机器人的自动模式安全系统及方法与流程

1.本发明有关一种机器人的安全系统及方法，尤其关于机器人在自动模式下，对于用户手拉机器人协作，进行保护的安全系统及方法。


背景技术：

2.随着机器人的技术蓬勃发展，工厂利用机器人，虽可协助作业人员快速进行加工组装制造作业，提高工厂生产效率，但是快速移动的机器人，严重影响到协作作业人员的安全，因此各国订定严格的安全标准规范，以维护机器人的作业安全。
3.请参图4，现有技术为了教导机器人1作业，在机器人1的末端设置手拉按钮2，手拉按钮通常设计为按压运行(hold to run)，或为软件上的按键，手拉按钮2电性或通信连接至机器人1控制器3。在示教器4设定机器人1处于教导模式时，当用户按压手拉按钮2，信号通知控制器3，将机器人1从静止状态切入手拉模式(hand guiding)。现有技术的手拉模式有多种方式，例如通过机器人1各肘节5中致动器的编码器、马达电流传感器经计算与补偿，得知对各关节的施力或对末端的手拉施力，控制机器人1顺从手拉移动。利用手拉机器人1至点位记录位置、或手拉纪录路径，教导机器人1作业。并于放开手拉按钮2时，使机器人1切出手拉模式回到静止状态。
4.前述现有技术机器人1的示教器4，为了符合安全标准规范iso 10218-1的要求，在教导模式下，装设致能装置(enable device)，以保护协作的使用者。致能装置6通常设在示教器4，为三段式按钮(3position enabling switch)，其结构设计有三个按压阶段，完全放开、中位、压紧，其中仅中位可致能机器人1进行教导行为，完全放开或压紧时，都将电性或通信传达至控制器3，安全系统7启动中断教导行为，让机器人1停止运动，并通过“监控静止”(stand still monitoring)监控机器人1在致动器仍有电时不轻举妄动，如监控发现机器人发生运动，安全系统7将切断机器人1致动器的电力，以保护使用者在教导过程中的安全。
5.然而，前述现有技术的机器人仅提供教导模式的安全保护，但是机器人除教导模式外尚有自动模式，自动模式有时也需要用户与机器人协同工作，例如手拉牵引机器人，使其到达作业区域开始作业，或于机器人持重物时，手拉牵引机器人协作搬持重物，或手拉牵引机器人示范等多种协作作业，仍欠缺保护用户手拉时安全的解决方案，特别是在自动模式下何时确保安全无虞允许使用者进行手拉协作。因此，机器人在自动模式的安全系统及方法上，仍有问题亟待解决。


技术实现要素：

6.本发明的目的提供一种机器人的自动模式安全系统，通过编程静止状态程序，让自动模式运行的机器人进入等待状态，设置提醒机制，提醒使用者启动启用机制，使机器人进入安全状态，并利用手拉致能装置手拉牵引机器人，以确保自动模式下协作的安全性。
7.本发明的另一目的提供一种机器人的自动模式安全方法，利用控制器计时等待时
间，等待时间超过时限，自动让机器人进入安全状态，以提高自动模式下协作的安全性。
8.本发明的再一目的提供一种机器人的自动模式安全方法，利用用户再启动启用机制，让机器人回到自动模式，以增加自动模式下协作的安全性。
9.为了达到前述发明的目的，本发明的机器人的自动模式安全系统，包含具有多肘节机器人，一端为活动的末端，各肘节中设置致动器及位置传感器，控制器连接机器人，控制致动器及位置传感器，移动机器人的末端，且储存自动模式的静止状态程序，示教器连接至控制器，人机界面连接至控制器，显示编辑程序或作业程序或操控画面，手拉致能装置具备致能与启动手拉的致能开关，安全模块设于控制器内，与手拉致能装置及位置传感器电性或通信相连，依据手拉致能装置开关状态，发出电性或通信信号与安全模块最终相连，机器人于自动模式下，运行至静止状态程序后，让机器人进入静止状态，机器人进入安全状态，按压手拉致能装置于开状态手拉牵引机器人。
10.本发明的机器人的自动模式安全系统，安全模块电性或通信连接机器人各肘节的位置传感器，接收位置传感器的信号进行监控机器人的活动状态。静止状态程序由人机界面进行编程或预先编程备用。安全系统在静止状态利用提醒机制，提醒机器人进入等待启用状态，由用户指示启动安全系统的启用机制，让机器人进入安全状态。提醒机制由控制器的灯号或响声，或人机界面的显示，或机器人反复展示特定动作示意，或由io通知，或由通信通知的提醒信号。启用机制设在机器人的末端或控制器或示教器或人机界面。启用机制为io接口或通信的软硬件按钮或传感器感测用户身体部位动作获得指示信号。提醒机制在该机器人进入安全状态，提醒机制随即停止。控制器可利用展示灯号或响声或动作的安全警示机器人进入安全状态。
11.本发明的控制器计时静止状态预定时间后，自动指示机器人进入安全状态。自动模式下手拉牵引机器人完成作业后，让手拉致能装置处于关状态，回至安全状态，经由再启动启用机制，指示结束作业。或自动模式下手拉牵引机器人完成作业后，让该手拉致能装置处于关状态，回至安全状态，在控制器计时等待预定时间后，让机器人回至自动模式，自动进行下一作业。手拉致能装置由可致能的致能开关以及启动手拉的软硬件开关组成，设置在机器人的末端、示教器、或具备电性与外接致能装置相连的端口。
12.本发明的机器人的自动模式安全方法，储存静止状态程序，让机器人在自动模式运行，运行静止状态程序至静止状态，让机器人进入安全状态，使手拉致能装置处于开状态，让机器人取消安全状态及进行手拉牵引机器人作业。
13.本发明的机器人的自动模式安全方法，在机器人进入静止状态后，提醒机器人在等待状态。在等待状态，检查指示启用机制时，让机器人进入安全状态，检查未指示启用机制时，则继续在等待状态。机器人在进入静止状态后，计时时间。检查计时时间超过时限，直接让机器人进入安全状态，检查计时时间未超过时限，则继续计时时间。机器人手拉牵引作业中，检查手拉致能装置处于关状态，让机器人进入安全状态，当检查手拉致能装置未处于关状态，则继续进行手拉机器人作业。机器人检查结束作业，回至自动模式，自动进行下一作业，检查未结束作业时，则继续让机器人进入安全状态。
附图说明
14.图1为本发明机器人的自动模式安全系统的示意图。
monitoring)，持续监控位置传感器21，当监控机器人11产生运动，即关断致动器电源。
23.本发明人机界面15通过命令或图形化指定机器人11自动运行的程序。控制器12可通过人机界面15进行编程，或预先外界编程让机器人11进入静止状态程序，例如“暂停”、“等待”或专为自动模式手拉程序安排的“等待启用手拉”程序，并将程序档案储存至控制器12。当机器人11自动运行至静止状态程序后，让机器人11进入静止状态，等待用户启用协同作业。在机器人11等待用户启用协同作业时，为了提醒使用者机器人11正等待启用协同作业，本发明的安全系统10经由控制器12控制的灯号或响声22，或人机界面15显示，或反复展示特定动作示意，或由io通知，或由通信通知的提醒机制，提醒使用者机器人11已进入等待用户启用协同作业的状态。
24.当机器人11自动运行至静止状态程序后，为了确保使用者与机器人11协作的安全，本发明另具备一个可由使用者指示机器人11进入安全状态的启用机制。即在机器人11的末端20或控制器12或示教器13或人机界面15，设置io接口或通信的软硬件按钮23，或传感器24感测使用者身体部位动作获得指示的方法，如手势侦测等，利用按压按钮23或传感器24感测姿势等启用机制指示机器人11进入安全状态。或者在控制器12计时预定时间的展示灯号、响声、动作的提醒机制，使用者仍不指示机器人11进入安全状态后，为了监视机器人11安全状态，让机器人11自行进入安全状态，以维持机器人11处于安全状态。一旦机器人11进入安全状态，提醒机制随即停止，或由控制器12展示灯号、响声、动作等安全警示，让使用者确知机器人11进入安全状态。
25.当机器人11自动运行至静止状态，并进入安全状态后，安全模块14处理致能装置16与手拉致能装置17的基本运作为，在自动模式中，致能装置16不能使用，亦即致能装置16处于on或off状态皆不致能机器人11运动，而手拉致能装置17当处于off状态时，作动机器人11于安全状态，当处于on状态时，作动取消机器人11的安全状态，同时致能手拉牵引机器人11。因此，可让手拉致能装置17处于on状态，使机器人11取消安全状态，手拉牵引机器人11，进行例如牵引机器人11至下一工作起始点的手拉移动，或例如使机器人11举重而由人引导其放置位置的手拉协作。完成在自动模式下手拉牵引机器人11的作业后，让手拉致能装置17处于off状态，作动机器人11立即回至安全状态，经由利用按压按钮23或传感器24感测姿势等再启动启用机制，指示结束作业，自动进行下一作业。
26.如图3所示，为本发明机器人的自动模式安全方法的流程图。本发明机器人的自动模式安全方法的详细步骤说明如下：步骤s1，储存编程的静止状态程序；步骤s2，让机器人在自动模式，运行机器人运行静止状态程序至静止状态；步骤s3，提醒机器人在等待状态；步骤s4，计时等待时间；步骤s5，检查是否指示启用机制？假如指示启用机制，则至步骤s6，机器人进入安全状态，假如未指示启用机制，则至步骤s7，检查计时等待时间是超过时限？假如未超过时限，则回至步骤s4，继续计时等待时间，假如超过时限，则至步骤s6，直接让机器人进入安全状态；再至步骤s8，使手拉致能装置处于on状态，让机器人取消安全状态；在步骤s9，继续使手拉致能装置处于on状态，进行手拉机器人作业；步骤s10，检查手拉致能装置是否处于off状态？假如手拉致能装置未处于off状态，则回至步骤s9，继续进行手拉机器人作业，假如手拉致能装置处于off状态，则至步骤s11，检查是否结束作业？假如未结束作业，则回至步骤s6，继续让机器人进入安全状态，假如结束作业，则至步骤s12，结束作业，让机器人回至自动模式，自动进行下一作业。
27.因此，本发明机器人的自动模式安全系统及方法，既可通过编程静止状态程序，让自动模式运行的机器人进入等待状态，且设置提醒机制，提醒使用者启动启用机制，启用机制使机器人进入安全状态，利用控制器计时等待时间，等待时间超过时限，自动让机器人进入安全状态，并利用手拉致能装置手拉牵引机器人，结束作业时，利用用户再启动启用机制，让机器人回到自动模式，达到确保自动模式下协作的安全性的发明目的。
28.以上所述者，仅为用以方便说明本发明的较佳实施例，本发明的范围不限于该等较佳实施例，凡依本发明所做的任何变更，于不脱离本发明的精神下，皆属本发明申请专利的范围。
29.附图标记列表
30.10
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安全系统
31.11
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机器人
32.12
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控制器
33.13
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示教器
34.14
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安全模块
35.15
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人机界面
36.16
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致能装置
37.17
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手拉致能装置
38.18
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肘节
39.19
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基座
40.20
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末端
41.21
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位置传感器
42.22
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灯号或响声
43.23
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软硬件按钮
44.24
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传感器