CN105652726A - 一种机器人安全控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能控制领域，具体公开一种机器人安全控制装置，包括：第一信号输入模块、第一信号处理模块、第一信号输出模块、第二信号输入模块、第二信号处理模块、第二信号输出模块、校验模块；第一信号输入模块发送信号给第一信号处理模块，第一处理模块对信号进行处理，并发送安全控制指令，由第一信号输出模块发送给外部设备；第二信号输入模块发送信号给第二信号处理模块，第二处理模块对信号进行处理，并发送安全控制指令，第二信号输出模块发给外部设备；第一信号处理模块及第二信号处理模块与机器人控制器进行通信；校验模块判断第一信号处理模块与第二信号处理模块状态是否一致。本发明采用独立双CPU安全控制，达到了独立安全保护的效果。

Description

一种机器人安全控制装置

技术领域

本发明涉及智能控制领域，特别涉及一种机器人安全控制装置。

背景技术

目前，机器人技术在工业上得到了较为广泛的应用，是自动化生产的组成部分。作为一台具有多个自由度运转的设备，安全保护问题显得尤为重要，如果没有采取必要的安全保护措施，则会造成安全隐患，甚至引发事故。

而现有的机器人安全控制功能一般由机器人控制器完成。机器人控制器不仅要完成运动规划、通信等功能，还要完成机器人安全控制功能。因此，如果机器人控制器出现了故障，机器人的安全保护功能就会失效。

另外，现有机器人安全控制功能中，抱闸信号没有反馈，机器人控制器输出抱闸有效信号后即认为抱闸已经打开。

发明内容

本发明旨在克服现有机器人安全控制功能由一个机器人控制器完成的技术缺陷，提供一种双DSP架构的机器人安全控制装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明提供的一种机器人安全控制装置，包括：

1、一种机器人安全控制装置，其特征在于，包括：

第一信号输入模块，用于采集外部设备的IO信号；

第一信号处理模块，用于对所接收到的信息进行处理，并根据机器人状态发送安全控制指令；

第一信号输出模块，用于输出信号给所述外部设备；

第二信号输入模块，用于采集外部设备的IO信号；

第二信号处理模块，用于对所接收到的信息进行处理，并根据机器人状态生成安全控制指令；

第二信号输出模块，用于输出信号给所述外部设备；

校验模块，用于校验第一信号处理模块与第二信号处理模块的状态及信号形式是否一致；

所述第一信号输入模块接收外部的IO信号，发送给所述第一信号处理模块，所述第一处理模块对所接收到的信号进行处理，并发送安全控制指令，由所述第一信号输出模块发送给外部设备，所述第一信号处理模块与所述机器人控制器通信；所述第二信号输入模块接收外部的IO信号，发送给所述第二信号处理模块，所述第二处理模块对所接收到的信号进行处理，并发送安全控制指令，由所述第二信号输出模块发送给外部设备，所述第二信号处理模块与所述机器人控制器进行通信；所述校验模块接收所述第一信号处理模块及所述第二信号处理模块的信号，判断所述第一信号处理模块与所述第二信号处理模块状态是否一致。

一些实施例中，所述第一信号输入模块及所述第二信号输入模块分别包括输入端子和输入接口电路。

一些实施例中，所述第一信号处理模块及所述第二信号处理模块均为DSP芯片。

一些实施例中，所述第一信号处理模块及所述第二信号处理模块分别通过EtherCAT总线与所述机器人控制器通信。

一些实施例中，所述第一信号处理模块包括：

第一通信模块，用于第一信号处理模块与机器人控制器的通信；

第一电流学习模块，用于学习抱闸电流值，以判断是否抱闸成功；

第一逻辑输出模块，用于对输出信号的逻辑判断，并在出现逻辑错误时，发送信息给所述机器人控制器；

第一安全监测模块，用于监测机器人安全状态，并根据触发源信息发送信息给所述机器人控制器，输出安全信号指令。

一些实施例中，所述第二信号处理模块包括：

第二通信模块，用于第二信号处理模块分别于机器人控制器的通信；

第二电流学习模块，用于学习抱闸电流值，以判断是否抱闸成功；

第二逻辑输出模块，用于对输出信号的逻辑判断，并在出现逻辑错误时，发送信息给所述机器人控制器；

第二安全监测模块，用于监测机器人安全状态，并根据触发源信息发送信息给所述机器人控制器，输出安全信号指令。

本发明的有益效果在于：将机器人安全控制装置与机器人控制器分离开来，即使机器人控制器出现问题时，也可以使得机器人停止运动，处于安全状态；加入抱闸信号的电流学习及检测，使得在抱闸线出现意外断路等问题时，可以及时检测，避免引起烧坏电机或驱动器等现象，采用双CPU使得所有信号都可以进行两路输入输出，以便更好的避免信号线短路或故障而引起的误判。

附图说明

图1为本发明一种机器人安全控制装置的模块图；

图2为本发明一种机器人安全控制装置的一个具体实施例；

图3为本发明一种机器人安全控制装置的安全监测模块的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

本发明的思路为：将机器人的安全控制模块单独独立出来，监控机器人的状态。如果机器人进入异常状态，则通知机器人采取安全保护或直接输出控制信号到安全状态，以保证安全。另外，采用双CPU架构，对于重要信号线采用两路信号输入、输出的冗余设计，以避免信号传输过程中出现的问题。

请参阅图1，为本发明一种机器人安全控制装置的模块图。包括第一信号输入模块11、第一信号处理模块12、第二信号输入模块21、第二信号处理模块22、校验模块3及机器人控制器4。

第一信号输入模块11实时采集外部信号，并发送给第一信号处理模块12，第一信号处理模块12对所接收到的实时信号进行处理，并按照机器人状态，发出安全控制指令。

第二信号输入模块12实时采集外部信号，并发送给第二信号处理模块22，第二信号处理模块对所接收到的实时信号进行处理，并按照机器人4的状态，发送安全控制指令。

第一信号处理模块12及第二信号处理模块22分别与机器人通信，获取机器人控制器4的状态并反馈信息。第一信号处理模块12与第二信号处理模块22同时发送信息给校验模块3，校验模块3实时判断比较第一信号处理模块12的状态与第二信号处理模块22的状态是否一致，若不一致，说明其中一路信号出现问题，则发送信息给机器人控制器4。

请参阅图2，为本发明机器人安全控制装置一具体实施例。在本实施例中，信号处理模块由两个DSP(数字信号处理)芯片构成，第一DSP芯片12和第二DSP芯片22。第一DSP芯片12包括第一逻辑输出模块121、第一电流学习模块122、第一通讯模块125、第一安全监测模块123、第一校验模块124及第一定时触发模块126。第二DSP芯片22包括第二逻辑输出模块221、第二电流学习模块222、第二通讯模块225、第二安全监测模块223、第二校验模块224及第二定时触发模块226。

下面对第一DSP芯片12的工作过程进行描述。具体地，第一输入模块11及第一输出模块13分别由输入接口电路和输入端子硬件电路构成，并按照定义与实际的外围设备相连。外部信号经过接口电路实现电气隔离后进入分别进入第一DSP芯片12，发送给其内部的各个功能模块。

第一DSP芯片12对抱闸电流信号、逻辑输出进行检测并进行安全监控。具体地，第一电流学习模块122获取电机对应的抱闸电流值，并进行学习。学习成功后，对实时获取的电流值进行分析，判断是否抱闸成功，抱闸模块是否出现问题，如抱闸线短路等。

第一逻辑输出模块121根据所接收到的机器人控制器4输出的信号，并进行逻辑判断，判断机器人控制器4所输出的信号是否符合合理的逻辑顺序，若不符，则第一DSP芯片12报错给机器人控制器4，不输出该错误信号。

第一安全监测模块123进行安全监控，若发生安全监控错误，则发送信息给机器人控制器4，若持续出现错误则进行安全信号输出，保护安全现场。主要的安全监控包括：抱闸电流与抱闸信号的安全、机器人静止状态是电机是否运动、输入输出信号是否有逻辑是否合理等。

第一通信模块125和第二通信模块225，接收第一DSP芯片12内部各模块单元的信号，分别通过EtherCAT(以太网控制自动化技术)总线与机器人控制器4连接，来与机器人控制器4通信，并接收机器人控制器4的信号，发送给第一DSP芯片12内部相应地的模块。

第二DSP芯片22与第一DSP芯片12的结构和工作过程完全相同，因此，对于第二DSP芯片22各模块的工作过程，此处不再赘述。

在本实施例中，校验模块3设置于两个DSP芯片之中，为第一校验模块124和第二校验模块224。第一校验模块124和第二校验模块224分别接收对方的信号，比较两个DSP芯片各自的状态及信号形式与对方是否一致，来进行双DSP的状态校验。若状态一致，说明系统正确运行，若两个DSP的状态不一致，则说明其中一路信号出现问题，并发送信息给机器人控制器4。

本实施例的安全控制装置安装在机器人控制柜中，为与机器人控制器4分离的双DSP架构，进一步提高了机器人的安全性。

请参阅图3，为本发明一种机器人安全控制装置的安全监测模块流程图。安全监测模块包括第一安全监测模块123和第二安全监测模块，223安全监测模块包括两个停止类别Stop0和Stop1。其判断标准和动作如表格1所示：

表格1

当发生stop0、stop1相对应的触发源的事件后，延时50通信周期，判断是否执行了与之对应的相关动作。如果执行了相关动作，则说明系统正常，若未执行，说明机器人控制器出现了错误，需要安全控制器强制执行相关动作，以保证机器人系统的安全。

具体的，安全监测模块的流程包括如下步骤：执行步骤S1，根据接收RC的EnterCat数据帧、RC错误检测输入信号的急停、驱动报警、安全门/deadman，判断是否产生stop类别。若否，则安全逻辑判断完成总标志位置1；若是，则执行步骤S2，判断是否是Stop0停止类别：

若是，则执行步骤S3，判断Stop0动作是否发出，若发出Stop0动作(是)，执行步骤S4，进行Stop0错误判断标志清零，并执行步骤S5，正常组织CAN帧，执行步骤S5，安全逻辑判断完成；若未发出Stop0动作，则执行步骤S7，使Stop1标志为1，Stop0_flag＝1，执行步骤S8，判断是否已延时50通信周期，若已延时50通信周期，则执行步骤S9，赋值致命错误码，并执行步骤S10，根据致命错误码类别组织CAN帧。若延时未到50通信周期，则返回步骤S6，安全逻辑判断完成，总标志位置为1。

若否，即不是Stop0停止类别，则执行步骤S11，判断是否为停止类别Stop1，若否，则执行步骤S21，安全逻辑判断完成，总标志位置为1；若是停止类别Stop1，则执行步骤S12，判断是否已发出Stop1动作，若是，执行步骤S13，将Stop1错误标志码清零，并执行下一步骤S14，发送信号量触发静止检测任务，并执行步骤S15，正常组织CAN帧，执行步骤S16，安全逻辑判断完成，总标志位置1。若还未发出Stop1动作，则执行步骤S17，将Stop1标志设置为1，Stop1_flag＝1，并执行步骤S18，判断Stop1动作是否已延时50通信周期，若已延时50通信周期，则执行步骤S19，赋值致命错误码，并执行步骤S20，根据致命错误码类别组织CAN帧，返回步骤S16，完成安全逻辑判断，总标志位置为1。若未延时50通信周期，则直接返回步骤S16。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种机器人安全控制装置，其特征在于，包括：

第一信号输入模块，用于采集外部设备的IO信号；

第一信号处理模块，用于对所接收到的信息进行处理，并根据机器人状态发送安全控制指令；

第一信号输出模块，用于输出信号给所述外部设备；

第二信号输入模块，用于采集外部设备的IO信号；

第二信号处理模块，用于对所接收到的信息进行处理，并根据机器人状态生成安全控制指令；

第二信号输出模块，用于输出信号给所述外部设备；

校验模块，用于校验第一信号处理模块与第二信号处理模块的状态及信号形式是否一致；

所述第一信号输入模块接收外部的IO信号，发送给所述第一信号处理模块，所述第一处理模块对所接收到的信号进行处理，并发送安全控制指令，由所述第一信号输出模块发送给外部设备，所述第一信号处理模块与所述机器人控制器通信；所述第二信号输入模块接收外部的IO信号，发送给所述第二信号处理模块，所述第二处理模块对所接收到的信号进行处理，并发送安全控制指令，由所述第二信号输出模块发送给外部设备，所述第二信号处理模块与所述机器人控制器进行通信；所述校验模块接收所述第一信号处理模块及所述第二信号处理模块的信号，判断所述第一信号处理模块与所述第二信号处理模块状态是否一致。

2.如权利要求1所述的机器人安全控制装置，其特征在于，所述第一信号输入模块及所述第二信号输入模块分别包括输入端子和输入接口电路。

3.如权利要求1所述的机器人安全控制装置，其特征在于，所述第一信号处理模块及所述第二信号处理模块均为DSP芯片。

4.如权利要求1所述的机器人安全控制装置，其特征在于，所述第一信号处理模块及所述第二信号处理模块分别通过EtherCAT总线与所述机器人控制器通信。

5.如权利要求1所述的机器人安全控制装置，其特征在于，所述第一信号处理模块包括：

第一通信模块，用于第一信号处理模块与机器人控制器的通信；

第一电流学习模块，用于学习抱闸电流值，以判断是否抱闸成功；

第一逻辑输出模块，用于对输出信号的逻辑判断，并在出现逻辑错误时，发送信息给所述机器人控制器；

第一安全监测模块，用于监测机器人安全状态，并根据触发源信息发送信息给所述机器人控制器，输出安全信号指令。

6.如权利要求1所述的机器人安全控制装置，其特征在于，所述第二信号处理模块包括：

第二通信模块，用于第二信号处理模块分别于机器人控制器的通信；

第二电流学习模块，用于学习抱闸电流值，以判断是否抱闸成功；

第二逻辑输出模块，用于对输出信号的逻辑判断，并在出现逻辑错误时，发送信息给所述机器人控制器；

第二安全监测模块，用于监测机器人安全状态，并根据触发源信息发送信息给所述机器人控制器，输出安全信号指令。