CN113799117A - 教导机器人的安全系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种教导机器人的安全系统及方法，在机器人末端设置第一致能装置，在示教器设置第二致能装置，在教导模式下，检测两致能装置的启动次序，致能首先启动开状态的致能装置，不致能另一致能装置，由致能的致能装置决定机器人的控制作业状态，以确保教导机器人的安全。

Description

教导机器人的安全系统及方法

技术领域

本发明涉及一种机器人的安全系统及方法，尤其是涉及机器人在切换至教导模式下，对于使用者执行手拉或非手拉教导机器人，进行保护的安全系统及方法。

背景技术

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，但是机器人能否正常的运作，严重影响到作业人员的安全，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。

请参图5，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)，或为软体上的按键，手拉按钮2电性或通讯连接至机器人1控制器3。在示教器4设定机器人1处于教导模式时，当使用者按压手拉按钮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、或手拉记录路径，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。

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，在例如手拉、寸动、试跑调速等教导模式下，装设致能装置(Enable Device)，以保护协作的使用者。致能装置通常为三段式按钮(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，都将电性或通讯传达至控制器3，启动安全系统中断教导行为，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。

然而，前述现有技术依安全标准规范在示教器设置致能装置，处于教导模式时，限制在致能装置致能状态下慢速移动，近距离手拉机器人的使用者，以获得安全保护。此外设在示教器的致能装置，与设在机器人末端的手拉按钮分开设置，必须同时按压，才能手拉教导机器人，极为不便，而分开操作时，示教器易被其他使用者切换为其他模式时，造成手拉协作中使用者的危险。因此，机器人在教导模式的安全系统及方法上，仍有问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的提供一种教导机器人的安全系统，通过在机器人末端设置第一致能装置，及于示教器设置第二致能装置，在教导模式下，由控制器检测两致能装置的启动次序，选择致能的致能装置，以确保教导机器人的安全性。

本发明的另一目的提供一种教导机器人的安全方法，利用检测首先启动开状态的致能装置，致能首先启动开状态的致能装置，不致能其余的致能装置，避免误操作，以提高使用者的安全。

为了达到前述发明的目的，本发明教导机器人的安全系统，机器人具有多肘节，一端为固定基座，另一端为活动的末端，设置第一致能装置，各肘节中设置致动器及位置传感器。控制器连接至机器人，控制致动器及位置传感器，移动机器人的末端，第二致能装置连接控制器。控制器内设安全模块，电性或通讯相连第一致能装置及第二致能装置，依据致能的第一致能装置或第二致能装置关状态，发出电性信号，使机器人进入安全状态。控制器利用检测第一致能装置或第二致能装置，致能首先启动开状态的致能装置，不致能另一致能装置。

本发明教导机器人的安全系统，安全模块电性或通讯连接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，当监控机器人产生运动，关断致动器电源，或监控机器人超过速度限制时，使机器人进入安全状态。第一致能装置或第二致能装置处于关状态时，安全模块使机器人进入安全状态，而第一致能装置或第二致能装置处于开状态时，安全模块取消机器人的安全状态。安全模块利用切断致动器的电力，或经过固定时间或观察机器人减速运动达成后，关断致动器电源，或开启静止监控安全功能，使机器人进入安全状态。第一致能装置或第二致能装置以灯光或音响区别显示致能或未致能的状态。第一致能装置设为具有手拉按钮的功能。

本发明教导机器人的安全方法，将机器人切换至教导模式，使第一致能装置或第二致能装置均未致能，机器人进入安全状态；检测第一致能装置及第二致能装置都为关状态，进入检测状态，开始检测第一致能装置或第二致能装置何者首先启动开状态；当第一致能装置首先启动开状态时，致能第一致能装置，且未致能第二致能装置，解除该机器人的安全状态，进入第一状态。第一状态可设为手拉教导状态，则致能手拉该机器人的控制。接着检测第一致能装置切换至关状态时，回到检测状态。

本发明教导机器人的安全方法，检测第一致能装置非首先启动开状态，再检查第二致能装置非首先启动开状态，则回至检测状态继续检测何者首先启动开状态。检查第二致能装置为首先启动开状态，致能第二致能装置，未致能第一致能装置，解除机器人的安全状态，进入第二状态。第二状态可设为非手拉教导状态，则致能非手拉该机器人的控制。接着检测第二致能装置切换至关状态时，回到检测状态。

附图说明

图1为本发明教导机器人的安全系统的示意图；

图2为本发明安全系统的控制功能的示意图；

图3为本发明安全系统的致能装置开关状态切换的示意图；

图4为本发明教导机器人的安全方法的流程图；

图5为现有技术手拉教导机器人的示意图。

符号说明

10 安全系统

11 机器人

12 控制器

13 示教器

14 安全模块

15 第一致能装置

16 第二致能装置

17 肘节

18 基座

19 末端

20 位置传感器

具体实施方式

有关本发明为达成上述目的，所采用的技术手段及其功效，现举优选实施例，并配合附图加以说明如下。

请同时参阅图1至图2，图1为本发明教导机器人的安全系统的示意图，图2为本发明安全系统的控制功能的示意图，图3为本发明安全系统的致能装置开关状态切换的示意图。图1中，本发明的安全系统10包含机器人11、控制器12、示教器13、安全模块14、第一致能装置15及第二致能装置16。其中机器人11具有多肘节17，一端为固定基座18，另一端为活动的末端19，末端19设置第一致能装置15。机器人11连接至控制器12，控制器12内含一安全模块14，安全模块14具备直接发出电性信号或通讯信号切断致动器的电力停机机器人11的功能。控制器12通过控制各肘节17中的致动器及位置传感器20，控制移动机器人11的末端19。控制器12连接示教器13，用以编辑机器人11程式或操作控制机器人11，示教器13设置第二致能装置16。本实施例虽以第二智能装置16设在示教器13举例说明，但包含且不限于本实施例，第二致能装置16可不位于示教器13上,或可为独立一个手持致能装置连接至安全模块14，或于控制器12具备让使用者自行连接自购的第二致能装置16的致能模块埠。

图2中，安全模块14经由控制器12与第一致能装置15及第二致能装置16电性或通讯相连，第一致能装置15及第二致能装置16具备开状态(ON)与关状态(OFF)操作的功能，当第一致能装置15或第二致能装置16处于开状态(ON)状态时，安全模块14取消机器人11的安全状态，而当第一致能装置15或第二致能装置16处于关状态(OFF)状态时，安全模块14使机器人11停机进入安全状态。安全模块14另电性或通讯连接机器人11各肘节17的位置传感器20，接收位置传感器20的信号进行监控机器人11的活动状态，当监控机器人11产生运动，即关断致动器电源，或由安全模块14监控机器人11的速度，超过预设速度限制时，使机器人11进入安全状态。

安全模块14停机机器人11进入安全状态有三种类型，零类停机为断电停机功能：当安全模块14判定机器人11应进入安全状态时，直接关断致动器电力。一类停机为进阶断电停机功能：当安全模块14判定机器人11应进入安全状态时，对控制器12下达减速命令后，经过固定时间或观察机器人11减速运动达成后，关断致动器电源。二类停机为非断电停机功能：当安全模块14判定机器人11应进入安全状态时，对控制器12中下达减速命令后，经过固定时间或观察机器人减速运动达成后，开启静止监控安全功能(StandstillMonitoring)，持续监控位置传感器20，当监控机器人11产生运动，即关断致动器电源。

图3中，当机器人11从其他模式切换至教导模式(Teaching Mode)时，不论第一致能装置15或第二致能装置16是否位于开状态，都无法进行手拉或非手拉(例如寸动或试跑调速等)教导机器人11，且安全模块14都使机器人11进入例如关断致动器电源或静止监控等停机的安全状态。接着，检测第一致能装置15或第二致能装置16都为关状态，安全系统10进入检测状态，安全系统10利用控制器12开始检查检测第一致能装置15或第二致能装置16启动开状态，致能首先启动开状态的致能装置，不致能另一致能装置。

当第一致能装置15首先启动开状态，即位于机器人末端19的第一致能装置15先被使用者启动，使用者位于机器人11，安全系统10致能第一致能装置15，且未致能第二致能装置16，安全系统10可以灯光或音响区别致能或未致能的状态，同时安全模块14解除机器人11的停机安全状态(即致动器复电或停止静止监控)，由检测状态进入手拉教导状态，并对控制器12中表示致能手拉机器人11的控制，为了操作方便，第一致能装置15亦可设为具有手拉按钮的功能。此时仅由使用者选择的第一致能装置15进行手拉控制，不管第二致能装置16是否为开状态，安全系统10都禁止第二致能装置16教导机器人11的控制，亦即，第二致能装置16按压与否不造成手拉教导状态改变，以保护进行手拉的使用者。当安全系统10检测第一致能装置15切换至关状态时，安全模块14使机器人11进入停机的安全状态，回到检测状态。

在检测状态中，当第二致能装置16早于第一致能装置15首先启动开状态，即位于示教器13的第二致能装置16先被使用者启动，安全系统10致能第二致能装置16，且未致能第一致能装置15，安全系统10可以灯光或音响区别显示致能装置的致能或未致能的状态，同时安全模块14解除机器人11的停机安全状态，由检测状态进至非手拉教导状态，并对控制器12中表示致能非手拉机器人11的控制。此时仅由使用者选择的第二致能装置16进行控制，不管第一致能装置15是否为开状态，安全系统10都禁止手拉机器人11，亦即，第一致能装置15按压与否不造成非手拉教导状态改变。当安全模块14检测第二致能装置16切换至关状态时，安全模块14使机器人11进入停机的安全状态，回到检测状态。

如图4所示，为本发明教导机器人的安全方法的流程图。本发明教导机器人的安全方法的详细步骤说明如下:步骤S1，机器人切换至教导模式；步骤S2，第一致能装置及第二致能装置均未致能，无法进行手拉或非手拉教导机器人，机器人进入安全状态；接着进入步骤S3，当检测第一致能装置及第二致能装置都为关状态时，进入检测状态；步骤S4，开始检测第一致能装置或第二致能装置何者首先启动开状态；步骤S5，检查第一致能装置是否首先启动开状态？假如第一致能装置为首先启动开状态，则至步骤S6，致能第一致能装置，且未致能第二致能装置，接着至步骤S7解除机器人的停机安全状态；再至步骤S8，进入第一状态，第一状态相对应第一致能装置设定作业状态，例如第一致能装置设在机器人末端，第一状态可设为手拉教导状态，则致能手拉机器人的控制。然后至步骤S9，检测第一致能装置切换至关状态时，回到步骤S3的检测状态。

在步骤S5假如第一致能装置非首先启动开状态，则至步骤S10，检查第二致能装置是否首先启动开状态？假如第二致能装置非首先启动开状态，则回至步骤S4，继续检测何者致能装置首先启动开状态，假如第二致能装置首先启动开状态，致能第二致能装置，且未致能第一致能装置，接着至步骤S11解除机器人的停机安全状态；再至步骤S12，进入第二状态，第二状态相对应第二致能装置设定作业状态，例如第二致能装置设在示教器，第二状态可设为非手拉教导状态，则致能非手拉机器人的控制。然后至步骤S9检测第二致能装置切换至关状态时，回到步骤S3的检测状态。

因此，本发明教导机器人的安全系统及方法，就可通过在机器人末端设置第一致能装置，在示教器或其他位置设置的第二致能装置，在教导模式下，由控制器检测两致能装置的启动次序，致能首先启动开状态的致能装置，不致能其余的致能装置，选择单一致能的致能装置操作，避免其他使用者误操作，达到确保使用者教导机器人的安全性的目的。

以上所述者，仅为用以方便说明本发明的优选实施例，本发明的范围不限于该等优选实施例，凡依本发明所做的任何变更，在不脱离本发明的精神下，都属本发明申请专利的范围。

Claims (13)

1.一种教导机器人的安全系统，其特征在于，包含:

机器人，具有多肘节，一端为固定基座，另一端为活动的末端，该末端设置第一致能装置，该各肘节中设置致动器及位置传感器；

控制器，连接该机器人，控制该致动器及该位置传感器，移动该机器人的末端；

第二致能装置，连接至该控制器；

安全模块，设于该控制器内，与该第一致能装置及该第二致能装置电性或通讯相连，依据致能的该第一致能装置或该第二致能装置关状态，发出电性或通讯信号，使机器人进入安全状态；

其中，该控制器检测该第一致能装置或该第二致能装置，致能首先启动开状态的致能装置，不致能另一致能装置。

2.如权利要求1所述的教导机器人的安全系统，其中该安全模块电性或通讯连接该各肘节的该位置传感器，接收该位置传感器的信号进行监控该机器人的活动状态，当监控该机器人产生运动，即关断该致动器电源，使该机器人进入安全状态。

3.如权利要求2所述的教导机器人的安全系统，其中该安全模块监控该机器人的速度，超过预设速度限制时，使该机器人进入安全状态。

4.如权利要求1所述的教导机器人的安全系统，其中该第一致能装置或该第二致能装置处于关状态时，该安全模块使该机器人进入安全状态，而该第一致能装置或该第二致能装置处于开状态时，该安全模块取消该机器人的安全状态。

5.如权利要求4所述的教导机器人的安全系统，其中该安全模块切断该致动器的电力，或经过固定时间或观察该机器人减速运动达成后，关断该致动器电源，或开启静止监控安全功能，使该机器人进入安全状态。

6.如权利要求1所述的教导机器人的安全系统，其中该第一致能装置或该第二致能装置以灯光或音响区别显示致能或未致能的状态。

7.如权利要求1所述的教导机器人的安全系统，其中该第一致能装置设为具有手拉按钮的功能。

8.如权利要求1所述的教导机器人的安全系统，其中该第二致能装置设置在连接至该控制器的示教器上，或为独立的一个手持致能装置。

9.一种教导机器人的安全方法，包含:

切换至教导模式，第一致能装置或第二致能装置均未致能，机器人进入安全状态；

检测该第一致能装置及该第二致能装置都为关状态；

进入检测状态，开始检测该第一致能装置或该第二致能装置何者首先启动开状态；

当该第一致能装置首先启动开状态时，致能该第一致能装置，且未致能该第二致能装置；

解除该机器人的安全状态；

进入第一状态。

10.如权利要求9所述的教导机器人的安全方法，其中该第一致能装置非首先启动开状态，再检查该第二致能装置非首先启动开状态，则回至该检测状态继续检测何者首先启动开状态。

11.如权利要求10所述的教导机器人的安全方法，其中检查该第二致能装置为首先启动开状态，致能该第二致能装置，未致能该第一致能装置，解除该机器人的安全状态，进入第二状态。

12.如权利要求11所述的教导机器人的安全方法，其中该第二状态设为非手拉教导状态，致能非手拉该机器人的控制，该第一状态设为手拉教导状态，致能手拉该机器人的控制。

13.如权利要求11所述的教导机器人的安全方法，其中进入该第一状态或进入该第二状态，检测该第一致能装置或该第二致能装置切换至关状态时，回到检测状态。

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