協(xié)作機器人制動狀態(tài)下拖動示教原理
普通工業(yè)機器人:抱閘(制動器)抱死,電機鎖死,外力很難掰動;要拖動示教需要松開抱閘。
協(xié)作機器人可以制動器保持抱閘閉合(維持制動),依然可以人工拖動示教,核心不是把抱閘松開,而是力矩 / 力控抵消抱閘阻力 + 電機反向隨動,藦卡等國產(chǎn)協(xié)作機器人也采用這套控制邏輯。
1、硬件基礎(chǔ)
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高端方案:關(guān)節(jié)內(nèi)置力矩傳感器,直接讀取人施加的外力。
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多數(shù)國產(chǎn)協(xié)作(藦卡等):利用電機電流做力矩觀測,不需要額外傳感器,通過電機繞組電流推算外部施加的力矩。
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關(guān)節(jié)電磁抱閘(制動器)依然保持上電抱閘鎖止?fàn)顟B(tài),不釋放
傳統(tǒng)拖動示教:打開抱閘→電機斷電,手掰;
協(xié)作拖動示教:抱閘不松開,電機處于伺服激活狀態(tài)。
2、工作邏輯(關(guān)鍵)
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進(jìn)入拖動示教模式,抱閘維持制動閉合,不解鎖,抱閘本身會產(chǎn)生機械摩擦阻力。
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人手推動機器人末端,關(guān)節(jié)產(chǎn)生外力,力矩傳感器 / 電流觀測檢測到外部力矩信號。
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控制器輸出反向補償力矩,電機主動輸出抵消抱閘摩擦力、減速機內(nèi)部阻尼,把抱閘帶來的機械阻力 “抵消掉”。
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電機跟隨人手外力做隨動旋轉(zhuǎn),抱閘機械結(jié)構(gòu)依舊夾緊,只是電機輸出力矩克服抱閘阻力實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。
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一旦人手撤去外力,檢測不到外部力矩,電機立刻停止輸出補償力矩,抱閘立刻發(fā)揮制動鎖止作用,機器人馬上停住,不會滑落。
??注意:不是松開抱閘!抱閘一直處于制動鎖緊,電機做功對抗抱閘摩擦力實現(xiàn)手動拖動。一旦斷電,電機沒有補償力矩輸出,抱閘直接鎖死關(guān)節(jié),防止墜落,保證安全。
3、和傳統(tǒng)機器人拖動示教本質(zhì)區(qū)別
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模式
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抱閘狀態(tài)
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實現(xiàn)方式
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斷電表現(xiàn)
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傳統(tǒng)工業(yè)機器人拖動示教
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抱閘釋放打開
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機械抱閘松開,電機脫力,純手動掰動
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斷電直接鎖死,但拖動過程無抱閘防護(hù),有墜落風(fēng)險
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協(xié)作機器人拖動示教(抱閘保持制動)
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抱閘始終閉合制動
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伺服電機輸出補償力矩抵消抱閘摩擦阻力,外力驅(qū)動隨動
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斷電瞬間補償力矩消失,抱閘立刻鎖死關(guān)節(jié),防墜落,安全性更高
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4、限制條件
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補償力矩有上限,不能無限大;人手需要克服一部分殘余阻力,不是完全零阻力。
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如果機器人過載、報錯,拖動示教模式退出,補償力矩撤銷,抱閘直接鎖死,無法再拖動。
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斷電瞬間直接鎖死,這也是協(xié)作機器人的安全設(shè)計點。
5、補充:部分協(xié)作機另一種方案(抱閘釋放式拖動)
部分品牌也會采用釋放抱閘做拖動示教,此時依賴關(guān)節(jié)力矩傳感器做重力補償,斷電抱閘鎖死。
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抱閘保持制動拖動:抱閘不打開,電機對抗抱閘阻力,安全性更高;
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抱閘釋放拖動:抱閘打開,只靠電機重力補償維持位置,一旦伺服失效會有下墜風(fēng)險。藦卡協(xié)作機器人優(yōu)先采用第一種抱閘維持制動的拖動示教方案。
協(xié)作機器人拖動示教時制動器抱閘不松開,始終保持制動狀態(tài);關(guān)節(jié)檢測人手施加的外力,伺服電機輸出補償力矩抵消抱閘與減速機機械阻力,實現(xiàn)人工拖拽;人手松開或者斷電,補償力矩消失,抱閘立刻鎖死關(guān)節(jié),實現(xiàn)安全制動,避免墜落風(fēng)險。