CN104057444B

CN104057444B - 机器人系统及机器人系统的控制方法

Info

Publication number: CN104057444B
Application number: CN201410040151.XA
Authority: CN
Inventors: 中村民男; 河野大; 巢山崇; 西邑考史; 松尾智弘; 石川伸一; 河野智树
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2013-03-18
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2034-01-27
Also published as: JP5846145B2; CN104057444A; JP2014180701A; US20140277726A1; EP2783811A3; US9126334B2; EP2783811A2

Abstract

本发明提供一种安全性得以进一步提高的机器人系统及机器人系统的控制方法。机器人系统（2）包括：具有能够动作的作业用臂（4）的机器人（3）；逐个检测移动体（9）所穿着的一个以上穿着物品（7）中，每个穿着物品（7）上贴附的安装部件（8）的安装部件检测单元（5）；以及根据安装部件检测单元（5）检测到的检测结果来改变机器人（3）的动作控制的动作控制变更单元（6）。

Description

机器人系统及机器人系统的控制方法

技术领域

本发明涉及机器人系统及机器人系统的控制方法。

背景技术

现有技术中，提出了一种具有能够动作的作业用臂的机器人。通常，在作业用臂的周围设置防护栏从而将作业用臂的动作区域和人分隔开，但是，有时为了补充工作对象物等，人会进入防护栏内。另外，近年来，作业用臂和人两者在没有被分隔开的空间内工作的情形也在增加。对于这样的机器人，为了避免人等进入作业用臂的动作区域内而导致机器人和人相互干涉的风险，需要采取安全对策。例如，提出了一种人机工作系统，具有：安装在人身上的信号发送器；与该信号发送器对应并安装在装置上的信号接收器；以及对该信号接收器的输出信号进行运算处理并检测出人相对于装置的位置的位置检测单元（例如，参照专利文献1）。

在专利文献1所记载的人机工作系统中，用位置检测单元检测人相对于装置的位置关系，利用该位置关系来设定人的动作区域。

另外，作为针对人（作业者）的安全对策，可列举穿着用于保护人的各部位的穿着物品。这样的穿着物品多为安全帽和护目镜等分别用于保护人的各部位的物品，各种类型的穿着物品被提出。例如用安全帽保护人的头部，用护目镜保护人的眼睛。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4219870号公报

发明内容

本发明所要解决的问题

然而，有可能出现以下情况：选择了不合适的用于实现安全对策的穿着物品，或者是人（作业者）忘记了穿着物品的穿着。这样，在有人没穿着合适的穿着物品的状态下进入机器人的动作区域时，有可能无法充分保护进入动作区域的人的安全。

本发明是鉴于上述情况做出的，其所要解决的示例性技术问题是如何提供安全性得到进一步提高的机器人系统及机器人系统的控制方法。

用于解决技术问题的手段

作为示例性的一个技术方案，机器人系统包括：机器人，其具有能够动作的作业用臂；安装部件检测单元，其逐个检测移动体所穿着的一个以上穿着物品中，每个穿着物品上贴附的安装部件；以及动作控制变更单元，其根据安装部件检测单元所检测到的检测结果，改变机器人的动作控制。

机器人也可以具有用于支承作业用臂的基台以及使基台移动的移动机构。

动作控制变更单元也可以根据移动体所穿着的穿着物品的数量来改变动作控制。

动作控制变更单元也可以根据针对每种穿着物品确定的权重值，设定移动体的穿着级别，根据该穿着级别来改变动作控制。

动作控制变更单元也可在移动体穿着的穿着物品不满足规定条件时，选择停止机器人的动作、降低机器人的动作速度、降低机器人的致动器的输出、以及缩小机器人的动作区域范围中的至少任一个动作控制。

动作控制变更单元也可在未检测到特定的安装部件时，实施停止机器人的动作、发出警报、降低机器人的动作速度、降低机器人的致动器的输出、以及缩小机器人的动作区域范围中的至少任一个。

安装部件检测单元也可从每个穿着物品上贴附的IC标签中读取数据，检测有无穿着物品及其种类。

安装部件检测单元也可对照每个穿着物品上贴附的条形码，检测有无穿着物品及其种类。

作为另一示例性技术方案，机器人系统的控制方法具有：安装部件检测步骤，分别检测移动体所穿着的一个以上穿着物品中，每个穿着物品上贴附的安装部件；以及动作控制变更步骤，根据安装部件检测步骤获得的检测结果，改变具有能够动作的作业用臂的机器人的动作控制。

本发明的进一步的目的或其他技术特征，可由下面的参照附图说明的优选实施方式明确地得出。

发明效果

安全性得以进一步提高。

附图说明

图1是用于说明实施方式1涉及的机器人系统的动作的示意图。

图2是用于说明实施方式1涉及的机器人系统中的改变机器人的动作控制的步骤的流程图。

图3是用于说明变形例1涉及的机器人系统中的改变机器人的动作控制的步骤的流程图。

图4是用于说明变形例2涉及的机器人系统中的改变机器人的动作控制的步骤的流程图。

图5是用于说明变形例3涉及的机器人系统中的改变机器人的动作控制的步骤的流程图。

图6是用于说明变形例4涉及的机器人系统中的改变机器人的动作控制的步骤的流程图。

图7是示出具有与安全帽有关的信息的IC标签被贴附于安全帽的情形的说明图。

图8是示出具有与安全靴有关的信息的IC标签被贴附于安全靴的情形的说明图。

图9是示出具有与护目镜有关的信息的IC标签被贴附于护目镜的情形的说明图。

图10是示出具有与手套有关的信息的IC标签被贴附于手套的情形的说明图。

图11是示出具有与防护衣有关的信息的IC标签被贴附于防护衣的情形的说明图。

附图标记说明

2：机器人系统

3：机器人

4：作业用臂

5：安装部件检测单元

5a：IC标签读取器

5b：门

6：动作控制变更单元

6a：检测信息接收部

6b：动作控制选择部

6c：动作控制传达部

7：穿着物品

7a：安全帽

7b：安全靴

8：安装部件

8a，8b：IC标签

9：移动体

10：动作控制单元

S1：安装部件检测步骤

S2，S2a，S2b，S2c，S2d，S2e，S2f，S2g，S2h，S2i：动作控制变更步骤

具体实施方式

［实施方式1］

以下，使用附图对实施方式1涉及的机器人系统进行说明。图1是用于说明实施方式1涉及的机器人系统的动作的示意图。图2是用于说明实施方式1涉及的机器人系统中的改变机器人的动作控制的步骤的流程图。

如图1所示，机器人系统2包括：机器人3、安装部件检测单元5、动作控制变更单元6、以及动作控制单元10。机器人3具有能够动作的作业用臂4。能够动作是指在将能量转换成物理运动的致动器等的机械要素的作用下、作业用臂4能够执行伸缩、屈伸、旋转等动作。

动作控制单元10控制机器人3和作业用臂4的动作。按照预先示教的动作程序向作业用臂4的致动器输出动作指令，另外还监视致动器的位置信息等控制作业用臂4，以使作业用臂4按照动作指令进行动作。另外，还按照来自下述动作控制变更单元6的指令，改变作业用臂4的动作速度或者停止作业用臂4的动作。

另外，机器人系统2具有用于存储动作程序和进行控制所需的参数的存储单元，但图中省略其表示。

机器人3在周围不存在下述移动体9时，以由预先示教的动作程序所指定的速度进行动作。

安装部件检测单元5对移动体9所穿着的一个以上穿着物品7中，逐个检测每个穿着物品7上所贴附的安装部件8。动作控制变更单元6根据安装部件检测单元5检测到的检测结果，指令动作控制单元10使其改变机器人3的动作控制。即，如图2所示，实施方式1涉及的机器人系统首先对每个穿着物品逐个检测所贴附的安装部件（安装部件检测步骤S1）。接下来，根据安装部件的检测结果改变机器人的动作控制（动作控制变更步骤S2）。

如图1所示，机器人系统2能够根据移动体9所穿着的穿着物品7的穿着状况来改变机器人3的动作控制，能够进一步提高安全性。例如，在移动体9所穿着的穿着物品7的选择不合适、或移动体9忘记了穿着物品7的穿着时等，为使当前的穿着状况变得合适，能够向限制动作的方向改变动作控制，该限制动作的方向例如为降低机器人3的速度。另外，这样的机器人系统2由于根据移动体9的穿着物品7的穿着状况来改变机器人3的动作控制，因此如果移动体9的穿着物品7的穿着状况合适，则减少机器人3的过多的速度限制和动作限制，这样能缩短生产节拍，提高机器人3的生产效率及设备运转率。

图1所示的机器人系统2具有机器人3，机器人3设置在地面、顶棚、壁面等上并具有多关节作业用臂4。机器人3如果具有能够动作的作业用臂4，则不限于这样的机器人3。例如，虽然省略其省略，但机器人也可具有用于支承作业用臂的基台以及使该基台在规定的范围内平行移动的移动机构。对于这样的其机器人具有移动机构的机器人系统，在由动作控制单元所实施的动作控制中，除了作业用臂的动作控制以外，还包括上述移动机构的动作控制。

作为移动体9，例如除了人、手动提升机、搬运台车之外，还可以列举除了机器人3以外的能够自行行进的机器人等。特别优选人和靠人力行进的移动体。穿着物品7是移动体9能够穿着的物品，特别优选移动体9以安全对策为目的而穿着的物品。例如当移动体9是人时，可以列举分别保护人的各部位的穿着物品7。另外，每个穿着物品7上都贴附有安装部件8。每个穿着物品7上贴附的安装部件8可以具有与贴附有该安装部件8的各穿着物品7有关的信息、或者将该信息按照一定规则转换而成的代码（识别符）。在图1中，移动体9是人，作为穿着物品7，该移动体9穿着有安全帽7a以及安全靴7b。另外，作为安装部件8，每个安全帽7a及安全靴7b上都贴附有IC标签8a、8b，该IC标签8a、8b中存储有与各个穿着物品7有关的信息。虽然省略其图示，但作为穿着物品7，除了安全帽7a及安全靴7b以外，例如还可列举手套、护目镜、防护衣、面罩、护颈等。对于这样的其他的穿着物品，优选对每个穿着物品也贴附安装部件。另外，安装部件8除了是上述IC标签8a、8b以外，还可以是例如条形码等。安装部件8也可以不具有与上述的穿着物品7有关的信息，单由安装部件检测单元5检测出有无穿着物品7即可。图7示出了将具有与安全帽7a有关的信息的IC标签8a贴附（配备）于安全帽7a上的情形。图8示出了将具有与安全靴7b有关的信息的IC标签8b贴附于安全靴7b上的情形。图9示出了将具有与护目镜7c有关的信息的IC标签8c贴附于护目镜7c上的情形。图10示出了将具有与手套7d有关的信息的IC标签8d贴附于手套7d上的情形。图11示出了将具有与防护衣7e有关的信息的IC标签8e贴附于防护衣7e上的情形。

安装部件检测单元5也可以从作为每个穿着物品7贴附的安装部件8的IC标签8a、8b中读取数据，检测有无穿着物品7及其种类。作为这样的安装部件检测单元5，可以列举从IC标签8a、8b中读取数据的IC标签读取器5a。图1所示的机器人系统2中的安装部件检测单元5具有供移动体9经过的门5b、以及配置于门5b上的IC标签读取器5a。

另外，虽然省略其图示，优选采用以下结构：用门5b以及与门5b连接的安全栏包围机器人系统2的周围，移动体9在接近机器人系统2时必须经过门5b。根据这样的安装部件检测单元5，在移动体9经过门5b时，能经由IC标签读取器5a读取存储于贴附在每个穿着物品7上的IC标签8a、8b中的数据。另外，虽然省略其图示，但安装部件检测单元也可对照每个穿着物品上贴附的条形码，来检测有无穿着物品及其种类。作为这样的安装部件检测单元，可列举条形码读取器。

动作控制变更单元6根据安装部件检测单元5检测到的检测结果向动作控制单元10输出指令。动作控制单元10接收该指令，改变机器人3的动作控制。动作控制变更单元6也可以具有：接收来自安装部件检测单元5的检测信息的检测信息接收部6a；根据由检测信息接收部接收到的检测信息而选择适于移动体9的穿着物品7的穿着状况的机器人3的动作控制的动作控制选择部6b；以及将所选择的动作控制传达给动作控制单元10的动作控制传达部6c。

[变形例1］

图3是用于说明变形例1涉及的机器人系统中的改变机器人的动作控制的步骤的流程图。在变形例1涉及的机器人系统中，动作控制变更单元根据移动体所穿着的穿着物品的数量改变机器人的动作控制，换言之，根据安装部件检测单元所检测到的穿着物品的数量改变机器人的动作控制。即，如图3所示，首先逐个检测每个穿着物品上贴附的安装部件（安装部件检测步骤S1）。安装部件的检测方法与实施方式1涉及的机器人系统相同。接下来，根据移动体所穿着的穿着物品的数量改变机器人的动作控制（动作控制变更步骤S2a）。例如，若移动体所穿着的穿着物品的数量较多，移动体处于较高级别的安全保护状态，因此可放宽对机器人的速度限制或动作限制。例如使机器人以接近由动作程序所指定的动作速度的速度进行动作。相反，若移动体所穿着的穿着物品的数量较少，则移动体处于安全保护不充分的状态，因此加大对机器人的速度限制和动作限制。例如使机器人以由动作程序所指定的动作速度的一半以下的速度进行动作。这样，将由安装部件检测单元检测到的穿着物品的数量设为选择机器人的动作控制的选择基准时，能够根据移动体的穿着物品的穿着状况适当地改变机器人的动作控制。由于变形例1涉及的机器人系统的其他结构与实施方式1涉及的机器人系统相同，因此省略其说明。

［变形例2］

图4是用于说明变形例2涉及的机器人系统中的改变机器人的动作控制的步骤的流程图。在变形例2涉及的机器人系统中，动作控制变更单元根据针对每种穿着物品所确定的权重值设定移动体的穿着级别，根据该穿着级别来改变动作控制。即，如图4所示，首先，逐个检测每个穿着物品上贴附的安装部件（安装部件检测步骤S1）。安装部件的检测方法与实施方式1涉及的机器人系统相同。接下来，根据针对每种穿着物品所确定的权重值设定移动体的穿着级别（动作控制变更步骤S2b）。接下来，根据穿着级别改变机器人的动作控制（动作控制变更步骤S2c）。这样，如果穿着级别合适，机器人3的速度限制和动作限制变少，这样能缩短生产节拍，提高机器人3的生产效率及设备运转率。权重值是用数值描述穿着物品的安全性的值。例如可以列举：对无需较高防护性能的穿着物品设为数值1、对需要较高防护性能的穿着物品设为数值10、10为最大权重值。

在此，“需要较高防护性能的穿着物品”是指例如用于保护人的头、眼睛的穿着物品，不穿着这些物品时安全隐患较大。安全帽、面罩等可相当于该物品。“无需较高防护性能的穿着物品”是指即使不穿着这些物品，安全隐患比安全帽、面罩等低。安全靴、手套等可相当于该物品。

另外，即使是同类穿着物品，穿着物品的特色不同时，可以确定与各个特色相对应的权重值。例如，在穿着物品为安全帽时，可以根据是否是具有用于保护眼睛的面罩的安全帽而改变权重值大小。此外，也可以根据移动体的哪个部位穿着有各穿着物品来确定各个穿着物品的权重值。例如，对于假定为机器人和移动体发生干涉时会受到严重损害的部位所穿着的穿着物品，可将权重值的大小设定得较大。举一个具体例子，对于人的头部所穿着的安全帽，设定比其他穿着物品更大的权重值。这样确定权重值的大小而设定移动体的穿着级别时，能够进一步提高安全性。穿着级别可根据移动体所穿着的各穿着物品的权重值的合计值来求出。权重值的合计值越大，穿着级别越高，移动体的安全对策越充分。另外，也可用权重值的合计值除以移动体所穿着的穿着物品的数量，并根据权重值的平均值求出穿着级别。这样，例如能防止在大量穿着权重值低的穿着物品等穿着级别过高的情况发生。穿着物品的权重值以及穿着级别能够根据机器人所实施的动作内容等适当地设定。由于变形例2涉及的机器人系统的其他结构与实施方式1涉及的机器人系统相同，因此省略其说明。

［变形例3］

图5是用于说明变形例3涉及的机器人系统中的改变机器人的动作控制的步骤的流程图。在变形例3涉及的机器人系统中，动作控制变更单元在移动体所穿着的穿着物品不满足规定的条件时，选择停止机器人的动作、降低机器人的动作速度、降低机器人的致动器的输出、以及缩小机器人的动作区域范围中的至少任一个动作控制。即，如图5所示，首先，逐个检测每个穿着物品上贴附的安装部件（安装部件检测步骤S1）。安装部件的检测方法与实施方式1涉及的机器人系统相同。接下来，对移动体所穿着的穿着物品是否满足规定条件进行判定（动作控制变更步骤S2d）。在满足规定条件时，根据安装部件的检测结果改变机器人的动作控制（动作控制变更步骤S2ｆ）。另外，在不满足规定条件时，选择特定动作控制、即选择停止机器人的动作、降低机器人的动作速度、降低机器人的致动器的输出、或者缩小机器人的动作区域范围中的至少任一个动作控制（动作控制变更步骤S2e）。上述特定动作控制是减小机器人和移动体产生干涉的可能、降低机器人和移动体干涉时的风险时进行的控制，这样选择动作控制时能够进一步提高安全性。关于上述规定条件不做特别限制，但优选相对于机器人的动作内容，将移动体所穿着的穿着物品能否确保充分的安全性作为上述规定条件的设定基准。例如，在根据穿着物品的数量改变机器人的动作控制时，可以将移动体所穿着的穿着物品的数量作为规定条件的设定基准。另外，在根据权重值设定移动体的穿着级别时，可将达到规定穿着级别作为上述规定条件的设定基准。由于变形例3涉及的机器人系统的其他结构与实施方式1涉及的机器人系统相同，因此省略其说明。

［变形例4］

图6是用于说明变形例4涉及的机器人系统中的改变机器人的动作控制的步骤的流程图。在变形例4涉及的机器人系统中，动作控制变更单元在未检测到特定的安装部件时，实施停止机器人的动作、发出警报、降低机器人的动作速度、降低机器人的致动器的输出、缩小机器人的动作区域范围中的至少任一个。即，如图6所示，首先，逐个检测穿着物品上贴附的安装部件（安装部件检测步骤S1）。安装部件的检测方法与实施方式1涉及的机器人系统相同。接下来，对是否检测到特定的安装部件进行判定（动作控制变更步骤S2g）。在检测到特定的安装部件时，根据安装部件的检测结果改变机器人的动作控制（动作控制变更步骤S2i）。另外，在未检测到特定的安装部件时实施特定动作控制、即，实施停止机器人的动作、发出警报、降低机器人的动作速度、降低机器人的致动器的输出、缩小机器人的动作区域范围中的至少任一个（动作控制变更步骤S2h）。这样，能够减小机器人和移动体产生干涉的可能、降低机器人和移动体干涉时的风险，能够进一步提高安全性。作为特定的安装部件，优选是假定为机器人和移动体干涉时受到严重损害的部位所穿着的穿着物品。举一个具体例子，该穿着物品是人的头部所穿着的安全帽。这样能够防止严重损害发生，或者能够对该损害的发生进行警告。由于变形例4涉及的机器人系统的其他结构与实施方式1涉及的机器人系统相同，因此省略其说明。

［实施方式2］

以下，对实施方式2涉及的机器人系统的控制方法进行说明。实施方式2涉及的机器人系统的控制方法是控制图1所示的实施方式1涉及的机器人系统2的方法。机器人系统的控制方法具有安装部件检测步骤以及动作控制变更步骤。安装部件检测步骤是图1所示的逐个检测移动体9所穿着的一个以上穿着物品7中，每个穿着物品7上贴附的安装部件8的步骤。动作控制变更步骤是根据安装部件检测步骤获得的检测结果来改变具有能够动作的作业用臂4的机器人3的动作控制的步骤。

在此，根据图2所示的流程图按照步骤顺序说明实施方式2涉及的机器人系统的控制方法的控制过程。首先，作为安装部件检测步骤S1，逐个检测每个穿着物品上贴附的安装部件。接下来，作为动作控制变更步骤S2，根据安装部件检测步骤S1获得的检测结果改变具有能够动作的作业用臂的机器人的动作控制。根据这样的机器人系统的控制方法，能够进一步提高安全性。另外，由于根据移动体的穿着物品的穿着状况来改变机器人的动作控制，因此对机器人的速度限制和动作限制变少，这样能缩短生产节拍，提高机器人的生产效率及设备运转率。

另外，机器人系统的控制方法也可以是控制变形例1至变形例4所涉及的机器人系统的控制方法。即，也可以根据上述说明的各变形例的机器人系统的结构，适当改变安装部件检测步骤及动作控制变更步骤。

Claims

1.机器人系统，其特征在于，包括：

机器人，其具有能够动作的作业用臂；

安装部件检测单元，其逐个检测移动体所穿着的一个以上穿着物品中每个穿着物品上贴附的安装部件；以及

动作控制变更单元，其根据所述安装部件检测单元检测到的检测结果，改变所述机器人的动作控制，

所述动作控制变更单元根据针对每种所述穿着物品所确定的权重值，设定所述移动体的穿着级别，根据该穿着级别来改变所述动作控制。

2.如权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，

所述机器人具有用于支承所述作业用臂的基台以及使所述基台移动的移动机构。

3.如权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，

在所述移动体所穿着的所述穿着物品不满足规定条件时，所述动作控制变更单元选择停止所述机器人的动作、降低所述机器人的动作速度、降低所述机器人的致动器的输出、以及缩小所述机器人的动作区域范围中的至少一个动作控制。

4.如权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，

所述动作控制变更单元在未检测到特定的安装部件时，实施停止所述机器人的动作、发出警报、降低所述机器人的动作速度、降低所述机器人的致动器的输出、以及缩小所述机器人的动作区域范围中的至少一个。

5.如权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，

所述安装部件检测单元从每个所述穿着物品上贴附的IC标签中读取数据，检测有无所述穿着物品及其种类。

6.如权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，

所述安装部件检测单元对照每个所述穿着物品上贴附的条形码，检测有无所述穿着物品及其种类。

7.一种机器人系统的控制方法，具有：

安装部件检测步骤，逐个检测移动体所穿着的一个以上穿着物品中每个穿着物品上贴附的安装部件；以及

动作控制变更步骤，根据所述安装部件检测步骤获得的检测结果，改变具有能够动作的作业用臂的机器人的动作控制，

所述动作控制变更步骤根据针对每种所述穿着物品所确定的权重值，设定所述移动体的穿着级别，根据该穿着级别来改变所述动作控制。