SE528539C2 - Metod och anordning för återvinningsbart upptagande av elektrisk retardationsenergi från ett industrirobotsystem - Google Patents

Description

25 30 35 528 539 2 chopper”), varvid man omvandlar den elektriska över- skottsenergin till värme. I en viss typ av traditionella industrirobotsystem kan den sammanlagda överskottseffek- ten som utgår vid inbromsning av industrirobotsystemets drivenheter under en kort tid uppgå till 50kW.

US 2004/0227479 Al beskriver ett system där ett bromsmotstånd har kopplats in mellan den ena av ledarna i DC-mellanledet och en resistorstyrenhet, vilken ansluts till den andra ledaren i DC-mellanledet. En styrmodul de- tekterar om spänningsnivån i DC-mellanledet överskrider en förbestämd nivå och om elektrisk överskottsenergi finns i systemet. I det fall då spänningsnivån överskri- der den förbestämda nivån omkopplas resistorstyrenheten så att de båda ledarna i DC-mellanledet kortsluts över bromsresistorn, varvid överskottsenergin övergår i värme- energi. Ett problem med detta system är att en värmeök- ning kring industrirobotsystemet resulterar i livslängds- förkortning av drivenheter och styrenheter. Energiförlus- ten som utgår då bromsresistorn inkopplats är dessutom mycket kostsam.

US 6,8l5,9l5 beskriver en anordning vilken avser att lösa något av de ovan nämnda problemen genom att utnyttja ett kondensatorbatteri som bromsenhet och energibuffert.

Denna typ av anordning lämpar sig dock bäst till mindre system såsom exempelvis garnmatare för textilmaskiner, då stora kondensatorbatterier är mycket kostsamma.

Sammanfattning av uppfinningen Syftet med föreliggande uppfinning är att anvisa en anordning och en motsvarande metod för att lösa något av de ovan nämnda problemen.

Dessa och andra syften uppnås med en anordning och en metod enligt patentkraven 1 och 9. ringsformer anges i underkraven.

Föredragna utfö- En första aspekt av uppfinningen avser en anordning för àtervinningsbart upptagande av elektrisk retarda- tionsenergi från ett fleraxligt industrirobotsystem, vil- 10 15 20 25 30 35 528 539 3 ket innefattar en robotstyrenhet och åtminstone en dri- venhet som vid inbromsning alstrar nämnda retardations- energi, vilken anordning innefattar en till drivenheten elektriskt kopplad bromsenhet som är anordnad att sätta ett mekaniskt organ i rörelse, varigenom anordningen återvinningsbart upptar nämnda elektriska retardations- energi.

En drivenhet definieras här som en enhet vilken vid drift förbrukar elektrisk energi och då fungerar som en motor, och vilken vid retardation övergår i generatorisk drift och då fungerar som en generator. Detsamma gäller definitionen av en bromsenhet. Vidare anser ”mekaniskt organ” här ett organ med ett visst masströghetsmoment så- som ett svänghjul, en ytterrotormotor eller något annat typ av organ som uppvisar liknande mekaniska egenskaper.

En ytterrotormotor är sålunda konstruerad att statorn ligger med sina lindningar innerst, varvid rotorn med sina magneter ligger som en hylsa utanför statorn. Det gör att diametern på rotorn och därmed masströghetsmomen- tet blir stort. Denna konstruktion ger en kort och tjock motor och något extra svänghjul behövs således inte.

Genom en anordning enligt föreliggande uppfinning utnyttjas den elektriska retardationsenergin som utgår då en drivenhet retarderas och övergår i generatorisk drift, genom att anordningens bromsenhet, och det till bromsen- heten anslutna mekaniska organet, accelereras. Den elekt- riska retardationsenergin övergår således i kinetisk energi vilken kan lagras i det mekaniska organet och eventuellt återvinnas. En ytterligare fördel med förelig- gande uppfinning är att den värmeökning som uppkommer från en traditionell typ av anordning till största delen uteblir, vilket resulterar i att livslängden förlängs på drivenheter och styrenheter vilka har anordnats i anslut- ning till en anordning enligt föreliggande uppfinning.

Vid en föredragen utföringsform är anordningen ar- rangerad så att den av anordningen lagrade retardations- energin återförs till industrirobotsystemet vid accelera- 10 15 20 25 30 35 528 539 4 tion av åtminstone en drivenhet. Detta innebär att indu- strirobotsystemet kan erhålla åtminstone en del av den återvunna elektriska energi som lagrats av anordningen vid inbromsning av åtminstone en av industrirobotsyste- mets drivenheter, för att därmed hjälpa till att accele- rera åtminstone en av industrirobotsystemets drivenheter om så krävs. Detta har till fördel att de energiförbruk- ningstoppar som skapas då åtminstone en av industrirobot- systemets drivenheter startas kan begränsas. Det inses av fackmannen att bromsenheten vid drift måste befinna sig i ett så kallat beredskapsläge vilket innebär att bromsen- heten häller ett visst lägsta varvtal för att kunna motta den energi som skapas då åtminstone en av industrirobot- systemets drivenheter retarderas. Det inses att detta lägsta varvtal står i relation till exempelvis hur mycket energi som anordningen förväntas motta och lagra.

Anordningen bör vara så anordnad att den kan motta en elektrisk effekt överstigande lkw, mer företrädesvis överstigande 5kW och mest företrädesvis överstigande l5kW, lkJ, mer företrädesvis överstigande 2kJ och mest företrä- samt att anordningen kan lagra energi överstigande desvis överstigande 8kJ. Fackmannen inser att det finns en relation mellan anordningens konstruktion, storlek och hur mycket energi som kan lagras och mottas, samt att an- ordningen kan konstrueras så att den lämpar sig för indu- strirobotsystem där energilagrings- och energimottag- ningsbehovet är både större och mindre än de ovan nämnda intervallerna.

Vid en särskild föredragen utföringsform är nämnda robotstyrenhet så anordnad att den övervakar industriro- botsystemets kinetiska tillstånd. Övervakning av indu- strirobotsystemet kan fördelaktigt anordnas på ett antal sätt, exempelvis genom att robotstyrenheten mäter varia- tioner i DC-mellanledets strömmar och/eller spänningar och anpassar bromsenhetens varvtal därefter. Detta inne- bär att om en stigande spänning och/eller fallande ström detekteras så ökas bromsenhetens varvtal, samt att om en 10 15 20 25 30 35 528 559 5 fallande spänning och/eller stigande ström detekteras så minskas bromsenhetens varvtal. Enligt ett andra exempel kan ett antal accelerometrar anordnas på industrirobotsy- stemet. Dessa accelerometrar kommunicerar till robotstyr- enheten den acceleration/retardation som uppmätts, varvid robotstyrenheten kan beräkna industrirobotsystemets kine- tiska tillstånd och på samma sätt som ovan förändra bromsenhetens varvtal. I ett tredje exempel kan varvtalet på industrirobotsystemets drivenheter samplas, varvid ro- botstyrenheten kan uppskatta industrirobotsystemets kine- tiska tillstånd och förändra bromsenhetens varvtal. Genom att kontinuerligt känna till industrirobotsystemets kine- tiska tillstånd och hur mycket energi som finns lagrat i anordningen kan storleksoptimering av anordningen göras vilket ger ekonomiska fördelar vid konstruktion och di- mensionering av anordningen.

Vid en speciellt föredragen utföringsform är anord- ningen anordnad att fungera som reservkraft för industri- robotsystemets robotstyrenhet. Om ett strömavbrott in- träffar måste ett antal av industrirobotens parametrar sparas/lagras så att systemet inte skall behöva omkalib- reras när strömmen återvänder. I ett traditionellt system används en UPS (eng. ”uninterruptible power supply”) el- ler någon annan typ av batteriliknande avbrottsfri kraft- försörjning. En fördel med anordningen enligt föreliggan- de uppfinning är således att den i anordningen lagrade energin kan nyttjas som reservkraft på samma sätt som ett batteri/UPS nyttjas i det traditionella systemet.

En andra aspekt av uppfinningen avser ett industri- robotsystem innefattande en robotstyrenhet, åtminstone en drivenhet samt en anordning enligt vad som beskrivits ovan. Anordningen kan med fördel samkonstrueras med ett industrirobotsystem och därigenom skapa en komplett en- het.

På samma sätt kan enligt en tredje aspekt av uppfin- ningen avses ett energiförsörjningssystem innefattande en transformatorenhet, en likspänningsomvandlarenhet samt en '10 15 20 25 30 35 528 539 6 anordning enligt vad som beskrivits ovan, varvid anord- ningen samkonstrueras med energiförsörjningssystemet och därigenom skapar en komplett enhet.

En fjärde aspekt av uppfinningen avser en metod att med en anordning innefattande en bromsenhet vilken är anordnad att sätta ett mekaniskt organ i rörelse, åter- vinningsbart uppta elektrisk retardationsenergi från ett fleraxligt industrirobotsystem, innefattande stegen att vid inbromsning överföra den av drivenheten genererade elektriska retardationsenergi till nämnda bromsenhet, och att sätta nämnda mekaniskt organ i rörelse, varigenom an- ordningen återvinningsbart upptar nämnda elektriska re- tardationsenergi. Såsom ovan beskrivits i relation till den första aspekten av föreliggande uppfinning erbjuder denna metod möjligheten att återföra, till industrirobot- systemets drivenheter, den energi som skapas då åtminsto- ne en av industrirobotens drivenheter retarderas. På sam- ma sätt minskas den värmeökning som traditionellt uppkom- mer vid nämnda retardation.

Kort beskrivning av ritningarna Uppfinningen kommer att beskrivas närmare i det föl- jande under hänvisning till bifogade schematiska ritning- ar som i exemplifierande syfte visar en för närvarande föredragen utföringsform av uppfinningen.

Fig 1 visar ett förenklat blockschema av ett tradi- tionellt industrirobotsystem.

Fig 2 visar ett blockschema av en traditionell an- ordning för upptagande av retardationsenergi.

Fig 3 visar ett blockschema av en anordning enligt föreliggande uppfinning för återvinningsbart upptagande av elektrisk retardationsenergi.

Beskrivning av föredragna utföringsformer Figur 1 visar ett förenklat blockschema av ett tra- ditionellt industrirobotsystem 100 innefattande ett antal motorstyrenheter 101-103, samt till vart och en av motor- styrenheterna 101-103 tillhörande drivenheter 104-106. 10 15 20 25 30 35 528 539 7 Figur 1 visar vidare en anordning för upptagande av re- tardationsenergi, en så kallad ”elektrisk motorbroms” 110, samt en robotstyrenhet 120. Såsom kan ses förbinds motorstyrenheterna 101-103 och den elektriska motorbrom- sen 110 med en elektrisk ledare genom det så kallade DC- mellanledet 121, vilken nyttjas för energiförsörjning av industrirobotsystemet. Energiförsörjningen sker med hjälp av en transformator och en likriktaranordning (visas ej).

Motorstyrenheterna 101-103 omformar likspänningen till en »pulsbreddsmodulerad växelspänning som används för att styra hastigheten hos drivenheterna 104-106. Motorstyren- heterna 101-103, den elektriska motorbromsen 110 och ro- botstyrenheten 120 kommunicerar med en elektrisk ledare eller med beröringsfri överföring över signalbussen 122.

Den elektriska energi som àtermatas till DC- mellanledet 121 via motorstyrenheterna 101-103 vid gene- ratorisk drift hos drivenheterna 104-106 (retardation), orsakar elektriska överskottsenergin i DC-mellanledet 121 (spänningsökning), varvid robotstyrenheten 120, vilken fungerar som övervaknings- och styrenhet, aktiverar den elektriska motorbromsen 110 som hanterar den genererade elektriska överskottsenergin.

I ett traditionellt industrirobotsystem består den elektriska motorbroms 110 av en så kallad ”brakechopper” 110', såsom med ett blockschema visas i figur 2. Brake- chopper 110' innefattas av en resistorstyrenhet 131 och en bromsresistor 132, vilka är anslutna till varandra med hjälp av en elektrisk ledare. Funktionen är sådan att brakechoppern 110' aktiveras, såsom beskrivs ovan, för att säkerställa att DC-mellanledets 121 spänning inte överskrider en viss gräns, varvid överskottsenergin vida- re omvandlas till värme i bromsresistor 132. I vissa fall monteras även en fläkt för att föra bort den bildade vär- men (visas ej).

I ett annat industrirobotsystem består den elektris- ka motorbromsen 110 av en anordning 110" enligt förelig- gande uppfinning, såsom med ett blockschema visas i figur 10 15 20 25 30 35 528 5139 8 3. Anordningen 110” innefattar här en bromsstyrenhet 141, en bromsenhet 142 och ett mekaniskt organ 143 såsom exem- pelvis ett svänghjul. Bromsstyrenhet 141 och bromsenhet 142 är anslutna till varandra med hjälp av en elektrisk ledare, medan det mekaniska organet 143 är mekaniskt an- slutet och tillika monterat på bromsenheten. Såsom be- skrivits ovan kan bromsenhet 142 och det mekaniska orga- net 143 exempelvis istället bestå av en komplett enhet såsom en så kallad ytterrotormotor.

Då någon av drivenheterna 104-106 retarderas och övergår i generatorisk drift ökar spänningen i DC- mellanledet 121. Robotstyrenhet 120 detekterar detta och signalerar till bromsstyrenhet 141 som släpper på mer ström till bromsenheten 142 vilken därmed accelereras, varvid det mekaniska organet 143 tillika accelereras. Den elektriska retardationsenergin övergår således i kinetisk energi vilken lagras i det mekaniska organet 143. När nå- gon av drivenheterna 104-106 skall accelereras signalerar robotstyrenhet 120, över signalbussen 122, detta till bromsstyrenhet 141 vilken låter bromsenheten 142 övergå i generatorisk drift varvid en spänningsökning inträffar på DC-mellanledet 121, vilken nyttjas av den accelererande drivenheten 104-106. Den överskottsenergi som skapades vid retardationen av en av drivenheterna 104-106 har där- med återvunnits och nyttjas vid en påföljande accelera- tion av någon av drivenheterna 104-106.

Avslutningsvis må tilläggas att uppfinningen på ing- et sätt är begränsad till de beskrivna utföringsformerna.

Exempelvis kan anordningen anordnas som en separat ifrån industrirobotsystemet anordnad enhet, men den kan även anordnas som en integrerad enhet tillsammans med indu- strirobotsystemet. På samma sätt lämpar sig anordningen till att anordnas tillsammans med exempelvis ett energi- försörjningssystem, vilket förutom anordningen innefattar en transformatorenhet och en likspänningsomvandlarenhet.

Anordningen kan även monteras parallellt med en traditio- nell elektriska motorbroms och man kan på detta sätt di- 10 528 539 9 mensionera och konstruera en komplett anordning som är sålunda anordnad att den med hjälp av bromsenheten och det mekaniska organet tar hand om den normala driften, medan den traditionella elektriska motorbromsen kan nytt- jas vid extrema spänningsökningar i DC~mellanledet såsom vid en nödbromsning av industrirobotsystemet. Fackmannen inser på samma sätt att anordningen enligt föreliggande uppfinning vidare kan innefatta exempelvis en växellâds- konstruktion för ytterligare utvidgade konstruktionsmöj- ligheter.

Claims (12)

10 15 20 25 30 35 528 5139 10 Patentkrav

1. Anordning för återvinningsbart upptagande av elektrisk retardationsenergi från ett fleraxligt indu- strirobotsystem (100), vilket innefattar en robotstyren- het (120) (104-106) inbromsning alstrar nämnda retardationsenergi,l<änrxe- te<:kr1ad a\r att anordningen (110) innefattar en till drivenheten (104-106) elektriskt kopplad bromsenhet (142), vilken är anordnad att sätta ett mekaniskt organ och åtminstone en drivenhet som vid (143) i rörelse, varigenom anordningen (110) återvin- ningsbart upptar nämnda elektriska retardationsenergi.

2. Anordning enligt krav 1, varvid den av anord- ningen lagrade retardationsenergin återförs till indu- strirobotsystemet (100) vid acceleration av åtminstone en drivenhet (104-106).

3. Anordning enligt något av föregående krav, var- ' vid nämnda robotstyrenhet (120) övervakar industrirobot- systemets (100) kinetiska tillstånd.

4. Anordning enligt något av föregående krav, var- vid anordningen (110) är anordnad att fungera som reserv- kraft för industrirobotsystemets robotstyrenhet (120).

5. Anordning enligt något av föregående krav, var- vid anordningen (110) är anordnad att kunna lagra energi överstigande lkJ, mer företrädesvis överstigande 2kJ och mest företrädesvis överstigande 8kJ.

6. Anordning enligt något av föregående krav, var- vid anordningen (110) är anordnad att kunna motta en elektrisk effekt överstigande 1kW, mer företrädesvis överstigande 5kW och mest företrädesvis överstigande l5kW. 10 15 20 25 30 35 528 559 11

7. Industrirobotsystem (100) innefattande en ro- botstyrenhet (120), (104-106) samt en anordning (110) enligt något av föregående krav. åtminstone en drivenhet

8. Energiförsörjningssystem innefattande en trans- formatorenhet, en likspänningsomvandlarenhet samt en an- ordning (110) enligt något av krav 1 - 7.

9. Metod att med en anordning innefattande en bromsenhet vilken är anordnad att sätta ett mekaniskt or- gan i rörelse, återvinningsbart uppta elektrisk retarda- tionsenergi från ett fleraxligt industrirobotsystem, in- nefattande stegen: att vid inbromsning överföra den av drivenheten ge- nererade elektriska retardationsenergi till nämnda broms- enhet, och att sätta nämnda mekaniskt organ i rörelse, varige- nom anordningen àtervinningsbart upptar nämnda elektriska retardationsenergi.

10. Metod enligt krav 9, vilken metod vidare inne- fattar steget att vid acceleration av nämnda drivenhet återföra elektrisk energi från anordningen till nämnda drivenhet.

11. ll. Metod enligt något av kraven 9 eller 10, vilken metod vidare innefattar steget att övervaka industriro- botsystemets kinetiska tillstànd.

12. Metod enligt något av kraven 9 - 11, vilken me- tod vidare innefattar stegen: att detektera en förändring av strömförsörjningen till industrirobotsystemet, och att vid behov återföra reservkraft från anordningen till en robotstyrenhet.