在德国工业机器人系统中,定义了机器人停止运动的三种模式。例如,KUKA工业机器人分别定义了Stop 0、Stop 1、Stop 2。
该定义模式与机器人的机械和电气结构相关。
图1
为此,读者首先应了解工业机器人上伺服电机的结构以及伺服电机驱动器(放大器)的供电方式。
ABB机器人电机连杆机构
ABB机器人本体(机器人手臂)需要六个自由度。提供的动力来自六台三相交流伺服电机(Servo Motors)。每台交流电机除了三组线圈绕组外,还有其他部件的引线。一组接PTC,一组接制动器(Brake),编码器(Resolver)共有三组线。 6个电机的制动电路并联,6个PTC温度检测电路串联。 6 个编码器电路连接到SMB。六个电机功率绕组由驱动单元供电。
机器人不工作时,6个电机的制动电路不通电,电机通过与刹车片摩擦固定。经过减速机后,整个机械机构被锁定。工作时,电机通电,制动电路通电,松开刹车片,通过磁场将电机固定。当某电机温度异常时,PTC总阻值增大,控制器报警并停止工作。
图二
机器人的摩擦制动主要依靠伺服电机内的制动机构。一旦松开制动器,伺服电机轴的旋转就会受到阻力。 (如图1所示,黑色部分代表制动器,蓝色部分为电机转子,运行时两者分离,摩擦制动时两者接触。)
对于伺服电机驱动器的供电方式,工业机器人电气系统的典型结构是串联两个接触器,这两个接触器的吸合和释放控制由机器人的安全电路模块控制。
让我们看看如何阻止移动的机器人。
方法一、使用驱动器对电机进行减速;
方法二:直接切断驱动器电源,松开电机制动器,依靠刹车片的摩擦力进行制动。
(是不是有点类似于汽车行驶中使用的刹车?一个可以通过发动机制动,另一个可以通过打开离合器并使用脚制动器来制动。)
因此,两种制动方式的结合就形成了机器人的运动停止模式。
Stop 0 直接切断驱动器电源,同时释放制动器。
停止1:驾驶员先控制减速制动,然后切断驾驶员电源,同时释放制动。 (1秒后KUKA切断电源*注2)
Stop 2仅通过驱动器进行减速和制动,而不切断驱动器的电源或释放制动。
想想对机器人轨迹的影响?
答案是显而易见的。 Stop 0模式下,运动不受控制,因此当机器人停止时,TCP可能会偏离路径;在Stop 1 和Stop 2 模式下,运动由驾驶员的减速度控制。当机器人停止时,TCP 将停止在路径上。
为什么要介绍这个呢?因为安全是工业设备使用过程中非常重要的话题。如果我们了解了工业机器人的运动停止方式,我们就可以更好地规划场地布局和对工业机器人进行编程。
回到机器人系统,如果我们向机器人发送停止信号,机器人无法立即停止移动。想象一下汽车驾驶员执行的制动过程。让我们考虑一下最极端的情况。当高速行驶的汽车突然发现前车突然停下来,无路可走时,驾驶员能做的就是努力。踩刹车祈祷赶紧停车(这里不考虑赛车180度转弯的情况XD),不然会追尾前面的车的。从眼睛观察到前车异常并传输到大脑,然后大脑指示踩刹车的过程,属于人类控制系统本身的反应时间。这段时间,车子依然在全速前进。施加制动后,制动片进行制动,直至运动停止。这段时间汽车行驶的距离就是制动距离。
对于机器人系统,也停止并考虑这两个过程。
首先,从控制系统收到停止信号并处理到断电或电机即将制动,总线、处理器等模块会造成时间延迟,机器人仍会运动并经过一定的距离。
其次,电机制动器(Brake)释放后,电机刹车片进行摩擦制动,机器人要行驶一定的制动距离。或者依靠电机本身减速制动也需要行驶一定的距离。
这个停止距离是设计系统时必须考虑的因素。汽车在行驶时必须保持安全距离,以防止追尾事故,机器人现场系统也是如此。
编辑:黄飞