CN115666872A - 激光机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于构建一种在机器人单元接收来自与机器人单元分开设置的激光振荡器的输出并进行激光束照射的系统中无需引入安全PLC等安全支持系统且不需要繁杂的布线的系统。机器人控制器作为主设备，激光振荡器作为从设备，从机器人控制器向激光振荡器通信机器人单元的安全信号，由此能够以不需要大量的布线从而不使布线复杂的方式进行设计。

Description

激光机器人系统

技术领域

本发明涉及一种激光机器人系统，尤其是涉及一种由多个机器人单元共享一台激光振荡器的激光机器人系统。

背景技术

以往，在多个机器人单元的安全控制系统中，已知有通过单个监视装置来监视多个设备并使探测到异常的设备停止工作的安全控制系统。在专利文献1中记载了一种安全控制系统，其具备具有经由网络连接的安全控制设备的多个单元设备，安全控制设备基于状态数据和判断基准来进行单元设备的动作状态是否异常的判断，在判断为异常的情况下，安全控制设备使单元设备的动作停止，并且将表示这一判断结果的监视数据经由网络直接发送到所指定的其它单元设备。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2015/132938号

发明内容

发明要解决的问题

在专利文献1中，通过安全控制装置仅对多个机器人单元等单元设备进行监视，但是进行激光照射的多个机器人单元接收与机器人单元分开设置的激光振荡器的输出并照射激光束来进行加工作业，在这样的系统中，安全控制装置在针对机器人单元探测到某种异常时，为了使机器人单元的激光照射安全地停止，需要使机器人单元的动作和激光振荡器向机器人单元的输出这两方都停止，从而安全系统变得复杂。而且，为了构建安全系统，需要利用硬线将IO信号输入到激光振荡器和机器人控制器这双方，需要大量的布线，从而布线变得复杂。

尤其是，在由多台机器人单元共享一台激光振荡器的系统中，根据机器人单元的台数而安全信号的布线变多，相较于激光振荡器与机器人单元一一对应的关系的情况而言，布线变得更复杂。

此外，也能够利用安全网络(PROFIsafe、CIP Safety等安全通信标准)来减少布线，但需要引入安全PLC等安全支持系统，在成本和维护方面存在缺点。

因而，寻求构建如下一种系统：在机器人单元接收来自与机器人单元分开设置的激光振荡器的输出并进行激光束照射的系统中，无需引入安全PLC等安全支持系统且不需要繁杂的布线。

用于解决问题的方案

为了解决上述的问题，在本公开的激光机器人系统中，具备具有激光照射装置的多个机器人单元以及与机器人单元分开设置的激光振荡器，其中，各机器人单元各自具备机器人控制器，机器人控制器与机器人单元单独地对应，并且进行对应的机器人单元的监视以及对应的机器人单元的动作的控制，机器人控制器作为主设备，激光振荡器作为从设备，从机器人控制器向激光振荡器通信机器人单元的信号。

发明的效果

根据本公开的激光机器人系统，机器人控制器作为主设备，激光振荡器作为从设备，从机器人控制器向激光振荡器通信机器人单元的安全信号，因此不需要大量的布线，从而布线不会变得复杂。而且，也不需要引入安全PLC等安全支持系统，在成本和维护方面具有有利的效果。

附图说明

图1是以往的激光机器人系统的结构图。

图2是示出从激光振荡器经由光纤线缆向机器人单元传输激光的情况的图。

图3是在以往的激光机器人系统中通过以太网(Ethernet)线缆进行连接来减少布线的结构的结构图。

图4是示出本公开的激光机器人系统的结构图的图。

图5是示出本公开的激光机器人系统的动作的流程的图。

具体实施方式

下面，参照附图来对本公开的实施方式详细地进行说明。

在图1中示出以往的激光机器人系统。机器人单元11、12是具有六轴垂直多关节或四轴垂直多关节等多关节的臂的多关节型机器人，在多关节臂的前端安装有激光照射装置，如图2所示，从激光振荡器20经由高输出激光传输用的光纤线缆向机器人单元11、12传输激光。考虑设置场所的限制、维护性，而将激光振荡器20与机器人单元11、12分开设置。在机器人单元11、12中，从加工头的前端射出激光来进行激光加工。在机器人单元11、12中包括内置有机器人单元安全设备111、121的设备、或用于检测作业者进入到了机器人单元11、12内这一情况的安全光幕等设备等，且与机器人控制器112、122、激光振荡器20进行通信。机器人控制器112、122通过动力线缆而与机器人单元11、12连接，并且通过安全信号线缆而与机器人单元11、12的机器人单元安全设备111、121连接。该安全信号线缆还连接于机器人单元安全设备111、121与激光振荡器20之间，机器人单元安全设备111、121、机器人控制器112、122以及激光振荡器20通过安全信号线缆进行连接，相互发送和接收(1)紧急停止、(2)门开关、(3)光幕的各信号。(1)紧急停止的信号是用于使系统整体紧急地停止的信号，使机器人动作和激光输出都停止。(2)门开关的信号是机器人单元的门的开闭状态的信号。在门为开状态的情况下，不可输出激光。(3)光幕的信号是用于在探测到作业者进入到了(存在于)危险区域的情况下使系统停止的信号，使机器人动作和激光输出都停止。

机器人控制器112、122包括由微处理器构成的处理装置(CPU)、以及RAM、ROM、EEPROM、快闪存储器等存储器构件。机器人控制器112、122在机器人单元11、12中探测到异常时，经由安全信号线缆向机器人单元安全设备111、121和激光振荡器20发送紧急停止信号，使机器人单元11、12的激光照射和激光振荡器的振荡动作这双方停止来实现安全。机器人控制器112、122与激光振荡器20之间通过以太网线缆并借助集线器(HUB)进行连接，进行I/O通信、数据通信。

像这样，在以往的激光机器人系统中，除动力线缆、以太网线缆以外，机器人单元安全设备111、121、机器人控制器112、122以及激光振荡器20之间还需要安全信号线缆，尤其是在多个机器人单元11、12共享一台激光振荡器20的情况下等，需要大量的布线，从而以往中布线复杂而可用性差，效率低。

图3示出如下的激光机器人系统：在机器人单元安全设备111、121、机器人控制器112、122以及激光振荡器20之间，排除以往的激光机器人系统中的安全信号线缆，取而代之地，通过以太网线缆进行连接，从而减少了布线。与图1之间的不同在于，机器人单元安全设备111、121、机器人控制器112、122以及激光振荡器20之间的连接利用以太网线缆来代替安全信号线缆，由于利用了以太网线缆，因此需要引入安全PLC。通过引入安全PLC，安全继电器等被置换为安全PLC，因此电路结构变得简单，能够减少布线，由于从继电器等设备置换为电子设备，因此部件寿命变长，可靠性提高。由于能够使控制盘变小且构成部件少，因此性能水平(Performance Level；PL)的计算变得容易、支持激光机器人系统的安全标准的设计变得容易等在很多方面产生优点。然而，另一方面，由于需要安全PLC，因此在成本和维护方面产生了缺点。

接着，在图4中示出本公开的激光机器人系统。在图4的激光机器人系统中，与图1或图3的激光机器人系统最大的不同在于，在机器人控制器112与激光振荡器20之间的通信中，机器人控制器112作为安全信号的通信的主设备，激光振荡器20作为从设备，由此能够排除图1的激光机器人系统中的将机器人单元安全设备111、121、机器人控制器112、122以及激光振荡器20之间连接的安全信号线缆，并且不需要图3的激光机器人系统的安全PLC。

对图4的本公开的激光机器人系统具体地进行说明。在机器人单元11、12异常时由机器人单元安全设备111、121产生的安全信号(紧急停止信号等)从机器人单元安全设备111、121输入到机器人控制器112、122，使机器人控制器112、122作为安全信号通信的主设备，使激光振荡器20作为从设备，因此该安全信号从机器人控制器112、122经由以太网线缆被发送到激光振荡器20。由此，能够排除安全信号线缆、安全PLC，能够不需要复杂的布线从而提高可用性，并且还能够消除在安全PLC的成本、维护方面的缺点。

机器人控制器112、122能够通过切换来选择是否作为主设备且具有对激光振荡器20进行控制的控制权。只有具有对激光振荡器20进行控制的控制权的机器人控制器112、122才为主设备，只有作为主设备的机器人控制器112、122的安全信号才被设为有效，不作为主设备且不具有对激光振荡器20进行控制的控制权的机器人控制器112、122的安全信号被设为无效。

在图4的激光机器人系统中，机器人控制器122通过切换而选择为不具有对激光振荡器20进行控制的控制权，从而不作为主设备。因此，即使在机器人单元12中产生异常而从机器人控制器122向激光振荡器发送了安全信号的情况下，激光振荡器20的激光振荡动作也不会停止。在该情况下，虽然机器人单元12的激光照射动作由于机器人控制器122的信号而停止，但激光振荡器20不会停止，机器人单元11中的激光照射动作仍在继续。

另一方面，在图4的激光机器人系统中，在机器人单元11中产生了异常的情况下，机器人单元11的机器人控制器112具有对激光振荡器20的控制权(主设备权)，因此激光振荡器20的激光振荡动作由于从机器人控制器112发送到激光振荡器20的安全信号而停止。因此，机器人单元11的激光照射动作被停止，并且即使在机器人单元12中没有异常，机器人单元12的激光照射动作也被停止，从而激光机器人系统整体至少会被暂时地停止。

即使在由多个机器人单元11、12共享一台激光振荡器20的情况下，也能够像这样通过切换来对机器人控制器112、122的主设备功能(对激光振荡器20的控制权)进行选择，因此能够发挥如下的安全功能：能够根据各机器人单元11、12的特性、使用状况，在系统整体上以多种方式应对系统内的异常状态。

另外，机器人控制器112、122的主设备功能(对激光振荡器20的控制权)不仅发挥如上述的实施例那样的在机器人单元11、12异常时的安全功能、即控制安全信号向激光振荡器20的发送，还能够有效利用于多个机器人单元11、12以在时间上分隔开的方式分开利用激光振荡器20的系统。在该系统中，例如根据时间来切换两个机器人控制器112、122的主设备权(对激光振荡器20的控制权)，在某时间段中，设定为机器人控制器112具有主设备权且机器人控制器122不具有主设备权，在其它的时间段中，设定为机器人控制器112不具有主设备权且机器人控制器122具有主设备权。而且，在从机器人控制器112或122接收到激光振荡的输出指令的情况下，激光振荡器20仅向与接收到激光振荡的输出指令的机器人控制器112或122对应的机器人单元11或12进行激光振荡的输出。这样，在机器人控制器112具有主设备权的时间段中，来自机器人控制器112的针对激光振荡器20的激光输出指令的信号变为有效，从而仅机器人单元11能够利用激光振荡器20的输出来进行激光照射，来自不具有主设备权的机器人控制器122的针对激光振荡器20的激光输出指令变为无效，从而机器人单元12不能够进行激光照射。反之，在机器人控制器122具有主设备权的时间段中，仅机器人单元12能够利用激光振荡器20的输出来进行激光照射，机器人单元11不能够进行激光照射。像这样，机器人控制器112、122的主设备功能(对激光振荡器20的控制权)也能够有效利用于在机器人单元11、12之间以在时间上分隔开的方式分开使用激光振荡器20的激光输出的系统。

通过图5的流程图示出基于本公开中的激光机器人系统的安全控制系统的工作。如图5所示，首先，为了构建激光机器人系统而配置机器人单元、机器人控制器、激光振荡器(步骤ST1)。机器人单元被配置多个，由多个机器人单元共享一台激光振荡器。另外，与各机器人单元一一对应地设置有机器人控制器。

接着，在各机器人控制器中，设定对激光振荡器进行控制的控制权(主设备权)(步骤ST2)。在机器人控制器不具有主设备权的情况下，从机器人控制器发送到激光振荡器的安全信号变为无效。之后，使激光机器人系统的运转开始或继续(步骤ST3)。

然后，判定利用激光机器人系统的激光加工作业是否完成(步骤ST4)。在判定结果为“是”的情况下、即在利用激光机器人系统的激光加工作业完成的情况下，系统结束，本流程结束。在判定结果为“否”的情况下、即在利用激光机器人系统的激光加工作业没有完成且仍在继续的情况下，进入下一步骤ST5。

在步骤ST5中，判定是否在各机器人单元中的任一个机器人单元中探测到异常。在判定结果为“是”的情况下、即在各机器人单元中的任一个机器人单元中探测到异常的情况下，被探测到异常的机器人单元的照射动作被停止(步骤ST6)，并且进入下一步骤ST7，判定被探测到异常的机器人单元的机器人控制器是否具有对激光振荡器的控制权(主设备权)。在步骤ST5中的判定结果为“否”的情况下、即在各机器人单元中的任一个机器人单元中均未探测到异常的情况下，返回到步骤ST3，使机器人系统的运转继续，并等待完成。

在各机器人单元中的任一个机器人单元中探测到异常之后的步骤ST7中，判定被探测到异常的机器人单元所对应的机器人控制器是否具有对激光振荡器的控制权(主设备权)。在判定结果为“是”的情况下、即在被探测到异常的机器人单元所对应的机器人控制器具有对激光振荡器的控制权(主设备权)的情况下，使激光振荡器的振荡动作停止(步骤ST8)。然后，当激光振荡器的振荡动作被停止时，在任一个机器人单元中都不再能够进行激光照射，因此激光机器人系统整体至少暂时结束，本流程结束。

在步骤ST7中的判定结果为“否”的情况下、即在被探测到异常的机器人单元所对应的机器人控制器不具有对激光振荡器的控制权(主设备权)的情况下，激光振荡器的振荡动作不会被停止，激光振荡器的振荡动作继续。然后，进入下一步骤ST9。

在下一步骤ST9中，判定是否存在其它运行中的机器人单元。在判定结果为“是”的情况下、即存在其它运行中的机器人单元的情况下，虽然被探测到异常的机器人单元的照射动作停止了，但激光振荡器未停止，从而其它运行中的机器人单元的激光照射动作仍在继续，因此返回到步骤ST3，使作为激光机器人系统整体而言的系统的运转状况继续，等待作业的完成。

在步骤ST9中的判定结果为“否”的情况下、即在不存在其它运行中的机器人单元的情况下，对于被探测到异常的机器人单元，其照射动作在步骤ST6中被停止，另外，也不存在其它运行中的机器人单元，因此可以说在激光机器人系统整体上不存在运行着的机器人，从而激光机器人系统整体至少暂时结束，本流程结束。

接着，对本公开的发明的激光机器人系统的效果进行说明。首先，表示本公开的发明的激光机器人系统的中心特征的基本效果在于，机器人控制器作为主设备，激光振荡器作为从设备，从机器人控制器向激光振荡器通信机器人单元的安全信号等信号，因此能够减少以往所需要的大量的布线，能够消除因布线复杂而使可用性变差这样的在布线设计上的问题。另外，与此同时也不需要引入安全PLC等安全支持系统，在成本和维护方面也比以往得到了改善。

另外，在本公开的发明的激光机器人系统中，在机器人控制器在对应的机器人单元中探测到异常的情况下，机器人控制器使该对应的机器人单元的激光照射停止，并且通过从机器人控制器向激光振荡器通信机器人单元的安全信号来使激光振荡器的振荡动作停止。即，不是仅使机器人单元的激光照射及激光振荡器的振荡动作中的一方停止来实现安全，而是使这两方停止来实现安全，因此特别能够提高安全性。

另外，在本公开的发明的激光机器人系统中，在由多个机器人单元共享一台激光振荡器的情况下，同机器人单元与振荡器一一对应的情况相比布线的繁杂性增加，因此可以说如果应用本公开的激光机器人系统则能够获得更大的效果。

并且，在本公开的发明的激光机器人系统中，机器人控制器能够通过切换来选择是否具有作为主设备的控制权，能够仅将从具有作为主设备的控制权的机器人控制器发送的安全信号设为有效。根据该结构，在机器人控制器通过切换而选择为不具有作为主设备的控制权的情况下，即使在机器人单元中探测到异常的情况下，机器人控制器也仅使对应的被探测到异常的机器人单元的激光照射停止，而不使激光振荡器停止，能够使共享激光振荡器的其它机器人单元的激光照射动作继续。在包括多个机器人单元的激光机器人系统中，具有能够根据各机器人单元的特性、使用状况来在系统整体上以多种方式应对系统内的异常状态这样的效果。

另外，作为本公开的发明的激光机器人系统的其它应用，将从机器人控制器向激光振荡器通信的信号设为向与机器人控制器对应的机器人单元进行激光振荡的输出的输出指令信号，在时间上切换机器人控制器是否具有针对激光振荡器的作为主设备的控制权，由此能够设为在多个机器人单元之间以在时间上分隔开的方式分开使用激光振荡器的激光振荡的输出的系统。根据这样的系统，具有能够由多个机器人单元更高效地分开使用激光振荡器的激光振荡输出这样的效果。

关于本发明的实施，上面对实施方式进行了说明，但本发明并不受这样的实施方式的任何限定，当然，在不脱离本发明的主旨的范围内能够以各种方式进行实施。

附图标记说明

11、12：机器人单元；111、121：机器人单元安全设备；112、122：机器人控制器；20：激光振荡器。

Claims (8)

1.一种激光机器人系统，具备具有激光照射装置的多个机器人单元以及与所述机器人单元分开设置的激光振荡器，所述激光机器人系统的特征在于，

多个所述机器人单元各自具备机器人控制器，所述机器人控制器与所述机器人单元单独地对应，并且进行对应的所述机器人单元的监视以及对应的所述机器人单元的动作的控制，

所述机器人控制器作为主设备，所述激光振荡器作为从设备，从所述机器人控制器向所述激光振荡器通信所述机器人单元的信号。

2.根据权利要求1所述的激光机器人系统，其特征在于，

由多个所述机器人单元共享一台所述激光振荡器。

3.根据权利要求1或2所述的激光机器人系统，其特征在于，

所述机器人控制器能够通过切换来选择是否具有作为主设备的控制权。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的激光机器人系统，其特征在于，

从所述机器人控制器向所述激光振荡器通信的信号为安全信号。

5.根据权利要求4所述的激光机器人系统，其特征在于，

在所述机器人控制器在对应的所述机器人单元中探测到异常的情况下，所述机器人控制器使所述对应的所述机器人单元的激光照射停止，并且通过从所述机器人控制器向所述激光振荡器通信所述机器人单元的安全信号，来使所述激光振荡器的输出停止。

6.根据权利要求5所述的激光机器人系统，其特征在于，

仅将从具有作为主设备的控制权的所述机器人控制器发送的安全信号设为有效。

7.根据权利要求1～3中的任一项所述的激光机器人系统，其特征在于，

从所述机器人控制器向所述激光振荡器通信的信号为向与所述机器人控制器对应的所述机器人单元进行激光振荡的输出的输出指令信号。

8.根据权利要求7所述的激光机器人系统，其特征在于，

所述机器人控制器通过在时间上切换是否具有作为主设备的控制权，能够在多个所述机器人单元之间以在时间上分隔开的方式分开使用所述激光振荡器的激光振荡的输出。

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