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QUERVERWEIS AUF EINE VERWANDTE ANMELDUNG
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Die vorliegende Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität aus der früheren japanischen Patentanmeldung
JP 2008-040020 , die am 21. Februar 2008 angemeldet wurde.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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[Technisches Gebiet der Erfindung]
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Detektieren von Fehlfunktionen elektromagnetischer Bremsen, um Motoren zu bremsen, die in einem Roboter inkorporiert sind und auch Maßnahmen wie Fehlfunktionen der elektromagnetischen Bremsen zu überprüfen sind.
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[Stand der Technik]
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Bei Robotern wie beispielsweise bei industriellen Robotern, die in Fabriken arbeiten, sind Bremsmechanismen, die elektrische Motoren zum Antreiben von Roboterarmen bremsen, dafür wesentlich, um Koordinaten-Positionen und Höhenpositionen von Robotergelenken der Arme zu steuern. Im Allgemeinen ist jeder der Bremsmechanismen mit einer elektromagnetischen Bremse ausgestattet, die einen Motor mit einer Erregerwicklung und mit Relais bremst, die umschalten und zwar zwischen einem Stromzuführungszustand (erregt) und einem Nicht-Stromzuführungszustand (nicht erregt) der Bremse.
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Dieser Bremsmechanismus kann fehlerhaft arbeiten, wenn das Relais oder die Relais eine Fehlfunktion verursachen, selbst wenn die elektromagnetische Bremse selbst normal arbeiten kann. Wenn beispielsweise das Relais oder die Relais fehlerhaft arbeiten, um die Bremse zu entriegeln (das heißt freizugeben), kann der Arm von dem Roboter nach unten fallen.
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Um einen solchen Nachteil zu vermeiden, kann eine Gegenmaßnahme realisiert werden, um eine regenerative Bremse anzupassen unter Verwendung von regenerativer Energie von einem Motor in Fällen, bei denen das Relais fehlerhaft arbeitet. Diese Gegenmaßnahme ist jedoch nicht ausreichend, da die regenerative Bremse selbst nicht verhindern kann, dass der Arm nach unten fällt, obwohl diese die Herabfallgeschwindigkeit des Armes verlangsamen kann. Um diese ungenügende Situation zu verbessern, kann eine Technik zur Anwendung gebracht werden, die in dem japanischen Patent
JP 3158914 B2 offenbart ist, bei dem ein Bremsmechanismus einer Detektion einer Fehlfunktion unterworfen wird, die in Relais für die elektromagnetischen Bremsen auftreten kann.
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Praktisch richtet sich die Fehlfunktion-Detektionstechnik, die durch die oben erwähnte Veröffentlichung vorgeschlagen wird, hauptsächlich auf das Detektieren von Fehlern der Relais, die bei Rädern angewendet werden, die sich entlang einer Bodenfläche bewegen. Wenn detektiert wird, dass ein Relais ausfällt oder eine Fehlfunktion hat, wird die Bremse blockiert. Diese Fehlfunktion-Detektionstechnik kann bei einer Bremse für die Räder eines Elektromotor-Personenwagens (coach) angewendet werden, bei der verhindert werden kann, dass der Personenwagen aus der Steuerung herausläuft, selbst wenn das Relais in seinen Fehlfunktionzustand gebracht ist. Wenn jedoch diese Art der Fehlfunktion-Detektionstechnik bei einem industriellen Roboter angewendet wird, verbleibt ein Nachteil, der durch diese Technik nicht beseitigt werden kann. Das heißt die Arme eines industriellen Roboters sollten sich im Raum bewegen, was bedeutet, dass die Arme der Gravitationskraft wiederstehen sollten. Wenn dabei der Bremsmechanismus für die Motoren, welche die Arme antreiben, eine Fehlfunktion verursacht, wird die Blockierungsaktion durchgeführt, nachdem die Fehlfunktion detektiert worden ist, was dann zu einer nach-der-Tatsache-Steuerung führt. Demzufolge kann ein Arm bereits nach unten gefallen sein, wenn der Bremsmechanismus aktiviert wird. Es ist somit unmöglich in zuverlässiger Weise zu verhindern, dass die Arme herabfallen.
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Aus der
WO 99/ 29 474 A2 ist ein Überwachungs- und Steuergerät zur Überwachung einer technischen Anlage mit erhöhten Sicherheitsanforderungen bekannt, wobei das Überwachungs- und Steuergerät mit Sensoren und/oder Aktoren verbunden ist und deren Zustände auswertet, verarbeitet und steuert. Hierbei ist eine Steuereinheit über zumindest eine Datenverbindung mit dem Aktor und/oder Sensor und dem Überwachungs- und Steuergerät verbunden, wobei das Überwachungs- und Steuergerät in Abhängigkeit der Zustände der Sensoren und/oder Aktoren zumindest ein Freigabesignal an die Steuereinheit zur Ermöglichung zumindest einer Aktion in der technischen Anlage überträgt, das Freigabesignal eine Aktion auslöst, die durch das Steuer- und Überwachungsgerät durch Vergleich mit gespeicherten und/oder vorgegebenen Ausführungs- und/oder Funktions- und/oder Plausibilitätsvorgaben bzw. Bewegungsabläufen überwacht wird, und im Fehlerfall zumindest ein weiteres Signal erzeugt wird, durch das die Anlage in einen sicheren Zustand überführt wird.
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Ein Verfahren zur Überprüfung von Motorbremsen für Elektromotoren, insbesondere von NC-Werkzeugmaschinen oder Robotern, ist Gegenstand der
DE 197 56 752 A1 , wobei der Elektromotor mit einer mechanischen Motorbremse gekoppelt ist, Die zu überprüfende mechanische Bremse wird aktiviert, wodurch eine Drehung des Rotors des Elektromotors verhindert wird. Der dem Elektromotor zugeleitete definierte Anlaufstrom oder die an den Elektromotor angelegte Anlaufspannung wird kurzzeitig verändert, so dass ein erster Wert von mindestens einem sich dadurch verändernden Motorparameter ermittelt wird, wobei dieser erste Wert mit einem zweiten Wert des Motorparameters verglichen wird, welcher bei gleichem Anlaufstrom oder gleicher Anlaufspannung aber nicht aktivierter mechanischer Bremse ermittelt wurde und abhängig vom Unterschied zwischen erstem Wert und zweitem Wert des Motorparameters ein Versagen der mechanischen Bremse erkannt wird.
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Aus der
WO 2007/079 950 A1 ist ein Verfahren zum Testen einer Bremsfunktion eines Antriebes für einen Roboter bekannt, wobei der Antrieb zumindest zeitweise mit einer mechanischen Motorbremse gekoppelt ist, die den betreffenden Antrieb während der Überprüfung beaufschlagt. Hierbei wird eine Bremse betätigt, während der Roboterantrieb läuft und nach einer vorgegebenen Zeitspanne nach dem Betätigen der Bremse die Geschwindigkeit des Roboterantriebes gemessen, wobei die gemessene Geschwindigkeit mit einem vorgegebenen Referenzwert verglichen wird.
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Weiterer Stand der Technik findet sich in der JP Hl 1-66 993 A und der JP H06-246 674 A.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben erläuterten Situationen entwickelt und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung zum Detektieren von Fehlfunktionen von elektromagnetischen Bremsen für einen Roboter in einer zuverlässigen Weise zu schaffen und zwar unter weitreichender Unterdrückung von unbeabsichtigten Bewegungen des Roboters während des Detektionsvorganges. Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Verfahren, um in zuverlässiger Weise solche Fehlfunktionen zu detektieren.
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Um die oben genannte Aufgabe zu lösen schafft die vorliegende Erfindung gemäß einem Aspekt eine Einrichtung zum Detektieren einer Fehlfunktion, die in einer elektromagnetischen Bremse eines Roboters hervorgerufen wird, wobei die elektromagnetische Bremse zum Bremsen eines Motors in dem Roboter inkorporiert ist, die elektromagnetische Bremse mit einer Erregerwicklung ausgestattet ist und blockiert wird, wenn die Erregerwicklung nicht erregt wird, wobei ein Controller folgendes aufweist: ein Hauptrelais, das einen Hauptkontakt aufweist, der in einem Stromzuführungspfad platziert ist, welcher von einer Gleichstrom-Versorgungsquelle zu der Erregerwicklung führt bzw. verbunden ist und das betätigt werden kann, um den Hauptkontakt zu öffnen und zu schließen; ein Sub-Relais, das einen Sub-Kontakt aufweist, der zwischen dem Hauptkontakt und der Erregerwicklung in dem Stromzuführungspfad platziert ist; eine erste Erregung-Detektoreinrichtung, die detektiert, ob der Hauptkontakt erregt wird oder nicht; eine zweite Erregung-Detektoreinrichtung, die detektiert ob der Sub-Kontakt erregt wird oder nicht; eine erste Steuereinrichtung zum Steuern des Hauptrelais und des Sub-Relais, um den Hauptkontakt und den Subkontakt zu öffnen, wenn der Roboter aktiviert ist; eine erste Detektoreinrichtung zum Detektieren, ob der Hauptkontakt eine Fehlfunktion hat oder nicht, indem ein erregter Zustand des Hauptkontaktes unter Verwendung der ersten Erregung-Detektoreinrichtung in Ansprechen auf die Steuerung durch die erste Steuereinrichtung überwacht wird, wobei die Erregung des Hauptkontaktes anzeigt, dass der Hauptkontakt eine Fehlfunktion hat; eine zweite Steuereinrichtung, um i) die Aktivierung des Roboters zu stoppen, wenn die erste Detektoreinrichtung anzeigt, dass der Hauptkontakt eine Fehlfunktion hat, und ii) das Hauptrelais zu steuern, um den Hauptkontakt für eine gegebene Zeitperiode zu schließen, wenn die erste Detektoreinrichtung anzeigt, dass der Hauptkontakt normal arbeitet, wobei die gegebene Zeitperiode auf eine zeitliche Länge eingestellt wird, welche die Möglichkeit bietet, dass die zweite Erregung-Detektoreinrichtung detektieren kann, ob der Sub-Kontakt erregt wird oder nicht erregt wird; eine zweite Detektoreinrichtung, um zu detektieren, ob der Sub-Kontakt eine Fehlfunktion hat oder nicht, indem ein erregter Zustand des Sub-Kontaktes unter Verwendung der zweiten Erregung-Detektoreinrichtung während der gegebenen Zeitperiode überwacht wird, wobei die Erregung des Sub-Kontaktes anzeigt, dass der Sub-Kontakt eine Fehlfunktion hat; eine dritte Steuereinrichtung, um i) die Aktivierung des Roboters zu stoppen, wenn die zweite Detektoreinrichtung anzeigt, dass der Sub-Kontakt eine Fehlfunktion hat, und ii) das Hauptrelais zu steuern, um den Hauptkontakt zu schließen, wenn die zweite Detektoreinrichtung zeigt, dass der Sub-Kontakt normal arbeitet.
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In bevorzugter Weise steuert die dritte Steuereinrichtung das Hauptrelais, um den Hauptkontakt zu öffnen, wenn die zweite Detektoreinrichtung anzeigt, dass der Sub-Kontakt eine Fehlfunktion hat.
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In bevorzugter Weise bestehen die elektromagnetischen Bremsen aus einer Vielzahl von elektromagnetischen Bremsen, von denen jede eine Erregerwicklung aufweist und von denen jede verriegelt wird, wenn die Erregerwicklung nicht erregt wird, wobei das Hauptrelais zahlenmäßig nur ein einzelnes ist; das Sub-Relais jedoch aus einer Vielzahl von Sub-Relais besteht, von denen jedes einen Sub-Kontakt aufweist, die Sub-Kontakte der Sub-Relais jeweils in einer Vielzahl von wechselseitig parallelen Stromversorgungspfaden platziert sind, die jeweils die Erregerwicklungen und den Hauptkontakt verbinden; die zweite Erregung-Detektoreinrichtung detektiert, ob jeder der Sub-Kontakte erregt wird oder nicht; und die zweite Detektoreinrichtung eine Überprüfung durchführt, ob jeder der Subkontakte eine Fehlfunktion hat oder nicht und zwar durch Überwachen des erregten Zustandes von jedem der Sub-Kontakte unter Verwendung der zweiten Erregung-Detektoreinrichtung.
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Es ist auch zu bevorzugen, dass der Controller eine vierte Steuereinrichtung aufweist, um das Sub-Relais zu steuern, um den Sub-Kontakt jedes Mal dann zu öffnen, wenn der Roboter eine gegeben Arbeitsroutine beendet hat; die dritte Detektoreinrichtung umfasst, um zu detektieren, ob der Sub-Kontakt eine Fehlfunktion hat oder nicht und zwar durch Überwachen des erregten Zustandes des Sub-Kontaktes unter Verwendung der zweiten Erregung-Detektoreinrichtung im Ansprechen auf die Steuerung der vierten Steuereinrichtung; und eine fünfte Steuereinrichtung zum Steuern des Hauptrelais, um den Hauptkontakt zu öffnen, wenn die dritte Detektoreinrichtung anzeigt, dass der Sub-Kontakt eine Fehlfunktion hat.
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Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Detektieren einer Fehlfunktion, die in einer elektromagnetischen Bremse eines Roboters auftritt, wobei die elektromagnetische Bremse dazu dient einen Motor zu bremsen, der in dem Roboter inkorporiert ist, die elektromagnetische Bremse mit einer Erregerwicklung ausgerüstet ist und verriegelt wird, wenn die Erregerwicklung nicht erregt wird, mit einem Hauptrelais mit einem Hauptkontakt, der in einem Stromzuführungspfad platziert ist, der eine Verbindung von einer Gleichstrom-Versorgungsquelle zu der Erregerwicklung vorsieht und das betätigbar ist, um den Hauptkontakt zu öffnen und zu schließen, ferner mit einem Sub-Relais mit einem Sub-Kontakt, der zwischen dem Hauptkontakt und der Erregerwicklung in dem Stromzuführungspfad platziert ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: einen ersten Steuerschritt zum Steuern des Hauptrelais und des Sub-Relais, um den Hauptkontakt und den Sub-Kontakt zu öffnen, wenn der Roboter aktiviert ist; einen ersten Detektionsschritt zum Detektieren, ob der Hauptkontakt eine Fehlfunktion hat oder nicht, durch Überwachen eines erregten Zustandes des Hauptkontaktes im Ansprechen auf die Steuerung gemäß dem ersten Steuerungsschritt, wobei die Erregung des Hauptkontaktes anzeigt, dass der Hauptkontakt eine Fehlfunktion hat; einen zweiten Steuerungsschritt zum i) Stoppen der Aktivierung des Roboters, wenn bei dem ersten Detektionsschritt angezeigt wird, dass der Hauptkontakt eine Fehlfunktion hat, und ii) Steuern des Hauptrelais zum Schließen des Hauptkontaktes für eine gegebene Zeitperiode, wenn bei dem ersten Detektionsschritt angezeigt wird, dass der Hauptkontakt normal arbeitet, wobei die gegebene Zeitperiode auf eine zeitliche Länge eingestellt wird, welche das Detektieren ermöglicht, ob der Sub-Kontakt erregt wird oder nicht; einen zweiten Detektionsschritt zum Detektieren, ob der Sub-Kontakt eine Fehlfunktion aufweist oder nicht, indem ein erregter Zustand des Sub-Kontaktes während der gegebenen Zeitperiode überwacht wird, wobei die Erregung des Sub-Kontaktes anzeigt, dass der Sub-Kontakt eine Fehlfunktion hat; einen dritten Steuerungsschritt, zum i) Stoppen der Aktivierung des Roboters, wenn bei dem zweiten Detektionsschritt angezeigt wird, dass der Sub-Kontakt eine Fehlfunktion hat und ii) Steuern des Hauptrelais, um den Hauptkontakt zu schließen, wenn bei dem zweiten Detektionsschritt angezeigt wird, dass der Sub-Kontakt normal arbeitet.
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Die verbleibenden Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen.
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Figurenliste
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In den Zeichnungen zeigen:
- 1 ein Blockschaltbild, welches die Konfiguration eines Roboter-Controllers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
- 2 ein Flussdiagramm, welches eine Relais-Fehlfunktion-Überprüfung wiedergibt, die dann ausgeführt wird, wenn der Roboter aktiviert ist, und zwar bei der ersten Ausführungsform;
- 3 einen Zeitsteuerplan, der die Betriebe bei der Relais-Fehlfunktion-Überprüfung erläutert, die durchgeführt wird, wenn der Roboter aktiviert wird;
- 4 ein Flussdiagramm, welches eine weitere Relais-Fehlfunktion-Überprüfung veranschaulicht, die während einer Zwischenmission zwischen den Roboter-Arbeitsroutinen bei der ersten Ausführungsform durchgeführt wird;
- 5 einen Zeitsteuerplan, der die Operationen bei der weiteren Relais-Fehlfunktion-Überprüfung erläutert, die während der Zwischenmission durchgeführt wird;
- 6 ein Blockschaltbild, welches die Konfiguration eines Roboter-Controllers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 7 ein Flussdiagramm, welches eine Relais-Fehlfunktion-Überprüfung zeigt, die durchgeführt wird, wenn der Roboter aktiviert wird, gemäß der zweiten Ausführungsform;
- 8 einen Zeitsteuerplan, der die Operationen bei der Relais-Fehlfunktion-Überprüfung erläutert, die ausgeführt wird, wenn der Roboter aktiviert wird, und zwar bei der zweiten Ausführungsform;
- 9 ein Flussdiagramm, welches eine weitere Relais-Fehlfunktion-Überprüfung zeigt, die während einer Zwischenmission zwischen den Roboter-Arbeitsroutinen bei der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird; und
- 10 einen Zeitsteuerplan, der die Operationen bei der weiteren Relais-Fehlfunktion-Überprüfung erläutert, die während der Zwischenmission bei der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es werden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen verschiedene Ausführungsformen eine Roboter-Controllers gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
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(Erste Ausführungsform)
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Gemäß den 1 bis 5 wird nun eine erste Ausführungsform des Roboter-Controllers gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Ein industrieller Roboter (nicht gezeigt), bei dem ein Roboter-Controller gemäß der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen ist, umfasst eine Vielzahl von Elektromotoren, um Arme zu betätigen, die als bewegbare Abschnitte des Roboters dienen, und umfasst eine Vielzahl von elektromagnetischen Bremsen, um die Drehung der Motoren zu bremsen. 1 zeigt einen Teil des Roboter-Controllers, der solch einen Roboter steuert, welcher Teil des Roboter-Controllers Komponenten hat, um die elektromagnetischen Bremsen zu steuern.
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In 1 sind eine Vielzahl von elektromagnetischen Bremsen durch vier Bezugszeichen B1 bis B4 angezeigt, die bei der Steuerung der Operationen der Motoren (nicht gezeigt) in Eingriff gelangen. Die elektromagnetischen Bremsen B1 bis B4 sind mit Erregerwicklungen B1a bis B4a jeweils ausgestattet und sind als unerregbarer Betätigungstyp der elektromagnetischen Bremsen hergestellt, die so arbeiten, um die Bremsen zu blockieren, wenn die Erregerwicklungen B1a bis B4a nicht erregt werden.
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Nebenbei bemerkt ist die Zahl der elektromagnetischen Bremsen nicht auf vier beschränkt und es können beispielsweise fünf oder noch mehrere elektromagnetische Bremsen oder auch nur drei oder noch weniger Bremsen in der Zahl vorgesehen sein.
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Der Roboter-Controller 1, der in 1 dargestellt ist (der den elektromagnetischen Brems-Controller für den Roboter bildet) ist mit einer CPU (zentraler Verarbeitungseinheit) 2, einer Relais-Steuerschaltung 3, einer Hauptrelais-Treiberschaltung 4, einer Sub-Relais-Treiberschaltung 5, ersten und zweiten Erregung-Detektorschaltungen 6 und 7, einem Hauptrelais 8 und Sub-Relais 9 bis 12 ausgestattet.
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Das Hauptrelais 8 umfasst einen Hauptkontakt 8a und eine Relaiswicklung 8b. Wenn die Relaiswicklung 8b durch Strom erregt wird, wird der Hauptkontakt 8a zum Schließen gebracht wird (EIN). Ferner umfasst das Sub-Relais 9 einen Sub-Kontakt 9a und eine Relaiswicklung 9b. Wenn die Relaiswicklung 9b durch Strom erregt wird, wird der Sub-Kontakt 9a zum Schließen gebracht (EIN). Ähnlich dazu ist jedes der Sub-Relais 10 bis 12 mit einem Sub-Kontakt 10a (bis 12a) und einer Relaiswicklung 10b (bis 12b) ausgestattet.
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Bei dem Roboter-Controller 1 ist auch eine Bremsleistungsquelle 13 und ein Schaltungsabschnitt vorgesehen, der mit Erde 14 zu verbinden ist. Zwischen der Bremsleistungsquelle 13 und Erde oder Masse 14 sind der Hauptkontakt 8a, der Sub-Kontakt 9a und die Erregerwicklung B1a elektrisch in Reihe geschaltet, wobei der Hauptkontakt 8a und der Sub-Kontakt 9a über einen Verbindungspunkt wechselseitig angeschlossen sind, der auch als gemeinsamer Verbindungspunkt N1 bezeichnet wird. Zwischen diesem gemeinsamen Verbindungspunkt N1 und Masse oder Erde 14 sind drei Reihenschaltungen angeordnet, die aus einer Reihenschaltung zusammengesetzt sind, die aus dem Sub-Kontakt 10a und der Erregerwicklung B2a besteht, mit einer Reihenschaltung, die aus dem Sub-Kontakt 11a und der Erregerwicklung B3a besteht, und einer Reihenschaltung, die aus dem Sub-Kontakt 12a und der Erregerwicklung B4a gebildet ist, die alle vom normalerweise offenen Typ gebildet sind.
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Diese Schaltungsanordnung ermöglicht es, dass die Bremsleistungsquelle 13 und Masse oder Erde 14 einen Gleichstrom (DC) bzw. Gleichspannung VBRK an beide Enden von jeder der Erregerwicklungen B1a bis B4a anlegen. Zusätzlich wird bei dieser Schaltungsanordnung der Spannungsanlegezustand (erregter Zustand) der Erregerwicklungen B1a bis B4a zwischen zwei Stufen entsprechend Öffnen/Schließen-Operationen von beiden Kontakten gemäß dem Hauptkontakt 8a und den Sub-Kontakten 9a bis 12a umgeschaltet.
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Die CPU 2 ist dafür vorgesehen, um die Operationen der elektromagnetischen Bremsen B1 bis B4 zu steuern und zwar durch Steuern des Antriebs des Haupt- und der Sub-Relais 8 bzw. 9 bis 12. Die Relais-Steuerschaltung 3 wird unter Verwendung, um hier ein Beispiel zu nennen, einer FPGAs (feldprogrammierbares Gate-Array) hergestellt, jedoch kann diese Schaltung 3 unter Verwendung von Gate-Arrays oder unter Verwendung von kombinierten diskreten elektronischen Teilen hergestellt sein.
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Die Relais-Steuerschaltung 3 ist dafür ausgebildet, um Treibersignale zu den Haupt- und Sub-Relais-Treiberschaltungen 4 und 5 im Ansprechen auf Bremssteuerbefehle Sb1 bis Sb4 auszugeben, sodass das Haupt- und die Sub-Relais 8 bzw. 9 bis 12 angetrieben werden. Die Bremssteuerbefehle Sb1 bis Sb4 werden jeweils zu den elektromagnetischen Bremsen B1 bis B4 gelenkt und die CPU 2 wird unter Verwendung dieser Befehle dazu befähigt individuell die Bremsoperationen der elektromagnetischen Bremsen B1 bis B4 zu blockieren und zu entblockieren. Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht jeder der Bremssteuerbefehle Sb1 bis Sb4 aus einem binären Signal mit H- und L-Pegeln, wobei der H-Pegel einem Befehl entspricht, um die Bremse zu blockieren bzw. zu verriegeln (Bremsblockierbefehl), während der L-Pegel einem Befehl entspricht, um die Bremse zu entriegeln (Bremsentriegelungsbefehl).
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Die Relais-Steuerschaltung 3 ist dafür ausgebildet zu bestimmen, ob das Hauptrelais 8 und die Sub-Relais 9 bis 12 eine Fehlfunktion aufweisen oder nicht, wenn der Roboter-Controller 1 anläuft. Diese Bestimmung wird als eine erste Fehlfunktionsprüfung bei der vorliegenden Ausführungsform bezeichnet. Die Relais-Steuerschaltung 3 ist dafür ausgebildet, um ferner zu bestimmen, ob das Hauptrelais 8 und ob die Sub-Relais 9 bis 12 eine Fehlfunktion haben oder nicht und zwar wann immer der Roboter eine gegebene Arbeitsroutine vervollständigt. Diese Bestimmung wird auch als zweite Fehlfunktionsprüfung bei der vorliegenden Ausführungsform bezeichnet. Wenn eine Fehlfunktion bei dem ersten oder dem zweiten Fehlfunktionsprüfvorgang detektiert wird, wird die Relais-Steuerschaltung 3 in einen Befehl-Abweismodus gebracht, in welchem die Relais-Steuerschaltung 3 den Bremsentriegelungsbefehl zurückweist, der von der CPU 2 ausgegeben wird und stattdessen ein Fehlfunktion-Benachrichtigungssignal an die CPU 2 ausgibt. Wenn das Fehlfunktion-Benachrichtigungssignal empfangen wird, erkennt die CPU 2, dass eine Fehlfunktion in den Relais aufgetreten ist und stoppt die Steueroperationen des Roboters.
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Der oben erläuterte Befehl-Abweisungs- oder -Zurückweisungsmodus wird durch eine Schaltung realisiert, die in der Eingangsstufe der Relais-Steuerschaltung 3 angeordnet ist. Praktisch sind in der Schaltung der Eingangsstufe ODER-Gatter vorgesehen, von denen jedes zwei Eingangsenden aufweist, von denen eines ein auf einen H-Pegel fixiertes Signal empfängt und das andere derselben jeden der Bremssteuerbefehle Sb1 bis Sb4 empfängt, sodass die Bremssteuerbefehle Sb1 bis Sb4 maskiert werden (ungültig gemacht werden). Bei der vorliegenden Ausführungsform bilden die CPU 2 und die Relais-Steuerschaltung 3 die Steuereinrichtung 15.
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Die Hauptrelais-Treiberschaltung 4 enthält einen Fotokoppler, der eine Gleichspannung +V von einer Gleichstromversorgungsquelle 16 her empfängt und auf der Gleichspannung +V arbeitet. Wenn diese Schaltung aktiviert wird, führt die Hauptrelais-Treiberschaltung 4, welche die Relais-Steuerschaltung 3 von dem Hauptrelais 8 elektrisch isoliert, Strom zu der Relais-Wicklung 8b in Einklang mit einem Treibersignal zu, welches von der Relais-Steuerschaltung 3 ausgegeben wird. Mittlerweile umfasst die Sub-Relais-Treiberschaltung 5 einen Fotokoppler, der die Gleichspannung +V von einer Gleichstromversorgungsquelle 17 her empfängt und auf der Gleichspannung +V arbeitet. Wenn diese Schaltung aktiviert wird, führt die Sub-Relais-Treiberschaltung 5, welche die Relais-Steuerschaltung 3 von den Sub-Relais 9 bis 12 elektrisch isoliert, Strom zu einem oder zu einigen der Sub-Relais 9b bis 12b in Einklang mit einem Treibersignal zu, welches von der Relais-Steuerschaltung 3 ausgegeben wird.
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Die Spannung VN1, die an dem gemeinsamen Verbindungspunkt N1 erscheint, wird der ersten Erregung-Detektorschaltung 6 zugeführt, die als eine erste Erregung-Detektoreinrichtung dient. Die erste Erregung-Detektorschaltung 6 enthält einen Fotokoppler, der das Hauptrelais 8 und die Relais-Steuerschaltung 3 voneinander isoliert und gibt an die Relais-Steuerschaltung 3 ein Detektionssignal Sd1 aus, welches den Wert der Spannung VN1 anzeigt. Die Relais-Steuerschaltung 3 verwendet dieses Detektionssignal Sd1 (das heißt den Wert der Spannung VN1), um einen Zustand zu detektieren, in welchem der Wert der Spannung VN1 gleich ist mit (das heißt im Wesentlichen gleich ist mit) der Gleichspannung VBRK. Wenn solch ein Spannungsgleichheitszustand detektiert wird, bestimmt die Relaissteuerschaltung 3, dass der Hauptkontakt 8a sich in einem durch Strom beaufschlagten Zustand befindet.
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Wie in 1 gezeigt ist, ist ein gemeinsamer Verbindungspunkt N2 vorgesehen, der gemeinsam mit beiden Vorrichtungen gemäß dem Sub-Kontakt 9a und der Erregerwicklung B□a verbunden ist, ferner ist ein gemeinsamer Verbindungspunkt N3 vorgesehen, der gemeinsam mit der Vorrichtung gemäß dem Subkontakt 10a und der Erregerwicklung B2a verbunden ist, ein gemeinsamer Verbindungspunkt N4 vorgesehen, der gemeinsam mit den Vorrichtungen gemäß dem Sub-Kontakt 11a und der Erregerwicklung B3a verbunden ist, und ein gemeinsamer Verbindungspunkt N5 vorgesehen, der gemeinsam mit den Vorrichtungen gemäß dem Sub-Kontakt 12a und der Erregerwicklung B4a verbunden ist. Die Spannungen VN2 bis VN5, die jeweils an den gemeinsamen Verbindungspunkten N2 bis N5 erscheinen, werden zu der zweiten Erregung-Detektorschaltung 7 zugeführt.
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Die zweite Erregung-Detektorschaltung 7, die als eine zweite Stromanlegung-Detektoreinrichtung dient, umfasst einen Fotokoppler, um die Sub-Relais 8 bis 12 und die Relais-Steuerschaltung 3 elektrisch voneinander zu isolieren. Unter Aufrechterhaltung dieser elektrischen Isolation gibt diese Schaltung 7 ein Detektionssignal Sd2 an die Relais-Steuerschaltung 3 aus, welches den Wert von jeder der Spannungen VN2 bis VN5 angibt. Wenn dieses Detektionssignal Sd2 empfangen wird, verwendet die Relais-Steuerschaltung 3 dieses Signal Sd2, um einen Zustand des Wertes von einer entsprechenden einen oder einigen der Spannungen VN2 bis VN5 zu detektieren, um festzustellen, ob diese Spannung gleich ist (im Wesentlichen gleich ist) mit der Gleichspannung VBRK. Wenn dieser Spannungsgleichheitszustand detektiert wird, erkennt die Schaltung 3 den entsprechenden einen oder die entsprechenden einen der Sub-Kontakte 9a bis 12a als in einem durch Strom beaufschlagten Zustand befindlich.
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Die Operationen des Roboter-Controllers 1 gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun im Folgenden beschrieben.
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2 zeigt ein Flussdiagramm, welches erläutert auf welche Weise eine Relais-Fehlfunktion bestimmt wird und auf welche Weise die Relais gesteuert werden, was durchgeführt wird, wenn der Roboter aktiviert wird. 3 zeigt die Signale und die Operationen derselben in Bezug auf die Bestimmung einer Relais-Fehlfunktion, die eingeleitet wird, wenn der Roboter aktiviert wird. In 3 zeigt die erste Stufe (a) die Stromzufuhr zu dem Roboter-Controller 1 an, die zweite Stufe (b) zeigt den initialisierten Zustand der Relais-Steuerschaltung 3 an, die dritte Stufe (c) zeigt das Treibersignal für das Hauptrelais 8 an und die vierte Stufe (d) zeigt die Fehlfunktion-Benachrichtigungssignale an. In der dritten und in der vierten Stufe (c) und (d) bedeuten ausgezogene Linien, dass keine Fehlfunktion in den Relais vorhanden ist, während strichlierte Linien bedeuten, dass eine Fehlfunktion in irgendeinem oder in mehreren der Relais aufgetreten ist.
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Im Folgenden werden die Operationen des Roboter-Controllers 1, die im Ansprechen auf dessen Aktivierung durchgeführt werden, in Verbindung mit den 2 und 3 beschrieben.
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Wenn die Stromversorgung des Roboter-Controllers 1 zu einem Zeitpunkt t1 in 3 eingeschaltet wird, startet die Initialisierung der Relais-Steuerschaltung 3 (FPGA), welche Initialisierung das Laden von Konfigurierungsdaten enthält. Diese Initialisierung wird angenähert nach 160 ms nach dem Start vervollständigt (siehe hierzu den Zeitpunkt t2 in 3). Zu dem Zeitpunkt, wenn die Initialisierung vervollständigt wird, wird die Relais-Steuerschaltung 3 in den Befehl-Abweisungsmodus versetzt, in welchem der Bremsentriegelungsbefehl von der CPU 2 durch die Schaltung 3 abgewiesen wird und es wird das Hauptrelais 8 und es werden die Sub-Relais 9 bis 12 angetrieben, um deren Hauptkontakt 8a bzw. Sub-Kontakte 9a bis 12a zu öffnen (Schritt S1 in 2).
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Die Relais-Steuerschaltung 3 überprüft dann das Anlegen des Stromes an den Hauptkontakt 8a unter Verwendung der ersten Erregung-Detektorschaltung 6 (Schritt S2). Es sei angenommen, dass der Hauptkontakt 8a geschlossen ist und zwar aufgrund dessen Kurzschließungsschaltung oder Durchbruch. In einem solchen Fall detektiert die Relais-Steuerschaltung 3, dass der Hauptkontakt 8a sich in einem erregten Zustand befindet (das heißt dem Anlegen eines Stromes unterworfen ist) (JA bei dem Schritt S2). Damit gibt basierend auf der Bestimmung, dass das Hauptrelais 8 eine Fehlfunktion hat, die Relais-Steuerschaltung 3 das Fehlfunktion-Benachrichtigungssignal an die CPU 2 aus (Schritt S3) und es wird dann der Prozess für die Aktivierung beendet. Dies stellt dann ein Anhalten aufgrund von Fehlern dar.
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Wenn auf der anderen Seite herausgefunden wird, dass der Hauptkontakt 8a offen ist, bestimmt die Relais-Steuerschaltung 3, dass der Hauptkontakt 8a sich nicht im Zustand der Anlegung eines Stromes befindet (das heißt sich in einem Nicht-Stromanlegezustand befindet) (NEIN bei dem Schritt S2). In diesem Fall schlussfolgert die Schaltung 3, dass das Hauptrelais 8 normal arbeitet, sodass die Schaltung 3 das Hauptrelais 8 in solcher Weise antreibt, dass dessen Hauptkontakt 8a für eine gegebene Zeitperiode geschlossen wird (siehe hierzu einen Zeitpunkt t3 in 3 und Schritt S4 in 2).
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Die gegebene Zeitperiode, während welcher der Hauptkontakt 8a geschlossen ist, wird auf eine Zeitlänge eingestellt, die erforderlich ist, damit die Relais-Steuerschaltung 3 eine Überprüfung durchführen kann und zwar wenigstens den erregten Zustand der Sub-Kontakte 9a bis 12a unter Verwendung der zweiten Erregung-Detektorschaltung 7. Bei dem vorliegenden Beispiel ist die Zeitperiode, die zum Betreiben des Hauptrelais 8 erforderlich ist, kürzer als 20 ms und eine Verzögerung in der zweiten Erregung-Detektorschaltung 7 ist kleiner als 3 ms. Damit wird die gegebene Zeitperiode zum Schließen des Hauptkontaktes 8a auf 23 ms eingestellt.
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Die Relais-Steuerschaltung 3 prüft dann den erregten Zustand von jedem der Sub-Kontakte 9a bis 12a unter Verwendung der zweiten Erregung-Detektorschaltung 7 während der Schließaktion des Hauptkontaktes 8a (das heißt während eines Intervalls von den Zeitpunkten t3 bis t4 in 3) (Schritt S5). Wenn angenommen wird, dass unter den Sub-Kontakten 9a bis 12a, der Sub-Kontakt 9a eine Fehlfunktion hat und zwar aufgrund eines Kurzschlusses oder eines Durchschlags, detektiert die Relais-Steuerschaltung 3, dass der Sub-Kontakt 9a sich in einem erregten Zustand befindet (JA bei dem Schritt S5 in 2). Die Schaltung 3 bestimmt somit die Fehlfunktion des Sub-Relais 9 und der Prozess verläuft dann weiter zu dem Schritt S3, um das Fehlfunktion-Benachrichtigungssignal auszugeben (Schritt S3). Dann wird der Prozess für die Aktivierung beendet, der dann ein Anhalten aufgrund eines Fehlers darstellt. Dasselbe gilt auch für die anderen Relais.
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Wenn mittlerweile alle Sub-Kontakte 9a bis 12a offen sind oder geöffnet sind, bestimmt die Relais-Steuerschaltung 3, dass alle Sub-Kontakte 9a bis 12a sich in ihrem nicht erregten Zustand befinden (NEIN bei dem Schritt S5). In diesem Fall arbeiten alle Sub-Relais 9 bis 12 normal. Somit entriegelt die Schaltung 3 den Befehl-Abweichungsmodus, der für diese eingestellt worden ist, und treibt das Hauptrelais 8 an, um dadurch den „Einschaltzustand (geschlossenen Zustand)“ des Hauptkontaktes 8a beizubehalten (Schritt S6). Danach wird der Prozess für die Aktivierung beendet, der als ein normales Ende bezeichnet wird.
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In Verbindung mit den 4 und 5 wird erläutert auf welche Weise eine Fehlfunktion bestimmt wird, die in den Relais während einer Zeitperiode auftritt, die zwischen den gleichen Arbeitsroutinen vorgesehen ist, welche dem Roboter zugeordnet sind. 4 zeigt ein Flussdiagramm für die Bestimmung, während 5 die Übergänge von Signalen und Operationszuständen veranschaulicht, die in Zusammenhang mit der Bestimmung der Relais-Fehlfunktionen stehen. In 5 zeigt die erste Stufe (a) den Bremssteuerbefehl an, die zweite Stufe (b) zeigt die Operationen der Bremse an, die dritte Stufe (c) zeigt das Treibersignal für das Hauptrelais an und die vierte Stufe (d) zeigt das Fehlfunktion-Benachrichtigungssignal an. Zusätzlich bei der dritten und der vierten Stufe (c) und (d) zeigen ausgezogene Linien keine Fehlfunktion in den Relais an, während strichlierte Linien eine gewisse Fehlfunktion oder Ausfall anzeigen, die bzw. der in den Relais aufgetreten ist.
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Wenn einmal die gegebene Arbeitsroutine, die intermittierend andauert, durch den Roboter einmal beendet worden ist, gibt die CPU 2 an die Relais-Steuerschaltung 3 einen Bremsblockierungsbefehl aus, um die Operationen der elektromagnetischen Bremsen B1 bis B4 zu blockieren oder zu verriegeln (siehe hierzu den Zeitpunkt t1 in 5; JA bei dem Schritt T1 in 4). Im Ansprechen auf den Bremsblockierungsbefehl treibt die Relais-Steuerschaltung 3 die Sub-Relais 9 bis 12 an, um deren Sub-Kontakte 9a bis 12a in den geöffneten Zustand zu bringen (Schritt T2). Danach wartet die Relais-Steuerschaltung 3 für eine gegebene Warte-Zeitperiode, bis zu einem Zeitpunkt t2 in 5 und überprüft dann die Erregungszustände der Sub-Kontakte 9a bis 12a unter Verwendung der zweiten Erregung-Detektorschaltung 7 (Schritt T3). Der Prüfvorgang bei dem Schritt T3 muss ausgeführt werden nachdem die Sub-Relais 9 bis 12 ihre Antriebsaktionen vervollständigt haben. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache wird die gegebene Wartezeitperiode auf eine zeitliche Länge (23 ms) eingestellt, einen kleinen Zeitabschnitt länger ist als die Betriebs- oder Operationszeit (beispielsweise 20 ms) der Sub-Relais 9 bis 12. Das Einstellen der Wartezeit stellt sicher, dass die elektromagnetischen Bremsen B1 bis B4 ihre Verriegelungsoperationen während der Zeitperiode zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 in 5 vervollständigen.
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Bei dem vorliegenden Beispiel sei angenommen, dass der Sub-Kontakt 9a geschlossen ist. In diesen Fall detektiert die Relais-Steuerschaltung 3, dass der Sub-Kontakt 9a gegenwärtig erregt ist (JA bei dem Schritt T3), sodass die Schaltung 3 bestimmt, dass das Sub-Relais 9 eine Fehlfunktion hat. Im Ansprechen auf diese Bestimmung treibt die Schaltung 3 das Hauptrelais 8 an, um dessen Hauptkontakt 8a zu öffnen (der „Offen“-Zustand) (Schritt T4). Die Relais-Steuerschaltung 3 stellt sich dann selbst auf den Befehl-Abweisungsmodus ein. Parallel dazu gibt diese Schaltung 3 an die CPU 2 das Fehlfunktion-Benachrichtigungssignal aus (Schritt T5) und zwar bevor dessen Prozess endet, der aus einem Anhalten aufgrund des Auftretens eines Fehlers (das heißt einer Fehlfunktion) besteht.
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Wenn auf der anderen Seite alle Sub-Kontakte 9a bis 12a offen sind, detektiert die Relais-Steuerschaltung 3 Zustände gemäß keinem angelegten Strom und zwar für alle Sub-Kontakte (NEIN bei dem Schritt T3). In diesem Fall entscheidet die Schaltung 3, dass alle Sub-Relais 9 bis 12 normal arbeiten und sie treibt das Hauptrelais 8 an, um den Hauptkontakt 8a zu öffnen (Schritt T6). Danach wartet die Schaltung 3 für eine gegebene Zeitperiode (zum Beispiel 23 ms). Die Relais-Steuerschaltung 3 überprüft dann den Erregungszustand des Hauptkontaktes 8a unter Verwendung der ersten Erregung-Detektorschaltung 6 zu einem Zeitpunkt t3 in 5 (Schritt T7). Diese Überprüfung sollte ebenfalls nach der Vervollständigung des Antriebs des Hauptrelais 8 durchgeführt werden. Damit wird die gegebene Zeitperiode für das Warten auf eine zeitliche Länge von 23 ms eingestellt, was genügend länger ist als die Operationszeit (angenähert 20 ms) des Hauptrelais 8.
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Wenn der Hauptkontakt 8a geschlossen wird, detektiert die Relais-Steuerschaltung 3, dass der Hauptkontakt 8a sich durch die Zufuhr von Strom in einem erregten Zustand befindet (JA bei dem Schritt T7) und bestimmt, dass das Hauptrelais 8 eine Fehlfunktion hat. In diesem Fall verläuft der Prozess weiter zu dem Schritt T5, bei dem der Befehl-Abweisungsmodus eingestellt wird und das Fehlfunktion-Benachrichtigungssignal ausgegeben wird bevor der Prozess aufgrund des Fehlers beendet wird. Wenn im Gegensatz dazu der Hauptkontakt 8a offen ist, detektiert die Relais-Steuerschaltung 3 den Nicht-Erregungszustand des Hauptkontaktes 8a (NEIN bei dem Schritt T7), sodass die Schaltung 3 dann bestimmt, dass das Hauptrelais 8 normal arbeitet. Demzufolge treibt die Schaltung 3 das Hauptrelais 8 an, um den Hauptkontakt 8a zu einem Zeitpunkt t4 in 5 zu schließen (Schritt T8).
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Durch die Verwendung der zweiten Erregung-Detektorschaltung 7 überwacht die Relais-Steuerschaltung 3 die Erregungszustände der Sub-Kontakte 9a bis 12a für eine Zeitperiode, die so lange andauert, bis ein Empfang des Bremsentriegelungsbefehls von der CPU 2 auftritt und zwar vor dem Starten der nächsten Arbeitsroutine (Schritte T9 und T10). Es sei angenommen, dass der Sub-Kontakt 9a geschlossen ist. In diesem Fall erlaubt es der Schritt T9 der Relais-Steuerschaltung 3 zu detektieren, dass der Sub-Kontakt 9a durch Strom erregt wird (JA bei dem Schritt T9), sodass damit die Schlussfolgerung entsteht, dass das Sub-Relais 9 eine Fehlfunktion hat. Der Prozess wird daher weiter zu dem Schritt T4 vorangetrieben bevor der Prozess aufgrund eines Fehlers angehalten wird.
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Wenn alle Sub-Kontakte 9a bis 12a offen sind (NEIN bei dem Schritt T9) und der Bremsentriegelungsbefehl von der CPU 2 ausgegeben wird, wird die Bestimmung bei Schritt T10 zu JA. In diesem Fall erlaubt es die Verarbeitung der Relais-Steuerschaltung 3 die Sub-Relais 9 bis 12 anzutreiben, um deren Sub-Kontakte 9a bis 12a zu schließen, wodurch dann die elektromagnetischen Bremsen B1 bis B4 entriegelt oder entblockiert werden (Schritt T11). Der Prozess kehrt dann zu dem Schritt T1 zurück, wie dies in 4 gezeigt ist.
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Wie oben beschrieben ist, führt die vorliegende Ausführungsform zu den folgenden Vorteilen und liefert die folgenden Operationen.
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Die Erregungszustände der Erregerwicklungen B1a bis B4a des unerregbaren Betriebstyps der elektromagnetischen Bremsen B1 bis B4 kann durch zwei Stufen-Offen/Schließ-Operationen des Hauptkontaktes 8a und der Sub-Kontakte 9a bis 12a überprüft werden. Der erste Offen-/Geschlossen-Zustand wird durch die Relais-Steuerschaltung 3 gesteuert, wenn der Roboter zuerst aktiviert wird. In diesem Fall wird das Hauptrelais 8 zunächst einer Bestimmung dahingehend unterworfen, ob das Hauptrelais 8 eine Fehlfunktion hat oder nicht und nur dann, wenn das Hauptrelais normal arbeitet, werden die Sub-Relais 9 bis 12 einer Bestimmung unterzogen und zwar dahingehend, ob die Sub-Relais 9 bis 12 eine Fehlfunktion haben oder nicht. Wie oben beschrieben ist, ist dies die erste Fehlfunktionsprüfung. Zum Bestimmen der Fehlfunktionen, die in den Sub-Relais 9 bis 12 auftreten, wird der Hauptkontakt 8a für eine minimale Zeitperiode zum Schließen gebracht, die dafür erforderlich ist, um die Erregung der Sub-Kontakte 9a bis 12a zu detektieren.
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Wenn demzufolge das Sub-Relais 9 (bis 12) eine Fehlfunktion hat und zwar beispielsweise aufgrund eines Kurzschlusses des Sub-Kontaktes 9a (bis 12), werden die elektromagnetischen Bremsen B1 bis B4 lediglich während des Schließens des Hauptkontaktes 8a entriegelt oder entblockiert. Bewegbare Glieder des Roboters, die beispielsweise aus Armen bestehen, können sich bewegen; wenn jedoch der Hauptkontakt 8a geöffnet wird, werden die bewegbaren Glieder unmittelbar verriegelt, nachdem die elektromagnetischen Bremsen B1 bis B4 verriegelt worden sind. Es wird daher möglich unbeabsichtigte Roboter-Aktionen zu unterdrücken, wie beispielsweise Roboter-Aktionen, die aus einer Entriegelung resultieren und zwar während welcher Zeit die elektromagnetischen Bremsen B1 bis B4 dem Detektionsvorgang hinsichtlich Fehlfunktionen unterworfen sind.
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Darüber hinaus ist die Relais-Steuerschaltung 3 dazu befähigt, den zweiten Fehlfunktionsprüfvorgang durchzuführen, um Fehlfunktionen der Sub-Relais 9 bis 12 in einer Zeitperiode zu überprüfen, die zwischen gegebenen Arbeitsroutinen vorhanden ist. In dieser Zeitperiode ist es üblich, dass der Roboter nicht arbeitet und dessen Bremsen blockiert oder verriegelt sind. Damit können die elektromagnetischen Bremsen B1 bis B4 effektiv hinsichtlich deren Fehlfunktionen getestet werden. Darüber hinaus wird jedes Mal, wenn die Arbeitsroutine beendet worden ist, die zweite Fehlfunktionsprüfung durchgeführt, wodurch es möglich wird die Häufigkeit des Fehlfunktionsprüfvorgangs für die elektromagnetischen Bremsen B1 bis B4 zu erhöhen.
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Wenn darüber hinaus der Roboter-Controller 1 aktiviert wird und wenn die zweite Fehlfunktionsprüfung eine Fehlfunktion detektiert, wird der Betriebsmodus der Relais-Steuerschaltung 3 auf den Befehl-Abweisungsmodus eingestellt, in welchem die Schaltung 3 den Bremsentriegelungsbefehl von der CPU 2 abweist. Selbst wenn somit die CPU 2 in fehlerhafter Weise den Bremsentriegelungsbefehl ausgibt, werden die elektromagnetischen Bremsen B1 bis B4 daran gehindert, sich während des Detektieren der Fehlfunktionen zu entriegeln. Dies schafft die Möglichkeit unbeabsichtigte Aktionen des Roboters in einer zuverlässigeren Weise zu unterdrücken und Fehlfunktionen zu überprüfen, die in den elektromagnetischen Bremsen B1 bis B4 verursacht worden sein können.
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(Zweite Ausführungsform)
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Es wird nun unter Hinweis auf die 6 bis 10 eine zweite Ausführungsform des Roboter-Controllers gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Bei der zweiten Ausführungsform sind ähnliche oder identische Komponenten wie diejenigen der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen zum Zwecke der Vereinfachung der Beschreibung versehen.
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6 zeig einen Roboter-Controller 21 gemäß der zweiten Ausführungsform, wobei sich dieser Controller 21 von dem Roboter-Controller 1 der ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass eine CPU 22, eine Relais-Steuerschaltung 23, und Codierstufen E1 bis E4 anstelle der CPU 2, der Relais-Steuerschaltung 3 und der zweiten Erregung-Detektorschaltung 7 vorgesehen sind.
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Die Codierstufen E1 bis E4, die eine Motordrehung-Detektoreinrichtung bilden, sind dafür ausgelegt, um Impulssignale Sp1 bis Sp4 abhängig von den Drehpositionen einer Vielzahl von Motoren M1 bis M4 auszugeben, die mit dem Roboter jeweils zusammengebaut sind. Diese Codierstufen, die integral mit den Motoren jeweils eingebaut sind, dienen somit dazu die Drehung der Motoren M1 bis M4 zu steuern. Als eine modifizierte Ausführungsform können die Codierstufen außerhalb der Motoren vorgesehen sein.
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Die Relais-Steuerschaltung 23 ist mit einer Vielzahl von Zählern CT1 bis CT4 ausgestattet, von denen jeder die Zahl der Impulse zählt, die durch jedes der Impulssignale Sp1 bis Sp4 vorgesehen werden, die jeweils von den Codierstufen E1 bis E4 kommen, und umfasst ein Register RG mit einer Vielzahl von Registerzonen, welche darin den Zählwert von jedem der Zähler speichern. Die Zähler CT1 bis CT4 können zusammen mit den Codierstufen E1 bis E4 vorgesehen sein.
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In der Relais-Steuerschaltung 3 werden die Zählwerte der Zähler CT1 bis CT4, die in dem Zustand gezählt werden, in welchem die elektromagnetischen Bremsen B1 bis B4 blockiert oder verriegelt sind, jeweils in dem Register RG1 als Bezugsgrößen Dr1 bis Dr4 gespeichert, die jeweils die Bezugs-Drehpositionen der Motoren M1 bis M4 angeben. Zusätzlich werden die Zählwerte der Zähler CT1 bis CT4, die in einem Zustand gezählt werden, in welchem die Relais hinsichtlich deren Fehlfunktionen geprüft werden, ebenfalls jeweils in dem Register RG in Form von Momentanwerten Dp1 bis Dp4, welche die momentanen Drehpositionen der Motoren M1 bis M4 angeben, jeweils zu einem Zeitpunkt gespeichert, zu welchem der Detektionsvorgang der Relais-Fehlfunktion im Starten begriffen ist. Eine Differenz Dp1 (bis Dp4) zwischen jeder Bezugsgröße Dr1 bis Dr4 und jeden momentanen Wert Dp1 bis Dp4 wird ebenfalls in dem Register RG gespeichert. Die Differenzwerte Dp1 bis Dp4 geben die Beträge der Drehung von jedem der Motoren M1 bis M4 an und werden somit auch als Drehbetrag-Daten bezeichnet. Nebenbei bemerkt, wenn die Zähler auf Null initialisiert werden können, sind die Registerzonen in dem Register RG, in welche die Bezugsgrößen Dr1 bis Dr4 gespeichert werden sollen, nicht erforderlich.
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Die CPU 22 liest die Differenzwerte Dd1 bis Dd4, die in dem Register RG gespeichert sind, aus, wenn der Detektionsvorgang hinsichtlich der Relais-Fehlfunktion durchgeführt wird. Die CPU 22 vergleicht dann die eingelesene Differenz Dd1 (bis Dd4) mit einem gegebenen Schwellenwert Dth, um zu überprüfen, ob der Motor M1 (bis M4) sich dreht oder nicht. Dieser Schwellenwert Dth wird auf einen Wert eingestellt, welcher es der CPU 22 ermöglicht in exakter Weise die Drehung von jedem der Motoren M1 bis M4 zu detektieren.
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In Fällen, bei denen irgendwelche der Motoren M1 bis M4 sich drehen, sind die jeweiligen Sub-Kontakte oder der jeweilige Sub-Kontakt 9a bis 12a, der dem sich drehenden Motor bzw. den sich drehenden Motoren M1 (bis M4) entsprechen, geschlossen. Unter Berücksichtigung der Beziehung zwischen der Drehung der Motoren M1 bis M4 und den Offen-/Geschlossen-Zuständen der Sub-Kontakte 9a bis 12a realisiert die vorliegende Ausführungsform den Weg zum Detektieren der Drehung der Motoren M1 bis M4 anstelle eines Detektierens der Erregung der Sub-Kontakte, wie dies bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Vom Funktions-Gesichtspunkt aus gesehen besteht die zweite Erregung-Detektoreinrichtung 24 aus den Codierstufen E1 bis E4 und der Relais-Steuerschaltung 23. Die Steuereinrichtung 25 besteht aus der CPU 22 und der Relais-Steuerschaltung 23.
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Die Operationen des Roboter-Controllers 1 gemäß der zweiten Ausführungsform wird nun im Folgenden beschrieben.
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Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform funktioniert die CPU 22 hauptsächlich als ein Controller, der verschiedene Befehle für die erste und die zweite Fehlfunktionsprüfung ausgibt. Die 7 und 8 zeigen die Operationen des Roboter-Controllers 21, die ausgeführt werden, wenn derselbe aktiviert wird.
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Wenn die Stromversorgung für den Roboter-Controller 21 zu dem Zeitpunkt tl, der in 8 gezeigt ist, eingeschaltet wird, wird die Relais-Steuerschaltung 23 zuerst initialisiert. Wenn diese Initialisierung zu einem Zeitpunkt t2, der in 8 gezeigt ist, beendet wird, startet die CPU 22 ihre Operationen, indem sie das Hauptrelais 8 und die Sub-Relais 9 bis 12 antreibt, um den Hauptkontakt 8a und die Sub-Kontakte 9a bis 12a vermittels der Relais-Steuerschaltung 23 zu öffnen (Schritt U1 in 7). Zu diesem Zeitpunkt speichert die Relais-Steuerschaltung 23 den Bezugsgrößen Dr1 bis Dr4 in seinem Register RG.
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Die CPU 22 verwendet dann die Relais-Steuerschaltung 23 und die erste Erregung-Detektorschaltung 6, um den erregten Zustand des Hauptkontaktes 8a zu prüfen (zu dem Zeitpunkt t2 in 8; Schritt U2 in 7). Wenn der Hauptkontakt 8a geschlossen ist, kann die CPU 22 detektieren, dass der Hauptkontakt 8a erregt ist (JA bei dem Schritt U2). Damit bestimmt die CPU 22 somit, dass das Hauptrelais 8 eine Fehlfunktion hat und es wird damit dieser Relais-Prüfprozess für die Aktivierung beendet. Dies entspricht einem Anhalten aufgrund eines Fehlers. Wenn im Gegensatz dazu der Hauptkontakt 8a geöffnet ist kann die CPU 22 einen nicht-erregten Zustand des Hauptkontaktes 8a detektieren (NEIN bei dem Schritt U2), sodass die CPU 22 erkennt, dass das Hauptrelais 8 normal arbeitet. In diesem Fall treibt die CPU 22 das Hauptrelais 8 an, um dessen Hauptkontakt 8a lediglich für eine gegebene Zeitperiode (vom Zeitpunkt T3 bis T4 in 8: Schritt U3 in 7) zu schließen. Diese gegebene Zeitperiode wird auch auf eine minimale zeitliche Länge eingestellt, die es der CPU 22 ermöglicht die Drehung der Motoren M1 bis M4 zu überprüfen und sie beträgt 43 ms und zwar bei der vorliegenden Ausführungsform.
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Während der Schließoperation des Hauptkontaktes 8a (das heißt während der Periode von t3 bis t4 in 8), werden in der Relais-Steuerschaltung 23 die momentanen Werte Dp1 bis Dp4 in dem Register RG gespeichert und es werden auch die Differenzwerte Dd1 bis Dd4 zwischen den Bezugsgrößen Dr1 bis Dr4 und die momentanen Werte Dp1 bis Dp4 ebenfalls in dem Register RG gespeichert. Somit liest die CPU 22 die Differenzwerte Dp1 bis Dp4 aus dem Register RG aus und vergleicht die ausgelesenen Differenzwerte Dp1 bis Dp4 mit einem Schwellenwert Dth, um individuell die Drehzustände der Motoren M1 bis M4 zu überprüfen (Schritt U4 in 7).
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Wenn in diesem Fall der Sub-Kontakt 9a aufgrund einer Fehlfunktion geschlossen ist, wird der Differenzwert Dd1 größer als der Schwellenwert Dth, sodass die CPU 22 bestimmt, dass der Motor M1 sich dreht, da das Sub-Relais 9 eine Fehlfunktion hat (JA bei dem Schritt U4). Damit führt die CPU nicht länger den Relais-Prüfprozess für die Aktivierung durch (das heißt es erfolgt ein Anhalten aufgrund eines Fehlers). Wenn auf der anderen Seite alle Sub-Kontakte 9a bis 12a geöffnet sind, sind die Differenzwerte Dp1 bis Dp4 kleiner als der Schwellenwert Dth. In diesem Fall bestimmt die CPU 22, dass alle Motoren M1 bis M4 angehalten sind und alle Relais 9 bis 12 normal arbeiten (NEIN bei dem Schritt U4). Die CPU 22 treibt dann das Hauptrelais 8 an, um den „Schließzustand“ des Hauptkontaktes 8a (Schritt U5) aufrecht zu erhalten, bevor der Relais-Prüfprozess für die Aktivierung endet (das heißt normal endet).
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Die 9 und 10 zeigen einen Relais-Prüfprozess, der während einer Zeitperiode durchgeführt wird, die zwischen den Arbeitsroutinen des Roboters vorgesehen ist.
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Wenn der Roboter einen Zyklus von seiner gegebenen Arbeitsroutine beendet hat, gibt die CPU 22 einen Bremsblockierbefehl für die elektromagnetischen Bremsen B1 bis B4 aus (zu dem Zeitpunkt t1 in 10: JA bei dem Schritt V1 in 9). Im Ansprechen auf diesen Befehl treibt die Relais-Steuerschaltung 23 die Sub-Relais 9 bis 12 an, um deren Sub-Kontakte 9a bis 12a zu öffnen (Schritt V2 in 9). Parallel dazu laufend werden die Bezugswerte Dr1 bis Dr4 in dem Register RG der Relais-Steuerschaltung 23 gespeichert.
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Die CPU 22 wartet dann für eine gegebene Zeitperiode (das heißt einer Zeitperiode von t1 bis t2 in 10: Schritt V2A in 9). Wenn die gegebene Zeitperiode verstrichen ist, erlaubt es die CPU 22 der Relais-Steuerschaltung 23 die momentanen Werte Dp1 bis Dp4 in dem Register RG zu speichern und die Differenzwerte Dd1 bis Dd4 zwischen den Bezugsgrößen Dr1 bis Dr4 und den momentanen Werten Dp1 bis Dp4 zu berechnen und in dem Register RG zu speichern (Schritt V2B in 9). Dann liest die CPU 22 die Differenzwerte Dd1 bis Dd4 aus dem Register RG aus, um einen Vergleich zwischen den Differenzwerten Dd1 bis Dd4 und dem Schwellenwert Dth durchzuführen. Dies führt zum Detektieren der Drehzustände der Motoren M1 bis M4 (Schritt V3 in 9).
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Der Prüfschritt bei dem Schritt V3 in 9 sollte dann ausgeführt werden, wenn die Zahl der Impulse von jedem der Impulssignale Sp1 bis SP4 von den Codierstufen E1 bis E4 sich in ausreichender Weise geändert hat und zwar abhängig von der Drehung der Motoren M1 bis M4, vorausgesetzt, dass die Motoren M1 bis M4 sich drehen. Demzufolge wird die gegebene Zeitperiode von t1 bis t2 auf 43 ms eingestellt, um ein Beispiel zu nennen.
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Es sei angenommen, dass der Sub-Kontakt 9a geschlossen ist. In diesem Fall ist der Differenzwert Dd1 größer als der Schwellenwert Dth mit dem Ergebnis, dass die CPU 22 detektiert, dass der Motor M1 sich dreht und das Sub-Relais 9 eine Fehlfunktion hat (JA bei dem Schritt V3). Damit treibt die CPU 22 das Hauptrelais 8 an, um dessen Hauptkontakt 8a zu öffnen (Schritt V4 in 9) und zwar vor der Beendigung des Relais-Prüfprozesses während der Roboter-Arbeitsroutinen (ein Anhalten aufgrund eines Fehlers). Natürlich gilt dies auch für die anderen Sub-Kontakte 10a bis 12a.
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Wenn im Gegensatz dazu alle Sub-Kontakte 9a bis 12a offen sind, sind auch alle Differenzwerte Dd1 bis Dd4 kleiner als der Schwellenwert Dth. Damit detektiert dann die CPU 22, dass alle Motoren M1 bis M4 sich nicht drehen und alle Sub-Relais 9 bis 12 normal arbeiten (NEIN bei dem Schritt V3) und sie treibt dann das Hauptrelais 8 an, um dessen Hauptkontakt 8a zu öffnen (Schritt V5 in 9).
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Danach wartet die CPU 22 für eine gegebene Zeitperiode (zum Beispiel 23 ms: Schritt V5A in 9) und überprüft den erregten Zustand des Hauptkontaktes 8a unter Verwendung der ersten Erregung-Detektorschaltung 6 (zu einem Zeitpunkt t3 in 10: Schritt V6 in 9). Diese Prüfung bei dem Schritt V6 sollte dann ausgeführt werden, nachdem das Hauptrelais 8 seinen Antrieb vervollständigt hat. Als Konsequenz wird die gegebene Zeitperiode, die bei dem Schritt V5A erforderlich ist, auf einen Betrag eingestellt, der in ausreichender Weise länger ist als die Operationszeit (zum Beispiel angenähert 20 ms) des Hauptrelais 8.
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Wenn der Hauptkontakt 8a geöffnet ist, detektiert die CPU 22, dass der Hauptkontakt 8a erregt ist und dass das Hauptrelais 8 eine Fehlfunktion hat (JA bei dem Schritt V6). In diesem Fall wird der Relais-Prüfprozess aufgrund eines Fehlers gestoppt. Wenn mittlerweile der Hauptkontakt 8a geschlossen ist, detektiert die CPU 22, dass der Hauptkontakt 8a nicht erregt ist und dass das Hauptrelais 8 normal arbeitet (NEIN bei dem Schritt V6). In diesem Fall arbeitet die CPU 22, um das Hauptrelais 8 anzutreiben, um dessen Hauptkontakt 8a zu schließen (zu einem Zeitpunkt t4 in 10: Schritt V7 in 9).
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Danach verwendet die CPU 22 eine Zeitperiode, die so lange andauert, bis die Bremsen freigegeben werden bzw. entblockiert werden und zwar vor der nächsten Roboter-Arbeitsroutine. Praktisch gesagt überwacht die CPU 22 während dieser Periode die Drehzustände der Motoren M1 bis M4 indem sie einen Vergleich zwischen den Differenzgrößen Dd1 bis Dd4 und dem Schwellenwert Dth durchführt (Schritte V8 und V9 in 9). Es sei angenommen, dass der Sub-Kontakt 9a gegenwärtig geschlossen ist. In diesem Fall detektiert die CPU 22, dass der Sub-Kontakt 9a erregt ist und dass das Sub-Relais 9 eine Fehlfunktion hat (JA bei dem Schritt V8), sodass zu dem Schritt V4 vorangeschritten wird, um diesen Relais-Prüfprozess zu beenden (das heißt ein Anhalten aufgrund eines Fehlers). Wenn zusätzlich alle Sub-Kontakte 9a bis 12a geöffnet sind NEIN bei Schritt V8), sodass die CPU 22 die Bremsen freigeben sollte oder entblockieren sollte (JA bei Schritt V9), treibt die CPU 22 die Sub-Relais 9 bis 12 an, um deren Sub-Kontakte 9a bis 12a zu schließen (Schritt V10 in 9). Somit werden die elektromagnetischen Bremsen B1 bis B4 entriegelt oder entblockiert, das heißt sie werden von ihren Armblockierungszuständen freigegeben. Dieser Relais-Prüfprozess kehrt dann zu seinem Schritt V1 zurück.
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Die durch die vorliegende Erfindung erzielten Vorteile sind wie folgt.
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Der Relais-Prüfprozess für die Sub-Relais 9 bis 12 wird ausgeführt und zwar durch das Detektieren der Drehung der Motoren M1 bis M4. Wenn irgendeiner der Motoren M1 bis M4 eine Drehung aufweist, ist irgendeiner der Sub-Kontakte 9a bis 12a, der einen Kontakt darstellt, um Strom zu der elektromagnetischen Bremse zum Bremsen des Motors zuzuführen und diesen Strom zu schalten nun geschlossen. Diese Beziehung zwischen der Motoren und der Erregung der Sub-Kontakte 9a bis 12a kann dazu verwendet werden, um Fehlfunktionen zu überprüfen, die in den Sub-Relais 9 bis 12 auftreten können, wie dies anhand der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wurde.
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Ferner werden die Codierstufen E1 bis E4, die zusammenhängend an den Motoren M1 bis M4 angebracht sind, um die Drehung derselben zu steuern, dafür verwendet, um die Motordrehung zu detektieren. Damit können im Vergleich zu dem Roboter-Controller 1, der anhand der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, und welcher die zweite Erregung-Detektorschaltung 7 erfordert, Herstellungskosten für den Roboter-Controller 21 gesenkt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen vorangegangenen Ausführungsformen beschränkt und es sind vielfältige modifizierte Ausführungsformen bzw. andere Ausführungsformen möglich.
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Eine erste modifizierte Ausführungsform betrifft eine Konfiguration der Steuereinrichtung. Bei der ersten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung 15 zusammengesetzt aus einer Kombination zwischen der CPU 22 und der Relais-Steuerschaltung 3, während bei der zweiten Ausführungsform die Steuereinrichtung 25 aus einer Kombination zwischen der CPU 22 und der Relais-Steuerschaltung 23 besteht. Die Steuereinrichtung kann in der Relais-Steuerschaltung vorgesehen sein, welche Komponenten enthält, die dafür erforderlich sind, um Fehlfunktionen der elektromagnetischen Bremsen B1 bis B4 zu detektieren.
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Eine zweite modifizierte Ausführungsform betrifft das Wie und auf welche Weise eine Drehung der Motoren M1 bis M4 detektiert wird. Bei der zweiten Ausführungsform liest die CPU 22 die Daten, welche die Beträge der Motordrehung angeben, aus dem Register RG der Relais-Steuerschaltung 23 aus, sodass die Drehzustände der Motoren M1 bis M4 detektiert werden können. Dies kann jedoch in solcher Weise modifiziert werden, dass die CPU 22 die Drehzustände solcher Motoren M1 bis M4 unter Verwendung der Impulssignale von den Codierstufen E1 bis E4 detektiert (oder unter Verwendung der Zählwerte, wenn die Codierstufen mit Zählern ausgestattet sind).
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Eine dritte modifizierte Ausführungsform betrifft die zweite Fehlfunktionsprüfung. Dieser Prüfprozess kann lediglich dann ausgeführt werden, dies erforderlich ist und zwar ohne Einschränkung auf den oben beschriebenen Fall, also jedes Mal dann, wenn die gegebene Roboter-Arbeitsroutine beendet wird. Wenn darüber hinaus die erste Fehlfunktionsprüfung ausgeführt wird, wenn die Aktivierung ausgeführt wird und diese ausreichend ist, um Fehlfunktionen der elektromagnetischen Bremsen B1 bis B4 zu detektieren, kann auch der zweite Fehlfunktionsprüfvorgang weggelassen werden.
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Die vorliegende Erfindung kann in mehreren anderen Ausführungsformen realisiert werden, ohne jedoch dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Ausführungsformen und modifizierten Ausführungsformen, die insoweit beschrieben wurden, sollen daher lediglich der Veranschaulichung dienen und sollen nicht einschränkend sein, da der Rahmen der Erfindung durch die anhängenden Ansprüche definiert ist und nicht durch die diesen vorangehende Beschreibung. Alle Änderungen, die in den Rahmen und die Grenzen der Ansprüche fallen oder auch Äquivalente solcher Maßnahmen und Grenzen, werden daher durch die Ansprüche mit umfasst.
