KR101740779B1

KR101740779B1 - 매니퓰레이터 축을 고정하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101740779B1
Application number: KR1020150020325A
Authority: KR
Inventors: 주비르 베나리; 안드레아스 하게나우어; 슈테판 포트
Original assignee: 쿠카 레보라토리즈 게엠베하
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2015-02-10
Publication date: 2017-05-26
Also published as: EP2907626A2; EP2907626A3; KR20150095207A; US20150224646A1; CN104827471B; EP2907626B1; DE102014001923A1; US9415515B2; CN104827471A

Abstract

본 발명은 매니퓰레이터, 특히 로봇의 적어도 하나의 축을 고정하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은, 상기 축의 기계적 브레이크를 폐쇄시키는 단계 (S20), 운동조절을 통해 상기 축의 드라이브의 액추에이팅을 비활성화시키는 단계 (S30), 상기 기계적 브레이크를 감시하는 단계 (S40), 감시가 상기 기계적 브레이크의 오류상태를 검출할 경우, 상기 운동조절을 통해 상기 드라이브의 상기 액추에이팅을 활성화시키는 단계 (S60) 를 포함한다.

Description

매니퓰레이터 축을 고정하기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR FIXING A MANIPULATOR AXIS}

본 발명은 매니퓰레이터의 적어도 하나의 축을 고정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

로봇들에 있어서의 홀딩 브레이크들 (holding brakes) 은 원칙적으로 이미 매우 신뢰성이 있기는 하다. 하지만, 특히 안전이 중요한 상황들에 대해, 고장 위험이 더욱 감소되어야 한다.

다른 한편으로는, 단지 하나의 브레이크만을 포함하는 드라이브들 (drives) 의 사용에 있어서의 문제는, 의도치 않은 운동의 최대 허용 가능한 잔존 위험을 일채널 시스템을 통해 실현시키는 데에 있다.

그렇기 때문에, 기업 내부적 실무에 따르면, 브레이크의 성능의 점진적인 변화를 검출하기 위해 주기적인 브레이크 테스트를 실행하는 것이 공지되어 있다. 소정의 성능에 미달할시 해당 브레이크는 교체된다. 하지만 이 방법은 제동 성능이 자연 발생적으로 감소하는 상황들에는 적합하지 않다.

그렇기 때문에, 기업 내부적 실무에 따라 공지된 다른 방법은 브레이크를, 특히 안전이 중요한 적용들에 있어서, 전혀 폐쇄시키지 않거나 또는 사용하지 않는 것이다. 그 대신에, 축의 정지상태는 능동적으로 드라이브의 상응하여 조절된 모멘트를 통해 실현되고, 이로써 매니퓰레이터를 위한 정지 기능의 3개의 카테고리를 정의하는 DIN EN 60204-1:2007-06 에 따른 정지 카테고리 2 에 상응한다:

정지 0 : 드라이브 요소들에의 에너지 공급의 즉각적인 중지를 통한 제어되지 않은 정지,

정지 1 : 정지를 실현하기 위해, 드라이브 요소들에의 에너지 공급이 유지되는 제어된 정지. 정지상태가 달성되거나 또는 정지시키기 위한 허용 시간이 초과되면 에너지 공급이 중단된다, 그리고

정지 2 : 드라이브 요소들에의 에너지 공급이 유지되는 제어된 정지.

이 3개의 카테고리는 제어 기술적으로 여러 가지 방식으로 변화될 수 있다.

축의 정지상태가 폐쇄된 브레이크를 통해서가 아니라 능동적으로 상기 드라이브의 상응하여 조절된 모멘트를 통해 실현됨으로써, 매니퓰레이터를 에너지를 필요로 하는 그리고 게다가 소음 공해를 초래할 수 있는 활성적 상태에 유지시킨다는 단점이 존재한다.

본 발명의 실시의 목적은 매니퓰레이터의 작동을 개선시키는 것이다.

이 목적은 청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 방법을 통해 달성된다. 청구항 제 13 항은 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 제어기를 보호하에 두며, 청구항 제 14 항은 본 발명에 따른 방법을 실행하는 컴퓨터 프로그램을 보호하고, 청구항 제 15 항은 이러한 컴퓨터 프로그램을 갖는 컴퓨터 프로그램 제품, 특히 저장 매체를 보호한다. 종속항들은 바람직한 개선들에 관한 것이다.

매니퓰레이터, 특히 로봇의 하나 또는 다수의, 특히 모든 축을 고정하기 위한 본 발명에 따른 방법은 하기에서 설명되는 다수의 단계를 포함한다. 이때, 상기 단계들 중 2개 또는 다수는 순서에 따라 그리고/또는 병행적으로 실행될 수 있다. 이하, 상기 방법은 하나의 개별적인 매니퓰레이터의 하나의 개별적인 축의 예에서 기술되며, 이에 제한되지 않는다. 오히려, 상기 방법은 하나 또는 다수의 매니퓰레이터의 다수의 축을 고정하기 위해서도 사용될 수 있다.

일 단계에서, 상기 축의 브레이크, 특히 홀딩 브레이크가 폐쇄된다. 이러한 브레이크는 특히 기계식, 유압식 및/또는 공압식 브레이크, 특히 스프링 브레이크를 구비할 수 있고, 특히 기계식, 유압식 및/또는 공압식 브레이크, 특히 스프링 브레이크일 수 있다. 일 실시에 있어서, 상기 브레이크는 전기적으로 및/또는 자기적으로 작동 가능한, 특히 작동되는 브레이크이다. 일 실시에 있어서, 상기 브레이크는 능동적으로 해제되어야 하는, 그러므로 안전 브레이크라고도 불리우는, 정상적으로 또는 에너지 없이 폐쇄되는 브레이크이다.

일 실시에 있어서, 특히 사전에, 특히 상기 축의 드라이브가 상응하는 제동 모멘트를 상기 축에 가함으로써 상기 매니퓰레이터의 상기 축은 능동적으로 정지상태로 넘어가게 된다.

다음 단계에서, 특히 상기 브레이크를 폐쇄시킨 후, 상기 축의 드라이브의 액추에이팅이 운동조절을 통해 비활성화된다.

상기 운동조절은 일 실시에 있어서 위치 조절, 속도 조절, 모멘트 조절 또는 힘 조절 및/또는 어드미턴스 조절 또는 임피던스 조절을 포함할 수 있고, 또는 위치 조절, 속도 조절, 모멘트 조절 또는 힘 조절 및/또는 어드미턴스 조절 또는 임피던스 조절일 수 있다. 보다 간략히 설명하기 위해, 하기에서는 힘의 개념에 있어서, 토크, 즉 우력도 일반적으로 힘이라고 불리운다. 상기 운동조절은 하나 또는 다수의 계층 (hierarchy) 으로, 특히 예컨대 위치 조절을 포함하는 외부 캐스케이드 (cascade) 와 예컨대 전류 조절을 포함하는 내부 캐스케이드로써 단계적으로 행해질 수 있다.

다음 단계에서, 상기 폐쇄된 브레이크의 기능은, 특히 계속해서 상기 운동조절을 통해 감시된다. 특히, 이 단계는 시간적으로 본 발명에 따른 방법의 다른 단계들에 대해 병행하여 수행될 수 있고, 특히 영속적으로 그리고/또는 상기 매니퓰레이터가 작동하는 동안, 특히 상기 매니퓰레이터의 제어기에 에너지가 공급되는 동안 수행될 수 있다. 상기 감시는 여러 가지 방식으로 수행될 수 있으며, 그 중 몇몇은 하기에서 설명하는 동안 보다 상세히 다뤄진다.

상기 감시가 상기 브레이크의 오류상태를 검출할 경우, 상기 드라이브의 상기 비활성화된 액추에이팅이 다시 활성화된다. 이를 통해, 상기 축의 고정은 다시 - 특히 또한 또는 오로지 - 상기 드라이브를 통해 수행될 수 있고, 더 이상 단독적으로는 수행될 수 없고 또는 상기 브레이크를 통해서도 더 이상 수행될 수 없다.

이러한 방식으로, 일 실시에 있어서, 상기 축의 드라이브의 상응하여 조절된 힘을 통한 상기 축의 능동적 고정의 단점들, 특히 상응하는 에너지 소모 및/또는 결과로 생기는 소음발생이 감소될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 상기 브레이크의 자연 발생적인 고장은 상기 운동조절을 통한 상기 축의 액추에이팅의 재활성화를 통해 안전하게 기술적으로 억제될 수 있고, 이때 바람직한 개선에 있어서, 폐쇄된 브레이크에서 계속해서 수행되는 또는 실행되는 운동조절이 특히 재빨리 개입되고, 따라서 상기 축의 고정을 실현시키거나 또는 보장할 수 있다. 상응하여, 운동조절을 통한 축의 드라이브의 액추에이팅이란 특히 상기 운동조절을 통한 명령들 및/또는 에너지를 상기 드라이브에 전달하는 것을 말하며, 또는 상기 드라이브를 통해 이 명령들을 준수하거나 또는 실행하는 것을 말하며, 운동조절을 통한 축의 드라이브의 액추에이팅의 비활성화란 상응하여 특히 명령들 및/또는 에너지의 이러한 전달의 중단 또는 준수의 중단을 말한다. 다른 말로 하자면, 일 실시에 있어서 상기 운동조절은 폐쇄된 브레이크에 있어서 추가로 작동하며, 특히 상기 운동조절에 에너지 및/또는 센서신호들이 제공될 수 있고, 상기 드라이브의 액추에이팅만 이러한 추가의 운동조절을 통해 비활성화되고, 특히 상기 드라이브에의, 상기 운동조절을 통한 명령들 및/또는 에너지의 전달이 중단된다. 이는 자동차 클러치의 예에서 구체적으로 설명될 수 있으며, 상기 자동차 클러치에 있어서 커플링 해제에 의해 드라이브휠들의 액추에이팅은 (계속 작동하는) 모터를 통해 비활성화되고, 상기 클러치의 폐쇄를 통해 다시 활성화된다.

본 발명의 사상에서 드라이브는 특히 하나 또는 다수의 전기모터를 포함할 수 있다. 전기모터는 특히 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시키도록 셋업될 수 있다. 전기모터는 바람직하게는 직류 및/또는 교류를 이용해 작동되며, 상기 교류는 특히 특정 주파수 및/또는 특정 진폭을 구비할 수 있다. 바람직하게는, 전기모터는 브러시가 없는 직류모터로서, 동기식 기계로서 또는 비동기식 기계로서 설계된다. 특히 모터는 전자적 정류 (commutation) 를 구비할 수 있다. 바람직하게는, 상기 모터는 컨버터 및/또는 증폭기, 특히 펄스폭 변조 (“PWM”) 증폭기를 구비할 수 있다.

본 발명의 사상에서 브레이크는 바람직하게는 매니퓰레이터 축을 제동시키기 위한 또는 고정하기 위한 홀딩 모멘트 또는 홀딩력의 일부를 가하기 위해 사용된다. 상기에서 설명한 바와 같이, 본 경우 특히 (회전)모멘트도 일반적으로 힘이라고 불리운다. 고정한다는 것은 본 경우 특히 움직임이 없는 축을 유지시키는 것을 말한다.

본 발명의 사상에서 액추에이팅은 특히 매니퓰레이터 축의 하나 또는 다수의 드라이브를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 액추에이팅은 하나 또는 다수의 조절회로를 포함할 수 있고, 상기 조절회로들은 일 실시에 있어서 계층식으로 단계적으로 작동될 수 있고, 병행적으로 작동되고 그리고/또는 상태에 따라 활성화될 수 있다. 이때, 상태는 본 발명에 따른 방법의 상태, 매니퓰레이터의 상태 및/또는 상기 매니퓰레이터의 주변으로부터의, 특히 장치 및/또는 방법으로부터의 상태일 수 있다.

상기 브레이크의 오류상태의 검출에 대한 반응으로서 여러 가지 조치가 행해질 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 운동조절을 통해 상기 해당 매니퓰레이터 축의 드라이브의 액추에이팅의 (재)활성화가 수행된다. 이를 통해, 상기 매니퓰레이터 축의 능동적 고정이 상기 드라이브를 통해 수행될 수 있다.

본 발명의 사상에서 감시는 특히, 특히 상기 브레이크의 목표 지향적 관찰이며, 특히 상기 브레이크의 기능에 관한 정보 수집이다. 감시는 특히 상기 브레이크의 상태의 검출 및 평가 및/또는 상기 드라이브의 상태의 검출 및 평가, 상기 액추에이팅의 상태의 검출 및 평가, 상기 축의 상태의 검출 및 평가 및/또는 상기 매니퓰레이터의 상태의 검출 및 평가를 포함할 수 있고, 특히 상기 브레이크의 상태의 검출 및 평가 및/또는 상기 드라이브의 상태의 검출 및 평가, 상기 액추에이팅의 상태의 검출 및 평가, 상기 축의 상태의 검출 및 평가 및/또는 상기 매니퓰레이터의 상태의 검출 및 평가일 수 있다. 감시는 특히 사람과 기계의 안전을 향상시키는 데에 쓰인다. 바람직하게는, 감시는 사람과 매니퓰레이터 배열체의 장치들의 안전을 향상시키는 데에 쓰인다. 부가적으로 또는 대안적으로, 감시는 상기 매니퓰레이터 배열체와 함께 작용하는 그리고/또는 상기 매니퓰레이터 배열체의 위험 영역에 있는 사람과 장치의 안전을 향상시키는 데에도 쓰일 수 있다. 감시는 바람직하게는 현재값과 목표값의 비교를 포함한다. 감시는 지켜져야 하는 한계값들, 특히 위치에 좌우되는 한계값들 (예컨대 작업 공간, 매니퓰레이터의 변위, 속도, 가속도, 저크 등등) 에 관한 것일 수 있고 그리고/또는 힘 및/또는 모멘트에 좌우되는 한계값들 및 이 값들로부터의 조합에 관한 것일 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 모델, 특히 추정된 모델의 파라미터가 감시될 수 있고, 상기 모델은 바람직하게는 검출된 정보를 기반으로 추정된다. 감시는 일 실시에 있어서 연속적으로, 이산적으로, 주기적으로 그리고/또는 불규칙적인 간격들을 두고, 특히 이벤트에 의해 제어되어 수행된다. 바람직하게는, 감시가 오류 거동을 기록하면, 매니퓰레이터, 특히 상기 매니퓰레이터의 하나 또는 다수의 매니퓰레이터 축은 안전한 상태로 넘어가게 된다. 안전한 상태는 비상 정지를 통해 달성될 수 있고 그리고/또는 특히 매니퓰레이터의 특정 축들의 소프트 스위칭을 통해 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 일 실시에 있어서, 상기 기계적 브레이크가 폐쇄되어 있는 동안 상기 드라이브에 에너지가 공급된다. 상기 에너지 공급은 특히 영속적으로 수행될 수 있으며, 따라서 상기 드라이브의 액추에이팅을 비활성화시킨 후에도 상기 드라이브에의 에너지 공급은 활성적이다. 이는 특히 상기 드라이브에 에너지를 공급하는 파워일렉트로닉스가 외부 에너지 공급으로부터 디커플링되지 않음으로써 또는 폐쇄된 브레이크에 있어서도 외부 에너지 공급과 연결된 채로 있고, 에너지를 공급받음으로써 수행될 수 있다.

일 실시에 있어서, 본 발명의 사상에서 에너지 공급은 매니퓰레이터의 하나 또는 다수의, 특히 모든 드라이브에 전기적 에너지를 공급한다. 상기 에너지 공급은, 특히 공용의, 에너지망 및/또는 자체적 에너지망으로부터 공급을 받을 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 에너지 공급은 적어도 하나의 배터리 배열체로부터 그리고/또는 대안적인 에너지 저장 장치로부터 공급을 받을 수 있다. 바람직하게는, 매니퓰레이터의 다수의 드라이브, 특히 모든 드라이브는 동일한 에너지 공급부와 연결된다. 바람직하게는, 상기 에너지 공급부는 중간 회로를 포함하며, 상기 중간 회로를 통하여 하나 또는 다수의 드라이브에 에너지가 공급된다. 특히, 매니퓰레이터의 하나 또는 다수의 브레이크에도 상기 중간 회로를 통하여 에너지가 공급될 수 있다. 바람직하게는, 상기 에너지 공급부는 제어기와 연결된다. 상기 에너지 공급부는 일 실시에 있어서 하나 또는 다수의 드라이브에의, 특히 하나 또는 다수의 모터에의 그리고/또는 이 드라이브들의 하나 또는 다수의 브레이크에의 에너지 공급을 감소시키도록 그리고/또는 증가시키도록 셋업된다. 바람직하게는, 상기 에너지 공급부를 통해, 하나 또는 다수의 드라이브 및/또는 브레이크들을 작동시키기 위한 에너지가 충분히 제공된다. 그 밖에도 바람직하게는, 동일한 에너지 공급부를 통하여, 다른 전체 주변장치들, 예컨대 그립퍼 (gripper), 제어기, 안전 제어기 등에 에너지가 공급될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 일 실시에 따르면, 특히 상기 브레이크의 오작동을 검출하기 위해, 변수는 상기 축의 위치를 기반으로 그리고/또는 상기 축의 상기 위치의 시간 도함수를 기반으로 감시된다. 본 발명의 사상에서 이러한 변수는 특히 장치에 관한 정보 및/또는 공정에 관한 정보에 관한 것일 수 있다. 바람직하게는, 이러한 변수는 상기 브레이크에 관한 정보 및/또는 상기 브레이크의 기능에 관한 정보에 관한 것이다. 예컨대, 상기 축을 고정한 후 적절히 취해진 축위치가 감시될 수 있다. 상기 축의 브레이크가 폐쇄되어 있고 정지상태를 보장해야 하는 동안에 이러한 위치의 변화의 경우에, 상기 브레이크의 오작동으로 추론될 수 있다. 그러면, 이 오작동으로 인해, 본 발명에 따르면 추가의 위치변화를, 최악의 경우에는 전체 축의 침하를 감소시키기 위해, 특히 저지하기 위해 그리고/또는 상기 축을 다시 안전한 상태로 전환시키기 위해 상기 드라이브의 액추에이팅은 다시 활성화될 것이다. 상기 위치 이외에, 부가적으로 또는 대안적으로 위치 기반 변수들도 감시될 수 있고, 특히 축의 속도 및/또는 축의 가속도가 감시될 수 있다. 마찬가지로, 상기 축의 감시 대신에 또는 상기 축의 감시에 대해 부가적으로, 전체 매니퓰레이터의 운동, 예컨대 그의 직교 (Cartesian) 운동 또는 작업 공간 안에서의 그의 운동을 감시하고, 바람직하게는 이로부터, 상기 브레이크가 적절히 기능을 수행하는지 또는 오류상태를 갖는지의 여부를 추론하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 방법의 일 실시에 따르면, 특히 상기 브레이크의 오작동을 검출하기 위해, 변수는 상기 축의 드라이브의 전류 및/또는 전압을 기반으로 감시된다. 예컨대, 상기 드라이브는, 상기 드라이브의 운동을 통해, 즉 상기 축의 운동을 통해 상기 드라이브 안으로 유도되는 전류에 관해 감시될 수 있다. 상응하여, 이러한 유도전류의 검출시에, 상기 드라이브의 운동 또는 매니퓰레이터의 상기 축의 운동으로 추론될 수 있고, 이로써 상기 브레이크의 오류상태로 추론될 수 있고, 이를 통해 또다시 상기 드라이브의 액추에이팅의 활성화가 초래된다. 마찬가지로, 이러한 변수는 상기 드라이브의 전압을 기반으로 정의될 수 있다. 부가적으로 및/또는 대안적으로, 본 발명의 사상에서 변수는 전류와 전압으로 이루어진 함수일 수 있다. 특히, 이러한 변수는 상기 브레이크의 기능을 위해 중요한 다른 변수들, 예컨대 위치 기반 변수들을 포함하는 함수로서도 정의될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 일 실시에 있어서, 특히 상기 브레이크의 오작동을 검출하기 위해, 변수는 상기 축의 드라이브의 힘을 기반으로 감시된다. 이러한 힘은, 상기에서 설명한 바와 같이 모멘트일 수도 있다. 상기 힘은 상응하는 힘센서를 통하여 검출될 수 있고, 상기 힘센서는 상기 축의 기계적 영향들을 상응하여 검출할 수 있도록 상기 축에 위치하거나 또는 상기 매니퓰레이터에 배치된다. 예컨대, 상기 축을 고정한 후, 상기 축이 정지상태에서 상기 센서에 가하는 힘이 측정될 수 있다. 상기 축의 운동 또는 상기 매니퓰레이터의 운동을 초래하는 브레이크 오작동의 경우, 상기 매니퓰레이터의 정지상태에서 검출된 이 힘은 변한다. 상응하여, 이러한 힘 변화를 근거로, 상기 브레이크의 오작동으로 역추론될 수 있고, 상응하여, 상기 매니퓰레이터를 다시 안전한 상태로 넘기기 위해 드라이브의 액추에이팅의 활성화가 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 일 실시에 있어서, 상기 브레이크는 상기 브레이크가 폐쇄되어 있는 동안 평가된다. 이러한 평가는 특히 상기 브레이크의 기능에 관한 정보들을 검출하는 하나 또는 다수의 센서의 도움으로 수행될 수 있다. 예컨대, 압축력 센서는 상기 브레이크의 가압력에 관한 정보를 검출할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 센서를 통하여 다른 변수도, 특히 전기적 변수도 상기 브레이크와 관련하여 검출될 수 있어서, 이로부터 상기 브레이크의 기능을 평가할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 계수기를 통하여 브레이크 걸림의 수가 검출될 수 있고, 이 정보를 통하여 상기 브레이크가 평가될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 타임스위치를 통하여 브레이크 활성의 기간이 검출될 수 있고, 그 후 또다시 여러 가지 변수가 검출될 수 있고, 예컨대 상기 브레이크의 활성화의 전체 기간 및/또는 상기 브레이크의 활성화의 평균적인 기간이 검출될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 브레이크의 걸림 시간은 타임스위치를 통하여 검출될 수 있어서, 이로부터 상기 브레이크를 평가하기 위한 정보들을 얻는다. 바람직하게는, 축의 특정 위치에서, 상기 축을 고정하기 위해 필요한 상기 브레이크의 홀딩력 및/또는 제동력이 검출될 수 있고, 이를 통해 상기 브레이크가 평가될 수 있다. 일 실시에 있어서, 상기 축의 이러한 특정 위치는 가장 큰 중력하중의 위치들에서 정의될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 일 실시에 따르면, 상기 브레이크가 폐쇄되어 있는 동안 상기 드라이브를 통해 힘이 발생된다. 이를 통해, 상기 브레이크의 기능이 테스트될 수 있고, 상기 브레이크는 그의 성능에 상응하여 평가될 수 있다. 이러한 능동적 브레이크 테스트는 특히 상기 힘이 연속적으로 증가함으로써 구현될 수 있다. 이러한 연속적인 증가는 특히 선형적으로 (linearly) 또는 누감적으로 (degressively) 수행될 수 있고, 따라서 상기 브레이크에의 상기 힘의 증가는 연속적으로 감소한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 상기 힘은 단계적으로 증가될 수 있고, 단계에 따라, 소정의 힘증가가 실현된다. 바람직하게는, 힘은 소정의 최대힘에 이르기까지 증가된다. 부가적으로 또는 대안적으로, 상기 힘은 상기 매니퓰레이터가 브레이크 개방 운동을 실행할 때까지 줄곧 상기 드라이브를 통해 증가된다. 상기 브레이크 개방 운동을 통해, 상기 브레이크가 폐쇄되어 있는 동안, 어떤 힘이 상기 브레이크를 그의 현재의 상태에 최대한 유지시킬 수 있는지가 표시된다. 이때, 상기 브레이크의 현재 가능한 최대힘의 가능한 한 가장 정확한 추정을 얻기 위해, 부가적으로 상기 브레이크에 작용하는 중력 모멘트도 같이 고려될 수 있다.

일 실시에 있어서, 상기 브레이크의 제동 기능을 나타내는 상기 파악된 또는 검출된 힘은 상기 매니퓰레이터의 제어기에 그리고/또는 매니퓰레이터 (제어기) 외부 장치에 통지된다. 이를 통해, 상기 브레이크의 평가는 국부적으로 상기 매니퓰레이터의 제어기에서 수행될 수 있고 그리고/또는 상기 매니퓰레이터와 연결된 중앙 데이터처리 시스템에서 수행될 수 있다. 이로써, 바람직하게는 예컨대 상기 브레이크의 정비, 특히 상기 브레이크의 교체는 상기 제어기를 통해 신호가 전달될 수 있고 또는 표시될 수 있다.

일 실시에 있어서, 상기 브레이크의 오류상태가 검출되면, 상기 매니퓰레이터의 제어기에 그리고/또는 매니퓰레이터 (제어기) 외부 장치에 신호가 전달된다. 이를 통해, 상기 브레이크의 오류상태가 검출되면, 특히, 예컨대 상기 매니퓰레이터와 매니퓰레이터 셀 (manipulator cell) (그 안에서 상기 매니퓰레이터가 움직임) 을 상응하게 제어하는 상위 안전 시스템 및 적합한 안전 기능들이 작동될 수 있다. 이러한 안전 기능은 예컨대 상기 매니퓰레이터를 정지시키는 것일 수 있고 또는 상기 매니퓰레이터에 의해 가공되어야 하는 물체들을 상기 매니퓰레이터 셀 안으로 안내하는 공급 장치를 정지시키는 것일 수 있다.

일 실시에 있어서, 상기 브레이크는 부가적으로 추가의 감시를 통해 관찰되고, 상기 다른 감시는 추가의 다른 오류상태가 검출되면 안전 기능을 작동시킨다. 이러한 추가의 감시를 통해, 특히 제 1 감시를 통해 관찰될 수 없는 오류상태들이 검출될 수 있다. 이러한 감시는 특히 브레이크의 온도 감시에 관한 것일 수 있고, 이때 예컨대 특정 최대온도를 초과할 때부터, 오류가 있는 브레이크로 추론된다. 부가적으로 또는 대안적으로, 이러한 추가의 감시는 안전 제어기의 감시일 수 있고, 상기 감시는 본 발명에 따른 제 1 감시의 기능을 감시한다. 상기 추가의 감시는 특히 제 1 감시를 통해서도 감시되는 변수들 중 하나 또는 다수에 관한 것일 수 있다. 이 경우, 상기 추가의 감시의 하나 또는 다수의 감시한계는, 우선 제 1 감시가 반응하도록, 그리고 상기 제 1 감시의 오작동으로 추론될 수 있으면 비로소 상기 추가의 감시가 반응을 보이도록 설정될 수 있거나 또는 설정되어 있을 수 있다. 상기 제 1 감시와 상기 추가의 감시가 예컨대 상기 매니퓰레이터 축의 정지상태에서의 위치의 변화에 관한 것이면, 상기 추가의 감시가 오류상태를 신호로 알리기 위해 필요한 위치변화는, 상기 제 1 감시가 상기 브레이크의 오류상태로 추론하게 하도록 정의된 위치변화보다 크게 정의될 수 있다. 이를 통해, 상기 제 1 감시의 오작동으로 추론될 수 있으면 비로소 상기 추가의 감시가 개입하는 것이 보장된다.

이를 통해, 상기 매니퓰레이터의 전체 안전이 향상되고, 다른 한편으로는 상기 매니퓰레이터의 정상적인 작동 진행에서의 개입이 최소화되는데, 왜냐하면 우선 상기 (제 1) 감시가 반응할 때 상기 축의 액추에이팅이 상기 운동조절을 통해 (재)활성화되고, 상기 추가의 감시, 특히 STOP 0 또는 STOP 1 을 작동시키는 안전감시는, 상기 운동조절을 통해 또는 상기 드라이브를 통해 상기 오류가 있는 브레이크의 축을 고정하는 이러한 역할이 적절히 기능하지 않을 때에만 활성화되기 때문이다.

본 발명에 따른 방법의 일 실시에 따르면, 상기 브레이크는 상기 브레이크의 오류상태가 검출되면 개방된다. 이러한 개방은 특히 오류상태가 제 1 감시를 통해 검출되면 그리고/또는 오류상태가 추가의 감시를 통해 검출되면 수행될 수 있다. 오류가 있는 브레이크의 개방을 통해, 상기 브레이크의 잔류 모멘트들이 방해 변수로서 상기 드라이브의 액추에이팅의 재활성화된 조절에 영향을 주지 않도록 달성되고, 이때 상기 조절은 예컨대 상기 축의 고정을 달성해야 한다.

추가의 장점들과 특징들은 종속항들과 실시예들에 나타나 있다.

도 1 은 본 발명의 실시에 따른 매니퓰레이터의 축의 속도와 소비전력의 시간적 진행을 부분적으로 도식화하고,
도 2 는 본 발명의 추가의 실시에 따른 매니퓰레이터의 축의 속도와 소비전력의 시간적 진행을 부분적으로 도식화하고,
도 3 은 본 발명의 실시에 따른 흐름도를 부분적으로 도식화한다.

도 1 은 산업용 로봇을 통해 실행되는 매니퓰레이터 축의 궤적으로부터의 섹션을 나타내며, 이때 속도 (

) 와 전력곡선 P 가 시간 t 에 걸쳐 도시되고, 상기 전력곡선은 상기 매니퓰레이터의 여러 가지 상태에 좌우된다. 이때, 시간축은 반드시 선형적으로 스케일링된 것이 아니라, 도시된 시점들의 질적인 시간적 배열의 보다 일반적인 경우를 표현한다.

시점 t1 까지, 도 1 에서 파선으로 표시된 운동 이중 화살표를 통해 도시된 상기 로봇의 축 (3) 은 그의 제어기의 운동조절하에 양의 (positive), 변함없는 속도

로 거동한다. 시점 t1 에서 상기 운동조절은 정지를 명령하고, 축 (3) 의 속도는

에 이르기까지 선형적으로 감소한다. 시점 t2 부터 상기 로봇의 축 (3) 은 정지상태에 있다. 상기 축을 정지시킨 후 (도 3 참조: 단계 S10) 상기 축의 브레이크는 폐쇄된다 (S20). 상기 브레이크는 에너지 공급을 비활성화할시 걸리는 안전 브레이크 또는 정상적으로 폐쇄되는 브레이크이다. 이로 인해, 바로 시점 t2 후의 시점에서 축 (3) 의 소비전력은 상기 브레이크를 개방하기 위해 필요한 전력 만큼 감소한다.

상기 브레이크를 폐쇄시킨 후, 시점 t3 에서 드라이브의 액추에이팅은 상기 운동조절을 통해 비활성화된다 (S30). 상기 운동조절은 추가로 계속해서 진행되며, 하지만 상기 운동조절은 명령들 또는 에너지를 더 이상 상기 드라이브에 전달하지 않는다. 이로써, 축 (3) 의 상기 드라이브로는 전류가 흐르지 않는다.

축 (3) 이 여전히 정지상태에 있는 시점 t4 에서, 축 (3) 의 가속도를 검출하는 가속도 감시에 근거하여, 전체 시간 동안 활성적인, 상기 브레이크의 감시는 오류상태를 검출한다 (S40). 이에 상응하여, 상기 브레이크의 상기 오류상태를 신호로 알린 후 바로 상기 로봇 드라이브의 액추에이팅은 상기 운동조절을 통해 재활성화된다 (S60). 상기 운동조절은 시점 t5 부터 이제 다시 명령들 또는 에너지를 상기 드라이브에 전달한다. 상응하여, 모터 전력 만큼 소비전력의 증가가 수행된다.

시점 t6 에서, 상기 오류가 있는 브레이크도 개방된다 (S70). 이를 통해, 아직 상기 브레이크를 통해 가해진 제동력이 상기 로봇축의 액추에이팅의 위치조절을 방해할 수 없도록 보장된다.

도 2 는 마찬가지로 산업용 로봇의 매니퓰레이터 축 (3) 의 궤적으로부터의 섹션을 나타내며, 마찬가지로 상기 매니퓰레이터 축의 속도와 상기 로봇축의 전력곡선이 시간이 걸쳐 도시되고, 상기 전력곡선은 상기 로봇의 여러 가지 상태와 감시에 좌우된다. 도 1 에서와 같이 시간축은 반드시 선형적으로 스케일링된 것이 아니라, 도시된 시점들의 질적인 시간적 배열의 보다 일반적인 경우를 표현한다.

도 2 의 예에서, 우선 축 (3) 의 정지가 명령되고 (S10), 축 (3) 의 기계적 브레이크가 폐쇄된다 (S20). 그 후, 축 (3) 의 드라이브의 액추에이팅이 비활성화되고 (S30), 상기 기계적 브레이크의 감시가 활성화된다 (S40). 상기 로봇 궤적의 플롯으로부터, 축 (3) 의 정지상태 시간이 이 경우 브레이크 테스트의 실행 (S50) 을 위해 충분히 길다는 것이 밝혀진다. 상응하여, 시점 t4 부터 상기 축의 드라이브를 통해, 폐쇄된 기계적 브레이크에 있어서 단계적으로 힘이 상기 축에 가해진다. 상기 힘의 증가는 상기 브레이크의 안전 기능을 표시하는 소정의 최대모멘트까지 연속적으로 그리고 단계적으로 수행된다. 상기 최대모멘트에 도달한 후 상기 브레이크 테스트가 종료되고, 상기 드라이브에 의해 상기 축에 발생된 힘은 다시 0 으로 감소된다. 운동 플롯으로부터 주행 해제가 예상될 수 있는 시점 t6 에서 이후, 상기 드라이브의 액추에이팅은 운동조절을 통해 다시 활성화된다. 상응하여, 전력의 증가가 발생한다. 그 후, 시점 t7 에서 상기 브레이크에 전류가 공급되고, 따라서 상기 브레이크는 개방되고, 축 (3) 은 도시된 운동에 상응하여 계속 이동될 수 있다. 이 경우 상기 브레이크의 오류상태가 검출되지 않았기 때문에, 상기 운동조절을 통한 상기 드라이브의 액추에이팅의 활성화가 미리 명령되지 않았다.

도 3 은 본 발명의 실시에 따른 흐름도를 나타낸다. 매니퓰레이터 축은 우선 정지된다 (단계 S10). 그 후, 기계적 브레이크가 폐쇄되고 (단계 S20), 상기 매니퓰레이터 축의 드라이브의 액추에이팅은 운동조절을 통해 비활성화된다 (단계 S30). 상기 드라이브의 액추에이팅의 비활성화와 동시에 상기 브레이크의 감시가 시작된다 (단계 S40). 상기 감시를 통해 상기 브레이크의 오류가 검출되면 (단계 S50), 상기 매니퓰레이터 축을 안전한 위치로 움직이기 위해 또는 그의 위치에 유지시키기 위해 상기 매니퓰레이터 축의 상기 드라이브의 액추에이팅은 상기 운동조절을 통해 다시 활성화된다 (단계 S60). 동시에, 상기 운동조절이 제동력에 의해 방해를 받지 않도록, 상기 브레이크가 개방된다 (단계 S70).

t : 시간
t1 - t8 : 절대적 시점들

: 축 (3) 의 위치

: 매니퓰레이터의 축 (3) 의 속도
P : 축 (3) 의 소비전력
S : 감시, 활성적

Claims

매니퓰레이터의 적어도 하나의 축을 고정하기 위한 방법으로서, 상기 방법은,
상기 축의 기계적 브레이크를 폐쇄시키는 단계 (S20),
운동조절을 통해 상기 축의 드라이브의 액추에이팅을 비활성화시키는 단계 (S30),
상기 기계적 브레이크를 감시하는 단계 (S40),
감시가 상기 기계적 브레이크의 오류상태를 검출할 경우, 상기 운동조절을 통해 상기 드라이브의 상기 액추에이팅을 활성화시키는 단계 (S60) 를 포함하는, 매니퓰레이터의 적어도 하나의 축을 고정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 기계적 브레이크가 폐쇄되어 있는 동안 상기 드라이브에 에너지가 공급되는 것을 특징으로 하는, 매니퓰레이터의 적어도 하나의 축을 고정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 기계적 브레이크를 감시하기 위해 변수는 상기 축의 위치 및 상기 축의 상기 위치의 시간 도함수 중 하나 이상 을 기반 으로 감시되는 것을 특징으로 하는, 매니퓰레이터의 적어도 하나의 축을 고정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 기계적 브레이크를 감시하기 위해 변수는 상기 축의 상기 드라이브의 전류 및 전압 중 하나 이상을 기반으로 감시되는 것을 특징으로 하는, 매니퓰레이터의 적어도 하나의 축을 고정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 기계적 브레이크를 감시하기 위해 변수는 상기 축의 상기 드라이브의 힘을 기반으로 감시되는 것을 특징으로 하는, 매니퓰레이터의 적어도 하나의 축을 고정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 브레이크는 상기 브레이크가 폐쇄되어 있는 동안 평가되는 것을 특징으로 하는, 매니퓰레이터의 적어도 하나의 축을 고정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 브레이크가 폐쇄되어 있는 동안 상기 드라이브는 힘을 발생시키는 것 (S50) 을 특징으로 하는, 매니퓰레이터의 적어도 하나의 축을 고정하기 위한 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 힘은, 연속적으로 또는 단계적으로 증가되는 것; 및 상기 매니퓰레이터가 브레이크 개방 운동 (breakaway movement) 을 실행할 때까지 또는 소정의 최대힘에 도달할 때까지 증가되는 것; 중 하나 이상을 특징으로 하는, 매니퓰레이터의 적어도 하나의 축을 고정하기 위한 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 힘이 검출되는 것을 특징으로 하는, 매니퓰레이터의 적어도 하나의 축을 고정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 브레이크의 오류상태가 검출되면, 상기 매니퓰레이터의 제어기 및 매니퓰레이터 외부 장치 중 하나 이상에 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는, 매니퓰레이터의 적어도 하나의 축을 고정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 브레이크의 추가의 감시로서, 상기 추가의 감시가 추가의 오류상태를 검출하면 안전 기능이 작동되는, 상기 브레이크의 상기 추가의 감시를 특징으로 하는, 매니퓰레이터의 적어도 하나의 축을 고정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 브레이크의 오류상태가 검출되면 상기 브레이크가 개방되는 것 (S70) 을 특징으로 하는, 매니퓰레이터의 적어도 하나의 축을 고정하기 위한 방법.
제 1 항에 따른 방법을 실행하기 위해 셋업된, 공정 운동을 제어하기 위한, 매니퓰레이터용 제어기.
컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터-판독가능한 매체로서, 상기 컴퓨터 프로그램이 제 13 항에 따른 제어기에서 실행되면 상기 컴퓨터 프로그램은 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하는 컴퓨터-판독가능한 매체.
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