专利名称：用于控制工业机器人的过程以及相关的机器人、系统和计算机程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及工业机器人并尤其被考虑用于具有与之关联的便携式终端的机器人的可能应用，便携式终端还被设计成以无线模式与机器人控制部件进行通信。
背景技术：
“无线”在这里是指包含借助电磁波无线传递信号的通信，优选地是借助射频，但还可能借助超声波或红外辐射或其它频率域中的辐射。
对机器人编程基本上意味着向所述机器人教授在通常操作步骤期间自动重复的其机械手的点的轨迹，以便执行给定的操作。机器人因此可至少以自动和手动模式来操作，通常可依据机器人控制部件来选择这些模式。当例如为编程或“教授”机器人而选择手动模式时，通过由便携终端发送的指令来操作相应的机械手；相反，当选择自动操作模式时，机械手的运动只受控制部件的影响。
大多数的编程时间用于手动控制机器人，以便识别机械手的运动轨迹的最佳点并存储其坐标。为此，使用前述的便携编程终端，也称为示教盒(teach pendant)，其可操作地连接到机器人控制部件并通常包括显示器和一系列用于编程和手动控制机器人的按钮。教学操纵环还可用来监视机器人编程、用于检查机器状态、用于修改特定编程参数等等。
在一些解决方案中，借助一条电缆将终端连接到控制部件，该电缆的长度使操作员能够移动到机械手的工作范围附近并精确地检查有关的点和轨迹。前述的电缆致使操作员在他/她的编程活动中可控性有限，因为他/她要不断地移动靠近机械手；另一个缺点在于，该电缆能被其它电缆绊住或与其它电缆缠住，而该电缆本来应该是自由的。并且，该电缆容易磨穿和磨损并损坏，因此需要被修理或替换。为了解决这些缺点，建议可操作地以无线模式将便携终端连接到控制部件。
机器人执行其功能的被称为“单元(cell)”的操作环境根据系统布局具有不同的配置，并且能包含一个机械手或多个协调操作的机械手，每个机械手可配备相应的控制部件。利用无线数据交换技术的优点还在于，一个教学操纵环可用来以手动模式独立地控制单元的每个机器人，以便编程后者。但是，当单元的机器人中的一个必须处于无线教学操纵环的手动控制之下时，尤其重要的是，在教学操纵环和要控制的机器人之间建立一个明确的单义连接，以避免编程操作员的可能危险。
WO 02/078913描述了一种系统，该系统包括多个机器人和能够与所述多个机器人中的给定机器人通信的终端；为此，每个机器人的控制部件配备了一个被配置为可移除模块的停止按钮，并且所述终端被设计成在适当的台座中接收所述模块。该模块包括包含识别有关控制部件的代码的存储装置；另一方面，所述终端包括用于从所述模块的存储装置读取识别控制部件的代码的装置。已知所述代码，终端可只与已经获得该模块的部件进行通信，以便手动控制有关的机械手。
前述的解决方案在某种程度上使便携终端的实现变得复杂，便携终端需要配备适当的台座和用于可更换模块的物理互连的有关装置；可更换模块还受到频繁的处理，这可能引起混乱和损坏，以及它们连接的快速磨穿和磨损，和之后不良工作的危险。
发明内容
根据以上内容，本发明旨在实现如前所述的工业机器人，就编程活动而言确保安全级别的提高，并且该机器人的生产也简单、便宜和可靠。本发明还旨在实现如前所述的机器人，使之能够进行涉及编程的容易且通用的活动以及借助便携终端的手动控制，然而都处于完全安全的条件下。
这些和其它目的在下面将十分清楚，并且根据本发明由具有在所附权利要求中列出特征的一个过程、一种工业机器人、一种机器人系统和一个计算机产品来实现，这些特征是本专利申请说明的完整和重要部分。
根据下列描述和附图，本发明的其它目的、特征和优点将变得清楚，附图的给出仅仅是说明性并且是非限制性的例子，其中图1示意性地示出了这里所述的机器人，包括机械手、机械手的控制部件和便携编程终端；图2示出了图1的控制部件和机器人终端的简化框图；图3示出了图2的所述部件和终端的控制系统的部分的简化框图；图4-7是图3的控制部件和终端之间的逻辑耦合过程的步骤的示意性表示；图8-11是图3的控制部件和终端之间的逻辑去耦合过程的步骤的示意性表示；图12是包括这里所述的机器人系统的工作单元的示意性表示；图13是公开了在图12的机器人系统中使用的终端的可能用途的简化框图。
具体实施例方式
图1示出包括机械手1、控制部件2和便携编程终端或教学操纵环3的工业机器人。机械手1具有多个部分，这些部分根据相应的轴移动、借助接合点1a和带有通用工具1c的末端机械腕1b铰接。机械手1借助电缆4连接到其控制部件2。终端3至少包括-显示器3a，借助该显示器，可监视机器状态、编程步骤、可能的警告和各种参数，比如机械手的轴的位置；在编程轴的位置和运动程序的步骤以及远程监视部件2时都使用显示器3a；-一组按键，用于控制机械手1的轴的运动，这些按键的一些被表示为3b；所述按键组包括尤其用来选择所期望的运动参考系统的按键和用于控制运动的按键，这些按键被称为“慢进(jog)”按键；-一组编程和编辑按键，这些按键的一些被示意性表示为3c，用于在显示器3b上显示的程序内活动，以便激活各种功能和用于输入数据。
终端3进一步包括紧急停止设备，用ES表示，它可包括蘑菇状按钮，该蘑菇状按钮放置在所述终端的前面板上的固定位置；按下所述按钮使得能够立刻停止/停用机械手1和/或机器人工作的整个操作单元的运动。教学操纵环还配备有启用设备，表示为ED，它应当在教学步骤或者手动控制机械手1的运动的步骤期间与按键组3c一起使用；在实际中，启用设备ED应当由操作员保持为活动，以便使机械手1能够在编程步骤期间进行期望的运动。在图1的非限制性例子中，设备ED包括两个在终端3的侧边缘上延伸的按键，但在另一个可能的实施例中，该设备可位于终端的后部，例如在文献EP-A-1 405700中所述的那样。
部件2和终端3可配置为彼此以无线模式进行通信，并且为此目的，它们配置有用于通过空气交换信号的装置，包括相应的天线2a和3d。使所述装置的尺寸具有几米的有效范围，因此相对部件2而位于终端3的作用域内。信号的空气传输可根据已知的技术来发生；在本发明的优选实施例中，部件2和终端3之间的无线通信通过射频来进行，其中使用了由标准IEEE 802.111定义的传输系统(为了进一步的细节而完全被引用)，称为Wi-fi系统。
终端3和部件2之间的无线连接基本上能够交换下面三种类型的信息a)操作数据，比如涉及轴的位置、运动或慢进指令、通常借助终端3作出的所有选择的信息，以及从所述终端下载到部件2的软件；并且，部件2可将数据发送到终端3，比如更新显示器3a上的窗口所要求的信息，指示码(警告、机器状态等)，程序上载等等；b)紧急停止设备ES的状态；c)启用设备ED的状态。
终端3还包括属于所述终端的内部电池的再充电装置的电连接器3e，和用于数据传输的端口3f，其在这里被假定为串联通信端口的连接器。在所公开的非限制性例子中，连接器3e和端口3f位于终端3的下边缘。
根据本发明的第一方面，为了单义地分配或耦合终端3和控制部件2，前者应当首先位于后者附近，或者更通常地是在一个预定范围内。为此，在本发明的该优选实施例中，部件2配有用于终端3的定位支架5，在下面被定义成系泊部位；有利地，系泊部位5被配置成还用来再充电终端3的内部电池。
系泊部位5优选地物理连接到部件2的机壳或固定机架2b，并且为了简明的缘故，在该例子中，其还被配置成为一种定义了向上开沟的台座5a的架子，终端3的下部可以在图1箭头F的方向上插入到台座5a。电连接器5b和用于数据传输的连接器或端口5c是连接器3e和端口3f的补充，它们被固定在所述台座5a的底部上。将终端3的下部插入到台座5a导致连接器3e和5b之间以及连接器或端口3f和5c之间的耦合或连接。
系泊部位5还配备有控制元件，比如按钮5d，用于启动终端3和部件2之间的逻辑耦合-去耦合过程，这是本发明要保护的另一个独立方面。
仍然在图1中，2c最终是指信号灯，指明了部件2和终端3之间的互操作条件。
在图2中，部件2和终端3可借助简化的框图来表示。
终端3包括对应的电子控制系统，全文用30表示，用于管理所述终端的所有各种功能。系统30可通过天线3d来发送和接收数据或信息，并且它还被配置成使数据和信息通过另一个数据通信线路来传输，这里是物理或电缆的线路，例如与端口3f连接的串联单向线路，用31来表示。数字32是指终端的自制电源，例如本身已知的可再充电的电池，其电极连接到连接器3e的触点。
部件2包括对应的电子控制系统，全文用20来表示，用于管理所述部件的所有各种功能。系统20被配置成通过天线2a来发送和接收数据或信息；系统20还被配置成使数据和信息通过另一个数据通信线路来传输，这里是物理或电缆的线路，比如与系泊部位5的端口5c连接的串联单向线路，用21来表示。
数字22是指由系统20控制并与系泊部位的连接器5b连接的可再充电电路，其本身是已知的。系统20还被配置成控制灯2c的操作，并从按钮5d接收控制信号。
为了能够使用终端3来编程机器人，部件2和终端3配备了对应的单义识别码ID。每个ID码优选地包括两个部分，由IP网络地址(但也可以是MAC地址)和由序列号SN来表示。因此ID_CU＝IP_CU+SN_CU
ID_TP＝IP_TP+SN_TP其中-ID_CU和ID_TP分别是指部件2和终端3的识别码；-IP_CU和SN_CU分别是指部件2的IP地址和单义序列号SN；-IP_TP和SN_TP分别是指终端3的IP地址和单义序列号SN。
为了简明的缘故并参考附图，让我们分别假设IP_CU和IP_TP地址是4和2，SN_CU和SN_TP的序列号是4和5，以及ID_CU和ID_TP识别码分别是44和25。
IP地址可根据各种需要来修改，修改的方式没有在这里描述，因为它们本身已知并且没有落入本发明的范围；为此，IP地址可存储在可重写永久存储器上，比如闪存或EEPROM存储器。优选地，序列号SN不能被修改，并且为此，它们的写入是在对诸如ROM存储器的永久只读存储器的制造和/或测试步骤期间由部件2和/或终端3的制造商来完成。识别码ID由部件2和终端3的控制系统在它们接通之后来构建，并存储在可重写存储器中，比如RAM、闪存或EEPROM存储器中。
图3用框图示出了部件2和终端3的控制系统20和30，尽管只示出了其对于理解本发明的前述第一方面有用的那些部分。
控制系统20包括主模块20a和辅助模块20b，前者被设计成管理部件2的通常功能而后者被专门设计成管理与外部的数据传输。模块20a包括可操作地与闪存20c′关联的主处理器20c，其中部件2的IP_CU地址被编码；如果需要，如所述的那样，处理器20c能修改存储器20c′的内容。模块20b包括辅助处理器20d，用于控制电路20e进行无线数据交换，该辅助处理器包括天线2a；处理器20d还通过与系泊部位5的端口5c(参看图2)连接的串行线路21来接收或读取外部数据或信息。处理器20d可操作地与ROM存储器20f、RAM存储器20g和闪存存储器20h关联。部件2的序列号SN_CU被永久地编码在只读存储器20f中，而暂时存储器20g被设计成保持部件2的识别码ID_CU；相反，可重写存储器20h被设计成保持终端3的识别码ID_TP。主处理器20c和辅助处理器20d借助部件2的诸如CAN总线的总线20i而相互通信。
并且，控制系统30包括主模块30a和辅助模块30b，前者被设计成管理终端3的通常功能而后者被设计成管理与外部的数据传输。模块30a包括可操作地与闪存30c′关联的主处理器30c，其中终端3的IP_TP地址被编码并且如果需要可被修改。模块30b包括辅助处理器30d，用于控制电路30e通过空气进行数据交换，该辅助处理器包括天线3d；处理器30d还发送数据或信息，或者通过与终端3的端口或连接器3f(也参看图2)连接的串行线路21来允许从外部读取数据或信息。在这里同样，处理器30d可操作地与ROM存储器30f、RAM存储器30g和闪存存储器30h关联。终端3的序列号SN_TP被永久地编码在只读存储器30f中，而暂时存储器30g包含终端3的识别码ID_TP；相反，可重写存储器30h被设计成包含部件2的识别码ID_CU。主处理器30c和辅助处理器30d借助双向串行线路30i而相互通信。
如前所提到的，当接通部件2时，控制系统20借助两个处理器20c、20d以及存储器20c′、20f来构建码ID_CU，所述码存储在存储器20g中直到所述部件被关闭；类似地，当接通终端3时，控制系统30借助两个处理器30c、30d以及存储器30c′、30f来构建码ID_TP，所述码存储在存储器30g中直到所述终端被关闭。如果需要，所述存储器20g和30g可用可重写永久存储器，比如闪存或EEPROM存储器来替换，以便在设备2、3关闭之后包含ID码。
根据这里所述的解决方案的第一有关方面，终端3和部件2之间的单义连接被要求能够使用所述终端来编程机器人，并且借助适当的过程来实现；在这里所述的实施例中，所述过程在下面也被定义成“逻辑耦合”过程，预先假定终端3位于部件2的系泊部位5上；终端与给定控制部件的耦合因此要求两个设备物理上的接近。
图4-7示意性地示出了部件2和终端3之间可能的逻辑耦合过程。
图4示出了放置在系泊部位5上的接通的终端3的情况。在该情况下，如所解释的，借助连接器或端口3f和5c在部件2和终端3的控制系统20、30之间建立“物理”连接。通过按下系泊部位5的按钮5d，操作员启动耦合过程；在所述过程的启动步骤中，控制系统20借助适当的传感器装置检查在系泊部位5上的终端3的实际存在(这可以通过例如使用属于图3的再充电电路22的电流传感器来获得)。
图5示出下列步骤，其中在确认终端3存在之后，控制系统20读取控制系统30的存储器30g的内容，即终端3的识别码ID_TP；这是借助通过串行线路21、31和端口3f、5c而连接的辅助处理器20d和30d来执行的(也参看图3)。所述读取的结果接着被处理器20d存储在存储器20h的预定寄存器中，条件是所述寄存器空闲，如果所述寄存器已经被占据，则与其中内容进行比较(该寄存器可以是图13中的用R0表示的寄存器)。存储器20h的前述寄存器是空闲的事实意味着终端3目前没有与任何部件2耦合，而存储器寄存器20h已经占据的情况意味着终端3已经与控制部件耦合。在实践中，出现下列三种情况a)如果存储器20h的前述寄存器是空闲的，那么操作员正在正确地尝试在终端目前位于其系泊部位5上的部件2之间建立逻辑耦合过程；b)如果读取的ID_TP码与存储在前述存储器20h的寄存器中的相同，那么操作员正在正确地尝试建立逻辑去耦合过程，这将进一步在下面作详细描述；c)如果读取的ID_TP码与存储在前述存储器20h的寄存器中的不同，那么操作员正在错误地尝试建立与已经耦合到另一个部件的终端的耦合过程，或者操作员错误地尝试对与终端目前耦合的控制部件所不同的控制部件的系泊部位建立去耦合过程(这是不允许的，将在下面讨论)。
在情况b)和c)中，部件2发射适合的错误信号；相反，在情况a)中，耦合过程可进行到下一步骤，如图6所示。
在所述步骤中，在存储了ID_TP码之后，部件2的控制系统20将其自己的识别码ID_CU传递到终端3的控制系统30，同时控制系统30切换等待状态。为此(也参看图3)，处理器20d读取存储器20g的内容并借助电路20e以无线模式并连同耦合指令来传输有关的信息(由于系统20目前知道终端3的“身份”，所以发生所述传输)；另一方面，借助电路30e由处理器30d来接收具有ID_CU地址的耦合指令，处理器30d接着将有关的信息存储在存储器30h的目前是空闲的预定寄存器中。优选地，所述过程以在部件2和终端3之间无线交换确认已经发生逻辑耦合的信息而结束。
现在，如图7中的例子所示的，部件2和终端3互相耦合，即它们中一个都知道另一个的识别码ID，并且因此能够以机器人编程模式来操作，其中终端3能够以无线模式传输机械手1的运动的指令以及涉及安全设备(即紧急停止设备ES和启用设备ED)所要求的状态信息。
如前所述，在包括若干机器人的系统的情况下，存储器20g的前述寄存器是空闲的部件将不能够允许相应机械手的手动运动。
耦合过程的结果可以任何方式被明确，例如可借助适当灯的视觉指示，或者利用部件2和/或终端3的显示器。
在这里所述的系统中，ID码是部件2和终端3之间信息交换所需要的单义地址，或者是能够利用终端来编程或教授机器人所更加绝对必要的单义地址。因此，在机器人编程期间从终端3到部件2的数据分组传输的优选情况下，所传输的分组的头部将包含ID_CU码，而所述分组的信息内容(有效负载)将涉及所传输的信息(例如与机械手1的运动的指令有关、紧急停止设备的状态信息、启用设备的状态信息)。换句话说，为了被部件2识别和执行，任何编程和/或运动信息应当包含在由ID_CU码识别的数据分组中。
另一方面，在从部件2到终端3的传输的情况下，所传输的分组的头部可包含ID_TP码(但它还可以是地址IP_TP)，并且所述分组的信息内容将涉及所传输的信息(比如警告或机器状态，用于更新显示器3上窗口的数据，等等)。
以本身已知的方式，通过部件2和终端3侧上的轮询过程来连续地测试无线信道，测试的速率根据处理器管理通信的活动而变化。
当终端3应当与“新的”部件2(即与该终端当前所耦合的部件不同的部件)一起使用时，应当如前述那样执行去耦合过程。在本发明的优选实施例中，应当在终端3已经耦合的部件2的系泊部位5上执行所述过程；一旦所述去耦合过程结束，终端3可被插入到另一部件2的系泊部位5上，以便有效地执行对应的逻辑耦合过程。
图8-11示意性示出部件2和终端3之间可能的逻辑去耦合过程。
图8示出了接通的终端3处于系泊部位5的情况，即在如图4那样情况的条件下。通过按下系泊部位5的按钮5d来启动去耦合过程；这里再次在该过程的初始化步骤中，检查系泊部位5上终端3的实际存在，如前面已经描述那样。
图9示出了以下步骤，其中在接收了终端3存在的确认后，基本上如前面已经描述的那样，控制系统20通过串联连接来读取控制系统30的存储器30g的内容，即终端3的识别码ID_TP。处理器20d将由前述读取产生的数据与存储器20h的前述预定寄存器的内容比较。如果读取的ID_TP码与包含在所述寄存器中的内容不同，那么中断去耦合过程并且为操作员发射适当的指示，例如视觉或听觉指示；缺乏代码之间的同一性清楚地意味着，操作员试图在一个与当前分配给终端3的部件不同的部件2上执行该过程。相反，在两个数据(读取的ID_TP和存储的ID_TP)之间相对应的情况下，该过程继续，如图10所示。
在该步骤期间，处理器20d向终端3的控制系统30发送去耦合指令或者删除存储器30h(也参看图3)的内容的指令，同时控制系统30切换到等待状态。借助电路20e由处理器20d以无线模式传输所述指令；借助电路30e由处理器30d接收与指令有关的信息，在向部件2以无线模式发送适当的确认之后，处理器30d删除存储器30h。在接收所述确认时，部件2的控制系统20的处理器20d删除其存储器20h的内容。
现在，部件2和终端3被去耦合，即它们的控制系统20、30的存储器20h和30h的内容都空闲，如图11以举例的方式所示；在这些情况下，终端3不再能够向部件2发送对应的机械手1的运动指令。这里再次，该过程的结果可以任何方式明确。
部件2和终端3显式地配备了相应的软件程序，用于执行参考图4-7和8-11所描述的过程，所述程序利用任何技术和已知的语言来实现。
如在本说明的介绍部分中所阐明的，单元可包括一个机械手和多个机械手，其每一个配备了控制部件2。在包括若干机器人的系统的情况下，可以“点到点”模式或以“多点”模式来使用上述的终端3。
在第一种情况下，终端3可只和与之关联的控制部件2通信。在使用这种配置时，终端3配备了完全的数据传送/接收和编程功能；操作员可因而进入机械手的受保护的操作范围以“教授”机器人，在这些情况下，终端3和控制部件之间的安全设备(紧急停止设备ES和启用设备ED)是活动的。终端3和对应部件2之间的分配和连接借助上述的专门耦合过程通过在有关部件2的系泊部位5上定位所述终端而进行。在这些情况下，一个明显的视觉表示让使用终端3的操作员能够识别活动的连接，即与该终端耦合的部件2。为此，在终端3的显示器3a上可提供适当的指示，所连接的控制部件2的“名称”将显示在显示器3a上；在控制部件2上也提供用于发信号指示连接的装置，在本例中是灯2c，其将连续接通以指示与终端3的活动连接。灯2c将具有诸如很容易看见的大小、颜色和位置(例如琥珀色并放置在部件2的上面，或者其控制面板上或系泊部位5上)。注意到，作为前述这种情况的替换或除此之外，灯2c还可安装在机械手1之上或者在后者附近。
在根据要保护的本发明的第二独立方面的“多点”模式的情况下，终端3可同时以不同的方式与至少两个控制部件2连接，并且尤其是与所述的“主”或专门连接并与至少一个所述的“辅助”连接进行连接。通过在图12中以举例的方式示出这种情况，其中通用单元C包含四个不同的机器人，称为X，Y，W和Z，其每一个具有机械手1x、1y、1w、1z，它们的控制部件2x、2y、2w、2z配备了系泊部位5x、5y、5w、5z和灯2cx、2cy、2cw、2c z。明显的是，前进线L经过单元，在前进线上存在两个操作站，一个操作站由机器人X和Y组成，另一个由机器人W和Z组成，每一对机器人以基本对称的位置相对线L的两边排列。
在本例中，机器人X基本上对应于图1的机器人，其部件2x的特征在于如前述例子中的码IP＝4和SN＝4(并因此具有码ID_CU＝44)；相反，其它机器人的码如下部件2yIP＝5，SN＝8；部件2wIP＝6，SN＝7；部件2zIP＝7，SN＝2。
在前述的情况下，终端3具有与机器人X的主连接和与机器人W的辅助连接。与机器人X的主连接的状态(在图中用箭头“主”来表示)基本上对应于前述的“点对点”模式，使得在终端3和部件2x之间建立完整的连接，安全设备是活动的，并且因此可能为编程目的而手动地控制机械手1x。
与机器人W的辅助连接的状态(在图中用箭头“辅助”来表示)能够也使用相同的终端3来用于与部件2w有关的监视或远程数据交换功能(机器状态检测、当前的程序步骤、警告(如果有的话)、终端和控制部件之间下载的数据和/或反之亦然、更新显示窗口等等)，尽管不可能编程或控制对应机械手1w的运动这是因为在辅助连接紧急信道中(即那些涉及安全设备ES和启用设备ED状态的信道)不是活动的，所述信道只在朝着部件2x的主连接中是活动的。
对于主连接，应当总是通过使用部件2x的系泊部位5x，借助上述的专门过程来执行在终端3和部件2x之间的分配和连接。相反，借助不要求终端位于系泊部位5w的软件过程来执行在终端3和部件2w之间的分配和连接(以及后续连接的禁止)。
对操作员的主连接的指示属于“点到点”连接的情况并因此能够借助终端3的显示器3a和部件2x稳定点亮的灯2cx来实现。只要涉及到辅助连接的指示，那么在一方面，终端3的显示器3a将显示适当的附加窗口，其带有具有辅助连接的部件2w的“名称”；在另一方面，在部件2w上，灯2cw将闪烁，因此指明与终端3的辅助连接的状态。
图13显示了实现如前参考图12所述的“多点”连接功能的可能方式；在所述图13中，只显示了已经参考图3描述的终端3的控制系统30的一些组件；在另一方面，示意性示出了图12的控制部件2x、2y、2w和2z，指示了它们的IP地址和序列号SN。
如在图13中以举例的方式所示，终端3的控制系统30的可重写存储器30h包括多个寄存器，其中一些寄存器用R0、R1、R2、R3、R4来表示；所述寄存器中的一个，在通过举例的方式显示的情况下用R0来表示，具体地被设计成存储与终端3以主连接或为编程目的耦合的控制部件的识别码ID_CU；由于参考图3和4-7所述的特定过程，所述存储如所阐述的那样发生。
相反，其它寄存器R1、R2、R3和R4被设计成包含部件2x、2y、2w和2z的辅助连接的相应地址；在所示的例子中，所述地址由前述部件的IP地址构成。
在一个可能的实施例中，例如在将单元C与其机器人安装时，部件2x、2y、2w和2z的IP地址可预先存储在寄存器R1-R4中；因此在这种情况下，终端3试图能够与之建立辅助连接3的部件的IP地址被插入到终端3中，该终端3被设计用来与给定的单元一起使用(但是还可能与例如放置在同一制造线路上的多个单元一起使用)。在终端3上，利用其显示器3a和按键3c，可通过简单的软件过程直接执行所述地址的存储，并且不需要永久的存储器；如前所述，可能发生，每个控制部件的IP地址(包含在图3的对应存储器20c中)必须及时修改，例如作为及时对单元C所作变化的结果；因此，当需要时，也修改图13的存储器30h的寄存器R1-R4的内容。
作为替换，终端3和部件2x、2y、2w和2z中的至少一个之间的辅助连接的分配可通过无线电通信信道而发生，并可变和动态地占据存储器30h的寄存器R1-R4。
在这类第一可能实施例中，组成单元C的部件2x-2z被如此编程，使得以无线的模式周期性声明它们的IP地址；因此换句话说，所述部件的控制系统借助它们相应的电路20f(参看图3以及其描述)以规则的间距发射包含IP地址信息的信号。在另一方面，终端3的控制系统30被如此配置以便周期性切换到等待状态，以便接收所述信号；终端3和部件2x-2z可适当地被编程，使得所述终端切换到等待状态的间隔是部件发射其地址信号的间隔的倍数。
在相应的电路30e已经接收前述信号之后，终端3的控制系统30存储如此按顺序被接收的在寄存器R1-R..中的各个IP地址。显然，辅助处理器30d将周期性接收的IP地址与可能已经存储在R1-R..中的IP地址相比较，以避免重复存储相同的信息。
根据另一可能实施例，终端3可相反地被配置成为辅助连接“召集”在网络中可用的部件2x-2z。在所述情况下，自动地或作为终端3上的操作员输入的特定指令的结果，终端3的控制系统30在一段给定的时间上并且借助电路30e周期地发射询问信号，即邀请网络中可用资源进行“自我介绍”，并接着切换到响应等待状态；在通过相应的电路20e接收所述询问信号之后，在网络中可用的控制部件通过所述电路20e传输它们的IP地址信号，终端3接收这些信号并接着将其存储在寄存器R1-R4中，这基本上与前述的方式相同。显然，在该实施例中，部件2x-2z的控制系统周期地切换到等待状态，以接收前述的询问信号；如果需要，可编程终端3和部件2x-2z，使得所述部件切换到等待状态的间隔是终端周期地发射询问信号期间所用时间的约数；另一方面，在发射询问信号之后的终端3的响应等待时间可以是用于发射其地址信号的单元所用间隔的倍数。
可以如此理解该系统，以使得只在终端3已经具有主连接的情况下，才允许至少一个辅助连接，即是其与控制部件之一在逻辑上耦合；进一步配置该系统，使得已经具有与终端3的主连接的控制部件(在图13的例子中是部件2x)不传递其IP地址，以使之存储在存储器30h的寄存器R1-R..的一个中，因为这不是必要的。
如果需要，控制系统2x-2z可被配置成除了将它们的IP地址传递到终端3外，还进一步传递标识信息，以使操作员可以视觉识别各种部件，而无论灯2cx-2cz的状态如何，即在建立其辅助连接之前就可识别。例如，参考图12-13的例子，各个部件2x-2z和/或它们的机械手1x-1z可装配在视觉良好的位置，用板子以字母顺序的、数字或字母字符来指明机器人名称；参考图12-13的例子，所述名称由序列号SN构成，因此机器人X，Y，W和Z的名称分别是“4”、“8”、“7”和“2”。通过发送前述附加的标识信息和通过将后者由控制系统30存储在适当的存储器中，终端3还将每个IP地址与对应的机器人的“标签”关联，以便将它显示在显示器3a上。因此，在显示器3a上激活选择窗口，以便显示与终端3建立辅助连接的部件的标签列表；在应当建立辅助连接的机器人的单元C中(通过对应的板子)进行视觉识别之后，操作员可借助前述的窗口并由终端3的键盘来选择对应的标签。作为所述选择的结果，“辅助”连接的状态将通过使对应的灯2cw闪烁而显示在控制部件2w上(在图12-13的例子中)；相反，终端3的显示器3a将显示出除了机器人W的标签之外还包含辅助连接所允许的各种选项的对话框；如所说的，所述选项基本上是指部件2w的可能的远程监视和与机械手1w的编程/运动数据和信息不同的数据和信息的交换，这些是辅助连接所不允许的。
在任何时候，使用终端3的操作员可通过简单地取消在显示器3a上的前述显示窗口并从对应列表中选择另一个机器人的标签来激活不同的辅助连接；通过举例由图13的阴影箭头示出所述可能性。
如前所述，通过显示器3a上适当的对话窗口，还在终端3上示出了与部件2x的“主”连接的状态，除包含机器人X的名称外，对话窗口还包含在所述类型连接中允许的各种选项；在部件2x上，“主”连接通过连续点亮的灯2cx而示出。
显然，终端3所配备的软件配备了用于选择在显示器3a上示出的窗口的合适菜单或功能，并且因此可能在“主”和“辅助”连接窗口之间切换。
从前面的描述，可以根据所述的本发明的第一方面推断，为了使机器人实现编程/运动功能，便携终端3应当位于相对控制部件2的给定位置，以便启动适当的逻辑耦合过程。优选地，只作为所述两个设备之间的物理途径的结果而获得所述耦合，并尤其在将终端3放置在属于部件2的适当支架5中之后；因而实际上迫使应当使用终端3的操作员在视觉上预先识别在工作区域C中存在的机器人中哪一个可被手动移动。为编程目的而使用终端3以及与所述终端所耦合的部件不同的部件2，这将预先假定一个特定的去耦合过程；如所讨论的，所述过程应当无论如何在已经与终端3耦合的部件2中执行。手动执行耦合和去耦合操作的需要增加了操作员的意识，因此降低了可能的混淆和所导致的危险。
在优选的但非唯一的实施例中，利用两条不同的通信线路(串行连接和无线连接)使在终端3和部件2之间发生ID码的交换，从而固有地增加了耦合操作的安全性；只有在部件2和终端3之间的正确无线电反馈允许对无线连接的正确性和操作性予以确认之后，以及在终端实际上被用于编程预定机器人之前，耦合过程才能结束。
所建议的解决方案不会使得终端3的实现尤其困难，因为它最多涉及到只增加一些内部电子组件(如果它们还不存在)并且增加用于传递识别码ID_TP的辅助通信线路(此外如下所述，在使用电源线通信的情况下，可省略端口3f和串连线31)；如WO 02/078913所提供的，不存在用于可更换模块的专门台座简化了终端的布局，这因此可紧凑并且轻便。
另一方面，部件2配备有具有一些基本和/或标准触点的支架或台座，其中应当放置了终端。无线终端需要包括电池、优选地为可再充电电池；因此在本发明的优选实施例中，有利地，可使用应当在任何情况下存在以再充电终端电池的装置，以便也集成该装置能够在逻辑上将终端与控制部件彼此耦合的部分。
在另一方面，只要考虑到终端实际使用，根据本发明的第二方面的“多点”连接的可能性十分的有利。
如在本说明书的介绍部分提到的，机器人可在自动操作模式下操作。在所述模式中并参考图12的例子，机器人X-Z执行它们的在单元C中的操作程序，人员不能进入单元C，但是单元C却受到操作员的视觉控制。在这些情况下，便携终端3如通常发生的那样位于单元C附近的静止位置，尽管紧急停止按钮ES是活动的，借助于此，操作员可如在很多情况下提供的那样停止机器人X和/或如果需要的话，停止整个单元C。
如所阐明的，根据本发明的第一方面，只有在机器人和终端3之间的“主”连接的情况下，与按钮ES关联的功能才是活动的，根据本发明的第二方面，终端3还被允许有选择地建立至少一个“辅助”连接。如所推断的，因为前述的可能性，监视单元C的操作员借助终端3并因而只从一个位置来远程监视各个机器人X-Y的控制系统，而不需要连续移动到每个部件2x-2z以检查它们控制面板上的机器状态。
“多点”连接模式还能简化系统中的编程活动，在该系统中，若干机器人执行基本上类似的操作。
例如，如在图12中通过举例而示出的情况中，单元C通常在同一条线L上包括若干工作站，每个工作站具有两个处于相对位置的机器人；在所示的情况下，存在两个工作站，分别包括机器人X-Y和机器人W-Z。此外，对于各种制造类型，同一工作站的两个机器人在线L上的同一部分的相对位置上自动地执行相同的操作，一个机器人的基本移动因此优选地相对由其它机器人执行的基本移动相对称或相反。因此换句话说，第一机器人的操作程序只在一系列给定参数上不同于第二机器人的操作程序(比如在给定的空间参考系统中，机械手的接合点的位置坐标或者其部件移动的方向)。
在这些情况下，在编程了工作站的第一机器人(这里，被假定为图12的机器人X)之后，操作员可通过终端3建立与同一工作站的第二机器人(在本例中为机器人Y)的“主”连接，以便对后者进行编程。在与机器人Y的主连接的所述条件下，操作员可无论如何建立与已编程的部件2x的“辅助”连接，以便将对应的操作程序下载到终端3上；一旦获得了所述程序，操作员可返回到“主”连接所允许的编程模式，以便修改前述的先前下载的程序的参数并且因此使之适应机器人Y。
显然，本领域的技术人员能实现以举例方式描述的工业机器人和机器人系统的若干变型，但却没有偏离本发明原理的新颖构架。
不利用按键5d而是借助终端3给出的指令来启动逻辑耦合和去耦合过程，前提是后者先前已经位于有关部件2的系泊部位5。在该情况下，在启动所述过程之后，借助由先前用31、3f、3c和21表示的组件组成的串行连接，终端的控制系统30可将它自己的码ID_TP传递到部件2的控制系统20(如果需要，终端3可读取系统20的码ID_CU，并且耦合/去耦合过程可相对于前述由系统30管理的过程而相反地发生)。
在可能的不同实施例中，因终端3位于部件2附近而引起的连接可利用与电缆连接的串行线路的不同方式而获得，尤其利用没有物理或专门触点的连接。例如，涉及至少一个ID码的信息可利用RFID技术来传送，使至少一个标签与终端3相关联并且使至少一个对应的标签阅读器与部件2和/或其机械手1相关联；在所述应用中，RFID系统的组件优选地制定尺寸，以便具有几厘米的有效范围，使得只有当终端3位于系泊部位5或靠近部件2和/或机械手1时才传送信息。另一个可能性涉及红外接口的使用，即只有当终端3被插入到系泊部位5或相对部件2和/或机械手1的预定位置时，在部件2和终端3之间建立光学连接。此外，另一种可能性是通过电源线通信来实现串联线路，因此当终端3的电池32位于系泊部位5时，通过应用建立在再充电电路22和终端3的电池32之间的同一电连接线来进行信息传送。
此外，为了增加操作员的意识，用于耦合/去耦合过程的系泊部位5或替换它的装置(比如前述的RFID或红外系统)可放置在机械手1的附近。
权利要求
1.一种借助便携终端(3)来控制工业机器人的机械手(1-2)的方法，该类型的方法用于建立所述机械手(1-2)和终端(3)之间的主无线连接，在使用便携终端(3)来向机械手(1-2)传输有关编程指令和/或运动指令和/或终端(3)所配备的安全设备(ES，EN)的状态条件的信息的对话期间，使用所述主连接，该方法包括下列操作a)将机械手(1-2)和终端(3)配置成允许它们交互，以便当终端(3)基本上处于相对机械手(1-2)的预定物理位置时，执行允许使用所述对话的逻辑耦合步骤；b)将终端(3)带到所述位置；c)执行所述逻辑耦合步骤；d)如果必须从所述位置移除终端，那么在使用所述对话期间，使用终端(3)来向机械手(1-2)传输所述指令。
2.根据权利要求1的方法，其中当所述终端(3)处于所述位置时，在所述终端和第一机械手(1-2)之间建立临时辅助连接，这是执行所述逻辑耦合步骤所要求的，在操作d)期间从所述位置移除终端(3)时，所述辅助连接被中断。
3.根据权利要求1或2的方法，其中机械手(1-2)和终端(3)与相应的标识信息(ID_CU、ID_TP)关联，并且所述逻辑耦合步骤至少包括下列操作-使所述终端(3)的标识信息(ID_TP)对于所述机械手(1-2)可用；-使所述机械手(1-2)的标识信息(ID_CU)对于所述终端(3)可用。
4.根据权利要求2的方法，其中所述逻辑耦合步骤包括下列操作c1)利用辅助连接来使有关所述终端(3)和机械手(1-2)中的第二个(3)的第一标识信息(ID_TP)对于所述终端(3)和机械手(1-2)中的第一个(2)可用；c2)利用主连接来使有关所述终端(3)和机械手(1-2)中的第一个(2)的第二标识信息(ID_CU)对于所述终端(3)和机械手(1-2)中的第二个(3)可用。
5.根据权利要求4的方法，其中-在操作c1)期间，由机械手(1-2)的控制部件(2)来读取或接收所述终端(3)的标识信息(ID_TP)，并接着-在操作c2)期间，由机械手(1-2)的控制部件(2)将机械手(1-2)的标识信息(ID_CU)传输到终端(3)的控制系统(30)。
6.根据权利要求5的方法，其中机械手(1-2)的控制部件(2)检查相应的预定存储装置(20h)是否空闲，并且-在肯定的情况下，它在所述存储装置(20h)中存储所述终端(3)的标识信息(ID_TP)，并接着向终端(3)的控制系统(30)传输机械手(1-2)的标识信息(ID_CU)；-在否定的情况下，它将终端(3)的标识信息(ID_TP)与所述存储装置(20h)的内容相比较。
7.根据权利要求6的方法，其中-如果终端(3)的标识信息(ID_TP)与所述存储装置(20h)的内容兼容，那么允许在所述终端(3)和机械手(1-2)之间执行逻辑去耦合步骤；-如果终端(3)的标识信息(ID_TP)与所述存储装置(20h)的内容不兼容，那么中断逻辑耦合步骤。
8.根据权利要求5的方法，其中-机械手(1-2)的控制部件(2)在相应的预定存储装置(20h)中保存终端(3)的标识信息(ID_TP)，并且-终端(3)的控制系统(30)在相应的预定存储装置(30h)中保存机械手(1-2)的标识信息(ID_CU)。
9.根据权利要求1的方法，其中还包括下列操作e)执行相对所述机械手(1-2)的所述终端(3)的逻辑去耦合步骤，以便禁止使用所述对话。
10.根据权利要求9的方法，其中所述机械手(1-2)和终端(3)被配置成进行交互以便在终端(3)处于所述位置时执行所述逻辑去耦合步骤。
11.根据权利要求8或9的方法，其中所述机械手(1-2)和终端(3)被配置成在所述逻辑去耦合步骤期间删除所述相应的预定存储装置(20h、30h)。
12.根据权利要求1的方法，其中所述机械手(1-2)和终端(3)被配置成在操作c)期间通过所述主连接彼此交换执行所述逻辑耦合步骤的控制和/或检查信息。
13.根据权利要求1的方法，其中还规定了既在所述终端(3)上又在所述机械手(1-2)上的使用所述对话的启用条件的视觉指示。
14.根据权利要求1的方法，其中所述机械手(1-2)与用于定义或识别所述位置的装置(5)关联。
15.根据权利要求3的方法，其中通过将至少两个码(IP、SN)彼此关联来获得所述标识信息(ID_CU、ID_TP)，其中一个码可被修改而另一个不能。
16.一种包括便携终端(3)和具有控制部件(2)的机械手(1)的工业机器人，该机器人实现了根据前述一个或多个权利要求的方法。
17.一种包括机械手(1-2)和便携终端(3)的工业机器人，所述机械手(1-2)和终端(3)都具有包括相应第一通信装置(20e、30e)的电子控制系统(20、30)，用于建立无线主连接，在使用至少一个对话来从终端(3)向机械手(1-2)传输有关编程指令和/或运动指令和/或终端(3)所配备的安全设备(ES，EN)的状态条件的信息期间，使用所述主连接，所述机械手(1-2)和终端(3)的控制系统(20、30)包括-相应的第二通信装置(5c、20d、21、3f、30d、31)，被配置成在终端(3)基本上处于靠近所述机械手(1-2)的预定位置时，建立临时辅助连接，和-相应的启用装置(20a-20g；30a-30g)，被配置成-使用所述辅助连接来执行所述机械手(1-2)和所述终端(3)之间的逻辑耦合过程，以便允许使用所述对话；-在从所述位置移除终端(3)后，也允许在所述辅助连接的可能中断之后传输所述信息，以便在所述使用对话期间使用。
18.根据权利要求17的机器人，其中-机械手(1-2)和终端(3)的启用装置(20a-20g；30a-30g)包括相应的第一存储装置(20g；30g)，其包含相应的标识信息(ID_CU，ID_TP)，-机械手(1-2)的启用装置(20a-20g)包括用于借助所述主和辅助连接中的一个来使相应的第一存储装置(20h)的内容对于终端(3)的控制系统(30)可用或将该内容传递给终端(3)的控制系统(30)的装置(20d)，和-终端(3)的启用装置(30a-30g)包括用于借助所述主和辅助连接中的另一个来使相应的第一存储装置(30h)的内容对于机械手(1-2)的控制系统(20)可用或将该内容传递给机械手(1-2)的控制系统(20)的装置(30d)。
19.根据权利要求18的机器人，其中机械手(1-2)的启用装置(20a-20g)包括用于借助辅助连接来读取终端(3)的标识信息(ID_TP)并接着借助主连接向终端(3)的启用装置(30a-30g)传递机械手(1-2)的标识信息(ID_CU)的装置(20d，20d)。
20.根据权利要求18的机器人，其中-机械手(1-2)的启用装置(20a-20g)包括相应的第二存储装置(20h)，用于保存终端(3)的标识信息(ID_TP)，并且-终端(3)的启用装置(30a-30g)包括相应的第二存储装置(30h)，用于保存机械手(1-2)的标识信息(ID_CU)。
21.根据权利要求20的机器人，其中机械手(1-2)的启用装置(10a-20g)包括比较装置，被配置成检查相应的第二存储装置(20h)是否空闲，并且-在肯定的情况下，在所述第二存储装置(20h)中存储终端(3)的标识信息(ID_TP)，-在否定的情况下，将终端(3)的标识信息(ID_TP)与所述第二存储装置(20h)的内容相比较。
22.根据权利要求17的机器人，其中机械手(1-2)和终端(3)的启用装置(20a-20g；30a-30g)被配置成尤其在终端(3)处于所述位置时，实现所述终端(3)相对所述机械手(1-2)的逻辑去耦合过程，以便禁止所述对话的使用。
23.根据权利要求20和22的机器人，其中机械手(1-2)和终端(3)的启用装置(20a-20g；30a-30g)被配置成在所述逻辑去耦合过程期间，释放所述相应的第二存储装置(20h，30h)。
24.根据权利要求1的机器人，其中机械手(1-2)和终端(3)包括相应的视觉标识装置(3，2c)，用于通知使用所述对话的启用条件。
25.根据权利要求1的机器人，其中机械手(1-2)与定义或识别所述位置的定位装置(5)相关联。
26.根据权利要求25的机器人，其中所述定位装置(5)包括一个台座(5a)，其中至少一部分的机械手(1-2)的第二通信装置(5c、21)是可操作的。
27.根据权利要求1的机器人，其中终端(3)包括与相应连接器(3e)关联的可再充电电池(32)，机械手(1-2)包括用于与相应连接器(5b)关联的所述电池(22)的再充电装置(22)，所述连接器(3e、5b)被配置成在终端处于所述位置时进行协作。
28.根据权利要求17的机器人，其中所述辅助连接包括下列至少一个-电缆连接的串行连接，-不具有物理触点的连接，比如短射线RFID连接或光学连接；-基于电源线路通信的连接，尤其在终端(3)处于所示位置时，通过应用在终端(3)的电池(32)和所述电池的可再充电电路(22)之间建立的电连接来实现信息传输。
29.一种具有多个工业机器人的机器人系统，每个机器人包括各自的具有相应控制部件(2)的机械手(1)和便携终端(3)，便携终端(3)可用于在所述系统中有选择地编程属于所述多个机器人中的机器人，在所述系统中实现根据权利要求1到16中的至少一个的方法和/或使用根据权利要求17到28中的至少一个的一个或多个工业机器人。
30.一种包括计算机指令或代码部分的计算机程序产品，其可被加载到存储器中并借助处理器执行，以便依照根据权利要求1到15中的一项或多项权利要求的方法来控制工业机器人。
全文摘要
一种包括具有控制部件(2)的机械手(1)和便携终端(3)的工业机器人，该部件和终端能够以无线模式通信以便执行机器人编程对话。该部件(2)和终端(3)被配置成实现相互的逻辑耦合步骤，这要求仅当终端(3)基本上处于靠近部件(2)的预定物理位置(5)时才能够对所述对话进行编程。
文档编号B25J9/00GK1853878SQ20061007520
公开日2006年11月1日 申请日期2006年4月19日 优先权日2005年4月19日
发明者R·卡尔卡各诺 申请人:康茂股份公司