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CN111399434B - 利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统 - Google Patents

利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统 Download PDF

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CN111399434B
CN111399434B CN201911100015.4A CN201911100015A CN111399434B CN 111399434 B CN111399434 B CN 111399434B CN 201911100015 A CN201911100015 A CN 201911100015A CN 111399434 B CN111399434 B CN 111399434B
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Abstract

涉及利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统，利用实时定位系统来实时掌握操作员在工作场所中的当前位置，当操作员靠近预先存储在地图中的区域时，将区域中的自动化设备停止并发出通知。该系统包括：由操作员佩戴的超宽带标签；多个超宽带锚，设置于工艺线周围，从超宽带标签接收操作员的位置，感测工艺线的温度、湿度、照度及频率；接入点，从多个超宽带锚接收操作员位置及工艺线的温度、湿度、照度及频率；服务器，从接入点接收并存储操作员位置及工艺线的温度、湿度、照度及频率，判断操作员位置是否在访问限制区域内；可编程逻辑控制器，当接收操作员位于访问限制区域内的接近信息时，停止工业机器人、传送带及电机的动作。

Description

利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统
技术领域
本发明的实施例涉及利用基于超宽带(UWB)的实时定位的安全事故控制系统。
背景技术
在工业现场上，在工艺过程中利用自动化过程以提供动作效率，而在难以在整个工序中构建自动化的半自动化工序中工作的操作员始终暴露在危险当中。并且，即使在整个工序中配备自动化系统，但为了系统的解除警报及维护，无法避免向有可能经常发生安全事故的区域(操作工业机器人的区域)靠近。因这种问题而当前开发并使用的安全传感器产品被设置在配备有工业机器人的围栏(fence)入口，当操作员进入或退出围栏内时切断电源(Power Shut Down)或停止功能(Emergency Stop)，或者物理性地向包括安全垫或紧急停止按钮在中的设备施加动作，从而切断机器人的动作。当操作员位于制造环境内部(围栏内)时，因其他操作员导致的动作开始或因机器人的错误而导致的动作重新开始时有可能发生事故。并且，在进行琐碎的修改动作时，操作员为了防止整个工序的延迟而不停止动作就进入工作场所中，由此经常发生因机器人引起挤压事故。
在工业现场中，尽管安全事故时常发生，也仍无改善，其原因在于，操作员众多，工艺线各不相同，并且缺乏具有准确掌握及管理管理员进出等的功能的信息系统，因此无法将施工经验转为知识以做共享且多种施工案例无法与企业技术相联系。
上述发明的背景技术中的信息仅用于提高对本发明的背景的理解程度，因此还可包含不构成现有技术的信息。
发明内容
技术问题
本发明所要解决的技术问题在于，提供利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统。即，本发明实施例的所要解决的技术问题在于提供如下的系统：为了在具备工业用自动化设备的环境中，预防因设备的误操作及操作员的任意靠近引起的安全事故的发生，作为一例，可利用实时定位系统(Real Time Location System)来实时掌握操作员在工作场所中的当前位置，当操作员靠近预先存储于地图中的区域(访问限制区域)时，为了确保操作员的安全相连通的区域中的自动化设备停止系统并提供通知功能。
技术方案
本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统可包括：由操作员佩戴的超宽带(UWB，Ultra Wide Band)标签；多个超宽带锚(UWBanchor)，沿着设有工业机器人、传送带及电机的工艺线的周围设置，从上述超宽带标签接收上述操作员的位置并感测上述工艺线的温度、湿度、照度及频率；接入点，从上述多个超宽带锚接收上述操作员的位置及上述工艺线的温度、湿度、照度及频率；服务器，从上述接入点接收并存储上述操作员的位置及上述工艺线的温度、湿度、照度及频率，并判断上述操作员的位置是否在预设的访问限制区域内；以及可编程逻辑控制器(PLC，Programmable Logic Control)，当通过上述接入点从上述服务器接收表示上述操作员位于上述访问限制区域内的接近信息时，控制上述工艺线中的工业机器人、传送带及电机使其停止动作。
上述多个超宽带锚能够以固定方式附着于可扫描整个上述工艺线的位置。
上述多个超宽带锚能够以无线(wireless)方式进行时间同步(timesynchronization)。
上述超宽带标签将时间戳(time stamp)发送给上述多个超宽带锚，上述多个超宽带锚通过上述接入点将所接受的上述时间戳发送给上述服务器，上述服务器可利用从上述多个超宽带锚分别接受的时间戳之差来确定上述超宽带标签的位置。
上述可编程逻辑控制器可以还连接有警告蜂鸣器及警告灯，当通过上述接入点从上述服务器接收表示上述操作员位于上述访问限制区域内的接近信息时，用于向上述操作员发出警告信号。
当接收表示上述操作员位于上述访问限制区域内的接近信息时，上述服务器可向上述操作员的便携式移动设备发送警告信号。
上述服务器可将上述操作员的位置信息及上述工艺线的温度、湿度、照度及频率信息发送给上述操作员的便携式移动设备。
上述可编程逻辑控制器中还连接有用于进出上述工艺线中的锁定装置，当解锁上述锁定装置时，上述锁定装置将解锁信号发送给上述可编程逻辑控制器，使得上述可编程逻辑控制器被设定为正常进出状态。
当在被设定为上述正常进出状态的情况下，通过上述接入点从上述服务器接收上述操作员的接近信息时，上述可编程逻辑控制器可控制上述工艺线中的工业机器人、传送带及电机使其停止动作。
当在上述锁定装置未被解锁的状态下通过上述接入点从上述服务器接收上述操作员的接近信息时，上述可编程逻辑控制器被设定为非正常进出状态。
上述可编程逻辑控制器还连接有当被设定为上述非正常进出状态时进行动作的警告蜂鸣器及警告灯。
上述服务器利用机器学习算法中的分类(classification)从上述所接受的工艺线的温度、湿度、照度及频率信息提取召回率(recall)及精确率(precision)的值以累积有效数据，并将上述有效数据与预先输入的工艺线的维护周期进行比较，当上述有效数据为上述工艺线的维护周期时，则可将上述工艺线的维护周期信息警告信号发送给管理员的便携式移动设备。
上述服务器将所接受的上述工艺线的温度、湿度、照度及频率信息与预先输入的工艺线的正常温度、湿度、照度及频率信息进行比较，当所接受的上述工艺线的温度、湿度、照度及频率信息偏离上述正常温度、湿度、照度及频率信息时，将上述工艺线的温度、湿度、照度及频率信息警告信号发送给管理员的便携式移动设备。
技术效果
本发明的实施例提供利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统。即，本发明的实施例提供如下的系统，即，可在具有工业用自动化设备的环境中，预防因设备的误操作及操作员的任意靠近而引起的安全事故的发生，作为一例，可利用实时定位系统(RealTime Location System)来实时掌握操作员在工作场所中的当前位置，当操作员靠近预先存储在地图中的区域(访问限制区域)时，为了确保操作员的安全使区域中的相连通的自动化设备停止系统并提供通知功能。
附图说明
图1为图示光电传感器的应用例的简图。
图2为图示超声波传感器的应用例的简图。
图3为图示门型传感器的应用例的简图。
图4为图示人体热感测传感器的应用例的简图。
图5为图示像分析传感器的应用例的简图。
图6为图示人体热图像分析传感器的应用例的简图。
图7为图示高度变化分析传感器的应用例的简图。
图8为图示与安全物品有关的应用例的简图。
图9a及图9b为图示光电传感器的应用例的简图。
图10为图示本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统的简图。
图11为图示本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统的结构的简图。
图12为图示本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统的工艺线中的动作的流程图。
图13为图示本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统的工艺线及服务器中的动作的流程图。
图14为图示本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统的访问限制区域靠近判断动作的框图。
图15为图示本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统的工艺线图的简图。
附图标记：
1000：利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统
100：超宽带标签 110：超宽带锚
120：工艺线 130：工业机器人
140：传送带和/或电机 150：可编程逻辑控制器
160：接入点 170：PC程序控制器
180：服务器 190：便携式移动设备
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明本发明的优选实施例。
本发明的多个实施例用于向本发明所属领域的技术人员更加完整地说明本发明，以下实施例可变形为多种其他形态，本发明的范围不限定于以下实施例。这些实施例可使本公开更加充分完整，并且向发明所属领域的技术人员更完整地传达本发明的精神。
并且，在以下附图中各个层的厚度或大小被放大，以便于说明且描述清楚。附图中相同附图标记指代相同的元件。本文中的术语“和/或”包括所列举的项目中的一种以上的所有组合。并且，在本文中的“连接”不仅是指A构件与B构件直接相连接的情况，还意味着在A构件与B构件之间介入C构件以便A构件与B构件间接连接的情况。
本文中所使用的术语用于说明特定实施例，而不是用于限制本发明。除非上下文中另外明确示出，单数形式可包括复数形式。本文中所使用的“包括(comprise，include)”和/或“包括(comprising，including)”是特定所提出的形态、数字、步骤、动作、构件、元素和/或它们的组的存在，而不是排除一种以上的其他形态、数字、动作、构件、元素和/或多个组的存在或附加。
在本文中，第一、第二等术语用于说明多种构件、部件、区域、层和/或部分，但这些构件、部件、区域、层和/或部分不限定于这些术语，这是显而易见的。这些术语仅为了将一个构件、部件、区域、层或部分与其他区域、层或部分进行区别而使用。因此，在不脱离本发明的指导的情况下，以下所述的第一构件、部件、区域、层或部分可指代第二构件、部件、区域、层。
“下方(beneath)”、“下面(below)”、“底部(lower)”、“上方(above)”、“上面(upper)”等的空间相关术语可为了易于理解附图中图示的元件或特征及其他元件或特征而利用。这种空间相关术语根据本发明的多种工序状态或使用状态来帮助易于理解本发明，而不是用于限制本发明。例如，附图的元件或特征倒置时，以“下方”或“下面”说明的元件或特征成为“上方”或“上面”。因此，“下方”为包括“上方”或“下方”的概念。
并且，根据本发明的可编程逻辑控制器、服务器和/或其他相关设备或部件可利用任意适当的硬件、固件(例如，定制半导体)、软件、或软件、固件及硬件的适当组合来实现。例如，根据本发明的可编程逻辑控制器、服务器、和/或其他相关设备或部件的多种组件可形成于一个集成电路芯片上，或在单独的集成电路芯片上。并且，可编程逻辑控制器、服务器的多种组件可实现在柔性印刷电路膜上，可与磁带载体包装、印刷电路板，或控制部(控制器)形成在相同的基板上。并且，可编程逻辑控制器、服务器的多种组件可以为在一种以上的计算设备中在一种以上的处理器执行的流程或线程(thread)，它们可执行计算机程序指令并与其他组件交互以执行以下所述的各种功能。计算机程序指令存储于存储器中，该存储器可在利用诸如随机存取存储器等的标准存储器设备的计算设备中执行。计算机程序指令还可存储在诸如光盘只读存储器(CD-ROM)、闪存驱动器等的其他非临时性计算机可读介质中。并且，本发明所属领域的技术人员应理解，多种计算设备的功能相互结合或集成到一个计算设备中，或者特定计算设备的功能可分散于一种以上的其他计算设备中而不背离本发明的示例性实施例。
作为一例，本发明的可编程逻辑控制器、服务器可由中央处理器、硬盘或固态盘等大容量存储设备，易失性存储设备、诸如键盘或鼠标等的输入设备、诸如显示器或打印机等的输出设备形成的常规的商用计算机上运行。
图1为图示光电传感器(安全光幕、工业门传感器)的应用例的简图。
光电传感器以光作为介质来检测，因此可完全不接触检测对象来进行检测，从而检测物体或传感器本身不受损，因此半永久性使用。透射型检测距离可达10m，镜面反射型可达3m，从物体反射型可检测至150cm，可应用于所有用途，并且以高速光作为介质，因此响应时间短，可用于通过颜色区分来区分物体，但多受外部太阳光灯或灰尘的影响，当宽度较宽时，若两人以上同时通过，仅计算为一名，因此准确性降低。
图2为图示超声波传感器的应用例的简图。
当向超声波传感器施加与本身所具有的自然振动频率相同的频率的交流电压时，可产生更有效的声波。因此，可在电路处理从物体反射的声波直接输入(振动)到传感器而产生的电压，从而可计算测量距离。从超声波传感器的发送侧短时输出脉冲时，信号到达对象并被反射回去。可在接收器的超声波传感器检测反射回来的信号。
图3为图示门型传感器(霍尔传感器，机械开关)的应用例的简图。
门型传感器可通过在门上设置旋转拦道器及拦道杆来控制进出以能够准确计算，但是有可能产生因拦道器导致的不便与机械故障。
图4为图示人体热感测传感器(PIR传感器)的应用例的简图。
人体热感测传感器为检测人在移动时所产生的人体热的移动的传感器来计算的形态，多用于无人警戒传感器等。设置简单，因此在许多场所使用，但如上所述，该传感器仅在移动时才响应，一个人可以被检测多次，也可仅检测到一次，因此准确性会大幅降低。
图5为图示图像分析传感器(摄像头)的应用例的简图。
图像分析传感器为通过在摄像头图像上划线并利用图像图案来查看被推断为人的图像是否通过虚拟线，以对人数进行计数，可存储路过者的视频的同时检查人员进出。但是，根据分析处理过程的结果出入较大，同时进出时准确性降低且还额外需要信息处理专用主计算机，因此系统变得复杂。
图6为图示人体热图像分析传感器(热成像摄像头)的应用例的简图。
人体热图像分析传感器为通过分析热图像来识别人的传感器，具有不同于其他传感器的区别物体的优点，但所感测的宽度与距离非常有限，准确性也受算法的限制。热成像传感器非常昂贵，因此除非有特定用途，否则安装成本有可能很高。
图7为图示高度变化分析传感器的应用例的简图。
高度变化分析传感器大多为实时测量距离地面的高度变化来进行检查的方法，使用红外线传感器及激光传感器。无门的距离没有限制，利用独立的传感器来区别感测，并且主要设置于天花板上，因此不受门的限制，但需要设置多个传感器，仅利用这些来掌握人员的进出情况是存在困难的。
图8为图示与安全物品相关的应用例的简图。
如图8中所示，与安全物品相关的安全系统通常具有：1、安全开关，2、光幕，3、安全激光扫描仪，4、安全垫等。上述提出的安全传感器及设备的感测、扫描范围有限，设置于各区域内入口来限制按照进出的系统的动作。但是，如上所述，不是根据正常步骤进入或因其他操作员而动作开始的情况下，难以阻止该操作。
图9a及图9b为图示光电传感器的应用例的简图。
如图9a及图9b所示，出于安全原因而设置有围栏，但也有因产品的加载而未设置围栏的部分，还有因器具的设置而无法设置围栏及安全传感器的地方。大部分的安全事故经常因不通过围栏的门而是以非正常性方法(趁产品加载的间隙的靠近)靠近而发生。在图9b中，左侧箭头表示的部分为可加载设置有安全垫及光幕的产品的产品访问限制区域，右侧箭头为用于设置其他设备的结构，人进出的门(包括锁定装置)独立设置。
图10为图示本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的全事故控制系统的简图。
如图10所示，在本发明实施例的安全事故控制系统中，基本上在机器人操作区域(需要停止机器人的动作来靠近的区域)预先计算工艺线距离来指定访问限制区域(1、2、3、4、5、6、7)，并且在整个工艺线外侧设置多个超宽带(Ultra Wide Band)锚，当佩戴超宽带标签的操作员进入访问限制区域内时，超宽带锚对其进行感测并发送给服务器和/或可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器控制机器人的动作而进行蜂鸣及警报声的动作。
图11为图示本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统1000的结构的简图。
如图11所示，本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统1000可包括超宽带标签100、多个超宽带锚110、工艺线120、接入点160、可编程逻辑控制器150及服务器180。在此，可编程逻辑控制器150可与PC程序控制器170相连接，并且还可与锁定装置151，警告蜂鸣器152，警告灯153及机器人控制器154相连接。此外，服务器180可与操作员和/或管理员的便携式移动设备190以能够通信的方式相连接。
超宽带标签100能够以眼镜、鞋或手镯等的多种形式由操作员佩戴，但不限定于此，能够以纳秒或毫秒单位来将超宽带标签100的ID(identification，识别符)及时间戳(time stamp)无线发送到多个超宽带锚110。
在此，自IEEE 802.15.3a及IEEE 802.15.4a中商业用途的标准化以来，基于超宽带的定位技术已经完成，脉冲无线电超宽带(IRUWB，Impulse-Radio Ultra Wide Band)根据传输方法在3.1～10.6GKHZ频段上以100Mpbs以上的高速传输数据也是可能的，并且在室内室外与现有的基于WiFi、蓝牙的技术相比，能够以低电量识别及追踪数十厘米至数米的位置。通过超宽带标签100及多个超宽带锚110，可辅以从如上所述的通常使用的传感器等产生的环境因素问题来准确地扫描对象。
像这种基于超宽带的无线定位技术在多个超宽带锚110之间进行时间同步之后，通过同时测定超宽带标签100与多个超宽带锚110之间的信号到达时间以计算距离的到达时间差(TDoA，Time Difference of Arrival)方法或通过计算超宽带标签100与多个超宽带锚110之间往返时间(RTT，Round Trip Time)并将所计算的RTT换算距离的双向测距(TWR，Two-Way Ranging)方法等进行，最终，超宽带标签100与多个超宽带锚110之间的信号交换时间非常重要。因此，如上所述，超宽带标签100不仅将ID发送给多个超宽带锚110，还将时间戳(time stamp)发送给多个超宽带锚110，使得服务器180计算及确定佩戴超宽带标签100的操作员的实时位置。
多个超宽带锚110设置于沿着设有工业机器人130、传送带和/或电机140的工艺线120的周围，可从超宽带标签100接收操作员的位置(ID及时间戳)。其中，多个超宽带锚110能够以固定的方式附着于可扫描整个工艺线120的位置。作为一例，优选地，为了不发生因电波的反射而产生时间误差，多个超宽带锚110具有在无额外的反射面的独立支撑件，并以能够一次性地扫描工艺线120及其整个周边的方式附着固定，而不是附着于墙面或天花板。尤其，在振动严重的工艺线120的情况下，在无振动的位置设置支撑件及超宽带锚110，以便在设置超宽带锚110之后，设置角度等不变。以这种方式，多个超宽带锚110防止了因工艺线120中的障碍物引起的多径(multi-path)和/或视线(LoS，Line of Sight)问题。
如上所述，超宽带锚110能够以无线(wireless)方式进行时间同步(timesynchronization)。由此，TDoA方式的情况下，可进一步提高定位精度。作为一例，由于无线的性质，多个超宽带锚110之一被指定为超宽带锚-主机，使得其余超宽带锚110全部进行时间同步，从而工艺线120的周围所有超宽带锚110可受到LoS保障。并且，工艺线120及其周围存在障碍物的情况下，超宽带锚110配置得更加紧密，从而不发生位置计算及定位问题。
此外，多个超宽带锚110可感测工艺线120的温度、湿度、照度和/或频率，并可通过接入点160将其发送给服务器180。为此，超宽带锚110除了从超宽带标签100接收ID及时间戳来进行发送的结构之外，还可包括温度传感器、湿度传感器、照度传感器和/或频率传感器。
另一方面，多个超宽带锚110在工艺线120的整个现场紧密配置，从而在工艺线120及其整个周边监测温度、湿度、照度和/或频率。
工艺线120(围栏)可包括设置于内部的多个工业机器人130(焊接或组装)、传送带和/或电机140。从这种工艺线120预设的规定范围被指定为操作员访问限制区域，当操作员靠近访问限制区域时，工业机器人130、传送带和/或电机140等停止动作以保护操作员的安全。
接入点160(路由器或网关)可从多个超宽带锚110接收操作员佩戴的超宽带标签100的ID、时间戳及工艺线120的温度、湿度、照度，频率，并以无线方式发送给需要其的以下服务器180、可编程逻辑控制器150和/或便携式移动设备190。
在此，虽然不是限定，但是接入点160以有线、无线或WIFI方式与服务器180、可编程逻辑控制器150和/或便携式移动设备190进行通信。
服务器180从接入点160接收并存储操作员的位置(即，超宽带标签的位置)及工艺线120的温度、湿度、照度及频率，同时计算并判断操作员的位置是否在预设的访问限制区域内。作为一例，服务器180利用对多个超宽带锚110的时间戳之差来计算及确定操作员的位置，即，超宽带标签100的位置。当然，服务器180还一同接收对多个超宽带标签100的ID，从而计算及确定每个操作员的位置。
当可编程逻辑控制器150通过接入点160从服务器180接收表示操作员位于访问限制区域内的接近信息时，控制以停止工艺线120中的工业机器人130、传送带和/或电机140的动作。
并且，可编程逻辑控制器150与工艺线120中的工业机器人130、传送带和/或电机140以可通信的方式电连接，此外，还与用于出入工艺线120中的锁定装置151、警告蜂鸣器152及警告灯153等相连接，从而可从可编程逻辑控制器150进行电性控制。即，可编程逻辑控制器150通过接入点160从服务器180接收表示操作员位于访问限制区域内的接近信息时，通过警告蜂鸣器152和/或警告灯153来对操作员进行警告。
在此，PC程序控制器170(例如，Arduino)与可编程逻辑控制器150电连接，以便修改可编程逻辑控制的程序，机器人控制器154控制工艺线120中的工业机器人130、传送带和/或电机140的动作。
另一方面，当服务器180接收表示操作员位于访问限制区域内的接近信息时，将警告信号(振动或声音)发送给操作员的便携式移动设备190，并且对操作员将操作员的位置信息及工艺线120的温度、湿度、照度和/或频率信息发送给操作员的便携式移动设备190。
此外，可编程逻辑控制器150当用于进出工艺线120中的锁定装置151被解锁时，锁定装置151将解锁信号发送给可编程逻辑控制器150，使得可编程逻辑控制器150被设定为正常进出状态。像这样，当在设定为上述正常进出状态的状态下，可编程逻辑控制器150通过接入点160从服务器180接收操作员的接近信息时，可编程逻辑控制器150控制工艺线120中的工业机器人130、传送带和/或电机140的动作停止。
并且，当在锁定装置151未被解锁的状态下通过接入点160从服务器180接收操作员的接近信息时，可编程逻辑控制器150被设定为非正常进出状态。像这样，当可编程逻辑控制器150被设定为非正常进出状态时，可编程逻辑控制器150使警告蜂鸣器152和/或警告灯153动作。
服务器180利用机器学习算法中的分类(classification)从所接受的工艺线120的温度、湿度、照度和/或频率信息提取召回率(recall)及精确率(precision)的值并累积有效数据。并且，服务器180将有效数据与预先输入的工艺线120的维护周期进行比较，当有效数据为工艺线120的维护周期时，将工艺线120的维护周期信息警告信号发送给管理员的便携式移动设备190。
尤其，频率信息为超宽带锚110的频率信息，当对于这种频率信息发送为相对较快的维护周期的警告信号时，优选地，转移所属超宽带锚110的设置位置以重新设置在无振动的位置。当在频率大的位置设置超宽带锚110时，超宽带锚110的设置角度改变，这是因为有可能发生因工艺线120中的障碍物引起的多径和/或LoS问题。
此外，服务器180通过将所接受的工艺线120的温度、湿度、照度和/或频率信息与预先输入的工艺线120的正常温度、湿度、照度和/或频率信息进行比较，当所接受的工艺线120的温度、湿度、照度和/或频率信息偏离正常温度、湿度、照度和/或频率信息时，可向管理员的便携式移动设备190发送工艺线120的温度、湿度、照度和/或频率信息警告信号。
像这样，本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统1000在具备工业用自动化设备的环境中可预防设备的误操作及因操作员的任意靠近而导致的安全事故的发生。作为一例，在根据本发明一实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统1000中，可利用实时定位系统1000来实时掌握在工作场所中的操作员的当前位置，当操作员靠近预先存储于地图中的区域(访问限制区域)时，为了确保操作员的安全相连通的区域内的自动化设备停止系统1000并可提供通知功能。
图12为图示本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统1000的工艺线120中的动作的流程图。在此，与图10及图11一同说明。
首先，通过可编程逻辑控制器150的控制，向工艺线120的工业机器人130、传送带和/或电机140施加电源，从而工艺线120动作(S1)。此外，超宽带锚110开始动作(S2)，接着，判断超宽带标签100是否被识别(S3)。
在工艺线120内，当通过超宽带锚110，穿戴式超宽带标签100被识别时，设置于工艺线120的门的锁定装置151被解锁的情况与未被解锁的情况下执行的动作不同(S5A)。
例如，当锁定装置151被解锁时，可编程逻辑控制器150被设定为“正常进出状态”。并且，根据用超宽带锚110识别的操作员的穿戴式超宽带标签100的识别，通过接入点160，操作员的工艺线120进入信息向可编程逻辑控制器150及服务器180发送(S6)。即，通过超宽带锚110感测的穿戴式超宽带标签100的信息(即，ID及进出时间)通过接入点160发送给可编程逻辑控制器150及服务器180。
由此，可编程逻辑控制器150通过控制机器人控制器154，来使工业机器人130、传送带和/或电机140的动作停止(S7)。由此，机械动作均停止(S8)，并确保了操作员的安全。
作为另一例，当锁定装置151未被解锁时，可编程逻辑控制器150被设定为“非正常进出状态”。并且，可编程逻辑控制器150在执行上述的步骤S6、S7及S8的同时，还通过警告蜂鸣器152及警告灯153来向操作员可视地及时通知(S9及S10)。因此，操作员可在不解锁锁定装置151的情况下直接识别进入了工艺线120的情况。
此外，若将便携式移动设备190(例如，智能手机)预先登录在接入点160、可编程逻辑控制器150或服务器180，例如服务器180通过接入点160将向所属的便携式移动设备190发送信息，使便携式移动设备190振动(S11)。
接着，选择设置在工艺线120的外部的解除警报按钮之后，根据是否识别穿戴式超宽带标签100，后续动作也不同(S12，S12A)。
作为一例，选择解除警报按钮之后，在工艺线120中穿戴式超宽带标签100不被识别时，通过可编程逻辑控制器150的控制，工业机器人130、传送带和/或电机140动作(S13)，机器进行动作(S14)，警告蜂鸣器152被解除(S15)，警告灯153被解除(S16)，并且便携式移动设备190的振动被解除(S17)。此外，超宽带锚110通过接入点160来向可编程逻辑控制器150及服务器180发送(S18)操作员已脱离工艺线120的情况。
作为另一例，选择解除警报按钮之后，工艺线120中穿戴式超宽带标签100继续被识别时，可编程逻辑控制器150执行上述的步骤S6、S7及S8，并解除警告蜂鸣器152(S19)，解除便携式移动设备190的振动(S20)，解除警告灯153(S21)。此外，返回步骤(S11A)已重新判断是否解除警报按钮。
像这样，本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统1000在具备工业机器人130等的自动化工艺线120上，可通过超宽带标签100及超宽带锚110来预防操作员的因机器人130而引起的狭窄事故，当操作员靠近工艺线120的周围(访问限制区域)时，为了操作员的安全而控制机器人130的动作。即，本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统1000可确保操作员的安全以避免因工业机器人130引起的狭窄事故，先将锁定装置151解锁之后，使操作员进入工艺线120中，从而防止因事故导致的生产率下降。并且，本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统1000使在服务器180中自动生成进入动作空间的记录，使得操作员抱着责任感而担负动作。
图13为图示本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统1000的工艺线120与服务器180中的动作的流程图。在此，与图11及图12一同进行参照。
首先，工艺线120中的工业机器人130、传送带和/或电机140动作(S31)，接着，从超宽带锚110收集温度、湿度、照度和/或频率数据(S32)，这样收集的数据通过接入点160发送给服务器180(S33)。
另一方面，服务器180通过接入点160从工艺线120接收温度、湿度、照度和/或振动数据(S36)。并且，虽然不受限制，但服务器180利用机器学习算法中的分类(MLclassification)从例如，所接受的温度、湿度、照度和/或振动数据提取召回率(recall)及精确率(precision)的值(S37)。
即，服务器180通过提取召回率及精确率的值并累积有效数据(S38)，并且对所接受的温度、湿度、照度和/或振动数据与有效数据进行比较(S39)。
对所接受的温度、湿度、照度和/或振动数据与有效数据进行比较(S40)，当处于误差范围之内时，返回上述步骤S36，当脱离误差范围时，向用户/管理员告知这种状态(S41)。例如，服务器180向预先记录的便携式移动设备190和/或客户端计算机(未图示)发送通知信息。
另一方面，服务器180对累积的有效数据与预先输入的维护周期进行比较，并预测各种设备(例如，温度控制设备、湿度控制设备，照度控制设备、超宽带锚110的支撑件等)的替换时期(S42)。通过判断各种设备是否临近替换时期(S43)，当未到达替换时期时，返回步骤S36，当临近替换时期时(S44)，将其告知用户/管理员(S41)。
像这样，本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统1000可在具备工业机器人130、传送带和/或电机140等的自动化工艺线120上通过超宽带锚110来更有效地且方便地执行各种设备(温度，湿度，照度和/或超宽带锚110的支撑件)的管理，尤其，提供根据各种设备的有无异常及维护周期的通知功能。即，本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统1000可使预先预测各种设备的替换时期，从而可具体计划对动作工艺线120的维护的日程，在动作工艺线120的运转率非常重要的当今工厂中可具体计划维护计划，从而可节约巨额成本。
图14为图示本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统1000的访问限制区域靠近判断动作的框图。
在多个超宽带锚110中，第一超宽带锚111可被设置为相对于预设的访问限制区域较远，第二超宽带锚112可被设置为相对于预设的访问限制区域较近。此外，还可将这种第一超宽带锚111、第二超宽带锚112定义为访问限制区域检测部。尽管在图14中以两个超宽带锚作为示例，但这如图11中所示，可配置多个。
如上所述，第一超宽带锚111、第二超宽带锚112均通过接入点160来识别操作员佩戴的超宽带标签100，并可将其发送给服务器180或可编程逻辑控制器150。在此，服务器180还可包括额外的日志管理记录部181。
访问限制区域检测部检测向所属访问限制区域靠近的操作员(超宽带标签100)的进入及离开，当操作员的进入时，输出第一控制信号，对所检测的进入次数和离开次数进行加减，并且可根据所计算的值来输出第二控制信号。
第一超宽带锚111可检测向访问限制区域靠近的操作员。这种第一超宽带锚111可作为访问限制区域检测部的第一次检测单元来动作。
当第二超宽带锚112通过第一超宽带锚111来检测到操作员的靠近时，由第一超宽带锚111来被激活，并且可在规定区域中检测操作员的移动方向(①，②)。这种通过第二超宽带锚112的检测信息可作为用于确认工作场所中的工业机器人130、传送带和/或电机140的动作的单元来利用。因此，虽然不作限定，第二超宽带锚112在通过第一超宽带锚111的物体识别之前处于睡眠状态，可由第一超宽带锚111的检测信号激活并动作。
第二超宽带锚112可分别对检测操作员靠近作为访问限制区域的工艺线120(①)，或者操作员远离作为访问限制区域的工艺线120(②)的移动方向。
通过这种第一超宽带锚111、第二超宽带锚112，检测到操作员靠近作为访问限制区域的工艺线120时，可向上计数(count'+1')，并向可编程逻辑控制器150或服务器180输出第一控制信号。此时，当可编程逻辑控制器150或服务器180接收第一控制信号时，可暂时切断在工艺线120中运行的工业机器人130、传送带和/或电机140的电源或暂时停止功能。
在接收第一控制信号的状态下，当检测到操作员脱离工艺线120外时，可向下进行计数(count'-1')。这样对于操作员的移动方向，进行计数的总值为‘0’(count'0')时，可向可编程逻辑控制器150或服务器180输出第二控制信号。此时，当可编程逻辑控制器150或服务器180接收第二控制信号时，可使暂时停止的工艺线120中的动作工业机器人130、传送带和/或电机140重新运转。
但是，当对操作员的移动方向计数的总值为大于‘0’时，第二控制信号有可能不被输出或第一控制信号输出有可能保持原样。
通过第一超宽带锚111、第二超宽带锚112检测到操作员向作为访问限制区域的工艺线120靠近时，服务器180通过日志记录部181来记录对操作员的靠近时间，当总计数为‘0’时，记录对操作员的脱离时间。此外，服务器180可将日志记录部181的日志记录发送给操作员和/或管理员的便携式移动设备190。
当可编程逻辑控制器150通过接入点160来从访问限制区域检测部接收第一控制信号时，切断工业机器人130、传送带和/或电机140的电源或停止功能，当接收第二控制信号时，可使切断电源或功能停止的工业机器人130、传送带和/或电机140重新运转。在此，可编程逻辑控制器150将第一控制信号识别为动作停止信号，将第二控制信号识别为动作开始或重新运转的信号，从而可控制工业机器人130、传送带和/或电机140的电源或动作。
服务器180对通过日志记录部181记录的靠近时间和脱离时间的日志信息进行分析，并可调节工艺线120的运转时间，以补偿根据工艺线120的驱动停止的动作停止时间。
例如，服务器180可通过分析日志信息以计算动作停止预定时间的时间，并且可控制工艺线120的运转时间延长以补偿由于计算出的时间而延迟的工作量。不仅如此，服务器180可通过分析所记录的日志信息来掌握向访问限制区域内的操作员等的进出状态等，加工所掌握的信息，还可生成用于增加生产率的数据。
并且，与可编程逻辑控制器150相连接的蜂鸣器152及警告灯153等可进一步动作，使操作员容易知道对可编程逻辑控制器150的控制预备动作的信息。例如，通过可编程逻辑控制器150接收第一控制信号，因此关闭工艺线120的电源或功能暂时停止时，输出表示动作停止的特定警告音，当随着操作员脱离访问限制区域，并由可编程逻辑控制器150来工艺线120重新运转时，在重新运转之前发出表示动作重新运转的特定警告音，当该警告音消失后，可重新运转工艺线120。
本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统1000，通过新的算法，检测向访问限制区域内靠近的操作员以控制工艺线120的电源或动作，从而确保操作员的安全，并且可通过工艺线120的电源或动作控制时间信息分析来提高产品生产效率。
图15为图示本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统1000的工艺线图的简图。
如图15所示，本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统1000在工艺线图中显示操作员，并且在工艺线图中根据操作员的位置选择性地使工业机器人130、传送带和/或电机140进行动作或停止。即，服务器180可利用工艺线中的工业机器人130、传送带和/或电机140的坐标来预先完成地图(上述地图存储于存储器中)，可在这种地图上将根据超宽带标签100与超宽带锚110之间的通信的操作员的位置来与地图一同显示及存储。
另一方面，即使操作员根据上述通信而进入了工艺线内禁止访问区域，服务器180并不是一律直接都停止工艺线内所有工业机器人130、传送带和/或电机140的动作，而是仅停止或减速操作员与工业机器人之间的距离在预定参考距离以内的工业机器人(例如，附图中的130A)，并可向可编程逻辑控制器150发送控制信号以其余操作员与工业机器人和/或电机之间的距离在预定参考距离以外的工业机器人130B、传送带和/或电机130C、130D、130E、140的动作保持原样。
在此，若工业机器人130A与工业机器人130B及传送带和/或电机130C、130D、130E、140相结合动作，则当可编程逻辑控制器150减慢工业机器人130A的速度时，与此相连的工业机器人130B及传送带和/或电机130C、130D、130E、140的速度也减慢，从而使工作场所中的产品生产不受到任何干扰。
此外，当操作员从工业机器人130A远离参考距离以外，而向其他工业机器人130B靠近参考距离以内时，服务器180向可编程逻辑控制器150发送控制信号，使得工业机器人130A的动作重新开始，并使工业机器人130B的动作停止或速度减慢。
并且，服务器180根据在工艺线中的地图上的工业机器人、传送带和/或电机的当前位置与进入了上述工艺线中的访问限制区域的操作员的当前位置来计算工业机器人等与操作员之间的靠近时间，还可向可编程逻辑控制器150输出控制信号以当上述所计算的靠近时间为预设的参考值以上时(或小于)保持工业机器人的动作，当上述所计算的靠近时间为预设的参考值以内时(或以上)停止工业机器人的动作，作为一例，当工业机器人、传送带和/或电机与操作员协作进行动作时，服务器180使可编程逻辑控制器150随着操作员的靠近时间来调节工业机器人、传送带和/或电机的动作速度，从而不仅可提高操作员的稳定性，还可提高生产率。
服务器180还可向可编程逻辑控制器150输出控制信号以考虑进入工艺线中的访问限制区域的操作员的移动路径(或预先输入的相应区域中的操作员的工作名称/动作位置等)，来在与操作员保持预设的距离的状态下保持工业机器人的动作。
本发明实施例的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统1000，若操作员靠近工艺线中的访问限制区域，则并不是停止工艺线中的所有工业机器人、传送带和/或电机的动作，例如，仅停止操作员与机器人之间的距离为参考距离以内的机器人的动作或减慢速度，或者仅停止操作员与机器人之间的靠近时间为参考时间以内的(或以上的)机器人的动作或减缓速度，或者在预设的工作名称/动作位置中不停止机器人的动作等，可使弹性运行工艺线中的多种机器人的动作，从而即使操作员靠近了工艺线中的访问限制区域，反而不会使工艺线的生产率降低。
以上所描述的仅为用于实施根据本发明的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统的一实施例，本发明不限定于上述实施例，对于本发明所属领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明主旨的情况下，本发明可以进行各种修改。

Claims (13)

1.一种利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统，其特征在于，包括：
由操作员佩戴的超宽带标签；
多个超宽带锚，沿着设有工业机器人、传送带及电机的工艺线的周围设置，从所述超宽带标签接收所述操作员的位置，并感测所述工艺线的温度、湿度、照度及频率；
接入点，从所述多个超宽带锚接收所述操作员的位置及所述工艺线的温度、湿度、照度及频率；
服务器，从所述接入点接收并存储所述操作员的位置及所述工艺线的温度、湿度、照度及频率，并判断所述操作员的位置是否处于预设的访问限制区域内；以及
可编程逻辑控制器，当通过所述接入点从所述服务器接收表示所述操作员位于所述访问限制区域内的接近信息时，控制所述工艺线中的工业机器人、传送带及电机使其停止动作，
所述多个超宽带锚包括相对于所述访问限制区域较远的第一超宽带锚和相对于所述访问限制区域较近的第二超宽带锚，当所述第一超宽带锚识别到所述超宽带标签时，由所述第一超宽带锚激活处于睡眠状态的所述第二超宽带锚，所述第一超宽带锚和所述第二超宽带锚在检测到所述超宽带标签靠近所述访问限制区域时向上计数并向所述可编程逻辑控制器或所述服务器输出第一控制信号，在输出所述第一控制信号的状态下，所述第一超宽带锚和所述第二超宽带锚在检测到所述超宽带标签脱离所述访问限制区域时向下计数并在计数的总值为0时向所述可编程逻辑控制器或所述服务器输出第二控制信号，
当所述可编程逻辑控制器或所述服务器接收所述第一控制信号时，根据所述操作员的位置，暂时停止或减速在所述工艺线中运行的与所述操作员之间的距离在参考距离以内的工业机器人、传送带和/或电机，且使与所述操作员之间的距离在参考距离以外的工业机器人、传送带和/或电机的动作保持原样，当接收所述第二控制信号时，使在所述工艺线中暂时停止运行或减速的工业机器人、传送带和/或电机重新运转。
2.根据权利要求1所述的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统，其特征在于，
所述多个超宽带锚以固定方式附着于能够扫描整个所述工艺线的位置。
3.根据权利要求2所述的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统，其特征在于，
所述多个超宽带锚以无线方式进行时间同步。
4.根据权利要求2所述的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统，其特征在于，
所述超宽带标签将时间戳发送给所述多个超宽带锚，所述多个超宽带锚通过所述接入点将接收的所述时间戳发送给所述服务器，所述服务器利用从所述多个超宽带锚分别接收的时间戳之差来确定所述超宽带标签的位置。
5.根据权利要求1所述的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统，其特征在于，
所述可编程逻辑控制器上还连接有警告蜂鸣器及警告灯，当通过所述接入点从所述服务器接收表示所述操作员位于所述访问限制区域内的接近信息时，用于向所述操作员发出警告信号。
6.根据权利要求1所述的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统，其特征在于，
当接收表示所述操作员位于所述访问限制区域内的接近信息时，所述服务器向所述操作员的便携式移动设备发送警告信号。
7.根据权利要求1所述的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统，其特征在于，
所述服务器将所述操作员的位置信息及所述工艺线的温度、湿度、照度及频率信息发送给所述操作员的便携式移动设备。
8.根据权利要求1所述的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统，其特征在于，
所述可编程逻辑控制器中还连接有用于进出所述工艺线中的锁定装置，当解锁所述锁定装置时，由所述锁定装置将解锁信号发送给所述可编程逻辑控制器，以使所述可编程逻辑控制器被设定为正常进出状态。
9.根据权利要求8所述的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统，其特征在于，
当在被设定为所述正常进出状态的情况下，通过所述接入点从所述服务器接收所述操作员的接近信息时，所述可编程逻辑控制器控制所述工艺线中的工业机器人、传送带及电机使其停止动作。
10.根据权利要求8所述的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统，其特征在于，
当在所述锁定装置未被解锁的状态下，通过所述接入点从所述服务器接收所述操作员的接近信息时，所述可编程逻辑控制器被设定为非正常进出状态。
11.根据权利要求10所述的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统，其特征在于，
在所述可编程逻辑控制器还连接有当被设定为所述非正常进出状态时进行动作的警告蜂鸣器及警告灯。
12.根据权利要求1所述的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统，其特征在于，
所述服务器利用机器学习算法中的分类算法从所接收的所述工艺线的温度、湿度、照度及频率信息中提取召回率及精确率的值以累积有效数据，并将所述有效数据与预先输入的工艺线的维护周期进行比较，当所述有效数据为所述工艺线的维护周期时，则将所述工艺线的维护周期信息警告信号发送至管理员的便携式移动设备。
13.根据权利要求1所述的利用基于超宽带的实时定位的安全事故控制系统，其特征在于，
所述服务器将所接受的所述工艺线的温度、湿度、照度及频率信息与预先输入的工艺线的正常温度、湿度、照度及频率信息进行比较，当所接受的所述工艺线的温度、湿度、照度及频率信息偏离所述正常温度、湿度、照度及频率信息时，将所述工艺线的温度、湿度、照度及频率信息的警告信号发送至管理员的便携式移动设备。
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