本公开总体上涉及工业机器人的安全。具体地，提供了处理工业机器人的安全的方法、用于处理工业机器人的安全的控制系统以及机器人系统。
背景技术：
1、机器人系统可以包括在环境中操作的一个或若干工业机器人。在一些机器人系统中，环境被物理围栏包围，例如为了保护人类免受工业机器人的伤害。
2、作为物理围栏的替代方案，一些机器人系统采用虚拟安全边界来提供安全配置。每个虚拟安全边界通常与一个条件相关联，例如工业机器人不得通过虚拟安全边界。在这种情况下，机器人系统还可以包括监测系统，该监测系统监督工业机器人相对于虚拟安全边界的位置和移动。如果工业机器人违反了安全配置，则监测系统可以自动停止工业机器人以避免事故。
3、us2016207198 a1公开了一种用于验证定位在环境中的可移动机械单元的一个或多个安全体积的方法，其中关于机械单元和机械单元的环境定义了世界坐标系。该方法包括存储关于世界坐标系定义的一个或多个安全体积的描述，并且重复地：确定便携式显示单元关于世界坐标系的位置和定向；基于安全体积的描述以及便携式显示单元的位置和定向来确定安全体积的图形表示；将安全体积的图形表示叠加在真实机械单元及其环境的视图上，以提供复合的增强现实图像；以及在便携式显示单元上显示增强现实图像。
技术实现思路
1、可以在虚拟环境中生成并且可视化包括虚拟安全边界的安全配置。然而，在物理环境中，虚拟安全边界对人类来说是看不见的。因此，手动验证虚拟安全边界是否已关于工业机器人和物理环境中的任何障碍物正确定位通常是具有挑战性的。这种障碍物的示例包括围栏、墙壁、桌子和各种其他设备。
2、在虚拟环境中生成的虚拟安全边界可能并不总是如在物理环境中预计的那样定位。造成这种情况的原因可能有很多，例如其中包括任何障碍物的环境没有足够准确地建模。如果工业机器人开始基于与真实环境不对应的虚拟环境进行操作，则可能发生严重事故。出于这个原因，安全配置通常在发起工业机器人的预期操作之前由集成商进行验证。然而，当建立包括工业机器人的自动化单元时，对安全配置的验证是非常耗时的步骤。因此，在虚拟环境中设计安全配置可以相当快地进行，但是验证虚拟设计与真实设计正确匹配是非常耗时的，并且因此是昂贵的。
3、本公开的一个目的是提供一种处理工业机器人的安全的改进方法。
4、本公开的另一目的是提供一种处理工业机器人的安全的方法，该方法能够改进对物理环境中的虚拟安全边界的位置的验证。
5、本公开的又一目的是提供一种处理工业机器人的安全的方法，该方法能够提高用于验证物理环境中的虚拟安全边界的位置的自动化水平。
6、本公开的又一目的是提供一种处理工业机器人的安全的方法，该方法能够鉴于工业机器人的保护性停止来改进安全处理。
7、本公开的又一目的是提供一种处理工业机器人的安全的方法，该方法是成本有效的。
8、本公开的又一目的是提供一种处理工业机器人的安全的方法，该方法不那么复杂。
9、本公开的又一目的是提供一种处理工业机器人的安全的方法，该方法有效地创建工业机器人的虚拟安全边界。
10、本公开的又一目的是提供一种处理工业机器人的安全的方法，该方法组合地解决了若干或全部前述目的。
11、本公开的又一目的是提供一种用于处理工业机器人的安全的控制系统，该控制系统解决一个、若干或全部前述目的。
12、本公开的又一目的是提供一种机器人系统，该机器人系统解决一个、若干或全部前述目的。
13、根据第一方面，提供了一种处理工业机器人的安全的方法，该方法包括：提供与工业机器人相关定义的至少一个虚拟安全边界，其中每个虚拟安全边界与工业机器人要满足的条件相关联；借助于环境传感器获得工业机器人的物理环境的环境数据；由控制系统基于环境数据来确定障碍物在环境中的障碍物位置；以及由控制系统评估每个虚拟安全边界相对于障碍物位置的边界位置。
14、通过使用控制系统基于环境数据评估每个虚拟安全边界关于环境中的一个或多个障碍物的边界位置，可以自动验证物理环境中的一个或多个边界位置。通过自动化该验证，可以节省大量时间。由于减少了验证花费的时间，也减少了成本。
15、工业机器人可以包括静止基座和在相对于基座的三个或多个轴上可移动的机械手，诸如在六个或七个轴上。
16、一个或多个虚拟安全边界可以在虚拟环境中生成。一个或多个虚拟安全边界可以作为安全配置或作为安全配置的一部分发送到机器人系统的控制系统。在工业机器人的操作期间，每个虚拟安全边界可以在环境中是静止的。因此，工业机器人可以相对于至少一个虚拟安全边界可移动。备选地或另外，每个虚拟安全边界可以被竖直定向，例如从地板竖直延伸。
17、至少一个虚拟安全边界可以定义虚拟安全区域。虚拟安全区域例如可以是环境中的二维或三维区域。虚拟安全区域可以至少部分地包围工业机器人和/或环境中的障碍物。
18、每个虚拟安全边界可以是一个表面。该表面可以是各种形状，包括弯曲表面和平面表面。根据一个示例，一个虚拟安全边界可以是圆柱形的以包围工业机器人。
19、条件可以是各种类型的。当条件被触发时，可以对工业机器人施加约束。根据一个示例，该条件包括工业机器人的停止。根据又一示例，该条件包括工业机器人的操作参数的限制。操作参数的示例包括速度、加速度、力、扭矩、温度和有效载荷。根据又一示例，当除工业机器人之外的物体出现在虚拟安全边界与工业机器人之间时，工业机器人被速度限制或停止。
20、该方法可以用根据本公开的任何类型的机器人系统来执行。机器人系统可以包括监测系统。监测系统可以被配置为监测工业机器人相对于至少一个虚拟安全边界的移动。监测系统可以提供监测功能，如果工业机器人违反与虚拟安全边界相关联的条件，则监测功能可以进行干预以在操作期间停止工业机器人。监测系统可以包括监测控制器和用于监测环境的监测设备。
21、环境传感器可以包括电磁传感器(诸如雷达或激光雷达)或者光传感器(诸如相机)。相机可以是二维的或三维的。
22、评估可以包括评估关于障碍物的边界位置和至少一个标准。该方法还可以包括基于评估来批准或不批准边界位置。该方法还可以包括在批准边界位置时使用虚拟安全边界来操作工业机器人。
23、对边界位置的评估可以包括确定是否有任何障碍物被定位在工业机器人与虚拟安全边界之间。因此，该评估可以包括确定是否有任何障碍物被定位在虚拟安全边界内。在这方面，虚拟安全边界的内部方向是朝向工业机器人的方向。相反，虚拟安全边界的外侧方向是远离工业机器人的方向。
24、对边界位置的评估可以包括当虚拟安全边界被定位在工业机器人与障碍物之间时，确定虚拟安全边界与障碍物之间的安全距离。因此，该方法可以包括确定是否有任何障碍物被定位在虚拟安全边界之外，以及确定到该障碍物的安全距离。
25、至少一个条件可以包括工业机器人的保护性停止。在这种情况下，对边界位置的评估还可以包括鉴于工业机器人的针对保护性停止的制动距离来评估安全距离。对安全距离的评估可以包括将安全距离和制动距离与公共虚拟安全边界进行比较。在制动距离大于安全距离的情况下，当工业机器人触发保护性停止时，存在工业机器人与障碍物碰撞的风险。如果制动距离等于或小于安全距离，则消除了碰撞的风险。这提供了对工业机器人的安全配置的非常有效的评估。保护性停止的制动距离可以例如基于模拟来确定。最坏的情况可以被用于这些模拟，例如通过在触发保护性停止时使用工业机器人的最大速度和/或最大有效载荷。备选地，例如基于工业机器人的额定值和/或一个或多个操作参数，可以为制动距离设置固定值。
26、根据第二方面，提供了一种处理工业机器人的安全的方法，该方法包括：借助于环境传感器获得工业机器人的物理环境的环境数据；由控制系统基于环境数据来确定障碍物在环境中的障碍物位置；以及由控制系统基于障碍物位置来定义与工业机器人相关的至少一个虚拟安全边界，该至少一个虚拟安全边界与工业机器人要满足的条件相关联。
27、环境传感器可以由工业机器人携带。在这种情况下，该方法还可以包括在环境中移动工业机器人，以借助于环境传感器获得环境数据。
28、当执行根据该变型的方法时，可以可选地暂时中止监测功能。通过这种方式，工业机器人可以在不触发监测系统干预的情况下移动通过每个虚拟安全边界。
29、然而，也可以在工业机器人外部提供一个或多个环境传感器。例如，多个静止的环境传感器(诸如相机)可以被布置为监测环境以提供环境数据。
30、根据第三方面，提供了一种用于处理工业机器人的安全的控制系统，该控制系统包括至少一个数据处理设备和至少一个存储器，在至少一个存储器上存储有至少一个计算机程序，该至少一个计算机程序包括程序代码，在由至少一个数据处理设备执行时，该程序代码使至少一个数据处理设备执行以下步骤：提供与工业机器人相关定义的至少一个虚拟安全边界，其中每个虚拟安全边界与工业机器人要满足的条件相关联；从环境传感器获得工业机器人的物理环境的环境数据；基于环境数据确定障碍物在环境中的障碍物位置；以及评估每个虚拟安全边界相对于障碍物位置的边界位置。至少一个计算机程序还可以包括程序代码，在由至少一个数据处理设备执行时，该程序代码使至少一个数据处理设备执行或命令执行本文描述的任何步骤。
31、对边界位置的评估可以包括确定是否有任何障碍物被定位在工业机器人与虚拟安全边界之间。
32、对边界位置的评估可以包括当虚拟安全边界被定位在工业机器人与障碍物之间时，确定虚拟安全边界与障碍物之间的安全距离。
33、至少一个条件可以包括工业机器人的保护性停止。在这种情况下，对边界位置的评估还可以包括鉴于工业机器人的针对保护性停止的制动距离来评估安全距离。
34、根据第四方面，提供了一种用于处理工业机器人的安全的控制系统，该控制系统包括至少一个数据处理设备和至少一个存储器，在至少一个存储器上存储有至少一个计算机程序，该至少一个计算机程序包括程序代码，在由至少一个数据处理设备执行时，该程序代码使至少一个数据处理设备执行以下步骤：从环境传感器获得工业机器人的物理环境的环境数据；基于环境数据确定障碍物在环境中的障碍物位置；以及基于障碍物位置来定义与工业机器人相关的至少一个虚拟安全边界，该至少一个虚拟安全边界与工业机器人要满足的条件相关联。至少一个计算机程序还可以包括程序代码，在由至少一个数据处理设备执行时，该程序代码使至少一个数据处理设备执行或命令执行本文描述的任何步骤。
35、在第三方面和第四方面中的任何一个中，环境传感器可以由工业机器人携带。在这种情况下，至少一个计算机程序可以包括程序代码，在由至少一个数据处理设备执行时，该程序代码使至少一个数据处理设备执行以下步骤：命令工业机器人在环境中移动以借助于环境传感器获得环境数据。
36、根据第五方面，提供了一种机器人系统，包括工业机器人、环境传感器和根据第三方面和/或第四方面的控制系统。工业机器人和环境传感器中的每一个可以是本文描述的任何类型。
37、环境传感器可以由工业机器人携带。备选地，机器人系统可以包括一个或多个外部环境传感器，静止的或者可移动的。
1.一种处理工业机器人(12)的安全的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中对所述边界位置的评估包括：确定是否有任何障碍物(50)被定位在所述工业机器人(12)与所述虚拟安全边界(44a-44d)之间。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中对所述边界位置的评估包括：当所述虚拟安全边界(44a-44d)被定位在所述工业机器人(12)与所述障碍物(50)之间时，确定所述虚拟安全边界(44a-44d)与所述障碍物(50)之间的安全距离(52)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述至少一个条件(46a-46d)包括所述工业机器人(12)的保护性停止，并且其中对所述边界位置的所述评估还包括：鉴于所述工业机器人(12)针对所述保护性停止的制动距离来评估所述安全距离(52)。
5.一种处理工业机器人(12)的安全的方法，所述方法包括：
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述环境传感器(30)由所述工业机器人(12)携带。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：在所述环境(16)中移动所述工业机器人(12)，以借助于所述环境传感器(30)获得所述环境数据(48)。
8.一种用于处理工业机器人(12)的安全的控制系统(14a，14b)，所述控制系统(14a，14b)包括至少一个数据处理设备(32a，32b)和至少一个存储器(34a，34b)，在所述至少一个存储器(34a，34b)上存储有至少一个计算机程序，所述至少一个计算机程序包括程序代码，在由所述至少一个数据处理设备(32a，32b)执行时，所述程序代码使所述至少一个数据处理设备(32a，32b)执行以下步骤：
9.根据权利要求8所述的控制系统(14a，14b)，其中对所述边界位置的评估包括：确定是否有任何障碍物(50)被定位在所述工业机器人(12)与所述虚拟安全边界(44a-44d)之间。
10.根据权利要求8或9所述的控制系统(14a，14b)，其中对所述边界位置的评估包括：当所述虚拟安全边界(44a-44d)被定位在所述工业机器人(12)与所述障碍物(50)之间时，确定所述虚拟安全边界(44a-44d)与所述障碍物(50)之间的安全距离(52)。
11.根据权利要求10所述的控制系统(14a，14b)，其中所述至少一个条件(46a-46d)包括所述工业机器人(12)的保护性停止，并且其中对所述边界位置的所述评估还包括：鉴于所述工业机器人(12)针对所述保护性停止的制动距离来评估所述安全距离(52)。
12.一种用于处理工业机器人(12)的安全的控制系统(14a，14b)，所述控制系统(14a，14b)包括至少一个数据处理设备(32a，32b)和至少一个存储器(34a，34b)，在所述至少一个存储器(34a，34b)上存储有至少一个计算机程序，所述至少一个计算机程序包括程序代码，在由所述至少一个数据处理设备(32a，32b)执行时，所述程序代码使所述至少一个数据处理设备(32a，32b)执行以下步骤：
13.根据权利要求8至12中任一项所述的控制系统(14a，14b)，其中所述环境传感器(30)由所述工业机器人(12)携带，并且其中所述至少一个计算机程序包括程序代码，在由所述至少一个数据处理设备(32a，32b)执行时，所述程序代码使所述至少一个数据处理设备(32a，32b)执行以下步骤：命令所述工业机器人(12)在所述环境(16)中移动以借助于所述环境传感器(30)获得所述环境数据(48)。
14.一种机器人系统(10a；10b)，包括工业机器人(12)、环境传感器(30；54)和根据权利要求8至13中任一项所述的控制系统(14a，14b)。
15.根据权利要求14所述的机器人系统(10a；10b)，其中所述环境传感器(30)由所述工业机器人(12)携带。
