CN114378798A - 一种多关节机器人制动器异常检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多关节机器人制动器异常检测方法，其特点在于，一种多关节机器人，包括机械臂以及若干个关节，所述关节包括：壳体；电机；制动器，所述制动器包括：抱闸片，套设于电机轴以跟随所述电机轴转动；挡杆，所述挡杆包括伸出状态和缩回状态，所述挡杆处于伸出状态时能够接触所述抱闸片以至少部分的限制所述抱闸片的转动；所述多关节机器人包括：检测模块，用于在机器人上电开始执行工作前和/或机器人结束执行工作下电前，且电机处于励磁状态时，检测制动器是否存在异常；控制模块，用于根据检测到制动器存在异常，保持电机励磁状态，输出异常指令。本发明的有益效果是：多关节机器人的制动可靠性好、安全性好。

Description

一种多关节机器人制动器异常检测方法

技术领域

本发明涉及一种工业机器人领域，特别是涉及一种多关节机器人及其控制方法。

背景技术

随着社会的发展，机器人开始广泛应用于家用机器人、工业机器人、服务机器人等多个领域。工业机器人包括机械臂以及多个关节，其常常被用于在工业环境中替代或辅助人的工作，工业机器人包括传统的工业机器人和新型的协作机器人，协作机器人常常用于与人一起工作，因此，协作机器人是工业机器人中对安全性要求较高的一类机器人。工业机器人的关节包括制动器和电机，其中电机提供关节驱动力，制动器用于限制电机的转动以停止相应关节的运动。对于工业机器人而言，尤其是对于协作机器人而言，制动器的性能非常重要，制动器如若发生异常可能会使得机器人发生砸臂、掉落等危险。

CN109760035A公开了一种机器人模块化关节冗余抱闸装置，该装置采用第一挡杆、第二挡杆的冗余制动设计，并分别通过第一压力传感器、第二压力传感器检测电阻值判断挡杆是否制动到位，利用常开抱闸组件确保不砸臂，但结构设计较复杂，实现难度大，成本较高。

因此，有必要设计一种制动性能好、可靠性好、易实现的多关节机器人及其检测方法。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种制动性能好、可靠性好、易实现的多关节机器人及其检测方法。

本发明可采用如下技术方案：一种多关节机器人，包括机械臂以及若干个关节，所述关节包括：壳体；电机；制动器，所述制动器包括：抱闸片，套设于电机轴以跟随所述电机轴转动；挡杆，所述挡杆包括伸出状态和缩回状态，所述挡杆处于伸出状态时能够接触所述抱闸片以至少部分的限制所述抱闸片的转动；所述多关节机器人包括：检测模块，用于在机器人上电开始执行工作前和/或机器人结束执行工作下电前，且电机处于励磁状态时，检测制动器是否存在异常；控制模块，用于根据检测到制动器存在异常，保持电机励磁状态，输出异常指令。

进一步的，所述控制模块用于检测到制动器存在异常，控制制动器不解除制动。

进一步的，所述异常指令包括：警示指令、减小机器人工作速度指令、提醒用户处理指令、提醒用户选择工作模式指令至少其一。

进一步的，所述检测制动器是否存在异常包括：检测挡杆是否接触所述抱闸片；所述检测到制动器存在异常包括：未检测到挡杆接触所述抱闸片。

进一步的，所述检测制动器是否存在异常包括：检测所述电机在预定时间内的运动量，判断所述运动量是否超过预设值；所述检测到制动器存在异常包括：检测到所述运动量超过预设值。

进一步的，所述预定时间的起始点为所述挡杆接触所述抱闸片。

进一步的，所述检测模块包括至少两个位置传感器，所述至少两个位置传感器分别用于检测所述电机在预定时间内的运动量，仅当检测结果一致时判断所述运动量是否超过预设值。

进一步的，所述至少两个位置传感器包括关节编码器、速度/加速度传感器、霍尔传感器中至少其一。

进一步的，所述控制模块用于根据检测到制动器正常，控制机器人下电或控制机器人解除制动后执行工作。

本发明还可采用如下技术方案：一种多关节机器人的检测方法，应用于上述任一项所述的多关节机器人，所述方法包括：在机器人上电开始执行工作前和/或机器人结束执行工作下电前，且电机处于励磁状态时，检测制动器是否存在异常；检测到制动器存在异常，保持电机励磁状态，输出异常指令。

进一步的，所述方法包括：检测到制动器存在异常，控制制动器不解除制动。

进一步的，所述异常指令包括：警示指令、减小机器人工作速度指令、提醒用户处理指令、提醒用户选择工作模式指令至少其一。

进一步的，所述检测制动器是否存在异常包括：挡杆是否接触抱闸片；所述检测到制动器存在异常包括：未检测到挡杆接触所述抱闸片。

进一步的，所述检测制动器是否存在异常包括：检测所述电机在预定时间内的运动量，判断所述运动量是否超过预设值；所述检测到制动器存在异常包括：检测到所述运动量超过预设值。

进一步的，所述检测制动器是否存在异常包括：通过至少两个位置传感器分别检测制动器是否存在异常；所述检测到制动器存在异常包括：当所述至少两个位置检测器结果一致时，判断制动器是否存在异常。

进一步的，所述至少两个位置传感器包括关节编码器、速度/加速度传感器、霍尔传感器中至少其一。

与现有技术相比，本发明具体实施方式的有益效果为：多关节机器人包括挡杆式制动器，在多关节机器人上电阶段和/或下电阶段确认制动器的工作性能，使得机器人工作过程中制动性能得以保证，同时在检测制动性能时保持电机励磁，使得当制动器异常时机器人不会失控发生坠落、砸臂。

附图说明

以上所述的本发明的目的、技术方案以及有益效果可以通过下面附图实现：

图1是本发明的一个实施例的多关节机器人示意图

图2是本发明的一个实施例的制动器的示意图

图3是本发明的一个实施例的关节的爆炸图

图4a是工业机器人动作开始程序的时间图

图4b是本发明的一个实施例的多关节机器人的动作开始程序的时间图

图5a是工业机器人停止程序的时间图

图5b是本发明的一个实施例的多关节机器人的停止程序的时间图

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分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，都属于本发明保护的范围。

本发明保护一种多关节机器人，参图1，图1是本发明一个实施例的多关节机器人的示意图。多关节机器人包括多个关节130，例如包括三个、五个、六个关节，不同的关节数量的多关节机器人具有不同的自由度，协作机器人是一种典型的多关节机器人，如图1所示为六关节协作机器人。本发明所保护的多关节机器人，包括机械臂120以及若干个关节，所述机械臂120包括多个机械臂部分，所述关节用于连接相邻的所述机械臂部分，所述关节130包括：壳体1；电机2；制动器10。所述多关节机器人100能够连接工具200以执行工作任务。参图2，图2示出了本发明一个实施例的多关节机器人100的制动器10的示意图，所述制动器10包括：抱闸片11，套设于电机轴14以跟随所述电机轴14转动；挡杆12，所述挡杆12包括伸出状态和缩回状态，所述挡杆12处于伸出状态时能够接触所述抱闸片11以至少部分的限制所述抱闸片11的转动，进一步的，所述制动器10包括电磁阀13，所述电磁阀13能够控制所述挡杆12在伸出状态和缩回状态之间转换。所述多关节机器人100包括检测模块，用于在机器人上电执行工作前和/或机器人结束执行工作下电前，且电机2处于励磁状态时，检测制动器10是否存在异常；以及控制模块，用于根据检测到制动器10存在异常，保持电机励磁状态，输出异常指令。具体的，本发明所保护的多关节机器人100采用上述的挡杆式抱闸，所述挡杆式抱闸包括挡杆12，抱闸片11，所述挡杆处于伸出状态接触所述抱闸片11时能够至少部分的限制所述抱闸片11的转动，进一步的，参图3，图3示出了本发明一个实施例的机器人的关节的爆炸图，所述制动器10还包括设置于抱闸片11两侧的制动片15，所述制动片15能够在制动时夹紧所述抱闸片11，以进一步实现制动器10上电制动。本发明的一个实施例中，具体的，通常机器人上电后，解除制动器10，然后开始执行工作任务，本实施例中，机器人上电开始执行工作前，且电机处于励磁状态时，检测模块检测制动器10是否存在异常，控制模块根据检测模块检测到制动器10存在异常时，保持电机处于励磁状态，同时输出异常指令；在本发明的另一个实施例中，类似的，通常机器人结束执行工作后，制动器10进行制动，然后下电停机，本实施例中，机器人结束执行工作后，制动器进行制动，检测模块在电机处于励磁状态时，检测制动器10是否存在异常，控制模块根据所述检测模块检测到制动器10存在异常，保持电机励磁状态，输出异常指令。挡杆式制动器在制动过程中存在运动的空程，即制动时抱闸片11未与挡杆接触的运动过程，在电机处于励磁状态时，检测制动器是否存在异常，则励磁状态下的电机能够处于旋转状态，因此抱闸片11跟随电机轴14旋转，使得抱闸片11和挡杆12有可能接触，以检测制动器是否存在异常。以及，检测到异常时，保持电机励磁，以防止制动器未能有效制动使得机器人发生砸臂等危险。通过在机器人上电开始执行工作前和/或机器人结束执行工作下电前，在电机励磁状态检测制动器10是否存在异常，并在制动器10异常时保持电机励磁状态，输出异常指令，使得机器人100的制动器的可靠性好、安全性好，同时易于实现。

在本发明的一个实施例中，所述控制模块用于根据检测到制动器10存在异常，保持电机励磁状态，输出异常指令。进一步的，所述异常指令包括：警示指令、减小机器人工作速度指令、提醒用户处理指令、提醒用户选择工作模式指令至少其一。进一步的，所述警示指令，例如可以通过视觉、声觉等方式引起人的注意；所述减小机器人工作速度指令，即控制机器人减小速度后继续执行工作；所述提醒用户选择工作模式指令，例如，提醒用户当前可以选择强制下电，或者缓慢下落后下电，也即确保机器人的操作在用户的掌控之中，避免制动器异常引起的安全风险。在本发明的另一个实施例中，所述控制模块用于检测到制动器存在异常时，控制制动器不解除制动，进一步的，检测模块在机器人上电开始执行工作前检测制动器是否存在异常，所述控制模块检测到制动器存在异常，控制制动器不解除制动，保持电机励磁状态，输出异常指令。

在本发明的一个实施例中，所述检测模块用于检测制动器是否存在异常，所述检测制动器10是否存在异常包括：检测挡杆是否接触所述抱闸片；所述控制模块用于根据检测到制动器存在异常，保持电机励磁状态，输出异常指令。所述检测到制动器存在异常包括：未检测到挡杆12接触所述抱闸片11。具体的，所述检测模块检测制动器10是否存在异常也即，检测模块检测制动器10是否处于可靠的制动状态，对于挡杆式制动器而言，制动过程中需要挡杆12接触所述抱闸片11以实现制动，进一步的，抱闸片11和制动片15之间存在摩擦力，以进一步实现制动器的制动。若未检测到挡杆12接触所述抱闸片11，则可能出现了挡杆12未能成功处于伸出状态的异常因素，此时判断为制动器存在异常，并在保持电机励磁的状态下，输出异常指令。进一步的，所述检测挡杆12是否接触所述抱闸片11包括：检测所述挡杆12在预定时间内是否接触所述抱闸片11。所述检测到制动器存在异常包括：在预定时间内未检测到挡杆12接触所述抱闸片11。示例性的，所述预定时间为电机旋转抱闸片11一个齿的角度的时间。或者例如，所述检测到制动器存在异常包括：在预定距离内未检测到挡杆12接触所述抱闸片。示例性的，所述预定距离为电机抱闸片11的相邻齿之间的距离。

在本发明的另一个实施例中，所述检测制动器是否存在异常包括：检测所述电机在预定时间内的运动量，判断所述运动量是否超过预设值；所述检测到制动器存在异常包括：检测到所述运动量超过预设值。进一步的，所述电机在成功制动的状态下的运动量可以预先获知，也即设定一预设值，所述预设值表征机器人在成功制动状态下的运动量，通过检测电机在预定时间内的运动量，若运动量大于该预设值，则表明制动器存在异常，反之，表示制动器工作正常。进一步的，所述制动器存在异常包括，制动器未能正常制动或者制动器的制动性能不佳，若发生以上任一一种情况，则判定为制动器存在异常，因其不具备安全、可靠的制动性能。进一步的，所述预定时间可以用于衡量机器人制动全程的运动量基础，或者，所述预定时间用于衡量所述机器人除却空程的制动过程的运动量基础，在一个实施例中，所述预定时间的起始点为所述挡杆12接触所述抱闸片11，也即，所述预定时间用于衡量所述机器人除却空程的制动过程的运动量基础。多关节机器人100在制动过程中可能存在两种情况使得其不能够提供稳定的制动性能，其一是挡杆12未能有效处于伸出状态，即未能与抱闸片11接触，其二是挡杆12已经处于有效状态，但是抱闸片11和制动片15之间的摩擦力不够，使得机器人的制动性能不能得到保证。在后一种情况下，空程过程中，机器人运动量较大使得确定的运动量相对误差大，而抱闸片11和制动片15之间受摩擦作用停止时运动距离相对较小，通过设置预定时间的起始点为挡杆12接触抱闸片11，能够提高检测制动器异常的准确性。

在本发明一个实施例中，示例性的，通过检测电机在预定时间内的运动量，判断其是否超过预设值来确定制动器是否存在异常。电机的运动量可以通过位置传感器来确定，在本实施例中，所述检测模块包括至少两个位置传感器，所述至少两个位置传感器分别用于检测所述电机在预定时间内的运动量，仅当检测结果一致时判断所述运动量是否超过预设值。通过设置两个位置传感器，若其中任何一个传感器的检测结果出现不准确的情况，则两个传感器的检测结果不一致，则两个传感器的检测结果不能够被采信，防止因为位置检测的不准确性使得检测制动器是否存在异常的过程可靠性低，通过设置至少两个位置检测传感器，提高了检测制动器异常的可靠性，进而提升了多关节机器人100工作的安全性。进一步的，当所述至少两个位置传感器的检测结果不一致时，不采用所述检测结果，同时提醒用户机器人存在不安全因素，提醒其进行处理。进一步的，所述至少两个位置传感器包括关节编码器、速度/加速度传感器、霍尔传感器中至少其一。其中，在一个实施例中，所述关节编码器设置于所述电机的输出侧。综上，本实施例的多关节机器人100采用双位置传感器的方式检测电机的运动量使得检测结果的可靠性较高，多关节机器人的可靠性高。

本发明所保护的多关节机器人100，在机器人上电开始执行工作前和/或机器人结束执行工作下电前，且电机处于励磁状态时，检测制动器是否存在异常。在一个实施例中，所述控制模块用于根据检测到制动器正常，控制机器人下电或控制机器人解除制动后执行工作。即，当在机器人上电开始执行工作前，检测到制动器正常，表明此时制动器的性能得以保证，解除制动后执行工作；当在机器人结束执行工作下电前，检测到制动器正常，表明此时机器人制动性能正常，此时控制机器人下电机器人不会因为未成功制动而发生砸臂。

参图4a和图5a,分别示出了工业机器人动作开始程序和停止程序的时间图，图4b示出了本发明一个实施例的多关节机器人的动作开始程序的时间图，多关节机器人100上电后，电机励磁处于接通状态，制动器处于制动状态，仅当制动器解除制动后方能执行工作指令，所述电机开始励磁和制动器解除制动之间的时间为T1,检测模块在T1时间内检测制动器是否存在异常，具体的，检测模块在T2时间内检测挡杆是否接触抱闸片，检测模块在T3时间内检测电机的运动量是否超过预设值，仅当检测模块在T2时间段和T3时间段检测结果均满足条件时，判断为制动器不存在异常，制动器解除制动，多关节机器人执行工作指令。图5b示出了本发明一个实施例的多关节机器人的停止程序的时间图，常规的，机器人结束执行工作后，电机励磁处于接通状态，制动器制动，在电机励磁断开前，也即T4时间段内，检测模块检测制动器是否存在异常，具体的，检测模块在T5时间内检测挡杆是否接触抱闸片，检测模块在T6时间内检测电机的运动量是否超过预设值，仅当检测模块在T5和T6时间段检测结果均满足条件时，判断为制动器不存在异常，电机励磁断开，机器人执行下电操作。具体的，在上述的T1和T4时间内，电机励磁均处于接通状态，即电机可转动以供检测模块确认挡杆是否接触抱闸片，以及确认电机的运动量，进而判断制动器是否存在异常。通过在机器人上电后执行工作前检测制动器是否存在异常，以及在机器人结束执行工作下电前检测制动器是否存在异常，并通过检测模块分别检测挡杆接触状况、电机运动量两者来确认制动器是否存在异常，使得制动器工作更可靠，多关节机器人安全性好。

以上优选实施例的有益效果在于：通过在机器人上电开始执行工作前和/或机器人结束执行工作下电前，在电机励磁状态检测制动器是否存在异常，并在制动器异常时保持电机励磁状态，输出异常指令，使得机器人的制动器的可靠性好、安全性好，同时易于实现。

本发明还保护一种多关节机器人100的检测方法，应用于上文中任一项所述的多关节机器人100，所述方法包括：

在机器人上电开始执行工作前和/或机器人结束执行工作下电前，且电机处于励磁状态时，检测制动器是否存在异常；

检测到制动器存在异常，保持电机励磁状态，输出异常指令。

进一步的，所述方法包括：检测到制动器存在异常，控制制动器不解除制动。

其中，所述异常指令包括：警示指令、减小机器人工作速度指令、提醒用户处理指令、提醒用户选择工作模式指令至少其一。

进一步的，所述检测制动器是否存在异常包括：挡杆是否接触抱闸片；所述检测到制动器存在异常包括：未检测到挡杆接触所述抱闸片。

进一步的，所述检测制动器是否存在异常包括：检测所述电机在预定时间内的运动量，判断所述运动量是否超过预设值；所述检测到制动器存在异常包括：检测到所述运动量超过预设值。

进一步的，所述检测制动器是否存在异常包括：通过至少两个位置传感器分别检测制动器是否存在异常；所述检测到制动器存在异常包括：当所述至少两个位置检测器结果一致时，判断制动器是否存在异常。

进一步的，所述至少两个位置传感器包括关节编码器、速度/加速度传感器、霍尔传感器中至少其一。

本发明所保护的多关节机器人的检测方法，具体实施细节与多关节机器人的实施细节相同或相类似，此处不再赘述。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多关节机器人，其特征在于，包括机械臂以及若干个关节，所述关节包括：

壳体；电机；制动器，所述制动器包括：

抱闸片，套设于电机轴以跟随所述电机轴转动；

挡杆，所述挡杆包括伸出状态和缩回状态，所述挡杆处于伸出状态时能够接触所述抱闸片以至少部分的限制所述抱闸片的转动；

所述多关节机器人包括：

检测模块，用于在机器人上电开始执行工作前和/或机器人结束执行工作下电前，且电机处于励磁状态时，检测制动器是否存在异常；

控制模块，用于根据检测到制动器存在异常，保持电机励磁状态，输出异常指令。

2.根据权利要求1所述的多关节机器人，其特征在于，所述控制模块用于检测到制动器存在异常，控制制动器不解除制动。

3.根据权利要求1所述的多关节机器人，其特征在于，所述异常指令包括：警示指令、减小机器人工作速度指令、提醒用户处理指令、提醒用户选择工作模式指令至少其一。

4.根据权利要求1所述的多关节机器人，其特征在于，所述检测制动器是否存在异常包括：检测挡杆是否接触所述抱闸片；所述检测到制动器存在异常包括：未检测到挡杆接触所述抱闸片。

5.根据权利要求1所述的多关节机器人，其特征在于，所述检测制动器是否存在异常包括：检测所述电机在预定时间内的运动量，判断所述运动量是否超过预设值；所述检测到制动器存在异常包括：检测到所述运动量超过预设值。

6.根据权利要求5所述的多关节机器人，其特征在于，所述预定时间的起始点为所述挡杆接触所述抱闸片。

7.根据权利要求5所述的多关节机器人，其特征在于，所述检测模块包括至少两个位置传感器，所述至少两个位置传感器分别用于检测所述电机在预定时间内的运动量，仅当检测结果一致时判断所述运动量是否超过预设值。

8.根据权利要求7所述的多关节机器人，其特征在于，所述至少两个位置传感器包括关节编码器、速度/加速度传感器、霍尔传感器中至少其一。

9.根据权利要求1所述的多关节机器人，其特征在于，所述控制模块用于根据检测到制动器正常，控制机器人下电或控制机器人解除制动后执行工作。

10.一种多关节机器人的检测方法，应用于权利要求1-9中任一项所述的多关节机器人，其特征在于，所述方法包括：

在机器人上电开始执行工作前和/或机器人结束执行工作下电前，且电机处于励磁状态时，检测制动器是否存在异常；

检测到制动器存在异常，保持电机励磁状态，输出异常指令。

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