用于控制至少一个伺服电机的方法、相关的控制装置、机器人和计算机程序产品与流程

1.本发明涉及一种借助变流器控制至少一个伺服电机的方法。本发明还涉及相关的控制装置、机器人和计算机程序产品。


背景技术：

2.专利文献ep2224586a1公开了一种用于控制电机驱动工业机器人的方法，该工业机器人包括至少一个驱动电机，该驱动电机由可连接到电源电压的供电电路馈电，该供电电路包括至少一个能够与电源电压连接的整流器电路、具有至少一个中间电路电容器的中间电路、以及在输出侧连接到驱动电机的桥式开关装置，该桥式开关装置为驱动电机提供交流或直流供电，其中，驱动电机的供电电路是通过用于对驱动电机进行加速和制动的控制设备进行控制。在此用于对驱动电机进行电制动的方法包括将中间电路与电源分离并将中间电路电压调节到大于零的预定值的步骤，其中，中间电路电容器在驱动电机的发电性(generatorischen)运行中被馈电。
3.专利文献de102007059492b4公开了一种工业机器人，其具有机器人臂，该机器人臂具有多个轴和至少一个电驱动器，该电驱动器具有三相交流电机和操控该三相交流电机的功率电子器件，其中，功率电子器件具有驱动三相交流电机的三相逆变器和具有中间电路电容器并且上游连接三相逆变器的中间电路，该中间电路具有第一制动电阻和第一开关；其中电驱动器被设计为使相关的轴运动；其中工业机器人被设计为，在紧急制动的框架下同时借助于两个彼此独立的电流路径将三相交流电机短路，并且在紧急制动期间闭合第一开关，以将制动电阻与中间电路电容器并联，使得用于紧急制动的两个电流路径之一经过第一制动电阻。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种借助变流器控制至少一个伺服电机的方法，该方法能够特别有效和安全地工作。
5.本发明的目的通过一种借助变流器控制至少一个伺服电机的方法来实现，该变流器包括：
[0006]-连接到电网的输入电路，
[0007]-能够由输入电路馈电的直流电压中间电路，
[0008]-第一开关装置，其被构造为，在其接通状态下将来自输入电路的电能馈送到直流电压中间电路，并在其关断状态下停止从电网向直流电压中间电路供电，使得电能不能从电网进入到直流电压中间电路，
[0009]-至少一个能够从直流电压中间电路馈电的逆变器电路，其具有可操控的功率半导体开关，用于对伺服电机进行电操控，以及
[0010]-第二开关装置，其被构造为，在其接通状态下将来自逆变器电路的电能馈送给伺
服电机以驱动伺服电机，并在其关断状态下停止对伺服电机的驱动，使得驱动伺服电机的电能不能从逆变器电路进入到伺服电机，
[0011]
所述方法包括以下步骤：
[0012]-监视直流电压中间电路的与输入电路连接的电路的电流流动，
[0013]-在出现停止信号时，关断第一开关装置，以结束从电网对直流电压中间电路的供电，
[0014]-在关断第一开关装置之后通过监视确定了在直流电压中间电路的与输入电路连接的电路中没有电流流动的情况下，通过操控逆变器电路的功率半导体开关以发电性制动运行的方式或者通过短路制动来制动伺服电机，以降低伺服电机的转速，
[0015]-在关断第一开关装置之后通过监视确定了在直流电压中间电路的与输入电路连接的电路中有电流流动的情况下，关断第二开关装置，以停止将电能从直流电压中间电路馈送到伺服电机。
[0016]
虽然通常是使用变频器作为变流器，其中使用交流电压网络对变频器的直流电压中间电路馈电，但是本发明也可以使用在由直流电网馈电的变流器中。在这种情况下，在输入侧是不需要整流器电路的，因为在电能可能被供应给直流电压中间电路之前，由于是直流电网，因此不必对交流电压进行整流。输入电路因此可以具有非常简单的结构，并且例如可以由第一开关装置单独形成。
[0017]
在当前的大多数应用中，可供使用的大功率直流电压网络并不常见，本发明可以在变频器的实施方式中实现，该变频器由交流电压网络馈电并具有整流器电路作为输入电路。
[0018]
因此，本发明的目的可以特别是通过以下方法来实现，在该方法中，变流器被构造为变频器，电网是交流电压网络，并且输入电路被构造为整流器电路，该方法包括以下步骤：
[0019]-监视直流电压中间电路的与整流器电路连接的电路的电流流动，
[0020]-在出现停止信号时，关断第一开关装置，以结束从交流电压网络对直流电压中间电路的供电，
[0021]-在关断第一开关装置之后通过监视确定了在直流电压中间电路的与整流器电路连接的电路中没有电流流动的情况下，通过操控逆变器电路的功率半导体开关以发电性制动运行的方式或者通过短路制动来制动伺服电机，以降低伺服电机的转速，
[0022]-在关断第一开关装置之后通过监视确定了在直流电压中间电路的与整流器电路连接的电路中有电流流动的情况下，关断第二开关装置，以停止将电能从直流电压中间电路馈送到伺服电机。
[0023]
在从交流电压网络通过输入侧整流器电路向变频器馈电的情况下，整流器电路可以被构造为受控的三相桥(b6c)，其中使用晶闸管而不是二极管作为整流元件。晶闸管是可开关元件，其在初始状态下是不导电的、即关断的，并且可以通过晶闸管的栅极电极上的控制电流被接通。在被接通之后，晶闸管即使在栅极电极上没有电流的情况下也能保持导通、即被接通。在低于最小通过电流、即所谓的保持电流时，晶闸管被关断。就此而言，在一种特别的实施方式中，第一开关装置由被构造为受控的三相桥(b6c)的整流器电路的可控晶闸管形成。
[0024]
在另一种实施方式中，特别是在整流器电路作为非受控的三相桥(b6u)的实施方式中，整流器电路可以具有非可控的二极管，并且第一开关装置由单独的开关形成。该与整流器电路分离的开关也可以由半导体元件形成，但在必要时也可以由机电开关形成。与整流器电路分离的开关可以特别是具有以下优点：直流电压中间电路可以与电网电流分离。
[0025]
因此，本发明的目的特别还通过一种借助变频器控制至少一个伺服电机的方法来实现，该变频器包括：
[0026]-连接到交流电压网络的整流器电路，
[0027]-能够从整流器电路馈电的直流电压中间电路，
[0028]-第一开关装置，其被构造为，在其接通状态下将来自整流器电路的电能馈送给直流电压中间电路，并且在其关断状态下将直流电压中间电路与整流器电路电性分离，使得电能不能从整流器电路进入到直流电压中间电路，
[0029]-至少一个能够从直流电压中间电路馈电的逆变器电路，其具有可操控的功率半导体开关，用于对伺服电机进行电操控，以及
[0030]-第二开关装置，其被构造为，在其接通状态下将来自逆变器电路的电能馈送给伺服电机，并且在其关断状态下将伺服电机与逆变器电路电性分离，使得电能不能从逆变器电路进入到伺服电机，
[0031]
所述方法包括以下步骤：
[0032]-监视直流电压中间电路的与整流器电路连接的电路的电流流动，
[0033]-在出现停止信号时，关断第一开关装置，以将直流电压中间电路与整流器电路电分离，
[0034]-在关断第一开关装置之后通过监视确定了在直流电压中间电路的与整流器电路连接的电路中没有电流流动的情况下，通过操控逆变器电路的功率半导体开关以发电性制动运行的方式来制动伺服电机，以降低伺服电机的转速，
[0035]-在关断第一开关装置之后通过监视确定了在直流电压中间电路的与整流器电路连接的电路中有电流流动的情况下，关断第二开关装置，以便将逆变器电路与伺服电机电分离。
[0036]
根据本发明的方法原则上可以被执行为操控单个伺服电机。然而，根据本发明的方法特别是可以被执行为操控至少两个伺服电机。在操控机器人臂的驱动器的特定技术方案中，根据本发明的方法可以例如被执行为操控六个或七个伺服电机，这些伺服电机形成机器人臂的驱动器。
[0037]
根据本发明方法的制动特别是被理解为：在执行该方法期间，所述一个或多个伺服电机既不是通过机械制动，也不是通过(电)机械制动被制动，而是在执行该方法期间，特别是在所述一个或多个伺服电机的主动操控逆变器电路的发电性运行中，最多通过短路制动被电性制动。因此，在一个或多个伺服电机的这种主动操控发电性运行中，逆变器电路是由直流电压中间电路馈送电能，从而通过接通和关断逆变器电路的功率半导体开关的操控，可以将相应的交流电流导入到所述一个或多个伺服电机的绕组中，它们会产生磁场，该磁场在一个或多个伺服电机轴上产生制动机械力。制动被理解为降低相应伺服电机轴的转速。制动并非必须执行至相应的伺服电机轴完全停止。相反，制动可以只是从较高的第一转速执行至较低的第二转速，第二转速小于第一转速。但是，制动可以特别是被执行至完全停
止。
[0038]
在根据本发明方法之一来操控两个或更多个伺服电机的情况下，不是必须同时制动性地操控所有的伺服电机。相反，在任何时间点，可以选择性地制动性操控伺服电机的子集的第一分组，而伺服电机的另一子集的第二分组可以以恒定的速度被稳定地驱动、未被驱动，即处于空转中、甚或是被加速地驱动。在一种特殊状态下，可以仅对单个的伺服电机进行发电性制动操控(generatorisch abbremsend angesteuert)，而其它的伺服电机则不被发电性制动操控。在一种特殊状态下，所有的伺服电机可以同时被发电性制动操控。
[0039]
至少一个伺服电机借助于根据本发明的变频器在其位置(电机位置，即电机轴的当前角位置)、其转速、其加速度和/或其制动行为(负加速度)方面被电性操控。在两个或更多个伺服电机的情况下，变频器具有与伺服电机的数量相对应数量的逆变器电路。在此，该多个逆变器电路可以被连接到一共用的直流电压中间电路上。当变频器连接到交流电压网络时，该共用的直流电压中间电路由一共用的整流器电路从同一交流电压网络馈电。
[0040]
交流电压网络由能源供应商的电网提供电能。这通常是低压电网。该低压电网可以特别是三相交流电压网络。三相交流电压网络提供正弦形的网络交流电压。该正弦形的网络交流电压可以特别具有有效值，在该有效值下，在三相交流电压网络的外导体与三相交流电压网络的中性导体之间存在例如230伏特的电压，并且在三个外导体中的每两个之间存在例如400伏特的电压。电网频率可以例如是50赫兹或60赫兹。三相交流电压网络可以特别是被配置为tn系统，其包括三个外导体(l1、l2、l3)、一个中性导体(n)和一个保护导体(pe)。
[0041]
变频器的整流器电路可以例如是三相整流器。三相整流器可以采用非受控三相桥的结构形式实现。
[0042]
当变频器连接到交流电压网络时，由交流电压网络向直流电压中间电路馈送电能。当直流电压中间电路与交流电压网络分离时，只有来自逆变器电路的电能供应给直流电压中间电路，逆变器电路可以在至少一个伺服电机的发电性运行中提供电能。
[0043]
在可以执行根据本发明方法的运行时间内，还可以由中间电路电容器输出电能，更确切地说，或者输出到逆变器电路，或者输出到直流电压中间电路的制动电阻。
[0044]
在这种情况下，该制动电阻被构造为，在其连接到直流电压中间电路的状态下从直流电压中间电路提取电能并将其转换为热量。制动电阻在其与直流电压中间电路分离的状态下对直流电压中间电路不具有电性作用，即，直流电压中间电路在制动电阻被分离的状态下不受制动电阻的影响。制动斩波器是一种可控开关，制动电阻可以通过制动斩波器与直流电压中间电路连接和/或分离。就此而言，制动斩波器可以以脉宽控制的方式运行。
[0045]
由直流电压中间电路馈电的逆变器电路包括功率半导体开关，该功率半导体开关可以被电子操控，例如通过相关的驱动电路。逆变器电路可以是三相逆变器并且例如被构造为两级逆变器(u-逆变器)或脉冲逆变器。在逆变器电路中，当电流和电压具有相同符号时，功率半导体开关将电能引导到伺服电机。电能因此从直流电压中间电路流出并流入到伺服电机中。在发电性运行中可以规定：分配给功率半导体开关的空转二极管不引开(abf
ü
hren)电能，以便将发电性的能量从一个或多个伺服电机输送回直流电压中间电路、即中间电路电容器中，而是功率半导体开关可以保持激活并且可以相应地由配属于功率半导体开关的驱动电路进行操控，以便从伺服电机中汲取电能并将其馈入到直流电压中间电路、即
中间电路电容器中。
[0046]
在根据本发明的方法中，进行了直流电压中间电路与交流电压网络的分离。这例如在由至少一个伺服电机驱动的相应机器紧急停机的情况下至少是有利的，甚或是对于某些必须遵守的安全要求是绝对需要的。
[0047]
因此，例如对于工业机器人，在停止类别为0(例如根据标准en60204-1)的紧急停止情况下，规定是立即中断电能供应，尤其是在例如机械分离、即驱动系统中的脱耦和/或机械制动不能单独实现的情况下。
[0048]
另一方面，机器，例如示例性的工业机器人，可以具有这样的系统状态：其中，伺服电机的受控转速降低，特别是降至转速为零的静止状态，要比单纯的机械制动能够更快地进行，在单纯的机械制动中，伺服电机的转速不是受到调节地下降。在这种情况下，可以执行停止类别为0或停止类别为1的停止(例如根据标准en60204-1)，在此期间对机器执行受控停车，其中为了能够实现这种受控停车，需要保持对伺服电机的电能供应。只有当一个或多个伺服电机达到停车状态时，才中断电能供应。
[0049]
然而，对于停止类别为0的紧急停止和停止类别为1的停止，可以规定：附加地使用配属于伺服电机或集成在伺服驱动器中的sto功能(根据标准en61800-5-2的安全转矩关断(safe-torque-off))。
[0050]
第一开关装置可以是第一继电器、特别是具有导轨引导(zwangsgef
ü
hrt)开关触点的第一继电器，第一电流接触器、特别是具有双重或多重关断开关触点的第一电流接触器。替代地或附加地，第二开关装置可以是第二继电器、特别是具有导轨引导开关触点的第二继电器，第二电流接触器、特别是具有双重或多重关断开关触点的第二电流接触器。
[0051]
尽管第一开关装置和第二开关装置通常可以被构造为机械开关，但是在根据本发明的一种扩展方案中专门提出，将第一开关装置构造为第一半导体开关装置，和/或将第二开关装置构造为第二半导体开关装置。在作为半导体开关装置的设计中，第一半导体开关装置和/或第二半导体开关装置可以例如包括一个或多个晶体管、特别mos-fet和/或一个或多个晶闸管、特别是gto晶闸管。
[0052]
根据实施方式，第一开关装置可以特别是由被构造为受控三相桥(b6c)的整流器电路的可控晶闸管形成。替代地或附加地，第二开关装置可以特别是由变流器的逆变器电路的功率半导体开关形成。就此而言，可以取消单独的开关，即，与整流器电路和/或逆变器电路不同的开关。
[0053]
无论是在继电器式的机电开关设计中，还是在半导体开关装置的设计中，第一开关装置和第二开关装置都可以被构造为简单开关的、即非冗余地开关。
[0054]
第一开关装置，特别是第一半导体开关装置，可以在整流器电路的开关电路中和直流电压中间电路中被配置为如下地开关：即使在第一开关装置的关断状态下，整流器电路仍保持连接到交流电压网络。
[0055]
根据机电继电器的结构设计以及在任何情况下作为半导体开关装置的设计中，第一开关装置和第二开关装置均是以非安全方式分离，因为有可能没有与交流电压网络电流分离(galvanische trennung)。
[0056]
因此，在该方法的一种特别实施方式中，是通过以下方式实现安全停止功能：即，对直流电压中间电路的与整流器电路连接的电路的电流流动进行监视。当出现停止信号
时，关断第一开关装置，以便将直流电压中间电路与整流器电路电性分离。然后，如果对直流电压中间电路的与整流器电路连接的电路中的电流流动的监视在关断第一开关装置之后通过该监视确定在直流电压中间电路的与整流器电路连接的电路中没有电流流动，则通过操控逆变器电路的功率半导体开关以发电性制动运行的方式来实现对伺服电机的制动，以降低伺服电机的转速。然而，如果对直流电压中间电路的与整流器电路连接的电路中的电流流动的监视在关断第一开关装置之后确定在直流电压中间电路的与整流器电路连接的电路中有电流流动，即，该监视确定尽管已关断但仍然有电流，则激活sto功能(根据en61800标准的安全转矩关断)，其直接中断对一个或多个伺服电机的电能供应。
[0057]
在已知的具有中间电路的受控驱动系统中，为了达到对功能安全的特定要求，需要关断从供电系统、即从交流电压网络经由中间电路进入驱动系统、即伺服电机的能量流。在现有技术中，关断进入到驱动系统中的能量流是通过整流器电路的输入端上的开关元件实现的，即通过馈入单元(einspeiseeinheit)实现。在此，可以使用机电或电子元件作为开关元件。
[0058]
但是，在关断通过馈入单元的能量流时，必须根据功能安全要求对其进行监视或者冗余地执行。根据已知的现有技术，没有进行对能量流的直接监视。
[0059]
替代地，可以通过调节装置(stelleinrichtung)关断能量流。但是在这种情况下，该调节装置不能用于使驱动系统快速停止，例如执行斜坡停止。
[0060]
只要馈入单元具有机电开关构件(例如主接触器)，就可以通过该接触器进行安全关断。但是，在将馈入单元实施为二极管整流器或半控晶闸管桥而没有其他的开关元件的情况下，不能根据功能安全规则来关断能量供应。
[0061]
利用根据本发明的方法，必要时可以在馈入单元中，即在整流器电路上，特别是基于半导体元件或不添加机电开关的情况下，进行安全的能量关断。
[0062]
由于磨损和可靠性差，应最大程度地或尽可能地避免机电开关元件。
[0063]
与现有技术相比，从馈入单元到中间电路的能量流受到监视。关断进入到驱动系统中的能量流是通过馈入单元中的特别是非冗余开关来实现地，即，特别是通过被构造为受控三相桥(b6c)的整流器电路的晶闸管来实现。通过关断能量流并结合对能量流的监视，调节装置仍然可以被受控地调节，而不是仅被关断。相对于现有技术的优点在于：可以是驱动系统更快地并根据运行情况加以调整地停止。
[0064]
对能量流的关断是在馈入单元上进行。通过中间电路中的测量装置监视能量流到达零或一定义的阈值。该监视可以通过测量装置在输出电流(hinstrom)或返回电流(r
ü
ckstrom)中进行，或者在两者中同时进行。当从馈入单元到中间电路的能量流为零时，驱动系统仍然可以由调节装置利用中间电路的剩余能量被受控地调节。
[0065]
测量装置可以在连续运行中被持续地监视，因为能量流在此是被连续地检测。因此，可以持续地核实测量装置的可操作性。如果通过测量装置确定馈入单元没有正确地将能量流从供电系统中分离出来，则仍然可以通过逆变器电路上的第二调节装置将其直接关断。
[0066]
对直流电压中间电路的连接到整流器电路的电路中的电流流动的监视可以通过在该电路的将整流器电路与直流电压中间电路连接的两个线路(leitung)之一中进行单次(einfache)电流测量来实现。
[0067]
该电流测量可以例如通过一个或多个与该电路电流分离的电流传感器或者通过一个或多个连接到该电路的测量电阻(分流器)进行。电流传感器或者一个或多个测量电阻在此可以连接到执行监视和/或评估的控制装置。
[0068]
替代地，对直流电压中间电路的连接到整流器电路的电路中的电流流动的监视可以通过双重电流测量冗余地进行，更确切地说，不仅在该电路的将整流器电路与直流电压中间电路连接的线路(输出线路)中进行，而且在电路的将整流器电路与直流电压中间电路连接的另一个线路(返回线路)中进行。
[0069]
该就此而言为冗余的电流测量可以例如通过两个或更多个与电路电流分离的电流传感器或者通过两个或更多个连接到电路的测量电阻(分流器)进行。在此，电流传感器和/或测量电阻也可以选择性地多样化设计。例如，可以提供电流传感器和测量电阻用于冗余电流测量。
[0070]
在该方法的所有实施方式变型中，在变频器的连续运行中，对直流电压中间电路的与整流器电路连接的电路的电流流动的监视也可以在运行性操控伺服电机期间与停止信号的存在无关地进行。这种在运行性操控伺服电机期间与停止信号的存在无关的监视可以间歇地执行，即，以离散的时间间隔进行，特别是以均匀的时间间隔进行。替代地，这种在运行性操控伺服电机期间与停止信号的存在无关的监视可以连续地、即无中断地或持久地进行。
[0071]
通过在变频器的连续运行中、也是在运行性操控伺服电机期间与停止信号的存在无关地执行对直流电压中间电路的与整流器电路连接的电路的电流流动的监视，能够在电流传感器和/或测量电阻上执行连续的可信度测试。因此，在运行性操控至少一个伺服电机时，可以确定当前操控所需或者必需的电能，并由此推导出当前所需的电流作为其标称值，并将其与电流传感器和/或测量电阻所检测到的电流值进行比较。如果所测得的电流值与预期电流值的偏差超过可容许的差异，则可以判断电流测量发生故障，特别是判断电流传感器和/或测量电阻发生故障。结果是，可以连续地检查监视或电流测量的可靠性，并在发生故障时，即使尚未触发停止功能，也能进入安全状态。
[0072]
直流电压中间电路中的输出线路中的电流强度的数值可以与直流电压中间电路中的返回线路中的电流强度的数值直接比较相同(auf gleichheit)，或者可以将通过对直流电压中间电路的与整流器电路连接的电路的电流流动的监视所检测到的电流变化曲线与用于变频器的操控信号进行比较，和/或与逆变器电路和伺服电机之间的电流和/或电压变化曲线进行比较，其中，从该比较可以得出有关执行监视的电性组件的功能性信息。在一种优选的监视方式中，可以将直流电压中间电路中的输出线路中的电流强度的数值与直流电压中间电路中的返回线路中的电流强度的数值直接比较相同。
[0073]
该执行监视的电性组件可以例如是与电路电流分离的电流传感器或者是连接到电路的测量电阻(分流器)。
[0074]
根据本发明的目的还通过一种用于通过变频器控制至少一个伺服电机的控制装置来实现，该控制装置具有：检测装置，用于检测变频器的直流电压中间电路的与变频器的整流器电路连接的电路中的电流和/或电压变化曲线；信号输入端，用于接收控制伺服电机的机器控制器的停止信号；第一信号输出端，用于操控变频器的第一开关装置，该第一开关装置被构造为，在其接通状态下将来自整流器电路的电能馈送到直流电压中间电路，并且
在其关断状态下将直流电压中间电路与整流器电路电性分离，使得电能不能从整流器电路进入到直流电压中间电路；以及第二信号输出端，用于操控变频器的第二开关装置，该第二开关装置被构造为，在其接通状态下向伺服电机馈送来自逆变器电路的电能，并且在其关断状态下将伺服电机与逆变器电路电性分离，使得电能不能从逆变器电路进入到伺服电机，其中，该控制装置被构造为，执行根据本发明的一个或更多个所述实施方式的方法。
[0075]
该控制装置可以具有包括至少一个电流传感器的检测装置，其中该检测装置被构造为，在电路的将整流器电路与直流电压中间电路连接的两个线路之一中执行单次电流测量。
[0076]
该检测装置可以例如接收、即采集一个或多个与电路电性分离的电流传感器的测量值或一个或多个连接到电路的测量电阻(分流器)的测量值。一个或多个电流传感器或者一个或多个测量电阻在此可以连接到该控制装置，该控制装置执行监视和/或评估。
[0077]
控制装置可以具有包括两个电流传感器的检测装置，其中该检测装置被构造为，不仅在电路的将整流器电路与直流电压中间电路连接的一条线路中，而且还在电路的将整流器电路与直流电压中间电路连接的另一线路中，冗余地和/或多样化地执行双重电流测量。
[0078]
该就此而言被冗余构造的检测装置可以例如接收、即采集两个或更多个与电路电性分离的电流传感器的测量值或两个或更多个连接到电路的测量电阻(分流器)的测量值。电流传感器和/或测量电阻在此可以连接到控制装置，该控制装置执行监视和/或评估。在此，电流传感器和/或测量电阻还可以被可选地多样化设计。例如，可以提供电流传感器和测量电阻用于冗余的电流测量。
[0079]
在示例性机器人臂的应用情况下，机器人臂可以具有多个关节和多个节肢，所述节肢可以通过机器人臂的关节的运动相对于彼此调节。在此，每个关节可以配属有自己的伺服电机。这些伺服电机中的每一个都被构造为，调节配属于其的机器人臂的关节，更确切地说通过伺服电机的自动操控。机器人臂可以为此具有控制装置，该控制装置被构造用于自动操控机器人臂的伺服电机，以便使机器人臂的节肢通过关节的驱动运动而自动地相对于彼此调节。
[0080]
每个关节并因此使得配属于每个关节的每个伺服电机运动一运动学系统，所述运动学系统分别由在机器人臂的运动链中安装在伺服电机上游的远端侧运动学子系统形成。因此，在运动学链中布置在较近端的伺服电机(机器人臂的基轴的伺服电机)通常必须以比布置在较远端的伺服电机(机器人臂的手轴的伺服电机)更高的动能被制动。然而，根据机器人臂的关节的姿势，在任意时间点上可以对另一伺服电机加载以当前最高的制动载荷。因此，例如可能会出现这样一种情况：即，刚好反作用于重力向上运动的基础关节应该被制动，并且制动力因此主要由重力提供，并且相关的伺服电机因此不承受特定的电性制动载荷。另一方面，机器人臂的较轻的手部关节可能恰好沿重力方向运动，因此在制动时必须附加地通过伺服电机反作用于起作用的重力加速度，并且配属于该较轻手部关节的伺服电机因此会承受特别高的电性制动载荷。
[0081]
因此，根据本发明的目的还通过一种机器人来实现，该机器人具有：机器人臂，其具有多个关节和多个节肢，所述节肢通过机器人臂的关节的运动可相对于彼此调节，其中至少一个关节配属有伺服电机，该伺服电机被构造为，调节该至少一个关节，并且是通过伺
服电机的自动操控来调节；以及机器人控制器，其被构造用于自动操控机器人臂的至少一个伺服电机，以通过对关节的驱动运动使机器人臂的节肢相对于彼此调节，其中机器人控制器包括根据本发明的如前面一种或多种实施方式所述的控制装置，或者与根据前面一种或多种实施方式所述的控制装置控制技术地连接。
[0082]
所述至少一个伺服电机可以特别是永磁励磁同步电机。
[0083]
控制装置可以被构造为机器人控制器的一部分。然而，替代地，控制装置也可以被构造为单独的控制单元，其例如借助于通信连接与机器人控制器协同作用。该控制装置特别是被设计用于操控变频器，该变频器包括：可连接到交流电压网络的整流器电路；在连接到交流电压网络的状态下由交流电压网络馈电的直流电压中间电路，该直流电压中间电路具有中间电路电容器和能够通过直流电压中间电路的制动斩波器连接和断开的制动电阻；以及至少一个由直流电压中间电路馈电的逆变器电路，该逆变器电路具有可控的功率半导体开关。
[0084]
根据本发明的目的还通过一种计算机程序产品来实现，其具有机器可读的载体，在该载体上存储有程序代码，该程序代码可以由根据本发明的一种或多种实施方式所述的控制装置读取，并且该程序代码将控制装置构造和/或设计为，当程序代码由控制装置执行时，执行根据本发明的一种或多种实施方式所述的方法。
[0085]
计算机程序产品可以例如是cd、dvd或u盘。计算机程序产品也可以是集成有微处理器的控制卡。然而，计算机程序产品也可以是能够通过互联网或其它网络提供和销售的下载的形式实现。
[0086]
因此，机器可读的载体可以是cd、dvd或其上存储有程序代码的微处理器。机器可读的载体也可以是已例如通过下载、特别是以数据包的形式下载了程序代码的硬盘或ssd驱动器。
[0087]
程序代码可以由存储在机器可读载体上的编辑过的程序和/或数据来表示。
[0088]
通过读取编辑的程序和/或数据，将读取的控制装置构造和/或设计为，能够执行根据本发明的方法。
[0089]
当控制装置实际上相应地执行程序代码、即经编辑的程序和/或实际上相应地处理数据时，执行根据本发明的方法。
附图说明
[0090]
下面将参照附图对本发明的具体实施例进行详细说明。这些示例性实施例的具体特征可以根据需要单独或组合地考虑为本发明的一般性特征，而与这些特征在上下文中哪里被提及无关。其中：
[0091]
图1示出了本发明的示例性方法的流程图，
[0092]
图2示出了示例性工业机器人的侧视图，其包括具有节肢、关节和伺服电机的机器人臂和机器人控制器，机器人控制器被构造为执行根据本发明的方法，
[0093]
图3示意性示出了示例性变频器的电路图，该变频器具有示例性的单一伺服电机和由整流器电路的晶闸管实现的第一开关装置，
[0094]
图4示意性示出了一变型的变频器的电路图，其具有伺服电机和与整流器电路分离的第一开关装置以及与逆变器电路分离的第二开关装置，以及
[0095]
图5示意性示出了一示例性变型的变频器的电路图，其具有两个或更多个伺服电机，这些伺服电机例如根据图3连接到共用的直流电压中间电路。
具体实施方式
[0096]
在图1中示意性示出了根据本发明的通过变频器1(图3、图4)控制至少一个伺服电机m的示例性方法的流程图。
[0097]
如图3和图4中所示，变频器1可以包括：
[0098]
连接到交流电压网络2的整流器电路3；能够由整流器电路3馈电的直流电压中间电路4；第一开关装置21，其被构造为，在其接通状态下将来自整流器电路3的电能馈送给直流电压中间电路4，并且在其关断状态下将直流电压中间电路4与整流器电路3电性分离，使得电能不能从整流器电路3进入到直流电压中间电路4；至少一个能够从直流电压中间电路4馈电的逆变器电路7，其具有可操控的功率半导体开关s1-s6，用于电操控伺服电机m、m1-m6；以及第二开关装置22，其被构造为，在其接通状态下将来自逆变器电路7的电能馈送给伺服电机m、m1-m6，并且在其关断状态下使伺服电机m、m1-m6与逆变器电路7电性分离，使得电能不能从逆变器电路7进入到伺服电机m、m1-m6。
[0099]
直流电压中间电路4可以具有中间电路电容器5和能够通过直流电压中间电路4的制动斩波器s7连接和断开的制动电阻6。
[0100]
如图1所示，根据本发明的方法包括以下步骤：
[0101]
在第一步骤st1中，对直流电压中间电路4的与整流器电路3连接的电路的电流流动进行监视。
[0102]
当出现停止信号时，在第二步骤st2中关断第一开关装置，以便将直流电压中间电路4与整流器电路3电性分离。
[0103]
如果在关断第一开关装置之后通过监视确定在直流电压中间电路4的与整流器电路3连接的电路中没有电流流动，则在第三步骤st3中，通过操控逆变器电路7的功率半导体开关s1-s6以发电性制动运行的方式或者通过短路制动来制动伺服电机m、m1-m6，以降低伺服电机m、m1-m6的转速。
[0104]
相反，如果在关断第一开关装置之后通过监视确定在直流电压中间电路4的与整流器电路3连接的电路中有电流流动，则替代于第三步骤st3地，在第四步骤st4中关断第二开关装置，以便将逆变器电路7与伺服电机m、m1-m6电性分离。
[0105]
图2示出了工业机器人8，其具有机器人臂9和机器人控制器10。在本发明实施例的情况下，机器人臂9包括多个彼此相继布置并通过关节l1至l6可转动相互连接的节肢g1至g7。
[0106]
工业机器人8具有机器人控制器10，该机器人控制器被构造为执行机器人程序并使机器人臂9的节肢g1-g7和关节l1-l6自动运动。所述多个节肢g1-g7之一形成机器人臂9的末端节肢(g7)，该末端节肢具有工具法兰11。
[0107]
工业机器人8的机器人控制器10被构造或设计为执行机器人程序，通过该机器人程序，机器人臂9的关节l1至l6可以根据机器人程序自动化或者在手动引导中自动地调节或转动运动。为此，机器人控制器10与可操控的电驱动器，即伺服电机m1至m6，相连接，这些伺服电机被构造为调节机器人臂9的各个关节l1至l6。
[0108]
在本发明实施例的情况下，节肢g1至g7包括机器人基座13和相对于机器人基座13围绕竖直延伸的轴a1可转动安装的转盘14。机器人臂9的其它节肢包括摇臂15、悬臂16和优选为多轴的机器人手17，该机器人手具有被构造为工具法兰11的紧固装置用于紧固工具。摇臂15在下端部上，即在摇臂15的关节l2(也可称为摇臂轴承头)上，围绕优选为水平的转动轴a2可枢转地安装在转盘14上。
[0109]
在摇臂15的上端部上，在摇臂15的第一关节l3上，又围绕同样优选为水平的轴a3可枢转地安装有悬臂16。该悬臂在端侧以其优选为三个的转动轴a4、a5、a6承载机器人手。关节l1至l6可以由机器人控制器10通过相应的伺服电机m1至m6之一以程序控制的方式驱动。为此，伺服电机m1至m6配属有根据本发明的变频器1，如图3和图4中所示。机器人控制器10和/或相关的单独控制装置可以被构造为执行根据本发明方法中的一种或多种。
[0110]
变流器1，即图3、图4和图5中所示的变频器1a，可以连接到交流电压网络2a。交流电压网络2a可以是例如50赫兹的三相交流电压网络。它可以特别是被配置为tn系统。
[0111]
如果变频器1a连接到电网2，即连接到交流电压网络2a，则其输入电路3，即整流器电路3a，可以将从交流电压网络2馈送的交流电压转换成相应的直流电压。该直流电压随后被供应给直流电压中间电路4。此外，在所示出的实施例中，直流电压中间电路4还配设有中间电路电容器5和可通过直流电压中间电路4的制动斩波器s7连接和断开的制动电阻6。
[0112]
在直流电压中间电路4上连接有至少一个由直流电压中间电路4馈电并具有可操控的功率半导体开关s1至s6的逆变器电路7。
[0113]
在图3和图4所示的实施例中，只有单个逆变器电路7被连接到直流电压中间电路4上。该单个逆变器电路7为单个伺服电机m供电。
[0114]
在图5所示实施例的情况下，有多个逆变器电路7连接到直流电压中间电路4。该多个逆变器电路7分别向图4所示的多个伺服电机m1至m6之一供电。在图5中，为了便于说明，仅完整地示出了两个逆变器电路7和两个伺服电机m1和m2。虚线箭头和标记m3-m6表示多个其他的伺服电机m3、m4、m5和m6以及其他的逆变器电路7，它们全部连接到共用的直流电压中间电路4。
[0115]
在图2所示的示例性工业机器人8的情况下，例如可以为机器人臂9的六个关节l1至l6的六个伺服电机m1至m6提供总共六个逆变器电路7。
[0116]
在所示实施例的情况下，对直流电压中间电路4的连接到整流器电路3a的电路的电流流动的监视或者通过在将整流器电路3a与直流电压中间电路4相连接的电路的第一线路23中的简单电流测量来进行，或者对直流电压中间电路4的连接到整流器电路3a的电路的电流流动的监视通过双重电流测量冗余地进行，更确切地说，不仅在将整流器电路3a与直流电压中间电路4相连接的电路的第一线路23中进行电流测量，而且还在将整流器电路3与直流电压中间电路4相连接的电路的第二线路24中进行电流测量。
[0117]
检测装置25包括电流传感器26.1，其中检测装置25被构造为，在电路的将整流器电路3a与直流电压中间电路4相连接的两个线路23、24之一中执行单次电流测量。
[0118]
然而，检测装置25也可以具有两个电流传感器26.1，26.2，其中检测装置25被构造为，不仅在将整流器电路3a与直流电压中间电路4相连接的电路的第一线路23中，而且还在将整流器电路3与直流电压中间电路4相连接的电路的第二线路24中，冗余地和/或多样化地执行双重电流测量。
[0119]
根据图3和图5的实施例，变流器1被构造为变频器1a，电网2是交流电压网络2a，并且输入电路3被构造为整流器电路3a。
[0120]
在第一方法步骤中，对直流电压中间电路4的与整流器电路3a连接的电路的电流流动进行监视；在出现停止信号时，关断第一开关装置21、21b，以结束从交流电压网络2a对直流电压中间电路4的供电。如果在关断第一开关装置21、21b之后通过监视确定在直流电压中间电路4的与整流器电路3a连接的电路中没有电流流动，则通过操控逆变器电路7的功率半导体开关s1-s6以发电性制动运行的方式或者通过短路制动来制动伺服电机m、m1-m6，以便降低伺服电机m、m1-m6的转速。相反，如果在关断第一开关装置21、21b之后通过监视确定在直流电压中间电路4的与整流器电路3a连接的电路中有电流流动，则关断第二开关装置22、22b，以便停止将电能从直流电压中间电路4馈送到伺服电机m、m1-m6。在此，第一开关装置21由整流器电路3a的晶闸管21b形成，并且第二开关装置22b由逆变器电路7的功率半导体开关s1-s6形成。整流器电路3a的晶闸管21b例如通过控制装置27的第一信号输出端sa1来操控。逆变器电路7的功率半导体开关s1-s6例如通过控制装置27的第二信号输出端sa2来操控。
[0121]
在根据图4的实施例中，第一开关装置21由单独的开关21a形成，并且第二开关装置22由单独的开关22a形成。第一开关装置21或者说第一开关装置21和21a、以及第二开关装置22或者说第二开关装置22和22a、以及检测装置25或者说电流传感器26.1和/或26.2被连接到控制装置27，该控制装置执行监视。
[0122]
控制装置27和/或机器人控制器10被相应地设置为，通过变频器1根据本发明地控制至少一个伺服电机m、m1-m6，具有：检测装置25，用于检测变频器1a的直流电压中间电路4的与变频器1的整流器电路3a连接的电路中的电流和/或电压变化曲线，特别是通过来自电流传感器26.1和/或电流传感器26.2的第二信号输入端se2；第一信号输入端se1，用于接收控制伺服电机m、m1-m6的机器控制器(例如，机器人控制器10)的停止信号；第一信号输出端sa1，用于操控变频器1a的第一开关装置21a，其被构造为，在其接通状态下将来自整流器电路3a的电能馈送到直流电压中间电路4，并且在其关断状态下将直流电压中间电路4与整流器电路3a电性分离，使得电能不能从整流器电路3a进入到直流电压中间电路4；以及第二信号输出端sa2，用于操控变频器1a的第二开关装置22a，其被构造为，在其接通状态下将来自变频器1a的逆变器电路7的电能馈送到伺服电机m、m1-m6，并且在其关断状态下将伺服电机m、m1-m6与逆变器电路7电性分离，使得电能不能从逆变器电路7进入到伺服电机m、m1-m6，其中控制装置27被构造为执行该方法。