一种面向云控制平台的工业机器人本体安全控制方法与流程

本发明属于工业自动化控制技术领域，更具体地说，涉及一种面向云控制平台的工业机器人本体安全控制方法。

背景技术：

工业机器人是将机器人技术与工业化管理相结合的机电一体化装备，技术附加值高，应用广泛，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用，正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。而将工业机器人与云控制平台连接在一起，就能利用虚拟化和云计算的强大能力，在云端虚拟云控制平台中，对现场的工业机器人进行统一控制、管理和监控，实现远程控制、监视及在线优化与维护等功能。随着工业机器人在全球制造业应用越来越广泛，如何取得工业机器人和人类可以和谐共处、分工协作的和谐点这一难题受到越来越多人的关注。然而工业机器人都非常擅长单调的个工作，如高速移动重物，但它们的移动非常机械没有智力。如果它们与人类接触，或可能导致严重的伤亡。而云控制平台的远距离控制决定了其信息的实时性和保障性存在更多风险。因此迫切需要一种能够保证工业机器人与人安全互动的技术，以保障基于云控制平台的工业机器人实现安全生产。

本申请技术就是基于现有技术的不足，提供一种面向云控制平台的工业机器人本体安全技术，通过对工业机器人超速、超限、碰撞等危险情况进行辨识和躲避，从而保障机器人本体安全，实现人机间的安全互动。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种面向云控制平台的工业机器人本体安全控制方法，用于解决云控制平台控制工业机器人作业过程中出现超速、超限、碰撞等危险情况的技术问题，实现在云控制平台控制下工业机器人的安全运动。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种面向云控制平台的工业机器人本体安全控制方法，包括如下步骤，

S1：根据工业机器人所在现场情况从云控制平台下载相应等级的安全保护逻辑至安全保护模块；

S2：通过安全保护逻辑对工业机器人各轴及末端的实时状态信息进行计算分析，当出现异常状态时发出报警信息并控制机器人停止运动；

S3：利用安全保护逻辑对云控制平台发出的控制指令进行分析，判断其是否会使工业机器人的位置姿态超出安全保护范围，最终作出隔离或者执行控制指令的判断。

在本发明一实施例中，所述步骤S1，其具体实现如下：

S11：在云控制平台与工业机器人的通讯软件中植入安全保护模块；

S12：当工业机器人启动时，安全保护模块将根据工业机器人上的距离传感器所反馈的信息来决定所应下载安全保护逻辑的级别，并运行该级别的安全保护逻辑，以对工业机器人的位置姿态信息及控制指令进行监控和分析。

在本发明一实施例中，所述云控制平台中存储有多套不同的安全保护逻辑，分别对应不同的安全级别，由高到低分别为：高级安全保护逻辑、中级安全保护逻辑和低级安全保护逻辑。

在本发明一实施例中，所述步骤S2，其具体实现如下：

S21：工业机器人启动，通过安全保护模块实时读取工业机器人各传感器所反馈的各轴角度、角速度和末端位置，当工业机器人各轴的角度、角速度或末端位置超出软件限制范围时，安全保护模块会产生报警信号，并将其发送给云控制平台；

S22：云控制平台接收到报警信号后，将停止发送控制指令，此时工业机器人在执行完上次命令后因没有接收新的控制指令，工业机器人保持不动；

S23：启动工业机器人的实时外部控制功能，修改工业机器人的目标位置到安全范围内；

S24：启动工业机器人的强制手动模块，使云控制平台继续向工业机器人发送控制指令，让工业机器人运动到安全限制范围内，解除报警信号。

在本发明一实施例中，所述强制手动模块能够让云控制平台在报警状态下继续向工业机器人发送控制指令。

在本发明一实施例中，所述步骤S3，其具体实现如下：

S31：云控制平台发送控制指令，安全保护逻辑中的限幅元件根据预先编好的安全值范围，对云控制平台发送的控制指令进行逐条分析；

S32：若云控制平台发送的控制指令能使工业机器人的位置姿态处于安全范围内，则将该条控制指令传输给工业机器人，使其执行该控制指令；否则，隔离该条控制指令，控制工业机器人停止运动，并发出报警信息，进行报警提示。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明方法能够根据现场作业的实际情况灵活地选用不同级别的安全保护逻辑，兼顾了工业机器人的作业效率与安全防护；

（2）本发明方法实现对工业机器人各轴及末端的位置姿态和控制指令进行安全监测，对超限、超速、碰撞等危险情况进行辨别，发出报警信号，同时控制机器人停止运动，从而有效的保障机器人本质安全。

附图说明

图1为本发明系统架构图。

图2为本发明关节角度保护流程图。

图3为本发明安全保护逻辑运行流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

如图1-3所示，本发明的一种面向云控制平台的工业机器人本体安全控制方法，包括如下步骤，

S1：根据工业机器人所在现场情况从云控制平台下载相应等级的安全保护逻辑至安全保护模块；

S2：通过安全保护逻辑对工业机器人各轴及末端的实时状态信息进行计算分析，当出现异常状态时发出报警信息并控制机器人停止运动；

S3：利用安全保护逻辑对云控制平台发出的控制指令进行分析，判断其是否会使工业机器人的位置姿态超出安全保护范围，最终作出隔离或者执行控制指令的判断。

所述步骤S1，其具体实现如下：

S11：在才云控制平台与工业机器人的通讯软件中植入安全保护模块；

S12：当工业机器人启动时，安全保护模块将根据工业机器人上的距离传感器所反馈的信息来决定所应下载安全保护逻辑的级别，并运行该级别的安全保护逻辑，以对工业机器人的位置姿态信息及控制指令进行监控和分析。所述云控制平台中存储有多套不同的安全保护逻辑，分别对应不同的安全级别，由高到低分别为：高级安全保护逻辑、中级安全保护逻辑和低级安全保护逻辑。

所述步骤S2，其具体实现如下：

S21：工业机器人启动，通过安全保护模块实时读取工业机器人各传感器所反馈的各轴角度、角速度和末端位置，当工业机器人各轴的角度、角速度或末端位置超出软件限制范围时，安全保护模块会产生报警信号，并将其发送给云控制平台；

S22：云控制平台接收到报警信号后，将停止发送控制指令，此时工业机器人在执行完上次命令后因没有接收新的控制指令，工业机器人保持不动；

S23：启动工业机器人的实时外部控制功能，修改工业机器人的目标位置到安全范围内；

S24：启动工业机器人的强制手动模块，使云控制平台继续向工业机器人发送控制指令，让工业机器人运动到安全限制范围内，解除报警信号。所述强制手动模块能够让云控制平台在报警状态下继续向工业机器人发送控制指令。

所述步骤S3，其具体实现如下：

S31：云控制平台发送控制指令，安全保护逻辑中的限幅元件根据预先编好的安全值范围，对云控制平台发送的控制指令进行逐条分析；

S32：若云控制平台发送的控制指令能使工业机器人的位置姿态处于安全范围内，则将该条控制指令传输给工业机器人，使其执行该控制指令；否则，隔离该条控制指令，控制工业机器人停止运动，并发出报警信息，进行报警提示。

以下为本发明的具体实施过程。

本发明提供的一种面向云控制平台的工业机器人本体安全技术的基本原理是：（1）安全保护模块根据现场情况自动从云控制平台下载相应等级的安全保护逻辑；（2）所述安全保护逻辑能够对工业机器人各轴及末端的实时状态信息进行计算分析，当出现异常状态时发出报警信息并控制机器人停止运动；（3）利用安全保护逻辑对云控制平台发出的控制指令进行分析，判断其是否会使机器人的位姿超出安全保护范围，最终作出隔离或者执行控制指令的判断。

对于第（1）点，工业机器人可以根据现场的实际情况从云控制平台下载不同级别的安全保护逻辑，实现对作业效率与安全防护的双重保障。

为实现上述功能，本发明是通过以下技术手段和措施来实现的：

1）在云控制平台与机器人的通讯软件中植入安全保护模块。所述安全保护模块中运行安全保护逻辑，用于对工业机器人的位置姿态信息及控制指令进行监控和分析；

2）所述安全保护逻辑由安全保护模块自动或手动从云控制平台下载；

①云控制平台中可存储多套不同的安全保护逻辑，分别对应不同的安全级别，由高到低分别为：高级安全保护逻辑、中级安全保护逻辑和低级安全保护逻辑；

②当工业机器人启动时，安全保护模块将根据工业机器人上的距离传感器所反馈的信息来决定所应下载安全保护逻辑的级别，从而在工业机器人工作效率与安全防护中取得最优效果。

如：当工业机器人工作区域内有人，则下载高级安全保护逻辑；

当工业机器人工作区域外有人，则下载中级安全保护逻辑；

当工业机器人工作区域外无人，则下载低级安全保护逻辑。

对于第（2）点，安全保护模块可以对机器人各轴及末端的实时状态信息进行采集效验，当各轴的角度、角速度及末端位置超出所限制的范围时，会产生报警信息，并控制机器人停止运动。

如图2所示，为实现上述功能，本发明是通过以下技术手段和措施来实现的：

1）所述安全保护模块可以实时读取机器人各传感器所反馈的各轴角度、角速度和末端位置，当机器人各轴的角度、角速度和末端位置超出软件限制范围时，安全保护模块会产生报警信号，并将其发送给云控制平台。所述软件限制范围为操作员事先编制好的各轴的安全角度值范围及角速度安全值范围。其中，关节角度保护流程图如图1所示。

2）云控制平台接收到报警信号后，将停止发送控制指令，此时机器人在执行完上次命令后因没有接收新的控制指令，机器人保持不动。

3）当机器人产生报警后，机器人将保持不动，此时启动实时外部控制功能，修改机器人的目标位置到安全范围内。

4）然后启动强制手动模块，使云控制平台继续向机器人发送控制指令，让机器人运动到安全限制范围内，解除报警信号。所述强制手动模块可以让云控制平台在报警状态下继续向机器人发送控制指令。

对于第（3）点，安全保护逻辑能够监控由云控制平台发送出来的控制指令，并判断其是否异常，最终作出隔离或者执行程序的判断。

如图3所示，为实现上述功能，本发明是通过以下技术手段和措施来实现的：

1）安全保护逻辑中包含限幅元件，该限幅元件能根据事先编制好的安全值范围，对云控制平台发出的控制指令进行逐条分析。

2）若控制指令能使目标位姿处于安全范围内，则将该条指令传输给机器人，使其执行该控制指令；否之，则隔离该条指令，控制机器人停止运动，并发出报警信息，进行报警提示。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。