CN104842347B - 防止搬送对象物的落下事故的机器人系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机器人系统，其包括：具备臂以及手的机器人；以及控制机器人的动作的控制装置，应许可针对手的示教操作的许可区域预先设定在手能够到达的最大区域中。控制装置具备：判定部，该判定部基于表示手的位置以及姿态的手位置信息来判定手的整体是否存在于许可区域内；以及示教操作限制部，该示教操作限制部在判定手的整体存在于许可区域内的情况下许可针对手的示教操作，并且在判定手的整体不存在于许可区域内的情况下禁止针对手的示教操作。

Description

防止搬送对象物的落下事故的机器人系统
技术领域
本发明涉及机器人系统，其包含具有能够把持搬送对象物的手的机器人以及控制机器人的动作的控制装置，并防止搬送对象物的落下事故。
背景技术
通常，在针对搬送机器人的示教操作时，为使工件在搬送途中不落下，需要在确认把持工件的手已到达搬送目的地的工作台或托盘等后才释放手。与之关联地，在JP－A－H9－124267中，提出有在通过夹钳悬挂地移送工件的移送机中防止工件落下的技术。具体来说，JP－A－H9－124267的移送机具备确认单元，所述确认单元通过传感器确认工件就位于移送目的地的托盘，并且仅在确认了工件的就位时解除夹钳的动作限制。但是，在采用JP－A－H9－124267的技术的情况下，需要将构成确认单元的专用传感器以及机构部设置在手侧，所以手的构造变得复杂且手的制造成本增加。另外，在JP－A－H9－124267的技术中，需要准备适合于各个工件的尺寸以及形状的传感器以及机构部，所以难以提供能够对应多品种工件的手。
期望即使在手侧不设置专用的传感器以及机构部等也能够防止因对手进行了错误的示教操作而引起的搬送对象物的落下事故的机器人系统。
发明内容
根据本发明的第一方案，提供一种机器人系统，其包括：具备具有手腕部的臂以及安装于手腕部的手的机器人；以及控制机器人的动作的控制装置，应许可针对手的示教操作的许可区域预先设定在手能够到达的最大区域中，控制装置具备：判定部，该判定部基于表示手的位置以及姿态的手位置信息而判定手的整体是否存在于许可区域内；以及示教操作限制部，该示教操作限制部在判定为手的整体存在于许可区域内的情况下，许可针对手的示教操作，并且在判定为手的整体不存在于许可区域内的情况下，禁止针对手的示教操作。
根据本发明的第二方案，在第一方案的基础上，提供如下机器人系统，许可区域具有凸多面体、球体或是旋转椭圆体的形状。
根据本发明的第三方案，在第一或第二方案的基础上，提供如下机器人系统，还包括检测机器人的手腕部的位置以及姿态的传感器，控制装置还具备位置算出部，该位置算出部基于传感器检测到的信息来算出手位置信息。
根据本发明的第四方案，在第一或第二方案的基础上，提供如下机器人系统，还包括视觉传感器，该视觉传感器获得手的图像并基于手的图像而生成手位置信息。
根据本发明的第五方案，在第一～第四方案中任一方案的基础上，提供如下机器人系统，还具备模型配置部，该模型配置部将手模型虚拟地配置于手位置信息表示的位置，手模型以简化手形状的方式对手进行模型化而得到，判定部在手模型的整体存在于许可区域内的情况下，判定手的整体存在于许可区域内，在手模型的整体不存在于许可区域内的情况下，判定手的整体不存在于许可区域内。
根据本发明的第六方案，在第五方案的基础上，提供如下机器人系统，手模型具有外接于手的长方体形状。
根据本发明的第七方案，在第一～第六方案中任一方案的基础上，提供如下机器人系统，判定部依次判定移动中的手的整体是否存在于许可区域内。
根据本发明的第八方案，在第一～第七方案中任一方案的基础上，提供如下机器人系统，手是伺服驱动式的手。
参照对附图所表示的本发明的例示的实施方式的详细的说明将使这些以及其他的本发明的目的、特征以及优点更明确。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的例示的机器人系统的构成的方框图。
图2是表示图1的机器人的外观的立体图。
图3是表示预先设定的许可区域的第一例的立体图。
图4是表示预先设定的许可区域的第二例的立体图。
图5是表示预先设定的许可区域的第三例的立体图。
图6是表示由图1的模型配置部虚拟地配置的手模型的立体图。
图7是表示图1的机器人将搬送对象物搬送至载置台的中途的状态的立体图。
图8是表示图1的机器人已经将搬送对象物搬送至载置台的状态的立体图。
图9是表示图1的控制装置的限制针对手的示教操作的处理的步骤的流程图。
图10表示本实施方式的机器人系统的变形例的构成的方框图。
图11是表示本发明的机器人系统能够采用的伺服驱动式手的一例的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细地说明。在各附图中，对相同的构成要素标记相同的符号。此外，以下的记述并不对专利的申请保护范围所记述的发明技术的范围或用语的意义等进行限定。
参照图1～图10，对本发明的一个实施方式的机器人系统进行说明。本实施方式的机器人系统是通过机器人的动作来搬送种种搬送对象物、例如自动化生产线中的未加工乃至加工完毕的部件的搬送系统。图1是表示本实施方式的例示的机器人系统A的构成的方框图。如图1所示，本例的机器人系统A具备：具备臂RA以及手RH的机器人R；控制机器人R的动作的控制装置C；以及接受来自操作员的针对机器人R的各部的示教操作的示教装置I。本例的示教装置I是像示教控制器或键盘那样的输入装置。这里所谓的示教操作，是指为使机器人R记住期望的动作而使机器人R执行该动作的意思。
图2是表示本例的机器人系统A的机器人R的外观的立体图。如图2所示，本例的机器人R是具备具有手腕部W的臂RA以及安装于手腕部W的手RH的垂直多关节机器人。在图2中，虽然例示了6轴的垂直多关节机器人，但是本实施方式的机器人的轴数并不限定于此。如图2所示，本例的手RH具备能够把持搬送对象物O的一对抓爪G、G。而且，本例的机器人R根据在示教装置I中接受的示教操作，能够以将由手RH把持的搬送对象物O从规定的作业区域的第一位置搬送至第二位置的方式动作。在此，机器人R的作业区域的第一位置例如是搬送对象物O的聚集处，第二位置例如是设置于各作业台的载置台T。
再次参照图1，本例的机器人R的臂RA具备与其轴数对应的个数的驱动马达21，这些驱动马达21各自装配有传感器22。本例的传感器22是一般的旋转编码器，检测臂RA的各部特别是手腕部W的位置以及姿态。传感器22的输出数据发送至控制装置C的位置算出部12。另外，本例的手RH具备以一对抓爪G、G向相互接近的方向以及相互离开的方向移动的方式驱动一对抓爪G、G的驱动部30。本例的驱动部30通过液压或气压那样的流体压力来驱动一对抓爪G、G。
具有以上的构造的机器人R的各部的动作根据在示教装置I接受的示教操作而由控制装置C控制。但是，对于机器人R的手RH的示教操作仅在手RH的整体存在于规定区域内的情况下被许可，在除此以外的情况下被禁止。以下，这样的规定区域称为许可区域PA。本例的手RH的许可区域PA在手RH能够到达的最大区域中由操作员预先设定。图3是表示预先设定的许可区域PA的第一例的立体图。在本例中，设置有位于作为搬送对象物O的搬送目的地的载置台T的上方的具有凸多面体、具体来说长方体形状的许可区域PA。在该情况下，操作员例如能够通过在预先定义的基准坐标系中指定凸多面体的各顶点的坐标来设定凸多面体状的许可区域PA。
图4是表示预先设定的许可区域PA的第二例的立体图，在本例中，设定有中心点配置于载置台T的上方的具有球体形状的许可区域PA。在该情况下，操作员例如能够通过指定基准坐标系中的球体的中心点的坐标以及半径的长度来设定球体状的许可区域PA。另外，图5是表示预先设定的许可区域PA的第三例的立体图，在本例中，设置有两个焦点配置于载置台T的上方的具有旋转椭圆体形状的许可区域PA。在该情况下，操作员例如能够通过指定基准坐标系中旋转椭圆体的两个焦点的坐标以及长轴以及短轴的长度来设定旋转椭圆体状的许可区域PA。如上所述，操作员能够设定具有种种尺寸及形状的许可区域PA。与预先设定的许可区域PA相关的信息能够作为许可区域数据存储在控制装置C的存储部10中。
再次参照图1，本例的控制装置C具备存储部10、动作控制部11、位置算出部12、模型配置部13、判定部14以及示教操作限制部15。以下对控制装置C的各部进行详细地说明。本例的存储部10是包含ROM(Read OnlyMemory)以及RAM(Random Access Memory)等的存储装置。在本例的存储部10中能够存储上述的许可区域数据以及后述的手模型数据等。另外，本例的动作控制部11具有基于示教装置I中接受的示教操作而生成针对机器人R的各部的动作指令的功能。这样生成的动作指令分别发送到臂RA的驱动马达21以及手RH的驱动部30。
本例的位置算出部12具有基于从臂RA的传感器22发送的输出数据而算出表示手RH的位置以及姿态的手位置信息的功能。特别地，本例的位置算出部12基于从各传感器22以规定的周期时间发送的输出数据而依次算出手位置信息。由位置算出部12算出的手位置信息被发送至模型配置部13。另外，本例的模型配置部13具有将预先制作的手RH的三维模型虚拟地配置于由手位置信息所表示的位置的功能。这样的三维模型以下称为手模型HM。
图6是表示手模型HM的一例的立体图。本例的手模型HM以简化手RH的形状的方式对手RH进行模型化而得到，并配合由手位置信息所表示的位置、即最大区域MA内的实际的手RH的位置而配置。这样一来虚拟配置的手模型HM能够用于判定手RH的整体是否存在于许可区域PA内。此外，图6的手模型HM虽然是具有与手RH外接的长方体的形状，但本实施方式的机器人系统A中的手模型HM的形状并不限定于此。即、操作员能够任意地设定与实际的手RH的形状对应的手模型HM。与由操作员设定的手模型HM相关的信息能够作为手模型数据存储于存储部10。
再次参照图1，本例的判定部14具有基于上述的手位置信息而判定手RH的整体是否存在于许可区域PA内的功能。具体来说，本例的判定部14判定由模型配置部13虚拟地配置的手模型HM的整体是否存在于许可区域PA内。此时，判定部14例如能够通过将基准坐标系中的许可区域PA的各点的坐标与手模型HM的各点的坐标进行比较，来判定手模型HM的整体是否存在于许可区域PA内。许可区域PA的各点的坐标例如能根据许可区域数据而获得。另外，手模型HM的各点的坐标例如能够基于手位置信息而算出。判定部14的判定结果发送至示教操作限制部15。
在此，图7是表示图1的机器人R将搬送对象物O搬送至载置台T的中途的状态的立体图，图8是表示图1的机器人R已经将搬送对象物O搬送至载置台T的状态的立体图。本例的判定部14在如图7所示地手模型HM的整体不存在于许可区域PA内的情况下，认为实际的手RH的整体不存在于许可区域PA内，另一方面在如图8所示手模型HM的整体存在于许可区域PA内的情况下，认为实际的手RH的整体存在于许可区域PA内。这样，在本例的机器人系统A中，对于手RH的整体是否存在于许可区域PA内的判定使用将手RH简化而得到的形状的手模型HM(参照图6)，所以能够减轻判定部14进行的处理的负荷。此外，本例的判定部14基于由位置算出部12以规定的周期时间算出的手位置信息而依次进行上述判定。
再次参照图1，本例的示教操作限制部15具有根据判定部14的判定结果来限制针对手RH的示教操作的功能。具体来说，本例的示教操作限制部15在判定为如图8所示地手RH的整体存在于许可区域PA内的情况下许可针对手RH的示教操作，另一方面，在判定为如图7所示地手RH的整体不存在于许可区域PA内的情况下禁止针对手RH的示教操作。在由示教操作限制部15禁止针对手RH的示教操作的情况下，例如在示教装置I的未图示的显示画面显示规定的警告讯息。
在此，若由示教操作限制部15许可针对手RH的示教操作，则认为基于该示教操作的手RH的动作有效。另一方面，若禁止针对手RH的示教操作，则认为基于该示教操作的手RH的动作无效。即、本例的手RH仅在其整体存在于许可区域PA内的情况下处于能够动作的状态，除此以外的情况下处于不能动作的状态。由此能够防止因针对手RH的错误的示教操作而使搬送对象物O从手RH落下。此外，即使在由示教操作限制部15禁止针对手RH的示教操作的期间(参照图7)，操作员也能够通过针对臂RA的示教操作来使臂RA自由地动作。由此操作员能够以手RH的整体进入许可区域PA内的方式使手RH移动。
接下来，参照流程图对本实施方式的机器人系统A的控制装置C的动作的概要进行说明。图9是表示图1的控制装置C限制针对手RH的示教操作的处理的步骤的流程图。如图9所示，首先，在步骤S901中，位置算出部12基于臂RA侧的传感器22的输出数据而算出手位置信息。这样，在本例的机器人系统A中，基于已有的传感器22的输出数据而算出手位置信息，所以不需要设置用于获得手位置信息的专用传感器。接下来，在步骤S902中，模型配置部13将预先制作的手模型HM虚拟地配置在由手位置信息表示的位置(参照图6)。接下来，在步骤S903中，判定部14判定手RH的整体是否存在于许可区域PA内。此时，判定部14在步骤S902中配置的手模型HM的整体存在于许可区域PA内的情况下，判定手RH的整体存在于许可区域PA内，另一方面在手模型HM的整体不存在于许可区域PA内的情况下，判定手RH的整体不存在于许可区域PA内。
接下来，根据步骤S903的判定结果，示教操作限制部15限制针对手RH的示教操作(步骤S904、步骤S905)。具体来说，在判定手RH的整体存在于许可区域PA内的情况下，许可针对手RH的示教操作(步骤S904)。由此手RH处于能够基于示教操作而动作的状态。另一方面，在判定手RH的整体不存在于许可区域PA内的情况下，禁止针对手RH的示教操作(步骤S905)。由此手RH处于不能基于示教操作而动作的状态，所以能够防止因针对手RH的错误的示教操作而使搬送对象物O从手RH落下。接下来，再次执行上述步骤S901以后的步骤。因此，其后在通过针对臂RA的示教操作而使手RH移动的情况下，针对手RH的示教操作的许可状态与禁止状态能根据手的位置而切换。
如上所述，根据本例的机器人系统A，根据手RH的整体是否存在于规定的许可区域PA内的判定结果，来限制针对手RH的示教操作。另外，在本例的机器人系统A中，如图3～图5所示，设定形状与手RH的形状对应得最合适的许可区域PA，所以能够得到手RH的整体是否存在于许可区域PA内的正确的判定结果。另外，在本实施方式的机器人系统A中，针对手RH的示教操作的许可状态与禁止状态能够根据手RH的位置而切换，所以操作员能够通过每次少许移动手RH而将手RH正确地配置在许可区域PA内。因此，根据本例的机器人系统A，对进行针对手RH以及臂RA的示教操作的操作员而言提高了便利性。
接下来，对本实施方式的机器人系统的变形例进行说明。图10是表示本例的机器人系统A的构成的方框图。如图10所示，本例的机器人系统A在上述的机器人R、控制装置C以及示教装置I之外，还具备获得手RH的图像的视觉传感器VS。具体来说，本例的视觉传感器VS具备获得手RH的图像的相机以及通过对相机图像进行图像处理来检测手RH的位置以及姿态的图像处理装置。而且，视觉传感器VS所检测出的与手RH的位置以及姿态相关的信息，作为手位置信息发送至控制装置C的模型配置部13，并且用于判定部14进行的判定处理。这样在本例中通过视觉传感器VS获得正确的手位置信息，所以能够得到手RH的整体是否存在于许可区域PA内的正确的判定结果。
本发明具有如下效果。
根据本发明的第一方案，根据手的整体是否存在于规定的许可区域内的判定结果，来限制针对手的示教操作。因此，根据第一方案，即使不在把持搬送对象物的手设置专用的传感器以及机构部等，也能够防止因针对手的错误的示教操作而引起的搬送对象物的落下事故。
根据本发明的第二方案，能够设定具有对应手的形状的最合适形状的许可区域，所以能够得到手的整体是否存在于许可区域内的正确的判定结果。
根据本发明的第三方案，使用臂侧的已有的传感器来算出手位置信息，所以不需要设置用于获得手位置信息的专用的传感器。
根据本发明的第四方案，生成基于手的图像的正确的手位置信息，所以能够得到手的整体是否存在于许可区域内的正确的判定结果。
根据本发明的第五方案，手的整体是否存在于许可区域内的判定中使用将手简化而得到的形状的手模型，所以能够减轻判定部的处理负荷。
根据本发明的第六方案，手的整体是否存在于许可区域内的判定中使用长方体的手模型，所以能够减轻判定部的处理负荷。
根据本发明的第七方案，根据手的位置而切换针对手的示教操作的许可状态与禁止状态，所以操作员能够通过使手每次少许移动来将手正确地配置于许可区域内。因此，根据第七方案，对于进行针对手以及臂的示教操作的操作员来说提高了便利性。
根据本发明的第八方案，手的把持力的控制变得容易，所以能够与多品种的搬送对象物对应。
本发明并不仅限定于上述实施方式，能够在专利申请所述的范围内进行种种改变。例如，虽然在上述实施方式中例示了流体压力驱动方式的手RH，但本发明的机器人系统的手也可以是例如伺服驱动式的手。图11是表示本发明的机器人系统能够采用的伺服驱动式的手RH的一例的立体图。如图11所示，本例的手RH具备能够把持搬送对象物O的一对抓爪G、G和驱动一对抓爪G、G的伺服马达SM。一般情况下伺服驱动式的手的把持力的控制容易，所以通过本例的手RH能够与多品种的搬送对象物O对应。另外，本发明的机器人系统的手也可以代替驱动一对抓爪来把持搬送对象物的手，而采用通过磁力或真空吸附力等来把持搬送对象物的手。

Claims (7)

1.一种机器人系统，其包括：具备具有手腕部的臂以及安装于上述手腕部的手的机器人；以及控制上述机器人的动作的控制装置，上述机器人系统的特征在于，
应许可针对上述手的示教操作的许可区域预先设定在上述手能够到达的最大区域中，
上述控制装置具备：
判定部，该判定部基于表示上述手的位置以及姿态的手位置信息而判定上述手的整体是否存在于上述许可区域内；以及
示教操作限制部，该示教操作限制部在判定为上述手的整体存在于上述许可区域内的情况下，许可针对上述手的示教操作，并且在判定为上述手的整体不存在于上述许可区域内的情况下，禁止针对上述手的示教操作，
还具备模型配置部，该模型配置部将手模型虚拟地配置于上述手位置信息表示的位置，上述手模型以简化上述手形状的方式对上述手进行模型化而得到，
上述判定部在上述手模型的整体存在于上述许可区域内的情况下，判定上述手的整体存在于上述许可区域内，在上述手模型的整体不存在于上述许可区域内的情况下，判定上述手的整体不存在于上述许可区域内。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
上述许可区域具有凸多面体、球体或是旋转椭圆体的形状。
3.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，
还包括检测上述机器人的手腕部的位置以及姿态的传感器，
上述控制装置还具备位置算出部，该位置算出部基于上述传感器检测到的信息来算出上述手位置信息。
4.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，
还包括视觉传感器，该视觉传感器获得上述手的图像并基于上述手的图像而生成上述手位置信息。
5.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
上述手模型具有外接于上述手的长方体形状。
6.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，
上述判定部依次判定移动中的上述手的整体是否存在于上述许可区域内。
7.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，
上述手是伺服驱动式的手。
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