机器人用减速机的运行保护方法及其系统、存储介质与流程

本发明涉及机器人设计领域，特别是涉及一种机器人用减速机的运行保护方法及其系统、存储介质。

背景技术：

减速机作为工业机器人的核心零部件之一，是一种通过降低转速、放大转矩的方式来驱动工业机器人稳定运行的装置。在减速机运行过程中，若减速机的选型不合理的话，不利于减速机的稳定运行，极大地缩短其使用寿命，因此有必要提供一种机器人用减速机的运行保护方法。

技术实现要素：

基于此，有必要针对减速机由于选型不合理而导致其运行稳定性差且使用寿命极大缩短的问题，提供一种机器人用减速机的运行保护方法及其系统、存储介质。

一种机器人用减速机的运行保护方法，其特征在于，所述运行保护方法包括：

步骤s100、基于所述机器人的第一参数，确定所述机器人的第二参数，所述第一参数包括电机速度、电机加速度，所述第二参数包括电机最大负载惯量比、减速机传递效率和电机瞬时最大输出转矩；

步骤s200、基于所述第二参数和所述机器人的第三参数，计算得到所述机器人的第四参数，所述第三参数包括减速机减速比，所述第四参数包括减速机瞬时最大输入转矩；

步骤s300、判断所述第四参数是否大于所述机器人的减速机起停允许最大输出转矩；

步骤s400、若不是，将当前的第一参数配置到所述机器人的控制器参数中，将当前的电机瞬时最大输出转矩配置到所述机器人的伺服驱动器参数中；

步骤s500、若是，则调整所述第一参数，根据调整后的第一参数，确定调整后的第二参数；

步骤s600、根据所述调整后的第二参数和所述第三参数，计算得到调整后的第四参数；

步骤s700、判断所述调整后的第四参数是否大于所述减速机起停允许最大输出转矩，当所述调整后的第四参数不大于所述减速机起停允许最大输出转矩时，执行步骤400，否则，执行步骤500。

在其中一个实施例中，所述基于所述第二参数和所述机器人的第三参数，计算得到所述机器人的第四参数，包括：

将所述电机最大负载惯量比、所述减速机传递效率、所述电机瞬时最大输出转矩和所述减速机减速比相乘，以计算得到所述第四参数。

在其中一个实施例中，在将当前的第一参数配置到所述机器人的控制器参数中，将当前的电机瞬时最大输出转矩配置到所述机器人的伺服驱动器参数中之后，所述运行保护方法还包括：

基于所述机器人的历史位置误差值，确定位置误差阈值；

获取所述机器人的当前位置误差值，判断所述当前位置误差值是否大于所述位置误差阈值，若是，向所述机器人的伺服驱动器发送停机信号。

在其中一个实施例中，所述基于所述机器人的历史位置误差值，确定位置误差阈值，包括：

将所述历史位置误差值乘以浮动系数，计算得到所述误差阈值，其中所述误差系数大于100％。

在其中一个实施例中，所述浮动系数为110％～120％。

一种机器人用减速机的运行保护系统，所述运行保护系统系统包括：第一获取模块、计算模块、第一判断模块、配置模块和调整模块；

所述第一获取模块用于基于所述机器人的第一参数，确定所述机器人的第二参数，以及基于调整后的第一参数，确定调整后的第二参数，所述第一参数包括电机速度、电机加速度，所述第二参数包括电机最大负载惯量比、减速机传递效率和电机瞬时最大输出转矩；

所述计算模块用于基于所述第二参数和所述机器人的第三参数，计算得到所述机器人的第四参数，以及基于所述调整后的第二参数和所述第三参数，计算得到调整后的第四参数，所述第三参数包括减速机减速比，所述第四参数包括减速机瞬时最大输入转矩；

所述第一判断模块用于判断所述第四参数是否大于所述机器人的减速机起停最大输出转矩，若不是，生成并向所述配置模块发送配置指令，若是，生成并向所述调整模块发送调整指令，以及判断所述调整后的第四参数是否大于所述减速机起停最大输出转矩，若不是，生成并向所述配置模块发送调整后的配置指令，若是，生成并向所述调整模块发送调整后的调整指令；

所述配置模块用于基于所述配置指令，将当前的第一参数配置到所述机器人的控制器参数中，将当前的电机瞬时最大输出转矩配置到所述机器人的伺服驱动器参数中，以及基于所述调整后的配置指令，将当前的第一参数配置到所述控制器参数中，将当前的电机瞬时最大输出转矩配置到所述伺服驱动器参数中；

所述调整模块用于基于所述调整指令，调整所述第一参数并输送至所述第一获取模块，以及基于所述调整后的调整指令，调整所述调整后的第一参数并输送至所述第一获取模块。

在其中一个实施例中，所述计算模块用于将所述最大负载惯量比、所述减速机传递效率、所述电机瞬时最大输出转矩、所述减速机减速比和所述电机额定转矩相乘，以计算得到所述第四参数。

在其中一个实施例中，所述运行保护系统还包括与所述配置模块依次电性连接的第二获取模块和第二判断模块；

所述第二获取模块用于基于所述机器人的历史位置误差值，确定位置误差阈值；

所述第二判断模块用于获取所述机器人的实际位置误差值，判断所述实际位置误差值是否大于所述位置误差阈值，若是，向所述机器人的伺服驱动器发送停机信号。

在其中一个实施例中，所述第二获取模块用于将所述历史位置误差值乘以浮动系数，计算得到所述误差阈值，其中所述误差系数大于100％。

在其中一个实施例中，所述浮动系数为110％～120％。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时上述任一项所述的运行保护方法的步骤。

如上所述的机器人用减速机的运行保护方法，通过基于机器人的电机速度、电机加速度、减速机减速比来确定减速机瞬时最大输入转矩，之后判断减速机瞬时最大输入转矩是否大于机器人的减速机起停最大输出转矩，若不是，将当前的第一参数配置到机器人的控制器参数中，将当前的电机瞬时最大输出转矩配置到机器人的伺服驱动器参数中，若不是，调整电机速度、电机加速度，直至调整后的减速机瞬时最大输入转矩小于或等于机器人的减速机起停最大输出转矩，如此可将满足减速机瞬时最大输入转矩小于等于机器人的减速机起停最大输出转矩条件的电机速度、电机加速度配置到工业机器人的控制器参数里，电机瞬时最大输出转矩配置到机器人的伺服驱动器参数(对应电机的最大转矩上限)中，可以限制电机的最大输出转矩进而可以限制减速机瞬时最大输入转矩，避免减速机由于长时间运行在疲劳过载状态而造成寿命大大降低以及机器人的运行稳定性差。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的机器人用减速机的运行保护方法的逻辑流程；

图2为本发明一实施例提供的机器人用减速机的运行保护方法的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。相反，当元件被称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

一方面，本发明一实施例提供一种机器人用减速机的运行保护方法，如图1所示，该运行保护方法包括：

步骤s100、基于机器人的第一参数，确定机器人的第二参数，第一参数包括电机速度、电机加速度，第二参数包括电机最大负载惯量比、减速机传递效率和电机瞬时最大输出转矩；

步骤s200、基于第二参数和所述机器人的第三参数，计算得到机器人的第四参数，第三参数包括减速机减速比，第四参数包括减速机输入端瞬时最大输入转矩；

步骤s300、判断第四参数是否大于机器人的减速机起停最大输出转矩；

步骤s400、若不是，将当前的第一参数配置到机器人的控制器参数中，将当前的电机瞬时最大输出转矩配置到机器人的伺服驱动器参数中；

步骤s500、若是，则调整第一参数，根据调整后的第一参数，确定调整后的第二参数；

步骤s600、根据调整后的第二参数和第三参数，计算得到调整后的第四参数；

步骤s700、判断调整后的第四参数是否大于减速机起停最大输出转矩，当调整后的第四参数不大于减速机起停最大输出转矩时，执行步骤400，否则，执行步骤500。

如上所述的机器人用减速机的运行保护方法，通过基于机器人的电机速度、电机加速度、减速机减速比来确定减速机瞬时最大输入转矩，之后判断减速机瞬时最大输入转矩是否大于机器人的减速机起停最大输出转矩，若不是，将当前的第一参数配置到机器人的控制器参数中，将当前的电机瞬时最大输出转矩配置到机器人的伺服驱动器参数中，若不是，调整电机速度、电机加速度，直至调整后的减速机瞬时最大输入转矩小于或等于机器人的减速机起停最大输出转矩，如此可将满足减速机瞬时最大输入转矩小于等于机器人的减速机起停最大输出转矩条件的电机速度、电机加速度配置到工业机器人的控制器参数里，电机瞬时最大输出转矩配置到机器人的伺服驱动器参数(对应电机的最大转矩上限)中，可以限制电机的最大输出转矩进而可以限制减速机瞬时最大输入转矩，避免减速机由于长时间运行在疲劳过载状态而造成寿命大大降低以及机器人的运行稳定性差。

针对于步骤s100,电机速度(即电机转速，单位：°/s)是指伺服电机的初始设计转速值，电机加速度可以为伺服电机的初始设计转速值的倍数，例如5倍、10倍。

在本发明的一些实施例中，减速机传递效率(％)可通过减速机选型手册查询获取。需要说明的是，减速机的传递效率是指减速机输出转矩与减速机输入转矩的比值。其查询过程可描述为：先通过电机转速确定与之匹配的减速机转速，再加上每种类别的减速机均存在转速与传递效率之间的关系，那么可通过查询关系曲线图或关系表格确定减速机传递效率。

在本发明的一些实施例中，电机最大负载惯量比＝电机最大输出负载惯量÷[电机最大输出负载惯量+电机惯量]，其中当电机对应的关机处于不同状态(例如伸展或收缩)时，电机具备不同的输出负载惯量。

可选地，电机输出负载惯量、电机惯量均可通过利用solidworks、ug(unigraphicsnx)等3d(3dimensions，三维)软件计算得出，其操作过程可为：先绘制机器人的三维模型(例如通过solidworks制图软件)，然后将机器人的三维模型导入至solidworks、ug等3d软件中，并输入机器人各个部位的材质、电机速度、电机加速度等参数，然后利用上述3d软件对电机最大输出负载惯量、电机惯量进行计算。其中，电机惯量是指转子本身的转量。

在本发明的一些实施例中，电机瞬时最大输出转矩可通过利用adams等仿真软件计算得出，其具体为：先绘制机器人的三维模型，然后将机器人的三维模型导入至adams等仿真软件中，并输入机器人的电机速度、电机加速度等参数，然后利用上述仿真软件对电机瞬时最大输出转矩进行计算。

需要说明的是，在采用仿真软件计算得到电机瞬时最大输出转矩时，若减速机瞬时最大输入转矩不大于机器人的减速机起停允许最大输出转矩，需对电机瞬时最大输出转矩进行实测，然后判断减速机瞬时最大输入转矩是否大于机器人的减速机起停允许最大输出转矩，若不大于，则当前的电机速度和电机加速度可配置到机器人的控制器参数中；反之，需要调整电机速度和电机加速度。

可选地，可采用伺服驱动器调试软件对电机输出转矩进行数据采集，得到预设时间内伺服电机输出转矩的最大峰值(％)，此峰值数据是基于伺服电机额定转矩以百分比的形式表现出来的。可以理解的是，伺服电机额定转矩(n·m)与单位为％的伺服电机瞬时最大输出转矩的相乘值计算得到单位为n·m的伺服电机瞬时最大输出转矩，其中，伺服电机额定转矩可通过伺服电机和减速机选型手册查询获得。

针对于步骤s200，可通过如下方式确定：将电机最大负载惯量比、减速机传递效率、电机瞬时最大输出转矩和减速机减速比相乘，以计算得到第四参数。

可以理解的是，当采用伺服驱动器调试软件对电机输出转矩进行数据采集时，减速机输入端瞬时最大输入转矩(n·m)＝伺服电机额定转矩(n·m)×伺服电机瞬时最大输出转矩(％)×减速比×减速机传递效率(％)×电机最大输出负载惯量(kg·m²)÷[电机最大输出负载惯量(kg·m²)+电机惯量(kg·m²)]。

在本发明的一些实施例中，减速机减速比可通过伺服电机和减速机选型手册查询获得。

针对于步骤s300，减速机起停最大输出转矩可通过伺服电机和减速机选型手册查询获得。

针对于步骤s400至步骤s700，需要说明的是，调整后的电机速度、调整后的电机加速度与步骤s100所涉及的电机速度、电机加速度均不同。

在本发明的一些实施例中，电机速度的每次调整步长可以基于减速机瞬时最大输入转矩与减速机起停允许最大输出转矩之间的差值进行设置，例如为100r/min、200r/min等。电机加速度的每次调整步长也可以基于减速机瞬时最大输入转矩与减速机起停允许最大输出转矩之间的差值进行设置，例如整倍(例如1倍)的调整。

在本发明的一些实施例中，在将当前的第一参数配置到机器人的控制器参数中，将当前的电机瞬时最大输出转矩配置到机器人的伺服驱动器参数中之后，该运行保护方法还包括：

步骤s810、基于机器人的历史位置误差值，确定位置误差阈值；

步骤s820、获取机器人的当前位置误差值，判断当前位置误差值是否大于位置误差阈值，若是，向所述机器人的伺服驱动器发送停机信号。

如此，当机器人所承受的外界负载力矩超过电机的最大转矩时，电机由于自身输出转矩低于外界负载力矩而导致发生滞后效应，当由于滞后效应使得电机的位置误差值累积到一定的数值而超过误差阈值时，可向机器人的伺服驱动器发送停机信号，进而可及时停止向电机输电，使得减速机得到保护。

针对于步骤s810，机器人的历史位置误差值和当前位置误差值均可利用与伺服驱动器通信连接的伺服调试软件实际采集得到。

针对于步骤s820，位置误差阈值通过如下方式确定：将历史位置误差值乘以浮动系数，计算得到误差阈值，其中误差系数大于100％。如此，可以保证该控制法可以适用于不同型号的机器人，提高通用形。

可选地，浮动系数为110％～120％，举例来说，可以为110％、112％、114％、116％、118％、120％等。

在本发明的一些实施例中，本发明所涉及的机器人可为工业机器人。

一方面，本发明一实施例还提供一种机器人用减速机的运行保护系统，如图2所示，该运行保护系统包括：第一获取模块100、计算模块200、第一判断模块300、配置模块500和调整模块400。

其中，第一获取模块100用于基于机器人的第一参数，确定机器人的第二参数，以及基于调整后的第一参数，确定调整后的第二参数，第一参数包括电机速度、电机加速度，第二参数包括电机最大负载惯量比、减速机传递效率和电机瞬时最大输出转矩，调整后的第一参数包括调整后的电机速度、调整后的电机加速度，调整后的第二参数包括调整后的电机最大负载惯量比、调整后的减速机传递效率和调整后的电机瞬时最大输出转矩。

计算模块200用于基于第二参数和机器人的第三参数，计算得到机器人的第四参数，以及基于调整后的第二参数和第三参数，计算得到调整后的第四参数，第三参数包括减速机减速比，第四参数是指减速机瞬时最大输入转矩，调整后的第四参数包括调整后的减速机瞬时最大输入转矩。

第一判断模块300用于判断第四参数是否大于机器人的减速机起停最大输出转矩，若不是，用于生成并向配置模块500发送配置指令，若是，生成并向调整模块400发送调整指令，以及判断调整后的第四参数是否大于减速机起停最大输出转矩，若不是，用于生成并向配置模块500发送调整后的配置指令，若是，生成并向调整模块400发送调整后的调整指令。

配置模块500用于基于配置指令，将当前的第一参数配置到机器人的控制器参数中，将当前的电机瞬时最大输出转矩配置到所述机器人的伺服驱动器参数中，以及基于调整后的配置指令，将当前的第一参数配置到所述控制器参数中，将当前的电机瞬时最大输出转矩配置到伺服驱动器参数中。

调整模块400用于基于调整指令，调整第一参数并输送至第一获取模块100，以及基于调整后的调整指令，调整调整后的第一参数并输送至第一获取模块100。

如上所述的机器人用减速机的运行保护系统，通过基于机器人的电机速度、电机加速度、减速机减速比和电机额定转矩来确定减速机瞬时最大输入转矩，之后判断减速机瞬时最大输入转矩是否大于机器人的减速机起停最大输出转矩，若不是，将当前的第一参数配置到机器人的控制器参数中，将当前的电机瞬时最大输出转矩配置到机器人的伺服驱动器参数中，若不是，调整电机速度、电机加速度，直至调整后的减速机瞬时最大输入转矩小于或等于机器人的减速机起停最大输出转矩，如此可将满足减速机瞬时最大输入转矩小于等于机器人的减速机起停最大输出转矩条件的电机速度、电机加速度配置到工业机器人的控制器参数里，电机瞬时最大输出转矩配置到机器人的伺服驱动器参数(对应电机的最大转矩)中，可以限制电机的最大输出转矩进而可以限制减速机瞬时最大输入转矩，避免减速机由于长时间运行在疲劳过载状态而造成寿命大大降低以及机器人的运行稳定性差。

在本发明的一些实施例中，第一获取模块100包括：查找子模块、第一仿真子模块、第二仿真子模块和计算子模块，查找子模块用于基于电机转速，查找与电机转速对应的减速机转速；基于减速机转速与减速机传递效率之间的关系，查找与减速机转速相对应的减速机传递效率；第一仿真子模块用于建立机器人的三维模型，并基于机器人各个部位的材质、电机速度和电机加速度，计算得到电机输出负载惯量、电机惯量；计算子模块用于将电机最大输出负载惯量除以电机最大输出负载惯量与电机惯量之和，以计算得到机器人的最大负载惯量比；第二仿真子模块用于建立机器人的三维模型，并基于机器人的电机速度和电机加速度，计算得到电机瞬时最大输出转矩。

在本发明的一些实施例中，计算模块200用于将最大负载惯量比、减速机传递效率、电机瞬时最大输出转矩、减速机减速比和电机额定转矩相乘，以计算得到第四参数。

在本发明的一些实施例中，该运行保护系统还包括：电性连接于第一判断模块300和配置模块500之间的第三获取模块，第三获取模块用于获取与当前第一参数对应的实际电机瞬时最大输出转矩，将实际电机瞬时最大输出转矩输送至计算模块200；计算模块200还用基于实际电机瞬时最大输出转矩，确定实际减速机瞬时最大输入转矩，将实际减速机瞬时最大输入转矩传送至第一判断模块300；第一判断模块300还用于判断实际减速机瞬时最大输入转矩是否大于机器人的减速机起停允许最大输出转矩，若不是，生成并向配置模块500发送第一配置指令，若是，生成并向调整模块400发送第一调整指令。如此，可以对通过仿真软件计算得到的减速机瞬时最大输入转矩进行验证，可有效避免减速机由于长时间运行在疲劳过载状态而造成寿命大大降低以及机器人的运行稳定性差。

在本发明的一些实施例中，该运行保护系统还包括与配置模块500依次电性连接的位置误差第二获取模块和第二判断模块；第二获取模块用于基于机器人的历史位置误差值，确定位置误差阈值；第二判断模块用于获取机器人的实际位置误差值，判断实际位置误差值是否大于位置误差阈值，若是，向机器人的伺服驱动器发送停机信号。

如此，当机器人所承受的外界负载力矩超过电机的最大转矩时，电机由于自身输出转矩低于外界负载力矩而导致发生滞后效应，当由于滞后效应而使得电机的位置误差值累积到一定的数值而超过误差阈值时，可发送停机信号，进而可及时关闭机器人的电机，使得减速机得到保护。

在本发明的一些实施例中，第二获取模块用于将历史位置误差值乘以浮动系数，计算得到误差阈值，其中所述误差系数大于100％。如此，可以保证该控制法可以适用于不同型号的机器人，提高通用形。

可选地，浮动系数为110％～120％，举例来说，可以为110％、112％、114％、116％、118％、120％等。

另一方面，本发明一实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述所述的控制方法的步骤。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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