CN114928294A - 机器人的安全控制系统、安全控制方法及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种机器人的安全控制系统、安全控制方法及机器人。该安全控制系统包括：伺服驱动器，与机器人的电机连接，被配置成控制电机；运动控制器，与伺服驱动器通过安全总线连接，被配置成对机器人的运动状态进行监控，并在机器人的运动状态发生异常的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器。本申请通过将安全控制系统与机器人控制系统无缝集成，实现机器人的整个控制系统在执行目标任务的同时兼容安全控制的功能，系统简单，结构紧凑，采用安全总线技术，缩短了安全相关信息的采集、处理、分析和评估的响应时间，提高了安全控制系统的可用性、实时性和可靠性。

Description

机器人的安全控制系统、安全控制方法及机器人

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，具体地涉及一种机器人的安全控制系统、安全控制方法及机器人。

背景技术

由于新时期机械自动化需求的不断增长及广泛应用，生产安全的关注度也在不断提升。因此，机器人安全成为人们是关注的一个热点。并逐步加大在功能安全方面的投入和研究，以保证机械自动化在生产和生活中的安全使用。目前，机器人多采用“独立的安全预防”控制方案，将安全系统与机器人运行控制相分离。安全系统需要很多独立于外部的安全部件、如紧急制动、限位开关、三态使能信号，就需要设置大量的输入/输出(Input/Output，I/O)信号。由于两套系统的分离，就使得控制系统的逻辑复杂、布线混乱，同时增加了系统信号之间的延时，增加了系统的安全响应时间。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种机器人的安全控制系统、安全控制方法及机器人，用以解决现有技术中机器人的安全系统逻辑复杂且响应时间较长的问题。

为了实现上述目的，本申请实施例提供一种机器人的安全控制系统，该安全控制系统包括：

伺服驱动器，与机器人的电机连接，被配置成控制电机；

运动控制器，与伺服驱动器通过安全总线连接，被配置成对机器人的运动状态进行监控，并在机器人的运动状态发生异常的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器。

在本申请实施例中，伺服驱动器还被配置成：

按照预设周期获取电机发送的电机数据，并将电机数据发送至运动控制器。

在本申请实施例中，运动控制器还被配置成：

获取伺服驱动器发送的电机数据；

将电机数据与设定值进行对比；

在电机数据与设定值不匹配的情况下，确定机器人的运动状态发生异常。

在本申请实施例中，运动控制器还被配置成：

通过双通道获取第一安全控制指令和第二安全控制指令；

判断第一安全控制指令和第二安全控制指令是否匹配；

在第一安全控制指令和第二安全控制指令匹配的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器。

在本申请实施例中，电机数据包括以下中的至少一者：

电机的速度、电机的位置、电机的转矩、电机的静止状态数据以及电机的加速度。

在本申请实施例中，安全总线被配置成将伺服驱动器的电机数据和运动控制器的安全控制指令进行交互。

在本申请实施例中，伺服驱动器包括：

安全转矩截止模块，被配置成切断电机的转矩输出，以使电机停止；

第一安全停车模块，被配置成控制电机进行减速；

安全抱闸模块，被配置成控制电机进行抱闸。

在本申请实施例中，运动控制器包括：

第二安全停车模块，被配置成使运动控制器保持在受控停止状态；

安全速度限制模块，被配置成在电机的速度超过设定速度的情况下，发送触发第一安全停车模块运行的指令至伺服驱动器；

安全位置限制模块，被配置成在安全位置超过设定安全位置的情况下，发送触发第一安全停车模块运行的指令至伺服驱动器；

安全转矩限制模块，被配置成在电机的转矩超过设定安全转矩的情况下，发送触发安全转矩截止模块运行的指令至伺服驱动器；

安全操作停止模块，被配置成在机器人静止状态数据与设定静止状态数据的偏差大于设定阈值的情况下，发送触发第一安全停车模块运行的指令至伺服驱动器；

安全加速度限制模块，被配置成在电机的加速度超过设定加速度的情况下，发送触发安全转矩截止模块运行至伺服驱动器。

本申请第二方面提供一种机器人的安全控制方法，应用于运动控制器，运动控制器与伺服驱动器通过安全总线连接，安全控制方法包括：

对机器人的运动状态进行监控；

在机器人的运动状态发生异常的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器。

在本申请实施例中，对机器人的运动状态进行监控包括：

获取伺服驱动器发送的电机数据；

将电机数据与设定值进行对比；

在电机数据与设定值不匹配的情况下，确定机器人的运动状态发生异常。

在本申请实施例中，伺服驱动器包括安全转矩截止模块、第一安全停车模块和安全抱闸模块，在电机数据与设定值不匹配的情况下，确定机器人的运动状态发生异常包括：

在电机的速度超过设定速度的情况下，发送触发第一安全停车模块运行的指令至伺服驱动器；

在安全位置超过设定安全位置的情况下，发送触发第一安全停车模块运行的指令至伺服驱动器；

在电机的转矩超过设定安全转矩的情况下，发送触发安全转矩截止模块运行的指令至伺服驱动器；

在机器人静止状态数据与设定静止状态数据的偏差大于设定阈值的情况下，发送触发第一安全停车模块运行的指令至伺服驱动器；

在电机的加速度超过设定加速度的情况下，发送触发安全转矩截止模块运行至伺服驱动器。

在本申请实施例中，在机器人的运动状态发生异常的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器包括：

在机器人的运动状态发生异常的情况下，通过双通道获取第一安全控制指令和第二安全控制指令；

判断第一安全控制指令和第二安全控制指令是否匹配；

在第一安全控制指令和第二安全控制指令匹配的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器。

本申请第三方面提供一种机器人，包括上述的机器人的安全控制系统。

通过上述技术方案，提供一种机器人的安全控制系统，该安全控制系统包括：伺服驱动器，与机器人的电机连接，被配置成控制电机；运动控制器，与伺服驱动器通过安全总线连接，被配置成对机器人的运动状态进行监控，并在机器人的运动状态发生异常的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器。通过运动控制器可以对机器人的运动状态进行监控，并且在机器人的运动状态发生异常的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器。本申请通过将安全控制系统与机器人控制系统无缝集成，实现机器人的整个控制系统在执行目标任务的同时兼容安全控制的功能，系统简单，结构紧凑，采用安全总线技术，缩短了安全相关信息的采集、处理、分析和评估的响应时间，提高了安全控制系统的可用性、实时性和可靠性。

本申请实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本申请实施例，但并不构成对本申请实施例的限制。在附图中：

图1示意性示出了根据本申请一实施例的一种机器人的安全控制系统的结构示意图；

图2示意性示出了根据本申请另一实施例的一种机器人的安全控制系统的结构示意图；

图3示意性示出了根据本申请一实施例的一种机器人的安全控制方法的流程示意图；

图4示意性示出了根据本申请另一实施例的一种机器人的安全控制方法的流程示意图。

附图标记说明

100 伺服驱动器 200 运动控制器

300 安全总线 110 安全转矩截止模块

120 第一安全停车模块 130 安全抱闸模块

210 第二安全停车模块 220 安全速度限制模块

230 安全位置限制模块 240 安全转矩限制模块

250 安全操作停止模块 260 安全加速度限制模块

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请实施例，并不用于限制本申请实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明，若本申请实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

图1示意性示出了根据本申请一实施例的一种机器人的安全控制系统的结构示意图。如图1所示，在本申请一实施例中，提供一种机器人的安全控制系统，可以包括：

伺服驱动器100，与机器人的电机(即图1中的M)连接，被配置成控制电机；

运动控制器200，与伺服驱动器100通过安全总线300连接，被配置成对机器人的运动状态进行监控，并在机器人的运动状态发生异常的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器100。

目前，机器人多采用“独立的安全预防”控制方案，将安全系统与机器人运行控制相分离。安全系统需要很多独立于外部的安全部件、如紧急制动、限位开关、三态使能信号，就需要设置大量的I/O信号。由于两套系统的分离，就使得控制系统的逻辑复杂、布线混乱，同时增加了系统信号之间的延时，增加了系统的安全响应时间。

因此，本申请实施例提供了一种机器人的安全控制系统，将机器人的运行系统和安全系统进行集成，仅需要一个运动控制器200、一套伺服驱动器100和安全总线300即可实现，集成系统紧凑。其实现原理如下：将传统控制柜中的安全逻辑集成到运动控制器200中，同时借助安全总线300完成控制和安全逻辑信息的控制。相关的安全信号通过安全总线300，直接作用于伺服驱动器100的半导体器件，使得伺服驱动器100进入安全模式。

在本申请实施例中，电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。电机子电路中一般用字母M表示，主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。

在本申请实施例中，伺服驱动器100又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位，是传动技术的高端产品。在一个示例中，可以将安全转矩截止(Safety Torque Off，STO)、安全停车1(Safety Stop 1，SS1)和安全抱闸(SafetyBrake Control，SBC)等功能直接集成在伺服驱动器100的内部，由伺服驱动器100直接控制电机实现安全功能。

运动控制通常是指在复杂条件下将预定的控制方案、规划指令转变成期望的机械运动，实现机械运动精确的位置控制、速度控制、加速度控制、转矩或力的控制。在本申请实施例中，运动控制器200通过安全总线300与伺服驱动器100连接。其中安全总线300既包含通常控制的信息交互，也包含跟功能安全相关的信息传送，因此，安全总线300用于将伺服驱动器100的电机数据和运动控制器200的安全控制指令进行交互。运动控制器200不仅能够对机器人的运动进行控制，还能在机器人运动状态发生异常的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器100。这样，伺服驱动器100可以及时对电机进行控制，从而减少安全事故的发生。在一个示例中，可以将安全停车2(Safety Stop 2，SS2)、安全速度限制(SafetyLimited Speed，SLS)、安全位置限制(Safety Limited Position，SLP)、安全转矩限制(Safety Limited Torque，SLT)安全加速度限制(Safety Limited Acceleration，SLA)以及安全操作停止(Safety Operation Stop，SOS)等功能抽象成逻辑，嵌入到运动控制器中。在电机运行过程中对机器人的运动状态进行监控，同时将跟功能相关的信号和数据周期性反馈，最终通过伺服驱动器100内置的STO、SS1和SBC进行控制。

通过上述技术方案，提供一种机器人的安全控制系统，该安全控制系统包括集成多种功能的伺服驱动器100和运动控制器200，运动控制器200通过安全总线300与伺服驱动器100连接。伺服驱动器100被配置成控制电机；运动控制器200被配置成对机器人的运动状态进行监控，并在机器人的运动状态发生异常的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器100。这样，通过运动控制器200可以对机器人的运动状态进行监控，并且在机器人的运动状态发生异常的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器100，以使伺服驱动器100根据安全状况及时调整对电机的控制。综上，本申请通过将安全控制系统与机器人控制系统无缝集成，实现机器人的整个控制系统在执行目标任务的同时兼容安全控制的功能，系统简单，结构紧凑，采用安全总线技术，缩短了安全相关信息的采集、处理、分析和评估的响应时间，提高了安全控制系统的可用性、实时性和可靠性。

在本申请实施例中，伺服驱动器100还可以被配置成：

按照预设周期获取电机发送的电机数据，并将电机数据发送至运动控制器200。

具体地，伺服驱动器100与电机直接连接，既可以对机器人的电机进行控制，也可以获取电机发送的电机数据。其中，电机数据可以包括但不限于：电机的速度、电机的位置、电机的转矩、电机的静止状态数据以及电机的加速度等。例如，机器人可以包括多个电机，每个电机可以分别设置在机器人的对应关节处，每个关节包括一编码器。电机在获取到数据获取指令后，将每个编码器对应电机的编码数据发送至伺服驱动器100。这样，伺服驱动器100可以获取到电机的位置，以便进一步判断机器人是否处于危险状态。

在本申请实施例中，用户可以根据实际需求设置获取电机数据的预设周期。例如，每个5s获取发送依次数据获取指令，这样，每隔5s，伺服驱动器100可以获取依次电机发送的电机数据，并将电机数据发送至运动控制器200，以便运动控制器200对机器人的安全状态进行判断。

在本申请实施例中，运动控制器200还可以被配置成：

获取伺服驱动器100发送的电机数据；

将电机数据与设定值进行对比；

在电机数据与设定值不匹配的情况下，确定机器人的运动状态发生异常。

具体地，运动控制器200可以预先存储与安全状态判定相关的设定值。例如，该设定值可以包括但不限于：设定速度、设定安全位置、设定安全转矩、设定静止状态数据以及设定加速度等。从而对机器人进行安全速度限制、安全位置限制、安全转矩限制、安全操作停止、安全加速度限制等。

在本申请实施例中，运动控制器200可以获取伺服驱动器100发送的电机数据，从而对机器人的安全状态进行判断。具体地，可以将电机数据与对应的设定值进行对比。在电机数据与对应的设定值匹配的情况下，确定机器人的运动状态处于安全状态；在电机数据与设定值不匹配的情况下，确定机器人的运动状态发生异常，从而发送安全控制指令至伺服驱动器100。伺服驱动器100根据安全控制指令对电机进行控制，以减少机器人发生危险的情况。

在本申请实施例中，运动控制器200还可以被配置成：

通过双通道获取第一安全控制指令和第二安全控制指令；

判断第一安全控制指令和第二安全控制指令是否匹配；

在第一安全控制指令和第二安全控制指令匹配的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器100。

具体地，运动控制器200在发送安全控制指令前，可以先对安全控制指令进行验证。本申请实施例通过双通道监视机制，获取两个安全控制指令，即第一安全控制指令和第二安全控制指令。判断两个安全控制指令是否匹配，在匹配的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器。在不匹配的情况下，重新获取安全控制指令。这样，可以减少误发送安全指令的情况，提高对机器人安全控制的效率。

在本申请实施例中，电机数据可以包括以下中的至少一者：

电机的速度、电机的位置、电机的转矩、电机的静止状态数据以及电机的加速度。

具体地，本申请实施例的电机数据可以电机数据可以包括但不限于：电机的速度、电机的位置、电机的转矩、电机的静止状态数据以及电机的加速度等。例如，机器人可以包括多个电机，每个电机可以分别设置在机器人的对应关节处，每个关节包括一编码器。电机在获取到数据获取指令后，将每个编码器对应电机的编码数据发送至伺服驱动器100。这样，伺服驱动器100可以获取到电机的位置，以便进一步判断机器人是否处于危险状态。

需要说明的是，本申请实施例的电机数据不限于上述数据，还可以根据用户实际需求获取对应的电机数据。

在本申请实施例中，安全总线300可以被配置成将伺服驱动器100的电机数据和运动控制器200的安全控制指令进行交互。

具体地，安全总线300既包含通常控制的信息交互，也包含跟功能安全相关的信息传送，因此，安全总线300用于将伺服驱动器100的电机数据和运动控制器200的安全控制指令进行交互。在一个示例中，安全总线300可以在现有的现场总线基础上，加上安全信息的交互和数据校验功能，以将伺服驱动器100的电机数据传输至运动控制器200，以及将运动控制器200的安全控制指令传输至伺服驱动器。相比于现有技术需要多个现场总线以至于布线混乱的情况，本申请实施例只需要通过安全总线进行数据交互，缩短了安全相关信息的采集、处理、分析和评估的响应时间。

图2示意性示出了根据本申请另一实施例的一种机器人的安全控制系统的结构示意图。如图2所示，在本申请实施例中，伺服驱动器100可以包括：

安全转矩截止模块110，被配置成切断电机的转矩输出，以使电机停止；

第一安全停车模块120，被配置成控制电机进行减速；

安全抱闸模块130，被配置成控制电机进行抱闸。

具体地，伺服驱动器100一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位。可以将STO、SS1和SBC等功能直接集成在伺服驱动器100的内部，由伺服驱动器100直接控制电机实现安全功能。

本申请实施例的伺服驱动器100可以包括安全转矩截止模块110、第一安全停车模块120和安全抱闸模块130。其中，安全转矩截止模块110包括STO功能，即安全转矩截止，用于切断电机的转矩输出，以使电机停止，从而防止电机停止时产生转矩，使机器称为安全系统的一部分。第一安全停车模块120包括SS1功能，轴受控制进入静止状态，然后电机供电被安全中断，电机变为无扭矩，用于控制电机进行减速停车，并在一定的延时后自动启动STO或SBC。安全抱闸模块130包括SBC功能，提供安全信号，用于控制外部和内部抱闸。伺服驱动器100会根据运动控制器200发送的安全控制指令控制电机，以使机器人进入对应的安全模式。

在本申请实施例中，运动控制器200可以包括：

第二安全停车模块210，被配置成使运动控制器保持在受控停止状态；

安全速度限制模块220，被配置成在电机的速度超过设定速度的情况下，发送触发第一安全停车模块运行的指令至伺服驱动器；

安全位置限制模块230，被配置成在安全位置超过设定安全位置的情况下，发送触发第一安全停车模块运行的指令至伺服驱动器；

安全转矩限制模块240，被配置成在电机的转矩超过设定安全转矩的情况下，发送触发安全转矩截止模块运行的指令至伺服驱动器；

安全操作停止模块250，被配置成在机器人静止状态数据与设定静止状态数据的偏差大于设定阈值的情况下，发送触发第一安全停车模块运行的指令至伺服驱动器；

安全加速度限制模块260，被配置成在电机的加速度超过设定加速度的情况下，发送触发安全转矩截止模块运行至伺服驱动器。

具体地，运动控制器200通过安全总线300与伺服驱动器100连接。运动控制器200不仅能够对机器人的运动进行控制，还能在机器人运动状态发生异常的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器100。这样，伺服驱动器100可以及时对电机进行控制，从而减少安全事故的发生。本申请实施例可以将SS2、SLS、SLP、SLT、SLA以及SOS等功能抽象成逻辑，嵌入到运动控制器200中。在电机运行过程中对机器人的运动状态进行监控，同时将跟功能相关的信号和数据周期性反馈，最终通过伺服驱动器100内置的STO、SS1和SBC进行控制。

本申请实施例的运动控制器200可以包括第二安全停车模块210、安全速度限制模块220、安全位置限制模块230、安全转矩限制模块240、安全操作停止模块250以及安全加速度限制模块260。

其中，第二安全停车模块210包括SS2功能，伺服驱动器制动进入静止状态，然后保持在受控停止状态，伺服驱动器100保持控制功能，使运动控制器200保持在受控停止状态。

安全速度限制模块220包括SLS功能。用户事先可以确定设定速度，当超过设定速度后，激发响应的安全停止功能，进而激活伺服驱动器100的响应。例如，触发第一安全停车模块120运行的指令至伺服驱动器100。

安全位置限制模块230包括SLP功能，在安全位置超过设定安全位置的情况下，激活伺服驱动器100的响应，例如，发送触发第一安全停车模块运行的指令至伺服驱动器100。在机器人运行过程中，安全位置限制模块230对机器人运行的绝对位置进行监控，防止超越设定的极限，避免机械碰撞事故的发生。

安全转矩限制模块240包括SLT功能，电机一般最高能够承受3倍的转矩，否则电机会因过热、过流等损坏。因此，在电机的转矩超过设定安全转矩的情况下，激活伺服驱动器100的响应。例如，发送触发安全转矩截止模块运行的指令至伺服驱动器100。

安全操作停止模块250包括SOS功能，在机器人静止状态数据与设定静止状态数据的偏差大于设定阈值的情况下，激活伺服驱动器100的响应。例如，发送触发第一安全停车模块运行的指令至伺服驱动器100。安全操作停止模块250用于对电机的静止状态进行监视，保证电机处于安全停车状态。

安全加速度限制模块260包括SLA功能，在电机的加速度超过设定加速度的情况下，激活伺服驱动器100的响应。例如，发送触发安全转矩截止模块110运行至伺服驱动器100。安全及速度限制模块260对电机的加速过程进行监控，防止超过设定加速度值，避免机械碰撞造成电流过大，损坏驱动器。

需要说明的是，本申请的伺服驱动器100和运动控制器200不限于上述的模块，还可以根据实际需求，设置伺服驱动器100和运动控制器200，以更加高效地对机器人进行安全控制。

图3示意性示出了根据本申请一实施例的一种机器人的安全控制方法的流程示意图。如图3所示，在本申请一实施例中，提供一种机器人的安全控制方法，应用于运动控制器，运动控制器可以与伺服驱动器通过安全总线连接，安全控制方法可以包括下列步骤：

步骤301、对机器人的运动状态进行监控；

步骤302、在机器人的运动状态发生异常的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器。

在本申请实施例中，提供了一种机器人的安全控制系统，将机器人的运行系统和安全系统进行集成，仅需要一个运动控制器、一套伺服驱动器和安全总线即可实现，集成系统紧凑。其实现原理如下：将传统控制柜中的安全逻辑集成到运动控制器中，同时借助安全总线完成控制和安全逻辑信息的控制。相关的安全信号通过安全总线，直接作用于伺服驱动器的半导体器件，使得伺服驱动器进入安全模式。

在本申请实施例中，伺服驱动器是用来控制电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位，是传动技术的高端产品。在一个示例中，可以将安全转矩截止(Safety Torque Off，STO)、安全停车1(Safety Stop 1，SS1)和安全抱闸(Safety Brake Control，SBC)等功能直接集成在伺服驱动器的内部，由伺服驱动器直接控制电机实现安全功能。

在本申请实施例中，运动控制器通过安全总线与伺服驱动器连接。其中安全总线既包含通常控制的信息交互，也包含跟功能安全相关的信息传送，因此，安全总线用于将伺服驱动器的电机数据和运动控制器的安全控制指令进行交互。运动控制器不仅能够对机器人的运动进行控制，还能在机器人运动状态发生异常的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器。这样，伺服驱动器可以及时对电机进行控制，从而减少安全事故的发生。在一个示例中，可以将安全停车2(Safety Stop 2，SS2)、安全速度限制(Safety Limited Speed，SLS)、安全位置限制(Safety Limited Position，SLP)、安全转矩限制(Safety LimitedTorque，SLT)安全加速度限制(Safety Limited Acceleration，SLA)以及安全操作停止(Safety Operation Stop，SOS)等功能抽象成逻辑，嵌入到运动控制器中。在电机运行过程中对机器人的运动状态进行监控，同时将跟功能相关的信号和数据周期性反馈，最终通过伺服驱动器内置的STO、SS1和SBC进行控制。

通过上述技术方案，提供一种机器人的安全控制系统，该安全控制系统包括集成多种功能的伺服驱动器和运动控制器，运动控制器通过安全总线与伺服驱动器连接。通过运动控制器可以对机器人的运动状态进行监控，并且在机器人的运动状态发生异常的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器，以使伺服驱动器根据安全状况及时调整对电机的控制。综上，本申请通过将安全控制系统与机器人控制系统无缝集成，实现机器人的整个控制系统在执行目标任务的同时兼容安全控制的功能，系统简单，结构紧凑，采用安全总线技术，缩短了安全相关信息的采集、处理、分析和评估的响应时间，提高了安全控制系统的可用性、实时性和可靠性。

图4示意性示出了根据本申请另一实施例的一种机器人的安全控制方法的流程示意图。如图4所示，在本申请实施例中，步骤301、对机器人的运动状态进行监控可以包括：

步骤401、获取伺服驱动器发送的电机数据；

步骤402、将电机数据与设定值进行对比；

步骤403、在电机数据与设定值不匹配的情况下，确定机器人的运动状态发生异常。

在本申请实施例中，运动控制器可以预先存储与安全状态判定相关的设定值。例如，该设定值可以包括但不限于：设定速度、设定安全位置、设定安全转矩、设定静止状态数据以及设定加速度等。从而对机器人进行安全速度限制、安全位置限制、安全转矩限制、安全操作停止、安全加速度限制等。

在本申请实施例中，运动控制器可以获取伺服驱动器发送的电机数据，从而对机器人的安全状态进行判断。具体地，可以将电机数据与对应的设定值进行对比。在电机数据与对应的设定值匹配的情况下，确定机器人的运动状态处于安全状态；在电机数据与设定值不匹配的情况下，确定机器人的运动状态发生异常，从而发送安全控制指令至伺服驱动器。伺服驱动器根据安全控制指令对电机进行控制，以减少机器人发生危险的情况。

在本申请实施例中，伺服驱动器可以包括安全转矩截止模块、第一安全停车模块和安全抱闸模块，步骤403、在电机数据与设定值不匹配的情况下，确定机器人的运动状态发生异常可以包括：

在电机的速度超过设定速度的情况下，发送触发第一安全停车模块运行的指令至伺服驱动器；

在安全位置超过设定安全位置的情况下，发送触发第一安全停车模块运行的指令至伺服驱动器；

在电机的转矩超过设定安全转矩的情况下，发送触发安全转矩截止模块运行的指令至伺服驱动器；

在机器人静止状态数据与设定静止状态数据的偏差大于设定阈值的情况下，发送触发第一安全停车模块运行的指令至伺服驱动器；

在电机的加速度超过设定加速度的情况下，发送触发安全转矩截止模块运行至伺服驱动器。

具体地，伺服驱动器一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位。可以将STO、SS1和SBC等功能直接集成在伺服驱动器的内部，由伺服驱动器直接控制电机实现安全功能。

本申请实施例的伺服驱动器可以包括安全转矩截止模块、第一安全停车模块和安全抱闸模块。其中，安全转矩截止模块包括STO功能，即安全转矩截止，用于切断电机的转矩输出，以使电机停止，从而防止电机停止时产生转矩，使机器称为安全系统的一部分。第一安全停车模块包括SS1功能，轴受控制进入静止状态，然后电机供电被安全中断，电机变为无扭矩，用于控制电机进行减速停车，并在一定的延时后自动启动STO或SBC。安全抱闸模块包括SBC功能，提供安全信号，用于控制外部和内部抱闸。伺服驱动器会根据运动控制器发送的安全控制指令控制电机，以使机器人进入对应的安全模式。

运动控制器通过安全总线与伺服驱动器连接。运动控制器不仅能够对机器人的运动进行控制，还能在机器人运动状态发生异常的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器。这样，伺服驱动器可以及时对电机进行控制，从而减少安全事故的发生。本申请实施例可以将SS2、SLS、SLP、SLT、SLA以及SOS等功能抽象成逻辑，嵌入到运动控制器中。在电机运行过程中对机器人的运动状态进行监控，同时将跟功能相关的信号和数据周期性反馈，最终通过伺服驱动器内置的STO、SS1和SBC进行控制。

本申请实施例的运动控制器可以包括第二安全停车模块、安全速度限制模块、安全位置限制模块、安全转矩限制模块、安全操作停止模块以及安全加速度限制模块。

其中，第二安全停车模块包括SS2功能，伺服驱动器制动进入静止状态，然后保持在受控停止状态，伺服驱动器保持控制功能，使运动控制器保持在受控停止状态。

安全速度限制模块包括SLS功能。用户事先可以确定设定速度，当超过设定速度后，激发响应的安全停止功能，进而激活伺服驱动器的响应。例如，触发第一安全停车模块运行的指令至伺服驱动器。

安全位置限制模块包括SLP功能，在安全位置超过设定安全位置的情况下，激活伺服驱动器的响应，例如，发送触发第一安全停车模块运行的指令至伺服驱动器。在机器人运行过程中，安全位置限制模块对机器人运行的绝对位置进行监控，防止超越设定的极限，避免机械碰撞事故的发生。

安全转矩限制模块包括SLT功能，电机一般最高能够承受3倍的转矩，否则电机会因过热、过流等损坏。因此，在电机的转矩超过设定安全转矩的情况下，激活伺服驱动器的响应。例如，发送触发安全转矩截止模块运行的指令至伺服驱动器。

安全操作停止模块包括SOS功能，在机器人静止状态数据与设定静止状态数据的偏差大于设定阈值的情况下，激活伺服驱动器的响应。例如，发送触发第一安全停车模块运行的指令至伺服驱动器。安全操作停止模块用于对电机的静止状态进行监视，保证电机处于安全停车状态。

安全加速度限制模块包括SLA功能，在电机的加速度超过设定加速度的情况下，激活伺服驱动器的响应。例如，发送触发安全转矩截止模块运行至伺服驱动器。安全及速度限制模块对电机的加速过程进行监控，防止超过设定加速度值，避免机械碰撞造成电流过大，损坏驱动器。

需要说明的是，本申请实施例的伺服驱动器和运动控制器不限于上述的模块，还可以根据实际需求，设置伺服驱动器和运动控制器，并且，本申请实施例发送安全指令的方式也不限于上述方案，还可以是其他能够更加高效地对机器人进行安全控制的安全控制方式。

在本申请实施例中，步骤302、在机器人的运动状态发生异常的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器可以包括：

在机器人的运动状态发生异常的情况下，通过双通道获取第一安全控制指令和第二安全控制指令；

判断第一安全控制指令和第二安全控制指令是否匹配；

在第一安全控制指令和第二安全控制指令匹配的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器。

具体地，运动控制器在发送安全控制指令前，可以先对安全控制指令进行验证。本申请实施例通过双通道监视机制，获取两个安全控制指令，即第一安全控制指令和第二安全控制指令。判断两个安全控制指令是否匹配，在匹配的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器。在不匹配的情况下，重新获取安全控制指令。这样，可以减少误发送安全指令的情况，提高对机器人安全控制的效率。

本申请实施例还提供一种机器人，包括上述的机器人的安全控制系统。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (13)

1.一种机器人的安全控制系统，其特征在于，所述安全控制系统包括：

伺服驱动器，与机器人的电机连接，被配置成控制所述电机；

运动控制器，通过安全总线与所述伺服驱动器连接，被配置成对所述机器人的运动状态进行监控，并在所述机器人的运动状态发生异常的情况下，发送安全控制指令至所述伺服驱动器。

2.根据权利要求1所述的安全控制系统，其特征在于，所述伺服驱动器还被配置成：

按照预设周期获取所述电机发送的电机数据，并将所述电机数据发送至所述运动控制器。

3.根据权利要求2所述的安全控制系统，其特征在于，所述运动控制器还被配置成：

获取所述伺服驱动器发送的电机数据；

将所述电机数据与设定值进行对比；

在所述电机数据与所述设定值不匹配的情况下，确定所述机器人的运动状态发生异常。

4.根据权利要求1所述的安全控制系统，其特征在于，所述运动控制器还被配置成：

通过双通道获取第一安全控制指令和第二安全控制指令；

判断所述第一安全控制指令和所述第二安全控制指令是否匹配；

在所述第一安全控制指令和所述第二安全控制指令匹配的情况下，发送安全控制指令至所述伺服驱动器。

5.根据权利要求2所述的安全控制系统，其特征在于，所述电机数据包括以下中的至少一者：

所述电机的速度、所述电机的位置、所述电机的转矩、所述电机的静止状态数据以及所述电机的加速度。

6.根据权利要求1所述的安全控制系统，其特征在于，所述安全总线被配置成将所述伺服驱动器的电机数据和所述运动控制器的安全控制指令进行交互。

7.根据权利要求1所述的安全控制系统，其特征在于，所述伺服驱动器包括：

安全转矩截止模块，被配置成切断所述电机的转矩输出，以使所述电机停止；

第一安全停车模块，被配置成控制所述电机进行减速；

安全抱闸模块，被配置成控制所述电机进行抱闸。

8.根据权利要求7所述的安全控制系统，其特征在于，所述运动控制器包括：

第二安全停车模块，被配置成使所述运动控制器保持在受控停止状态；

安全速度限制模块，被配置成在所述电机的速度超过设定速度的情况下，发送触发所述第一安全停车模块运行的指令至所述伺服驱动器；

安全位置限制模块，被配置成在安全位置超过设定安全位置的情况下，发送触发所述第一安全停车模块运行的指令至所述伺服驱动器；

安全转矩限制模块，被配置成在所述电机的转矩超过设定安全转矩的情况下，发送触发所述安全转矩截止模块运行的指令至所述伺服驱动器；

安全操作停止模块，被配置成在机器人静止状态数据与设定静止状态数据的偏差大于设定阈值的情况下，发送触发所述第一安全停车模块运行的指令至所述伺服驱动器；

安全加速度限制模块，被配置成在所述电机的加速度超过设定加速度的情况下，发送触发所述安全转矩截止模块运行至所述伺服驱动器。

9.一种机器人的安全控制方法，其特征在于，应用于运动控制器，所述运动控制器与伺服驱动器通过安全总线连接，所述安全控制方法包括：

对机器人的运动状态进行监控；

在所述机器人的运动状态发生异常的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器。

10.根据权利要求9所述的安全控制方法，其特征在于，所述对机器人的运动状态进行监控包括：

获取所述伺服驱动器发送的电机数据；

将所述电机数据与设定值进行对比；

在所述电机数据与所述设定值不匹配的情况下，确定所述机器人的运动状态发生异常。

11.根据权利要求10所述的安全控制方法，其特征在于，所述伺服驱动器包括安全转矩截止模块、第一安全停车模块和安全抱闸模块，所述在所述电机数据与设定值不匹配的情况下，确定所述机器人的运动状态发生异常包括：

在所述电机的速度超过设定速度的情况下，发送触发所述第一安全停车模块运行的指令至所述伺服驱动器；

在安全位置超过设定安全位置的情况下，发送触发所述第一安全停车模块运行的指令至所述伺服驱动器；

在所述电机的转矩超过设定安全转矩的情况下，发送触发所述安全转矩截止模块运行的指令至所述伺服驱动器；

在机器人静止状态数据与设定静止状态数据的偏差大于设定阈值的情况下，发送触发所述第一安全停车模块运行的指令至所述伺服驱动器；

在所述电机的加速度超过设定加速度的情况下，发送触发所述安全转矩截止模块运行至所述伺服驱动器。

12.根据权利要求9所述的安全控制方法，其特征在于，所述在所述机器人的运动状态发生异常的情况下，发送安全控制指令至伺服驱动器包括：

在所述机器人的运动状态发生异常的情况下，通过双通道获取第一安全控制指令和第二安全控制指令；

判断所述第一安全控制指令和所述第二安全控制指令是否匹配；

在所述第一安全控制指令和所述第二安全控制指令匹配的情况下，发送安全控制指令至所述伺服驱动器。

13.一种机器人，其特征在于，包括根据权利要求1至8中任一项所述的机器人的安全控制系统。

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