CN105904455B - 基于外力而使机器人进行退避动作的人机协调机器人系统 - Google Patents

基于外力而使机器人进行退避动作的人机协调机器人系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供使机器人与外力相应地进行退避动作的人机协调机器人系统。人机协调机器人系统包括：检测作用于上述机器人的外力的外力检测部；在由该外力检测部检测出的外力比第一阈值大的情况下指示使上述机器人向缩小所述外力的方向移动的退避动作的退避动作指令部；以及在被该退避动作指令部指示退避动作后的预定时间内的上述外力的变动的幅度比第二阈值小的情况下使上述退避动作停止的外力变动监视部。

Description

基于外力而使机器人进行退避动作的人机协调机器人系统
技术领域
本发明涉及使机器人与作用于机器人的外力相应地进行退避动作的人机协调机器人系统。
背景技术
近年来，开发了在生产现场，混搭配置人与机器人，使人与机器人分担生产作业的人机协调机器人系统。为了确保人的安全，存在在人与机器人之间配置安全栅栏的情况。然而，若配置安全栅栏，则导致作业的延迟，因此，近年来，提出了不使用安全栅栏的人机协调机器人系统。
在上述的人机协调机器人系统中，为了确保人的安全，若机器人与人接近或者接触，则使机器人减速或者停止。然而，由于人与机器人共享作业区域，因此存在减速或者停止的机器人成为人作业时的障碍物的情况。
因此，优选使这样的机器人从作业区域退避。为了实现该目的，在机器人设置有对人按压机器人时作用于机器人的外力进行检测的传感器。而且，人以预定值以上的外力仅是按压机器人，就能够使机器人进行退避动作。在这种情况下，不需要使用教示操作盘。
此处，在日本专利第4445038号公报中，在人与机器人协同动作来输送工件的系统中，设置有对作用于工件与机器人的手部之间的外力进行检测的传感器。在日本特开平10-291182号公报中，公开了在马达与被该马达驱动的臂之间设置有转矩传感器的结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4445038号公报
专利文献2：日本特开平10-291182号公报
发明内容
然而，即使没有在机器人作用有外力也可能存在传感器误检测出外力而使机器人进行退避动作的情况。所谓的这种情况是指例如机器人对工件进行把持时工件意外地落下的情况以及工件的重量的设定值错误的情况等。
此处，日本专利第4445038号公报限定为机器人的手部把持工件的一端并且人把持工件的另一端的结构。另外，日本专利第4445038号公报假定在机器人与手部之间配置力传感器，无法应用于如日本特开平10-291182号公报那样在机器人的关节等配置传感器的情况。因此，难以将日本专利第4445038号公报的结构应用于机器人与人共享作业空间来进行协调作业的人机协调机器人系统。
本发明鉴于上述的情况而完成，其目的在于提供一种不会使机器人因误检测而进行退避动作的人机协调机器人系统。
为了实现上述的目的，根据第一方案，提供一种机器人与人共享作业空间来进行协调作业的人机协调机器人系统，该人机协调机器人系统具备：检测作用于上述机器人的外力的外力检测部；在由该外力检测部检测出的外力比第一阈值大的情况下指示使上述机器人向缩小所述外力的方向移动的退避动作的退避动作指令部；以及在被该退避动作指令部指示退避动作后的预定时间内的上述外力的变动的幅度比第二阈值小的情况下使上述退避动作停止的外力变动监视部。
根据第二方案，在第一发明的基础上，上述外力检测部是安装于上述机器人的前端的力传感器。
根据附图所示的本发明的典型的实施方式的详细的说明，能够明确本发明的这些目的、特征以及优点和其他的目的、特征以及优点。
附图说明
图1是表示本发明的人机协调机器人系统的基本结构的图。
图2是机器人的第一侧视图。
图3是机器人的第二侧视图。
图4A是表示时间与外力的关系的图。
图4B是表示时间与外力的关系的其他的图。
图5是表示本发明的人机协调机器人系统的动作的流程图。
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。在以下的附图中，对相同的部件标注相同的附图标记。为了容易理解，这些附图适当地变更比例尺。
图1是表示本发明的人机协调机器人系统的基本结构的图。如图1所示，人机协调机器人系统1主要包括机器人10、对机器人10进行控制的控制装置20以及人11。机器人10配置于人11的附近，因此在人机协调机器人系统1中，机器人10与人11能够共享作业空间来进行协调作业。
机器人10例如为六轴多关节机器人，在其前端具备能够把持工件W的手部H。而且，力传感器S在手部H与机器人臂的前端之间内置于机器人10。因此，力传感器S将作用于从安装有力传感器S的场所至手部H的前端以及工件W为止的外力检测为外力检测值Fd。
图1所示的控制装置20为数字计算机，包含使用由力传感器S检测出的外力检测值Fd，将从周边设备等的外部环境作用于机器人10的力推断为外力推断值的外力推断部21。外力推断部21从力传感器S检测出的外力检测值Fd减去未作用有外力时的手部H以及工件W的各自的自重来计算出外力推断值Fe。在更加正确地计算外力推断值Fe的情况下，也可以从外力检测值Fd进一步减去因机器人10与工件W分别移动而产生的惯性力作用于力传感器S的力。此外，也可以通过其他的方法推断外力推断值Fe。力传感器S以及外力推断部21发挥作为检测作用于机器人10的外力的外力检测部的作用。
再有，控制装置20包含退避动作指令部22，该退避动作指令部22在由外力推断部21推断出的外力推断值Fd比第一阈值大的情况下，指示使机器人10向缩小外力推断值的方向移动的退避动作。因此，若人11以比第一阈值大的力有意地按压机器人10，则退避动作指令部22指示退避动作，从而机器人10开始退避动作。
再有，控制装置20包含外力变动监视部23，该外力变动监视部23在退避动作指令部22指示退避动作后的预定时间内外力检测值Fd的变动的幅度比第二阈值小的情况下，使退避动作停止。此外，第一阈值以及第二阈值通过实验等预先求得，并存储于控制装置20的存储部24。
图2以及图3为机器人的侧视图。在图2中，机器人10的手部H对重量例如为30kg的工件W进行把持。在该情况下，不存在作用于机器人10的外力，因此外力推断部21计算出的外力推断值Fe为0kg。
此处，如图3所示，考虑工件W从机器人10的手部H意外地脱落的情况。由此，外力检测值Fd减少工件W的重量亦即30kg。其结果，外力推断部21计算出的外力推断值Fe为30kg左右。
而且，在退避动作指令部22用的第一阈值被设定为30kg左右的情况下，退避动作指令部22指示退避动作。在该情况下，实际上，即使不需要退避，也成为机器人10开始退避动作的情况。由此，存在机器人10与周边设备或者人11碰撞的可能性，其结果，存在损伤机器人10或周边设备、使人11陷于危险的情况。
另外，图4A以及图4B是表示时间与外力的关系的图。在这些附图中，横轴表示时间，纵轴表示由外力推断部21推断的外力推断值Fe。若工件W在图4A的时刻t1从机器人10的手部H意外地落下，则外力近似从零急剧地上升至外力FA2。然后，外力在外力FA2与比其小的外力FA1之间变动。
相同地，若人11在图4B的时刻t2通过手等有意地按压机器人10，则外力近似从零上升至外力FB2。而且，外力在外力FB2与比其小的外力FB1之间变动。
然而，图4B的外力的上升速度比图4A的情况缓慢。另外，工件W意外地落下的情况下的外力FA1与外力FA2之间的变动幅度WA比人11有意地按压机器人10时的外力FB1与外力FB2之间的变动幅度WB小。由于人11以恒定的力有意地持续按压机器人11较困难，所以变动幅度WB比变动幅度WA大。
在本发明中，利用变动幅度WB与变动幅度WA的大小的不同，仅在人11有意地按压机器人而指示退避指令的情况下，使机器人10退避。
图5是表示本发明的人机协调机器人系统的动作的流程图。以下，参照图5，对人机协调机器人系统1的动作进行说明。此外，图5所示的处理在每个预定的控制周期被重复实施。
首先，在图5的步骤S11中，力传感器S检测出外力检测值Fd。接下来，在步骤S12中，外力推断部21对外力推断值Fe进行推断。再有，在步骤S13中，将外力推断值Fe与第一阈值A1进行比较。第一阈值A1是比图4A所示的外力FA1以及图4B所示的外力FB1小且比零大的预定的值。
在步骤S13中，在判定为外力推断值Fe比第一阈值A1大的情况下，进入步骤S14。在步骤S14中，退避动作指令部22输出退避指令。接下来，在步骤S15中，检测退避指令输出后的预定时间例如100ms内的变动幅度W。此处，变动幅度W相当于例如图4A所示的外力FA1与外力FA2之间的变动幅度WA或者图4B所示的外力FB1与外力FB2之间的变动幅度WB。
然后，在步骤S16中，比较变动幅度W与第二阈值A2。此处，第二阈值A2为图4A所示的变动幅度WA与图4B所示的变动幅度WB之间的值。而且，在判定为变动幅度W比第二阈值A2大的情况下，进入步骤S17。此时，如参照图4B说明的那样，判断为人11有意地按压机器人10。因此，进入步骤S17，继续退避动作。由此，机器人10向缩小外力推断值的方向进行退避动作，从而能够确保人11的安全。
与此相对，当在步骤S16中判定为变动幅度W不比第二阈值A2大的情况下，进入步骤S18。此时，如参照图4A说明的那样，判断为工件W意外地落下。因此，在步骤S18中，外力变动监视部23使机器人10停止或者使退避动作停止。
这样，在本发明中，在变动幅度W不比第二阈值A2大的情况下使退避动作停止，因此能够仅在人11有意地按压机器人10的情况下，进行退避动作。因此，即使人11不按压机器人10，也能够防止因误判断为人11按压机器人20而进行退避动作。另外，在因工件的重量的设定值错误而使得机器人10进行退避动作的情况下，也能够进行相同的控制。
此外，在参照图5说明的实施方式中，外力推断部21使用外力检测值Fd对外力推断值Fe进行推断。然而，外力推断部21也可以使用流向驱动机器人10的各轴的马达的电流值来推断外力推断值Fe。另外，也能够基于力传感器S的外力检测值Fd来进行与上述的情况相同的判断。在该情况下，第一阈值A1以及第二阈值A2优选另外设定。
再有，也可以将力传感器S配置于机器人10的基部。在该情况下，能够防止因在机器人10的臂载置其他的物体而产生误检测从而使机器人10进行退避动作。
本发明的效果如下。
人有意地按压机器人的情况与人未按压的情况例如工件意外地落下的情况相比，存在外力的变动的幅度增大的趋势。在本发明中，使退避动作与外力的变动的幅度相应地停止，因此能够防止机器人因误检测而进行退避动作，从而能够仅在人有意地按压机器人的情况下进行退避动作。
使用典型的实施方式对本发明进行了说明，但若为本领域技术人员，则能够理解为只要不脱离本发明的范围，就能够进行上述的变更以及各种其他的变更、省略、追加。

Claims (2)

1.一种人机协调机器人系统，机器人与人共享作业空间来进行协调作业，上述人机协调机器人系统的特征在于，具备：
检测作用于上述机器人的外力的外力检测部；
在人对处于停止状态的机器人施加力时由上述外力检测部检测出的外力比第一阈值大的情况下指示使上述机器人向缩小所述外力的方向移动的退避动作的退避动作指令部；以及
在被该退避动作指令部指示退避动作后的预定时间内的上述外力的变动的幅度比第二阈值小的情况下使上述退避动作停止的外力变动监视部。
2.根据权利要求1所述的人机协调机器人系统，其特征在于，
上述外力检测部是安装于上述机器人的前端的力传感器。
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