專利名稱：安全控制操縱器的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于安全地手動(dòng)控制操縱器(Manipulator)、特別是例如工業(yè)機(jī) 器人的機(jī)器人的方法和裝置。
背景技術(shù)：
由于對(duì)操作人員存在的潛在危險(xiǎn)，因此必須以安全技術(shù)來實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的操 作。所以，例如在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)ISO 10218-1 :2006中規(guī)定手動(dòng)編程儀必須具有三級(jí)確認(rèn)鍵 (Zustimmungstaster)。這種例如由專利文獻(xiàn) DE 10023199A1 和 DE 29923980U1 公開的鍵 區(qū)分非操作狀態(tài)、通過按壓鍵的緊急狀態(tài)和中間狀態(tài)。只有當(dāng)使用安全技術(shù)采集到中間狀 態(tài)并傳輸給機(jī)器人的控制器時(shí)，機(jī)器人才會(huì)運(yùn)動(dòng)。如在專利文獻(xiàn)DE 4432768C2和WO 99/29474A2中所描述的那樣，這種 對(duì)控制命令的安全采集、分析和傳輸由于所需要的冗余或多樣性以及運(yùn)行可靠性 (Betriebsbewahrtheit)等等而導(dǎo)致成本過高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，改善對(duì)操縱器的安全控制。本發(fā)明的目的通過一種用于安全控制操縱器、特別是機(jī)器人的方法實(shí)現(xiàn)。其中，利 用具有第一、較低安全級(jí)別的操作裝置手動(dòng)地控制該操縱器，該操作裝置與所述操縱器的 控制裝置連接；利用具有第二、較高安全級(jí)別的保護(hù)裝置監(jiān)測(cè)許可狀態(tài)，該保護(hù)裝置與所述 操縱器的控制裝置相連接；其中，在所述保護(hù)裝置向所述控制裝置傳送許可狀態(tài)時(shí)，所述操 縱器才執(zhí)行由所述操作裝置預(yù)先給定的動(dòng)作。本發(fā)明還提出了一種用于實(shí)施該方法的裝 置。此外本發(fā)明還提出了一種計(jì)算機(jī)程序或一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，尤其是一種數(shù)據(jù)載體或 一種存儲(chǔ)介質(zhì)。本發(fā)明的基本思想在于，將安全功能與控制功能分開。這一方面使得能夠使用安 全級(jí)別較低的操作裝置來手動(dòng)地控制操縱器，因?yàn)槠鋬H需實(shí)現(xiàn)控制功能，并因此可以更簡(jiǎn) 單、更合算、更靈活和/或更緊湊。另一方面，為了確保安全功能，可以使用具有更高安全級(jí) 別的保護(hù)裝置，這種裝置例如已經(jīng)用于操縱器的自動(dòng)運(yùn)行。因此例如，如果優(yōu)選為操縱器的 自動(dòng)運(yùn)行設(shè)置的、如具有監(jiān)測(cè)安全門的保護(hù)欄那樣的保護(hù)裝置能夠確保操作人員不會(huì)位于 禁止進(jìn)入的保護(hù)區(qū)域內(nèi)，則根據(jù)本發(fā)明也能以非安全技術(shù)利用安全級(jí)別較低的操作裝置來 控制操縱器。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以利用第一安全級(jí)別的操作裝置控制操縱器，該操作裝置與 操縱器的控制裝置相連接。在這里，操作裝置例如可以是臺(tái)式個(gè)人計(jì)算機(jī)、便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)(“PC”)或者 例如所謂的個(gè)人數(shù)字助理(“PDA”)的手持設(shè)備、移動(dòng)電話等等，并且由于安全性要求較低， 可以優(yōu)選以非安全標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。操作裝置可以有線地與控制裝置連接，特別是通過網(wǎng)絡(luò)連接；或者優(yōu)選通過電磁輻射，如無線電、光學(xué)信號(hào)或紅外線信號(hào)無線地連接到控制裝置。作為控制例如可以是對(duì)規(guī)定位置和/或規(guī)定的位置變化的輸入，例如對(duì)于操縱器 的軸或針對(duì)操縱器的參考點(diǎn)或參考坐標(biāo)系(如TCP( “工具中心點(diǎn)”)、工具移動(dòng)和/或工具 激活等)的位置和/或方位，在此，在優(yōu)選的在線示教中，操縱器直接執(zhí)行和/或存儲(chǔ)控制 命令。因此控制尤其理解為，通過適當(dāng)?shù)目刂泼钍箼C(jī)器人即時(shí)運(yùn)動(dòng)?？刂泼罾缈梢?通過操作裝置的鍵盤、操縱桿、鼠標(biāo)和/或觸摸屏輸入。在這里，可以在操作裝置和/或控制裝置中實(shí)現(xiàn)控制軟件，例如軌跡內(nèi)插器 (Bahninterpolator)，從而例如在一種優(yōu)選實(shí)施方式中借助操作裝置只進(jìn)行控制命令的輸 入和傳輸。操作裝置還可以具有顯示器，用于輸入?yún)?shù)和/或其它參數(shù)的輸入顯示和/或 可視化。根據(jù)本發(fā)明，利用具有第二、較高安全級(jí)別的保護(hù)裝置監(jiān)測(cè)許可狀態(tài)，該保護(hù)裝置 與操縱器的控制裝置相連接。許可狀態(tài)特別是可以出現(xiàn)在無人處于禁止進(jìn)入的保護(hù)區(qū)域內(nèi) 時(shí)。這樣，就是在非安全標(biāo)準(zhǔn)的操作裝置出現(xiàn)錯(cuò)誤功能時(shí)也不會(huì)造成人身傷害。這例如可以通過限定禁止進(jìn)入的保護(hù)區(qū)域的、具有一個(gè)或多個(gè)監(jiān)測(cè)安全門的保護(hù) 欄來保障。同樣，也可以對(duì)保護(hù)區(qū)域例如進(jìn)行光學(xué)監(jiān)測(cè)，并由此采集人員進(jìn)入保護(hù)區(qū)域或在 其中停留的情況。在這種情況下，只要有操作人員處于禁止進(jìn)入的保護(hù)區(qū)域內(nèi)，保護(hù)裝置就 不會(huì)向控制裝置傳輸許可狀態(tài)。同樣，保護(hù)裝置還可以消除表示許可狀態(tài)的釋放信號(hào)，和/或傳送表示禁止?fàn)顟B(tài) 的干擾信號(hào)，以使得沒有許可狀態(tài)傳輸?shù)娇刂蒲b置。這也可以如上所述地通過線纜連接、特 別是通過網(wǎng)絡(luò)，或以無線的方式進(jìn)行。附加或替代地，除了監(jiān)測(cè)是否有人處于禁止進(jìn)入的保護(hù)區(qū)域內(nèi)，還可以監(jiān)測(cè)操縱 器本身，例如通過可靠地采集操縱器的關(guān)節(jié)狀態(tài)，和/或一個(gè)或多個(gè)操縱器的關(guān)節(jié)或者特 定于操縱器的參考點(diǎn)或參考坐標(biāo)系的位置，并與允許的值域進(jìn)行比較。安全級(jí)別例如可以是對(duì)應(yīng)于根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的安全類別。在此，較高的安全級(jí)別、特 別是第二安全級(jí)別對(duì)應(yīng)于安全技術(shù)，并且例如通過相應(yīng)的冗余或多樣性來實(shí)現(xiàn)，如通過多 通道保護(hù)裝置、安全數(shù)據(jù)傳輸、控制裝置中的數(shù)據(jù)分析、充分的運(yùn)行可靠性以及故障保護(hù)性 等來保障。相應(yīng)地，較低的安全級(jí)別、特別是第一安全級(jí)別可以在非安全標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)中實(shí) 施。即使是絲毫不滿足安全要求的技術(shù)，在本發(fā)明的意義下也能夠滿足較低的或第一安全 級(jí)別，其中，在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，第一安全級(jí)別也滿足一定的(最低)安全要求，但該 安全要求優(yōu)選低于安全技術(shù)中的安全要求?；谌缟纤龅恼J(rèn)識(shí)，本發(fā)明可以不必考慮通常在用于控制操縱器的操作裝置中 設(shè)置的較高的安全要求，而是通過分離的、優(yōu)選是例如對(duì)于自動(dòng)化運(yùn)行已有的保護(hù)裝置來 保證安全，只要保護(hù)裝置能夠確保操作裝置的操作者處于禁止進(jìn)入的保護(hù)區(qū)域之外。相應(yīng)地，當(dāng)保護(hù)裝置將許可狀態(tài)傳送給控制裝置時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的操縱器才執(zhí)行 全部或至少特定的由操作裝置預(yù)先給定的動(dòng)作。特別是當(dāng)保護(hù)裝置沒有向控制裝置傳送許 可狀態(tài)時(shí)，它能夠充分地防止操縱器的運(yùn)動(dòng)和/或工具運(yùn)動(dòng)和/或工具活動(dòng)。為此，控制裝置例如可以關(guān)閉操作裝置、忽略操作裝置的控制命令或延遲到保護(hù) 裝置釋放時(shí)執(zhí)行。同樣，只要保護(hù)裝置未向控制裝置傳送許可狀態(tài)，還可以停止操縱器的所有動(dòng)作；
4或者僅在例如手軸的尚未選定的軸中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，而危險(xiǎn)的軸，例如旋轉(zhuǎn)軸、搖擺軸和/或臂 軸等則處于靜止?fàn)顟B(tài)。附加或替代地，在一優(yōu)選實(shí)施方式中，當(dāng)保護(hù)裝置不再向控制裝置傳 送許可狀態(tài)時(shí)，在操縱器轉(zhuǎn)換到安全狀態(tài)之后才停止動(dòng)作、特別是運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地還有，只要保護(hù)裝置不向控制裝置傳送許可狀態(tài)，就在操作裝置上進(jìn)行顯 示，特別是顯示禁止?fàn)顟B(tài)。特別是，為了將已有的保護(hù)裝置例如具有安全門的保護(hù)欄用于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng) 運(yùn)行，可以利用操作裝置將用于控制操縱器的控制裝置置于特定的運(yùn)行模式，在該模式中， 例如，只有保護(hù)裝置是活躍的，也就是傳送了許可狀態(tài)或沒有傳送禁止?fàn)顟B(tài)時(shí)，才會(huì)執(zhí)行操 縱器的運(yùn)動(dòng)。在這些運(yùn)行模式之間的切換例如可以通過激活控制裝置、激活操作裝置、連接 控制裝置和操作裝置、手動(dòng)和/或向操作裝置輸入控制命令來實(shí)現(xiàn)。特別是在這種情況下，還可以利用從多個(gè)操作裝置中選出的一個(gè)操作裝置來控制 操縱器。優(yōu)選通過操作裝置之間的相互通訊、占優(yōu)信號(hào)傳輸，或通過控制裝置確保始終只有 一個(gè)操作裝置起作用，或能夠向控制裝置輸入控制命令。為了使操作人員也能根據(jù)本發(fā)明利用非安全標(biāo)準(zhǔn)的操作裝置來控制操縱器，對(duì) 保護(hù)裝置未識(shí)別的問題做出反應(yīng)，在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，將特別是在安全技術(shù)中的、安 全級(jí)別較高的緊急停止輸入裝置與操縱器的控制裝置相連接，在此優(yōu)選將該緊急停止輸 入裝置設(shè)置在非安全標(biāo)準(zhǔn)的操作裝置附近，特別是在操作裝置的操作人員可觸及的范圍 (Griffbereich)內(nèi)。這樣的緊急停止輸入裝置例如可以作為標(biāo)準(zhǔn)化的急停裝置簡(jiǎn)單、緊湊、 方便地設(shè)置在PC、PDA等設(shè)備中或旁邊。第一安全級(jí)別的操作裝置可以具有確認(rèn)裝置，正如迄今所使用的在安全技術(shù)中實(shí) 施的操作裝置那樣。該確認(rèn)裝置特別可以包括操作裝置鍵盤的一個(gè)鍵或鍵的組合。由于該 確認(rèn)裝置并不用于個(gè)人保護(hù)，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，該確認(rèn)裝置的有利之處在于沒有提高 安全要求。附加或替代地，除了一個(gè)或多個(gè)其它具有較低的、特別是第一安全級(jí)別的操作裝 置，還可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)其它的具有較高的、特別是第二安全級(jí)別的操作裝置。特別是當(dāng) 保護(hù)裝置無效時(shí)，例如有操作人員位于保護(hù)區(qū)域內(nèi)時(shí)，為了控制操縱器，可以使用以安全技 術(shù)實(shí)現(xiàn)的手動(dòng)編程儀等等。該控制裝置執(zhí)行由安全操作裝置預(yù)先給定的動(dòng)作，即便是保護(hù) 裝置沒有向控制裝置傳送許可狀態(tài)，其中，例如選擇一種相應(yīng)的控制裝置的運(yùn)行模式并使 非安全標(biāo)準(zhǔn)的操作裝置失效或?qū)⑵浜雎浴?br>

本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特征將結(jié)合實(shí)施例給出。在此部分示意地示出圖1 根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的機(jī)器人的控制器。
具體實(shí)施例方式圖1示出了一種具有控制柜2的六軸工業(yè)機(jī)器人1的截面圖。機(jī)器人1只允許在 由保護(hù)欄3限定的工作區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)，在該區(qū)域中在機(jī)器人1自動(dòng)運(yùn)行時(shí)不允許任何人停留，由 此定義了禁止進(jìn)入的保護(hù)區(qū)域。為此保護(hù)欄具有通過常開觸點(diǎn)3. 2監(jiān)測(cè)的安全門3. 1。為確保人身安全，具有保護(hù)欄3、安全門3. 1和常開觸點(diǎn)3. 2的保護(hù)裝置以安全技術(shù)實(shí)現(xiàn)。特別是常開觸點(diǎn)3. 2以安全 技術(shù)通過在圖1中示出的多通道冗余線路L2_3與控制柜2連接，并相應(yīng)地具有第二、較高的 安全級(jí)別，例如第3類。為了控制機(jī)器人1，特別是為了以關(guān)節(jié)坐標(biāo)或全局坐標(biāo)輸入行駛命令，設(shè)置了標(biāo)準(zhǔn) PC 4。標(biāo)準(zhǔn)PC 4通過在圖1中由線路L2_4示出的單通道簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)連接到控制柜2，控制柜 2對(duì)通過PC 4的鍵盤輸入的控制命令進(jìn)行解釋、進(jìn)行再處理并相應(yīng)地控制機(jī)器人1的驅(qū)動(dòng)。 在PC4的屏幕上，例如通過顯示在虛擬工作空間中的機(jī)器人和/或機(jī)器人的關(guān)節(jié)角度來使 輸入數(shù)據(jù)可視化。由此，與控制柜2單通道連接的標(biāo)準(zhǔn)-PC 4是以非安全技術(shù)實(shí)現(xiàn)的操作 裝置，其具有第一、較低的安全級(jí)別，例如第1類或更低。為了在出現(xiàn)保護(hù)裝置不能識(shí)別的問題時(shí)同樣能夠確保人身安全，在PC 4旁邊可 觸及的范圍內(nèi)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)急停裝置5(圖1中通過多通道線路L2_4示出)其與控制柜2連接， 由此形成具有如與保護(hù)裝置3-3. 2安全級(jí)別相同或更高的緊急停止輸入裝置。為了也能在保護(hù)范圍內(nèi)安全地控制機(jī)器人，還可以附加地將具有急停裝置6. 1和 確認(rèn)鍵6. 2的常規(guī)手動(dòng)編程儀以安全技術(shù)通過多通道線路L2_6與控制柜2連接。通過用戶行為可以將這種控制通過操縱器轉(zhuǎn)交給PC 4，或者如果有的話，轉(zhuǎn)交給 手動(dòng)編程儀6。如果將控制轉(zhuǎn)交給手動(dòng)編程儀6，那么機(jī)器人的控制器2就會(huì)忽略來自PC 4 的輸入。反之，只要常開觸點(diǎn)3. 2向控制裝置2報(bào)告安全門3. 1關(guān)閉或安全門3. 1沒有打 開，并因此確保沒有人進(jìn)入由保護(hù)欄3所限定的保護(hù)區(qū)域，控制器就可以在通過控制器的 切換而使控制裝置2進(jìn)入的用于控制操縱器的運(yùn)行模式中通過操作裝置4僅執(zhí)行由PC 4 給定的運(yùn)動(dòng)。如果出現(xiàn)其它問題，例如通過保護(hù)欄3上的洞進(jìn)入保護(hù)區(qū)域，操作人員可以迅 速按下近在咫尺的緊急停止按鈕5，使機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)。因此，通過以非安全技術(shù)實(shí)現(xiàn)并連接到控制柜2的標(biāo)準(zhǔn)PC4，并使用設(shè)置用于自動(dòng) 運(yùn)行的保護(hù)裝置3、3. 1,3. 2，盡管成本低但仍能安全地控制機(jī)器人。附圖標(biāo)記列表
1機(jī)器人
2控制柜
3保護(hù)欄
3.1安全門
3.2常開觸點(diǎn)
4標(biāo)準(zhǔn)PC (操作裝置)
5急停裝置
6手動(dòng)編程儀
6.1急停裝置
6.2確認(rèn)鍵
L2-χ線路(單通道/雙通道
權(quán)利要求
一種用于安全控制操縱器、特別是機(jī)器人(1)的方法，具有以下步驟利用具有第一、較低安全級(jí)別的操作裝置(4)手動(dòng)地控制該操縱器，該操作裝置(4)與所述操縱器的控制裝置(2)連接(L2 4)；利用具有第二、較高安全級(jí)別的保護(hù)裝置(3，3.1，3.2)監(jiān)測(cè)許可狀態(tài)，該保護(hù)裝置與所述操縱器的控制裝置相連接(L2 3)；其中，在所述保護(hù)裝置(3，3.1，3.2)向所述控制裝置傳送許可狀態(tài)時(shí)，所述操縱器才執(zhí)行由所述操作裝置(4)預(yù)先給定的動(dòng)作。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述動(dòng)作包括所述操縱器(1)的運(yùn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果操作人員位于禁止進(jìn)入的保護(hù)區(qū)域 內(nèi)，則所述保護(hù)裝置(3，3. 1,3. 2)不向所述控制裝置(2)傳送許可狀態(tài)。
4.如前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，為了控制所述操縱器，利用所述操 作裝置將所述控制裝置置于特定的運(yùn)行模式。
5.如前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，利用從多個(gè)操作裝置(4;6)中選 出的一個(gè)操作裝置來控制所述操縱器。
6.一種用于控制操縱器、特別是機(jī)器人(1)的裝置，該裝置包括用于控制該操縱器的控制裝置(2)；與該控制裝置相連接的、具有第一、較低安全級(jí)別的操作裝置(4)，用以手動(dòng)控制所述 操縱器；以及與該控制裝置相連接的、具有第二、較高安全級(jí)別的保護(hù)裝置(3，3. 1,3. 2)，用以監(jiān)測(cè) 許可狀態(tài)；其中，該用于控制操縱器的裝置設(shè)置為，執(zhí)行如前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法。
7.如權(quán)利要求6所述的用于控制操縱器的裝置，其特征在于，具有較高安全級(jí)別的緊 急停止輸入裝置(5)，該裝置與所述操縱器的控制裝置(2)連接。
8.如權(quán)利要求6或7所述的用于控制操縱器的裝置，其特征在于，所述操作裝置、尤其 是具有第一安全級(jí)別的操作裝置，具有確認(rèn)裝置。
9.如權(quán)利要求6到8中任一項(xiàng)所述的用于控制操縱器的裝置，其特征在于，至少還具有 一個(gè)另外的安全級(jí)別較低的操作裝置。
10.如權(quán)利要求6到9中任一項(xiàng)所述的用于控制操縱器的裝置，其特征在于，至少還具 有一個(gè)另外的安全級(jí)別較高的操作裝置(6)。
11.如權(quán)利要求6到10中任一項(xiàng)所述的用于控制操縱器的裝置，其特征在于，所述保護(hù) 裝置具有保護(hù)欄(3)、安全門(3. 1)、常開觸點(diǎn)(3. 2)和/或保護(hù)空間監(jiān)測(cè)裝置、尤其是光學(xué) 保護(hù)空間監(jiān)測(cè)。
12.—種計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)該程序在如權(quán)利要求6到11中任一項(xiàng)所述的裝置的控制裝置 中運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行如權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的方法。
13.一種具有程序編碼的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該產(chǎn)品存儲(chǔ)在機(jī)器可讀的載體上并包括如 權(quán)利要求12所述的計(jì)算機(jī)程序。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于安全控制操縱器、特別是機(jī)器人(1)的方法，包括步驟利用具有第一安全級(jí)別的操作裝置(4)控制該操縱器，該操作裝置(4)與所述操縱器的控制裝置(2)連接；利用具有第二、較高安全級(jí)別的保護(hù)裝置(3，3.1，3.2)監(jiān)測(cè)許可狀態(tài)，該保護(hù)裝置與所述操縱器的控制裝置連接；其中，在所述保護(hù)裝置向所述控制裝置傳送許可狀態(tài)時(shí)，所述操縱器才執(zhí)行由所述操作裝置預(yù)先給定的動(dòng)作。
文檔編號(hào)B25J13/00GK101992470SQ201010263748
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月25日
發(fā)明者烏韋·博寧, 斯特凡·斯圖爾姆 申請(qǐng)人:庫(kù)卡羅伯特有限公司