CN113631328A

CN113631328A - 用于机器人系统的可扩展安全系统

Info

Publication number: CN113631328A
Application number: CN202080024155.2A
Authority: CN
Inventors: 安德斯·比莱索·贝克; 大卫·勃兰特; 雅各布·舒尔茨·奥姆霍吉
Original assignee: Universal Robots AS
Current assignee: Universal Robots AS
Priority date: 2019-04-02
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2021-11-09
Also published as: JP2022526550A; KR20210145233A; WO2020200386A1; EP3946835A1; US20220161433A1

Abstract

本发明公开了一种机器人系统，该机器人系统包括机器人臂、用于控制机器人臂的机器人控制器以及监测机器人臂的安全系统，其中该安全系统被配置成基于由安全系统评估的至少一个安全功能使机器人臂进入安全模式。机器人控制器被构造成：指定至少一个用户定义的安全参数范围；向安全系统提供用户定义的安全参数范围；基于至少一个用户定义的安全功能生成至少一个用户定义的安全参数；向安全系统提供用户定义的安全参数；其中安全系统包括安全范围安全监测功能，该安全范围安全监测功能被配置成：评估至少一个用户定义的安全参数是否处于用户定义的安全范围内；以及在用户定义的安全参数处于用户定义的安全范围之外的情况下使机器人臂进入安全模式。

Description

用于机器人系统的可扩展安全系统

技术领域

本发明涉及一种用于机器人臂的安全系统，其中安全系统在机器人臂的操作期间被配置成监测机器人臂，并且如果机器人臂进入不安全操作模式则使机器人臂进入安全状态。

背景技术

包括多个机器人关节和机器人连杆的机器人臂(其中致动器可使机器人臂的一部分相对于彼此旋转或平移)在机器人领域中是已知的。机器人臂可包括旋转关节和/或平移关节，在旋转关节中，致动器被构造成使机器人臂的一部分旋转，在平移关节中，致动器被构造成使机器人臂的一部分平移。通常，机器人臂包括：机器人基座，其用作机器人臂的安装基座；以及机器人工具凸缘，各种工具可附接到其上，并且其中多个机器人关节和机器人连杆连接机器人基座和机器人工具凸缘。机器人控制器被构造成控制机器人关节，以相对于基座移动机器人工具凸缘。例如，为了指示机器人臂执行多个工作指令。

通常，机器人控制器被构造成基于机器人臂的动态模型控制机器人关节，其中该动态模型限定作用于机器人臂上的力与所得的机器人臂的加速度之间的关系。通常，动态模型包括机器人臂的运动学模型、关于机器人臂的惯性的知识以及影响机器人臂移动的其他参数。运动学模型限定了机器人臂的不同部件之间的关系，并且可包括机器人臂的信息(诸如关节和连杆的长度、尺寸)，并且可(例如)由Denavit-Hartenberg参数等来描述。动态模型使得控制器可以确定为了(例如)以指定的速度、加速度移动机器人关节或者为了将机器人臂保持在静态姿势，关节马达将提供哪些扭矩。

通常，可以将各种端部执行器附接到机器人工具凸缘，诸如夹持器、真空夹持器、磁性夹持器、攻丝机、焊接设备、分配系统、视觉系统、力/扭矩传感器，这些端部执行器可与机器人臂一起使用以便执行各种任务。机器人臂需要由限定用于机器人臂的各种指令的用户或机器人集成商编程，各种指令诸如预定义的移动模式和工作指令，诸如抓握、等待、释放、检查、螺纹接合指令。可提供机器人控制软件的软件扩展以便能够对安装到机器人臂的端部执行器进行编程，并且端部执行器提供商可将此类软件扩展与端部执行器一起提供。例如，机器人臂可被构造成执行用于利用第三方贡献来扩展工业机器人的最终用户编程的方法，如以引用方式并入本文的WO 2017/005272中所公开的那样。

另外，指令可基于通常提供用于停止或启动给定指令的触发信号的各种传感器或输入信号。触发信号可由各种指示器提供，诸如安全帘、视觉系统、位置指示器等。

机器人臂越来越多地与人类一起以及在人类附近使用，并且为了增加机器人可帮助人类的工作流程的多样性，需要更加关注机器人的安全性、价格和灵活性。因此，机器人臂设置有安全系统，该安全系统监测机器人臂的操作并且被配置成在人类可能受伤的危险情况下安全地停止机器人臂。安全系统设置在与机器人控制器不同的硬件上，并且被配置成监测与机器人臂相关的各种传感器信号并且执行机器人臂的多个基本安全功能(例如，如以引用方式并入本文的WO2015/131904中所述)，如果表现出不安全状态，则安全系统使机器人进入安全状态。已知的安全系统独立于最终的端部执行器监测机器人臂的操作，因此如果例如端部执行器处于不安全状态，则安全系统不能使机器人臂进入安全状态。另外，安全功能由机器人臂制造商提供，这将安全功能限制为由机器人臂制造商提供的安全功能。

发明内容

本发明的目的是解决关于现有技术的上述限制或现有技术的其他问题。这通过根据独立权利要求的机器人和方法来实现；其中机器人控制器被构造成

·指定至少一个用户定义的安全参数范围；

·向安全系统提供用户定义的安全参数范围；

·基于至少一个用户定义的安全功能生成至少一个用户定义的安全参数；

·向安全系统提供用户定义的安全参数；

其中安全系统包括安全范围监测安全功能，该安全范围监测安全功能被配置成通过以下方式监测该机器人控制器：

·评估至少一个用户定义的安全参数是否处于用户定义的安全参数范围内；以及

·在用户定义的安全参数处于用户定义的安全参数范围之外的情况下使机器人臂进入安全状态。

这使得可以设置用户定义的安全功能，这些安全功能可由非安全等级的系统如机器人控制器执行，并且其中安全等级的安全系统可被配置成监测用户定义的安全功能的结果，并且在用户定义的安全参数不符合用户定义的安全参数范围的情况下使机器人臂进入安全状态。因此，可以扩展机器人系统的安全功能而无需修改安全等级的安全系统，因此不需要重新认证安全等级的安全系统。另外，这使得第三方提供商可以提供其自身的安全功能，例如与外部部件诸如端部执行器或其他安全部件相关联的用户定义的安全功能。例如，用户定义的安全功能可以在非安全等级的机器人控制器处执行的安全等级的用户定义的安全功能的形式提供，然而，鉴于由安全等级的安全系统来监测用户定义的安全参数，机器人系统的总体安全等级可得到提高。从属权利要求描述了根据本发明的机器人和方法的可能实施方案。在本发明的具体实施方式中描述了本发明的优点和有益效果。

附图说明

图1示出了根据本发明的机器人系统；

图2示出了根据本发明的机器人系统的简化结构图；

图3示出了根据本发明的机器人系统的另一个实施方案的简化结构图；

图4示出了根据本发明的监测机器人系统的方法的流程图；并且

图5示出了具有安全信号路径的图2的机器人系统。

具体实施方式

鉴于仅旨在说明本发明原理的示例性实施方案描述了本发明。技术人员将能够在权利要求的范围内提供若干实施方案。在整个说明书中，提供类似效果的类似元件的参考标号具有相同的后两位。此外，应当理解，在实施方案包括多个相同特征的情况下，仅一些特征可以由参考标号标记。

图1示出了机器人臂101，该机器人臂包括多个机器人关节103a、103b、103c、103d、103e、103f，该多个机器人关节连接机器人基座105和机器人工具凸缘107。基座关节103a被构造成使机器人臂绕基座轴线111a(以短划虚线示出)旋转，如旋转箭头113a所示；肩部关节103b被构造成使机器人臂绕肩部轴线111b(示出为指示轴线的十字)旋转，如旋转箭头113b所示；肘部关节103c被构造成使机器人臂绕肘部轴线111c(示出为指示轴线的十字)旋转，如旋转箭头113c所示，第一腕关节103d被构造成使机器人臂绕第一腕轴线111d(示出为指示轴线的十字)旋转，如旋转箭头113d所示，并且第二腕关节103e被构造成使机器人臂绕第二腕轴线111e(以短划虚线示出)旋转，如旋转箭头113e所示。机器人关节103f是包括机器人工具凸缘107的工具关节，该机器人工具凸缘能够围绕工具轴线111f(以点划线示出)旋转，如旋转箭头113f所示。因此，所示的机器人臂是具有六个自由度的六轴机器人臂，然而，应当注意，本发明可以设置在包括更少或更多机器人关节的机器人臂中，进一步应当理解，机器人关节还可包括平移关节或旋转关节和平移关节的组合。

在例示的实施方案中，关节包括相对于机器人关节主体可旋转的输出凸缘，并且该输出凸缘直接或经由本领域已知的臂部分连接到相邻的机器人关节。机器人关节包括关节马达，该关节马达被构造成例如经由传动装置或直接连接到马达轴来旋转输出凸缘。在具有平移关节的实施方案中，输出凸缘相对于机器人关节主体平移，并且关节马达被构造成相对于机器人关节主体平移机器人输出凸缘。另外，机器人关节包括提供传感器信号的至少一个关节传感器，该传感器信号指示以下参数中的至少一个参数：输出凸缘的角位置、关节马达的马达轴的角位置、关节马达的马达电流或试图旋转输出凸缘或马达轴的外力。例如，输出凸缘的角位置可由输出编码器诸如光学编码器、磁性编码器指示，这些输出编码器可指示输出凸缘相对于机器人关节的角位置。类似地，关节马达轴的角位置可由输入编码器诸如光学编码器、磁性编码器提供，这些输入编码器可指示马达轴相对于机器人关节的角位置。应当注意，可提供指示输出凸缘的角位置的输出编码器和指示马达轴的角位置的输入编码器两者，这在已提供传动装置的实施方案中使得可以确定该传动装置的输入侧与输出侧之间的关系。还可将关节传感器提供为指示通过关节马达的电流的电流传感器，并且因此该关节传感器用于获得由马达提供的扭矩。例如，结合多相马达，可提供多个电流传感器以获得通过该多相马达的每个相位的电流。

机器人臂包括至少一个机器人控制器，该机器人控制器布置在机器人控制箱109中并且被构造成通过基于机器人臂的动力学模型、重力做功方向112和关节传感器信号控制提供给关节马达的马达扭矩来控制机器人关节。机器人控制器可作为包括界面装置104的计算机而提供，该界面装置使得用户能够与机器人进行通信，例如对机器人臂进行控制和编程。控制器可作为例如布置在如图1所示的机器人控制箱109中的外部装置、作为集成到机器人臂中的装置或作为它们的组合来提供。界面装置可例如作为工业机器人领域中已知的示教器而提供，该示教器可经由有线或无线通信协议与机器人控制器进行通信。界面装置可例如包括显示器106和多个输入装置108，诸如按钮、滑块、触摸板、操纵杆、轨迹球、手势识别装置、键盘等。显示器可作为既充当显示器又充当输入装置的触摸屏而提供。

图2示出了图1所示的机器人臂的简化结构图。机器人关节103a、103b和103f已经以结构形式示出，并且为了附图简单起见，已经省略了机器人关节103c、103d、103e。此外，机器人关节以独立元件示出；然而应当理解，它们如图1所示互相连接。机器人关节包括输出凸缘216a、216b、216f和关节马达217a、217b、217f，其中输出凸缘216a、216b、216f能够相对于机器人关节主体旋转，并且关节马达217a、217b、217f被构造成经由输出轴218a、218b、218f旋转输出凸缘。在该实施方案中，工具关节103f的输出凸缘216f包括工具凸缘107。至少一个关节传感器219a、219b、219f提供传感器信号222a、222b、222f，这些传感器信号指示相应的关节的至少一个关节传感器参数J_{传感器，a}、J_{传感器，b}、J_{传感器，f}。关节传感器参数至少指示姿势参数中的至少一个姿势参数，姿势参数指示输出凸缘相对于机器人关节的位置和取向，例如：输出凸缘的角位置、关节马达的轴的角位置、关节马达的马达电流。例如，输出凸缘的角位置可由输出编码器诸如光学编码器、磁性编码器指示，这些输出编码器可指示输出凸缘相对于机器人关节的角位置。类似地，关节马达轴的角位置可由输入编码器诸如光学编码器、磁性编码器提供，这些输入编码器可指示马达轴相对于机器人关节主体的角位置。

机器人控制器202包括处理器220和存储器221，并且被构造成通过向关节马达提供马达控制信号223a、223b、223f来控制机器人关节的关节马达。马达控制信号223a、223b、223f指示每个关节马达应提供给输出凸缘的马达扭矩T_马达，a、T_马达，b和T_马达，f，并且机器人控制器被构造成基于现有技术中已知的机器人臂的动态模型来确定马达扭矩。该动态模型使得控制器可以计算为使机器人臂执行期望的移动，关节马达应向关节马达中的每一个提供关节马达的扭矩。机器人臂的动态模型可存储在存储器221中并且可基于关节传感器参数J_{传感器，a}、J_{传感器，b}、J_{传感器，f}进行调节。例如，关节马达可以多相电动马达的形式提供，并且机器人控制器可被构造成通过调节通过多相电动马达的相位的电流来调节由关节马达提供的马达扭矩，如马达调节领域中已知的。

机器人系统包括监测机器人臂的安全系统225，并且包括安全处理器227和安全存储器228。安全系统被配置成基于由安全系统评估的至少一个基本安全功能使机器人臂进入安全状态226。安全状态由停止(STOP)标志示出，该停止标志指示一个安全模式可以是机器人臂进入静止状态的模式，例如通过激活被配置成制动机器人臂的移动部件的制动系统、通过关闭对机器人臂的供电等。然而，应当理解，安全模式可以是机器人臂被认为相对于人类是安全的任何操作模式，例如可指示机器人低速移动，以提供向人类警告已发生错误的指示信号(视觉信号、听觉信号、触觉信号等或它们的组合)。基本安全功能是提供给安全控制器的安全功能，该安全功能被编程并存储在安全存储器上并且不能被最终用户编辑或修改。通常，基本安全功能由机器人安全系统的提供商编码。在一些实施方案中，用户可在机器人系统启动时提供并修改应用基本安全功能的安全限制。

机器人控制器202和安全系统225设置在不同的硬件上，例如以不同的计算机主板、微控制器、处理器、计算机服务器和/或集成电路的形式。

机器人控制器被构造成提供至少一个用户定义的安全参数范围；其中用户定义的安全参数范围限定在机器人臂的操作期间需要满足的值或参数。用户定义的安全参数范围可例如由以下限定：

·值间隔，用户定义的安全参数必须处于该值间隔内，以使机器人臂处于安全操作模式；

·阈值，用户定义的安全参数不得超过该阈值；

·校验和，需要满足该校验和以使机器人臂处于安全操作模式；

·时间间隔，必须在该时间间隔内或外提供用户定义的安全参数，以便机器人臂处于安全模式。

用户定义的安全参数范围可例如由被配置成229由机器人控制器处理器执行的用户定义的安全软件代码提供，其中用户定义的安全软件代码可安装在机器人控制器软件上。机器人控制器被构造成经由用户定义的安全参数范围信号230向安全系统提供用户定义的安全参数范围。在一个实施方案中，安全系统可任选地被配置成提供确认信号231，该确认信号确认安全系统收到并配置用户定义的安全参数范围。用户定义的安全参数范围用于通过向安全系统通知需要由安全系统监测的参数的性质来配置安全系统，并且安全系统可向机器人控制器提供关于其已被正确配置并准备好接收和监测用户定义的安全参数的确认。

机器人控制器被构造成提供至少一个用户定义的安全参数；其中基于用户定义的安全功能提供用户定义的安全参数。用户定义的安全功能可为能够提供指示机器人臂或与机器人臂协作的外部装置的安全状态的值的任何功能，例如指示机器人臂是否在安全模式下操作的值或参数。用户定义的安全参数可例如为基于多个传感器值提供的值，该多个传感器值指示机器人臂或环境、端部执行器和/或连接到机器人系统的任何其他外部装置的各种特性。用户定义的安全参数也可以指示机器人臂的操作状态的触发/脉冲信号的形式提供。用户定义的安全参数范围可例如由被配置成229由机器人控制器处理器执行的用户定义的安全软件代码提供，其中用户定义的安全软件代码可安装在机器人控制器软件上。机器人控制器被构造成经由用户定义的安全参数信号232向安全系统提供用户定义的安全参数。在一个实施方案中，安全系统可任选地被配置成提供确认信号233，该确认信号确认安全系统收到并配置用户定义的安全参数。

安全系统包括安全范围监测安全功能，该安全范围监测安全功能被配置成通过评估至少一个用户定义的安全参数是否处于用户定义的安全范围内来监测机器人控制器。这可经由将用户定义的安全参数与用户定义的安全参数范围进行比较的多个逻辑测试来实现。如果用户定义的安全参数处于用户定义的安全参数范围之外，则安全系统将使机器人臂进入安全模式，如段落[0015]中所述。

例如，在一个实施方案中，用户定义的安全参数范围可限定值间隔，其中用户定义的安全参数必须是为了使机器人臂处于安全模式，并且逻辑测试可测试用户定义的安全参数是否处于值间隔内并提供机器人是否在安全模式下操作的指示。如果逻辑测试指示机器人臂不在安全模式下操作，则安全系统可使机器人臂处于安全状态。

在另一个实施方案中，用户定义的安全参数范围可限定时间间隔，必须在该时间间隔内或外将用户定义的安全参数发送到安全系统，以便使机器人臂处于安全模式，并且逻辑测试可测试用户定义的安全参数是否已在限定的时间间隔内接收到并提供机器人是否在安全模式下操作的指示。如果逻辑测试指示机器人臂不在安全模式下操作，则安全系统可使机器人臂处于安全状态。

在另一个实施方案中，用户定义的安全参数范围可限定校验和，用户定义的安全参数需要满足该校验和以便使机器人臂处于安全模式，并且逻辑测试可测试用户定义的安全参数是否满足校验和并提供机器人臂是否在安全模式下操作的指示。如果逻辑测试指示机器人臂不在安全模式下操作，则安全系统可使机器人臂处于安全状态。

在一个实施方案中，安全系统被配置成向机器人控制器提供确认，其中该确认指示安全系统已经接收到用户定义的安全参数范围。这使得可以提供作为机器人控制器的一部分的控制功能，从而确保用户定义的安全参数范围已由安全系统适当地配置。例如，机器人控制器可向用户提供用户定义的安全功能未正确运行的指示。

在一个实施方案中，安全系统被配置成监测对用户限定的安全参数的接收并且在未接收到用户限定的安全参数的情况下使机器人臂进入安全模式。这使得可以确保在机器人控制器尚未提供用户定义的安全参数的情况下，安全系统使机器人臂进入安全操作模式。这提供了进一步的安全性。

在一个实施方案中，机器人控制器被构造成接收至少一个传感器信号，该至少一个传感器信号指示以下中的至少一者：

·机器人臂的至少一部分的状态；

·至少一个外部装置的状态；

并且机器人控制器被构造成基于传感器信号生成至少一个用户定义的安全参数。这使得可以基于传感器信号向机器人臂提供用户定义的安全功能，例如基于机器人臂的内置传感器或提供给机器人臂的一个或多个额外传感器。这使得可以向机器人系统提供大量用户定义的安全功能并且这些安全功能可基于多种传感器信号。例如，外部安全装置的提供商可提供用户定义的安全功能，这些安全功能可随后安装在机器人控制器上并由机器人系统的安全系统进行监测。

在一个实施方案中，机器人系统包括使得用户能够与机器人系统进行通信的用户界面，并且用户界面包括用于指定用户定义的安全功能和/或用户定义的安全参数中的至少一者的用户界面。用户界面可例如以图形用户界面的形式提供，其中用户可输入用户定义的安全功能并对其进行编程，可定义用户定义的安全参数范围。

在一个实施方案中，用于指定用户定义的安全功能和用户定义的安全参数范围中的至少一者的用户界面包括用于向机器人控制器提供用户定义的安全软件代码的装置以及用于在机器人控制器处安装用户定义的安全软件代码的装置，其中用户定义的安全软件代码包括指令，该指令指示机器人控制器：

·指定至少一个用户定义的安全参数范围；

·向安全系统提供用户定义的安全参数范围；

·向安全系统提供用户定义的安全参数。

这使得可以经由软件提供用户定义的安全功能，该软件可提供在包括软件代码的存储装置上，并且用户可随后安装用户定义的软件代码。

例如，用户定义的安全软件代码可作为机器人臂的过程控制软件或基本控制软件的一部分提供。基本控制软件应当被理解为这样的软件，机器人控制器用该软件控制机器人臂的移动，即各个关节的移动，从而控制机器人凸缘和其上附接的任何机器人工具的移动。基本控制软件通常基于机器人臂的数学模型来开发并且与机器人臂一起交付。因此，机器人臂的用户可在没有任何特定编程技能的情况下移动机器人臂。过程控制软件应当被理解为从外部源诸如数据处理单元、服务器、计算机或平板电脑提供给机器人系统的软件，此类过程控制软件存储在外部源上或是在外部源上开发的。过程控制软件也可例如通过使用用户界面装置直接在机器人系统上编程。过程控制软件可为限定机器人臂移动的路点的三维笛卡尔坐标系中的简单坐标、限定附接到机器人凸缘的机器人工具的操作的程序代码、用于确定笛卡尔坐标系中的点、优化例如移动、传感器系统等中的精度的高等数学运算。因此，机器人控制器基于过程控制软件和基本控制软件的组合来控制机器人臂和工具的移动，其中过程控制软件提供限定用户定义的安全参数和/或用户定义的安全参数范围的至少一个用户定义的安全功能。

在一个实施方案中，机器人控制器以非安全等级的机器人控制系统的形式提供，这意味着机器人控制器不满足与机器人系统相关的安全标准。这具有的优点在于，机器人控制器软件可以部分开放系统的形式提供，其中用户可安装用户定义的软件部件。

在一个实施方案中，安全系统以安全等级的机器人安全系统的形式提供，这意味着安全系统满足与机器人系统相关的安全标准，因此可用于以安全可靠的方式监测机器人系统。

图3示出了根据本发明的机器人系统的另一个实施方案。该机器人系统类似于图2所示的机器人系统，并且类似的元件和特征采用与图2中相同的附图标号，并且将不进一步描述。在该实施方案中，安全系统325包括两个独立的安全控制器，其包括安全处理器和安全存储器。

第一安全控制器包括第一安全处理器327a和第一安全存储器328a，该第一安全存储器基于以下与机器人控制器进行通信并监测机器人控制器：第一用户定义的安全范围信号330a、确认接收到用户定义的安全参数范围的第一确认信号331a、第一用户定义的安全参数信号332a和确认接收到用户定义的安全参数的第一确认信号333a。

第二安全控制器包括第二安全处理器327b和第二安全存储器328b，该第二安全存储器基于以下与机器人控制器进行通信并监测机器人控制器：第二用户定义的安全范围信号330b、确认接收到用户定义的安全参数范围的第二确认信号331b、第二用户定义的安全参数信号332b和确认接收到用户定义的安全参数的第二确认信号333b。

在示例性实施方案中，安全控制器是经认证的安全控制器，这意味着其安全级别高于机器人控制器220的安全级别。对安全级别的引用可以指硬件(即，控制器)的平均故障概率。因此，高级别安全控制器具有比机器人控制器更低的平均故障概率。可包括硬件和软件两者的高级别安全系统可根据SIL(SIL；安全完整性级别)1级至4级进行分类，其中4为最高。

第一安全控制器和第二安全控制器两者均如图2所示监测机器人控制器，并且在不同的硬件中提供。这确保了由独立的安全控制器对机器人控制器进行冗余监测。这两个独立的安全控制器可例如由两个独立的团队提供，从而确保安全系统的安全功能的不同具体实施。另外，这两个安全控制器可被构造成彼此监测，以便确保两个安全控制器均正常运行；如果安全控制器中的一个安全控制器不是这种情况，则另一个安全控制器将使机器人臂进入安全状态。

图5示出了根据本发明的机器人系统的另一个实施方案。该机器人系统类似于图2所示的机器人系统，并且类似的元件和特征采用与图2中相同的附图标号，并且将不进一步描述。在该实施方案中，用户定义的安全参数范围可如上所述作为用户定义的安全软件代码的一部分提供给机器人控制器。此外，用户定义的安全软件代码可有利于机器人控制器220与安全控制器227之间的安全信号路径534形式的另外的安全特征。安全信号路径可为控制器之间的有线连接，其确保机器人控制器与安全控制器之间的物理连接。在本文档所述的该示例性实施方案和其他示例性实施方案中，可包括用户定义的安全软件代码作为过程控制软件或基本控制软件的一部分。基本控制软件应当被理解为这样的软件，机器人控制器用该软件控制机器人臂的移动，即各个关节的移动，从而控制机器人凸缘和其上附接的任何机器人工具的移动。基本控制软件通常基于机器人臂的数学模型来开发并且与机器人臂一起交付。因此，机器人臂的用户可在没有任何特定编程技能的情况下移动机器人臂。应当提及的是，基本控制软件为不同的安全限值限定默认值。默认值也可被称为正常值，并且如果机器人臂断电，则只能在预定义范围内改变。过程控制软件应当被理解为从外部源诸如数据处理单元、服务器、计算机或平板电脑提供给机器人系统的软件，此类过程控制软件存储在外部源上或是在外部源上开发的。过程控制软件也可例如通过使用用户界面装置直接在机器人系统上编程。过程控制软件可为限定机器人臂移动的路点的三维笛卡尔坐标系中的简单坐标、限定附接到机器人凸缘的机器人工具的操作的程序代码、用于确定笛卡尔坐标系中的点、优化例如移动、传感器系统等中的精度的高等数学运算。因此，机器人控制器基于过程控制软件和基本控制软件的组合来控制机器人臂和工具的移动，其中过程控制软件提供限定用户定义的安全参数和/或用户定义的安全参数范围的至少一个用户定义的安全功能。在示例性实施方案中，过程值被称为用户定义的安全参数范围，其可在运行时进行调整，即，机器人臂在修改用户定义的安全参数范围时不必断电。

机器人控制器和/或安全控制器中的至少一者被构造成发送控制器，并且机器人控制器和/或安全控制器中的至少另一者被构造成接收控制器。发送控制器被构造成用于经由安全信号路径将安全信号发送到一个或多个接收控制器。

安全信号路径可用作和实现为过程控制软件或基本控制软件的一部分，目的是便于机器人控制器与多个安全控制器(或单个安全控制器，如果仅存在一个安全控制器的话)之间的安全信号的通信。安全信号的最简单形式是从机器人控制器发送到安全控制器中的每个安全控制器的信号，如果不在发出的预定时间内接收到该信号，则将导致安全控制器使机器人臂进入停止模式。应当提及的是，信号也可以相同的目的和结果从安全控制器发送到机器人控制器。

在一个实施方案中，发送控制器是机器人控制器，并且一个或多个接收控制器是安全控制器中的至少一个安全控制器。这确保了安全控制器可监测机器人控制器，并且在尚未通过安全信号路径接收到安全信号的情况下使机器人臂进入安全模式，因为这可指示机器人控制器的故障。

在示例性实施方案中，安全信号被发送，并且因此预期以预定模式或作为预定值被接收。可将预定模式建立为由预定时间段分隔的信号的序列。如果未按预期接收，则接收控制器将使机器人臂进入停止模式。应当提及的是，安全信号的非预期接收还可包括过早的接收，即，安全信号的预期接收可在由两个端点指定的范围内。下端点可以毫秒为单位，诸如10ms，并且上限可以秒为单位，诸如5秒，或甚至以分钟为单位。

接收控制器可确定应使机器人臂进入哪个停止模式。示例是其中机器人臂仅停止但保持通电的安全停止和其中机器人臂也断电的违规停止。后者需要复位控制器以再次启动，而前者则不必如此。

安全信号为机器人控制系统提供了额外的安全性，因为可检测到硬件或软件中的故障，并且可随后使机器人臂进入停止/安全模式。

应当注意，用户定义的安全软件代码有利于机器人控制器220与安全控制器之间的安全信号路径形式的另外的安全特征，如图5所示并且如段落[0036]-[0042]中所述，也可提供给其中安全系统包括两个安全控制器的实施方案，例如类似于图3所示以及段落[0031]-[0035]中所述的实施方案。在此类实施方案中，可在机器人控制器220与第一安全处理器327a之间建立第一安全信号路径，并且可在机器人控制器220与第二安全处理器327b之间建立第二安全信号路径。

图4示出了根据本发明的监测机器人系统的方法的流程图。该机器人系统可如先前所述的机器人系统那样提供，并且流程图在左手侧示出了机器人控制器的流程440并且在右手侧示出了安全系统的流程460。

方法包括指定用户定义的安全参数范围的步骤441和将用户定义的安全参数范围提供给安全系统的步骤442。安全系统随后配置安全范围监测安全功能，并且在步骤461中将确认发送到机器人控制器。机器人控制器评估是否已从安全系统接收到确认。在由拇指向上图标指示的已接收到确认的情况下，机器人控制器继续流程。在由拇指向下图标指示的未接收到确认的情况下，机器人控制器重新开始流程或另选地放弃该方法。这确保了正确配置机器人控制器的安全范围监测安全功能。

方法包括指定用户定义的安全参数的步骤444和将用户定义的安全参数提供给安全系统的步骤445。步骤444和步骤445可由由机器人控制器执行的用户定义的安全功能来执行。安全系统随后在步骤462中启动安全范围监测安全功能，并且在步骤463中向机器人控制器发送已接收到用户定义的安全参数的确认。安全范围监测安全功能评估用户定义的安全参数是否处于用户定义的安全参数范围内。如果评估为肯定的(由拇指向上图标指示)，意味着机器人臂在安全模式下操作，则机器人臂的操作可继续，并且机器人控制器重新开始生成新的用户定义的安全参数的步骤444。如果评估为否定的(由拇指向下图标指示)，意味着机器人臂在不安全模式下操作，则使机器人臂的操作进入安全操作状态226。

另外，机器人控制器评估446是否已经接收到对从安全系统接收到的用户定义的安全参数的确认。在由拇指向上图标指示的已接收到确认的情况下，机器人控制器重新开始流程。在如拇指向下图标指示的未接收到确认的情况下，机器人控制器使机器人臂进入安全操作模式226。这确保了在用户定义的安全参数的通信失败的情况下或在安全系统失效的情况下使机器人臂进入安全状态。

附图标号简述

Claims

1.一种机器人系统，包括：

·机器人臂(101)，所述机器人臂包括多个机器人关节(103a至103f)，所述多个机器人关节连接机器人基座(105)和机器人工具凸缘(107)；

·机器人控制器(202)，所述机器人控制器被构造成控制所述机器人臂；

·安全系统(225,325)，所述安全系统监测所述机器人臂，并且被配置成基于由所述安全系统评估的至少一个基本安全功能使所述机器人臂进入安全模式；

其中所述机器人控制器和所述安全系统设置在不同的硬件上，其特征在于所述机器人控制器被构造成：

·指定至少一个用户定义的安全参数范围；

·向所述安全系统提供所述用户定义的安全参数范围；

·向所述安全系统提供所述用户定义的安全参数；

并且所述安全系统包括安全范围监测安全功能，所述安全范围监测安全功能被配置成通过以下方式监测所述机器人控制器：

·评估所述至少一个用户定义的安全参数是否处于所述用户定义的安全参数范围内；以及

·在所述用户定义的安全参数处于所述用户定义的安全参数范围之外的情况下使所述机器人臂进入安全模式。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于所述安全范围监测功能被配置成向所述机器人控制器提供确认，其中所述确认指示所述安全系统已接收到所述用户定义的安全参数范围。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的机器人系统，其特征在于所述安全范围监测功能被配置成监测对所述用户定义的安全参数的接收并且在未接收到所述用户定义的安全参数的情况下使所述机器人臂进入安全模式。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人系统，其特征在于所述安全系统包括设置在不同硬件上的至少两个独立的安全控制器，其中每个独立的安全控制器包括所述安全范围监测功能。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人系统，其特征在于所述机器人控制器被构造成接收至少一个传感器信号，所述至少一个传感器信号指示以下中的至少一者：

·所述机器人臂的至少一部分的状态；

·至少一个外部装置的状态；

其中所述至少一个用户定义的安全功能被配置成基于所述至少一个传感器信号生成所述至少一个用户定义的安全参数。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的机器人系统，其特征在于所述机器人系统包括使用户能够与所述机器人系统进行通信的用户界面，其中所述用户界面包括用户界面装置，所述用户界面装置用于指定所述用户定义的安全功能和所述至少一个用户定义的安全参数中的至少一者。

7.根据权利要求6所述的机器人系统，其特征在于用于指定所述用户定义的安全功能和所述至少一个用户定义的安全参数中的至少一者的所述用户界面包括用于向所述机器人控制器提供用户定义的安全软件代码的装置以及用于在所述机器人控制器处安装所述用户定义的安全软件代码的装置。

8.根据权利要求7所述的机器人系统，其特征在于所述用户定义的安全软件代码包括指令，所述指令指示所述机器人控制器：

·指定所述至少一个用户定义的安全参数范围；

·向所述安全系统提供所述用户定义的安全参数范围；

·基于所述至少一个用户定义的安全功能生成所述至少一个用户定义的安全参数；

·向所述安全系统提供所述用户定义的安全参数。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的机器人系统，其特征在于所述机器人控制器以非安全等级的机器人控制系统的形式提供。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的机器人系统，其特征在于所述安全系统以安全等级的机器人安全系统的形式提供。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的机器人系统，其特征在于在所述机器人控制器与一个或多个安全控制器之间建立有安全信号路径，并且其中发送控制器被构造成用于经由所述安全信号路径将安全信号发送到一个或多个接收控制器。

12.根据权利要求11所述的机器人系统，其特征在于所述发送控制器是所述机器人控制器，并且所述一个或多个接收控制器是所述安全控制器中的至少一个安全控制器。

13.根据权利要求11至12中任一项所述的机器人系统，其特征在于所述接收控制器被构造成用于在未如预期那样接收到所述安全信号的情况下使所述机器人臂进入停止模式。

14.根据权利要求13所述的机器人系统，其特征在于如果在从发送所述安全信号开始计数的预定时间段内接收到所述安全信号或者如果以预期模式接收到所述安全信号，则如预期那样接收所述安全信号。

15.一种监测机器人系统的方法，其中所述机器人系统包括：

其中所述机器人控制器和所述安全系统设置在不同的硬件上，其特征在于所述方法包括以下步骤：

·指定(441)至少一个用户定义的安全参数范围；

·向所述安全系统提供(442)所述用户定义的安全参数范围；

·使用所述机器人控制器基于至少一个用户定义的安全功能生成(444)至少一个用户定义的安全参数；

·向所述安全系统提供(445)所述用户定义的安全参数；

·通过使用在所述安全系统处提供的安全范围监测功能来监测(462)所述机器人系统，监测所述机器人系统的所述步骤包括以下步骤：

o评估(464)所述至少一个用户定义的安全参数是否处于所述用户定义的安全范围内；以及

o在所述用户定义的安全参数处于所述用户定义的安全范围之外的情况下使所述机器人臂进入安全模式(226)。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于监测所述机器人系统的所述步骤包括向所述机器人控制器提供(461)确认的步骤，其中所述确认指示所述安全系统已接收到所述用户定义的安全参数范围。

17.根据权利要求15至16中任一项所述的方法，其特征在于所述安全系统被配置成监测对所述用户定义的安全参数的接收并且在未接收到用户定义的安全参数的情况下使所述机器人臂进入安全模式。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，还包括接收至少一个传感器信号的步骤，所述至少一个传感器信号指示以下中的至少一者：

·所述机器人臂的至少一部分的状态，和

·至少一个外部装置的状态；

其中基于所述至少一个用户定义的安全功能生成至少一个用户定义的安全参数的所述步骤是基于所述传感器信号的。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，还包括指定所述用户定义的安全功能和所述用户定义的安全参数中的至少一者的步骤。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于指定所述至少一个用户定义的安全功能和所述用户定义的安全参数的所述步骤包括将用户定义的安全软件代码安装到所述机器人控制器的步骤，其中所述用户定义的安全软件代码包括指令，所述指令指示所述机器人控制器：

·指定所述至少一个用户定义的安全参数范围；

·向所述安全系统提供所述用户定义的安全参数范围；

·基于所述至少一个用户定义的安全功能生成所述至少一个用户定义的安全参数；以及

·向所述安全系统提供所述用户定义的安全参数。