本发明涉及用来控制包括工业机器人等在内的操作机的控制器。更确切地说，本发明涉及操作机的安全操作系统，该系统使得操作者可以一边看着显示操作机如何响应于操作者的手工操作而运动的显示器，一边安全地手工操作该操作机。 一般说来，工业机器人具有如图5中所示的这样一种结构。
参见图5，数字100代表控制面板，该面板储存位置信息、工作条件信息等，并再现该信息。
数字200代表示教盒（T-BOX），该盒示教运动方向、运动距离、工作条件等。按照常规，示教盒200具有如图6中所示的这样一种结构。在图6中，教字201代表用来分别显示各示教步骤的步数的步数显示区。
图6中的数字202代表用来指定示教项目的示教项目选择开关。由于教项目选择开关选择的示教项目对应着机器人主体300的功能。例如，选择如目标位置、直线运动、圆运动等运动条件，及工作条件。
数字203代表一个示教时单独控制机器人主体300的轴方向的手动开关。在控制直角坐标机器人的情况下，手动开关203设有用于X、Y和Z轴运动及手腕的θ和ψ轴运动的运动指令开关。在控制如图5中所示的关节式机器人的情况下，手动开关203设有用于回转轴运动及下臂、上臂和手腕的θ和ψ轴运动地运动指令开关。
数字204代表示教按钮开关而数字205代表储存指令开关，该开关用来向控制面板提供由示教操作确定的信息，并用来在控制面板中储存该信息。
数字206代表显示所选示教项目的指示灯。
回到图5，数字300代表机器人主体。机器人主体300的操作取决于由示教盒200提供的指令，或取决于通过执行对于在再现操作时从控制面板读出的信息的预定处理而得到的驱动指令。
图7表示控制装置的例子。在图7中所示的控制装置中，示教盒设有显示区和显示控制器。
参见图7，数字210代表显示区，数字211代表显示存储区该区除存储步数以外还存储显示字符组合信息。而数字212代表显示控制器，该控制器根据操作键区213或控制面板100提供的指令从显示存储区211读出存储内容。显示控制器212向显示区210提供所读出的存储内容。显示控制器212向显示区210提供所读出的存储内容。当操作键区213给显示控制器212发出指令时，该指令的内容首先被确认和选定。然后，从显示存储区211读出与指令内容对应的显示字符，对应的步数同示教内容一起在显示区210显示出来。来自操作键区213的指令还提供给控制面板100，以致驱动机器人主体300。当机器人主体300被驱动时，显示区210上的数据向左移动一栏，而前步和本步数据在显示控制器212的控制下更新。为了读出块操作的或示教内容修正的步数，块操作上的数据由操作键区213输入。数据输入后，每一步都有再现操作。响应于该再现操作，显示控制器212从显示存储区211读出数据并控制显示区210，使显示数据从右向左移位，以便使得各步示教内容依次在显示区210显示。在自动再现操作时，示教内容根据由控制面板100提供的步骤推进信号以相同的方式依次显示。
在上述计算机系统中，操作前应先操作示教盒200。具体地说，在目测确认机器人主体300的加工工具的顶端是沿着工件的加工线运动时，开始手工操作机器人主体300。然后，在手工操作机器人主体的过程中完成示教操作。在示教操作中，关于工件据以被加工的工作条件的数据及关于机器人主体加工工具顶端的运动程序的数据都储存在控制面板100的内部存储装置里。
在对机器人主体的示教操作结束之后，根据储存在控制面板100的内部存储装置里的数据来执行自动操作，即再现操作。在自动操作中，控制面板100人内部存储装置读出加工线位置数据的工作条件数据，对所读出的数据进行预定的处理，并把通过处理得到的信号作为驱动信号提供给机器人主体。根据接收的驱动信号，机器人主体这样进行再现操作，即加工工具的顶端精确地按与示教操作中所规定的相同的方式运动。
当需要对机器人主体手工操作时，操作者操作手动开关203和操作键区213。
图8所示为一种常规操作机的结构。（例如，这样一种结构的一个例子在日本专利申请公开出版物第2-198778中公开）。
参见图8，参考号514A至514C代表设置在主动臂501的关节处的各种位置传感器。位置传感器514A至514C的信号由主动臂的输入/输出装置504处理，然后提供给中央处理单元505。参考号515A至515C代表设置在从动臂502的关节处的各种位置传感器。位置传感器515A至515C的信号由从动臂的输入/输出装置506处理，然后提供给中央处理单元505。
中央处理单元505把位置传感器的信号转换成用于广义坐标的信号。此外，中央处理单元505接收来自坐标转换-加算装置518的指令并将这些指令转换成用于第二广义坐标的信号，从而确定提供给从动臂502的标志值。代表标志值的信号从中央处理单元505提供给从动臂的输入/输出装置506，以便驱动设置在从动臂502的关节处的各个执行器516A至516C。
与此同时，中央处理单元505向动作摸拟器511提供信号，以便控制图形显示器512，显示从动臂502的动作图象。
图8中的参考号517A至517C代表用来检测操纵杆507的角度的各种位置传感器。位置传感器517A至517B的信号由操纵杆的输入/输出装置508处理，然后提供给中央处理单元505。在确定对从动臂502的指令时，中央处理单元505根据从外部提供给中央处理单元505的开关信号确定应该采用哪些信号，即采用由主动臂501提供的信号，还是由操纵杆507提供的信号。
由图象输入装置509输入的图象提供给图象处理装置510，图象处理装置510进行FFT运算操作而且对所提供的图象进行图形识别，在TV监视器513上显示出真实图象。该真实图象还要提供给动作模拟器511。必要时，把真实图象叠印于显示在图形显示器512上的动作图象上。
根据上述情况可以明白，操作者可以一边看着显示在TV监视器513上的从动臂502，一边操作主动臂501。操作者根据由位置传感器514A至514C检测到的从动臂502的运动情况，并根据由中央处理单元505转换成运动信号的位置传感器的信号，来操作从动臂502。
在用于工业机器人的常规示教盒中，键需要按，而且除非把键按到底，否则不会产生信号。
在用于工业机器人的常规安全操作系统中，某些键设有小尺寸的复位弹簧。因为键在按过之后可能没有可靠地恢复到其原始位置，操作者总是不能肯定指令是否已经通过操作键准确地提供给机器人主体。
如果常规安全操作系统中的位置传感器514A至514C出了什么毛病，即使准确地操作主动臂501，提供给从动臂502的也是错误的信号。在这种情况下，从动臂502不按操作者预期的方式运动。由于操作者无法弄清从动臂502的非预期运动的原因，操作者可能在操作期间感到不知所措。
因此，本发明的一个目的在于提供一种用于操作机的安全操作系统。该系统使得操作者可以一边看着显示操作机如何响应于操作者的手工操作而运动的显示器，一边安全地手工操作该操作机。
为实现此目的，本发明提供一种用于操作机的安全操作系统，该系统包括：
第一操作装置，该装置带有响应于操作者的手工操作而运动的第一可动部分。该装置用来输出代表第一可动部分的位置和角度的第一操作信号;
故障探测装置，该装置用来根据由第一操作装置所提供的第一操作信号探测第一操作装置的故障，并用来输出代表故障探测的探测信号;
转换装置，当故障探测装置没有探测到第一操作装置的故障时，该装置把由第一操作装置提供的第一操作信号转换成控制信号;
第二操作装置，该装置带有按照第一操作装置的第一可动部分的运动而运动的第二可动部分，该装置用来输出按照第二可动部分的运动而生成的第二操作信号;
比较装置，该装置用来比较由转换装置提供的控制信号与由第二操作装置提供的第二操作信号，并用来输出用于操作第二操作装置的第二可动部分的偏差信号;
管理装置，该装置用来响应于由故障探测装置提供的探测信号，向比较装置提供一个信号，该信号置偏差信号为零，从而制动第二操作装置的第二可动部分，以及
显示装置，根据从管理装置输出的信号在第一操作装置的故障数据中和在第一操作装置的第一可动部分的现处位置的数据中，该装置至少要显示出一种数据。
本发明的其他目的和优点将在下文的描述中提及，从描述起码可以明确一部分，或者通过发明的实施可以认识到。本发明的目的和优点可借助于在所附的权利要求书中具体指出的结构及综合概况获得了解。
包括在说明书里并构成说明书的一部分的附图画出本发明的当前最佳实施例，并且连同上面给出的一般描述和下面给出的最佳实施例的详细描述，可以用来解释发明的原理。
图1是按照本发明的一个实施例画出的操作机的安全操作系统的配置原理图;
图2A至图2G画出当图1中所画的安全操作系统的编码器向右旋转时产生的输出信号;
图3A至图3G画出当图1中所画的安全操作系统的编码器向左旋转时产生的输出信号;
图4是按照本发明的另一实施例画出的操作机的安全操作系统的配置原理图;
图5画出一般用工业机器人的结构;
图6是常规示教盒的平面图;
图7也是常规示教盒的平面图;以及
图8是画出常规主从操作机系统的方块图。
下面描述本发明的实施例。
图1是按照本发明的一个实施例画出的操作机的安全操作系统的配置原理图。
参见图1，数字1代表主动臂，而数字2代表具有与主动臂1不同形状的从动臂。
数字3代表操作机控制器，该控制器进行坐标转换，以便按照主动臂1的运动使从动臂2运动。虽然每个主动臂和从动臂1和2在实用中都有6个自由度，但下面针对每个臂有3个自由度的情况来简述。
数字4、5和6代表附在主动臂1的可动部分（或自由度）上的各个位置传感器，数字7代表附于主动臂1顶端的手柄。当操作者握住手柄7并使主动臂1运动时，附在主动臂1的可动部分上的位置传感器4、5和6移动，代表位置传感器4、5和6的移动方向和距离的信号提供给操作机控制器3。
数字8代表操作信号处理器。操作信号处理器8根据从位置传感器4、5和6输出的信号进行故障探测和相位鉴别，然后计算输出脉冲数。
数字9代表轨迹计算部分。根据来自操作信号处理器8的输出脉冲计数的接收，轨迹计算部分9参考主动臂和从动臂1和2的几何形状而进行预定的计算，以致臂1和2的顶端沿着类似的轨迹移动，然后输出控制信号。
即使主动臂1和从动臂2结构不同，也会给附在从动臂2的可动部分上的执行器10、11和12发送控制信号，使从动臂2的顶端沿着与主动臂1的顶端处的手柄7的轨迹类似的轨迹移动。
位置传感器13、14和15分别连接于执行器10、11和12。这些位置传感器检测各自的执行器10、11和12的移动方向和距离。
数字16代表伺服控制器。伺服控制器16放大由轨迹计算部分9提供的控制信号并把放大了的控制信号提供给执行器10、11和12。此外，伺服控制器16接收来自位置传感器13、14和15的反馈信号，把它们与来自轨迹计算部分9的控制信号比较，并输出偏差信号。
数字17代表位于从动臂2的顶端附近的图象输入装置。
数字18代表图象处理器，而数字19代表图形显示器。图形显示器19位于主动臂1附近，并显示来自图象处理器18的输出信号。当操作主动臂1时，操作者只要看着图形显示器19，不用注意主动臂1的移动。
数字20代表用来管理操作信号处理器8、轨迹计算部分9的伺服控制器16的输出信号的安全管理部分。当安全管理部分20收到这些输出信号时，为了安全它制动从动臂2或免除其他操作。
数字21代表键盘。从该键盘输入按照工件的坐标改变主动臂和从动臂1和2的移动的指令。从键盘21输入的指令提供给轨迹计算部分9。
下面给出第一实施例的操作描述。
当操作者握住主动臂1顶端处的手柄并使主动臂1移动时，位置传感器4、5和6操作，而代表移动方向和距离的信号作为指令信号提供给操作信号处理器8。操作信号处理器8根据这些信号进行故障探测和相位鉴别。当没有探测到故障时，信号作为输出脉冲提供给轨迹计算部分9。
如果探测到故障，则向安全管理部分20提供一个故障探测信号。接收到故障探测信号以后，安全管理部分向图象处理器18提供故障的内容，而指示故障内容的字符叠印在显示于图形显示器19的从动臂2的图象上。此外，安全管理部分20还防止从操作信号处理器8向轨迹计算部分9提供输出脉冲。再者，安全管理部分20还向伺服控制器16提供一个信号，以便使伺服控制器16的偏差信号置零，从而制动从动臂2。下文将对照图2A至2G和图3A至3G描述由操作信号处理器8进行的故障探测。
当没有探测到故障时，轨迹计算部分9针对从操作信号处理器8接收的输出脉冲进行坐标转换，便主动臂1的顶端和主动臂2的顶端能沿着类似的轨迹移动。由坐标转换得到的控制信号提供给伺服控制器16。
当主动臂1与从动臂2之间的移动比必须变化时，或当坐标原点必须转移时，从键盘21输出一个指令。输入的指令提供给轨迹计算部分9，而轨迹计算部分根据新的坐标原点进行第二次坐标变换。
伺服控制器16放大由轨迹计算部分9提供的控制信号，以致执行器10、11和12可借以操作。
在伺服控制器16中，将来自位置传感器13、14和15的反馈信号与来自轨迹计算部分9的控制信号进行比较。如果它们互相有偏差，则代表偏差的信号被放大然后送到执行器10、11和12。
根据上述情况可以明白，操作者既可根据来自主动臂1的信号，也可根据来自键盘21的信号，随意移动从动臂。
为了使主动臂1运动，操作者握住主动臂1的顶端处的手柄7，一边看着显示从动臂2如何移动的图形显示器19一边使手柄7移动。
如果主动臂1出了什么毛病，则指示此异常状态的字符显示在图形显示器19上，从而把异常状态告知操作者。因而，只要操作者移动他或她自己的手臂，就能可靠地使主动臂1移动。
图2A至图2G和图3A至图3G画出的由位置传感器4、5和6产生的A相位和B相位输出信号。图中还画出操作信号处理器8在处理位置传感器的A相位和B相位输出信号时产生的输出信号。图2A至2G中所示的输出脉冲是当主动臂向右转动时产生的，而图3A至3G中所示的输出脉冲是当主动臂向左转动时产生的。
位置传感器4、5和6中的每个都是一个由以90°相位差布置的A相位和B相位探测元件组成的增量编码器。操作信号处理器8设有与传感器4、5和6对应的单稳多谐振荡器。
图2C和3C中所示的信号a是由响应于A相位输出信号的上升而操作的单称多谐振荡器输出的信号。图2D和3D中所示的信号b是由响应于A相位输出信号的下降而操作的单稳多谐振荡器输出的信号。图2E和3E中所示的信号C是由响应于B相位输出信号的上升而操作的单稳多谐振荡器输出的信号。图2F和3F中所示的信号d是由响应于B相位输出信号的下降而操作的单稳多谐振荡器输出的信号。
图2G中所示的U输出是当主动臂1向右转动时得到的信号。U输出包括当主动臂1转动一次时由（A·C+A·d）+（B·b+B·a）所表达的逻辑运算得到的四个输出脉冲。
图3G中所示的D输出是当主动臂1向左转动时得到的信号。D输出包括当主动臂1转动一次时由（A·d+A·c）+（B·a+B·b）所表达的逻辑运算得到的四个输出脉冲。
只要位置传感器4、5和6处于正常工作状态，当U输出中产生脉冲时D输出就没有任何脉冲。同理，当D输出中产生脉冲时U输出就没有任何脉冲。
因而，如果U输出和D输出二者同时有脉冲，这意味着位置传感器4、5和6处于异常状态。如果U输出和D输出都没有脉冲，这意味着位置传感器4、5和6静止。因此，根据U输出和D输出可以确定向右转动、向左转动、有没有故障及位置传感器的静止状态。
图4是按照本发明的另一实施例画出的机器人安全操作系统的配置原理图。
参见图4，数字50代表示教盒，数字51代表示教盒50内的编码器，而数字52代表机器人主体。
在手工操作机器人主体52的一个可动部分时，编码器51生成一个指令。
数字53代表机器人控制器。机器人控制器53处理由示教盒50提供的指令，以便控制机器人主体52，并使示教盒显示机器人系统的状态。
数字54代表操作信号处理器。操作信号处理器54处理编码器51的输出信号，以便生成用来确定向右转动、向左转动以及有没有故障的信号。
数字55代表轨迹计算部分。根据从示教盒50输入的指令，轨迹计算部分55执行坐标转换以便使机器人主体52移动。
坐标转换的典型例子包括使机器在人主体52按直角坐标运动的转换、使机器人主体52按圆柱坐标移动的转换以及使机器人主体的可动部分各自移动的转换。
数字56代表伺服控制器。伺服控制器56放大由轨迹计算部分55提供的控制信号并把放大了的信号提供给机器人主体52的伺服马达。此外，伺服控制器56还接收来自附于伺服马达的位置传感器的反馈信号，把它与由轨迹计算部分55提供的控制信号比较，并输出偏差信号。
数字57代表当编码器51向左转动时使用的脉冲计数器，而数字58代表当编码器51向左转动时使用的脉冲计数器。
数字59代表探测故障用的故障探测电路，探测时使用了图2A至2G和图3A至3G所描述的方法。
数字60代表安全管理部分。根据来自示教盒50、故障探测电路59、轨迹计算部分55或伺服控制器56的异常状态信号，安全管理部分60为了全制动机器人主体52或免除其他操作。
数字61代表一组分为三种类型的键，即十位数字键区62、功能键63和自由度切换键64。通过操作切换键64，沿X、Y和Z轴方向的自由度，比如说，可以从一个值切换到另一个。当编码器51的输出信号提供给轨迹计算部分55时，操作一个切换键64以选择与该输出信号对应的自由度。
在图4中，自由度可以从三个值之间选择，但在实际使用的机器人系统中，自由度可以从六个值之间选择。
数字65代表坐标转换管理部分。坐标转换管理部分65接收代表由功能键63选择的坐标的信号，并把一个指令提供给轨迹计算部分55。
数字66代表键输入确定部分。键输入确定部分66确定那些不能由坐标转换管理部分65处理的键输入，并把键输入信息提供给机器人控制器53的其他结构部件。
数字67代表示教信息存储部分。示教信息存储部分67储存有关从示教盒50输入的示教内容的信息，并在进行再现操作时把该信息提供给轨迹计算部分55。
数字68代表急停按钮。如果发生紧急情况，操作者按压急停按钮68，而由此生成的一个信号提供给安全管理部分60，以便紧急停机。
数字69代表自动转移开关，而数字70代表示教盒50的液晶显示器。
下面给出上述结构的第二实施例的操作的描述。
粗略地说，机器人系统的操作模式包括示教模式、自动操作模式和检验模式。
在示教模式，借助于键61来指定机器人的移动坐标，借助于自由度切换键64来选择一个切换位置。编码器51由操作者的微动操作来转动，而按照编码器51的转动而生成的脉冲从左转计数器57或右转计数器58输出。轨迹计算部分55进行坐标转换，而机器人主体52的可动部分由坐标转换所产生的指令操作。
操作机器人主体所需要的电源通过由伺服控制器56进行的功率放大而获得。机器人主体52的可动部分的位置由与可动部分直连接的位置传感器检测。代表可动部分位置的信号反馈到伺服控制器56。伺服控制器56把该人号与由轨迹计算部分55提供的控制信号比较，以便控制机器人主体52的移动。
在上述方式中，机器人主体按照编器51的转动来操作。
如果编码器51的A相位和B相位探测元件出了什么毛病，此状态由故障探测和59来探测。
当编码器51处于正常工作状态时，自动切换开关69处于图4中所示的位置a。于是，由轨迹计算部分55进行计算得到的有关现处位置的信息显示在液晶显示器70上。然而，果故障探测电路59探测到故障，则自动切开关69自动地切换到图4中所示的位置b，而安全管理部分60控制显示器70以显示编码器51的故障状态。
安全管理部分60不仅管理编码器51的故障而且管理轨迹计算部分55的伺服控制器56的故障。根据故障的出现，全管理部分60控制显示器70以显示故障状态，并向伺服控制器56提供一个信号，使伺服控制器56的偏差信号置，从而制动机器人主体。
如果编码器51的A相位和B相位探测元件同时失效，则左转计数器57和右转计数器都不输出脉冲。因而可以防止机器人主体的不想要的操作。
当编码器51处于正常工作状态而机器人主体52到达目标位置时，由功能键63发出示教指令。该示教指令由键输入确定部分66处理，而关于代表机器人主体52的顶端位置的并由轨迹计算部分55得到的数据则储存在示教信息存储部分67中。
在上述方式中，在机器人主体移动时代表机器人主体顶端位置的必要数据则被依次储存。结果，在自动操作模式中机器人主体应有的移动轨迹数据则被储存。
示教信息存储部分67不仅储存机器人主体52的顶端位置的数据，而且储存以下数据：机器人主体52移动到下一个目标位置的速度;机器人主体52所夹持的加工工具的状态;提供给机器人主体52的外围设备的操作指令;以及联锁关系。因此，机器人主体52能和外围设备协同操作。
编码器51设有接通开关。机器人主体可以朝着由自由度切换键64选择的方向以与接通开关移动角对应的速度运动。
在自动操作模式中，储存在示教信息存储部分67中的数据响应于示教盒50的起动按钮的按压而被取入轨迹计算部分55。根据轨迹计算部分55取入的数据;进行坐标转换，以得到用来使机器人主体52的每个可动部分移动的指令。这些指令经伺服控制器56放大后，提供给机器人主体52。这样一来，机器人主体52可按照储存在示教信息存储部分67中的数据依次移动。
在检验模式中，机器人主体52被封锁，操作者利用显示器70的显示功能来检查控制器的功能或储在在示教信息存储部分57中的数据。
例如，在示教操作中转动编码器51时A相位探测元件出现故障，虽然转动编码器51，可是图2中a和b所代表的信号没有输出。在这种情况下，通过把信号a和b与U输出比较，可以探测出A相位探测元件的故障。
由于上述结构，本发明有以下优点。
按照本发明，操作者不断地看着的显示器显示操作机的移动或位置。如果机器人系统不能正常工作，显示器显示此故障。因而，操作者可以方便而安全地操作机器人主体，因此减轻了操作者的负担。
此外，按照本发明，如果操作装置不能正常工作，故障立刻被探测，操作机立刻制动。由于操作机不能以不是操作者所要的方式操作，保证了安全性。
本专业的技术人员可以很容易发现其他优点和修改。因此从文义范围来理解，本发明新包括的内容不限于本文的详细描述和所介绍的代表性装置。因此，可以进行各种修改而不脱离所附权利要求及其等效物所规定的一般发明概念的精神和范围。