CN115657450B - 工业机器人的安全控制系统、电路及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及工业机器人的安全控制领域，公开了工业机器人的安全控制系统、电路及方法，该安全控制电路包括：用于产生第一测试信号及第二测试信号的测试电路，第一测试信号与第二测试信号对应的测试脉冲不重叠；与测试电路连接的第一接口电路和第二接口电路，分别与第一信号传输通道连接及第二信号传输通道连接，分别将第一测试信号及第二测试信号传递给第一及第二信号传输通道，及分别将从第一及第二信号传输通道反馈的第一及第二反馈信号传送给测试电路；测试电路基于第一及第二反馈信号确定第一接口电路和第一信号传输通道及第二接口电路和第二信号传输通道是否异常，在产生异常时控制工业机器人执行安全策略，实现对工业机器人的安全控制。

Description

工业机器人的安全控制系统、电路及方法

技术领域

本申请涉及工业机器人的安全控制领域，特别是涉及工业机器人的安全控制系统、电路及方法。

背景技术

随着工业自动化的推进，工业机器人的运用越来越多，在提高了工作效率的同时，工业机器人的安全功能技术成为研发设计中的重中之重，通常要求满足协作机器人安全标准所提出的安全架构。特别地，工业机器人通常连接有外部安全输入设备，例如急停按钮、安全门、使能开关以及复位按键，需要判断外部安全输入设备与工业机器人的连接是否安全。在现有技术中通常采用简单逻辑对比的方式对外部安全输入设备的输入信号进行诊断，使用单一的参考信号进行诊断，难以全面检测故障发生的可能性。

发明内容

本申请至少提供工业机器人的安全控制系统、电路及方法，以实现对工业机器人的安全控制。

本申请第一方面提供了一种工业机器人的安全控制电路，该安全控制电路包括：

测试电路，用于产生第一测试信号及第二测试信号，其中，第一测试信号的测试脉冲与第二测试信号的测试脉冲不重叠；

第一接口电路，与测试电路连接，且用于与工业机器人的安全输入设备的第一信号传输通道连接，并将第一测试信号传递给第一信号传输通道，且将从第一信号传输通道反馈的第一反馈信号传送给测试电路；

第二接口电路，与测试电路连接，且用于与安全输入设备的第二信号传输通道连接，并将第二测试信号传递给第二信号传输通道，且将从第二信号传输通道反馈的第二反馈信号传送给测试电路；

测试电路还用于基于第一反馈信号和第二反馈信号确定第一接口电路和第一信号传输通道是否异常，及确定第二接口电路和第二信号传输通道是否异常，以在产生异常时，控制工业机器人执行安全策略。

本申请第二方面提供了一种工业机器人的安全控制系统，该安全控制系统包括：

安全输入设备，用于采集危险触发信号；

伺服控制器，与工业机器人连接，用于控制工业机器人；

主控制器，与伺服控制器连接，用于控制伺服控制器；

安全控制电路，分别与安全输入设备及伺服控制器连接，用于基于危险触发信号产生异常信号，伺服控制器基于异常信号执行相应的子安全策略；其中安全策略包括若干子安全策略；

其中，安全控制电路为上述的安全控制电路。

本申请第三方面提供了一种工业机器人的安全控制方法，应用于上述的安全控制电路，该安全控制方法包括：

产生第一测试信号及第二测试信号；

接收从第一信号传输通道对第一测试信号反馈的第一反馈信号及从第二信号传输通道对第二测试信号反馈的第二反馈信号；

基于第一反馈信号确定第一接口电路及第一信号传输通道是否异常，以及基于第二反馈信号确定第二接口电路及第二信号传输通道是否异常，以在产生异常时，控制工业机器人执行安全策略。

上述方案，通过设置分别连接工业机器人的安全输入设备的第一信号传输通道和第二信号传输通道的第一接口电路和第二接口电路，以使测试电路通过第一接口电路输出第一测试信号并获取第一信号传输通道反馈的第一反馈信号，通过第二接口电路输出第二测试信号并获取从第二信号传输通道反馈的第二反馈信号，测试电路根据第一反馈信号和第二反馈信号确定第一接口电路和第一信号传输通道是否异常，及确定第二接口电路和第二信号传输通道是否异常，以在产生异常时，控制工业机器人执行安全策略，能够满足工业机器人功能安全标准。其中，工业机器人功能安全标准包括但不限于机械安全标准ISO13849-1以及国际安全标准ISO 10218所提出的安全要求，有效判断安全输入设备与工业机器人的连接是否安全，实现对工业机器人的安全控制。同时，测试电路输出的第一测试信号与第二测试信号的测试脉冲不重叠，使得测试电路基于第一测试信号的第一反馈信号以及第二测试信号的第二反馈信号进行比较确认异常情况时，能够实现对两路安全通道的安全状况的全面检测，并且准确快速判断发生异常的原因。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于说明本申请的技术方案。

图1是本申请工业机器人的安全控制电路第一实施例的结构示意图；

图2是本申请工业机器人的安全控制电路第二实施例的结构示意图；

图3是本申请工业机器人的安全控制电路第三实施例的结构示意图；

图4是本申请工业机器人的安全控制系统一实施例的结构示意图；

图5是本申请工业机器人的安全控制方法一实施例的流程示意图；

图6是本申请工业机器人的安全控制方法另一实施例的流程示意图。

具体实施方式

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。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。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。

另外，本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示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”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。

工业机器人，要求满足机械安全标准ISO 13849-1以及国际安全标准ISO 10218所提出的安全要求等。本申请提供一种工业机器人的安全控制电路，该安全控制电路能够满足工业机器人功能安全标准。其中，工业机器人功能安全标准包括但不限于机械安全标准ISO 13849-1以及国际安全标准ISO 10218所提出的安全要求，有效判断安全输入设备与工业机器人的连接是否安全，实现对工业机器人的安全控制；同时，能够实现对两路安全通道的安全状况的全面检测，并且准确快速判断发生异常的原因。

请参阅图1，图1是本申请工业机器人的安全控制电路第一实施例的结构示意图。如图1所示，安全控制电路10包括测试电路11、第一接口电路12以及第二接口电路13。具体地，测试电路11用于产生第一测试信号及第二测试信号，并且第一测试信号的测试脉冲与第二测试信号的测试脉冲不重叠。具体而言，当第一测试信号为高电平时，第二测试信号始终保持低电平；当第二测试信号为高电平时，第一测试信号始终保持低电平，则第一测试信号与第二测试信号不存在同时为高电平的状态。可选地，在本实施例中，第一测试信号与第二测试信号的电压幅值相等，且第一测试信号与第二测试信号的周期相同。

具体地，第一接口电路12连接测试电路11，且进一步连接工业机器人的安全输入设备20的第一信号传输通道21，以将第一测试信号传递给第一信号传输通道21，并获取基于该第一测试信号所产生的第一反馈信号，进一步将该第一反馈信号从第一信号传输通道21传送给测试电路11。其中，第一反馈信号为安全输入设备20基于第一测试信号所产生的。

第二接口电路13连接测试电路11，且进一步连接安全输入设备20的第二信号传输通道22，以将第二测试信号传送至第二信号传输通道22，并获取基于该第二测试信号所产生的第二反馈信号，进一步将该第二反馈信号从第二信号传输通道22传送给测试电路11。其中，第二反馈信号为安全输入设备20基于第二测试信号所产生的。

测试电路11进一步基于分别由第一信号传输通道21传输的第一反馈信号和由第二信号传输通道22传输的第二反馈信号判断第一接口电路12及第一信号传输通道21是否异常，以及确定第二接口电路13及第二信号传输通道22是否异常，以判断至少一者产生异常时，控制工业机器人执行安全策略，进而实现安全控制。其中，当任一信号传输通道发生异常或两个信号传输通道均发生异常时，测试电路11均控制工业机器人执行对应的安全策略，具体可为控制停机或扭矩关断等等操作。

本实施例通过测试电路11对第一反馈信号以及第二反馈信号的比对，以实现冗余检测，能够满足工业机器人功能安全标准。其中，工业机器人功能安全标准包括但不限于机械安全标准ISO 13849-1以及国际安全标准ISO 10218所提出的安全要求，有效判断安全输入设备20与工业机器人的连接是否安全，实现对工业机器人的安全控制。同时，测试电路11输出的第一测试信号与第二测试信号的测试脉冲不重叠，使得测试电路11基于第一测试信号的第一反馈信号以及第二测试信号的第二反馈信号进行比较确认异常情况时，能够实现对两路安全通道，即由第一接口电路12、第一信号传输通道21以及安全输入设备20组成的一路安全通道，和由第二接口电路13、第二信号传输通道22以及安全输入设备20组成的另一路安全通道的安全状况的全面检测，并且准确快速判断发生异常的原因。

结合图1，进一步参阅图2，图2是本申请工业机器人的安全控制电路第二实施例的结构示意图。如图2所示，测试电路11设置有第一控制电路111以及第二控制电路112。

具体地，第一控制电路111分别连接第一接口电路12及第二接口电路13，第一控制电路111用于产生第一测试信号，并且根据所接收的第一反馈信号和第二反馈信号确定第一接口电路12以及第一信号传输通道21是否异常，以及确定第二接口电路13及第二信号传输通道22是否异常，进而根据第一接口电路12、第二接口电路13以及第二信号传输通道22的异常情况产生第一检测结果。

第二控制电路112分别连接第一接口电路12及第二接口电路13，第二控制电路112用于产生第二测试信号，并且根据所接收的第一反馈信号和第二反馈信号确定第一接口电路12及第一信号传输通道21是否异常，以及确定第二接口电路13及第二信号传输通道22是否异常，进而根据第一接口电路12、第二接口电路13以及第二信号传输通道22的异常情况产生第二检测结果。

第一控制电路111还连接第二控制电路112，以使得第一控制电路111获取第二控制电路112产生的第二检测结果，或者第二控制电路112获取第一控制电路111产生的第一检测结果，第一控制电路111和/或第二控制电路112进一步将第一检测结果与第二检测结果进行交叉验证，进而确定测试电路11自身是否存在异常。

本实施例通过在测试电路11中冗余设置第一控制电路111与第二控制电路112，通过第一控制电路111与第二控制电路112之间的双冗余检测，能够提高检测准确度，更准确检测安全输入设备20与工业机器人的连接状态，即判断连接安全输入设备20与工业机器人的安全通道的安全状态，进一步使应用本实施例安全控制电路10工业机器人的能够工业机器人功能安全标准。其中，工业机器人功能安全标准包括但不限于满足机械安全标准ISO13849-1以及国际安全标准ISO 10218所提出的安全要求，具体使应用安全控制电路10的工业机器人的安全功能需满足Category 3和Performance Level d。

可选地，本实施例中的第一控制电路111和第二控制电路112均可为MCU（Microcontroller Unit，微控制单元），本实施例使用的双MCU架构，除了用于检测安全输入设备20与工业机器人的安全连接，以实现准确接收安全输入设备20的安全输入信号，还能够实现安全通讯，电机编码器输入监控，安全位置，安全速度，碰撞检测等等功能。

结合图1和图2，进一步参阅图3，图3是本申请工业机器人的安全控制电路第三实施例的结构示意图。如图3所示，第一接口电路12包括第一输出电路121以及第一输入电路122。

具体地，第一输出电路121分别连接第一信号传输通道21的第一端和测试电路11，第一输入电路122分别连接测试电路11和第一信号传输通道21的第二端。具体地，第一输入电路122分别连接第一控制电路111和第二控制电路112，以将第一反馈信号分别传输至第一控制电路111和第二控制电路112。

可选地，由于第一控制电路111和第二控制电路112的工作电压为3.3V，而安全输入设备20的工作电压为20V，因此需要对第一控制电路111和第二控制电路112与安全输入设备20进行变压和/或隔离处理。本实施例通过在第一输出电路121和/或第一输入电路122设置对应的电路结构，以实现变压和/或隔离功能。

具体地，在一实施例中，第一接口电路12包括第一隔离电路，第一隔离电路分别连接安全输入设备20的第一信号传输通道21和测试电路11，即第一隔离电路分别与第一控制电路111、第二控制电路112以及第一信号传输通道21连接，用于实现测试电路11的电压与安全输入设备20之间的电压隔离。可选地，在其他实施例中，第一隔离电路可分别集成于第一控制电路111和第二控制电路112中。

在另一实施例中，第一接口电路12包括第一变压电路，第一变压电路分别连接安全输入设备20的第一信号传输通道21和测试电路11，即第一变压电路分别与第一控制电路111、第二控制电路112以及第一信号传输通道21连接，用于实现测试电路11的电压与安全输入设备20之间的电压转换。可选地，在其他实施例中，第一变压电路可分别集成于第一控制电路111和第二控制电路112中。

在另一实施例中，第一接口电路12包括第一光耦，第一光耦分别连接安全输入设备20的第一信号传输通道21和测试电路11，即第一光耦分别连接第一控制电路111、第二控制电路112以及第一信号传输通道21，用于实现测试电路11的电压与安全输入设备20之间的电压隔离及电压转换。可选地，在其他实施例中，第一光耦可分别集成于第一控制电路111和第二控制电路112中。

可选地，在其他实施例中，还可选用其他具有电压隔离及电压转换功能的器件或电路，可设置于第一接口电路12中，和/或集成于第一控制电路111和第二控制电路112中。

如图3所示，第二接口电路13包括第二输出电路131以及第二输入电路132，第二输出电路131分别连接第二信号传输通道22的第一端和测试电路11，第二输入电路132分别连接第二信号传输通道22的第二端和测试电路11。具体地，第二输入电路132分别连接第一控制电路111和第二控制电路112，以将第二反馈信号分别传输至第一控制电路111和第二控制电路112。

可选地，本实施例可通过在第二接口电路13中设置与第一输出电路121和/或第一输入电路122对应的电路结构，以实现变压和/或隔离功能，具体可设置于第二输入电路132和/或第二输出电路131中。

具体地，在一实施例中，第二接口电路13包括第二隔离电路，第二隔离电路分别连接安全输入设备20的第二信号传输通道22及测试电路11，即第二隔离电路分别与第一控制电路111、第二控制电路112以及第二信号传输通道22连接，用于实现测试电路11的电压与安全输入设备20之间的电压隔离。可选地，在其他实施例中，第二隔离电路可分别集成于第一控制电路111和第二控制电路112中。

在另一实施例中，第二接口电路13包括第二变压电路，第二变压电路分别连接安全输入设备20的第二信号传输通道22及测试电路11，即第二变压电路分别与第一控制电路111、第二控制电路112以及第二信号传输通道22连接，用于实现测试电路11的电压与安全输入设备20之间的电压转换。可选地，在其他实施例中，第二变压电路可分别集成于第一控制电路111和第二控制电路112中。

在另一实施例中，第二接口电路13包括第二光耦，第二光耦分别连接安全输入设备20的第二信号传输通道22及测试电路11，即第二光耦分别与第一控制电路111、第二控制电路112以及第二信号传输通道22连接，用于实现测试电路11的电压与安全输入设备20之间的电压隔离及电压转换。可选地，在其他实施例中，第二光耦可分别集成于第一控制电路111和第二控制电路112中。

可选地，在其他实施例中，还可选用其他具有电压隔离及电压转换功能的器件或电路，可设置于第二接口电路13中，和/或集成于第一控制电路111和第二控制电路112中。

可选地，在其他实施中，还可排列组合设置用于实现变压和/或隔离功能的电路结构，具体可设置于第一输出电路121和第二输入电路132，或者第一输入电路122和第二输出电路131，或者第一输出电路121、第一输入电路122以及第二输入电路132，或者第一输入电路122、第二输入电路132以及第二输出电路131，或者第一输出电路121、第一输入电路122、第二输入电路132以及第二输出电路131。

如图3所示，本实施例测试电路11输出的第一测试信号的测试脉冲与第二测试信号的测试脉冲不重叠，使得测试电路11基于第一测试信号的第一反馈信号以及第二测试信号的第二反馈信号进行比较确认异常情况时，能够实现对两路安全通道的安全状况的全面检测，并且准确快速判断发生异常的原因。

具体地，第一控制电路111输出第一测试信号，第二控制电路112输出第二测试信号，第一测试信号与第二测试信号具有一定的相位差。可选地，第二测试信号的测试脉冲与第一测试信号的测试脉冲可相邻设置或间隔设置。其中，由于本实施例第一控制电路111和第二控制电路112的工作电压相同，即第一控制电路111所产生的第一测试信号和第二控制电路112所产生的第二测试信号的电压幅值相同，且产生测试信号的周期也相等，即在一个时钟周期内的测试脉冲数量相等。

第一控制电路111和第二控制电路112分别将从第一信号传输通道21反馈的第一反馈信号及从第二信号传输通道22反馈的第二反馈信号进行融合处理，进而基于融合处理后的信号判断第一信号传输通道21、第二信号传输通道22是否异常。其中，第一控制电路111和第二控制电路112可通过直接叠加第一反馈信号及第二反馈信号实现融合处理；或将第一控制电路111和第二控制电路112中的一者与比例系数相乘后，再与另一者叠加，以实现信号的融合处理。

其中，测试电路11根据接收的第一反馈信号和第二反馈信号检测第一接口电路12和第一信号传输通道21是否异常，以及检测第二接口电路13和第二信号传输通道22是否异常，具体检测结果可如下所示。

具体地，第一种检测结果为：响应于测试电路11，即第一控制电路111和/或第二控制电路112，检测到第一测试信号与第一反馈信号相同，且第二测试信号与第二反馈信号相同，即可确定安全输入设备20无异常，且其状态信息为双通道闭合。具体地，第一反馈信号经过电压变化和电压隔离之后，电压值的幅度与第一测试信号相同，则第一测试信号与第一反馈信号相同为第一测试信号与第一反馈信号完全重合。第二反馈信号经过电压变化和电压隔离之后，电压值的幅度与第二测试信号相同，则第二测试信号与第二反馈信号相同为第二测试信号与第二反馈信号完全重合。此时安全输入设备20正常接入工业机器人，且可正常输入安全指令信号，例如急停、使能中止等等。当操作者正常触发安全输入设备20时，测试电路11可实时检测到输入的反馈信号发生变化，并根据反馈信号操作对应的安全控制措施。

第二种检测结果为：响应于测试电路11，即第一控制电路111和/或第二控制电路112，检测到第一反馈信号及第二反馈信号均为低电平信号，其中该低电平信号可为零电平信号，判断安全输入设备20无异常，且其状态信息为双通道断开。此时安全输入设备20与工业机器人断开连接，无法通过安全输入设备20对工业机器人输入安全指令信号。

第三种检测结果为：响应于测试电路11，即第一控制电路111和/或第二控制电路112，检测到第一反馈信号或第二反馈信号中的一者恒为低电平信号，且另一者与对应的测试信号相同，即两者中的一者恒为低于最高电压值的低电平信号且另一者与对应的测试信号重合，判断安全输入设备20异常，且其状态信息为与一者对应的通道闭合。

第四种检测结果为：响应于测试电路11，即第一控制电路111和/或第二控制电路112，检测到第一反馈信号或第二反馈信号中的一者恒为低电平信号，即两者中的一者恒为零电平信号，判断安全输入设备20异常，且其状态信息为与低电平信号对应的单通道短接地（stuck at Low）。其中，由于第一信号传输通道21与第二信号传输通道22之间的间隔比较大，当测试电路11检测到第一反馈信号或第二反馈信号中的一者恒为低电平信号，即该反馈信号对应的信号传输通道短接到地时，测试电路11会立即触发安全控制，因此不会出现检测到两个信号传输通道均短接到地的情况，能够与安全输入设备20的双通道断开状态区分开，实现准确判断异常原因。

第五种检测结果为：响应于测试电路11，即第一控制电路111和/或第二控制电路112，检测到第一反馈信号及第二反馈信号均为高电平信号，即第一反馈信号相同与第二反馈信号均为大于最低电压值的高电平信号，判断第一信号传输通道21与第二信号传输通道22之间短路（cross-talk）。由于第一测试信号和第二测试信号本身的规则，在同一周期内必定一个测试信号为高电平，一个测试信号为低电平，此时若高电平的一端与低电平的一端发生短路，电路设计为强上拉，因此低电平会被拉高为高电平，在电路的逻辑端，即测试电路11会检测到两路高电平的反馈信号。

第六种检测结果为：响应于测试电路11，即第一控制电路111和/或第二控制电路112，检测到第一反馈信号或第二反馈信号中的一者恒为高电平信号，判断安全输入设备20异常，且其状态信息为与高电平信号对应的单通道短接到高电平（stuck at High）。其中，由于安全输入设备20的工作电压为20V，因此第一反馈信号或第二反馈信号中的一者对应的高电平信号为20V。其中，由于第一信号传输通道21与第二信号传输通道22之间的间隔比较大，当测试电路11检测到第一反馈信号或第二反馈信号中的一者恒为高电平信号，即该反馈信号对应的信号传输通道短接到高电平时，测试电路11会立即触发安全控制，因此不会出现检测到两个信号传输通道均短接到高电平的情况，能够与安全输入设备20的双通道之间短路的状态区分开，实现准确判断异常原因。

本申请通过采用由第一控制电路111及第二控制电路112分别输出测试脉冲不重叠的第一测试信号及第二测试信号，实现双冗余输出配比脉冲，进一步根据由第一测试信号产生的第一反馈信号及由第二测试信号产生的第二反馈信号，实现双冗余输入，以基于两路反馈信号的状态准确且全面地判断安全输入设备20与工业机器人连接的异常原因，同时测试电路11冗余设置第一控制电路111及第二控制电路112，通过第一控制电路111及第二控制电路112将第一控制电路111的第一检测结果与第二控制电路112的第二检测结果进行交叉验证，以判断测试电路11是否异常，实现双冗余交叉互检，使得应用本申请安全控制电路10的工业机器人满足工业机器人功能安全标准。其中，工业机器人功能安全标准包括但不限于机械安全标准ISO 13849-1以及国际安全标准ISO 10218所提出的安全要求。

本申请还提供一种工业机器人的安全控制系统，请参阅图4，图4是本申请工业机器人的安全控制系统一实施例的结构示意图。如图4所示，安全控制系统40与工业机器人30连接，安全控制系统40包括安全输入设备41、伺服控制器42、主控制器43以及安全控制电路44，其中安全输入设备41为上述实施例所述的安全输入设备20，安全控制电路44为上述实施例所述的安全控制电路10，在此不再赘述。

具体地，安全输入设备41用于采集危险触发信号，其中危险触发信号可为操作者触碰对应的安全输入设备41所产生的。伺服控制器42与工业机器人30连接，用于控制工业机器人30，具体可实现工业机器人30的作业操作。主控制器43连接伺服控制器42，用于控制伺服控制器42，可控制伺服控制器42的作业操作和安全控制操作。安全控制电路44分别与安全输入设备41及伺服控制器42连接，用于基于危险触发信号产生异常信号，伺服控制器42基于异常信号执行相应的子安全策略。其中上述实施例中的安全策略包括若干子安全策略，具体可如急停或扭矩关断等等。

本申请还提供一种工业机器人的安全控制方法，请参阅图5，图5是本申请工业机器人的安全控制方法一实施例的流程示意图。其中，本申请的工业机器人的安全控制方法的执行主体可为上述实施例的安全控制电路10。

具体而言，本实施例的工业机器人的安全控制方法可以包括以下步骤：

步骤S11：产生第一测试信号及第二测试信号。

其中，第一测试信号及第二测试信号分别由第一控制电路111及第二控制电路112产生，并且第一测试信号的测试脉冲与第二测试信号的测试脉冲不重叠。其中，第一测试信号与第二测试信号的电压幅值相等，且第一测试信号与第二测试信号的周期相同。

具体地，测试电路11通过第一控制电路111及第二控制电路112产生分别第一测试信号及第二测试信号，可选地，第一测试信号与第二测试信号的单个测试脉冲的时间可相同或不同，且第一测试信号的测试脉冲与第二测试信号恰好相邻，即第一测试信号由高电平转化至低电平时，第二测试信号恰好由低电平转化至高电平，或者第二测试信号由高电平转化至低电平时，第一测试信号恰好由低电平转化至高电平。可选地，可根据实际需要设置对应的测试脉冲，仅需满足两个测试信号的测试脉冲不重叠，使得第一控制电路111以及第二控制电路112对第一测试信号和第二测试信号进行融合处理时，能从融合信号中明显区分两个测试信号。

步骤S12：接收从第一信号传输通道对第一测试信号反馈的第一反馈信号及从第二信号传输通道对第二测试信号反馈的第二反馈信号。

其中，第一信号传输通道21将第一测试信号传输至安全输入设备20，安全输入设备20基于第一测试信号产生第一反馈信号，第一信号传输通道21进一步将第一反馈信号传输至测试电路11。第二信号传输通道22将第二测试信号传输至安全输入设备20，安全输入设备20基于第二测试信号产生第二反馈信号，第二信号传输通道22进一步将第二反馈信号传输至测试电路11。

具体地，测试电路11通过第一控制电路111产生第一测试信号，第一测试信号进一步通过与第一控制电路111连接的第一接口电路12和第一信号传输通道21传输至安全输入设备20，同时测试电路11通过第二控制电路112产生第二测试信号，第二测试信号进一步通过与第二控制电路112连接的第二接口电路13和第二信号传输通道22传输至安全输入设备20。

第一信号传输通道21同时接收安全输入设备20所产生第一反馈信号，以将第一反馈信号通过第一接口电路12分别传输至第一控制电路111以及第二控制电路112，第二信号传输通道22同时接收安全输入设备20所产生第二反馈信号，以将第二反馈信号通过第二接口电路13分别传输至第一控制电路111以及第二控制电路112。

步骤S13：基于第一反馈信号和第二反馈信号确定第一接口电路及第一信号传输通道是否异常，及确定第二接口电路及第二信号传输通道是否异常，以在产生异常时，控制工业机器人执行安全策略。

其中，测试电路11基于第一反馈信号和第二反馈信号确定第一接口电路12及第一信号传输通道21是否异常，及确定第二接口电路13及第二信号传输通道22是否异常，以在产生异常时，控制工业机器人执行安全策略，例如急停或扭矩关断等等。

具体地，第一控制电路111根据所接收的第一反馈信号和第二反馈信号确定第一接口电路12及第一信号传输通道21是否异常，以及确定第二接口电路13及第二信号传输通道22是否异常，进而根据第一接口电路12、第二接口电路13以及第二信号传输通道22的异常情况产生第一检测结果。

第二控制电路112根据所接收的第一反馈信号和第二反馈信号确定第一接口电路12及第一信号传输通道21是否异常，以及确定第二接口电路13及第二信号传输通道22是否异常，进而根据第一接口电路12、第二接口电路13以及第二信号传输通道22的异常情况产生第二检测结果。

第一控制电路111和/或第二控制电路112进一步将第一检测结果与第二检测结果进行交叉验证，以确定测试电路11自身是否异常。

其中，测试电路11根据第一反馈信号和第二反馈信号判断得到的检测结果可如下。

具体地，第一种检测结果为：响应于测试电路11检测第一测试信号与第一反馈信号相同，且第二测试信号与第二反馈信号相同，即可判断安全输入设备20无异常，且其状态信息为双通道闭合。具体地，第一反馈信号经过电压变化和电压隔离之后，电压值的幅度与第一测试信号相同，则第一测试信号与第一反馈信号相同为第一测试信号与第一反馈信号完全重合。第二反馈信号经过电压变化和电压隔离之后，电压值的幅度与第二测试信号相同，则第二测试信号与第二反馈信号相同为第二测试信号与第二反馈信号完全重合。此时安全输入设备20处于正常工作状态，则操作者正常触发安全输入设备20时，测试电路11可实时检测到输入的反馈信号发生变化，并根据反馈信号操作对应的安全控制措施。

第二种检测结果为：响应于测试电路11检测第一反馈信号及第二反馈信号均为低电平信号，即可判断安全输入设备20无异常，且其状态信息为双通道断开。此时安全输入设备20处于断开连接的状态，即安全输入设备20不会对测试信号进行反馈，则操作者触发安全输入设备20时，并不会影响反馈信号。

第三种检测结果为：响应于测试电路11检测第一反馈信号或第二反馈信号中的一者为低电平信号，且另一者与对应的测试信号相同，即可判断安全输入设备20异常，且其状态信息为与一者对应的通道闭合。具体地，此时安全输入设备20已接入工业机器人，但第一信号传输通道21或第二信号传输通道22中的一条处于异常闭合状态，会使得测试电路11无法接收需要通过第一信号传输通道21或第二信号传输通道22传输的反馈信号，因此需要执行对应的安全控制措施，对发生错误或者异常的部件进行调整或者更换等等。

第四种检测结果为：响应于测试电路11检测第一反馈信号或第二反馈信号中的一者为低电平信号，即可判断安全输入设备20异常，且其状态信息为与低电平信号对应的单通道短接地。具体地，此时安全输入设备20已接入工业机器人，但第一信号传输通道21或第二信号传输通道22中的一条短接至地，使得该信号传输通道传输至测试电路11的反馈信号始终保持低电平，因此需要执行对应的安全控制措施，排查异常接地的电路，以进行更换或者调整等等。

第五种检测结果为：响应于测试电路11检测第一反馈信号或第二反馈信号中的一者为高电平信号，即可判断安全输入设备20异常，且其状态信息为与高电平信号对应的单通道短接到高电平。具体地，此时安全输入设备20已接入工业机器人，但第一信号传输通道21或第二信号传输通道22中的一条短接到高电平，使得该信号传输通道传输至测试电路11的反馈信号始终保持高电平，因此需要执行对应的安全控制措施，排查异常短接的电路，以进行更换或者调整等等。

第六种检测结果为：响应于测试电路11检测第一反馈信号及第二反馈信号均为高电平信号，确定第一信号传输通道21与第二信号传输通道22之间短路。具体地，此时安全输入设备20已接入工业机器人，但第一信号传输通道21和第二信号传输通道22之间短接，使得测试电路11接收到的反馈信号始终保持高电平，因此需要执行对应的安全控制措施，排查第一信号传输通道21和第二信号传输通道22之间异常短接区域的电路，以进行更换或者调整等等。

进一步地，本实施例的工业机器人的安全控制方法还可以包括如图6所示的步骤，请参阅图6，图6是本申请工业机器人的安全控制方法另一实施例的流程示意图。具体而言，本实施例的工业机器人的安全控制方法可以包括以下步骤：

步骤S14：利用第一控制电路基于第一反馈信号及第二反馈信号产生第一检测结果。

其中，测试电路11包括第一控制电路111，利用第一控制电路111基于第一反馈信号及第二反馈信号产生第一检测结果。

可选地，本实施例第一控制电路111可预先对第一反馈信号和第二反馈信号进行融合处理，进一步将融合处理后的信号与预设信号进行比对，当判断两者相符时，则产生正常检测结果；当判断两者不相符时，则产生异常检测结果。

可选地，本实施例第一控制电路111还可进一步获取第二控制电路112所产生的第二测试信号，通过分别比对第一反馈信号与第一测试信号，以及第二反馈信号与第二测试信号，当判断两者均相符时，则产生正常检测结果；当判断两者中的一者不相符时，则产生异常检测结果。

步骤S15：利用第二控制电路基于第一反馈信号及第二反馈信号产生第二检测结果。

其中，测试电路11包括第二控制电路112，利用第二控制电路112基于第一反馈信号及第二反馈信号产生第二检测结果。

可选地，本实施例第二控制电路112可预先对第一反馈信号和第二反馈信号进行融合处理，进一步将融合处理后的信号与预设信号进行比对，当判断两者相符时，则产生正常检测结果；当判断两者不相符时，则产生异常检测结果。

可选地，本实施例第二控制电路112还可进一步获取第一控制电路111所产生的第一测试信号，通过分别比对第一反馈信号与第一测试信号，以及第二反馈信号与第二测试信号，当判断两者均相符时，则产生正常检测结果；当判断两者中的一者不相符时，则产生异常检测结果。

步骤S16：利用第一控制电路将第一检测结果与第二检测结果进行交叉验证，以确定测试电路是否异常。

其中，第一控制电路111与第二控制电路112彼此连接，本实施例可利用第一控制电路111将第一检测结果与第二检测结果进行交叉验证，以确定测试电路11是否异常。或者，在其他实施例中，还可利用第二控制电路112将第一检测结果与第二检测结果进行交叉验证，以确定测试电路11是否异常。或者，在其他实施中，第一控制电路111和第二控制电路112均对第一检测结果与第二检测结果进行交叉验证，以确定测试电路11是否异常。

本申请工业机器人的安全控制方法通过第一控制电路111和第二控制电路112分别产生第一测试信号和第二测试信号，并分别通过第一信号传输通道21和第二信号传输通道22获取第一测试信号的第一反馈信号和第二测试信号的第二反馈信号，使得测试电路11根据第一反馈信号和第二反馈信号确定第一接口电路12和第一信号传输通道21是否异常，及确定第二接口电路13和第二信号传输通道22是否异常，以在产生异常时，控制工业机器人执行安全策略，能够满足工业机器人功能安全标准。其中，工业机器人功能安全标准包括但不限于机械安全标准ISO 13849-1以及国际安全标准ISO 10218所提出的安全要求，有效判断安全输入设备与工业机器人的连接是否安全，实现对工业机器人的安全控制。同时，测试电路11输出的第一测试信号与第二测试信号的测试脉冲不重叠，使得测试电路基于第一测试信号的第一反馈信号以及第二测试信号的第二反馈信号进行比较确认异常情况时，能够实现对两路安全通道的安全状况的全面检测，并且准确快速判断发生异常的原因。并且，第一控制电路111和第二控制电路112不仅分别产生对应的测试信号，还分别基于第一反馈信号和第二反馈信号产生第一检测结果与第二检测结果，进一步通过第一检测结果和第二检测结果之间的交叉验证实现冗余检测，提高检测的准确性，更能够满足工业机器人功能安全标准。其中，工业机器人功能安全标准包括但不限于机械安全标准ISO 13849-1以及国际安全标准ISO 10218所提出的安全要求。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (17)

1.一种工业机器人的安全控制电路，其特征在于，包括：

测试电路，用于产生第一测试信号及第二测试信号，其中，所述第一测试信号的测试脉冲与所述第二测试信号的测试脉冲不重叠；

第一接口电路，与所述测试电路连接，且用于与所述工业机器人的安全输入设备的第一信号传输通道连接，并将所述第一测试信号传递给所述第一信号传输通道，且将从所述第一信号传输通道反馈的第一反馈信号传送给所述测试电路；

第二接口电路，与所述测试电路连接，且用于与所述安全输入设备的第二信号传输通道连接，并将所述第二测试信号传递给所述第二信号传输通道，且将从所述第二信号传输通道反馈的第二反馈信号传送给所述测试电路；

所述测试电路还用于基于所述第一反馈信号和所述第二反馈信号确定所述第一接口电路和所述第一信号传输通道是否异常，及确定所述第二接口电路和所述第二信号传输通道是否异常，并判断发生异常的原因，以在产生异常时，控制所述工业机器人执行安全策略；

其中，所述测试电路包括：

第一控制电路，分别与所述第一接口电路及所述第二接口电路连接，用于产生所述第一测试信号，并基于所述第一反馈信号和所述第二反馈信号确定所述第一接口电路和所述第一信号传输通道是否异常，及确定所述第二接口电路和所述第二信号传输通道是否异常，产生第一检测结果；

第二控制电路，分别与所述第一接口电路及所述第二接口电路连接，用于产生所述第二测试信号，并基于所述第一反馈信号和所述第二反馈信号确定所述第一接口电路和所述第一信号传输通道是否异常，及确定所述第二接口电路和所述第二信号传输通道是否异常，产生第二检测结果；

所述第一控制电路还与所述第二控制电路连接，用于将所述第一检测结果与所述第二检测结果进行交叉验证，以确定所述测试电路是否异常；

所述第一控制电路和所述第二控制电路分别将从所述第一信号传输通道反馈的第一反馈信号及从所述第二信号传输通道反馈的第二反馈信号进行融合处理，进而基于融合处理后的信号判断所述第一信号传输通道、所述第二信号传输通道是否异常。

2.根据权利要求1所述的安全控制电路，其特征在于，所述第一接口电路包括：

第一输出电路，分别与所述测试电路、所述第一信号传输通道的第一端连接；

第一输入电路，分别与所述第一信号传输通道的第二端及所述测试电路连接；

所述第二接口电路包括：

第二输出电路，分别与所述测试电路、所述第二信号传输通道的第一端连接；

第二输入电路，分别与所述第二信号传输通道的第二端及所述测试电路连接。

3.根据权利要求1所述的安全控制电路，其特征在于，所述第一接口电路包括：

第一隔离电路，分别与所述测试电路及所述安全输入设备的第一信号传输通道连接，用于实现所述测试电路的电压与所述安全输入设备之间的电压隔离；

所述第二接口电路包括：

第二隔离电路，分别与所述测试电路及所述安全输入设备的第二信号传输通道连接，用于实现所述测试电路的电压与所述安全输入设备之间的电压隔离。

4.根据权利要求2所述的安全控制电路，其特征在于，所述第一接口电路包括：

第一变压电路，分别与所述测试电路及所述安全输入设备的第一信号传输通道连接，用于实现所述测试电路的电压与所述安全输入设备之间的电压转换；

所述第二接口电路包括：

第二变压电路，分别与所述测试电路及所述安全输入设备的第二信号传输通道连接，用于实现所述测试电路的电压与所述安全输入设备之间的电压转换。

5.根据权利要求2所述的安全控制电路，其特征在于，所述第一输出电路包括：

第一光耦，分别与所述测试电路及所述安全输入设备的第一信号传输通道连接，用于实现所述测试电路的电压与所述安全输入设备之间的电压隔离及电压转换；

所述第二输出电路包括：

第二光耦，分别与所述测试电路及所述安全输入设备的第二信号传输通道连接，用于实现所述测试电路的电压与所述安全输入设备之间的电压隔离及电压转换。

6.根据权利要求1所述的安全控制电路，其特征在于，响应于所述测试电路检测所述第一测试信号与所述第一反馈信号相同，且所述第二测试信号与所述第二反馈信号相同，确定所述安全输入设备无异常，且其状态信息为双通道闭合；

响应于所述测试电路检测所述第一反馈信号及所述第二反馈信号均为低电平信号，确定所述安全输入设备无异常，且其状态信息为双通道断开。

7.根据权利要求1所述的安全控制电路，其特征在于，响应于所述测试电路检测所述第一反馈信号或所述第二反馈信号中的一者为低电平信号，且另一者与对应的测试信号相同，确定所述安全输入设备异常，且其状态信息为与所述一者对应的通道闭合。

8.根据权利要求1所述的安全控制电路，其特征在于，响应于所述测试电路检测所述第一反馈信号或所述第二反馈信号中的一者为低电平信号，确定所述安全输入设备异常，且其状态信息为与所述低电平信号对应的单通道短接地。

9.根据权利要求1所述的安全控制电路，其特征在于，响应于所述测试电路检测所述第一反馈信号或所述第二反馈信号中的一者为高电平信号，确定所述安全输入设备异常，且其状态信息为与所述高电平信号对应的单通道短接到高电平。

10.根据权利要求1所述的安全控制电路，其特征在于，响应于所述测试电路检测第一反馈信号及所述第二反馈信号均为高电平信号，确定所述第一信号传输通道与所述第二信号传输通道之间短路。

11.一种工业机器人的安全控制系统，其特征在于，包括：

安全输入设备，用于采集危险触发信号；

伺服控制器，与所述工业机器人连接，用于控制所述工业机器人；

主控制器，与所述伺服控制器连接，用于控制所述伺服控制器；

安全控制电路，分别与所述安全输入设备及所述伺服控制器连接，用于基于所述危险触发信号产生异常信号，所述伺服控制器基于所述异常信号执行相应的子安全策略；其中所述安全策略包括若干所述子安全策略；

其中，所述安全控制电路为权利要求1至10任一项所述的安全控制电路。

12.一种工业机器人的安全控制方法，其特征在于，用于如权利要求1至10任一项所述的安全控制电路，所述安全控制方法包括：

产生第一测试信号及第二测试信号；

接收从所述第一信号传输通道对所述第一测试信号反馈的第一反馈信号及从所述第二信号传输通道对所述第二测试信号反馈的第二反馈信号；

基于所述第一反馈信号和所述第二反馈信号确定所述第一接口电路和所述第一信号传输通道是否异常，及确定所述第二接口电路和所述第二信号传输通道是否异常，并判断发生异常的原因，以在产生异常时，控制所述工业机器人执行安全策略；

所述测试电路包括第一控制电路及第二控制电路，所述安全控制方法还包括：

利用所述第一控制电路基于所述第一反馈信号及所述第二反馈信号产生第一检测结果；

利用所述第二控制电路基于所述第一反馈信号及所述第二反馈信号产生第二检测结果；

利用所述第一控制电路将所述第一检测结果与所述第二检测结果进行交叉验证，以确定所述测试电路是否异常；

所述第一控制电路和所述第二控制电路分别将从所述第一信号传输通道反馈的第一反馈信号及从所述第二信号传输通道反馈的第二反馈信号进行融合处理，进而基于融合处理后的信号判断所述第一信号传输通道、所述第二信号传输通道是否异常。

13.根据权利要求12所述的安全控制方法，其特征在于，所述基于所述第一反馈信号和所述第二反馈信号确定所述第一接口电路和所述第一信号传输通道是否异常，及确定所述第二接口电路和所述第二信号传输通道是否异常，并判断发生异常的原因，包括：

响应于所述第一测试信号与所述第一反馈信号相同，且所述第二测试信号与所述第二反馈信号相同，确定所述安全输入设备无异常，且其状态信息为双通道闭合；

响应于所述第一反馈信号及所述第二反馈信号均为低电平信号，确定所述安全输入设备无异常，且其状态信息为双通道断开。

14.根据权利要求12所述的安全控制方法，其特征在于，所述基于所述第一反馈信号和所述第二反馈信号确定所述第一接口电路和所述第一信号传输通道是否异常，及确定所述第二接口电路和所述第二信号传输通道是否异常，并判断发生异常的原因，包括：

响应于所述第一反馈信号或所述第二反馈信号中的一者为低电平信号，且另一者与对应的测试信号相同，确定所述安全输入设备异常，且其状态信息为与所述一者对应的通道闭合。

15.根据权利要求12所述的安全控制方法，其特征在于，所述基于所述第一反馈信号和所述第二反馈信号确定所述第一接口电路和所述第一信号传输通道是否异常，及确定所述第二接口电路和所述第二信号传输通道是否异常，并判断发生异常的原因，包括：

响应于所述第一反馈信号或所述第二反馈信号中的一者为低电平信号，确定所述安全输入设备异常，且其状态信息为与所述低电平信号对应的单通道短接地。

16.根据权利要求12所述的安全控制方法，其特征在于，所述基于所述第一反馈信号和所述第二反馈信号确定所述第一接口电路和所述第一信号传输通道是否异常，及确定所述第二接口电路和所述第二信号传输通道是否异常，并判断发生异常的原因，包括：

响应于检测所述第一反馈信号或所述第二反馈信号中的一者为高电平信号，确定所述安全输入设备异常，且其状态信息为与所述高电平信号对应的单通道短接到高电平。

17.根据权利要求12所述的安全控制方法，其特征在于，所述基于所述第一反馈信号和所述第二反馈信号确定所述第一接口电路和所述第一信号传输通道是否异常，及确定所述第二接口电路和所述第二信号传输通道是否异常，并判断发生异常的原因，包括：

响应于第一反馈信号及所述第二反馈信号均为高电平信号，确定所述第一信号传输通道与所述第二信号传输通道之间短路。

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