CN101992470A - 安全控制操纵器的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于安全控制操纵器、特别是机器人(1)的方法，包括步骤：利用具有第一安全级别的操作装置(4)控制该操纵器，该操作装置(4)与所述操纵器的控制装置(2)连接；利用具有第二、较高安全级别的保护装置(3，3.1，3.2)监测许可状态，该保护装置与所述操纵器的控制装置连接；其中，在所述保护装置向所述控制装置传送许可状态时，所述操纵器才执行由所述操作装置预先给定的动作。

Description

安全控制操纵器的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于安全地手动控制操纵器(Manipulator)、特别是例如工业机器人的机器人的方法和装置。
背景技术
由于对操作人员存在的潜在危险，因此必须以安全技术来实现工业机器人的操作。所以，例如在有关标准ISO 10218-1：2006中规定：手动编程仪必须具有三级确认键(Zustimmungstaster)。这种例如由专利文献DE 10023199A1和DE 29923980U1公开的键区分非操作状态、通过按压键的紧急状态和中间状态。只有当使用安全技术采集到中间状态并传输给机器人的控制器时，机器人才会运动。
如在专利文献DE 4432768C2和WO 99/29474A2中所描述的那样，这种对控制命令的安全采集、分析和传输由于所需要的冗余或多样性以及运行可靠性(
Figure BSA00000245069200011
)等等而导致成本过高。
发明内容
本发明的目的在于，改善对操纵器的安全控制。
本发明的目的通过一种用于安全控制操纵器、特别是机器人的方法实现。其中，利用具有第一、较低安全级别的操作装置手动地控制该操纵器，该操作装置与所述操纵器的控制装置连接；利用具有第二、较高安全级别的保护装置监测许可状态，该保护装置与所述操纵器的控制装置相连接；其中，在所述保护装置向所述控制装置传送许可状态时，所述操纵器才执行由所述操作装置预先给定的动作。本发明还提出了一种用于实施该方法的装置。此外本发明还提出了一种计算机程序或一种计算机程序产品，尤其是一种数据载体或一种存储介质。
本发明的基本思想在于，将安全功能与控制功能分开。这一方面使得能够使用安全级别较低的操作装置来手动地控制操纵器，因为其仅需实现控制功能，并因此可以更简单、更合算、更灵活和/或更紧凑。另一方面，为了确保安全功能，可以使用具有更高安全级别的保护装置，这种装置例如已经用于操纵器的自动运行。因此例如，如果优选为操纵器的自动运行设置的、如具有监测安全门的保护栏那样的保护装置能够确保操作人员不会位于禁止进入的保护区域内，则根据本发明也能以非安全技术利用安全级别较低的操作装置来控制操纵器。
因此，根据本发明，可以利用第一安全级别的操作装置控制操纵器，该操作装置与操纵器的控制装置相连接。
在这里，操作装置例如可以是：台式个人计算机、便携式个人计算机(“PC”)或者例如所谓的个人数字助理(“PDA”)的手持设备、移动电话等等，并且由于安全性要求较低，可以优选以非安全标准技术来实现。
操作装置可以有线地与控制装置连接，特别是通过网络连接；或者优选通过电磁辐射，如无线电、光学信号或红外线信号无线地连接到控制装置。
作为控制例如可以是对规定位置和/或规定的位置变化的输入，例如对于操纵器的轴或针对操纵器的参考点或参考坐标系(如TCP(“工具中心点”)、工具移动和/或工具激活等)的位置和/或方位，在此，在优选的在线示教中，操纵器直接执行和/或存储控制命令。因此控制尤其理解为，通过适当的控制命令使机器人即时运动。控制命令例如可以通过操作装置的键盘、操纵杆、鼠标和/或触摸屏输入。
在这里，可以在操作装置和/或控制装置中实现控制软件，例如轨迹内插器(Bahninterpolator)，从而例如在一种优选实施方式中借助操作装置只进行控制命令的输入和传输。操作装置还可以具有显示器，用于输入参数和/或其它参数的输入显示和/或可视化。
根据本发明，利用具有第二、较高安全级别的保护装置监测许可状态，该保护装置与操纵器的控制装置相连接。许可状态特别是可以出现在无人处于禁止进入的保护区域内时。这样，就是在非安全标准的操作装置出现错误功能时也不会造成人身伤害。
这例如可以通过限定禁止进入的保护区域的、具有一个或多个监测安全门的保护栏来保障。同样，也可以对保护区域例如进行光学监测，并由此采集人员进入保护区域或在其中停留的情况。在这种情况下，只要有操作人员处于禁止进入的保护区域内，保护装置就不会向控制装置传输许可状态。
同样，保护装置还可以消除表示许可状态的释放信号，和/或传送表示禁止状态的干扰信号，以使得没有许可状态传输到控制装置。这也可以如上所述地通过线缆连接、特别是通过网络，或以无线的方式进行。
附加或替代地，除了监测是否有人处于禁止进入的保护区域内，还可以监测操纵器本身，例如通过可靠地采集操纵器的关节状态，和/或一个或多个操纵器的关节或者特定于操纵器的参考点或参考坐标系的位置，并与允许的值域进行比较。
安全级别例如可以是对应于根据相关标准的安全类别。在此，较高的安全级别、特别是第二安全级别对应于安全技术，并且例如通过相应的冗余或多样性来实现，如通过多通道保护装置、安全数据传输、控制装置中的数据分析、充分的运行可靠性以及故障保护性等来保障。相应地，较低的安全级别、特别是第一安全级别可以在非安全标准的技术中实施。即使是丝毫不满足安全要求的技术，在本发明的意义下也能够满足较低的或第一安全级别，其中，在一种优选的实施方式中，第一安全级别也满足一定的(最低)安全要求，但该安全要求优选低于安全技术中的安全要求。
基于如上所述的认识，本发明可以不必考虑通常在用于控制操纵器的操作装置中设置的较高的安全要求，而是通过分离的、优选是例如对于自动化运行已有的保护装置来保证安全，只要保护装置能够确保操作装置的操作者处于禁止进入的保护区域之外。
相应地，当保护装置将许可状态传送给控制装置时，根据本发明的操纵器才执行全部或至少特定的由操作装置预先给定的动作。特别是当保护装置没有向控制装置传送许可状态时，它能够充分地防止操纵器的运动和/或工具运动和/或工具活动。
为此，控制装置例如可以关闭操作装置、忽略操作装置的控制命令或延迟到保护装置释放时执行。
同样，只要保护装置未向控制装置传送许可状态，还可以停止操纵器的所有动作；或者仅在例如手轴的尚未选定的轴中进行运动，而危险的轴，例如旋转轴、摇摆轴和/或臂轴等则处于静止状态。附加或替代地，在一优选实施方式中，当保护装置不再向控制装置传送许可状态时，在操纵器转换到安全状态之后才停止动作、特别是运动。
优选地还有，只要保护装置不向控制装置传送许可状态，就在操作装置上进行显示，特别是显示禁止状态。
特别是，为了将已有的保护装置例如具有安全门的保护栏用于工业机器人的自动运行，可以利用操作装置将用于控制操纵器的控制装置置于特定的运行模式，在该模式中，例如，只有保护装置是活跃的，也就是传送了许可状态或没有传送禁止状态时，才会执行操纵器的运动。在这些运行模式之间的切换例如可以通过激活控制装置、激活操作装置、连接控制装置和操作装置、手动和/或向操作装置输入控制命令来实现。
特别是在这种情况下，还可以利用从多个操作装置中选出的一个操作装置来控制操纵器。优选通过操作装置之间的相互通讯、占优信号传输，或通过控制装置确保始终只有一个操作装置起作用，或能够向控制装置输入控制命令。
为了使操作人员也能根据本发明利用非安全标准的操作装置来控制操纵器，对保护装置未识别的问题做出反应，在一优选的实施方式中，将特别是在安全技术中的、安全级别较高的紧急停止输入装置与操纵器的控制装置相连接，在此优选将该紧急停止输入装置设置在非安全标准的操作装置附近，特别是在操作装置的操作人员可触及的范围(Griffbereich)内。这样的紧急停止输入装置例如可以作为标准化的急停装置简单、紧凑、方便地设置在PC、PDA等设备中或旁边。
第一安全级别的操作装置可以具有确认装置，正如迄今所使用的在安全技术中实施的操作装置那样。该确认装置特别可以包括操作装置键盘的一个键或键的组合。由于该确认装置并不用于个人保护，因此与现有技术相比，该确认装置的有利之处在于没有提高安全要求。
附加或替代地，除了一个或多个其它具有较低的、特别是第一安全级别的操作装置，还可以设置一个或多个其它的具有较高的、特别是第二安全级别的操作装置。特别是当保护装置无效时，例如有操作人员位于保护区域内时，为了控制操纵器，可以使用以安全技术实现的手动编程仪等等。该控制装置执行由安全操作装置预先给定的动作，即便是保护装置没有向控制装置传送许可状态，其中，例如选择一种相应的控制装置的运行模式并使非安全标准的操作装置失效或将其忽略。
附图说明
本发明的其它优点和特征将结合实施例给出。在此部分示意地示出：
图1：根据本发明的一种实施方式的机器人的控制器。
具体实施方式
图1示出了一种具有控制柜2的六轴工业机器人1的截面图。机器人1只允许在由保护栏3限定的工作区内运动，在该区域中在机器人1自动运行时不允许任何人停留，由此定义了禁止进入的保护区域。
为此保护栏具有通过常开触点3.2监测的安全门3.1。为确保人身安全，具有保护栏3、安全门3.1和常开触点3.2的保护装置以安全技术实现。特别是常开触点3.2以安全技术通过在图1中示出的多通道冗余线路L2-3与控制柜2连接，并相应地具有第二、较高的安全级别，例如第3类。
为了控制机器人1，特别是为了以关节坐标或全局坐标输入行驶命令，设置了标准PC 4。标准PC 4通过在图1中由线路L2-4示出的单通道简单网络连接到控制柜2，控制柜2对通过PC 4的键盘输入的控制命令进行解释、进行再处理并相应地控制机器人1的驱动。在PC4的屏幕上，例如通过显示在虚拟工作空间中的机器人和/或机器人的关节角度来使输入数据可视化。由此，与控制柜2单通道连接的标准-PC 4是以非安全技术实现的操作装置，其具有第一、较低的安全级别，例如第1类或更低。
为了在出现保护装置不能识别的问题时同样能够确保人身安全，在PC 4旁边可触及的范围内设置标准急停装置5(图1中通过多通道线路L2-4示出)其与控制柜2连接，由此形成具有如与保护装置3-3.2安全级别相同或更高的紧急停止输入装置。
为了也能在保护范围内安全地控制机器人，还可以附加地将具有急停装置6.1和确认键6.2的常规手动编程仪以安全技术通过多通道线路L2-6与控制柜2连接。
通过用户行为可以将这种控制通过操纵器转交给PC 4，或者如果有的话，转交给手动编程仪6。如果将控制转交给手动编程仪6，那么机器人的控制器2就会忽略来自PC 4的输入。反之，只要常开触点3.2向控制装置2报告安全门3.1关闭或安全门3.1没有打开，并因此确保没有人进入由保护栏3所限定的保护区域，控制器就可以在通过控制器的切换而使控制装置2进入的用于控制操纵器的运行模式中通过操作装置4仅执行由PC 4给定的运动。如果出现其它问题，例如通过保护栏3上的洞进入保护区域，操作人员可以迅速按下近在咫尺的紧急停止按钮5，使机器人停止运动。
因此，通过以非安全技术实现并连接到控制柜2的标准PC4，并使用设置用于自动运行的保护装置3、3.1、3.2，尽管成本低但仍能安全地控制机器人。
附图标记列表
1     机器人
2     控制柜
3     保护栏
3.1   安全门
3.2   常开触点
4     标准PC(操作装置)
5     急停装置
6     手动编程仪
6.1   急停装置
6.2   确认键
L2-x  线路(单通道/双通道)

Claims (13)

1.一种用于安全控制操纵器、特别是机器人(1)的方法，具有以下步骤：
利用具有第一、较低安全级别的操作装置(4)手动地控制该操纵器，该操作装置(4)与所述操纵器的控制装置(2)连接(L2-4)；
利用具有第二、较高安全级别的保护装置(3，3.1，3.2)监测许可状态，该保护装置与所述操纵器的控制装置相连接(L2-3)；
其中，在所述保护装置(3，3.1，3.2)向所述控制装置传送许可状态时，所述操纵器才执行由所述操作装置(4)预先给定的动作。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述动作包括所述操纵器(1)的运动。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果操作人员位于禁止进入的保护区域内，则所述保护装置(3，3.1，3.2)不向所述控制装置(2)传送许可状态。
4.如前面任一项权利要求所述的方法，其特征在于，为了控制所述操纵器，利用所述操作装置将所述控制装置置于特定的运行模式。
5.如前面任一项权利要求所述的方法，其特征在于，利用从多个操作装置(4；6)中选出的一个操作装置来控制所述操纵器。
6.一种用于控制操纵器、特别是机器人(1)的装置，该装置包括：
用于控制该操纵器的控制装置(2)；
与该控制装置相连接的、具有第一、较低安全级别的操作装置(4)，用以手动控制所述操纵器；以及
与该控制装置相连接的、具有第二、较高安全级别的保护装置(3，3.1，3.2)，用以监测许可状态；
其中，该用于控制操纵器的装置设置为，执行如前面任一项权利要求所述的方法。
7.如权利要求6所述的用于控制操纵器的装置，其特征在于，具有较高安全级别的紧急停止输入装置(5)，该装置与所述操纵器的控制装置(2)连接。
8.如权利要求6或7所述的用于控制操纵器的装置，其特征在于，所述操作装置、尤其是具有第一安全级别的操作装置，具有确认装置。
9.如权利要求6到8中任一项所述的用于控制操纵器的装置，其特征在于，至少还具有一个另外的安全级别较低的操作装置。
10.如权利要求6到9中任一项所述的用于控制操纵器的装置，其特征在于，至少还具有一个另外的安全级别较高的操作装置(6)。
11.如权利要求6到10中任一项所述的用于控制操纵器的装置，其特征在于，所述保护装置具有保护栏(3)、安全门(3.1)、常开触点(3.2)和/或保护空间监测装置、尤其是光学保护空间监测。
12.一种计算机程序，当该程序在如权利要求6到11中任一项所述的装置的控制装置中运行时，执行如权利要求1到4中任一项所述的方法。
13.一种具有程序编码的计算机程序产品，该产品存储在机器可读的载体上并包括如权利要求12所述的计算机程序。
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