CN115077953A - 多轴运动系统的安全运行 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多轴运动系统的安全运行，尤其涉及用于设置多轴运动系统的安全运行的方法、用于安全运行多轴运动系统的方法、以及用于设置多轴运动系统的安全运行的输入装置和相应的计算机程序产品。在此，提供相应的轴的补偿值，并且根据误差值、多轴运动系统的几何参数和相应的轴的从多轴运动系统的轨迹得出的轴值来求出安全功能的至少一个变量的补偿值。

Description

多轴运动系统的安全运行

技术领域

本发明涉及用于设置多轴运动系统的安全运行的方法、用于安全运行多轴运动系统的方法、以及用于设置多轴运动系统的安全运行的输入装置和相应的计算机程序产品。

背景技术

在现代生产设施和工厂中，越来越多地使用机器人、操纵系统、起重机等或各种实施方案的通用的多轴运动系统。在医疗技术中同样可使用运动系统。为了在设施中运行安全这种多轴运动系统，重要的是可以实现对运动系统或运动系统的一部分的针对安全的监视。在此，多轴运动系统的安全运行必须避免与多轴运动系统周围中的物体发生碰撞，并且尤其避免当人员逗留在多轴运动系统周围时的危险事故。

为此，可以在机器人的或操纵装置的控制装置中设有监视功能，以例如监视点的笛卡尔速度。在此，从安全的轴位置计算出一个点的笛卡尔速度、例如关节或工具中心点的笛卡尔速度。然后检查：是否超出速度限制的参数设置。通过安全输出端指示超出。

同样地，已知安全的区域监视，其中从安全的轴位置计算可移动的运动系统区域、例如方形或球形区域的位置和定向。将位置和定向参数设置成使其完全地包含运动系统的运动的部分，形成所谓的包络体。然后，对每个运动系统区域检查：其是否离开先前限定的固定的工作区域，或者其是否与至少一个先前限定的固定的保护区域重叠。借助于安全的输出端来指示从工作区域离开或者与保护区域重叠。

此外，已知监视安全的定向的功能。从安全的轴位置计算先前确定的轴的定向、例如固定在工具中心点处的道具的定向。将定向与预定值比较，并将差异输出至安全输出端。

最终用户可以将安全的输出端与如下功能互联，该功能导入适当的安全反应、例如导入机器的停止或者激活速度限制。

安全监视作为用于输出和必要时导入安全反应的基础通常基于各个轴的安全位置。在此，可以仅以特定的精度偏差求出各个轴的位置。在实践中，传感器值存在误差。这种误差必须由安全功能反映。还由于惯性和由此引起的超程距离(Nachlaufweg)产生不精确性。

已知的经典的统计误差计算例如基于测量不确定度表达(GUM)方法，然而没有表现对出现的误差的令人满意的考虑，因为在此计算的是平均偏差，而不是最差情况下的偏差。

还已知的是：仅使用一般的校正值，而不了解所使用的特定的运动系统及其数据和所用传感器的质量，这种一般性的校正值的说明对于针对安全的运行必须是非常保守的，从而通常不必要地降低多轴运动系统在使用中的可用性。

发明内容

在此背景下，本发明的目的是：改进在安全监视多轴运动系统时对误差的考虑。

本发明涉及一种用于设置多轴运动系统的安全运行的方法，其中，安全运行包括安全功能，其中，安全功能基于多轴运动系统的相应的轴的相应的位置，该方法具有以下步骤：

提供相应的轴的误差值；

根据误差值、多轴运动系统的几何参数和相应的轴的从多轴运动系统的轨迹得出的轴值来求出用于安全功能的至少一个变量的补偿值。

对于本方法而言以如下认识为基础：参与的轴的误差值是已知的。误差值是对于使用多轴运动系统的具体应用或具体结构或具体设施相关的误差值，特别是轴向误差值，该误差值可以是传感器分辨率、超程距离等。当对于安全功能的使用需考虑轴向的误差值时，轴向的误差值是相关的，因为轴向的误差值例如影响被监视的实际笛卡尔位置、速度或定向。如果多轴运动系统的轴的实际位置、速度或定向与由传感器报告的位置、速度或定向或者由于由控制指令预设的预定位置、预定速度或预定定向之间存在偏差，则存在误差值。误差值通过安全功能中所求出的笛卡尔补偿值来考虑，尤其安全功能的输入变量有该误差值。

根据针对执行安全运行必须监视哪些轴，只需针对这些轴说明所属的误差值。特别地，要监视的多轴运动系统的所有参与的轴对于安全监视都是相关的，并且尤其针对所有存在的轴都提供最大误差值。

误差值通常对于机器制造商或最终客户或集成商是已知的。例如，经由例如集成到通用工程环境中的软件工具，能有利地通过最终客户或机器制造商自己提供已知的误差值。例如，该方法在规划或工程阶段期间执行。

为了求出补偿值，除了使用所提供的误差值外，还使用多轴运动系统的几何参数。这实现以运动系统特定的方式求出补偿值，其中考虑实际在具体的运动系统中作用的误差。根据多轴运动系统的任务和使用目的，其几何参数彼此偏差。例如，针对运动系统的使用目的优化线性轴的长度、其倾斜度、依次运行的轴的数量、平行轴的设计。

典型地，几何参数也仅在用户、例如最终客户、机器制造商或集成商的规划阶段中存在，使得难以在安全功能中考虑运动系统特定的补偿值，该安全功能例如作为软件提供给用户。在具体情况下适用的几何参数的考虑有利地实现：补偿值不显得过于悲观。

在规划阶段中，还可以推导出：哪些轨迹对于多轴运动系统是相关的，特别是在运行中可以预期哪些轨迹。因此，有利地，潜在地由于轴位置组合而出现的误差在组合根据轨迹而未被采用时会被忽略。

通常，在借助安全功能运行时，监视多个变量，例如多个移动的轴的位置，例如还有多个移动的轴的相应的位置和速度。例如，在穿行一条或多条轨迹期间占有的不同姿态产生不同的当前的相应补偿值。例如，对于每个轨迹，每个轴在沿轨迹移动的走向中，由于误差传播或偏差传播出现参与的轴的相应的位置或速度或定向的不同偏差。特别地，为了求出误差，可以求出对各轨迹或整体上对于所有轨迹出现的、安全功能的变量的最大偏差。由于传感器误差或超程距离所引起的对于具体运动系统最大可能的误差例如可以在规划阶段中被求出，并且在随后的运行阶段中由安全功能使用。例如，为多个轨迹求出多个补偿值并且将其存储用于随后的使用。

所求出的补偿值例如是对每个轴或每个区段要考虑的补偿值。因此，例如对于运行可以求出最大长度，以便扩大每个区段的监控区域，或者可以求出最大速度绝对值，以便减小预设的笛卡尔速度界限。此外，借助所求出的补偿值在保护区域的情况下例如扩大适用于整个运动系统的静态区域，或者在工作区域的情况下缩小。

所求出的补偿值对应于要监视的变量的值，该值补偿可能出现的误差或偏差。

因此，单独针对运动系统及其存在不确定性的轴传感器或空程表现以及对于可借助具体的运动系统驶过的所设置的轨迹，所提出的方法实现对安全功能的变量的补偿值的求出。

借助所求出的补偿值，可以设置安全运行，以影响所设置的安全功能的变量，或者考虑由于轴向的超程距离引起的偏差。因此，安全功能的至少一个变量、例如区域的尺寸或轴的定向或运动系统上的电的位置和/或速度有利地被扩展了补偿值。于是，安全监控在考虑所求出的补偿值的情况下使用至少一个变量。

以有利的方式，一方面，避免对误差的过度悲观考虑，例如在对于多个运动系统适用的方案的情况下是这种情况。另一方面确保：由安全功能考虑由于轴位置因轨迹产生的组合和走向而引起的所有与特定运动系统相关的误差。

例如，在求出补偿值时也考虑数值误差，数值误差例如通过近似算法、迭代方法、舍入而例如在浮点或定点算法中产生。

根据一个设计方案，将相应的轴传感器的传感器分辨率作为误差值提供。轴传感器例如是设置在相应的轴处的探测器。所提供的误差值例如为用于每个轴传感器的最大可行的传感器误差。根据传感器分辨率以及多轴运动系统的几何参数和相应的轴的从多个运动系统的轨迹得出的轴值求出补偿值，实现多轴运动系统的安全运行，其中在多轴运动系统的持续运行中，在考虑补偿值的情况下足够大地分配安全功能的变量、例如安全区域大小，并且同时不需要过度悲观地考虑传感器误差。有利地，在设置阶段中已经求出由于传感器分辨率引起的、在随后运行中要考虑的传感器误差或不精确性。

根据一个设计方案，将轴向的超程距离作为误差值提供。超程距离尤其与作用的轴惯性或轴载荷或轴速度相关。例如，轴向超程距离被以表格形式说明。例如，然后为每个轴说明相关的最差情况值，或者存储超程距离与其他轴特性的相关性，从而例如可以进行自动或动态适配。

因此可以有利地在设置阶段中求出补偿值，需在实施安全功能时考虑该补偿值。例如，也在考虑超程距离的情况下适配安全功能的变量、例如安全区域大小，以便安全地执行安全反应、例如安全停止。因此，除了考虑传感器分辨率之外，有利地并且尤其考虑在导入安全反应之后在运行中出现的不确定性和与预定值的偏差。

根据轴处的质量、惯性和速度，由于轴向超程距离或传感器分辨率引起的补偿效应会占主导。有利地求出这两种效应，并最终考虑所得出的最大补偿值。

此外，根据一个设计方案，提供多轴运动系统的几何参数用于设置。有利地，用户在规划过程之内预设特定的多轴运动系统的几何参数，其中，规划过程例如在机器启动时或在改装时进行。例如，用户借助于工程程序的用户界面提供参数。

例如，参数涉及多轴运动系统的不同区段的长度或线性或平行轴的所设置的数量以及转动轴的所设置的数量等。几何参数也可以本身是存在误差的。还能将误差值引入到对补偿值的求出中。

根据一个设计方案，从可为多轴运动系统预设的轨迹的集合推导出轨迹。有利地，在运动系统的实际运行之前，在规划阶段中确定轨迹，运动系统在随后运行中应适合于轨迹，并且运动系统应借助移动控制驶过轨迹。在此，例如预设多个轨迹，轨迹可选或替代地借助运动系统驶过。此外，可以存储彼此稍微不同的运动系统，以便在随后的运行中可以实现容差。

根据一个设计方案，从相应的轴的最大值范围推导出轨迹。在该设计方案中，从运动系统的轴的最大值范围推导出多个轨迹。如果例如对于所有在具体的多种运动系统中参与的轴分别已知最大的轴范围，则能求出轴姿态的全部可考虑的组合，并且对于可能的组合分别计算对安全功能有利的变量的补偿值。例如，可以事先、即在多轴运动系统运行之前针对所有可能的姿态以及所有可能的移动或轨迹确定最大可预期的补偿值，进而确定所有可能的移动或轨迹，并且然后将其引入到安全功能的变量的补偿中。

因此，例如事先针对所设置的监视区域或监视区段计算补偿值，补偿值针对特定的运动系统和各个传感器的特定的误差值映射最差情况。例如，因此扩大监视区域或减小极限速度，以便在随后运行中在运动过程中或在导入安全反应之后可以无危害地占据所有可考虑的运动学姿态。因此，也可以在没有重新求出补偿值的情况下引入新的运动过程。

根据一个设计方案，轨迹描述在一个时间段期间的所有轴的轴值的组合，并且尤其基于在多轴运动系统运动期间实时数据的跟踪或模拟或观测形成该轨迹。在此，跟踪描述所有轴在不同时间点的位置。时间点在时间上灵活地相互靠近。在跟踪中，随时间收集和存储从试运行中或从对于相同构型的其他运动系统所实施的运动过程中获得的轴位置数据。根据检测轴位置的时间分辨率如何，以相应的时间间距存储轴位置的组合。例如，以csv文件格式提供跟踪。

在模拟中确定：应以何种时间分辨率计算模拟结果。借此，在需要时存在近似连续的运动过程的数据。模拟也可以作为CSV文件提供。

补偿值有利地基于轴传感器误差和其误差传播或超程距离和其偏差传播来针对运动系统特定的运动过程求出，进而避免不必要悲观地估计补偿。有利地，对于适配安全功能，无需考虑对由于运动系统在运行中没有执行的运动过程而可能形成的监视区域或速度或角度进行补偿。

根据一个设计方案，安全功能包括安全的区域监视、安全的定向和/或安全的笛卡尔速度。在安全的区域监视中预设如下区域，该区域包围或包络运动系统的进行运动的部段。从安全的轴位置中可以推导出区域的位置和定向。随后，对所求出的区域检查：其是否离开针对运动系统定义的工作区域。如果确定了这种状态，则触发安全功能，这例如可以是安全停止或降低速度。

同样进行与在运动系统的工作环境中定义的保护区域的碰撞的监视，并且在两个区域重叠的情况下，即运动系统区域与保护区域重叠的情况下，触发安全功能。例如，设置区域监视，并且尤其将区域大小设计为使得在触发安全功能的情况下、如安全停住的情况下也没有离开工作区域或者防止与保护区间重叠。

根据一个设计方案，将位置误差绝对值、角度误差绝对值和/或速度误差绝对值作为补偿值求出。因此能求出补偿值，以便对通过安全功能用于监视超过或低于特定极限值的变量的补偿。例如，对轴的位置或轴进而例如工具或末端执行器处的其他部件的角度或定向补充了所属的补偿值。

补偿值有利地已经是如下值，对安全功能适配了该值而无需进一步计算。例如，其直接为监视区域所扩大的长度或工作区域所减小的长度。例如，该值为在安全功能中安全定向所考虑以安全补偿轴误差的角度。此外，该值例如是不可超过的速度极限值需减小的速度绝对值。在速度极限值的情况下需注意：速度通常基于至少两个轴位置计算，并且极限值在考虑误差和其传播的情况下必须设置得更低。

根据一个设计方案，还提供在相应的轴传感器的时间扫描中的时间方面的误差。因此，在时间扫描中可以考虑偏移，进而可以考虑轴传感器的其他不精确性。如果最大轴速度已知，则可以从偏移计算附加的位置误差，位置误差同样在求出补偿值时包括在内。

根据一个设计方案，还提供相应的轴的最大动态值。例如，预设一个轴的最大速度或者多个轴的加速度范围。因此，与可预设的值范围一起，补偿值的求出还专门针对运动系统设计，并且由地避免不必要高的补偿。例如，预设受限制的速度引起相应的轴的较小的超程距离。

根据一个设计方案，求出在多轴运动系统的运行期间的另外的参数或最大动态值。有利地，另外的参数或最大动态值可以在试运行中被求出，或者在运行期间针对运行时间被检查。如果发现偏差，则可以重新求出补偿值，以避免安全风险。

根据一个设计方案，根据补偿值适配安全功能。一对于具体的多轴运动系统提供了或已知最大误差值以及几何参数和轨迹，则就可以求出补偿值，然后根据所设置的安全功能针对安全功能的一个或多个变量由安全功能考虑补偿值。

例如，如果设有区域监视，则求出针对运动系统的各个区段得出的位置误差和例如末端执行器的定向误差。这两个误差值都作为用于如下变量的补偿值，变量借助安全功能监视，在该示例中为区域的尺寸。

这种适配优选地自动通过安全功能进行。例如，工程设计中的软件工具仅告知用户所执行的适配，其中，软件工具也为用户形成用于输入数据的界面。一旦补偿值对于该功能可用，就相应适配要监视的变量或极限值。如果设有速度监视，则针对多个监视点根据其位置误差计算速度误差，并且在设置极限速度时注意速度误差。此外，所求出的定向误差可以用于定向监视，并且可以使极限角度减小相应的补偿值。

根据一个设计方案，根据多轴运动系统的可采用的姿态或位置来求出和存储用于至少一个变量的补偿值。因此，补偿不是全局计算的并且不统一用于运动系统的整个移动，而是例如创建表格，在表格中将补偿值与不同的运动系统位置或运动系统位置的范围相关联。该处理可以视为创建精度图。由此，例如，仅当运动系统也处于如下行进范围中时才使用高的补偿值，在行进范围中会出现相应大的误差或轴向的超程距离。例如，精度图存储在运动系统坐标系中，即参照世界坐标系中的运动系统原点，即参照机器人工作的环境系统，或直接根据轴姿态被存储。

根据一个设计方案，在运行中根据补偿值和多轴运动系统的当前的姿态或位置来适配安全功能。在运行期间，有利地使用存储的精度图，以便使用分别当前足够高的补偿值，补偿值同时被优化并且避免不必要的限制性补偿。

根据一个设计方案，在运行中，安全功能采用根据上述方法之一确定的补偿值。因此确保了优化的安全运行，安全运行在所需的误差补偿和不必要的广义化的误差估计方面进行优化。例如，在工程设计中，对安全功能补充针对安全功能的所有变量求出的补偿值、例如位置误差、定向误差和速度误差。例如是监视区域、极限速度、极限角度偏差的变量被适配了由位置和角度误差和其误差传播构成的或由轴向超程距离和其潜在传播构成的相应的补偿值。然后，在运行中，借助适配过的变量执行区域监视、定向监视以及速度监视。

本发明还涉及一种用于设置多轴运动系统的安全运行的输入装置，其中安全运行包括安全功能，其中安全功能基于多轴运动系统的相应的轴的相应的位置，输入装置包括：输入机构，特别是基于人机界面(HMI)的输入机构，该输入机构用于输入相应的轴的补偿值；以及输出机构，该输出机构用于根据补偿值、多轴运动系统的几何参数和相应的轴的从多轴运动系统的轨迹得出的轴值来输出用于安全功能的至少一个变量的补偿值。

本发明还涉及计算机程序产品或计算机可读存储介质，其包括指令，当由计算机执行程序时，指令使计算机执行上述方法。

计算机程序产品、例如计算机程序介质可以例如作为存储介质、即存储卡、USB棒、CD-ROM、DVD提供或交付，或者也以可从网络中的服务器下载的文件的形式提供或交付。这例如可以在无线通信网络中通过传输具有计算机程序产品或计算机程序装置介质的相应的文件来实现。任何程序控制的装置、特别是控制设备、例如微处理器或工业PC都可以用作计算机。

附图说明

下面，根据实施例借助于附图更详细地解释本发明。附图示出：

图1示出根据本发明第一实施例的输入装置的示意图；

图2示出用于说明根据本发明的第二实施例的方法的示意流程图；

图3示出多轴运动系统的示意图以说明根据本发明的第三实施例的方法。

在附图中，除非另有说明，功能相同的元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出根据本发明的第一实施例的输入装置E10的实现方案，输入装置实现为HMI上的图形用户界面。例如，其是基于窗口的解决方案，该解决方案在设计和操作方面接入到工程设计工具E100中。借助于工程设计工具E100，以通常的方式进行应用场景的规划，其中使用多轴运动系统。在此，在一种应用中，多轴运动系统例如用于：借助固定在多轴运动系统的末端执行器处的工具来执行工件的加工。在规划阶段中，对于应用例如检测多轴运动系统的数据以及工程设计中的环境数据并且设置不同的功能。例如，借助于功能模块设置要由运动系统在运行中执行的运动过程。

此外，在此也设置监视功能。例如，预设如下区域，该区域作为运动系统的环境中的安全区域不应当由运动系统穿行。例如，为监视功能定义工作区域，该工作区域用预设的几何体包络多轴运动系统的各个区段，并且工作区域定义同样不应与安全区域重叠的空间。

这种安全功能的定义在规划范围中借助于工程设计工具E100实现。例如，为此提出：多轴运动系统100'的模拟图在可视化窗口S10中示出，进而可以可视化应用场景例如包括环境。例如，因此可以在考虑环境和所定义的安全和工作区域的情况下模拟空间中的运动过程的驶过。在此，也可以模拟安全反应，例如导入安全的停止过程。

借助于工程设计工具定义的安全功能基于位置数据，安全功能从多轴运动系统的不同被驱动的轴的轴传感器获得位置数据。因此，所获得的位置数据的安全性对于设施处的安全性或安全是决定性的。为此设有通常的安全机制，以便例如对传感器的失效相应做出反应。

此外，对于安全性决定性的是存在考虑轴向超程距离的可能性。

现在设有输入装置E10，输入装置具有输入机构E或输入罩。在那里为用户设有用于根据轴向的超程距离输入轴传感器的误差值的输入选项。

根据工程设计工具E100的设计方案，已经在其他位置规划多轴运动系统的几何参数。例如，在移动规划的范围中也需要该数据，移动规划创建用于多轴运动系统的轨迹。但是，同样可行的是：几何参数也借助于输入机构E通过用户单独为输入装置E10预设，以设置安全运行。

输入装置E10用作接口，用户可以经由接口进行所有必要的输入，以便在规划时运行的软件程序可以从计算补偿值。补偿值根据被规划的安全功能而被不同地设计。对于上述区域监视，作为补偿值，经由输出机构A输出用于所有要监视的区域的补偿值。因此，例如说明：根据沿各个坐标方向的特性，必须将所参与的动态区域或区段区域扩大何种长度绝对值，以便在引起个别或多个轴超程距离的安全反应的情况下也安全地补偿轴的实际位置的这种不确定性。

例如，输入装置E10设计成输入所有参与的轴的最大可行的超程距离。根据已规划的安全功能，现在相应地输出所有要在相应的安全功能中考虑的补偿值。例如，如果附加地规划功能“安全定向”，则经由输入区域对于要借助安全功能“安全定向”监视的转动轴检测角度误差形式的超程距离，并且相应地说明呈补偿角度形式的补偿值，补偿值描述作为公差范围的球区段，其中，角度误差会由于转动轴的惯量而出现。

附加地，还可以考虑存在误差的变量。借助于轴传感器获得的位置数据典型地是存在误差的变量。因为求出末端执行器或多轴运动系统的各个区段的位置通常基于多个不同轴传感器的输出数据，所以还必须考虑多个传感器或探测器的误差贡献的相互作用。根据轴处存在何种质量、惯性和速度，由于轴向超程距离或传感器分辨率引起的补偿效应会占主导。有利地，求出这两种效应，并最终考虑所产生的最大补偿值。

图2借助流程图说明根据本发明第二实施例的方法。在此，在第一步骤中，进行设置S100，在其结束时输出补偿值F。根据补偿值F，在第二步骤中实现多轴运动系统的安全运行S200。在此，在运行期间，至少一项安全功能S处于运行中。例如，功能“安全的速度监视”被激活，该功能为各个轴预设最高速度，并在超过最高速度时导入安全状态。例如，在输出端显示超出，或导入停止运动系统(所谓的STO)。

在此考虑：各个轴的或多轴运动系统的一部分的借助于传感器或探测器确定的速度存在误差，该部分的速度从多个轴的相互作用得出。为了求出速度，将在预设的时间点检测到的位置包括在内。位置是有误差的，并且相应从其推导出的速度也有误差。

作为设置S101的一部分，从两个位置信息所含有的误差中进行补偿值F的求出S103，在此还根据误差传播方法求出速度的速度误差绝对值FV。补偿值刚好大至使得满足相加的误差的最差情况，并且同时不进行过于悲观的估计。

为了还正确求出运动系统的如下部分所存在的位置误差，求出所有参与的轴或其相应的轴传感器的位置误差，并且然后利用传播算法求出相应位置的误差，其中该部分借助功能“安全的速度”监视，该部分例如是末端执行器。为此，将参与的轴的最大的位置误差作为最大误差值F1、F2、F3提供S102给软件程序，所述软件程序在设置阶段中执行误差值的求出。除了由于传感器的输出值产生的位置误差外，在传感器的时间扫描中也产生误差。因此，对于在一时间点检测到的每个位置，得到总位置误差绝对值FZ。为了求出速度误差绝对值FV，相应地考虑相应的总位置误差。

此外，总位置误差绝对值FZ可用于其他激活的安全功能，例如以便估计如下位置误差，该位置误差对区域监视至关重要并且需要扩大安全区域。对于附加的激活的安全功能“安全定向”，可以附加地输出角度误差绝对值FW，角度误差绝对值定义了如下锥体，在该锥体内在最差情况下可预期到工具或运动系统的其他部分的定向。

除了最大误差F1、F2、F3外，还为输入装置提供多轴运动系统的几何参数G。此外，还提供了轨迹T1、T2、T3，这些轨迹描述在随后运行中的多轴运动系统的相关的轨迹。

对于在安全运行设置的时间点还不知道随后要穿行的轨迹的情景的情况，为参与的轴1、2、3提供最大的值范围W1、W2、W3。例如，说明线性轴的最大的线性移动范围，以及描述参与的可转动支承的轴在一个或多个方向上的枢转范围的最大角度。借助说明，可以在设置阶段推导出多轴运动系统的所有在运行中潜在可占据的姿态。

从这种整体上所提供的说明中，现在能够以针对个体的运动系统和其个体的所设置的运动过程定制的方式提供误差值。特别地，用于变量的误差值作为最大误差值输出，最大误差值在驶过轨迹T1期间得出。然后，最大误差值可以参考轨迹T1被归档或存储。在其他变型形式中，为所有可能的轨迹求出最大误差值。在该情况下，在随后运行中不在不同轨迹的误差值之间进行区分，然而必要时其实过于悲观计算的误差。

在图3中借助涉及运动系统的运动系统坐标系KCS和环境的世界坐标系WCS示意性地描绘多轴运动系统100。将第一轴1设置为转动轴，转动轴位于第一区段L1的端部，第一区段的定向与运动系统坐标系的竖直轴重合。作为多轴运动系统的几何参数，用户输入第一区段L1的长度以及第二区段L2的长度和第三区段L3的长度。第二区段L2始于第一转动轴1并且经由形成第二轴2的另一转动关节与第三区段L3连接。此外，在第三区段处段设有升降轴3，升降轴可竖直地移动。最后，又将最后的轴4设计为可转动的轴，可转动的轴例如同时形成具有尺寸LF的法兰。

此外，用户将以下探测器误差预设为最大误差值：

-探测器误差F1轴1：1/10°；

-探测器误差F2轴2：1/10°；

-探测器误差F4轴4：1/10°；

-探测器误差F3轴3：1mm。

输入角度和输入参数中的误差以如下方式传播到法兰的计算的位置中，并且得到法兰的笛卡尔位置误差F_pos：

F_pos＝Fa1+Fa2+Fa3。

在此，Fa1、Fa2、Fa3是轴1、2、3的误差贡献，其中，误差贡献全部相加。

对于误差贡献Fa2使用以下推导：

给定围绕角度α转动的位置向量v。与e_α的角度偏差产生最大为

的位置误差F＝||v-v′||。如果α以度为单位，则适用的是

这是适用的，因为错误的位置v'和正确的位置v以及旋转中点形成具有锐角e_α的等边三角形。

因此，根据轴值a1和a2，对于Fa2在向量方面得到：

误差贡献Fa1类似地得出：

在此，在有多个存在误差的输入轴的情况下，根据叠加原理将值在输出端中相加。

(线性)轴3的误差贡献Fa3直接包括到总位置误差的z分量中：

附加地，可以对所有可能的轴输入值进行绝对值方面的估计，使得对于所提出的示例得到：

因为安全的区域监视对于示例性描述的运动系统、例如Scara机器人应当是激活的，所以对所设置的运动系统保护或工作空间的半径或长方体的一半长度适配了值Fpos。在精度要求更高的情况下，在考虑到相关的轴姿态的情况下，也可以相应单独适配一半长度。

附加地，还设置安全监视法兰定向的安全功能。

误差从误差值F1、F2、F4中不变地传播到计算的定向中。因此，在最差的情况下，对于给定的运动系统值得到误差Frot：

也由监视功能使用补偿值Frot，以便执行极限值的适配。在该情况下，在工程设计中相应地缩小球区段，法兰的定向必须处于球区段之内，以便不导入安全功能。

如果附加地速度监视作为安全功能激活，则点的速度在考虑所经过的时间的情况下类似地从出自最后计算的位置和当前位置中的向量减法的结果得出。误差对于在最差情况相应地相加考虑，以便相应适配极限速度。

综上所述，借助所提出的方法和所提出的输入装置为受安全监视的多轴运动系统的用户提供了简单且不易出错的可行方案，以在考虑传感器相关的误差或轴向的超程距离的安全监视中设置补偿，并且同时确保只进行最小程度的必要补偿。本发明可以有利地用于SCARA机器人、笛卡尔门架、辊拾取器、枢转臂、任意的串联运动系统或并联运动系统。如果附加地使用精度图，则还可以进一步减小平均补偿。

Claims (18)

1.一种用于设置(S100)多轴运动系统(100)的安全运行的方法，其中，所述安全运行包括安全功能(S)，其中，所述安全功能基于所述多轴运动系统(100)的相应的轴(1，2，3)的相应的轴位置，所述方法具有以下步骤：

提供(S102)相应的轴的误差值(F1，F2，F3)；

根据所述误差值(F1，F2，F3)、所述多轴运动系统的几何参数(G)以及相应的轴(1，2，3)的从所述多轴运动系统(100)的轨迹(T1，T2，T3)得出的轴值，求出(S103)用于所述安全功能(S)的至少一个变量的补偿值(F)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，将传感器分辨率作为相应的轴的误差值提供。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将轴向的超程距离作为相应的轴的误差值提供。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，还为所述设置提供(S20)所述多轴运动系统(100)的所述几何参数(G)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，从用于所述多轴运动系统(100)的能预设的轨迹的集合推导出所述轨迹(T1，T2，T3)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，从相应的轴(1，2，3)的最大值范围(W1，W2，W3)推导出所述轨迹(T1，T2，T3)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述轨迹(T1，T2，T3)描述一时间段期间的所有轴的轴值的组合，并且基于在所述多轴运动系统运动期间实时数据的跟踪或模拟或观测形成所述轨迹。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述安全功能(S)包括安全的区域监视、安全的定向和/或安全的笛卡尔速度。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将位置误差绝对值(FZ)、角度误差绝对值(FW)和/或速度误差绝对值(FV)作为所述补偿值(F)求出。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，还提供在相应的轴传感器的时间扫描中的时间方面的误差。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，还提供相应的轴的最大动态值。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，求出在所述多轴运动系统(100)运行期间的最大动态值或另外的参数。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据所述补偿值(F)适配所述安全功能(S)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据所述多轴运动系统(100)的能采用的姿态或位置来求出并存储用于所述至少一个变量的所述补偿值(F)。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，在运行中根据所述补偿值(F)以及所述多轴运动系统(100)的当前的姿态或位置来适配所述安全功能(S)。

16.一种用于安全运行(S200)多轴运动系统(100)的方法，其中，所述安全功能(S)在运行中采用已经以根据权利要求1至15中任一项所述的方法确定的补偿值(F)。

17.一种用于设置多轴运动系统的安全运行的输入装置(E10)，其中，所述安全运行包括安全功能(S)，其中，所述安全功能(S)基于所述多轴运动系统(100)的相应的轴的相应的轴位置，所述输入装置包括：用于输入相应的轴的误差值(F1，F2，F3)的输入机构(E)，特别是基于人机界面的输入机构；以及输出机构(A)，所述输出机构用于根据所述误差值(F1，F2，F3)、所述多轴运动系统(100)的几何参数(G)和相应的轴(1，2，3)的从所述多轴运动系统的轨迹(T1，T2，T3)得出的轴值来输出用于所述安全功能(S)的至少一个变量的补偿值(F)。

18.一种计算机可读存储介质，具有程序，当由计算机执行所述程序时，所述程序使所述计算机执行根据权利要求1至16中任一项所述的方法。

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