CN104972473B - 具有引入功能的人协调型工业用机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有引入功能的人协调型工业用机器人。协调型工业用机器人具备：接触力检测部，其检测出在操作人员与机器人接触时，向机器人施加的接触力；接触力监视部，其在接触力超过了预定的阈值时，使机器人停止或使机器人向降低所述接触力的方向退避；操作力检测部，其检测出在执行引入动作时，向机器人施加的操作力。机器人具备对引入动作的有效与无效进行切换的引入开关，当引入动作有效时，使接触力监视部变为无效，当引入动作无效时，使接触力监视部变为有效。

Description

具有引入功能的人协调型工业用机器人

技术领域

本发明涉及一种人协调型工业用机器人。

背景技术

为了确保操作人员的安全，一般的工业用机器人在限制操作人员进入的被安全栏包围的空间内动作。然而，近年来，对于在操作人员附近动作的人协调型机器人的期望变高。当为人协调型机器人时，有时机器人接触操作人员而对操作人员造成危险，因此通过传感器对机器人与操作人员之间有无接触进行监视。例如，通过力传感器检测出向机器人作用的接触力，当该检测值超过预定的阈值时，为了确保操作人员的安全，停止机器人。

在JP2006－21287A中公开了具备用于检测出向机器人臂部的任意的位置作用的接触力的接触力检测装置的机器人系统。在该机器人系统中，通过使机器人以避免检测出的接触力的方式动作，来防止机器人对周围的人或物造成危险。

在人协调型机器人中，有时进行操作人员手动地示教针对机器人的示教位置的引入动作。例如在JPS59－157715A中公开了根据力传感器的输出信号向机器人直接示教的示教方法。此外，在JPHP9－150382A中公开了为了能够安全地执行直接示教，仅在按压了设在简易示教装置上的伺服电源保持开关和设在示教用手柄上的可操作按键双方时，可执行直接示教的直接示教装置。

在图5中示出了既存的关联技术的机器人100。机器人100在手腕102上具备在执行引入动作时通过操作人员操作的手柄110。此外，还在手腕102上设有力传感器120，可以检测出向手柄110作用的操作力。操作人员操作与机器人控制装置130连接的示教操作盘140来执行引入动作。

示教操作盘140具备伺服启动开关142。伺服启动开关142被按压预定时间后，伺服电源被切换成接通，机器人100成为可动作的状态。此外，当释放了按压力时，伺服电源被切换成断开，机器人100的动作停止。另一方面，手柄110具有引入启动开关112。切换引入动作的有效与无效时使用引入启动开关112。即，在按压伺服启动开关142而接通伺服电源的状态下，引入启动开关112被按压预定的时间后，引入动作变为可能，当释放了按压力时，引入动作变为无效。

在参照图5说明的关联技术中，只要不是在按压了伺服启动开关142和引入启动开关112双方的状态下就无法执行引入动作。示教操作盘140的重量绝不小，此外，同时对2个开关进行操作时操作人员的双手被占用，从而作业时的负担变重。作为结果，作业性下降，并且，可能成为误操作的原因。

此外，当向机器人与操作人员之间作用的接触力超过了阈值时，如果设有使机器人停止的安全单元，则为了确保安全性而优选将阈值设成充分小。然而，当阈值过小时，在引入动作时由操作人员施加的操作力超过阈值，导致机器人的未意图的停止。

因此，希望提供一种减轻执行引入动作时的操作人员的负担，同时可以确保操作人员的安全的人协调型工业用机器人。

发明内容

本申请的第1方式，是提供与操作人员共享作业空间的人协调型的工业用机器人，该工业用机器人具备：引入执行部，其执行操作人员向机器人施加操作力，来变更所述机器人的位置以及姿势的引入动作；操作力检测部，其检测在执行所述引入动作时，向所述机器人施加的操作力；引入开关，其在施加了按压力时使所述引入动作变为有效，在释放了按压力时使所述引入动作变为无效；接触力检测部，其检测在操作人员与所述机器人接触时，向所述机器人施加的接触力；以及接触力监视部，其在所述接触力超过了预定的阈值时，使所述机器人停止或使所述机器人向降低所述接触力的方向退避，当所述引入动作有效时，使所述接触力监视部变为无效，并且当所述引入动作无效时，使所述接触力监视部变为有效。

本申请的第2方式，在第1方式的工业用机器人中，所述操作力检测部通过安装在所述机器人的手腕上的力传感器来检测出所述操作力。

本申请的第3方式，在第1或第2方式的工业用机器人中，所述接触力检测部通过安装在所述机器人的非可动部上的力传感器或分别安装在所述机器人的至少3个驱动轴上的扭矩传感器来检测出所述接触力。

本申请的第4方式，在第1方式的工业用机器人中，所述接触力检测部通过安装在所述机器人的非可动部上的力传感器或分别安装在所述机器人的至少3个驱动轴上的扭矩传感器来检测所述接触力，所述操作力检测部通过所述力传感器或所述扭矩传感器检测所述接触力。

本申请的第5方式，在第1至第4中的任一项的工业用机器人中，在手腕上具备可释放地把持工件的手部，在所述机器人、所述手部或所述机器人周围设置使所述手部以在把持状态与释放状态之间切换的方式动作的手部操作开关。

通过参照附图所示的本发明的示例性的实施方式的详细说明，使这些以及其他的本发明的目的、特征以及优点更加明确。

附图说明

图1是表示一实施方式的机器人的整体结构的图。

图2是表示一实施方式的机器人控制装置的功能框图。

图3是表示接触力监视与引入动作之间的关系的图。

图4是表示其他实施方式的机器人的整体结构的图。

图5是表示关联技术的机器人的整体结构的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。为了助于理解本发明，对图示的实施方式的构成要素的缩尺进行了适当的变更。此外，在多个附图中，对相同或对应的构成要素使用相同的参照符号。

图1是表示一实施方式的机器人10的整体结构的图。机器人10是与作业人员共享作业空间的人协调型工业用机器人(以下，简单地称为“机器人”)。图示的机器人10虽然是6轴垂直多关节机器人，但例如也可以是包含标量型或并联机器人的、具有任意的公知结构的机器人。

将机器人10放置在固定于地面上的固定板11上。机器人10具备：机器人底座12、以可相对机器人底座12旋转的方式安装的躯干部13、在一方的端部上以可相对躯干部13旋转的方式安装的下臂14、在与躯干部13的相反侧的下臂14的端部上以可旋转的方式安装的上臂15以及以可相对上臂15旋转的方式安装的手腕16。

将机器人10的各旋转轴分别通过由机器人控制装置20控制的伺服电动机(未图示)来控制。在手腕16上还安装有末端执行器40。机器人10可以根据末端执行器40的类型，来执行部件的装配、焊接、切削加工等各种作业。这样的机器人结构以及功能是公知的，因此在本说明书中省略了详细的说明。

在机器人10的固定板11与机器人底座12之间设有力传感器31(以下，称为“第1力传感器”)。第1力传感器31可以检索出向机器人10的各部位(例如，机器人底座12、躯干部13、下臂14、上臂15或手腕16)任意的位置作用的力。例如，向上臂15作用的力经由下臂14、躯干部13以及机器人底座12传达后，通过第1力传感器31来检测。这样，第1力传感器31在机器人10的动作中，可以检测出机器人10接触作业人员时所产生的接触力。

当检测出的接触力超过预定的阈值时，为了确保作业人员的安全使机器人10停止或使机器人10向降低接触力的方向退避。在本说明书中，将根据这样的接触力的检测结果，使机器人10停止或使机器人10向降低接触力的方向退避的功能称为“接触力监视”。

在执行向工件50插入部件51的插入工序时使用图示的机器人10。末端执行器40例如具备经由适配器41安装在手腕16上的手部42。手部42例如是通过流体压力驱动的手部或由电驱动的手部，以可释放的方式把持部件51。例如以被放置在工作台60上的工件50的插入孔52收容的方式决定部件51的尺寸。驱动机器人10以便在通过手部42把持部件51的状态下，变更部件51的位置以及姿势。机器人10将部件51移动至工件50的插入孔52的附近后，通过引入动作执行插入工序。

此外，如图1所示，在安装于手腕16上的适配器41中安装有用于检测出执行引入动作时的操作力的力传感器32(以下，称为“第2力传感器”)。将第2力传感器32设置在适配器41与引入手柄45之间。

操作人员操作引入手柄45来执行针对机器人10的引入动作。第2力传感器32可以检测出此时由操作人员施加的操作力。机器人10根据由第2力传感器32检测出的操作力的大小以及作用方向来驱动每个驱动轴的伺服电动机，变更部件51的位置以及姿势。通过该引入动作，操作人员一边对部件51的位置以及姿势进行微调，一边将部件51插入到工件50的插入孔52内。

引入手柄45具备功能开关43。功能开关43例如具备手部操作开关、并进移动开关、旋转移动开关、速度变更开关、位置示教开关。手部操作开关例如在使手部42进行开合动作时使用。例如，将部件51定位在相对工件50的预定位置上时，操作人员对手部操作开关进行操作，从而可以释放手部42的把持力。

并进移动开关例如在不对部件51的姿势进行变更，而仅变更位置时使用。相反，旋转移动开关在不对部件51的位置进行变更，而仅变更部件51的姿势时使用。希望通过部件51与工件50之间的位置关系，使部件51仅进行并进移动或仅进行旋转移动。

速度变更开关例如在引入动作中，使机器人10低速动作时使用。因此，例如按下速度变更开关将速度变更功能切换成接通时，即使是相同程度的操作力，机器人10会以更低速移动。这样的功能例如在将部件51插入到工件50的插入孔52内之前的操作等，要求更高的准确性时使用。

位置示教开关在读入经由引入动作而变更后的机器人的位置以及姿势作为机器人动作程序的示教点时使用。读入的示教点在生成或变更针对机器人的动作程序时使用。另外，在功能开关43中，还可以根据需要设置具有所述的功能以外的功能的开关，也可以省略示例的开关中的1个或2个以上的开关。

此外，引入手柄45还具备引入开关44。引入开关44在相互切换引入动作的有效与无效时使用。具体而言，引入开关44在操作人员施加了按压力时将引入动作切换成接通，释放了按压力时将引入动作切换成断开。即，当操作人员执行引入动作时，需要继续按压引入开关44。

此外，根据本实施方式，当按压引入开关44将引入动作设成有效时，接触力监视变为无效。相反，当释放按压力将引入动作设成无效时，接触力监视变为有效。对于这些，在后面进一步进行叙述。

图2是一实施方式的机器人控制装置20的功能框图。如图所示，机器人控制装置20具备：控制部21、接触力检测部22、接触力监视部23、操作力检测部24以及引入执行部25。

控制部21对机器人10发送动作指令。控制部21例如按照预定的控制程序或引入动作时的操作力，对机器人10进行控制。当接触力监视为有效时，控制部21根据检测出的接触力的大小，来输出使机器人10停止的停止指令或使机器人10向降低接触力的方向退避的退避指令。此外，当引入动作为有效时，控制部21与引入执行部25协同地，根据操作力的大小以及作用方向来输出驱动机器人10的动作指令。

接触力检测部22通过第1力传感器31检测出在机器人10与操作人员之间作用的接触力。将检测出的接触力输出给接触力监视部23。

接触力监视部23对在机器人10与操作人员之间作用的接触力进行监视，来判断接触力是否超过了预定值。当接触力超过了阈值时，通过控制部21使机器人10停止或使机器人10向降低接触力的方向退避。这样，当以会使操作人员负伤的接触力作用时，机器人10停止或进行退避以便降低接触力，从而可以确保操作人员的安全。接触力监视部23在引入开关44为断开状态下被有效化。另外，接触力监视部23不识别操作人员与机器人10周围的其他物体，因此不仅可以防止与操作人员的接触事故，同样还可以防止机器人10与周围物体接触的接触事故。

当操作人员执行引入动作时，操作力检测部24通过第2力传感器32检测出向引入手柄45施加的操作力。

引入执行部25按照操作人员向引入手柄45施加的操作力来执行引入动作。即，引入执行部25与控制部21协同地，生成根据操作力的大小以及作用方向决定的动作指令。引入执行部25在引入开关44为接通状态下被有效化。

图3是表示接触力监视与引入动作之间的关系的图。根据本实施方式，当接触力监视与引入动作的一方为有效时，另一方变为无效。即，当接触力监视有效时，引入动作被无效化。另一方面，引入动作有效时，接触力监视被无效化。并且，通过对引入开关44进行操作来切换这2个状态。

根据本实施方式，可以得到如下的效果。

(1)当执行引入动作时，按压引入开关44，使接触力监视无效化。从而可以防止在进行引入动作时，操作人员对机器人10施加的操作力引起机器人10的未意图的停止。另一方面，在引入动作的执行中，当操作人员感到危险时，通过释放针对引入开关44的按压力，使接触力监视再次有效。由此，可以防止机器人10与操作人员的接触事故。

(2)完成引入动作后，如果将引入开关44切换成断开，则立即使接触力监视有效。从而可以确保引入动作之后机器人10周围的操作人员的安全。

(3)通过仅对引入开关44进行操作，可以使引入动作变为有效，因此如参照图5所述那样，无需同时按压伺服启动开关和引入启动开关双方。从而可以减轻引入动作时的操作人员的负担，提高作业性。

(4)释放针对引入开关44的按压力后，切换成接触力监视，因此伺服电动机的电源不会被切断。因此，即使在引入动作执行过程中操作人员暂时将手离开引入开关44，也不需要重新启动伺服电源，从而可以迅速地重新开始引入动作。

(5)将用于检测操作力的第2力传感器32设置在机器人10的手腕16的前端侧。即，将第2力传感器32设置在操作力作用的引入手柄45的附近，从而可以正确地检测出操作力。

(6)将功能开关43设置在机器人10的手腕16的前端侧，因此操作人员可以容易地对功能开关43进行操作，提高作业性。

图4是表示其他实施方式的机器人10的整体结构的图。在本实施方式中，与图1所示的实施方式不同，设有3个扭矩传感器33、34、35来代替第1力传感器31。设在机器人底座12与躯干部13之间的第1扭矩传感器33检测出绕躯干部13的旋转轴线的扭矩。此外，第2扭矩传感器34检测出绕躯干部13与下臂14之间的关节的扭矩。第3扭矩传感器35检测出绕下臂14与上臂15之间的关节的扭矩。

将分别从这些扭矩传感器33、34、35得到的扭矩值与机器人10的姿势关联起来，在计算在机器人10与操作人员之间作用的接触力时使用。算出的接触力与所述的实施方式同样地，以接触力监视的目的来使用。虽然未进行图示，但也可以将追加的扭矩传感器例如设在手腕16上。

此外，在图1所示的机器人10中，也可以通过第1力传感器31检测出引入动作时的操作力。同样地，在图4所示的机器人10中，也可以通过扭矩传感器33、34、35检测出引入动作时的操作力。这样，通过共通的力传感器检测出接触监视时的接触力以及引入动作时的操作力，不需要设置第2力传感器32，从而可以削减成本。

在所述的实施方式中，虽然将功能开关43设在引入手柄45上，但可以设在机器人10的手腕16上，或者，也可以设在相比手腕16的机器人本体侧、例如设在上臂15或下臂14等上。或者，也可以独立于机器人10，在机器人10的周边具备功能开关43。此外，也可以将强制性地切断伺服电源的紧急停止按键设在机器人10的手腕16上或其周边。

发明效果

根据具备上述结构的机器人，通过引入开关的操作，将引入动作切换成有效或无效。此外，当引入动作有效时接触力监视被无效化，当引入动作无效时接触力监视被有效化。即，通过操作共通的开关，仅使接触力监视与引入动作中的某一方变为有效，从而可以减轻操作人员的负担，提高作业性。此外，当操作人员感到危险时，从引入开关放手，从而使接触力监视变为有效，能够确保操作人员的安全。

以上，对本发明的各种实施方式进行了说明，但所属技术领域的技术人员应当明白通过其他实施方式也可以实现本发明所希望的作用效果。尤其，在不脱离本发明的范围的情况下可对所述的实施方式构成要素进行删除或置换，并且还可以附加公知的技术。此外，所属技术领域的技术人员应当明白通过任意地组合在本说明书中明示或暗示地公开的多个实施方式的特征，也可以实施本发明。

Claims (5)

1.一种与操作人员共享作业空间的人协调型的工业用机器人，其特征在于，该工业用机器人具备：

引入执行部，其执行操作人员向机器人施加操作力，来变更所述机器人的位置以及姿势的引入动作；

操作力检测部，其检测在执行所述引入动作时，向所述机器人施加的操作力；

引入开关，其在被施加了按压力时使所述引入动作有效，在释放了按压力时使所述引入动作无效；

接触力检测部，其检测在操作人员与所述机器人接触时，向所述机器人施加的接触力；以及

接触力监视部，其在所述接触力超过了预定的阈值时，使所述机器人停止或使所述机器人向降低所述接触力的方向退避，

当所述引入动作有效时，使所述接触力监视部无效，并且当所述引入动作无效时，使所述接触力监视部有效。

2.根据权利要求1所述的工业用机器人，其特征在于，

所述操作力检测部通过安装在所述机器人的手腕上的力传感器来检测所述操作力。

3.根据权利要求1或2所述的工业用机器人，其特征在于，

所述接触力检测部通过安装在所述机器人的非可动部上的力传感器或分别安装在所述机器人的至少3个驱动轴上的扭矩传感器来检测所述接触力。

4.根据权利要求1所述的工业用机器人，其特征在于，

所述接触力检测部通过安装在所述机器人的非可动部上的力传感器或分别安装在所述机器人的至少3个驱动轴上的扭矩传感器来检测所述接触力，

所述操作力检测部通过所述力传感器或所述扭矩传感器检测所述接触力。

5.根据权利要求1或2所述的工业用机器人，其特征在于，

在手腕上具备能够释放地把持工件的手部，

在所述机器人、所述手部或所述机器人周围设置使所述手部以在把持状态与释放状态之间进行切换的方式动作的手部操作开关。