工业机器人的运动停止-刹车测试

好莱坞大片《危情时速》讲述了一个高速的火车在无人掌控的情况下,逐渐加速,直至速度大到怎么也停不住的故事,又名《煞不住》。结局当然是我们的美国英雄克服重重艰辛,进入列车控制室,把刹车手柄拉下。就这么简单。刹车能不重要?!下面我们要谈谈运动的工业机器人怎么能有效停下来。在目前的工业机器人系统中,机械部分运转动力来源还是伺服电机。

下图就是一种伺服电机的剖面图。

其机械制动就是依靠电机里面的刹车机构(见下图,以某个KUKA机器人培训PPT中的截图来说明,本文目前只讨论机械刹车),当发生 stop 0 的运动停止时,就依靠刹车来制动。如果,刹车失效的话?在该停的时候没能停下来,有可能就会发生像7.23动车追尾一样的严重事故。刹不住导致高速撞击将会让机器人和工件工具甚至现场人员承受不可预料的后果,尽管发生这类情况的几率很小。

 

所以相关的工业机器人都提到一个安全测试-刹车测试,目的是在可控的状况下,检测电机的刹车是否能正常运作。那具体是怎么样的呢?我们来查阅最出名的工业机器人品牌ABB,其产品 IRB7600 的产品手册,找到了 Brake Testing 一节。

ABB的手册 是这样来描述 how to test 的: 1、 移动机器人各轴到承受重力最大的位置;2、在控制柜上操作使电机Motor OFF,即使电机掉电;3、检查机器人是否偏离了步骤1的位置。由此来判刹车功能是否正常。如果没有移动,那么刹车就是完好的。(注1*

1.2.3.4. Brake testing
When to test
During operation the holding brake of each axis motor wear normally. A test may be performed to determine whether the brake can still perform its function.

How to test
The function of the holding brake of each axis motor may be checked as detailed below:
1. Run each manipulator axis to a position where the combined weight of the manipulator arm and any load is maximized (max. static load).
2. Switch the motor to the MOTORS OFF position with the Operating mode selector on the controller.
3. Check that the axis maintains its position.
If the manipulator does not change position as the motors are switched off, then the brake function is adequate.

 

那么,我们怎么知道机器人是否偏离了步骤1的位置呢?ABB 的产品手册上没有详细介绍,难道就是用肉眼看了?汗 -_-!

随后 LT 在查阅 ABB 工业机器人 safemove 白皮书时,发现 ABB 介绍 safemove 过程中,对刹车检测做了详细的介绍。

5.4 Brake check

The brake check is initiated by the robot controller or an external PLC. The robot moves to a safe position where the brakes are locked with the servos engaged. The motors of the robot are then used to generate a torque. If the robot moves, a category 0 stop occurs and a successful brake check must be performed before the robot can be used again.

With a defined interval (brake cycle time), the robot must move to the safe brake position and activate a switch. If the brake check is not performed within the brake cycle time, the robot is stopped. A warning is shown on the Flexpendant a pre-defined time (pre-warning time) before the brake cycle time has passed. A Cyclic Brake Check can be configured to show a warning but not stop the robot.

 

检测原理就是让机器人移动到一个安全位置,电机刹车释放,然后让电机产生一个扭矩,如果机器人某个轴的电机移动(转动)超出了设定的允许范围,那么表示刹车测试失败。一个机器人重新使用前必须做刹车测试。在 page 30 出指出 safemove 具有 “Automatic Brake test” 功能(注2*)。

思考:当发生emergency stop (E-stop) 时,工业机器人应该执行 stop0 还是 stop1 还是 stop2 ?

 

注1:ABB IRB7600 product manual 《3HAC 022033-001 Revision: B》  page29 “1.2.4.4. Brake testing ”

注2:ABB 《SafeMove White Paper 》page19  “5.4 Brake check”

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5 thoughts on “工业机器人的运动停止-刹车测试

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  4. 大师,你好,我是学生,学习一些相关机器人应用技术和安全的知识,拜访您的网站,谢谢您的分享!

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