本發(fā)明涉及用于操作驅動系統(tǒng)的方法，其中，驅動系統(tǒng)包括電機和應變波齒輪裝置。此外，本發(fā)明涉及具有電機和應變波齒輪裝置的驅動系統(tǒng)。

背景技術：

1、應變波齒輪裝置(也稱為應變波驅動、橢圓中心齒輪機構)能夠以高傳動比實現(xiàn)幾乎無游隙的動力傳輸，并且因此特別適合需要精確運動和小空間要求的應用。由于因高傳動比而可以通過相對較小的馬達產(chǎn)生高扭矩，因此可以使用應變波齒輪裝置來構造例如用于自動機械的非常緊湊的驅動機構。

2、應變波齒輪裝置的主要部件是波發(fā)生器(“波發(fā)生器”)、具有內(nèi)齒的剛性外環(huán)(“圓形花鍵”)、以及布置在波發(fā)生器與剛性外環(huán)之間的具有外齒的傳動環(huán)(“柔性花鍵”)。與剛性齒輪相比，波發(fā)生器與外環(huán)之間的扭矩傳遞基于彈性變形，在扭矩傳遞中，傳動環(huán)通過波發(fā)生器變形為卵形，使得傳動環(huán)在其圓周的兩個相反側部上與外環(huán)接合。當波發(fā)生器旋轉時，傳動環(huán)在外環(huán)上滾動，使得扭矩通過互鎖的齒在傳動環(huán)與外環(huán)之間傳遞。因此，傳動裝置的傳動比是由傳動環(huán)與外環(huán)上的齒數(shù)差來決定的。

3、如果在操作期間施加過大的扭矩，例如當變速箱在高阻力下工作時，傳動環(huán)與外環(huán)之間的接合可能至少部分地丟失，使得傳動環(huán)的齒跳過外環(huán)的齒(“棘輪效應”)。雖然傳動環(huán)的旋轉和外環(huán)的旋轉在正常操作期間是嚴格聯(lián)接的，但這種嚙合干擾會暫時導致兩個環(huán)之間的不受控制的相對旋轉。這會在輸出側產(chǎn)生與驅動側相比未知的角度偏移，導致無法精確控制角度位置。由于傳動裝置的狀況無法表明這種嚙合干擾是否已經(jīng)發(fā)生，因此查找后續(xù)故障的原因變得更加困難。

4、在此背景下，從jp?2021014876?a中已知一種方法，在該方法中，測量作用在應變波齒輪裝置的輸出側的扭矩并將該扭矩與兩個閾值進行比較。超過第一閾值表示嚙合干擾，而超過第二閾值表示傳動環(huán)可能屈曲。該方法的缺點是，嚙合干擾可能發(fā)生的臨界扭矩(“棘輪扭矩”)因傳動裝置的不同而不同。另一方面，這種簡單的閾值方法無法可靠地確定嚙合干擾是否已經(jīng)實際發(fā)生或者暫時出現(xiàn)的高扭矩是否在不受干擾的情況下減小。此外，這些嚙合干擾可能導致應變波齒輪裝置中的損壞，其中，嚙合干擾是隨著操作時間的增加而自我增強的現(xiàn)象。在重復的工作循環(huán)中，應變波齒輪裝置的齒上局部增加的磨損和輸出側所需的高扭矩導致局部嚙合干擾的可能性增加。

5、de?10?2021?113?139?b3描述了一種用于操作具有傳動裝置和傳感器裝置的自動機械裝置的方法，借助于該方法確定施加至傳動裝置的扭矩。該方法包括確定步驟和比較步驟，其中，根據(jù)比較調(diào)節(jié)自動機械裝置的操作參數(shù)。

6、jp?2021-14?876a描述了一種用于波齒輪裝置的故障確定裝置，該故障確定裝置包括位于波齒輪裝置的輸出側的扭矩檢測器以及用于基于由扭矩檢測器檢測的扭矩來確定波齒輪裝置的故障的確定單元。

7、de?10?2019?210?795?a1描述了一種具有振動傳感器的應變波齒輪裝置，振動傳感器的信號用于確定負載數(shù)據(jù)和/或被進一步處理，以提供關于傳動狀況的信息和/或檢測關鍵操作狀況。

8、在此背景下，目的是提供可以降低發(fā)生嚙合干擾的可能性的方法和系統(tǒng)。

技術實現(xiàn)思路

1、該目的通過一種用于操作驅動系統(tǒng)的方法來實現(xiàn)，其中，驅動系統(tǒng)包括電機和應變波齒輪裝置，該應變波齒輪裝置包括聯(lián)接至電機的波發(fā)生器、具有內(nèi)齒的剛性外環(huán)、以及具有與外環(huán)的內(nèi)齒接合的外齒的可彈性變形的傳動環(huán)，其中，該方法包括以下方法步驟：

2、-借助于扭矩傳感器測量施加在傳動環(huán)上的扭矩，

3、-基于測量的扭矩檢測嚙合干擾并且將在嚙合干擾期間已經(jīng)出現(xiàn)的臨界扭矩值存儲，

4、-確定扭矩閾值，扭矩閾值小于或等于臨界扭矩值，以及

5、-將電機控制成使得施加在傳動環(huán)上的扭矩低于扭矩閾值。

6、此外，該目的通過一種具有電機和應變波齒輪裝置的驅動系統(tǒng)來實現(xiàn)，該應變波齒輪裝置包括聯(lián)接至電機的波發(fā)生器、具有內(nèi)齒的剛性外環(huán)、以及具有與外環(huán)的內(nèi)齒接合的外齒的可彈性變形的傳動環(huán)，其中，驅動系統(tǒng)構造成執(zhí)行以下方法步驟：

7、-借助于扭矩傳感器測量施加在傳動環(huán)上的扭矩，

8、-基于測量的扭矩檢測嚙合干擾并且將在嚙合干擾期間已經(jīng)出現(xiàn)的臨界扭矩值存儲，

9、-確定扭矩閾值，扭矩閾值小于或等于臨界扭矩值，以及

10、-將電機控制成使得施加在傳動環(huán)上的扭矩低于扭矩閾值。

11、如果已經(jīng)基于測量的扭矩檢測到嚙合干擾，則存儲在嚙合干擾期間已經(jīng)出現(xiàn)的臨界扭矩值。該扭矩值可以對應于棘輪扭矩。

12、根據(jù)本發(fā)明，在檢測嚙合干擾并存儲臨界扭矩值之后，確定小于或等于臨界扭矩值的扭矩閾值。隨后，電機被控制成使得施加在傳動環(huán)上的扭矩低于或等于先前確定的扭矩閾值的水平。根據(jù)本發(fā)明的這種方法使得可以顯著降低發(fā)生其他嚙合干擾的可能性。在特別優(yōu)選的情況下，通過根據(jù)本發(fā)明的方法和驅動系統(tǒng)可以完全避免其他嚙合干擾。

13、應變波齒輪裝置的波發(fā)生器特別地由盤形成，該盤連接至驅動軸、具有卵形形狀、例如橢圓形形狀。盤優(yōu)選地具有收縮到其圓周上的滾動軸承，該滾動軸承具有薄的、可彈性變形的滾道和若干個滾動元件。傳動環(huán)可以例如是杯狀的或頂帽狀的(“禮帽”狀的)，即傳動環(huán)特別地由杯狀或頂帽狀襯套的筒形壁形成，該杯狀或頂帽狀襯套可以例如由鋼制成。因此，這些是用于傳動環(huán)的常見設計選項，常見設計選項可以用于相對于波發(fā)生器對傳動環(huán)進行預加載。特別地，測量的扭矩可以經(jīng)由評估單元分析和評估，評估單元確定扭矩隨時間的變化并將扭矩與減小閾值進行比較。例如，可以特別地通過形成扭矩測量值的差值或數(shù)值導數(shù)確定隨時間變化的變化率并將其與減小閾值進行比較。還可以設想的是，比較檢查測量的扭矩是否在預定的時間段內(nèi)減小一至少預定的量。減小閾值特別地可以是相對減小閾值，即，比較檢查測量的扭矩是否已經(jīng)減小一至少預定的百分比。如果超過減小閾值，則警告信號被觸發(fā)，該警告信號可以特別地傳輸至外部數(shù)據(jù)處理單元、比如應變波齒輪裝置的監(jiān)測和控制單元。

14、對嚙合干擾的檢測可以基于可變形傳動環(huán)上測量的扭矩隨時間變化的曲線。這代表了在嚙合干擾之前和嚙合干擾期間扭矩傳遞的動態(tài)行為。通常，在嚙合干擾之前會形成過高的扭矩，這最終導致傳動環(huán)的齒與外環(huán)脫離接合并跳過外環(huán)的齒。累積的扭矩在短時間段內(nèi)大幅減小。扭矩的這種減小可以用作嚙合干擾的特征信號，并且使得能夠可靠地檢測嚙合干擾。

15、此外，在檢測期間，可以將測量的扭矩與至少一個閾值進行比較，其中，只有當檢測到超過閾值時，才確定測量的扭矩隨時間變化而減小并且將其與減小閾值進行比較。閾值用于區(qū)分正常操作期間產(chǎn)生的載荷峰值與指示嚙合干擾或發(fā)出嚙合干擾信號的過高扭矩。例如在啟動或停止過程期間，傳動裝置必須克服聯(lián)接至出口側或輸出側的負載的慣性，這會導致扭矩(啟動/停止扭矩)短暫增大。如果在輸出側出現(xiàn)障礙物，例如如果通過變速箱致動的自動機械臂撞到障礙物，則傳動裝置會在碰撞被記錄下來之前短暫地抵抗高阻力(碰撞扭矩)。在非常高的扭矩下，最終會超過傳動環(huán)的機械負載能力，從而導致傳動環(huán)發(fā)生屈曲(屈曲扭矩、扭轉屈曲、扭轉彎曲屈曲)。棘輪扭矩介于碰撞扭矩與屈曲扭矩之間，所述棘輪扭矩通常會觸發(fā)嚙合干擾。該方法中所使用的閾值可以例如對應于碰撞扭矩或者棘輪扭矩。優(yōu)選地，閾值介于碰撞扭矩與屈曲扭矩之間，或者介于碰撞扭矩與棘輪扭矩之間。

16、在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在嚙合干擾期間已經(jīng)出現(xiàn)的臨界扭矩值、例如棘輪扭矩可以存儲在應變波齒輪裝置中或應變波齒輪裝置上的內(nèi)部存儲單元中，其中，該內(nèi)部存儲單元可以布置在輸入側電機的評估單元中。替代性地或附加地，可以設想的是，臨界扭矩值、特別是臨界棘輪扭矩可以經(jīng)由有線或無線連接傳輸至遠程存儲單元。

17、根據(jù)優(yōu)選實施方式，扭矩閾值基于檢測到的臨界扭矩來確定。在扭矩閾值的確定中，檢測到的臨界扭矩優(yōu)選地包括在內(nèi)。因此，可以設想的是，在評估單元中存儲安全因子，其中，該安全因子限定檢測到的臨界扭矩與待確定的扭矩閾值之間的關系。例如，可以設置的是，將扭矩閾值確定為檢測到的臨界扭矩的預定百分比。為了保持應變波齒輪裝置的效率和有效性，百分比不應當設定得太低，否則應變波齒輪裝置僅可以輸送所需扭矩的一部分。例如，百分比可以在80％與95％之間選擇。安全因子或百分比在操作期間可以由評估單元調(diào)節(jié)，或者可以是固定的、根據(jù)經(jīng)驗確定的值。具有可變安全因子或百分比的實施方式是特別有利的，因為該實施方式可以例如隨著使用壽命的增加而更加保守地估計。隨著使用壽命的延長和磨損的增加，發(fā)生嚙合干擾的可能性增加。因此，具有長操作時間的應變波齒輪裝置中的安全因子或百分比可以選擇得較低，以便避免再次發(fā)生嚙合干擾。對于具有僅幾個操作小時的應變波齒輪裝置，安全因子或百分比可以選擇得較大，因為嚙合干擾的可能性較小。替代性地，在評估單元中可以存儲安全裕度、例如將扭矩閾值限定為檢測到的臨界扭矩與絕對值之間的差值的絕對值。

18、根據(jù)優(yōu)選實施方式，設置的是，基于測量的扭矩來檢測其他嚙合干擾，并且將在這些嚙合干擾期間出現(xiàn)的其他臨界扭矩值存儲，其中，基于存儲的其他臨界扭矩值來附加地確定扭矩閾值。在此背景下，嚙合干擾描述了傳動環(huán)的齒相對于外環(huán)的齒的“滑動”。在這種情況下，在嚙合干擾的情況下可以跳過一個或更多個齒，其中，齒必須布置成彼此相鄰。然后，基于若干、特別地所有存儲的臨界扭矩值來確定扭矩閾值。以這種方式，例如，如果在低于當前使用的扭矩閾值的臨界扭矩下發(fā)生另一嚙合干擾，則扭矩閾值可以進一步降低。例如，可以基于多個臨界扭矩值來確定最低臨界扭矩值，并且該最低臨界扭矩值然后可以用于確定扭矩閾值。

19、根據(jù)優(yōu)選實施方式，設置的是，在驅動系統(tǒng)的初始調(diào)試期間或者在驅動系統(tǒng)的制造期間，確定并存儲初始臨界扭矩值，并且基于初始臨界扭矩值附加地確定扭矩閾值。由于即使是一次性的嚙合干擾也可能導致磨損增加，因此更期望盡可能長時間地避免嚙合干擾。在首次操作之前預設的扭矩閾值使得可以特別地在操作的最初幾個小時內(nèi)降低發(fā)生嚙合干擾的可能性。例如，扭矩閾值可以基于在生產(chǎn)期間通過實驗獲得的數(shù)據(jù)、根據(jù)經(jīng)驗值或根據(jù)在驅動系統(tǒng)的初始啟動期間確定的數(shù)據(jù)來確定或設定?？梢源_定、特別地在一系列實驗測試期間確定初始臨界扭矩值，該初始臨界扭矩值用作用于第一扭矩閾值的基礎。

20、根據(jù)優(yōu)選實施方式，設置的是，當檢測到嚙合干擾時，附加地存儲扭矩曲線和/或載荷曲線，并且基于存儲的扭矩曲線和/或載荷曲線附加地確定扭矩閾值。存儲扭矩曲線或載荷曲線使得可以檢測特別地在內(nèi)齒和/或外齒的某些區(qū)域、特別是齒彼此接合時扭矩和/或載荷最大值是否重復出現(xiàn)。這允許早期檢測這些特定區(qū)域、特別是齒的磨損和耗損。如果在某個區(qū)域中檢測到磨損，則扭矩閾值可以選擇成使得該區(qū)域中的進一步磨損被最小化或者降低該區(qū)域中發(fā)生嚙合干擾的風險。

21、在優(yōu)選實施方式中，驅動系統(tǒng)具有位置傳感器，其中，波發(fā)生器的位置在發(fā)生嚙合干擾時被存儲。借助于位置傳感器，傳動環(huán)的區(qū)域、特別是齒可以分配給嚙合干擾。

22、根據(jù)本發(fā)明，設置的是，為了控制電機，根據(jù)所確定的扭矩閾值設定至少一個控制參數(shù)、即影響電機的加速行為和/或制動行為的控制參數(shù)。替代性地，控制參數(shù)可以影響用于工作循環(huán)的循環(huán)時間。

23、根據(jù)優(yōu)選實施方式，設置的是，電機附加地控制成使得電機在超過大于所確定的扭矩閾值的過載扭矩閾值時和/或在超過預定的過載扭矩增量時進入空轉狀態(tài)。空轉狀態(tài)描述了電機不提供任何輸入側扭矩的狀態(tài)。電機可以被關閉，使得電機充當阻尼器?？辙D狀態(tài)不僅與應變波齒輪裝置的保護相關，而且還與在協(xié)作式自動機械的自動機械臂中使用驅動系統(tǒng)的應用中的人員保護相關。這種協(xié)作式自動機械例如與人員緊密地工作，并且人員在與自動機械發(fā)生碰撞的情況下可以通過將電機置于空轉狀態(tài)而受到保護。

24、在應變波動齒輪裝置中，傳動環(huán)優(yōu)選地布置在固定位置中。波發(fā)生器可以形成為應變波齒輪裝置的輸入端，并且剛性外環(huán)可以形成為波傳動裝置的輸出端。波發(fā)生器和外環(huán)兩者優(yōu)選地安裝成使得波發(fā)生器和外環(huán)可以旋轉。