使機(jī)器人進(jìn)行退避動(dòng)作的人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)，人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)包括：外力檢測(cè)部，其檢測(cè)作用于機(jī)器人的外力；退避動(dòng)作指令部，其在由外力檢測(cè)部檢測(cè)到的外力比第一閾值大的情況下，指示使上述機(jī)器人向減小外力的方向移動(dòng)的退避動(dòng)作；位置獲取部，其獲取機(jī)器人的當(dāng)前位置；以及退避動(dòng)作停止部，其在由位置獲取部獲取到的上述機(jī)器人的當(dāng)前位置離開(kāi)退避區(qū)域時(shí)，使上述退避動(dòng)作停止。
【專利說(shuō)明】
使機(jī)器人進(jìn)行退避動(dòng)作的人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)作用于機(jī)器人的外力來(lái)使機(jī)器人進(jìn)行退避動(dòng)作的人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，開(kāi)發(fā)了在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)混合配置人和機(jī)器人，使人和機(jī)器人分擔(dān)生產(chǎn)工作的人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)。為了確保人的安全，而有在人與機(jī)器人之間配置安全護(hù)欄的情況。然而，若配置安全護(hù)欄則導(dǎo)致工作的延遲，所以近年來(lái)，提出了不使用安全護(hù)欄的人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)。
[0003]在這種人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)中，為了確保人的安全，而當(dāng)機(jī)器人與人接近或者接觸時(shí)，使機(jī)器人減速或者停止。然而，因?yàn)槿撕蜋C(jī)器人共享工作區(qū)域，所以存在已減速或者已停止的機(jī)器人成為人工作時(shí)的障礙物的情況。
[0004]因此，要求使這種機(jī)器人從工作區(qū)域退避。為了該目的，而在機(jī)器人設(shè)置有檢測(cè)在人推壓機(jī)器人時(shí)作用于機(jī)器人的外力的傳感器。而且，通過(guò)人簡(jiǎn)單地用規(guī)定值以上的外力推壓機(jī)器人，而進(jìn)行了使機(jī)器人進(jìn)行退避動(dòng)作的操作。在該情況下，不需要使用示教操作面板。
[0005]這里，在日本專利第4445038號(hào)公報(bào)中，在人和機(jī)器人配合搬運(yùn)工件的系統(tǒng)中，設(shè)置有檢測(cè)作用于工件與機(jī)器人的手之間的外力的傳感器。在日本特開(kāi)平10 - 291182號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)了在馬達(dá)與被該馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的臂之間設(shè)置有轉(zhuǎn)矩傳感器的結(jié)構(gòu)。
[0006]然而，也可能存在盡管外力未作用于機(jī)器人，傳感器也誤檢測(cè)到外力而使機(jī)器人進(jìn)行退避動(dòng)作的情況。這種情況例如是機(jī)器人把持著工件時(shí)工件意外落下的情況以及工件的重量的設(shè)定值錯(cuò)誤的情況等。由此，存在防止機(jī)器人撞上周邊設(shè)備、人等而構(gòu)成危險(xiǎn)的可能性。
[0007]這里，日本專利第4445038號(hào)公報(bào)限定為機(jī)器人的手把持工件的一端，并且人把持工件的另一端的結(jié)構(gòu)。另外，日本專利第4445038號(hào)公報(bào)以在機(jī)器人與手之間配置傳感器為前提，無(wú)法應(yīng)用于如日本特開(kāi)平10 - 291182號(hào)公報(bào)那樣在機(jī)器人的關(guān)節(jié)等配置傳感器的情況。因此，難以將日本專利第4445038號(hào)公報(bào)的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于機(jī)器人和人共享工作空間來(lái)進(jìn)行協(xié)同工作的人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于，提供一種人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)，即使在由于傳感器誤檢測(cè)而機(jī)器人開(kāi)始退避動(dòng)作的情況下，也能夠使機(jī)器人的退避動(dòng)作停止。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，根據(jù)第一發(fā)明提供了一種人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)，在機(jī)器人和人共享工作空間來(lái)進(jìn)行協(xié)同工作的人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)中，具備:外力檢測(cè)部，其檢測(cè)作用于上述機(jī)器人的外力；退避動(dòng)作指令部，其在由上述外力檢測(cè)部檢測(cè)到的外力比第一閾值大的情況下，指示使上述機(jī)器人向減小上述外力的方向移動(dòng)的退避動(dòng)作；位置獲取部，其獲取上述機(jī)器人的當(dāng)前位置；以及退避動(dòng)作停止部，其在由該位置獲取部獲取到的上述機(jī)器人的當(dāng)前位置離開(kāi)退避區(qū)域時(shí)，使上述退避動(dòng)作停止。
[0010]根據(jù)第二發(fā)明，在第一發(fā)明中，還具備退避區(qū)域設(shè)定部，該退避區(qū)域設(shè)定部在上述外力為比上述第一閾值小的第二閾值以下的情況下，將包括上述機(jī)器人的當(dāng)前位置的規(guī)定的區(qū)域設(shè)定為退避區(qū)域。
[0011]根據(jù)第三發(fā)明，在第一或者第二發(fā)明中，上述外力檢測(cè)部是安裝于上述機(jī)器人的前端的力傳感器。
[0012]根據(jù)附圖所示的本發(fā)明的典型的實(shí)施方式的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的這些目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)及其他的目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)會(huì)更加清楚。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是表示本發(fā)明中的人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的圖。
[0014]圖2是機(jī)器人的第一側(cè)視圖。
[0015]圖3是機(jī)器人的第二側(cè)視圖。
[0016]圖4A是表示時(shí)間與外力的關(guān)系的圖。
[0017]圖4B是表不時(shí)間與外力的關(guān)系的另一圖。
[0018]圖5是表示本發(fā)明中的人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)作的流程圖。
[0019]圖6A是用于對(duì)退避區(qū)域進(jìn)行說(shuō)明的圖。
[0020]圖6B是用于對(duì)退避區(qū)域進(jìn)行說(shuō)明的另一圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下，參照附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。在以下的附圖中對(duì)相同的部件標(biāo)注了相同的參照符號(hào)。為了容易理解，這些附圖適當(dāng)?shù)刈兏吮壤摺?br>[0022]圖1是表示本發(fā)明中的人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的圖。如圖1所示，人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)I主要包括機(jī)器人10、控制機(jī)器人10的控制裝置20、以及人11。因?yàn)闄C(jī)器人10配置于人11的附近，所以在人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)I中，機(jī)器人10和人11能夠共享工作空間來(lái)進(jìn)行協(xié)同工作。
[0023]機(jī)器人10例如是六軸多關(guān)節(jié)機(jī)器人，在其前端具備能夠把持工件W的手H。而且，力傳感器S在手H與機(jī)器人臂的前端之間內(nèi)置于機(jī)器人10。因此，力傳感器S作為外力檢測(cè)值Fd檢測(cè)作用于從安裝有力傳感器S的場(chǎng)所到手H的前端以及工件W之間的外力。
[0024]圖1所示的控制裝置20是數(shù)字計(jì)算機(jī)，包括外力推斷部21，該外力推斷部21使用由力傳感器S檢測(cè)到的外力檢測(cè)值Fd，來(lái)推斷從周邊設(shè)備等的外部環(huán)境作用于機(jī)器人10的力而作為外力推斷值。外力推斷部21通過(guò)從力傳感器S檢測(cè)到的外力檢測(cè)值Fd減去在外力未作用時(shí)的手H以及工件W的各自的自重來(lái)計(jì)算外力推斷值Fe ο在更正確地計(jì)算外力推斷值Fe的情況下，也可以從外力檢測(cè)值Fd進(jìn)一步減去通過(guò)由于機(jī)器人10和工件W的各自移動(dòng)而產(chǎn)生的慣性力作用于力傳感器S的力。此外，也可以通過(guò)其他的方法來(lái)推斷外力推斷值Fe。力傳感器S以及外力推斷部21發(fā)揮作為檢測(cè)作用于機(jī)器人10的外力的外力檢測(cè)部的作用。
[0025]并且，控制裝置20包括退避動(dòng)作指令部22，該退避動(dòng)作指令部22在由外力推斷部21推斷出的外力推斷值Fd比閾值大的情況下，指示使機(jī)器人10向減小外力推斷值的方向移動(dòng)的退避動(dòng)作。因此，若人11有意地用比閾值大的力推壓機(jī)器人10，則退避動(dòng)作指令部22指示退避動(dòng)作，以使機(jī)器人10開(kāi)始退避動(dòng)作。此外，閾值預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)等求出，并存儲(chǔ)于控制裝置20的存儲(chǔ)部(未圖示)。
[0026]并且，控制裝置20包括獲取機(jī)器人10的當(dāng)前位置的位置獲取部23。位置獲取部23與安裝于驅(qū)動(dòng)機(jī)器人10的各軸的馬達(dá)(未圖示)的編碼器(未圖示)連接。因此，位置獲取部23能夠獲取機(jī)器人10的特別是臂前端部的位置。
[0027]并且，控制裝置20包括退避動(dòng)作停止部24，該退避動(dòng)作停止部24在由位置獲取部23獲取到的機(jī)器人10的當(dāng)前位置離開(kāi)退避區(qū)域時(shí)，使由退避動(dòng)作指令部22指示的退避動(dòng)作停止。另外，控制裝置20包括退避區(qū)域設(shè)定部25，該退避區(qū)域設(shè)定部25在外力推斷值是閾值以下的情況下將包括機(jī)器人10的當(dāng)前位置的規(guī)定的區(qū)域設(shè)定為退避區(qū)域。
[0028]圖2以及圖3是機(jī)器人的側(cè)視圖。在圖2中，機(jī)器人10的手H把持著重量例如是30kg的工件W。在該情況下，沒(méi)有作用于機(jī)器人10的外力，所以外力推斷部21計(jì)算出的外力推斷值Fe是0kg。
[0029]這里，如圖3所示，考慮工件W從機(jī)器人10的手H意外脫落的情況。由此，外力檢測(cè)值Fd僅減少工件W的重量亦即30kg。其結(jié)果，外力推斷部21計(jì)算出的外力推斷值Fe為30kg前后。
[0030]而且，在用于退避動(dòng)作指令部22的閾值被設(shè)定為30kg前后的情況下，退避動(dòng)作指令部22指示退避動(dòng)作。在該情況下，實(shí)際成為盡管不需要進(jìn)行退避，機(jī)器人10也開(kāi)始退避動(dòng)作的情況。由此，存在機(jī)器人10碰上周邊設(shè)備或者人11的可能性，其結(jié)果，存在機(jī)器人
10、周邊設(shè)備損傷，或者危險(xiǎn)波及到人11的情況。
[0031]然而，圖4A以及圖4B是表示時(shí)間與外力的關(guān)系的圖。在這些附圖中，橫軸表示時(shí)間，縱軸表示由力傳感器S推斷出的外力檢測(cè)值Fd。在圖4A的時(shí)刻tl中，若工件W從機(jī)器人10的手H意外落下，則外力幾乎從零急劇地上升到外力FA2。之后，外力在外力FA2與比外力FA2小的外力FAl之間變動(dòng)。
[0032]相同地，在圖4B的時(shí)刻t2中，若人11有意地用手等推壓機(jī)器人10，則外力幾乎從零上升到外力FB2。然后，外力在外力FB2與比外力FB2小的外力FBl之間變動(dòng)。
[0033]圖5是表示本發(fā)明中的人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)作的流程圖。以下，參照?qǐng)D5對(duì)人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)I的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。此外，圖5所示的處理在每個(gè)規(guī)定的控制周期反復(fù)實(shí)施。
[0034]首先，在圖5的步驟Sll中，力傳感器S檢測(cè)外力檢測(cè)值Fd。接下來(lái)，在步驟S12中，夕卜力推斷部21推斷外力推斷值Fe。并且，在步驟S13中，比較外力推斷值Fe和退避區(qū)域用閾值A(chǔ)2。退避區(qū)域用閾值A(chǔ)2是預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)等求出的規(guī)定的值，例如是2kg。
[0035]在步驟S13中判斷為外力推斷值Fe不比退避區(qū)域用閾值A(chǔ)2大的情況下，前進(jìn)到步驟S14。在步驟S14中，退避區(qū)域設(shè)定部25設(shè)定退避區(qū)域Z。
[0036]這里，圖6A以及圖6B是用于對(duì)退避區(qū)域進(jìn)行說(shuō)明的圖。首先，由位置獲取部23獲取到的當(dāng)前位置CP被供給至退避區(qū)域設(shè)定部25。然后，如圖6A所示，將以當(dāng)前位置CP為中心的規(guī)定半徑的球設(shè)定為退避區(qū)域Z。規(guī)定半徑例如是30cm。此外，也可以通過(guò)其他的方法設(shè)定退避區(qū)域Z。若設(shè)定了退避區(qū)域Z，則返回到步驟S11。
[0037]在步驟S13中判定為外力推斷值Fe比退避區(qū)域用閾值A(chǔ)2大的情況下，前進(jìn)到步驟S15。在步驟S15中，進(jìn)一步判定外力推斷值Fe是否比閾值A(chǔ)l大。閾值A(chǔ)l是預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)等求出的比退避區(qū)域用閾值A(chǔ)2大的規(guī)定的值，并且閾值A(chǔ)l是比圖4A所示的外力FAl以及圖4B所示的外力FBl小且比零大的規(guī)定的值，例如是30kg前后。
[0038]然后，在判定為外力推斷值Fe比閾值A(chǔ)l大的情況下，前進(jìn)到步驟S16。在步驟S16中，判斷為人11有意地推壓機(jī)器人10，從而退避動(dòng)作指令部22輸出退避指令。由此，機(jī)器人10向減小外力推斷值的方向進(jìn)行退避動(dòng)作。此外，在判定為外力推斷值Fe不比閾值A(chǔ)l大的情況下，返回到步驟S11。
[0039]然后，在機(jī)器人10進(jìn)行退避動(dòng)作時(shí)，在步驟S17中，通過(guò)位置獲取部23獲取機(jī)器人10的前端部的當(dāng)前位置CP。然后，在步驟S18中，判定當(dāng)前位置CP是否位于退避區(qū)域Z的外側(cè)。如圖6B所示，在當(dāng)前位置CP離開(kāi)退避區(qū)域Z而位于退避區(qū)域Z的外側(cè)的情況下，在步驟S19中退避動(dòng)作停止部24使退避動(dòng)作停止。此外，在當(dāng)前位置CP位于退避區(qū)域Z內(nèi)的情況下，返回到步驟S17。
[0040]這里，在人11有意地用比閾值A(chǔ)l大的力推壓機(jī)器人10的情況下，若機(jī)器人10的前端點(diǎn)僅移動(dòng)規(guī)定半徑例如30cm，則機(jī)器人10停止。在該情況下，若人11再次相同地推壓機(jī)器人10，則機(jī)器人10再次開(kāi)始退避動(dòng)作。
[0041]另外，如上所述，在工件W從機(jī)器人10的手H意外落下的情況下，外力推斷值Fe為30kg前后，所以機(jī)器人10開(kāi)始退避動(dòng)作。在該情況下，在工件W落下后，外力推斷值Fe幾乎沒(méi)有變化。而且，若機(jī)器人10離開(kāi)退避區(qū)域Z，則機(jī)器人10停止。因此，如果機(jī)器人10停止，則不再建立新的退避區(qū)域Z。因此，在本發(fā)明中，即使在工件W從機(jī)器人10意外落下而開(kāi)始了退避動(dòng)作的情況下，也使機(jī)器人10停止。
[0042]這樣，在本發(fā)明中預(yù)先設(shè)定退避區(qū)域Z，所以能夠限制機(jī)器人10能夠進(jìn)行退避動(dòng)作的區(qū)域。因此，即使在工件W從機(jī)器人10意外落下時(shí)等誤檢測(cè)的情況下，若機(jī)器人10離開(kāi)退避區(qū)域Z，則也使機(jī)器人10停止。此外，也可以預(yù)先將規(guī)定的區(qū)域設(shè)定為退避區(qū)域Z。因此，在本發(fā)明中，能夠防止機(jī)器人10碰上周邊設(shè)備、人11等而構(gòu)成危險(xiǎn)。另外，在工件的重量的設(shè)定值錯(cuò)誤而機(jī)器人10進(jìn)行退避動(dòng)作的情況下，也能夠進(jìn)行相同的控制。
[0043]此外，在參照?qǐng)D5進(jìn)行了說(shuō)明的實(shí)施方式中，外力推斷部21使用外力檢測(cè)值Fd來(lái)推斷外力推斷值Fe。然而，外力推斷部21也可以使用在驅(qū)動(dòng)機(jī)器人10的各軸的馬達(dá)流動(dòng)的電流值來(lái)推斷外力推斷值Fe。另外，也能夠基于力傳感器S的外力檢測(cè)值Fd來(lái)進(jìn)行與上述相同的判斷。該情況下，優(yōu)選分別設(shè)定第一閾值A(chǔ)l以及第二閾值A(chǔ)2。
[0044]并且，力傳感器S也可以配置于機(jī)器人10的基部。在該情況下，能夠防止由于在機(jī)器人10的臂上載置有其他的物體而產(chǎn)生誤檢測(cè)從而機(jī)器人10進(jìn)行退避動(dòng)作的情況。
[0045]發(fā)明效果
[0046]在第一發(fā)明中，即使在工件從機(jī)器人的手意外落下而開(kāi)始退避動(dòng)作的情況下，也在機(jī)器人的當(dāng)前位置離開(kāi)退避區(qū)域時(shí)，使機(jī)器人停止。因此，能夠防止機(jī)器人碰上周邊設(shè)備、人等而構(gòu)成危險(xiǎn)。
[0047]在第二發(fā)明中，能夠通過(guò)設(shè)定退避區(qū)域，來(lái)限制機(jī)器人能夠進(jìn)行退避動(dòng)作的區(qū)域。
[0048]使用典型的實(shí)施方式來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但是如果是本領(lǐng)域技術(shù)人員，則能夠理解的是，只要不脫離本發(fā)明的范圍，則能夠進(jìn)行上述的變更以及各種其他的變更、省略、追加。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)，其為機(jī)器人和人共享工作空間而進(jìn)行協(xié)同工作的人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，具備: 外力檢測(cè)部，其檢測(cè)作用于上述機(jī)器人的外力； 退避動(dòng)作指令部，其在由上述外力檢測(cè)部檢測(cè)到的外力比第一閾值大的情況下，指示使上述機(jī)器人向減小上述外力的方向移動(dòng)的退避動(dòng)作； 位置獲取部，其獲取上述機(jī)器人的當(dāng)前位置；以及 退避動(dòng)作停止部，其在由該位置獲取部獲取到的上述機(jī)器人的當(dāng)前位置離開(kāi)退避區(qū)域時(shí)，使上述退避動(dòng)作停止。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于， 還具備退避區(qū)域設(shè)定部，其在上述外力為比上述第一閾值小的第二閾值以下的情況下，將包括上述機(jī)器人的當(dāng)前位置的規(guī)定的區(qū)域設(shè)定為退避區(qū)域。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的人機(jī)合作機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于， 上述外力檢測(cè)部是安裝于上述機(jī)器人的前端的力傳感器。
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK105911861SQ201510984585
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2015年12月24日
【發(fā)明人】?jī)?nèi)藤康廣, 有田創(chuàng), 有田創(chuàng)一, 高橋廣光
【申請(qǐng)人】發(fā)那科株式會(huì)社