CN116710860A - 操作机器系统的方法及机器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种操作机器系统(1)的方法，所述机器系统(1)包括多台机器(2)。所述机器(2)，尤其是带有数控或可编程逻辑控制器控制系统的机床设备，与所述机器系统(1)的计算系统(3)耦接。所述机器系统(1)还包括用于显示机器(2)的信息的人机界面(8；9；10；11)以及至少一个机器操作员检测单元(6；7)。所述机器操作员检测单元(6；7)适于检测机器操作员(4)是否靠近机器(2)和/或经过机器(2)，以及收集机器操作员行为数据(5)。所述机器操作员检测单元(6；7)适于将收集到的机器操作员行为数据(5)发送至所述计算系统(3)，所述计算系统(3)适于基于所述机器操作员行为数据(5)选择显示给机器操作员(4)的信息，以及选择至少一个用于显示所述信息的人机界面(8；9；10；11)。最后，各人机界面(8；9；10；11)适于显示选定信息。

Description

操作机器系统的方法及机器系统

技术领域

本发明涉及一种操作机器系统的方法，所述机器系统包括多台机器，以及一种包括多台机器的机器系统。

背景技术

由至少一位机器操作员操作由多台机器组成的机器系统需要机器系统和机器操作员之间的交互。

作为一示例，德国专利申请DE102009002136A1公开了一种用于在加工机器的控制计算机的图形用户界面上显示当前任务列表的方法。当调用任务列表时，只显示那些在控制计算机上运行的任务，这些任务被列在一个公布列表中。只有那些作为预定的、动态监测的选择标准的功能而进行公布的任务被列在所述公布列表中。

作为另一示例，韩国专利申请KR20090059693A公开了一种用于读取用户输入的用户识别信息的用户信息识别设备。采用外部存储设备存储用户信息。读取存储在外部存储设备中的用户信息，通过比较从用户信息识别设备中识别的用户识别信息与存储在外部存储设备中的用户信息，确定用户是否具有使用权限。当确定用户具有使用权限时，检索存储在外部存储设备中的用户界面配置信息，并根据用户界面配置信息配置对应于为每个用户指定的机床模型的人机界面功能模块。

然而，机器和机器操作员之间的交互仍然受到严格的规则制约。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种操作机器系统的方法，所述机器系统包括多台机器，其特征在于可以改善机器系统和机器操作员之间的交互。本发明的另一个目的是提供一种包括多台机器的机器系统，其特征在于可以改善机器系统和机器操作员之间的交互。

上述目的通过独立权利要求的内容来实现。

一方面，本发明提供一种操作包括多台机器的机器系统的方法。所述机器可以是任何种类的生产机器，特别是带有数控(NC)或可编程逻辑控制器(PLC)控制系统的机床设备。

所述机器与机器系统的计算系统耦接。所述计算系统可以是中央计算系统或分布式计算系统，例如云计算系统。所述计算系统也可以是其中一台机器的计算单元或其中一些机器的计算单元网络。所述计算系统可以控制机器，也可以接收来自机器的信息，例如报错信息或警报。

所述机器系统还包括用于显示机器信息的人机界面，以及至少一个机器操作员检测单元。所述机器操作员检测单元适于检测机器操作员是否靠近机器和/或经过机器。所述机器操作员检测单元可以被分配到机器系统的机器上，但是所述机器操作员检测单元也可以位于机器之间或附接在机器上方的天花板上。

所述机器操作员检测单元适于收集机器操作员行为数据，并将收集的机器操作员行为数据发送到所述计算系统。所述计算系统基于所述机器操作员行为数据选择显示给机器操作员的信息，并选择至少一个人机界面来显示所述信息。选定信息可以是与机器操作员相关的关于机器系统的任何信息，例如，使机器操作员了解机器系统和/或必须在机器系统中执行的任务。基于机器操作员行为数据进行选择，可以使机器系统得到最有效的操作，例如，使生产率最大化或使生产成本最小化。作为一示例，选择标准可以是机器操作员与需要维护的机器之间的距离，从而使与机器操作员距离最短的机器首先得到维护，其中，所述维护既可以是对机器的维护，也可以是对机器的规则操作。此外，对显示所述信息的人机界面的选择可以基于人机界面与机器操作员的距离、人机界面对机器操作员的可见度或人机界面显示信息的适当性，例如，扬声器不适合显示图表。基于这种选择，选定的人机界面适于显示选定信息。

由于要显示给机器操作员的信息和显示所述信息的人机界面是根据机器操作员行为数据选择的，因此机器系统和机器操作员之间有良好的交互。故而，机器系统可以选择显示给机器操作员的信息，使机器操作员可以更有效地工作，从而使机器系统得到最有效的操作。

在一示例中，所述机器被集成到所述计算系统的中间件操作系统中。采用上述方式，所述机器和所述计算系统之间的通信速度较快，且很容易从计算系统寻址机器。

在一示例中，人机界面是适于显示选定信息的面板。面板既可以显示简单的信息，例如几个字，也可以显示复杂的信息，例如图表或图形。所述面板可以是触摸显示屏，从而机器操作员可以通过面板提供反馈。附加地或可替代地，所述人机界面可以是适于播放选定信息的扩音器。通过扩音器播放信息的好处是，机器操作员在接收信息时不需要看显示屏。

在一示例中，位于机器操作员检测单元没有检测出机器操作员的区域中的人机界面被置于待机模式。上述方式可以节省能源并延长人机界面的使用寿命。

在一示例中，所述机器操作员检测单元包括近距离传感器、摄像头、无线通信单元和/或射频识别单元。近距离传感器适于感知机器操作员的靠近，因此，优选设置在机器上或靠近机器的地方，以便检测出机器操作员与机器的距离。摄像头可以设置在机器上或靠近机器的地方，但也可以设置在更中心的地方，例如天花板上。具体而言，广角相机可以覆盖一个宽广的区域。无线通信单元可以包括机器操作员携带或佩戴的无线通信设备。然后，机器操作员的位置可以被确定，例如，通过无线通信设备和一个或多个无线收发器之间的信号强度确定机器操作员的位置。同样，射频识别单元可以包括机器操作员携带或佩戴的射频识别标签，以及相应的射频识别阅读器。具体而言，使用来自机器操作员检测单元的几个部分的输入，例如，用于感知人靠近机器的近距离传感器的输入，用于识别人的无线通信设备的输入，以检测机器操作员是否靠近机器和/或经过机器。

在一示例中，机器操作员行为数据包括机器操作员身份、机器操作员位置、机器操作员速度、机器操作员身体运动方向、机器操作员当前工作信息、机器操作员专注度，即机器操作员的注意力控制、机器操作员注意力和/或机器操作员生命迹象。例如，可以通过机器操作员携带或佩戴的无线通信设备或射频识别标签的识别结果获取机器操作员身份。也可以通过基于摄像头图像的图像识别结果识别机器操作员。可以基于机器操作员与近距离传感器的距离，基于无线通信和/或射频识别信号的信号强度或基于对显示机器操作员的图像的分析来确定机器操作员位置。可以从机器操作员位置的时间序列和相应的差值商数来确定机器操作员速度。可以基于对摄像头图像的分析来确定机器操作员身体运动方向、机器操作员专注度和/或机器操作员注意力。可以根据对摄像头图像的分析或通过机器操作员当前工作的机器的反馈来确定机器操作员当前工作信息。最后，机器操作员生命迹象可以通过机器操作员佩戴的活动追踪器确定。

在一示例中，机器操作员行为数据由计算系统存储，具体而言，可以存储于非易失性存储器中。然后，根据机器操作员行为数据确定机器操作员行为习惯，例如，通过现象学模型或人工智能来确定。

现象学模型可以通过预设的机器操作员路径作为输入，并基于机器操作员行为数据拟合出覆盖所述路径的某些部分所需的时间和在机器上完成任务所需的时间。人工智能模型也可以用现有的机器操作员行为数据进行训练。因此，所述机器操作员行为习惯可以包括以下信息，机器操作员从一台机器移动到下一台机器所需的时间、在机器上执行某些任务所需的时间、机器操作员开始和停止工作的时间点和/或休息的时间点和持续时间。对于要显示给机器操作员的信息的选择，也是根据确定的机器操作员行为习惯来进行的，从而使得机器系统能够最有效地运行。为了进行选择，可以基于确定的机器操作员行为习惯对机器操作员行为进行预测，并对要显示给机器操作员的信息的效果进行建模。然后，可以选定要显示给机器操作员的信息，将其显示在人机界面上，从而可以提供机器系统的最有效操作。作为一示例，在机器操作员离开去休息前向他显示维护警报可能是最有效的，从而他可以为机器提供维护，使得机器可以在机器操作员休息的时候继续运行。

在一示例中，显示给机器操作员的选定信息是在机器状态信息、生产过程信息、必须在机器上执行的任务、未来必须在机器上执行的任务和/或警告信息中选择的。所述选择是根据信息的重要性、信息的紧急性和/或机器操作员在给定时间内可以接受的信息的数量来决定的。

在一示例中，除了通过人机界面显示选定信息，所述计算系统还触发警报以提醒机器操作员选定信息，具体而言，在选定信息是紧急和/或重要任务和/或警告时。所述警报适于引起机器操作员对各选定信息的注意。

在一示例中，所述警报是视觉感知的、听觉感知的和/或触觉感知的，例如，采用光信号、警报声或振动。所述光信号可以是闪烁的光，所述警报声可以是包括一个或几个音符的声音。具体而言，所述警报可以被编码，例如，可以使光信号的特定颜色或警报声的特定音符序列对应于不同级别或类型的警报。触觉感知的警报可以由机器操作员携带或佩戴的人机界面产生，例如智能手机或智能手表。

在一示例中，选择用于显示信息的至少一个人机界面是位于或靠近机器操作员附近的机器的主人机界面。所述人机界面可以直接附接到相应的机器上，也可以附接到机器前面或旁边的支架上。所述选择用于显示信息的至少一个人机界面也可以是分配给机器操作员的从属便携式人机界面。所述从属便携式人机界面可以是包括面板和扩音器的智能手机、智能手表或耳机。具体而言，其中一个人机界面可以是主人机界面，另一个人机界面可以是从属人机界面。作为一示例，可以通过从属人机界面向机器操作员发出警报，而关于警报的更多信息则显示在主人机界面上。

在一示例中，信息的显示方式取决于显示信息的特定人机界面、机器操作员的身份和/或机器操作员与人机界面的距离。例如，在小型显示器上或通过耳机，可以显示某一特定机器需要维修的信息，而在大型显示器上，也可以显示维修需求的细节。在另一示例中，有经验的机器操作员可能被要求执行某项更困难的任务，而没有经验的机器操作员可能只是被要求通知更有经验的机器操作员。在又一示例中，如果机器操作员离需要维修的机器很远，大型面板可以显示几个大字以表示所述维修需求，从而使得机器操作员可以从很远的地方读到。当机器操作员接近机器时，这些字可能会变小，并显示更多信息。

在一示例中，如果显示给机器操作员的信息是待执行的任务，则机器操作员执行所述任务，并与人机界面确认所述任务的完成。根据人机界面的类型，例如，可以按下面板旁边的按钮，可以使用面板的触摸屏，或者通过耳机的麦克风进行语音输入。此外，机器操作员可以使用人机界面输入任务未完成的原因。在后一种情况下，计算系统可以重新安排任务，例如，将任务下发给另一位机器操作员。

另一方面，本发明提供一种机器系统，包括多台机器。所述机器可以是任何类型的生产机器，具体而言，是带有数控(NC)或可编程逻辑控制器(PLC)控制系统的机床设备。

所述机器系统还包括计算系统，其中，所述机器与所述计算系统耦接。所述耦接可以是有线和/或无线连接。

所述机器系统还包括用于显示机器的信息的人机界面，以及至少一个机器操作员检测单元，适于检测机器操作员是否靠近机器和/或经过机器，以及收集机器操作员行为数据。所述人机界面可以是分配给机器的主人机界面和/或分配给机器操作员的从属人机界面。所述机器操作员检测单元可以被分配到机器系统的机器上，位于机器之间和/或附接在机器上方的天花板。所述机器系统根据上述描述进行操作。因此，能够在机器系统和机器操作员之间提供良好的交互，促进机器操作员高效工作并使得机器系统得到最有效的操作。

可以理解的是，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求与相应独立权利要求的任意组合。

本公开的这些和其他方面将从下文描述的实施例中变得明显并得到阐明。

附图说明

下文将通过示例并参照附图对本发明的优选实施例进行描述，其中：

图1示出了一种机器系统的示意性俯视图；

图2示出了一种机器的示意性主视图；

图3a示出了人机界面的一个实施例，以及

图3b示出了人机界面的另一个实施例。

具体实施方式

图1示出了一种由多台机器2组成的机器系统1。所述机器2可以是任何类型的生产机器，具体而言，是带有数控(NC)或可编程逻辑控制器(PLC)控制系统的机床设备。

所述机器2与所述机器系统1的计算系统3耦接。所述耦接可以是有线连接，也可以是无线连接，为了清楚起见，图中未示出。作为一示例，所述机器2可以被集成到所述计算系统3的中间件操作系统中。

图1还示出了在机器上执行例如检修、维护或校正任务的机器操作员4，以及机器操作员4走过的、代表机器操作员行为数据5的路径。除了机器操作员的位置，机器操作员行为数据5还可以包括机器操作员身份、机器操作员速度、机器操作员身体运动方向、机器操作员当前工作信息、机器操作员专注度，即机器操作员的注意力控制、机器操作员注意力和/或机器操作员生命迹象。

图2示出了机器2的示意性主视图。所述机器2包括摄像头6和近距离传感器7，两者都用于收集机器操作员行为数据5。

机器操作员检测单元还可以包括无线通信单元或射频识别单元，但为了清楚起见，图中未示出。

所述机器2还包括面板8和扩音器9，所述面板8和扩音器9是要人机界面。通过所述面板8，信息可以显示给机器操作员4。如果所述面板8是触摸屏，机器操作员4也可以通过所述面板8输入信息，例如，关于已完成的任务或无法完成的任务。通过所述扩音器9，可以向机器操作员4播放声音信息和/或提醒机器操作员4注意重要信息、警告或报错信息。

图3a和3b示出了分配给机器操作员4的从属便携式人机界面的两个示例，其中，图3a示出了智能手机10，图3b示出了耳机11。通过所述智能手机10，信息可以显示给机器操作员，机器操作员4可以输入对某些信息的反馈。通过所述耳机11的扬声器12，可以向机器操作员4播放信息，机器操作员4可以通过麦克风13进行回答。从属便携式人机界面的其他示例包括智能眼镜和智能手表。

在一示例中，摄像头6、近距离传感器7和其他机器操作员检测单元收集机器操作员行为数据5，并将其发送到计算系统3。所述计算系统3收集机器操作员行为数据5并储存，进而基于所述机器操作员行为数据5确定机器操作员行为习惯。所述机器操作员行为习惯可以包括机器操作员4从一台机器2移动到下一台机器2所需的时间，机器操作员4在机器2之间的路径，机器操作员4在每台机器2上花费的时间以及如果在机器2上有特定任务要完成，机器操作员4需要的额外时间，和/或机器操作员4休息的时间点和持续时间等。

基于机器操作员行为习惯，也即基于机器操作员行为数据5，计算系统3选择要显示给机器操作员4的信息和显示所述信息的人机界面。例如，计算系统3收到来自其中一台机器2的警报，即在未来15分钟内必须进行维护工作。在本示例中，机器操作员4恰好在所述机器2的附近。所述计算系统3基于所述操作者行为习惯，确定操作者4在一小时内不会再回到机器2旁。因此，所述计算系统3通过所述扩音器9提醒机器操作员4，必须在机器2上执行一项任务，并在所述面板8上显示关于所需维护工作的细节。当机器操作员4完成维护工作后，通过按下面板8上的一个按钮来确认此事。

虽然本发明已在附图和前述描述中进行了详细说明和描述，但这种说明和描述应被视为说明性或示例性的，而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

通过对附图、公开内容和所附权利要求书的研究，本领域技术人员在实施本发明时可以理解并实现所公开的实施方案的其他变化。在权利要求书中，“包括”一词并不排除其他元素或步骤，而不定项“一个”或“一种”并不排除多个。权利要求中的任何参考标识都不应被理解为对保护范围的限制。

附图标记

1机器系统

2机器

3计算系统

4机器操作员

5机器操作员行为数据

6摄像头

7近距离传感器

8面板

9扩音器

10智能手机

11耳机

12扬声器

13麦克风

Claims (14)

1.一种操作机器系统(1)的方法，包括：

多台机器(2)，尤其是带有数控(Numerical control，NC)或可编程逻辑控制器(Programmable logic controller，PLC)控制系统的机床设备，其中，所述机器(2)与机器系统(1)的计算系统(3)耦接，所述机器系统(1)包括用于显示机器(2)的信息的人机界面(8；9；10；11)，所述机器系统(1)包括至少一个机器操作员检测单元(6；7)，其中：

所述机器操作员检测单元(6；7)检测机器操作员(4)是否靠近机器(2)和/或经过机器(2)，以及收集机器操作员行为数据(5)，

所述机器操作员检测单元(6；7)将收集到的机器操作员行为数据(5)发送至所述计算系统(3)，

所述计算系统(3)基于所述机器操作员行为数据(5)选择显示给机器操作员(4)的信息，以及选择至少一个用于显示所述信息的人机界面(8；9；

10；11)，以及

选定的人机界面(8；9；10；11)显示选定信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述机器(2)被集成到所述计算系统(3)的中间件操作系统中。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述人机界面(8；9；10；11)是适于显示选定信息的面板(8；10)和/或适于播放选定信息的扩音器(9；11)。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其中，位于所述机器操作员检测单元(6；7)没有检测出机器操作员(4)的区域中的人机界面(8；9；10；

11)被置于待机模式。

5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其中，所述机器操作员检测单元(6；7)包括近距离传感器(7)、摄像头(6)、无线通信单元和/或射频识别单元。

6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其中，所述机器操作员行为数据(5)包括机器操作员(4)身份、机器操作员(4)位置、机器操作员(4)速度、机器操作员(4)身体运动方向、机器操作员(4)当前工作信息、机器操作员(4)专注度、机器操作员(4)注意力和/或机器操作员(4)生命迹象。

7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其中，所述机器操作员行为数据(5)存储于所述计算系统(3)中，所述机器操作员行为数据(5)确定机器操作员行为习惯，基于所述机器操作员行为习惯选择显示给机器操作员(4)的信息。

8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其中，显示给机器操作员(4)的选定信息是在机器(2)状态信息、生产过程信息、必须在机器(2)上执行的任务、将来必须在机器(2)上执行的任务和/或警告信息中选择的。

9.根据权利要求1至8任一项所述的方法，其中，除了通过人机界面(8；9；

10；11)显示选定信息，所述计算系统(3)还触发警报以提醒机器操作员(4)选定信息，具体而言，在选定信息是紧急和/或重要任务和/或警告时。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述警报是视觉感知的、听觉感知的和/或触觉感知的，例如，采用光信号、警报声或振动。

11.根据权利要求1至10任一项所述的方法，其中，选择用于显示信息的至少一个人机界面(8；9；10；11)是位于或靠近机器操作员(4)附近的机器(2)的主人机界面(8；9)和/或分配给机器操作员(4)的从属便携式人机界面(10；11)。

12.根据权利要求1至11任一项所述的方法，其中，信息的显示方式取决于显示信息的特定人机界面(8；9；10；11)、机器操作员(4)的身份和/或机器操作员(4)与人机界面(8；9；10；11)的距离。

13.根据权利要求1至12任一项所述的方法，其中，如果显示给机器操作员(4)的信息是待执行的任务，则机器操作员(4)执行所述任务，并与人机界面(8；9；10；11)确认所述任务的完成，或使用人机界面(8；9；

10；11)输入所述任务未完成的原因。

14.一种机器系统(1)，包括：

多台机器(2)，具体而言，是带有数控(NC)或可编程逻辑控制器(PLC)控制系统的机床设备，

计算系统(3)，其中，所述机器(2)与所述计算系统(3)耦接，

用于显示机器(2)的信息的人机界面(8；9；10；11)，以及至少一个机器操作员检测单元(6；7)，检测机器操作员(4)是否靠近机器(2)和/或经过机器(2)，以及收集机器操作员行为数据(5)，其中，

所述机器系统(1)采用如权利要求1至13任一项所述的方法进行操作。