CN117666452B - 机器人的多重安全控制方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能控制技术领域，具体公开了一种机器人的多重安全控制方法、装置、电子设备及存储介质，其中，该方法包括步骤：基于看门狗计时器对微控制单元的运行情况进行监控，在微控制单元运行异常时，基于看门狗计时器触发控制机器人执行强制停止；在微控制单元运行正常且出现设备故障时，基于微控制单元软件控制机器人执行强制停止、减速停止或无损停止；在软件控制响应超时时，硬件控制机器人执行强制停止；该方法基于看门狗计时器、软件控制和硬件控制实现对机器人进行三重安全保护，能根据机器人运行过程中不同情况出现的故障执行停机操作，能有效避免安全事故发生并保护使用者。

Description

机器人的多重安全控制方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本申请涉及智能控制技术领域，具体而言，涉及一种机器人的多重安全控制方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

在工业机器人领域中，尤其是协作机器人领域中，安全是一个非常重要的指标。

在相关技术中，安全保障停机控制主要都是以单级为主，即单一操作指标对应单一操控，但是这样的单级控制停机并不能够很好地满足实际运用情况下的多种情况，难以对运行复杂的机器人进行有效的安全保护，容易由于停机不及时而引起安全事故。

针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。

发明内容

本申请的目的在于提供一种机器人的多重安全控制方法、装置、电子设备及存储介质，以对机器人实现多重安全保护，以避免安全事故发生。

第一方面，本申请提供了一种机器人的多重安全控制方法，所述机器人能执行的停机操作包括强制停止、减速停止和无损停止；

所述机器人的多重安全控制方法包括以下步骤：

基于看门狗计时器对微控制单元的运行情况进行监控，在所述微控制单元运行异常时，基于所述看门狗计时器触发控制所述机器人执行强制停止；

在所述微控制单元运行正常且出现设备故障时，基于所述微控制单元软件控制所述机器人执行强制停止、减速停止或无损停止；

在所述软件控制响应超时时，硬件控制所述机器人执行强制停止。

本申请的机器人的多重安全控制方法基于看门狗计时器、软件控制和硬件控制实现对机器人进行三重安全保护，能根据机器人运行过程中不同情况出现的故障执行停机操作，能有效避免安全事故发生并保护使用者。

所述的机器人的多重安全控制方法，其中，所述看门狗计时器基于所述微控制单元定时触发重置以对所述微控制单元的运行情况进行监控。

在该示例中，微控制单元定时重置看门狗计时器的计数值来避免看门狗计时器生成超时信号；该监控逻辑简单有效，能及时、准确反映出微控制单元是否出现运行异常。

所述的机器人的多重安全控制方法，其中，所述基于所述微控制单元软件控制所述机器人执行强制停止、减速停止或无损停止的步骤包括：

获取所述设备故障的安全级别；

基于所述微控制单元软件控制所述机器人执行强制停止、减速停止及无损停止中与所述安全级别对应的停机操作。

本申请的机器人的多重安全控制方法需要对设备故障进行区分，以基于设备故障的安全级别选择合适的停机操作方式，在平衡兼顾安全性和机器人损伤程度的前提下选择合适的停机操作。

所述的机器人的多重安全控制方法，其中，所述获取所述设备故障的安全级别的步骤包括：

基于设备故障的故障类型和/或环境状态获取所述安全级别。

所述的机器人的多重安全控制方法，其中，所述安全级别包括分别对应用于触发所述强制停止、所述减速停止及所述无损停止的第一级别、第二级别和第三级别；

所述第一级别对应于危及使用者安全的设备故障；

所述第二级别对应于不危及使用者安全且停机不可控的设备故障；

所述第三级别对应于不危及使用者安全且停机可控的设备故障。

所述的机器人的多重安全控制方法，其中，所述微控制单元基于引脚发送停止信号以对所述机器人进行软件控制。

所述的机器人的多重安全控制方法，其中，所述在所述软件控制响应超时时，硬件控制所述机器人执行强制停止的步骤包括：

根据与停机操作对应的时间阈值判断所述软件控制是否出现响应超时，并在响应超时时，硬件控制所述机器人执行强制停止。

第二方面，本申请还提供了一种机器人的多重安全控制装置，所述机器人能执行的停机操作包括强制停止、减速停止和无损停止；

所述机器人的多重安全控制包括：

第一停止模块，用于基于看门狗计时器对微控制单元的运行情况进行监控，在所述微控制单元运行异常时，基于所述看门狗计时器触发控制所述机器人执行强制停止；

第二停止模块，用于在所述微控制单元运行正常且出现设备故障时，基于所述微控制单元软件控制所述机器人执行强制停止、减速停止或无损停止；

第三停止模块，用于在所述软件控制响应超时时，硬件控制所述机器人执行强制停止。

本申请的机器人的多重安全控制装置基于看门狗计时器、软件控制和硬件控制实现对机器人进行三重安全保护，能根据机器人运行过程中不同情况出现的故障执行停机操作，能有效避免安全事故发生并保护使用者。

第三方面，本申请还提供了一种电子设备，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机可读取指令，当所述计算机可读取指令由所述处理器执行时，运行如上述第一方面提供的所述方法中的步骤。

第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时运行如上述第一方面提供的所述方法中的步骤。

由上可知，本申请提供了一种机器人的多重安全控制方法、装置、电子设备及存储介质，其中，本申请的机器人的多重安全控制方法基于看门狗计时器、软件控制和硬件控制实现对机器人进行三重安全保护，能根据机器人运行过程中不同情况出现的故障执行停机操作，能有效避免安全事故发生并保护使用者。

附图说明

图1为本申请实施例提供的机器人的多重安全控制方法的流程图。

图2为本申请实施例提供的机器人的多重安全控制装置的结构示意图。

图3为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。

附图标记：201、第一停止模块；202、第二停止模块；203、第三停止模块；301、处理器；302、存储器；303、通信总线。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

第一方面，请参照图1，本申请一些实施例提供了一种机器人的多重安全控制方法，机器人能执行的停机操作包括强制停止、减速停止和无损停止；

本申请实施例的机器人的多重安全控制方法包括以下步骤：

S1、基于看门狗计时器对微控制单元的运行情况进行监控，在微控制单元运行异常时，基于看门狗计时器触发控制机器人执行强制停止；

S2、在微控制单元运行正常且出现设备故障时，基于微控制单元软件控制机器人执行强制停止、减速停止或无损停止；

S3、在软件控制响应超时时，硬件控制机器人执行强制停止。

具体地，微控制单元（Microcontroller Unit，MCU）为机器人的执行控制端，其用于控制机器人各个组件配合运行以完成特定生产任务；本申请实施例的机器人的多重安全控制方法旨在根据机器人实际运行时产生的故障从多个层级触发停机操作，确保机器人出现故障时能顺利完成停机操作，以提高设备运行安全性。

更具体地，强制停止、减速停止和无损停止分别属于三种不同的停止操作，其对机器人设备造成的损伤依次递减且安全保障程度依次递减；在本申请实施例中，上述三种停止操作优选为分别对应于《EN60204-1标准》中的三种停止类别进行设计，即强制停止、减速停止和无损停止分别对应于停止类别0、停止类别1及停止类别2进行设计，其中，在《EN60204-1标准》中，停止类别0定义为：通过立即切断供给机器设备的电源来实现停止；停止类别1定义为：受控制的停止，供给机器设备执行机构的电源一直保持，以使机器设备逐渐停止下来；停止类别2为：受控制的停止，供给机器设备驱动装置的电源一直保持；由此可见，强制停止为基于立即断电而执行的停机操作，能最迅速地完成停机，会对机器人造成损伤，减速停止为基于一定时间减速再执行停止及断电的停机操作，能较为迅速地完成停机，对机器人造成的损伤较小，无损停止为基于系统控制进行停止而不断电的停机操作，不损伤机器人。

更具体地，看门狗计时器为本申请实施例的机器人的多重安全控制方法的第一道安全保护层，其用于监控并判断微控制单元是否因故障而失控（运行情况是否正常），该失控情况可以是由于机器人硬件执行错误或微控制单元软件执行错误而引起的、导致微控制单元失去控制的情况，属于系统级错误，该情况下，微控制单元无法正常触发或反馈触发看门狗计时器，作为机器人主控端的微控制单元失去控制可能会引起各类重大事故，故需要立即执行强制停止，避免意外发生。

更具体地，软件控制为本申请实施例的机器人的多重安全控制方法的第二道安全保护层；在看门狗计时器检测到微控制单元运行正常的情况下，微控制单元未失去控制，其能根据机器人实际运行情况分析机器人是否存在各类设备故障，如基于传感器接收各类电信号以综合分析是否存在运行故障（如过热、过压故障），这些设备故障属于运行级错误，在出现设备故障的情况下，微控制单元能软件控制机器人执行停机操作，以避免机器人在出现设备故障时继续运行而发生意外或损坏设备，软件控制可以根据场景需求设定机器人执行的停机操作的类型，也可以根据实际运行情况自适应选择合适的停机操作。

更具体地，硬件控制为本申请实施例的机器人的多重安全控制方法的第三道安全保护层；该硬件控制基于硬控结构实现，如继电器等硬件电路；在实际使用软件控制进行停机时，软件控制可能由于程序执行错误、信号丢失、电压波动或死机等原因导致停机操作无法顺利执行，因此，本申请实施例的机器人的多重安全控制方法设计硬件控制作为软件控制失效时的补救措施，以基于响应时间判断软件控制是否失效，并在软件控制超时失效时，基于硬件控制控制机器人执行安全程度最高的强制停止。

本申请实施例的机器人的多重安全控制方法基于看门狗计时器、软件控制和硬件控制实现对机器人进行三重安全保护，能根据机器人运行过程中不同情况出现的故障执行停机操作，能有效避免安全事故发生并保护使用者。

需要说明的是，步骤S1、步骤S2和步骤S3中的强制停止指同一类别的停止模式（如基于立即断电而执行的停机操作），而不限于基于同类手段来执行。

在一些优选的实施方式中，看门狗计时器基于微控制单元定时触发重置以对微控制单元的运行情况进行监控。

具体地，在该实施方式中，看门狗计时器进行持续计数以监控微控制单元是否出现运行异常，看门狗计时器计数值达到预设值时生成超时信号，该超时信号用于触发控制机器人执行强制停止；微控制单元定时重置看门狗计时器的计数值来避免看门狗计时器生成超时信号；该监控逻辑简单有效，能及时、准确反映出微控制单元是否出现运行异常。

更具体地，看门狗计数器基于计数值进行监控，故无法获知和评估微控制单元出现的故障类型和严重等级，而微控制单元失控属于系统级错误，可能会引起严重事故，故该情况下需要执行安全程度最高的强制停止。

在一些优选的实施方式中，基于微控制单元软件控制机器人执行强制停止、减速停止或无损停止的步骤包括：

S21、获取设备故障的安全级别；

S22、基于微控制单元软件控制机器人执行强制停止、减速停止及无损停止中与安全级别对应的停机操作。

具体地，微控制单元能收集机器人各类运行参数、状态参数来控制机器人完整特定生产任务，也能基于各类运行参数、状态参数来分析机器人是否出现设备故障，故能分析出故障的严重程度以此来确定故障的安全级别。

更具体地，不同类型的故障会可能会引起不同严重程度的生产事故，而不同的停机操作方式也会对机器人造成不同程度的损伤，因此，本申请实施例的机器人的多重安全控制方法需要对设备故障进行区分，以基于设备故障的安全级别选择合适的停机操作方式，在平衡兼顾安全性和机器人损伤程度的前提下选择合适的停机操作。

在一些优选的实施方式中，获取设备故障的安全级别的步骤包括：

S211、基于设备故障的故障类型和/或环境状态获取安全级别。

具体地，设备故障的故障类型不同会引发不同的问题，以决定了机器人会产生不同的故障动作，故本申请实施例的机器人的多重安全控制方法能基于故障类型获取安全级别。

更具体地，环境状态可以是机器人附近的环境参数，也可以机器人附近的人、物分布特性；不同的环境状态会影响存在设备故障的机器人触发不同生产事故的概率，如机器人附近存在多个使用者时，更容易出现危及人身安全的事故，又如机器人周边存在易燃物且空气湿度较低时，更容易出现火灾事故，故本申请实施例的机器人的多重安全控制方法能基于环境状态获取安全级别。

更具体地，安全级别可以基于预设的分级表进行选择，在本申请实施例中，优选为基于故障类型和环境状态从分级别中筛选出对应的级别。

更具体地，环境状态可以基于各类搭载在机器人上的传感器获取相关数据信息进行确定，如基于图像传感器或人体感应开关判断机器人附近是否存在使用者，又如基于温湿度传感器获取温湿度数据等。

在一些优选的实施方式中，安全级别包括分别对应用于触发强制停止、减速停止及无损停止的第一级别、第二级别和第三级别；

第一级别对应于危及使用者安全的设备故障；

第二级别对应于不危及使用者安全且停机不可控的设备故障；

第三级别对应于不危及使用者安全且停机可控的设备故障。

具体地，在出现第一级别的设备故障时，本申请实施例的机器人的多重安全控制方法基于微控制单元软件控制机器人执行强制停止，能迅速停止机器人运行并断电，避免机器人继续运行而危及使用者安全，有效保障使用者的人身安全。

更具体地，停机不可控指机器人不能基于正常运行时的停机流程执行停机的状态；在出现第二级别的设备故障时，本申请实施例的机器人的多重安全控制方法基于微控制单元软件控制机器人执行减速停止，能使机器人进行对内部结构损伤较小的减速停机和断电，对机器人的机械结构产生保护。

更具体地，停机可控指机器人能基于正常运行时的停机流程执行停机的状态；在出现第三级别的设备故障时，本申请实施例的机器人的多重安全控制方法基于微控制单元软件控制机器人执行无损停止，能使机器人基于正常运行时的停机流程进行停机，尽可能避免机器人的内部结构出现损伤。

在一些优选的实施方式中，微控制单元基于引脚发送停止信号以对机器人进行软件控制。

具体地，微控制单元基于发射引脚发送对应的停机操作的停止信号给被控的机器人中的各个设备模块，以使机器人整体或部分设备模块执行相应的停机操作。

更具体地，强制停止、减速停止和无损停止配置有不同的停止信号。

在一些优选的实施方式中，在软件控制响应超时时，硬件控制机器人执行强制停止的步骤包括：

S31、根据与停机操作对应的时间阈值判断软件控制是否出现响应超时，并在响应超时时，硬件控制机器人执行强制停止。

具体地，该实施方式基于时间阈值判断软件控制是否响应超时，能及时、准确触发机器人执行强制停止；其中，由于在软件控制中，不同类型的停机操作完成停机所需的时长不同，故步骤S31优选为基于不同停机操作配置不同的大小的时间阈值来判断软件控制是否出现响应超时，以更及时、准确地触发机器人执行强制停止。

在一些优选的实施方式中，微控制单元的软件控制包括手动控制停止模式和自动控制停止模式，其中，步骤S2的控制方式属于自动控制停止模式；在微控制单元的软件控制切换为手动控制停止模式的情况下，在微控制单元运行正常且出现设备故障时，系统生成故障提示信息以供用户选择合适的停机操作来停止机器人运行。

第二方面，请参照图2，本申请一些实施例还提供了一种机器人的多重安全控制装置，机器人能执行的停机操作包括强制停止、减速停止和无损停止；

本申请实施例的机器人的多重安全控制包括：

第一停止模块201，用于基于看门狗计时器对微控制单元的运行情况进行监控，在微控制单元运行异常时，基于看门狗计时器触发控制机器人执行强制停止；

第二停止模块202，用于在微控制单元运行正常且出现设备故障时，基于微控制单元软件控制机器人执行强制停止、减速停止或无损停止；

第三停止模块203，用于在软件控制响应超时时，硬件控制机器人执行强制停止。

本申请实施例的机器人的多重安全控制装置基于看门狗计时器、软件控制和硬件控制实现对机器人进行三重安全保护，能根据机器人运行过程中不同情况出现的故障执行停机操作，能有效避免安全事故发生并保护使用者。

需要说明的是，该机器人的多重安全控制装置优选为与微控制单元电性连接的上位机。

在一些优选的实施方式中，本申请实施例的机器人的多重安全控制装置用于执行上述第一方面提供的机器人的多重安全控制方法。

第三方面，请参照图3，本申请一些实施例还提供了一种电子设备的结构示意图，本申请提供一种电子设备，包括：处理器301和存储器302，处理器301和存储器302通过通信总线303和/或其他形式的连接机构（未标出）互连并相互通讯，存储器302存储有处理器301可执行的计算机可读取指令，当电子设备运行时，处理器301执行该计算机可读取指令，以执行时执行上述实施例的任一可选的实现方式中的方法。

第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，执行上述实施例的任一可选的实现方式中的方法。其中，计算机可读存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（Static Random Access Memory, 简称SRAM），电可擦除可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, 简称EEPROM），可擦除可编程只读存储器（Erasable Programmable Read Only Memory, 简称EPROM），可编程只读存储器（Programmable Red-Only Memory, 简称PROM），只读存储器（Read-OnlyMemory, 简称ROM），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

综上，本申请实施例提供了一种机器人的多重安全控制方法、装置、电子设备及存储介质，其中，本申请实施例的机器人的多重安全控制方法基于看门狗计时器、软件控制和硬件控制实现对机器人进行三重安全保护，能根据机器人运行过程中不同情况出现的故障执行停机操作，能有效避免安全事故发生并保护使用者。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种机器人的多重安全控制方法，其特征在于，所述机器人能执行的停机操作包括强制停止、减速停止和无损停止；

所述机器人的多重安全控制方法包括以下步骤：

基于看门狗计时器对微控制单元的运行情况进行监控，在所述微控制单元运行异常时，基于所述看门狗计时器触发控制所述机器人执行强制停止；

在所述微控制单元运行正常且出现设备故障时，基于所述微控制单元软件控制所述机器人执行强制停止、减速停止或无损停止；

在所述软件控制响应超时时，硬件控制所述机器人执行强制停止；

所述基于所述微控制单元软件控制所述机器人执行强制停止、减速停止或无损停止的步骤包括：

获取所述设备故障的安全级别；

基于所述微控制单元软件控制所述机器人执行强制停止、减速停止及无损停止中与所述安全级别对应的停机操作；

所述获取所述设备故障的安全级别的步骤包括：

基于设备故障的故障类型和环境状态获取所述安全级别。

2.根据权利要求1所述的机器人的多重安全控制方法，其特征在于，所述看门狗计时器基于所述微控制单元定时触发重置以对所述微控制单元的运行情况进行监控。

3.根据权利要求1所述的机器人的多重安全控制方法，其特征在于，所述安全级别包括分别对应用于触发所述强制停止、所述减速停止及所述无损停止的第一级别、第二级别和第三级别；

所述第一级别对应于危及使用者安全的设备故障；

所述第二级别对应于不危及使用者安全且停机不可控的设备故障；

所述第三级别对应于不危及使用者安全且停机可控的设备故障。

4.根据权利要求1所述的机器人的多重安全控制方法，其特征在于，所述微控制单元基于引脚发送停止信号以对所述机器人进行软件控制。

5.根据权利要求1所述的机器人的多重安全控制方法，其特征在于，所述在所述软件控制响应超时时，硬件控制所述机器人执行强制停止的步骤包括：

根据与停机操作对应的时间阈值判断所述软件控制是否出现响应超时，并在响应超时时，硬件控制所述机器人执行强制停止。

6.一种机器人的多重安全控制装置，其特征在于，所述机器人能执行的停机操作包括强制停止、减速停止和无损停止；

所述机器人的多重安全控制包括：

第一停止模块，用于基于看门狗计时器对微控制单元的运行情况进行监控，在所述微控制单元运行异常时，基于所述看门狗计时器触发控制所述机器人执行强制停止；

第二停止模块，用于在所述微控制单元运行正常且出现设备故障时，基于所述微控制单元软件控制所述机器人执行强制停止、减速停止或无损停止；

第三停止模块，用于在所述软件控制响应超时时，硬件控制所述机器人执行强制停止；

所述基于所述微控制单元软件控制所述机器人执行强制停止、减速停止或无损停止的步骤包括：

获取所述设备故障的安全级别；

基于所述微控制单元软件控制所述机器人执行强制停止、减速停止及无损停止中与所述安全级别对应的停机操作；

所述获取所述设备故障的安全级别的步骤包括：

基于设备故障的故障类型和环境状态获取所述安全级别。

7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机可读取指令，当所述计算机可读取指令由所述处理器执行时，运行如权利要求1-5任一项所述方法中的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时运行如权利要求1-5任一项所述方法中的步骤。