CN114905546A - 抱闸控制系统、方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents

抱闸控制系统、方法、装置及计算机可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明实施方式公开了抱闸控制系统、方法、装置及计算机可读存储介质。抱闸控制系统包括：电机，布置在机械臂上或机床的垂直轴上，适配于驱动负载；抱闸，适配于制动电机；驱动器，被配置为向电机发送适配于启动电机的启动信号后，向抱闸发送渐进控制信号，渐进控制信号适配于渐进地打开抱闸，从而抱闸渐进地降低对电机施加的制动扭矩。本发明实施方式不是瞬间打开抱闸，而是渐进地打开抱闸，抱闸对电机施加渐进降低的制动扭矩，即使电机扭矩起始时不够大，经过电机扭矩与制动扭矩的共同作用，可以克服或减缓掉轴现象。另外，通过电机的驱动电流实现实时的抱闸控制，具有灵活的渐进控制方式。

Description

抱闸控制系统、方法、装置及计算机可读存储介质
技术领域
本发明实施方式涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种抱闸控制系统、方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
在当前的工业制造领域，机器人和数控机床越来越多应用在各行各业，比如机器人焊接、机器人抓取或搬运等。对于一些关节机器人或者具有垂直轴(也就是Z轴)的机床，在打开电机驱动器使能的时候，由于负载比较重，机械臂的末端或垂直轴经常发送掉轴现象，表现为“点头”动作。掉轴现象在很多机器人应用行业，比如汽车焊接中是不允许发生的。
图1为现有技术中多关节机器人的掉轴现象的示意图。多关节机器人包含远离末端的关节臂1以及靠近末端的关节臂12和关节臂13。当驱动器使能的时候，在关节臂自身重力以及负载的重力作用下，关节臂12和关节臂13由于靠近末端，快速掉到虚线位置，而远离末端的关节臂1基本保持不动。然后，在位置控制器的作用下，关节臂12和关节臂13回到原来静止的实线位置。
目前，如何克服或减缓掉轴现象是尚待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施方式提供一种抱闸控制系统、方法、装置及计算机可读存储介质。
第一方面，本发明实施方式提供抱闸控制系统，包括：
电机，布置在机械臂上或机床的垂直轴上，适配于驱动负载；
抱闸，适配于制动所述电机；
驱动器，被配置为向所述电机发送适配于启动所述电机的启动信号后，向所述抱闸发送渐进控制信号，所述渐进控制信号适配于渐进地打开所述抱闸，从而所述抱闸渐进地降低对所述电机施加的制动扭矩。
可见，在本发明实施方式中，在启动电机后，不再是瞬间打开电机的抱闸，而是利用渐进控制信号渐进地打开抱闸，抱闸对电机施加渐进降低的制动扭矩，即使电机因刚启动而扭矩不够大，但是经过电机扭矩与制动扭矩的共同作用，依然可以克服或减缓掉轴现象。
在示范性实施方式中，所述渐进控制信号适配于以线性渐进方式打开所述抱闸，从而所述抱闸以线性渐进方式降低对所述电机施加的制动扭矩。
因此，本发明实施方式通过线性渐进方式打开抱闸，可以平稳控制抱闸的打开过程，从而减少振动。
在示范性实施方式中，所述渐进控制信号适配于持续地使所述制动扭矩与所述电机的驱动扭矩之和等于负载扭矩。
可见，本发明实施方式的制动扭矩与电机的驱动扭矩之和持续等于负载扭矩，可以提高电机启动后的负载平稳度。
在示范性实施方式中，所述驱动器，被配置为基于所述电机的驱动电流当前值确定所述电机的驱动扭矩当前值，基于所述驱动扭矩当前值和所述负载扭矩确定所述制动扭矩的目标值，基于所述制动扭矩的目标值确定抱闸线圈的电流目标值，所述抱闸线圈适配于控制所述抱闸的开度，其中所述渐进控制信号适配于将所述抱闸线圈的电流值设置为所述电流目标值。
因此，本发明实施方式通过电机的驱动电流当前值实时控制抱闸线圈的电流值，实现了针对抱闸开度的实时精确控制，提高了控制效率。
在示范性实施方式中，所述驱动器，被配置为基于所述驱动电流当前值I1确定所述电机的驱动扭矩当前值Td，其中Td＝Kt*I1，Kt为所述电机的扭矩常数；确定所述制动扭矩的目标值Tb，其中Tb＝Tl-Td，Tl为基于所述负载的重力、所述机械臂或垂直轴的重力、所述机械臂或垂直轴的倾斜角所确定的所述负载扭矩；确定所述抱闸线圈的电流目标值I2，其中I2＝I0-(Tl-Td)/Ktb，Ktb为所述抱闸线圈的扭矩系数，I0为基于所述抱闸完全关闭时的制动扭矩所确定的线圈电流换算值。
可见，本发明实施方式通过电机的驱动电流当前值精准控制抱闸线圈的电流目标值，可以准确控制抱闸开度。
在示范性实施方式中，所述驱动器还包括控制信号生成电路，所述控制信号生成电路包括：
三极管，所述三极管的基极与适配于提供脉冲宽度调制信号的输入端连接，所述三极管的集电极连接所述抱闸线圈的第一端，所述三极管的发射极接地，所述抱闸线圈的第二端连接电源；
其中所述三极管工作于饱和区，所述脉冲宽度调制信号的占空比为T，其中T＝1-((Tl-Td)/(Ktb*I0))。
因此，本发明实施方式基于工作于饱和区的三极管以及占空比可调的脉冲宽度调制信号，能够控制抱闸线圈的电流目标值。
在示范性实施方式中，所述驱动器还包括控制信号生成电路，所述控制信号生成电路包括：
三极管，所述三极管的基极与适配于提供模拟量信号的输入端连接，所述三极管的集电极连接所述抱闸线圈的第一端，所述三极管的发射极接地，所述抱闸线圈的第二端连接电源；
其中所述三极管工作于放大区，所述模拟量信号被调节以使得所述抱闸线圈的电流值持续等于所述电流目标值I2。
因此，本发明实施方式基于工作于放大区的三极管以及可调的模拟量信号，能够控制抱闸线圈的电流目标值。
第二方面，本发明实施方式提供抱闸控制方法，包括：
向电机发送适配于启动所述电机的启动信号，其中所述电机布置在机械臂上或机床的垂直轴上，所述电机适配于驱动负载；
向适配于制动所述电机的抱闸发送渐进控制信号，所述渐进控制信号适配于渐进地打开所述抱闸，从而所述抱闸渐进地降低对所述电机施加的制动扭矩。
可见，在本发明实施方式中，在启动电机后，不再是瞬间打开电机的抱闸，而是利用渐进控制信号渐进地打开抱闸，抱闸对电机施加渐进降低的制动扭矩，即使电机因刚启动而扭矩不够大，但是经过电机扭矩与制动扭矩的共同作用，依然可以克服或减缓掉轴现象。
在示范性实施方式中，所述渐进控制信号适配于以线性渐进方式打开所述抱闸，从而所述抱闸以线性渐进方式降低对所述电机施加的制动扭矩。
因此，本发明实施方式通过线性渐进方式打开抱闸，可以平稳控制抱闸的打开过程，从而减少振动。
在示范性实施方式中，所述渐进控制信号还适配于持续地使所述制动扭矩与所述电机的驱动扭矩之和等于负载扭矩。
可见，本发明实施方式的制动扭矩与电机的驱动扭矩之和持续等于负载扭矩，可以提高电机启动后的负载平稳度。
在示范性实施方式中，包括：
基于所述电机的驱动电流当前值确定所述电机的驱动扭矩当前值；
基于所述驱动扭矩当前值和所述负载扭矩确定所述制动扭矩的目标值；
基于所述制动扭矩的目标值确定抱闸线圈的电流目标值，所述抱闸线圈适配于控制所述抱闸的开度，其中所述渐进控制信号适配于将所述抱闸线圈的电流值设置为所述电流目标值。
因此，本发明实施方式通过电机的驱动电流当前值实时控制抱闸线圈的电流值，实现了针对抱闸开度的实时精确控制，提高了控制效率。
在示范性实施方式中，包括：
基于所述驱动电流当前值I1确定所述电机的驱动扭矩当前值Td，其中Td＝Kt*I1，Kt为所述电机的扭矩常数；
确定所述制动扭矩的目标值Tb，其中Tb＝Tl-Td，Tl为基于所述负载的重力、所述机械臂或垂直轴的重力、所述机械臂或垂直轴的倾斜角所确定的所述负载扭矩；
确定所述抱闸线圈的电流目标值I2，其中I2＝I0-(Tl-Td)/Ktb，Ktb为所述抱闸线圈的扭矩系数，I0为基于所述抱闸完全关闭时的制动扭矩所确定的线圈电流换算值。
可见，本发明实施方式通过电机的驱动电流当前值精准控制抱闸线圈的电流目标值，可以准确控制抱闸开度。
第三方面，本发明实施方式提供抱闸控制装置，包括：
第一发送模块，用于向电机发送适配于启动所述电机的启动信号，其中所述电机布置在机械臂上或机床的垂直轴上，所述电机适配于驱动负载；
第二发送模块，用于向适配于制动所述电机的抱闸发送渐进控制信号，所述渐进控制信号适配于渐进地打开所述抱闸，从而所述抱闸渐进地降低对所述电机施加的制动扭矩。
可见，在本发明实施方式中，在启动电机后，不再是瞬间打开电机的抱闸，而是利用渐进控制信号渐进地打开抱闸，抱闸对电机施加渐进降低的制动扭矩，即使电机因刚启动而扭矩不够大，但是经过电机扭矩与制动扭矩的共同作用，依然可以克服或减缓掉轴现象。
第四方面，本发明实施方式提供抱闸控制装置，包括：
存储器，被配置为存储计算机可读代码；
处理器，被配置为调用所述计算机可读代码，执行如上任一种所述的抱闸控制方法。
第五方面，本发明实施方式提供计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令在被处理器执行时，使所述处理器执行如上任一种所述的抱闸控制方法。
第六方面，本发明实施方式提供计算机程序产品，所述计算机程序产品被有形地存储在计算机可读存储介质上并且包括计算机可读指令，所述计算机可读指令在被执行时使至少一个处理器执行如上任一种所述的抱闸控制方法。
附图说明
图1为现有技术中多关节机器人的掉轴现象的示意图。
图2为本发明实施方式的抱闸控制系统的示范性结构图。
图3为本发明实施方式的抱闸控制过程的示范性时序图。
图4为本发明实施方式的机械臂受力分析的示范性示意图。
图5为本发明实施方式的控制信号生成电路的示范性结构图。
图6为本发明实施方式的抱闸控制方法的示范性流程图。
图7为本发明实施方式的抱闸控制装置的示范性结构图。
图8为本发明实施方式的抱闸控制装置的另一示范性结构图。
其中，附图标记如下：
11、12、13 关节臂
20 抱闸控制系统
21 电机
22 抱闸
23 驱动器
24 负载
211 电机轴
231 控制信号生成电路
30 负载
31 关节
32 机械臂
221 抱闸线圈
232 三极管
233 输入端
600 抱闸控制方法
601～602 步骤
700 抱闸控制装置
701 第一发送模块
702 第二发送模块
800 抱闸控制装置
801 存储器
802 处理器
具体实施方式
现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，并非是对权利要求书中所阐述的保护范围、适用性或者示例的限制。可以在不脱离本发明实施方式内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。例如，所描述的方法可以按照与所描述的顺序不同的顺序来执行，以及各个步骤可以被添加、省略或者组合。另外，相对一些示例所描述的特征在其它例子中也可以进行组合。
如本文中使用的，术语“包括”及其变型表示开放的术语，含义是“包括但不限于”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一实施例”表示“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”表示“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同的或相同的对象。下面可以包括其他的定义，无论是明确的还是隐含的。除非上下文中明确地指明，否则一个术语的定义在整个说明书中是一致的。
申请人发现：在现有技术中，当驱动器被使能时，驱动器启动电机以使电机产生驱动力矩，然后驱动器输出抱闸控制信号以瞬间打开电机的抱闸，让电机轴处于准备旋转的状态。然而，由于抱闸打开时间非常短暂(近乎瞬间)，电机没有时间产生足够的驱动力矩，此时电机输出的驱动力矩远小于关节臂和负载的重力力矩(称为负载力矩)，导致关节臂和负载出现下落。随后，驱动器通过位置环控制持续增大电机的驱动电流，使电机输出更大的驱动力矩以克服负载力矩的影响，从而关节臂回到原来的静止位置。但是，关节臂和负载的下落现象(也就是掉轴)却已经发生。申请人经过研究，进一步发现导致掉轴的根本原因是：抱闸打开过快，电机没有足够的响应时间产生能够独自克服负载力矩的驱动力矩。
本发明实施方式中，驱动器不再瞬间打开抱闸。相反，本发明实施方式的驱动器在启动电机后，渐进打开抱闸，使得抱闸能够持续输出制动扭矩，直到电机的驱动扭矩足以克服负载扭矩时才彻底打开抱闸，从而克服或减缓掉轴现象。
图2为本发明实施方式的抱闸控制系统的示范性结构图。
如图2所示，抱闸控制系统20包括：
电机21，布置在机械臂上或机床的垂直轴上，适配于驱动负载24；
抱闸22，适配于制动电机21；
驱动器23，被配置为向电机21发送适配于启动电机21的启动信号后，向抱闸22发送渐进控制信号，渐进控制信号适配于渐进地打开抱闸22，从而抱闸22渐进地降低对电机21施加的制动扭矩。
在一个实施方式中，电机21布置在机床的垂直轴(也就是Z轴)上，以驱动耦合到垂直轴上的负载24。在另一个实施方式中，电机21布置在多关节机器人的任意机械臂上，以驱动耦合到该机械臂上的负载24。
考虑到末端机械臂更容易受到掉轴影响，优选地，抱闸控制系统20布置在多关节机器人的末端机械臂上。比如，电机21、抱闸22和驱动器23都布置到末端机械臂的关节里。
优选地，抱闸22可以通过电磁抱闸制动方式对电机21实现制动。比如，抱闸22包括制动电磁铁和闸瓦制动器。制动电磁铁包括铁心、衔铁和抱闸线圈。闸瓦制动器包括闸轮、闸瓦和弹簧等，闸轮与电机装在同一根转轴上。抱闸22的工作原理具体为：电机接通电源，同时抱闸线圈得电，衔铁吸合，克服弹簧的拉力使制动器的闸瓦与闸轮分开，电机正常运转。断开开关或接触器，电机失电，同时抱闸线圈也失电，衔铁在弹簧拉力作用下与铁芯分开，并使制动器的闸瓦紧紧抱住闸轮，电机被制动而停转。
当抱闸22被全部打开后，抱闸22不给电机21施加制动扭矩；当抱闸22被全部关闭后，抱闸22给电机21施加最大的制动扭矩；当抱闸22具有在全部关闭与全部打开之间的开度时，抱闸22给电机21施加对应于该开度的制动扭矩。
优选地，适配于启动电机21的启动信号可以为UVW三相电信号。
可见，在本发明实施方式中，在启动电机21后，不再是瞬间打开电机的抱闸，而是利用渐进控制信号渐进地打开抱闸，抱闸对电机施加渐进降低的制动扭矩，即使电机因刚启动而输出的驱动扭矩不够大，但是经过驱动扭矩与制动扭矩的共同作用，依然可以克服或减缓掉轴现象。
在一个示范性实施方式中，渐进控制信号适配于以线性渐进方式打开抱闸22，从而抱闸22以线性渐进方式降低对电机21施加的制动扭矩。因此，本发明实施方式通过线性渐进方式打开抱闸，可以平稳控制抱闸的打开过程，从而减少振动。
在一个示范性实施方式中，渐进控制信号适配于持续地使制动扭矩与电机21的驱动扭矩之和等于负载扭矩。其中，负载扭矩通常为关节臂(或机床的垂直轴)与负载24的重力力矩之和.可见，本发明实施方式的制动扭矩与电机的驱动扭矩之和持续等于负载扭矩，可以提高电机启动后的负载平稳度。
在一个示范性实施方式中，驱动器23，被配置为基于电机21的驱动电流当前值确定电机21的驱动扭矩当前值，基于驱动扭矩当前值和负载扭矩确定制动扭矩的目标值，基于制动扭矩的目标值确定抱闸线圈的电流目标值，抱闸线圈适配于控制抱闸22的开度，其中渐进控制信号适配于将抱闸线圈的电流值设置为电流目标值。
因此，本发明实施方式通过电机的驱动电流当前值实时控制抱闸线圈的电流值，实现了针对抱闸开度的实时精确控制，提高了控制效率。
在一个示范性实施方式中，驱动器23，被配置为基于驱动电流当前值I1确定电机21的驱动扭矩当前值Td，其中Td＝Kt*I1，Kt为电机21的扭矩常数；确定制动扭矩的目标值Tb，其中Tb＝Tl-Td，Tl为基于负载24的重力、机械臂或垂直轴的重力、机械臂或垂直轴的倾斜角所确定的负载扭矩；确定抱闸线圈的电流目标值I2，其中I2＝I0-(Tl-Td)/Ktb，Ktb为抱闸线圈的扭矩系数，I0为基于抱闸22完全关闭时的制动扭矩所确定的线圈电流换算值。可见，本发明实施方式通过电机的驱动电流当前值精准控制抱闸线圈的电流目标值，可以准确控制抱闸开度。
在一个示范性实施方式中，驱动器23还包括控制信号生成电路231。控制信号生成电路231用于生成渐进控制信号。
图5为本发明实施方式的控制信号生成电路的示范性结构图。
在基于图5的第一种实施方式中：控制信号生成电路211包括三极管232，三极管232的基极与适配于提供脉冲宽度调制(PWM)信号的输入端233连接。三极管233的集电极连接抱闸线圈221的第一端，三极管232的发射极接地。抱闸线圈221的第二端连接电源(比如，24伏特的电源)。三极管232工作于饱和区，PWM信号的占空比为T，其中T＝1-(Tl-Td)/(Ktb*I0))。可见，PWM信号的占空比T与电机的驱动电流当前值I1相关。在三极管232的基极施加具有该占空比T的PWM信号后，抱闸线圈的电流值为I2，其中I2＝I0-(Tl-Td)/Ktb，因此可以基于电机的驱动电流当前值控制抱闸线圈的电流值，以使得制动扭矩与电机的驱动扭矩之和等于负载扭矩。
在基于图5的第二种实施方式中：控制信号生成电路211包括三极管232，三极管232的基极与适配于提供模拟量信号的输入端233连接。三极管232的集电极连接抱闸线圈221的第一端，三极管232的发射极接地，抱闸线圈的第二端连接电源(比如，24伏特的电源)。三极管232工作于放大区，模拟量信号被调节(比如，调节模拟量信号的电流值)以使得抱闸线圈的电流值持续等于电流目标值I2。可见，施加被调节的模拟量信号后，以基于三极管放大效应使得抱闸线圈的电流值为I2，其中I2＝I0-(Tl-Td)/Ktb，因此可以基于调节模拟量信号(比如调节模拟量信号的电流值)以控制抱闸线圈的电流值，使得制动扭矩与电机的驱动扭矩之和等于负载扭矩。
以上以控制信号生成电路211包括三极管为例，对控制信号生成电路211的具体结构进行描述，本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于限定本发明实施方式的保护范围。
图3为本发明实施方式的抱闸控制过程的示范性时序图。
由图3可见，当驱动器自行生成或从驱动器外部接收到用于指示启动电机的伺服启动信号(Servo ON)后，驱动器生成电机启动信号(Motor Powered)，并基于电机启动信号启动电机。当电机被电机启动信号启动之后，驱动器生成抱闸控制(Brake Controlled)信号以渐进地打开抱闸，可见抱闸控制信号线性渐进打开抱闸开度，从而抱闸线性渐进地降低对电机施加的制动扭矩，以使得抱闸制动扭矩与电机的驱动扭矩之和持续等于负载扭矩。在抱闸控制过程中，由于电机的驱动扭矩随着时间增加逐渐增大，因此抱闸制动扭矩随着时间增加逐渐降低。
图4为本发明实施方式的机械臂受力分析的示范性示意图。机械臂32受到关节31中的电机驱动。在图4中，电机被启动后，输出的驱动扭矩为Td，其中：
Td＝Kt*I1，Kt为电机的扭矩常数，I1为电机的驱动电流当前值。由于I1逐渐增大，因此Td逐渐增大。
假设电机与机械臂32之间的减速比为M，根据机械臂32的质量m1、机械臂32的质心与关节31之间的质心距L1、机械臂32的倾斜角A、机械臂32的臂长L2以及负载30的质量m2，可以计算出电机轴的负载扭矩Tl。其中：
Tl＝((m1*g*L1+m2*g*L2)*cosA)/M。
可见，Tl是可被计算出的已知值。由于电机的抱闸上的制动力矩Tb的存在，在电机没有被启动时，即电机没有输出驱动力矩Td时，抱闸提供的制动力矩Tb足以阻止机械臂32的下坠，此时Tb等于Tl。
当驱动器控制电机开始输出驱动力矩Td时，为了不让机械臂32下坠，制动力矩Tb和驱动力矩Td需要配合以达到Tb+Td＝Tl。驱动力矩Td随着电机运行时间增长而逐渐增大(因为电机的驱动电流逐渐增大)，因此电机逐渐增大驱动力矩Td，抱闸慢慢卸力以降低制动力矩Tb，最终抱闸完全打开后，电机接替抱闸出力，整个过程中机械臂32无掉轴现象。
确定抱闸扭矩Tb，其中Tb＝Ktb*(I0-I2)；Ktb为已知的抱闸线圈扭矩系数，I2为抱闸线圈的电流目标值，I0为基于抱闸完全关闭时的制动扭矩所确定的线圈电流换算值。由于驱动器驱动扭矩Tb和负载扭矩Tl已知，因此抱闸扭矩Tb＝Tl-Td。
所以，可以计算出抱闸线圈的电流目标值I2，其中I2＝I0-(Tl-Td)/Ktb。然后，可以多种方式使得抱闸线圈的电流等于该电流目标值I2，从而使得制动力矩Tb和驱动力矩Td配合达到Tb+Td＝Tl。
在一个实施方式中，可以通过驱动器输出PWM信号以控制抱闸线圈的电流达到电流目标值I2。假定PWM信号的占空比为T，则T＝1-(Tl-Td)/(Ktb*I0))。因此，通过持续检测电机的驱动电流当前值I1，相应地调整PWM信号的占空比，可以持续使得制动力矩Tb和驱动力矩Td配合达到Tb+Td＝Tl。
以上以PWM信号为例，对调节抱闸线圈电流的具体实施方式进行描述，本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于限定本发明实施方式的保护范围。
图6为本发明实施方式的抱闸控制方法的示范性流程图。
如图6所示，抱闸控制方法600包括：
步骤601：向电机发送适配于启动电机的启动信号，其中电机布置在机械臂上或机床的垂直轴上，电机适配于驱动负载。
步骤602：向适配于制动电机的抱闸发送渐进控制信号，渐进控制信号适配于渐进地打开抱闸，从而抱闸渐进地降低对电机施加的制动扭矩。
在示范性实施方式中，渐进控制信号适配于以线性渐进方式打开抱闸，从而抱闸以线性渐进方式降低对电机施加的制动扭矩。因此，本发明实施方式通过以线性渐进方式打开抱闸，可以平稳控制抱闸的打开过程，从而减少振动。
在示范性实施方式中，渐进控制信号还适配于持续地使制动扭矩与电机的驱动扭矩之和等于负载扭矩。可见，本发明实施方式的制动扭矩与电机的驱动扭矩之和持续等于负载扭矩，可以提高电机启动后的负载平稳度。
在示范性实施方式中，该方法600包括：基于电机的驱动电流当前值确定电机的驱动扭矩当前值；基于驱动扭矩当前值和负载扭矩确定制动扭矩的目标值；基于制动扭矩的目标值确定抱闸线圈的电流目标值，抱闸线圈适配于控制抱闸的开度，抱闸线圈可设置为抱闸中的元件，其中渐进控制信号适配于将抱闸线圈的电流值设置为电流目标值。因此，本发明实施方式通过电机的驱动电流当前值实时控制抱闸线圈的电流值，实现了针对抱闸开度的实时精确控制，提高了控制效率。
在示范性实施方式中，该方法600包括：基于驱动电流当前值I1确定电机的驱动扭矩当前值Td，其中Td＝Kt*I1，Kt为电机的扭矩常数；确定制动扭矩的目标值Tb，其中Tb＝Tl-Td，Tl为基于负载的重力、机械臂或垂直轴的重力、机械臂或垂直轴的倾斜角所确定的负载扭矩；确定抱闸线圈的电流目标值I2，其中I2＝I0-(Tl-Td)/Ktb，Ktb为抱闸线圈的扭矩系数，I0为基于抱闸完全关闭时的制动扭矩所确定的线圈电流换算值。可见，本发明实施方式通过电机的驱动电流当前值精准控制抱闸线圈的电流目标值，从而准确控制抱闸开度。
图7为本发明实施方式提供的抱闸控制装置的示范性结构图。抱闸控制装置700包括：
第一发送模块701，用于向电机发送适配于启动电机的启动信号，其中电机布置在机械臂上或机床的垂直轴上，电机适配于驱动负载；第二发送模块702，用于向适配于制动电机的抱闸发送渐进控制信号，渐进控制信号适配于渐进地打开抱闸，从而抱闸渐进地降低对电机施加的制动扭矩。
在示范性实施方式中，渐进控制信号适配于以线性渐进方式打开抱闸，从而抱闸以线性渐进方式降低对电机施加的制动扭矩。在示范性实施方式中，渐进控制信号还适配于持续地使制动扭矩与电机的驱动扭矩之和等于负载扭矩。
在示范性实施方式中，第二发送模块702，用于基于电机的驱动电流当前值确定电机的驱动扭矩当前值；基于驱动扭矩当前值和负载扭矩确定制动扭矩的目标值；基于制动扭矩的目标值确定抱闸线圈的电流目标值，抱闸线圈适配于控制抱闸的开度，其中渐进控制信号适配于将抱闸线圈的电流值设置为电流目标值。
在示范性实施方式中，第二发送模块702，用于基于驱动电流当前值I1确定电机的驱动扭矩当前值Td，其中Td＝Kt*I1，Kt为电机的扭矩常数；确定制动扭矩的目标值Tb，其中Tb＝Tl-Td，Tl为基于负载的重力、机械臂或垂直轴的重力、机械臂或垂直轴的倾斜角所确定的负载扭矩；确定抱闸线圈的电流目标值I2，其中I2＝I0-(Tl-Td)/Ktb，Ktb为抱闸线圈的扭矩系数，I0为基于抱闸完全关闭时的制动扭矩所确定的线圈电流换算值。
在示范性实施方式中，第二发送模块702还包括控制信号生成电路。控制信号生成电路包括：三极管，三极管的基极与适配于提供PWM信号的输入端连接，三极管的集电极连接抱闸线圈的第一端，三极管的发射极接地，抱闸线圈的第二端连接电源；其中三极管工作于饱和区，PWM信号的占空比为T，其中T＝1-(Tl-Td)/(Ktb*I0))。
在示范性实施方式中，第二发送模块702还包括控制信号生成电路。控制信号生成电路包括：三极管，三极管的基极与适配于提供模拟量信号的输入端连接，三极管的集电极连接抱闸线圈的第一端，三极管的发射极接地，抱闸线圈的第二端连接电源；其中三极管工作于放大区，模拟量信号被持续调节以使得抱闸线圈的电流值持续等于电流目标值I2。
图8为本发明实施方式的抱闸控制装置的另一示范性结构图。抱闸控制装置800包括：存储器801和处理器802。处理器802用于调用存储器801中存储的计算机程序，执行本发明实施方式中的抱闸控制方法。
本发明实施方式还提出计算机程序产品。计算机程序产品被有形地存储在计算机可读存储介质上并且包括计算机可读指令，计算机可读指令在被执行时使至少一个处理器执行如上任意述的抱闸控制方法。具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施方式的功能的计算机可读代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的计算机可读代码。此外，还可以通过基于计算机可读代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作。还可以将从存储介质读出的计算机可读代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展单元中设置的存储器中，随后基于计算机可读代码的指令使安装在扩展板或者扩展单元上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施方式中任一实施方式的功能。本实施例中，计算机可读介质的实施例包括但不限于软盘、CD-ROM、磁盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、存储器芯片、ROM、RAM、ASIC、配置的处理器、全光介质、所有磁带或其他磁性介质，或计算机处理器可以从中读取指令的任何其他介质。此外，各种其它形式的计算机可读介质可以向计算机发送或携带指令，包括路由器、专用或公用网络、或其它有线和无线传输设备或信道，例如可以由通信网络从服务器计算机上或云上下载计算机可读指令。指令可以包括任何计算机编程语言的代码，包括C、C++、C语言、Visual Basic、java和JavaScript。
需要说明的是，上述各流程和各系统结构图中不是所有的步骤和模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或模块。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行调整。上述各实施例中描述的系统结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些模块可能由同一物理实体实现，或者，有些模块可能分由多个物理实体实现，或者，可以由多个独立设备中的某些部件共同实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.抱闸控制系统(20)，其特征在于，包括：
电机(21)，布置在机械臂上或机床的垂直轴上，适配于驱动负载(24)；
抱闸(22)，适配于制动所述电机(21)；
驱动器(23)，被配置为向所述电机(21)发送适配于启动所述电机(21)的启动信号后，向所述抱闸(22)发送渐进控制信号，所述渐进控制信号适配于渐进地打开所述抱闸(22)，从而所述抱闸(22)渐进地降低对所述电机(21)施加的制动扭矩。
2.根据权利要求1所述的抱闸控制系统(20)，其特征在于，
所述渐进控制信号适配于以线性渐进方式打开所述抱闸(22)，从而所述抱闸(22)以线性渐进方式降低对所述电机(21)施加的制动扭矩。
3.根据权利要求1或2所述的抱闸控制系统(20)，其特征在于，
所述渐进控制信号适配于持续地使所述制动扭矩与所述电机(21)的驱动扭矩之和等于负载扭矩。
4.根据权利要求3所述的抱闸控制系统(20)，其特征在于，
所述驱动器(23)，被配置为基于所述电机(21)的驱动电流当前值确定所述电机(21)的驱动扭矩当前值，基于所述驱动扭矩当前值和所述负载扭矩确定所述制动扭矩的目标值，基于所述制动扭矩的目标值确定抱闸线圈的电流目标值，所述抱闸线圈适配于控制所述抱闸(22)的开度，其中所述渐进控制信号适配于将所述抱闸线圈的电流值设置为所述电流目标值。
5.根据权利要求4所述的抱闸控制系统(20)，其特征在于，
所述驱动器(23)，被配置为基于所述驱动电流当前值I1确定所述电机(21)的驱动扭矩当前值Td，其中Td＝Kt*I1，Kt为所述电机(21)的扭矩常数；确定所述制动扭矩的目标值Tb，其中Tb＝Tl-Td，Tl为基于所述负载的重力、所述机械臂或垂直轴的重力、所述机械臂或垂直轴的倾斜角所确定的所述负载扭矩；确定所述抱闸线圈的电流目标值I2，其中I2＝I0-(Tl-Td)/Ktb，Ktb为所述抱闸线圈的扭矩系数，I0为基于所述抱闸完全关闭时的制动扭矩所确定的线圈电流换算值。
6.根据权利要求5所述的抱闸控制系统(20)，其特征在于，所述驱动器(23)还包括控制信号生成电路(231)，所述控制信号生成电路(231)包括：
三极管(232)，所述三极管(232)的基极与适配于提供脉冲宽度调制信号的输入端(233)连接，所述三极管(232)的集电极连接所述抱闸线圈(221)的第一端，所述三极管(232)的发射极接地，所述抱闸线圈(221)的第二端连接电源；
其中所述三极管(232)工作于饱和区，所述脉冲宽度调制信号的占空比为T，其中T＝1-((Tl-Td)/(Ktb*I0))。
7.根据权利要求5所述的抱闸控制系统(20)，其特征在于，所述驱动器(23)还包括控制信号生成电路(231)，所述控制信号生成电路(231)包括：
三极管(232)，所述三极管(232)的基极与适配于提供模拟量信号的输入端(233)连接，所述三极管(232)的集电极连接所述抱闸线圈(221)的第一端，所述三极管(232)的发射极接地，所述抱闸线圈(221)的第二端连接电源；
其中所述三极管(232)工作于放大区，所述模拟量信号被持续调节以使得所述抱闸线圈(221)的电流值持续等于所述电流目标值I2。
8.抱闸控制方法(600)，其特征在于，包括：
向电机发送适配于启动所述电机的启动信号，其中所述电机布置在机械臂上或机床的垂直轴上，所述电机适配于驱动负载(601)；
向适配于制动所述电机的抱闸发送渐进控制信号，所述渐进控制信号适配于渐进地打开所述抱闸，从而所述抱闸渐进地降低对所述电机施加的制动扭矩(602)。
9.根据权利要求8所述的抱闸控制方法(600)，其特征在于，
所述渐进控制信号适配于以线性渐进方式打开所述抱闸，从而所述抱闸以线性渐进方式降低对所述电机施加的制动扭矩。
10.根据权利要求8或9所述的抱闸控制方法(600)，其特征在于，所述渐进控制信号还适配于持续地使所述制动扭矩与所述电机的驱动扭矩之和等于负载扭矩。
11.根据权利要求10所述的抱闸控制方法(600)，其特征在于，包括：
基于所述电机的驱动电流当前值确定所述电机的驱动扭矩当前值；
基于所述驱动扭矩当前值和所述负载扭矩确定所述制动扭矩的目标值；
基于所述制动扭矩的目标值确定抱闸线圈的电流目标值，所述抱闸线圈适配于控制所述抱闸的开度，其中所述渐进控制信号适配于将所述抱闸线圈的电流值设置为所述电流目标值。
12.根据权利要求11所述的抱闸控制方法(600)，其特征在于，包括：
基于所述驱动电流当前值I1确定所述电机的驱动扭矩当前值Td，其中Td＝Kt*I1，Kt为所述电机的扭矩常数；
确定所述制动扭矩的目标值Tb，其中Tb＝Tl-Td，Tl为基于所述负载的重力、所述机械臂或垂直轴的重力、所述机械臂或垂直轴的倾斜角所确定的所述负载扭矩；
确定所述抱闸线圈的电流目标值I2，其中I2＝I0-(Tl-Td)/Ktb，Ktb为所述抱闸线圈的扭矩系数，I0为基于所述抱闸完全关闭时的制动扭矩所确定的线圈电流换算值。
13.抱闸控制装置(700)，其特征在于，包括：
第一发送模块(701)，用于向电机发送适配于启动所述电机的启动信号，其中所述电机布置在机械臂上或机床的垂直轴上，所述电机适配于驱动负载；
第二发送模块(702)，用于向适配于制动所述电机的抱闸发送渐进控制信号，所述渐进控制信号适配于渐进地打开所述抱闸，从而所述抱闸渐进地降低对所述电机施加的制动扭矩。
14.抱闸控制装置(800)，其特征在于，包括：
存储器(801)，被配置为存储计算机可读代码；
处理器(802)，被配置为调用所述计算机可读代码，执行如权利要求8～12任一项所述的抱闸控制方法(600)。
15.计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令在被处理器执行时，使所述处理器执行如权利要求8～12任一项所述的抱闸控制方法(600)。
16.计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品被有形地存储在计算机可读存储介质上并且包括计算机可读指令，所述计算机可读指令在被执行时使至少一个处理器执行如权利要求8～12任一项所述的抱闸控制方法(600)。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103241604A (zh) * 2013-05-09 2013-08-14 日立电梯（中国）有限公司 无称重装置的电梯启动控制方法
CN104528612A (zh) * 2014-12-25 2015-04-22 红塔烟草(集团)有限责任公司 一种烟包垂直叉分机叉臂升降的安全控制方法和控制电路
CN108972626A (zh) * 2018-08-22 2018-12-11 珠海格力电器股份有限公司 一种重力补偿方法、装置、存储介质及机器人
CN109109019A (zh) * 2018-09-17 2019-01-01 珠海格力智能装备有限公司 机器人的上电控制方法、装置、存储介质及电子装置
CN109129475A (zh) * 2018-08-15 2019-01-04 珠海格力电器股份有限公司 机械臂的重力补偿方法、装置、系统及存储介质
CN109352678A (zh) * 2018-09-25 2019-02-19 珠海格力电器股份有限公司 机器人轴的重力补偿方法及装置、机器人
US20190084154A1 (en) * 2017-09-21 2019-03-21 Hiwin Technologies Corp. Method and system for load estimation and gravity compensation on a robotic arm
CN110883768A (zh) * 2018-09-07 2020-03-17 合肥欣奕华智能机器有限公司 一种抱闸式伺服电机的控制方法、装置及机器人
WO2022061915A1 (zh) * 2020-09-28 2022-03-31 深圳市大疆创新科技有限公司 电机及其控制方法、计算机可读存储介质以及机械装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103241604A (zh) * 2013-05-09 2013-08-14 日立电梯（中国）有限公司 无称重装置的电梯启动控制方法
CN104528612A (zh) * 2014-12-25 2015-04-22 红塔烟草(集团)有限责任公司 一种烟包垂直叉分机叉臂升降的安全控制方法和控制电路
US20190084154A1 (en) * 2017-09-21 2019-03-21 Hiwin Technologies Corp. Method and system for load estimation and gravity compensation on a robotic arm
CN109129475A (zh) * 2018-08-15 2019-01-04 珠海格力电器股份有限公司 机械臂的重力补偿方法、装置、系统及存储介质
CN108972626A (zh) * 2018-08-22 2018-12-11 珠海格力电器股份有限公司 一种重力补偿方法、装置、存储介质及机器人
CN110883768A (zh) * 2018-09-07 2020-03-17 合肥欣奕华智能机器有限公司 一种抱闸式伺服电机的控制方法、装置及机器人
CN109109019A (zh) * 2018-09-17 2019-01-01 珠海格力智能装备有限公司 机器人的上电控制方法、装置、存储介质及电子装置
CN109352678A (zh) * 2018-09-25 2019-02-19 珠海格力电器股份有限公司 机器人轴的重力补偿方法及装置、机器人
WO2022061915A1 (zh) * 2020-09-28 2022-03-31 深圳市大疆创新科技有限公司 电机及其控制方法、计算机可读存储介质以及机械装置

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