一种工业机器人安全控制系统及备份安全电路、安全模块.pdf

本发明公开了一种基于延时响应的工业机器人安全控制系统及备份安全电路、安全模块，该安全模块包括第一安全电路和第二安全电路；其中，所述第一安全电路和所述第二安全电路同时接收告警信号；所述第一安全电路用于实时对所述告警信号进行响应；所述第二安全电路包括延时系统及事件响应电路，所述延时系统在接收到告警信号后进行延时，其中，如果所述延时系统在延时时间内未收到表示所述第一安全电路已对所述告警信号进行响应的第一控制信号，所述延时系统控制所述事件响应电路对所述告警信号进行响应。利用本发明，能够避免备份安全机制中的同质性失效问题。

1.  一种安全模块，其特征在于，包括第一安全电路和第二安全电路；
其中，所述第一安全电路和所述第二安全电路同时接收告警信号；
所述第一安全电路用于实时对所述告警信号进行响应；
所述第二安全电路包括延时系统及事件响应电路，所述延时系统在 接收到告警信号后进行延时，其中，如果所述延时系统在延时时间内未 收到表示所述第一安全电路已对所述告警信号进行响应的第一控制信 号，所述延时系统控制所述事件响应电路对所述告警信号进行响应。

2.  一种备份安全电路，其特征在于，所述备份安全电路包括延时系 统及事件响应电路，所述延时系统接收由于出现安全事件而产生的告警 信号并进行延时，其中，当所述延时系统在延时结束后未收到表示安全 电路已对所述告警信号进行响应的第一控制信号时，所述延时系统控制 所述事件响应电路对所述告警信号进行响应；当所述延时系统在延时结 束前收到所述第一控制信号时，所述延时系统控制所述事件响应电路不 对所述告警信号进行响应。

3.  根据权利要求2所述的备份安全电路，其特征在于，所述延时系 统包括延时电路和第一逻辑电路，所述延时电路对所述告警信号进行响 应并在预定时间后输出第二控制信号，所述第一逻辑电路分别接收所述 第一控制信号以及所述第二控制信号并进行逻辑处理，其中当所述第一 逻辑电路仅收到所述第二控制信号时，产生第三控制信号，所述第三控 制信号用于控制所述事件响应电路对所述告警信号进行响应，当所述第 一逻辑电路同时收到所述第一控制信号和所述第二控制信号时，则不产 生所述第三控制信号。

4.  根据权利要求3所述的备份安全电路，其特征在于，所述第一逻 辑电路为与门电路，所述第一控制信号为低电平信号，所述第二控制信 号为高电平信号。

5.  根据权利要求3所述的备份安全电路，其特征在于，所述延时电 路还响应所述告警信号而产生时钟信号，所述延时系统还包括锁存电 路，所述锁存电路连接于所述第一逻辑电路与所述事件响应电路之间， 且响应所述时钟信号以对所述第三控制信号进行锁存，并在锁存后将所 述第三控制信号输出至所述事件响应电路。

6.  根据权利要求5所述的备份安全电路，其特征在于，所述延时系 统还包括第二逻辑电路，所述第二逻辑电路连接所述延时电路，对输入 的多个输入信号进行逻辑运算，以在至少一个输入信号为所述告警信号 时即产生第四控制信号，所述第四控制信号用于控制所述延时电路对所 述告警信号进行响应。

7.  根据权利要求6所述的备份安全电路，其特征在于，所述第二逻 辑电路为与门电路，所述告警信号为高电平信号，所述第四控制信号为 低电平信号，所述延时系统还包括反相器，所述反相器在所述多个输入 信号输入所述第二逻辑电路前对所述多个输入信号进行反相；
所述锁存电路还输出所述第三控制信号至所述延时电路，以控制所 述延时电路复位。

8.  根据权利要求7所述的备份安全电路，其特征在于，所述延时系 统还包括第三逻辑电路，所述第三逻辑电路接收所述第三控制信号和所 述第四控制信号，并进行逻辑运算，其中，所述第三逻辑电路在接收到 所述第三控制信号时产生用于控制所述延时电路进行复位的第五控制 信号，并在接收到所述第四控制信号且未接收到第三控制信号时产生第 六控制信号，所述第六控制信号用于控制所述延时电路对所述告警信号 进行响应。

9.  根据权利要求8所述的备份安全电路，其特征在于，所述第三逻 辑电路为或门电路，所述第三控制信号为高电平信号，所述第四控制信 号为低电平信号。

10.  一种工业机器人安全控制系统，其特征在于，包括控制器、如权 利要求2至9任意一项所述的安全模块以及多个电动机，所述控制器控 制所述多个电动机进行工作，所述安全模块响应由于系统出现安全事件 而产生的告警信号控制所述多个电动机停止工作。

一种工业机器人安全控制系统及备份安全电路、安全模块
技术领域
本发明涉及工业机器人控制系统，特别是涉及一种工业机器人安全 控制系统及备份安全电路、安全模块。
背景技术
工业机器人的安全规范要求系统的故障处理链路要有备份，当正常 链路出现问题时，备份链路要起作用，以起到双重保护的作用。一般称 之为安全机制，备份链路称为安全模块。
现有技术中，通用的实现方法是将具有安全功能的模块复制一份， 两个模块的输入端接收同样的信号，输出端(一般为控制强电通断的接 触器)进行串联控制动力电开关，如接触器。当有安全相关告警发生时， 两路同时响应，如同时切断动力电。这样两路模块互为备份，当一路失 效时，另一路仍能有效响应，进行安全保护。
上述的安全保护方案中，两路安全电路基本上完全相同，并同时工 作，电路的老化可能也是同步的，有可能会出现同时失效，导致安全问 题，另外，上述方案中的两路系统属于冗余动作，会带来能源和材料的 浪费。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种基于延时响应的工业机器 人安全控制系统及备份安全电路、安全模块，避免备份安全机制中的同 质性失效问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种安 全模块，包括第一安全电路和第二安全电路；其中，所述第一安全电路 和所述第二安全电路同时接收告警信号；所述第一安全电路用于实时对 所述告警信号进行响应；所述第二安全电路包括延时系统及事件响应电 路，所述延时系统在接收到告警信号后进行延时，其中，如果所述延时 系统在延时时间内未收到表示所述第一安全电路已对所述告警信号进 行响应的第一控制信号，所述延时系统控制所述事件响应电路对所述告 警信号进行响应。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种 备份安全电路，所述备份安全电路包括延时系统及事件响应电路，所述 延时系统接收由于出现安全事件而产生的告警信号并进行延时，其中， 当所述延时系统在延时结束后未收到表示安全电路已对所述告警信号 进行响应的第一控制信号时，所述延时系统控制所述事件响应电路对所 述告警信号进行响应；当所述延时系统在延时结束前收到所述第一控制 信号时，所述延时系统控制所述事件响应电路不对所述告警信号进行响 应。
其中，所述延时系统包括延时电路和第一逻辑电路，所述延时电路 对所述告警信号进行响应并在预定时间后输出第二控制信号，所述第一 逻辑电路分别接收所述第一控制信号以及所述第二控制信号并进行逻 辑处理，其中当所述第一逻辑电路仅收到所述第二控制信号时，产生第 三控制信号，所述第三控制信号用于控制所述事件响应电路对所述告警 信号进行响应，当所述第一逻辑电路同时收到所述第一控制信号和所述 第二控制信号时，则不产生所述第三控制信号。
其中，所述第一逻辑电路为与门电路，所述第一控制信号为低电平 信号，所述第二控制信号为高电平信号。
其中，所述延时电路还响应所述告警信号而产生时钟信号，所述延 时系统还包括锁存电路，所述锁存电路连接于所述第一逻辑电路与所述 事件响应电路之间，且响应所述时钟信号以对所述第三控制信号进行锁 存，并在锁存后将所述第三控制信号输出至所述事件响应电路。
其中，所述延时系统还包括第二逻辑电路，所述第二逻辑电路连接 所述延时电路，对输入的多个输入信号进行逻辑运算，以在至少一个输 入信号为所述告警信号时即产生第四控制信号，所述第四控制信号用于 控制所述延时电路对所述告警信号进行响应。
其中，所述第二逻辑电路为与门电路，所述告警信号为高电平信号， 所述第四控制信号为低电平信号，所述延时系统还包括反相器，所述反 相器在所述多个输入信号输入所述第二逻辑电路前对所述多个输入信 号进行反相；所述锁存电路还输出所述第三控制信号至所述延时电路， 以控制所述延时电路复位。
其中，所述延时系统还包括第三逻辑电路，所述第三逻辑电路接收 所述第三控制信号和所述第四控制信号，并进行逻辑运算，其中，所述 第三逻辑电路在接收到所述第三控制信号时产生用于控制所述延时电 路进行复位的第五控制信号，并在接收到所述第四控制信号且未接收到 第三控制信号时产生第六控制信号，所述第六控制信号用于控制所述延 时电路对所述告警信号进行响应。
其中，所述第三逻辑电路为或门电路，所述第三控制信号为高电平 信号，所述第四控制信号为低电平信号。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种 工业机器人安全控制系统，所述系统包括控制器、安全模块以及多个电 动机，所述控制器控制所述多个电动机进行工作，所述安全电路响应由 于系统出现安全事件而产生的告警信号控制所述多个电动机停止工作； 所述系统还包括如上所述的备份安全电路。
本发明提供一种工业机器人安全控制系统及备份安全电路、安全模 块，延时系统接收由于出现安全事件而产生的告警信号并进行延时，当 该延时系统在延时结束后未收到表示安全电路已对该告警信号进行响 应的第一控制信号时，该延时系统控制该事件响应电路对该告警信号进 行响应；当该延时系统在延时结束前收到该第一控制信号时，该延时系 统控制该事件响应电路不对该告警信号进行响应，从而使得备份安全电 路和主安全电路不同时工作，可避免备份安全机制中的同质性失效问 题。
附图说明
图1是本发明实施方式中工业机器人安全控制系统的结构示意图；
图2是本发明实施方式中工业机器人安全控制系统的中的备份安全 电路的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1，为本发明实施方式中一种工业机器人安全控制系统的 结构示意图。该系统10包括控制器11、安全电路12、多个电动机13、 延时系统14以及事件响应电路15。其中，该控制器11与安全电路12、 电动机13以及延时系统14分别连接，该事件响应电路15连接在该延 时系统14和电动机13之间。
该控制器11控制该多个电动机13进行工作，该安全电路12响应 由于系统出现安全事件而产生的告警信号控制该多个电动机13停止工 作。该延时系统14接收由于出现安全事件而产生的告警信号并进行延 时，当该延时系统14在延时结束后未收到表示该安全电路12已对该告 警信号进行响应的第一控制信号时，该延时系统14控制该事件响应电 路15对该告警信号进行响应。当该延时系统14在延时结束前收到该第 一控制信号时，该延时系统14控制该事件响应电路15不对该告警信号 进行响应。
请参阅图2，为本发明实施方式中一种工业机器人安全控制系统中 的备份安全电路的结构示意图。该备份安全电路包括延时系统24以及 事件响应电路25。其中，该控制器21与安全电路22、电动机23以及 延时系统24分别连接，该事件响应电路25连接在该延时系统24和电 动机23之间。
具体地，该延时系统24包括延时电路240、第一逻辑电路241、锁 存电路242、第二逻辑电路243以及第三逻辑电路244。
该延时电路240对系统产生的告警信号进行响应并在预定时间后输 出第二控制信号。该第一逻辑电路241分别接收该第一控制信号以及该 第二控制信号并进行逻辑处理，其中，当该第一逻辑电路241仅收到该 第二控制信号时，产生用于控制该事件响应电路25对该告警信号进行 响应的第三控制信号，当该第一逻辑电路241同时收到该第一控制信号 和该第二控制信号时，则不产生该第三控制信号。其中，该第一控制信 号为低电平信号，该第二控制信号为高电平信号。
该延时电路240还响应该告警信号而产生时钟信号，该锁存电路242 连接于该第一逻辑电路241与该事件响应电路25之间，且响应该时钟 信号工作以对该第三控制信号进行锁存，并在锁存后输出该第三控制信 号至该事件响应电路25。该锁存电路242还输出该第三控制信号至该延 时电路240，以控制该延时电路240复位。其中，该第三控制信号为高 电平信号，该第四控制信号为低电平信号。
具体地，该锁存电路242的输出端还与该第三逻辑电路244的第二 输入端连接，用于输出该第三控制信号至该第三逻辑电路244，该第三 逻辑电路244对该第二逻辑电路243输出的信号以及该第三控制信号进 行逻辑处理，并将结果输出至该延时电路240，从而控制延时电路240 复位。
进一步地，该锁存电路242包括第一锁存器242a和第二锁存器 242b，该第一锁存器242a的第一输入端与该第一逻辑电路241的输出端 连接，该第一锁存器242a的输出端与该第二锁存器242b的第一输入端 连接。
在本实施方式中，该第一锁存器242a和第二锁存器242b均为JK 触发器。
该第二逻辑电路243连接该延时电路240，对输入的多个输入信号 进行逻辑运算，以在至少一个输入信号为该告警信号时即产生用于控制 该延时电路240对该告警信号进行响应的第四控制信号。
该第三逻辑电路244接收该第三控制信号和该第四控制信号，并进 行逻辑运算，其中，该第三逻辑电路244在接收到该第三控制信号时产 生用于控制该延时电路240进行复位的第五控制信号，并在接收到该第 四控制信号且未接收到第三控制信号时产生用于控制该延时电路240对 该告警信号进行响应的第六控制信号。
在本实施方式中，该第一逻辑电路241为与门电路，该第二逻辑电 路243为与门电路，该第三逻辑电路244为或门电路。
其中，该第二逻辑电路243的输入端用于接收告警信号，输出端与 该第三逻辑电路244的第一输入端连接，该第三逻辑电路244的输出端 与该延时电路240的输入端连接，该延时电路240的第一输出端与该锁 存电路242的时钟输入端连接，第二输出端与该第一逻辑电路241的第 一输入端连接。
该延时系统24还包括反相器245，该反相器245在该多个输入信号 输入该第二逻辑电路243前对该多个输入信号进行反相。
具体地，该输入至该反相器245的信号包含17路信号，经过该反 相器245的反相处理输入至该第二逻辑电路243。其中，该告警信号为 高电平信号。
当系统中的多个电动机13在该控制器11的控制下进行工作时，当 系统正常工作时，该17路输入信号均为低电平，且经过该反相器245、 第二逻辑电路243以及第三逻辑电路244的处理后输出高电平信号至该 延时电路240的输入端。该延时电路240响应该高电平信号处于复位状 态，且第一输出端和第二输出端均输出低电平信号。该锁存电路242输 入低电平信号时处于未工作状态。
当系统出现告警信号，即该17路输入信号至少有一个输入信号为 高电平信号时，经过该反相器245、第二逻辑电路243以及第三逻辑电 路244的处理后输出低电平低电平信号至该延时电路240的输入端。该 延时电路240响应该低电平信号开始计时，通过第一输出端(Q4)输出 时钟信号至锁存电路242的时钟信号输入端(CL)，以触发该锁存电路 242开始工作。
该第一逻辑电路241接收第一控制信号和延时电路240通过第二输 出端(Q14)输出的低电平信号进行与逻辑处理。当第一控制信号为高 电平信号时，表示系统产生的告警信号未被处理，该第一逻辑电路241 通过输出端输出低电平信号至该锁存电路242的第二输入端(K)。该锁 存电路242工作时将接收到的低电平信号锁存至输出端。
在该延时电路240进行计时且在预定时间结束时，该第一逻辑电路 241仍然接收到高电平信号时，此时该延时电路240的第二输出端(Q14) 输出高电平信号。该第一逻辑电路241对该延时电路输出的高电平信号 以及接收到的该高电平信号进行逻辑处理后输出高电平信号至该锁存 电路242。该锁存电路242将接收到的高电平信号锁存至输出端，使得 事件响应电路25响应该高电平信号对该告警信号作出响应。
在本实施方式中，该事件响应电路25为继电器，响应该高电平信 号关闭线圈，从而切断电动机13的工作电源。
当该17路信号中至少一个输入信号为高电平信号时，该反相器245 对该17路告警信号进行反相处理后输出低电平信号。
在该延时电路240在计时的预定时间结束前，该第一逻辑电路241 接收到了低电平信号，此时该延时电路240的第二输出端(Q14)输出 低电平信号。该第一逻辑电路241对该延时电路输出的低电平信号以及 接收到的该低电平信号进行逻辑处理后输出低电平信号至该锁存电路 242。该锁存电路242将接收到的低电平信号锁存至输出端，使得事件 响应电路25响应该低电平信号对该告警信号不作出响应。
进一步地，该系统20还包括或门电路26a和非门电路27a，该或门 电路26a的第一输入端与该控制器21连接，该非门电路27a连接在该控 制器21和该或门电路26a的第二输入端之间，该或门电路26a的输出端 与该第一逻辑电路241的第二输入端连接。该控制器21根据系统是否 已经对该告警信号作出响应而产生相应的控制信号，并经过或门电路 26a和非门电路27a的逻辑处理后，发送至该第一逻辑电路241。
该系统20还包括或门电路26b和非门电路27b，该或门电路26b的 第一输入端与该控制器21连接，该非门电路27b连接在该控制器21和 该或门电路26b的第二输入端之间，该或门电路26b的输出端与该锁存 电路242的输入端CL连接。该控制器21根据系统是否已经对该告警信 号作出响应而产生相应的复位信号，并经过或门电路26b和非门电路27b 的逻辑处理后，发送至该锁存电路242。
本发明提供一种工业机器人安全控制系统及备份安全电路、安全模 块，延时系统接收由于出现安全事件而产生的告警信号并进行延时，当 该延时系统在延时结束后未收到表示一安全电路已对该告警信号进行 响应的第一控制信号时，该延时系统控制该事件响应电路对该告警信号 进行响应；当该延时系统在延时结束前收到该第一控制信号时，该延时 系统控制该事件响应电路不对该告警信号进行响应，从而避免备份安全 机制中的同质性失效问题。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围， 凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或 直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保 护范围内。