CN212887620U - 一种增强安全性的工业机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种增强安全性的工业机器人，工业机器人包括：底座；机械臂；关节，连接相邻的两个机械臂部分；执行端，一端连接于机械臂末端，另一端可连接工具；电机包括电机编码器和电流传感器以检测关节信息；执行端包括速度/加速度传感器以及六维力/力矩传感器以检测执行端信息；控制模块通过关节信息和执行端信息分别获取第一安全信息和第二安全信息，并在两者不一致时控制机器人执行安全动作。本实用新型的有益效果是：工业机器人的安全性好，检测精度高。

Description

一种增强安全性的工业机器人

技术领域

本实用新型涉及一种工业机器人领域，特别是涉及一种增强安全性的工业机器人。

背景技术

随着社会的发展，机器人开始广泛应用于各个领域，包括家用机器人、工业机器人等多个领域。其中，协作机器人作为工业机器人中的轻型机器人可以协助人们高效的完成工作，可以高精度和高效率的完成危险环境的工作，因此受到广泛的青睐。

协作机器人在工作中，可能需要与人类近距离互动，为了更好的实现人机协作，同时能够保障使用者的人身安全，协作机器人的安全性能是一重要的指标。

常规的机器人***具有碰撞检测的功能，通过机械手部件处生成的不正常力矩来检测机器人与其环境的碰撞，并且当在检测到碰撞时，机器人***执行控制以便停止机器人的操作或者以其他方式减轻与环境的碰撞。在这种碰撞检测的方法中，碰撞检测的灵敏度至关重要，但是，高精度的根据机器人的机械手部件力矩检测人类与机器人之间的碰撞是很困难的，因此该种方法检测人类与机器人之间的碰撞不够可靠。

现有技术中，也有人采用增加电容传感器的方式来检测物体和人类的接近而产生的电容变化，以判断机器人和物体或人类的接近，但电容传感器检测的材料有限，因此其实现的安全性能也非常有限。

因此，有必要设计一种安全性能好的工业机器人。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种安全性能好的工业机器人。

本实用新型可采用如下技术方案：一种工业机器人，包括：底座，用于承载所述工业机器人；机械臂，连接于底座，所述机械臂包括两个及以上机械臂部分；关节，用于连接相邻的所述机械臂部分；执行端，一端连接于机械臂的末端，另一端可以连接工具以通过机械臂带动工具执行工作任务；其特征在于，所述关节包括电机编码器和电流传感器，用以检测关节信息；所述执行端包括速度/加速度传感器以及六维力/力矩传感器，用以检测执行端信息；所述工业机器人还包括：控制模块，电连接于所述关节和所述执行端，所述控制模块用于：根据所述关节信息获取第一安全信息，所述第一安全信息包括执行端的安全信息；根据所述执行端信息获取第二安全信息，所述第二安全信息包括执行端的安全信息；以及比较所述第一安全信息和所述第二安全信息不一致时控制所述工业机器人执行安全动作，其中所述第一安全信息和第二安全信息分别用于表征机器人运行的安全性。

进一步的，所述控制模块用于：根据关节信息获取第一安全信息，所述第一安全信息包括关节的安全信息；根据执行端信息获取第二安全信息，所述第二安全信息包括关节的安全信息。

进一步的，所述控制模块包括第一控制模块和第二控制模块，所述第一控制模块和第二控制模块分别用于独立获取第一安全信息和第二安全信息。

进一步的，所述速度/加速度传感器包括惯性测量单元、三轴加速度计、三轴地磁计、陀螺仪、三轴速度传感器的其中至少一种。

进一步的，所述执行端包括工具法兰，用于将工具安装至所述工业机器人。

进一步的，所述第一安全信息和第二安全信息分别包括工具位置、速度、力矩。

进一步的，所述第一安全信息和第二安全信息分别包括关节位置、速度、力矩。

进一步的，所述第一安全信息和第二安全信息还包括：机器人功率、机器人动量、机器人停止距离、机器人停止时间、紧急停止、保护停止、机器人移动数字输出、机器人未停止数字输出、模式区减小。

与现有技术相比，本实用新型具体实施方式的有益效果为：工业机器人分别检测关节信息和执行端信息以通过控制模块获取第一安全信息和第二安全信息，使得第一安全信息和第二安全信息的获取独立，机器人安全性能好；在执行端设置力/力矩传感器，使得机器人检测更精确；在执行端设置速度/加速度传感器，使得机器人成本低廉。

附图说明

以上所述的本实用新型的目的、技术方案以及有益效果可以通过下面附图实现：

图1是本实用新型的一个实施例的工业机器人的立体图

图2是本实用新型的一个实施例的工业机器人执行端连接工具的示意图

图3是本实用新型的一个实施例的机器人关节的剖视图

图4是本实用新型的一个实施例的执行端的剖视图

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型保护一种工业机器人，参图1-4，图1示例性的给出了本实用新型一个实施例的工业机器人100的立体图，图2示例性的给出了本实用新型的一个实施例的工业机器人执行端140连接工具的示意图，图3示例性的给出了本实用新型的机器人的关节130剖视图，图4示例性的给出了本实用新型的机器人的执行端140的剖视图。如图1，工业机器人包括底座110，底座110用于承载所述工业机器人100，用户可以通过底座110将工业机器人安装至工作平台以执行工作；机械臂，连接于所述底座110，能够移动以执行机器人的工作任务，机械臂包括两个及以上机械臂部分121；关节130，用于连接相邻的机械臂部分121，上述关节130还包括传动装置131，传动装置131产生动力使得所连接的机械臂部分121发生移动；执行端140，参图2，执行端140一端连接于机械臂的末端，另一端可以连接工具200，以使得机械臂运动带动工具200移动以执行工作任务，具体的，工具200可以示例性的包括机械爪。两个及以上机械臂部分121能够在关节130作用下发生转动，不同的机械臂部分121可能具有不同的长度，使得工业机器人100能够覆盖较大的工作范围，同时灵活性较好。具体的，执行端140包括工具法兰142，一端固定连接于机械臂末端，另一端可安装工具200以执行工作。参图3，机器人关节130包括电机编码器132和电流传感器134用于检测关节信息，电机编码器132通常可以检测关节位置和速度，电流传感器134通常可以检测关节力矩，即上述关节信息包括但不仅限于关节的位置、速度、力矩信息，上述关节信息包括直接可以检测的关节位置、速度、力矩信息，也包括可以直接检测的与上述关节位置、速度、力矩信息相关的信息。参图4，机器人执行端包括速度/加速度传感器133以及六维力/力矩传感器135，用以检测执行端信息，所述速度/加速度传感器133可用于检测执行端140的位置和速度信息，所述六维力/力矩传感器135用于检测执行端140的力矩信息。机器人100还包括控制模块，用于处理上述各信息，控制模块电连接于所述关节和所述执行端140，所述控制模块用于，根据所述关节信息获取第一安全信息，所述第一安全信息包括执行端140的安全信息，也就是说，通过电机编码器132和电流传感器134检测关节信息，控制模块处理该关节信息得到执行端140的安全信息，所述执行端140的安全信息用于表征执行端140所连接的工具工作的安全性，具体的，控制模块根据该关节信息计算以获取执行端140的安全信息；以及，控制模块用于，根据执行端140信息获取第二安全信息，上述第二安全信息包括执行端的安全信息，即第一安全信息和第二安全信息分别包括执行端140的安全信息，但第一安全信息和第二安全信息的获取方式不同，通过不同的获取方式分别得到第一安全信息的执行端安全信息，以及第二安全信息的执行端安全信息。也就是说，执行端的速度/加速度传感器133以及力/力矩传感器135检测执行端信息，控制模块处理该执行端信息获得执行端的安全信息。控制模块还用于，比较上述第一安全信息和第二安全信息不一致时，控制工业机器人100执行安全动作。其中，第一安全信息和第二安全信息分别包括多个信息，比较第一安全信息和第二安全信息中的对应项不一致时，控制工业机器人100执行安全动作。需要说明的是，对于第一安全信息和第二安全信息的获取可能存在必有的误差，这不应当包括在比较第一安全信息和第二安全信息不一致的范围内，所谓的不一致的判断，允许必要的误差的存在。所谓的不一致的判断，表征第一安全信息和第二安全信息实质不一致，而非由必要的检测或计算误差而引起的不一致。通过关节130和执行端的独立检测，使得第一安全信息和第二安全信息的获取比较独立，机器人的安全性好。通过采用六维力/力矩传感器135，能够检测执行端的力矩信息，还能够在工作中检测及控制执行端的精度，能够有效提升工具工作的精度。

工业机器人100包括多种类型，协作机器人是近年来发展迅猛的其中一种，协作机器人的控制模块至少包括两部分，即协作机器人的控制箱和协作机器人关节130处的控制单元，协作机器人的控制箱是其总控中心，能够处理协作机器人的工作信息以及根据当前的工作状况生成合适的工作指令。

工业机器人100还包括用户接口装置，用于对工业机器人100进行编程以控制其执行预设的操作。该用户接口装置包括示教器，设置于工业机器人100主体的外部并可连接至工业机器人100主体，工业机器人100包括该示教器。

在本实施例中，上述控制模块通过上述设置可以分别获得执行端的安全信息和第二安全信息，通过获取执行端的安全信息和第二安全信息，并比较在两者不一致时控制执行安全动作，以保证工业机器人工作中的安全性。优选了，为了使得工业机器人实现更好的安全性能，可以通过分别获取工业机器人关节的安全信息和第二安全信息并比较以实现。具体的，上述关节能够获取关节信息，控制模块能够根据该关节信息获取关节的安全信息；以及，上述执行端能够获取执行端信息，控制模块能够根据该执行端信息获取关节的安全信息，具体的，执行端信息包括执行端的位置、速度、力矩信息，控制模块用于根据执行端140的位置、速度、力矩信息推算得到关节的安全信息。

上述控制模块包括第一控制模块和第二控制模块，通过使用关节130的电机编码器132和电流传感器134检测关节信息，通过使用执行端的速度/加速度传感器133以及六维力/力矩传感器135检测执行端信息，使得检测工作比较独立，同时，通过第一控制模块来获取第一安全信息，以及通过第二控制模块获取第二安全信息，使得第一安全信息和第二安全信息独立的获取，具体的，第一控制模块用于根据关节信息获取关节的安全信息，以及执行端的安全信息；第二控制模块根据执行端信息获取关节的安全信息，以及执行端的安全信息。在比较第一安全信息和第二安全信息是否一致时，比较第一安全信息包括的关节的安全信息与第二安全信息包括的关节130的安全信息是否一致，以及，比较第一安全信息包括的执行端的安全信息和第二安全信息包括的执行端安全信息是否一致。通过独立的检测，以及根据检测信息独立的分别获取第一安全信息和第二安全信息，使得第一安全信息和第二安全信息的获取更加独立，本实用新型所提供的工业机器人实现安全性的效能更好。

上文所述的执行端140，为连接工业机器人100与工具200的主要部件，常见的，上述执行端140包括工具法兰142，该工具法兰142一端连接于机械臂的末端以固定至工业机器人100，另一端用于连接工具，以将该工具安装至工业机器人100。上文所述的速度/加速度传感器133包括惯性测量单元、三轴加速度计、三轴地磁计、陀螺仪、三轴速度传感器的其中至少一种。该速度/加速度传感器133设置于工业机器人执行端140，能够检测执行端信息，所述执行端信息包括执行端的位置和速度信息，控制模块处理该执行端的位置和速度信息能够得到执行端的安全信息，以及，控制模块处理执行端的位置和速度信息能够得到关节130的安全信息。通过执行端设置速度/加速度传感器133，能够根据该速度/加速度传感器133检测执行端信息，进而通过控制模块分别获得执行端安全信息和关节安全信息，该速度/加速度传感器功能复用，节约零件。

为了保证工业机器人的安全性能，通常需要对工业机器人100的关节位置、速度、力矩进行监控，在本实施例中，通过关节的电机编码器132和电流传感器134获取关节信息，控制模块根据该关节信息获取关节的安全信息，上述第一安全信息包括关节位置、速度、力矩信息，上述关节信息包括与获取第一安全信息直接或间接相关的信息，控制模块通过关节信息能够直接得到或者通过处理后间接得到关节的安全信息。以及，类似的，执行端通过速度/加速度传感器133，以及六维力/力矩传感器135得到执行端信息，控制模块根据执行端信息获取关节的安全信息，第二安全信息内容与上述第一安全信息内容实质相同，上述执行端信息包括与获取第二安全信息直接或间接相关的信息，控制模块处理该执行端信息得到第二安全信息，第二安全信息包括关节位置、关节速度、关节力矩。

在本实施例中，执行端140连接工具200以通过工具执行工作任务。工具端的安全性也是衡量工业机器人100工作安全性的重要考量因素，因此，还至少需要监测工具端的工具位置、工具速度、工具力矩。在本实施例中，通过关节的电机编码器132和电流传感器134获取关节信息，控制模块根据该关节信息获取执行端140的安全信息，所述第一安全信息包括工具位置、工具速度、工具力矩，所述关节信息包括与获取第一安全信息直接或间接相关的信息，控制模块通过计算得到执行端的安全信息。以及，类似的，通过执行端的速度/加速度传感器133，以及力/力矩传感器135得到执行端信息获取执行端的安全信息，即根据该执行端信息直接或间接得到执行端的安全信息。

在本实施例中，第一安全信息和第二安全信息分别包括两套执行端的安全信息，以及，两套关节的安全信息，具体的，第一安全信息和第二安全信息还包括其他的信息，例如，基于上述执行端的第一、第二安全信息，以及关节的第一、第二安全信息而直接或间接获得的信息，示例性的，第一安全信息和第二安全信息分别还包括：

机器人功率，即限制机器人100对环境做的最大机械功，具体的，该限制将有效负载视为机器人100而非环境的一部分，与上文类似的，第一控制模块和第二控制模块分别计算机器人100功率，并在两者不一致时执行安全动作。

机器人动量，即限制最大机器人动量，与上文类似的，第一控制模块和第二控制模块分别计算机器人动量，并在两者不一致时执行安全动作。

机器人停止距离，即限制当停止机器人工具或肘部可移动的最大距离，与上文类似的，第一控制模块和第二控制模块分别计算机器人100停止距离，并在两者不一致时执行安全动作。

机器人停止时间，即限制让机器人停止需要花费的最长时间，比如：当紧急停止激活时，与上文类似的，第一控制模块和第二控制模块分别计算机器人100停止时间，并在两者不一致时执行安全动作。

机器人紧急停止，即检测机器人紧急停止的信息，与上文类似的，第一控制模块和第二控制模块分别获取机器人紧急停止信息，并在两者不一致时执行安全动作。

机器人保护停止，即在输入引脚低且机器人处于自动模式时执行保护停止，与上文类似的，第一控制模块和第二控制模块分别获取机器人保护停止信息，并在两者不一致时执行安全动作。

机器人移动数字输出，即获取机器人移动数字输出信息，与上文类似的，第一控制模块和第二控制模块分别获取机器人移动数字输出信息，并在两者不一致时执行安全动作。

机器人未停止数字输出，即获取机器人未停止状态下的数字输出，与上文类似的，第一控制模块和第二控制模块分别获取机器人未停止数字输出，并在两者不一致时执行安全动作。

机器人模式区减小，即获取机器人模式区减小信息，与上文类似的，第一控制模块和第二控制模块分别获取机器人模式区减小信息，并在两者不一致时执行安全动作。

以上安全信息是对工业机器人领域通常需要获取及判断以执行安全动作的常用信息，不是对所有安全信息的列举，本实用新型的保护范围应该以权利要求书限定的为准。

以上实施例的有益效果是：工业机器人独立检测关节信息以及执行端信息，并独立获取第一安全信息和第二安全信息，比较两者不一致时控制执行安全动作，使得工业机器人安全性能较好。同时，仅在执行端140设置速度/加速度传感器以及六维力/力矩传感器，使得工业机器人的零件减少，降低机器人成本。同时，选用六维力/力矩传感器设置于执行端，使得在满足安全性要求的基础上，有效提升工具工作的精度。

应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种工业机器人，包括：

底座，用于承载所述工业机器人；

机械臂，连接于底座，所述机械臂包括两个及以上机械臂部分；

关节，用于连接相邻的所述机械臂部分；

执行端，一端连接于机械臂的末端，另一端可以连接工具以通过机械臂带动工具执行工作任务；

其特征在于，所述关节包括电机编码器和电流传感器，用以检测关节信息；

所述执行端包括速度/加速度传感器以及六维力/力矩传感器，用以检测执行端信息；

所述工业机器人还包括：控制模块，电连接于所述关节和所述执行端，所述控制模块包括第一控制模块和第二控制模块，所述第一控制模块用于根据所述关节信息获取第一安全信息，所述第一安全信息包括执行端的安全信息；

所述第二控制模块用于根据所述执行端信息获取第二安全信息，所述第二安全信息包括执行端的安全信息；所述控制模块用于比较所述第一安全信息和所述第二安全信息不一致时控制所述工业机器人执行安全动作，其中所述第一安全信息和第二安全信息分别用于表征机器人运行的安全性。

2.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述控制模块用于：根据关节信息获取第一安全信息，所述第一安全信息包括关节的安全信息；根据执行端信息获取第二安全信息，所述第二安全信息包括关节的安全信息。

3.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述速度/加速度传感器包括惯性测量单元、三轴加速度计、三轴地磁计、陀螺仪、三轴速度传感器的其中至少一种。

4.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述执行端包括工具法兰，用于将工具安装至所述工业机器人。

5.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述第一安全信息和第二安全信息分别包括工具位置、速度、力矩。

6.根据权利要求2所述的工业机器人，其特征在于，所述第一安全信息和第二安全信息分别包括关节位置、速度、力矩。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的工业机器人，其特征在于，所述第一安全信息和第二安全信息还包括：机器人功率、机器人动量、机器人停止距离、机器人停止时间、紧急停止、保护停止、机器人移动数字输出、机器人未停止数字输出、模式区减小。

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