CN101984750B

CN101984750B - 用于在工业机器人系统中控制多个轴线的方法以及工业机器人系统

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Publication number: CN101984750B
Application number: CN2007801009143A
Authority: CN
Inventors: J·H·卡尔森; A·拉素里
Original assignee: ABB T&D Technology AG
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2007-10-01
Filing date: 2007-10-01
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2027-10-01
Also published as: JP2011500336A; US20100204829A1; DE602007013300D1; CN101984750A; EP2212064B1; WO2009043369A1; EP2212064A1; US8452443B2; ATE501816T1; ES2362312T3

Abstract

本发明涉及一种工业机器人系统，包括：工作单元，其包括装载区域和处理区域；检测器(6)，其当人员进入工作单元的装载区域时进行检测；机械手，其位于工作单元中；至少一个定位器，其适于保持工件并且当机械手处理工件时绕至少一个轴线改变工件的取向；工位转换器，其可绕轴线运动并且适于基于命令在工作单元的装载区域和处理区域之间运动机械手或定位器。每个轴线具有马达(M1-M3)和驱动单元(53-55)。轴线控制器(50)适于在执行至少两个任务之间切换：第一任务，命令定位器和工位转换器的轴线停止；第二任务，定位器和工位转换器的轴线被允许运动。安全控制器(58)适于基于检测到人员进入装载区域，监视任意工位转换器或定位器是否在运动，如果检测到任意被监视的轴线运动，则生成使运动轴线的驱动单元禁能的信号。

Description

用于在工业机器人系统中控制多个轴线的方法以及工业机器人系统

技术领域

本发明涉及工业机器人系统，其包括具有装载区域和处理区域的工作单元；位于工作单元中并适于处理工件的机械手(或称操作装置)；适于保持工件并且当机械手处理工件时绕至少一个轴线(或轴)改变工件的取向的至少一个定位器；以及可绕轴线运动并且基于指令在装载区域与处理区域之间运动机械手或定位器的工位转换器。

本发明进一步涉及用于在此类工业机器人系统中控制定位器和工位转换器的轴线的方法。

工位转换器例如为以下所述的一个：机械手的轴线；直线路径，机械手可沿该直线路径在定位器之间线性运动；或承载定位器并可绕布置在定位器之间的轴线旋转的装置。

背景技术

通常，在机器人系统中，使用机械手来处理工件，在处理工件期间将改变工件位置的定位器与机械手相结合。定位器适于保持工件并通过绕一个或多个轴线旋转工件来改变工件的取向。此类定位器例如在EP 1731259中描述。处理例如为电弧焊、点焊、喷漆、研磨、密封、水刀切割和胶合。

在某些应用中，工件被手动装载到定位器上，其对人员装载定位器提出了苛刻的人身安全要求。为了安全原因，机械手和定位器被放置到工作单元。工作单元通常是封闭区域；例如，通过栅栏或光电限制单元来封闭工作单元，该栅栏具有带门的开口。操作者必须通过开口进入或离开工作单元。工作单元常常设有检测器来当人员经过开口进入工作单元时进行检测。工作单元包括至少两个区域：装载区域，在定位器装载期间机器人操作者被允许进入装载区域；处理区域，其包括机械手，并且在正常的操作期间机器人操作者不允许进入处理区域。只有机械手被置于在安全停止状态，操作者才被允许进入处理区域。工位转换器基于命令使机械手或定位器在工作单元的装载区域和处理区域之间运动。

为了节省循环时间，可以使用两个或多个定位器。在机械手处理其他工件的同时，一个或多个的定位器装载新的工件。工位转换器适于基于命令改变机械手在哪一个定位器上进行作业，并且通过绕轴线运动机械手或定位器来执行所述改变。

图1-5示出了不同类型的工作单元，其具有机械手、至少一个定位器和工位转换器。

图1示出了第一类型的工作单元，其包括机械手1，其适于处理工件2；第一定位器4，其适于保持工件2并且通过使工件绕轴线A1旋转而改变工件的取向；第二定位器5，其适于接收新的工件并且通过使工件绕轴线A2旋转而改变工件的取向；以及工位转换器7，其适于承载定位器4、5。工位转换器7可绕轴线A3旋转并且适于基于命令改变机械手在定位器4、5的哪一个上进行作业。在此类型的工作单元中，工位转换器是与机械手分开布置的装置。工作单元被划分成两个区域：装载区域9a和包括机械手1的处理区域9b。工位转换器布置使得当定位器中的一个被定位在处理区域中时，另一个定位器就被定位在装载区域中。通过在处理区域和装载区域之间运动定位器，工位转换器适于改变哪一个定位器位于装载区域中且哪一个位于装载区域中。

当机器人正在处理由位于处理区域中的定位器保持的工件时，机器人操作者被允许进入装载区域从而为位于装载区域中的定位器装载新的工件。当机器人完成了工件的处理，工位转换器绕其轴线旋转并且定位器改变其位置，使得保持处理的工件的定位器位于装载区域并且新的工件位于处理区域。

装载区域具有开口11。只有通过这个开口有人才可能进入装载区域。当任意工位转换器的轴线或位于装载区域中的定位器的轴线运动时，人员进入装载单元是危险的。在操作者被允许进入装载区域之前这些轴线是停用的。出于安全原因，开口11具有传感器6从而当人员进入装载区域时进行检测。系统还包括位于工作单元外部的启动按钮8。当操作者已经离开装载区域时，他按下启动按钮从而再次启动轴线。

图2示出了与图1中所示相同类型的工作单元，其包括工位转换器20，该工位转换器具有4个定位器10a-b，每个定位器适于保持工件并且通过使其绕轴线A4-A7旋转来改变工件的取向。

图3示出了另一个类型的工作单元，其包括机械手1；第一定位器22，其适于保持工件和通过使其绕轴线A8旋转来改变工件的取向；以及第二定位器24，其适于接收新的工件并且通过使其绕轴线A9旋转来改变工件的取向。工件被布置成固定在空间中，并且机械手的第一轴线A10起到工位转换器的作用。当机械手处理完工件后，该机械手绕其第一轴线旋转，直到其到达另一个定位器并开始处理新的工件。机械手和定位器位于工作单元中。工作单元被划分成三个区域：一个处理区域26和两个装载区域28、30。为了确保装载定位器的人员的安全，在人员被允许进入装载区域之前，工位转换器的轴线，即机械手的第一轴线，和位于装载区域中的定位器的轴线被停用。当人员离开装载区域后，轴线被再次启动。每个装载区域具有开口11a、11b，用于操作者进入装载区域。每个开口11a-b具有传感器6a-b，用于在人员进入装载区域时进行检测。

图4示出了工作单元，其包括机械手1，其适于处理工件2；第一定位器32，其适于保持工件2并且通过使其绕轴线A11旋转来改变工件的取向；第二定位器34，其适于接收工件并且通过使其绕轴线A12旋转来改变工件的取向；呈线性路线35形式的工位转换器，其具有线性轴线A13，机械手可沿着该线性轴线线性运动。工作单元具有两个装载区域36a、37a和两个处理区域36b、37b。每个处理区域和装载区域具有定位器32、34。机械手可在两个处理区域之间运动。每个装载区域具有开口11a、11b，用于操作者进入该区域。如果机械手在相应的处理区域内，或如果装载区域中的定位器运动，人员不允许进入装载区域。为了确保装载定位器的人员安全，在人员被允许进入装载区域之前，工位转换器的轴线，即线性轴线A13，和位于装载区域中的定位器的轴线被停用。当人员已经离开装载区域之后轴线被再次启动。

图5示出了另一个类型的工作单元，其包括机械手1和一个布置成固定在空间中的定位器22。机械手的第一轴线A10起到工位转换器的作用。工作单元被划分成装载区域38和处理区域39，为了安全原因，机械手在装载定位器22期间运动到处理区域39。定位器位于装载区域和处理区域之间的边界上。机械手位于处理区域中，但是机械手的工作范围延伸到装载区域使得机械手能够到达定位器并处理由定位器保持的工件。当机械手处理完工件后，机械手围绕其第一轴线旋转，直到其完全在处理区域38内。操作者装载定位器并且当定位器已经被装载时，机械手绕其第一轴线A10向相反方向旋转，直到机械手能够到达定位器并且对装载的工件进行处理。

图6示出了现有技术的控制系统，其用于控制工位转换器和定位器的轴线。控制系统包括轴线控制器40，其适于控制工位转换器和和定位器的轴线运动；以及安全控制器42，其适于监视工作单元并且生成到轴线的停止信号。共用驱动单元44用于控制定位器的马达M₁、M₂以及工位转换器的马达M₃。驱动单元44和马达之间的每个连接具有继电器46，用于将马达连接和断开到驱动单元。每个马达具有测量轴线位置的装置R1-R3。轴线控制器40接收轴线实际位置Φ₁、Φ₂、Φ₃的信息并且发送用于轴线位置和速度的参考信号Φ_ref到驱动单元。

为了确保定位器装载定位器的人员安全，在人员被允许进入装载区域之前，工位转换器的轴线和位于装载区域中的定位器的轴线被停用。当人员已经离开装载区域时轴线被再次启动。因此，轴线必须在每个工作循环都被启动和停用。

启动轴线的步骤如下：

1)在轴线的驱动单元和马达之间操作继电器46，从而将马达连接到驱动单元。

2)让驱动单元44被使能(enable)，这意味着马达的电流被接通，例如通过打开到驱动单元的电源来实现，。

3)释放马达的制动器

为了使轴线停用，执行相同的步骤，但是顺序相反。启动和停用轴线的总时间为1.4s。

当检测到人员进入装载区域，安全控制器42检查工位转换器和位于装载区域中的定位器的轴线是否被停用。通过检查继电器是否断开而进行上述检查。如果任意继电器仍然连接，那么整个系统被紧急制动。当操作者按下启动按钮，轴线被启动。

发明内容

本发明的目的是使包括至少两个定位器和工位转换器的工业机器人系统减少成本和循环时间。

[0021根据本发明的一个方面，此目的利用如权利要求1所限定的工业机器人系统来实现。

此类工业机器人系统包括工作单元，其包括装载区域和处理区域；至少一个检测器，其当人员进入工作单元的装载区域时进行检测；机械手，其位于工作单元中并适于处理工件；至少一个定位器，其适于保持工件并且当机械手处理工件时绕至少一个轴线改变工件的取向；工位转换器，其可绕轴线运动并且适于基于命令在装载区域和处理区域之间运动机械手或定位器；轴线控制器，其适于控制至少两个轴线的运动，以及安全控制器，其适于监视工作单元并且生成到轴线的停止信号。

本发明的特征在于，每个轴线具有马达和驱动单元。进一步地，本发明的特征在于，轴线控制器适于在执行至少两个任务之间切换：第一任务，命令定位器和工位转换器的轴线停止；第二任务，工位转换器和定位器的轴线被允许运动。任务为控制程序，其包括控制定位器和工位转换器的轴线运动的程序指令。

本发明的特征还在于，安全控制器适于连续接收定位器和工位转换器的位置信息，以及来自检测器的信息，并且安全控制器进一步被适配成在检测到人员进入工作单元的装载区域时，至少是只要有人员在装载区域内，就连续监视任意工位转换器和定位器是否在运动，如果检测到任意被监视的轴线正在运动时，就生成使运动轴线的驱动单元禁能(disable)的信号，如果判定被监视的轴线没有运动时，则保持驱动单元或被监视的轴线的驱动单元被使能。

本发明使移除用于将马达连接或断开到现有技术中使用的驱动单元的继电器成为可能，并由此减少了硬件成本。进一步地，当操纵者在装载区域内时，本发明还使保持轴线的驱动单元被使能以及保持制动器松开成为可能。因此，当人员进入装载区域时，或者当人员离开装载区域时，定位器和工位转换器的轴线不是必须停用。因此，轴线在每个工作循环不是必须启动或停用，这意味着减少了循环时间。

代替在人员进入装载区域之前停用轴线，轴线控制器命令轴线停止。通过表达停止命令意味着命令轴线保持着其位置不动。轴线由呈控制程序的形式的软件被命令停止，该软件在轴线控制器上执行。基于控制程序的执行，轴线控制器产生用于轴线位置和速度的参考信号。参考信号被发送到轴线的驱动单元，其基于参考信号生成到驱动轴线的马达的可变电流。当轴线控制器被切换到第一任务，到驱动单元的参考信号使得轴线的速度被命令为零，并且操作者被允许进入装载区域。当轴线控制器被切换到第二任务，操纵者不允许进入装载区域。

然而，为了确保操作者的人身安全，通过软件来命令轴线停止是不够的。当操作者在装载区域中时，控制程序的缺陷可导致轴线的运动。根据本发明，当操纵者在装载区域内时，通过监视定位器和工位转换器的运动来保证轴线的安全停止。例如，基于测量的轴线速度或根据从位置检测装置接收的位置计算出的速度，能够完成对是否有任意工位转换器或定位器在运动的监视。尽管控制程序命令轴线停止，但是由于轴线控制器的调整系统可能会发生小的不可见的运动。因此，监视系统优选应容许轴线进行小的、不可见的运动。

如果检测到任意轴线运动，运动轴线的驱动单元被禁能；相反，则被监视轴线的驱动单元保持使能。为了进一步提高安全性，有利的是，如果检测到任意轴线运动，则禁能所有轴线的驱动单元。当驱动单元被禁能时，切断到马达的电流。例如通过移除到驱动单元的电源来禁能驱动单元。

根据本发明的实施例，机器人系统包括第二定位器，其适于保持工件并使工件绕至少一个轴线改变取向，工位转换器适于基于命令来改变机械手在哪一个定位器上工作，而且安全控制器适于连续接收第二定位器的位置信息，并且在检测到有人进入工作单元的装载区域时，确定哪一个定位器在装载区域内，至少只要有人在装载区域内，则连续检测是否被确定在装载区域内的任意工位转换器或定位器运动，并且如果检测到被确定在装载区域内的任意工位转换器和定位器运动，则生成使运动轴线的驱动单元禁能的信号。

进一步地，安全控制器适于确定哪一个定位器在处理区域，轴线控制器通过在执行至少两个任务之间切换来控制三个轴线的运动：第一任务，命令被确定在装载区域中的工位转换器和定位器的轴线停止，并且被确定在处理区域中的定位器的轴线被允许运动；第二任务，工位转换器和定位器的轴线被允许运动。本实施例用于图1-4中描述的包括多于一个定位器的工作单元类型。本实施例在机械手继续处理由另一个定位器保持的工件且另一个定位器的轴线旋转的同时确保了装载定位器的操作者的安全。

基于工位转换器的轴线位置，安全控制器适于确定哪一个定位器在装载区域内，哪一个定位器在处理区域内。

根据本发明的实施例，系统包括位于工作单元外部的启动装置，并且该启动装置适于基于人员的启动，生成操作者准备好信号，轴线控制器适于接收操作者准备好信号并基于接收操作者准备好信号切换到第二任务。当装载区域中的工位转换器和定位器的轴线被允许运动时，本实施例确保人员在工作单元的外部。

根据本发明的实施例，装载区域包括第一定位器，处理区域包括第二定位器，每个区域具有检测器，其用于在有人进入区域时进行检测，并且工位转换器适于在装载区域和处理区域之间运动机械手，安全控制器适于基于检测到有人进入任意装载区域或处理区域，确定机械手是否在所进入的区域，如果机械手在所进入的区域，则生成到机械手的停止信号。到机械手的停止信号使轴线的驱动单元禁能并且对机械手的马达施加制动。本实施例用于图4和5所述的工作单元类型，其中，机械手的工作范围延伸至装载区域。本实施例确保装载定位器的操作者的安全，当进行工作时机械手可到达装载区域。

根据本发明的另一方面，通过用于控制权利要求7所限定的工业机器人系统中多个轴线的方法来实现此目的。

附图说明

通过本发明不同实施例的描述并参照附图，本发明将被更详尽地解释。

图1示出了第一类型现有技术的工作单元，其包括机械手、两个定位器和分开的工位转换器。

图2示出了第一类型现有技术的工作单元，其包括4个定位器。

图3示出了第二类型现有技术的工作单元，其包括机械手、两个定位器和呈机械手的一个轴线的形式的工位转换器。

图4示出了第三类型现有技术的工作单元，其具有机械手，两个定位器和呈线性路径的形式的工位转换器。

图5示出了第四类型现有技术的工作单元，其包括机械手，一个定位器和呈机械手的一个轴线的形式的工位转换器。

图6示出了现有技术的机器人控制系统的例子。

图7示出了根据本发明的实施例的机器人控制系统。

图8示出了用于控制工位转换器和一个定位器的轴线的程序流程图的例子。

图9示出了用于控制工位转换器和两个定位器的轴线的程序流程图的例子。

图10示出了安全控制器的流程图的例子。

具体实施方式

图7示出了根据本发明的实施例的机器人控制系统，其适于控制图1-5中公开的工作单元中的定位器和工位转换器的轴线。然而，驱动单元、马达、位置测量装置的数量必须与工作单元类型的定位器的数量相适应。多个马达M₁、M₂、M₃实现定位器和工位转换器的运动。例如，参照图1所示的工作单元，马达M₁控制第一定位器的轴线A₁；马达M₂控制第一定位器的轴线A₂、A₁的运动；马达M₃控制工位转换器的轴线A₃的运动。每条轴线均具有用于测量轴线位置Φ₁、Φ₂、Φ₃的装置R₁、R₂、R₃。用于测量轴线位置的装置例如为分解器。

控制系统包括适于控制工位转换器和定位器的轴线运动的轴线控制器50。优选地，轴线控制器50还控制机械手1的所有轴线。轴线控制器50包括用于存储机器人控制程序的装置52和用于执行控制程序的处理装置，例如CPU。轴线控制器40进一步包括控制轴线位置的伺服回路。轴线控制器40接收轴线的实际位置Φ₁、Φ₂、Φ₃的信息，并基于接收到的实际位置的信息和机器人控制程序中的指令来生成用于轴线位置和速度的参考信号Φ_ref1、Φ_ref2、Φ_ref3。在替代实施例中，轴线控制器包括用于存储和执行机器人程序的主计算机和包括伺服回路的轴线计算机。

控制系统进一步包括多个驱动单元53-55。每条轴线均具有其自己的驱动单元。轴线控制器50将用于轴线位置的参考信号Φ_ref1-Φ_ref3发送到驱动单元53-55，其基于接收到的参考信号来控制马达M₁-M₃。轴线控制器50还接收来自启动装置8的信号，该启动装置通知轴线控制器操作者已准备好，即，定位器已装载。启动装置8可以为任意已知类型的启动装置，例如在显示装置上示出的软件按钮或实体按钮。启动装置8基于操作者的启动生成信号，并将该信号发送至轴线控制器50。在本实施例中，驱动单元53-55由开关59使能和禁能，其基于指令中断到驱动单元的交流(AC)电源。驱动单元53-55包括用于整流所供交流电的整流器和动力电子设备，该动力电子设备根据轴线控制器50的参考值Φ_ref1-Φ_ref2生成到马达的可变电流。

控制系统进一步包括适于监视工作单元和生成到轴线的停止信号的安全控制器58。安全控制器58适于从位置测量装置R1-R3接收定位器和工位转换器的轴线的位置Φ₁、Φ₂、Φ₃的信息。进一步地，安全控制器58适于从检测器6接收信息，该检测器用于检测是否有人员进入工作单元的装载区域。装载区域是专用区域，其在装载和卸载定位器期间允许操作者访问。检测器6可以为任意类型的检测器，其在检测人员进入某些区域是进行检测，检测器例如相机、光电检测器、激光扫描仪、踏垫、或具有限位开关的门。

如果控制系统具有5个驱动单元且每个驱动单元均连接到马达来控制A3-A7中任意轴线的运动，则图7所示的控制系统适于控制图2所公开的工作单元的轴线。如果图中所示的驱动单元和马达中的一个被移除，则图7所示的控制系统还适于控制图5所示的工作单元。驱动单元53然后连接到驱动轴线A8的马达，驱动单元54连接到驱动机械手A10的第一轴线的马达，该轴线用作工位转换器。如果当人员进入任意装载区域28或30以及36和37时安全控制器接收到来自检测器6a和6b的信息，则图7所示的控制系统还适于控制图3、图4公开的工作单元的轴线。

轴线控制器50适于在执行的至少两个任务之间切换：第一任务，轴线控制器命令装载区域中的定位器的轴线和工位转换器的轴线停止；第二任务，工位转换器和定位器的轴线被允许运动。当操作者进入装载区域，从装载区域的定位器卸下完成的工件并为定位器装载新的工件时，执行第一任务。当操作者在工作单元外部时，执行第二任务。当轴线控制器执行其第二任务时，工位转换器被允许绕其轴线运动，并被允许在工作单元的装载区域和工作或安全区域之间运动机械手或定位器。当轴线控制器执行第二任务时，操作者不允许进入工作单元。任务为用机器人语言写入的程序，其包括控制定位器和工位转换器的轴线的运动的程序指令。

图8示出了用于控制如图5所示的布置的工位转换器和一个定位器的轴线的程序流程图的例子。将理解的是，流程图的每个框都由机器人控制程序中的计算机程序指令实施。机器人控制程序可由任意类型的程序语言写入。使用的语言类型取决于机器人的类型。

机器人程序通过命令定位器的轴线A8和工位转换器的轴线A 10停止来将轴线计算机设置入任务1，方框60。在第一任务期间通过为各轴线生成恒定的参考信号Φ1、Φ2来命令轴线停止。操作者被通知现在进入装载区域38是安全的，方框62。该信息例如通过接通绿灯而提供。当操作者完工并已经离开装载区域38时，他启动了启动装置8，并且轴线控制器接收操作者准备好信号，方框64。只要没有接收到操作者准备好信号，持续命令轴线停止。如果接收到操作者准备好信号，轴线控制器切换至任务2，方框66。当轴线计算机处于第二任务时，基于机器人控制程序的程序指令来生成用于轴线运动的参考信号。控制系统首先命令轴线A10绕机械手转动使得其到达定位器22。之后，当机械手处理由定位器保持的工件时，控制程序命令定位器绕轴线A8旋转。当机械手处理完工件时，命令轴线A10返回到安全区域39内的安全位置。只要进入装载区不安全，就例如由红灯通知操作者。

图9示出了用于控制如图1所示的工位转换器和两个定位器的轴线的程序流程图的例子。在这种情况下，工位转换器适于根据命令绕其轴线运动定位器并且由此切换哪一个定位器在装载和处理区域内。轴线控制器适于通过在三个任务之间切换来控制三个轴线A1、A2和A3的运动。

在第一任务中，第一定位器4的轴线A1被允许运动，而工位转换器7和第二定位器5的轴线A2、A3被命令停止。当第一定位器4位于处理区域，第二定位器5位于装载区域时，使用第一任务。在第一任务中，在机械手1处理由第一定位器4保持的工件的同时，操作者被允许进入装载区域并切换由第二定位器5保持的工件。

在第二任务中，三个轴线A1-A3均被允许运动。在此任务期间工位转换器7绕其轴线A3运动，且定位器的位置被切换。在第二任务期间，操作者不允许进入转载区域。

在第三任务中，第二定位器5的轴线A2被允许运动，第一定位器4的轴线和工位转换器的轴线A3被命令停止。当第二定位器5位于处理区域且第一定位器4位于装载区域中时，使用第一任务。在第三任务期间，在机械手1处理由第二定位器5保持的工件的同时，操作者被允许进入装载区域从而为第一定位器4装载新工件。

如图9所示，当第一定位器4位于处理区域9b且第二定位器5位于装载区域9a中时，安全控制器切换至第一任务，方框70。第一定位器的轴线A 1根据参考信号Φref1运动，该参考信号由轴线控制器基于机器人控制程序的指令而生成。同时，第二定位器5的轴线A2和工位转换器的轴线A3被命令停止。只要轴线计算机处于第一任务，操作者就被允许进入装载区域，相应地例如由绿信号通知，方框71。一旦操作者完成了其在装载区域的工作，他便启动了启动装置8。轴线控制器接收操作者准备好信号，方框72。只要没有接收到操作者准备好信号，轴线控制器便继续处于第一任务。当接收到操作者准备好信号时，轴线计算机被设置入第二任务，方框74。在第二任务中，所有轴线均被允许运动。在第二任务期间，工位转换器7绕其轴线A3运动，定位器4，5的位置被切换。

当工位转换器准备好时，轴线控制器改到第三任务，方框76，并且操作者被通知其被允许进入装载区域，方框78。在第三任务中，第二定位器5的运动的轴线根据机器人控制程序中的指令控制，第一定位器4的轴线和工位转换器的轴线A3被命令停止。在第三任务期间，操作者将新工件装载到第一定位器4。当操作者已经离开装载区域9a时，他启动了启动装置8。轴控制器接收操作者准备好信号，方框80。只要没有接收到操作者准备好信号时，轴线控制器保持处于第三任务。当接收到操作者准备好信号时，轴线控制器切换到第二任务，方框82，其允许所有轴线运动。在第二任务期间，工位转换器7绕其轴线A3运动，定位器4，5的位置被切换。当工位转换器准备好时，轴线控制器切换到第一任务，方框70，并且操作者被通知其被允许进入装载区域，方框71。之后，参照方框70-82描述的程序不断重复。方框70-90表示机器人系统的工作循环。根据本发明，在工作循环期间，驱动单元53-55被保持使能，即开关59被关闭。

基于检测到人员进入工作单元的装载区域，至少是只要人员在装载区域内，安全控制器58适于连续监视位于装载区域中的任意工位转换器和定位器是否在运动。如果检测到任意被监视的轴线正在运动时，安全控制器进一步适于生成至少禁能运动轴线的驱动单元的信号；如果判定被监视的轴线没有运动时，则保持驱动单元或被监视的轴线被使能。

图10示出了安全控制器58的流程图的例子。该例子涉及图5所示的工作单元类型。然而，同样的方法可以用于图1-4所示的任意其他类型。接收到被监视轴线的位置Φ1、Φ2的值，即位于装载区域中的工位转换器和定位器的轴线的位置Φ1、Φ2的值，方框92。接收到来自检测器6的信号，该检测器当人员进入工作单元的装载区域时进行检测，方框94。基于接收到的检测器信号来确定是否有人进入装载区域，方框96。如果没有检测到有人员进入装载区域，则继续接收被监视轴线的位置和检测器信号。

基于检测到人员进入工作单元的装载区域，基于接收到的定位器轴线的位置，连续确定位于装载区域中的定位器的轴线是否在运动，方框98。例如，基于接收到的测量的位置和位置测量之间的已知时间间隔来计算轴线的速度。如果算出的速度大于限定值，则确定轴线在运动；否则，确定轴线没有运动。优选地，虽然速度的限定值被设置得非常低，但是其将允许小的不可见的轴线运动。

如果检测到装载区域的定位器在运动，生成停止信号，方框100。停止信号使运动轴线的驱动单元禁能，例如通过断开到驱动单元的交流电源的开关59。优选地，停止信号使所有轴线的驱动单元53-55禁能。停止信号对马达M₁或所有马达M₁-M₃施加制动也是可行的。同样地，继续检查工位转换器的轴线是否在运动，方框102。如果工位转换器在运动，则生成停止信号，方框100。如果位于装载区域中的定位器的轴线或工位转换器的轴线没有在运动，驱动单元保持被使能，方框104。

安全控制器58进一步接收来自启动装置6的操作者准备好信号。继续监视直到接收到操作者准备好信号，方框106。替代地，继续监视直到检测器6检测到人员离开工作单元。

由安全控制器提供的上述监视算法确保了被命令停止的轴线不运动。当操作者在装载区域内时，如果任意被命令停止的轴线在运动，则可能会发生事故。

然而，当操作者在装载区域内时，操作者选择手动任务是可行的，其中操作者手动运动装载区域中的工位转换器和定位器的轴线是可行的。在这种情况下，操作者不用顾及安全系统。然而，轴线仅允许以低速运动。

Claims

1.一种工业机器人系统，包括：

工作单元，其包括装载区域和处理区域(9a、9b；28、30、26；36、37；38、39)；

至少一个检测器(6、6a-b)，其在人员进入所述工作单元的装载区域时进行检测；

机械手(1)，其位于所述工作单元中并适于处理工件；

至少一个定位器(4、5；10a-d；2、24；32、34)，其适于保持所述工件并且在所述机械手处理所述工件时绕至少一个轴线改变所述工件的取向；

工位转换器(7；1)，其可绕轴线运动并且适于根据命令使所述机械手或定位器在工作单元的所述装载区域和所述处理区域之间运动；

轴线控制器(50)，其适于控制所述至少一个轴线和所述轴线的运动，以及

安全控制器(58)，其适于监视所述工作单元并且生成到所述轴线的停止信号，

其特征在于，每个所述轴线设置有马达(M₁-M₃)和驱动单元(53-55)，

所述轴线控制器适于在执行至少两个任务之间切换：第一任务，命令所述定位器和所述工位转换器的轴线停止；第二任务，所述定位器和所述工位转换器的轴线被允许运动，所述安全控制器适于连续地接收所述定位器和所述工位转换器的位置信息以及来自所述检测器的信息，并且在检测到人员进入所述工作单元的装载区域时：

至少只要人员在装载区域内，则连续地监视任意工位转换器或定位器是否在运动，以及

如果检测到任意被监视的轴线在运动，则生成使运动轴线的驱动单元禁能的信号，并且如果判定被监视的轴线没有运动，则保持被监视的轴线的驱动单元被使能。

2.根据权利要求1所述的工业机器人系统，其特征在于，其包括第二定位器，所述第二定位器适于保持工件并使所述工件绕至少一个轴线改变取向，所述工位转换器适于根据命令来改变机械手在哪一个定位器上进行工作，所述安全控制器适于连续接收第二定位器的位置信息，并且在检测到有人进入所述工作单元的装载区域时，确定哪个定位器在所述装载区域内，至少只要有人在所述装载区域内就连续检测被确定在所述装载区域内的任意工位转换器或定位器是否在运动，并且如果检测到被确定在所述装载区域内的任意工位转换器和定位器在运动，则生成使运动轴线的驱动单元禁能的信号。

3.根据权利要求2所述的工业机器人系统，其特征在于，所述安全控制器适于确定哪个定位器在处理区域内，所述轴线控制器通过在至少两个任务之间切换来控制所述工位转换器和定位器的轴线的运动：第一任务，命令被确定在所述装载区域内的工位转换器和定位器的轴线停止，并且允许被确定在所述处理区域内的定位器的轴线运动；所述第二任务，允许所述工位转换器和所述定位器的轴线运动。

4.根据权利要求2或3所述的工业机器人系统，其特征在于，所述安全控制器适于基于所述工位转换器的轴线位置来确定哪个定位器在所述装载区域内，哪个定位器在所述处理区域内。

5.根据前述权利要求3所述的工业机器人系统，其特征在于，所述系统包括位于所述工作单元外部的启动装置，并且所述启动装置适于根据人员的启动，生成操作者准备好信号，所述轴线控制器适于接收所述操作者准备好信号并基于接收所述操作者准备好信号切换到所述第二任务。

6.根据权利要求2所述的工业机器人系统，其特征在于，所述装载区域包括第一定位器，所述处理区域包括所述第二定位器，每个装载区域设置有检测器，在有人进入所述装载区域时进行检测，并且所述工位转换器适于使所述机械手在所述装载区域和处理区域之间运动，所述安全控制器适于基于检测到有人进入任意装载区域，确定所述机械手是否在对应于所进入的装载区域的处理区域内，如果所述机械手在对应的处理区域内，则生成到所述机械手的停止信号。

7.一种用于控制工业机器人系统中的多个轴线的方法，包括：工作单元，其包括装载区域和处理区域；至少一个检测器，其在人员进入所述工作单元的装载区域时进行检测；机械手，其位于所述工作单元中并适于处理工件；至少一个定位器，其适于保持所述工件并且在所述机械手处理所述工件时绕至少一个轴线改变所述工件的取向；工位转换器，其可绕轴线运动并且适于基于命令在所述装载区域和所述处理区域之间运动所述机械手或定位器；其特征在于，所述方法包括：

在执行至少两个任务之间切换：第一任务，命令所述定位器和所述工位转换器的轴线停止；第二任务，所述定位器和所述工位转换器的轴线被允许运动，

连续接收定位器和工位转换器的位置信息，和

连续接收来自所述检测器的信息，以及

在检测到人员进入所述工作单元的装载区域时，至少只要人员在所述装载区域内，则连续监视任意工位转换器或定位器是否在运动，

如果检测到任意被监视的轴线运动，则使运动轴线的驱动单元禁能，

如果判定被监视的轴线没有运动，则保持被监视的轴线的驱动单元被使能。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述工业机器人系统包括第二定位器，所述第二定位器适于保持工件并使所述工件绕至少一个轴线改变取向，工位转换器适于基于命令来改变机械手在哪一个定位器上进行工作，其中所述方法包括：

连续接收第二定位器的位置信息，

在检测到有人进入工作单元的所述装载区域时，确定哪一个定位器在所述装载区域内，

至少只要有人在所述装载区域内，则连续检测被确定在所述装载区域内的任意工位转换器或定位器是否在运动，并且如果检测到被确定在所述装载区域内的任意工位转换器和定位器运动，则生成使运动轴线的驱动单元禁能的信号。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

确定哪一个定位器在处理区域内，

在至少两个任务之间切换：第一任务，命令被确定在所述装载区域内的工位转换器和定位器的轴线停止，并且允许被确定在所述处理区域内的定位器的轴线运动；第二任务，所述工位转换器和所述定位器的轴线被允许运动。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，基于所述工位转换器的轴线位置确定哪个定位器在所述装载区域内，哪个定位器在所述处理区域内。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述机器人系统包括位于所述工作单元外部的启动装置，并且所述启动装置适于基于人员的启动来生成操作者准备好信号，并且基于接收所述操作者准备好信号进行切换到所述第二任务的切换。