DE102015005198B4

DE102015005198B4 - Bremsantriebssteuervorrichtung mit Regelwidrigkeitsdetektion

Info

Publication number: DE102015005198B4
Application number: DE102015005198.9A
Authority: DE
Inventors: Yoshikiyo Tanabe; Yoshiki Hashimoto
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-04-30
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2035-04-24
Also published as: JP5860093B2; CN105048884B; US20150316111A1; US9598064B2; DE102015005198A1; JP2015211609A; CN105048884A

Abstract

Bremsantriebssteuerschaltung (11; 12; 15) mit einer Mehrzahl von Halbleiterschaltungen (Tr1, Tr2), welche Antriebssignale an eine Bremse (B; 3; B1 bis B6) Ein-/Ausstellen können, die mit einem Servomotor versehen ist, wobeidie genannten Halbleiterschaltungen (Tr1, Tr2) mit der Bremse (B; 3; B1 bis B6) in Reihe geschaltet sind,eine Mehrzahl von Steuereinrichtungen (CPU1, CPU2) vorgesehen sind, welche Bremssignale (BS1, BS2) erzeugen, welche die Halbleiterschaltungen (Tr1, Tr2) unabhängig ein-/ausschalten können und jeweils an die Mehrzahl von Halbleiterschaltungen (Tr1, Tr2) angeschlossen sind,eine Detektionsschaltung (D; 5) vorgesehen ist, die das Anlegen einer Spannung an der Bremse (B; 3; B1 bis B6) detektiert und parallel zur Bremse (B; 3; B1 bis B6) geschaltet ist,die Mehrzahl von Steuereinrichtungen (CPU1, CPU2) jeweils mit einer Testpulserzeugungsfunktion versehen ist, welche Testpulse in die genannten Bremssignale (BS1, BS2) einführen, welche die Halbleiterschaltungen (Tr1, Tr2) praktisch unverzögert ausschalten,die genannten Steuereinrichtungen (CPU1, CPU2) die Bremssignale (BS1, BS2), welche bei Eingriff der Bremse (B; 3; B1 bis B6) alle genannten Halbleiterschaltungen (Tr1, Tr2) ausschalten, zu den genannten Halbleiterschaltungen (Tr1, Tr2) übertragen, und die genannten Bremssignale (BS1, BS2), welche alle genannten Halbleiterschaltungen (Tr1, Tr2) einschalten bei Freigabe der Bremse (B; 3; B1 bis B6) zu den genannten Halbleiterschaltungen übertragen,die Mehrzahl der genannten Testpulserzeugungsfunktionen die Testpulse in die Bremssignale (BS1, BS2) beim Freigeben der Bremse einführen, ohne dass die Testpulse eine Wirkung haben bezüglich einer Freigabe der Bremse, unddie genannte Detektionsschaltung (D; 5) eine Fehlfunktion der genannten Halbleiterschaltungen (Tr1, Tr2) durch Prüfung der Testpulse bei Freigabe der Bremse detektiert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Bremsantriebssteuerschaltung mit einer Mehrzahl von Halbleiterschaltungen.
Zum Stand der Technik
Die Achsen eines Roboters steuernde Servomotoren sind mit elektromagnetischen Bremsen ausgerüstet. Die elektromagnetischen Bremsen halten die Stellung des Roboters bei einem Notstopp der Servomotoren; sie werden eingesetzt zum Verkürzen des Bremsweges wenn die Servomotoren einen Notstopp ausführen.
Zur Reduzierung des Energieverbrauchs des Roboters wurde in jüngerer Zeit mit der Robotersteuerung gezielt in die elektromagnetische Bremse eingegriffen, um den Leistungsverbraucht zum Halten der Stellung des Roboters zu vermeiden auch wenn der Roboter im Betrieb zeitweise anhält.
Kommt es bei den elektromagnetischen Bremsen bei zeitweisem Anhalten des Roboters zu einem Eingriff/Freigabe (der Bremse) in dieser Art, steigt die Anzahl der Eingriffe/Freigaben der elektromagnetischen Bremse stark an. Wird die Bremsenantriebssteuerschaltung durch Relais oder andere Kontaktelemente gebildet, erreicht die Bremsantriebssteuerschaltung schnell das Ende ihrer Lebenszeit. Deshalb muss die Bremsenantriebssteuerschaltung für einen hochfrequenten Betrieb mit sehr häufigem Eingriff/Freigabe der elektromagnetischen Bremsen auch dann, wenn der Roboter nur kurzzeitig gesteuert wird, aus Halbleiterelementen gebildet werden.
Bei Halbleiterschaltungen kann es aber zu Fehlfunktionen kommen aufgrund einer kurzzeitigen Überspannung oder von Kurzschlüssen oder dergleichen oder es können auch Fehlfunktionen auftreten aufgrund von Kurzschlüssen am Ausgang aufgrund defekter Komponenten. Bei Kurzschlüssen am Ausgang kommt die Bremse in einen Freigabezustand (die Bremse wird unwirksam) während sich der Roboter im Zustand eines Notstopps befindet. Es ist dann nicht mehr möglich, die Stellung des Roboters zu halten und es entsteht eine gefährliche Situation. Aus diesem Grunde ist es absolut notwendig, schon einen einzigen Fehler im Bremskreis zu detektieren und die Bremse normal wirksam zu halten, auch wenn eine Fehlfunktion auftritt.
Angesichts dessen beschreibt die japanische Patentveröffentlichung 2006-123118 A eine Bremsantriebssteuerschaltung 10 gemäß 1A, welche eine Halbleiterfehlfunktion in einem Bremsschaltkreis detektieren kann. Die Bremsantriebssteuerschaltung 10 gemäß der japanischen Patentveröffentlichung 2006-123118 A wird durch zwei Halbleiterschaltungen Tr1 und Tr2, eine Bremse B mit einem dazu parallel geschalteten Stromstoßabsorber SA und einer Detektionsschaltung D gebildet. Die zwei Halbleiterschaltungen Tr1 und Tr2 sind über den Detektionskreis D zwischen der Stromversorgung und Masse (0V) in Reihe geschaltet. Die Kontaktpunkte C1 und C2 zwischen den beiden Halbleiterschaltelementen Tr1 und Tr2 der Detektionsschaltung D sind an die beiden Enden der Bremse B angeschlossen. Die zwei Halbleiterschaltelemente Tr1 und Tr2 schalten ein, wenn Bremssignale BS1 und BS2 eingegeben werden. Weiterhin hat die Detektionsschaltung D beispielsweise einen Fotokoppler und gibt ein Detektionssignal DS wenn Spannung an die Bremse B angelegt wird.
1B zeigt den Betrieb der Detektionsschaltung D wenn die zwei Halbleiterschaltungen Tr1 und Tr2 normal arbeiten. In der Testperiode wird ein hochpegeliges Bremssignal BS1 bzw. BS2 in nur eines der beiden Halbleiterschaltelemente Tr1 und Tr2 eingegeben. Dabei ist das andere Halbleiterschaltelement ausgeschaltet, sodass kein Strom zur Detektionsschaltung D fließt und die Detektionsschaltung D kein Detektionssignal DS abgibt. Bei Freigabe der Bremse (in der Figur bezeichnet als „Bremsenfreigabe“) werden hochpegelige Bremssignale BS1 und BS2 gleichzeitig in die beiden Halbleiterschaltungen Tr1 und Tr2 eingegeben. Dann sind die beiden Halbleiterschaltungen Tr1 und Tr2 beide eingeschaltet, sodass Strom zur Detektionsschaltung D fließt und ein hochpegeliges Detektionssignal DS von der Detektionsschaltung D abgegeben wird.
1C zeigt den Betrieb der Detektionsschaltung D bei Auftreten einer Regelwidrigkeit (Fehler) bei einer der beiden Halbleiterschaltungen Tr1 und Tr2, wie zum Beispiel einem Kurzschluss an der Halbleiterschaltung Tr1. Wenn in der Testperiode das Bremssignal BS1 nur in die eine Halbleiterschaltung Tr1 eingegeben wird, ist die Halbleiterschaltung Tr2 normalerweise ausgeschaltet, sodass kein Strom zum Detektionskreis D fließt. Das Detektionssignal DS wird nicht von dem Detektionskreis D abgegeben. Andererseits wenn das Bremssignal BS2 nur in die Halbleiterschaltung Tr2 eingegeben wird, ist die Halbleiterschaltung Tr1 bei Normalzustand ausgeschaltet, sodass kein Strom in den Detektionskreis D fließt, wohingegen bei einem Fehler (Regelwidrigkeit) an der Halbleiterschaltung Tr1 Strom zur Detektionsschaltung D fließt.
Aufgrund dieses Aufbaus fließt dann, wenn eine der beiden Halbleiterschaltungen Tr1 und Tr2 fehlerhaft ist und einen Kurzschluss hat während der Testperiode ein Strom zur Detektionsschaltung D, sodass ein Alarm abgegeben werden kann zur Unterrichtung des Fehlers an den Halbleiterschaltungen Tr1 bzw. Tr2 und es kann die Stromversorgung für die Bremsantriebssteuerschaltung 10 unterbrochen werden. Wird die Stromversorgung der Bremsantriebssteuerschaltung 10 unterbrochen, fließt kein Strom mehr in die Bremse B und die Bremse ist in Betrieb. Auf diese Weise ist es gemäß der japanischen Patentveröffentlichung 2006-123118 A möglich, zu verhindern, dass die Bremse aufgrund eines einzigen Fehlers in einem Schaltelement nicht mehr angezogen werden kann und es ist somit möglich, die Sicherheit beim Steuern der Bremse zu verbessern.
Allerdings wird die Bremsschaltung bei der japanischen Patentveröffentlichung 2006-123118 A auf eine Fehlfunktion nur ein Mal in der Testperiode unmittelbar vor Freigabe der Bremse gemäß 1B durch die Bremsantriebssteuerschaltung 10 geprüft. Die Bremsschaltung kann nicht bei dem nachfolgenden Betrieb geprüft werden. Deshalb ist es für eine erneute Prüfung der Bremsschaltung erforderlich, den Betrieb des Roboters zu stoppen und die Stromversorgung bezüglich der Bremsantriebssteuerschaltung 10 auszuschalten. Wird die Bremse über längere Zeiten nicht geprüft, besteht die Wahrscheinlichkeit, dass ein einziger Fehler sich zu einem Doppelfehler ausweitet und deshalb die Bremse nicht weiter regelgerecht arbeitet. Wird eine hohe Zuverlässigkeit der Bremsantriebssteuerschaltung 10 gefordert oder muss der Roboter über längere Zeiträume kontinuierlich arbeiten, ist es erforderlich, die Bremsenantriebssteuerschaltung 10 während des Betriebs des Roboters zu prüfen, jedoch ist dies nicht möglich mit der Bremsantriebssteuerschaltung 10 gemäß der japanischen Patentveröffentlichung 2006-12318 A.
Der Stand der Technik gemäß der DE 10 2013 010 406 A1 , der JP 2006 - 123118 A und der DE 10 2013 109897 A1 detektiert eine Fehlfunktion von Halbleiterschaltungen durch Detektion von Testpulsen bei Freigabe der Bremse.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Bremsantriebssteuerschaltung, welche eine Prüfung derselben beim Betrieb des Roboters ermöglicht mit hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Bremsantriebssteuerschaltung und/oder bei einem lang andauernded Betrieb eines Roboters über eine längere Zeitspanne.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Figurenliste
Die Erfindung wird noch deutlicher durch die nachfolgende Beschreibung mit Blick auf die Figuren.

1A ist ein Schaltkreis einer Bremsenantriebssteuerschaltung gemäß der japanischen Patentveröffentlichung 2006-123118 A.
1B zeigt die Wellenform bei einem Bremssignal mit normaler Periode und ein Detektionssignal in einer Antriebssteuerschaltung gemäß 1A.
1C zeigt Wellenformen bei regelwidrigem Verlauf des Brems- und Detektionssignals in der Bremsenantriebssteuerschaltung gemäß 1A.
2 zeigt einen Schaltkreis einer Bremsenantriebssteuerschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3A zeigt Wellenformen von Bremssignal, Detektionssignal und Überwachungssignal in einer Bremsenantriebssteuerschaltung gemäß 2 bei regelgerechtem Verlauf.
3B zeigt den wellenförmigen Verlauf von Bremssignal, Detektionssignal und Überwachungssignal bei einer regelwidrig verlaufenden Bremsperiode in einer Bremsenantriebssteuerschaltung gemäß 2.
4 zeigt ein Schaltbild einer Bremsantriebssteuerschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
5 ist ein Schaltbild mit Darstellung des Stromflusses zur Zeit des Testens der Bremsantriebssteuerschaltung gemäß 4.
6 zeigt eine Schaltung mit dem Stromfluss zum Zeitpunkt des Testens der Bremsenantriebssteuerschaltung gemäß 4.
7 zeigt eine Schaltung mit dem Stromfluss zur Zeit eines Notstopps bei einer Bremsenantriebssteuerschaltung gemäß 4.
8 ist eine Darstellung der zeitlichen Verläufe mit Steuerungssignalen bezüglich der Wellenformen des Bremssignals, des Detektionssignals, des Zustandes der Bremse, und des Überwachungssignals in einer Bremsenantriebssteuervorrichtung gemäß 4.
9A zeigt eine Anwendung der Bremsenantriebssteuerschaltung gemäß der Erfindung bei einem Mechanismus mit Doppelbremse als Beispiel.
9B zeigt eine Anwendung der Bremsenantriebssteuerschaltung gemäß der Erfindung bei einem anderen Beispiel einer Doppelbremse.
10 ist ein Schaltkreis einer Bremsenantriebssteuerschaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
11 zeigt über der Zeit Verläufe der Testpulse, des Überwachungssignals, des PWM-Signals und der wirksamen Spannung in einer Bremsenantriebssteuerschaltung gemäß 10.

BESCHREIBUNG IM EINZELNEN
Nachfolgend werden die beigefügten Figuren verwendet zur Erläuterung von Einzelheiten von Ausführungsbeispielen der Erfindung. Komponenten, welche entsprechenden Komponenten der Bremsenantriebssteuerschaltung 10 gemäß der japanischen Patentveröffentlichung 2006-123118 A gleichen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in 1A.
2 zeigt einen Schaltkreis einer Bremsenantriebssteuerschaltung 11 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Bremsenantriebssteuerschaltung 11 des ersten Ausführungsbeispieles hat zwei Halbleiterschaltungen Tr1 und Tr2, einen Stoßabsorber SA, eine Bremse B, eine Detektionsschaltung D, zwei Dioden D1, D2, einen Widerstand R, zwei digitale Ausgänge DO, und zwei Steuereinrichtungen CPU1 und CPU2. Die Bremse B und der Stoßabsorber SA sind parallel geschaltet; ein Anschluss C1 auf der Stromversorgungsseite ist mit einer Source der Halbleiterschaltungen Tr1 verbunden und ein Anschluss C2 auf der Massenseite ist mit einer Drain des Halbleiterschaltungen Tr2 verbunden. Die Detektionsschaltung D hat eine Diode D1, die zu ihr parallel geschaltet ist. Der Widerstand R und die Diode D2 sind in Reihe geschaltet, das andere Ende des Widerstandes R ist mit der Detektionsschaltung D verbunden, und eine Anode der Diode D2 ist mit der Source der Halbleiterschaltungen Tr1 verbunden. Die Halbleiterschaltungen Tr1 und Tr2 werden eingeschaltet wenn die Bremssignale BS1 und BS2 in die Gates (Basen) eingegeben werden.
Die Steuereinrichtung CPU1 gibt ein Bremssignal BS1 ab. Dieses Bremssignal BS1 wird über einen digitalen Ausgang DO in das Gate der Halbleiterschalteinrichtung Tr1 eingegeben. Ähnlich gibt die Steuereinrichtung CPU2 ein Bremssignal BS2 ab. Dieses Bremssignal BS2 wird über den digitalen Ausgang DO in das Gate der Halbleiterschaltung Tr2 eingegeben. Die Detektionsschaltung D wird beispielsweise durch einen Fotokoppler realisiert. Sie gibt ein Überwachungssignal MS wenn Spannung an die Bremse B angelegt wird. Das Signal MS, welches vom Detektor ausgegeben wird, wird in die Steuereinrichtung CPU1 und in die Steuereinrichtung CPU2 eingegeben, wodurch die Steuereinrichtung CPU1 und die Steuereinrichtung CPU2 kreuzweise eine Überprüfung durchführen können. Angemerkt sei, dass die Funktion des digitalen Ausgangs DO in der Steuereinrichtung CPU1 bzw. der Steuereinrichtung CPU2 integriert sein kann.
3A zeigt Wellenformen bei normalem (regelgerechtem) Verlauf der Bremssignale BS1 und BS2 und des Überwachungssignal MS in der Bremsantriebssteuerschaltung 11 gemäß 2. In der Bremsantriebssteuerschaltung 11 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel werden vom digitalen Ausgang DO bei freigegebenem Zustand der Bremse (also ohne Bremseinwirkung), wenn die Steuereinrichtung CPU1 und CPU2 hochpegelige Signale abgeben, extrem kurze tiefpegelige Signale (nachfolgend „Testpulse“ genannt) alternierend abgegeben. Werden die Testpulse in die Halbleiterschaltungen Tr1 und Tr2 eingegeben, schalten diese für extrem kurze Zeitspannen aus. Arbeiten die Halbleiterschaltungen Tr1 und Tr2 beide normal und werden die Halbleiterschaltungen Tr1 und Tr2 für eine extrem kurze Zeit ausgeschaltet, erscheinen tiefpegelige Signale entsprechend den Testpulsen im Überwachungssignal MS, welches von der Detektionsschaltung D abgegeben wird. Dementsprechend wird es durch die Bestätigung der Aus-Zustände der Halbleiterschaltelemente Tr1 und Tr2 mittels des Überwachungssignals MS möglich, zu bestätigen, dass die Halbleiterschaltungen Tr1 und Tr2 keine Fehlfunktion aufweisen aufgrund von Kurzschlüssen.
Im Vergleich mit der Zeitspanne für eine Freigabe der Bremse (etwa mehrere Zehnereinheiten von ms) sind die Testpulse tiefpegelige Signale von extrem kurzer Zeitdauer (1 ms oder kürzer), sodass die Testpulse keine Wirkung haben bezüglich der Freigabe der Bremse, auch wenn dadurch die Halbleiterschaltelemente ausgeschaltet werden.
Dementsprechend besteht also keine Beeinträchtigung bezüglich der Freigabe der Bremse (keine Bremswirkung) und die Halbleiterschaltelemente können bezüglich Funktion/Fehlfunktion getestet werden. Die Bremsantriebssteuerungschaltung 11 wird betrieben und die Halbleiterschaltelemente werden auf Funktion/Fehlfunktion durch zwei unabhängige Steuereinrichtungen CPU1, CPU2 überprüft, sodass die Zuverlässigkeit der Bremsantriebssteuerschaltung 11 verbessert ist.
Die Zeitverlaufsdarstellung gemäß 3B zeigt den Fall, in dem zunächst die Halbleiterschaltungen Tr1 und Tr2 beide normal arbeiten, jedoch die Halbleiterschaltungen Tr1 aufgrund eines Kurzschlusses zu einem bestimmten Zeitpunkt im Freigabezustand der Bremse eine Fehlfunktion zeigt. Arbeiten die Halbleiterschaltelemente Tr1 und Tr2 beide normal, wie oben erläutert, und schalten beide für extrem kurze Zeitspannen aus, erscheinen die entsprechenden tiefpegeligen Signale gemäß den Testpulsen im Überwachungssignal MS, welches von der Detektionsschaltung D abgegeben wird.
Wenn andererseits beispielhaft bei der Halbleiterschaltung Tr1 eine Fehlfunktion aufgrund eines Kurzschlusses zu einem bestimmten Zeitpunkt bei freigegebener Bremse auftritt wird die Halbleiterschaltung Tr1 nicht ausschalten auch wenn Testpulse in der Halbleiterschaltung Tr1 eingegeben werden. Im Ergebnis erscheinen tiefpegelige Signale entsprechend den Testpulsen, welche von der Steuereinrichtung CPU1 ausgegeben werden, nicht in dem Überwachungssignal MS, welches von der Detektionsschaltung D ausgegeben wird. Somit ist es nicht möglich, über das Überwachungssignal MS den Aus-Zustand des Halbleiterschaltelementes Tr1 zu bestätigen und es wird somit möglich, festzustellen, dass beim Halbleiterschaltelement Tr1 eine Fehlfunktion aufgrund eines Kurzschlusses aufgetreten ist.
Bei der Bremsenantriebssteuerschaltung 11 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach 2 wird beim Testen dann, wenn die Halbleiterschaltelemente Tr1 und Tr2 ausgeschaltet sind, eine Stoßspannung von der Bremse B generiert, jedoch wird die so erzeugte Stoßspannung durch den Stoßabsorber SA absorbiert. Bei einem Roboter werden üblicherweise sechs Achsen eingesetzt. Die Stoßenergie der sechs Bremsen wird durch den Stoßabsorber SA für Strom und Spannung absorbiert.
4 zeigt ein Schaltbild einer Bremsantriebssteuerschaltung 12 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Bremsantriebssteuerschaltung 12 des zweiten Ausführungsbeispieles wird bei einem Roboter mit sechs Achsen eingesetzt. Sechs Bremsen B1 bis B6 sind vorgesehen. Grundsätzlich ist der Aufbau der Bremsantriebssteuerschaltung 12 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gleich dem der Bremsantriebssteuerschaltung 11 des ersten Ausführungsbeispieles gemäß 2, sodass gleiche Komponenten mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind und sich eine wiederholte Beschreibung erübrigt.
Der Unterschied zwischen der Bremsantriebssteuerschaltung 12 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und der Bremsantriebssteuerschaltung 11 nach dem ersten Ausführungsbeispiel liegt darin, dass der Verbindungspunkt C3 auf der Masseseite der sechs Bremsen B1 bis B6 über die Diode D3 zur Stromversorgung angeschlossen ist und der Verbindungspunkt C4 auf der Stromversorgungsseite über die Diode D4 an Masse angeschlossen ist. Die Diode D3 ist mit der Anode am Verbindungspunkt C3 angeschlossen, und zwar auf der Masseseite der sechs Bremsen B1 bis B6, und die Katode ist an die Stromversorgung angeschlossen. Die Diode D4 ist mit der Katode am Verbindungspunkt C4 auf der Stromversorgungsseite der sechs Bremsen B1 bis B6 angeschlossen, während ihre Anode mit Masse verbunden ist.
Nunmehr wird anhand der 5 bis 7 der Betrieb der Bremsantriebssteuerschaltung 12 des zweiten Ausführungsbeispieles nach 4 näher erläutert. 5 zeigt den Betrieb der Bremsantriebssteuerschaltung 12 wenn die Halbleiterschaltung Tr1 eingeschaltet ist und die Halbleiterschaltung Tr2 ausgeschaltet ist (Testperiode 1). Zur Zeit des Testes, wenn die Halbleiterschaltung Tr1 ein und die Halbleiterschalteinrichtung Tr2 durch eine Testpuls ausgeschaltet sind, fließt Strom durch die Diode D3 gemäß dem Pfeil, sodass die Stoßspannung vermieden werden kann.
6 zeigt den Betrieb der Bremsantriebssteuerschaltung 12 wenn die Halbleiterschaltung Tr1 aus - und die Halbleiterschaltung Tr2 eingeschaltet sind (Testperiode 2). Zur Zeit des Testes, wenn die Halbleiterschaltung Tr2 ein - und die Halbleiterschaltung Tr1 durch einen Testpuls ausgeschaltet sind, fließt Strom durch die Diode D4 gemäß dem Pfeil, sodass eine Stoßspannung vermieden werden kann.
7 zeigt den Betrieb der Bremsantriebssteuerschaltung 12 bei einem Notstop, bei dem die Halbleiterschaltung Tr1 und Tr2 beide ausgeschaltet sind. Die an den Bremsen B1 bis B6 erzeugte Spannung wird, wie der Pfeil anzeigt, durch den Stoßabsorber SA absorbiert, sodass es möglich ist, die Verzögerung beim Eingriff der Bremsen B1 bis B6 zu verkürzen und es weiterhin möglich ist, die Bremsen B1 bis B6 in sehr kurzer Zeit freizugeben (aus dem Eingriff zu entfernen).
Angemerkt sei, dass die Bremsantriebssteuerschaltung 12 des zweiten Ausführungsbeispieles beim Detektieren einer Fehlfunktion der Bremsantriebssteuerschaltung 12 eine der Halbleiterschaltungen einsetzt zum in Eingriff bringen der Bremsen, sodass das Ansprechverhalten der Bremsen sich verlangsamt, jedoch die Zeit für das Halten der Position verlängert wird, sodass es möglich ist, ein Absenken des Roboterarmes zu vermeiden. Diese Positionshaltesteuerung wird mit Blick auf 8 näher erläutert.
8 zeigt den zeitlichen Verlauf der Beziehung zwischen der Steuerung eines Motors und einer Bremse unter Verwendung der Bremsantriebssteuerschaltung 12 des zweiten Ausführungsbeispieles. Die Positionshaltesteuerung des Motors wird gestartet und sodann wird ein Befehl zum Freigeben der Bremse abgegeben. Deshalb wird auch dann, wenn eine Regelwidrigkeit in der Bremsantriebssteuerschaltung 12 auftritt, der Arm nicht nach unten fallen. Nachdem die Bremse außer Eingriff gebracht ist (freigegeben ist), und die Fehlerfreiheit der Bremsentriebssteuerschaltung 12 durch die beiden unabhängigen Steuereinrichtungen CPU1 und CPU1 bestätigt worden ist, wird der Betrieb des Roboters gestartet. Auch während des Betriebs des Roboters wird die Bremse periodisch getestet. Wird ein Fehler im Bremsenantriebssteuerschaltkreis 12 detektiert, erfolgt eine Positionshaltesteuerung und die Bremse ist zuverlässig in Eingriff; sodann wird die Positionshaltesteuerung gestoppt und ein Alarm-Stoppzustand wird eingeleitet.
Die 9A und 9B zeigen Ausführungsbeispiele der Anwendung einer Bremsenantriebssteuerschaltung 12 auf Mechanismen mit Doppelbremsen. Beim Ausführungsbeispiel nach 9A sind zwei mit der Bremsantriebssteuerschaltung 15 verbundene Bremsen 3 auf der Seite eines Motorkörpers 1 angeordnet, wo die Welle 2 vorsteht. Beim Ausführungsbeispiel nach 9B sind zwei Motorkörper 1 vorgesehen. Zwei Bremsen 3, welche beide mit der Bremsenantriebssteuerschaltung 15 verbunden sind, sind jeweils auf Seiten der Motorkörper 1 angeordnet, von denen Wellen 2 vorstehen. Die Wellen 2, welche von den beiden Motorkörpern 1 vorstehen, sind verknüpft und bilden eine Antriebswelle 4, welche ein Doppeldrehmoment erzeugt.
Bei diesen Ausführungsbeispielen werden die Bremsenantriebssteuerschaltungen 15, deren Aufbau im Einzelnen nicht wieder dargestellt zu werden braucht, laufend einer Testung unterworfen. Durch die Bremsantriebssteuerschaltungen 15 ist es möglich, die Sicherheit der Bremsen zu verbessern.
10 zeigt eine Bremsantriebssteuerschaltung 13 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Bremsantriebssteuerschaltung 13 ist in einen Servoverstärker eingebaut. Als Stromquelle wird eine Gleichstromquelle („DC-Anschluss“) einer inversen Transformationsschaltung des Servoverstärkers eingesetzt. Die Stromversorgung ist höher ausgelegt als die abgeschätzte Spannung der Bremse, sodass eine Pulsweitenmodulation (PWM)-Steuerung verwendet werden kann zum Umwandeln der Spannung in eine geeignete effektive Spannung. Bei der Bremsantriebssteuerschaltung 13 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist die Detektionsschaltung 5 einen Analogkreis auf (beispielsweise einen Betriebsverstärker). Das von der Detektionsschaltung 5 ausgegebene Überwachungssignal MS1 wird durch einen Tiefpassfilter LPF geführt und in die effektive Spannung umgewandelt, welche als Rückkoppelsignal (effektive Spannung, die an die Bremsspule angelegt wird) MS2 der PWM-Steuerung verwendet wird.
Die Halbleitersteuerschaltvorrichtung für die PWM-Steuerung kann die Gleiche sein wie die zweite Halbleitertung Tr2 der Bremsantriebssteuerschaltung 12 gemäß 4. Die zweite Halbleiterschaltung Tr2 wird durch das PWM-Signal gesteuert, welches durch die PWM-erzeugende I/F-Schaltung erzeugt wird. Das PWM-Signal schaltet periodisch ein/aus, sodass die zweite Halbleiterschaltung Tr2 nicht die Eingabe von Testpulsen erfordert.
Auch wenn das Halbleiterschaltung Tr2 für die PWM-Steuerung einen Kurzschluss erleidet und nicht mehr funktioniert, nimmt das Rückkoppelsignal MS2 einen anormal hohen Spannungswert an weil die Halbleiterschaltung Tr2 dauernd eingeschaltet ist und das Rückkoppelsignal wird durch die Spannungswertdetektionsschaltung 6 als anormal für die Bremsantriebssteuerschaltung 13 erkannt. Wird durch die Spannungswertdetektionsschaltung 6 die Anormalität (Fehlfunktion) der Bremsantriebssteuerung 13 detektiert, wird ein Alarmsignal AL von der Spannungswertdetektionsschaltung 6 in die Steuereinrichtung CPU2 gegeben. Bei der Bremsantriebssteuerschaltung 13 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird also die von der OP.AMP (Betriebsverstärker)-Schaltung 5 abgegebene effektive Spannung dauernd überwacht, sodass ein Test mittels Testpulsen nur in Bezug auf das erste Halbleiterschaltelement Tr1 erforderlich ist. In der Bremsantriebssteuerschaltung 13 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird der in die erste Halbleiterschaltung Tr1 eingegebe Testpuls an der Schnittstellenschaltung I/F erzeugt.
Wie 11 zeigt, wird dann, wenn der Testpuls in die erste Halbleiterschaltung Tr1 in der Zeitspanne mit für die PWM-Steuerung eingeschalteter zweiter Halbleiterschaltung Tr2 eingegeben wird, eine Prüfung so wie bei der Bremsantriebssteuerschaltung 12 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel möglich und durchgeführt.
Bei einem Notstop erfolgt durch Ausschalten des ersten Halbleiterschaltung Tr1 und der zweiten Halbleiterschaltung Tr2 für die PWM-Steuerung ein ähnlicher Vorgang wie bei der Bremsantriebssteuerschaltung 12 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Bei der Bremsantriebsteuerschaltung 13 des dritten Ausführungsbeispieles gemäß 10 ist kein Stoßabsorber für Spannung bzw. Strom beschrieben. Dies deshalb weil die Stoßspannung der Bremse B zum Gleichstromanschluss des Servoverstärkers rückgeführt wird und dieser Gleichstromanschluss mit einem extrem großen Kondensator versehen ist, sodass kein Stoßabsorber erforderlich ist.
Wie oben erläutert, erfolgt mit der vorliegenden Erfindung ein periodisches Testen der Bremsspannungssteuerschaltungen während diese betrieben werden. Im Vergleich zum Stand der Technik, wo die Prüfungen nur vor dem Betrieb möglich waren, wird dadurch die Sicherheit der Bremsantriebssteuerschaltungen verbessert.
Der Bremskreis enthält hauptsächlich eine Induktivitätskomponente, sodass eine Stoßspannung jedes Mal dann erzeugt wird, wenn der Bremskreis geschlossen wird. Wird durch den Aufbau der Schaltung die Stoßspannung eliminiert, wird das Ansprechverhalten der Bremse langsamer. Deshalb wird bei der periodischen Wiederholung des Testens die Stoßspannung unterdrückt, während bei einem Notstop eine Stoßspannung erzeugt wird zur Verkürzung der Bremsbetätigungszeit. Auch wenn eine Fehlfunktion in der Bremsantriebssteuerschaltung detektiert wird, wird der Brems-Freigabestrom unterbrochen mittels der „normalen“ Halbleiterschaltungseinrichtung der Bremsantriebssteuerschaltung. Auf diese Weise wird bei dem Testvorgang das Ansprechverhalten der Bremse langsamer, jedoch kann durch Einsatz der oben beschriebenen Positionshaltesteuerung verhindert werden, dass der Arm nach unten absinkt.
Mit der erfindungsgemäßen Bremsantriebssteuerschaltung wird es also möglich, die Bremsantriebssteuerschaltung während des Betriebs des Roboters zu prüfen.

Claims

Bremsantriebssteuerschaltung (11; 12; 15) mit einer Mehrzahl von Halbleiterschaltungen (Tr1, Tr2), welche Antriebssignale an eine Bremse (B; 3; B1 bis B6) Ein-/Ausstellen können, die mit einem Servomotor versehen ist, wobei die genannten Halbleiterschaltungen (Tr1, Tr2) mit der Bremse (B; 3; B1 bis B6) in Reihe geschaltet sind, eine Mehrzahl von Steuereinrichtungen (CPU1, CPU2) vorgesehen sind, welche Bremssignale (BS1, BS2) erzeugen, welche die Halbleiterschaltungen (Tr1, Tr2) unabhängig ein-/ausschalten können und jeweils an die Mehrzahl von Halbleiterschaltungen (Tr1, Tr2) angeschlossen sind, eine Detektionsschaltung (D; 5) vorgesehen ist, die das Anlegen einer Spannung an der Bremse (B; 3; B1 bis B6) detektiert und parallel zur Bremse (B; 3; B1 bis B6) geschaltet ist, die Mehrzahl von Steuereinrichtungen (CPU1, CPU2) jeweils mit einer Testpulserzeugungsfunktion versehen ist, welche Testpulse in die genannten Bremssignale (BS1, BS2) einführen, welche die Halbleiterschaltungen (Tr1, Tr2) praktisch unverzögert ausschalten, die genannten Steuereinrichtungen (CPU1, CPU2) die Bremssignale (BS1, BS2), welche bei Eingriff der Bremse (B; 3; B1 bis B6) alle genannten Halbleiterschaltungen (Tr1, Tr2) ausschalten, zu den genannten Halbleiterschaltungen (Tr1, Tr2) übertragen, und die genannten Bremssignale (BS1, BS2), welche alle genannten Halbleiterschaltungen (Tr1, Tr2) einschalten bei Freigabe der Bremse (B; 3; B1 bis B6) zu den genannten Halbleiterschaltungen übertragen, die Mehrzahl der genannten Testpulserzeugungsfunktionen die Testpulse in die Bremssignale (BS1, BS2) beim Freigeben der Bremse einführen, ohne dass die Testpulse eine Wirkung haben bezüglich einer Freigabe der Bremse, und die genannte Detektionsschaltung (D; 5) eine Fehlfunktion der genannten Halbleiterschaltungen (Tr1, Tr2) durch Prüfung der Testpulse bei Freigabe der Bremse detektiert.
Bremsantriebssteuerschaltung gemäß Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Bremssignalen (BS1, BS2) einzeln direkt oder über eine Kommunikationseinrichtung in eine Mehrzahl von gemultiplexte Steuereinrichtungen (CPU1, CPU2) eingebbar ist, welche kreuzweise arbeiten, die genannte Detektionsschaltung (D; 5) direkt oder über eine Kommunikationseinrichtung mit der Mehrzahl von gemultiplexten Steuereinrichtungen (CPU1, CPU2) verbunden ist, und jede der genannten Steuereinrichtungen (CPU1, CPU2) die Detektion einer Fehlfunktion der genannten Halbleiterschaltungen (Tr1, Tr2) durch die genannte Detektionsschaltung (D; 5) bestätigen kann.
Bremsantriebssteuerschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei Dioden (D3, D4) zwischen der genannten Bremse (B) und der Stromversorgung der Halbleiterschaltungen (Tr1, Tr2) geschaltet sind und ein Stoßabsorber (SA) parallel zu der Bremse (B) geschaltet ist, die genannten Dioden (D3, D4) eine Stoßspannung seitens der Bremse (B) beim Freigeben der Bremse (B) in einem Zustand absorbieren können, in dem eines der genannten Bremssignale (BS1, BS2) ausgeschaltet ist und das andere der genannten Bremssignale (BS1, BS2) eingeschaltet ist, und der Stoßabsorber (SA) eine Stoßspannung von der Bremse (B) absorbiert, sodass die Stoßspannung der Bremse (B) nicht zu den genannten Dioden (D3, D4) gelangt wenn die Bremssignale (BS1, BS2) alle beim Freigeben der Bremse ausgeschaltet sind.
Bremsantriebssteuerschaltung gemäß Anspruch 1, wobei ein Befehl zum Halten der Position des genannten Servomotors vor der genannten Freigabe der Bremse wirksam gesetzt wird, und bei Detektion einer Fehlfunktion der genannten Bremsantriebssteuerschaltung die genannten Bremssignale (BS1, BS2) ausgeschaltet werden und der Befehl zum Halten der Position des Servomotors weiterhin gegeben wird, und nach Anlegen der Bremse (B) der Befehl zum Halten der Position des Servomotors gestoppt wird.
Bremsantriebssteuerschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, mit zwei Bremsen (3) für einen Servomotor (1) und wobei die genannten zwei Bremsen (3) mit der genannten Bremsantriebssteuerschaltung verbunden sind.
Bremsantriebssteuerschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zwei Bremsen (3) vorgesehen sind für zwei zugeordnete Servomotoren (1) und zwei Wellen (2) der genannten Servomotoren (1) mechanisch mit einer einzigen Antriebswelle (4) gekoppelt sind zur Erzeugung eines Drehmomentes in einer einzigen Richtung, und wobei die genannten zwei Bremsen (3) mit der genannten Bremsantriebssteuerschaltung verbunden sind.
Bremsantriebssteuerschaltung gemäß Anspruch 1, wobei zumindest eine der genannten Testpulserzeugungsfunktionen ausgelegt ist zur Umwandlung des genannten Bremssignals (BS1, BS2) in ein Signal, welches periodisch wiederholt ein- und ausschaltet, ein Teil der Halbleiterschaltungen als Ein-/Aus-Steuerschaltung eingerichtet ist, die periodisch wiederholt ein- und ausschaltet, um so die effektive Spannung an der Bremse zu steuern, eine Konversionsschaltung (LPF) für die effektive Spannung vorgesehen ist, die den Ausgang der genannten Detektionsschaltung (D; 5) in eine effektive Spannung wandelt, eine Detektionsschaltung (6) für den effektiven Spannungswert vorgesehen ist, welche detektiert, ob die genannte effektive Spannung einen Normalwert hat und welche an die Konversionsschaltung (LPF) für die effektive Spannung angeschlossen ist, und wobei die Detektionsschaltung (6) für den effektiven Spannungswert das Vorliegen einer Fehlfunktion der genannten Ein-/Aus-Steuerschaltung bei freigegebener Bremse auf Basis des Ausgangsignals der genannten Konversionsschaltung (LPF) für den effektiven Spannungswert detektiert.