CN200988223Y - 用于由无线示教单元控制机器人的设备 - Google Patents

Abstract

一种机器人控制器，包括：控制部件(3)，用于控制至少一个工业机器人；和TPU(4)，用于教导和手动地操作机器人，该TPU包括手动操作的使能设备(16a－b)，当激活时其使得能够通过TPU手动控制机器人。该TPU包括：多个检测装置(18a－b)，检测使能设备的状态；至少一个通信数据产生装置(20)，产生包括与检测到的该使能设备的状态有关的信息的通信数据；和至少一个无线发送装置(14)，将所述通信数据发送到所述控制部件，并且该控制部件包括：至少一个接收装置(22)，从所述发送装置接收所述通信数据，并且该控制部件适于根据接收到的该使能设备的状态而允许或者不允许通过TPU对机器人进行手动控制。

Description

用于由无线示教单元控制机器人的设备

技术领域

本发明涉及一种机器人控制器，包括用于控制至少一个工业机器人的控制部件，和用于教导和手动地操作机器人的便携式操作控制设备。该控制器还可用于控制与该机器人相关的设备。

背景技术

对工业机器人编程，以沿着操作路径而执行工作。为了编程或教导该机器人这个路径，机器人被操纵到沿着期望的操作路径的位置。这些位置作为指令存储在控制器中的存储器内。在机器人操作期间，执行该程序指令，从而使机器人按需地工作。

工业机器人能够以至少两种不同模式操作：自动和手动。当机器人在手动操作模式时，机器人由便携式操作者控制设备所控制，该设备通常地表示为示教单元(Teach Pendant Unit)，并且下文中称为TPU。机器人操作员使用TPU以用于手动地控制机器人，例如教导或编程该机器人，以使其沿着操作路径前进。该TPU还可用于监控机器人程序，改变程序中的某些变量，启动、停止和编辑该程序。当机器人处于手动模式时，该TPU具有操作机器人的专有的权利，并因此不允许其它控制设备来控制该机器人。

TPU通常包括操作者控制装置，例如操纵杆、球、一组按钮及其任意任何组合、视觉显示单元和包括使能(enabling)设备的安全装置。该使能设备通过TPU使能或使不能对该机器人进行手动控制。该使能设备影响流向机器人马达的电流。当选择手动模式并且该使能设备激活时，能够由该TPU手动地操作该机器人。当该使能设备去激活时，不可能手动地操作机器人。若选择手动模式，只要该TPU的使能设备激活时，就可能例如通过操纵杆来移动机器人。在自动模式下，即使该使能设备激活时，也不能使用TPU来移动机器人。该使能设备例如为开关或按钮，该设备必须由操作者按压来使得能够通过TPU控制机器人。

使能设备的状态是激活的或者是去激活的。若该使能设备为按钮，当操作者按压按钮时，该使能设备的状态是激活的，当按钮松开时，该使能设备的状态是去激活的。一些使能设备具有三个位置：当按钮松开时的第一位置，当按钮按压时的第二位置，当按钮使劲按压时的第三位置。在这种情形下，当按钮在第一和第三位置时，该使能设备是去激活的。

为安全起见，该TPU设置有紧急停止或者停止设备。

为了便于在安全条件下实现一系列复杂动作的自动操作，该机器人能够被定位于机器人单元中。由于电缆的卷绕是相当危险的，当在机器人线上有几个机器人互相靠近时，使用无线TPU是特别有利的。

从国际专利申请WO03036324可知，使用无线连接以用于在TPU和机器人控制器之间交换信息。

从日本专利申请11-73201和欧洲专利申请EP1407860中可得到无线控制系统。本申请的目的是提供一种通信系统，其中紧急停止控制的特定通信能够通过无线装置以与有线通信等同的方式执行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种包括无线TPU的控制器。

该目的通过如权利要求1所限定的控制器来实现。根据本发明，该TPU包括：多个检测装置，用于检测使能设备的状态，至少一个通信数据产生装置，产生包括与检测到的该使能设备的状态有关的信息的通信数据，和至少一个无线发送装置，将所述通信数据发送到所述控制部件，并且该控制部件包括至少一个接收装置，从所述发送装置接收所述通信数据，并且该控制部件适于根据接收到的该使能设备的状态而允许或者不允许通过TPU对机器人进行手动控制。

该检测装置检测该使能设备是激活的还是去激活的。为了提高安全性和实现冗余，TPU包括多个冗余的检测装置，检测该使能设备的状态。TPU包括至少一个通信数据产生装置，产生包括与检测到的该使能设备的状态有关的信息的通信数据，该通信数据产生装置包括通信数据产生软件过程或通信数据产生电路。从而，该通信数据产生装置由软件或硬件所实现。

该通信数据产生装置根据用于无线地传输到该控制部件的任何已知的通信协议以产生包括通信数据的消息。消息可包括与检测到的所有检测装置的状态或者与检测到的单个检测装置的状态有关的信息。在后一种情形中，产生一个用于每个检测装置的信息。该控制部件包括用于从TPU接收通信数据，并用于根据接收到的该使能设备的状态来决定允许或不允许通过TPU对机器人进行手动控制。该接收装置适于根据所接收的通信数据来产生使能信号。

本发明提供一种便携式的TPU，其包括无线使能设备。这使其可以取消紧急停止按钮，并仍然具有标准规则所提供的可靠和安全程度。

根据本发明的一个实施方式，该控制部件适于若从至少两个所述检测装置接收的状态信息表示该使能设备是激活的则允许对机器人进行手动控制，该控制部件适于若从至少其中一个所述检测装置接收的状态表示该使能设备是去激活的则不允许该机器人进行手动控制，从而可以检测是否其中任一个检测装置有故障，并且该控制器的安全性升高。

根据本发明的一个实施方式，TPU包括多个通信数据产生装置，其分别对应于每个所述的多个检测装置。通信数据产生装置是冗余的。具有多个冗余的通信数据产生装置使得若任何通信数据产生装置有故障时能够进行检测，并且因此提高控制器的安全性。

根据本发明的一个实施方式，TPU包括多个无线发送装置，其分别对应于每个所述多个通信数据产生装置。该无线发送装置是冗余的。具有多个冗余的发送装置使得若其中任何发送装置有故障时能够进行检测，并且因此提高控制器的安全性。

根据本发明的一个实施方式，接收装置包括多个接收模块，其分别对应于每个所述多个发送装置，并从该发送装置接收通信数据。该接收装置是冗余的。具有多个冗余的接收装置使得若任何接收装置有故障时能够进行检测，并且因此提高控制器的安全性。

根据本发明的一个实施方式，控制部件适于只要在某个时间范围内接收到表示使能设备激活的状态信息就允许对机器人进行手动控制。该控制部件适于当在某个时间范围内未能从使能设备接收到状态信息时不允许对机器人进行手动控制。因此，安全性得以进一步提高。

根据本发明的一个实施方式，机器人控制器包括用于控制至少一个工业机器人或相关设备的控制部件，和设置成通过至少一个无线网络而彼此通信的便携式操作设备，其中该便携式操作设备包括手动操作的使能设备，其在连续地激活时，允许机器人和/或相关设备运动，和多个通信数据产生软件过程或通信数据产生电路，其分别根据所述使能设备的操作而产生表示使能设备的状态指令的通信数据，和发送装置，其由无线网络通信将表示所述使能状态指令的通信数据发送到所述控制部件；并且控制部件包括接收装置，其从所述发送装置接收表示使能状态指令的通信数据；其中所述接收装置根据所接收到的使能状态指令将所述机器人或相关设备设置在使能状态，其允许当接收甚至单组表示使能状态指令的通信数据时，允许机器人或相关设备的运动可选地停止，其中该使能状态指令由所述多个通信数据产生软件过程或通信数据产生电路所产生。

上述目的还由根据权利要求9的用于控制工业机器人的方法所实现。

附图说明

现在将借助本发明的不同实施方式的描述并参照附图对本发明进行更详细的解释。

图1示出了包括控制部件和TPU的工业机器人。

图2示出了根据本发明第一实施方式的机器人控制器。

图3示出了根据本发明第二实施方式的机器人控制器。

具体实施方式

图1示出了一个工业机器人，包括机械手1；包括控制部件3的控制器，用于控制该机械手；和便携式操作者控制设备4，下面表示为TPU，用于教导并手动操作机械手。TPU4借助无线数据链路5与控制部件3通信。TPU包括显示屏6，功能键8，摇杆10和使能设备12。TPU还包括天线14和无线通信模块，用于与控制部件3无线通信。功能键8允许操作者为控制系统选择各种状态。当手动操作机器人时，摇杆10用于控制机械手的运动。使能设备包括按钮12，其必须由操作者激活，以使得能够通过TPU对机器人进行手动控制。当操作者去激活使能设备的按钮12时，机器人不能再通过TPU操作。

图2示出了根据本发明第一实施方式的控制器。使能设备包括两个连接到使能设备的按钮12的开关16a-b。当操作者激活按钮12时，开关16a-b闭合，并且当操作者去激活按钮12时，开关16a-b打开。TPU4还包括两个检测装置18a-b，其分别对应于每个开关16a-c，用于检测使能设备的状态，即通过检测开关16a-b是闭合还是打开来检测按钮12是按压还是松开。有两个开关和两个检测装置来实现冗余，并因此提高安全性。

TPU4还包括通信数据产生装置20，产生包括与检测到的该使能设备的状态有关的信息的通信数据。该数据产生装置或者由硬件执行或者由软件执行。通信数据产生装置20产生包括一个或多个消息的通信数据，该消息包括从两个检测装置18a-b得到的与检测到的该使能设备的状态有关的信息。无线发送装置14将通信数据发送到控制器的控制部件3。例如通信数据通过射频(RF)发送，例如蓝牙或WLAN，或光学地发送，例如红外线(IR)。通信数据可还包括其它类型的信息，例如用于提高通信的安全性的校验和、操作者的身份、机器人的名字和IP地址。

控制部件3连接到数据通信链路21，例如数据总线。例如，数据通信链路21是通信网络的一部分。其它控制单元能够连接到相同的网络。连接到数据通信链路21的天线22接收来自TPU的通信数据。控制部件3包括接收装置24，接收来自TPU的通信数据并基于接收的通信数据产生使能信号ES。使能信号ES是硬件信号并且是基于接收到的使能设备的状态。使能信号ES指示通过TPU对机器人进行手动控制是否是允许的还是不允许。

接收装置24从接收的通信数据中提取与检测到的使能设备的状态有关的信息。接收装置24提取由两个检测装置18a-b所检测的状态。接收装置比较来自两个检测装置16a-b的状态。若从两个检测装置接收的状态信息指示该使能设备是激活的，只要机器人处于手动模式，控制部件就将允许对机器人进行手动控制。如果从任何检测装置接收的状态指示该使能设备是去激活的，控制部件将不允许对机器人进行手动控制。接收装置24优选地在计算机程序中作为程序指令执行。

控制部件还包括一个使能电路26，通常称为使能链，其适用于允许或不允许对机器人进行手动控制。使能电路26包括开关28，其根据使能设备的状态而打开或闭合，和开关30，其根据机器人是自动还是手动模式而打开或闭合。电源V连接到使能电路。由接收装置24产生使能信号ES以控制该开关28。若机器人在自动模式，开关28打开，并且不可能通过TPU控制机器人。使能电路26连接到机器人的马达M。当机器人在手动模式并且开关28打开时，将制动施加到马达上。因此，机器人必须在手动模式并且使能设备必须是激活的，以使操作者能够手动地移动机器人。

接收装置24包括计时器，其用于检测在某个时间范围内是否连续地接收到通信数据。接收装置24只要在某个时间范围内指示使能设备激活的状态信息被接收就允许手动控制机器人，并且当在该时间范围内未能从使能设备接收通信数据时就不允许手动控制机器人。该时间范围例如选择为使机器人移动一定距离的时间，其是由于安全的原因而确定的。

根据本发明的控制器的功能将在下文中参照图2描述。机器人设置在手动模式，并且开关30闭合，从而该使能链被激活。只要使能设备12是去激活的，该开关16a和16b就打开，并且只要操作者激活该使能设备12，开关16a和16b就闭合。检测装置18a检测开关16a的状态，并且检测装置18b检测开关16b的状态。通信数据产生装置20产生包括与开关16a和16b的状态有关的信息的通信数据，其对应于使能设备的状态。控制部件3的接收装置24接收来自TPU的通信数据，包括关于开关16a-b的状态的信息。接收装置24适于基于所接收的开关16a和16b的开关状态来决定是否闭合开关28。若接收的两个开关16a和16b的状态表明使能设备是激活的，开关28闭合并且允许通过TPU对机器人进行手动控制，例如允许通过TPU的摇杆来控制机器人的运动。若接收到的至少一个开关16a和16b的状态表明使能设备是去激活的，开关28打开并且不允许通过TPU手动控制机器人。

图3示出了根据本发明第二实施方式的机器人控制器。相应于图2中的那些部件给出了相同的附图标记，并且这里不再进行详细的描述。从图中可见，TPU4包括两个通信数据产生装置20a-b，其分别对应于两个检测装置18a-b中的每一个。TPU包括形式为两个天线14a-b的两个无线发送装置，其分别对应于每个通信数据产生装置20a-b。接收装置包括两个接收模块25a-b和比较器27。接收模块25a-b分别对应于每个发送装置14a-b。接收模块25a-b连接到数据通信链路21并接收来自发送装置14a-b的通信数据。

接收模块25a从通信数据产生装置20a所接收的通信数据中提取与检测到的使能设备的状态有关的信息，并且接收模块25b从通信数据产生装置20b所接收的通信数据中提取与检测到的使能设备的状态有关的信息。接收模块25a-b产生使能信号ES1、ES2，其指示是否通过TPU对机器人进行手动控制是否允许。比较器27比较信号ES1和ES2并向使能电路26产生使能信号ES。若两个信号ES1和ES2都允许手动控制则使能信号ES允许对机器人进行手动控制，否则不允许进行手动控制。

本发明不限制于所公开的实施方式，而是在所附权利要求的范围内可作出改变和变化。例如，在另一个实施方式中，使能设备的开关数量和检测装置的数量大于两个，例如三个或四个。在另一个实施方式中，控制部件可包括两个或多个天线，其分别对应于多个发送装置的每一个。

使能设备不是必需为按钮或开关，使能设备例如可包括地板上的板，当操作者站立在其上时被激活并且反之则未激活。使能设备还包括限定区域，当操作者进入该区域时其被激活，并且当操作者离开该区域时其未激活。

Claims (8)

1.一种机器人控制器，包括：控制部件(3)，用于控制至少一个工业机器人；和便携式操作设备(4)，以下称为TPU，用于教导和手动地操作机器人，该TPU包括手动操作的使能设备(12，16a-b)，当激活时其使得能够通过TPU对机器人进行手动控制，并且控制部件和TPU设置为彼此之间进行无线通信，其中该TPU包括：多个检测装置(18a-b)，检测使能设备的状态，其特征是，该TPU还包括：

—至少一个通信数据产生装置(20)，产生包括与检测到的该使能设备的状态有关的信息的通信数据，和

—至少一个无线发送装置(14)，将所述通信数据发送到所述控制部件，并且

该控制部件包括：

—至少一个接收装置(24；25a-b，27)，从所述发送装置接收所述通信数据，并且

该控制部件适于根据接收到的该使能设备的状态而允许或者不允许通过TPU对机器人进行手动控制。

2.如权利要求1所述的机器人控制器，其中与该使能设备的状态有关的所述信息包括与该使能设备是否激活或去激活有关的信息，并且若从所述检测装置的至少两个所接收的状态信息指示该使能设备是激活的，控制部件适于允许对机器人进行手动控制，并且若从所述检测装置的至少一个所接收的状态指示使能设备是去激活的，则该控制部件适于不允许对机器人进行手动控制。

3.如权利要求1或2所述的机器人控制器，其中该TPU包括多个通信数据产生装置(20a-b)，其分别对应于所述多个检测装置(18a-b)的每一个。

4.如权利要求3所述的机器人控制器，其中该TPU包括多个无线发送装置(14)，其分别对应于所述多个通信数据产生装置(18a-b)中的每一个。

5.如权利要求4所述的机器人控制器，其中所述接收装置包括多个接收模块(24a-b)，其分别对应于所述多个发送装置(14a-b)中的每一个，并且其从所述发送装置接收通信数据。

6.如前述权利要求中任一项所述的机器人控制器，其中所述通信数据产生装置(20)包括通信数据产生软件过程或通信数据产生电路。

7.如前述权利要求中任一项所述的机器人控制器，其中该控制部件适于只要在某个时间范围内接收的状态信息指示使能设备是激活的就允许对机器人进行手动控制。

8.如前述权利要求中任一项所述的机器人控制器，其中该控制部件适于当在某个时间范围内未能接收到指示使能设备状态的信息时，不允许对机器人进行手动控制。

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