CN115685730A - 机器人的控制系统、机器人系统、运动轴及关节伺服机构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及工业机器人的安全控制领域，公开机器人的控制系统、机器人系统、运动轴及关节伺服机构，控制系统包括：第一安全控制板设置在机器人的运动轴，获取其运动信息及基于运动信息确定机器人是否异常和/或获取安全触发信号，在异常时或基于安全触发信号实现运动轴的安全控制；或者控制系统包括第二安全控制板及与第二安全控制板连接的第三安全控制板，第二安全控制板设置在机器人的运动轴，获取其运动信息及实现运动轴的安全控制；第三安全控制板基于运动信息确定机器人是否异常和/或获取安全触发信号，第三安全控制板在机器人异常或者接收到安全触发信号时向第二安全控制板发送安全控制指令，第二安全控制板实现对运动轴的安全控制。

Description

机器人的控制系统、机器人系统、运动轴及关节伺服机构

技术领域

本申请涉及工业机器人的安全控制领域，特别是涉及机器人的控制系统、机器人系统、运动轴及关节伺服机构。

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。机器人安全功能的实现一方面需要采集安全输入设备信号实现紧急停止以及保护性停止，另一方面需要采集机器人各运动关节的动力学及运动学信息，实现安全监控功能，以满足工业机器人功能安全标准。

但现有的机器人安全架构不完善，且不能基于运动关节的动力学及运动学信息实现对运动关节的安全控制，使得机器人控制的安全性较低，导致安全级别达不到工业机器人功能安全标准的要求。

发明内容

本申请至少提供机器人系统及机器人的控制系统、运动轴、关节伺服机构。

本申请第一方面提供了一种机器人的控制系统，该控制系统包括：第一安全控制板，第一安全控制板用于获取运动轴的运动信息及基于运动信息确定机器人是否异常，并在异常时实现运动轴的安全控制，和/或第一安全控制板用于获取安全触发信号，并基于安全触发信号实现运动轴的安全控制；或者，该控制系统包括第二安全控制板及与第二安全控制板连接的第三安全控制板，其中：第二安全控制板用于用于获取运动轴的运动信息及实现运动轴的安全控制；第三安全控制板用于基于运动信息确定机器人是否异常和/或获取安全触发信号，第三安全控制板在机器人异常或者接收到安全触发信号时向第二安全控制板发送安全控制指令，以使第二安全控制板基于安全控制指令实现对运动轴的安全控制。

本申请第二方面提供了一种机器人的控制系统，机器人的运动轴上设置有第二安全控制板，该机器人的控制系统包括与第二安全控制板连接的第三安全控制板，用于从第二安全控制板获取机器人的运动轴的运行信息和/或获取安全触发信号，且基于运动信息确定机器人的运动是否异常，并在机器人异常和/或接收安全触发信号时向第二安全控制板发送安全扭矩关断命令，以使第二安全控制板实现对运动轴的安全控制。

本申请第三方面提供了一种机器人系统，该机器人系统包括：控制柜；如上述的控制系统，第三安全控制板设置在控制柜内；机器人，设置有多个关节，关节设有一个第二安全控制板。

本申请第四方面提供了一种机器人的运动轴，该机器人的运动轴包括：主体；第一安全控制板，用于设置在主体内，用于获取运动轴的运动信息及基于运动信息确定机器人是否异常，并在异常和/或接收安全触发信号时实现运动轴的安全控制；或者，运动轴包括第二安全控制板，设置在主体内，用于获取运动轴的运动信息，第二安全控制板用于机器人的第三安全控制板连接，用于获取将运动信息传送给第三安全控制板，并从第三安全板接收安全控制指令，以基于安全控制指令实现运动轴的安全控制，其中，安全控制指令是第三安全控制板基于运动信息确定机器人异常或者接收到安全触发信号时产生的。

本申请第五方面提供了一种机器人的关节伺服机构，设置在机器人的运动轴上，关节伺服机构包括：第一安全控制板，用于获取运动轴的运动信息及基于运动信息确定机器人是否异常，并在异常或者接收到安全触发信号时产生安全控制指令；关节伺服板，与第一安全控制板连接，用于基于安全控制指令实现运动轴的安全控制。

上述方案，通过第一安全控制板或第二安全控制板获取运动轴的运动信息及实现运动轴的安全控制，同时利用第一安全控制板或者利用第三安全控制板基于运动信息确定机器人是否异常和/或接收安全触发信号，并机器人异常或者接收到安全触发信号时，通过第一安全控制板或者第二安全控制板实现对运动轴的安全控制，实现对机器人的运动的安全位置、安全速度、安全力矩及安全触发等监控功能，同时能够实现紧急停止以及保护性停止的功能等安全控制，进而使机器人符合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ISO 10218和机械安全标准ISO 13849-1。

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是本申请机器人的控制系统第一实施例的结构示意图；

图2是本申请机器人的控制系统第二实施例的结构示意图；

图3是本申请机器人的控制系统第三实施例的结构示意图；

图4是本申请第三安全控制板一实施例的结构示意图；

图5是本申请第二安全控制板一实施例的结构示意图；

图6是本申请机器人系统一实施例的结构示意图；

图7是本申请机器人的运动轴一实施例的结构示意图；

图8是本申请机器人的运动轴另一实施例的结构示意图；

图9是本申请机器人的控制系统一实施例的结构示意图；

图10是本申请机器人的关节伺服机构一实施例的结构示意图。

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。本申请提供一种机器人的控制系统，使得应用该控制系统的机器人满足机械安全标准ISO 13849-1以及国际安全标准ISO 10218所提出的安全要求，实现对机器人的运动的安全位置、安全速度、安全力矩及安全触发等的监控功能，同时还能够实现紧急停止以及保护性停止的功能，如安全扭矩关断、安全抱闸、停电安全停机等。

本申请首先提出一种机器人的控制系统，本申请的机器人的控制系统包括：第一安全控制板，第一安全控制板用于设置在机器人的运动轴，用于获取运动轴的运动信息及基于运动信息确定机器人是否异常，并在异常时实现运动轴的安全控制，和/或第一安全控制板用于获取安全触发信号，并基于安全触发信号实现运动轴的安全控制；或者，该控制系统包括第二安全控制板及与第二安全控制板连接的第三安全控制板，其中：第二安全控制板用于设置在机器人的运动轴，用于获取运动轴的运动信息及实现运动轴的安全控制；第三安全控制板用于基于运动信息确定机器人是否异常和/或获取安全触发信号，第三安全控制板在机器人异常或者接收到安全触发信号时向第二安全控制板发送安全控制指令，以使第二安全控制板基于安全控制指令实现对运动轴的安全控制。

通过在机器人的运动轴设置第一安全控制板或第二安全控制板，以获取运动轴的运动信息及实现运动轴的安全控制，同时利用第一安全控制板或者利用第三安全控制板基于运动信息确定机器人是否异常和/或接收安全触发信号，并机器人异常或者接收到安全触发信号时，通过第一安全控制板或者第二安全控制板实现对运动轴的安全控制，实现对机器人的运动的安全位置、安全速度、安全力矩及安全触发等监控功能，同时能够实现紧急停止以及保护性停止的功能等安全控制，进而使机器人符合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ISO 10218和机械安全标准ISO 13849-1。

具体地，请参阅图1，图1是本申请机器人的控制系统第一实施例的结构示意图。如图1所示，本申请机器人的控制系统10主要包括第三安全控制板11以及第二安全控制板12。其中，第三安全控制板11可以设置在机器人的控制柜，且与第二安全控制板12连接。

机器人的控制柜可以设置在机器人的运动轴上，或者设置在机器人的本体上，又或者独立于机器人外。

具体地，第二安全控制板12用于获取运动轴的运动信息及实现控制，其中该运动轴可为设置有第二安全控制板12的运动轴，或者为第二安全控制板12所在区域内的运动轴。其中，第二安全控制板12的数量可为单个或多个，且其具体数量与机器人的关节数量相关。具体地，第二安全控制板12设置在机器人的运动轴，运动轴具体可为机器人的关节运动轴或者扩展运动轴。

其中，该安全控制包括安全扭矩关断、安全抱闸、停电安全停机、安全触发停机（安全外设被触发）等中的至少一种。可选地，安全外设可包括急停按钮、安全门锁、安全光栅、激光雷达、手压开关、插销式开关、安全拉伸开关、绞索连锁开关、安全使能开关、安全限位开关或安全地毯开关等等。

其中，运动信息包括动力学信息及运动学信息。具体地，动力学一般用于研究波的振幅、频率、相位等所含信息，本实施例主要针对力矩矢量计算的研究，动力学信息至少包括力矩信息等；运动学一般用于研究点的运动方程、轨迹、位移、速度、加速度等运动特征，本实施例主要针对速度、位置矢量计算的研究，运动学信息至少位置信息、速度信息、加速度信息等。

可选地，在一实施例中，第二安全控制板12的数量与机器人的运动轴的数量相等，以使每一第二安全控制板12对应运动轴设置，通过每一第二安全控制板12实现获取与其对应运动轴的运动信息，并且实现对该运动轴的安全控制。可选地，在另一实施例中，第二安全控制板12的数量少于机器人的运动轴的数量，通过同一第二安全控制板12获取多个机器人的运动轴的运动信息及实现多个控制，具体可通过分区域的方式设置第二安全控制板12的位置。

可选地，在本实施例中，运动轴可为机器人的关节运动轴，进一步地，本实施例的机器人具体可为六轴机器人，因此机器人的关节运动轴的数量可为六个；或者，运动轴还可以是设置在机器人的底座或末端关节上的扩展轴；或者，运动轴还可以是设置于工件加工台上用于带动工件移动的扩展轴。

第三安全控制板11与第二安全控制板12连接，第二安全控制板12获取的运动信息，以根据该运动信息判断机器人是否异常，并在判断机器人异常时向第二安全控制板12发送安全控制指令，以使第二安全控制板12实现对运动轴的安全控制。通常而言，第三安全控制板11设置在机器人的控制柜，通过收纳于机器人内部的线束与第二安全控制板12连接。

如图1所示，本实施例控制系统10还包括连接第三安全控制板11与第二安全控制板12的第一通信总线101，第一通信总线101用于实现第三安全控制板11与第二安全控制板12之间的信号传输。

其中，第一通信总线101的物理层设有安全通信保护协议。本实施例通过第一通信总线101的物理层实现安全控制信号的传输。可选地，本实施例第一通信总线101具体可为RS485（Recommended Standard 485）通信总线。可选地，在其他实施例中，第一通信总线101还可为CAN总线或LAN总线或以太网或者Ethercat等等。

其中，RS485通信总线是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准，该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。RS485通信总线采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mv的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。

RS485通信总线通常采用半双工工作方式，支持多点数据通信，并且RS485通信总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，即采用一条总线将各个节点串接起来，即可满足本实施例包括第三安全控制板11和多个第二安全控制板12的节点之间的信号传输。

具体地，由于第一通信总线101是第三安全控制板11与第二安全控制板12之间实现信号传输的依据，因此需要对第一通信总线101的通信状态是否异常进行监测。其中，监测的方法可如下所示的多种方法。

序列和确认字段是帮助将TCP分类为面向连接协议的许多功能中的两个。因此，当通过TCP连接发送数据时，它们有助于远程主机跟踪连接，并确保在到达目的地的路上没有数据包丢失。TCP利用肯定的确认、超时和重传来确保用户数据的无差错的顺序传递。如果重传定时器在接收到确认之前到期，则确定发送的数据流中的最后一个确认字节，并从该确认字节之后的字节开始重发数据。由于在每个操作系统上产生的序列号不同，因此在使用特殊的算法时，操作系统将产生这些数字，用于跟踪发送或接收的数据包。

时间戳（TimeStamp）是TCP报文头部的一个可选项，一共占用10个字节，其中kind占用1字节，length占用1字节，info占用8字节。其中info字段又分为两个部分，timestamp和timestamp echo，各自占用4字节。具体地，tcp的时间戳主要解决计算往返时延RTT和防止序列号回绕问题。

针对可能出现的非预期重复故障、不正确的顺序故障、信息丢失故障、非预期插入故障等问题，第三安全控制板11可通过检查序列号的方式或插入时间戳的方式对第一通信总线101进行异常监测。

数据信息传递具有一定延时性，不同数据链路进行通信时的比特数可能并不相同，需要确定消息传送的平均时延和最大时延，才能满足通信的时延指标的总要求，具体可通过应用计算或模拟的方法进行计算。针对可能出现的信息延时故障问题，第三安全控制板11可通过时间预期的方式对第一通信总线101进行异常监测。

针对可能出现的非预期插入故障、乱序故障、地址编码故障等问题，第三安全控制板11可通过地址编码的方式对第一通信总线101进行异常监测。

数据的完整性也是数据传输中至关重要的一部分，如果存在数据缺损可能导致获取的数据信息错误，而数据校验就是对通信中传送与接收方对数据完整性的检查，数据校验常用到一些算法用于对数据完整性进行检查。在通信领域常用的几种校验方法包括：把原始数据和待比较数据直接进行比较、md5校验和数字签名、奇偶校验（Parity Check）、crc循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check）或者bcc异或校验法（block checkcharacter）。

针对可能出现的数据污染故障的问题，第三安全控制板11可通过数据完整性校验的方式对第一通信总线101进行异常监测。

此外，针对可能出现的数据污染故障、信息丢失故障、非预期插入故障、信息丢失故障等问题，第三安全控制板11还可通过信息反馈的方式对第一通信总线101进行异常监测。

本实施例通过在机器人的运动轴设置第二安全控制板12，以获取运动轴的运动信息及实现运动轴的安全扭矩关断控制，其中不仅可实现对机器人关节的安全监测，还可以实现对控制控制工件移动的扩展轴进行安全监测，提高安全监测的范围和可靠性。同时，将与第二安全控制板12连接的第三安全控制板11设置在机器人的控制柜，第三安全控制板11基于第二安全控制板12获取的运动信息判断机器人是否异常，并在判断机器人异常时向第二安全控制板12发送安全控制指令，以使第二安全控制板12实现对运动轴的安全控制，实现对机器人的运动的安全位置、安全速度、安全力矩及安全触发等监控功能，同时能够实现紧急停止以及保护性停止的功能等安全控制，进而使机器人符合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ISO 10218和机械安全标准ISO 13849-1。

进一步地，本实施例通过第一通信总线101即可实现不同的安全控制元件之间的安全相关信息的传递，具体可为将第二安全控制板12获取的运动信息传输至第三安全控制板11，以及将第三安全控制板11产生的安全控制指令传输至第二安全控制板12，即实现第二安全控制板12与第三安全控制板11之间运动信息以及安全控制信息的传递。

本实施例将所有安全控制信号均通过设置于机器人内部的第一通信总线101传输，能够在机器人的内部实现对全部安全相关处理，以保证了控制系统10的整体安全可靠性，能够大大增强控制系统10的可用性、适用性及可拓展性。同时，本实施例所使用的第三安全控制板11与第二安全控制板12均为安全部件，不存在由于非安全部件参与安全通信从而导致的危险性，进一步确保了控制系统10的安全性。

进一步地，本实施例第三安全控制板11通过上述多种监测方式监测第一通信总线101的通信状态，能够对所有的通信问题进行覆盖监测，有效降低第二安全控制板12与第三安全控制板11之间通信的安全风险，增强了通信安全性。并且，由于第一通信总线101为RS485通信总线，而RS485通信总线是单主从结构，因此第三安全控制板11与第二安全控制板12构成主从式的安全系统，通信由第三安全控制板11发起，能够分散第三安全控制板11接收多个第二安全控制板12输出通信的压力，并且能够提升资源利用率，以及实现从机，即第二安全控制板12的扩展性比较灵活。

进一步地，由于多个第二安全控制板12与第三安全控制板11仅使用第一通信总线101连接，使得机器人控制器与机器人本体连接的线束简洁。同时，控制系统10的整体架构能够支持设置多关节和多外部轴，也就是说关节、外部轴的数量可以简易地进行扩展。当第三安全控制板11与第二安全控制板12构成完整的控制系统10应用在机器人上时，可以实现对各关节以及外部扩展轴的运动进行安全监控。

结合图1，进一步参阅图2，图2是本申请机器人的控制系统第二实施例的结构示意图。如图2所示，本实施例控制系统10还包括运动控制板13和多个关节伺服板14。可选地，关节伺服板14可与该关节伺服板14所在的关节内设置的伺服驱动器连接，实现该关节的伺服驱动控制。

具体地，运动控制板13连接第三安全控制板11，运动控制板13用于产生运动控制信息并且获取安全参数，进一步将安全参数传送给第三安全控制板11，以及从第三安全控制板11获取安全监测信息，其中，安全监测信息是基于运动信息及安全参数得到的。其中，安全参数与机器人的运动设置参数相关，具体可根据机器人的运动设置参数所设置。

为了靠近机器人运动轴的伺服电机，实现对伺服电机驱动的控制，关节伺服板14也设置在机器人的运动轴中。同一运动轴中的关节伺服板14和第二安全控制板12彼此连接，并且进一步与运动控制板13连接。

具体地，关节伺服板14用于基于运动控制信息控制运动轴运动，且用于在第二安全控制板12的控制下执行安全控制操作。

可选地，在本实施例中，第三安全控制板11与运动控制板13可通过第一通信总线101连接，同时，关节伺服板14与运动控制板13及对应的第二安全控制板12可通过第一通信总线101连接，实现采用一条物理总线即可实现传输运动控制信号以及安全控制信号，即运动控制信息、安全参数、运动信息以及安全控制指令等，能够在实现同时传输运动控制信号与安全控制信号的同时，有效降低生产成本。

同时，由于第二安全控制板12与第三安全控制板11均为安全控制元件，使得其传输的安全控制信号具有较高的可靠性，则当非安全控制元件的运动控制板13或关节伺服板14需要读取相关的安全控制信号时，也可通过第一通信总线101进行数据读取，以降低控制系统10的整体复杂度或者成本。并且，控制系统10使用单物理总线的第一通信总线101，使得非安全部件的运动控制板13或关节伺服板14可以监控安全通信相关状态，能够增加控制系统10的安全性。

进一步地，在本实施例中，运动控制板13与关节伺服板14通过第一通信总线101连接，以传输运动信息、安全控制指令和/或运动控制信息。

具体地，运动信息、安全控制指令和/或运动控制信息采用分时复用方式传输，以防止运动控制信号与安全控制信号出现串扰的问题。具体地，第三安全控制板11、第二安全控制板12、运动控制板13以及关节伺服板14通过监视第一通信总线101的状态并按照特定时序发送数据。由于控制信号与安全信号合并在同一条物理总线上分时传输，因此需要对第一通信总线101进行合理的预先划分，并且需要满足下述三点要求：第一，安全信号在满足安全需求的前提下按照预先确定的时序传输以提升传输稳定性。第二，在安全信号传输之余，剩余传输带宽完全由控制信号小周期高频率传输以提升控制精准性。第三，安全信号传输优先级高于控制信号。

结合图1和图2，进一步参阅图3，图3是本申请机器人的控制系统第三实施例的结构示意图。如图3所示，本实施例控制系统10还包括第二通信总线102，其中，第二通信总线102连接运动控制板13和关节伺服板14，同时，第二通信总线102进一步连接第三安全控制板11和运动控制板13。具体地，本实施例第二通信总线102具体为EtherCAT总线。

本实施例控制系统10通过设置用于传输安全控制信号的第一通信总线101，以及设置用于传输运动控制信号的第二通信总线102，使得控制系统10的安全侧和控制侧相互独立，在实现传输安全控制信号和运动控制信号的同时，能够防止数据串扰，并且防止安全控制信号泄露，提高控制系统10的整体安全性。

可选地，在另一实施例中，控制系统10还包括异步收发传输器（UART，UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter），异步收发传输器一端连接第三安全控制板11，另一端连接运动控制板13。

具体地，异步收发传输器能够将运动控制信息、安全参数以及安全监测信息对应传输第三安全控制板11或运动控制板13处，运动控制板13与关节伺服板14通过第二通信总线102传输运动控制信息，第三安全控制板11与第二安全控制板12通过第一通信总线101传输运动轴的运动信息以及安全控制指令。

本实施例控制系统10通过不同的传输器或者不同的通信总线传输相应的信息，能够防止数据串扰，并且防止安全控制信号泄露，提高控制系统10的整体安全性。

进一步地，本实施例的运动信息可包括第一运动信息及第二运动信息，第二安全控制板12还可以包括第五控制电路以及第六控制电路。其中，两个控制电路均可为微控制单元（MCU，Microcontroller Unit）。

具体地，第五控制电路连接第三安全控制板11，该控制电路用于获取运动轴的第一运动信息以及根据第一运动信息实现运动轴的安全控制；第六控制电路分别与第三安全控制板11和第五控制电路连接，用于获取运动轴的第二运动信息以及根据第二运动信息实现运动轴的安全控制。

第五控制电路还用于交叉验证第二运动信息与第一运动信息，以通过交叉验证的结果判断第二安全控制板12是否异常，并在判断第二安全控制板12异常时执行对应的安全策略。

本实施例第二安全控制板12通过设置第五控制电路和第六控制电路，且分别与第三安全控制板11连接，即通过设置双冗余控制电路获取运动轴的运动信息，能够提高第二安全控制板12获取运动轴的运动信息的准确性，降低第三安全控制板11根据错误的运动信息而产生错误的安全控制指令的可能性，提高了控制系统10的可靠性，进而使应用该控制系统10的机器人符合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ISO 10218和机械安全标准ISO 13849-1。

可选地，在其他实施例中，控制系统10还包括第一通信电路和第二通信电路。其中，第一通信电路设置在机器人的控制柜内，且与第三安全控制板11连接。第二通信电路设置在机器人的运动轴，且与第二安全控制板12连接，第二通信电路与第一通信电路之间无线通信，以使得设置于控制柜的第三安全控制板11与设置于运动轴的第二安全控制板12实现无线通信，能够有效减少不同安全控制元件之间的连线，降低控制系统10的线路布局的复杂度，简化控制系统10，并且降低生产成本。

结合图1-图3，进一步参阅图4，图4是本申请第三安全控制板一实施例的结构示意图。如图4所示，第三安全控制板11包括第三控制电路111和第四控制电路112。

其中，安全监测信息包括第一安全监测信息及第二安全监测信息，第三控制电路111基于运动信息和安全参数得到第一安全监测信息，第四控制电路112基于运动信息及安全参数得到第二安全监测信息。可选地，本实施例的第三控制电路111和第四控制电路112均可为微控制单元，即第三安全控制板11包括由第三控制电路111和第四控制电路112形成的双MCU架构。

具体地，第三控制电路111连接第二安全控制板12与运动控制板13，第三控制电路111用于基于第二安全控制板12获取的运动信息确定机器人的第一安全监测信息，并在基于第一安全监测信息判断机器人的运动异常时向第二安全控制板12发送安全控制指令。

第四控制电路112连接第二安全控制板12与第三控制电路111，第四控制电路112用于基于第二安全控制板12获取的运动信息确定机器人的第二安全监测信息，并在基于安全监测信息判断机器人的运动异常时向第二安全控制板12发送安全控制指令。

第三控制电路111还用于交叉验证第一安全监测信息与第二安全监测信息，并根据交叉验证结果判断第三安全控制板11是否异常，并在判断第三安全控制板11异常时执行对应的安全策略。

可选地，在其他实施例中，控制系统10可通过第四控制电路112对第一安全监测信息与第二安全监测信息进行交叉验证，并根据交叉验证结果判断第三安全控制板11是否异常，并在判断第三安全控制板11异常时执行对应的安全策略。或者，由第三控制电路111和第四控制电路112同时对第一安全监测信息与第二安全监测信息进行交叉验证，在其中一者判断第三安全控制板11异常时执行对应的安全策略。

本实施例第三安全控制板11通过设置分别与运动控制板13和第二安全控制板12连接的第三控制电路111和第四控制电路112，即设置双冗余控制电路以获取运动轴的运动信息及安全参数，以提高第三安全控制板11基于运动信息及安全参数得到的安全监测信息的准确性，提高了控制系统10的可靠性，进而使应用该控制系统10的机器人符合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ISO 10218和机械安全标准ISO 13849-1。

进一步地，运动控制板13还可通过对安全参数进行CRC（循环冗余效验）编码，确保安全参数正确无误地被配置。

具体地，运动控制板13对安全参数进行CRC编码，以获得第一CRC效验码，并将预先配置好的安全参数及第一CRC效验码传送至第三控制电路111。

第三控制电路111对安全参数进行CRC编码，以获得第二CRC效验码，并将第二CRC效验码与第一CRC效验码进行比对。当第三控制电路111判断二者不一致时，第三控制电路111通知运动控制板13重新发送安全参数及第一CRC效验码。当第三控制电路111判断二者一致，第三控制电路111存储该安全参数及第二CRC效验码，并将该安全参数及第二CRC效验码发送至第四控制电路112。

第四控制电路112进一步存储该安全参数及第二CRC效验码，同时对存储的安全参数进行CRC编码，以获得第三CRC效验码，并将第三CRC效验码反馈给第三控制电路111。

第三控制电路111对已存储的安全参数进行CRC编码，以获得第四CRC效验码，将第四CRC效验码与第三CRC效验码进行比对。当第三控制电路111判断二者一致，第三控制电路111则将存储的安全参数反馈给运动控制板13，以通过运动控制板13对安全参数进行确定。

可选地，在运动控制板13通过上述CRC编码流程确认安全参数完成配置时，需要在机器人的主控制器显示更改项并由用户最终确认。

若用户最终确认使用该安全参数，则主控制器发送确认指令给第三控制电路111，第三控制电路111同步将确认指令同步给第四控制电路112，然后第三控制电路111和第四控制电路112分别切换存储器当前参数配置区域并使该安全参数生效。

若用户取消使用该安全参数，则主控制器发送取消指令给第三控制电路111，第三控制电路111同步将取消指令同步给第四控制电路112，然后第三控制电路111和第四控制电路112不进行切换存储器当前参数配置区域。

若系统掉电后重启，第三控制电路111从第三控制电路111存储安全参数的当前参数配置区域中读取对应的安全参数，同时第四控制电路112会从第四控制电路112存储安全参数的当前参数配置区域中读取对应的安全参数，并第三控制电路111和第四控制电路112分别再次进行CRC效验。具体为第四控制电路112发送根据其存储的安全参数进行CRC编码所CRC码至第三控制电路111，第三控制电路111根据其存储的安全参数进行CRC编码产生另一CRC码，当第三控制电路111比较两CRC码一致才应用该安全参数并通知第四控制电路112应用该安全参数。

可选地，还可为第三控制电路111发送根据其存储的安全参数进行CRC编码所CRC码至第四控制电路112，第四控制电路112根据其存储的安全参数进行CRC编码产生另一CRC码，第四控制电路112比较两CRC码一致才应用该安全参数并通知第三控制电路111应用该安全参数。

本申请通过设置形成主从式的安全系统的第三安全控制板11与第二安全控制板12，并且将第二安全控制板12设置于机器人的运动轴，以使第三安全控制板11基于第二安全控制板12获取的运动信息判断机器人是否异常，并在判断机器人异常时向第二安全控制板12发送安全控制指令，以使第二安全控制板12实现对运动轴的安控制，实现对机器人的运动的安全位置、安全速度、安全力矩及安全触发等监控功能，同时能够实现紧急停止以及保护性停止的功能等安全控制，进而使机器人符合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ISO 10218和机械安全标准ISO 13849-1。

并且，本申请控制系统10在第三安全控制板11中设置第三控制电路111和第四控制电路112，并在和第二安全控制板12中设置两个控制电路，以使第三安全控制板11和第二安全控制板12均形成有双冗余结构，以实现对第一安全监测信息与第二安全监测信息进行交叉验证，以及对第一运动信息与第二运动信息进行交叉验证，进而分别判读第三安全控制板11和第二安全控制板12是否存在异常，能够提高本申请控制系统10的可靠性和准确性，进而使应用该控制系统10的机器人符合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ISO 10218和机械安全标准ISO 13849-1。

在另一实施例中，如图5所示，图5是本申请第二安全控制板及第三安全控制板一实施例的结构示意图，运动轴的运动信息包括：第一运动信息及第二运动信息，第二安全控制板12包括：第一编码器121、第二编码器122及安全控制电路61，第一编码器121设置在运动轴，用于获取运动轴的高速端的第一运动信息；第二编码器122设置在运动轴，用于获取运动轴的低速端的第二运动信息；安全控制电路61设置在运动轴，用于实现对运动轴的安全控制；第三安全控制板11包括：安全监测电路62，与第二编码器122及安全控制电路61连接，用于基于第二运动信息实现对低速端运动的安全监测，以在低速端运动异常时，向安全控制电路61反馈安全控制指令，以使安全控制电路61基于安全控制指令实现运动轴的安全控制。

其中，高速端的第一运动信息和低速端的第二运动信息呈比例相关。

可选地，安全监测电路62分别与第一编码器121及第二编码器122连接，安全监测电路62用于确定第一运动信息与第二运动信息是否一致，以判断运动轴是否异常，在判断运动轴异常时，产生安全控制指令给安全控制电路61。

可选地，本实施例机器人的关节内部可存在电机和减速器，电机与减速器相连接，以通过减速器的输出轴控制机械臂移动和/或转动，运动轴的高速端具体为电机的输入轴，运动轴的低速端具体为与电机连接的减速器的输出轴。其中，电机的输入轴和减速器的输出轴存在一定比例的关系，比如N：1，具体可以理解为电机转N圈，机器人的关节输出轴，即减速器的输出轴转1圈，此时用户直接观察到机器人的关节实际转动1圈。

第一编码器121可通过感应电机的输入轴的高速端码盘的转动，以获取运动轴的高速端的第一运动信息，第二编码器122可通过感应运动轴的关节输出轴，即减速器的输出轴码盘的转动，以获取运动轴的低速端的第二运动信息。

可选地，第二运动信息包括：第一速度位置信息及第二速度位置信息，第二安全控制板12包括两个第二编码器122，安全监测电路62包括：第一控制电路141及第二控制电路142，第一控制电路141与一第二编码器122连接，用于从一第二编码器122获取第一速度位置信息，并对第一速度位置信息进行处理；第二控制电路142分别与安全控制电路61、另一第二编码器122及第一控制电路141连接，用于从另一第二编码器122获取第二速度位置信息，并对第二速度位置信息进行处理，且对处理后的第二速度位置信息及处理后的第一速度位置信息进行交叉验证，以确定低速端的转速及位置是否异常，并在转速和/或位置异常时反馈安全控制指令至安全控制电路61。

其中，第一控制电路141具体可对第一速度位置信息进行相应分类转化和/或滤波处理，以得到低速端去除杂波影响之后的第一位置信息以及第一速度信息。第二控制电路142具体可对第二速度位置信息进行相应分类转化和/或滤波处理，以得到低速端去除杂波影响之后的第二位置信息以及第二速度信息并且分别与第一控制电路141处理得到的第一位置信息以及第一速度信息进行交叉验证。

在其他实施中，第一控制电路也可获取第二控制电路处理后的第二速度位置信息，以将处理后的第二速度位置信息及处理后的第一速度位置信息进行交叉验证，实现判断低速端的转速及位置是否安全。或者，第一控制电路也可获取第二从控制电路的交叉验证结果，进一步与第一控制电路的交叉验证结果执行二次交叉验证，提高检测的准确性。

第一控制电路141及第二控制电路142可均为MCU。

具体地，第一控制电路141基于第一速度位置信息确定低速端的第一转速和/或第一位置，第二控制电路142基于第二速度位置信息确定低速端的第二转速和/或第二位置；若第一转速与第二转速之间的差值大于第一差值阈值，或者第一转速大于转速阈值，则第二控制电路142确定低速端转速异常；和/或若第一位置与第二位置之间的差值大于第二差值阈值，或者若第一位置与第二位置之间的差值小于或等于第二差值阈值，且第一位置大于位置阈值，则第二控制电路142确定低速端位置异常。

可选地，第二运动信息包括：增量式位置信息及绝对式位置信息，安全监测电路62基于增量式位置信息获取低速端的第一转速或第一位置，及基于绝对式位置信息获取低速端的第二转速或第二位置；安全监测电路62确定第一转速与第二转速之间的差值是否大于第一差值阈值，若是，则确定低速端转速异常；安全监测电路62确定第一位置与第二位置之间的差值是否大于第二差值阈值，若是，则确定低速端位置异常。

第一运动信息也可以包括增量式位置信息及绝对式位置信息，具体地，本实施例将第一运动信息的增量式位置信息定义为第一增量式位置信息，将第一速度位置信息的增量式位置信息定义为第二增量式位置信息，将第二速度位置信息的增量式位置信息定义为第三增量式位置信息；以及将第二速度位置信息的绝对式位置信息定义为第一绝对式位置信息，将第一速度位置信息的绝对式位置信息定义为第二绝对式位置信息，将第一运动信息的绝对式位置信息定义为第三绝对式位置信息。

其中，增量式位置信息包括转速信息，绝对式位置信息包括位置信息，第一运动信息即对应高速端的转速信息和/或位置信息，第二运动信息即对应低速端的转速信息和/或位置信息，即第一速度位置信息和第二速度位置信息均对应低速端的转速信息和/或位置信息。

一第二编码器122与第一控制电路141连接，用于获取第一速度位置信息，具体可输出第二增量式位置信息和/或第二绝对式位置信息。另一第二编码器122与运动轴的低速端相对设置，且与第二控制电路142连接，用于获取第二速度位置信息，具体可输出第三增量式位置信息和/或第一绝对式位置信息。

具体地，在一实施例中，安全监测电路62基于第一增量式位置信息，获得高速端的转速，并且由于高速端的输出端与低速端的输入端通过减速器连接，因此安全监测电路62基于转速控制高速端的转动，即可控制低速端的转动。

进一步地，安全监测电路62基于第一绝对式位置信息，获得运动轴的低速端的当前位置，并基于运动轴的高速端的转速及当前位置控制运动轴到达目标位置。具体地，安全监测电路62基于第一绝对式位置信息获得的低速端的当前位置，以及基于第一增量式位置信息所获取的高速端的转速控制运动轴工作，具体可控制运动轴转动和/或移动，以使运动轴到达目标位置。

具体地，在另一实施例中，第一控制电路141基于第一速度位置信息能够确定低速端的第一转速和/或第一位置，同时第二控制电路142基于第二速度位置信息能够确定低速端的第二转速和/或第二位置。

其中，第一控制电路141基于第二增量式位置信息确定低速端的第一转速，第二控制电路142基于第三增量式位置信息确定低速端的第二转速，和/或第一控制电路141基于第二绝对式位置信息确定低速端的第一位置，第二控制电路142基于第一绝对式位置信息确定低速端的第二位置。

进一步地，由于第二控制电路142连接第一控制电路141，第二控制电路142还能获取第一控制电路141反馈的第一转速和/或第一位置。

其中，在一实施例中，第二控制电路142确定第一转速与第二转速之间的差值是否大于第一差值阈值，当第二从控制电路142确定第一转速与第二转速之间的差值大于第一差值阈值时，则确定运动轴的低速端转速异常，并反馈转速异常信息至安全控制电路61，安全控制电路61基于转速异常信息控制运动轴停止工作。

在另一实施例中，第二控制电路142还可用于确定第一转速是否大于转速阈值，若第二控制电路142确定第一转速大于转速阈值，则确定运动轴的低速端运动超速，并反馈超速信息，安全控制电路61基于超速信息控制运动轴减速。

可选地，第一差值阈值以及转速阈值可为用户根据经验设置的参数，可根据机械臂的型号、性能参数或尺寸等信息进行设置。同时，第二控制电路142可同时执行所有上述实施例所述的判断异常方法，或选择其中一项执行，本申请在此处不做限定。

可选地，第二控制电路142还连接第一编码器121，可以通过第一编码器121获取的第一增量式位置信息确定运动轴的低速端的转速。

其中，第二控制电路142基于第一编码器121反馈的第一增量式位置信息以及通过减速比确定低速端的转速，其中，该减速比为高速端与低速端之间的减速比。具体地，第二控制电路142基于第一增量式位置信息获取高速端的转速，高速端与低速端之间的减速比即可为电机的输入轴和减速器的输出轴的比例，具体可根据机械臂的型号、性能参数或尺寸等信息进行设置。

可选地，第二控制电路142还连接第一编码器121，可以通过第一编码器121获取的第三绝对式位置信息确定低速端的转速。

其中，第二控制电路142基于第一编码器121反馈的第三绝对式位置信息以及通过减速比确定低速端的转速，其中，该减速比为高速端与低速端之间的减速比。具体地，第二控制电路142基于第三绝对式位置信息获取高速端的位置，由于转速信息与位置信息具有一定比例，且该比例与高速端码盘的性能参数相关，即第二控制电路142能够通过高速端的位置计算得到高速端的转速。同时，高速端与低速端之间的减速比即可为电机的输入轴和减速器的输出轴的比例，该比例具体可根据机器人的型号、性能参数或尺寸等信息进行设置，第二控制电路142基于该比例与高速端的转速即可确定低速端的转速。

可选地，第一控制电路141还可基于第二绝对式位置信息确定低速端的转速。其中，第一控制电路141基于第二绝对式位置信息获取低速端的位置，由于转速信息与位置信息具有一定比例，且该比例与低速端码盘的性能参数相关，即第一控制电路141能够通过低速端的位置计算得到低速端的转速。

具体地，第二控制电路142和第一控制电路141通过上述的任一方法确定低速端的转速，并进一步把第二控制电路142获得的低速端的转速和第一控制电路141获得的低速端的转速进行比较，得到对应的验证结果，并在判断转速不安全时，即判断转速超速或转速不足时，反馈异常信息至安全控制电路61。

进一步地，在其他实施例中，当高速端码盘或低速端码盘发生脏污或者失效时，会导致其的转速对应发生变化，此时将当前高速端与低速端之间的减速比，与预设的减速比进行比较。当两个减速比匹配时，则可证明高速端码盘和低速端码盘均正常无误；当两个减速比不匹配时，则可证明高速端码盘或低速端码盘发生错误，并反馈异常信息至安全控制电路61。

可选地，第二差值阈值以及位置阈值可为用户根据经验设置的参数，可根据机械臂的型号、性能参数或尺寸等信息进行设置。同时，第二控制电路142可同时执行所有上述实施例所述的判断异常方法，或选择其中一项执行，本申请在此处不做限定。

可选地，第二控制电路142还连接第一编码器121，可以通过第一编码器121获取的第一增量式位置信息确定低速端的位置。

其中，第二控制电路142基于第一编码器121反馈的第一增量式位置信息获取高速端的转速，以及通过减速比确定低速端的转速，其中，该减速比为高速端与低速端之间的减速比，并进一步通过转速信息与位置信息之间的比例计算得到低速端的位置。由于高速端与低速端之间的减速比即可为电机的输入轴和减速器的输出轴的比例，该比例具体可根据机器人的型号、性能参数或尺寸等信息进行设置，第二控制电路142基于该比例与高速端的转速即可确定低速端的转速。同时，转速信息与位置信息具有一定比例，且该比例与低速端码盘的性能参数相关，即第二控制电路142能够通过低速端的转速计算得到低速端的位置。

可选地，第二控制电路142还连接第一编码器121，可以通过第一编码器121获取的第三绝对式位置信息确定低速端的位置。

其中，第二控制电路142基于第一编码器121反馈的第三绝对式位置信息获取高速端的位置，并基于高速端与低速端之间的减速比与高速端的转速即可确定低速端的转速，进一步地，第二控制电路142通过转速信息与位置信息之间的比例计算得到低速端的位置。

可选地，第一控制电路141还可基于第二增量式位置信息确定低速端的位置。其中，第一控制电路141基于第二增量式位置信息获取低速端的转速，由于转速信息与位置信息具有一定比例，且该比例与低速端码盘的性能参数相关，即第一控制电路141能够通过低速端的转速计算得到低速端的位置。

具体地，第二控制电路142和第一控制电路141通过上述的任一方法确定低速端的位置，并进一步把第二控制电路142获得的低速端的位置和第一控制电路141获得的低速端的位置进行比较，得到对应的验证结果，并在判断低速端的位置不安全时，即可为判断低速端超限时，反馈异常信息至安全控制电路61。

安全控制指令包括上述异常信息。

本实施例在高速端对应设置第一编码器121，通过第一编码器121确定高速端的转速信息和/或位置信息，在低速端对应设置两个第二编码器122，通过两个第二编码器122确定低速端的转速信息和/或位置信息，并通过第一控制电路141通过一第二编码器122获取低速端的转速信息和/或位置信息，以及通过第二控制电路142通过另一第二编码器122确定低速端的转速信息和/或位置信息，并进一步将第一控制电路141和第二控制电路142获取的转速信息和/或位置信息进行交叉验证，以实现冗余安全监测，能够防范各种错误发生导致的严重后果，以降低失效率，提升了关节的可靠性，进而使应用机器人符合协作机器人安全标准ISO 10218所提出的安全要求以及机械安全标准ISO 13849-1所提出的安全架构。

在另一实施例中，控制系统包括第一安全控制板，第一安全控制板用于设置在机器人的运动轴，用于获取运动轴的运动信息及基于运动信息确定机器人是否异常，并在异常时实现运动轴的安全控制。

通过在机器人的运动轴设置第一安全控制板，以获取运动轴的运动信息及实现运动轴的安全控制，同时利用第一安全控制板基于运动信息确定机器人是否异常和/或接收安全触发信号，并机器人异常或者接收到安全触发信号时，通过第一安全控制板实现对运动轴的安全控制，实现对机器人的运动的安全位置、安全速度、安全力矩及安全触发等监控功能，同时能够实现紧急停止以及保护性停止的功能等安全控制，进而使机器人符合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ISO 10218和机械安全标准ISO 13849-1。

可选地，运动信息包括第一运动信息及第二运动信息，第一安全控制板包括：第一编码器、第二编码器、安全控制电路及安全监测电路，第一编码器设置在运动轴，用于获取运动轴的高速端的第一运动信息；第二编码器设置在运动轴，用于获取运动轴的低速端的第二运动信息；安全控制电路设置在所述运动轴，用于实现对运动轴的安全控制；安全监测电路与第一编码器、第二编码器及安全控制电路连接，用于基于第一运动信息及第二运动信息确定运动轴是否异常，且用于基于第二运动信息实现对低速端运动的安全监测，以在运动轴异常或低速端运动异常时，向安全控制电路反馈安全控制指令，以使安全控制电路基于安全控制指令实现运动轴的安全控制。

本实施例与上述实施例的区别在于，将上述在第三安全控制板上实现的安全监测电路集成在第一安全控制板上，使得第一安全控制板集成有第二安全控制板与第三安全控制板的电路及功能，能够提高集成度。

关于第一安全控制板的第一编码器、第二编码器、安全控制电路及安全监测电路的结构及工作原理可以参阅上述实施例。

在另一实施例中，机器人还外接有安全输入设备，用于接收安全操作以产生安全触发信号，以使机器人基于该安全触发信号进行安全控制。

具体地，第一安全控制板与安全输入设备连接，用于从安全输入设备获取安全触发信号，并在接收到安全触发信号时实现运动轴的安全控制。

在另一实施例中，第三安全板可以与安全输入设备连接，用于从安全输入设备获取安全触发信号，并在接收到安全触发信号时产生安全控制指令给第二安全控制板，以使第二安全控制板实现运动轴的安全控制。

可选地，上述实施例中安全控制电路包括：第一安全扭矩关断电路及第二安全扭矩关断电路；其中，第一安全扭矩关断电路分别与第一控制电路连接及设置在运动轴，用于基于第一控制电路输出的安全控制信号产生第一安全关断信号，以使运动轴安全停机；第二安全扭矩关断电路分别与第二控制电路连接及设置在运动轴，用于基于第二控制电路输出的安全控制信号产生第二安全关断信号，以使运动轴安全停机。

上述安全关断信号可以实现运动轴的安全扭矩关断及安全抱闸等安全停机。

安全控制电路提供两路安全扭矩关断信号给到伺服板。第一控制电路和第二控制电路分别这两路安全扭矩关断信号，某一路安全扭矩关断信号为低，伺服板收到安全扭矩关断信号指令后，可根据不同的应用场景判断实现降速、抱闸、关断输出的具体时序。

同时伺服板也会反馈安全扭矩关断信号、抱闸信号的实施情况，给到安全控制电路，确保安全扭矩关断及抱闸信号已经被有效执行。为节省关节内部的电路规模和信号数量。为完成这一功能，伺服板的反馈信号可以以通讯的方式实现。

安全控制电路通过接受伺服板的反馈信息可以得知安全扭矩关断功能是否正确实施，同时安全板还可以通过监测UVW电机电流和编码器的位置读取，判断电机电流是否已关断，电机转动是否已停止。进一步确保安全扭矩关断和安全抱闸的正确实施。

本申请是针对一体化关节内部的安全模块设计，受限于空间限制，对电路规模和信号数量都有极大的限制。采用软硬件结合的方式，以较小的电路规模和有限的信号数量实现安全扭矩关断和安全抱闸功能。满足ISO13849、ISO10218、TS15066的功能安全要求；安全板采用双MCU结构，软件基于瑞萨PLSW平台，控制逻辑采取状态机设计，在运行过程中对通讯以及应用相关数据进行交叉校验，对安全扭矩关断及抱闸进行实时静态诊断。在从正常运行状态进入安全状态时，对伺服板反馈的安全扭矩关断信号及抱闸信号进行动态诊断，以达到较高的诊断覆盖率。

本申请还提供一种机器人系统，请参阅图6，图6是本申请机器人系统一实施例的结构示意图。如图6所示，本实施例机器人系统20包括控制柜21、机器人22以及控制系统23。其中，控制系统23为上述实施例所述的控制系统10，在此不再赘述。

具体地，控制系统23包括第三安全控制板231和第二安全控制板232。其中，第三安全控制板231设置于控制柜21中。机器人22设置有关节221，关节221设有一个第二安全控制板232。其中，关节221和第二安全控制板232可对应设置；或者，一个第二安全控制板232用于获取所设置的关节221以及预设范围内的关节221的运动信息。

第二安全控制板232将获取的运动信息传输至第三安全控制板231，并且第三安全控制板231基于该运动信息则可判断机器人是否异常，并在判断机器人异常时向第二安全控制板232发送安全控制，以使第二安全控制板232基于安全控制指令实现对运动轴的安全控制。

机器人的控制柜21可以设置在机器人的运动轴上，或者设置在机器人的本体上，又或者独立于机器人外。

第三安全控制板231还可以从安全输入设备获取安全触发信号，并基于安全触发信号产生安全控制指令。

进一步地，控制系统23还包括运动控制板和关节伺服板。其中，运动控制板设置在控制柜21内，且与第三安全控制板231连接，用于产生运动控制信息及获取安全参数，且将安全参数传送给第三安全控制板231，及从第三安全控制板231获取安全监测信息，其中，安全监测信息是基于运动信息及安全参数得到的。其中，安全参数与机器人的运动设置参数相关，具体可根据机器人的运动设置参数所设置。

关节221设置有一个关节伺服板，关节伺服板与运动控制板及对应的第二安全控制板232连接，关节伺服板用于基于运动控制信息控制运动轴运动，且用于在第二安全控制板232的安全控制指令控制下执行安全操作。其中，运动轴具体为关节221的运动轴。

可选地，在另一实施例中，关节包括：机器人的末端关节、设置在末端关节上的扩展关节或者设置在工件加工台以带动工件移动的外部关节中的至少一种。

本申请控制系统23能够使第三安全控制板231基于第二安全控制板232获取的运动信息判断机器人是否异常，并在判断机器人异常或接收到安全触发信号时向第二安全控制板232发送安全控制指令，以使第二安全控制板232实现对运动轴的安全控制，实现对机器人的运动的安全位置、安全速度、安全力矩及安全触发等监控功能，同时能够实现紧急停止以及保护性停止的功能等安全控制，进而使机器人符合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ISO 10218和机械安全标准ISO 13849-1。

并且，本申请控制系统23除了在自身关节221，即末端关节设置第二安全控制板232，还可以在末端关节上的扩展关节或者设置在工件加工台以带动工件移动的外部关节处设置第二安全控制板232，能够实现监测自身关节221运动是否异常之外，还进一步监测设置于机器人的末端关节上的扩展工具和/或待加工工件的运动是否异常，有效提高安全监测的范围和目标对象，提高本申请控制系统23的安全监测效率和能力，进而使应用该控制系统23的机器人符合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ISO 10218和机械安全标准ISO 13849-1。

本申请还提供一种机器人的运动轴，请参阅图7，图7是本申请机器人的运动轴一实施例的结构示意图。如图7所示，本实施例机器人的运动轴30包括主体31以及第二安全控制板311。

具体地，第二安全控制板311设置在主体31内，用于与机器人的第三安全控制板32连接，第二安全控制板311获取运动轴的运动信息，并将运动信息传送给第三安全控制板32，以使三安全控制板32基于运动信息确定机器人是否异常，并从第三安全控制板32接收在异常或第三安全控制板32接收到安全触发信号时产生的安全控制指令，第二安全控制板311基于安全控制指令实现对运动轴的安全控制。

其中，关于第三安全控制板32及第二安全控制板311可以参阅上述实施例。

在另一实施例中，如图8所示，本实施例机器人的运动轴80包括主体81以及第一安全控制板811，第一安全控制板811用于设置在主体81内，用于获取运动轴的运动信息及基于运动信息确定机器人是否异常，并在异常和/或接收安全触发信号时实现运动轴的安全控制。

第一安全控制板811可以参阅上述实施例。

本申请还提供一种机器人的控制系统，请参阅图9，图9是本申请机器人的控制系统一实施例的结构示意图。如图9所示，本实施例机器人的控制系统40包括第三安全控制板41。

其中，第三安全控制板41与机器人的第二安全控制板42连接，其中第二安全控制板42设置于机器人的运动轴上，第三安全控制板41用于从第二安全控制板42获取机器人的运动轴的运行信息，且基于运动信息确定机器人的运动是否异常，并在机器人异常和/或接收到安全触发信号时向第二安全控制板42发送安全控制指令，以使第二安全控制板42实现对运动轴的安全控制。

其中，第三安全控制板41可以参阅上述实施例。

本申请还提供一种机器人的关节伺服机构，如图10所示，关节伺服机构100设置在机器人的运动轴上，关节伺服机构100包括：第一安全控制板411及关节伺服板412；第一安全控制板411用于获取运动轴的运动信息及基于运动信息确定机器人是否异常，并在异常或者接收到安全触发信号时产生安全控制指令；关节伺服板412与第一安全控制板411连接，用于基于安全控制指令实现运动轴的安全控制。

第一安全控制板411可以参阅上述实施例。

本实施例能够实现具有安全监测及安全控制的关节伺服机构，使得伺服机构本身就能实现对机器人的运动的安全位置、安全速度、安全力矩及安全触发等监控功能，同时能够实现紧急停止以及保护性停止的功能等安全控制，进而使机器人符合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ISO 10218和机械安全标准ISO13849-1。

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 (23)

1.一种机器人的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括第一安全控制板，所述第一安全控制板用于获取运动轴的运动信息及基于所述运动信息确定所述机器人是否异常，并在异常时实现所述运动轴的安全控制，和/或所述第一安全控制板用于获取安全触发信号，并基于所述安全触发信号实现所述运动轴的安全控制；

或者，所述控制系统包括第二安全控制板及与所述第二安全控制板连接的第三安全控制板，其中：

所述第二安全控制板用于获取所述运动轴的运动信息及实现所述运动轴的安全控制；

所述第三安全控制板用于基于所述运动信息确定所述机器人是否异常和/或获取所述安全触发信号，所述第三安全控制板在所述机器人异常或者接收到所述安全触发信号时向所述第二安全控制板发送安全控制指令，以使所述第二安全控制板基于所述安全控制指令实现对所述运动轴的安全控制。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述运动信息包括第一运动信息及第二运动信息，所述第一安全控制板包括：

第一编码器，用于获取所述运动轴的高速端的第一运动信息；

第二编码器，用于获取所述运动轴的低速端的第二运动信息；

安全控制电路，用于实现对所述运动轴的安全控制；

安全监测电路，与所述第一编码器、所述第二编码器及所述安全控制电路连接，用于基于所述第一运动信息及所述第二运动信息确定所述运动轴是否异常，且用于基于所述第二运动信息实现对所述低速端运动的安全监测，以在所述运动轴异常或所述低速端运动异常时，向所述安全控制电路反馈安全控制指令，以使所述安全控制电路基于所述安全控制指令实现所述运动轴的安全控制。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述运动信息包括第一运动信息及第二运动信息，所述第二安全控制板包括：

第一编码器，用于获取所述运动轴的高速端的第一运动信息；

第二编码器，用于获取所述运动轴的低速端的第二运动信息；

安全控制电路，用于实现对所述运动轴的安全控制；

所述第三安全控制板包括：

安全监测电路，与所述第一编码器、所述第二编码器及所述安全控制电路连接，用于基于所述第一运动信息及所述第二运动信息确定所述运动轴是否异常，且用于基于所述第二运动信息实现对所述低速端运动的安全监测，以在所述运动轴异常或所述低速端运动异常时，向所述安全控制电路反馈安全控制指令，以使所述安全控制电路基于所述安全控制指令实现所述运动轴的安全控制。

4.根据权利要求2或3所述的控制系统，其特征在于，所述第二运动信息包括：第一速度位置信息及第二速度位置信息，所述第一安全控制板或所述第二安全控制板均包括两个所述第二编码器，所述安全监测电路包括：

第一控制电路，与一所述第二编码器连接，用于从一所述第二编码器获取所述第一速度位置信息，并对所述第一速度位置信息进行处理；

第二控制电路，分别与所述安全控制电路、另一所述第二编码器及所述第一控制电路连接，用于从另一所述第二编码器获取所述第二速度位置信息，并对所述第二速度位置信息进行处理，且对处理后的所述第二速度位置信息及处理后的所述第一速度位置信息进行交叉验证，以确定所述低速端的转速及位置是否异常，并在所述转速和/或所述位置异常时反馈所述安全控制指令至所述安全控制电路。

5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述第一控制电路基于所述第一速度位置信息确定所述低速端的第一转速和/或第一位置，所述第二控制电路基于所述第二速度位置信息确定所述低速端的第二转速和/或第二位置；

若所述第一转速与所述第二转速之间的差值大于第一差值阈值，或者所述第一转速大于转速阈值，则所述第二控制电路确定所述低速端转速异常；

和/或

若所述第一位置与所述第二位置之间的差值大于第二差值阈值，或者若所述第一位置与所述第二位置之间的差值小于或等于所述第二差值阈值，且所述第一位置大于位置阈值，则所述第二控制电路确定所述低速端位置异常。

6.根据权利要求2或3所述的控制系统，其特征在于，所述第二运动信息包括：增量式位置信息及绝对式位置信息，所述安全监测电路基于所述增量式位置信息获取所述低速端的第一转速或第一位置，及基于所述绝对式位置信息获取所述低速端的第二转速或第二位置；

所述安全监测电路确定所述第一转速与所述第二转速之间的差值是否大于第一差值阈值，若是，则确定所述低速端转速异常；

所述安全监测电路确定所述第一位置与所述第二位置之间的差值是否大于第二差值阈值，若是，则确定所述低速端位置异常。

7.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，还包括：

安全外设，与所述第一安全控制板或所述第三安全控制板连接，用于产生所述安全触发信号。

8.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述安全控制电路包括：

第一安全扭矩关断电路，分别与所述第一控制电路连接及设置在所述运动轴，用于基于所述第一控制电路输出的安全控制信号产生第一安全关断信号，以使所述运动轴安全停机；

第二安全扭矩关断电路，分别与所述第二控制电路连接及设置在所述运动轴，用于基于所述第二控制电路输出的安全控制信号产生第二安全关断信号，以使所述运动轴安全停机。

9.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，还包括：

第一通信总线，所述第二安全控制板与所述第三安全控制板通过所述第一通信总线连接；其中，所述第一通信总线的物理层设有安全通信协议。

10.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述第一通信总线包括RS485通信总线。

11.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述第三安全控制板还用于采用检查序列号的方式或插入时间戳的方式监测所述第一通信总线的非预期重复故障、不正确的顺序故障、信息丢失故障、非预期插入故障；或

所述第三安全控制板还用于采用时间预期的方式来监测所述第一通信总线的信息延时故障；或

所述第三安全控制板还用于采用地址编码的方式来监测所述第一通信总线的非预期插入故障、乱序故障、地址编码故障；或

所述第三安全控制板还用于采用信息反馈的方式来监测所述第一通信总线的数据污染故障、信息丢失故障、非预期插入故障、信息丢失故障；或

所述第三安全控制板还用于采用数据完整性校验的方式来监测所述第一通信总线的数据污染故障。

12.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，还包括：

运动控制板，与所述第三安全控制板连接，用于产生运动控制信息及获取安全参数，且将所述安全参数传送给所述第三安全控制板，及从所述第三安全控制板获取安全监测信息，其中，所述安全监测信息是基于所述运动信息及所述安全参数得到的；

多个关节伺服板，所述关节伺服板设置在所述运动轴，所述关节伺服板与所述运动控制板及对应的所述第二安全控制板连接，用于基于所述运动控制信息控制所述运动轴运动，且用于在所述第二安全控制板的控制下执行安全控制。

13.根据权利要求12所述的控制系统，其特征在于，所述安全监测信息包括第一安全监测信息及第二安全监测信息，所述第三安全控制板包括：

第三控制电路，与所述第三安全控制板及所述第二运动控制板连接，用于基于所述运动信息确定所述机器人的第一安全监测信息，并在基于所述第一安全监测信息及所述安全参数确定所述机器人的运动异常时向所述第二安全控制板发送所述安全控制指令；

第四控制电路，与所述第三控制电路和所述第二安全控制板连接，用于基于所述运动信息确定所述机器人的第二安全监测信息，并在基于所述安全监测信息及所述安全参数确定所述机器人的运动异常时向所述安全控制指令；

所述第四控制电路还用于将所述第一安全监测信息与所述第二安全监测信息进行交叉验证，以确定所述第三安全控制板是否异常，并在确定所述第三安全控制板异常时执行对应的安全策略。

14.根据权利要求12所述的控制系统，其特征在于，所述运动控制板与所述关节伺服板通过所述第一通信总线连接，其中，所述运动信息及所述安全控制指令与所述运动控制信息采用分时复用方式传输。

15.根据权利要求12所述的控制系统，其特征在于，还包括：

第二通信总线，所述运动控制板与所述关节伺服板通过所述第二通信总线连接。

16.根据权利要求15所述的控制系统，其特征在于，所述第三安全控制板与所述第二通信总线连接，以通过所述第二通信总线与所述运动控制板连接。

17.根据权利要求15所述的控制系统，其特征在于，还包括：

异步收发传输器，分别与所述第三安全控制板及所述运动控制板连接。

18.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述运动信息包括第一运动信息及第二运动信息，所述第二安全控制板包括：

第五控制电路，与所述第三安全控制板连接，用于获取所述运动轴的第一运动信息及实现所述运动轴的安全控制；

第六控制电路，与所述第三安全控制板连接，用于获取所述运动轴的第二运动信息及实现所述运动轴的安全控制；

所述第五控制电路还用于将所述第一运动信息与所述第二运动信息进行交叉验证，以确定所述第二安全控制板是否异常，并在确定所述第二安全控制板异常时执行对应的安全策略。

19.一种机器人的控制系统，其特征在于，所述机器人的运动轴上设置有第二安全控制板，所述控制系统包括与所述第二安全控制板连接的第三安全控制板，用于从所述第二安全控制板获取所述机器人的运动轴的运行信息和/或获取安全触发信号，且基于所述运动信息确定所述机器人的运动是否异常，并在所述机器人异常和/或接收到所述安全触发信号时向所述第二安全控制板发送安全控制指令，以使所述第二安全控制板实现对所述运动轴的安全控制。

20.一种机器人系统，其特征在于，包括：

控制柜；

权利要求1至18任一项所述的控制系统，所述第三安全控制板设置在所述控制柜内；

机器人，设置有关节，所述关节设有一个所述第二安全控制板。

21.根据权利要求20所述的机器人系统，其特征在于，所述关节包括：所述机器人的末端关节、设置在所述末端关节上的扩展关节或者设置在工件加工台以带动工件移动的外部关节中的至少一种。

22.一种机器人的运动轴，其特征在于，包括：

主体；

第一安全控制板，所述第一安全控制板用于设置在所述主体内，用于获取所述运动轴的运动信息及基于所述运动信息确定所述机器人是否异常，并在异常和/或接收安全触发信号时实现所述运动轴的安全控制；

或者，所述运动轴包括所述主体及第二安全控制板，设置在所述主体内，用于获取所述运动轴的运动信息，所述第二安全控制板用于与所述机器人的第三安全控制板连接，用于获取将所述运动信息传送给所述第三安全控制板，并从所述第三安全板接收安全控制指令，以基于所述安全控制指令实现所述运动轴的安全控制，其中，所述安全控制指令是所述第三安全控制板基于所述运动信息确定所述机器人异常或者接收到安全触发信号时产生的。

23.一种机器人的关节伺服机构，其特征在于，所述关节伺服机构设置在所述机器人的运动轴上，所述关节伺服机构包括：

第一安全控制板，用于获取所述运动轴的运动信息及基于所述运动信息确定所述机器人是否异常，并在异常或者接收到安全触发信号时产生安全控制指令；

关节伺服板，与所述第一安全控制板连接，用于基于所述安全控制指令实现所述运动轴的安全控制。

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