具有防范电源故障的控制的机器人的制作方法

本发明涉及一种具有防范电源故障(对机器人的运行而言必要的电能的故障)的控制的机器人。该机器人为此有利地具有可移动的、致动器驱动的部件。

背景技术

机器人通常需要电能来运行。这特别是在固定机器人中经由机器人的电源提供，机器人在输入侧连接到电能源，通常连接到电网。电网或电源可能由于多种原因而出现故障。在这种故障发生之后，出于功能安全性的原因，必须确保机器人(即，特别是其能够移动的部件)采用安全状态。在这种情况下，不应发生对机器人本身的损坏，不应在机器人的周围环境中造成损坏，并且能够在电流供应恢复之后直接再次运行而不存在任何问题或无需采取干预措施。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种机器人，该机器人在电流供应发生故障之后特别是连同其能够移动的部件采用安全状态并且在电流供应恢复之后能够直接再次运行。

本发明可以由独立权利要求的特征得出。有利的扩展方案和设计为从属权利要求的主题。本发明的其他特征、应用可能性以及优点可以由以下的描述以及对本发明的实施例(在附图中示出)的说明中得出。

本发明的目的通过一种具有致动器驱动的部件的机器人得以实现，该机器人为了运行需要额定运行电压ub和/或额定运行电流ib。该机器人包括：具有输入接口和输出接口的电压和电流源(即，电源)，在输入接口处施加初级电压up和初级电流ip，其中，在正常运行中，初级电压up等于(在控制容限和噪声容限的范围内)额定初级电压up，soll，而且初级电流ip等于(在控制容限和噪声容限的范围内)额定初级电流ip，soll，在输出接口处提供实际电压uist和实际电流iist，其中，在正常运行中：uist＝ub并且iist＝ib；集成在电压和电流源中的蓄能器，其在初级电压/初级电流的故障或下降之后使运行电压ub和运行电流ib维持预设的时间段δt；用于监测在输入接口处施加的初级电压up的单元，其中，该单元设计为，一旦所施加的初级电压up与额定初级电压up，soll偏离预设的量δu即产生停止信号；和与该单元连接的控制单元，其用于控制机器人及其致动器驱动的部件，其中，该控制单元设计用于在接收到停止信号之后控制机器人及其部件达到预设的安全状态。

在本发明中，应广义地理解术语“致动器驱动的部件”。其原则上包括机器人所有可移动的、借助致动器驱动的部件，例如机器人操纵器的区段、人造肢段、驱动轮等。

电压和电流源优选作为机器人的电源实现，其中，机器人以额定运行电压ub和/或额定运行电流ib运行，其在电压和电流源的输出接口处提供。电压和电流源的输入接口有利地连接到电网，通常是低压电网(例如，230-240v电网或400-420v三相交流电网)。电压和电流源有利地将在输入侧施加的初级电压up转换为在输出接口处提供的实际电压uist。通常，uist＜up。

在机器人的正常运行中，在输出接口处提供的实际电压uist等于额定运行电压ub(uist＝ub)。此外，在机器人的正常运行中，在输出接口处提供的实际电流uist等于额定运行电流ib(iist＝ib)。

此外，根据本发明，电压和电流源具有集成在电压和电流源中的蓄能器，该蓄能器实施和设置用于，在输入接口处的初级电压up或初级电流ip的故障或下降之后使输出接口处的运行电压ub和运行电流ib维持预设的时间段δt。为了蓄能，蓄能器优选地具有一个或多个电容器和/或一个或多个电感器和/或一个或多个累加器。在本发明中，术语“电感器”例如包括阻流圈、线圈、变压器等。有利地，蓄能器的尺寸取决于使机器人由任意的动态状态(工作的所有可能的动态状态)转变为安全状态所需的机器人的能量需求。

在本发明中，应广义地理解术语“安全状态”。其原则上包括每个能够借助于传感器检测到的机器人状态。该术语特别是包括机器人的可移动部件的预设的状态，特别是将机器人所有可移动的部分制动到预设的姿势或将机器人所有可移动的部分制动到未预设姿势的状态。此外，“安全状态”还可以例如包括机器人的电气状态和数据有关的状态。因此，安全状态可以包括数据备份等。

有利地，在存在停止信号之后，几乎立即地通过控制单元开始形成安全状态，特别是开始将机器人的可移动的、驱动器制动的部件制动到机械的安全状态中。该安全状态优选地根据机器人的任务而相应地预设并且有利地满足这样的条件，即，在形成该安全状态期间(特别是通过将机器人的可移动的部件制动到安全的机械状态中)机器人完全不会对其周围环境或对机器人本身造成任何危险。

有利地，这样选择蓄能器的尺寸，以使得在输入接口处施加的初级电压up/初级电流ip彻底故障的情况下确保输出接口处的运行电压ub和运行电流ib保持预设的时间段δt。有利地，时间段δt是能够使机器人从任何状态进入安全状态的所需要的时间段。

因此，蓄能器的相应的尺寸确保了，即使电压和电流源的输入侧的电压供应或电源供应彻底故障，仍始终确保机器人可以从任何状态转换为安全状态。任何状态是机器人能够采用的状态集的元素。

本发明提出的机器人的一个有利扩展方案的特征在于，致动器驱动的部件的致动器设计用于回收电能并且能够与集成的蓄能器连接。因此，有利的是，在制动过程期间能够将机器人的可移动部件的动能转换成电能，并将其用于增加存储在蓄能器中的能量。

本发明提出的机器人的一个有利扩展方案的特征在于，单元实施为，使得使机器人达到预设的安全状态的控制包括致动器驱动的部件的机械制动的触发。有利地，仅当在动态状态中的机器人致动器减速(优选地，其特征在于，机器人的单个或所有可移动的部件的总动能小于预设的极限动能)时才触发机械制动。由此能够确保，仅当通过机械制动的干预不引起机械或其他的机器人损坏时，才发生机械制动的突然干预。首先，机器人(即，其可移动的、致动器驱动的部件)优选致动器减速。该扩展方案提高了机器人系统的可用性，因为避免了在通常情况下具有机械损坏风险的机械制动的强硬响应。

根据本发明的机器人的一个有利扩展方案，停止信号作为加密的数据信号经过数据连接由单元传输到控制单元。另外，有利的是，该停止信号为光学信号，并且数据连接设计用于该光学信号的传输。

基本上，各个有线或光纤的传输方法都适用于这种传输：模拟电压、数字信号(直接或调制)、通信协议。后两组是能够光学传输的；这是有利的，因为由此同时实现了隔离(即，在输入接口上输入更高的电压、而在输出接口处通常以更低的电压进行处理)。

停止信号有利地是机器人控制单元处的高优先级信号，其表示在输出接口即将发生电源故障。

有利地，在输出接口处的电压下降的情况下，立即采取机械制动，从而使机器人的可移动的部件几乎瞬时制动。由此始终确保安全地开启制动过程。由于机械制动过程的开启与蓄能器的可用能量无关地进行，因此在这种情况下不要求安全地实现能量存储功能。

附图说明

其他的优点、特征和细节可以从以下描述中得出，其中，(在必要时参考附图)详细地描述了至少一个实施例。相同的、相似的和/或功能相同的部件设置有相同的附图标记。其中：

图1示出了所提出的机器人的一种实施方式的示意性结构。

具体实施方式

图1示出了所提出的机器人的一种实施方式的示意性结构，该机器人具有致动器驱动的部件105，机器人为了能够运行需要额定运行电压ub和/或额定运行电流ib。该机器人包括电压和电流源101，其具有输入接口107和输出接口108，在输入接口107处施加初级电压up和初级电流ip，其中，在正常运行中，初级电压up等于额定初级电压up，soll，而且初级电流ip等于额定初级电流ip，soll，在输出接口108处提供实际电压uist和实际电流iist，其中，在正常运行中：uist＝ub并且iist＝ib。

电压和电流源101包括集成在其中的蓄能器102，其在该实施方式中包括多个电容器，蓄能器102在初级电压/初级电流的故障或下降之后将输出接口108处的运行电压ub和运行电流ib维持预设的时间段δt。

电压和电流源101还包括变压器106，其将输入接口107处提供的初级电压up转变到低电压范围并将其作为实际电压uist在输出接口108处提供。

该机器人还包括用于监测在输入接107处施加的初级电压up的单元103，其中，该单元103设计为，一旦所施加的初级电压up从额定初级电压up，soll偏离预设的量δu即产生停止信号。

最后，该机器人还包括连接到单元103的控制单元104，其用于控制机器人及其致动器驱动的部件105，其中，该控制单元104设计用于在接收到停止信号之后控制机器人及其部件105达到预设的安全状态。

在图1中，负载电流路径用粗体箭头标出。从单元103到控制单元104并且由此再到机器人的致动器驱动的部件的细箭头是数据线。有利地，停止信号是光信号，数据线作为光纤实施。

尽管本发明是通过优选实施方案而进一步说明和描述的，但是本发明并不由所公开的实例所限制，并且在不脱离本发明的保护范围的条件下，本领域技术人员能够推导出其他的变型。因此，还存在多种的变型可能。同样还清楚的是，示例性提及的实施方式实际上仅仅为示例，其并不以任何方式作为本发明的保护范围、应用可能性或配置的限定。更确切地，在不脱离由权力要求书及其法律等同物限定的保护范围的条件下，以上的描述和附图说明能够使本领域技术人员具体地转化示例性的实施方式，其中，本领域技术人员在获悉所公开的本发明构思的情况下能够例如对示例性实施方式中提及的各个元件的功能和设置进行多种多样的改变。

附图标记列表

101电压和电流源/电源

102集成在电压和电流源/电源中的蓄能器

103单元

104控制单元

105机器人的致动器驱动的部件

106变压器

107输入接口

108输出接口