(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111604221.6 (22)申请日 2021.12.24 (71)申请人 北京科技大 学 地址 100083 北京市海淀区学院路3 0号 (72)发明人 解仑　周玉林　 (74)专利代理 机构 北京市广友专利事务所有限 责任公司 1 1237 代理人 张仲波 (51)Int.Cl. H04L 9/40(2022.01) H04L 67/01(2022.01) H04L 41/069(2022.01) G06F 21/55(2013.01) G06N 20/00(2019.01) (54)发明名称 基于EtherCAT自动化的机械臂安全检测方 法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于EtherCAT自动化的 机械臂安全检测方法及系统， 涉及工业机械臂的 安全检测技术领域。 包括： 控制系统模块通过协 议模块下发控制数据控制机械臂完成自动化作 业流程， 并接收传感器模块实时反馈的关节数 据； 数据捕获模块获取机械臂的实时数据； 其中， 实时数据包括协议数据以及关节数据； 关节数据 由数据捕获模块通过传感器模块获取得到； 入侵 检测模块基于实时数据进行协议数据规则匹配 与物理过程检测， 得到入侵检测结果； 其中入侵 检测结果为检测机械臂在进行正 常作业时， 是否 发生入侵行为； 远程日志模块基于入侵检测结 果， 完成机械臂作业时发生入侵行为后的日志记 录与响应工作。 本发明能够保证工业机械臂系统 的安全与稳定运行。 权利要求书2页 说明书11页 附图5页 CN 114389861 A 2022.04.22 CN 114389861 A 1.一种基于EtherCAT自动化的机械臂安全检测方法， 其特征在于， 所述方法由基于 EtherCAT自动化的机械臂 安全检测系统实现， 所述系统包括控制系统模块、 协 议模块、 传感 器模块、 数据捕获模块、 入侵检测模块、 远程日志模块； 所述方法包括： S1、 所述控制系统模块通过所述协议模块下发控制数据控制机械臂完成自动化作业流 程， 并接收所述传感器模块实时反馈的关节数据； S2、 所述数据捕获模块获取机械臂的实时数据； 其中， 所述实时数据包括协议数据以及 关节数据； 所述关节数据由所述数据捕获模块 通过所述传感器模块获取 得到； S3、 所述入侵检测模块基于所述实时数据进行协议数据规则匹配与物理过程检测， 得 到入侵检测结果； 其中所述入侵检测结果为检测所述机械臂在进行正常作业时， 是否发生 入侵行为； S4、 所述远程日志模块基于所述入侵检测结果， 完成所述机械臂作业时发生入侵行为 后的日志 记录与响应工作。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， S3中的所述入侵检测模块包括协议入侵检 测模块以及物理过程入侵检测模块； 所述入侵检测模块基于所述实时数据进行协议数据规则匹配与物理过程检测， 得到入 侵检测结果包括： 将所述实时数据的协议数据输入到所述协议入侵检测模块， 检测所述机械臂作业时、 以太网控制自动化 技术EtherCAT协议数据是否发生入侵行为； 将所述实时数据的关节数据输入到所述物 理过程入侵检测模块， 检测所述机械臂作业 时物理过程是否发生入侵行为。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特 征在于， 所述协议入侵检测模块的建立过程包括： 获取所述机械臂正常运行状态下的协议数据； 对所述协议数据进行 特征提取； 基于特征提取后的协议数据建立白名单规则库， 得到协议入侵检测模块。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述将所述实时数据的协议数据输入到所 述协议入侵检测模块， 检测所述机械臂作业时、 以太网控制自动化技术EtherCAT协议数据 是否发生入侵行为包括： 将所述实时数据的协议数据输入到所述协议入侵检测模块， 判断所述实时数据 是否符 合所述白名单规则库， 如果所述实时数据符合所述白名单规则库， 则判断所述机械臂作业 时EtherCAT协议数据未发生入侵行为， 如果所述实时数据不符合所述白名单规则库， 则判 断所述机 械臂作业时EtherCAT协议数据发生了入侵行为。 5.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述物理过程入侵检测模块的建立过程包 括： 获取所述机械臂正常运行状态下的运动学与动力学参数； 基于所述 运动学与动力学参数建立数据集； 基于所述数据集， 训练机器学习模型， 所述机器学习模型对机械臂 的运行状态进行分 类， 从而判断运行状态是否异常， 得到物理过程入侵检测模块； 其中， 所述运行状态包括初 始化状态、 向抓取点 运行状态、 抓取状态、 向放置点 运行状态以及放置状态。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114389861 A 26.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 所述将所述实时数据的关节数据输入到所 述物理过程入侵检测模块， 检测所述机 械臂作业时物理过程是否发生入侵行为包括： 将所述实时数据的关节数据输入到所述物 理过程入侵检测模块， 判断所述机械臂在运 行过程中， 任一时刻运行状态是否衔接上一时刻运行状态或运行状态未发生变化， 如果任 一时刻运行状态 衔接上一时刻运行状态或运行状态未发生变化， 则判断所述机械臂作业时 物理过程未发生入侵行为， 如果任一时刻运行状态未衔接上一时刻运行状态且运行状态发 生变化， 则判断所述机 械臂作业时物理过程发生了入侵行为。 7.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述S4中的所述远程日志模块基于所述入 侵检测结果， 完成所述机 械臂作业时发生入侵行为后的日志 记录与响应工作包括： 当所述入侵检测结果为所述机械臂在进行作业 时发生入侵行为 时， 所述远程日志模块 将发生入侵行为的异常数据反馈给安全员主机， 所述安全员主机向所述控制系统模块下达 停机指令， 并根据所述异常数据构建异常日志文件。 8.一种基于EtherCAT自动化的机械臂安全检测系 统， 其特征在于， 所述系 统用于实现 基于EtherCAT自动化的机械臂安全检测方法， 所述系统包括控制系统模块、 协 议模块、 传感 器模块、 数据捕获模块、 入侵检测模块、 远程日志模块； 其中： 所述控制系统模块， 用于通过所述协议模块下发控制数据控制机械臂完成自动 化作业 流程， 并接收所述传感器模块实时反馈的关节数据； 所述协议模块， 用于传输所述控制系统模块与传感器模块之间的数据； 所述传感器模块， 用于获取并实时反馈的关节数据； 所述数据捕 获模块， 用于获取机械臂的实时数据； 其中， 所述实时数据包括协议数据以 及关节数据； 所述关节数据由所述数据捕获模块 通过所述传感器模块获取 得到； 所述入侵检测模块， 用于基于所述实时数据进行协议数据规则匹配与物理过程检测， 得到入侵检测结果； 其中所述入侵检测结果为检测所述机械臂在进行正常作业时， 是否发 生入侵行为； 所述远程日志模块， 用于基于所述入侵检测结果， 完成所述机械臂作业时发生入侵行 为后的日志 记录与响应工作。 9.根据权利要求8所述的系统， 其特征在于， 所述入侵检测模块包括协议入侵检测模块 以及物理过程入侵检测模块； 所述入侵检测模块， 进一 步用于： 将所述实时数据的协议数据输入到所述协议入侵检测模块， 检测所述机械臂作业时、 以太网控制自动化 技术EtherCAT协议数据是否发生入侵行为； 将所述实时数据的关节数据输入到所述物 理过程入侵检测模块， 检测所述机械臂作业 时物理过程是否发生入侵行为。 10.根据权利要求8所述的系统， 其特 征在于， 所述远程日志模块， 进一 步用于： 当所述入侵检测结果为所述机械臂在进行作业 时发生入侵行为 时， 所述远程日志模块 将发生入侵行为的异常数据反馈给安全员主机， 所述安全员主机向所述控制系统模块下达 停机指令， 并根据所述异常数据构建异常日志文件。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114389861 A 3