CN116117839B - 一种移动机器人及其安全控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及移动机器人的安全控制技术领域，公开了一种移动机器人及其安全控制系统，该安全控制系统包括：第一监测电路监测移动机器人的移动数据；第二监测电路监测移动机器人是否与障碍物发生碰撞；第三监测电路监测移动机器人的预设范围内是否存在障碍物；安全控制电路基于移动数据产生第一安全指令，基于碰撞信号产生第二安全指令，基于示警信号产生第三安全指令，基于安全输入设备的状态信息产生第四安全指令；伺服电路接收并执行相应的安全指令；主控制板输出驱动控制信号至伺服电路，以使伺服电路基于驱动控制信号控制移动机器人的电机。本申请设置多个监测电路实现对移动机器人的多方面的监测，提高移动机器人的安全可靠性。

Description

一种移动机器人及其安全控制系统

技术领域

本申请涉及移动机器人的安全控制技术领域，特别是涉及一种移动机器人及其安全控制系统。

背景技术

随着机器人技术的快速发展，越来越多的移动机器人在工业领域、服务领域得到应用和普及，机器人与人共处同一工作场景的机会也越来越多。其中，为了实现对机器人的安全控制，通常需要对机器人进行安全监测。

在现有技术中，通常使用外置的安全PLC（可编程逻辑控制器，Programmablelogic Controller）来达到安全控制的目的，系统搭建繁琐并成本高。而一般的逻辑电路无法达到国际安全标准ISO-13849-1所提出的安全要求，安全电路的设计非常复杂，难度高，无法轻易满足安全需求。

发明内容

本申请提供一种移动机器人及其安全控制系统，以解决现有技术的上述问题。

本申请第一方面提供一种移动机器人的安全控制系统，移动机器人设置有多个移动装置，移动装置用于带动移动机器人沿水平方向或重力方向移动，该安全控制系统包括：

第一监测电路，用于监测多个移动装置的运动状态，以监测移动机器人的移动数据；

第二监测电路，设置于移动机器人的外壁，用于在移动机器人与障碍物发生碰撞时产生碰撞信号；

第三监测电路，用于监测移动机器人的预设范围内是否存在障碍物，并在监测到存在障碍物时产生示警信号；

安全控制电路，连接第一监测电路、第二监测电路、第三监测电路以及移动机器人的安全输入设备，用于基于移动数据产生第一安全指令，基于碰撞信号产生第二安全指令，基于示警信号产生第三安全指令，基于安全输入设备的状态信息产生第四安全指令；

伺服电路，连接安全控制电路，用于接收安全控制电路输出的第一安全指令、第二安全指令、第三安全指令或第四安全指令并执行；

主控制板，连接伺服电路，用于输出驱动控制信号至伺服电路，以使伺服电路基于驱动控制信号控制移动机器人的电机。

本申请第二方面提供一种移动机器人，该移动机器人包括：

主体；

多个移动装置，设置于主体的底部或者顶部，用于带动移动机器人沿水平方向或重力方向移动；

如上述的安全控制系统，用于监测移动装置的运动状态，以监测移动机器人的移动数据并产生第一安全指令，监测移动机器人是否与障碍物发生碰撞并产生第二安全指令，监测移动机器人的预设范围内是否存在障碍物并产生第三安全指令，和/或基于移动机器人的安全输入设备的状态信息产生第四安全指令，基于第一安全指令、第二安全指令、第三安全指令和/或第四安全指令控制移动机器人的电机执行相应的安全指令。

区别于现有技术，本申请搭建一个设置有多个监测电路以及安全控制电路的安全控制系统，能够实现对移动机器人的运动状态、是否发生碰撞以及预设区域内是否存在障碍物等进行监测，通过多方面的监测提高对移动机器人的安全控制的可靠性；另一方面，本申请安全控制系统中的安全控制电路可直接和伺服电路连接，能够提高整个安全控制系统的集成度，简化安全控制系统的繁杂电路，降低生产成本。

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

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请移动机器人的安全控制系统第一实施例的结构示意图；

图2是本申请移动机器人的安全控制系统第二实施例的结构示意图；

图3是本申请移动机器人的安全控制系统第三实施例的结构示意图；

图4是本申请移动机器人的安全控制系统第四实施例的结构示意图；

图5是本申请移动机器人的安全控制系统第五实施例的结构示意图；

图6是本申请移动机器人的安全控制系统第六实施例的结构示意图；

图7是本申请移动机器人的安全控制系统第七实施例的结构示意图；

图8是本申请移动机器人一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请所提供的移动机器人及其安全控制系统做进一步详细描述。可以理解的是，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。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的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。

本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

区别于现有技术中通常使用安全PLC实现对机器人的安全控制，本申请搭建一个安全控制系统，特别地，本申请以移动机器人为例，阐述安全控制系统如何对移动机器人进行安全控制。

其中，现在的移动机器人通常设置有多个移动装置，移动装置用于带动移动机器人沿水平方向或重力方向移动。举例来说，移动机器人设置有左轮和右轮，左轮和右轮通过电机驱动，具体通过调整左轮和右轮的转速和转向以调整移动机器人的移动速度和移动方向，即左轮和右轮用于带动移动机器人沿水平方向移动。例如，当左轮的转速小于右轮的转速，且左轮的转向与右轮的转向一致时，则带动移动机器人进行左转的移动。

另一方面，由于移动机器人还用于承托货物，并将货物运载至对应的地点，以进行卸载。基于此特点，大多数的移动机器人设置有抬升装置，以辅助货物的装卸，能够通过调节抬升装置的高度以及旋转角度，调节移动机器人转载的货物的装卸方向，即抬升装置用于带动移动机器人沿重力方向移动。

请参阅图1，图1是本申请移动机器人的安全控制系统第一实施例的结构示意图。如图1所示，本实施例安全控制系统1包括第一监测电路11、第二监测电路12、第三监测电路13、安全控制电路14、伺服电路15以及主控制板16。

具体地，主控制板16连接伺服电路15，用于输出驱动控制信号至伺服电路15，以使伺服电路15基于驱动控制信号控制移动机器人的电机。其中，主控制板16基于机器人的工作模式产生的对应的驱动控制信号，可选地，移动机器人可设置有控制面板，操作人员可通过控制面板选择移动机器人的工作模式，例如选择移动机器人的预设移动速度、预设移动距离等等，以确定移动机器人的移动轨迹，以选择相应的工作模式。

第一监测电路11用于监测多个移动装置的运动状态，以监测移动机器人的移动数据。例如，当移动装置为左轮和右轮时，则需要监测左轮和右轮的转速和转向，通过左轮和右轮的转速和转向即可确定移动机器人的当前状态；或者，当移动装置为抬升装置时，则需要监测抬升装置的抬升高度和旋转角度，通过抬升装置的抬升高度和旋转角度即可确定移动机器人的当前状态。

本实施例通过监测移动机器人的移动数据，判断移动机器人的运动状态是否异常，即可实现对移动机器人的安全速度监控，以在移动机器人处于异常状态时进行安全控制。

第二监测电路12设置于移动机器人的外壁，本实施例的第二监测电路12用于监测移动机器人是否与障碍物发生碰撞，在移动机器人与障碍物发生碰撞时产生碰撞信号，通过碰撞信号进行安全控制，防止移动机器人与障碍物发生二次甚至多次碰撞，实现对移动机器人的安全触边检测，提高移动机器人的安全可靠性。

可选地，本实施例第二监测电路12具体可为压力式传感器，具体可包括触边传感器或防撞条中的至少一者。其中，第二监测电路12具体可环绕移动机器人的壳体表面设置，用于实现对移动机器人在360°空间方向上的碰撞检测，提高对移动机器人的安全控制效果，进而提高移动机器人的安全性能。

第三监测电路13用于监测移动机器人的预设范围内是否存在障碍物，并在监测到存在障碍物时产生示警信号。例如，第三测电路用于监测移动机器人的移动路径上是否存在障碍物，当判断位于移动机器人的移动路径上存在障碍物，且与移动机器人的距离小于预设范围时，则产生示警信号。

可选地，本实施例的预设范围可基于移动机器人的工作模式选择，即当移动机器人处于移动状态时，则需要判断移动机器人移动路径前方是否存在障碍物，且移动机器人的移动速度与预设范围的设置可成正比的关系；当移动机器人处于旋转状态时，则需要判断以移动机器人为中心的预设范围内是否存在障碍物。

本实施例通过第三监测电路13进行障碍物监测，以起到预防碰撞的效果，且第三监测电路13的监测区域即预设范围为可切换的，提高了第三监测电路13的适用性。

安全控制电路14连接第一监测电路11以及伺服电路15，用于基于第一监测电路11获取的移动数据产生第一安全指令，以使伺服电路15接收并执行第一安全指令，进而对移动机器人的电机进行驱动控制。

可选地，由于第一监测电路11用于监测移动机器人的当前状态，即对自身的运动进行监测，在监测移动机器人处于异常运动时，例如移动机器人超速时，则安全控制电路14可输出第一安全指令控制电机减速或停机，即执行相应的安全扭矩关断控制（STO，SafeTorque OFF）。

安全控制电路14还连接第二监测电路12，用于基于第二监测电路12产生的碰撞信号产生第二安全指令，以使伺服电路15接收并执行第二安全指令，进而对移动机器人的电机进行驱动控制。

可选地，由于第二监测电路12用于监测移动机器人是否发生碰撞，在监测移动机器人发生碰撞时，需要控制移动机器人立刻停止运动，因此安全控制电路14输出第二安全指令用于实现电机抱闸。

安全控制电路14还连接第三监测电路13，用于基于第三监测电路13产生的示警信号产生第三安全指令，以使伺服电路15接收并执行第三安全指令，进而对移动机器人的电机进行驱动控制。

可选地，由于第三监测电路13用于监测预设区域内是否存在障碍物，且预设区域基于工作模式进行设定和切换，即安全控制电路14在不同工作模式下产生的第三安全指令也有所不同。

例如，当移动机器人处于移动状态时，判断预设区域内存在障碍物时，则需要控制移动机器人减速至一个较小的运动速度，该运动速度可为移动机器人与障碍物发生碰撞时不会对其造成伤害，或者移动机器人在发生碰撞之后不会发生侧翻的移动速度；或者，控制移动机器人减速至停机状态。

因此，安全控制电路14基于示警信号所产生的第三安全指令可包括安全扭矩关断控制或者安全抱闸控制等等。

安全控制电路14还连接安全输入设备，用于基于安全输入设备的状态信息产生第四安全指令，以使伺服电路15接收并执行第四安全指令，进而对移动机器人的电机进行驱动控制。

可选地，本实施例的安全输入设备可包括急停开关、安全门、使能开关、复位按键、启动按钮、模式选择开关、障碍物检测屏蔽开关或者其他用于对工业机器人的安全性能进行监控的输入设备。其中，安全控制电路14可接入多个安全输入设备，以实现不同的功能。

例如，当安全控制电路14接入急停开关时，操作人员可在移动机器人与障碍物发生碰撞时，或者情况紧急时通过按压急停开关产生第四安全指令，安全控制电路14则基于第四安全指令控制移动机器人停止运动。

当安全控制电路14接入使能开关或启动按钮时，操作人员可通过按压相关的开关产生第四安全指令，安全控制电路14则基于第四安全指令控制移动机器人启动或控制移动机器人使能或控制移动机器人使能中止。

可选地，本实施例的使能开关可进一步选择三位使能操作器（3-State Enable），其中三位使能操作器需要持续按压才可实现运行，因此操作人员可在紧急情况下将按钮按到底，或释放按钮以将移动机器人停止，能够有效提高对移动机器人的安全控制可靠性以及及时性。

本实施例的安全控制系统1包括具有不同监测功能的第一监测电路11、第二监测电路12以及第三监测电路13，可实现对移动机器人自身以及运动环境更全面的感知和监测，并在不同监测电路产生对应的监测信号时，通过安全控制电路14输出相应的安全指令，进而控制伺服电路15执行相应的安全防护行为，能够提高移动机器人的安全控制的可靠性。

同时，本实施例的安全控制系统1实现安全控制一体化，无需外置的安全PLC等设备，能够满足Category 3（CAT3，安全类别3）和Performance Level d（PLD，设备安全性能等级d级）的安全标准要求。并且，本实施例的安全控制系统1可集成于移动机器人的控制柜中，具有集成度高以及体积小的优点。

另外，本实施例的所有监测电路、安全控制电路14以及伺服电路15均为纯硬件逻辑电路142，能够提高电路的响应速度，并且缩短开发周期以及认证周期，同时，本实施例没有采用可编程逻辑控制器（PLC）、微处理器（CPU）、单片机（MCU）等器件，且不需要软件和/或固件支持，能够大幅度降低生产成本。

进一步地，本实施例的安全控制电路14还可直接连接主控制板16。其中，安全控制电路14还将产生的第一安全指令、第二安全指令、第三安全指令和/或第四安全指令上报主控制板16，主控制板16基于不同安全指令禁能伺服电路15，即停止对伺服电路15的使能输出。

可选地，第一安全指令、第二安全指令、第三安全指令和/或第四安全指令可包括STO停机指令，区别于接收禁能指令，STO停机状态下的伺服电路15仍然接收主控制板16的使能输出，当移动机器人完成安全停机并解决故障后，伺服电路15可直接控制移动机器人启动，此时伺服电路15能够正常工作，没有断电。

结合图1，进一步参阅图2，图2是本申请移动机器人的安全控制系统第二实施例的结构示意图。如图2所示，安全控制电路14包括输入电路141、逻辑电路142以及输出电路143。

其中，输入电路141与安全输入设备连接，用于获取安全输入设备的状态信息。具体地，安全输入设备的状态信息具体可为安全输入设备的按压状态。

由于安全输入设备的类别不同，其输入的信号也不同，部分安全输入设备需要接收安全控制电路14输出的测试，基于产生反馈信号，该反馈信号即可表征安全输入设备的状态信息。或者，部分安全输入设备可自身产生信号，则其输入安全控制电路14的信号即可表征安全输入设备的状态信息。

逻辑电路142与输入电路141连接，用于基于安全输入设备的状态信息产生第四安全指令。可选地，在本实施例中，输入电路141可通过双通道接收安全输入设备的输入信号，逻辑电路142进一步连接输入电路141，基于双通道的输入信号进行逻辑比较，进而实现对安全输入设备的状态判断，并产生相应的第四安全指令。

可选地，在另一实施例中，逻辑电路142还可通过双通道连接输入电路141，以实现对输入信号的双冗余检测，提高移动机器人的安全控制可靠性。其中，本实施例通过设置双冗余结构的逻辑电路142，能够使得应用该安全控制系统1的移动机器人符合国际安全标准ISO-13849-1，提高移动机器人的安全级别。

输出电路143连接逻辑电路142以及伺服电路15，用于将第四安全指令传输给伺服电路15。可选地，本实施例的输出电路143可为简单逻辑电路142。或者，在其他实施例中，逻辑电路142可直接连接伺服电路15。

进一步地，本实施例的输出电路143连接主控制板16。逻辑电路142用于响应于安全输入设备的状态信息为危险触发状态、故障状态或误接状态，产生第四安全指令，并将第四安全指令传输给输出电路143及主控制板16。

输出电路143进一步将第四安全指令传输给伺服电路15，以使伺服电路15执行第一安全指令，进一步控制移动机器人停机。逻辑电路142进一步用于将状态信息上传给移动机器人的主控制板16，响应于状态信息为故障状态或误接状态，主控制板16产生告警信息，以使用户基于告警信息查看安全输入设备，并对应解决安全输入设备的故障问题。

或者，逻辑电路142进一步用于确定输入电路141是否故障，并将输入电路141的故障信息上报给移动机器人的主控制板16，以使主控制板16在输入电路141发生故障时禁能伺服电路15。

结合图1和图2，进一步参阅图3，图3是本申请移动机器人的安全控制系统第三实施例的结构示意图。如图3所示，逻辑电路142包括初级电路1421和次级电路1422。

具体地，初级电路1421与输入电路141连接，用于将安全输入设备的状态信息进行整合处理。可选地，初级电路1421也可通过双通道连接输入电路141，用于接收两个输入信号，并对两个输入信号进行交叉验证。可选地，初级电路1421的数量也可为二，每个初级电路1421分别与输入电路141连接。其中，两个初级电路1421且彼此连接，用于将接收的输入信号进行交叉验证。

其中，本实施例通过设置双冗余结构的初级电路1421，能够使得应用该安全控制系统1的移动机器人符合国际安全标准ISO-13849-1，提高移动机器人的安全级别。

其中，初级电路1421可对多个安全输入设备的状态信息进行并行-串行转换。其中，每一安全输入设备的状态信息可为一脉冲信号，多个脉冲信号的波形不同，初级电路1421对多个脉冲信号进行整合，以输出一个包含多个脉冲信号信息的信号。

次级电路1422连接初级电路1421以及输出电路143，用于基于状态信息产生第四安全指令，并将第四安全指令传输给输出电路143。

其中，次级电路1422接收初级电路1421输出的信号，通过判断该信号与正常状态下的多个脉冲信号整合信号是否相同，若不相同，则证明至少一个安全输入设备的状态信息发生变化，同时基于该判断产生第四安全指令。并且，次级电路1422还可进一步判断是由具体哪一安全输入设备的状态信息发生变化。

结合图1-图3，进一步参阅图4，图4是本申请移动机器人的安全控制系统第四实施例的结构示意图。如图4所示，本实施例次级电路1422的数量为二，每个次级电路1422分别与初级电路1421及输出电路143连接。其中，两个次级电路1422且彼此连接，用于将接收的初级电路1421的输出信号进行交叉验证。

其中，本实施例通过设置双冗余结构的次级电路1422，能够使得应用该安全控制系统1的移动机器人符合国际安全ISO-13849-1，提高移动机器人的安全级别。

结合图1和图3，进一步参阅图5，图5是本申请移动机器人的安全控制系统第五实施例的结构示意图。如图5所示，本实施例安全控制电路14还包括状态监视模块144和模式切换模块145。

其中，状态监视模块144用于监视移动机器人的工作状态，以基于移动机器人的工作状态产生模式切换信号；模式切换模块145连接状态监视模块144以及逻辑电路142，模式切换模块145基于模式切换信号产生模式信号，逻辑电路142基于模式信号和安全输入设备的状态信息产生第四安全指令。

具体地，移动机器人的工作状态可包括静止、加速或启动等等，状态监视模块144通过监视移动机器人的工作状态可以判断此时的移动机器人处于什么状态，或者进一步判断移动机器人即将发生状态切换等等，基于不同的状态切换以及不同的工作状态产生对应的模式切换信号。

进一步地，模式切换模块145接收不同的模式切换信号即可判断是否发生状态变化，并同时接收安全输入设备的状态信息，根据两者产生第四安全指令。

例如，当状态监视模块144监视到移动机器人当前处于高速运动的状态时，且逻辑电路142接收到安全输入设备的状态信息表示安全输入设备被触发，如急停装置被触发，如果直接基于急停装置的触发产生急停信号，可能会使得移动机器人进行急停操作而导致侧翻等等，可能会对过往的行人造成伤害，因此需要结合移动机器人的当前工作状态和安全输入设备的状态信息产生第四安全指令。

结合图1，进一步参阅图6，图6是本申请移动机器人的安全控制系统第六实施例的结构示意图。如图6所示，本实施例的第一监测电路11包括第一编码器111和第二编码器112。

在移动机器人包括左轮和右轮的情况下，第一编码器111和第二编码器112可分别用于监测左轮和右轮，以获取移动机器人的运动速度信息、位置信息以及方向信息。

可选地，第一监测电路11包括多个编码器，多个编码器中的两个编码器用于监测同一移动装置的运动状态。具体地，本实施例的第一编码器111和第二编码器112的数量可均为二，可定义为第一编码器一111A和第一编码器二111B，第二编码器一112A和第二编码器二112B。其中第一编码器一111A和第一编码器二111B具有各自独立的读头，且设置于同一PCB上；同时第二编码器一112A和第二编码器二112B具有各自独立的读头，且设置于同一PCB上。本实施例通过双编码器分别对左轮和右轮进行数据监测，能够防止任一编码器发生错误时，第一监测电路11无法接收到左轮和/或右轮的运动信息，进而导致无法对左轮和/或右轮进行安全控制，提高移动机器人的安全控制可靠性。

其中，第一编码器111向左轮输出第一测试脉冲信号，左轮基于第一测试脉冲信号返回左轮的运动信息，第二编码器112向右轮输出第二测试脉冲信号，右轮基于第二测试脉冲信号返回右轮的运动信息。

进一步地，本实施例的第一监测电路11包括第三编码器113。其中，在移动机器人包括抬升装置的情况下，第三编码器113用于监测抬升装置，以获取抬升装置的抬升高度以及旋转角度。

可选地，第一监测电路11包括多个编码器，多个编码器中的两个编码器用于监测同一移动装置的运动状态，即本实施例的第三编码器113的数量可为二，可定义为第三编码器一113A和第三编码器二113B，其中第三编码器一113A和第三编码器二113B具有各自独立的读头，且设置于同一PCB上。本实施例通过双编码器对抬升装置进行数据监测，能够防止任一编码器发生错误时，第一监测电路11无法接收到抬升装置的运动信息，进而导致无法对抬升装置进行安全控制，提高移动机器人的安全控制可靠性。

其中，本实施例通过设置双冗余结构的第一监测电路11，能够使得应用该安全控制系统1的移动机器人符合国际安全标准ISO-13849-1，提高移动机器人的安全级别。

结合图6，进一步参阅图7，图7是本申请移动机器人的安全控制系统第七实施例的结构示意图。如图7所示，安全控制电路14还包括第一诊断电路146、解码电路147、第二诊断电路149以及区域判断电路148。

其中，第一诊断电路146连接第一编码器111和第二编码器112，基于第一编码器111的监测数据和第二编码器112的监测数据，对左轮和右轮的运动状态进行监测。

由于本实施例设置有第一编码器一111A、第一编码器二111B、第二编码器一112A以及第二编码器二112B，具体地，第一诊断电路146分别连接第一编码器一111A、第一编码器二111B、第二编码器一112A以及第二编码器二112B。

其中，第一编码器111和第二编码器112的监测数据包括转速信息以及转向信息，因此第一诊断电路146能够基于第一编码器一111A和第一编码器二111B的监测数据确定左轮的第一旋转角度和第一转速，基于第二编码器一112A和第二编码器二112B的监测数据确定右轮的第二旋转角度和第二转速。

进一步地，由于车轮的运动主要由旋转角度以及转速控制，且第一诊断电路146能够分别获取左轮的两个旋转角度以及转速，还能分别获取右轮的两个旋转角度以及转速，针对每个车轮的监测即可通过比较该车轮对应的旋转角度以及转速。

具体地，第一诊断电路146对两个第一旋转角度进行比较，并在响应于两个第一旋转角度时，确定第一编码器一111A和第一编码器二111B均正常，第一旋转角度即为左轮的实际旋转角度。或者，响应于两个第一旋转角度不相同时，确定第一编码器一111A或第一编码器二111B异常。

第一诊断电路146对两个第二旋转角度进行比较，并在响应于两个第二旋转角度相同时，确定第二编码器一112A和第二编码器二112B正常，第二旋转角度即为右轮的实际旋转角度。或者，响应于两个第二旋转角度不相同时，确定第二编码器一112A或第二编码器二112B异常。

第一诊断电路146对两个第一转速进行比较，并进一步计算两个第一转速的差值，在响应于两个第一转速的差值小于预设阈值时，确定第一编码器一111A和第一编码器二111B均正常。或者，响应于两个第一转速和的差值大于等于预设阈值时，确定第一编码器一111A或第一编码器二111B异常。

第一诊断电路146对两个第二转速进行比较，并进一步计算两个第二转速的差值，在响应于两个第二转速的差值小于预设阈值，确定第二编码器一112A和第二编码器二112B均正常。或者，响应于两个第二转速的差值大于等于预设阈值时，确定第二编码器一112A或第二编码器二112B异常。

其中，本实施例设置左轮的转速差值阈值和右轮的转速差值阈值均为预设阈值，提高安全监测的一致性，提高整机安全监测的安全可靠性。

如图7所示，解码电路147连接第一编码器一111A、第一编码器111B、第二编码器一112A以及第二编码器二112B，用于解码第一编码器一111A和第一编码器二111B的监测数据以获取左轮的速度信号和方向信号，解码第二编码器一112A以及第二编码器二112B的监测数据以获取右轮的速度信号和方向信号。其中，解码电路147用于对第一编码器一111A的监测数据、第一编码器二111B的监测数据、第二编码器一112A的监测数据和第二编码器二112B的监测数据进行解码处理，以得到对应的速度信号和方向信号，其中速度信号和方向信号的信号类型不同，具体速度信号为模拟信号，方向信号为数字信号。

具体地，本实施例的解码电路147包括第一解码电路1471、第二解码电路1472、第三解码电路1473以及第四解码电路1474。第一解码电路1471连接第一编码器一111A，第二解码电路1472连接第一编码器二111B，第三解码电路1473连接第二编码器一112A，第四解码电路1474连接第二编码器二112B。

如图7所示，第二诊断电路149连接解码电路147，用于基于左轮的速度信号和/或方向信号确定左轮是否异常，基于右轮的速度信号和/或方向信号确定右轮是否异常，基于左轮的速度信号和右轮的速度信号确定移动机器人是否超速。

可选地，在一实施例中，第二诊断电路149基于左轮的方向信号确定左轮的旋转角度，基于左轮的速度信号确定左轮的转速。

其中，第二诊断电路149对两个左轮的旋转角度进行比较，并在响应于两个左轮的旋转角度时，确定第一编码器一111A和第一编码器二111B均正常，旋转角度即为左轮的实际旋转角度。或者，响应于两个左轮的旋转角度不相同时，确定第一编码器一111A或第一编码器二111B异常。

第二诊断电路149对两个左轮的转速进行比较，并进一步计算两个左轮的转速的差值，在响应于两个左轮的转速的差值小于预设阈值时，确定第一编码器一111A和第一编码器二111B均正常。或者，响应于两个左轮的转速的差值大于等于预设阈值时，确定第一编码器一111A或第一编码器二111B异常。

具体地，第二诊断电路149基于右轮的方向信号确定右轮的旋转角度，基于右轮的速度信号确定右轮的转速。

其中，第二诊断电路149对两个右轮的旋转角度进行比较，并在响应于两个右轮的旋转角度时，确定第二编码器一112A和第二编码器二112B均正常，旋转角度即为右轮的实际旋转角度。或者，响应于两个右轮的旋转角度不相同时，确定第二编码器一112A或第二编码器二112B异常。

第二诊断电路149对两个右轮的转速进行比较，并进一步计算两个右轮的转速的差值，在响应于两个右轮的转速的差值小于预设阈值时，确定第二编码器一112A和第二编码器二112B均正常。或者，响应于两个右轮的转速的差值大于等于预设阈值时，确定第二编码器一112A或第二编码器二112B异常。

可选地，在另一实施例中，第二诊断电路149对左轮的转速和右轮的转速进行比较，并计算左轮的转速和右轮的转速的差值，在响应于左轮和右轮的转速的差值大于预设阈值时，确定移动机器人超速。

如图7所示，本实施例的第三监测电路13包括雷达131，以实现对障碍物的非接触监测。可选地，雷达用于发射脉冲激光，并接收脉冲激光的反射光，以基于反射光判断移动机器人的预设范围内是否存在障碍物。

区域判断电路148连接解码电路147，用于基于左轮的速度信号和方向信号以及右轮的速度信号和方向信号产生区域信息，雷达131连接区域判断电路148，基于区域信息切换移动机器人的预设区域。其中，本实施例所述的切换预设区域可与移动机器人的工作环境相关。

其中，区域判断电路148分别连接第一解码电路1471、第二解码电路1472、第三解码电路1473以及第四解码电路1474。

由于移动机器人的移动距离由移速以及转向决定，因此区域判断电路146需要接收解码后的左轮的速度信号以及方向信号，以及右轮的速度信号以及方向信号。

具体地，区域判断电路148基于第一解码电路1471、第二解码电路1472、第三解码电路1473以及第四解码电路1474的输出信号产生区域信息。可选地，区域判断电路148内可存储于当前工作区域的地图，且地图上的不同区域对应不同移动距离，移动距离可通过转速、转向以及运动时间计算得到。

其中，第一解码电路1471的输出信号以及第二解码电路1472的输出信号都是表征移动机器人的左轮的移动距离的数据，只需要选择两者中的任一者即可；第三解码电路1473的输出信号以及第四解码电路1474的输出信号都是表征移动机器人的右轮的移动距离的数据，只需要选择两者中的任一者即可。

可选地，在其他实施例中，区域判断电路148还可包括第一区域判断电路以及第二区域判断电路。

其中，第一区域判断电路连接第一解码电路1471以及第三解码电路1473，基于解码得到的左轮的速度信号以及方向信号，以及右轮的速度信号以及方向信号产生第一区域信息。

第二区域判断电路连接第二解码电路1472以及第四解码电路1474，基于解码得到的左轮的速度信号以及方向信号，以及右轮的速度信号以及方向信号产生第二区域信息。

进一步地，雷达131连接第一区域判断电路和第二区域判断电路，基于第一区域信息和第二区域信息产生故障诊断信号。

其中，雷达131对第一区域信息和第二区域信息进行交叉验证，当判断两者一致时，则证明第一区域判断电路和第二区域判断电路的检测计算结果一致，即该第一区域信息或第二区域信息所对应的区域即为移动机器人当前所在的区域。由于不同区域内存在不同的障碍物，通过判断移动机器人的当前所在区域，即可实现障碍物检测区域的切换。

当判断两者不一致时，则证明第一区域判断电路和第二区域判断电路的检测计算结果不一致，此时第一区域信息和第二区域信息不可信，可能为第一区域判断电路和/或第二区域判断电路异常，或者为第一解码电路1471、第二解码电路1472、第三解码电路1473以及第四解码电路1474中的至少一者异常。

可选地，本实施例雷达131可采用通信总线连接第一区域判断电路和第二区域判断电路，实现数据传输。

同时，雷达131可通过处理电路连接第一编码器111和第二编码器112，通过处理电路计算移动机器人在运动时间下的移动距离。以及，处理电路内可存储于当前工作区域的地图，且地图上的不同区域对应不同移动距离，因此通过比对当前移动距离以及初始位置，即可判断移动机器人的当前区域，雷达基于处理电路的输出信号，即可实现对预设区域，即监测区域的切换。

本申请搭建一个设置有多个监测电路以及安全控制电路14的安全控制系统1，能够实现对移动机器人的运动状态、是否发生碰撞以及预设区域内是否存在障碍物等进行监测，通过多方面的监测提高对移动机器人的安全控制的可靠性；同时，多种双冗余设置的电路，能够提高安全控制系统1获取以及计算数据的准确性，使得应用该安全控制系统1的移动机器人符合国际安全标准ISO-13849-1，提高移动机器人的安全级别。

另一方面，本申请安全控制系统1中的安全控制电路14可直接与主控制板16和伺服电路15连接，能够提高整个安全控制系统1的集成度，简化安全控制系统1的繁杂电路，降低生产成本。同时，本申请的主控制板16与安全控制电路14可通过通信总线进行连接，以传输至少包括移动机器人的左轮和右轮的运动信息、工作模式选择信息、监测区域切换信号、复位信息和启动信号的众多数据信息，以及便于对安全控制系统1进行集成，将安全控制系统1集成于移动机器人的控制柜中，提高安全控制系统1的集成度，同时降低生产成本。

本申请还提供一种移动机器人，请参阅图8，图8是本申请移动机器人一实施例的结构示意图。如图8所示，移动机器人20包括主体21、多个移动装置22以及安全控制系统23，其中安全控制系统23为上述任一实施例所述的安全控制系统1，在此不再赘述。

具体地，多个移动装置22设置于主体21的底部和/或顶部，用于带动移动机器人20沿水平方向或重力方向移动。例如，设置于主体21的底部的左轮和右轮，用于带动移动机器人20沿水平方向移动；或者，设置于主体21的顶部的抬升装置，用于带动移动机器人20沿重力方向移动。

安全控制系统23与移动机器人20的电机连接，用于监测移动装置22的运动状态，以监测移动机器人20的移动数据并产生第一安全指令，监测移动机器人20是否与障碍物发生碰撞并产生第二安全指令，监测移动机器人20的预设范围内是否存在障碍物并产生第三安全指令，和/或基于移动机器人20的安全输入设备的状态信息产生第四安全指令，基于第一安全指令、第二安全指令、第三安全指令和/或第四安全指令控制移动机器人20的电机执行相应的安全指令。

以上仅为本申请的实施例，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 (8)

1.一种移动机器人的安全控制系统，所述移动机器人设置有移动装置，其特征在于，所述安全控制系统包括：

第一监测电路，用于监测所述移动装置的运动状态，以监测所述移动机器人的移动数据；

第二监测电路，设置于所述移动机器人的外壁，用于在所述移动机器人与障碍物发生碰撞时产生碰撞信号；

第三监测电路，用于监测所述移动机器人的预设范围内是否存在障碍物，并在监测到存在障碍物时产生示警信号；

安全控制电路，连接所述第一监测电路、所述第二监测电路、所述第三监测电路以及所述移动机器人的安全输入设备，用于基于所述移动数据产生第一安全指令，基于所述碰撞信号产生第二安全指令，基于所述示警信号产生第三安全指令，基于所述安全输入设备的状态信息产生第四安全指令；

伺服电路，连接所述安全控制电路，用于接收所述安全控制电路输出的所述第一安全指令、所述第二安全指令、所述第三安全指令或所述第四安全指令并执行；

主控制板，连接所述伺服电路，用于输出驱动控制信号至所述伺服电路，以使所述伺服电路基于所述驱动控制信号控制所述移动机器人的电机；

所述安全控制电路还包括：

输入电路，与所述安全输入设备连接，用于获取所述安全输入设备的状态信息；

逻辑电路，与所述输入电路连接，用于基于所述安全输入设备的状态信息产生所述第四安全指令；

输出电路，与所述逻辑电路以及所述伺服电路连接，用于将所述第四安全指令传输给所述伺服电路；

状态监视模块，用于监视所述移动机器人的工作状态，以基于所述移动机器人的工作状态产生模式切换信号；

模式切换模块，连接所述状态监视模块以及所述逻辑电路，所述模式切换模块基于所述模式切换信号产生模式信号，所述逻辑电路基于所述模式信号和所述安全输入设备的状态信息产生所述第四安全指令。

2.根据权利要求1所述的安全控制系统，其特征在于，所述移动装置包括左轮和右轮，所述左轮和所述右轮用于带动所述移动机器人沿水平方向移动，所述第一监测电路包括第一编码器和第二编码器，分别用于监测所述左轮和所述右轮，以获取所述移动机器人的运动速度信息、位置信息以及方向信息。

3.根据权利要求2所述的安全控制系统，其特征在于，所述安全控制电路还包括第一诊断电路，所述第一诊断电路连接所述第一编码器和所述第二编码器，基于所述第一编码器的监测数据和所述第二编码器的监测数据，对所述左轮和所述右轮的运动状态进行监测。

4.根据权利要求2所述的安全控制系统，其特征在于，所述安全控制电路还包括：

解码电路，连接所述第一编码器和所述第二编码器，用于解码所述第一编码器的监测数据以获取所述左轮的速度信号和方向信号，解码所述第二编码器的监测数据以获取所述右轮的速度信号和方向信号；

第二诊断电路，连接所述解码电路，用于基于所述左轮的速度信号和/或方向信号确定所述左轮是否异常，基于所述右轮的速度信号和/或方向信号确定所述右轮是否异常，基于所述左轮的速度信号和所述右轮的速度信号确定所述移动机器人是否超速。

5.根据权利要求2所述的安全控制系统，其特征在于，所述第三监测电路包括雷达，所述安全控制电路还包括：

解码电路，连接所述第一编码器和所述第二编码器，用于解码所述第一编码器的监测数据以获取所述左轮的速度信号和方向信号，解码所述第二编码器的监测数据以获取所述右轮的速度信号和方向信号；

区域判断电路，连接所述解码电路，用于基于所述左轮的速度信号和方向信号以及所述右轮的速度信号和方向信号产生区域信息；

所述雷达连接所述区域判断电路，基于所述区域信息切换所述移动机器人的预设区域。

6.根据权利要求1所述的安全控制系统，其特征在于，所述移动装置包括抬升装置，所述抬升装置用于带动所述移动机器人沿重力方向移动，所述第一监测电路包括第三编码器，所述第三编码器用于监测所述抬升装置，以获取所述抬升装置的抬升高度以及旋转角度。

7.根据权利要求1所述的安全控制系统，其特征在于，所述第二监测电路包括触边传感器或防撞条中的至少一者。

8.一种移动机器人，其特征在于，包括：

主体；

移动装置，设置于所述主体的底部或者顶部，用于带动所述移动机器人沿水平方向或重力方向移动；

如权利要求1-7任一项所述的安全控制系统，用于监测所述移动装置的运动状态，以监测所述移动机器人的移动数据并产生第一安全指令，监测所述移动机器人是否与障碍物发生碰撞并产生第二安全指令，监测所述移动机器人的预设范围内是否存在障碍物并产生第三安全指令，和/或基于所述移动机器人的安全输入设备的状态信息产生第四安全指令，基于所述第一安全指令、所述第二安全指令、所述第三安全指令和/或所述第四安全指令控制所述移动机器人的电机执行相应的安全指令。

Images