CN106346479B - 一种机器人的控制器及安全保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人的控制器及安全保护系统，用以避免机器人相关的各种安全信号异常以及人工误操作导致的机器人不安全的问题，进一步解决现有技术中机器人的安全保护系统的布线的复杂性和故障排查难的问题。所述机器人的控制器包括安全单元、主控单元和依次串联的多个检测单元；每一检测单元用于与机器人相关的安全信号中的一类安全信号的输出端相连，当该检测单元所对应的一类安全信号中的任一信号异常，或该检测单元的输入端的信号异常，则该检测单元停止输出导通信号；安全单元用于接收最后一个检测单元输出的导通信号，当未接收到最后一个检测单元输出的导通信号时，断开用于给机器人关节电机及其制动器进行供电的动力电源和制动电源。

Description

一种机器人的控制器及安全保护系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人的控制器及安全保护系统。

背景技术

机器人，尤其工业机器人是自动控制领域中出现的一项新技术，并称为现代机械制造中的一个重要组成部分。机器人显著地提高了劳动生产率，改善产品质量，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐，尤其在高温、高压、高精度、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，机器人应用的范围更为广泛。

然而这么多年，人们一直在研究机器人的安全问题，至少包括以下三种方案：

专利(CN103955160A)公开了一种工业机器人的安全保护模块，将各种安全相关的信号均连接到安全继电器进行逻辑判断控制，继而采用软件实时监测机器人是否安全。但该专利将所有安全相关信号直接线连接到安全继电器，一是接线复杂、难以维修，二是仅靠软件的监测很容易产生漏洞。故此专利在安全相关信号的输入回路存在很大的隐患。

专利(CN205043783U)公开了一种工业机器人的安全保护控制系统，依次连接安全输入信号模块、安全单元、主控制器及伺服系统。但该专利没有说明安全输入信号模块如何对安全单元进行控制，如何具体保证工业机器人的安全运行。

专利(CN105652726A)公开了一种机器人安全控制装置，通过两次采集输入IO信号进行数据处理、对比、校验，进而通过软件判断是否安全，然后进行相应措施处理。但该专利仅通过软件监测及控制，使得控制难度、时间、成本增大，且不利于维护。

可见，现有技术中的针对机器人的安全保护系统中，通过软件实时监测以达到有效控制，然而监测点有限，且软件本身还控制机器人动作等其他命令，容易造成软件本身出现很多问题，纯粹靠软件无法达到安全等级要求。另外忽略了一个严重的安全问题，就是人操作机器人时很容易发生安全事故，现有技术将所有安全相关的信号直接输入到多个安全继电器、或者安全PLC中，但是控制器主板回路的错误信号无法接入到安全继电器或安全PLC中，造成接线难、故障排查难、安全等级无法保证。

综上所述，现有技术中提供的机器人的安全保护系统中，布线较为复杂，故障排查困难，且安全等级无法保证。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种机器人的控制器及安全保护系统，用以避免机器人相关的各种安全信号异常以及人工误操作导致的机器人不安全的问题，进一步解决现有技术中机器人的安全保护系统的布线的复杂性和故障排查难的问题。

本发明实施例提供了一种机器人的控制器，所述控制器包括主控单元、安全单元以及多个依次串联的检测单元，其中，多个检测单元中的最后一个检测单元的输出端与所述安全单元和外部监控设备相连，多个检测单元中的第一个检测单元的输入端与初始供电信号相连，除最后一个检测单元之外的任一检测单元的输出端还与主控单元相连；

每一检测单元用于与机器人相关的安全信号中的一类安全信号的输出端相连，当该检测单元所对应的一类安全信号中的任一信号异常，或该检测单元的输入端的信号异常，则该检测单元停止输出导通信号；

所述主控单元用于接收与该主控单元相连的检测单元输出的导通信号，当未接收到任一检测单元的导通信号时，确定该检测单元所对应的安全信号异常，并将异常情况输出给外部监控设备；

所述安全单元用于接收所述最后一个检测单元输出的导通信号，当未接收到所述最后一个检测单元输出的导通信号时，断开用于给机器人关节电机及其制动器进行供电的动力电源和制动电源。

本发明实施例提供的机器人的控制器包括主控单元、安全单元和多个依次串联的检测单元；其中，每一检测单元用于与机器人相关的安全信号中的一类安全信号的输出端相连，当该检测单元所对应的一类安全信号中的任一信号异常，或该检测单元的输入端的信号异常，则该检测单元停止输出导通信号，可见，本发明实施例通过多个检测单元分类对与机器人相关的安全信号进行检测，从而提高了对各类安全信号检测的效率；其中，多个检测单元中的第一个检测单元的输入端与初始供电信号相连，除最后一个检测单元之外的任一检测单元的输出端还与主控单元相连，且主控单元用于接收与该主控单元相连的检测单元输出的导通信号，当未接收到任一检测单元的导通信号时，确定该检测单元所对应的安全信号异常，并将异常情况输出给外部监控设备，可见，主控单元通过未接收到的导通信号所对应的检测单元，从而确定该检测单元所对应的一类安全信号存在异常，进一步通过自身处理或者发送给外部监控设备，通过技术人员进行检修；其中，安全单元用于接收最后一个检测单元输出的导通信号，当未接收到最后一个检测单元输出的导通信号时，断开用于给机器人关节电机及其制动器进行供电的动力电源和制动电源。通过将多个检测单元进行串联，且检测单元的输入端与上一级的检测单元的输出端相连，因此，当多个检测单元中的任一检测单元未输出导通信号，最后一个检测单元均未正常输出导通信号，从而使得安全单元断开用于给机器人关节电机及其制动器进行供电的动力电源和制动电源，进一步保证了机器人和操作人员的安全。因此，通过将与机器人相关的各种安全信号通过分类进行检测，安全单元通过是否接收到最后一个检测单元发送的导通信号来确定是否停止给机器人关节电机及其制动器进行供电的动力电源和制动电源，从而保证了机器人以及操作人员的安全；由于与机器人相关的各种安全信号中任一信号发生异常，最后一个检测单元均不会输出导通信号，相比现有技术中的机器人的安全保护系统，本发明实施例中的检测单元将各种安全信号都考虑进去，且进行连接，简化了电路的布线，且分类对安全信号的异常情况进行检测，并将异常情况发送给外部监控设备，优化了故障排查的困难。综上，本发明实施例提供的机器人的控制器，避免了机器人相关的各种安全信号异常以及人工误操作导致的机器人不安全的问题，进一步解决了现有技术中机器人的安全保护系统的布线的复杂性和故障排查难的问题。

较佳地，所述机器人相关的各种安全信号包括由操作人员触发的安全信号、与机器人位姿相关的安全信号、与机器人工作模式和外部设备环境相关的安全信号、机器人电机上电信号以及主控单元的安全信号；

其中，所述由操作人员触发的安全信号包括：操作手柄、控制器、远程控制盒以及外部设备中的紧急停止按钮开关信号，机器人本体、外部设备中的用于检测人体各部位进入危险区域或危险区域有人的安全传感器信号；

所述与机器人位姿相关的安全信号包括：机器人本体上的用于限制各关节负载运动范围的安全限位开关信号，外部设备中的用于限制机器人运动空间的安全限位开关信号；

所述与机器人工作模式和外部设备环境相关的安全信号包括：操作手柄、控制器、远程控制盒以及外部设备中的模式切换开关信号，机器人工作间安全门开关信号和操作手柄安全启动开关信号；

所述机器人电机上电信号包括：操作手柄、控制器、远程控制盒以及外部设备中的电机上电开关信号；

所述主控单元的安全信号包括：主控单元自身的软、硬件运行安全状态给出的有效信号。

较佳地，所述控制器包括依次串联的第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元、第四检测单元和第五检测单元；

其中，所述第一检测单元包括与所述操作手柄、控制器、远程控制盒以及外部设备中的紧急停止按钮开关信号，机器人本体上、外部设备中的用于检测人体各部位进入危险区域或危险区域有人的安全传感器信号所对应的依次串联的多个开关单元，所述第一检测单元用于检测所述由操作人员触发的安全信号中的任一信号是否异常，若任一信号产生异常，该信号对应的开关单元断开，且停止输出第一导通信号给所述第二检测单元、主控单元和外部监控设备；

所述第二检测单元包括与机器人本体上的用于限制各关节负载运动范围的安全限位开关信号，外部设备中的用于限制机器人运动空间的安全限位开关信号一一对应的依次串联的多个开关单元，所述第二检测单元用于检测所述与机器人位姿相关的安全信号中的任一信号是否异常，若所述与机器人位姿相关的安全信号中的任一信号异常，或者未接收到所述第一导通信号，则停止输出第二导通信号给所述第三检测单元和主控单元；

所述第三检测单元包括与操作手柄、控制器、远程控制盒以及外部设备中的模式切换开关信号，机器人工作间安全门开关信号，操作手柄安全启动开关信号一一对应的依次串联的多个开关单元，所述第三检测单元用于检测与机器人工作模式和外部设备环境相关的安全信号中的任一信号是否异常，若与机器人工作模式和外部设备环境相关的安全信号中的任一信号异常，或者未接收到所述第二导通信号，则停止输出第三导通信号给所述第四检测单元和主控单元，且若所述操作手柄安全启动开关信号异常，则停止输出信号给所述外部监控设备；

所述第四检测单元包括由所述操作手柄、控制器、远程控制盒以及外部设备中的电机上电开关信号控制下的多个开关单元组成的自锁回路，所述第四检测单元用于检测所述机器人电机上电的安全信号中的任一信号是否异常，若操作手柄、控制器、远程控制盒以及外部设备中的电机上电开关信号中的任一信号产生异常，或者未接收到所述第三导通信号，则停止输出第四导通信号给所述第五检测单元和主控单元；

所述第五检测单元包括与所述主控单元的安全信号对应的开关单元，所述第五检测单元用于检测主控单元的安全信号是否异常，若主控单元的安全信号异常，则停止输出第五导通信号给所述安全单元和外部监控设备。

较佳地，所述第一检测单元包括结构相同的两个支路，且每一支路包括：

依次串联的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一信号继电器、第二信号继电器，所述第二信号继电器一端与所述第一信号继电器相连，另一端作为所述第一检测单元的输出端；

其中，第一开关用于响应所述操作手柄紧急停止按钮开关信号，所述第二开关用于响应所述控制器紧急停止按钮开关信号，所述第三开关用于响应远程控制盒紧急停止按钮开关信号，所述第四开关用于响应外部设备的紧急停止按钮开关信号，所述第一信号继电器用于响应机器人本体上的安全传感器信号，所述第二信号继电器用于响应外部设备中的安全传感器信号。

较佳地，所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关分别为双回路紧急停止按钮开关；

位于第一支路的第一信号继电器和位于第二支路的第一信号继电器为同一具有两组触点的信号继电器；

位于第一支路的第二信号继电器和位于第二支路的第二信号继电器为同一具有两组触点的信号继电器。

较佳地，所述第二检测单元包括结构相同的两个支路，且每一支路包括：

与第一检测单元的输出端依次串联的第三信号继电器、第四信号继电器，所述第四信号继电器一端与所述第三信号继电器相连，另一端作为所述第二检测单元的输出端；

其中，第三信号继电器用于在机器人任一关节负载超越预先规定的安全位置时断开，所述第四信号继电器用于在机器人本体超越预先规定的安全工作空间时断开。

较佳地，位于第一支路的第三信号继电器和位于第二支路的第三信号继电器为同一具有两组触点的信号继电器；

位于第一支路的第四信号继电器和位于第二支路的第四信号继电器为同一具有两组触点的信号继电器。

较佳地，所述第三检测单元包括结构相同的两个支路，且每一支路包括：

与第二检测单元的输出端依次串联的第五信号继电器、第六信号继电器、第七信号继电器和第八信号继电器，所述第八信号继电器的一端与所述第七信号继电器相连，另一端作为所述第三检测单元的输出端；

其中，所述第五信号继电器的通断由所述操作手柄模式切换开关信号控制，所述第六信号继电器的通断由所述机器人工作间安全门开关信号控制，所述第七信号继电器的通断由操作手柄安全启动开关信号控制，所述第八信号继电器的通断由控制器、远程控制盒以及外部设备中的模式切换信号共同控制；所述第五信号继电器、第六信号继电器、第八信号继电器的常闭触点串联第七信号继电器的常开触点，第五信号继电器、第六信号继电器、第八信号继电器的常开触点相互串联，且所述第七信号继电器的常闭触点与所述外部监控设备连接；手动操作模式时，第五信号继电器、第六信号继电器和第八信号继电器的常闭触点闭合，第七信号继电器的常开触点闭合；自动操作模式时，第五信号继电器、第六信号继电器和第八信号继电器的常开触点闭合，第七信号继电器的常开触点断开。

较佳地，位于第一支路的第五信号继电器和位于第二支路的第五信号继电器为同一具有两组触点的信号继电器；

位于第一支路的第八信号继电器和位于第二支路的第八信号继电器为同一具有两组触点的信号继电器。

较佳地，所述第四检测单元包括结构相同的两个支路，且每一支路包括：

与所述第三检测单元输出端连接的第九信号继电器，与所述第九信号继电器并联的第十信号继电器和第十一信号继电器，所述第九信号继电器与所述第十一信号继电器连接的节点作为第四检测单元的输出端；

其中，第九信号继电器用于在所述外部设备中的电机上电信号或操作手柄中的电机上电开关信号异常时断开，位于第一支路的第十信号继电器用于第一支路的输出端信号异常时断开，位于第一支路的第十一信号继电器用于第二支路的输出端信号异常时断开；位于第二支路的第十信号继电器用于第二支路的输出端信号异常时断开，位于第二支路的第十一信号继电器用于第一支路的输出端信号异常时断开。

较佳地，位于第一支路的第九信号继电器和位于第二支路的第九信号继电器为同一具有两组触点的信号继电器；

位于第一支路的第十信号继电器和位于第二支路的第十信号继电器为同一具有两组触点的信号继电器；

位于第一支路的第十一信号继电器和位于第二支路的第十一信号继电器为同一具有两组触点的信号继电器。

较佳地，所述第五检测单元包括结构相同的两个支路，每一支路包括：

与第四检测单元的输出端相连的第十二信号继电器，所述第十二信号继电器的常开触点与所述第四检测单元的输出端串联，常闭触点连接所述主控单元，所述第十二信号继电器用于主控单元的安全信号异常时断开。

相应地，本发明实施例还提供了一种机器人的安全保护系统，包括本发明实施例提供的任一种的机器人的控制器。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种机器人的控制器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种机器人的控制器的结构示意图；

图3(a)和图3(b)分别为本发明实施例提供的第一检测单元的结构示意图；

图4(a)和图4(b)分别为本发明实施例提供的第二检测单元的结构示意图；

图5(a)和图5(b)分别为本发明实施例提供的第三检测单元的结构示意图；

图6(a)和图6(b)分别为本发明实施例提供的第四检测单元的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的第五检测单元的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种检测单元的电路结构示意图；

图9为本发明实施例提供的一种机器人系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种机器人的控制器及安全保护系统，用以避免机器人相关的各种安全信号异常以及人工误操作导致的机器人不安全的问题，进一步解决现有技术中机器人的安全保护系统的布线的复杂性和故障排查难的问题。

一般地，机器人在正常工作时可以采用手动操作模式或自动操作模式两种工作模式。手动操作模式，是指操作人员通过操作手柄对机器人进行动作控制；自动操作模式，是指不使用操作手柄，采用控制机器人系统的外部设备控制机器人的运动，因此，若采用自动操作模式时，操作人员不能在机器人工作间的区域内，机器人工作间安全门开关必须闭合。在机器人正常工作时，默认为手动操作模式，当需要采用自动操作模式对机器人进行控制时，需要通过模式切换功能切换为自动操作模式。

在工厂的生产线上包括多个机器人，每一个机器人包括控制该机器人的控制器、操作手柄、远程控制盒和外部监控设备，而多个机器人的控制则还需要靠外部设备进行控制，例如，外部设备可以为PLC等设备。因此，若要实现对机器人的控制，可以通过外部设备进行控制，或者通过自身的操作手柄、控制器和远程控制盒进行控制。为了避免外部设备相关的信号、机器人相关的安全信号或者操作人员的误操作导致的机器人的安全问题，本发明实施例提供了一种机器人的控制器。

参见图1，本发明是实例提供的机器人的控制器01，包括主控单元12、安全单元13以及多个依次串联的检测单元11，其中，多个检测单元中的最后一个检测单元的输出端与安全单元和外部监控设备03相连，多个检测单元中的第一个检测单元的输入端与初始供电信号(给检测单元提供电压的信号，用VC表示)相连，除最后一个检测单元之外的任一检测单元的输出端还与主控单元12相连；

每一检测单元用于与机器人相关的安全信号中的一类安全信号的输出端相连，当该检测单元所对应的一类安全信号中的任一信号异常，或该检测单元的输入端的信号异常，则该检测单元停止输出导通信号；

主控单元12用于接收与该主控单元相连的检测单元输出的导通信号，当未接收到任一检测单元的导通信号时，确定该检测单元所对应的安全信号异常，并将异常情况输出给外部监控设备；

安全单元13用于接收最后一个检测单元输出的导通信号，当未接收到最后一个检测单元输出的导通信号时，断开用于给机器人关节电机及其制动器进行供电的动力电源和制动电源。

其中，本发明实施例中控制器的检测单元个数可以根据与机器人相关的安全信号的种类个数进行设备，且与机器人相关的安全信号的种类可以根据实际应用场景进行分类，或者按照其他原则进行分类，在此不做具体限定。

需要说明的是，机器人的供电系统包括，伺服供电、驱动器的抱闸和动力电源的驱动。其中，本发明通过多个检测单元控制安全单元，进一步控制给机器人关节电机及其制动器进行供电的动力电源和制动电源，从而保证机器人的正常供电，一旦检测单元中的任一安全信号异常，使得动力电源和制动电源不能正常驱动，从而停止机器人的工作，保证了机器人以及操作人员的安全。

本发明实施例提供的机器人的控制器包括主控单元、安全单元和多个依次串联的检测单元；其中，每一检测单元用于与机器人相关的安全信号中的一类安全信号的输出端相连，当该检测单元所对应的一类安全信号中的任一信号异常，或该检测单元的输入端的信号异常，则该检测单元停止输出导通信号，可见，本发明实施例通过多个检测单元分类对与机器人相关的安全信号进行检测，从而提高了对各类安全信号检测的效率；其中，多个检测单元中的第一个检测单元的输入端与初始供电信号相连，除最后一个检测单元之外的任一检测单元的输出端还与主控单元相连，且主控单元用于接收与该主控单元相连的检测单元输出的导通信号，当未接收到任一检测单元的导通信号时，确定该检测单元所对应的安全信号异常，并将异常情况输出给外部监控设备，可见，主控单元通过未接收到的导通信号所对应的检测单元，从而确定该检测单元所对应的一类安全信号存在异常，进一步通过自身处理或者发送给外部监控设备，通过技术人员进行检修；其中，安全单元用于接收最后一个检测单元输出的导通信号，当未接收到最后一个检测单元输出的导通信号时，断开用于给机器人关节电机及其制动器进行供电的动力电源和制动电源。通过将多个检测单元进行串联，且检测单元的输入端与上一级的检测单元的输出端相连，因此，当多个检测单元中的任一检测单元未输出导通信号，最后一个检测单元均未正常输出导通信号，从而使得安全单元断开用于给机器人关节电机及其制动器进行供电的动力电源和制动电源，进一步保证了机器人和操作人员的安全。因此，通过将与机器人相关的各种安全信号通过分类进行检测，安全单元通过是否接收到最后一个检测单元发送的导通信号来确定是否停止给机器人关节电机及其制动器进行供电的动力电源和制动电源，从而保证了机器人以及操作人员的安全；由于与机器人相关的各种安全信号中任一信号发生异常，最后一个检测单元均不会输出导通信号，相比现有技术中的机器人的安全保护系统，本发明实施例中的检测单元将各种安全信号都考虑进去，且进行连接，简化了电路的布线，且分类对安全信号的异常情况进行检测，并将异常情况发送给外部监控设备，优化了故障排查的困难。综上，本发明实施例提供的机器人的控制器，避免了机器人相关的各种安全信号异常以及人工误操作导致的机器人不安全的问题，进一步解决了现有技术中机器人的安全保护系统的布线的复杂性和故障排查难的问题。

较佳地，本发明实施例中将与机器人的各种安全信号可以根据执行主体的不同分为四类。本发明实施例中根据各类安全信号产生异常时导致机器人或者操作人员处于危险状态的优先级进行分类。例如，为了保证机器人的工作环境的安全，当机器人的工作区域有异常时可以通过操作手柄紧急停止按钮切断供电，或者通过按下控制器紧急停止按钮切断供电，保证工作人员以及机器人的安全。因此，将安全等级较高的信号由操作人员触发的安全信号，具体包括：操作手柄、控制器、远程控制盒以及外部设备中的紧急停止按钮开关信号，机器人本体、外部设备中的用于检测人体各部位进入危险区域或危险区域有人的安全传感器信号。当由操作人员触发的安全信号正常时，为了进一步保证机器人工作环境是否正常，将与机器人位姿相关的安全信号包括，机器人本体上的用于限制各关节负载运动范围的安全限位开关信号和外部设备中的用于限制机器人运动空间的安全限位开关信号。进一步地，为了处于手动操作模式和自动操作模式进行切换时也能正常工作，因此，与机器人工作模式和外部设备环境相关的安全信号包括：操作手柄、控制器、远程控制盒以及外部设备中的模式切换开关信号，机器人工作间安全门开关信号和操作手柄安全启动开关信号。另外，当模式切换正常以及外部设备一切正常时，可以通过机器人关节电机上电给机器人供电做好准备，具体地，机器人电机上电信号包括：操作手柄、控制器、远程控制盒以及外部设备中的电机上电开关信号。为了进一步检测主控单元自身的软、硬件运行安全状态安全信号发送的有效信号作为一类，叫做主控单元的安全信号。因此，本发明实施例中，根据安全信号的优先等级，将机器人的各种安全信号分为四类。

需要说明的是，与机器人相关的各种安全信号不仅限于包括上述安全信号，还包括在实际应用中其他操作带来的安全信号。在此不做具体限定。

其中，本发明实施例中的紧急停止按钮开关信号，是指通过紧急停止开关按钮发出紧急停止信号，从而切断机器人本体的有效执行信号，使得机器人停止工作；操作手柄电机上电开关信号，是指在操作手柄上，配合机器人关节电机上电开关，采用三挡使能，一档和三挡均使回路处于断开状态无法启动机器人关节电机上电，仅在二挡时方可启动机器人关节电机上电。如，工作人员在紧张的情况下自然会使劲握住操作手柄的电机上电开关，使开关处于第三档模式，伺服不上电，或者工作人员不小心扔掉操作手柄时使开关处于第一档模式，伺服不上电，当且仅当工作人员轻握操作手柄的电机上电开关，使开关处于第二挡，机器人关节电机上电。因此，在手动操作模式下，操作手柄电机上电开关，才能为机器人关节电机上电做好准备。本发明实施例中的机器人工作间安全门开关信号，是指由一对投光器、收光器组成的红外线光电传感器安装在机器人的工作区域内，当投光器和收光器之间没有物体阻挡时，机器人工作间安全门开关信号正常，当投光器和收光器之间有物体阻挡时，机器人工作间安全门开关信号异常，则由机器人工作间安全门开关信号控制的开关单元断开，动力电源和制动电源立即断电，保证了机器人以及操作人员的安全。

其中，本发明实施例中的安全单元可以用安全继电器代替，安全继电器是一种不会降低生产效率的危险操作的安全措施，当与机器人相关的任一安全信号产生故障时，安全继电器进行动作，停止驱动制动电源及动力电源，机器人停止工作。其中，安全继电器具有强制导向接点结构，万一发生节点熔结现象时，也能确保安全。如，若正常工作时，本发明实施例提供的机器人的控制器中的检测单元出现故障，则安全继电器立即停止驱动制动电源及动力电源；当紧急停止解除时，机器人不能立即启动。

需要说明的是，本发明实施例中的安全单元不限于采用安全继电器，还可以采用其他具有控制和判断功能的器件实现控制制动电源和动力电源的作用。在此不做具体限定。

进一步地，下面详细介绍本发明实施例提供的检测单元的具体结构。

较佳地，参见图2，控制器包括依次串联的第一检测单元110、第二检测单元111、第三检测单元112、第四检测单元113和第五检测单元114；

其中，第一检测单元110包括与操作手柄、控制器、远程控制盒以及外部设备中的紧急停止按钮开关信号，机器人本体上、外部设备中的用于检测人体各部位进入危险区域或危险区域有人的安全传感器信号所对应的依次串联的多个开关单元，所述第一检测单元用于检测所述由操作人员触发的安全信号中的任一信号是否异常，若任一信号产生异常，该信号对应的开关单元断开，且停止输出第一导通信号给所述第二检测单元、主控单元和外部监控设备；

第二检测单元111包括与机器人本体上的用于限制各关节负载运动范围的安全限位开关信号，外部设备中的用于限制机器人运动空间的安全限位开关信号一一对应的依次串联的多个开关单元，第二检测单元用于检测所述与机器人位姿相关的安全信号中的任一信号是否异常，若与机器人位姿相关的安全信号中的任一信号异常，或者未接收到第一导通信号，则停止输出第二导通信号给第三检测单元和主控单元；

第三检测单元112包括与操作手柄、控制器、远程控制盒以及外部设备中的模式切换开关信号，机器人工作间安全门开关信号，操作手柄安全启动开关信号一一对应的依次串联的多个开关单元，第三检测单元用于检测与机器人工作模式和外部设备环境相关的安全信号中的任一信号是否异常，若与机器人工作模式和外部设备环境相关的安全信号中的任一信号异常，或者未接收到第二导通信号，则停止输出第三导通信号给第四检测单元和主控单元，且若操作手柄安全启动开关信号异常，则停止输出信号给外部监控设备；

第四检测单元113包括由操作手柄、控制器、远程控制盒以及外部设备中的电机上电开关信号控制下的多个开关单元组成的自锁回路，第四检测单元用于检测所述机器人电机上电的安全信号中的任一信号是否异常，若操作手柄、控制器、远程控制盒以及外部设备中的电机上电开关信号中的任一信号产生异常，或者未接收到第三导通信号，则停止输出第四导通信号给第五检测单元和主控单元；

第五检测单元114包括与主控单元的安全信号对应的开关单元，第五检测单元用于检测主控单元的安全信号是否异常，若主控单元的安全信号异常，则停止输出第五导通信号给安全单元和外部监控设备。

需要说明的是，本发明实施例中的控制器检测单元的个数还可以根据各个安全信号的不同进行设计，或者，每一检测单元包括更多的安全信号，在此不做具体限定。

参见图3(a)，第一检测单元110包括结构相同的两个支路A-1和A-2，其中，支路A-1包括：

依次串联的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、第一信号继电器CR1和第二信号继电器CR2，第二信号继电器CR2一端与第一信号继电器CR1相连，另一端作为第一检测单元110的输出端一，其中，第一节点Q1作为第一检测单元的输出端一；

其中，第一开关K1用于响应操作手柄紧急停止按钮开关信号，第二开关K2用于响应控制器紧急停止按钮开关信号，第三开关K3用于响应远程控制盒紧急停止按钮开关信号，第四开关K4用于响应外部设备的紧急停止按钮开关信号，第一信号继电器CR1用于响应机器人本体上的安全传感器信号，第二信号继电器CR2用于响应外部设备中的安全传感器信号。

同理，参见图3(a)，支路A-2包括：依次串联的第一开关K1’、第二开关K2’、第三开关K3’、第四开关K4’、第一信号继电器CR1’和第二信号继电器CR2’，第二信号继电器CR2’一端与第一信号继电器CR1’相连，另一端作为第一检测单元110的输出端二，其中，第一节点Q1’作为第一检测单元的输出端二；其中，第一开关K1’用于响应操作手柄紧急停止按钮开关信号，第二开关K2’用于响应控制器紧急停止按钮开关信号，第三开关K3’用于响应远程控制盒紧急停止按钮开关信号，第四开关K4’用于响应外部设备的紧急停止按钮开关信号，第一信号继电器CR1’用于响应机器人本体上的安全传感器信号，第二信号继电器CR2’用于响应外部设备中的安全传感器信号。

需要说明的是，由于操作手柄紧急停止按钮开关信号、控制器紧急停止按钮开关信号、远程控制盒紧急停止按钮开关信号、外部设备的紧急停止按钮开关信号、机器人本体上的安全传感器信号、外部设备中的安全传感器信号的优先级相等，且任一开关信号相互独立，因此，第一检测单元中的各个开关单元可以相互互换，排列顺序不做具体限定，本发明实施例中图3(a)所示的结构仅作为较佳实施例，并不限于图3(a)所示的顺序。

具体地，紧急停止按钮开关信号的安全性最高，因此将紧急停止按钮开关信号相关的安全信号串联在第一检测单元中的最前端，如操作手柄紧急停止按钮开关信号、控制器紧急停止按钮开关信号、远程控制盒紧急停止按钮开关信号、外部设备的紧急停止按钮开关信号直接关系到机器人的工作环境，因此串联在第一检测单元中的最前端。第一检测单元主要用于检测由操作人员触发的安全信号，由于操作手柄紧急停止按钮开关信号、控制器紧急停止按钮开关信号、远程控制盒紧急停止按钮开关信号、外部设备的紧急停止按钮开关信号、机器人本体上的安全传感器信号、外部设备中的安全传感器信号均是容易观察且相互独立的信号，因此将上述信号直接串联后输出给外部监控设备，方便外部监控设备实时监控且容易查找故障原因。

具体地，针对每一支路，第一信号继电器和第二信号继电器的常开触点串联在第四开关之后，当第一开关、第二开关、第三开关和第四开关均处于闭合状态，且所对应的信号均无异常时，当机器人各部位未进入危险区域或危险区域没有人时，第一信号继电器的常开触点闭合，当外部设备中的安全传感器信号正常时，第二信号继电器的常开触点闭合，第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一信号继电器和第二信号继电器组成的支路导通，第一节点输出第一导通信号；或者，当操作手柄紧急停止按钮开关信号、控制器紧急停止按钮开关信号、远程控制盒紧急停止按钮开关信号、外部设备的紧急停止按钮开关信号、机器人本体上的安全传感器信号、外部设备中的安全传感器信号中的任意一个信号产生异常时，第一节点停止输出第一导通信号，使得第一检测单元处于断开状态。

进一步地，为了将第一节点(Q1和Q1’)输出的第一导通信号自动反馈给外部监控设备，在第一节点(Q1和Q1’)处分别连接一个继电器，且每一继电器的常开触点连接外部监控设备，常闭触点串联在第一节点(Q1或Q1’)处，当第一节点(Q1和Q1’)处同时输出第一导通信号时，每一继电器的常开触点闭合，外部监控设备收到第一节点(Q1和Q1’)的第一导通信号，当第一节点(Q1或Q1’)停止输出第一导通信号时，该继电器的常开触点断开，外部监控设备未收到第一节点(Q1和Q1’)的第一导通信号，则确定故障出现在操作手柄紧急停止按钮开关信号、控制器紧急停止按钮开关信号、远程控制盒紧急停止按钮开关信号、外部设备的紧急停止按钮开关信号、机器人本体上的安全传感器信号、外部设备中的安全传感器信号中的任意一个信号或者几个信号组合后导致。

因此，本发明实施例中提供的第一检测单元通过检测操作手柄紧急停止按钮开关信号、控制器紧急停止按钮开关信号、远程控制盒紧急停止按钮开关信号、外部设备的紧急停止按钮开关信号、机器人本体上的安全传感器信号、外部设备中的安全传感器信号等安全性高的信号，从而提高了机器人及操作人员的安全性且提高了故障排查的方便性。

较佳地，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4分别为双回路紧急停止按钮开关；因此，第一支路A-1中的第一开关K1和第二支路A-2中的第一开关K1’可以为同一个双回路紧急停止按钮开关；同理，第一支路A-1中的第二开关K2和第二支路A-2中的第二开关K2’可以为同一个双回路紧急停止按钮开关；第一支路A-1中的第三开关K3和第二支路A-2中的第三开关K3’可以为同一个双回路紧急停止按钮开关；第一支路A-1中的第四开关K4和第二支路A-2中的第四开关K4’可以为同一个双回路紧急停止按钮开关。从而减少了双回路系统中的器件的个数和简化了电路的复杂程度。

位于第一支路A-1的第一信号继电器CR1和位于第二支路A-2的第一信号继电器CR1’为同一具有两组触点的信号继电器；位于第一支路A-1的第二信号继电器CR2和位于第二支路A-2的第二信号继电器CR2’为同一具有两组触点的信号继电器。从而减少了控制器中的器件的个数和简化了电路的复杂程度。具体结构参见图3(b)所示。

需要说明的是，第一检测单元可以仅包括上述一个支路。仅通过一个支路就能实现对由操作人员触发的安全信号的检测。在实际应用中，为了避免一个支路上的开关单元或者信号有其他问题，本发明实施例提供的第一检测单元设置为结构相同的两个支路，进一步准确地对安全信号进行检测，保证了机器人和操作人员的安全问题。其中，由相同的信号控制的位于第一支路和第二支路中的信号继电器可以采用两个信号继电器。在此不做具体限定。进一步地，为了减少信号继电器的个数，本发明实施例中由相同的信号控制的位于第一支路和第二支路中的信号继电器均采用一个具有两组触点的信号继电器。

较佳地，参见图4(a)，第二检测单元111包括结构相同的两个支路B-1和B-2，且支路B-1包括：

与第一检测单元的输出端一(第一节点Q1)依次串联的第三信号继电器CR3、第四信号继电器CR4，第四信号继电器CR4一端与第三信号继电器CR3相连，另一端作为第二检测单元的输出端一，即为第二节点Q2；

其中，第三信号继电器CR3用于在机器人任一关节负载超越预先规定的安全位置时断开，第四信号继电器CR4用于在机器人本体超越预先规定的安全工作间时断开。

同理，参见图4(a)，支路B-2包括：与第一检测单元的输出端二(第一节点Q1’)依次串联的第三信号继电器CR3’、第四信号继电器CR4’，第四信号继电器CR4’一端与第三信号继电器CR3’相连，另一端作为第二检测单元的输出端二，即为第二节点Q2’；其中，第三信号继电器CR3’用于在机器人任一关节负载超越预先规定的安全位置时断开，第四信号继电器CR4’用于在机器人本体超越预先规定的安全工作间时断开。

需要说明的是，由于机器人本体上的用于限制各关节负载运动范围的安全限位开关信号，外部设备中的用于限制机器人运动空间的安全限位开关信号的优先级相等，且相互独立，因此，第二检测单元中的第三信号继电器和第四信号继电器的位置可以互换，排列顺序不做具体限定，本发明实施例中图4(a)所示的结构仅作为较佳实施例，并不限于图4(a)所示的顺序。另外，机器人本体上的用于限制各关节负载运动范围的安全限位开关信号，或者外部设备中的用于限制机器人运动空间的安全限位开关信号的两类信号均可以包括多个信号，因此，第二检测单元中，可以根据实际情况控制上述两类信号中的多个信号时，增加多个相应的信号继电器，用以详细检测各个信号的安全问题。具体每一类信号包括的具体信号可以根据实际应用场景进行增加，在此不做具体限定。

具体地，第二检测单元主要用于检测与机器人位姿相关的安全信号，由于机器人本体上的用于限制各关节负载运动范围的安全限位开关信号，外部设备中的用于限制机器人运动空间的安全限位开关信号是不容易观察且相互独立的信号，因此将上述信号直接串联后输出给主控单元，方便主控单元根据信号的反馈进一步查找故障原因。

具体地，针对每一支路，第三信号继电器和第四信号继电器的常开触点串联在第一节点之后，第一检测单元中的逻辑单元导通，且输出第一导通信号时，且机器人本体上的用于限制各关节负载运动范围的安全限位开关信号正常，则第三信号继电器的的的常开触点闭合，当外部设备中的用于限制机器人运动空间的安全限位开关信号正常，则第四信号继电器的常开触点闭合，则第三信号继电器和第四信号继电器组成的支路导通，第二节点输出第二导通信号；或者，当机器人本体上的用于限制各关节负载运动范围的安全限位开关信号，外部设备中的用于限制机器人运动空间的安全限位开关信号中的任意一个信号产生异常时，第二节点停止输出第二导通信号，使得第二检测单元处于断开状态。

进一步地，为了将第二节点(Q2和Q2’)输出的第二导通信号自动反馈给主控单元，在第二节点(Q2和Q2’)处分别连接一个继电器，且每一继电器的常开触点连接主控单元，常闭触点串联在第二节点(Q2或Q2’)处，当第二节点(Q2和Q2’)处同时输出第二导通信号时，每一继电器的常开触点闭合，主控单元收到第二节点(Q2和Q2’)的第二导通信号，当第二节点(Q2或Q2’)停止输出第二导通信号时，该继电器的常开触点断开，主控单元未收到第二节点(Q2和Q2’)的第二导通信号，则确定故障出现在机器人本体上的用于限制各关节负载运动范围的安全限位开关信号，外部设备中的用于限制机器人运动空间的安全限位开关信号中的任意一个信号或者两个信号均异常。

因此，本发明实施例中提供的第二检测单元通过检测机器人本体上的用于限制各关节负载运动范围的安全限位开关信号，外部设备中的用于限制机器人运动空间的安全限位开关信号，从而提高了机器人及操作人员的安全性且提高了故障排查的方便性。

较佳地，位于第一支路B-1的第三信号继电器CR3和位于第二支路B-2的第三信号继电器CR3’为同一具有两组触点的信号继电器，参见图4(b)所示，第三信号继电器均用CR3表示；位于第一支路B-1的第四信号继电器CR4和位于第二支路B-2的第四信号继电器CR4’为同一具有两组触点的信号继电器，参见图4(b)所示，第四信号继电器均用CR4表示。从而减少了控制器中的器件的个数和简化了电路的复杂程度。具体结构参见图4(b)所示。

需要说明的是，第二检测单元可以仅包括上述一个支路。仅通过一个支路就能实现对与机器人位姿相关的安全信号的检测。在实际应用中，为了避免一个支路上的开关单元或者信号有其他问题，本发明实施例提供的第二检测单元设置为结构相同的两个支路，进一步准确地对安全信号进行检测，保证了机器人和操作人员的安全问题。其中，由相同的信号控制的位于第一支路和第二支路中的信号继电器可以采用两个信号继电器。在此不做具体限定。进一步地，为了减少信号继电器的个数，本发明实施例中由相同的信号控制的位于第一支路和第二支路中的信号继电器均采用一个具有两组触点的信号继电器。

较佳地，参见图5(a)，本发明实施例中的第三检测单元包括结构相同的两个支路C-1和C-2，且支路C-1包括：

与第二检测单元的输出端一(第二节点Q2)依次串联的第五信号继电器CR5、第六信号继电器CR6、第七信号继电器CR7和第八信号继电器CR8，第八信号继电器CR8的一端与第七信号继电器CR7相连，另一端作为第三检测单元的输出端一，即图5(a)中的第三节点Q3；

其中，第五信号继电器CR5的通断由操作手柄模式切换开关信号控制，第六信号继电器CR6的通断由机器人工作间安全门开关信号控制，第七信号继电器CR7的通断由操作手柄安全启动开关信号控制，第八信号继电器CR8的通断由控制器、远程控制盒以及外部设备中的模式切换信号共同控制；第五信号继电器CR5、第六信号继电器CR6、第八信号继电器CR8的常闭触点串联第七信号继电器CR7的常开触点，第五信号继电器CR5、第六信号继电器、CR6和第八信号继电器CR8的常开触点相互串联，且第七信号继电器CR7的常闭触点与外部监控设备连接；手动操作模式时，第五信号继电器CR5、第六信号继电器CR6和第八信号继电器CR8的常闭触点闭合，第七信号继电器CR7的常开触点闭合；自动操作模式时，第五信号继电器CR5、第六信号继电器CR6和第八信号继电器CR8的常开触点闭合，第七信号继电器CR7的常开触点断开。

同理，参见图5(a)，支路C-2包括：与第二检测单元的输出端二(第二节点Q2’)依次串联的第五信号继电器CR5’、第六信号继电器CR6’、第七信号继电器CR7’和第八信号继电器CR8’，第八信号继电器CR8’的一端与第七信号继电器CR7’相连，另一端作为第三检测单元的输出端二，即图5(a)中的第三节点Q3’；其中，第五信号继电器CR5’的通断由操作手柄模式切换开关信号控制，第六信号继电器CR6’的通断由机器人工作间安全门开关信号控制，第七信号继电器CR7’的通断由操作手柄安全启动开关信号控制，第八信号继电器CR8’的通断由控制器、远程控制盒以及外部设备中的模式切换信号共同控制；第五信号继电器CR5’、第六信号继电器CR6’、第八信号继电器CR8’的常闭触点串联第七信号继电器CR7’的常开触点，第五信号继电器CR5’、第六信号继电器CR6’和第八信号继电器CR8’的常开触点相互串联，且第七信号继电器CR7’的常闭触点与外部监控设备连接；手动操作模式时，第五信号继电器CR5’、第六信号继电器CR6’和第八信号继电器CR8’的常闭触点闭合，第七信号继电器CR7’的常开触点闭合；自动操作模式时，第五信号继电器CR5’、第六信号继电器CR6’和第八信号继电器CR8’的常开触点闭合，第七信号继电器CR7’的常开触点断开。

具体地，第三检测单元，主要用于检测与机器人工作模式和外部设备环境相关的安全信号是否异常，包括将与操作手柄、控制器、远程控制盒以及外部设备中的模式切换开关信号，机器人工作间安全门开关信号，操作手柄安全启动开关信号依次进行检测。其中，第三检测单元使得无论机器人处于自动模式还是手动模式，均能实现机器人工作模式和外部设备环境相关的安全信号的检测。

具体地，针对每一支路，本发明实施例中通过第五信号继电器、第六信号继电器、第七信号继电器和第八信号继电器实现机器人模式切换。其中，第五信号继电器、第六信号继电器和第八信号继电器的常开触点和常闭触点均连接在该电路中，第五信号继电器、第六信号继电器和第八信号继电器的常闭触点串联后连接第七信号继电器的常开触点，组成分支P；第五信号继电器、第六信号继电器和第八信号继电器的常开触点依次串联，组成分支P’。分支P为机器人处于手动操作模式时的通路，分支P’为机器人处于自动操作模式时的通路。第七信号继电器的常开触点还连接外部监控设备，用于将操作手柄安全启动开关信号的状态输入给外部监控设备，方便监控。

需要说明的是，针对第八信号继电器的通断由控制器、远程控制盒以及外部设备中的模式切换信号共同控制的情况，可以用多个信号继电器串联进行代替，使得每一信号继电器均通过一个信号进行控制，或者一个信号继电器通过两个信号进行控制。因此，通过一个或者多个信号控制一个信号继电器的情况均属于本发明的保护范围。

具体地，参见图5(a)所示，以支路C-1为例，机器人开始工作时的默认工作模式为手动操作模式，第五信号继电器CR5、第六信号继电器CR6和第八信号继电器CR8的线圈不得电，常闭触点依然闭合，常开触点依然断开，为了使得机器人正常工作，操作手柄安全启动开关进行动作，使得第七信号继电器CR7的线圈得电，第七信号继电器的常开触点闭合，分支P导通，机器人正常工作在手动操作模式，第三节点Q3输出第三导通信号。若操作手柄安全启动开关信号异常，外部监控设备收不到操作手柄安全启动开关信号发送的信号，确定操作手柄安全启动开关故障，若操作手柄安全启动开关正常，则需要主控单元进一步确定操作手柄模式切换开关信号、机器人工作间安全门开关信号以及控制器、远程控制盒以及外部设备中的模式切换信号是否异常。若机器人需要切换到自动操作模式进行工作，则操作手柄模式切换开关信号使能，使得第五信号继电器CR5的常开触点闭合，机器人工作间安全门开关信号使能，使得第六信号继电器CR6的常开触点闭合，控制器、远程控制盒以及外部设备中的模式切换信号共同控制的信号使能，使得第八信号继电器CR8的常开触点闭合，分支P’导通，机器人正常工作在自动操作模式，第三节点Q3输出第三导通信号。若第三节点Q3停止输出第三导通信号，则需要主控单元进一步确定操作手柄模式切换开关信号、机器人工作间安全门开关信号以及由控制器、远程控制盒以及外部设备中的模式切换信号是否异常。

其中，为了进一步保证工作人员切换工作模式的安全性，本发明实施例中，将分支P设计为手动操作模式，且当操作手柄模式切换开关信号动作时，才能正常工作；当需要切换回自动操作模式时，只要将控制器、远程控制盒以及外部设备中的模式切换信号、操作手柄模式切换开关信号、机器人工作间安全门开关信号切换为自动操作模式，当机器人工作间安全门开关信号安全时，分支P’正常工作，机器人处于自动操作工作模式，从而保证了模式切换时，工作人员以及机器人的安全。其中，模式切换动作配合软件需要有切换顺序，当从自动操作模式切换到手动操作模式时，必须先将控制器模式切换信号为手动操作模式，然后再将操作手柄模式切换信号为手动操作模式；当从手动操作模式切换为自动操作模式时，必须先将操作手柄模式切换信号为自动操作模式，然后将控制器模式切换信号为自动操作模式，也就是手动操作模式必须与操作手柄处于就近原则，方可保证操作人员的安全性。

进一步地，为了将第三节点(Q3和Q3’)的第三导通信号自动反馈给主控单元，在第三节点(Q3和Q3’)处连接分别一个继电器，且每一继电器的常开触点连接主控单元，常闭触点串联在第三节点(Q3或Q3’)处，当第三节点(Q3和Q3’)处同时输出第三导通信号时，每一继电器的常开触点闭合，主控单元收到第三节点(Q3和Q3’)的第三导通信号，当第三节点(Q3或Q3’)停止输出第三导通信号时，该继电器的常开触点断开，主控单元未收到第三节点(Q3和Q3’)的第三导通信号，则进一步确定确定操作手柄模式切换开关信号、机器人工作间安全门开关信号以及由控制器、远程控制盒以及外部设备中的模式切换信号是否异常。

因此，本发明实施例中的第三检测单元通过检测机器人在自动操作模式和手动操作模式下操作手柄模式切换开关信号、机器人工作间安全门开关信号、操作手柄安全启动开关信号和控制器、远程控制盒以及外部设备共同控制的模式切换信号，使得操作人员无论在哪种工作模式下均能确保安全，从而提高了可靠性。

较佳地，位于第一支路C-1的第五信号继电器CR5和位于第二支路C-2的第五信号继电器CR5’为同一具有两组触点的信号继电器，参见图5(b)所示，第五信号继电器均用CR5表示；位于第一支路C-1的第八信号继电器CR8和位于第二支路C-2的第八信号继电器CR8’为同一具有两组触点的信号继电器，参见图5(b)所示，第八信号继电器均用CR8表示。

需要说明的是，针对理想情况，第三检测单元可以仅包括上述一个支路。在实际应用中，为了避免一个支路上的器件或者信号有其他问题，本发明实施例提供的第三检测单元设计为两个支路，进一步准确地对安全信号进行检测，保证了机器人的安全问题。其中，机器人工作间安全门为双路安全门锁，因此，第一支路和第二支路各需要一个第六信号继电器。操作手柄安全启动开关的状态通过第七信号继电器反馈给外部监控设备，因此，第一支路和第二支路各需要一个第七信号继电器。第一支路和第二支路中的第五信号继电器和第八信号继电器可以分别采用两个信号继电器进行控制，或者分别采用一个具有两组触点的信号继电器进行控制，在此不作具体限定。

较佳地，参见图6(a)，第四检测单元112包括结构相同的两个支路D-1和D-2，且支路D-1包括：

与第三检测单元输出端一(第三节点Q3)连接的第九信号继电器CR9，与第九信号继电器CR9并联的第十信号继电器CR10和第十一信号继电器CR11；第九信号继电器CR9与第十一信号继电器CR11连接的节点作为第四检测单元的输出端一，即图6(a)中的第四节点Q4；

支路D-2包括：

与第三检测单元输出端二(第三节点Q3’)连接的第九信号继电器CR9’，与第九信号继电器CR9’并联的第十信号继电器CR10’和第十一信号继电器CR11’；第九信号继电器CR9’与第十一信号继电器CR11’连接的节点作为第四检测单元的输出端二，即图6(a)中的第四节点Q4’；

其中，第九信号继电器CR9用于在外部设备中的电机上电信号或操作手柄中的电机上电开关信号异常时断开，位于第一支路D-1的第十信号继电器CR10用于第一支路的输出端一(第四节点Q4)信号异常时断开，位于第一支路D-1的第十一信号继电器CR11用于第二支路的输出端二(第四节点Q4’)信号异常时断开；位于第二支路D-2的第十信号继电器CR10’用于第二支路D-2的输出端二(第四节点Q4’)信号异常时断开，位于第二支路D-2的第十一信号继电器CR11’用于第一支路的输出端一(第四节点Q4)信号异常时断开。

具体地，当且第一节点输出第一导通信号，第二节点输出第二导通信号，第三节点输出第三导通信号时，进行机器人关节电机上电。本发明实施例提供的第四检测单元用于保证机器人一直处于供电状态。

具体地，针对每一支路，第九信号继电器的常开触点连接在第三节点和第四节点之间，当外部设备机器人关节电机上电信号或操作手柄机器人关节电机上电信号使能时，第九信号继电器的常开触点闭合，第四节点输出第四导通信号；当外部设备机器人关节电机上电信号或操作手柄机器人关节电机上电信号异常时，第九信号继电器的常开触点断开，第四节点停止输出第四导通信号；第十信号继电器和第十一信号继电器的常开触点串联后并联在第三节点和第四节点之间，一旦第四节点输出第四导通信号，则第十信号继电器和第十一信号继电器的常开触点闭合，第四节点继续输出第四导通信号。因此，操作人员只需要按住外部设备机器人关节电机上电开关或操作手柄机器人关节电机上电开关1秒以上，第四检测单元就能够将安全回路保持为连通状态，因此操作人员不需要一直按住机器人关节电机上电开关。

进一步地，为了将第四节点(Q4和Q4’)的第四导通信号自动反馈给主控单元，在第四节点Q4(Q4和Q4’)处分别连接一个继电器，且每一继电器的常开触点连接主控单元，常闭触点串联在第四节点(Q4或Q4’)处，当第四节点(Q4和Q4’)处同时输出第四导通信号时，每一继电器的常开触点闭合，主控单元收到第四节点(Q4和Q4’)的第四导通信号，当第四节点(Q或Q4’)停止输出第四导通信号时，该继电器的常开触点断开，主控单元未收到第四节点(Q4和Q4’)的第四导通信号，则进一步确定机器人关节电机上电操作出现故障。

较佳地，位于第一支路D-1的第九信号继电器CR9和位于第二支路D-2的第九信号继电器CR9’为同一具有两组触点的信号继电器，参见图6(b)所示，第九信号继电器均用CR9表示；位于第一支路D-1的第十信号继电器CR10和位于第二支路D-2的第十信号继电器CR10’为同一具有两组触点的信号继电器，参见图6(b)所示，第十信号继电器均用CR10表示；位于第一支路D-1的第十一信号继电器CR11和位于第二支路D-2的第十一信号继电器CR11’为同一具有两组触点的信号继电器，参见图6(b)所示，第十信号继电器均用CR10表示。

较佳地，参见图7，第五检测单元114包括结构相同的两个支路E-1和E-2，支路E-1包括：

与第四检测单元的输出端一(第四节点Q4)相连的第十二信号继电器CR12，第十二信号继电器CR12的常开触点与第四检测单元的输出端一相连，常闭触点与主控单元相连，第十二信号继电器CR12的输出端作为第五检测单元的输出端一，即图7中的第五节点Q5；其中，第十二信号继电器CR12用于主控单元的安全信号异常时断开。

同理，支路E-2包括：与第四检测单元的输出端二(第四节点Q4’)相连的第十二信号继电器CR12’，第十二信号继电器CR12’的常开触点与第四检测的输出端二相连，常闭触点与主控单元相连，第十二信号继电器CR12’的输出端作为第五检测的输出端二，即图7中的第五节点Q5’；其中，第十二信号继电器CR12’用于主控单元的安全信号异常时断开。

具体地，当第一节点、第二节点、第三节点和第四节点均正常时，为了进一步确定主控单元中是否存在异常信号，通过第十二信号继电器进行控制。若主控单元发送有效信号给第十二信号继电器，则常开触点闭合，使得第五节点输出第五导通信号。若主控单元未发送有效信号给第十二信号继电器时，则常开触点断开，使得第五节点停止输出第五导通信号。

进一步地，为了将第五节点(Q5和Q5’)的第五导通信号自动反馈给外部监控设备，在第五节点(Q5和Q5’)处分别连接一个继电器，且每一继电器的常开触点连接外部监控设备，常闭触点串联在第五节点(Q5或Q5’)处，当第五节点(Q5和Q5’)处输出第五导通信号时，该继电器的常开触点闭合，外部监控设备收到第五节点(Q5和Q5’)的第五导通信号，当第五节点(Q5或Q5’)停止输出第五导通信号时，该继电器的常开触点断开，外部监控设备未收到第五节点(Q5和Q5’)的第五导通信号，则确定故障出现在主控单元中。

其中，当第一支路和第二支路中的第五节点Q5均正常输出有效信号时，安全单元导通机器人关节电机及其制动器进行供电的动力电源和制动电源。一旦第一支路或者第二支路中的第五节点未输出第五导通信号时，安全单元断开，使得制动电源及动力电源无法正常给机器人供电。

需要说明的是，本发明实施例提供的上述控制器中的多个检测单元的实施例中不限于采用开关或者信号继电器的线圈控制触点的动作检测安全信号异常的工作模式。且不限于上述提供的各种安全信号，还可以扩展到所有与机器人相关的其他安全信号。在此不作具体限定。

另外，本发明实施例中第一导通信号、第二导通信号、第三导通信号、第四导通信号和第五导通信号仅为相应节点是否具有有效信号的一种定义，当然可以采用别的定义进行概述相应节点是否有有效信号，在此不做具体限定。其中，第一导通信号、第二导通信号、第三导通信号、第四导通信号和第五导通信号分别按照各个安全信号的优先等级进行排序。在实际应用中，可以根据其他原则进行排序，并不限于实施例中的排列方式。

本发明实施例中控制器中的多个检测单元的结构仅作为较佳实施例，可以采用别的电路结构实现对机器人相关的各种安全信号的监控，在此不作具体限定。

参见图8，本发明实施例提供的一种控制器的具体电路结构图，其中包括依次串联的多个检测单元11、主控单元12和安全单元13，其中，检测单元11包括第一检测单元110、第二检测单元111、第三检测单元112、第四检测单元113和第五检测单元114，其中，每一检测单元的电路包括上述描述的每一检测单元的具体电路图，为了进一步简化每一检测单元中的电路结构，图8中第一支路和第二支路中能用一个信号继电器或者开关代替的，均采用一个。每一检测单元的作用和电路结构与上述描述相同，在此不再赘述。

基于同一发明思想，本发明实施例还提供了一种机器人的安全保护系统，包括本发明实施例提供的任一种机器人的控制器。

基于同一发明思想，参见图9，本发明实施例提供的一种机器人系统，包括用于控制机器人的操作手柄02和远程控制盒04，以及用于监控机器人的外部监控设备03，该机器人系统本发明实施例提供的任一种的控制器01。其中，本发明实施例提供的机器人系统的实施例可以参见上述机器人的控制器的实施例，重复之处不再赘述。

综上，本发明实施例提供的机器人的控制器包括依次串联的多个检测单元、主控单元和安全单元；其中，检测单元用于将与机器人相关的各种安全信号一一对应的多个开关单元依次进行连接，当任一开关单元所对应的安全信号异常，该开关单元动作，使该开关单元所在的逻辑电路导通状态变化，并停止输出第五导通信号给安全单元，其中，机器人相关的各种安全信号包括由操作人员触发的安全信号、与机器人位姿相关的安全信号、与机器人工作模式和外部设备环境相关的安全信号、机器人电机上电信号以及主控单元的安全信号；其中，多个检测单元中的第一检测单元用于当所述由操作人员触发的安全信号产生异常，则停止输出第一导通信号给主控单元和外部监控设备；第二检测单元用于当所述与机器人位姿相关的安全信号异常，则停止输出第二导通信号给所述主控单元；第三检测单元用于当所述与机器人工作模式和外部设备环境相关的安全信号异常，则停止输出第三导通信号给所述主控单元；第四检测单元用于当所述机器人电机上电信号异常，则停止输出第四导通信号给所述主控单元；当第一导通信号、第二导通信号、第三导通信号、第四导通信号中任一个信号异常，或所述主控单元的安全信号异常时，第五检测单元停止输出第五导通信号。可见，本发明实施例中将各种安全信号分模块进行检测，使得当第五检测单元停止输出第五导通信号时，能很快确定是哪个部分的信号产生异常，因此，且分类对安全信号的异常情况进行检测，并将异常情况发送给外部监控设备，优化了故障排查的困难。另外，主控单元用于监控第一导通信号、第二导通信号、第三导通信号、第四导通信号和自身的安全信号是否异常，并将异常情况输出给外部监控设备，从而进一步根据主控单元的反馈进一步确定是哪个部分的信号产生异常。安全单元用于当未接收到第五检测单元输出的第五导通信号时，断开用于给机器人关节电机及其制动器进行供电的动力电源和制动电源。因此，通过将与机器人相关的各种安全信号所对应的开关单元进行连接，并将各种安全信号组合后的工作情况输入给安全单元，安全单元通过是否接收到第五检测单元发送的第五导通信号来确定是否停止给机器人关节电机及其制动器进行供电的动力电源和制动电源，从而保证了机器人以及操作人员的安全；由于与机器人相关的各种安全信号中任一信号发生异常，第五检测单元均不会输出第五导通信号，且多个检测单元通过将各种安全信号分步骤的将异常情况发送给主控单元，相比现有技术中的机器人的安全保护系统，本发明实施例中的控制器的多个检测单元将各种安全信号都考虑进去，且进行连接，简化了电路的布线，且分类对安全信号的异常情况进行检测，并将异常情况发送给外部监控设备，优化了故障排查的困难。综上，本发明实施例提供的机器人的控制器，避免了机器人相关的各种安全信号异常以及人工误操作导致的机器人不安全的问题，进一步解决了现有技术中机器人的安全保护系统的布线的复杂性和故障排查难的问题。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种机器人的控制器，其特征在于，所述控制器包括主控单元、安全单元以及多个依次串联的检测单元，其中，多个检测单元中的最后一个检测单元的输出端与所述安全单元和外部监控设备相连，多个检测单元中的第一个检测单元的输入端与初始供电信号相连，除最后一个检测单元之外的任一检测单元的输出端还与主控单元相连；

每一检测单元用于与机器人相关的安全信号中的一类安全信号的输出端相连，当该检测单元所对应的一类安全信号中的任一信号异常，或该检测单元的输入端的信号异常，则该检测单元停止输出导通信号；

所述主控单元用于接收与该主控单元相连的检测单元输出的导通信号，当未接收到任一检测单元的导通信号时，确定该检测单元所对应的安全信号异常，并将异常情况输出给外部监控设备；

所述安全单元用于接收所述最后一个检测单元输出的导通信号，当未接收到所述最后一个检测单元输出的导通信号时，断开用于给机器人关节电机及其制动器进行供电的动力电源和制动电源。

2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述机器人相关的各种安全信号包括由操作人员触发的安全信号、与机器人位姿相关的安全信号、与机器人工作模式和外部设备环境相关的安全信号、机器人电机上电信号以及主控单元的安全信号；

其中，所述由操作人员触发的安全信号包括：操作手柄、控制器、远程控制盒以及外部设备中的紧急停止按钮开关信号，机器人本体、外部设备中的用于检测人体各部位进入危险区域或危险区域有人的安全传感器信号；

所述与机器人位姿相关的安全信号包括：机器人本体上的用于限制各关节负载运动范围的安全限位开关信号，外部设备中的用于限制机器人运动空间的安全限位开关信号；

所述与机器人工作模式和外部设备环境相关的安全信号包括：操作手柄、控制器、远程控制盒以及外部设备中的模式切换开关信号，机器人工作间安全门开关信号和操作手柄安全启动开关信号；

所述机器人电机上电信号包括：操作手柄、控制器、远程控制盒以及外部设备中的电机上电开关信号；

所述主控单元的安全信号包括：主控单元自身的软、硬件运行安全状态给出的有效信号。

3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述控制器包括依次串联的第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元、第四检测单元和第五检测单元；

其中，所述第一检测单元包括与所述操作手柄、控制器、远程控制盒以及外部设备中的紧急停止按钮开关信号，机器人本体上、外部设备中的用于检测人体各部位进入危险区域或危险区域有人的安全传感器信号所对应的依次串联的多个开关单元，所述第一检测单元用于检测所述由操作人员触发的安全信号中的任一信号是否异常，若任一信号产生异常，该信号对应的开关单元断开，且停止输出第一导通信号给所述第二检测单元、主控单元和外部监控设备；

所述第二检测单元包括与机器人本体上的用于限制各关节负载运动范围的安全限位开关信号，外部设备中的用于限制机器人运动空间的安全限位开关信号一一对应的依次串联的多个开关单元，所述第二检测单元用于检测所述与机器人位姿相关的安全信号中的任一信号是否异常，若所述与机器人位姿相关的安全信号中的任一信号异常，或者未接收到所述第一导通信号，则停止输出第二导通信号给所述第三检测单元和主控单元；

所述第三检测单元包括与操作手柄、控制器、远程控制盒以及外部设备中的模式切换开关信号，机器人工作间安全门开关信号，操作手柄安全启动开关信号一一对应的依次串联的多个开关单元，所述第三检测单元用于检测与机器人工作模式和外部设备环境相关的安全信号中的任一信号是否异常，若与机器人工作模式和外部设备环境相关的安全信号中的任一信号异常，或者未接收到所述第二导通信号，则停止输出第三导通信号给所述第四检测单元和主控单元，且若所述操作手柄安全启动开关信号异常，则停止输出信号给所述外部监控设备；

所述第四检测单元包括由所述操作手柄、控制器、远程控制盒以及外部设备中的电机上电开关信号控制下的多个开关单元组成的自锁回路，所述第四检测单元用于检测所述机器人电机上电的安全信号中的任一信号是否异常，若操作手柄、控制器、远程控制盒以及外部设备中的电机上电开关信号中的任一信号产生异常，或者未接收到所述第三导通信号，则停止输出第四导通信号给所述第五检测单元和主控单元；

所述第五检测单元包括与所述主控单元的安全信号对应的开关单元，所述第五检测单元用于检测主控单元的安全信号是否异常，若主控单元的安全信号异常，则停止输出第五导通信号给所述安全单元和外部监控设备。

4.根据权利要求3所述的控制器，其特征在于，所述第一检测单元包括结构相同的两个支路，且每一支路包括：

依次串联的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一信号继电器、第二信号继电器，所述第二信号继电器一端与所述第一信号继电器相连，另一端作为所述第一检测单元的输出端；

其中，第一开关用于响应所述操作手柄紧急停止按钮开关信号，所述第二开关用于响应所述控制器紧急停止按钮开关信号，所述第三开关用于响应远程控制盒紧急停止按钮开关信号，所述第四开关用于响应外部设备的紧急停止按钮开关信号，所述第一信号继电器用于响应机器人本体上的安全传感器信号，所述第二信号继电器用于响应外部设备中的安全传感器信号。

5.根据权利要求4所述的控制器，其特征在于：

所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关分别为双回路紧急停止按钮开关；

位于第一支路的第一信号继电器和位于第二支路的第一信号继电器为同一具有两组触点的信号继电器；

位于第一支路的第二信号继电器和位于第二支路的第二信号继电器为同一具有两组触点的信号继电器。

6.根据权利要求4所述的控制器，其特征在于，所述第二检测单元包括结构相同的两个支路，且每一支路包括：

与第一检测单元的输出端依次串联的第三信号继电器、第四信号继电器，所述第四信号继电器一端与所述第三信号继电器相连，另一端作为所述第二检测单元的输出端；

其中，第三信号继电器用于在机器人任一关节负载超越预先规定的安全位置时断开，所述第四信号继电器用于在机器人本体超越预先规定的安全工作空间时断开。

7.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于：

位于第一支路的第三信号继电器和位于第二支路的第三信号继电器为同一具有两组触点的信号继电器；

位于第一支路的第四信号继电器和位于第二支路的第四信号继电器为同一具有两组触点的信号继电器。

8.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，所述第三检测单元包括结构相同的两个支路，且每一支路包括：

与第二检测单元的输出端依次串联的第五信号继电器、第六信号继电器、第七信号继电器和第八信号继电器，所述第八信号继电器的一端与所述第七信号继电器相连，另一端作为所述第三检测单元的输出端；

其中，所述第五信号继电器的通断由所述操作手柄模式切换开关信号控制，所述第六信号继电器的通断由所述机器人工作间安全门开关信号控制，所述第七信号继电器的通断由操作手柄安全启动开关信号控制，所述第八信号继电器的通断由控制器、远程控制盒以及外部设备中的模式切换信号共同控制；所述第五信号继电器、第六信号继电器、第八信号继电器的常闭触点串联第七信号继电器的常开触点，第五信号继电器、第六信号继电器、第八信号继电器的常开触点相互串联，且所述第七信号继电器的常闭触点与所述外部监控设备连接；手动操作模式时，第五信号继电器、第六信号继电器和第八信号继电器的常闭触点闭合，第七信号继电器的常开触点闭合；自动操作模式时，第五信号继电器、第六信号继电器和第八信号继电器的常开触点闭合，第七信号继电器的常开触点断开。

9.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于：

位于第一支路的第五信号继电器和位于第二支路的第五信号继电器为同一具有两组触点的信号继电器；

位于第一支路的第八信号继电器和位于第二支路的第八信号继电器为同一具有两组触点的信号继电器。

10.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述第四检测单元包括结构相同的两个支路，且每一支路包括：

与所述第三检测单元输出端连接的第九信号继电器，与所述第九信号继电器并联的第十信号继电器和第十一信号继电器，所述第九信号继电器与所述第十一信号继电器连接的节点作为第四检测单元的输出端；

其中，第九信号继电器用于在所述外部设备中的电机上电信号或操作手柄中的电机上电开关信号异常时断开，位于第一支路的第十信号继电器用于第一支路的输出端信号异常时断开，位于第一支路的第十一信号继电器用于第二支路的输出端信号异常时断开；位于第二支路的第十信号继电器用于第二支路的输出端信号异常时断开，位于第二支路的第十一信号继电器用于第一支路的输出端信号异常时断开。

11.根据权利要求10所述的控制器，其特征在于：

位于第一支路的第九信号继电器和位于第二支路的第九信号继电器为同一具有两组触点的信号继电器；

位于第一支路的第十信号继电器和位于第二支路的第十信号继电器为同一具有两组触点的信号继电器；

位于第一支路的第十一信号继电器和位于第二支路的第十一信号继电器为同一具有两组触点的信号继电器。

12.根据权利要求10所述的控制器，其特征在于，所述第五检测单元包括结构相同的两个支路，每一支路包括：

与第四检测单元的输出端相连的第十二信号继电器，所述第十二信号继电器的常开触点与所述第四检测单元的输出端串联，常闭触点连接所述主控单元，所述第十二信号继电器用于主控单元的安全信号异常时断开。

13.一种机器人的安全保护系统，其特征在于，包括权利要求1-12任一权项所述的机器人的控制器。