CN103260834A - 用于操纵机构尤其工业机器人的安全装置和运行安全装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于操纵机构（10）尤其工业机器人（100）的安全装置（50），具有至少一个能运动的抓握臂（15）以及布置在抓握臂（15）上的抓握装置（16、17），并且具有至少配属于抓握臂（15）的与控制装置（20）耦合的用于识别碰撞的第一传感器装置（51）以及与控制装置（20）连接的带有第二检测区域（58）的第二传感器装置（52），其中所述第一传感器装置（51）具有第一检测区域（55），其中所述第二检测区域（58）检测具有比起第一检测区域（55）更大的、距操纵机构（10）的距离的区域。按本发明提出，这两个检测区域（55、58）在操纵机构（10）的外部延伸。

Description

用于操纵机构尤其工业机器人的安全装置和运行安全装置的方法

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的用于操纵机构尤其工业机器人的安全装置。本发明还涉及一种用于运行这种安全装置的方法。

背景技术

这种安全装置由EP 1 738 882 A2公开。在公开的安全装置中设置两个相互独立的传感器装置，其中所述一个传感器装置作为触觉的传感器装置布置在工业机器人的抓握臂上，而另外的传感器装置尤其构造成电容的传感器装置，该电容的传感器装置检测围绕工业机器人的附近区域例如围绕传感器装置10cm以内的区域。这意味着最后提到的传感器装置只有在物体或人位于运动的抓握装置的小于10cm的距离内才作出响应。首先提到的传感器装置甚至在物体与抓握装置之间已经出现碰撞或者说接触时才作出响应。因此，由EP 1 738 882 A2公开的安全装置虽然由于传感器装置的冗余的或者说双倍的实施特别可靠地工作，但是用前面公开的安全装置不能提早识别靠近工业机器人的物体，这种识别会有针对性地降低速度或者说避免物体与抓握装置之间的碰撞。因此，通过接近区域传感器的有效距离和机器人的制动距离限制了机器人的操作速度从而可靠地避免了碰撞。

发明内容

从所述示出的现有技术出发，本发明的任务是如此改进按权利要求1前序部分所述的用于操纵机构尤其工业机器人的安全装置，从而以此能够一方面影响例如抓握臂的运动，从而可靠地避免与物体的碰撞，并且另一方面虽然物体与抓握臂之间靠近，但还是实现了操纵机构的运行，从而能够实现特别高的效率。该任务在用于操纵机构尤其工业机器人的安全装置中以权利要求1的特征得到解决。在此，本发明基于以下构思，即两个传感器装置的检测区域在操纵机构的外面延伸，从而及时识别物体与操纵机构之间可能的碰撞。这开辟了以下方案，即可以完全停止操纵机构的运动，而不会导致碰撞或者说降低运动速度，从而虽然在操纵机构的运动路径中存在识别的物体，但还是实现了操纵机构的运行。由此导致了操纵机构的始终相对高的效率。

按本发明的用于操纵机构的安全装置的有利的改进方案在从属权利要求中得到说明。所有由至少两个在权利要求、说明书和/或附图中公开的特征组成的组合都落入本发明的范围内。

在本发明的有利的设计方案中可以考虑，在两个检测区域内构造中间区，该中间区没有被两个传感器装置的任何一个所监控。这意味着，实际中第一传感器装置可以与操纵机构之间以较大的距离进行布置，而第二传感器装置仅仅检测操纵机构的附近区域。由此，已经在物体与操纵机构之间距离较大时产生物体与操纵机构之间可能碰撞的相应信号，由此能够及时地也就是说以必要时较小的延迟速度降低例如抓握器的操作速度。只有在物体如此靠近操纵机构从而被第二传感器装置检测到的时候，实现抓握器的运动或者说操作速度的进一步，必要时直至静止。这实现了以下优点，即在仅仅借助于第一传感器装置确定物体的存在的时间段中，操纵机构可以用相对于正常运行来说降低的速度或者说功率来运行。

在本发明的实现了操纵机构或者说其抓握臂的相对简单的构造的另一设计方案中，建议将第二传感器装置布置在操纵机构外部。这意味着该操纵机构仅仅带着第一传感器装置。

特别优选的是，在此提出所述第二传感器装置布置在机架上。在此，该机架例如可以承载操纵机构。由此尤其实现了第二传感器装置比较简单地置放或者说耦合到操纵机构的安全装置上。

当第一传感器装置具有多个基于电容的测量原理进行工作的传感器元件时实现了物体在第一检测区域内特别可靠的检测，其中所述传感器元件尤其布置在操纵机构的外表面上并且包围该外表面。

为了在操纵机构的运行可靠性或者说在碰撞范围内检测可能的物体方面使得提高的要求变得合适，还以有利的方式提出所述第一或者说第二传感器装置的至少一个传感器元件与控制装置的两个评价线路连接。由此实际上对传感器元件的输出信号做两次评价，从而例如在两次评价之间有偏差时可以推断出传感器元件的错误功能。

本发明也包括用于运行按本发明用于操纵机构的安全装置的方法。在此提出，在用于第二检测区域的第二传感器装置作出响应时所述控制装置降低了操纵机构相对于正常运行的操作速度。用这种方法可以可靠地避免碰撞，因为操纵机构已经在物体还比较远离操纵机构的范围内延迟其操作速度。此外，虽然如此，通过降低的操作速度还是实现了正常的运行或者说具有操纵机构的降低的功率的运行。

特别优选的是，根据当前所检测的距离或者说关于物体或人相对于操纵机构的运动轨迹的接近速度来降低并且必要时随后再提高操纵机构的操作速度。操纵机构的操作速度的这种适应性的变化实现了操纵机构的功率的优化。这也意味着操纵机构的操作速度或者说功率在物体远离操纵机构时再度近似于正常功率或者说正常速度，或者说达到该正常功率或者说正常速度。

处于安全方面考虑，还特别优选地提出，监控或者说调节操纵机构的相应的运动速度。这意味着由控制装置不仅发出相应的信号用于降低操纵机构的操作速度，而且在控制或者说调节意义上也监控该速度。

此外，当除了降低操纵机构的速度之外还实现了抓握器的进给力的降低时，可以满足碰撞时增加的安全要求。由此，尤其避免了作用到物体或者说人上的碰撞力。

附图说明

本发明的其它优点、特征以及细节从下面对优选实施例的描述中并且根据附图获得。

附图中：

图1是装备有按本发明的安全装置的操纵机构的简易侧视图，并且

图2是用于解释对由安全装置的传感器元件所产生的测量信号进行评价的框图。

具体实施方式

在图1中示出了工业机器人100形式的操纵机构10。在此，工业机器人100作为桌台设备竖立地布置在机座11上。工业机器人100具有可沿双箭头12方向运动的支柱13，其中在该支柱13的端部上固定了水平布置的臂14。该臂14又承载着例如可上下运动并且可偏转的带有两个抓握指16、17的抓握器15。借助于如此构造的操纵机构10例如可以将布置在机座1上的部件从第一位置置于第二位置中，从而例如可以实施不同部件的装配过程。

在这种全自动的或者说作为程序输入的装配过程中，所述操纵机构10具有控制装置20，在该控制装置中保存了或者说编程了工业机器人100特别是抓握器15以及其抓握指16、17的不同的运动轨迹或者说运动过程。

在操纵机构10的这种固定编程的运动过程中紧要的是，在与物体例如在位于桌台11上而没有设置在那里的物体碰撞时或者在与人1碰撞时会引起操纵机构10的部件的损坏或者说人1的可能的损伤。为了避免这种情况，按本发明的操纵机构10具有安全装置50。在此重要的是，所述安全装置50构造成具有两个独立的传感器装置51、52的两级的安全装置50。在此，将两个传感器装置51、52与控制装置20连接。

第一传感器装置51在实施例中监控直接围绕工业机器人100的附近区域。为此提出，所述第一传感器装置51具有大量第一传感器元件54，所述传感器元件布置在或者说固定在工业机器人100的外侧上，也就是说尤其布置或者说固定在支柱13上、臂14上以及抓握器15上并且包围它们。该第一传感器元件54优选构造成电容的传感器元件54，也就是说一旦由物体或者人1处于第一传感器元件54的第一检测区域55内，那么传感器元件就作出响应。在此，第一传感器元件54的有效距离或者说其检测区域55通常最大例如为20cm。

第二传感器装置52具有多个图1所示的第二传感器元件57。在此，所述第二传感器元件57示例性地布置在桌台11上，尤其布置在台板21的区域内，其中其第二检测区域58监控或者说覆盖台板21或者说桌台11外面的空间。然而，第二传感器装置52的布置也可以位于桌台11之前，例如通过竖立地布置在地上。在此，第二传感器元件57要么可以构造成电容的传感器，要么例如构造成超声波传感器或者以其它方式进行构造。

此外，根据图1可以知道，在第二检测区域58和第一检测区域55之间构造中间区59，该中间区既不是由第一传感器装置51进行监控，也不是由第二传感器装置52进行监控。在此，从第一传感器元件54或者说第二传感器元件57的布置和其定向以及检测区域55、58的有效距离中获得中间区59的大小或者说布置。

根据图2可以看出，所述控制装置20具有两个不同的用于第一以及第二传感器元件54、57的信号的评价线路61、62。两个评价线路61、62的输出分别通过中央单元63、64与安全控制器65连接，该安全控制器又操控操纵机构10，尤其是其没有示出的驱动装置。

示例性地根据相应的第一传感器元件54以及第二传感器元件57可以知道，两个传感器元件54、57中的每个都与两个评价线路61、62连接。在此例如可以提出，由第一或者说第二传感器元件54、57在常规的时间间隔中检测的测量值作为输入值交替地输入两个评价线路61、62中，从而可以实施测量值的可信度测试。借助于控制装置20的这种构造，知道了两个传感器装置51、52的第一以及第二检测区域55、58中的变化，尤其在检测区域55、58内是否突然出现物体或者人1。

按本发明提出，在通过第二传感器装置52检测物体或人1时，也就是在操纵机构10的远程范围内经由安全控制器65降低工业机器人100的操作速度，尤其是其抓握器15的操作速度。这用于以此在物体或者说人1进一步接近时能够在与物体或者说人1碰撞之前停止工业机器人100的运动直到其静止。

只要物体或者说人1处于仅仅所述第二传感器装置52作出响应的范围内，也就是说尤其在第二检测区域58中或者在中间区59中意味着与物体或者说人1之间还不存在直接的碰撞危险。在这种情况下，操纵机构10或者说工业机器人100由于降低的操作速度用降低的功率继续运行。

如果物体或者说人1继续接近工业机器人100，那么这通过第一传感器装置51的第一传感器元件54进行检测。在该区域中，物体或者说人1与工业机器人100之间的直接碰撞危险在抓握器15的运动轨迹上。在这种情况下，抓握臂15的运动速度或者说操作速度必要时可以根据由第一传感器元件54实际检测的物体或者说人1的距离来进一步降低，必要时直至完全静止。

在此也重要的是，在操纵机构10运行期间监控并且调节工业机器人100或者说其抓握臂15的实际速度或者说操作速度。此外可以提出，尤其在由第一传感器装置51检测物体或者说人1时，降低抓握器15的进给力，从而在可能碰撞时降低碰撞力。

一旦物体或者说人1再次远离操纵机构10，那么控制装置20再次增加抓握器15的操作速度，直到操纵机构10对于两个传感器装置51、52中没有哪个传感器装置检测物体或者说人1的情况来说再次实现正常功率或者说正常的操作速度。

大体上描述的操纵机构10可以以多种多样的方式方法进行变型或者说修改，而不会脱离本发明的构思。本发明构思在于两级地识别在工业机器人100的行动区域内或者说运动轨迹中靠近的物体或者说人1，对此相适应地降低或者说提高其抓握器15的操作速度。如此例如可以考虑将本发明替代地在电或气动驱动的轴系统中应用到工业机器人100中。在这里由于缺少轨道控制可以要求在有碰撞危险时降低速度直至静止。

Claims (10)

1.用于操纵机构（10）尤其工业机器人（100）的安全装置（50），具有至少一个能运动的抓握臂（15）以及优选布置在抓握臂（15）上的抓握装置（16、17），并且具有至少配属于抓握臂（15）的、与控制装置（20）耦合的用于识别碰撞的第一传感器装置（51）以及与控制装置（20）连接的带有第二检测区域（58）的第二传感器装置（52），其中所述第一传感器装置（51）具有第一检测区域（55），其中所述第二检测区域（58）检测具有比起第一检测区域（55）更大的距操纵机构（10）的距离的区域，

其特征在于，

这两个检测区域（55、58）在操纵机构（10）的外部延伸。

2.按权利要求1所述的安全装置，

其特征在于，

在这两个检测区域（55、58）之间构造了中间区（59），该中间区没有通过这两个传感器装置（51、52）中的任何一个进行监控。

3.按权利要求1或2所述的安全装置，

其特征在于，

第二传感器装置（52）布置在操纵机构（10）的外部。

4.按权利要求3所述的安全装置，

其特征在于，

第二传感器装置（52）布置在机架（11）上。

5.按权利要求1到4中任一项所述的安全装置，

其特征在于，

第一传感器装置（51）具有多个以电容的测量原理进行工作的第一传感器元件（54），所述传感器元件尤其布置在操纵机构（10）的外表面上并且包围该外表面。

6.按权利要求1到5中任一项所述的安全装置，

其特征在于，

第一或者说第二传感器装置（51、52）的至少一个传感器元件（54、57）与控制装置（20）的两个评价线路（61、62）连接。

7.用于运行按权利要求1到6中任一项所述的用于操纵机构（10）尤其工业机器人（100）的安全装置（50）的方法，该安全装置具有两个带有不同检测区域（55、58）的、与控制装置（20）连接的传感器装置（51、52），其中与第一检测区域（55）相比第二检测区域（58）离操纵机构（10）的运动路径具有更大的距离，

其特征在于，

在用于第二检测区域（58）的第二传感器装置（52）作出响应时控制装置（20）降低了操纵机构（10）相对于正常运行的操作速度。

8.按权利要求7所述的方法，

其特征在于，

根据当前所检测的距离或者说关于物体或人（1）相对于操纵机构（10）的运动轨迹的接近速度来降低并且必要时随后再提高操纵机构（10）的操作速度。

9.按权利要求7或8所述的方法，

其特征在于，监控或者说调节操纵机构（10）的相应的操作速度。

10.按权利要求7到9中任一项所述的方法，

其特征在于，

除了降低操纵机构（10）的操作速度之外，还降低抓握器（15）的进给力。

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