用于工業(yè)機器人的安全系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于工業(yè)機器人的安全系統(tǒng)，具體地講，提供了一種工業(yè)機器人和一種經由預定義安全功能來實施安全系統(tǒng)的方法。為了執(zhí)行此類安全功能，所述機器人在連接兩個機械臂部分的關節(jié)中包括：用于感測所述關節(jié)中的齒輪的輸入側上的角取向的第一位置傳感器(132)；以及用于感測所述齒輪的輸出側上的角取向的第二位置傳感器(133)。
【專利說明】
用于工業(yè)機器人的安全系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及機器人安全系統(tǒng)。更具體地講，本發(fā)明涉及一種經由預定義安全功能來實施安全系統(tǒng)的工業(yè)機器人。
【背景技術】
[0002]機器人廣泛用于工業(yè)應用中，諸如，電子電路板組裝和其他自動化組裝任務?，F代機器人的高度普及歸因于其構造簡單、成本低、維護費用低、重量輕、精度高、速度快且具有順應性特征。
[0003]—般而言，編程工業(yè)上使用的機器人需要專業(yè)知識，并且只能由所屬領域的技術人員(通常稱為系統(tǒng)集成商)執(zhí)行。對于工業(yè)使用或甚至家用的多用途機器人，一些重要的安全問題仍未解決。
[0004]常規(guī)的機器人系統(tǒng)具有碰撞檢測功能，該功能根據機器人的機械手部件處所生成的不正常力矩來檢測機器人與其環(huán)境的碰撞。如果該碰撞檢測功能檢測到碰撞，那么系統(tǒng)會執(zhí)行控制，以便停止機器人的操作或者以其他方式減輕碰撞力。由于這一點，對機器人和在機器人以及周圍設備處提供的裝置的損壞會被保持在最低限度。
[0005]然而，當使用碰撞檢測功能來檢測人類與機器人之間的碰撞時，需要提高碰撞檢測的靈敏度，以便確保人類的安全。由于這個原因，應設法精確估計機器人不同部件處齒輪或減速器等的摩擦力矩。就這點而言，摩擦力矩會根據外部空氣溫度和機器人的操作狀態(tài)而波動，因此要高精度地估計摩擦力矩比較困難。因此，難以根據機器人的機械手部件力矩來精確檢測人類與機器人之間的碰撞，并且防止傷害人類。
[0006]然而，當人類直接接觸機器人而二者之間不存在攜載物體時，人類與機器人之間出現的力不會被檢測到。此外，即使在機器人的臂與手等等之間附接上檢測力的力傳感器，也不可能在傳感器無法檢測的機器人臂部分檢測到人類的接觸。由于這個原因，在現有技術中，無法提供當人類與機器人可能直接接觸時能夠進行安全交互作業(yè)的機器人系統(tǒng)。
[0007]人們已采用電容傳感器來測量在傳感器所形成的電容器的電場中由于物體接近而產生的電容變化。除了所有導電良好的材料之外，電容傳感器僅會檢測電容率足夠高的那些材料。在快速移動設備的固體部件在空間中自由移動的情況下，電容傳感器不可用作安全裝置。就這一點而言，需要能進行可靠人機協(xié)同合作的完整系統(tǒng)。
[0008]機器人這種實體機器可能存在潛在危險，并且可能會與人類發(fā)生碰撞而傷害到人類。在硬件或軟件存在缺陷的情況下，機器人甚至可能做出系統(tǒng)集成商(在設置機器人時負責安全的人員)未預料到的意外動作。由于這個原因，可能非常需要一種具有改進安全系統(tǒng)的機器人。
[0009]US2010/0324733公開了一種具有安全系統(tǒng)的機器人，包括關節(jié)、安裝在每個關節(jié)處的第一力矩傳感器和第二力矩傳感器。力矩傳感器(諸如，應變計)不適用于獲得可靠的安全控制系統(tǒng)。此外，US2010/0324733中的傳感器連接到發(fā)射器單元S內集成電路(IC)形式的兩個計算單元S1、S2，該計算單元具有微控制器。因此，US2010/0324733并未將所有傳感器電路置于同一部件上，故而不太適用于安全控制。
[0010]本發(fā)明的難題在于為部件能在空間中自由移動的設備的操作提供安全裝置，該安全裝置在沒有復雜且昂貴的外圍設備的情況下準許此類設備可靠且安全地操作，并且還確保在早期階段可靠地檢測到裝置部件與人類或物體之間的碰撞，從而除了避免設計成本和生產成本之外，大大減少此類裝置的空間需求，因此在將來，人和機器可以共同使用工作區(qū)域。

【發(fā)明內容】

[0011]根據本發(fā)明，通過具有專用安全控制系統(tǒng)的可編程機器人系統(tǒng)來實現上述及其他目標。
[0012]具體而言，本發(fā)明的目標是提供一種可編程機器人系統(tǒng)，該可編程機器人系統(tǒng)可以在不需要專業(yè)知識的情況下以簡單且容易的方式編程，即，可以例如由行業(yè)操作員或技術員或者甚至由例如在家里的個人執(zhí)行。具體而言，安全控制系統(tǒng)采用每個機器人關節(jié)中的兩個位置傳感器來實現所需安全功能，如下文更詳細地說明。位置傳感器用于感測齒輪或類似傳動裝置的輸入側或輸出側上的角位置或線性位置。如果這些安全功能中的任何安全功能發(fā)現任何違反操作限制或者硬件或軟件錯誤，那么機器人將進入安全狀態(tài)。
[0013]根據本發(fā)明，該系統(tǒng)被設計成使得軟件或硬件的任何單個故障都不會導致機器人變得危險。實現這一點的常用方式是采用兩個單獨系統(tǒng)(分支)來執(zhí)行安全功能。這兩個系統(tǒng)都可以獨立地切斷機器人的電源。這兩個系統(tǒng)中的每個系統(tǒng)可以監(jiān)控所需的安全參數。
[0014]本發(fā)明人已經發(fā)現，若將位置傳感器放置在齒輪的兩側上，則可以采用簡單的方式解決與工業(yè)機器人相關的某些安全問題。在機器人關節(jié)中，將傳感器放置成使得一個位置傳感器位于齒輪的輸入側(電機側)上，并且另一個傳感器位于齒輪的輸出側(機械臂側)上。重要的是，通過將所有傳感器電路放置在同一部件上(與使用分開的部件用于傳感器電路的US2010/0324733形成對比)，控制單元處理來自這兩個傳感器的信息，以便實現一個或多個安全功能。安全系統(tǒng)基于這兩個傳感器執(zhí)行眾多安全功能。每個安全功能將其使用的值與第二分支進行比較，并且在兩個值不一致的情況下，使機器人進入安全狀態(tài)。為了防止因違反安全造成的故障，多數的安全功能還對參數進行了限制。例如，安全功能可以限制機械臂移動的速度，以避免動量超限。安全功能在本文中定義為:
[0015]限制關節(jié)位置安全功能:
[0016]在第一系統(tǒng)中，輸出側位置傳感器直接監(jiān)控機器人關節(jié)的角度，并且檢測該角度是否在安全設置所定義的界限之外。在第二系統(tǒng)中，通過將完整旋轉的次數和齒輪齒數比考慮在內，輸入側位置傳感器計算對應的輸出側位置。
[0017]限制關節(jié)速度安全功會泛:
[0018]機器人關節(jié)的速度可以通過一定時間間隔內的位置差值(數值求導)來進行近似。在運用高清晰度位置傳感器及良好時間測量的情況下，這個近似可以相當準確。因此，這兩個安全系統(tǒng)分支中每個分支中的速度安全功能得以實現。
[0019]限制關節(jié)力矩安全功能:
[0020]通過了解每個機器人關節(jié)的位置和速度以及機械臂中的質量分布，可以計算出在每個機器人關節(jié)中所施加的預期力矩(輸出側)。還測量電機電流，以估算關節(jié)上的電機側力矩(輸入側)。這兩個系統(tǒng)可以用來證明力矩在給定的界限內。
[0021]限制工具位置安全功能:
[0022]其中這兩個傳感器與機器人運動學的軟件模型結合使用，以推斷出機械臂端部執(zhí)行器的位置，并且確保該位置在用戶定義的一些界限內。
[0023]限制工具取向安全功能:
[0024]其中這兩個傳感器與機器人運動學的軟件模型結合使用，以推斷出機械臂端部執(zhí)行器的取向，并且確保該取向在指定的一些角度界限內。
[0025]限制工具速度安全功能:
[0026]位置的數值求導可以用來估算工具的速度，類似于“限制關節(jié)速度安全功能”和“限制工具位姿安全功能”。
[0027]限制工具力安全功能:
[0028]“限制關節(jié)力矩安全功能”中提及的預期力矩可以投射到笛卡爾空間中，以便實現限制力的功能。
[0029]限制動量安全功能:
[0030]通過使用機械臂中的質量分布和有效載荷的模型，機器人關節(jié)的位置和速度可用于計算和限制任何給定時間點的機器人的動量和有效載荷。
[0031]緊急停止安全功能:
[0032]當按下緊急停止時，采用冗余速度測量來檢查機器人是否確實在減速，借此機器人以故障安全方式主動地減速并處于程序軌線內。
[0033]保護停止安全功能:
[0034]當保護輸入啟用時，速度估計也可以用來控制和確保機器人發(fā)生冗余減速。
[0035]限制功率安全功能:
[0036]通過減小由關節(jié)產生的力矩，基于關節(jié)速度，該安全功能用于確保機器人產生的總機械功保持在某一界限內。
[0037]機器人移動數字輸出安全功能:
[0038]這兩個傳感器可以各自檢測機器人關節(jié)是否在移動，并且相應地設置輸出。
[0039]機器人未停止數字輸出安全功能:
[0040]這兩個傳感器可以結合關節(jié)中的電流消耗，各自檢測機器人是否沒有主動制動或停止，并且相應地設置輸出。
[0041]模式區(qū)減小安全功能:
[0042]這兩個傳感器可以用來監(jiān)控機器人是否處于其工作空間中，并且相應地更改安全參數。例如，機器人在CNC機床內部比在外部移動得更快，因為在CNC機床的內部，撞到人的風險小很多。
[0043]基于工具的安全功能以工具上的一點為考量，諸如，TCP(工具中心點)或者機器人上的法蘭上的點。
[0044]因此，本發(fā)明在第一方面提供了一種具有安全系統(tǒng)的工業(yè)機器人，其包括:
[0045].關節(jié)，該關節(jié)連接機械臂的兩個機械臂部分，并且配備有齒輪或類似傳動裝置，以用于將力或力矩從一個臂部分傳送到另一個臂部分；
[0046].第一位置傳感器，其用于感測傳動裝置的輸入側上的位置；
[0047].第二位置傳感器，其用于感測傳動裝置的輸出側上的位置；
[0048]?控制單元，其用于實施實體機械臂的軟件模型，包括運動學和動力學計算；
[0049].用戶接口裝置，其包括用于對機器人進行編程的裝置，所述用戶接口裝置設置在機器人的外部，作為機器人的一體部件或者作為以上二者組合；
[0050].存儲裝置，其與所述用戶接口裝置和所述控制單元協(xié)作，用于存儲與機器人的移動和其他操作相關的信息；
[0051 ]其中控制單元處理來自上述兩個位置傳感器的信息，以實現一個或多個安全功能，諸如，下列安全功能中的I個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、12個、13個、14個、15個、16個、17個、18個或19個:
[0052].限制關節(jié)位置安全功能，其中第二位置傳感器直接監(jiān)控機器人關節(jié)的角度，并且檢測該角度是否在預定義角度范圍之外，而第一位置傳感器基于完整旋轉的次數和齒輪齒數比來計算對應的輸出側位置；
[0053].限制關節(jié)速度安全功能，其中機器人關節(jié)的速度由一定時間間隔內的位置差異確定；
[0054].限制關節(jié)力矩安全功能，其中機器人關節(jié)的位置和速度以及機械臂中的質量分布被用來計算在機器人關節(jié)中施加的預期力矩；
[0055].限制工具速度安全功能，其中位置的數值求導被用來估算工具的速度；
[0056].限制工具力安全功能，其中在所述限制關節(jié)力矩安全功能中計算的預期力矩被投射到笛卡爾空間中，以獲得限制力的功能；
[0057].限制動量安全功能，其中通過使用機械臂中的質量分布和有效載荷的模型，機器人關節(jié)的位置和速度可用于計算和限制任何給定時間點的機器人的動量和有效載荷；
[0058].緊急停止安全功能，其中當啟動緊急停止時，采用冗余速度測量來檢查機器人是否確實在減速，借此機器人以故障安全方式主動地減速并處于程序軌線內；
[0059].保護停止安全功能，其中當保護輸入啟用時，基于雙傳感器的速度估計被用于控制機器人的冗余減速；
[0060].限制功率安全功能，其中機器人關節(jié)的位置和速度連同臂的運動學和動力學模型持續(xù)地監(jiān)控機械臂產生的總機械功是否保持在某一界限內；
[0061]?機器人移動數字輸出安全功能，其中所述兩個傳感器各自檢測機器人關節(jié)是否在移動，并且相應地設置輸出；
[0062]?機器人未停止數字輸出安全功能，其中所述兩個傳感器各自檢測機器人是否沒有主動制動或停止，并且相應地設置輸出；
[0063]?模式區(qū)減小安全功能，其中所述兩個傳感器用來監(jiān)控機器人是否處于其工作空間中，并且相應地更改安全參數；
[0064].限制工具位置安全功能，其中所述兩個傳感器與機器人運動學的軟件模型結合使用，以計算機械臂端部執(zhí)行器的位置，并且確保該位置在用戶定義的一些界限內；以及
[0065].限制工具取向安全功能，其中所述兩個傳感器與機器人運動學的軟件模型結合使用，以計算機械臂端部執(zhí)行器的取向，并且確保該取向在指定的一些角度界限內。
[0066]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，傳感器感測角位置或線性位置。優(yōu)選地，第一位置傳感器感測齒輪的輸入側上的位置，而第二位置傳感器感測齒輪的輸出側上位置。
[0067]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，控制單元使用來自所述兩個傳感器的信息，以實現至少下列安全功能:
[0068]?限制關節(jié)位置安全功能；
[0069]?限制關節(jié)速度安全功能；以及
[0070].限制關節(jié)力矩安全功能。
[0071]在本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于安全控制工業(yè)機器人的方法，該方法執(zhí)行上述安全功能。
【附圖說明】
[0072]圖1示出了根據本發(fā)明的一個實施例的機器人關節(jié)的剖視圖。
【具體實施方式】
[0073]根據本發(fā)明，該系統(tǒng)被設計成使得軟件或硬件的任何單個故障不會導致機器人變得危險。
[0074]實現這一點的常用方式是采用兩個單獨系統(tǒng)來執(zhí)行安全功能。這兩個系統(tǒng)都可以獨立地切斷機器人的電源。這兩個系統(tǒng)中的每個系統(tǒng)可以監(jiān)控所需的安全參數。這兩個系統(tǒng)應盡可能地不同，以避免相同原因的故障。這些故障可能是編譯錯誤、方法錯誤、軟件缺陷、電子設備失靈。為了克服此種情況，安全系統(tǒng)軟件的兩個分支由兩個獨立的程序員團隊制作，源代碼由不同的編譯程序編譯，并且在不同的微處理器上運行。這兩個分支使用不同的硬件來測量角位置，并且在出現故障的情況下，使用兩種不同的方式切斷電源。
[0075]由于安全控制系統(tǒng)在每個機器人關節(jié)中使用兩個傳感器以實現上文定義的所需安全功能，因此，下文提供對此類改進機器人關節(jié)的更詳細的描述。
[0076]參考圖1，示出了根據本發(fā)明的一個實施例的關節(jié)的剖視圖。該關節(jié)包括互相連接的機械、機電、電子和光學元件，這些元件直接經由電連接器耦接到其他元件，或者無線耦接(例如，光學耦接)到其他元件。為了確保這些元件最簡單且直接的安裝與連接，有利的是將這些元件中盡可能多的元件設置在一個印刷電路板131(PCB)上。圖示為可以用在六軸機器人中的關節(jié)的一個實施例的剖視圖，但應理解，此關節(jié)也可以與其他機器人一起使用。
[0077]在所示實施例中，使用位置傳感器132、133并且應用安全制動器134、135。該制動器被設計成使得螺線管134可以用非常有限的力啟用和停用制動器。
[0078]用于確定電機(角取向)的位置(軸/轉子的角取向)的傳感器133安裝在PCB131的后表面處。圖1所不的電機包括定子部件136和轉子部件137。
[0079]用于確定關節(jié)的輸出軸138或輸出法蘭139的角取向的傳感器132安裝在PCB的前表面上，或者安裝在PCB 131的前表面上的插槽中。優(yōu)選地，使用高清晰度傳感器，并且空心軸138與傳感器之間距離較近是重要的，以便實現傳感器和編碼器盤相對于彼此的適當定位。為了能夠通過關節(jié)來感測PCB 131處的輸出法蘭139的移動(旋轉)，將編碼器盤140安裝在空心軸138上，電連接和氣動連接141通過空心軸被引導穿過該關節(jié)，而且空心軸138連接到輸出法蘭139。
[0080]在例如電源掉電的情況下使機器人137停下的安全制動器134和135是作為PCB131的一體部件而形成的。直接安裝在PCB 131上的螺線管134在電源掉電的情況下，將棘輪142移動成與安裝在電機軸143上的環(huán)形構件135接合。該環(huán)形構件135(摩擦環(huán))可以相對于電機軸旋轉，但環(huán)形構件與電機軸143之間存在較高摩擦。這確保關節(jié)的受控暫停，但不會突然暫停關節(jié)而導致機械臂超載。在附圖中，牢固地裝配在電機軸143與環(huán)形構件135(摩擦環(huán))之間的O形環(huán)144確保了環(huán)形構件135與電機軸143之間的摩擦。
[0081]此外，根據本發(fā)明的此實施例的關節(jié)被設計成使得相鄰關節(jié)可以不使用另外的元件便附接到彼此。借由輸出法蘭139和關節(jié)的外殼146上的連接部分145來將關節(jié)附接到相鄰關節(jié)或連接構件(例如，薄壁管)。除此之外，根據本發(fā)明的機器人關節(jié)可以由適當的構件(例如薄壁管)耦接在一起，薄壁管因具有最佳剛度/重量比而成為優(yōu)先選擇。此外，根據本發(fā)明的此實施例的關節(jié)包括:外殼146與輸出法蘭139之間的密封件147;靠在設于外殼146中的傾斜內表面部分(軸承表面)155上的主軸承148;密封軸承149;傳動裝置150;用于從相鄰關節(jié)或連接構件的連接的至少一個通道151;當輸出構件138、139旋轉時用于滑環(huán)和用于扭轉電線141的區(qū)域/空間152;另外的軸承153;以及板154，例如，鋁板或其他合適的材料，用于安裝PCB 131并且也用于充當關節(jié)中的電力電子設備的散熱器。
[0082]可以使用單個四點接觸球軸承、或單個交叉滾子軸承、或者一對角接觸球軸承，來取代附圖所示的一對止推角接觸滾針軸承作為關節(jié)中的主軸承布置方式。
[0083]此外，可以使用帶有相移180度的2個小齒輪或者相移120度的3個小齒輪的偏心齒輪布置方式，來取代帶有單個偏心小齒輪的所示偏心齒輪布置方式?；蛘撸梢栽诰哂谢虿痪哂屑奢敵鲚S承的情況下，在單元中使用諧波傳動齒輪。
[0084]盡管上文已經示出并描述了若干具體實施例，但應理解，可以采用多種不同的方式來實施本發(fā)明，包括機器人本身、用于對機器人進行編程和控制的用戶接口裝置、以及這樣的整個控制系統(tǒng)。因此，可以設計例如用戶接口上的很多另選菜單頁面。本發(fā)明的范圍因而由包括技術等同物在內的所附權利要求書界定。還應理解，本發(fā)明的用戶接口裝置也可以與除了本申請中示出、描述和請求保護的那些機器人之外的其他機器人一起使用，而且這也適用于機器人的機電元件，諸如，帶有傳動裝置、編碼器等的關節(jié)。
【主權項】
1.一種具有安全系統(tǒng)的工業(yè)機器人，包括: ?關節(jié)，所述關節(jié)連接機械臂的兩個機械臂部分，并且配備有齒輪或類似傳動裝置，用于將力或力矩從一個機械臂部分傳送到另一個機械臂部分； ?第一位置傳感器，所述第一位置傳感器用于感測所述傳動裝置的輸入側或輸出側上的位置； ?第二位置傳感器，所述第二位置傳感器用于感測所述傳動裝置的所述輸入側或輸出側上的位置； ?控制單元，所述控制單元用于實施實體機械臂的軟件模型，包括運動學和動力學計算； ?用戶接口裝置，所述用戶接口裝置包括用于對所述機器人進行編程的裝置，所述用戶接口裝置設置在所述機器人的外部，作為所述機器人的一體部件或者作為以上二者的組合； ?存儲裝置，所述存儲裝置與所述用戶接口裝置和所述控制單元協(xié)作，用于存儲與所述機器人的移動和其他操作相關的信息； ?其中所述控制單元處理來自所述兩個傳感器的信息，以實現一個或多個安全功能，諸如，確定所述關節(jié)是否超出預定范圍。2.根據權利要求1所述的工業(yè)機器人，其中所述控制單元處理來自所述兩個傳感器的信息，以實現下列安全功能中的一個或多個，諸如I個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、12個、13個、14個、15個、16個、17個、18個或19個: ?限制關節(jié)位置安全功能，其中所述第二位置傳感器直接監(jiān)控機器人關節(jié)的角度，并且檢測所述角度是否在預定義角度范圍之外，而所述第一位置傳感器基于完整旋轉的次數和齒輪齒數比來計算對應的輸出側位置； ?限制關節(jié)速度安全功能，其中所述機器人關節(jié)的速度由位置的變化速率確定； ?限制關節(jié)力矩安全功能，其中所述機器人關節(jié)的位置和速度結合所述機械臂中的質量分布以及摩擦的模型被用來計算在所述機器人關節(jié)中施加的預期力矩； ?限制工具速度安全功能，其中基于來自所述位置傳感器的輸出來計算所述工具的速度； ?限制工具力安全功能，其中在所述限制關節(jié)力矩安全功能中計算的預期力矩被投射到笛卡爾空間中，以獲得限制力的功能； ?限制功率安全功能，其中根據所述力矩乘以每個關節(jié)的速度而計算的機械功被限于某一值； ?緊急停止安全功能，其中當啟動緊急停止時，采用冗余速度測量來檢查所述機器人是否確實在減速，借此所述機器人以故障安全方式主動地減速并處于程序軌線內； ?保護停止安全功能，其中當保護輸入啟用時，速度估計被用于控制所述機器人的減速； ?限制功率安全功能，其中所述機器人關節(jié)的位置和速度連同所述機械臂的運動學和動力學模型持續(xù)地監(jiān)控輸入到所述機械臂中的總功率是否保持在某一界限內； ?機器人移動數字輸出安全功能，其中所述兩個傳感器各自檢測所述機器人關節(jié)是否在移動，并且相應地設置輸出； ?機器人未停止數字輸出安全功能，其中所述兩個傳感器各自檢測所述機器人是否沒有主動制動或停止； ?模式區(qū)減小安全功能，其中所述兩個傳感器用來監(jiān)控所述機器人是否處于其工作空間中，并且相應地更改安全參數； ?限制工具位置安全功能，其中所述兩個傳感器與機器人運動學的軟件模型結合使用，以計算機械臂端部執(zhí)行器的位置，并且確保所述位置在用戶定義的一些界限內；以及?限制工具取向安全功能，其中所述兩個傳感器與機器人運動學的軟件模型結合使用，以計算所述機械臂端部執(zhí)行器的取向，并且確保所述取向在指定的一些角度界限內。3.根據權利要求1或2所述的工業(yè)機器人，其中所述機械臂被配置成握持機器人工具。4.根據權利要求1到3中任一項所述的工業(yè)機器人，其中所述第一位置傳感器是編碼器，或者是用于感測角位置或線性位置的其他傳感器。5.根據權利要求1到4中任一項所述的工業(yè)機器人，其中所述第二位置傳感器是編碼器，或者是用于感測角位置或線性位置的其他傳感器。6.根據權利要求1到5中任一項所述的工業(yè)機器人，其中所述第一位置傳感器感測所述傳動裝置的所述輸入側上的位置。7.根據權利要求1到6中任一項所述的工業(yè)機器人，其中所述第二位置傳感器感測所述傳動裝置的所述輸出側上的位置。8.根據權利要求1到7中任一項所述的工業(yè)機器人，其中所述控制單元處理來自所述兩個傳感器的信息，以實現至少下列安全功能: ?限制關節(jié)位置安全功能； ?限制關節(jié)速度安全功能；以及 ?限制關節(jié)力矩安全功能。9.根據權利要求1到8中任一項所述的工業(yè)機器人，其中所述控制單元處理來自所述兩個傳感器的信息，以實現下列安全功能: ?限制關節(jié)位置安全功能； ?限制關節(jié)速度安全功能； ?限制關節(jié)力矩安全功能； ?限制工具位姿安全功能； ?限制工具速度安全功能；以及 ?限制工具力安全功能。10.一種用于安全控制工業(yè)機器人的方法，所述工業(yè)機器人具有:關節(jié)，所述關節(jié)連接機械臂的兩個機械臂部分，并且配備有齒輪或類似傳動裝置，用于將力或力矩從一個機械臂部分傳送到另一個機械臂部分;第一位置傳感器，所述第一位置傳感器用于感測所述齒輪的輸入側或輸出側上的位置;第二位置傳感器，所述第二位置傳感器用于感測所述齒輪的所述輸入側或輸出側上的位置;控制單元，所述控制單元用于實施實體機械臂的軟件模型，包括運動學和動力學計算；用戶接口裝置，所述用戶接口裝置包括用于對所述機器人進行編程的裝置，所述用戶接口裝置設置在所述機器人的外部，作為所述機器人的一體部件或者作為以上二者的組合；以及存儲裝置，所述存儲裝置與所述用戶接口裝置和所述控制單元協(xié)作，用于存儲與所述機器人的移動和其他操作相關的信息； 其特征在于，所述方法使用所述控制單元處理來自所述兩個傳感器的信息，以實現一個或多個安全功能，諸如，確定所述關節(jié)是否超出預定范圍。11.根據權利要求10所述的方法，其中所述控制單元處理來自所述兩個傳感器的信息，以實現下列安全功能中的一個或多個，諸如I個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、12個、13個、14個、15個、16個、17個、18個或19個: ?限制關節(jié)位置安全功能，其中所述第二位置傳感器直接監(jiān)控機器人關節(jié)的角度，并且檢測所述角度是否在預定義角度范圍之外，而所述第一位置傳感器基于完整旋轉的次數和齒輪齒數比來計算對應的輸出側位置； ?限制關節(jié)速度安全功能，其中所述機器人關節(jié)的速度由位置的變化速率確定； ?限制關節(jié)力矩安全功能，其中所述機器人關節(jié)的位置和速度結合所述機械臂中的質量分布以及摩擦的模型被用來計算在所述機器人關節(jié)中施加的預期力矩； ?限制工具速度安全功能，其中基于來自所述位置傳感器的輸出來計算所述工具的速度； ?限制工具力安全功能，其中在所述限制關節(jié)力矩安全功能中計算的預期力矩被投射到笛卡爾空間中，以獲得限制力的功能； ?限制動量安全功能，其中通過使用所述機械臂中的質量分布和有效載荷的模型，所述機器人關節(jié)的位置和速度能用于計算和限制任何給定時間點的所述機器人的動量和有效載荷； ?限制功率安全功能，其中根據所述力矩乘以每個關節(jié)的速度來計算的機械功被限于某一值； ?緊急停止安全功能，其中當啟動緊急停止時，采用冗余速度測量來檢查所述機器人是否確實在減速，借此所述機器人以故障安全方式主動地減速并處于程序軌線內； ?保護停止安全功能，其中當保護輸入啟用時，速度估計被用于控制所述機器人的減速； ?限制功率安全功能，其中所述機器人關節(jié)的位置和速度連同所述機械臂的運動學和動力學模型持續(xù)地監(jiān)控輸入到所述機械臂中的總功率是否保持在某一界限內； ?機器人移動數字輸出安全功能，其中所述兩個傳感器各自檢測所述機器人關節(jié)是否在移動，并且相應地設置輸出； ?機器人未停止數字輸出安全功能，其中所述兩個傳感器各自檢測所述機器人是否沒有主動制動或停止； ?模式區(qū)減小安全功能，其中所述兩個傳感器用來監(jiān)控所述機器人是否處于其工作空間中，并且相應地更改安全參數； ?限制工具位置安全功能，其中所述兩個傳感器與機器人運動學的軟件模型結合使用，以計算機械臂端部執(zhí)行器的位置，并且確保所述位置在用戶定義的一些界限內；以及?限制工具取向安全功能，其中所述兩個傳感器與機器人運動學的軟件模型結合使用，以計算所述機械臂端部執(zhí)行器的取向，并且確保所述取向在指定的一些角度界限內。12.根據權利要求10或11所述的方法，其中所述機械臂被配置成握持機器人工具。13.根據權利要求10到12中任一項所述的方法，其中所述第一位置傳感器感測角位置或線性位置。14.根據權利要求10到13中任一項所述的方法，其中所述第二位置傳感器感測角位置或線性位置。15.根據權利要求10到14中任一項所述的方法，其中所述第一位置傳感器感測所述齒輪的所述輸入側上的位置。16.根據權利要求10到15中任一項所述的方法，其中所述第二位置傳感器感測所述齒輪的所述輸出側上的位置。17.根據權利要求10到16中任一項所述的方法，其中所述控制單元使用來自所述兩個傳感器的信息，以實現至少下列安全功能: ?限制關節(jié)位置安全功能； ?限制關節(jié)速度安全功能；以及 ?限制關節(jié)力矩安全功能。18.根據權利要求10到17中任一項所述的方法，其中所述控制單元使用來自所述兩個傳感器的信息，以實現下列安全功能: ?限制關節(jié)位置安全功能； ?限制關節(jié)速度安全功能； ?限制關節(jié)力矩安全功能； ?限制工具位姿安全功能； ?限制工具速度安全功能；以及 ?限制工具力安全功能。
【文檔編號】B25J9/16GK106061688SQ201580011890
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年2月26日 公開號201580011890.9, CN 106061688 A, CN 106061688A, CN 201580011890, CN-A-106061688, CN106061688 A, CN106061688A, CN201580011890, CN201580011890.9, PCT/2015/50038, PCT/DK/15/050038, PCT/DK/15/50038, PCT/DK/2015/050038, PCT/DK/2015/50038, PCT/DK15/050038, PCT/DK15/50038, PCT/DK15050038, PCT/DK1550038, PCT/DK2015/050038, PCT/DK2015/50038, PCT/DK2015050038, PCT/DK201550038
【發(fā)明人】埃斯本·H·厄斯特高, 格熱戈日·津巴, 大衛(wèi)·勃蘭特
【申請人】優(yōu)傲機器人公司