CN213562592U - 一种包括制动器锁闭管理的多关节机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种包括制动器锁闭管理的多关节机器人，其特点在于，多关节机器人包括：机械臂以及多个关节；接收模块，用于接收关机指令；确定模块，用于确定所述多关节机器人的关机运动趋势；控制模块，用于根据所述关机运动趋势控制所述多关节机器人的关节逆向预先运动一定角度后控制所述多关节机器人关机。本实用新型的有益效果是：多关节机器人的关机位移小，安全性好。

Description

一种包括制动器锁闭管理的多关节机器人

技术领域

本实用新型涉及一种工业机器人领域，特别是涉及一种多关节机器人。

背景技术

随着社会的发展，机器人开始广泛应用于各个领域，包括家用机器人，工业机器人等多个领域。工业机器人包括机械臂以及多个关节，关节包括驱动电机和制动器，制动器包括多种类型，例如盘式制动器、外抱块式制动器、带式制动器、浮动式制动器等，制动器因其构型不同，在执行制动工作时可能存在不同的制动间隙。工业机器人包括多种类型，使用的环境也比较多样化，例如传统的工业机器人主要适用于制造业，例如各类产线，新型的协作机器人适用于制造业、消费业、服务业等更多的场景，协作机器人是对安全性要求较高的一类工业机器人，因此需要准确的控制其运动，避免发生碰撞，尤其当协作机器人在狭小空间工作时，发生碰撞的危险性较高，因此需要尽量准确控制机器人的工作轨迹，避免发生规划之外的运动，而增加工业机器人运行的安全风险。

因此，有必要设计一种不易引发碰撞、安全性较好的多关节机器人。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种不易引发碰撞、安全性较好的多关节机器人。

本实用新型可采用如下技术方案：一种多关节机器人，包括机械臂以及多个关节，所述关节包括制动器，所述多关节机器人包括：接收模块，用于接收关机指令；确定模块，用于确定所述多关节机器人的关机运动趋势；控制模块，用于根据所述关机运动趋势控制所述多关节机器人的关节逆向预先运动一定角度后控制所述多关节机器人关机。

进一步的，所述确定模块用于获取所述多关节机器人的重力加速度方向，以及根据所述重力加速度方向确定所述关机运动趋势。

进一步的，所述确定模块用于获取用户的设置信息以获取所述多关节机器人的重力加速度方向，以及根据所述重力加速度方向确定所述关机运动趋势。

进一步的，所述确定模块通过获取所述多关节机器人上电时关节扭矩，以及根据所述上电时关节扭矩确定所述关机运动趋势。

进一步的，所述确定模块通过获取所述多关节机器人上电时的关节扭矩，以及根据所述上电时关节扭矩和机器人动力学模块确定所述关机运动趋势。

进一步的，所述确定模块根据关节电机电流传感器获取所述多关节机器人上电时关节扭矩。

进一步的，所述确定模块根据关节扭矩传感器获取所述多关节机器人上电时关节扭矩。

进一步的，所述确定模块包括关节的重力加速度传感器。

进一步的，所述控制模块用于判断所述多关节机器人的各关节是否需执行关节逆向预先运动。

进一步的，所述制动器包括制动片和挡杆，所述制动片边缘包括多个凸起的齿，所述挡杆包括伸出和缩回状态，所述挡杆在伸出状态时接触所述齿以限制所述制动片的旋转。进一步的，相邻所述齿之间的角度为齿间角，所述控制模块控制所述多关节机器人逆向预先运动的角度小于所述齿间角。

进一步的，相邻所述齿之间的角度为齿间角，所述控制模块控制所述多关节机器人的关节逆向预先运动的角度大致为所述齿间角的一半。

进一步的，所述控制模块用于判断所述关节的挡杆与所述齿的相对位置，当所述挡杆距离制动片正向运动方向第一接触齿的距离大于所述挡杆距离制动片逆向运动方向第一接触齿的距离时，控制所述关节逆向预先运动一定角度，反之，控制所述关节不逆向预先运动。

与现有技术相比，本实用新型具体实施方式的有益效果为：多关节机器人在执行关机动作前，确定多关节机器人的关机运动趋势，通过关节执行逆向预先运动，以减小机器人关节在制动时由于制动器存在的制动间隙，多关节机器人产生较大位移，而发生碰撞的危险性。同时，通过具体的执行逻辑，使得多关节机器人关机动作的位移较小。

附图说明

以上所述的本实用新型的目的、技术方案以及有益效果可以通过下面附图实现：

图1是本实用新型一个实施例的多关节机器人的示意图

图2是本实用新型的一个实施例的多关节机器人的模块图

图3是本实用新型的一个实施例的多关节机器人的制动器示意图

图4是本实用新型的一个实施例的制动器制动过程的示意图

图5是本实用新型的另一个实施例的制动器的制动过程的示意图

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型保护一种多关节机器人，参图1-2，图1示出了本实用新型一个实施例的多关节机器人的示意图，图2示出了本实用新型一个实施例的多关节机器人的模块图。多关节机器人100包括多个关节130，例如包括三个、五个、六个关节等，不同的关节数量的多关节机器人100具有不同的自由度，协作机器人是一种典型的多关节机器人，如图1所示为六关节的协作机器人，协作机器人是一种对安全性要求较高的机器人，因此对其安全性控制的要求较高。本实用新型所保护的多关节机器人100，包括机械臂120和多个关节130，所述机械臂120包括多个机械臂部分，所述关节130用于连接所述机械臂部分，所述关节能够转动以使得多关节机器人能够具有不同的姿态以执行工作，所述关节130包括制动器，用于停止关节130的转动进而使得机器人停止运动，制动器包括多种类型，制动器的不同类型使得其在执行制动工作时，可能会存在不同的制动间隙，即当多关节机器人关机时，例如关节130断电时，至制动器最终完成制动时，制动器会产生位移而使得机器人整机产生位移，使得机器人关机后可能由于该位移而发生碰撞，影响多关节机器人的安全性。本实施例所提供的多关节机器人100，包括接收模块20，用于接收关机指令；确定模块30，用于确定所述多关节机器人的关机运动趋势；控制模块40，用于根据所述关机运动趋势控制所述多关节机器人100的关节逆向预先运动一定角度后控制所述多关节机器人关机。进一步的，所述逆向预先运动是相对于所述确定模块30所确定的关机运动趋势而言的，即所述关机运动趋势所确定的运动方向为正向，所述逆向预先运动与该方向相反，具体的，所述关节130的逆向预先运动为逆向的旋转运动。具体的，所述多关节机器人100包括机器人示教器(图未示)，所述机器人示教器能够供用户操纵以为所述多关节机器人设定相应的工作参数，或控制所述多关节机器人执行相应的工作指令，所述接收模块20能够接收来自用户的关机指令，例如接收来自用户对机器人示教器的操纵以获得关机指令，或者接收用户对多关节机器人100的直接操纵以获得关机指令，又或者，所述多关节机器人100在检测到应当关机的场景时，例如检测到需要关机的危险场景时，能够产生关机指令，所述接收模块20能够接收来自多关节机器人100自身的关机指令。其中，所述关机，即切断多关节机器人100的本体电源，或者切断多关节机器人100的关节电机的电源。具体的，所述确定模块30，用于确定所述多关节机器人100的关机运动趋势，即当所述多关节机器人100接收到关机指令将要执行关机动作时，所述制动器的制动可能存在制动间隙，即当多关节机器人100关机时制动器存在一定的活动范围，所述多关节机器人100可能因此能够产生一定的运动，所述确定模块30用于确定该运动趋势，例如，所述运动趋势可能是所述多关节机器人100本体将会下坠，即所述确定模块30用于确定该多关节机器人100的关机运动趋势为机器人将会下坠一定距离。在一个实施例中，所述确定模块30用于获取所述多关节机器人100的重力加速度方向，以及用于根据所述重力加速度方向确定所述关机运动趋势。例如，所述重力加速度方向向下，所述关机运动趋势为机器人将会下坠一定距离。其中，在一个实施例中，所述重力加速度方向即所述重力加速度相对于所述多关节机器人100的方向，当所述多关节机器人100的安装姿态不同时，所述重力加速度方向不同，例如，所述多关节机器人100包括底座110，常规状态下，所述多关节机器人100竖直安装，即底座110朝下安装，此时，重力加速度方向相对于多关节机器人安装方向朝下，或者，所述多关节机器人100也可以倒置安装，即底座110向上安装，此时重力加速度方向，也即重力加速度相对于所述多关节机器人100的方向向上，所述确定模块30根据所述重力加速度方向确定所述关机运动趋势。在一个实施例中，确定所述多关节机器人100的关机运动趋势包括确定所述多关节机器人100的各个关节的运动趋势，例如，当重力加速度方向相对于机器人竖直向下时，确定机器人的各关节的运动趋势，即确定所述多关节机器人100关机时各个关节的转动方向趋势，所述确定模块30用于根据所述重力速度方向确定关节的关机运动趋势。具体的，当所述多关节机器人100的安装位置不同时，重力加速度相对于机器人的安装方向不同，确定模块30所确定的关机运动趋势不同。具体的，所述控制模块40用于根据所述关机运动趋势控制所述多关节机器人100的关节逆向预先运动一定角度，例如，根据已知的关节运动趋势获知该关节130将顺时针转动，则控制该关节130逆向预先运动一定角度，即控制该关节130逆时针转动一定距离，反之亦然，即根据确定模块30所确定的关机运动趋势，控制对应的关节130逆向预先运动一定角度，则当所述多关节机器人100执行关机时，关节130按照关机运动趋势运动一定角度，而所述逆向预先运动能够至少部分的抵消关节130的关机运动趋势造成的所述多关节机器人100关机的位移，使得多关节机器人100关机的位移较小，以减小发生碰撞的可能性，提高所述多关节机器人100的工作安全性。

在本实用新型的一个实施例中，所述确定模块用于确定所述多关节机器人的关机运动趋势；进一步的，所述确定模块用于获取所述多关节机器人的重力加速度方向，以及根据所述重力加速度方向确定所述关机运动趋势，具体的，所述确定模块可以通过多种方式获取所述多关节机器人的重力加速度方向，例如，所述确定模块通过获取用户的设置信息以获取所述多关节机器人的重力加速度方向，以及根据所述重力加速度方向确定所述关机运动趋势，或者，所述确定模块包括加速度传感器，所述确定模块通过加速度传感器获取所述多关节机器人的重力加速度方向并进一步获取关机运动趋势。进一步，所述确定模块用于获取所述多关节机器人上电时关节扭矩，以及根据所述上电时关节扭矩确定所述关机运动趋势，具体的，根据所述上电时关节扭矩和机器人动力学模型确定所述关机运动趋势，具体的，所述确定模块根据关节电机电流传感器获取所述多关节机器人上电时关节扭矩，或所述确定模块根据关节扭矩传感器获取所述多关节机器人上电时关节扭矩。进一步的，所述上电时关节扭矩为机器人或其关节上电后处于静止状态时关节的扭矩。通过上电时关节扭矩，可以获知所述多关节机器人的关机运动趋势，也即，通过上电的关节扭矩可以得到掉电以后关节的关机运动趋势，即关节的旋转趋势。

在本实用新型的一个实施例中，所述确定模块30用于确定所述多关节机器人100的关机运动趋势，进一步的，用于确定所述多关节机器人的关节130的关机运动趋势，进一步的，所述确定模块30用于获取所述多关节机器人的重力加速度方向，以及根据所述重力加速度方向确定所述关机运动趋势。可选的，所述确定模块30包括关节的重力加速度传感器，通过所述重力加速度传感器获取所述多关节机器人100的重力加速度方向。可选的，所述确定模块30可以通过获取用户输入的重力加速度方向。进一步的，所述确定模块30用于根据所述重力加速度方向，结合机器人的运动学和动力学来确定关机运动趋势。

本实用新型的一个实施例中，所述控制模块40用于判断所述多关节机器人100的各关节是否需执行关节逆向预先运动，即所述多关节机器人100包括多个关节，当所述多关节机器人需要关机时，所述多关节机器人的各个关节需要根据具体情况来判断是否需要执行关节逆向预先运动，所述控制模块40用于判断所述多关节机器人的哪个/哪些关节130需要执行逆向预先运动，以及判断所述多关节机器人的哪个/哪些关节不需要执行逆向预先运动，所述控制模块40用于根据所述控制模块40的判断结果，控制所述需要执行逆向预先运动的关节逆向预先运动一定角度后控制所述多关节机器人关机。进一步的，所述控制模块40用于根据所述关机运动趋势判断所述多关节机器人的各关节是否需执行关节逆向预先运动。也即，所述控制模块40用于控制所述多关节机器人的部分或全部关节执行逆向预先运动。在本实用新型的一个实施例中，所述关机运动趋势包括所述多关节机器人的关机运动的方向，即所述控制模块40根据所述多关节机器人100的关机运动的方向判断各关节130是否需执行关节逆向预先运动，在本实用新型的一个实施例中，所述关机运动趋势包括多关节机器人100的关机运动的方向和关机运动的大小，所述关机运动的大小即所述多关节机器人开始执行关机至最后完成制动的过程中所述多关节机器人和/或所述多关节机器人的关节130的运动大小，即所述控制模块40根据所述多关节机器人100的关机运动的方向和关机运动的大小判断各关节是否执行关节逆向预先运动。通过设置控制模块40判断需要执行逆向预先运动的关节，能够基于所述关机运动趋势针对性的控制各个关节的运动，以综合使得所述多关节机器人关机时的位移较小。

本实用新型所保护的多关节机器人100包括多个关节130，所述关节130包括制动器，由于所使用的制动器种类的不同，多关节机器人100执行关机操作开始至结束过程中关节转动的角度大小不同，本实用新型的多关节机器人可以采用多种类型的制动器，不同类型的制动器在制动过程中产生的位移不同，本实用新型优选的包括如下的制动器，参图3，图3示出了本实用新型的一个实施例的制动器的示意图，所述关节130包括电机和制动器，电机提供关节运动的动力，所述制动器包括制动片10和挡杆12，所述制动片安装于电机的电机轴14且能够跟随所述电机轴14的旋转而旋转，所述挡杆12由电磁阀13致动，能够伸出或者缩回，所述挡杆具有伸出状态和缩回状态，当所述挡杆12处于伸出状态时能够阻挡所述制动片10的旋转，所述制动片10边缘包括多个凸起的齿11，所述挡杆12通过接触所述齿11以限制所述制动片10的旋转，进而限制所述关节130的旋转。常规的，当所述多关节机器人100接收到关机指令时，所述制动器需要执行制动工作以停止关节130的转动，进而控制使得所述多关节机器人100关机制动。本实用新型中，当所述多关节机器接收到关机指令时，确定模块30确定所述多关节机器人的各关节的关机运动趋势，即确定制动器对关节进行制动时关节的运动趋势，控制模块40控制所述多关节机器人的关节逆向预先运动一定角度，然后控制所述多关节机器人关机，当所述多关节机器人100关机时其关节130的运动趋势与所述确定模块30确定的关机运动趋势一致，而所述关节的逆向预先运动使得关节制动时位移较小，即至少部分抵消了关节制动时的位移。

所述控制模块40控制所述多关节机器人100的关节预先逆向运动一定角度，具体的，所述一定角度为一预设角度，或所述一定角度由所述多关节机器人100根据计算获得。如上所述，制动器包括制动片10和挡杆12，所述制动片10包括多个凸起的齿11，参图4。相邻所述齿之间的角度为齿间角，所述控制模块40控制所述多关节机器人100的关节逆向预先运动的角度小于所述齿间角，即所述控制模块40控制所述多关节机器人的关节130逆向预先运动一较小角度，即小于齿间角的角度，以减小所述多关节机器人的制动距离。进一步的，所述控制模块40控制所述多关节机器人的关节130逆向预先运动的角度大致为所述齿间角的一半，当控制所述关节逆向预先运动角度为1/2齿间角时，所述多关节机器人即使不判断各个关节是否需要执行逆向预先运动，也能实现较好的控制效果，通过控制所述多关节机器人的关节逆向预先运动大致齿间角的一半，如果制动时挡杆在伸出状态时距离即将阻挡的齿距离小(小于1/2齿间角对应的距离)，则逆向旋转齿间角的一半后，最终完成制动时挡杆仍然与该阻挡的齿相接触完成制动；如果制动时挡杆在伸出状态时距离即将阻挡的齿距离大(大于1/2齿间角对应的距离)，当控制该关节逆向预先运动1/2齿间角后，所述挡杆与另一与之较近的齿实现阻挡，最终使得制动器完成制动时位移较小，但是实际执行中，该数据产生较小的波动并不会使得效果受到明显影响，因此，使得关节逆向预先运动的角度大致为所述齿间角的一半时，控制效果较好，且对所有关节均执行1/2齿间角的逆向预先运动，其结果一定会减小多关节机器人制动的位移，而不会产生增加其位移的效果。

本实用新型的一个实施例中，所述控制模块40用于判断所述关节的挡杆12与所述齿11的相对位置，当所述挡杆12距离正向运动时第一接触齿111的距离大于所述挡杆距离逆向运动方向第一接触齿112的距离时，控制所述关节逆向预先运动一定角度。参图4，图4示出了本实用新型一个实施例的多关节机器人100关机时其关节制动器的制动过程示意图，其中图4a是制动开始时的示意图，图4b是关节逆向预先运动后的示意图，图4c是制动器制动完成时的示意图。示例性的，假设所述确定模块30所确定的关机运动趋势为各关节均顺时针运动，则所述制动器的正向运动方向为顺时针运动方向，所述制动器的逆向运动方向为逆时针运动方向。示例性的，如图4a所示，所述制动器制动时所述挡杆距离正向运动方向第一接触齿111的距离大于所述挡杆距离逆向运动方向第一接触齿112的距离，控制所述关节逆向预先运动一定角度达到图4b所示的状态，即控制所述关节逆时针转动一定角度达到图4b所示的状态，对所述关节执行逆向预先运动后，控制所述多关节机器人100关机，所述多关节机器人100关机后所述关节由于重力将会产生一定的位移，所述制动器发生移动，最终状态参图4c，即该关节的挡杆最终与逆向运动方向的第一接触齿112接触以限制关节的转动，此时制动器最终完成工作，即制动器的挡杆阻挡所述制动片的齿以限制所述制动片的旋转，此时，所述制动器完成制动时挡杆所阻挡的齿发生变化，制动器完成制动的位移减小，即该实施例的关节机器人运动全过程为，确定模块确定关节运动趋势为顺时针运动，判断挡杆距离顺时针运动方向的第一接触齿的距离大于所述挡杆距离逆时针运动方向第一接触齿的距离，控制所述关节逆时针运动一定角度，然后再执行关机动作，最终完成制动，此时关节的制动位移由于逆向预先运动而至少部分抵消，多关节机器人制动时的位移较小。通过控制模块40判断并控制该关节执行逆向预先运动，使得所述多关节机器人100关机时，该关节的位移较小。例如，图4中如果不执行逆向预先运动，所述挡杆需要与齿1抵接，因为执行了一定距离的逆向预先运动，所述制动器在完成制动时与齿2抵接，所述制动器在制动过程中的位移明显减小。

在本实用新型的另一个实施例中，与之相反，参图5，图5a和图5b分别示出了制动器制动时和完成制动的示意图，当挡杆距离正向运动方向第一接触齿111的距离小于所述挡杆距离逆向运动方向第一接触齿112的距离时，也即制动器在当前位置完成制动的制动距离较小时，控制该关节不执行逆向预先运动，该种情况下，示例性的，所述制动器制动完成的示意图参图5b，即该关节的挡杆最终与正向运动方向的第一接触齿111接触以限制该关节的转动。在此种情况下，该关节无需执行逆向预先运动，关节的制动位移就相对较小。同时，也可以采用前文所述的，控制关节先逆向转动齿间角大致一半，此时关节的制动位移仍然不发生变化，即执行逆向预先运动未导致关节的制动位移变大。

其中，上文所述的制动器的挡杆具有伸出状态和缩回状态，当所述挡杆处于伸出状态时能够与齿接触以限制其旋转，当判断所述挡杆与所述齿之间的距离时，均是基于当前时刻判断假设所述挡杆伸出时与所述齿之间的距离，即假设在多关节机器人未执行逆向预先运动时，判断该挡杆处于伸出状态时的位置，并基于该位置判断挡杆与齿之间的距离进而执行相应的动作，也即，此处所述的挡杆并非实际处于伸出状态，而只是预测其伸出状态的位置。

以上优选实施例的有益效果在于：多关节机器人通过确定关机时的关机运动趋势，控制关节执行逆向预先运动以至少部分的抵消制动过程中机器人产生的位移，使得机器人制动过程中位移较小，不易发生碰撞，所述关节机器人安全性好。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种多关节机器人，包括机械臂以及多个关节，所述关节包括制动器，其特征在于，所述多关节机器人包括：

接收模块，用于接收关机指令；

确定模块，用于确定所述多关节机器人的关机运动趋势；

控制模块，用于根据所述关机运动趋势控制所述多关节机器人的关节逆向预先运动一定角度后控制所述多关节机器人关机。

2.根据权利要求1所述的多关节机器人，其特征在于，所述确定模块用于获取所述多关节机器人的重力加速度方向，以及根据所述重力加速度方向确定所述关机运动趋势。

3.根据权利要求2所述的多关节机器人，其特征在于，所述确定模块包括关节的重力加速度传感器。

4.根据权利要求1所述的多关节机器人，其特征在于，所述控制模块用于判断所述多关节机器人的各关节是否需执行关节逆向预先运动。

5.根据权利要求1所述的多关节机器人，其特征在于，所述制动器包括制动片和挡杆，所述制动片边缘包括多个凸起的齿，所述挡杆包括伸出和缩回状态，所述挡杆在伸出状态时接触所述齿以限制所述制动片的旋转。

6.根据权利要求5所述的多关节机器人，其特征在于，相邻所述齿之间的角度为齿间角，所述控制模块控制所述多关节机器人逆向预先运动的角度小于所述齿间角。

7.根据权利要求5所述的多关节机器人，其特征在于，相邻所述齿之间的角度为齿间角，所述控制模块控制所述多关节机器人的关节逆向预先运动的角度大致为所述齿间角的一半。

8.根据权利要求5所述的多关节机器人，其特征在于，所述控制模块用于判断所述关节的挡杆与所述齿的相对位置，当所述挡杆距离制动片正向运动方向第一接触齿的距离大于所述挡杆距离制动片逆向运动方向第一接触齿的距离时，控制所述关节逆向预先运动一定角度，反之，控制所述关节不逆向预先运动。

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