型，并进行校验，预估模型是否创建成功。

3、基于预估模型预估电机抱闸异常的位置及速度差值范围。

4、伺服驱动器在未上使能时，计算当前位置、速度信息与上次位置、速度信息的脉冲差值。其中，上次位置、速度是指当前时刻的上一个检测时刻的位置、速度信息；异常判断是结合位置、速度和电流三项变化综合考虑得出，不是单一由其中一项就能判断，因为预估模型就是根据不同工况下，不同轴的电机出现抱闸异常时的位置、速度及电流差值变化建立。

5、判断脉冲差值是否在预估的异常的位置及速度差值范围内，如果不在预估的预测的范围内，则说明电机抱闸正常，则保存当前位置、速度信息后继续计算及判断；如果在预估的异常位置、速度差值范围内，则根据当前位置、速度信息计算锁定角度及转矩电流。优选地，直接按照步骤6中角度选当前异常位置，电流为1.35倍电流(可以根据电机适当增减)，由于电机抱闸已经异常，刹车处于不可控状态，因此需要将轴锁定；而目前主流是依据变流器空间电压(电流)矢量切换(SVPWM算法)来控制变流器的控制策略，因此锁定电机需要输出固定角度的给定转矩将电机轴锁定在该位置。

6、伺服驱动器基于步骤5计算的锁定角度和转矩电流输出PWM将电机锁定并且报警提示用户，通常角度取当前异常位置，电流取1.35倍的额定电流，避免损坏电机。

本发明实施例提供的控制方法，根据对多关节机器人每个轴的伺服电机实时的使能、位置和速度等信息的监控，建立电机抱闸异常的判断模块，判断电机是否在未使能的情况下位置发生了变化，如果变化超过保护阈值时触发故障保护，伺服驱动器记录当前位置并输出合适的转矩电流对电机进行锁定，避免机器人出现掉臂等危险情况，提高了多关节机器人运行时的安全性。

一个实施例中，本发明实施例还提供一种多关节机器人的电机抱闸异常控制装置，如图3所示，包括：

模型训练模块30，用于获取机器人在不同工况下、不同轴的电机出现抱闸异常时的位置、速度及电流差值；根据异常时的位置、速度及电流差值建立预估模型。此外，对建立的预估模型进行校验，以验证预估模型是否创建成功。

参数检测模块31，用于检测机器人每个轴的位置、速度和电流。

差值计算模块32，用于在伺服驱动器未上使能时，针对所述机器人的任一轴，计算当前时刻与上一检测时刻的位置和速度的脉冲差值。

异常判断模块33，用于根据所述位置和速度的脉冲差值判断对应电机是否抱闸异常；具体地，判断任一轴的位置脉冲差值和速度脉冲差值以及电流差值是否在异常差值范围内，异常范围由预建立的预估模型得到；若在，则判断轴的电机抱闸异常；若不在，则判断轴的电机正常。

异常控制模块34，用于若异常，则根据当前时刻的位置和速度得到控制指令并发送给伺服驱动器，所述控制指令用于控制伺服驱动器将所述电机锁定。具体地，判断所述位置和速度的脉冲差值是否在异常差值范围内，所述异常差值范围由预建立的预估模型得到；若在，则判断所述电机抱闸异常；若不在，则判断所述电机抱闸正常。若所述电机抱闸正常，则保存当前时刻的位置、速度和电流并继续判断所述电机抱闸是否异常。

其中，根据当前时刻的位置和速度得到控制指令并发送给伺服驱动器包括：根据当前时刻的位置和速度以及电流计算得到锁定角度和转矩电流；将所述锁定角度和转矩电流作为控制指令发送给伺服驱动器，以便所述伺服驱动器基于所述锁定角度和转矩电流输出PWM将所述电机锁定并发送报警提示。优选地，锁定角度为当前时刻的位置。转矩电流为1.35倍的额定电流。

本发明实施例提供的多关节机器人的电机抱闸异常控制装置，模型训练模块获取机器人在不同工况下、不同轴的电机出现抱闸异常时的位置、速度及电流差值；并根据异常时的位置、速度及电流差值建立预估模型；参数检测模块检测所述机器人每个轴的位置、速度和电流；差值计算模块针对所述机器人的任一轴，计算当前时刻与上一检测时刻的位置和速度的脉冲差值；异常判断模块根据所述位置和速度的脉冲差值判断对应电机是否抱闸异常；若异常，异常控制模块则根据当前时刻的位置和速度得到控制指令并发送给伺服驱动器，所述控制指令用于控制伺服驱动器将所述电机锁定。本发明实施例提供的控制装置能够有效的在伺服驱动器未使能时，判断电机抱闸是否异常，若异常则及时向伺服驱动器发送控制指令，能够及时锁定电机，避免电机或机器人损坏。

一个实施例中，本发明还提供一种机器人，包括上述实施例提供的控制装置。本发明实施例提供的机器人通过控制装置可以根据对多关节机器人每个轴的伺服电机实时的使能、位置和速度等信息的监控，建立电机抱闸异常的判断模块，判断电机是否在未使能的情况下位置发生了变化，但变化超过保护阈值时触发故障保护，伺服驱动器记录当前位置并输出合适的转矩电流对电机进行锁定，避免机器人出现掉臂等危险情况，提高了多关节机器人运行时的安全性。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，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模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种多关节机器人的电机抱闸异常控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测所述机器人每个轴的位置、速度和电流；

若异常，则根据当前时刻的位置和速度得到控制指令并发送给伺服驱动器，所述控制指令用于控制伺服驱动器将所述电机锁定；

所述根据所述位置和速度的脉冲差值判断对应电机是否抱闸异常包括：

若在，则判断所述电机抱闸异常；若不在，则判断所述电机抱闸正常；

所述根据当前时刻的位置和速度得到控制指令并发送给伺服驱动器包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述预估模型建立步骤包括：

根据所述异常时的位置、速度及电流差值建立预估模型。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：若所述电机抱闸正常，则保存当前时刻的位置和速度并继续判断所述电机抱闸是否异常。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述锁定角度为当前时刻的位置。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述转矩电流为1.35倍的当前时刻的电流。

7.一种多关节机器人的电机抱闸异常控制装置，其特征在于，包括：

异常判断模块，用于根据所述位置和速度的脉冲差值判断对应电机是否抱闸异常；所述根据所述位置和速度的脉冲差值判断对应电机是否抱闸异常包括：判断所述位置和速度的脉冲差值是否在异常差值范围内，所述异常差值范围由预建立的预估模型得到；若在，则判断所述电机抱闸异常；若不在，则判断所述电机抱闸正常；

异常控制模块，用于若异常，则根据当前时刻的位置和速度得到控制指令并发送给伺服驱动器，所述控制指令用于控制伺服驱动器将所述电机锁定；所述根据当前时刻的位置和速度得到控制指令并发送给伺服驱动器包括：根据当前时刻的位置和速度以及电流计算得到锁定角度和转矩电流；将所述锁定角度和转矩电流作为控制指令发送给伺服驱动器，以便所述伺服驱动器基于所述锁定角度和转矩电流输出PWM将所述电机锁定并发送报警提示。

8.一种机器人，其特征在于：包括如权利要求7所述的控制装置。