KR101236083B1

KR101236083B1 - 리던던트 비상 제동 회로를 가진 산업용 로봇

Info

Publication number: KR101236083B1
Application number: KR1020107013998A
Authority: KR
Inventors: 요제프 호프만; 리하르트 슈바르츠; 죈케 마르스
Original assignee: 쿠카 로보테르 게엠베하
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2013-02-21
Also published as: US8736219B2; EP2227357A1; EP2227357B1; DE102007059492A1; KR20100096203A; WO2009074396A1; CN101896320A; DE102007059492B4; US20100288067A1

Abstract

본 발명은 로봇암을 가진 산업용 로봇에 관한 것이다. 상기 로봇암은 다수의 축 (A1-A6) 과 적어도 하나의 전기 드라이브를 구비하고, 상기 전기 드라이브는 전동기 (7-12) 및 상기 전동기 (7-12) 를 작동시키는 파워 일렉트로닉스 (16) 를 구비하며, 상기 전기 드라이브는 관련된 축 (A1-A6) 을 움직이도록 준비되어 있다. 상기 산업용 로봇 (1) 은 비상 제동을 할 경우 전동기 (7-12) 를 동시에 2 개의 서로 독립적인 전류 경로를 통해 단락시키도록 준비되어 있다.

Description

리던던트 비상 제동 회로를 가진 산업용 로봇{INDUSTRIAL ROBOT HAVING REDUNDANT EMERGENCY BRAKE CIRCUIT}

산업용 로봇은 대상물을 자동으로 핸들링하기 위해 목적에 부합하는 공구를 갖추고 있고 다수의 운동축에서 특히 방위 (orientation), 위치 및 작업 진행과 관련하여 프로그래밍가능한 핸들링 기계이다. 산업용 로봇은 기본적으로 로봇암 (robot arm) 을 구비하며, 상기 로봇암은 드라이브들에 의해 움직여지는 다수의 축과 레버를 구비하고 있다. 상기 드라이브들은 예컨대 전기 드라이브들 (electric drive) 이다.

비상 상황시, 즉 예컨대 산업용 로봇을 둘러싸고 있는 보호 장치 안으로 사람이 들어가는 경우에는 산업용 로봇의 운동을 신뢰성 있게 정지시키는 것이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 비상 제동을 할 경우 전기 드라이브의 전동기 (electric motor) 를 가능한 한 확실히, 또한 신뢰성 있게 정지시키도록 준비되어 있는, 적어도 하나의 전기 드라이브를 가진 산업용 로봇을 제공하는 것이다.

상기 목적은 산업용 로봇을 통해 달성되는데, 상기 산업용 로봇은 로봇암을 구비하며, 상기 로봇암은 다수의 축과 적어도 하나의 전기 드라이브를 구비하고, 상기 전기 드라이브는 전동기 및 상기 전동기를 작동시키는 파워 일렉트로닉스 (power electronics) 를 구비하며, 상기 전기 드라이브는 관련된 축을 움직이도록 준비되어 있고, 이 때 산업용 로봇은 비상 제동을 할 경우 상기 전동기를 동시에 2 개의 서로 독립적인 전류 경로 (electric current path) 를 통해 단락시키도록 준비되어 있다.

본 발명에 따른 산업용 로봇은 로봇암을 구비하고, 상기 로봇암은 다수의 축을 포함하며, 상기 축들은 각각 드라이브에 의해 움직여질 수 있다. 이 드라이브들 중 적어도 하나는 전기 드라이브이다. 상기 전기 드라이브들은 일반적으로 알려져 있는 방식으로 전동기 및 상기 전동기를 작동시키는 파워 일렉트로닉스를 구비한다. 전동기의 운동을 위해, 상기 파워 일렉트로닉스는 예컨대 본 발명에 따른 산업용 로봇의 제어 장치에 의해 제어 또는 조절된다.

상기 적어도 하나의 전기 드라이브의 전동기는 본 발명에 따른 산업용 로봇의 변형에 따르면 삼상 전동기 (three-phase motor), 예컨대 삼상 동기 전동기 (synchronous motor) 또는 비동기 전동기이며, 관련된 파워 일렉트로닉스는 상기 삼상 전동기를 구동시키는 삼상 인버터와, 중간 회로 캐패시터를 구비하며 상기 삼상 인버터에 직렬로 접속된 중간 회로를 구비한다. 상기 인버터는 예컨대 주파수 변환기이며, 상기 주파수 변환기는 일반적으로 알려져 있는 방식으로 예컨대 펄스폭 변조 (Pulse Width Modulation: PWM) 를 통해 상기 중간 회로의 직류 전압으로부터 기본 진동 (fundamental oscillation) 의 설정가능한 주파수를 가진 삼상 교류 전압을 생성한다.

이러한 삼상 인버터는 예컨대 제 1 하프 브리지 (half bridge) 와 제 2 하프 브리지를 구비하며, 상기 하프 브리지들은 각각 산업용 로봇의 제어 장치에 의해 제어되는 반도체 스위치들 (semiconductor switch) 을 포함한다. 상기 반도체 스위치들은 예컨대 파워 트랜지스터 (power transistor), 예컨대 IGBT 이고, 그의 에미터-컬렉터 경로들은 그의 게이트 (gate) 의 적절한 작동을 통해 차단되거나 또는 통과될 수 있다. 그러므로, 파워 트랜지스터들의 게이트들의 적절한 작동을 통해 반도체 스위치들이 실현된다. 각각의 하프 브리지는 삼상 전동기의 상 (phase) 당 각각 하나의 반도체 스위치를 구비할 수 있고, 즉 각각 통틀어 3 개의 반도체 스위치를 구비할 수 있다. 개별적인 반도체 스위치들은 일반적으로 이것들에 대해 병렬로 접속된 프리휠링 다이오드들 (freewheeling diode) 을 구비한다. 반도체 스위치의 반복되는 스위칭을 통해, 전동기의 각각의 전동기 단자는 선택적으로 상기 중간 회로의 양 또는 음의 직류 전압에 적용될 수 있다. 그러므로, 반도체 스위치의 적절한 작동을 통해, 전동기에 가해진 삼상 전압의 기본 진동의 주파수는 일반적으로 알려져 있는 방식으로 제어 또는 조절될 수 있다. 프리휠링 다이오드들 덕택에, 공급 라인들 안의 전류들은 전동기 쪽으로 임의의 방향들로 흐를 수 있다.

직류 전압은 예컨대 정류기를 이용해 메인 (main) 교류 전압으로부터 생성될 수 있고, 상기 직류 전압을 중간 회로 캐패시터가 평활화한다. 상기 메인 전압이 삼상 메인 전압이면, 정류기는 예컨대 삼상 브리지 정류기이다.

비상 상황시, 즉 예컨대 사람이 산업용 로봇에 다가가는 위험이 발생하면, 드라이브들, 즉 상기 적어도 하나의 전기 드라이브 또는 그의 전동기는 신뢰성 있게 정지되어야만 한다. 이는 전동기들이 단락됨으로써, 따라서 전동기가 이를 통해 흐르는 전류를 토대로 제동됨으로써 가능하다. 삼상 전동기에 있어서, 이를 통해 생기는 제동 모멘트는 그의 삼상의 단락시 가장 크며, 하지만 전동기는 2 개만 (또는 접지에 대해 3 개의 상 중 심지어 단 하나만) 단락되는 때에도 제동된다.

비상 상황시 전동기가 확실히, 또한 신뢰성 있게 제동되는 것, 즉 확실히, 또한 신뢰성 있게 단락되는 것을 보장하기 위해, 본 발명에 따른 산업용 로봇은, 비상 제동을 할 경우 전동기를 동시에 2 개의 서로 독립적인 전류 경로를 통해 단락시키도록 준비되어 있다. 상기 2 개의 전류 경로 중 하나가 부분적으로 또는 완전히 고장나는 경우, 전동기는 아직 신뢰성 있게 다른 전류 경로를 통해 단락된다. 그러므로, 본 발명에 따른 산업용 로봇의 전동기는 2 개의 서로 독립적인 단락-제동 방법을 통해 비상 상황시 신뢰성 있게 제동된다.

상기 전동기가 삼상 전동기이고 상기 파워 일렉트로닉스가 상기 2 개의 하프 브리지를 구비하면, 본 발명에 따른 산업용 로봇의 실시형태에 따르면, 상기 산업용 로봇은 비상 제동을 위해 상기 제 1 하프 브리지의 반도체 스위치들을 차단하고 상기 제 2 하프 브리지의 반도체 스위치들을 닫도록 준비되어 있으며, 따라서 비상 제동을 위한 2 개의 전류 경로 중 하나는 상기 제 2 하프 브리지의 반도체 스위치들을 통해 뻗어 있다. 비상 제동의 이 유형은 비교적 간단한 방식으로 실행될 수 있다.

추가적으로, 본 발명에 따른 산업용 로봇은, 비상 제동을 위해 상기 제 1 하프 브리지의 반도체 스위치들을 제 1 채널을 통해 차단하고 상기 제 2 하프 브리지의 반도체 스위치들을 닫으며, 그리고 상기 제 1 채널과는 다른 제 2 채널을 통해 상기 중간 회로를 위한 외부 전압 (external voltage) 을 끊도록 준비되어 있다. 상기 외부 전압은 예컨대 정류기의 메인 전압이며, 즉 정류기는 상기 메인 전압을 끊음으로써 네트 (net) 로부터 분리된다. 하지만 상기 외부 전압은 정류기가 중간 회로로부터 분리됨으로써 끊겨질 수도 있다.

본 발명에 따른 산업용 로봇의 변형에 따르면, 상기 중간 회로는 제 1 제동 저항과 제 1 스위치를 구비하며, 이 때 본 발명에 따른 산업용 로봇은, 제동 저항을 중간 회로 캐패시터에 대해 병렬로 접속하기 위해 비상 제동 동안 상기 제 1 스위치를 닫도록 준비되어 있고, 따라서 비상 제동을 위한 2 개의 전류 경로 중 하나는 상기 제 1 제동 저항을 통해 뻗어 있다. 상기 제 1 스위치는 예컨대 제 1 반도체 스위치, 및/또는 제 1 계전기에 의해 제어되는 제 1 기계식 스위치를 구비한다. 산업용 로봇의 정상 작동 중 상기 제 1 스위치는 열려 있고, 단락 제동 (short-circuit braking) 을 위해서만 산업용 로봇은 상기 제 1 스위치를 닫는다. 이로 인해, 중간 회로 캐패시터와, 그러므로 전동기는 프리휠링 다이오드들을 통해 단락된다. 예컨대 중간 회로 캐패시터의 전압이 최대로 허용가능한 전압을 초과하면, 상기 제 1 제동 저항은 정상 작동 중에도 잠깐 동안 접속될 수 있다.

예컨대 비상 제동을 할 경우 전동기가 중간 회로의 제동 저항을 통해서 뿐만 아니라 인버터를 통해서도 단락되면, 전동기의 전류는 기본적으로 제 2 하프 브리지의 닫힌 반도체 스위치들을 통해 흐를 것이다. 예컨대 반도체 스위치들 중 하나 또는 다수가 결함이 있거나 또는 반도체 스위치들의 작동이 만족스럽게 수행되지 않으면, 전류는 중간 회로의 제동 저항을 통해 흐를 수 있고, 이로 인해 신뢰성 있는 비상 제동이 보장된다.

변형에 따르면, 본 발명에 따른 산업용 로봇은 제 2 스위치를 구비할 수 있고, 이 때 본 발명에 따른 산업용 로봇은 전동기를 곧장 단락시키기 위해 비상 제동 동안 상기 제 2 스위치를 닫도록 준비되어 있다. 본 발명에 따른 산업용 로봇은 제 2 제동 저항을 구비할 수도 있고, 이 때 본 발명에 따른 산업용 로봇은 전동기를 곧장 상기 제 2 제동 저항을 통해 단락시키기 위해 비상 제동 동안 상기 제 2 스위치를 닫도록 준비되어 있으며, 따라서 비상 제동을 위한 2 개의 전류 경로 중 하나는 상기 제 2 제동 저항을 통해 뻗어 있다. 상기 제 2 스위치는 예컨대 제 2 반도체 스위치, 및/또는 제 2 계전기에 의해 제어되는 제 2 기계식 스위치를 구비한다. 즉, 변형에 따르면, 비상 제동을 위해 전동기 권선들은 곧장, 예컨대 파워 일렉트로닉스로부터 전동기 쪽으로의 공급 라인 안에서 제 2 제동 저항을 통해 단락된다.

구동 경로들 및/또는 전류 경로들은 검사 및/또는 테스트될 수 있다.

예컨대, 전류 경로들을 활성화하기 위한 작동 신호들은 논리 (logic) 에 공급될 수 있고, 목표 값들과 비교될 수 있다.

정상 작동 중, 잠재적인 전류 경로들은 검사될 수 있는데, 왜냐하면 기능력이 있는 경우에만 오류가 없는, 전동기에 의한 작동이 가능하기 때문이다.

전동기가 예컨대 제 2 저항을 통해 제동되면, 예컨대 제 2 스위치의 계전기는 보조 접점 (auxiliary contact) 을 구비할 수 있고, 상기 보조 접점을 토대로 예컨대 계전기의 활성화시 신호가 생성된다. 그 후, 이 신호의 평가를 통해 제 2 기계식 스위치의 신뢰성 있는 닫힘을 추론할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제동되는 전동기의 제동 모멘트는 예컨대 전동기 전류를 토대로 계산되거나 또는 측정될 수 있다.

인버터의 기능 수행은, 아직 회전하는 전동기에 있어서 전동기의 전류가 검출 및 평가됨으로써 검사될 수 있다. 정확하게 작동하는 인버터에 있어서, 추가적으로 전류가 제 1 하프 브리지의 프리휠링 다이오드들을 통해 흘러서는 안 된다. 이는 예컨대 중간 회로를 위한 전압이 끊겼을 때 중간 회로 캐패시터의 방전 (discharge) 이 제 1 제동 저항을 통해 검출 및 평가됨으로써 검사될 수 있다. 상기 방전이 제 1 제동 저항의 옴 저항과 중간 회로 캐패시터의 용량을 토대로 발생하는 자기 방전 곡선 (self-discharge curve) 과 일치하면, 전류는 제 1 하프 브리지의 프리휠링 다이오드들을 통해 흐르지 않는다.

아직 회전하는 전동기에 있어서, 전동기의 제동 모멘트는 측정되거나 또는 계산될 수 있다.

중간 회로는 정지해 있는 전동기에 있어서도 예컨대 중간 회로 캐패시터의 전압의 측정 및 평가를 통해 검사될 수 있다. 제 1 제동 저항의 접속 후, 전압은 중간 회로 캐패시터의 용량, 제 1 제동 저항의 옴 저항, 및 경우에 따라서는 회전하는 전동기에 의해 회생된 에너지에 따라 감소해야만 한다. 전류는 제 1 제동 저항을 통해 검출 및 평가될 수 있거나, 또는 아직 회전하는 전동기에 있어서 전동기의 제동 모멘트는 검출 및 분석될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 첨부된 개략적인 도면들에 도시되어 있다.
도 1 은 산업용 로봇을 도시한 도면이다.
도 2 는 산업용 로봇의 전기 드라이브의 회로 구성도이다.
도 3 은 전기 드라이브의 부품들의 상세한 도면이다.
도 4 및 도 5 는 전기 드라이브의 부품들의 작동 상태들을 도시한 도면이다.
도 6 은 파워 일렉트로닉스의 중간 회로이다.
도 7 은 전동기를 제동시키기에 적합한 회로이다.

도 1 은 6 개의 자유도에서의 운동을 위한 키네마틱스 (kinematics) 를 가진 산업용 로봇 (1) 을 나타낸다. 산업용 로봇 (1) 은 일반적으로 알려져 있는 방식으로 관절들 (2 내지 5) 과, 레버 (6) 와, 6 개의 운동축 (A1 내지 A6) 과, 플랜지 (13) 를 구비한다.

각각의 축 (A1-A6) 은 드라이브에 의해 움직여지며, 상기 드라이브들은 본 실시예의 경우 전기 드라이브들이고, 각각 하나의 전동기 (7-12) 를 구비한다. 이 때, 도 1 에 도시되어 있지는 않지만 당업자에게 일반적으로 알려져 있는 기어를 통해 전동기 (7) 는 축 (A1) 을 움직이고, 전동기 (8) 는 축 (A2) 을 움직이고, 전동기 (9) 는 축 (A3) 을 움직이며, 전동기들 (10-12) 은 축들 (A4-A6) 을 움직인다.

본 실시예의 경우, 전동기들 (7-12) 은 삼상 전동기, 특히 동기 전동기이다. 전동기들 (7-12) 은 각각 파워 일렉트로닉스 (16) 에 의해 작동되며, 상기 파워 일렉트로닉스는 본 실시예의 경우 제어 장치 (14) 안에 배치되어 있다. 파워 일렉트로닉스 (16) 는 각각 그의 전동기 (7-12) 와 도시되어 있지 않은 방식으로 전기식으로 연결되어 있다. 일례로 파워 일렉트로닉스 (16) 중 하나가 전동기 (10) 를 위해 도 2 의 회로 구성도에 도시되어 있다.

전기 드라이브들, 또는 전동기들 (7-12) 의 파워 일렉트로닉스 (16) 는 제어용 컴퓨터 (15) 와 연결되어 있고, 상기 제어용 컴퓨터에서는 당업자에게 기본적으로 알려져 있는 적절한 계산 프로그램이 실행되며, 상기 계산 프로그램은 의도한 바대로 산업용 로봇 (1) 이 움직이도록 파워 일렉트로닉스 (16) 를 일반적으로 알려져 있는 적절한 방식으로 작동시킨다. 제어용 컴퓨터 (15) 는 본 실시예의 경우 파워 일렉트로닉스 (16) 와 함께 제어 장치 (14) 의 하우징 안에 배치되어 있다.

본 실시예의 경우, 각각의 파워 일렉트로닉스 (16) 는 전동기 (7-12) 를 위해 정류기 (rectifier ; 21), 중간 회로 (intermediate circuit ; 22) 및 인버터 (inverter ; 23) 를 포함한다. 도 3 은 중간 회로 (22) 와 인버터 (23) 를 보다 상세히 보여주고 있다.

중간 회로 (22) 는 캐패시터 (capacitor ; C) 를 구비하며, 정류기 (21) 는 삼상-메인 전압으로부터 일반적으로 알려져 있는 방식으로 중간 회로 (22) 의 캐패시터 (C) 에 의해 평활화된 (smoothed) 직류 전압 (V) 을 생성한다. 평활화된 직류 전압 (V) 은 인버터 (23) 의 입력 전압 (input voltage) 이며, 상기 인버터는 직류 전압 (V) 으로부터 일반적으로 알려져 있는 방식으로 그의 기본 진동의 설정가능한 주파수를 가진 삼상 전압을 생성한다. 상기 삼상 전압은 전동기 (10) 의 전동기 단자들 (24) 에게 공급되고, 예컨대 펄스폭 변조를 통해 생성된다.

인버터 (23) 는 본 실시예의 경우 제 1 하프 브리지 (23a) 와 제 2 하프 브리지 (23b) 를 구비하며, 상기 하프 브리지들은 각각 관련된 프리휠링 다이오드 (D1-D6) 를 가진 각각 3 개의 반도체 스위치를 구비한다. 본 실시예의 경우, 상기 반도체 스위치들은 파워 트랜지스터들 (T1-T6) 이며, 상기 파워 트랜지스터들은 예컨대 IGBT 이다. 제 1 하프 브리지 (23a) 의 파워 트랜지스터들 및 이에 속한 프리휠링 다이오드들은 참조부호 T1-T3 및 D1-D3 으로 표시되어 있고, 제 2 하프 브리지 (23b) 의 파워 트랜지스터들 및 이에 속한 프리휠링 다이오드들은 참조부호 T4-T6 및 D4-D6 으로 표시되어 있다.

일반적으로 알려져 있는 방식으로, 제 1 하프 브리지 (23a) 의 파워 트랜지스터들 (T1-T3) 의 에미터들은 캐패시터 (C) 의 단자들 중 하나와 전기식으로 연결되어 있고, 제 1 하프 브리지 (23a) 의 파워 트랜지스터들 (T1-T3) 의 컬렉터들은 전동기 (10) 의 전동기 단자들 (24) 과 전기식으로 연결되어 있다. 제 2 하프 브리지 (23b) 의 파워 트랜지스터들 (T4-T6) 의 컬렉터들은 캐패시터 (C) 의 다른 단자와 전기식으로 연결되어 있고, 제 2 하프 브리지 (23b) 의 파워 트랜지스터들 (T4-T6) 의 에미터들은 전동기 (10) 의 전동기 단자들 (24) 과 전기식으로 연결되어 있다.

파워 트랜지스터들 (T1-T6) 의 게이트들은 드라이버 회로들 (driver circuit; 25-27) 과 연결되어 있고, 상기 드라이버 회로들은 반도체 스위치로서 형성된 파워 트랜지스터들 (T1-T6) 을 일반적으로 알려져 있는 방식으로 켜거나 끄며, 따라서 전동기 (10) 의 각각의 전동기 단자 (24) 는 선택적으로 중간 회로 (22) 의 양 또는 음의 직류 전압 (V) 에 적용된다. 그러므로, 파워 트랜지스터들 (T1-T6) 의 적절한 작동을 통해, 전동기 (10) 에 가해진 삼상 전압의 기본 진동의 주파수는 일반적으로 알려져 있는 방식으로 제어 또는 조절될 수 있다.

본 실시예의 경우, 드라이버 회로들 (25-27) 은 제 1 부분 논리 회로 (partial logic circuit ; 28) 에 의해 작동되고, 상기 부분 논리 회로는 안전 논리 회로 (29) 와 연결되어 있다. 안전 논리 회로 (29) 는 도시되어 있지 않은 방식으로 제어용 컴퓨터 (15) 와 연결되어 있거나 또는 제어용 컴퓨터 (15) 의 부품이다.

산업용 로봇 (1) 의 작동 중, 전동기들 (7-12) 이 확실히 제동되어야만 하는 경우가 생길 수 있다. 이는 본 실시예의 경우 제 1 하프 브리지 (23a) 의 파워 트랜지스터들 (T1-T3) 은 꺼지고 (차단되고) 제 2 하프 브리지 (23b) 의 파워 트랜지스터들 (T4-T6) 은 켜지도록 부분 논리 회로 (28) 가 드라이버 회로들 (25-27) 을 작동시키도록 안전 논리 회로 (29) 가 부분 논리 회로 (28) 에게 제 1 채널 (K1) 을 통해 신호를 공급함으로써 달성된다. 이를 통해, 전동기 (10) 의 고정자 권선들은 제 2 하프 브리지 (23b) 의 파워 트랜지스터들 (T4-T6) 을 통해 단락된다. 이는 도 4 에 제 1 하프 브리지 (23a) 의 부품들은 파선으로 도시되어 있고 제 2 하프 브리지 (23b) 의 부품들은 실선으로 도시되어 있음으로써 암시되어 있다. 제동 동안 전동기 (10) 에 의해 생성된 전기 흐름은 파워 트랜지스터들 (T4-T6) 을 통해 흐른다.

동시에 안전 논리 회로 (29) 는 제 1 채널 (K1) 과는 관계없는 제 2 채널 (K2) 을 통해 신호를 도 2 에 도시되어 있는 스위치 (S1) 에 보내고, 상기 스위치는 정류기 (21) 를 중간 회로 (22) 와 분리시킨다. 대안적으로 또는 추가적으로, 정류기 (21) 는 삼상 스위치 (S2) 를 이용해 채널 (K2) 을 통해 메인 전압으로부터 분리될 수 있다.

인버터 (23) 의 부품들 및/또는 하나 또는 다수의 드라이버 회로 (25-27) 가 결함이 있을 지라도 전동기 (10) 가 신뢰성 있게, 또한 확실히 단락 제동을 통해 제동되는 것을 보장하기 위해, 산업용 로봇 (1) 의 전기 드라이브들은 각각 그들의 전동기 (7-12) 를 단락 제동을 통해 제동시킬 수 있는 제 2 가능성을 갖는다.

본 실시예의 경우, 전동기 (10) 를 제동시키는 제 2 가능성은 중간 회로 (22) 의 제동 저항 (30) 을 통해 가능해지며, 상기 제동 저항은 반도체 스위치로서 형성된 파워 트랜지스터 (T7) 를 통해 캐패시터 (C) 에 대해 병렬로 접속될 수 있다. 파워 트랜지스터 (T7) 는 예컨대 마찬가지로 IGBT 이며, 안전 논리 회로 (29) 와 연결되어 있는 드라이버 회로 (31) 를 이용해 켜지거나 꺼진다.

산업용 로봇 (1) 의 작동 중 파워 트랜지스터 (T2) 는 꺼져 있다. 확실한 단락 제동을 위해, 안전 논리 회로 (29) 는 전동기 (10) 를 인버터 (23) 를 이용해 상기 설명한 바와 같이 제동시키기 위해 신호를 제 1 채널 (K1) 을 통해 부분 논리 회로 (28) 에 보낼 뿐만 아니라 중간 회로 (22) 의 파워 트랜지스터 (T7) 를 닫기 위해 제 1 채널 (K1) 및 제 2 채널 (K2) 과는 관계없는 제 3 채널 (K3) 을 통해 신호를 드라이버 회로 (31) 에 보내고, 따라서 캐패시터 (C) 는 제동 저항 (30) 을 통해 단락되어 있다. 그러므로 전동기 (10) 도 제동 저항 (30) 을 통해 단락되어 있다. 이는 제동 동안 전동기 (10) 에 의해 생성된 전류가 통과하여 흐르고 있는 부품들이 실선으로 도시되어 있는 도 5 에 암시되어 있다. 도 5 에 도시되어 있는 도면에서는 모든 파워 트랜지스터 (T1-T6) 가 차단된다고 가정하며, 따라서 전류는 전동기 (10) 의 제동 동안 프리휠링 다이오드들 (D1-D6) 을 통해 흐른다. 인버터 (23) 가 단락 제동 동안 정확하게 작동하면, 전동기 (10) 에 의해 생성된 전류는 제 2 하프 브리지 (23b) 의 파워 트랜지스터들 (T4-T6) 을 통해 흐른다.

그러므로, 제동시키는 상기 2 가지 가능성 중 하나가 고장날 지라도 전동기 (10) 가 신뢰성 있게 제동되는 것이 보장된다.

도 6 은 대안적인 중간 회로 (22') 를 나타내며, 이 중간 회로는 도 3 및 도 5 에 도시되어 있는 중간 회로 (22) 대신 인버터 (23) 를 위해 사용될 수 있다. 도 6 에 도시되어 있는 중간 회로 (22') 는 추가적인 계전기 (relay ; 32), 및 상기 계전기 (32) 를 통해 스위칭가능한 기계식 스위치 (33) 에 의해 본질적으로 구별되며, 상기 기계식 스위치는 중간 회로 (22') 의 파워 트랜지스터 (T7) 에 대해 병렬로 접속되어 있다. 중간 회로 (22') 는 드라이버 회로 (31) 대신 드라이버 회로 (31') 를 구비하며, 이 드라이버 회로는 파워 트랜지스터 (T7) 뿐만 아니라 계전기 (32) 도 제어한다.

산업용 로봇 (1) 의 정상 작동 중, 중간 회로 (22') 의 기계식 스위치 (33) 와 파워 트랜지스터 (T7) 는 열려 있다. 확실한 단락 제동을 위해, 안전 논리 회로 (29) 는 제 3 채널 (K3) 을 통해 신호를 드라이버 회로 (31') 에 보내고, 따라서 상기 드라이버 회로는 파워 트랜지스터 (T7) 를 닫을 뿐만 아니라 기계식 스위치 (33) 를 닫도록 계전기 (32) 를 유발시킨다. 그러므로, 제동 저항 (30) 은 파워 스위치 (T7) 를 통해서 뿐만 아니라 기계식 스위치 (33) 를 통해 캐패시터 (C) 에 대해 병렬로 접속된다. 대안적으로, 중간 회로 (22') 가 파워 트랜지스터 (T7) 를 포함하는 것이 아니라 제동 저항 (30) 을 기계식 스위치 (33) 를 통해서만 접속할 수 있는 것도 가능하다.

도 7 은 전동기 (10) 를 제동시키는 다른 가능성을 나타낸다. 도 7 에 도시되어 있는 실시예의 경우 전동기 (7) 는 성형 (star) 접속된 3 개의 저항 (71) 을 이용해 하나의 스위치를 통해 단락될 수 있다. 상기 스위치는 예컨대 IGBT 의 파워 트랜지스터 형태의 반도체 스위치로서, 또는 도 7 에 도시되어 있는 바와 같이 기계식 스위치 (72) 에 의해 실현될 수 있고, 상기 기계식 스위치는 예컨대 계전기 (73) 를 이용해 제어된다. 산업용 로봇 (1) 의 정상 작동 중 스위치 (72) 는 열려 있다. 확실한 제동을 위해, 안전 논리 회로 (29) 는 신호를 드라이버 회로 (74) 에 보내고, 그 후 상기 드라이버 회로는 계전기 (73) 가 스위치 (72) 를 닫도록 상기 계전기를 활성화한다. 이로 인해 전동기 (10) 는 단락되고, 제동된다. 전동기 (10) 를 제동시키는 이 가능성은 확실한 제동을 위해 인버터 (23) 를 이용한 제동과 병행하여 상기 기술한 바와 같이 사용된다. 전동기 (10) 를 제동을 위한 저항들 (71) 없이 곧장 단락시키는 것도 가능하다. 그러면 삼상 기계식 스위치가 필요치 않고, 전동기 (10) 의 모든 삼상은 제 2 스위치들을 갖고 단락될 수 있다.

대안적으로, 추가적으로 전동기 (10) 를 제동 저항 (30) 및 저항들 (71) 을 통해 제동시키는 것도 가능하다.

확실한 제동을 위해 전동기 (10) 가 제동 저항 (30), 저항들 (71) 및 인버터 (23) 를 통해 제동되는 것도 가능하다.

추가적으로, 본 실시예들의 경우 전동기들 (7-12) 을 제동시키기 위해 장착된 부품들은 검사될 수 있다.

전동기 (10) 가 저항들 (71) 을 통해 제동되면, 예컨대 계전기 (73) 는 보조 접점을 구비할 수 있고, 상기 보조 접점을 토대로 예컨대 계전기의 활성화시 신호가 생성된다. 그 후, 이 신호의 평가를 통해 스위치 (72) 의 신뢰성 있는 닫힘을 추론할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제동되는 전동기 (10) 의 제동 모멘트는 예컨대 전동기 전류를 토대로 계산되거나 또는 측정될 수 있다.

인버터 (23) 의 기능 수행은, 아직 회전하는 전동기 (10) 에 있어서 전동기 (10) 의 전류가 검출 및 평가됨으로써 검사될 수 있다. 정확하게 작동하는 인버터 (23) 에 있어서, 추가적으로 전류가 제 1 하프 브리지 (23a) 의 프리휠링 다이오드들 (D1-D3) 을 통해 흘러서는 안 된다. 이는 정류기 (21) 가 꺼졌을 때 캐패시터 (C) 의 방전이 제동 저항 (30) 을 통해 검출 및 평가됨으로써 검사될 수 있다. 상기 방전이 제동 저항의 옴 저항과 캐패시터 (C) 의 용량을 토대로 발생하는 자기 방전 곡선과 일치하면, 전류는 제 1 하프 브리지의 프리휠링 다이오드들 (D1-D3) 을 통해 흐르지 않는다.

아직 회전하는 전동기 (10) 에 있어서, 전동기 (10) 의 제동 모멘트는 측정되거나 또는 계산될 수 있다.

중간 회로 (22) 는 정지해 있는 전동기 (10) 에 있어서도 예컨대 캐패시터 (C) 의 전압의 측정 및 평가를 통해 검사될 수 있다. 제동 저항 (30) 의 접속 후, 전압은 캐패시터의 용량, 제동 저항의 옴 저항, 및 경우에 따라서는 회전하는 전동기 (10) 에 의해 회생된 에너지에 따라 감소해야만 한다. 전류는 제동 저항을 통해 검출 및 평가될 수도 있고, 또는 아직 회전하는 전동기 (10) 에 있어서 전동기 (10) 의 제동 모멘트는 검출 및 분석될 수 있다.

Claims

산업용 로봇으로서,
상기 산업용 로봇은 로봇암을 구비하고, 상기 로봇암은 다수의 축 (A1-A6) 과 전기 드라이브를 구비하고, 상기 전기 드라이브는 전동기 (7-12) 및 상기 전동기 (7-12) 를 작동시키는 파워 일렉트로닉스 (16) 를 구비하며, 상기 전기 드라이브는 관련된 축 (A1-A6) 을 움직이도록 준비되어 있고, 이 때 상기 산업용 로봇 (1) 은 비상 제동을 할 경우 상기 전동기 (7-12) 를 동시에 2 개의 서로 독립적인 전류 경로를 통해 단락시키도록 준비되어 있고,
상기 전기 드라이브의 전동기 (7-12) 는 삼상 전동기이며, 상기 전기 드라이브의 파워 일렉트로닉스 (16) 는, 상기 전동기들 (7-12) 을 구동시키는 삼상 인버터 (23) 와, 중간 회로 캐패시터 (C) 를 구비하며 상기 삼상 인버터 (23) 에 직렬로 접속된 중간 회로 (22) 를 구비하고,
상기 삼상 인버터 (23) 는 제 1 하프 브리지 (23a) 와 제 2 하프 브리지 (23b) 를 구비하고, 상기 하프 브리지들은 각각 상기 산업용 로봇 (1) 에 의해 제어되는 반도체 스위치들 (T1-T6) 을 구비하며, 상기 산업용 로봇 (1) 은 비상 제동을 위해 상기 제 1 하프 브리지 (23a) 의 반도체 스위치들 (T1-T3) 을 차단하며 상기 제 2 하프 브리지 (23b) 의 반도체 스위치들 (T4-T6) 을 닫도록 준비되어 있고, 따라서 비상 제동을 위한 2 개의 전류 경로 중 하나는 상기 제 2 하프 브리지 (23b) 의 반도체 스위치들 (T4-T6) 을 통해 뻗어 있고,
상기 산업용 로봇은, 비상 제동을 위해 상기 제 1 하프 브리지 (23a) 의 반도체 스위치들 (T1-T3) 을 제 1 채널 (K1) 을 통해 차단하며 상기 제 2 하프 브리지 (23b) 의 반도체 스위치들 (T4-T6) 을 닫고, 그리고 상기 제 1 채널 (K1) 과는 다른 제 2 채널 (K2) 을 통해 상기 중간 회로 (22) 를 위한 외부 전압을 끊도록 준비되어 있는, 산업용 로봇.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 중간 회로 (22) 는 제 1 제동 저항 (30) 과 제 1 스위치를 구비하고, 상기 산업용 로봇 (1) 은 상기 제동 저항 (30) 을 상기 중간 회로 캐패시터 (C) 에 대해 병렬로 접속하기 위해 비상 제동 동안 상기 제 1 스위치를 닫도록 준비되어 있으며, 따라서 비상 제동을 위한 2 개의 전류 경로 중 하나는 상기 제 1 제동 저항 (30) 을 통해 뻗어 있는, 산업용 로봇.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 스위치는, 제 1 반도체 스위치 (T7), 및 제 1 계전기 (32) 에 의해 제어되는 제 1 기계식 스위치 (33) 중 적어도 하나를 구비하는, 산업용 로봇.
삭제
삭제
제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산업용 로봇은 제 2 스위치를 구비하며, 상기 산업용 로봇 (1) 은 상기 전동기 (7-12) 를 단락시키기 위해 비상 제동 동안 상기 제 2 스위치를 닫도록 준비되어 있는, 산업용 로봇.
제 7 항에 있어서,
상기 산업용 로봇은 제 2 제동 저항 (71) 을 구비하고, 이 때 상기 산업용 로봇 (1) 은 상기 전동기 (7-12) 를 상기 제 2 제동 저항 (71) 을 통해 단락시키기 위해 비상 제동 동안 상기 제 2 스위치를 닫도록 준비되어 있으며, 따라서 비상 제동을 위한 2 개의 전류 경로 중 하나는 상기 제 2 제동 저항 (71) 을 통해 뻗어 있는, 산업용 로봇.
제 7 항에 있어서,
상기 제 2 스위치는, 제 2 반도체 스위치, 및 제 2 계전기 (73) 에 의해 제어되는 제 2 기계식 스위치 (72) 중 적어도 하나를 구비하는, 산업용 로봇.