专利名称：机器人系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种限制机器人活动范围的机器人系统。
背景技术：
作为现有机器人系统，如日本国专利公开2004-322244号所示，将用于限制机器人动作的区域作为“虚拟安全栅”定义在存储器上，至少定义2处以上包括工件、工具的包含机器人的一部分的3维空间区域，进行在该3维空间区域的轨迹计算上的预测位置与虚拟安全栅的查询，在即使只有一部分接触虚拟安全栅时，也进行使机器人停止的控制。但是，在现有技术中，是在轨迹计算上的预测位置超过虚拟安全栅时使机器人停止的技术，由于即使在不超过轨迹计算上的预测位置时如果机器人因紧急停止等而停止， 则机器人也会进行不少的惯性移动，因此机器人实际停止的位置不同于轨迹计算上的位置。所以，存在如下问题，即使在轨迹计算上不超过虚拟安全栅，机器人也会超过虚拟安全栅。另外，现有机器人各轴的范围限制是对指令值、现在的马达位置进行限制，机器人因紧急停止等会超过限制范围。因此，通过机械限制器等机械装置来实现范围限制，存在设备成本提高的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而进行的，假设在机器人紧急停止时，在各轴惯性移动的位置有可能接触虚拟安全栅时，在该时点使机器人停止，在任何情况下都使机器人不接触虚拟安全栅。另外，通过监视预测到惯性移动的各轴位置的各轴范围，从而即使在机器人紧急停止的情况下，也可以使机器人各轴角度不超过限制范围。由此，本发明的目的在于提供机器人系统，具备能够以不浪费的状态有效利用工厂等的地面面积、空间的机器人动作限制方法与其装置以及这种装置。为了解决上述问题，本发明如下构成。技术方案1所述的发明为，定义有机器人的臂占有区域与所述臂占有区域不得接触的虚拟安全防护栅，在每个运算周期运算所述机器人顶端的目标位置而生成所述机器人的各轴的动作指令时，确认基于下一个运算周期的所述机器人顶端的目标位置的所述臂占有区域是否接触所述虚拟安全防护栅，在确认到接触时，进行停止所述机器人动作的控制，在未确认到接触时，根据预先测定的实际惯性移动角度与机械滞后时间，推定在所述机器人基于向下一个运算周期的所述机器人顶端的目标位置的动作指令而进行动作中紧急停止所述机器人时的所述机器人的各轴的惯性移动角度，
通过将各轴的惯性移动角度加算于下一个运算周期的所述各轴的动作指令，求出所述机器人的各轴的惯性移动预测位置。另外，技术方案2所述的发明为，通过将各轴的惯性移动角度加算于下一个运算周期的所述各轴的动作指令，求出所述机器人的各轴的惯性移动预测位置，推定在各轴的所述惯性移动预测位置的所述臂占有区域是否接触所述虚拟安全防护栅，在确认到接触时，进行停止所述机器人动作的控制。另外，技术方案3所述的发明为，根据预先测定的实际惯性移动角度与机械滞后时间，推定在所述机器人的动作中紧急停止所述机器人时的所述机器人各轴的惯性移动角度，通过将各轴的所述推定的惯性移动角度加算于下一个运算周期的所述各轴的所述动作指令，求出所述机器人的各轴的惯性移动预测位置，推定各轴的所述惯性移动预测位置是否超过所述可动作范围，在各轴的所述惯性移动预测位置超过所述可动作范围时，进行停止所述机器人动作的控制。另外，技术方案4所述的发明为，根据预先测定的实际惯性移动角度与机械滞后时间，推定在所述机器人的动作中紧急停止所述机器人时的所述机器人各轴的所述惯性移动角度，通过将各轴的所述实际惯性移动角度加算于下一个运算周期的所述各轴的动作指令，求出所述机器人的各轴的惯性移动预测位置，推定在各轴的所述惯性移动预测位置的所述臂占有区域是否接触所述虚拟安全防护栅，在判断为接触时，进行停止所述机器人动作的控制。另外，技术方案5所述的发明为，定义有机器人各关节轴的可动作范围，在每个运算周期运算所述机器人顶端的目标位置而生成所述机器人的各轴的动作指令时，推定下一个各轴的动作指令值是否超过所述可动作范围，在各轴的所述动作指令值超过所述可动作范围时，进行停止所述机器人动作的控制，在各轴的所述动作指令值不超过所述可动作范围时，根据预先测定的实际惯性移动角度与机械滞后时间，推定在所述机器人基于向下一个运算周期的所述机器人顶端的目标位置的动作指令而进行动作中紧急停止所述机器人时的所述机器人各轴的惯性移动角度，通过将各轴的所述惯性移动角度加算于下一个运算周期的所述各轴的动作指令， 求出所述机器人的各轴的惯性移动预测位置。另外，技术方案6所述的发明为，通过将各轴的所述惯性移动角度加算于下一个运算周期的所述各轴的动作指令， 求出所述机器人的各轴的惯性移动预测位置，推定各轴的惯性移动预测位置是否超过所述
5可动作范围，在各轴的惯性移动预测位置超过所述可动作范围时，进行停止所述机器人动作的控制。另外，技术方案7所述的发明为，具有具备多个关节轴的机器人；及配置在所述机器人周边的安全防护栅，所述机器人在所述安全防护栅中进行作业，在进行所述作业的基础上，具备判断所述机器人是否接触所述安全防护栅的控制装置，在由所述控制装置判断为所述机器人接触所述安全防护栅时，终止作业。另外，技术方案8所述的发明为，所述控制装置还具备如下功能，根据预先测定的实际惯性移动角度与机械滞后时间，推定所述机器人的各轴的惯性移动角度，通过将各轴的惯性移动角度加算于下一个运算周期的所述各轴的动作指令，求出所述机器人的各轴的惯性移动预测位置。另外，技术方案9所述的发明为，所述控制装置还具备如下功能，在每一个运算周期运算所述机器人顶端的目标位置而生成所述机器人的各轴的动作指令时，推定下一个各轴的动作指令值是否超过所述可动作范围。根据本发明，在假设机器人紧急停止时，在各轴惯性移动的位置有可能接触虚拟安全栅时，在该时点使机器人停止，在任何情况下机器人都不会接触虚拟安全栅。另外，通过监视预测到惯性移动的各轴位置的各轴范围，从而即使在机器人紧急停止的情况下，机器人各轴角度也不会超过限制范围。由此，能够以不浪费的状态有效利用工厂等的地面面积、空间。
图1是具备第1实施例的机器人动作限制方法与装置的机器人系统。图2是表示第1实施例的机器人动作限制方法的框图。图3是表示具备第1实施例的机器人动作限制方法与装置的机器人的动作的图。图4是第1实施例的机器人动作限制方法的流程图。图5是表示定义第1实施例的可动作区域的方法的图。图6是表示第2实施例的机器人动作限制方法的框图。图7是表示第2实施例的机器人动作限制方法的流程图。图8是具备第2实施例的机器人各轴动作限制方法与装置的机器人系统。图9是表示第3实施例的机器人各轴动作限制方法的框图。图10是表示第3实施例的机器人各轴动作限制方法的流程图。图11是表示第4实施例的机器人各轴动作限制方法的框图。图12是表示第4实施例的机器人各轴动作限制方法的流程图。符号说明
1-机器人；2-基台；3、4、5_臂；6_把持装置；7_工具；8_关节；9_工件；10-物理安全防护栅；20-控制装置；21-示教工具；50-虚拟安全防护栅；51-构成虚拟安全防护栅的线段(1) ；52-构成虚拟安全防护栅的线段O) ；53-构成虚拟安全防护栅的线段(3)； 54-构成虚拟安全防护栅的线段；55-构成虚拟安全防护栅的线段(5) ；56-构成虚拟安全防护栅的线段(6) ；57-构成虚拟安全防护栅的线段(7) ；58-构成虚拟安全防护栅的线段(8) ；59-构成虚拟安全防护栅的多角形；60-各轴可动作范围；201-示教、操作部； 202-示教数据储存区域；203-参数储存区域；204-动作指令生成部；205-驱动部；206-下一个目标位置算出部；207、603_惯性移动预测位置算出部；208、604_虚拟安全防护栅接触监视部；301-现在位置；302-下一个目标位置；303-惯性移动预测位置；304-第1轴； 601-动作区域监视装置；602-现在位置检测部；604-动作区域监视装置；605-马达位置； 606-紧急停止指令；901、1101-各轴动作范围限制监视部；A1、A2、A3、A4、A5、A6-臂占有区域。
具体实施例方式以下，根据附图对本发明的具体实施方式
进行说明。实施例1使用图1对具备第1实施方式的机器人动作限制方法与装置的机器人系统进行说明。在工厂地面上设置有物理安全防护栅10，将机器人设置于其中。在此例中，机器人1具备基台2与3个臂3、4、5。在臂5上通过把持装置6具备工具7。作为工具7，安装电弧焊接用的焊接焊炬、点焊焊接用的焊抢、搬运用途的手等。分别用关节8连接臂3、4、5。工件9是被焊接体或搬运物等。例如，在安全防护栅10中，进行工件9焊接或者搬运物的组装作业。从控制装置20向机器人1发送所需信号，臂3、4、5按照规定作业程序进行规定动作，把持装置6或工具7沿着所希望的轨迹进行动作。在控制装置20上连接有示教工具21，进行对机器人1的示教或作业程序的重写寸。在将机器人导入、设置而开动之前，设定机器人1的虚拟安全防护栅50。除了在设置时之外，在需要变更时随时进行该虚拟安全防护栅50的设定。虚拟安全防护栅50作为多棱柱空间而被定义、设定。设定是使用示教工具21将多棱柱的定点坐标值进行数值输入来进行定义，或者操作示教工具21使机器人1的控制点进行活动，通过指定多棱柱的顶点位置来进行定义。另外，也可以用个人电脑等从示教工具21向控制装置20输入设定了虚拟安全防护栅50的数据。被定义的虚拟安全防护栅50存入于控制装置20的存储器。并且， 也可以将虚拟安全防护栅50作为多个区域来进行定义，另外，可以对各虚拟安全防护栅设定有效、无效。另外，将机器人1的各臂3、4、5或工具7在空间中所占区域定义为臂占有区域Al、 A2、A3、A4、A5、A60首先，将臂3、4、5定义为以连接关节的直线为轴心的规定半径的圆筒区域，分别是A4、A5、A6。另外，将包含机器人1的各关节8的区域A1、A2定义为以关节8的轴上1点为中心的规定半径的球。关节8的轴上1点通常使用在定义所述A4、A5、A6区域时使用的“连接关节8的直线”与关节8的轴线的交点。而且，将包含臂5顶端的把持装置6及工具 7的区域定义为规定半径的球A3。这些臂占有区域Al乃至A6的定义也存入于控制装置20 的存储器。任意一个臂占有区域只要是具有大致半径的球及圆筒即可，在作为半径更大的球及圆筒来定义时，虽然检测范围相应地变大，但是需要将上述的虚拟安全防护栅50作为更大的区域进行设定，空间效率降低。或者臂移动受到限制。图2是表示在控制装置20中构成的机器人控制的一个实施例的框图。通过在示教工具21中的操作者的操作，示教、操作部201进行作业程序的调出、执行及用于示教作业的机器人操作。另外，也对示教数据储存区域202进行示教数据(作业程序、其他作业的关联信息)的设定或对参数储存区域203进行各种参数设定等。在参数储存区域203中还存入插值运算所需的臂各部分的尺寸；机器人轴动作所需的减速比、马达常数等的关节轴的规格；各轴臂占有区域Al乃至A6的半径；及用于定义虚拟安全防护栅50的坐标值等。当操作者调出、执行作业程序或进行用于示教作业的机器人操作时，示教、操作部 201对动作指令生成部204发送机器人动作指令要求。动作指令生成部204针对机器人动作指令要求，在作业程序中规定的每个插值周期，在下一个目标位置算出部206算出下一个目标位置。对于在此求出的下一个目标位置，在虚拟安全防护栅接触监视部208中检查臂占有区域Al乃至A6是否接触虚拟安全防护栅。另外，通过惯性移动预测位置算出部207， 算出在向下一个目标位置进行动作的状态下实施紧急停止时惯性移动后停止的位置(惯性移动预测位置)，对于求出的惯性移动预测位置，在虚拟安全防护栅接触监视部208中检查臂占有区域Al乃至A6是否接触虚拟安全防护栅。下一个目标位置算出部206将用于向算出的位置进行动作的机器人各轴的指令值发送到驱动部205。但是，在虚拟安全防护栅接触监视部208中，在检测到与虚拟安全防护栅接触时，向驱动部205发送停止要求。驱动部205虽然按照动作指令生成部204发送来的指令值使机器人1的各轴进行动作，但是当接收到停止要求时，则使机器人1不进行动作而停止。并且，机器人的惯性移动量算出所需的惯性移动量信息也存入于示教数据储存区域 202。对于实施方式的基本思路，使用图3说明机器人动作。机器人1从现在位置301正要向下一个目标位置302移动。在此，当对机器人1 实施紧急停止时，各轴根据当时的负载状况即使是略微程度也会进行惯性移动而停止。通过对各轴预测惯性移动角度而加算于下一个目标位置，可以求出惯性移动预测位置303。在图3(b)中，θ si表示在现在位置301上的第1轴304的角度，θ el表示在下一个目标位置 302上的第1轴304的角度，θ dl表示根据在下一个目标位置302的姿势下的负载状况而进行紧急停止时的惯性移动的角度。在此，通过算出θ el+θ dl，可以求出惯性移动预测位置303。在惯性移动预测位置303上，考虑臂占有区域，在该臂占有区域接触虚拟安全防护栅50时，通过在使机器人1向下一个目标位置302进行动作之前使机器人1停止，从而即使进行了惯性移动，也可以避免接触虚拟安全防护栅50。使用图4，对在动作指令生成部204中用于实现以不干涉虚拟安全防护栅的形式被限制的机器人的动作的流程进行说明。使用图2至图4按照顺序说明本发明的方法。
在此，对轴数为η个的机器人进行说明。在各步骤中，基本上是对第1轴至第η轴重复进行同样的处理。作为表示各轴的轴号的尾标使用i。[S01的详细说明]在步骤SOl中，在下一个目标位置算出部206中，算出每一个运算周期的下一个目标位置(图3的30 。该下一个目标位置是指通过机器人各轴的角度求出的位置。接着进入步骤S02。[S02的详细说明]在步骤S02中，在步骤SOl中求出的下一个目标位置，检查臂占有区域Al乃至A6 是否接触虚拟安全防护栅。在虚拟安全防护栅接触监视部208中进行该检查。关于这里的接触监视的具体方法，虽然存在各种方法，但是在此使用监视构成虚拟安全防护栅的多棱柱的线段与包含机器人、工具的球、圆筒的接触的方法。虚拟安全防护栅50是使图5所示的多角形59具有高度的防护栅，多角形59由线段51至线段58所构成， 采用求出各线段51至58与臂各部分的距离并判断是否处于干涉状态的方法。并且，在虚拟安全防护栅50被定义在多个区域时，对于指定为监视有效的所有虚拟安全防护栅进行同样的检查，在即使有一个接触时，也判断为“接触”。在此，在被判定为“接触”时，进入步骤S09，切断动力。如果不是，则进入步骤S03。[S03的详细说明]在步骤S03中，根据现在位置与下一个目标位置的差分和运算周期时间t来求出机器人各轴的速度《i。在惯性移动预测位置算出部207中进行该速度算出。例如，可以通过下式求出图3中的第1轴的速度ω 。数学式1ω1 = ( θ el- θ sl)/t在此，θ si与θ el使用在图3中说明的值。[S04的详细说明]在步骤S04中，在惯性移动预测位置算出部207中算出在下一个目标位置的机器人各轴的惯性移动量。机器人的惯性移动量因臂的质量、动作速度或使用的减速器、制动器的种类而发生变化。因此，预先使用实际的机器人系统，至少测定出把持最大负载以最大负载姿势、在各轴最大速度QiMAX下使机器人紧急停止时的实机惯性移动量9DiMAX，将该信息存储于参数储存区域203。根据各轴的速度ω i与实机惯性移动量θ DiMAX，通过下式算出第1轴的速度ω 1 下的可变惯性移动角度9dsl。数学式20dsl = (ω/ω 舰Χ)χ ΘΒ舰χ另外，在机器人停止之前存在继电器等的滞后时间时，根据固定滞后时间td与各轴速度ω i，通过下式计算因固定滞后而产生的固定滞后惯性移动量。数学式3θ dfl = tdX O1因此，通过加算可变惯性移动角度θ dsl与固定滞后惯性移动量θ dfl可求出惯性移动预测量9dl。
数学式46dl = θ dsl+ θ dfl[S05的详细说明]在步骤S05中，通过将在S04中求出的各轴的惯性移动角度加算于现在位置而算出“各轴惯性移动预测角度”。[S06的详细说明]在步骤S06中，通过使用在步骤S05中计算出的“各轴惯性移动预测角度”并进行正变换而算出“惯性移动预测位置”。也就是说，在此求出的惯性移动预测位置是在下一个目标位置对机器人1实施紧急停止时的机器人1到达的预想位置。[S07的详细说明]在步骤S07中，检查惯性移动预测位置303是否接触虚拟安全防护栅。检查方法与步骤S02相同，在虚拟安全防护栅接触监视部208中进行该检查。在此被判断为“接触”时，进入步骤S09，停止动力。如果不是，则进入步骤S08。[S08的详细说明]在步骤S08中，向驱动部205输出用于向由下一个目标位置算出部206算出的下一个目标位置进行动作的动作指令，从而使机器人1进行动作。[S09的详细说明]在步骤S09中，虚拟安全防护栅接触监视部208向驱动部205发送停止要求。驱动部205根据该停止要求使机器人1停止动作。另外，将该停止理由作为提示显示在示教工具21的显示器上。通过采用上述顺序，即使发生紧急停止而机器人1进行惯性移动，机器人1也不会接触或超过虚拟安全防护栅。实施例2虽然实施例1中的机器人动作限制方法由控制机器人的控制程序构成，但是为了能够进一步提高安全性及可靠性，独立设置如下装置，用于监视与虚拟安全防护栅的接触并在接触时进行停止机器人动作的控制。作为实施例2的构成，使用图6说明在使前述的进行监视及停止控制的装置独立时的实施方式。图6是对图2的系统追加动作区域监视装置601的构成。动作区域监视装置601 通过驱动部205在规定的每个监视周期根据各轴马达位置605求出机器人的现在位置(工件或工具的位置)，对于该机器人的现在位置，在虚拟安全防护栅接触监视部604中检查与虚拟安全防护栅的接触。另外，在通过现在位置检测部602读取的马达位置605信息的基础上，在惯性移动预测位置算出部603中算出在该时点实施紧急停止时进行惯性移动而停止的位置。对于该惯性移动预测位置，在虚拟安全防护栅接触监视部604中检查与虚拟安全防护栅的接触。当虚拟安全防护栅接触监视部604检测到与虚拟安全防护栅的接触时，对驱动部 205输出例如驱动电源断开信号等紧急停止指令606。图7是在图6的系统构成中用于实现以不干涉虚拟安全防护栅的形式限制机器人动作的流程图。使用图6及图7按顺序说明实施例2的方法。
[S101的详细说明]在步骤SlOl中，在现在位置检测部602中读取机器人的各轴的马达位置605，接着根据读取的各马达位置605求出机器人的现在位置。为了在后面进行的处理，将各轴马达的现在位置(现在位置)与上一次读取的上一个位置一起进行存储。接下来进入步骤 S102。[S102的详细说明]在步骤S102中，虚拟安全防护栅接触监视部604，检查图1所示的臂占有区域Al 乃至A6在步骤SlOl中求出的机器人的现在位置是否与虚拟安全防护栅50接触。具体的接触监视方法可以应用与实施例1的图4的流程图的步骤S02中进行的方法相同的方法。 在此判断为“接触”时，进入步骤S108，切断动力。[S103的详细说明]在步骤S103中，根据各轴马达的上一个位置与现在位置的差分和监视周期时间， 求出机器人的各轴速度《i。i是表示各轴的轴号的尾标。接下来进入步骤S104。[S104的详细说明]在步骤S 104中，根据各轴马达的现在位置，计算在机器人紧急停止时的各轴惯性移动角度。在惯性移动预测位置算出部603中进行上述算出。算出方法与实施例1的图 4的步骤S04相同。接下来进入步骤S105。[S105的详细说明]在步骤S105中，在各轴马达的现在位置上加算在步骤S104中求出的各轴的惯性移动角度而算出“惯性移动预测角度”。在惯性移动预测位置算出部603中进行上述算出。 算出方法与实施例1的图4的步骤S05相同。接下来进入步骤S106。[S106的详细说明]在步骤S106中，通过使用在步骤S105中计算的“各轴惯性移动预测角度”并进行正变换，从而算出“惯性移动预测位置”。也就是说，在此求出的惯性移动预测位置是在下一个目标位置对机器人1实施紧急停止时机器人1到达的预想位置。[S107的详细说明]在步骤S107中，检查惯性移动预测位置是否接触虚拟安全防护栅。该检查方法与步骤S102相同。在此判断为“接触”时，进入步骤S108，切断动力。如果不是，则结束在这次监视周期中的监视处理。[S108的详细说明]在步骤S108中，对驱动部205要求紧急停止。通过采用这样的构成及顺序，即使动作指令生成部发生故障而向机器人发送异常指令时，也可以在惯性移动位置进入虚拟安全防护栅之前使机器人停止。实施例3实施例1、实施例2所记载的机器人动作限制方法是预测惯性移动量而防止机器人接触虚拟安全防护栅的方法。该思路也可以应用于机器人各轴的范围限制。使用图8说明具备第3实施方式的机器人动作限制方法与装置的机器人系统。在一般的机器人的各轴上安装机械限制器等机械安全装置来限制机器人各轴的动作。与此相对，可以替代机械限制器而通过定义、监视各轴可动作范围60来削减机械限制器。
图9是表示第3实施方式的其他构成的图，说明在进行前述的监视及停止控制的装置中进行各轴的动作限制时的实施方式。在下一个目标位置算出部206算出下一个目标位置。对于在此求出的下一个目标位置，在各轴动作范围限制监视部901中检查是否超过各轴可动作范围60而进行动作。另外，在向下一个目标位置进行动作的状态下实施紧急停止时，通过惯性移动预测位置算出部207算出惯性移动后停止的各轴角度(惯性移动预测角度)，对于求出的惯性移动预测位置，在各轴动作范围限制监视部901中检查是否超过各轴可动作范围60而进行动作。下一个目标位置算出部206将用于向算出的位置移动的机器人各轴的指令值发送到驱动部 205。但是，在各轴动作范围限制监视部901中，在检测到超过各轴可动作范围60而进行动作时，向驱动部205发送停止要求。驱动部205虽然使机器人1的各轴按照动作指令生成部204发送的指令值进行动作，但是当接收到停止要求时，则不使机器人1动作，切断驱动电源而使其停止。并且，机器人的各轴可动作范围60也存入示教数据储存区域202中。在将机器人导入、设置而开动之前，设定机器人1的各轴可动作范围60。除了在设置时之外，在需要变更时，随时进行该各轴可动作范围60的设定。各轴可动作范围60作为各轴的最大动作角度与最小动作角度而被定义、设定。设定是使用示教工具21来对各轴可动作范围60进行数值输入，或者操作示教工具21使机器人1的控制点活动，通过指定各轴的现在角度来进行定义。另外，也可以用个人电脑等从示教工具21向控制装置20输入设定了各轴可动作范围60的数据。被定义的各轴可动作范围60存入控制装置20的存储器上。并且，也可以将各轴可动作范围60定义成多种。图10是在图9的系统构成中用于实现以不超过各轴可动作范围的形式限制机器人动作的流程图。使用图9及图10按顺序说明实施例3的方法。[S201的详细说明]在步骤S201中，在下一个目标位置算出部206中算出每个运算周期的下一个目标位置(图3的30 。该下一个目标位置是指通过机器人各轴的角度求出的位置。接下来进入步骤S202。[S2O2的详细说明]在步骤S202中，在步骤S201中求出的下一个目标位置，检查各轴现在位置是否在各轴可动作范围的范围内。在各轴动作范围限制监视部901中进行该检查。如果现在位置大于各轴可动作范围最大值或者小于最小值，则判断为范围异常。在判断为范围异常时，进入步骤S208，切断动力。如果不是，则进入步骤S203。并且，在各轴可动作范围被定义为多个区域时，对监视有效的各轴可动作范围进行同样的检查，在即使有一个接触时，也判定为“范围异常”。在此，在被判定为“范围异常”时，进入步骤S208，切断动力。如果不是，则进入步骤 S203。[S2O3的详细说明]在步骤S203中，根据现在位置与下一个目标位置的差分和运算周期时间t求出机器人各轴的速度《i。该速度算出方法与实施例1的步骤S03相同。[S204的详细说明]
在步骤S204中，在惯性移动预测位置算出部207中算出下一个目标位置的机器人各轴的惯性移动量。算出方法与实施例1的步骤S04相同。[S205的详细说明]在步骤S205中，通过在现在位置上加算在步骤S204中求出的各轴的惯性移动角度而算出“各轴惯性移动预测角度”。[S206的详细说明]在步骤S206中，检查“各轴惯性移动预测角度”是否在各轴可动作范围的范围内。 检查方法与步骤S202相同，在各轴动作范围限制监视部901中进行该检查。在此被判断为“范围异常”时，进入步骤S208，切断动力。如果不是，则进入步骤 S207。[S207的详细说明]在步骤S207中，向驱动部205输出由下一个目标位置算出部206算出的用于向下一个目标位置进行动作的动作指令，使机器人1进行动作。[S208的详细说明]在步骤S208中，各轴动作范围限制监视部901对驱动部205发送停止要求。根据该停止要求，驱动部205使机器人1停止动作。另外，将停止理由作为提示显示在示教工具 21的显示器上。通过采用上述顺序，即使发生紧急停止而机器人1进行惯性移动，机器人1也不会超过各轴可动作范围。实施例4虽然实施例3的机器人动作限制方法由控制机器人的控制程序构成，但是为了提高安全性及可靠性，也可以独立设置如下装置，用于监视与虚拟安全防护栅的接触并在接触时进行停止机器人动作的控制。图11表示实施例4的构成，对在进行前述的监视及停止控制的装置中进行各轴的动作限制时的实施方式进行说明。图11是对图6的系统追加各轴动作范围限制监视部1101的构成。动作区域监视装置601通过驱动部205在规定的每个监视周期根据各轴马达位置 605求出机器人的现在位置(工件或工具的位置)，对于该机器人的现在位置，在各轴动作范围限制监视部1101中检查是否超过各轴可动作范围而进行动作。另外，在通过现在位置检测部602读取的马达位置605信息的基础上，在惯性移动预测位置算出部603中算出在该时点实施紧急停止时进行惯性移动而停止的各轴角度。对于该惯性移动预测角度，在各轴动作范围限制监视部1101中检查是否超过各轴可动作范围而进行动作。当各轴动作范围限制监视部1101检测到各轴的动作范围异常时，对于驱动部205 输出例如断开驱动电源信号等紧急停止指令606。图12是在图11的系统构成中用于实现以不超过各轴可动作范围的形式限制机器人动作的流程图。使用该图按顺序说明本发明的方法。[S301的详细说明]在步骤S301中，在现在位置检测部602中读取机器人各轴的马达位置605，接着根据读取的各马达位置605求出机器人的现在位置。为了在后面进行处理，将各轴马达的现在位置(现在位置)与上一次读取的上一个位置一起进行存储。接下来进入步骤S302。[S3O2的详细说明]在步骤S302中，在各轴动作范围限制监视部1101中，在步骤S301中求出的机器人的现在位置，检查各轴现在位置是否在各轴可动作范围的范围内。如果现在位置大于各轴可动作范围最大值或者小于最小值，则判断为“范围异常”。在判断为范围异常时，进入步骤S307，切断动力。如果不是，则进入步骤S303。[S303的详细说明]在步骤S303中，根据各轴马达的上一个位置与现在位置的差分和监视周期时间求出机器人的各轴速度《i。i是表示各轴的轴号的尾标。接下来进入步骤S304。[S304的详细说明]在步骤S304中，计算使机器人从各轴马达的现在位置变为紧急停止时的各轴惯性移动角度。在惯性移动预测位置算出部603中进行上述算出。算出方法与图4的步骤 S04相同。接下来进入步骤S305。[S305的详细说明]在步骤S305中，在各轴马达的现在位置上加算在步骤S304中求出的各轴的惯性移动角度而计算“各轴惯性移动预测角度”。在惯性移动预测位置算出部603中进行上述算出。算出方法与图4的步骤S05相同。接下来进入步骤S306。[S306的详细说明]在步骤S306中，检查“各轴惯性移动预测角度”是否在各轴可动作范围的范围内。 检查方法与步骤S302相同。在此被判断为“范围异常”时，进入步骤S307，切断动力。如果不是，则结束在这次监视周期中的监视处理。[S307的详细说明]在步骤S307中，对驱动部205要求紧急停止。通过采用这样的构成及顺序，即使在动作指令生成部发生故障而向机器人发送异常指令时，也可以在避免惯性移动位置超过各轴可动作范围而活动的情况下使机器人停止。在本实施方式中，虽然对替代安全栅的动作监视进行了说明，但这只是一个例子， 即使在机器人一边在生活空间中移动一边进行动作的情况下，也可以应用实施方式的思路，并不局限于工业用机器人。
权利要求
1.一种机器人系统，其特征为，定义有机器人的臂占有区域与所述臂占有区域不得接触的虚拟安全防护栅， 在每个运算周期运算所述机器人顶端的目标位置而生成所述机器人的各轴的动作指令时，确认基于下一个运算周期的所述机器人顶端的目标位置的所述臂占有区域是否接触所述虚拟安全防护栅，在确认到接触时，进行停止所述机器人动作的控制， 在未确认到接触时，根据预先测定的实际惯性移动角度与机械滞后时间，推定在所述机器人基于向下一个运算周期的所述机器人顶端的目标位置的动作指令而进行动作中紧急停止所述机器人时的所述机器人的各轴的惯性移动角度，通过将各轴的惯性移动角度加算于下一个运算周期的所述各轴的动作指令，求出所述机器人的各轴的惯性移动预测位置。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征为，通过将各轴的惯性移动角度加算于下一个运算周期的所述各轴的动作指令，求出所述机器人的各轴的惯性移动预测位置，推定在各轴的所述惯性移动预测位置的所述臂占有区域是否接触所述虚拟安全防护栅，在确认到接触时，进行停止所述机器人动作的控制。
3.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征为，根据预先测定的实际惯性移动角度与机械滞后时间，推定在所述机器人的动作中紧急停止所述机器人时的所述机器人各轴的惯性移动角度，通过将各轴的所述推定的惯性移动角度加算于下一个运算周期的所述各轴的所述动作指令，求出所述机器人的各轴的惯性移动预测位置，推定各轴的所述惯性移动预测位置是否超过所述可动作范围， 在各轴的所述惯性移动预测位置超过所述可动作范围时，进行停止所述机器人动作的控制。
4.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征为，根据预先测定的实际惯性移动角度与机械滞后时间，推定在所述机器人的动作中紧急停止所述机器人时的所述机器人各轴的所述惯性移动角度，通过将各轴的所述实际惯性移动角度加算于下一个运算周期的所述各轴的动作指令， 求出所述机器人的各轴的惯性移动预测位置，推定在各轴的所述惯性移动预测位置的所述臂占有区域是否接触所述虚拟安全防护栅，在判断为接触时，进行停止所述机器人动作的控制。
5 一种机器人系统，其特征为，定义有机器人各关节轴的可动作范围，在每个运算周期运算所述机器人顶端的目标位置而生成所述机器人的各轴的动作指令时，推定下一个各轴的动作指令值是否超过所述可动作范围，在各轴的所述动作指令值超过所述可动作范围时，进行停止所述机器人动作的控制， 在各轴的所述动作指令值不超过所述可动作范围时，根据预先测定的实际惯性移动角度与机械滞后时间，推定在所述机器人基于向下一个运算周期的所述机器人顶端的目标位置的动作指令而进行动作中紧急停止所述机器人时的所述机器人各轴的惯性移动角度，通过将各轴的所述惯性移动角度加算于下一个运算周期的所述各轴的动作指令，求出所述机器人的各轴的惯性移动预测位置。
6.根据权利要求5所述的机器人系统，其特征为，通过将各轴的所述惯性移动角度加算于下一个运算周期的所述各轴的动作指令，求出所述机器人的各轴的惯性移动预测位置，推定各轴的惯性移动预测位置是否超过所述可动作范围，在各轴的惯性移动预测位置超过所述可动作范围时，进行停止所述机器人动作的控制。
7.一种使用机器人系统的制造方法，其特征为，具有具备多个关节轴的机器人；及配置在所述机器人周边的安全防护栅，所述机器人在所述安全防护栅中进行作业，在进行所述作业的基础上，具备判断所述机器人是否接触所述安全防护栅的控制装置，在由所述控制装置判断为所述机器人接触所述安全防护栅时，终止作业。
8.根据权利要求7所述的使用机器人系统的制造方法，其特征为， 所述控制装置还具备如下功能，根据预先测定的实际惯性移动角度与机械滞后时间，推定所述机器人的各轴的惯性移动角度，通过将各轴的惯性移动角度加算于下一个运算周期的所述各轴的动作指令，求出所述机器人的各轴的惯性移动预测位置。
9.根据权利要求7所述的使用机器人系统的制造方法，其特征为， 所述控制装置还具备如下功能，在每一个运算周期运算所述机器人顶端的目标位置而生成所述机器人的各轴的动作指令时，推定下一个各轴的动作指令值是否超过所述可动作范围。
全文摘要
本发明可以在提高机器人作业的安全性的同时，有效利用工厂等的地面空间，而且可以简化设备。按如下顺序进行处理，在存储器上定义包含机器人的臂及手腕所具备的工件、工具的臂占有区域；臂不得接触的虚拟安全防护栅；及各轴的可动作范围，根据实际测定的惯性移动量等来推定在向下一个目标位置的动作指令执行中使机器人紧急停止时的机器人各轴的惯性移动角度，通过加算于下一个目标位置而求出机器人的惯性移动预测位置，确认在惯性移动预测位置的臂占有区域与虚拟安全防护栅是否接触或机器人各轴位置是否在可动作范围内，在确认到异常时，进行立刻使机器人停止动作的控制。
文档编号B25J19/04GK102189552SQ201110061188
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月14日 优先权日2010年3月15日
发明者假屋崎洋和, 前原伸一, 前田贵宏 申请人:株式会社安川电机