运行模块化机器人的方法、模块化机器人和碰撞保护系统与流程

本发明涉及一种用于运行、特别是用于监视模块化机器人的方法，其中，该机器人包括至少两个模块，第一模块和第二模块，其中，两个模块各自具有至少一个能移动元件，其中，两个模块的能移动元件共同形成动力学链，其中，第一模块具有独立于第二模块的第一控制器，其中，第一控制器具有用于第一模块的能移动元件的第一故障安全位置检测器，该方法包括控制和/或监视第二模块的步骤，该第二模块包括第二模块的至少一个能移动元件的第二位置检测器。另外，本发明涉及一种模块化机器人，其包括至少两个模块，第一模块和第二模块，其中，两个模块各自具有至少一个能移动元件，其中，两个模块的能移动元件共同形成动力学链，其中，第一模块具有独立于第二模块的第一控制单元，其中，第一控制单元具有用于第一模块的能移动元件的第一故障安全位置检测器，其中，模块化机器人还包括用于第二模块的至少一个能移动元件的第一单独位置检测器。另外，本发明涉及一种包括至少一个计算机的碰撞保护系统。本发明还涉及一种能够直接加载到计算机的内部存储器中并且包括计算机可读程序装置的计算机程序产品，利用该计算机可读程序装置执行根据本发明的方法的步骤。

背景技术：

1、为了确保机器人的运行安全，核心任务之一是避免碰撞，尤其是与处于危险区域的人员发生碰撞。为此，必须了解机器人容易发生碰撞的元件的位置。了解任何时间点的位置都以发生故障安全检测为前提。

2、故障安全位置检测需要双通道和多样化的检测。

3、与单通道结构相比，双通道结构在发生单一错误时是故障安全的。如果一个通道发生故障或失效，另一通道仍然能够执行至少一项安全功能——或者启动安全状态。

4、如果在双通道或多通道结构的各个通道中针对同一功能提供不同的技术方案，也存在多样性。这些技术方案既能够以硬件的形式提供，也能够以软件的形式提供。

5、agv/amr的故障安全位置现在由所谓的安全编码器(例如tr electronics)记录。属性“安全能力”是指所谓的安全要求级别。安全要求等级是功能安全领域的术语，在国际标准化中根据iec61508/iec61511也被称为安全等级或安全完整性等级(借用英文“safetyintegrity level”，简称sil)。安全相关系统的sil越高，系统无法执行所需安全功能的可能性就越低。安全要求级别的满足取决于所考虑的整个系统。

6、如果保证了本公开的术语中的双通道且多样化且因此故障安全的位置检测，则能够比较以不同方式检测到的相同元件的位置并且如果存在超出公差的偏差则结束运行临界点。

7、从ep1366867b1中已知一种用于避免机器人与至少一个其他物体之间的碰撞的方法。

8、例如，能够在西门子simatic s7的故障安全可编程逻辑控制器(plc)中计算故障安全位置，前提是传感位置检测也设计为故障安全。

9、欧洲统一标准en iso 10218-1和en iso 10218-2适用于工业机器人的安全。

10、模块化机器人中的故障安全位置检测通常只有在所有模块都具有协调的传感器、调节和控制的情况下才可能实现。通常，由于标准化的原因，来自不同制造商的模块不能组合起来形成可安全运行的模块化机器人，而标准化通常没有一致地进行，因为已经缺乏对各个模块的有碰撞危险的元件的可靠位置检测。

技术实现思路

1、从现有技术的问题和缺点出发，本发明的目的是进一步开发一种在开头限定的类型的方法，从而避免所解释的问题和缺点。

2、为了解决根据本发明的目的，提出了一种在开头限定的类型的方法，该方法具有本发明的特征部分的附加特征。另外，本发明提出了相应的计算机程序产品。各个从属权利要求包含本发明的有利改进方案。

3、具体地，因此本发明的目的在于，以故障安全的方式形成模块化构造的机器人的元件的位置检测，从而能够保证运行安全。

4、为了在模块化和符合相关安全法规的情况下改进运行安全性，本发明提供了该方法的附加步骤：

5、b)借助第三位置检测器检测第二模块的能移动元件的位置，第三位置检测器被构造为能安装至该元件处的位置探头，

6、c)将第二位置检测器与第三位置检测器组合以形成第二故障安全位置检测器，

7、d)将第一故障安全位置检测器与第二故障安全位置检测器组合以形成用于模块化机器人的组合的故障安全位置检测器。

8、同样一开始限定类型的模块化机器人也有助于解决该问题，其

9、b)具有第二单独位置检测器，其包括用于检测第二模块的能移动元件的位置的能安装的位置探头，

10、c)其中，第二模块的第二控制单元和/或第一控制单元(ct1)和/或上级的第三控制单元设计和准备用于：

11、i.将第二单独位置检测器与第一单独位置检测器组合以形成第二故障安全位置检测器，以及

12、ii.将第一故障安全位置检测器与第二故障安全位置检测器组合以形成用于模块化机器人的组合的故障安全位置检测器。

13、第一控制单元优选是自动驾驶车辆(automated guided vehicle,agv)或自主移动机器人(autonomous mobile robot,amr)的故障安全控制器。自动驾驶车辆基本上遵循固定的路径。根据一个实例能够说明自动驾驶车辆与自主移动机器人之间的区别。在自主移动机器人中，预先不知道待行驶的路径，这是在运行时计算的。如果路径中有障碍物，自主移动机器人的控制器会计算躲避路线；自动驾驶车辆只会静止不动。因此在下文中，总是指无人自动驾驶车辆和自主移动机器人两者——除非明确进行区分。

14、根据本发明对上述技术问题的解决方案同样由独立权利要求限定。从属权利要求涉及本发明的有利改进方案。对本领域技术人员有意义的独立权利要求的主题与本文公开的改进方案的特征的组合，除了在本文件中明确公开的从属权利要求的反向引用之外，还应归因于本发明。

15、下面使用实例来解释本发明的一些方面和可行的设计方案。根据本发明的措施防止例如由优选安装在自动驾驶车辆(agv)或自主移动机器人上的机器人组成的模块化自主移动机器人与机器操作员之间的碰撞。一个特殊的挑战是，自主移动机器人的位置必须以故障安全的方式进行检测(双通道、多样化，以便任何错误都不会导致安全位置检测失败)。模块化机器人能够由例如安装在自动无人驾驶车辆(agv＝automated guided vehicle)上的机器人组成。

16、这里的一个特殊问题是确定机器人的故障安全位置。这通常在制造商特定的机器人控制器中计算，并且其他控制器或应用程序无法访问。因此，自主移动机器人的故障安全定位是不可行的。在上述类型的自主移动机器人中，将自动无人驾驶车辆(agv)和机器人视为一个单元是有意义的。一旦自动无人驾驶车辆(agv)或机器人臂移动，就会影响自主移动机器人的笛卡尔位置。通常，安全位置检测器是不可行的，因为机器人控制器不为其他控制器提供安全位置。例如，没有各个机器人制造商遵守的标准形式的统一接口。

17、目前，相应的单独模块的机器人控制器将铰接部的非安全位置提供给自动无人驾驶车辆的控制器，例如故障安全simatic s7。

18、本发明的有利的改进方案提出，位置探头无线地传输位置坐标或者位置探头设计用于无线地传输位置坐标。

19、本发明的有利改进方案提出，能安装的位置探头具有应答器或者设计用于定位的应答器。例如，第二模块能够在每个铰接部上配备一个应答器作为位置探头(例如，simaticrtls应答器)。该位置探头确定位置x、y和z(例如通过gps)并将其传输到simatic s7。应答器是一种无线电通信设备，其能够接收传入信号并自动应答或转发它们。例如，紧凑型发送应答器simatic rtls4083t用于定位物体。这些应答器通常提供空间坐标。故障安全控制器(例如simatic s7，特别是自动无人驾驶车辆)中的软件检查两个非安全位置(第一确定位置有关机器人控制器，第二确定位置分别有关应答器)的一致性。如果两个位置在预定公差范围内匹配，则能够认为这是故障安全位置并且能够确定自主移动机器人的故障安全位置。

20、本发明的优点尤其在于独立于机器人制造商以及对于环境影响(光、灰尘)的鲁棒性。利用基于摄像头的系统无法实现相当的可靠性，尤其是独立于环境条件的可靠性，因为它依赖于足够的透明度。另外，根据本发明的解决方案能够以多种方式用于具有模块化结构的不同机器人解决方案。

21、本发明将动力学链理解为，两个固体分别在运动学上唯一地彼此连接以形成链，例如在机器人抓臂或挖掘机臂的情况下。从一般传动技术可知，各个彼此连接的主体通常利用自由度f＝1的铰接部彼此安装。一般来说，它是一个开放的链，其并不是必然的。通常为每个铰接部提供单独的驱动器。还能够在每个连接点处分别设置具有相应的闭合动力学链的传动装置。

22、本发明涉及有碰撞风险的元件，即没有借助外壳完全防止碰撞的能移动元件。