SE513900C2 - Anordning för övervakning av driften av en drivinrättning - Google Patents

Description

20 25 30 35 513 900 2 arbetsobjekt. Således användes modellbaserad övervakning för att kontinuerligt jämföra motormoment och motorposition hos ro- botaxlarna med moment och positioner hos en modell av roboten.

En enklare typ av övervakning använder reglerfelen i de servon som reglerar axlarnas position och hastighet samt storleken hos den momentreferens som genereras av regulatorn för motorernas strömstyrdon. Dessutom finns oftast övervakning av motor- strömmar och motortemperatur.

Då övervakningen i dagens robotstyrsystem indikerat ett fel vid axelregleringen genereras en digital utsignal från ett datorkort till ett relä, som år kopplat till en brytare, vilken kopplar bort ström- men till robotens motorer och ser till att robotens bromsar aktive- ras. Anledningen till att dessa säkerhetskoncept inte är tillräck- liga är att många funktioner mäste fungera samtidigt för att ro- botens motorer med tillräckligt stor sannolikhet alltid skall bli strömlösa omedelbart i samband med en faslig situation. Till ex- empel måste mjuk- och hårdvara fungera hos den processor som detekterar feltillståndet. Mjuk- och hårdvaran för den processor som signalerar feltillståndet till en digital säkerhetsutgàng mäste sedan också fungera liksom de reläer och brytare som skall se till att motorströmmarna försvinner så fort som möjligt.

Om felet beror på att den dator som skall indikera felet eller ln- terfacet mot drivdon och måtsystem hos denna dator inte funge- rar, finns risken att felsituationen inte alls detekteras och driv- systemet kan få roboten att rusa utan någon kontroll. Om felet beror på att en människa kläms fast mellan robot och robotens kringutrustning finns risken att övervakningen med efterföljande mjuk- och hårdvarusignalering och relähantering tar så lång tid att alltför höga klämkrafter hinner byggas upp innan motorerna stängs av. På samma sätt är risken stor att alltför stora krafter hinner byggas upp mellan robot och människa vid en kollision i normal programmerad robothastighet. Även om en avancerad modellbaserad kollisiondetektering användes finns en risk att motorerna reverserar för sent eller att något fel i mjuk- eller hårdvara gör att roboten överhuvudtaget inte stannar. 10 15 20 25 30 35 SYFTET MED UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning syftar till att åstadkomma en övervak- ningsanordning, med vars hjälp en väsentligt förbättrad säkerhet i övervakningen skall uppnås.

Företrädesvis åsyftas att risken för skador då man vistas inom området för drivinrättningen, i synnerhet en manipuiator, kommer att vara så liten att det kan bli allmänt accepterat att arbeta till- sammans med en manipulator eller industrirobot.

KORT BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Enligt föreliggande uppfinning åstadkommas en mycket säker övervakningsanordning som en konsekvens av den redundanta drivinrättningen i enlighet med efterföljande kännetecknande del i kravet 1, varvid den höga säkerheten uppnås genom att detek- teringsinrättningen är utformad att detektera avvikelserna vad avser relativa lägen eller rörelser mellan det drivna elementet och det redundanta elementet.

Manipulatorer eller robotar med detta säkerhetssystem kommer att kunna arbeta tillsammans med människor, till exempel vid montering av olika verkstadstekniska produkter och demontering av motsvarande produkter för materialåtervinning. Med den upp- finningsenliga övervakningsanordningen kan manipulatorer, sär- skilt robotar, introduceras på olika platser i en monteringslinje för bilar utan att behöva omgärdas av staket som hindrar bilmontörer i manipulatorernas eller robotarnas arbetsområde. Detta öppnar helt nya möjligheter för automatisering av den idag nästan helt manuella monteringen av personbilar, lastbilar och bussar. För- utom att manipulatorerna eller robotarna själva kan utföra komp- letta komponentmonteringar kan de även användas för att lyfta fram och positionera objekt, som sedan fastsättes manuellt, Detta ger en stor flexibilitet och möjlighet att efterhand robotisera en befintlig manuell monteringslinje. 10 15 20 25 30 35 513 990 Ytterligare särdrag och utföranden av den uppfinningsenliga an- ordningen relateras i de osjälvständiga patentkraven.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Under hänvisning till efterföljande ritningar följer nedan en när- mare beskrivning av såsom exempel anförda utföranden av upp- finningen.

På ritningarna är: Fig 1 en schematisk vy illustrerande ett första utförande av den uppfinningsenliga övervakningsanordningen, Fig 2 en förstorad detaljvy illustrerande ett möjligt utförande av en säkerhetskontakt, Fig 3 en detaljvy illustrerande ett alternativt utförande av uppfinningen med beröringsfri mätning, Fig 4 en detaljvy illustrerande ett utförande av detekte- ringsinrättningen, Fig 5 är en detaljvy illustrerande en bromsinrättning för det drivna elementet 6, Fig 6 är en detaljvy illustrerande ett alternativt utförande av det drivna hjälpelementet och detekteringsinrätt- ningen, Fig 7 är en vy illustrerande en alternativ detekteringsinrätt- ning baserande sig på en bandtransmission mellan det drivna elementet och hjälpelementet, Fig 8 visar ytterligare ett alternativ för en detekteringsinrätt- ning inbegripande en växellåda, 10 20 25 30 35 513 900 5 Fig 9 ännu en detekteringsinrättning illustrerande att-var- andra följande objekt kan ha vitt skilda utformningar, Fig 10 en vy illustrerande en detekteringsinrättning med se- riekopplade kontaktpunkter, Fig 11 en vy illustrerande en detekteringsinrättning med pneumatisk realisering av kontaktpunkter, Fig 12 en vy av en detekteringsinrättning illustrerande kon- taktpunktsskifte vid rörelse av det drivna elementet och det redundanta elementet, Fig 13 en vy av en detekteringsinrättning grundande sig pà moiré-teknik för feldetektering, Fig 14 en vy av en detekteringsinrättning inbegripande ett länksystem för feldetektering och Fig 15 en vy av en övervakningsanordning, där säkerhets- systemet är implementerat med simulerad kontakt- punkt DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRANDEN Figur 1 visar ett möjligt utförande av det säkerhetssystem som omfattas av denna uppfinning. Programexekveraren 1 genererar programmerade banpositioner till bangeneratorn 2, som utför in- terpolering mellan dessa banpositioner och genererar referenser i form av motorvinklar att användas av styrsystemets servo. En- ligt figur 1 skickas de av bangeneratorn 2 genererade servorefe- renserna till två skilda servomekanismer 3 och 4 nämligen regu- latorer 3a respektive 4a hos dem. Regulatorn 3a är den som reglerar den motor 5 som driver tillhörande element 6, som här är utformat som en svängbar robotarm, medan regulatorn 4a är en redundant regulator som reglerar en redundant motor 7, vilken i 10 15 20 25 30 35 513 900 6 denna utföringsform driver ett redundant element 8, här en arm.

Motorn 5 styrs av regulatorn via drivdonet 9 och är kopplad till en trefas spänningskälla 10 via kontaktorn 11. På axeln till motor 5 finns en vinkelgivare 12, som mäter motorvinkeln för återkoppling till regulatorn 3. Mellan motor 5 och arm 6 finns en växellåda 13.

Motor 7, som endast behöver generera en bråkdel av det moment motor 5 genererar, drivs av drivdonet 14, har vinkelgivaren 15 och växellådan 16. Armen 8 är i mekanisk kontakt med en arm 17, som är monterad på armen 6. Kontakten mellan armarna 17 och 8 erhålles via två spetsar 19 och 20, där spetsen 20 trycks mot spetsen 19 av en fjäder 21, som ligger i en hylsa 22 hos ar- men 8.

Vid normal drift av roboten kommer servomekanísmerna 3 och 4 att positionera spetsarna 19 respektive 20 så att dessa står mitt för varandra och brytarspolen 18 kommer att hålla brytaren 11 dragen så att motor 5 kan arbeta. Om däremot armen 17 ej rör sig exakt likadant som armen 8, så kommer kontakten mellan spetsarna 19 och 20 att brytas och brytaren 11 kommer direkt att göra motor 5 strömlös. Därvid finns relälogik (ej utritad i figuren) som medför att samtliga robotens motorer blir strömlösa, att bromsar slås till och att roboten ej äterstartar utan en operatörs- styrd återstart.

Med säkerhetssystemet enligt figur 1 kommer alla fel i servot 3, drivdon 9, motor 5, växellåda 13, matningsspänning 10, mätgi- vare 12, kablage, hårdvara och mjukvara att direkt göra att spet- sarna 19 och 20 skiljes åt, vilket medför att strömmen kopplas bort från samtliga motorer utan att risk finnes att härd- och mjuk- vara skall missa att detektera och signalera felet via digitala ut- gångar och reläkopplingar till brytare 11. Såkerhetssystemet medför också att spetsarna 19 och 20 skiljes åt om armens 6 rö- relse hindras vid sin programmerade rörelse, vilket kommer att medföra att robotmotorerna direkt kopplas ur och blir strömlösa.

Enda möjligheten att missa ett feltillstånd skulle vara om samti- digt två fel inträffar, ett fel i servo 3 med tillhörande elektronik 10 15 20 25 30 35 och ett fel i servo 4 med tillhörande elektronik och att dessa fel skulle göra att spetsarna 19 och 20 rör sig med samma hastighet i samma riktning. Sannolikheten för att två sådana fel skall in- träffa är obefintlig eftersom masströgheten hos den riktiga armen 6 är mycket större än masströgheten hos den redundanta armen 8. Detta gör att vid fel i både servo 3 och servo 4 kommer armen 8 att reagera med en kortare tidskonstant än armen 6 och spet- sarna 19 och 20 kommer att gå isär under de transienta rörelser som direkt erhålles på grund av de båda felen.

För att ytterligare reducera de krafter som kan byggas upp vid kollision mellan robot och människa eller då en människa kläm- mes mellan roboten och dess omgivning kan servot 3 modellsty- ras och trimmas för låg styvhet., vilket gör att yttre krafter på ar- men 6 snabbt ger upphov till vinkelfel hos armen och därmed att spetsarna 19 och 20 skiljes åt. För att öka säkerheten ytterligare i detta fall kan vekheten i servot kompletteras med eller ersättas av en mekanisk vekhet, tex i form av en vridfjäder, mellan mo- torn 5 och armen 6.

Vidare måste påpekas att roboten bör designas för minimal rörlig armmassa och att maximal vinkelhastighet hos armarna sätes med hänsyn till maximalt tillåtna kollisionskrafter vid kollision ro- bot - människa. Maximal vinkelhastighet definieras både för servo 3 och servo 4, varigenom risken för överhastighet blir obe- fintlig.

ALTERNATIVA UTFÖRINGSFORM ER Säkerhetskonceptet enligt figur 1 kan implementeras på ett flertal sätt i beroende av önskad säkerhetsnivå, kostnad och anpass- ning till robotkonstruktion. Det man kan variera är detekterings- principen för avvikelse mellan verklig arm 6 och redundant arm 8, utförandet hos mekaniken som kopplar den redundanta armen 8 till den verkliga armen 6 samt placeringen i transmissionen från motoraxel (hos motor 5) och armen 6 av den redundanta armen 8. 10 20 25 30 35 515 900 8 Då det gäller detekteringsprincipen utgör två kontaktspetsar en- ligt figur 1 en av de enklaste och mest direkta metoderna för att avgöra om armen 6 och den redundanta armen 8 rör sig syn- kront. Om man håller sig till att använda en mekanisk kontakt mellan verklig och redundant arm, så finns sedan många möjlig- heter att koppla en rörelse hos en eller båda av spetsarna i figur 1 till en separat elektromekanisk kontakt. Ett exempel på detta visas i figur 2, där spetsen 20 via pinnen 24 är mekaniskt kopp- lad till en fjäderförspänd kontakt 23, vilken är inkopplad till spo- len 18 hos brytaren 11. Kontakten 23 i figur 2 är i princip en binär lägesgivare och en sådan givare kan naturligtvis implementeras på flera olika sätt, tex genom användning av en elektrooptisk läsgaffel, en kapacitiv givare, en induktiv givare eller en ultra- ljudsgixfare. l dessa fa!! där givaren är beröringsfri kan denna naturligtvis direkt användas för att detektera avvikelser mellan den riktiga armen och den redundanta armen. Således visar figur 3 ett exempel på hur en beröringsfri givare 25 kan användas för att mäta den redundanta armens 8 läge relativt den verkliga ar- mens 6 läge.

Givaren 25 mäter mot en target 27 på den verkliga armen 6, men naturligtvis kan givare och target byta plats. Från mätomvandla- ren 26 erhålles en signal S, som beror av avvikelsen mellan ar- marna 6 och 8. l komparatorn 29 jämförs S med Sref+AS och Sæf- AS och så länge signalen S befinner sig i intervallet [Sæf-AS, Sref+AS], så är komparatorns utgång hög och drivkretsen 30 ger en hög signal, vilket innebär att spolen 18 hos brytaren 11 håller brytaren tillslagen. Om däremot S lämnar det tillåtna signalinter- vallet bryts motorströmmarna direkt och bromsarna går till. Nu finns emellertid en risk att givare 25, mätomvandlare 29 eller drivkretsen 30 erhåller ett sådant fel att brytaren 18 förblir påsla- gen trots att armarna 6 och 8 avviker i vinkel relativt varandra.

För att minska denna risk införs en högfrekvent testsignal st från oscillatorn 28. Denna signal adderas till servots 4 positionsfre- kvens och medför att signalen S kommer att ha en högfrekvent komponent. Komparatorn 29 och drivkretsen 30 är så konstrue- 10 15 20 25 30 35 515 900 9 rade att högfrekvenssignalen når brytarkretsen med spolen 18.

Här detekteras högfrekvenssignalen med hjälp av en faskänslig demodulator 32, vars utgång påförs ytterligare en komparator 33, som också är kopplad till spolen 18. Om nu något fel inträffar i servo 4, motor 7, givare 15, drivkrets 14, givare 25, mätomvand- lare 26, komparator 29 eller drivkrets 30 kommer den av band- passfiltret 31 framfiltrerade signalen direkt att ändras och kompa- ratorn 33 kommer att se till att brytaren 11 öppnar och motorerna blir strömlösa.

Som synes blir säkerhetssystemet med en givare enligt figur 3 mer komplicerat och även mindre säkert än ett system med ett direkt elektriskt kontaktorgan enligt figur 1. Kontaktorganet i figur 1 har utförts som spetsar 19 och 20, vilket inte är nödvändigt.

Man kan tex även tänka sig att använda en spets mot en le- dande elektrod omgiven av isolerande områden enligt figur 4. l figur 4 har dessutom de eventuella riskerna med att en brytare kan fastna i tillslaget läge eliminerats genom att låta kontakterna i den redundanta armen leda motorströmmen direkt, liksom strömmen till bromsens 36 hållkrets 35. Således passerar de tre faserna från motorn 5 tre av elektroderna 19 och spetsarna 20 på väg till en gemensam jord. Bromsspolen 35 är på samma sätt kopplad till jord och man erhåller totalt fyra elektroder 19 i den till den verkliga armen förbundna isolatorn 17 och fyra spetsar i den av delvis isolerande material utförda redundanta armen 8.

Naturligtvis kan elektroderna 19 och spetsarna 20 byta plats och det finns många sätt att koppla in kontaktparen 19/20 i motor- kretsen. Om man har starka bromsar finns även möjlighet att en- dast slå till bromsarna med det redundanta servot 7 och låta motorövervakningen se till att motorerna göres strömlösa.

I figur 5 visas att det dessutom är möjligt att aktivera bromsarna utan att någon elektrisk hållkrets är inkopplad till kontaktpar mellan verklig och redundant arm. Här användes istället en helt mekanisk hållning av den fjåderförspända bromsskivan 37.

Denna bromsskiva sitter i bromsmekanismen 39, som håller 10 15 20 25 30 35 513 900 10 bromsskivan 37 och förspänningsfjädern 40. Då den redundanta armen 8 avviker från läget hos den verkliga armen 6 kommer bal- ken 20 i klykan 19 att vrida armen 17 kring dess lagrade fäst- punkt 41 och bromsskivan 37 kommer att släppas fri och tryckas mot bromsbackar 38, varigenom den verkliga armen låses. Den mekaniska metoden att hålla bromsen kan naturligtvis utföras på många olika sätt och i stället för broms kan någon typ av spett användas, vilket skjutes in i ett fast mekaniskt stopp då den re- dundanta armen 8 avviker från den verkliga armen 6.

I figur 1, 3 och 5 positioneras kontaktpunkten 19, 20 och 25, 27 mellan redundant och verkligt servo med hjälp av armar 8 och 17.

Funktionen hos dessa armar kan naturligtvis utföras med andra mekaniska lösningar. Till exempel visar figur 6 en konstruktion lämplig att t ex montera på handledsaxlarna hos en robot. Hand- ledsmekaniken är för axeln i figur 6 så utförd att röret 46 vrids relativt röret 45 då motsvarande motor arbetar. På röret 45 är monterat en kolstiftshållare 47 med två fjåderbelastade kol 44, vilka är inkopplade till motorbrytarens reläspole 18. På röret 46 finns en ring 42 lagrad. Denna ring kan roteras runt röret 46 av den redundanta motorn 7 via kugghjulet 4. Motorn 7 är monterad på röret 46. Ringen 42 är utförd i isolatormaterial, åtminstone på ytan, mot vilken kolstiften 44 pressas. På den elektriskt isolerade ytan hos ringen 42 finns en smal elektriskt ledande rektangulär yta, vilken kortsluter kolstiften 44. När axeln 46 vrids relativt axel 45 kommer den redundanta motorn 7 att vrida ringen åt motsatt håll, så att den ledande ytan 43 håller stiften 44 kortslutna och därmed motorbrytaren tillslagen.

Den redundanta armen behöver ej möta direkt mot den verkliga armen utan i konstruktioner med utrymmesbrist kan den verkliga armens rörelser överföras till en extra axel via tex en band- transmission enligt figur 7. Här vrids den verkliga armen 6 av ax- eln 45, på vilken en trumma 52 för remmen 51 är fastmonterad.

Remmen överför axelns 45 vridning till remhjulet 50, vilket är lag- rat i huset 49. Remhjulet 50 är elektriskt isolerande, åtminstone på ytan som vätter mot motorn 7. På den isolerade ytan finns en 610 15 20 25 30 35 515 900 11 liten elektriskt ledande yta 43, vilken står i kontakt med lagerhu- set 49. Den redundanta motorn 7 har sitt rotationscentrum sam- manfallande med rotationscentrum för remhjulet 50 och motorn positionerar med hjälp av armen 8 kontakthjulet 48 så att detta håller elektrisk kontakt med den ledande ytan 43. Brytarspolen 18 kommer därigenom att erhålla sin hållström via motorlager, motoraxel, redundanta armen 8, kontakthjulet 48, remhjulets axel och lagerhuset 49.

Kontaktpunkten för strömbrytning till spolen 18 kan vara kopplad till olika komponenter i transmissionen mellan motor 5 och arm 6.

Till exempel kan den redundanta motorn 7 vrida armen 8 relativt en kontaktpunkt som vrids direkt av motor 5. I figur 8 visar en annan variant, där den redundanta motorn är integrerad med växellådan. Till kugghjulet 13 i växellådan är kopplat ett extra kugghjul 53, som vrider runt en platta 54, på vilken kontaktpunk- ten finns. Den redundanta motorn 7 vrider runt axeln 61, på vil- ken den redundanta armen 8 är monterad. På den redundanta armen 8 sitter två fjäderförspända elektroder, 56 och 57, som är anslutna till spolen 58. En järn- eller ferritkärna 59 är magnetiskt kopplad till spolen 58 via luftgap och den i magnetiskt material utförda axeln 61. Hos kärnan 59 finns en spole 60, som fungerar som en primärspole till luftgapstransformatorn med sekun- därspolen 58. Primärspolen 60 är inkopplad till brytarspolen 18 och styr växelströmmen i beroende av om sekundärspolen är kortsluten eller öppen. l normaldrift är sekundärspolen kortsluten genom metallytan 55 på den för övrigt isolerande plattan 54.

Förutom att kontaktpunkten utför cirkulära rörelser kan även en konstruktion användas där den redundanta armen utför scan- nande rörelser i ett förutbestämt mönster. Ett exempel på detta visas i figur 9. Vid rotation av aktuell axel kommer på samma sätt som i figur 6 röret 46 att röra 'sig relativt röret 45. På röret 46 är fast monterad en krage 62, t.ex. i metall, med en sågklingelik- nande profil. Den redundanta motorn 7 vrider den redundanta armen 8 med den beröringsfria sensorn 25 fram och tillbaka så att sensorn beskriver en bana motsvarande sågtandsmönstret då 10 15 20 25 30 35 515 900 12 röret 46 vrider sig relativt röret 45. .Ju högre hastighet rören har relativt varandra, med desto högre frekvens måste motorn 7 vrida armen 8 fram och tillbaka. Vid en skillnad mellan den verkliga armens programmerade rörelse och motsvarande till scanning omformade rörelse hos den redundanta armen 8 detekterar giva- ren 24 direkt ett fel och motorerna görs strömlösa enligt schemat i figur 3.

Det beskrivna konceptet för högsäker robotstyrning kan naturligt- vis implementeras på många olika sätt. T.ex. kan en stegmotor användas för den redundanta motorn, varigenom servot blir av en annan typ. Om en linjär rörelse skall övervakas mäste kontakt- punkten flyttas med en translationsrörelse, t.ex. med hjälp av en skruvtransmission eller en bandtransmisslon. För att erhålla samma dynamik i överföringsfunktionen mellan servoreferens och rörelse hos den redundanta armen och mellan servoreferens och rörelse hos den verkliga axeln kan modellbaserade variabla filter användas i det redundanta servot. Om man önska öka känslig- heten hos övervakningen vid t.ex. lägre hastighet kan den redun- danta motorn styras med en variabel referensoffsetsignal i posi- tion så att den redundanta armen driver t.ex. spetselektroderna 56 och 57 i figur 8 närmare kanten av metallytan 55.

Hitintills har endast 1 kontaktpunkt använts för varje elektrisk krets. Emellertid kan flera kontaktpunkter användas, antingen serie- eller parallellkopplade. Genom seriekoppling av kontakt- punkter enligt exemplet i figur 10 blir kontaktpunkternas krets- brytningsfunktion ännu säkrare. Enligt figur 10 driver den redun- danta motorn 7 via axeln 61 två redundanta armar 8A och 8B. l änden av dessa armar finns en ledande yta, 55A respektive 55B, mot vilka elektroderna 56A och 56B pressas. Dessa elektroder sitter på röret 46, som vrids runt av den verkliga motorn. Mellan de ledande ytorna 55A och 558 finns en ledare 64, som gör att strömförsörjning erhålles till brytarspolen 18 då de redundanta armarna 8A och 8B rör sig synkront med röret 46. Då ett fel in- träffar kommer elektroderna 56A och 56B att hamna utanför ytorna 55A respektive 558, där de redundanta armarna är elek- 10 15 20 25 30 35 900 13 513 triskt isolerande. Genom slitsarna 62A och 62B kommer de re- dundanta armarna 8A och 8B att slå i röret 46 innan elektroderna 55A och 558 kommer utanför de redundanta armarnas isolerande yta runt den ledande kontaktpunkten. l stället för att använda en elektrisk krets för att manövrera bry- tare och bromsar kan en pneumatisk krets användas. Därvid kan med arrangemanget i figur 10 elektroderna 56A och 56B och de ledande ytorna 55A och 55B ersättas av pneumatiska rörkopp- lingar 65A och 65B och ledaren 64 med en slang eller ett rör 66, se figur 11.

Naturligtvis kan även mer än två kontaktpunkter användas och det är även möjligt att byta kontaktpunkter då den verkliga armen rör sig, vilket illustreras i figur 12. Röret 46 ses här i genomskär- ning och på dess periferi finns ett antal kontaktytor 55 med isole- rande omgivning i form av ett isolerande mjukt skikt 67. Kontakt- ytorna 55 är via ledarna 68, 69 och 70 elektriskt anslutna till brytarspolen 18. Till vänster om röret 46 finns ett rör 61, som drivs runt av den redundanta motorn (ej utritad). På periferin av detta rör 61 finns ett antal elektroder 56 med inbördes samma avstånd som avståndet mellan kontaktytorna 55 på röret 46.

Samtliga elektroder 56 är med ledarna 71 och ledaren 72 elek- triskt anslutna till strömförsörjningen av brytarspolen. Då rören 61 och 46 drivs runt synkront kommer alltid minst en elektrod 56 att vara i kontakt med en kontaktyta 55, så att brytarspolen er- håller sin strömförsörjning. Om något fel uppstår kommer den elektrod 56 som är i kontaktläge att glida ut i isolermaterialet 67 och brytaren slår av motorn.

Om man använder ett stort antal kontaktpunkter erhålles en moi- réliknande teknik. Hur detta kan utnyttjas visas i figur 13. Den verkliga motorn vrider axeln 46 medan den redundanta motorn vrider axeln 61. På axeln 61 sitter skivan 73 med det ena moiré- mönstret och på axeln 46 skivan 74 med det andra moirémönst- ret. Enklaste sättet att utföra moirémönster är att låta dem vara identiska, vilket ger utsläckning vid en relativ vridning av en halv 10 15 20 25 30 35 900 14 515 mönsterdelning. För avkänning av moirémönstret användes en eller flera ljuskällor 75 och en eller flera fotodetektorer 76.

För fullständighetens skull visas i figur 14 att det även är möjligt att använda ett länksystem för erhållande av kontaktpunkter mellan verklig robotarm och redundant arm. Således visar figur 14 hur den verkliga robotaxeln 46 är kopplad med ett länksystem till den redundanta axeln 61. Axeln 46 driver via bandet 96 ett hjul 94, som är lagrat i balken 93. Hjulet 94 roterar två stänger 89 och 90, som är monterade på ömse sidor om hjulet 94 som via lederna 91 och 92 är kopplade till länkarmarna 85 och 86. På motsvarande sätt driver den redundanta axeln 61 via bandet 78, hjulet 95, stängerna 79 och 80 och lederna 81 och 82 länkar- marna 83 och 84. Länkarmarna 83 och 85 är hopkopplade med lagren 87A, som gör att de båda länkarmarna kan röra sig relativt varandra i längsled. På samma sätt kopplar lagren 87B ihop länkarmarna 84 och 86. När axlarna 46 och 61 roterar synkront, så kommer avstånden mellan lagren 81 och 91 respektive 82 och 92 att vara konstanta på grund av att längden hos stången 79 är densamma som för 89 och stången 80 samma som 90. Om en avvikelse från synkronism uppstår kommer emellertid minst ett av ovan nämnda avstånd att ändras, vilket gör att minst en av kon- taktpunkterna 55A/56A respektive 55B/56B bryts. Vinkeln mellan stängerna 89 och 90 måste vara densamma som vinkeln mellan 79 och 80 och helst i närheten av 90°, då detta gör att alltid minst en av länkarna behöver ändra sin längd då synkronismen förlo- ras.

Slutligen visas i figur 15 möjligheten att använda en simulerad kontaktpunkt. Övre delen av figuren är densamma som i figur 1, men i stället för en fysisk kontaktpunkt 19/20 mellan den verkliga armen 6 och den redundanta armen 8 användes en simulerad kontaktpunkt 97. l denna kontaktpunkt 97 erhålles den verkliga armens position från vinkelgivaren 96 och den redundanta armens position från en simulerad redundant arm med tillhörande motor och drivelektronik i modulen 98. För att i normalfallet er- hålla samma överföringssfunktion mellan bangenerator och verk- 10 15 20 25 30 35 515 900 15 lig armrörelse som mellan bangenerator och simulerad redundant arms rörelse, så ges den simulerade redundantarmmodellen i 98 väsentligen samma dynamiska egenskaper som den verkliga ar- - men. Utsignalen från kontaktpunktssimulatorn 97 påförs en ab- solutvärdesfunktion 99, vars utgång jämföres med värdet AS i komparatorn 100. AS simulerar halva bredden på kontaktytan i den fysiska kontaktpunkten. Då utgången från 99 överstiger vär- det AS kommer komparatorn via drivkretsen 101 att bryta ström- försörjningen till spolen 18 och motorn 5 göres strömlös. För att höja säkerheten i systemet genererar funktionsgeneratorn 102 en monitorsignal vid en eller flera frekvenser med en repetitiv kurv- form. Denna signal pålägges ingången till servo 3 via summatorn 103 och ingången till servo 4 via subtraheraren 104. Frekvensen hos monitorsignalen kan varieras så att den inte kommer vid en frekvens där armdynamiken har låg transmission, tex vid noll- ställefrekvenser. Genom att monitorsignaler påförs servo 3 och 4 med olika fas kommer de transmitterade monitorsignalerna på ingången till subtraheraren 97 att ha olika fas och en monitorsig- nalkomponent kommer att erhållas även på utgången av subtra- heraren 97. Kretsarna 99-101 är sedan så konstruerade att dessa släpper igenom monitorsignalen då dessa fungerar och monitorsignalen kommer att fungera som en testsignal för dessa kretsar. På utgången från drivkretsen 101 avkännes monitorsig- nalen av den faskänsliga detektorn 105, som genereras en utsig- nal proportionell mot amplituden hos monitorsignalen på ut- gången av kretsen 101. Utsignalen från detektorn 105 påförs en komparator 106 och om nivån är högre än en tröskelnivå tr kom- mer drivkretsen 107 att hålla reläet 108 draget. Om däremot ett fel inträffar både i det verkliga systemet och det redundanta systemet eller om ett fel inträffar i någon av kretsarna 97, 99, 100 eller 101 så kommer reläet108 att öppnas.

Det skall tilläggas att alla elektronikfunktioner kan dubbleras eller tredubblas, det senare för att ta beslut av typen 2 av 3. För att erhålla högsta möjliga säkerhet kan olika funktioner eller samma funktioner implementeras i olika hårdvaror, batteriuppbackning kan användas etc.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 1. 513 900 16 Patentkrav Anordning för övervakning av driften av en drivinrättning in- nefattande minst en servomekanism (3), som inkluderar en regulator (3a), en av denna reglerad drivmotor (5) och ett av drivmotorn i rörelse försättbart element (6), en detekteringsin- rättning (19-22, 25-27, 19-21, 23, 43, 44, 48, 55-57, 25, 62, 65-66, 73-76, 88, 97-100) för att detektera avvikelser mellan äsyftade och faktiska rörelselägen hos elementet (6) och en driftinhiberande och/eller larmande inrättning (18, 23, 36, 37, 38) för att inhibera driften av drivinrättningen och/eller utlösa larm vid fastställande, medelst detekteringsinrättningen, av otillåtna avvikelser, kännetecknad därav, att den innefattar en redundant drivinrättning, som innefattar minst en redundant servomekanism (4), som inkluderar en redundant regulator (4a), en av denna reglerad redundant drivmotor (7) och ett av denna i rörelse försättbart redundant element (8), att regula- torn (3a) och den redundanta regulatorn (4a) är anslutna till en reglerinformation avgivande inrättning (2) för att bibringa elementet och det redundanta elementet rörelser som är lika eller i förutbestämd relation till varandra, och att detekte- ringsinrättningen är anordnad att detektera avvikelserna vad avser elementets (6) eller ett därtill kopplat objekts (17) och det redundanta elementets (8) relativa läge eller rörelser. Anordning enligt krav 1, kännetecknad därav, att detekte- ringsinrättningen innefattar med varandra i en kontaktpunkt (19, 20; 25, 27; 43, 44; 43, 48; 55, 57; 25, 62; 55, 56; 65, 66) i kontakt med varandra varande kontaktorgan (19, 20; 25, 27; 43, 44; 43, 48; 55, 57; 25, 62; 55, 56; 65, 66) vilka detekterar avvikelser mellan det av drivmotorn i rörelse försättbara ele- mentet (6) och det redundanta elementet (8). Anordning enligt krav 2, kännetecknad därav, att detekte- ringsinrättningen innefattar elektroniska kretsar eller dator för erhållande av en kontaktpunkt genom jämförelse mellan ut- signalen från en vinkel- eller positionsgivare (96) kopplad till 10 15 20 25 30 35 513 900 17 elementet (6) som skall övervakas och utsignalen från i de- tekteringsinrättningen ingående organ (98) anordnade att avge en utsignal motsvarande det redundanta elementets (8) läge. . Anordning enligt krav 3, kännetecknad därav, att utsignalen från detekteringsorganen representerar en med elektroniska kretsar eller en eller flera datorer erhållen simulering (98) av den redundanta drivmotorn (7) och det därav drivna redun- danta elementet (8). . Anordning enligt krav 3, kännetecknad därav, att simuleringen (98) av den redundanta drivmotorn (7) är dimensionerad för erhållande av samma dynamiska egenskaper som drivmotorn (5) med tillhörande, därav i rörelse försättbara element (6). . Anordning enligt krav 3, kännetecknad därav, att detekte- ringsinrättningen innefattar detekteringsorgan i form av vin- kel- eller positionsgivare förknippade med elementet (6) re- spektive det redundanta elementet (8) och en till dessa givare kopplad skillnadsbildare (97), och att utsignalen från denna skillnadsbildare (97) påförs en komparator (100), vars kom- pareringssignal (AS) simulerar hälften av en tillåten relativrö- relse eller lägesdifferens mellan elementet (6) och det redun- danta elementet (8) eller till dessa kopplade objekt (17). . Anordning enligt krav 2, kännetecknad därav, att de i kontakt- punkten med varandra i kontakt varande organen (19, 20) ut- göres av elektriskt ledande organ (55, 56), av vilka ett organ direkt eller via transmissioner följer elementets (6) rörelser och ett andra organ direkt eller via transmissioner följer det redundanta elementets (8) rörelser. . Anordning enligt krav 7, kännetecknad därav, att minst ett av nämnda elektriskt ledande organ (55, 56) är omgivet av ett för elektrisk ström isolerande medium (54) på ett sådant sätt att avvikelse i rörelser mellan elementet (6, 17) och det redun- 10 15 20 25 30 35 10. 11 12. 13. 14. 15 515 966 18 danta elementet (8) medför att den elektriska kontakten i kontaktpunkten bryts och att drivmotorn (5) kopplas ur och/eller bromsas medelst den driftsinhiberande inrättningen. Anordning enligt krav 7, därav, att ett av de elektriskt ledande organen utgöres av en ledande yta (55) omgiven av en isolerande yta (54) och att två andra serie- kopplade, ledande organ (56, 57) är anpressade mot den le- dande ytan (55) för att sluta en elektrisk krets, i vilken en brytare (11) för drivmotorn (5) ingår. Anordning enligt krav 7, kännetecknad därav, att elektriskt ledande organ i två eller flera kontaktpunkter (55A/56A, 55B/56B) är seriekopplade. .Anordning enligt krav 2, därav, att ett flertal "kontaktpunkter (fig 12) är anordnade och att anordningen är sådan att vid relativa rörelser av det drivna elementet (6, 46) och det redundanta elementet (8, 61) sker ett successivt byte av kontaktpunkter. Anordning enligt krav 2, kännetecknad därav, att minst en kontaktpunkt är placerad på ett länksystem mellan det drivna elementet (6, 46) och det redundanta elementet (8, 61). Anordning enligt krav 2, kännetecknad därav, att kontakt- punkten (19/20) är mekaniskt kopplad till en elektrisk kontakt (23). Anordning enligt krav 2, kännetecknad därav, att kontakt- punkten är mekaniskt kopplad till en hållmekanism (41, 17) för en broms eller en elektrisk brytare ingående i den driftsinhibe- rande inrättningen. .Anordning enligt krav 2, kännetecknad därav, att nämnda kontaktpunkt är bildad av en pneumatisk koppling (65A, 658). 10 15 20 25 30 35 16. 17. 18. 19. 20. 21 22. 515 960 19 Anordning enligt krav 2, kännetecknad därav, att nämnda kontaktpunkt bildas mellan en sensor (25) och en sensortar- get (27) och att detekteringsinrättningen innefattar ett berö- ringsfritt mätsystem (25, 27). Anordning enligt krav 16, kännetecknad därav, att mätsys- temet använder induktiva, kapacitiva, optiska eller ultraljuds- baserade sensorer. Anordning enligt krav 16, kännetecknad därav, att hjälpdrivin- rättningen är anordnad att bringa det redundanta elementet att oscillera eller att en sensor för det redundanta elementet är anordnad att elektriskt moduleras vid minst en frekvens och att detekteringsinrättni.ngen är anordnad att använda den/de så erhållna signalen/signalerna som monitorsig- nal/monitorsignaler för test av övervakningsanordningen. Anordning enligt krav 17, kännetecknad av flera mätpunkter och moiré-teknik för mätning av avvikelser mellan rörelserna hos det drivna elementet och det redundanta elementet. Anordning enligt krav 16, kännetecknad därav, att mätpunkten är rörlig och definieras av ett mönster anordnat att röra sig kopplat antingen till det drivna elementets eller det redun- danta elementets rörelser. .Anordning enligt krav 20, kännetecknad därav, att en sensor hos det redundanta elementet är anordnad att förflyttas i en bana motsvarande nämnda mönster (62) då rörelserna hos det drivna elementet och det redundanta elementet är synkro- niserade. Anordning enligt krav 2, kännetecknad därav, att en signalge- nerator (102) är anordnad att alstra en monitorsignal till re- gulatorn i servomekanismen (3) för det drivna elementet (6) och till regulatorn hos den redundanta servomekanismen för det redundanta elementet (8) och att den på två vägar över- 'lO 15 20 25 23. 24. 25. förda monitorsignalen nyttjas för övervaka om fel uppstår samtidigt vad avser drivningen av både det drivna elementet (6) och det redundanta elementet (8). Anordning enligt krav 6, kännetecknad därav, att en signalge- nerator (102) är anordnad att alstra en monitorslgnal till re- gulatorn (3a) i servomekanismen för det drivna elementet (6) och att tillföra samma monitorslgnal fasförskjuten till regula- torn (4a) i servomekanismen (4) för det simulerade redun- danta elementet (98) och att detekteringsinrättningen är an- ordnad att nyttja denna monitorslgnal för att säkerställa att ej fel uppstår samtidigt vad avser drivningen av både det drivna elementet (6) och det simulerade redundanta elementet och att fel ej uppstår i skillnadsbildaren (97), komparatorn (100) och detekteringsinrättningen ingående drivkretsar (101). Anordning enligt krav 2, kännetecknad därav, att kontakt- punkten (56, 55, 57) är elektromagnetiskt kopplad till drivkret- sar för det drivna elementets drivmotor (7) och/eller en broms (36) för denna. Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att drivinrättningen ingår i en manipulator, särskilt en in- dustrirobot, och att det av drivmotorn i rörelse försättbara elementet (6) utgörs av en arm hos manipulatorn.