用于机器人组的可配置的安全监控装置和方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于具有至少一个机器人（1）的机器人组的安全监控装置，其具有用于对逻辑函数组进行配置的配置装置（4），该逻辑函数组具有至少一个第一逻辑函数，其中，将监控函数组的多个、特别是固定的预先设定数量的监控函数分别相互逻辑关联，其中这些监控函数根据机器人组的至少一个信号输入可以分别具有伤害状态、非伤害状态和错误状态，使得所述第一逻辑函数在逻辑函数的监控函数都不具有非伤害状态时具有响应状态；和/或至少一个第二逻辑函数，其中，监控函数组的多个、特别是固定的预先设定数量的监控函数分别相互逻辑关联，使得该第二逻辑函数在该逻辑函数的所有监控函数都具有伤害状态时具有响应状态。
【专利说明】用于机器人组的可配置的安全监控装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于机器人组的可配置的安全监控装置和方法。
【背景技术】
[0002]对于具有一个或多个机器人的机器人组会根据运行中的实际情况，关于例如机器人的超速或侵犯保护空间、紧急停车的操作或者发生等进行安全监控。迄今为止，当当一种监控出现问题时会使整个机器人组安全地停止运行。
[0003]然而，这种特别是要以耗费相应的成本来恢复自动操作的停车原则上不是在任何情况下都是必需的。例如，当监控安全围栏门的传感器发生故障时，原则上仍可以继续执行调试操作或测试操作，在此，带有可操作确认键的操作人员位于机器人组的工作空间内部，即能够打开安全围栏门。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于改进对机器人组的安全监控。
[0005]本发明的目的通过一种具有如权利要求1所述特征的安全监控装置实现。权利要求8提出了一种利用这种安全监控装置对机器人组实行安全监控的方法，权利要求14和15提出了一种具有这种安全监控装置或者用于执行所述方法的计算机程序产品的机器人组。优选的扩展方案由从属权利要求给出。
[0006]根据本发明的一个方面，机器人组具有一个或多个优选包括六个或以上的运动轴的机器人，特别是工业机器人和/或轻型机器人。在一种扩展方案中，机器人组具有用于控制机器人的控制器，在此，将控制器设置或设计为，至少部分是中央控制器或者用于控制多个机器人和/或可以具有用于控制单一机器人的单独控制器。
[0007]在一种实施方式中，机器人组具有检测装置组，该检测装置组具有两个或以上的检测装置，用于特别是冗余地、优选多样化地检测各个一维或多维的安全参数。本发明意义上的检测装置特别可以是用于检测机器人组的一个或多个机器人的一个或多个关节、尤其是所有关节的姿态和/或速度。在一种扩展方案中，可以将检测装置用于检测特定于机器人的基准点、特别是TCP，机器人引导的工具等的位置、方向和/或速度。附加或替代地可以将检测装置设计用于检测紧急停车，特别是设计为紧急停止开关。附加或替代地可以将检测装置设计用于检测操作者对于使机器人组运动所发出的确认，特别是设计为优选三级的确认开关(Zustimm-Schalter)。附加或替代地可以将检测装置设计用于检测所选择的运行模式，特别是使机器人组自动执行预设程序的自动运行模式、可以使机器人组通过手动进行的调试运行模式、和/或使机器人组通过手动控制和/或减速执行预设程序的测试运行模式，特别是可以将其设计为运行模式选择开关。附加或替代地可以将一检测装置设计用于空间监控，特别是用于光学、热学、电容、电感和/或电磁地检测机器人组的机器人和/或障碍物、尤其是人员。附加或替代地可以将检测装置设计用于监控人员安全，特别是监控一个或多个安全围栏开口，尤其是门。附加或替代地可以将检测装置设计用于工具检测，特别是用于检测机器人控制的工具的存在、类型和/或工作状态。附加或替代地可以将检测装置设计用于检测特别是安全输入，尤其是安全信号输入。通过安全(信号)输入可以有利地实现更多的安全功能。
[0008]根据本发明的一个方面，用于这种机器人组的安全监控装置具有配置装置，用于配置逻辑函数组(Verkniipf ungsfunktionsanordnung)。
[0009]本发明意义上的装置可以是硬件技术的和/或软件技术的，特别是一个或多个程序和/或程序模块，和/或具有优选与存储系统和/或总线系统数据连接或信号连接的、尤其是数字化的处理单元，特别是微处理单元，这些处理单元通过软件使所述程序(模块)运行或执行根据本发明的方法。
[0010]逻辑函数组具有一个或多个逻辑函数。在一种实施方式中，逻辑函数组可以具有可变数量的逻辑函数，或者由用户生成一个或多个逻辑函数。在另一种实施方式中，逻辑函数组可以具有固定的预设数量的逻辑函数，在此，在一种扩展方案中，用户可以选择激活或关闭其中的一个或多个逻辑函数。同样在一种实施方式中，还可以选择性地激活或关闭由用户生成的逻辑函数。
[0011]在逻辑函数组的至少一个、优选为多个、尤其是所有的逻辑函数中，分别有监控函数组中的多个监控函数彼此逻辑关联。在一种实施方式中，尤其是所有逻辑函数的监控函数的数量特别是对于所有的逻辑函数来说都是相同的，固定地预先设定和/或至少为两个，尤其是正好为三个。已经证实:通过最多三个彼此逻辑关联的监控函数就可以覆盖所有应用情况中的大部分，在此，同时可以对安全监控的复杂性并可由此对其可操作性以及错误率(FehleranfaIIigkeit)进行优化。
[0012]在根据本发明的一种实施方式中，如果在相关监控函数的数量例如固定预设为三个的逻辑函数中，例如只考虑其中的一个或两个监控函数，则可以设置虚拟监控函数(Dummy-Ueberwachungsfunktion),利用该虚拟监控函数特别是可以自动补足监控函数的预设数量，优选为默认地预先配置。
[0013]监控函数组的各个监控函数可以各自根据机器人组、特别是监控函数组的一个或多个信号输入具有第一状态、不同于第一状态的第二状态和不同于第一状态和第二状态的第三状态，在下文中在不失一般性的情况下将它们称为“伤害”或伤害状态，“非伤害”或非伤害状态以及“错误”或错误状态。在本文中函数的状态特别是指它的值。例如，可以通过标识符实现函数，这些标识符可选地具有第一值、第二值或第三值(例如“0”，“ I ”，“2”或“-1”等等)并定义函数的状态。
[0014]在一种实施方式中，当监控函数所对应的监控或通过该监控函数所实现的监控发生响应，或者由该监控函数监控的事件正在发生或已经发生，并特别是通过检测装置组正在检测到或已经检测到时，该监控函数具有伤害状态。例如，当紧急停车正在发生或已经发生或紧急停车监控发生响应时，紧急停车监控函数具有伤害状态。
[0015]相应地在一种实施方式中，当监控函数所对应的监控或通过该监控函数所实现的监控是有缺陷的并特别是通过检测装置组检测到时，该监控函数具有错误状态，例如紧急停车开关或其与安全监控装置的信号连接发生故障，例如发生双通道错误(Zweikanaligkeits-Fehler)并已检测到。
[0016]在一种实施方式中，如果或只要监控函数所对应的监控或通过该监控函数所实现的监控既不具有伤害状态也不具有错误状态，则该监控函数具有非伤害状态。同样在一种实施方式中，当监控函数所对应的监控或通过该监控函数所实现的监控主动检测到非伤害时，监控函数也可以具有非伤害状态，例如冗余的安全围栏门传感器通过两个通道发送相应的主动信号。相应地在一种实施方式中，如果或只要监控函数所对应的监控或通过该监控函数所实现的监控既不具有非伤害状态也不具有错误状态，则该监控函数可以具有伤害状态。
[0017]因此根据本发明的该方面，设置(至少)三值的监控函数。
[0018]在一种实施方式中，监控函数在一个或多个第一逻辑函数中各自相互逻辑关联，使得当逻辑函数的监控函数中没有或不是至少一个具有非伤害状态时，第一逻辑函数具有或仅具有响应状态:
[0019]
(Z1= “非伤害”)V (Z2= “非伤害”)V (Z3= “非伤害”)GZ 卓“响应状态”。
[0020]其中，Zi表示三个监控函数的状态(i=l，2，3)，Zv表示逻辑函数
[0021]的状态，V表示逻辑或关联或者说或(Disjunktion),只有当所有的关联参数为不真时，第一逻辑函数为不真。
[0022]在本发明的一种实施方式中，通过这种方式可以有利地仅在或正好在需要响应时才发生响应。例如，当机器人的激光工具关闭或在其工作空间内没有人员停留时，机器人可以沿任意方向行进，而根据本发明，可以将方向监控函数、工具监控函数和人员安全监控函数彼此关联，使得即使机器人的激光工具已经接通，或者可能有人员通过打开的安全围栏门停留在机器人的工作空间内，但是只有当机器人具有禁止的方向时，机器人才会停止运行。与此相反，只要机器人以正确的方向安全行进(方向监控函数为“非伤害”或者既不是“伤害”也不是“错误”)，或者激光工具被安全地关闭具监控函数为“非伤害”或者既不是“伤害”也不是“错误”)，或者没有人能够不安全地停留在机器人的工作空间内(人员安全监控函数为“非伤害”或者既不是“伤害”也不是“错误”)，机器人就不能停止运行，即使这些监控有响应或者发生故障，例如方向传感器、工具传感器或安全围栏门传感器发生故障。在一种实施方式中，由于相应的监控函数具有错误状态，因此这样的错误可以通过输出装置光学地和/或声学地发送给使用者和/或控制器。
[0023]因此在这种实施方式中，监控函数的反应(Ansprechen)或错误状态并不会必然导致整个机器人组的紧急停车。另外，根据本发明的配置选项可以通过将至少两个监控函数关联成一个逻辑函数来提供较高的灵活性，较简单的可操作性和/或更低的错误率。
[0024]前面所描述的逻辑关联可以如上所述的具有特别是一个或多个或关联(ODER-Verknilpfungen)，特别是由其组成，因此，逻辑函数的所有监控函数必须具有伤害状态或错误状态，以便激发响应状态。同样，根据本发明的关系还可以通过与关联实现，或者通过使逻辑函数在其所有的逻辑函数具有伤害状态或错误状态时不具有响应状态来实现:
[0025]
(Z1= “非伤害”)V (Z2= “非伤害” )O[0026](Z1= “伤害” V “错误”)Λ (Z2= “伤害” V “错误”)。
[0027]其中，Λ表示逻辑与关联或与(Konjunktion),当所有的关联参数为真时,逻辑函数为真。
[0028]在一种实施方式中，通常还可以对至少一个监控函数反演(Invertierung),或者将配置装置设计为，选择性地对至少一个监控函数反演。
[0029]例如，安全输入可以利用“低(Low)”信号、“O”等表示安全监控的伤害，另一安全输入可以相反地利用“高(High)”信号、“I”等表示另一安全监控的伤害。在本发明的一种实施方式中，为了能够使这两个安全输入彼此关联，可以如上所述地对这两个监控函数中的一个进行反演，从而使这两个监控函数可以分别通过相同的信号或相同的值表示各自安全监控的伤害。当监控函数本身具有非伤害状态时，反演的监控函数特别可以只具有伤害状态；当监控函数本身具有伤害状态或错误状态时，反演的监控函数具有非伤害状态。在另一种实施方式中，当监控函数本身具有非伤害状态或错误状态时，反演的监控函数具有伤害状态；当监控函数本身具有伤害状态时，反演的监控函数只具有非伤害状态。
[0030]与以上所述监控函数相同的是，也可以有目的地对逻辑函数进行反演，以便例如为安全输出可选地配置“高”信号或“低”信号、“I”或“O”作为响应状态等。因此，根据本发明的一种实施方式，附加或替代地除了一个或多个第一逻辑函数之外，还可以将一个或多个第二逻辑函数中的监控函数各个彼此逻辑关联或者说是可关联的，从而当第二逻辑函数的所有监控函数具有伤害状态时，该第二逻辑函数不具有响应状态:
[0031]
【权利要求】
1.一种用于具有至少一个机器人(I)的机器人组的安全监控装置，其中，该安全监控装置具有配置装置(4)，用于对逻辑函数组进行配置，所述逻辑函数组具有至少一个第一逻辑函数(VI，V2，V3)，其中，将监控函数组的多个、特别是固定的预先设定数量的监控函数(N，G，W，B, D)分别相互逻辑关联，其中这些监控函数根据所述机器人组的至少一个信号输入可以分别具有伤害状态、非伤害状态和错误状态，使得所述第一逻辑函数在该逻辑函数的监控函数都不具有非伤害状态时具有响应状态(STOPO，ST0P1);和/或至少一个第二逻辑函数，其中，所述监控函数组的多个、特别是固定的预先设定数量的监控函数分别相互逻辑关联，使得所述第二逻辑函数在该逻辑函数的所有监控函数都具有伤害状态时具有响应状态。
2.如权利要求1所述的安全监控装置，其特征在于，所述配置装置用于从多个预先设定的响应状态(ST0P0，ST0P1)中参数化和/或选择所述逻辑函数组的至少一个逻辑函数的响应状态；用于从多个预先设定的监控函数中参数化(GO，Gl)和/或选出所述逻辑函数组的至少一个逻辑函数(V2，V3)的至少一个监控函数(G);和/或有选择地激活(A，-A)所述逻辑函数组的至少一个逻辑函数。
3.如权利要求1或2所述的安全监控装置，其特征在于，具有分析和响应装置(3)，用于在所述机器人组运行期间不断地对所述逻辑函数组进行分析，并根据所述逻辑函数组的响应状态来激发响应。
4.如前面任一项权利要求所述的安全监控装置，其特征在于，将所述分析和响应装置设计为，根据所述逻辑函数组的至少两个逻辑函数的响应状态(ST0P0，ST0P1)来激发高阶的响应(STOPO)。
5.如前面任一项权 利要求所述的安全监控装置，其特征在于，具有输出装置(4)，用于在监控函数具有所述错误状态的情况下输出表示该错误状态的信号。
6.如前面任一项权利要求所述的安全监控装置，其特征在于，所述监控函数组具有紧急停车监控函数(N)，运行模式监控函数，速度监控函数(G)，空间监控函数，人员保护监控函数(B)，工具监控函数(W)，轴校正监控函数，输入、特别是安全输入监控函数和/或虚拟监控函数(D)。
7.如前面任一项权利要求所述的安全监控装置，其特征在于，该安全监控装置用于执行如权利要求8至13中任一项所述的方法。
8.一种利用如前面任一项权利要求所述的安全监控装置对具有至少一个机器人的机器人组进行安全监控的方法，具有步骤:对逻辑函数组进行配置(GO，Gl, N, W，B, STOPO,STOP I, A, -A) ο
9.如权利要求8所述的方法，具有步骤: 从多个预先设定的响应状态中参数化和/或选择所述逻辑函数组的至少一个逻辑函数的响应状态(STOPO，STOPD ； 从多个预先设定的监控函数中参数化(G0，G1)和/或选出所述逻辑函数组的至少一个逻辑函数的至少一个监控函数(G)，和/或 有选择地激活(A，-A)所述逻辑函数组的至少一个逻辑函数。
10.如前面任一项权利要求所述的方法，具有以下步骤: 在所述机器人组运行期间不断地对所述逻辑函数组进行分析，并根据所述逻辑函数组的响应状态来激发响应。
11.如前面任一项权利要求所述的方法，其特征在于，根据所述逻辑函数组的至少两个逻辑函数的响应状态(STOPO，ST0P1)激发高阶的响应(STOPO)。
12.如前面任一项权利要求所述的方法，具有以下步骤:在监控函数具有所述错误状态时输出表不该错误状态的信号。
13.如前面任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述监控函数组具有紧急停车监控函数(N)，运行模式监控函数，速度监控函数(G)，空间监控函数，人员保护监控函数(B)，工具监控函数(W)，轴校正监控函数，安全输入监控函数和/或虚拟监控函数(D)。
14.一种具有程序代码的计算机程序产品，所述程序代码存储在计算机可读取的介质上，用于执行如前面权利要求8至13中任一项所述的方法。
15.一种机器人组，具有:至少一个机器人(I);用于检测安全参数的、包括至少两个检测装置(2.1,2.2)的检测装置组；和如权利要求1至7中任一项所述的安全监控装置组，其监控函数可以根据所述检测装置组的至少一个信号输入分别具有伤害状态，非伤害状态和错误状态。
【文档编号】G05B19/418GK103914035SQ201410010608
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2013年1月9日
【发明者】乌韦·博宁, 乔纳斯·林普平, 马克-瓦尔特·厄贝尔勒, 克里斯蒂安·哈特曼, 丹尼斯·佩索茨基, 博通德·戈罗格, 朱利奥·米利盖蒂, 罗伯特·贝尔托西 申请人:库卡实验仪器有限公司