CN105911861A - 使机器人进行退避动作的人机合作机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供人机合作机器人系统，人机合作机器人系统包括：外力检测部，其检测作用于机器人的外力；退避动作指令部，其在由外力检测部检测到的外力比第一阈值大的情况下，指示使上述机器人向减小外力的方向移动的退避动作；位置获取部，其获取机器人的当前位置；以及退避动作停止部，其在由位置获取部获取到的上述机器人的当前位置离开退避区域时，使上述退避动作停止。

Description

使机器人进行退避动作的人机合作机器人系统

技术领域

本发明涉及根据作用于机器人的外力来使机器人进行退避动作的人机合作机器人系统。

背景技术

近年来，开发了在生产现场混合配置人和机器人，使人和机器人分担生产工作的人机合作机器人系统。为了确保人的安全，而有在人与机器人之间配置安全护栏的情况。然而，若配置安全护栏则导致工作的延迟，所以近年来，提出了不使用安全护栏的人机合作机器人系统。

在这种人机合作机器人系统中，为了确保人的安全，而当机器人与人接近或者接触时，使机器人减速或者停止。然而，因为人和机器人共享工作区域，所以存在已减速或者已停止的机器人成为人工作时的障碍物的情况。

因此，要求使这种机器人从工作区域退避。为了该目的，而在机器人设置有检测在人推压机器人时作用于机器人的外力的传感器。而且，通过人简单地用规定值以上的外力推压机器人，而进行了使机器人进行退避动作的操作。在该情况下，不需要使用示教操作面板。

这里，在日本专利第4445038号公报中，在人和机器人配合搬运工件的系统中，设置有检测作用于工件与机器人的手之间的外力的传感器。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。

然而，也可能存在尽管外力未作用于机器人，传感器也误检测到外力而使机器人进行退避动作的情况。这种情况例如是机器人把持着工件时工件意外落下的情况以及工件的重量的设定值错误的情况等。由此，存在防止机器人撞上周边设备、人等而构成危险的可能性。

这里，日本专利第4445038号公报限定为机器人的手把持工件的一端，并且人把持工件的另一端的结构。另外，日本专利第4445038号公报以在机器人与手之间配置传感器为前提，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和人共享工作空间来进行协同工作的人机合作机器人系统。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种人机合作机器人系统，即使在由于传感器误检测而机器人开始退避动作的情况下，也能够使机器人的退避动作停止。

为了实现上述的目的，根据第一发明提供了一种人机合作机器人系统，在机器人和人共享工作空间来进行协同工作的人机合作机器人系统中，具备：外力检测部，其检测作用于上述机器人的外力；退避动作指令部，其在由上述外力检测部检测到的外力比第一阈值大的情况下，指示使上述机器人向减小上述外力的方向移动的退避动作；位置获取部，其获取上述机器人的当前位置；以及退避动作停止部，其在由该位置获取部获取到的上述机器人的当前位置离开退避区域时，使上述退避动作停止。

根据第二发明，在第一发明中，还具备退避区域设定部，该退避区域设定部在上述外力为比上述第一阈值小的第二阈值以下的情况下，将包括上述机器人的当前位置的规定的区域设定为退避区域。

根据第三发明，在第一或者第二发明中，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说明，本发明的这些目的、特征以及优点及其他的目的、特征以及优点会更加清楚。

附图说明

图1是表示本发明中的人机合作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另一图。

图5是表示本发明中的人机合作机器人系统的动作的流程图。

图6A是用于对退避区域进行说明的图。

图6B是用于对退避区域进行说明的另一图。

具体实施方式

以下，参照附图来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了相同的参照符号。为了容易理解，这些附图适当地变更了比例尺。

图1是表示本发明中的人机合作机器人系统的基本结构的图。如图1所示，人机合作机器人系统1主要包括机器人10、控制机器人10的控制装置20、以及人11。因为机器人10配置于人11的附近，所以在人机合作机器人系统1中，机器人10和人11能够共享工作空间来进行协同工作。

机器人10例如是六轴多关节机器人，在其前端具备能够把持工件W的手H。而且，力传感器S在手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作为外力检测值Fd检测作用于从安装有力传感器S的场所到手H的前端以及工件W之间的外力。

图1所示的控制装置20是数字计算机，包括外力推断部21，该外力推断部21使用由力传感器S检测到的外力检测值Fd，来推断从周边设备等的外部环境作用于机器人10的力而作为外力推断值。外力推断部21通过从力传感器S检测到的外力检测值Fd减去在外力未作用时的手H以及工件W的各自的自重来计算外力推断值Fe。在更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进一步减去通过由于机器人10和工件W的各自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来推断外力推断值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。

并且，控制装置20包括退避动作指令部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比阈值大的情况下，指示使机器人10向减小外力推断值的方向移动的退避动作。因此，若人11有意地用比阈值大的力推压机器人10，则退避动作指令部22指示退避动作，以使机器人10开始退避动作。此外，阈值预先通过实验等求出，并存储于控制装置20的存储部(未图示)。

并且，控制装置20包括获取机器人10的当前位置的位置获取部23。位置获取部23与安装于驱动机器人10的各轴的马达(未图示)的编码器(未图示)连接。因此，位置获取部23能够获取机器人10的特别是臂前端部的位置。

并且，控制装置20包括退避动作停止部24，该退避动作停止部24在由位置获取部23获取到的机器人10的当前位置离开退避区域时，使由退避动作指令部22指示的退避动作停止。另外，控制装置20包括退避区域设定部25，该退避区域设定部25在外力推断值是阈值以下的情况下将包括机器人10的当前位置的规定的区域设定为退避区域。

图2以及图3是机器人的侧视图。在图2中，机器人10的手H把持着重量例如是30kg的工件W。在该情况下，没有作用于机器人10的外力，所以外力推断部21计算出的外力推断值Fe是0kg。

这里，如图3所示，考虑工件W从机器人10的手H意外脱落的情况。由此，外力检测值Fd仅减少工件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前后。

而且，在用于退避动作指令部22的阈值被设定为30kg前后的情况下，退避动作指令部22指示退避动作。在该情况下，实际成为尽管不需要进行退避，机器人10也开始退避动作的情况。由此，存在机器人10碰上周边设备或者人11的可能性，其结果，存在机器人10、周边设备损伤，或者危险波及到人11的情况。

然而，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，纵轴表示由力传感器S推断出的外力检测值Fd。在图4A的时刻t1中，若工件W从机器人10的手H意外落下，则外力几乎从零急剧地上升到外力FA2。之后，外力在外力FA2与比外力FA2小的外力FA1之间变动。

相同地，在图4B的时刻t2中，若人11有意地用手等推压机器人10，则外力几乎从零上升到外力FB2。然后，外力在外力FB2与比外力FB2小的外力FB1之间变动。

图5是表示本发明中的人机合作机器人系统的动作的流程图。以下，参照图5对人机合作机器人系统1的动作进行说明。此外，图5所示的处理在每个规定的控制周期反复实施。

首先，在图5的步骤S11中，力传感器S检测外力检测值Fd。接下来，在步骤S12中，外力推断部21推断外力推断值Fe。并且，在步骤S13中，比较外力推断值Fe和退避区域用阈值A2。退避区域用阈值A2是预先通过实验等求出的规定的值，例如是2kg。

在步骤S13中判断为外力推断值Fe不比退避区域用阈值A2大的情况下，前进到步骤S14。在步骤S14中，退避区域设定部25设定退避区域Z。

这里，图6A以及图6B是用于对退避区域进行说明的图。首先，由位置获取部23获取到的当前位置CP被供给至退避区域设定部25。然后，如图6A所示，将以当前位置CP为中心的规定半径的球设定为退避区域Z。规定半径例如是30cm。此外，也可以通过其他的方法设定退避区域Z。若设定了退避区域Z，则返回到步骤S11。

在步骤S13中判定为外力推断值Fe比退避区域用阈值A2大的情况下，前进到步骤S15。在步骤S15中，进一步判定外力推断值Fe是否比阈值A1大。阈值A1是预先通过实验等求出的比退避区域用阈值A2大的规定的值，并且阈值A1是比图4A所示的外力FA1以及图4B所示的外力FB1小且比零大的规定的值，例如是30kg前后。

然后，在判定为外力推断值Fe比阈值A1大的情况下，前进到步骤S16。在步骤S16中，判断为人11有意地推压机器人10，从而退避动作指令部22输出退避指令。由此，机器人10向减小外力推断值的方向进行退避动作。此外，在判定为外力推断值Fe不比阈值A1大的情况下，返回到步骤S11。

然后，在机器人10进行退避动作时，在步骤S17中，通过位置获取部23获取机器人10的前端部的当前位置CP。然后，在步骤S18中，判定当前位置CP是否位于退避区域Z的外侧。如图6B所示，在当前位置CP离开退避区域Z而位于退避区域Z的外侧的情况下，在步骤S19中退避动作停止部24使退避动作停止。此外，在当前位置CP位于退避区域Z内的情况下，返回到步骤S17。

这里，在人11有意地用比阈值A1大的力推压机器人10的情况下，若机器人10的前端点仅移动规定半径例如30cm，则机器人10停止。在该情况下，若人11再次相同地推压机器人10，则机器人10再次开始退避动作。

另外，如上所述，在工件W从机器人10的手H意外落下的情况下，外力推断值Fe为30kg前后，所以机器人10开始退避动作。在该情况下，在工件W落下后，外力推断值Fe几乎没有变化。而且，若机器人10离开退避区域Z，则机器人10停止。因此，如果机器人10停止，则不再建立新的退避区域Z。因此，在本发明中，即使在工件W从机器人10意外落下而开始了退避动作的情况下，也使机器人10停止。

这样，在本发明中预先设定退避区域Z，所以能够限制机器人10能够进行退避动作的区域。因此，即使在工件W从机器人10意外落下时等误检测的情况下，若机器人10离开退避区域Z，则也使机器人10停止。此外，也可以预先将规定的区域设定为退避区域Z。因此，在本发明中，能够防止机器人10碰上周边设备、人11等而构成危险。另外，在工件的重量的设定值错误而机器人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进行了说明的实施方式中，外力推断部21使用外力检测值Fd来推断外力推断值Fe。然而，外力推断部21也可以使用在驱动机器人10的各轴的马达流动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来进行与上述相同的判断。该情况下，优选分别设定第一阈值A1以及第二阈值A2。

并且，力传感器S也可以配置于机器人10的基部。在该情况下，能够防止由于在机器人10的臂上载置有其他的物体而产生误检测从而机器人10进行退避动作的情况。

发明效果

在第一发明中，即使在工件从机器人的手意外落下而开始退避动作的情况下，也在机器人的当前位置离开退避区域时，使机器人停止。因此，能够防止机器人碰上周边设备、人等而构成危险。

在第二发明中，能够通过设定退避区域，来限制机器人能够进行退避动作的区域。

使用典型的实施方式来对本发明进行了说明，但是如果是本领域技术人员，则能够理解的是，只要不脱离本发明的范围，则能够进行上述的变更以及各种其他的变更、省略、追加。

Claims (3)

1.一种人机合作机器人系统，其为机器人和人共享工作空间而进行协同工作的人机合作机器人系统，其特征在于，具备：

外力检测部，其检测作用于上述机器人的外力；

退避动作指令部，其在由上述外力检测部检测到的外力比第一阈值大的情况下，指示使上述机器人向减小上述外力的方向移动的退避动作；

位置获取部，其获取上述机器人的当前位置；以及

退避动作停止部，其在由该位置获取部获取到的上述机器人的当前位置离开退避区域时，使上述退避动作停止。

2.根据权利要求1所述的人机合作机器人系统，其特征在于，

还具备退避区域设定部，其在上述外力为比上述第一阈值小的第二阈值以下的情况下，将包括上述机器人的当前位置的规定的区域设定为退避区域。

3.根据权利要求1或2所述的人机合作机器人系统，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。