具有检测与物体或人的接触的功能的机器人控制装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种具有检测与物体或人的接触的功能的机器人控制装置，机器人控制装置具备：接触检测部，其判断机器人是否与机器人以外的物体接触；以及动作方向监视部，其检测机器人与物体接触之后机器人动作方向，并监视机器人动作。在机器人与物体接触之后，动作方向监视部许可允许范围内的机器人动作，禁止允许范围之外的机器人动作。
【专利说明】
具有检测与物体或人的接触的功能的机器人控制装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种控制机器人的机器人控制装置。
【背景技术】
[0002]近年来，已知一种人与机器人协作地进行作业的机器人系统。在该机器人系统中，在机器人周围没有设置防护栏的状态下，机器人和人进行作业。在机器人控制装置配置有被称为安全开关(dead man switch)的开关。例如，当在要使机器人停止时作业人员按下安全开关时，能够使机器人紧急停止。通过具备安全开关能够提高安全性。
[0003]另外，在机器人动作过程中，有时机器人与周围物体、人接触。例如在人与机器人协作进行作业时，有时机器人与周围设备接触或与作业人员接触。在这种情况下，已知机器人系统控制成检测外力来使机器人停止或者进行避开被接触物体的退避动作(例如参照日本专利第3367641号说明书、日本专利第3459973号说明书、或日本特开2014-18901号公报)。
[0004]机器人控制成沿预先生成的轨道进行移动。能够根据作业人员所指定的示教点和速度生成机器人轨道。作业人员操作示教操作盘，由此能够设定示教点。例如，操作示教操作盘将机器人设为期望位置和姿势。能够将此时机器人的工具前端点的位置存储为示教点。而且，机器人控制装置能够将轨道生成为通过示教点或示教点附近。
[0005]在对机器人示教示教点的期间，机器人与外围设备接触这一情况有时频繁发生。例如在对将工件放置于工作台的动作进行示教的情况下，在使工件接近工作台的状态下打开手。此时当打开手的位置过高时，工件有可能受损伤。因此，打开手的位置优选为工件与工作台接近的位置。
[0006]作业人员为了对将工件配置在比工作台稍靠上的位置进行示教，而将机器人上下移动来进行调整。在作业人员进行使工件接近工作台的操作时有时工件与工作台接触。
[0007]在机器人与外部物体接触的情况下，优选通过适当方法退避。在机器人与外部物体接触的情况下使机器人停止的方法中，由于接触状态持续而无法使机器人进行动作，从而发生无法继续示教这种问题。
[0008]另一方面，在机器人自动地进行退避动作的情况下，存在示教作业效率变差这样的问题。例如在工件下降而与工作台接触的情况下，想到使机器人自动地上升的控制。然后，机器人自动地上升的动作考虑安全性而设定为较大移动。因此，作业人员需要使机器人再次下降并使工件移动至工作台附近。然而，在操作无法按预期进行的情况下，有时工件再次与工作台接触。即，有时工件与工作台接触的状态与工件离开工作台的状态交替地反复。由于作业人员需要反复进行相同操作，因此存在进行示教的时间变长这样的问题。
【发明内容】
[0009]本发明的机器人控制装置具备:接触检测部，其判断机器人是否与机器人以外的物体接触；以及动作方向监视部，其检测机器人与物体接触之后机器人动作方向，并监视机器人动作。预先决定机器人与物体接触之后机器人动作方向的允许范围。在机器人与物体接触之后，动作方向监视部许可允许范围内的机器人动作，禁止允许范围之外的机器人动作。
[0010]在上述发明中可以是，机器人控制装置具备:切换开关，其能够切换以下模式:作业人员以手动方式操作机器人来对机器人动作进行示教的示教模式、以及机器人自动地再现所示教的动作的再现模式；以及退避指令部，在机器人与物体接触的情况下，退避指令部使机器人自动地向离开物体的方向进行动作，在通过切换开关选择再现模式的情况下，在机器人与物体接触时通过退避指令部使机器人进行动作，在通过切换开关选择示教模式的情况下，在机器人与物体接触时通过动作方向监视部监视机器人动作。
[0011]在上述发明中，在机器人动作方向处于允许范围之外的情况下，动作方向监视部能够使机器人停止。
【附图说明】
[0012]图1是实施方式中的机器人系统的概要图。
[0013]图2是实施方式中的第一机器人系统的框图。
[0014]图3是说明实施方式中的退避动作方向的允许范围的图。
[0015]图4是实施方式中的运转控制的流程图。
[0016]图5是实施方式中的第二机器人系统的框图。
【具体实施方式】
[0017]参照图1至图5说明实施方式中的机器人控制装置。图1是本实施方式中的机器人系统的概要图。机器人系统具备:机器人I，其用于搬送工件W;以及作为机器人控制装置的控制装置2，其控制机器人I。
[0018]本实施方式的机器人I是包括臂12和多个关节部13的多关节机器人。手17具有把持或释放工件W的功能。机器人I具备支承臂12的基座部11。基座部11固定于设置面20。
[0019]机器人I包括驱动各关节部13的臂驱动装置。臂驱动装置包括配置于关节部13内部的臂驱动电动机14。通过驱动臂驱动电动机14，能够使臂12在关节部13中弯曲期望角度。另外，本实施方式的机器人I形成为臂12整体能够围绕向铅直方向延伸的旋转轴来进行旋转。臂驱动装置配置于基座部11，包括使臂12整体旋转的驱动电动机。
[0020]机器人I具备闭合或打开手17的手驱动装置。本实施方式的手驱动装置通过气压驱动手17。手驱动装置包括与手17相连接的手驱动缸18以及用于对手驱动缸18供给压缩空气的气栗和电磁阀。
[0021]根据控制装置2的动作指令驱动机器人I。臂驱动装置和手驱动装置由控制装置2进行控制。例如，臂驱动电动机14的旋转角度和手驱动缸18的气压由控制装置2进行控制。
[0022]图2示出本实施方式中的第一机器人系统的框图。参照图1和图2，本实施方式中的机器人I能够根据动作程序41搬送工件。机器人I能够自动地使工件W从初始位置搬送至目标位置。控制装置2包括具有经由总线相连接的CPU(Central Processing Unit:中央处理器)、RAM(Random Access Memory:随机存取存储器)以及R0M(Read Only Memory:只读存储器)等运算处理装置。
[0023]控制装置2被输入用于进行机器人I的动作而预先制作的动作程序41。动作程序41被存储到动作程序存储部42。动作控制部43根据动作程序41发出用于驱动机器人I的动作指令。动作控制部43对臂驱动部44发出用于驱动臂驱动装置的动作指令。臂驱动部44包括用于驱动臂驱动电动机14等的电路，根据动作指令对臂驱动电动机14等供给电力。通过驱动臂驱动电动机14，调整臂12的折弯角度、臂12的方向等。
[0024]另外，动作控制部43对手驱动部45发出用于驱动手驱动装置的动作指令。手驱动部45包括用于驱动气栗等的电路，根据动作指令对手驱动缸18供给压缩空气。通过对供给手驱动缸18的空气压力进行调整，打开和闭合手17。
[0025]机器人I具备力检测器19，该力检测器19检测作用于关节部13的力。在本实施方式中，按各关节部13的每个关节部13配置有力检测器19。力检测器19形成为能够检测施加于关节部13的力大小和力方向。作为力检测器19，例如能够采用能够检测正交3轴方向力和正交3轴周围的力矩的6轴力传感器。另外，也可以在臂12前端与手17之间也可以安装力检测器。
[0026]本实施方式中的机器人I包括检测机器人的位置和姿势的状态检测器16。状态检测器16检测工具前端点等与臂12的基准点有关的位置、关节部13中的臂12的折弯状态以及臂12所朝向的方向等。状态检测器16的输出被输入到控制装置2。
[0027]本实施方式中的状态检测器16包括安装于各臂驱动电动机14的旋转角检测器15。旋转角检测器15检测驱动臂驱动电动机14时的旋转角度。能够根据各臂驱动电动机14的旋转角度，检测关节部13中的角度。另外，状态检测器16包括旋转角检测器，该旋转角检测器检测臂12相对于基座部11的旋转角度。能够根据检测出的旋转角度，检测臂12所延伸的方向。
[0028]本实施方式的控制装置2包括停止指令部46，该停止指令部46将用于使机器人I处于停止状态的指令发送给动作控制部43。停止指令部46形成为在机器人I驱动期间和停止期间的任一状态下均能够发出使驱动停止的指令。当接收停止指令时，动作控制部43停止执行动作程序41。然后，停止机器人I的驱动。在机器人I停止期间发出停止指令的情况下，动作控制部43维持机器人I的停止状态。
[0029]控制装置2具有判断值存储部56。如后文中所述，判断值存储部56被预先输入决定进行退避动作时的角度允许范围的判断值55。判断值存储部56存储角度判断值。停止指令部46从判断值存储部56读取角度判断值。此外，动作程序存储部42和判断值存储部56等存储部也可以共享一个存储部。
[°03°]控制装置2具备示教操作盘49。示教操作盘49也被称为示教盒(teachingpendant)。示教操作盘49是在作业人员将机器人I移动至任意位置之后将该位置作为示教点存储到控制装置2的操作盘。在示教操作盘49上配置有用于操作机器人I所需的开关、按钮。示教操作盘49将与作业人员的操作对应的信号发送给动作控制部43。动作控制部43根据从示教操作盘49接收到的信号，驱动臂驱动电动机14和手驱动缸18。
[0031]控制装置2具备示教点存储部52，该示教点存储部52存储通过示教操作盘49的操作指定的示教点。示教点存储部52根据状态检测器16的输出，存储示教点。控制装置2具备再现动作指令部53，该再现动作指令部53根据所存储的示教点，发出实施机器人I的再现动作的指令。再现动作指令部53的输出被发送给动作控制部43。
[0032]本实施方式的机器人系统形成为能够根据动作程序41驱动机器人I。另外，本实施方式的机器人系统形成为作业人员能够以手动方式操作机器人I。首先，说明作业人员以手动方式使机器人I进行动作的情况下的控制。
[0033]控制装置2具备接触检测部47，该接触检测部47判断机器人I是否与机器人I以外的物体(以下，简称为“其它物体”)接触。其它物体包含机器人I周围的设备、作业人员等人。接触检测部47被输入力检测器19的输出信号。在机器人I进行动作期间，有时机器人I受到来自外部的力(以下，称为“外力”)。接触检测部47形成为能够检测作用于机器人I的外力。能够使用力检测器19检测施加于臂12的力。
[0034]控制装置2被输入用于驱动机器人的参数。参数包含质量参数。质量参数包含与用于估计作用于机器人I的内力的机器人I的各部位质量、工件W质量相关联的信息。
[0035 ]接触检测部47估计由机器人I质量和机器人I动作产生的内力。内力是在没有从机器人I外侧施加力的状态下在机器人I进行动作时由自重作用于机器人I的力。能够根据状态检测器16检测出的机器人I的位置和姿势以及质量参数计算出内力。
[0036]接触检测部47将力检测器19检测出的力减去估计出的内力，由此能够计算外力。接触检测部47将计算出的外力与接触判断值进行比较。而且，在计算出的外力大于接触判断值的情况下，接触检测部47能够判断为其它物体与机器人I接触。
[0037]此外，判断其它物体是否与机器人接触的控制能够采用任意控制。例如能够根据臂驱动装置的电动机的干扰电流估计干扰力矩。而且，在干扰力矩超出预定判断值的情况下，能够判断为机器人I与其它物体接触。或，能够使用具有接触传感器的覆盖部件覆盖臂和关节部表面。当其它物体与机器人接触时，从接触传感器发送信号，能够检测其它物体与机器人接触这一情况。
[0038]本实施方式的控制装置2具备用于使机器人I的动作停止的停止指令部46。在机器人处于规定状态的情况下，停止指令部46将使机器人I停止的信号发送给动作控制部43。在机器人I进行动作的情况下，动作控制部43使机器人I的动作停止。在机器人I停止期间，动作控制部43维持机器人I的停止状态。
[0039]在识别出机器人I与其它物体接触的情况下，作业人员操作示教操作盘49，以使机器人I与其它物体接触的部分从其它物体退避。在本实施方式的控制装置2中，预先决定机器人I与其它物体接触时的机器人动作方向的允许范围。即，预先决定机器人所退避方向的允许范围。
[0040]图3示出用于说明机器人动作方向的允许范围的概要图。在图3示出的示例中，示出工件W或机器人I的一部分与其它物体61表面接触时的图。例如机器人I的臂12与其它物体61的接触点81接触。用箭头92表示力作用于其它物体61的方向。如箭头91所示，作用于机器人I的外力方向与力作用于其它物体61的方向相反。
[0041]参照图2和图3，本实施方式的接触检测部47形成为能够检测外力作用于机器人I的作用点与外力作用于机器人I的方向。在本实施方式中，将在机器人I退避时成为退避基准的方向称为基准方向。在本例中，将基准方向设定为从箭头91所示的其它物体61外力作用的方向。接触检测部47根据接触点81的位置和外力作用的方向，设定基准方向。作业人员操作机器人I，以使与机器人I的接触点81接触的部分脱离其它物体61。
[0042]停止指令部46具备监视机器人I动作的动作方向监视部48。预先决定与机器人I的动作方向有关的角度判断值Θ。角度判断值Θ作为判断值55预先存储到判断值存储部56。动作方向监视部48将相对于基准方向在角度判断值Θ的范围内方向设定为允许范围。这样，动作方向监视部48根据角度判断值Θ和接触点81的位置，设定机器人动作方向的允许范围。
[0043]另外，动作方向监视部48检测机器人I与其它物体61接触之后的机器人I的动作方向。动作方向监视部48能够根据状态检测器16的输出，检测机器人I的动作方向。状态检测器16将进行退避动作时的机器人I的状态发送给动作方向监视部48 ο例如，动作方向监视部48能够根据旋转角检测器15等的输出，检测机器人I的位置和姿势的实际变化。而且，动作方向监视部48能够根据机器人I的位置和姿势的变化，计算出机器人的动作方向。
[0044]机器人I实际进行动作的方向的检测方法并不局限于该方式，能够采用任意方法。例如，也可以根据从示教操作盘49发送给动作控制部43的信号，检测机器人I实际进行动作的方向。或者，也可以根据从动作控制部43发送给臂驱动部44的动作指令，检测机器人I实际进行动作的方向。
[0045]在机器人I在允许范围内进行动作的情况下，动作方向监视部48许可机器人动作。即，停止指令部46不对动作控制部43发出机器人I的停止指令。另一方面，在实际机器人I的动作方向处于允许范围之外的情况下，动作方向监视部48禁止机器人I的动作。即，停止指令部46将使机器人I停止的指令发送给动作控制部43。动作控制部43按照停止指令使机器人I的驱动停止。
[0046]这样，在机器人I与其它物体接触的情况下，动作方向监视部48许可适当离开其它物体的方向的动作。另一方面，动作方向监视部48禁止从其它物体向不期望的方向离开的动作。因此，作业人员一边避开损伤其它物体或使机器人受损伤的动作一边能够安全地进行操作。或者，在其它物体为人的情况下，能够确保人的安全性。
[0047]此外，在机器人与人接触的情况下，在很多情况下人迅速地离开机器人。即，成为在短时间内机器人I离开人的状态。本实施方式中的动作方向监视部48在机器人与其它物体接触期间监视机器人动作。另一方面，在机器人I不接触的情况下，动作方向监视部48不监视机器人I的动作。因此，在紧接着消除机器人I的接触之后，能够使机器人I自由地进行动作。
[0048]图4示出本实施方式中的运转控制的流程图。在示教操作盘49中作业人员以手动方式驱动机器人的期间能够进行图4示出的控制。另外，每隔规定时间间隔能够反复进行该控制。
[0049]参照图2和图4，在步骤71中，接触检测部47判断机器人I是否与其它物体接触。在机器人I未与其它物体接触的情况下，结束该控制。在机器人I与其它物体接触的情况下，过渡到步骤72。
[0050]在步骤72中，动作方向监视部48检测机器人I的实际动作方向。接着，在步骤73中，动作方向监视部48判断检测出的动作方向是否在允许范围内。在机器人I的动作方向在允许范围内的情况下，返回至步骤71，反复监视机器人I的动作。在步骤73中，在机器人I的动作方向处于允许范围之外的情况下，过渡到步骤74。
[0051 ]在步骤74中，使机器人I的动作停止。停止指令部46对动作控制部43发出使机器人I的动作停止的指令。
[0052]通过该控制，在机器人I与其它物体接触期间实施监视机器人I的动作方向，机器人I脱离其它物体的同时能够结束监视。此外，在上述实施方式中，检测与其它物体的接触的同时开始监视机器人动作方向，但是并不局限于该方式，机器人动作方向的监视也可以在检测出与其它物体的接触之后机器人第一次停止时开始。
[0053]在本实施方式的控制中，如上所述，在机器人I或工件W与其它物体接触时，设定用于从其它物体离开的基准方向。在上述控制装置中，为了能够检测外力作用点和外力方向，将外力作用于机器人的方向设定为基准方向。基准方向的设定方法并不局限于该方式，能够采用其它物体离开机器人的任意方向。
[0054]例如在机器人由具有接触传感器的覆盖部件覆盖的情况下，能够检测外力作用于机器人的作用点。然而，检测不出外力作用于机器人的方向。因此，作为基准方向，能够设定作用点中的覆盖部件表面的法线方向上离开其它物体的方向。即，将与覆盖部件表面垂直的方向作为机器人进行动作的适当的方向，能够设定为基准方向。
[0055]或者，在以手动方式驱动机器人时，能够将机器人轨迹存储于存储部。例如，存储部能够每隔预定时间间隔存储机器人的位置和姿势。在机器人与其它物体接触的情况下，沿所存储的轨迹，能够将向相反方向前进的方向设定为基准方向。在该情况下，有时基准方向为曲线。然后，对所存储的轨迹，能够将预定距离范围设定为允许范围。
[0056]例如能够在机器人I的基座部11配置力检测器。在机器人的基座部11配置力检测器的情况下，能够检测出施加于机器人I的外力方向，但是无法检测施加于机器人I的外力作用点。在这种情况下，也能够将沿存储的轨迹退避的方向采用为基准方向。该方法在其它物体停止的状态或其它物体比机器人更慢动作的情况下有效。
[0057]或者，在机器人I与其它物体接触时，检测所存储轨迹中紧挨着的前一移动点。而且，能够将从接触时的位置朝向紧接着接触之前的位置的方向设定为基准方向。这样，在每隔预定时间间隔控制机器人的位置和姿势的情况下，能够将从接触时的位置朝向紧接着接触之前的位置的方向设定为基准方向。然后，能够根据基准方向，设定机器人离开时的允许范围。
[0058]在上述示例中，说明了使用示教操作盘49以手动方式操作机器人的情况。以手动方式操作机器人的方法并不局限于该方式，能够采用任意方法。例如在机器人前端配置作业人员能够进行操作的手柄(手导向件)。而且，机器人系统能够具备直接示教装置，该直接示教装置用于作业人员操作手柄的同时存储示教点。在直接示教装置中，作业人员能够直接示教机器人动作。
[0059]接着，说明机器人的自动运转中的控制。参照图2，本实施方式中的控制装置2形成为能够根据动作程序41驱动机器人。在动作程序41中，例如在机器人自动地驱动期间与其它物体接触的情况下，有时包含从接触点退避的指令。本实施方式的动作方向监视部48在根据动作程序执行退避动作的期间，也能够监视机器人I的动作是否正常。然后，在机器人I的退避方向超出允许范围的情况下，停止指令部46能够使机器人I停止。
[0060]图5示出本实施方式中的第二机器人系统的框图。在图5中记载了控制装置2的部分。机器人的结构与第一机器人系统相同(参照图2)。第二机器人系统的控制装置2形成为能够进行以下切换:以手动方式操作机器人来对机器人动作进行示教的示教模式、以及机器人I自动地再现示教的动作的再现模式。控制装置2包括切换示教模式与再现模式的切换开关50。
[0061]在切换开关50中，在作业人员选择示教模式的情况下，为了对机器人I示教示教点而通过示教操作盘49操作机器人I。示教点存储部52存储由作业人员设定的示教点。与此相对，在切换开关50中，在作业人员选择再现模式的情况下，再现动作指令部53根据存储在示教点存储部52中的示教点，生成轨道。再现动作指令部53将机器人I沿所生成轨迹进行动作的指令发送给动作控制部43。
[0062]控制装置2具备退避指令部51，该退避指令部51在机器人I与其它物体接触的情况下，使机器人I自动地向离开其它物体的方向进行动作。作为退避指令部51所指示的机器人I的动作方向，如上所述能够采用机器人I从其它物体离开的方向。在检测出机器人I与其它物体的接触的情况下，退避指令部51能够将机器人I进行退避动作的指令发送给动作控制部43。
[0063]在通过切换开关50选择再现模式的情况下，停止由停止指令部46进行的控制，实施由退避指令部51进行的控制。另一方面，在使用切换开关50选择示教模式的情况下，停止由退避指令部51进行的控制，实施由停止指令部46进行的控制。
[0064]这样，设置切换开关50，能够切换机器人与其它物体接触时的机器人动作。在再现模式下，在机器人与其它物体接触的情况下，机器人自动地向离开其它物体的方向进行移动。因此，能够抑制损伤其它物体。另外，在示教模式下，在机器人与其它物体接触的情况下，动作方向监视部监视机器人动作方向。因此，即使作业人员进行错误操作，也能够抑制损伤其它物体。而且，当机器人处于不与其它物体接触的状态时，能够自由地操作机器人。
[0065]本实施方式的机器人控制装置适用于具备人与机器人协作进行作业的协作机器人的机器人系统。例如，适用于机器人与作业人员进行一个作业的机器人系统。或者，适用于在机器人与作业人员进行相互不同作业的状态下在作业人员与机器人之间未设置有防护栏的机器人系统。
[0066]在本实施方式中，例示说明了多关节机器人，但是并不局限于该方式，能够将本发明应用于控制任意机器人的机器人控制装置。
[0067]本发明的机器人控制装置在机器人与人、物体接触时，能够安全地进行消除接触的动作。
[0068]在上述各控制中，在不改变功能和作用的范围内能够适当地变更步骤顺序。上述实施方式能够适当地进行组合。在上述各图中，对相同或相等部分附加相同的附图标记。此夕卜，上述实施方式仅是例示，并不限定发明。另外，在实施方式中还包含权利要求示出的实施方式的变更。
【主权项】
1.一种机器人控制装置，其特征在于，具备: 接触检测部，其判断机器人是否与机器人以外的物体接触；以及动作方向监视部，其检测机器人与上述物体接触之后机器人动作方向，并监视机器人动作， 预先决定机器人与上述物体接触之后机器人动作方向的允许范围， 在机器人与上述物体接触之后，动作方向监视部许可允许范围内的机器人动作，禁止允许范围之外的机器人动作。2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于， 上述机器人控制装置具备: 切换开关，其能够切换以下模式:作业人员以手动方式操作机器人来对机器人动作进行示教的示教模式、以及机器人自动地再现所示教的动作的再现模式；以及 退避指令部，在机器人与上述物体接触的情况下，上述退避指令部使机器人自动地向离开上述物体的方向进行动作， 在通过上述切换开关选择再现模式的情况下，在机器人与上述物体接触时通过退避指令部使机器人进行动作， 在通过上述切换开关选择示教模式的情况下，在机器人与上述物体接触时通过动作方向监视部监视机器人动作。3.根据权利要求1或2所述的机器人控制装置，其特征在于， 在机器人动作方向处于上述允许范围之外的情况下，动作方向监视部使机器人停止。
【文档编号】B25J9/16GK105983967SQ201610053283
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年1月26日
【发明人】内藤康广, 有田创, 有田创一
【申请人】发那科株式会社