CN212020795U - 机器人的安全控制设备及机器人 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种机器人的安全控制设备及机器人。其中,该安全控制设备包括:第一控制器、第二控制器、第一安全回路及第二安全回路,其中,第一控制器和第二控制器中任意一个控制器与第一安全回路和第二安全回路连接,用于判断来自机器人外部的报警信号的类型,并控制第一安全回路和第二安全回路执行与报警信号的类型对应的控制指令,第一安全回路与第二安全回路的逻辑相反。本申请解决了机器人的保护性停止电路存在电路同质化严重,存在安全隐患的技术问题。

Description

机器人的安全控制设备及机器人
技术领域
本申请涉及机器人控制领域,具体而言,涉及一种机器人的安全控制设备及机器人。
背景技术
工业机器安全要求机器人应该具有一个或多个保护性停止电路,此停止电路应通过停止的机器人所有运动、撤除机器人驱动器的动力,中止可由机器人***控制的任何其他危险等方式来控制其安全防护的风险。停止功能可由手动或者控制逻辑启动。
在现有的技术中,一般的做法是将具有相同功能的安全模块复制一份,两个模块互为备份,当出现安全告警信号时,两个安全模块同时响应,切断机器人的动力源,当出现一路失效时,另外一路能够响应告警信号。但这种保护性停止电路存在电路同质化严重,存在安全隐患的问题。
针对上述的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
实用新型内容
本申请实施例提供了一种机器人的安全控制设备及机器人,以至少解决机器人的保护性停止电路存在电路同质化严重,存在安全隐患的技术问题。
根据本申请实施例的一个方面,提供了一种机器人的安全控制设备,包括:第一控制器、第二控制器、第一安全回路及第二安全回路,其中,第一控制器和第二控制器中任意一个控制器与第一安全回路和第二安全回路连接,用于判断来自机器人外部的报警信号的类型,并控制第一安全回路和第二安全回路执行与报警信号的类型对应的控制指令,第一安全回路与第二安全回路的逻辑相反。
可选地,第一控制器和第二控制器之间包括第一通信链路,第一控制器和第二控制器通过第一通信链路校验第一安全回路和第二安全回路返回的数据是否存在时序误差,如果校验出第一安全回路和第二安全回路返回的数据存在时序误差,控制断开第一安全回路和第二安全回路,并发送第一报警信息。
可选地,第一通信链路为第一控制器和第二控制器的串行外设接口之间的通信链路。
可选地,第一控制器和第二控制器之间还包括第二通信链路,第一控制器和第二控制器分别通过第二通信链路向对方发送预设字节的数据,如果第一控制器和第二控制器中的任意一方未接收到对方发送的预设字节的数据,控制断开第一安全回路和第二安全回路,并发送第二报警信息。
可选地,第二通信链路为第一控制器和第二控制器的输入/输出接口之间的通信链路。
可选地,第一安全回路和第二安全回路中任意一个安全回路包括一个安全继电器和两个场效应管,其中,两个安全继电器的常开触点均连接第一控制器和第二控制器,第一控制器和第二控制器通过常开触点监控两个安全继电器的运行状态;第一安全回路的两个场效应管为PMOS场效应管,第二安全回路的两个场效应管为NMOS场效应管。
可选地,第一控制器和第二控制器的型号不同。
根据本申请实施例的另一方面,还提供了一种机器人,包括:安全控制设备和控制器,安全控制设备包括:第一控制器、第二控制器、第一安全回路及第二安全回路,其中,第一控制器和第二控制器中任意一个控制器与第一安全回路和第二安全回路连接,用于判断来自机器人外部的报警信号的类型,并控制第一安全回路和第二安全回路执行与报警信号的类型对应的控制指令,第一安全回路与第二安全回路的逻辑相反。
可选地,第一控制器和第二控制器之间包括第一通信链路,第一控制器和第二控制器通过第一通信链路校验第一安全回路和第二安全回路返回的数据是否存在时序误差,如果校验出第一安全回路和第二安全回路返回的数据存在时序误差,控制断开第一安全回路和第二安全回路,并发送第一报警信息。
可选地,第一控制器和第二控制器之间还包括第二通信链路,第一控制器和第二控制器分别通过第二通信链路向对方发送预设字节的数据,如果第一控制器和第二控制器中的任意一方未接收到对方发送的预设字节的数据,控制断开第一安全回路和第二安全回路,并发送第二报警信息。
可选地,第一安全回路和第二安全回路中任意一个安全回路包括一个安全继电器和两个场效应管,其中,两个安全继电器的常开触点均连接第一控制器和第二控制器,第一控制器和第二控制器通过常开触点监控两个安全继电器的运行状态;第一安全回路的两个场效应管为PMOS场效应管,第二安全回路的两个场效应管为NMOS场效应管。
可选地,第一控制器和第二控制器的型号不同。
在本申请实施例中,提供了一种机器人的安全控制设备,包括:第一控制器、第二控制器、第一安全回路及第二安全回路,其中,第一控制器和第二控制器中任意一个控制器与第一安全回路和第二安全回路连接,用于判断来自机器人外部的报警信号的类型,并控制第一安全回路和第二安全回路执行与报警信号的类型对应的控制指令,第一安全回路与第二安全回路的逻辑相反,本申请提供的安全控制设备采用双CPU控制正反逻辑的双安全回路设计,达到了避免了机器人的安全电路与备份安全电路同质化失效的问题,从而实现了提高机器人运行的稳定性及安全性的技术效果,进而解决了机器人的保护性停止电路存在电路同质化严重,存在安全隐患技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解,构成本申请的一部分,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
图1是根据本申请实施例的一种机器人的安全控制设备的结构图;
图2是根据本申请实施例的另一种机器人的安全控制设备的结构图;
图3是根据本申请实施例的另一种机器人的安全控制设备的结构图;
图4是根据本申请实施例的一种安全回路的电路图;
图5是根据本申请实施例的一种机器人的结构图;
图6是根据本申请实施例的另一种机器人的结构图;
图7是根据本申请实施例的另一种机器人的结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是,本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1是根据本申请实施例的一种机器人的安全控制设备的结构图,如图1所示,该安全控制设备包括:
第一控制器10、第二控制器12、第一安全回路14及第二安全回路16,其中,第一控制器10和第二控制器12中任意一个控制器与第一安全回路14和第二安全回路16连接,用于判断来自机器人外部的报警信号的类型,并控制第一安全回路14和第二安全回路16执行与报警信号的类型对应的控制指令,第一安全回路14与第二安全回路16的逻辑相反。
根据本申请的一个可选的实施例,第一控制器10和第二控制器12的型号不同。
在具体实施时,第一控制器10和第二控制器12采用不同厂家的不同型号的CPU,也可以避免电路同质化失效的问题。
如图1所示,第一控制器10和第二控制器12均与第一安全回路14第二安全回路16连接,用于判断各个安全输入信号的状态,监测安全回路的状态,当检测到机器人处于异常状态时,可以控制安全回路中的MOS管,断开安全回路,切断机器人的供电电源。
根据国标要求并且结合机器人安全模块的具体设计,根据机器人是否能够可控停止分为以下三种停止方式:
0类:外部突然断电或急停信号有效,切断机器人动力源或者触发自由停止或抱闸停止,属于不可控停止;
1类:使机器人快速停止,保持当前规划路径,当机器人停止后,切断机器人动力源,属于可控停止;
2类:使机器人快速停止,保持当前规划路径,当机器人停止后,控制驱动器,不切断机器人动力源,属于可控停止。
本申请提供的上述工业机器人的安全控制设备能够直接应用在工业机器人上,并对外部输入的安全信号进行分类,当出现0类报警信号时,安全模块能够在软件不控制的情况下直接通过硬件切断机器人动力源,避免因为软件处理出错而导致安全回路故障;出现1类报警信号时,能够通过软件断开安全回路,断开机器人动力源;发生2类报警信号时,安全控制设备将报警信息上传至机器人的控制器,机器人控制器控制机器人减速停止。
通过上述安全控制设备,采用双CPU控制正反逻辑的双安全回路设计,达到了避免了机器人的安全电路与备份安全电路同质化失效的问题,从而实现了提高机器人运行的稳定性及安全性的技术效果。
图2是根据本申请实施例的另一种机器人的安全控制设备的结构图,如图2所示,第一控制器10和第二控制器12之间包括第一通信链路18,第一控制器10和第二控制器12通过第一通信链路18校验第一安全回路14和第二安全回路16返回的数据是否存在时序误差,如果第一安全回路14和第二安全回路16返回的数据存在时序误差,控制断开第一安全回路14和第二安全回路16,并发送第一报警信息。
根据本申请的一个可选的实施例,第一通信链路18为第一控制器10和第二控制器12的串行外设接口之间的通信链路。
为了避免两个安全回路上有时序上的误差,两个控制器之间通过SPI进行相互校验,校验两个安全回路发送至两个控制器的数据是否存在时序误差。如果存在时序误差,控制第一安全回路和第二安全回路均断开,并且发送报警信息。发送语音报警信息可以通过语音播报,或者通过RS485将报警信息发送至与控制器通信连接的终端设备。通过上述时序校验过程,可以避免两个安全回路存在时序误差。
图3是根据本申请实施例的另一种机器人的安全控制设备的结构图,如图3所示,第一控制器10和第二控制器12之间还包括第二通信链路110,第一控制器10和第二控制器12分别通过第二通信链路110向对方发送预设字节的数据,如果第一控制器10和第二控制器12中的任意一方未接收到对方发送的预设字节的数据,控制断开第一安全回路14和第二安全回路16,并发送第二报警信息。
根据本申请的一个可选的实施例,第二通信链路110为第一控制器10和第二控制器12的输入/输出接口之间的通信链路。
两个控制器有一个通过IO接口直接相连的通信链路,两个控制器通过该通信链路定时发送固定字节的数据,若其中一方无法收到对方发送的数,则立马进入保护状态。具体的,控制断开两个安全回路,并发送报警信息。发送语音报警信息可以通过语音播报,或者将报警信息发送至与控制器通信连接的用户终端。
由于本申请提供的的安全控制设备必须在两个CPU均正常工作的情况下,该安全设备才能正常工作,因此通过上述方法实施检测两个CPU的运行状态,可以提高安全控制设备运行的稳定性。
根据本申请的一个可选的实施例,第一安全回路14和第二安全16中任意一个安全回路包括一个安全继电器和两个场效应管,其中,两个安全继电器的常开触点均连接第一控制器和第二控制器,第一控制器和第二控制器通过常开触点监控两个安全继电器的运行状态;第一安全回路的两个场效应管为PMOS场效应管,第二安全回路的两个场效应管为NMOS场效应管。
图4是根据本申请实施例的一种安全回路的电路图,K11和K12为安全继电器,带强制导向触点,为了保证安全回路的状态,将安全继电器的一组常开触点接回第一控制器10和第二控制器12,用于监控安全继电器的状态,避免安全继电器的触点粘连。将安全继电器辅助触点上的信号反馈回控制器,进而实现对安全继电器的监控可以保证安全回路安全可靠地运行。
机器人的安全接口的安全信号如下表所示,安全接口上包括电源、安全输入和安全输出信号。
其中,安全输入信号包括:安全门、示教器急停1、示教器急停2、外部急停1、外部急停2、限位开关。
Figure BDA0002468430550000061
急停处理流程:当有急停信号产生时,如示教器急停、外部急停,断开安全回路,则断开了两个安全继电器的线圈,此时安全继电器的常闭触点断开,常开触点闭合,动作信号会通过光耦传导两个控制器,两个控制器会将信号传输到伺服驱动器,伺服驱动器进行减速。安全继电器的输出通过继电器直接断开伺服驱动器的主回路电源用来达到紧急制动的目的。
SAFE_OUT1+和SAFE_OUT1-、SAFE_OUT2+和SAFE_OUT2-属于安全输出信号,Q15、Q16为PMOS,Q14、Q18为NMOS管,避免电路的同质化,提高可靠性,安全输出信号按照以下方式连接:一般常规设计多采用一种类型的MOS管设计方案,未见有两种器件和逻辑类型的设计方案,因为当器件发生失效等故障时有效避免和降低了因一种类型器件(MOS管)失效的带来的故障风险。本申请采用的MOS管方案,使用两种不同类型的开关器件,一种是NMOS管(高电平有效),一种是PMOS管(低电平有效),这是两种不同逻辑控制的方案,在软件逻辑上也起到了互检和保护的作用,避免使用一种控制逻辑导致发生错误的高风险,从而起到更好的安全控制。用安全输出信号直接控制伺服驱动器上的交流接触器,交流接触器在发生0类报警(非外部断电的情况)时断开伺服驱动器的驱动源。只有在两个回路都正常的情况下才能够安全输出才能够正常工作。
其他信号处理流程:
安全门:安全门信号属于1类停止信号,当安全控制设备收到安全门信号时,将安全报警信号发送给机器人控制器,控制器通知伺服模块减速运行,然后再将信号返回给安全控制设备,安全控制设备断开安全回路,切断伺服驱动动力源。
限位信号:限位信号属于2类停止信号,当安全模块收到安全门信号时,将安全报警信号发送给机器人控制器,控制器通知伺服模块减速运行,然后再将信号返回给安全模块,安全输出不断开伺服驱动器动力源,手动将机器人移回安全区域内后可清除报警信号。
其他告警信号属于2类停止信号,安全控制器接收到此类信号时,伺服驱动器减速停止,不断开使能信号,报警消除后可继续保持当前轨迹进行运动。
本申请实施例提供的安全控制设备,不需要增加额外的PLC控制模块,占用空间小,便于接线和安装,可以满足紧凑型控制柜的安装需求;采用软件与硬件相结合控制的方案,软硬件均能控制断开安全回路,在紧急情况下不需要软件参与,能够使用硬件断开伺服驱动器主电源,可以保证工业机器人的安全可靠地运行;此外,还可以实现对输入机器人的告警信号进行分类处理。
图5是根据本申请实施例的一种机器人的结构图,如图5所示,该机器人包括:安全控制设备50和控制器52,安全控制设备50包括:第一控制器500、第二控制器502、第一安全回路504及第二安全回路506,其中,第一控制器500和第二控制器502中任意一个控制器与第一安全回路504和第二安全回路506连接,用于判断来自机器人外部的报警信号的类型,并控制第一安全回路504和第二安全回路506执行与报警信号的类型对应的控制指令,第一安全回路504与第二安全回路506的逻辑相反。
为了避免机器人控制器52电源故障导致安全控制设备50的安全回路失效,安全控制设备50中安全回路使用的24V电源必须与机器人控制器52使用24V电源不同。
需要说明的是,图5所示实施例的优选实施方式可以参见图1所示实施例的相关描述,此处不再赘述。
图6是根据本申请实施例的另一种机器人的结构图,如图6所示,第一控制器500和第二控制器502之间包括第一通信链路508,第一控制器500和第二控制器502通过第一通信链路508校验第一安全回路504和第二安全回路506返回的数据是否存在时序误差,如果第一安全回路504和第二安全回路506返回的数据存在时序误差,控制断开第一安全回路504和第二安全回路506,并发送第一报警信息。
图7是根据本申请实施例的另一种机器人的结构图,如图7所示,第一控制器500和第二控制器502之间还包括第二通信链路510,第一控制器500和第二控制器502分别通过第二通信链路510向对方发送预设字节的数据,如果第一控制器500和第二控制器502中的任意一方未接收到对方发送的预设字节的数据,控制断开第一安全回路504和第二安全回路506,并发送第二报警信息。
根据本申请的一个可选的实施例,第一安全回路504和第二安全回路506中任意一个安全回路包括一个安全继电器和两个场效应管,其中,两个安全继电器的常开触点均连接第一控制器500和第二控制器502,第一控制器500和第二控制器502通过常开触点监控两个安全继电器的运行状态;第一安全回路504的两个场效应管为PMOS场效应管,第二安全回路506的两个场效应管为NMOS场效应管。
根据本申请的一个可选的实施例,第一控制器500和第二控制器502的型号不同。
在具体实施时,第一控制器500和第二控制器502采用不同厂家的不同型号的CPU,也可以避免电路同质化失效的问题。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
在本申请的上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的技术内容,可通过其它的方式实现。其中,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如所述单元的划分,可以为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,单元或模块的间接耦合或通信连接,可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
以上所述仅是本申请的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (12)

1.一种机器人的安全控制设备,其特征在于,包括:第一控制器、第二控制器、第一安全回路及第二安全回路,其中,
所述第一控制器和所述第二控制器中任意一个控制器与所述第一安全回路和所述第二安全回路连接,用于判断来自机器人外部的报警信号的类型,并控制所述第一安全回路和所述第二安全回路执行与所述报警信号的类型对应的控制指令,所述第一安全回路与所述第二安全回路的逻辑相反。
2.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述第一控制器和所述第二控制器之间包括第一通信链路,所述第一控制器和所述第二控制器通过所述第一通信链路校验所述第一安全回路和所述第二安全回路返回的数据是否存在时序误差,如果校验出所述第一安全回路和所述第二安全回路返回的数据存在时序误差,控制断开所述第一安全回路和所述第二安全回路,并发送第一报警信息。
3.根据权利要求2所述的设备,其特征在于,所述第一通信链路为所述第一控制器和所述第二控制器的串行外设接口之间的通信链路。
4.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述第一控制器和所述第二控制器之间还包括第二通信链路,所述第一控制器和所述第二控制器分别通过所述第二通信链路向对方发送预设字节的数据,如果所述第一控制器和所述第二控制器中的任意一方未接收到对方发送的所述预设字节的数据,控制断开所述第一安全回路和所述第二安全回路,并发送第二报警信息。
5.根据权利要求4所述的设备,其特征在于,所述第二通信链路为所述第一控制器和所述第二控制器的输入/输出接口之间的通信链路。
6.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述第一安全回路和所述第二安全回路中任意一个安全回路包括一个安全继电器和两个场效应管,其中,
两个安全继电器的常开触点均连接所述第一控制器和所述第二控制器,所述第一控制器和所述第二控制器通过所述常开触点监控所述两个安全继电器的运行状态;
所述第一安全回路的两个场效应管为PMOS场效应管,所述第二安全回路的两个场效应管为NMOS场效应管。
7.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述第一控制器和所述第二控制器的型号不同。
8.一种机器人,其特征在于,包括:安全控制设备和控制器,所述安全控制设备包括:第一控制器、第二控制器、第一安全回路及第二安全回路,其中,
所述第一控制器和所述第二控制器中任意一个控制器与所述第一安全回路和所述第二安全回路连接,用于判断来自机器人外部的报警信号的类型,并控制所述第一安全回路和所述第二安全回路执行与所述报警信号的类型对应的控制指令,所述第一安全回路与所述第二安全回路的逻辑相反。
9.根据权利要求8所述的机器人,其特征在于,所述第一控制器和所述第二控制器之间包括第一通信链路,所述第一控制器和所述第二控制器通过所述第一通信链路校验所述第一安全回路和所述第二安全回路返回的数据是否存在时序误差,如果校验出所述第一安全回路和所述第二安全回路返回的数据存在时序误差,控制断开所述第一安全回路和所述第二安全回路,并发送第一报警信息。
10.根据权利要求8所述的机器人,其特征在于,所述第一控制器和所述第二控制器之间还包括第二通信链路,所述第一控制器和所述第二控制器分别通过所述第二通信链路向对方发送预设字节的数据,如果所述第一控制器和所述第二控制器中的任意一方未接收到对方发送的所述预设字节的数据,控制断开所述第一安全回路和所述第二安全回路,并发送第二报警信息。
11.根据权利要求8所述的机器人,其特征在于,所述第一安全回路和所述第二安全回路中任意一个安全回路包括一个安全继电器和两个场效应管,其中,
两个安全继电器的常开触点均连接所述第一控制器和所述第二控制器,所述第一控制器和所述第二控制器通过所述常开触点监控所述两个安全继电器的运行状态;
所述第一安全回路的两个场效应管为PMOS场效应管,所述第二安全回路的两个场效应管为NMOS场效应管。
12.根据权利要求8所述的机器人,其特征在于,所述第一控制器和所述第二控制器的型号不同。
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