本发明涉及工业机器人，其包含：机械手(2)；控制单元(3)，用于控制所述机械手；便携式操作单元(4)，用于教导和人工操作所述机器人，所述操作单元适合于与所述控制单元无线通信并且包含操作员控制装置(9)。可以利用用于发送和/或接收的冗余软件过程无线地进行传输。本发明通过确保操作员处在规定的操作区域之内而增大了安全性。
1.一种具有工业机器人(1)的工业机器人系统，其包含：机械手(2)；控制单元(3)，用于控制所述机械手；至少一个便携式操作员控制设备TPU(4)，用于教导和人工操作所述机器人，所述TPU(4)适合于与所述控制单元(3)通信，其特征在于，所述系统包含：被提供为确定所述TPU(4)的位置的位置确定装置(7)以及提供用于控制紧急停止信号、使能状态和/或复位的通信的冗余软件程序的装置，其中任何的发送和/或接收侧的软件冗余(A’，B’)由两个或更多的多重软件程序来执行，所述多重软件程序执行相同的功能，但是每个用不同的计算机语言书写和/或使用不同的编程技术形成，以及其中，所述系统被配置成丢弃来自冗余的软件功能中之一的重复的消息。
2.根据权利要求1所述的工业机器人系统，其特征在于，由多重和冗余的软件程序过程来处理发送的信号。
3.根据权利要求1-2中的任何项所述的工业机器人系统，其特征在于，由多重和冗余的软件程序过程来处理接收的信号。
4.根据权利要求1所述的工业机器人系统，其特征在于，所述位置确定装置(7)包含被设置为向所述TPU(4)发送无线电信号(18)的至少一个基准站(8)。
5.根据权利要求4所述的工业机器人系统，其特征在于，所述位置确定装置(7)包含用于从所述TPU(4)接收发送的应答信号(20，21，22，23)的至少一个接收装置(14，15，16，
6.根据权利要求5所述的工业机器人系统，其特征在于，所述接收装置(14，15，16，17)包含天线装置(32)。
7.根据权利要求5或6所述的工业机器人系统，其特征在于，所述基准站(8)包含所述接收装置(14)。
8.根据权利要求1所述的工业机器人系统，其特征在于，所述控制单元(3)可操作为限定工作区域(A)。
9.根据权利要求5或6所述的工业机器人系统，其特征在于，所述位置确定装置(7)包含用于测量发送所述无线电信号(18)和接收所述应答信号之间的时间的装置(13a)。
10.根据权利要求1所述的工业机器人系统，其特征在于所述装置被设置为取决于预定数目的时间部分一旦接收失败就停止机器人。
11.根据权利要求5或6所述的工业机器人系统，其特征在于，所述位置确定装置(7)包含用于测量所述发送的无线电信号(18)和所述接收的应答信号之间的方向/角度的装置(13b)。
12.根据权利要求1或2所述的工业机器人系统，其特征在于，所述机器人系统包含用于指示数据链路(5)的当前模式的指示装置(42)。
13.根据权利要求1所述的工业机器人系统，其特征在于，所述控制单元(3)包括用于处理所述冗余软件程序的处理器(37)。
14.根据权利要求12所述的工业机器人系统，其特征在于，所述指示装置(42)可操作为通过触觉反馈身体地指示所述数据链路(5)的通信失败，所述触觉反馈在操作期间通过接触感觉发给持有所述操作员控制设备(4)的操作员的身体(47)。
15.根据权利要求14所述的工业机器人系统，其特征在于，所述指示装置(45)被设置为通过振动主动地指示。
16.根据权利要求15所述的工业机器人系统，其特征在于，所述指示装置(48)被设置为通过弹性装置被动地指示，所述弹性装置可操作为向操作员控制装置(41)的运动引入机械阻力。
17.根据权利要求12所述的工业机器人系统，其特征在于，所述数据链路(5)是无线数据链路。
18.根据权利要求12所述的工业机器人系统，其中，所述数据链路(5)是在任何的发送和/或接收侧装备有软件冗余(A’，B’)的无线数据链路。
19.根据权利要求18所述的工业机器人系统，其特征在于，任何的发送和/或接收侧的所述软件冗余(A’，B’)由相同软件程序的多重实例来执行。
20.一种用于控制具有工业机器人(1)的工业机器人系统的方法，所述工业机器人系统包含：机械手(2)；控制单元(3)，其包含用于控制所述机械手的处理器；至少一个便携式操作员控制设备TPU(4)，用于教导和人工操作所述机器人，所述TPU(4)适合于经由数据链路(5)与所述控制单元(3)通信，其特征在于，冗余软件程序被提供用于控制紧急停止信号、使能状态或复位的通信，其中任何的发送和/或接收侧的冗余软件程序由两个或更多的多重软件程序来执行，所述多重软件程序执行相同的功能，但是每个用不同的计算机语言书写和/或使用不同的编程技术形成，其中丢弃来自冗余的软件功能中之一的重复的消息，并且特征在于执行以下操作：规定所述TPU的工作区域(A)，确定所述TPU(4)的位置(x，y)，一旦所述TPU处于所述工作区域(A)之外，就实施断开所述数据链路(5)；一旦所述TPU处于所述工作区域(A)之内，就实施连接所述数据链路(5)。
21.根据权利要求20的方法，其特征在于，由所述发送侧的多重和冗余的软件程序来处理TPU位置的发送。
22.根据权利要求20-21中的任何项所述的方法，其特征在于，由所述接收侧的多重和冗余的软件程序来处理TPU位置的发送。
23.根据权利要求20的方法，其特征在于，使所述工业机器人系统中包括的位置确定装置(7)向所述TPU(4)发送无线电信号(18)。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，使所述位置确定装置(7)从所述TPU(4)接收至少一个发送的应答信号(19，20，21，22)。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，使所述位置确定装置(7)测量发送所述无线电信号(18)和接收所述发送的应答信号(20，21，22，23)之间的时间。
26.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述工业机器人系统中包括的用于释放的装置取决于预定数目的时间部分、一旦接收失败就停止所述机器人。
27.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，使所述位置确定装置(7)测量所述TPU和被设置成向TPU(4)发送所述无线电信号(18)且包括在所述位置确定装置(7)中的基准站(8)之间的距离。
28.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，使所述位置确定装置(7)测量所述TPU和被设置成向TPU(4)发送所述无线电信号(18)且包括在所述位置确定装置(7)中的基准站(8)之间的方向。
29.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，使所述位置确定装置(7)测量所述TPU和被设置成向TPU(4)发送所述无线电信号(18)且包括在所述位置确定装置(7)中的基准站(8)之间的方向和距离两者。
30.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于，持续地确定所述TPU(4)的位置。
31.根据权利要求20或21所述的方法，其中，所述控制单元(3)可操作为断开所述数据链路(5)。
32.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述控制单元(3)包括用于处理所述冗余软件程序的处理器(37)。
33.一种根据权利要求1-19中任一项所述的工业机器人系统的应用，用于维持包括下列中的任何的工作场所中的安全操作：焊接站、涂漆操作、装配操作、拾取与放置操作。
34.一种根据权利要求20-31中任一项所述的方法的应用，用于维持包括下列中的任何的工作场所中的安全操作：焊接站、涂漆操作、装配操作、拾取与放置操作。
35.一种用于具有工业机器人(1)的工业机器人系统的机器人控制器(3’)，所述工业机器人系统包含：机械手(2)；控制单元(3)，用于控制所述机械手；至少一个便携式操作员控制设备TPU(4)，用于教导和人工操作所述机器人，所述便携式操作员控制设备TPU(4)适合于与所述控制单元(3)通信，并且所述便携式操作员控制设备(4)被设置为包含人工操作的使能装置，其当持续起动时允许所述机器人和/或相关设备(64，65，74，75)运动，所述机器人控制器的特征在于任何的发送和/或接收侧的多重和冗余的软件过程由两个或更多的多重软件程序来执行，所述多重软件程序执行相同的功能，但是每个用不同的计算机语言书写和/或使用不同的编程技术形成，以及其中，所述控制器被配置成丢弃来自冗余的软件功能中之一的重复的消息，或特征在于通信数据生成电路，其基于所述使能装置的操作分别生成表达使能装置状态命令的通信数据，并且其基于针对所述装置的操作分别生成表达使能状态命令的通信数据；以及发送装置，其发送表达所述使能状态命令的通信数据并通过无线网络通信将表达所述使能状态命令的通信数据发送到所述控制单元；并且其当接收到甚至单组由所述多重软件程序或通信数据生成电路所生成的表达使能状态命令的通信数据时，允许所述机器人或相关设备(64，65，74，75)的可选择地运动和紧急停止。
36.根据权利要求35所述的机器人控制器，其特征在于，所述便携式操作员控制设备TPU(4)包含接收通信数据的接收装置，其包含多个通信数据接收软件过程或通信数据接收电路。
37.根据权利要求35所述的机器人控制器，其特征在于包含：控制部分(3)，用于控制至少一个工业机器人或相关设备(64，65，74，75)；以及便携式操作设备(4)，其被设置为通过至少一个无线网络来相互通信，其中所述便携式操作设备包含人工操作的使能设备，其当持续起动时，允许所述机器人和/或所述相关设备(64，65，74，75)运动。
38.根据权利要求35的机器人控制器，其特征在于，所述控制单元包括用于处理所述多重软件程序的处理器装置(37)。
39.根据权利要求35所述的机器人控制器，其特征在于多个通信数据生成软件过程或通信数据生成电路，其包含从所述发送装置接收表达使能状态命令的通信数据的接收装置；其中所述接收装置根据所述接收的使能状态命令将所述机器人或相关设备(64，65，
74，75)置于使能状态下，并且其只要在包含刚刚超过整个时隙的若干时间部分的监视时间之内已接收到正确信息，就允许所述机器人或相关设备(64，65，74，75)运动。
40.根据权利要求35所述的机器人控制器，其特征在于被设置为取决于预定数目的时间部分一旦接收失败就停止所述机器人的装置。
41.根据权利要求35所述的机器人控制器，其特征在于包含用于激活所述机器人和/或相关设备(64，65，74，75)的紧急停止状态的装置。
具有便携式操作员控制设备的工业机器人系统
技术领域
[0001] 本发明涉及工业机器人系统，该系统包括机械手和具有用于自动操作所述机械手的装置的控制单元。操作员控制设备连接到控制单元，所述控制设备具有用于教导和人工操作机械手的装置并且可以是便携式的。本发明还涉及用于控制工业机器人系统的方法。特别地，本发明涉及通信控制。具体地，本发明涉及无线教导悬架单元(teach pendantunit)。
[0002] 操作员控制设备是在下文中称为教导悬架单元(TPU)的便携式操作员控制设备。TPU通常包含操作员控制装置和可视显示单元。操作员控制装置通常是操纵杆、球、一组按钮或这些的任何组合。
背景技术
[0003] 工业机器人被编程为沿着操作路径执行工作或工作循环。为了将机器人编程以工作循环或向机器人教导工作循环，将机器人操纵到沿着所需操作路径的位置。这些位置作为指令存储在控制单元中的存储器中。诸如所需机器人运动速度的其他信息也可以存储在存储器中。在机器人的操作期间，执行程序指令，从而使机器人如所需的那样操作。
[0004] 以至少两种模式操作机器人：自动和人工。通过切换控制单元上的控制面板上的模式选择器按键，进行机器人将以其操作的模式的选择。当机器人处于人工模式下时，TPU具有操作机器人的独占的权利，并且因此不允许其他的操作控制设备或控制单元控制机器人。
[0005] 工业机器人通常放置在机器人室中，以有利于安全条件下的一系列复杂动作的自动化。当将使用TPU在人工控制下操作机器人室中的机器人之一时，重要的是TPU与正确的机器人通信并对其进行控制。因此，为了实现工业机器人的安全控制，重要的是在机器人的控制方面具有绝对的可信度。操作员必须完全明白控制单元和TPU之间的连接的当前模式。
[0006] 在TPU通过线缆连接到控制单元的工业机器人系统中，操作员能够容易地明白所述连接的当前模式。线缆优选地被屏蔽，并且没有其他的通信系统能够干扰所述两个连接的单元。在正常条件下，控制单元周期性地向TPU发送数据。一旦接收到该数据，TPU就通过将响应信号回发送给控制单元来作出响应。由此，控制单元就询问TPU是否这是在操作中。控制单元根据所述响应信号来判断TPU是否处于正常条件下。如果已起动应急开关，则响应信号承载该信息，并且控制单元执行紧急停止。线缆长度限定了连接到工业机器人的TPU线缆和控制单元之间的最大距离。
[0007] 在异常状况下，例如当操作单元断开或线缆被切断时，TPU不发送响应信号。响应信号的缺失向控制单元表示：存在紧急停止状况，并且控制单元应起动紧急停止。
[0008] 然而，在具有几个机器人并因而具有几个线缆的工业机器人系统中，TPU线缆最后在地板上纠缠。线缆常常躺在地板上，并且明显存在被车辆辗过而破坏的风险。还存在线缆纠缠的风险，使得操作员将在分辨哪个TPU属于哪个机器人方面有困难。此外，通过线缆连接到控制单元的TPU限制了为用机器人执行有效操作操作员所需的自由度。
[0009] 根据上述状况，工业机器人系统正向着用于机器人控制的无线TPU方向发展。无线连接消除了使用线缆连接的大多数负面后果。另一方面，无线连接引入了其自身的一些问题。最值得注意的是确保TPU与正确的机器人相关联的问题和验证无线连接正确工作的问题。
[0010] 在这两种情况下，如果操作员相信他正在操作和控制某个机器人，但其实与这个特定机器人失去联系，则存在人身伤害的风险。因此，当使用未物理地连接到机器人的TPU时，就存在确保机器人和TPU之间的连接的强烈需要。换言之，TPU突然失去通信时立即让操作员知道是很重要的。由于操作员通常专心于机器人并且可能存在大量的环境噪声，所以通常的报警(闪光灯，蜂鸣器)无效并且不可靠。
[0011] 具有在室内工作的机器人的工业机器人系统中的一种安全设置设计如下。如果室内发生某异常，则操作停止被起动，并且工作的机器人被停止并保持静止不动。在重建室内的正常条件之后，机器人将被重启动。在这种状况下，停止的机器人不干扰机器人系统的其余部分。另外，存在更高程度的安全停止，那是用于停止整个机器人系统的紧急停止。这当在机器人系统中某处发生某意外事件时被起动。将整个机器人系统关机是不希望的，因为操作员将系统返回到操作条件需要做大量工作。
[0012] 根据日本专利申请11-73201，无线控制系统是以前已知的。本发明的目的是要提供一种通信系统，其中，紧急停止控制的特定通信能够以等效于线缆通信的方式通过无线装置执行。本发明的解决方案在于具有借助于第一设备和第二设备之间的无线或光通信的数据交换的系统的设计。第一设备包含发送部件和接收部件。第二设备包含接收部件和发送部件，其在正常时间响应从所述第一设备接收的数据而返回任意数据，并且在异常条件下停止所述响应。第一设备通过识别所接收的数据为任意数据而判断条件为异常。它还通过识别所接收的数据为特定数据而判断条件为正常。因此，诸如紧急停止控制的特定通信就以等效于先有线缆通信的方式通过无线装置执行，并且使系统具有失效保护。
[0013] 无线连接的可预测性比有线连接小，并且TPU和控制单元之间的通信可能由于会造成通信失败的距离、信号干扰、无线电静区、电流中断或电池故障而失败、变得松散或被系统断开。在下文中，所有不同的通信失败都称为“断开的数据链路”，而所有不同的运行通信都称为“连接的数据链路”。
[0014] 如果出现断开的数据链路，则安全规程所需的设置将立即停止机器人。这些安全设置被进一步编程为根据上述状况测量机器人静止不动的时间。当机器人由于断开的数据链路而静止不动预定时间时，起动紧急停止，并且室内所有的活动都将停止。选择这些事件之间的时间，以遵守现行的安全规程。
[0015] 无论安全系统的必要性如何，机器人系统的突然停机对于操作员而言都是非常令人受挫的状况。了解所述状况需要时间和精力。重建机器人系统中的工作条件也需要大量的努力和时间。这是每个操作员都渴望避免的状况，尤其是当没有理由停止时。
[0016] 根据上述条件，存在对包括TPU的工业机器人系统的需要，所述系统具有立即使操作员明白断开的数据链路的功能。更加精确地，存在对TPU的需要，所述TPU具有立即向持有TPU的操作员指示断开的数据链路的特征。另外，无线通信系统需要是健壮的。
发明内容
[0017] 本发明的第一目的是提供工业机器人系统，其使得持有连接到系统的便携式TPU的操作员可以在增大的操作区域中灵活且有效地工作，而不用关心TPU的位置，物理地点。本发明的第二目的是使得如上面所限定的用于操作工业机器人系统的使用便携式TPU的工作便利，并且还避免例如由于无线通信中断而引起的不必要的紧急停止。第三方面是实现健壮和可靠的无线通信系统，其结合了冗余能力特征以确保无线TPU且特别是紧急停止功能的可靠操作。
[0018] 在具有包含独立权利要求1的特有特征的工业机器人系统的第一方面，在具有包含独立方法权利要求19的特有特征的用于控制工业机器人系统的方法的第二方面，根据本发明实现了这些和更多的目的。根据本发明，这些目的还通过根据权利要求34的机器人控制器、通过数据程序产品、并且通过使用根据权利要求33的方法而实现。在从属权利要求中描述了优选实施例。
[0019] 根据本发明，一个或多个机器人由一个TPU单元控制。每个TPU与控制单元在附近通信。存在系统内在的关于允许TPU距控制单元多远来操作的限制。由此，对于TPU可能存在预定的最大操作距离，所述距离通常在控制单元周围的不同方向上变化。最大距离常常包含被限定为不允许操作的区间。因此，距离和方向一起限定了一个或多个工作区域A，在其内允许TPU在安全条件下连接到控制单元。这些距离、方向和限定的区域是不可见的，但却是重要的安全限制，因为操作员在获知应安置到何处方面有困难。
[0020] 当起动的TPU离开控制单元超过所提到的最大操作距离时，系统被编程为断开到控制单元的连接。因此，如果持有连接到机器人的无线TPU的操作员走得离开控制单元太远，则控制单元将断开到TPU的数据链路。当置于限定工作区域A中的TPU穿过边界进入外部区域时，数据链路也将断开。因此，本发明的一个目的就是由于TPU的精确位置而连接/断开TPU。因此，提供了根据本发明的位置确定装置，以便以高度的精确性来操作，结果是机器人系统中的安全性的精确度合乎需要地增大。
[0021] 根据本发明的第一方面的解决方案是提供具有至少一个工业机器人的工业机器人系统，其包含：机械手；控制单元，包含用于控制所述机械手的处理器；便携式操作员控制设备TPU，用于教导和人工操作机器人。该系统包含这样的装置，其被提供以确定TPU的精确位置。
[0022] 根据本发明，位置确定装置包含基准站，其包括用于向TPU发送信号的装置，其中TPU被设置为转发应答信号。位置确定装置进一步包含至少一个用于接收从TPU发送的应答信号的接收装置。提供软件程序装置以在任何的发送和/或接收端执行多重和冗余的过程，以确保紧急停止功能的完整性。
[0023] 在本发明的一个实施例中，位置确定装置包含用于测量时间的装置。从包含用于发送和接收信号的装置以及时间测量装置的基准站发送信号。根据本发明，时间测量装置测量当向TPU发送信号时开始并且当接收到从TPU转发的应答信号时结束的时间间隔。在这个实施例中，基准站包括无线电塔和包括天线装置的接收装置。
[0024] 在本发明的另一个实施例中，位置确定装置被设置为测量角度/方向。装备有接收装置的两个基准站向TPU发送信号，并且从TPU接收转发的应答信号。然后通过三角测量获得TPU的位置。
[0025] 在本发明的另一个实施例中，位置确定装置被设置为测量距离。根据前一实施例提出的两个基准站向TPU发送信号，并且进一步被提供用于分别确定它们到TPU的距离。基于测量的距离和计算的交点确定TPU的位置。
[0026] 在本发明的另一个实施例中，多重和冗余的软件程序和/或例程被设置为确保应急功能的失效保护操作，同时将TPU置于距控制单元的允许地方和距离处。
[0027] 根据本发明，位置确定装置测量距离、方向或距离与方向的组合。可以将位置确定问题简化为二维问题，这可能对机器人操作员是适用的。通过添加第三基准站，在三维空间中进行定位。这种组合解决方案具有额外的好处：只需要一个基准站。
[0028] 根据本发明，在TPU中设置用于向操作员指示TPU位于限定区域A之外并因而数据链路断开的指示装置。指示装置通过借助于接触感觉向操作员身体发出触觉反馈来指示断开的数据链路。根据本发明，指示装置为主动的或者被动的指示装置。操作员通常持有TPU，并且通过身体感觉进行的主动和被动指示都是向手发出的触觉反馈。
[0029] 主动指示装置定义为产生机械力，该机械力无需操作员要求就向操作员传送信息。在本发明的一个实施例中，主动指示装置包含可操作为由于断开的数据链路而振动的振动装置。在另一个实施例中，振动装置被包括在TPU中。在另一个实施例中，振动装置被包括在操作员控制装置中。根据本发明，操作员控制装置是可操作为由于断开的数据链路而振动的操纵杆。在本发明的又另一个实施例中，主动指示装置被设置为借助于光、声或其组合来指示。
[0030] 被动指示装置定义为产生机械运动反作用，该机械运动反作用被设置为在指示时较紧或较松。根据本发明，被动指示装置被包括在操作员控制装置中。在一个实施例中，操作员控制被设置为当数据链路以正常方式通信时，在操作期间引入对运动的机械阻力。一旦数据链路断开，被动指示装置就被设置为放松对在操作员控制装置中的运动的阻力。在本发明的一个实施例中，操作员控制装置是操纵杆，并且被动指示装置包含可操作为向操纵杆的人工运动引入机械阻力的弹性装置。被动指示包括通过放松机械阻力而产生的机械运动反作用。
[0031] 根据本发明的第二方面的解决方案是提供用于控制具有工业机器人的工业机器人系统的方法，所述工业机器人系统包含：机械手；包含处理器的控制单元；以及便携式TPU。TPU经由用于对机械手人工编程和操作机械手的数据链路与控制单元通信。为TPU限定一个或多个工作区域A。位置确定装置确定TPU的精确位置。机器人控制系统被编程为当确定TPU位于工作区域A之外时断开数据链路，并且被编程为当确定TPU位于工作区域A之内时继续数据链路通信。提供软件程序装置以在任何的发送和/或接收端执行多重和冗余的过程，以确保紧急停止功能的完整性。
[0032] 根据本发明，基于从包含在位置确定装置中的至少一个基准站向TPU发送的信号来持续地确定TPU的位置。该信号从TPU以应答信号的形式被转发，该应答信号被包含在位置确定装置中的至少一个接收装置接收。
[0033] 在本发明的一个实施例中，使位置确定装置测量发送信号和接收所发送的应答信号之间的时间间隔。
[0034] 在本发明的另一个实施例中，使位置确定装置借助于从TPU转发的应答信号分别测量TPU和两个分开的基准站之间的距离。
[0035] 在本发明的又另一个实施例中，使位置确定装置借助于从TPU转发的应答信号分别测量TPU和两个分开的基准站之间的方向。
[0036] 在本发明的又另一个实施例中，使位置确定装置借助于从TPU转发的应答信号分别测量TPU和单个基准站之间的距离和方向。
[0037] 根据本发明，持续地确定TPU的位置。
[0038] 根据本发明的一个实施例，工业机器人系统中的数据链路是无线数据链路。在本发明的另一个实施例中，该链路是连接到网络并通过网络通信的无线电链路。在又另一个实施例中，TPU包含以蓝牙的名义出售的单元。
[0039] 对于无线TPU，工作区域的实施并不容易。根据本发明，使用基于无线电或其他的无线定位系统来定位无线TPU及其操作员，并从而实施适用的工作区域。该定位系统是用于正常操作和紧急停止命令的无线IPU所使用的单独的系统或无线电通信系统的组成部分。
[0040] 在本发明的一个实施例中，数据链路由于从控制单元到TPU的稳定的命令消息流和从TPU返回到控制单元的稳定的响应消息流而可操作。控制单元可操作为通过断开命令消息流来断开数据链路。
[0041] 在本发明的另一个实施例中，数据链路由于从TPU到控制单元的稳定的命令消息流和从控制单元到TPU的稳定的响应消息流而可操作。工业机器人系统可操作为通过断开响应消息流来断开数据链路。
[0042] 在本发明的又另一个实施例中，工业机器人系统可操作为通过来自控制单元的指令来断开数据链路。
[0043] 根据本发明，用于定位系统的物理媒体为声、超声、光或电磁辐射。
[0044] 根据上述方法，断开的数据链路是由于断开的命令消息流，或者是由于断开的响应消息流。在根据本发明的另一方法中，数据链路由于来自控制单元的指令而断开。
[0045] 安全设置被编程为以某种方式接受在所述选择的时间限制之内更加靠近控制单元的TPU。因此，如果TPU适时地足够靠近控制单元，或者可选择地进入工作区域A，则会复位操作停止并重新起动机器人。根据本发明，TPU的显示器给予操作员关于断开数据链路原因的信息。在一个实施例中，显示器还通知操作员为了进入区域A，他和TPU应该向哪个方向移动。于是，操作员就有可能迅速移动到区域A中，并从而避免机器人系统的突然关机。根据本发明的解决方案增大了工业机器人系统的控制的精确度。
[0046] 根据本发明，位置确定装置被设置为在整个工厂中或者在工厂之内的较小区域中操作。此外，位置确定装置包含至少一个屋顶安装的接收装置，用于确定TPU在三维中的位置。
附图说明
[0047] 将通过本发明的不同实施例的描述并参考附图更加详细地解释本发明，其中：
[0048] 图1是根据本发明的无线通信系统；
[0049] 图2是根据本发明的位置确定装置，其包含4个基准站，其中的一个包含发射机；
[0050] 图3是根据本发明的位置确定装置，其包含两个测量方向的基准站；
[0051] 图4是根据本发明的位置确定装置，其包含两个测量距离的基准站；
[0052] 图5是根据本发明的位置确定装置，其包含一个测量方向和距离两者的基准站；
[0053] 图6是根据本发明的TPU；
[0054] 图7是包含弹性装置的操纵杆的示意性横截面，所述弹性装置包括对操纵杆的运动产生机械阻力的调节装置；
[0055] 图8显示了对运动没有机械阻力的松弛位置的图7中的操纵杆；
[0056] 图8显示了根据本发明实施例的具有用于安全信号和操作信号的分开信道的无线通信系统；
[0057] 图9显示了根据本发明实施例的具有TPU的无线通信系统，所述TPU设置有用于TPU和机器人控制器之间的通信的多重和冗余的软件或程序；
[0058] 图10显示了根据本发明实施例的具有TPU的无线通信系统，所述TPU设置有用于关于机器人控制器、和多个机器人和其他机器的通信的多重和冗余的软件或程序；
[0059] 图11显示了根据本发明实施例的无线通信系统，其具有多个TPU以及用于关于机器人控制器、和多个机器人控制器、机器人和其他机器的通信的多重和冗余的软件或程序。
具体实施方式
[0060] 图1是通信系统，其包含工业机器人1，其包括机械手2以及用于控制机械手的控制单元3。用于教导和人工操作机械手的TPU 4经由无线数据链路5与控制单元3通信。TPU包括用于与控制单元3无线通信的天线6。
[0061] 在图2中，位置确定装置7包含基准站8，其包括第一无线电塔9和用于测量时间的装置13a。另外的三个无线电塔10、11和12被设置为彼此远离并与基准站8远离。每个无线电塔9、10、11和12分别包含信号接收装置14、15、16和17。从设置在基准站8中的发射机19向TPU 4发送信号18。时间测量装置13a根据下文所述来测量时间间隔，所述时间间隔当向TPU 4发送信号18时开始，并且当各个接收装置14、15、16和17分别从TPU 4接收到转发的应答信号20、21、22和23时结束。
[0062] 基准站8包括用于向TPU发送无线电信号18的发射机19。TPU接收信号18，并且将应答信号20、21、22和23转发到4个无线电塔和相应的信号接收装置14、15、16和17。
[0063] 第一无线电塔9包含信号接收装置14，其接收转发的应答信号20。第二无线电塔10通过无线电链路H连接到第一无线电塔9，并且在链路H上将应答信号21发送到第一无线电塔9。第三无线电塔11通过无线电链路Z连接到第一无线电塔9，并且在链路Z上将应答信号22发送到第一无线电塔9。第四无线电塔12通过无线电链路W连接到第一无线电塔9，并且在链路W上将应答信号23发送到第一无线电塔9。
[0064] 一组高速计时器24、25、26和27设置在第一无线电塔9中，并且当向TPU发送信号18时同时起动。信号18通过在各个无线电塔10、11和12处接收的应答信号20、21、22和23来被转发。应答信号21、22和23然后经由各个无线电链路被发送到基准站8。计时器24、25、26和27分别当其已寄存对应的应答信号20、21、22和23时停止。然后结合所测量的时间间隔基于4个无线电塔的位置和信号传播速度的已知参数来计算TPU的位置。在这个实施例中，时间测量装置是同步的。在图2中，4个无线电塔被设置形成矩形，并且这是本发明的一个实施例。这种设置还给出了确定TPU在二维或三维中的位置的可能性。
[0065] 根据本发明，一种替选设置是具有一个基准站和两个无线电塔的设置，其提供确定TPU在二维中的位置的可能性。在图3中，两个基准站28和29设置为彼此分开。基准站28、29分别包含接收装置30、31，每个接收装置都包括天线装置32。基准站28和29分别被设置为分别向TPU 4发送信号33和34，并且测量装置13b测量从TPU分别转发的应答信号35和36的角度/方向。在一个实施例中，两个基准站28和29以两个不同的频率发送。然后通过三角测量获得TPU的位置。当提供第三基准站(未显示)时，位置确定装置确定TPU在三维中的位置。
[0066] 图4是与图3相同的实施例，除了一点不同：通过测量TPU和各个基准站之间的距离来确定TPU的位置。所述位置通过两个圆的交点获得，所述两个圆中的每个围绕相应的基准站，并且以测量距离作半径。能够通过TPU发送的转发应答信号的到达时间来测量距离，如果TPU和基准站同步的话。因为信号传播的速度是已知的，所以能够将到达时间转换为距离。在另一个实施例中，通过测量往返行程时延来获得距离。当提供第三基准站(未显示)时，位置确定装置7确定TPU在三维中的位置。
[0067] 图5显示了二维情况，其中，通过结合图3和4中描述的两种方法来确定TPU的位置。
[0068] 上面限定的工业机器人系统的控制操作如下。为TPU限定一个或多个工作区域A，并且对应的数据信息被编程并存储在控制单元3的处理器37中。位置确定装置7确定TPU4的位置，并且对应的信息存储在处理器37中。该处理器被提供为比较TPU的位置和工作区域A的位置。处理器37被进一步提供为当TPU 4位于工作区域A之外时断开数据链路
5。此外，处理器37被提供为当TPU 4位于工作区域A之内时继续数据链路的通信。
[0069] 处理器在发送侧、或者在接收侧、或者在两侧被进一步提供有冗余软件过程以确保通信完整性。以这种方式，即使一个接收或发送过程或两者有限中断，紧急停止功能被保持可用来执行紧急停止。因此，借助于所包括的用于检查发送和/或接收的多重和冗余的软件过程，提供了具有紧急停止功能的无线TPU的和TPU的位置定位的组合。在临时命名为Doc007.pdf和Doc008.pdf并且在此编号为图9-11的附图中进一步显示了结构和原理。
[0070] 图6是根据本发明的TPU 4。TPU 4包含便携式盒子38，其包括显示装置39、功能键40、操纵杆41、指示装置42和紧急停止装置43。TPU包括用于与控制单元3无线通信的天线44。指示装置42被设置为主动或被动地向操作员指示断开的数据链路5。TPU包含主动指示装置45，其包含被设置为集成到TPU 4中的振动装置46。一旦数据链路5断开，主动指示装置45就被起动，并且振动装置46开始振动。这种振动在操作期间向操作员主动指示数据链路5断开。这种触觉反馈通过接触感觉发给持有TPU 4的操作员的身体47。在本发明的一个实施例中，主动指示装置45包含设置为集成到操纵杆41(未显示)中的振动装置46。
[0071] 基准站包含天线装置。根据本发明，天线装置包含测量元件(未显示)之间的相对相位的束状(beam-shaped)天线、方向性可控的天线或具有多个接收元件的天线。
[0072] 根据本发明，操纵杆包含被动指示装置。被动指示装置集成到操纵杆中，并且被设置为引入对操纵杆人工运动的机械阻力。被动指示装置包含弹性装置，其被设置为通过放松或加强机械阻力所产生的机械运动反作用，来向操作员被动地指示断开的数据链路。
[0073] 图7是操纵杆41，操纵杆41包含一个螺旋弹簧49，其垂直地设置，并且被提供有连接螺旋弹簧和弹性控制装置51的丝50。在这个实施例中，仅借助于一个螺旋弹簧来提供对运动的机械阻力。在图7中，操纵杆被设置为产生机械运动反作用，其被设置为当指示数据链路5断开时较松。在图8中，操纵杆41通过松弛的丝50指示断开的数据链路5。在本发明的另一个实施例中，操纵杆包含
[0074] 图9显示了来自前面的附图的TPU 4，其被设置有两个功能A’和B’，A’和B’表示用于在TPU和机器人控制器3’之间通信或控制TPU和机器人控制器3’之间的通信的两个单独的软件程序。
[0075] 图10显示了来自前面的附图的TPU 4，其被设置用于与机器人控制器3’通信。机器人控制器3’连接到设置有无线节点9’的数据网络或LAN 60。无线节点9’可以被认为是包含接收装置和/或发射机装置19的无线电塔9-12上的变体。换言之，连接到数据网络的一个或多个无线节点9’、9’n可以被认为在功能上等效于图2-5的发送14-17。机器人控制器3’(包含处理器，未显示)被设置为控制多个机器人11-1n和多个其他机器64、65。TPU经由无线节点9’与数据网络无线通信并因而连通到一个或多个机器人的机器人控制器。图11显示了关于两个或更多机器人控制器而设置的多个TPU 4、4’。机器人控制器
3’、3’n可以分别控制多个机器人11-1n、711-71n和/或多个其他机器64、65、74、75。机器人控制器3’、3’n被设置为连接到设置有两个或更多无线节点9’、9’n的数据网络60。可实现多个TPU中的每一个和多个机器人控制器中的一个或多个中的每一个之间的通信。
[0076] 多重和冗余的软件过程可以包含每个执行相同功能的两个或更多计算机软件程序的使用。这可以通过使用相同软件或计算机程序的多重实例来执行。在优选的实施例中，两个或更多冗余的计算机程序或软件可以执行相同的功能，但是它们每个使用不同的计算机语言或不同的编程技术来书写。例如，为了在任何的发送和/或接收端执行多重和冗余过程而如上所述提供的软件程序装置中的一种或多种可以使用两个程序，其每个使用两种不同的计算机语言或两种不同的编程技术来构造以执行相同的操作，诸如接收操作和/或发送操作，以确保例如紧急停止功能的完整性。为了避免冗余或重复发送的过度操作和处理，可以使用一过程以丢弃来自冗余的软件功能中之一的重复的消息。由于总之可以测量用于发送的时间和用于接收的时间以便如上所述地确定正常或异常通信状态，所以可通过例如根据时间信号或所测量的时延、或者被识别为正常时间的已知或预定时延来确定第二通信是第一通信的精确重复，并且丢弃第二通信，来使用用于每个所接收的发送的时间数据。在该过程由于一个软件程序的故障或错误而在诸如正常时间的预置时间之内没有执行通信的丢弃的情况下，可起动事件或警告或警报。可替换地或者另外地，可以使用丢弃诸如添加到包的指示器数字的重复的其他方法。
[0077] 尽管只有本发明的一定优选特征已被显示和描述，但是许多修改和变化对本领域技术人员将会是明显的。因此可以理解的是，本发明的所有这样的修改和变化都落在权利要求的范围之内。
