移動自動化環(huán)境中的人員安全措施的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的實施方式涉及移動自動化環(huán)境中的人員安全措施，公開了用于操作包括工件的工作空間中的移動自動化工作站的計算機實施的系統(tǒng)和方法。計算機設(shè)備定義具有外排斥面的排斥體積，該外排斥面至少部分圍繞可操作地設(shè)置在工作空間中的移動工作站。計算機設(shè)備接收來自至少一個傳感器的數(shù)據(jù)并且基于所述數(shù)據(jù)來確定在工作空間內(nèi)的工作站和人員的位置。計算機設(shè)備在檢測到人員突破排斥體積或排斥面后，激活指示器并且更改工作站的運動。
【專利說明】移動自動化環(huán)境中的人員安全措施

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開內(nèi)容涉及用于保護靠近自動化制造機器工作的人員的系統(tǒng)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 自動化制造，例如在裝配線上發(fā)生的自動化制造，可能涉及一系列實施機器人系 統(tǒng)以執(zhí)行各種制造任務(wù)的工作站。這些任務(wù)可能包括對從一個工作站到下一個工作站順序 移動的產(chǎn)品進行加工、裝配和測試。除了自動化過程之外，在產(chǎn)品前進通過這樣的裝配線期 間可能由人員來執(zhí)行手工制造過程。工作在裝配線上的人員可能例如通過堅起物理屏障被 分成自動化任務(wù)在其中執(zhí)行的區(qū)域，物理屏障防止進入到在其中占用人在機器人的操作期 間可能被機器人傷害的區(qū)域。
[0003] 裝配線可能不適合于對大型工件執(zhí)行制造過程，大型工件比如飛機機身和機翼、 風(fēng)車渦輪機、大型船舶船體、導(dǎo)彈彈體、坦克和其它這樣的大型工件。相反，可以將執(zhí)行制造 過程的移動工作站移動到靠近大型工件的要對其執(zhí)行操作的部位的各種位置。然而，這樣 的移動性可能增加對也處在工作空間中的任何人員的受傷的風(fēng)險。此外，隨這樣的工作站 所包括的任何機器人或機器的操作可能對工作空間的占用人造成不可接受的危險。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 公開了用于操作包括工件的工作空間中的移動自動化工作站的計算機實施的系 統(tǒng)和方法。計算機設(shè)備定義具有外排斥面的排斥體積，該外排斥面至少部分圍繞可操作地 設(shè)置在工作空間中的移動工作站。計算機設(shè)備接收來自至少一個傳感器的數(shù)據(jù)并且基于所 述數(shù)據(jù)來確定在工作空間內(nèi)的工作站和人員的位置。計算機設(shè)備在檢測到人員突破排斥體 積或排斥面后，激活指示器并且更改工作站的運動。
[0005] 根據(jù)本公開的一方面，提供一種用于操作移動自動化工作站的計算機實施的方 法，包括：使用計算機設(shè)備定義具有外排斥面的排斥體積，所述外排斥面至少部分圍繞可操 作地設(shè)置在工作空間中的移動工作站；在所述計算機設(shè)備處接收來自至少一個傳感器的數(shù) 據(jù)；使用所述計算機設(shè)備基于所述數(shù)據(jù)來確定在所述工作空間內(nèi)的所述工作站的位置；使 用所述計算機設(shè)備基于所述數(shù)據(jù)來確定在所述工作空間內(nèi)人員的位置；以及，在檢測到所 述人員與所述排斥體積重疊和所述人員越過所述排斥面中的至少一個后，執(zhí)行使用所述計 算機設(shè)備激活指示器和使用所述計算機設(shè)備更改預(yù)先確定的所述移動工作站的移動中的 至少一個。
[0006] 根據(jù)本公開的一個實施方式，該方法還包括：使用所述計算機設(shè)備定義具有外緩 沖面的緩沖體積，所述緩沖面至少部分圍繞所述移動工作站和所述排斥體積，其中所述緩 沖面上的點比所述排斥面上的如下點更遠離最靠近所述緩沖面上的所述點的、所述工作站 上的點，所述排斥面上的所述點最靠近所述工作站上的所述點。
[0007] 根據(jù)本公開的一個實施方式，定義排斥體積和定義緩沖體積的步驟中的至少一個 基于安全標(biāo)準(zhǔn)或政府規(guī)制中的至少一個。
[0008] 根據(jù)本公開的一個實施方式，定義排斥體積的步驟和定義緩沖體積的步驟在預(yù)先 確定的所述工作站的運動之前發(fā)生，并且所述排斥體積和所述緩沖體積封閉由所述預(yù)先確 定的所述工作站的運動定義的包絡(luò)。
[0009] 根據(jù)本公開的一個實施方式，定義排斥體積的步驟基于安全標(biāo)準(zhǔn)或政府規(guī)制中的 至少一個。
[0010] 根據(jù)本公開的一個實施方式，在所述工作站進行相對于所述工作空間的平移運動 的同時執(zhí)行定義排斥體積的步驟。
[0011] 根據(jù)本公開的一個實施方式，所述定義步驟在預(yù)先確定的所述工作站的運動之前 發(fā)生，并且所述排斥體積封閉由所述預(yù)先確定的所述工作站的運動定義的包絡(luò)。
[0012] 根據(jù)本公開的一個實施方式，所述執(zhí)行步驟包括在檢測到所述人員與所述排斥體 積重疊和所述人員越過所述排斥面中的至少一個后，執(zhí)行使用所述計算機設(shè)備激活指示器 和使用所述計算機設(shè)備更改預(yù)先確定的所述移動工作站的移動這二者。
[0013] 根據(jù)本公開的另一個方面，提供一種用于操作移動自動化工作站的系統(tǒng)，包括：移 動工作站，被可轉(zhuǎn)移地設(shè)置在工作空間內(nèi)，所述工作空間被配置為容納工件；處理器和包括 指令的有形計算機可讀介質(zhì)，所述指令在由所述處理器執(zhí)行時：定義具有外排斥面的排斥 體積，所述外排斥面至少部分圍繞可操作地設(shè)置在所述工作空間中的所述移動工作站；基 于接收的來自至少一個傳感器的數(shù)據(jù)來確定在所述工作空間內(nèi)的所述工作站的位置；基于 接收的來自所述至少一個傳感器的所述數(shù)據(jù)來確定在所述工作空間內(nèi)的人員的位置；以 及，在檢測到所述人員與所述排斥體積重疊和所述人員越過所述排斥面中的至少一個后， 執(zhí)行激活指示器和更改預(yù)先確定的所述移動工作站的移動中的至少一個。
[0014] 根據(jù)本公開的一個實施方式，所述有形計算機可讀介質(zhì)還包括在由所述處理器執(zhí) 行時定義具有外緩沖面的緩沖體積的指令，所述外緩沖面至少部分圍繞所述移動工作站和 所述排斥體積，其中所述緩沖面上的點比所述排斥面上的如下點更遠離最靠近所述緩沖面 上的所述點的、所述工作站上的點，所述排斥面上的所述點最靠近所述工作站上的所述點。
[0015] 根據(jù)本公開的一個實施方式，在由所述處理器執(zhí)行時定義緩沖體積的所述指令和 在由所述處理器執(zhí)行時定義排斥體積的所述指令中的至少一個指令基于安全標(biāo)準(zhǔn)或政府 規(guī)制。
[0016] 根據(jù)本公開的一個實施方式，在由所述處理器執(zhí)行時定義排斥體積的所述指令基 于安全標(biāo)準(zhǔn)或政府規(guī)制。
[0017] 根據(jù)本公開的一個實施方式，所述的系統(tǒng)還包括所述至少一個傳感器，被安裝在 所述工作站上并且被配置為檢測在所述工作空間內(nèi)的所述工作站的位置。
[0018] 根據(jù)本公開的一個實施方式，所述至少一個傳感器被配置為檢測所述工作空間的 至少一個占用人的位置。
[0019] 根據(jù)本公開的一個實施方式，有形計算機可讀介質(zhì)還包括在由所述處理器執(zhí)行時 定義封閉包絡(luò)的排斥體積的指令，所述包絡(luò)由預(yù)先確定的所述工作站的運動定義。
[0020] 根據(jù)本公開的另一個方面，提供一種用于操作移動自動化工作站的計算機程序產(chǎn) 品，包括：包括指令的有形計算機可讀介質(zhì)，所述指令在由處理器執(zhí)行時：定義具有外排斥 面的排斥體積，所述外排斥面至少部分圍繞可操作地設(shè)置在工作空間中的移動工作站；基 于接收的來自至少一個傳感器的數(shù)據(jù)來確定在所述工作空間內(nèi)的所述工作站的位置；基于 接收的來自所述至少一個傳感器的所述數(shù)據(jù)來確定在所述工作空間內(nèi)的人員的位置；以 及，在檢測到所述人員與所述排斥體積重疊和所述人員越過所述排斥面中的至少一個后， 執(zhí)行激活指示器和更改預(yù)先確定的所述移動工作站的移動中的至少一個。
[0021] 根據(jù)本公開的一個實施方式，所述有形計算機可讀介質(zhì)還包括在由所述處理器執(zhí) 行時定義具有外緩沖面的緩沖體積的指令，所述外緩沖面至少部分圍繞所述移動工作站和 所述排斥體積，其中所述緩沖面上的點比所述排斥面上的如下點更遠離最靠近所述緩沖面 上的所述點的、所述工作站上的點，所述排斥面上的所述點最靠近所述工作站上的所述點。
[0022] 根據(jù)本公開的一個實施方式，在由所述處理器執(zhí)行時定義緩沖體積的所述指令和 在由所述處理器執(zhí)行時定義排斥體積的所述指令中的至少一個指令基于安全標(biāo)準(zhǔn)或政府 規(guī)制。
[0023] 根據(jù)本公開的一個實施方式，在由所述處理器執(zhí)行時定義排斥體積的所述指令基 于安全標(biāo)準(zhǔn)或政府規(guī)制。
[0024] 根據(jù)本公開的一個實施方式，有形計算機可讀介質(zhì)還包括在由所述處理器執(zhí)行時 定義封閉包絡(luò)的排斥體積的指令，所述包絡(luò)由預(yù)先確定的所述工作站的運動定義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 在附圖中，圖示如下結(jié)構(gòu)和方法，其連同以下提供的說明描述用于提供移動自動 化環(huán)境中的人員安全的系統(tǒng)和方法的方面。將注意到，單個部件可以被設(shè)計成多個組件并 且多個部件可以被設(shè)計成單個組件。
[0026] 此外，在附圖和下文的描述中，貫穿附圖和書面描述，使用相同的附圖標(biāo)記來分別 指示同樣的部分。對應(yīng)于附圖中的元件的多個實例的附圖標(biāo)記以小寫字母字符結(jié)束（例 如，104a，104b，104c)以特別標(biāo)識不同的元件，而這樣的元件可以使用附圖標(biāo)記（例如， 104)來共同標(biāo)識。出于圖示的方便，附圖未按比例繪制并且特定部分的比例已經(jīng)被放大。
[0027] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的包括移動工作站106的工作空間101的圖解說明。
[0028] 圖2是用于在包括移動工作站106的自動化制造環(huán)境中提供人員安全的過程200 的框圖。
[0029] 圖3是計算設(shè)備130的框圖圖示。

【具體實施方式】
[0030] 參考圖1，示出了用于實施本發(fā)明的教導(dǎo)的飛機裝配工作空間101。裝配工作空間 101具有足夠的尺寸以容納工件102,工件102在圖1中是具有機身和機翼的飛機。工作空 間101可能由人員l〇4a-104g和自動化工作站106所占用以同時執(zhí)行對工件102的裝配或 其他制造任務(wù)。例如，多個人類操作員104a-104g中任一個或者移動自動化工作站106可能 在工件102的周圍的各種不同的位置執(zhí)行制造任務(wù)，比如鉚接、鉆孔、裝配、膠合、布線、打 磨、油漆或安裝部件。另外，人類操作員l〇4a-104g和工作站106都可能同時執(zhí)行它們的任 務(wù)并且彼此極為靠近。根據(jù)本教導(dǎo)的一個方面，工作站106可以在由一個或多個個體（比 如人員104)的控制下、通過自動化過程或者二者的組合來執(zhí)行任務(wù)。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的一個方面，移動工作站106包括底座107,在底座107上安裝機 器人108以便對工件102執(zhí)行制造任務(wù)。機器人108可以是六軸關(guān)節(jié)式機器人108。末端 執(zhí)行器109被安裝到機器人臂110并且可以對工件102執(zhí)行各種任務(wù)?？梢员话惭b到臂 110的各種類型的末端執(zhí)行器109包括但不限于夾持器、焊槍和元件、真空泵、噴燈、涂料噴 頭、打磨機、鉚釘機、鉆孔機、以及還有其他操作元件。末端執(zhí)行器109的移動可以定義包絡(luò) 113,其中在包絡(luò)113內(nèi)的任何對象，比如人員104,將會與末端執(zhí)行器109或臂110接觸。 還能夠針對工作站106的任何部分或者工作站106的整體的運動確定包絡(luò)113。機器人108 的動作由機器人控制器111控制，機器人控制器111可以包含用于執(zhí)行計算機可讀指令的 電路裝置（比如計算機處理器）、用于存儲和寫入這樣的指令的非瞬態(tài)可讀計算機、用于向 機器人108傳送指令和從其接收信息的通信接口、以及用于給機器人108提供功率的電源。 六軸機器人可能相對具有更少自由度的機器人具有改進的靈活性，但是根據(jù)本公開內(nèi)容具 有比六個軸更少的軸的機器人108也能夠被實施。此外，工作站106可以包括用于對工件 102執(zhí)行任務(wù)的非機器人的機器。例如，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)可以隨工作站106包括需要人類 控制的自動化機制或半自動化機制，來執(zhí)行可以由機器人108或人員104執(zhí)行的任務(wù)。如 本文所使用的，術(shù)語工作站106包括任何機器人108或者安裝在工作站106上或以其他方 式與工作站106相關(guān)聯(lián)的、執(zhí)行分配給工作站106的制造任務(wù)的其他機器。
[0032] 進一步參考圖1，移動工作站106是自推進的并且可以遍及工作空間101進行平移 運動，例如沿著路徑111a - 111c中的一個。工作站106可以被定位在工件102周圍的不同 的位置，或者以其他方式定位在工作空間101內(nèi)。所示的工作站106可以利用機動化的可 轉(zhuǎn)向輪在工作空間101中到處移動?？商鎿Q地，可以使用其他機制來移動工作站106,比如 設(shè)置在工作空間101中各處的各種位置的軌道、雪橇、牽引電動滑橇底座、或者可以在工作 空間101中各處移動工作站106的任何其它設(shè)備或系統(tǒng)。
[0033] 繼續(xù)參考圖1，自動化移動工作站106包括機載計算設(shè)備130,其提供根據(jù)本發(fā)明 的教導(dǎo)連續(xù)不斷地接收并分析數(shù)據(jù)的計算環(huán)境。應(yīng)當(dāng)注意，計算設(shè)備130不必是工作站106 機載的，但可以改為對于工作站106遠程放置?？梢员慌渲贸筛鶕?jù)本發(fā)明的教導(dǎo)進行操作 的合適的計算設(shè)備130的示例包括但不限于通用計算機、計算機化的機器人控制器、可編 程邏輯控制器（PLC)或其他計算設(shè)備。傳感器112a - 112c可以被設(shè)置在移動工作站106 上，并且檢測工作空間101中的從工作站106向外設(shè)置的對象，比如傳感器112a，或者被提 供在遠離移動工作站106的其他位置，比如停車區(qū)域140內(nèi)的傳感器112b，或者靠近工件 102設(shè)置的傳感器112c。傳感器112b - 112c可以檢測工作空間中的各種對象，包括人員 104以及工作站106和114。傳感器112的說明性但非窮舉的示例包括靠近度傳感器，可見 光傳感器，光學(xué)、激光和紅外線傳感器設(shè)備。傳感器112可以向計算設(shè)備130提供實時數(shù) 據(jù)，計算設(shè)備130根據(jù)該實時數(shù)據(jù)可以確定工作空間101的任何人員104或者移動工作站 106U14的位置、存在、運動、加速度、速度或速率。實時數(shù)據(jù)可以包括計算設(shè)備130和傳感 器112a - 112c之間的多個通信交互。
[0034] 基于從傳感器112a - 112c中的一個或多個接收到的數(shù)據(jù)，計算設(shè)備130確定具有 排斥面117的排斥體積116。計算設(shè)備130也能夠確定具有緩沖面119的緩沖體積118,和 具有第二緩沖面121的第二緩沖體積120。排斥體積116能夠至少部分地圍繞工作站106。 例如，排斥體積116可以除了工作站底下以外圍繞工作站106,因為由于地板的存在人員 104進入到工作站106底下的位置極不可能或不能實現(xiàn)。此外，安全標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)則、規(guī)范或法規(guī) 可能不需要減輕人員104從某些方向接近工作站106?？商鎿Q地，排斥體積116可以完全圍 繞工作站106。緩沖體積118至少部分地圍繞排斥體積116,第二緩沖體積120至少部分地 圍繞緩沖體積118。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的其它方面，緩沖體積118完全圍繞排斥體積116， 第二緩沖體積120完全圍繞緩沖體積118,或者二者。根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的一個方面，緩沖面 119上的任何點與最靠近工作站106上的最近點的排斥面117上的點相比，更遠離工作站 106上的前述點。該準(zhǔn)則確保緩沖面119上的任何點會有在緩沖面119和工作站106之間 的排斥面117上的點。類似的，第二緩沖面121上的任何點與最靠近工作站106上的最近 點的緩沖面119上的點相比，更遠離工作站106上的最近點。
[0035] 物理邊界115防止人員進入排斥體積116或突破排斥面117。物理邊界115的適 合的形式包括但不限于屏障、導(dǎo)軌或墻壁。此外，這樣的物理邊界115可以與排斥面117、緩 沖面119和第二緩沖面121中的一個或多個重合。可替換地，物理邊界可以在任何適當(dāng)?shù)?位置被安裝到工作站106,而不論是否與排斥面117、緩沖面119或第二緩沖面121重合。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的一個方面，排斥體積116和排斥面117、緩沖體積118和緩沖面 119、以及第二緩沖體積120和緩沖面121都被動態(tài)地確定，包括但不限于在期間工作站106 相對于工作空間101移動的那些時間，不管該運動是工作站106遍及工作空間110移動，還 是在工作站106相對于工作空間101是靜止的同時安裝到工作站106的機器人108移動。 如本文所使用的,工作站106的運動可以包括遍及工作空間101的整個工作站106的運動， 比如當(dāng)?shù)鬃?07和機器人108遍及工作空間移動時，或者工作站106的部分相對于工作空 間101的運動，比如當(dāng)?shù)鬃粫r靜止并且機器人108相對于工作空間101處于運動中。此 夕卜，術(shù)語"移動工作站" 106表示整個工作站106可相對于工作空間101移動。
[0037] 計算設(shè)備130可以由于檢測到人員104位于排斥體積116、緩沖體積118和第二緩 沖體積120中的一個之內(nèi)，或者由于突破了排斥面117、緩沖面119和第二緩沖面121，而激 活指示器124a - 124c。雖然所圖示的排斥體積116、緩沖體積118和第二緩沖體積120具 有立方體的形狀并且排斥面117、緩沖面119和第二緩沖面121具有矩形形狀，但是根據(jù)本 公開內(nèi)容，各種各樣體積的形狀和相應(yīng)面都是可能的。指示器124a位于工作站106上，指 示器124b由人員104g佩戴，并且指示器124c中位于工作空間101中的一個位置，使得它 可以向人員104傳送警報以警告他們工作站106所呈現(xiàn)的危險狀態(tài)。例如，指示器124可 以是聽覺的、視覺的警報，或者在指示器124b的情況下是能夠產(chǎn)生振動的警報，或者是前 述的組合。根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的另一方面，位于人員l〇4g上的指示器124b可以提供多種功 能，包括計算設(shè)備130提供傳感器位置數(shù)據(jù)。
[0038] 可以響應(yīng)于排斥體積116和排斥面117、緩沖體積118和緩沖面119以及第二緩 沖體積120和緩沖面121的各種突破而由計算設(shè)備130激活多個區(qū)分的警報。檢測到人員 104位于排斥體積116、緩沖體積118和第二緩沖體積120中的任一個之內(nèi)，或者突破排斥 面117、緩沖面119和第二緩沖面121，也可以導(dǎo)致計算設(shè)備130更改工作站106的運動。例 如，在這種情況下，工作站106可以基于確定人員位于排斥體積116、緩沖體積118和第二緩 沖體積120中的任一個或多個之內(nèi)，或者突破排斥面117、緩沖面119和第二緩沖面121，而 減慢它的移動、限制某些運動范圍、或者完全停止。在一個示例中，指示器124可以顯示綠 燈，指示安全的或"全清除"條件，其中所有人員都在排斥和緩沖體積外部并且尚未突破排 斥面和緩沖面，并且可以繼續(xù)安全工作而不采取任何動作。人員l〇4c存在于第二緩沖體積 120內(nèi)（但不在緩沖體積118內(nèi)）可以觸發(fā)"小心"警報條件。這樣的條件也能夠?qū)е鹿ぷ?站106減慢或以其他方式更改其運動。人員104b存在于緩沖體積118內(nèi)（但不在排斥體 積116內(nèi)）可以觸發(fā)"提高的警告"警報條件。這樣的條件也能夠?qū)е吕绻ぷ髡?06進 一步減慢或停止。人員l〇4a存在于排斥體積116內(nèi)可以觸發(fā)"高位警告"警報條件。這樣 的條件也能夠?qū)е吕绻ぷ髡?06完全停止。"小心"警報、"提高的警告"警報和"高位警 告"警報可以通過實施用于由指示器124產(chǎn)生的視覺警報的不同的顏色編碼、或者用于由指 示器124產(chǎn)生的聽覺警報的不同聲音來進行區(qū)分。
[0039] 繼續(xù)參考圖1，停車區(qū)域140是移動工作站106可以移動到并進入停車狀態(tài)的工作 空間101中的部分，在停車狀態(tài)中，不對工件102執(zhí)行工作并且人員104被允許進入排斥體 積116和排斥面117、緩沖體積118和緩沖面119以及第二緩沖體積120和緩沖面121或者 被發(fā)現(xiàn)在其中，而不激活對應(yīng)警報中的任一個或者改變工作站106的移動。停車區(qū)域140 可以可替換地被定義為工作站106執(zhí)行停車指令的工作空間101內(nèi)的任何位置，其中工作 站106停止任何移動或操作，并且允許人員104接近而不激活任何對應(yīng)警報。
[0040] 在本發(fā)明教導(dǎo)的另一方面中，本文所描述的系統(tǒng)還可以在單獨工作站114、或者圍 繞這樣的工作站114的區(qū)帶150被發(fā)現(xiàn)位于排斥體積116、緩沖體積118或第二緩沖體積 120之內(nèi)或者突破排斥面117、緩沖面119或第二緩沖面121的情況下激活指示器124中的 一個或多個并且更改工作站105的運動。
[0041] 參考圖2,用于在工作空間101中提供人員安全的過程200包括在步驟202,使用 計算設(shè)備130確定工作空間101中的移動工作站106的位置。這樣的確定可以通過在計算 設(shè)備130處接收到來自傳感器112a-112c之一的數(shù)據(jù)而發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的一個方 面，傳感器112a - 112c具有足夠的靈敏度，以提供足以確定移動工作站106和任何機器人 108或者隨工作站106所包括的其他機器相對于工作空間101的定位的數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明 的教導(dǎo)的其它方面，關(guān)于機器人108的位置的數(shù)據(jù)可以通過接收到來自機器人控制器111 的數(shù)據(jù)來確定，機器人控制器111包括關(guān)于機器人108的各種自由度的數(shù)據(jù)。這樣的信息 可以與傳感器信息212a - 212c -起使用以準(zhǔn)確地確定工作站106的位置。
[0042] 在步驟204中，通過計算設(shè)備130確定排斥體積116、排斥面117、或者二者。在步 驟206中，通過計算設(shè)備130確定緩沖體積118、緩沖面119、或者二者。在工作站106的操 作或移動期間，步驟204和206可以連續(xù)不斷地執(zhí)行，更新排斥體積116和排斥面117、緩 沖體積118和緩沖面119中的任何一個或多個。緩沖體積118和緩沖面119不需要在確定 了排斥體積116和排斥面117中的一個或二者之后確定，而是可以改為在步驟202之前、 之后或期間確定。此外，還可以在確定排斥體積116或排斥面117、緩沖體積118和緩沖面 119或者任何其他緩沖體積或緩沖面中的任何一個或多個之前、期間或同時，確定任何附加 的緩沖體積和緩沖面，比如第二緩沖體積120和第二緩沖面121。
[0043] 應(yīng)當(dāng)注意，排斥體積116和排斥面117、緩沖體積118和緩沖面119以及任何附加 的緩沖體積和緩沖面（比如第二緩沖體積120和緩沖面121)不需要相對于工作空間101 進行定義，而是可以相對于應(yīng)用于工作空間101內(nèi)的占用人104或工件102的任何參考框 架進行定義?？梢园l(fā)現(xiàn)排斥體積116和排斥面117、緩沖體積118和緩沖面119以及任何附 加的緩沖體積和緩沖面（比如第二緩沖體積120和緩沖面121)處于工作空間101中的移 動工作站106外部的位置。排斥體積116和排斥面117、緩沖體積118和緩沖面119以及任 何附加的緩沖體積和緩沖面中的任何一個或多個可以基于在多個來源內(nèi)指定的、由多個來 源定義的或根據(jù)多個來源得出的一個多個安全規(guī)則來定義，該多個來源包括本地、聯(lián)邦或 其他政府實體的安全規(guī)范或規(guī)制、以及由非政府組織（例如，國家防火協(xié)會（NFPA)、國際標(biāo) 準(zhǔn)化組織（ISO)、美國勞工部的職業(yè)安全與健康管理局（OSHA))公布的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)本 發(fā)明的教導(dǎo)的一個方面，排斥體積116和排斥面117、緩沖體積118和緩沖面119、以及附加 的緩沖體積和緩沖面中的一個或多個可以被定義為使得人員104和移動工作站106能夠安 全地占用關(guān)于工件102的工作空間101中的鄰近區(qū)域并且執(zhí)行任務(wù)，這樣的任務(wù)包括對工 件102執(zhí)行的制造、裝配和其他操作。在本發(fā)明的教導(dǎo)的一個方面中，可以通過包括工作空 間101包圍比如包絡(luò)113的包絡(luò)的那些部分來定義排斥體積116和排斥面117、緩沖體積 118和緩沖面119、以及附加的緩沖體積和緩沖面中的任何一個或多個。這樣的包絡(luò)可以繼 而通過將由工作站106,包括工作站106上的任何機器人108或其他機器，進行的預(yù)先確定 的運動范圍或可能的運動來定義。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的一個方面，排斥體積116和排斥面 117根據(jù)選擇的安全標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)制或規(guī)則來定義工作站106的用于安全操作或移動的限 制。排斥體積116和排斥面117、緩沖體積118和緩沖面119、以及附加的緩沖體積和緩沖 面中的一個或多個可以被選擇為防止或減輕對人員104的傷害。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的另一 方面，諸如屏障、導(dǎo)軌或墻壁的物理邊界115可以與排斥面117、緩沖面119以及第二緩沖面 121中的一個或多個重合。
[0044] 進一步參考圖2,在步驟208,計算設(shè)備130分析傳感器112a - 112c的數(shù)據(jù)，以確 定工作空間101內(nèi)的占用人104的位置。在步驟210中，計算設(shè)備130確定工作空間101 內(nèi)的任何占用人104是否已經(jīng)突破排斥體積116和排斥面117或者緩沖體積118和緩沖面 119中的任何一個。如果計算設(shè)備130確定突破尚未發(fā)生，則在步驟212中，工作站106繼 續(xù)執(zhí)行它的制造任務(wù)。例如，工作站106可以開始或繼續(xù)對工件102的制造或裝配或其他 操作或任務(wù)，或者工作站106可以移動到工作空間區(qū)域101中的另一位置。
[0045] 如果計算設(shè)備130確定突破已經(jīng)發(fā)生，則在步驟214中，計算設(shè)備130確定排斥體 積116和排斥面117、以及緩沖體積118和緩沖面119中的哪個已被突破。在步驟216中， 計算設(shè)備130激活對應(yīng)于在步驟214中被突破的體積或面的指示器124,并且在步驟218， 更改工作站106的運動。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的一個方面，在步驟216中激活的指示器124的 類型和在步驟218進行的更改的運動的類型可能取決于被突破的體積或面或二者。例如， 如果排斥體積116和排斥面117、以及緩沖體積118和緩沖面119中的全部已經(jīng)被突破，則 指示器124a - 124c可以激活對應(yīng)于排斥體積116或排斥面117或這二者的突破的警報，因 為這樣的突破可能具有比僅緩沖體積118或緩沖面119的突破更大的傷害人員的可能性。 根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的另一方面，步驟216和218可以包括激活與已經(jīng)被突破的體積或面相關(guān) 聯(lián)的聽覺警報，并且工作站106可能停下來，直到過程200繼續(xù)并且確定不再有突破。
[0046] 在本發(fā)明的教導(dǎo)的一個方面中，計算設(shè)備130允許例外，其中排斥體積116和排斥 面117、緩沖體積118和緩沖面119以及任何附加的緩沖體積和緩沖面（比如第二緩沖體 積120和緩沖面121)中的一個或多個可以被違反，而步驟214和216被旁路，允許工作站 繼續(xù)制其造任務(wù)。例如，噴漆技師可以占用定位在排斥體積116內(nèi)的控制站，并且例如通過 在鍵區(qū)輸入由計算設(shè)備130識別的密碼，或者通過攜帶由包括RFID標(biāo)簽讀取器的計算設(shè)備 130識別的RFID標(biāo)簽，來手工地旁路步驟214和216。
[0047] 在步驟220中，計算設(shè)備130指示工作站106行進到停車區(qū)域140,其中工作站106 可以被斷電，并且可以允許人員104接近工作站106而不激活指示器124a - 124c，以例如維 護或修理工作站106。在本發(fā)明的教導(dǎo)的另一方面中，工作站106可以被其在工作空間101 內(nèi)的位置置于停車狀態(tài)中，從而有效地提供其中進入停車狀態(tài)的可用位置的寬的范圍。
[0048] 包括在圖2中所示的步驟的本發(fā)明的教導(dǎo)的方面可以通過使用計算設(shè)備130執(zhí)行 計算機程序指令來實現(xiàn)?？梢詫D2中所示的過程200的步驟編寫成一個或多個計算機可 讀和可執(zhí)行的指令。此外，可以以和過程200中描繪的序列不同的序列來執(zhí)行過程200的 步驟。例如，相繼示出的過程200的兩個步驟中可以基本上并發(fā)地執(zhí)行或者以與所描繪的 相反的次序來執(zhí)行。
[0049] 參考圖3,計算設(shè)備130包括駐留在非瞬態(tài)計算機可讀存儲器304上、或非瞬態(tài)計 算機可讀存儲介質(zhì)306上的指令302。這樣的指令302當(dāng)被中央處理單元（CPU) 308執(zhí)行 時，可以執(zhí)行本文所描述的方法，例如，結(jié)合圖2所描述的。輸入-輸出（I/O)設(shè)備310被 配置為通過網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施320接收來自多個工作空間101的數(shù)據(jù)源318a-318z (比如，圖 1中所示的傳感器211a - 212c)的數(shù)據(jù)。
[0050] 可以根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)來實施一個或多個非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)306或存儲器 304或者二者的任意組合。計算機可讀存儲介質(zhì)306可以是，但不限于，電子的、磁的、光學(xué) 的、電磁的、紅外的、或半導(dǎo)體系統(tǒng)、裝置或設(shè)備，或者前述的任何合適的組合。非瞬態(tài)計算 機可讀介質(zhì)306或存儲器304的附加示例包括但不限于便攜式計算機磁盤、硬盤、隨機存取 存儲器（RAM)、只讀存儲器（ROM)、可擦除可編程只讀存儲器（EPROM或閃存）、便攜式光盤只 讀存儲器（CD-ROM)、光學(xué)存儲設(shè)備、磁存儲設(shè)備、或前述的任何合適的組合。
[0051] 指令302可以被編寫成計算機程序代碼以便實現(xiàn)本發(fā)明教導(dǎo)的方面。指令302 可以被編寫成一種或多種編程語言的任意組合，編程語言包括面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，比如 Java、Smalltalk、C++，以及傳統(tǒng)的過程編程語言，比如"C"編程語言。除了在單個的計算設(shè) 備130執(zhí)行指令和接收數(shù)據(jù)，這些任務(wù)可以通過分布式計算設(shè)備來執(zhí)行，其可以通過包括 局域網(wǎng)（LAN)或廣域網(wǎng)的計算機網(wǎng)絡(luò)與工作站106、機器人控制器111、傳感器112a - 112c 或本發(fā)明的教導(dǎo)的其它方面進行通信。
[0052] 多個附加計算設(shè)備130可以被安裝在工作站106中并且/或者遠程地安裝，以監(jiān) 視輸入數(shù)據(jù)，從而提供冗余的計算能力。傳感器112a-112c也可以以冗余布置進行提供， 從而如果傳感器112a - 112c失效，則其他傳感器可以繼續(xù)監(jiān)視并收集來自工作空間101的 數(shù)據(jù)。
[0053] 如本文所使用的，單數(shù)形式"一"、"一個"和"該"也旨在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文 另有明確指示。在本發(fā)明的教導(dǎo)中，包括在權(quán)利要求書描述的，以及在附圖中圖示的特定示 例和元件可以通過獨有的形容詞與其他示例和元件相區(qū)分或者以其他方式被標(biāo)識（例如， "第一"元件區(qū)分于多個元件中的"第二"和"第三"元件，"主要的"區(qū)分于"次要的" 一個或 "另一"項目等）。這樣的標(biāo)識形容詞不被解釋為將權(quán)利要求限制為任何具體圖示的元件， 或者暗含任何要求保護的元件、限制或過程步驟的任何優(yōu)先、次序或等級。在不脫離所要求 保護的范圍的前提下，本發(fā)明教導(dǎo)的許多修改和變型將是清楚的。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于操作移動自動化工作站的計算機實施的方法，包括： 使用計算機設(shè)備定義具有外排斥面的排斥體積，所述外排斥面至少部分圍繞可操作地 設(shè)置在工作空間中的移動工作站； 在所述計算機設(shè)備處接收來自至少一個傳感器的數(shù)據(jù)； 使用所述計算機設(shè)備基于所述數(shù)據(jù)來確定在所述工作空間內(nèi)的所述工作站的位置； 使用所述計算機設(shè)備基于所述數(shù)據(jù)來確定在所述工作空間內(nèi)人員的位置；以及， 在檢測到所述人員與所述排斥體積重疊和所述人員越過所述排斥面中的至少一個后， 執(zhí)行使用所述計算機設(shè)備激活指示器和使用所述計算機設(shè)備更改預(yù)先確定的所述移動工 作站的移動中的至少一個。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 使用所述計算機設(shè)備定義具有外緩沖面的緩沖體積，所述緩沖面至少部分圍繞所述移 動工作站和所述排斥體積，其中所述緩沖面上的點比所述排斥面上的如下點更遠離最靠近 所述緩沖面上的所述點的、所述工作站上的點，所述排斥面上的所述點最靠近所述工作站 上的所述點。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中定義排斥體積和定義緩沖體積的步驟中的至少一 個基于安全標(biāo)準(zhǔn)或政府規(guī)制中的至少一個。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中定義排斥體積的步驟和定義緩沖體積的步驟在預(yù) 先確定的所述工作站的運動之前發(fā)生，并且所述排斥體積和所述緩沖體積封閉由所述預(yù)先 確定的所述工作站的運動定義的包絡(luò)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中定義排斥體積的步驟基于安全標(biāo)準(zhǔn)或政府規(guī)制中 的至少一個。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述工作站進行相對于所述工作空間的平移運 動的同時執(zhí)行定義排斥體積的步驟。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述定義步驟在預(yù)先確定的所述工作站的運動之 前發(fā)生，并且所述排斥體積封閉由所述預(yù)先確定的所述工作站的運動定義的包絡(luò)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述執(zhí)行步驟包括在檢測到所述人員與所述排斥 體積重疊和所述人員越過所述排斥面中的至少一個后，執(zhí)行使用所述計算機設(shè)備激活指示 器和使用所述計算機設(shè)備更改預(yù)先確定的所述移動工作站的移動這二者。
9. 一種用于操作移動自動化工作站的系統(tǒng)，包括： 移動工作站，被可轉(zhuǎn)移地設(shè)置在工作空間內(nèi)，所述工作空間被配置為容納工件； 處理器和包括指令的有形計算機可讀介質(zhì)，所述指令在由所述處理器執(zhí)行時： 定義具有外排斥面的排斥體積，所述外排斥面至少部分圍繞可操作地設(shè)置在所述工作 空間中的所述移動工作站； 基于接收的來自至少一個傳感器的數(shù)據(jù)來確定在所述工作空間內(nèi)的所述工作站的位 置； 基于接收的來自所述至少一個傳感器的所述數(shù)據(jù)來確定在所述工作空間內(nèi)的人員的 位置；以及， 在檢測到所述人員與所述排斥體積重疊和所述人員越過所述排斥面中的至少一個后， 執(zhí)行激活指示器和更改預(yù)先確定的所述移動工作站的移動中的至少一個。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述有形計算機可讀介質(zhì)還包括在由所述處理 器執(zhí)行時定義具有外緩沖面的緩沖體積的指令，所述外緩沖面至少部分圍繞所述移動工作 站和所述排斥體積，其中所述緩沖面上的點比所述排斥面上的如下點更遠離最靠近所述緩 沖面上的所述點的、所述工作站上的點，所述排斥面上的所述點最靠近所述工作站上的所 述點。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中在由所述處理器執(zhí)行時定義緩沖體積的所述指 令和在由所述處理器執(zhí)行時定義排斥體積的所述指令中的至少一個指令基于安全標(biāo)準(zhǔn)或 政府規(guī)制。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中在由所述處理器執(zhí)行時定義排斥體積的所述指 令基于安全標(biāo)準(zhǔn)或政府規(guī)制。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，還包括所述至少一個傳感器，被安裝在所述工作站上 并且被配置為檢測在所述工作空間內(nèi)的所述工作站的位置。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個傳感器被配置為檢測所述工作空 間的至少一個占用人的位置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中有形計算機可讀介質(zhì)還包括在由所述處理器執(zhí) 行時定義封閉包絡(luò)的排斥體積的指令，所述包絡(luò)由預(yù)先確定的所述工作站的運動定義。
16. -種用于操作移動自動化工作站的計算機程序產(chǎn)品，包括： 包括指令的有形計算機可讀介質(zhì)，所述指令在由處理器執(zhí)行時： 定義具有外排斥面的排斥體積，所述外排斥面至少部分圍繞可操作地設(shè)置在工作空間 中的移動工作站； 基于接收的來自至少一個傳感器的數(shù)據(jù)來確定在所述工作空間內(nèi)的所述工作站的位 置； 基于接收的來自所述至少一個傳感器的所述數(shù)據(jù)來確定在所述工作空間內(nèi)的人員的 位置；以及， 在檢測到所述人員與所述排斥體積重疊和所述人員越過所述排斥面中的至少一個后， 執(zhí)行激活指示器和更改預(yù)先確定的所述移動工作站的移動中的至少一個。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述有形計算機可讀介質(zhì)還包括在由所述處理 器執(zhí)行時定義具有外緩沖面的緩沖體積的指令，所述外緩沖面至少部分圍繞所述移動工作 站和所述排斥體積，其中所述緩沖面上的點比所述排斥面上的如下點更遠離最靠近所述緩 沖面上的所述點的、所述工作站上的點，所述排斥面上的所述點最靠近所述工作站上的所 述點。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中在由所述處理器執(zhí)行時定義緩沖體積的所述指 令和在由所述處理器執(zhí)行時定義排斥體積的所述指令中的至少一個指令基于安全標(biāo)準(zhǔn)或 政府規(guī)制。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中在由所述處理器執(zhí)行時定義排斥體積的所述指 令基于安全標(biāo)準(zhǔn)或政府規(guī)制。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中有形計算機可讀介質(zhì)還包括在由所述處理器執(zhí) 行時定義封閉包絡(luò)的排斥體積的指令，所述包絡(luò)由預(yù)先確定的所述工作站的運動定義。
【文檔編號】G05B19/418GK104143040SQ201410186907
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月6日
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