用于保护机控式操作设备的装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种对具有运动部件的机控式操作设备进行保护的装置，配有对操作设备作业空间内的物体进行探测的安全传感器，且配有能够与操作设备控制器协同工作并且根据安全传感器的信号对操作设备的与安全相关的功能进行控制的安全控制系统；安全传感器包含非接触式接近传感器，因此通过接近传感器的探测范围，对操作设备作业空间的与安全相关的部分进行探测。本发明专利技术还涉及一种方法，即利用安全传感器分区探测操作设备作业空间内是否有人员和／或者物体存在的信息，并将其发送给安全控制系统；同时还可将各区段操作设备运动部件的位置信息从操作设备发送给安全控制系统；安全控制系统可以与操作设备控制器协同工作，并根据各区段中的这两种信息对操作设备的与安全相关的功能进行控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种按权利要求1前序部分所述的用于保护有运动部件的机控式操作设备的装置；并且还涉及一种按权利要求15前序部分所述的用于保护具有运动部件的机控式操作设备的方法。根据欧洲教学工具出版社(Europa Lehrmittel Verlag)1996年出版的第二版“生产自动化技术(Automatisierungstechnik in der Fertigung)”(ISBN3-8085-5152-6)一文中第317页至第318页上的定义，操作设备这一术语既可以指编有固定程序的机控式拾-放(Pick-and-Place)设备，例如用于给压机上料、装配批量生产的产品、或者用于对批量产品进行包装的设备；也可指具有多根轴线、可对其运动顺序及运动轨迹进行任意编程的通用型机械手，即所谓的工业机器人。在许多工业领域中均会用到工业机器人。机器人可搬运沉重的部件、在有害健康的环境中工作，由于具有极高的重复精度，因此最适合于将其用来高速执行可重复的工艺流程，并且在维护阶段之前可一直保持工作状态。为了保证处于这种操作设备附近的人员得到安全保护，职业保险联合会(Berufsgenossenschaft)已经颁布了明确而又严格的人身安全保护规范。在贯彻这些规范的过程中，现有技术水准下大多采用围绕着操作设备区域的隔离保护装置。可借助一种机械式栅栏将危险区隔离。这样就能阻止接近正在运转的机器系统，因为隔离保护装置可将操作人员与设备分离开来。在工业领域中均使用此类安全系统，因其能够最大程度地保证安全，且实现起来也较为容易。通向被隔离设备的入口必须有适当的构造，以阻止有人不经意接近机器。此处通常使用的是防护门，可借助一种开关将防护门的状态(敞开或者关闭)发送给紧急停机控制系统，并且可以由此使机器的工作流程停止。作为防护栅栏的替代方案，还可使用通过光栅或者激光扫描器构成的光阑或光幕。它们可立即关闭机器，或者使其进入安全状态，例如当有物体阻断光束时，就会切换到极其缓慢的运动方式。如果设备上装备有隔离保护装置，就必须让指定人员来验收配置的安全性是否合格。此外，栅栏尤其会使机器人在某些应用中的灵活性操作受到妨碍，因为当移动机器人的位置时，必须重新调整栅栏，且必须重新用安全开关来布线。这就会造成额外花费，并延长装调时间。这尤其适用于那些可以移动到不同位置进行灵活作业的设备、即可移动的机器人系统，因为危险区也会随着工业机器手位置的移动而变化，所以必须重新配置隔离保护装置，且要重新进行验收。因此非常不利于灵活应用工业机器人系统。此外，隔离保护装置还会妨碍人机交流。在某些情况下，还有可能会因为操作舒适性的需要，而取消安全功能。这就会使得所有安全功能均丧失作用，从安全技术角度来看，这是一种不可接受的状况。由DE10152543公布了一种可对机器安全重要的功能进行控制的方法和装置，即由至少一个具有位置与时间分辨能力的传感器对监控区进行监控。利用该传感器来识别人的位置、运动方向和/或者运动速度。以安全界限或者安全区来限定危险区，并且规定与机器之间的安全距离。当有人进入危险区时，就会激活对安全重要的功能，例如紧急停机。根据情况由位置、运动方向和/或者运动速度来灵活确定安全界限的位置以及/或者安全区的扩大范围。使用摄像机或者激光扫描器作为具有位置和时间分辨能力的传感器。该传感器对包括机器人操作臂在内的整个作业区域进行监控。在分析单元中根据传感器信号算出位置、运动方向和/或者运动速度。在DE10152543A1中没有对具体应用方法进行详细说明，专业人士当然可以从中领会到这是相当复杂的实时图象处理方法，为此对分析单元运算能力以及硬件的要求和花费均非常高。需要使用专门的目标分类识别系统对人和物体加以区别，并据此调整与安全相关的功能。对运算能力以及硬件的要求与花费也非常高。此外，DE10152543所述的系统并不适用于移动机器人，因为每次更换位置时，均必须重新对摄像机进行调整、设置，操作工的工作负担非常大。因此本专利技术的任务就在于，在现有技术水准条件下，提供一种可对装卸机械、尤其是机器人周围的作业空间进行监控的装置与方法，从而摒弃迄今为止所使用的防护栅栏，但仍然最大程度地保持操作人员的工作安全性，且这种装置应当构造简单，并可适用于移动机器人系统。该任务在装置方面可通过具有权利要求1所述特征性特征解决，并且在方法方面通过权利要求15所述特征性特征解决。本专利技术所述的安全传感器包括非接触式接近传感器，因此可通过接近传感器的探测范围对操作设备作业空间的安全相关部分进行探测。在本专利技术的一种优选设计方案中，安全传感器也可以由具有位置和时间分辨能力的传感器与非接触式接近传感器组合而成，或者由具有位置与时间分辨能力的传感器、非接触式接近传感器、机械式限位开关或接触垫组合而成。接近传感器可以将其相应探测范围内是否存在物体的信息以及物体与相应传感器之间的距离信息发送给安全控制系统。在按本专利技术的装置的另一种非常优选的设计方案中，如果物体处在相距接近传感器的某一个允许距离范围内，则接近传感器就不会将其探测范围内存在物体的信息发送给安全控制系统。因此迄今为止所使用的防护栅栏可以摒弃不用。但在加装按本专利技术的装置时，不必拆除既有的防护栅栏。如此可进一步提高安全性。接近传感器可以是操作距离可灵活调节的接近开关，从而可将其关于监控范围内存在目标的信息以及目标与接近传感器的距离处于相应设置的操作距离内的信息发送给安全控制系统。在按本专利技术装置的一种特别优选的设计方案中，将作业空间的与安全相关的部分可以划分为若干扇形区段，其中每一个扇形区段均配有一个非接触式接近传感器或者具有位置和时间分辨能力的传感器作为扇形区段监控传感器，其探测范围正好对应于其所属的扇形区段。每一个分配给接近传感器的扇形区段均划分为至少两个具有不同安全等级(Sichertheitsrelevant)的区域，且该安全等级与到操作设备运动部件的距离相对应。尤其优选在按本专利技术的装置中，每一个分配有接近传感器的扇形区段均划分为作业区、安全区和危险区，且当危险区内有人时，就会关闭操作设备；而当安全区内有人时，操作设备就会切换到低速安全运行模式。接近传感器可以包括超声波传感器或者微波传感器。操作设备可以是一种可任意编程的工业机器人。在这种实施方式中，可用非常有益的方式将安全传感器安装在机器人底座上，这样就可从底座开始，从内向外对机器人的作业空间进行监控。可以由机器人轴线上的位置传感器采集机器人操作臂的位置信息，并将其发送给安全控制系统。在一种按本专利技术的用于对具有运动部件的机控式操作设备进行保护的方法中，采用一种安全传感器来探测操作设备作业空间内的物体，且安全控制系统与操作设备的控制器协同工作，并由安全控制系统根据安全传感器的信号对操作设备的安全相关功能进行控制。由安全传感器采集操作设备作业空间内各区段中是否有人和/或者物体存在的信息，并将其发送给安全控制系统。此外，还可将操作设备运动部件在各区段中的位置信息从操作设备发送给安全控制系统，并且由安全控制系统与操作设备控制器协同工作，并且由安全控制系统根据这两种信息对各区段中操作设备的安全相关的功能进行控制。尤其是操作设备可以是一种可任意编程的工业机器人，其作业空间可分为若干扇形区段本文档来自技高网...

【技术保护点】
对具有活动部件的机控式操作设备进行保护的装置，该装置设有一对操作设备作业空间内的物体进行探测的安全传感器，且设有一与操作设备控制器协同工作的、并且在此根据安全传感器的信号对与安全相关的操作设备功能进行控制的安全控制系统；其特征在于，所述安全传感器包含非接触式接近传感器，因此通过接近传感器的探测范围，对操作设备作业空间的与安全相关的部件进行探测。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R默特，B马蒂阿斯，S科克，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]