[发明专利]用于验证针对可移动的机械单元的一个或多个安全容积的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于验证针对可移动的机械单元的相对于机械单元 的环境的一个或多个安全容积以便避免机械单元与环境中的障碍物 之间的碰撞的方法。本发明还涉及用于安全容积的验证的装置。

背景技术

可移动的机械单元是例如工业机器人、定位器或其他类型的操 纵器。工业机器人和其他类型的操纵器往往被编程为在包括多个障 碍物、例如墙壁、围栏、机器、定位器、不同类型的工作站及诸如 机器人、操纵器和外部轴等的其他可移动的机械单元的环境中移动。 为确保机器人不与其环境中的障碍物碰撞，已知确定出针对机器人 的一个或多个安全容积。安全容积是参照与机器人及其环境有关地 限定出的世界坐标系来限定的。一个类型的安全容积具有与机器人 的环境有关的固定尺寸和固定位置。在下文中，该类型的安全容积 被命名为固定安全容积。这样的固定安全容积也称作安全区。固定 安全容积是预先限定的。固定安全容积可以或者被限定为使得机器 人不被允许移动到安全容积的外侧，或者使得机器人不被允许移动 到安全容积的内侧。机器人可以具有几个固定安全容积。固定安全 容积事先、例如在机器人的编程期间被确定或编程。固定安全容积 往往被用数字表示地确定出并且被以2D视觉化在PC屏幕上。如果 机器人是在编程和仿真工具中被离线编程，则固定安全容积可以在 编程和仿真工具中被编程和视觉化。在机器人的操作期间，安全系 统监督机器人的移动。如果安全系统检测到机器人移动到这样的移 动不被允许的固定安全容积的外侧，则机器人被立即停止。

另一类型的已知安全容积具有与机器人的环境有关的可变的尺 寸和可变的位置并且是与机器人的关键部分有关地限定出的。关键 部分是例如机器人的工具中心点(TCP)或机器人的肘部。在下文中， 该类型的安全容积被命名为移动安全容积。机器人可以具有针对机 器人的不同部分所限定出的几个移动安全容积。移动安全容积也称 作移动区。移动安全容积被限定为在如果机器人被紧急停止时的某 一时刻由关键部分可到达的最大容积。移动安全容积取决于机器人 的移动路径并且考虑到制动路径和针对该移动路径由机器人可达到 的最大位置。移动安全容积的尺寸取决于关键部分的速度和负载及 机器人的制动特性。关键部分的速度越高，移动安全容积的尺寸越 大。移动安全容积的位置取决于关键部分的位置。移动安全容积可 以被用来检查机器人的执行期间在机器人的关键部分与机器人的环 境中的移动障碍物之间的碰撞。

US8326590B2公开了用于设计和检查机器人的固定安全容积的 方法和系统。固定安全容积是在对机器人的移动进行仿真所在的离 线仿真的帮助下建立的。离线仿真由离线编程和仿真工具(PC上的 RobotStudio)执行。在固定安全容积的设计的第一步骤期间，固定 安全容积被视觉化在离线编程和仿真工具上的屏幕上，并且编程者 能够基于视觉化来修改固定安全容积。在第二步骤中，固定安全容 积的设计考虑到当机器人被停止时的机器人的制动路径。这通过基 于机器人的移动路径的离线仿真计算出针对机器人的虚拟移动安全 容积并且检查固定安全容积与虚拟移动安全容积之间的碰撞来完 成。如果检测到碰撞，则修改固定安全容积和/或机器人路径。此后 将关于固定安全容积的数据传输至机器人控制器。

当已经确定了固定安全容积时，将固定安全容积的描述部署至 机器人的安全系统。描述可以包含在世界坐标系中所限定出的固定 安全容积的坐标。固定安全容积的坐标往往被手动地、例如由机器 人编程者给送至安全系统。这意味着固定安全容积的坐标被手动地 给送至机器人的安全系统。