一种安全设备OSSD信号的检测机制的制作方法

一种安全设备ossd信号的检测机制
技术领域
1.本发明涉及一种工业机器人领域，特别是涉及一种安全控制系统及应用其的工业机器人，以及应用于工业机器人的安全控制方法。


背景技术：

2.随着社会的发展，机器人开始广泛应用于多个领域，例如家用机器人、工业机器人、服务机器人等。工业机器人是主要面对工业领域的多关节机械手或多自由度机器人，工业机器人包括传统的工业机器人以及协作机器人。协作机器人作为工业机器人中的轻型机器人，能够与人协作高效的完成工作，可以高精度和高效率的完成危险环境的工作，因此受到越来越多用户的青睐。
3.协作机器人在工作中，需要与人近距离的互动合作，因此，对于协作机器人而言，工作的安全性是一核心性能指标。常规的协作机器人已经具有多项安全性检测机制，例如速度监控、力矩监控等，但对于协作机器人与人近距离接触的工作场景而言，需要持续加强对安全性的监测及处理，以确保与协作机器人协同工作的用户的安全性。
4.工业机器人在工作中，能够接收外部的安全设备的输入信号，以判断机器人工作环境的安全性，例如，传统工业机器人通常在栅栏围起来的区域中工作，当打开栅栏时，机器人接收到该信号以停止执行工作，以避免对闯入的人的伤害。如果不能对该信号进行准确的检测，将为用户带来极大的安全性风险。
5.因此，有必要设计一种安全性好的安全控制系统及包括其的工业机器人。


技术实现要素：

6.鉴于此，本发明的目的在于提供一种安全性好的安全控制系统及包括其的工业机器人。
7.本发明可采用如下技术方案：一种用于工业机器人的安全控制系统，所述安全控制系统用于在机器人存在安全性风险时控制其减速或停机，包括：输入模块，用于接收来自安全设备的输入信号；逻辑处理模块，用于处理所述输入信号及其测试脉冲的状态并生成输出信号，所述输入模块包括所述逻辑处理模块；输出模块，用于根据所述输出信号，控制机器人减速或停机；其特征在于，当所述输入信号为低电平时，所述输出模块控制机器人减速或停机；当所述输入信号为高电平时，逻辑处理模块判断所述输入信号的测试脉冲的周期是否处于预设的第一参数区间，以及判断所述测试脉冲的持续时间是否处于预设的第二参数区间，当所述周期和持续时间其中任一不满足要求时，输出模块控制所述机器人减速或停机。
8.进一步的，所述安全控制系统包括第一控制系统和第二控制系统，所述第一控制系统和第二控制系统分别用于执行安全控制系统的功能。
9.进一步的，当所述第一控制系统和第二控制系统其中任一检测到输入信号为低电平时，控制机器人减速或停机；以及所述第一控制系统和第二控制系统其中任一检测测试
脉冲的周期和持续时间不满足要求时，控制机器人减速或停机。
10.进一步的，所述第一参数区间为[10ms,1000ms],所述第二参数区间为[10us,1000us]。
[0011]
进一步的，所述第一参数区间为[10ms,500ms],所述第二参数区间为[50us,500us]。
[0012]
进一步的，所述输入模块用于接收来自安全光幕、安全激光扫描仪、安全门锁中至少其一的输入信号。
[0013]
进一步的，所述逻辑处理模块被配置为仅在接收到来自用户的设置信息时判断所述测试脉冲的周期和时间是否满足要求。
[0014]
本发明还可用于如下技术方案：一种工业机器人，包括上述任一项所述的安全控制系统。
[0015]
进一步的，所述工业机器人为协作机器人。
[0016]
本发明还可用于如下技术方案：一种用于工业机器人的安全控制方法，所述安全控制方法用于在机器人存在安全性风险时控制其减速或停机，其特征在于，所述方法包括：接收并处理来自安全设备的输入信号；当判断所述输入信号为低电平时，控制所述机器人减速或停机；当判断所述输入信号为高电平时，判断输入信号的测试脉冲的周期和持续时间是否分别处于预设的第一参数区间和第二参数区间；若所述周期和持续时间满足要求，控制机器人正常运行；若所述周期和持续时间至少其一不满足要求，控制机器人减速或停机。
[0017]
进一步的，所述接收并处理来自安全设备的输入信号包括：接收安全设备的至少两个输入信号，分别处理所述至少两个输入信号，当所述至少两个输入信号至少其一为低电平时，控制机器人减速或停机；当所述至少两个输入信号均为高电平时，分别判断其测试脉冲的周期和持续时间是否满足要求，且在输入信号的任一不满足要求时，控制机器人减速或停机。
[0018]
进一步的，所述第一参数区间为[10ms,1000ms],所述第二参数区间为[10us,1000us]。
[0019]
进一步的，所述第一参数区间为[10ms,500ms],所述第二参数区间为[50us,500us]。
[0020]
进一步的，所述当所述输入信号为高电平时，判断输入信号的测试脉冲的周期和持续时间是否分别处于预设的第一参数区间和第二参数区间包括：检测所述输入信号是否包括测试脉冲，检测包括测试脉冲时，判断所述测试脉冲的周期和持续时间是否分别处于预设的第一参数区间和第二参数区间。
[0021]
本发明还可用于如下技术方案：一种工业机器人，包括底座、机械臂，所述机械臂可用于连接工具以执行工作，所述工业机器人包括安全控制系统，所述安全控制系统用于在机器人存在安全性风险时控制其减速或停机，包括：输入模块，用于接收来自安全设备的输入信号；逻辑处理模块，用于处理所述输入信号及其测试脉冲以及生成输出信号；输出模块，用于根据所述输出信号控制机器人减速或停机；其特征在于，当逻辑处理模块判断所述输入信号为低电平时，所述输出模块控制机器人减速或停机；当逻辑处理模块判断所述输入信号为高电平时，检测接收到来自用户的设置信息时，判断所述测试脉冲的周期是否处
于预设的第一参数区间，以及判断所述测试脉冲的持续时间是否处于预设的第二参数区间，当所述周期和持续时间其中任一不满足要求时，输出模块控制所述机器人减速或停机。
[0022]
与现有技术相比，本发明具体实施方式的有益效果为：提供一种对安全设备输入信号的ossd校验机制，即对来自安全设备的输入信号再次确认其可信度，在存在有效的测试脉冲时确认其可信度，低电平时以及不存在有效的测试脉冲时，控制机器人减速或停机，从而提高工业机器人工作的安全性。
附图说明
[0023]
以上所述的本发明的目的、技术方案以及有益效果可以通过下面附图实现：
[0024]
图1是本发明的一个实施例的安全控制系统的示意图
[0025]
图2是本发明的一个实施例的安全控制系统的模块示意图
[0026]
图3是本发明的一个实施例的安全控制系统的工作示意图
[0027]
图4是本发明又一实施例的安全控制系统的模块示意图
[0028]
图5是图4所述的安全控制系统的工作流程图
[0029]
图6是本发明的一个实施例的工业机器人的示意图
具体实施方式
[0030]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
[0031]
本发明保护一种安全控制系统，参图1，图1示出了本发明的一个实施例的安全控制系统100的示意图，本发明所提供的安全控制系统适用于确保工业机器人的安全运行，以及在工业机器人存在安全性风险时控制其减速或停机。所述安全控制系统100能够接收来自安全设备200的输入信号，处理所述输入信号以生成输出信号，所述输出信号用于控制所述机器人减速或停机。图3示出了本发明一个实施例的安全控制系统100的模块示意图，本发明所提供的安全控制系统100能够用于确保机器人的工作安全，即当安全控制系统100判断机器人满足安全条件时，控制机器人正常运行，当判断机器人不满足安全条件时，即机器人存在安全性风险时，控制机器人减速或停机，以确保机器人的运行安全。参图2，图2是本发明一个实施例的安全控制系统的模块示意图，所述安全控制系统包括输入模块110，用于接收来自安全设备200的输入信号；逻辑处理模块111，用于处理所述输入信号及其测试脉冲的状态以生成输出信号，所述输入模块110包括所述逻辑处理模块111；输出模块120，所述输出模块120用于根据上述的输出信号控制机器人减速或停机。其中，工业机器人在工作环境中能够接收外部的安全设备200的输入信号，并评估处理该输入信号以确定输出信号，其中，输入信号通常包括测试脉冲，所述测试脉冲用于校验所述输入信号是否正常运行，即包括ossd(output signal switch device)信号的校验，且在输入信号能够正常运行时，才有可能得到正确的输出信号。其中，所述安全控制系统100用于，当所述输入信号为低电平时，所述输出模块120控制机器人减损或停机；当所述输入信号为高电平时，逻辑处理模块111判断所述输入信号的测试脉冲的周期是否处于预设的第一参数区间，以及判断所述测
试脉冲的持续时间是否处于预设的第二参数区间，当所述周期和持续时间其中任一不满足要求时，输出模块控制所述机器人减速或停机。
[0032]
上述安全设备200通常为设置在工业机器人工作环境中的安全设备，所述安全设备能够在工作环境中存在不安全因素时通知工业机器人，所述工业机器人的安全控制系统100能够在接收到该表征不安全因素的通知时执行相应动作，例如减速或停机，以确保机器人的运行安全。示例性的，所述安全控制系统100能够接收来自安全光幕、安全激光扫描仪、安全门锁、紧急停止开关中至少其一的输入信号，即所述安全设备200相应的为安全光幕、安全激光扫描仪、安全门锁、紧急开关，示例性的，经由该安全设备，可以在危险情况下关闭所述工业机器人。在本实施例中，以安全光幕为例展开说明。安全光幕即ossd装置，其被设计成自动地生成指示光幕的每个状态的信号，如果光幕正常工作，用于确定安全状态相关的光线未被外来入侵物体中断，则安全光幕向安全控制系统100发送所述输入信号，所述安全光幕持续检测工作环境中是否存在入侵物体，例如，持续检测是否有人闯入，所述安全控制系统100能够接收所述安全光幕的检测信号，也即，所述安全控制系统100的输入模块110的输入信号为安全光幕的检测信号，参图3，图3是本发明的一个实施例的安全控制系统100的工作示意图，安全控制系统100能够接收来自安全设备200的输入信号10，此处，以安全设备200为安全光幕为例展开说明，所述安全光幕能够检测工作环境中外来物体的入侵情况，产生检测信号，所述安全控制系统100的输入模块110能够接收来自该安全光幕的输入信号10，逻辑处理模块111评估该输入信号10，或者，必要时，逻辑处理模块111评估该输入信号10及其测试脉冲12以产生输出信号，所述输入信号10包括所述测试脉冲12，所述测试脉冲12能够校验所述输入信号10是否正常，基于正常的输入信号10辅助安全控制系统100对工作环境的准确判断。当安全光幕检测到工作环境中出现入侵物体时，检测信号为低电平，即所述输入信号10为低电平，所述输出模块控制机器人减速或停机；当所述输入信号10为高电平时，此时根据输入信号10的初步判断是安全光幕未检测到入侵物体，在这种情况下，并不简单的判断为工作环境中不存在入侵物体，而是进一步判断该高电平的信号是否准确。如上所述，输入信号10包括测试脉冲12，即包括ossd功能，即output signal switch device,ossd作为输入信号的特性能够判断输入信号是否正常，即在存在有效的ossd校验的前提下，安全光幕的检测信号能够被准确的反映。本发明所提供的安全控制系统100，能够检测所述测试脉冲12是否正常运行，即当存在正常运行的脉冲时，能够认为当前的输入信号10是正确的，而如果不能检测到正常运行的测试脉冲12，即对输入信号10的校验存在问题，输入信号10本身的可信度低，为了避免工业机器人的安全性风险，输出模块120控制机器人减速或停机。具体的，当输入信号10为高电平时逻辑处理模块111判断所述输入信号10的测试脉冲12的周期t是否处于预设的第一参数区间，以及判断所述测试脉冲12的持续时间d是否处于预设的第二参数区间，当所述周期t和持续时间d其中任一不满足要求时，输出模块控制所述机器人减速或停机。
[0033]
判断所述输入信号10是否已经经过有效的测试脉冲的校验，需要确定是否存在有效的测试脉冲，在本发明中，通过确定测试脉冲12的持续时间d和周期t以确定是否存在有效的测试脉冲。即当测试脉冲12的持续时间d和周期t均满足要求时，判断为存在有效的测试脉冲，而当测试脉冲12的持续时间d和周期t其中任一不满足要求时，判断为不存在有效的测试脉冲。所述测试脉冲12包括预设的第一参数区间和第二参数区间，当测试脉冲12的
周期t处于预设的第一参数区间，且所述测试脉冲12的持续时间d处于预设的第二参数区间时，所述测试脉冲12为有效的测试脉冲。在本实施例中，所述第一参数区间为[10ms,1000ms],所述第二参数区间为[10us,1000us]。选用该区间能够覆盖安全设备的几乎所有场景。进一步的，所述第一参数区间为[10ms,500ms],所述第二参数区间为[50us,500us]。所述第一参数区间为[10ms,500ms],所述第二参数区间为[50us,500us]，即所述测试脉冲12的周期t需要大于或等于10ms且小于或等于500ms,所述测试脉冲12的持续时间d需要大于或等于50us且小于或等于500us,不同的安全设备其测试脉冲的周期和持续时间也不尽相同，通过调研市面上的安全设备，选定该第一参数区间和第二参数区间，使得本发明所选定的第一参数区间和第二参数区间能够覆盖市面上较多的产品，同时不至因为参数区间选择太大而引入太多干扰造成误判，或者由于参数区间选择太小而对安全设备的适配性较差。即该发明中所选择的第一参数区间和第二参数区间能够覆盖市面上的绝大部分的产品，同时该区间不至于因为太大或太小而带来错判的问题。进一步的，所述逻辑处理模块被配置为仅在接收到来自用户的设置信息时判断所述测试脉冲的周期和时间是否满足要求。即，所述逻辑处理模块可以选择执行对测试脉冲的判断，以及不执行对测试脉冲的判断，是否执行对测试脉冲的判断基于是否接收到来自用户的设置信息。安全设备包括多种类型，一些安全设备的输入信号包括测试脉冲，但也有安全设备的输入信号不包括测试脉冲，当安全设备的输入信号不包括测试脉冲时，如果对测试脉冲进行检测，则会出现误判的结果。工业机器人通常包括机器人示教器，用户能够通过示教器设置是否启动判断测试脉冲的功能，当用户确定需要启动该功能时，设置为开启该功能，则工业机器人的逻辑处理模块在接收到来自用户的设置启动该测试脉冲判断的功能时，执行对测试脉冲的判断，以避免产生误判。
[0034]
如上所述，安全控制系统100能够接收来自安全设备200的输入信号10，处理所述输入信号产生输出信号。具体的，参图4，图4示出了该实施例的安全控制系统100的模块示意图，在本发明的一个实施例中，所述安全控制系统100包括第一控制系统1和第二控制系统2，所述第一控制系统1和第二控制系统2分别用于当机器人存在安全性风险时控制其减速或停机，具体的，所述第一控制系统1和第二控制系统2具有两套相同的构成组件，所述安全控制系统100执行工作时，所述第一控制系统1和第二控制系统2各自分别执行工作，所述第一控制系统1和第二控制系统2具有相同的构造，如前所述，所述安全控制系统100包括输入模块110、逻辑处理模块111、输出模块120，即所述第一控制系统1和第二控制系统2分别包括输入模块、逻辑处理模块以及输出模块，所述第一控制系统1和第二控制系统2能够分别用于执行安全性判断，即所述第一控制系统1和第二控制系统2能够分别执行如前所述的，输入模块接收来自安全设备200的输入信号，逻辑处理模块处理所述输入信号，当输入信号为低电平时，控制所述工业机器人减速或停机；当输入信号为高电平时，判断所述输入信号的测试信号的周期和持续时间是否满足要求。参图5，图5为图4中所示的实施例的安全控制系统的工作流程图，也即为安全控制系统100包括第一控制系统1和第二控制系统2时的工作流程，所述第一控制系统1和第二控制系统2分别执行工作，所述第一控制系统1和第二控制系统2分别判断输入信号是否为低电平，若第一控制系统1和第二控制系统2其中任一判断输入信号为低电平，则控制所述机器人减速或停机；若所述第一控制系统1和第二控制系统2均判断输入信号为高电平，则分别检测输入信号的测试脉冲的周期t和持续时间d
是否满足要求，若所述第一控制系统1判断测试脉冲的周期t处于第一参数区间，持续时间d处于第二参数区间，且所述第二控制系统2判断测试脉冲的周期t处于第一参数区间，持续时间d处于第二参数区间，则判断为第一控制系统1和第二控制系统2的测试脉冲均满足要求，则表示此时来自安全设备200的输入信号未表示环境中存在不安全因素，即控制所述工业机器人减速或停机，反之，机器人正常运行。通过设置第一控制系统1和第二控制系统2分别检测所述测试脉冲是否符合要求，且在第一控制系统1和第二控制系统2均检测满足要求时，确认所述输入信号的可信度。周期周期通过对输入信号的ossd校验进行判断，即判断测试脉冲12是否为有效脉冲，以避免由于测试脉冲12的错误导致安全设备200输出的电平信号实际可信度低，同时，采用双通道的安全控制系统100，即第一控制系统1和第二控制系统2分别执行判断和控制，进一步提升了安全控制系统的安全性能。
[0035]
以上优选实施例的有益效果在于，提供一种安全设备ossd信号的检测机制，进一步提升安全设备的检测信号的可信度，弱化误判的可能性，提升了安全控制系统的安全性，同时，采用双通道的安全控制系统，进一步提升了安全控制系统的可靠性。
[0036]
本发明还用于提供一种工业机器人，参图6，所述工业机器人300包括前文所述的任一种安全控制系统，所述安全控制系统是工业机器人300的核心组成之一，对于工业机器人300，尤其是新型的协作机器人，安全控制系统的可靠性将极大的影响机器人的工作性能，本发明所提供的工业机器人300优选为协作机器人。工业机器人300通常包括底座310、机械臂320，所述机械臂可以连接工具330以执行工作任务，工业机器人300还包括必要的软件配置，示例性的，本实施例的工业机器人300包括前文所述的任一种安全控制系统，以确保工业机器人300的安全运行，以及在工业机器人300的运行环境存在不安全因素时，控制其减速或停机。
[0037]
本发明还适于提供一种用于工业机器人的安全控制方法，所述安全控制方法用于在机器人存在安全性风险时控制其减速或停机，所述方法包括：接收并处理来自安全设备的输入信号；检测所述输入信号为低电平时，控制所述机器人减速或停机；以及，检测所述输入信号为高电平时，判断输入信号的测试脉冲的周期t和持续时间d是否分别处于预设的第一参数区间和第二参数区间，若所述周期t和持续时间d满足要求，控制机器人正常运行；若所述周期t和持续时间d至少其一不满足要求，控制所述机器人减速或停机。即当输入信号10为低电平时，表征安全设备200此时检测到了可能存在的安全性风险，例如外部物体入侵，或外部停止信号，因此需要控制机器人减速或停机；当输入信号10为高电平时，表征当前安全设备200可能未检测到环境中存在不安全因素，此种情况下，需要再次确认该输入信号10的可靠性，以确定是否此时的高电平信号确实能够足够可信的表示工作环境不存在不安全因素，通过检测测试脉冲的周期t和持续时间d，可以确认是否存在有效的测试脉冲，有效的测试脉冲能够使得输入信号10的可信度高，因此判断存在有效的测试脉冲时，可以确认输入信号10为高电平时，输入信号值得信任。
[0038]
其中，安全设备200能够产生至少两个输入信号10给安全设备200，参来自安全设备的输入信号有两个，对应的，包括两个测试信号，所述安全控制方法能够分别评估上述两个输入信号，以及在两个输入信号均为高电平时，分别校验其测试脉冲，其中任一测试脉冲不满足预设的第一参数区间和第二参数区间的要求时，控制机器人减速或停机。即安全设备200能够基于上述至少两个输入信号分别执行安全控制方法，即分别接收所述至少两个
输入信号，并分别评估所述两个输入信号，即所述安全控制方法包括接收安全设备200的至少两个输入信号，分别评估所述至少两个输入信号，所述至少两个输入信号中的每一个均具有ossd安全校验功能，即所述安全控制方法用于分别对每个输入信号进行评估，评估输入信号为高电平时，对该输入信号的测试信号进行判断，确认是否控制机器人减速或停机，当基于所述至少两个输入信号中任一判断为应当控制机器人减速或停机时，则控制机器人减速或停机；当基于所述至少两个输入信号的判断均不控制机器人减速或停机，则机器人正常运行，此时认为工业机器人工作环境中不存在安全性风险。如上，当上述测试脉冲的周期处于第一参数区间，即[10ms,1000ms]时，且当测试脉冲的持续时间d处于第二参数区间，[50us,500us]时，控制机器人正常运行。当选择该区间时，能够覆盖较多的安全设备的种类。进一步的，当所述测试脉冲的周期处于第一参数区间，即[10ms,500ms]时，且当测试脉冲的持续时间d处于第二参数区间，即[50us,500us]时，控制机器人正常运行，来自安全设备的输入信号通常具有ossd功能，也即需要通过限制第一参数区间和第二参数区间来确认是否存在有效的测试脉冲，而不同的安全设备其测试脉冲的周期和持续时间也不尽相同，通过调研市面上的安全设备，选定该第一参数区间和第二参数区间，使得本发明所选定的第一参数区间和第二参数区间能够覆盖市面上较多的产品，同时不至因为参数区间选择太大而引入太多干扰造成误判，或者由于参数区间选择太小而对安全设备的适配性较差。
[0039]
本发明还适用提供一种工业机器人：包括底座、机械臂，所述机械臂可用于连接工具以执行工作，所述工业机器人包括安全控制系统，所述安全控制系统用于在机器人存在安全性风险时控制其减速或停机，包括：输入模块，用于接收来自安全设备的输入信号；逻辑处理模块，用于处理所述输入信号及其测试脉冲以及生成输出信号；输出模块，用于根据所述输出信号控制机器人减速或停机；其特征在于，当逻辑处理模块判断所述输入信号为低电平时，所述输出模块控制机器人减速或停机；当逻辑处理模块判断所述输入信号为高电平时，检测接收到来自用户的设置信息时，判断所述测试脉冲的周期是否处于预设的第一参数区间，以及判断所述测试脉冲的持续时间是否处于预设的第二参数区间，当所述周期和持续时间其中任一不满足要求时，输出模块控制所述机器人减速或停机。所述各模块的功能已在前文中展开叙述，此处的各模块与前文中的配置一致，此处不再赘述。
[0040]
需要说明的是，本发明中，检测所述测试脉冲的周期和持续时间是否满足条件以判断是否存在有效的测试脉冲，测试脉冲的周期可能是不规则的周期，通常的，脉冲的周期为脉冲的持续时间以及间隔，通过对测试脉冲的周期和持续时间判断来确认该测试脉冲的有效性，对于本领域其他技术人员来说，可以基于此做出了简单变形，例如检测测试脉冲的间隔和持续时间判断测试脉冲是否为有效的测试脉冲，这当然也属于本发明的保护范围。
[0041]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。