CN106393097B - 工业用机器人系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业用机器人系统及其控制方法，工业用机器人系统包括：第一偏差计算部，其计算第一力检测值与第一力推定值之间的第一偏差；第一指令输出部，其在第一偏差大于第一阈值的情况下，对机器人输出动作指令、停止指令、减速指令或减速停止指令；以及第四指令输出部，其在第一偏差包括共用的偏差模式的情况下，输出与偏差模式相应的动作指令、停止指令、减速指令或减速停止指令。

Description

工业用机器人系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种工业用机器人和人同时共享同一作业空间而进行协调作业的工业用机器人系统及其控制方法。

背景技术

在使用普通工业用机器人的制造现场，防护栅使机器人的作业空间与人的作业空间相互分离。因此，能避免人与机器人接触而发生事故。

然而，存在机器人的作业空间与人的作业空间无法分离的制造现场、当使机器人的作业空间与人的作业空间分离时生产性明显下降的制造现场。在这种制造现场中，需要实际应用不需要防护栅的机器人系统。

在不使用防护栅的情况下，机器人危及人的可能性提高。因此，例如通过限制机器人的功率来减小机器人与人碰撞时的冲击。或，在人与机器人接触时，也有时使机器人停止。

这种不使用防护栅的机器人系统中的作业例为以下示例。此外，设为在以下示例示出的作业空间内人与机器人协作地进行作业。

(1)机器人将物品从仓库搬入到作业空间。

(2)在作业空间内，机器人将物品交给人。

(3)为了搬入物品而机器人移动至仓库。

在以往的机器人系统中，在从工序(2)进入到工序(3)时，需要使用开关等对机器人控制装置的外部输入进行操作。然而，近年来，通过人对机器人主体施加外力，对机器人施加动作指令。

在日本特开2008-200764号公报中也公开了以下内容：通过对操纵器(manipulator)施加外力，对操纵器施加动作指令。具体地说，在日本特开2008-200764号公报中，当操作人员通过特定的规则性的模式对操纵器施加力时，该情况通过操纵器的传感器而被识别。然后，操纵器的控制部将根据特定的规则性的模式而决定的动作命令输出到操纵器。

发明内容

然而，在日本特开2008-200764号公报的结构中，在机器人与人或外围设备不经意地相互碰撞的情况下，无法检测该情况。因此，能够发生机器人的动作危及人的情形。

本发明是鉴于这种情形而完成的，其目的在于提供一种能够确保人安全的工业用机器人系统及其控制方法。

为了达到上述目的，根据第一发明，提供一种工业用机器人系统，其中，该工业用机器人系统具备：机器人；力检测部，其检测作用于该机器人的外力；力推定部，其根据与上述机器人的动作有关的信息，将作用于上述力检测部的外力推定为力推定值；偏差计算部，其计算从上述力检测部的信息得到的作用于该机器人的力检测值与上述力推定值之间的偏差；比较部，其将上述偏差与第一阈值进行比较；以及指令输出部，其在通过上述比较部判断为上述偏差大于上述第一阈值的情况下，对上述机器人输出动作指令、停止指令、减速指令或减速停止指令，在上述偏差包括上述至少一个共用的偏差模式的情况下，上述第四指令输出部输出与上述至少一个偏差模式对应的上述动作指令。

根据第二发明，在第一发明中，仅在上述机器人停止或减速的情况下，上述指令输出部输出与上述至少一个偏差模式对应的上述动作指令。

根据第三发明，在第一或第二发明中，上述力检测部包括第一力检测部和第二力检测部，上述力推定部包括：第一力推定部，其根据与上述机器人的动作有关的信息，将作用于上述第一力检测部的外力推定为第一力推定值；以及第二力推定部，其根据与上述机器人的动作有关的信息，将作用于上述第二力检测部的外力推定为第二力推定值，上述偏差计算部包括：第一偏差计算部，其计算从上述第一力检测部的信息得到的作用于该机器人的第一力检测值与上述第一力推定值之间的第一偏差；以及第二偏差计算部，其计算从上述第二力检测部的信息得到的作用于该机器人的第二力检测值与上述第二力推定值之间的第二偏差，上述比较部包括：第一比较部，其将上述第一偏差与第一阈值进行比较，并且将上述第一偏差与上述第二偏差进行比较；以及

第二比较部，其将上述第二偏差与上述第一阈值进行比较，并且将上述第二偏差与上述第一偏差进行比较，

上述指令输出部包括：

第一指令输出部，其在通过上述第一比较部判断为上述第一偏差大于上述第一阈值的情况下或判断为在上述第一偏差与上述第二偏差之间存在一定以上差的情况下，对上述机器人输出停止指令、减速指令或减速停止指令；以及

第二指令输出部，其在通过上述第二比较部判断为上述第二偏差大于上述第一阈值的情况下或判断为在上述第二偏差与上述第一偏差之间存在一定以上差的情况下，对上述机器人输出上述停止指令、上述减速指令或上述减速停止指令。

根据第四发明，在第一至第三发明中任一发明中，该工业用机器人系统还具备：第三比较部，其将上述机器人的程序与上述机器人的当前状况进行比较；第三指令输出部，其在通过该第三比较部判断为上述机器人的程序与上述机器人的当前状况不同的情况下，对上述机器人输出上述停止指令、上述减速指令或上述减速停止指令；存储部，其将与偏差有关的具有规则性的多个偏差模式以及与该多个偏差模式分别对应的上述机器人的动作指令关联起来进行存储；第四比较部，其在偏差在上述第一阈值与小于该第一阈值的第二阈值之间的情况下或偏差大于上述第一阈值的情况下，将偏差与存储在上述存储部中的上述多个偏差模式进行比较；以及第四指令输出部，其在通过该第四比较部判断为偏差包括上述多个偏差模式中的至少一个共用的偏差模式的情况下，输出与该至少一个偏差模式对应的上述机器人的动作指令。

根据第五发明，在第四发明中，存储于上述存储部的上述多个偏差模式包括上述偏差的大小、连续两个上述偏差的峰之间的时间间隔、上述偏差的方向、上述偏差所作用的期间、单位时间内的上述偏差的变化量、预定时间内起作用的上述偏差的次数中的至少一个。

根据第六发明，提供一种工业用机器人系统的控制方法，其中，通过力检测部检测作用于上述机器人的外力，根据与上述机器人的动作有关的信息，将作用于上述力检测部的外力推定为力推定值，计算从上述力检测部的信息得到的作用于该机器人的力检测值与上述力推定值之间的偏差，将上述偏差与第一阈值进行比较，在判断为上述偏差大于第一阈值的情况下，对上述机器人输出动作指令、停止指令、减速指令或减速停止指令，在上述偏差包括上述至少一个共用的偏差模式的情况下，输出与上述至少一个偏差模式对应的上述动作指令。

根据第七发明，在第六发明中，仅在上述机器人停止或减速的情况下，输出与上述至少一个偏差模式对应的上述动作指令。

根据第八发明，在第六或第七发明中，在外力的检测中，通过安装于机器人的第一力检测部和第二力检测部进行检测，

在力推定值的推定中，根据与上述机器人的动作有关的信息，将作用于上述第一力检测部的外力推定为第一力推定值，并且，根据与上述机器人的动作有关的信息，将作用于上述第二力检测部的外力推定为第二力推定值，在偏差的计算中，计算从上述第一力检测部的信息得到的作用于该机器人的第一力检测值与上述第一力推定值之间的第一偏差，并且，计算从上述第二力检测部的信息得到的作用于该机器人的第二力检测值与上述第二力推定值之间的第二偏差，在偏差的比较中，将上述第一偏差与第一阈值进行比较，且将上述第一偏差与上述第二偏差进行比较，并且，将上述第二偏差与上述第一阈值进行比较，且将上述第二偏差与上述第一偏差进行比较，在判断为上述第一偏差大于第一阈值的情况下或判断为在上述第一偏差与上述第二偏差之间存在一定以上差的情况下，对上述机器人输出停止指令、减速指令或减速停止指令，在判断为上述第二偏差大于上述第一阈值的情况下或判断为在上述第二偏差与上述第一偏差之间存在一定以上差的情况下，对上述机器人输出上述停止指令、上述减速指令或上述减速停止指令。

根据第九发明，在第六至第八发明中任一发明中，将机器人的程序与上述机器人的当前状况进行比较，在判断为上述机器人的程序与上述机器人的当前状况不同的情况下，对上述机器人输出上述停止指令、上述减速指令或上述减速停止指令，在偏差小于上述第一阈值且大于上述第二阈值的情况下或偏差大于上述第一阈值的情况下，将上述偏差和与上述偏差有关的具有规则性的多个偏差模式进行比较，在判断为上述偏差包括上述多个偏差模式中的至少一个共用的偏差模式的情况下，输出与该至少一个偏差模式对应的上述机器人的动作指令。

根据第十发明，在第九发明中，上述多个偏差模式包括上述偏差的大小、连续两个上述偏差的峰之间的时间间隔、上述偏差的方向、上述偏差起作用的期间、单位时间内的上述偏差的变化量、预定时间内起作用的上述偏差的次数中的至少一个。

通过详细说明附图示出的本发明的典型的实施方式，能够更加明确本发明的目的、特征和优点以及其它目的、特征和优点。

附图说明

图1是表示基于本发明的第一实施方式的工业用机器人系统的功能框图。

图2是表示偏差与时间的关系的图。

图3A是表示图1示出的工业用机器人系统的控制方法的第一流程图。

图3B是表示图1示出的工业用机器人系统的控制方法的第二流程图。

图4是表示第一偏差与时间的关系的图。

图5是表示第一偏差与时间的关系的其它图。

图6是表示第一偏差与时间的关系的进一步其它图。

图7是表示基于本发明的第二实施方式的工业用机器人系统的控制方法的流程图的一部分。

图8是表示第一偏差与时间的关系的其它图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。在以下附图中对相同的部件附加相同的参照附图标记。为了使理解更容易，这些附图适当地变更比例尺。

图1是表示本发明的第一实施方式中的工业用机器人系统的功能框图。图1示出的工业用机器人系统1主要包括工业用机器人10(以下，简称为“机器人10”)以及控制该机器人10的机器人控制装置20。在工业用机器人系统1中，为了进行协调作业，人9与机器人10位于相互近侧的位置。

在图1中，机器人10具有用于至少一个轴的伺服电机以及与该伺服电机连动的机构部。在典型的实施方式中，机器人10为六轴垂直多关节机器人，具有用于六个轴的六个伺服电机。这些伺服电机分别具备角度检测器15，例如编码器。在图1中，多个角度检测器中代表地示出一个角度检测器15。此外，虽未图示，但是在机械臂的前端设置有把手或工具。

如图1所示，在地板部L上配置有机器人10的机器人支承部11。在机器人支承部11上设置有机器人10的主体。而且，与机器人支承部11相互相邻地配置第一力传感器12和第二力传感器13。这些力传感器12、13是通过应变片检测对弹性体施加的应变量并能够检测三个方向的力与绕三轴的扭矩的同一类型的六轴力传感器。第一力传感器12和第二力传感器13分别将作用于机器人支承部11或机器人10的外力的信息，例如检测为与外力相应的电阻值[Ω]、电压值[V]或力[N]。

这些第一力传感器12和第二力传感器13安装于位于机器人10的底部的机器人支承部11。因此，第一力传感器12和第二力传感器13能够有效地检测作用于机器人10的外力，而与机器人10的姿势、外力对机器人10施加的位置和方向无关。

在本实施方式中，为了检测作用于机器人10的外力，在位于机器人10的底部的机器人支承部11上安装有传感器12、13。然而，如果能够检测作用于机器人10的外力，则传感器12、13的安装位置并不局限于上述安装位置，还可以通过其它方法进行检测。

图1示出的机器人控制装置20为数字计算机，包括第一CPU 51和第二CPU 52。如图所示，第一CPU 51包括第一力推定部21，该第一力推定部21根据与机器人10的动作有关的信息，通过公知的方法推定作用于第一力传感器12的外力，作为第一力推定值F1’。同样地，第二CPU 52包括第二力推定部22，该第二力推定部22根据与机器人10的动作有关的信息，通过公知的方法推定作用于第二力传感器13的外力，作为第二力推定值F2’。

作用于第一力传感器12和第二力传感器13的外力根据与机器人10的动作有关的信息而发生变化。这种信息为例如机器人10的质量、在机器人10具备把手的情况下能够把持的工件的质量、机器人10的各轴的姿势和各轴的加速度等。机器人10的质量和工件的质量是已知的。根据多个角度检测器15的检测值求出机器人10的各轴的姿势和各轴的加速度等。第一力推定部21和第二力推定部22根据这种与机器人10的动作有关的信息，分别计算第一力推定值F1’和第二力推定值F2’。

并且，第一CPU 51包括第一偏差计算部23a，该第一偏差计算部23a计算从第一力检测部12的信息得到的作用于机器人支承部11的第一力检测值F1与第一力推定值F1’之间的第一偏差ΔF1。同样地，第二CPU 52包括第二偏差计算部23b，该第二偏差计算部23b计算从第二力检测部13的信息得到的、作用于机器人支承部11的第二力检测值F2与第二力推定值F2’之间的第二偏差ΔF2。

并且，第一CPU 51包括：第一比较部31，其将第一偏差ΔF1与第一阈值Fa进行比较，并且将第一偏差ΔF1与第二偏差ΔF2进行比较；以及第一指令输出部41，其在通过第一比较部31判断为第一偏差ΔF1大于第一阈值Fa的情况下或在第一偏差ΔF1与第二偏差ΔF2之间存在一定以上差的情况下，对机器人10输出停止指令、减速指令或减速停止指令。此外，通过实验等预先求出第一阈值Fa和后述的第二阈值Fb。

同样地，第二CPU 52包括：第二比较部32，其将第二偏差ΔF2与第一阈值Fa进行比较，并且将第二偏差ΔF2与第一偏差ΔF1进行比较；以及第二指令输出部42，其在通过第二比较部32判断为第二偏差ΔF2大于第一阈值Fa的情况下或判断为在第二偏差ΔF与第一偏差ΔF1之间存在一定以上差的情况下，对机器人10输出停止指令、减速指令或减速停止指令。

机器人控制装置20包括：第三比较部33，其将机器人10的程序24与机器人10的当前状况进行比较；以及第三指令输出部43，其在通过第三比较部33判断为机器人10的程序24与机器人10的当前状况不同的情况下，对机器人10输出停止指令、减速指令或减速停止指令。此外，设为通过第一指令输出部41、第二指令输出部42和第三指令输出部43输出的停止指令、减速指令或减速停止指令分别相同。

或，代替第三比较部33和第三指令输出部43，第一CPU 51也可以起到以下部分的作用：第三比较部#1，其将机器人10的程序24与机器人10的当前状况进行比较；以及第三指令输出部#1，其在通过第三比较部#1判断为机器人10的程序24与机器人10的当前状况不同的情况下，对机器人10输出停止指令、减速指令或减速停止指令。同样地，第二CPU 52也可以起到以下部分的作用：第三比较部#2，其将机器人10的程序24与机器人10的当前状况进行比较；以及第三指令输出部#2，其在通过第三比较部#2判断为机器人10的程序24与机器人10的当前状况不同的情况下，对机器人10输出停止指令、减速指令或减速停止指令。

并且，机器人控制装置20包括：存储部25，其将与第一偏差ΔF1和第二偏差ΔF2有关的具有规则性的多个偏差模式以及与该多个偏差模式分别对应的机器人10的动作指令关联起来进行存储；第四比较部34，其在第一偏差ΔF1和第二偏差ΔF2两者小于第一阈值Fa且大于第二阈值Fb的情况下，将第一偏差ΔF1和第二偏差ΔF2与存储在存储部25中的多个偏差模式进行比较；以及第四指令输出部44，其在通过第四比较部34判断为第一偏差ΔF1和第二偏差ΔF2两者包括多个偏差模式中至少一个共用的偏差模式的情况下，输出与该至少一个偏差模式对应的机器人10的动作指令。

或，代替第四比较部和第四指令输出部44，第一CPU 51也可以起到第四比较部#1的作用，该第四比较部#1将第一偏差ΔF1与存储在存储部25中的多个偏差模式进行比较。同样地，第二CPU 52也可以起到第四比较部#2的作用，该第四比较部#2将第二偏差ΔF2与存储在存储部25中的多个偏差模式进行比较。并且，第一CPU 51和第二CPU 52也可以分别起到第四指令输出部#1、#2的作用，该第四指令输出部#1、#2在通过第四比较部#1和第四比较部#2判断为第一偏差ΔF1和第二偏差ΔF2两者包括多个偏差模式中至少一个共用的偏差模式的情况下，输出与该至少一个偏差模式对应的机器人10的动作指令。

在此，偏差模式是指人9规则性地或有意地叩击或按压机器人10而对机器人10施加的外力的模式。偏差模式包括外力的大小、连续两个外力的峰之间的时间间隔、外力的方向、外力起作用的期间、单位时间内的外力的变化量、规定时间内起作用的外力的次数中至少一个。

图2是表示偏差例如第一偏差ΔF1与时间的关系的图。此外，第二偏差ΔF2也示出与图2大致相同的行为。在图2中，也示出第一阈值Fa。在图2中，表示第一偏差ΔF1的行为的实线B0依次包含超过第一阈值Fa的三个峰A1、A2、A3。

根据图2可知，偏差模式中外力的大小意味着从峰A1、A2、A3的第一阈值Fa起的最大高度。另外，连续两个外力的峰之间的时间间隔意味着例如两个峰A1、A2开始超过第一阈值Fa时的时刻t1、t3之间的时间间隔t3-t1。并且，外力起作用的期间是意味着例如峰A1超过第一阈值Fa期间的时间、即期间t2-t1。并且，参照峰A3可知，单位时间内的外力的变化量是某一时刻中的实线B0的斜率。规定时间内起作用的外力的次数为在规定时间内超过第一阈值Fa的次数、即峰的数量，在图2的示例中为三次。另外，外力的方向是指人9对机器人10施加外力的方向，例如为向下方向或向上方向等。

在本发明中，这种偏差模式分别与机器人10的动作指令预先相关联。因而，人9将规定的偏差模式有意地施加到机器人10，由此能够输出期望的动作指令，使机器人10进行其动作。在本发明中可知，能够采用各种偏差模式，因此能够示出精密的动作指令。

图3A和图3B是表示图1示出的工业用机器人系统的控制方法的流程图。图3A和图3B示出的动作在每个规定的控制周期反复进行。以下，参照图1、图3A和图3B说明本发明的工业用机器人系统1的控制方法。

根据图3A可知，在本发明中，并列地进行第一CPU 51中的处理和第二CPU 52中的处理。在步骤S11中，第一力传感器12获取作用于机器人10的外力的信息。然后，根据该信息求出作用于机器人支承部11的第一力检测值F1。并且，在步骤S12中，第二力传感器13获取作用于机器人10的外力的信息。然后，根据该信息求出作用于机器人支承部11的第二力检测值F2。

然后，在步骤S13中，第一力推定部21推定作用于第一力传感器12的外力作为第一力推定值F1’，在步骤S14中，第二力推定部22推定作用于第二力传感器13的外力作为第二力推定值F1’。此外，将第一力检测值F1和第二力检测值F2以及推定得到的第一力推定值F1’和第二力推定值F2’与时间关联起来依次存储到存储部25。

并且，在步骤S15中，第一偏差计算部23a将从第一力检测部12的信息得到的作用于机器人支承部11的第一力检测值F1减去第一力推定值F1’来计算出第一偏差ΔF1。同样地，在步骤S16中，第二偏差计算部23b将从第二力检测部13的信息得到的作用于机器人支承部11的第二力检测值F2减去第二力推定值F2’来计算出第二偏差ΔF2。

接着，在步骤S17中，第一比较部31将第一偏差ΔF1与第一阈值Fa进行比较，并且将第一偏差ΔF1与第二偏差ΔF2进行比较来判断第一偏差ΔF1与第二偏差ΔF2之间的差是否大于规定量F0以上。在此，图4是表示第一偏差与时间的关系的图。图4示出的表示第一偏差ΔF1的行为的实线B1在时刻ta中超过第一阈值Fa。此外，在图4中虽未示出，但是第二偏差ΔF2也表示大致相同的行为。

在步骤S17中，在第一偏差ΔF1大于第一阈值Fa的情况下，例如机器人10意外地进行动作，机器人10与人9或外围设备相互碰撞的可能性高。另外，在第一偏差ΔF1与第二偏差ΔF2之间的差大于规定量F0以上的情况下，第一力传感器12和第二力传感器13中的某一个发生故障的可能性高。因而，在第一偏差ΔF1大于第一阈值Fa的情况下或第一偏差ΔF1与第二偏差ΔF2之间的差大于规定量F0以上的情况下，进入到步骤S19。

在步骤S19中，第一指令输出部41对机器人10输出规定的停止指令、规定的减速指令或规定的减速停止指令。由此，机器人10停止和/或减速，从而确保人9的安全。此外，停止指令也可以是将机器人10的各电机设为非励磁状态的停止指令或将机器人10的各电机设为励磁状态的停止指令中的某一个。

另外，在步骤S19中，也可以输出停止指令、减速指令或减速停止指令中的某一个，在其它步骤中也一样。例如操作人员可以预先设定成输出停止指令、减速指令或减速停止指令中期望的指令。或，也可以参照机器人10的当前速度，在速度大于上限值的情况下输出减速指令，在速度小于下限值的情况下输出停止指令，在速度处于上限值与下限值之间的情况下输出减速停止指令。总之，在步骤S19中，第一指令输出部41输出用于降低机器人10的速度的指令。此外，后述的第二指令输出部42和第三指令输出部43也一样。

另外，在步骤S18中，第二比较部32将第二偏差ΔF2与第一阈值Fa进行比较，并且将第二偏差ΔF2与第一偏差ΔF1进行比较来判断第二偏差ΔF2与第一偏差ΔF1之间的差是否大于规定量以上。

然后，在步骤S18中，在第二偏差ΔF2大于第一阈值Fa的情况下，例如机器人10意外地进行动作，机器人10与人9或外围设备相互碰撞的可能性高。另外，在第二偏差ΔF2与第一偏差ΔF1之间的差具有规定量F0以上的差的情况下，第二力传感器13和第一力传感器12中的某一个发生故障的可能性高。因而，在第二偏差ΔF2大于第一阈值Fa的情况下或第二偏差ΔF2与第一偏差ΔF1之间的差大于规定量F0以上的情况下，进入到步骤S20。

在步骤S20中，第二指令输出部42如上所述那样对机器人10输出规定的停止指令、规定的减速指令或规定的减速停止指令。由此，机器人10停止和/或减速，从而确保人9的安全。

这样，在本发明中，在机器人10与人9或外围设备相互碰撞并第一偏差ΔF1或第二偏差ΔF2变得大于第一阈值Fa的情况下，使机器人10停止和/或减速。并且，在第一力检测部12或第二力检测部13发生故障而第一偏差ΔF1与第二偏差ΔF2之间的差为规定量F0以上不同的情况下，也使机器人10停止和/或减速。

这种控制在与第一力推定部21相关联的包括第一指令输出部41的第一CPU 51以及与第二力推定部22相关联的包括第二指令输出部42的第二CPU52中并列地进行。换言之，根据图3A可知，在第一CPU1中进行步骤S11、S13、S15、S17和S19，在第二CPU 52中进行步骤S12、S14、S16、S18和S20。

因而，在本发明中，通过双重化的CPU 51、52进行上述控制。因此，在本发明中，在确保冗余性的状态下，检测对人9等的碰撞和力检测部12、13的故障，使机器人10停止和/或减速。其结果，能够确保人9的安全。

在此，在本发明中，没有为了使机器人10停止和/或减速而要求第一偏差Δ1和第二偏差Δ2两者大于第一阈值Fa。因此，即使第一力传感器12和第二力传感器13中的某一个发生故障，也能够使机器人可靠地停止或减速。

在此，有时通过程序24将机器人10的各轴的动作区域限制成机器人10仅在某一范围内进行动作。在这种情况下，在步骤S21中，使用通过机器人10的各轴的角度检测器15检测出的值，计算出机器人10的当前位置Pc。然后，第三比较部33参照机器人10的程序24，判断机器人10的当前位置Pc是否在通过程序24限制的动作区域外。

在机器人10的当前位置Pc为动作区域外的情况下，能够判断为机器人10为异常状态。在这种情况下，进入到步骤S22，第三指令输出部43对机器人10输出规定的停止指令、规定的减速指令或规定的减速停止指令。由此，机器人10停止和/或减速，从而同样地确保人9的安全。

此外，在步骤S21中，也可以代替计算机器人10的当前位置Pc，而使用多个角度检测器15的检测值来计算出机器人10的各轴的动作速度。在该情况下，在机器人10的各轴的动作速度大于规定速度的情况下，判断为机器人10为异常状态。

另外，在机器人10的当前位置Pc并非动作区域外的情况下，进入到步骤S23。在该情况下，可以判断为机器人10正常进行动作，因此在步骤S23中，第三指令输出部43对机器人10输出动作继续指令。在该情况下，按程序24的记载那样，机器人10进行动作。

接着，进入到步骤S24，第四比较部34判断第一偏差ΔF1是否在第一阈值Fa与小于第一阈值Fa的第二阈值Fb之间，并且判断第二偏差ΔF2是否在第一阈值Fa与第二阈值Fb之间。然后，在第一偏差ΔF1和第二偏差ΔF2两者在第一阈值Fa与第二阈值Fb之间的情况下，进入到步骤S25。与此相对，在第一偏差ΔF1和第二偏差ΔF2中的至少一个不在第一阈值Fa与第二阈值Fb之间的情况下，不输出后述的动作指令而结束处理。

在步骤S25中，第四比较部34将第一偏差ΔF1和第二偏差ΔF2与存储在存储部25中的多个偏差模式进行比较。此外，与偏差模式比较的第一偏差ΔF1和第二偏差ΔF2不一定必须是单一的值，也可以是隔着规定的时间间隔按时间序列存储在存储部25中的多个值。

然后，在步骤S25中，在第一偏差ΔF1和第二偏差ΔF2两者包括共用的至少一个偏差模式的情况下，例如人9通过手来规则性地或有意地按压机器人10，能够判断为施加形成偏差模式的外力。在这种情况下，进入到步骤S26，第四指令输出部44输出与上述偏差模式对应的动作指令。

在此，图5是表示第一偏差与时间的关系的其它图。此外，第二偏差ΔF2也表示与图5示出的偏差大致相同的行为。图5示出的表示第一偏差ΔF1的行为的实线B2在时刻tb与时刻tc之间大于第二阈值Fb而小于第一阈值Fa。然后，实线B2在时刻tb与时刻tc之间包括三个峰A1、A2、A3。

在图5示出的示例中，在时刻tb与时刻tc之间出现三个峰。在存储部25中，例如在存储有与峰的数量为三次的情况相关联的动作指令的情况下，第四指令输出部44输出其动作指令。在图5示出的示例中，作为偏差模式使用规定时间内起作用的外力的次数，但是也可以使用其它偏差模式。

这样，在本发明中，仅在第一偏差Δ1和第二偏差Δ2两者包括共用的偏差模式的情况下，输出与该偏差模式对应的动作指令。与此相对，在第一偏差Δ1和第二偏差Δ2中仅一个包括偏差模式的情况下或第一偏差Δ1和第二偏差Δ2两者不包含偏差模式的情况下，不输出动作指令而结束处理。因而，机器人10进行错误动作的可能性变小，能够确保人9的安全。

另外，从第四指令输出部44输出的动作指令例如为机器人10停止或减速的状态起进行的规定的动作。在该情况下，也可以仅在机器人10停止或减速并且第一偏差ΔF1和第二偏差ΔF2两者包括至少一个共用的偏差模式的情况下，输出与偏差模式对应的动作指令。在该情况下，人9对停止或减速的机器人10施加形成期望的偏差模式的外力，使机器人10启动。因此，为了将机器人10开始动作这一情况通知给周围，优选具备输出声音、光的输出部(未图示)。另外，在这种情况下，在机器人10以一定速度进行移动或加速时即使人9施加形成期望的偏差模式的外力，也不输出动作指令。也就是说，人9不对正在移动或加速的机器人10施加形成期望的偏差模式的外力，结果是能够确保人9的安全。

或，从第四指令输出部44输出的动作指令也可以包括上述机器人10的停止指令、减速指令或减速停止指令。这种动作指令在机器人10意外地进行动作时人9直接使机器人10停止等，因此比较有用。换言之，在该情况下，使第四指令输出部44作为非常停止开关来发挥功能。

或，从第四指令输出部44输出的动作指令也可以是将第一阈值Fa规定时间变更为比该第一阈值Fa小的其它第一阈值Fa’的指令。在此，图6是表示第一偏差与时间的关系的进一步其它图。在图6中，示出表示第一偏差ΔF1的行为的实线B3。在图6中虽未示出，但是第二偏差ΔF2也表示大致相同的行为。

在检测出图6示出的三个峰之后的时刻td中，输出与峰的数量为三次的情况相关联的动作指令。该动作指令是使机器人10从停止状态起开始动作的指令。

通常，在紧接着机器人10开始进行动作之后的规定时间内，优选以高灵敏度地检测机器人10与人9、外围设备相互碰撞这一情况。因此，图6示出的示例中的动作指令还包括使第一阈值Fa降低至第一阈值Fa’规定时间的指令。此外，设为第一阈值Fa’大于第二阈值Fb。

在这种情况下，仅在紧接着机器人10开始进行动作之后的规定时间内，能够高灵敏度地检测机器人10与人9等相互碰撞这一情况。即，在该规定时间内检测出小于第一阈值Fa但大于第一阈值Fa’的峰A4的情况下，对机器人10输出停止指令、减速指令或减速停止指令，从而能够进一步确保人9的安全。另外，在该规定时间内人9由于失误而按压机器人10的情况下，也能够使机器人10立即停止。

另外，图7是表示基于本发明的第二实施方式的工业用机器人系统的控制方法的流程图的一部分。在第二实施方式中，代替图3B的步骤S24，而使用图7的步骤S24’，剩余的步骤与第一实施方式相同。

因而，关于第二实施方式中的工业用机器人系统1，主要说明与第一实施方式的不同点。在步骤S24’中，第四比较部34仅判断第一偏差ΔF1和第二偏差ΔF2两者是否大于第一阈值Fa。

在此，图8是表示第一偏差与时间的关系的其它图。在图8中示出表示第一偏差ΔF1的行为的实线B4。在图8中虽未示出，但是第二偏差ΔF2也表示大致相同的行为。如图8所示在第一偏差ΔF1大于第一阈值Fa并且第二偏差ΔF2也大于第一阈值Fa的情况下，进入到步骤S25。在步骤S25中，第四比较部34将第一偏差ΔF1和第二偏差ΔF2与存储在存储部25中的多个偏差模式进行比较。

在第一偏差ΔF1和第二偏差ΔF2两者包括共用的至少一个偏差模式的情况下，人9例如通过手规则性地或有意地按压机器人10，由此能够判断为施加形成偏差模式的外力。在这种情况下，进入到步骤S26，第四指令输出部44如上所述那样输出与偏差模式对应的动作指令。在第二实施方式中，除了得到与第一实施方式相同的效果以外，不需要设定第二阈值Fb，因此可知比第一实施方式简单。

并且，在未图示的实施方式中，也可以在第一偏差ΔF1和第二偏差ΔF2包括多个共用的偏差模式的情况下，不输出与共用的偏差模式对应的动作指令。也就是说，还能够省略图3B的步骤S24～S26和图7的步骤S24’～S26。或，在未图示的其它实施方式中，也可以仅省略步骤S21～步骤S22。

另外，可以将图1示出的第一力检测部12和第二力检测部13集中地用作力检测部，也可以将第一力检测部12和第二力检测部13分别使用于独立的力检测部。同样地，可以将第一力推定部21和第二力推定部22集中地用作力推定部，也可以将这些第一力推定部21和第二力推定部22独立地使用。同样地，可以将第一偏差计算部23a和第二偏差计算部23b集中地使用为偏差计算部，也可以将这些第一偏差计算部23a和第二偏差计算部23b独立地使用。同样地，可将第一比较部31和第二比较部32集中地使用为比较部，也可以将这些第一比较部31和第二比较部32独立地使用。同样地，可以将第一指令输出部41和第二指令输出部42集中地使用为指令输出部，也可以将这些第一指令输出部41和第二指令输出部42独立地使用。在这种情况下，也包含在本发明的范围内。

发明的效果

在第一、第六发明中，在机器人与人或外围设备相互碰撞并第一偏差变得大于第一阈值的情况下，例如进行退避动作或停止和/或减速的机器人中，在第一偏差包括偏差模式的情况下，输出与该偏差模式对应的动作指令。对于在碰撞时能够确保人安全的机器人，通过对机器人施加外力模式，能够直接施加动作指令。

在第二、第七发明中，仅在机器人停止或减速的情况下，人将形成期望的偏差模式的外力施加到机器人，输出与偏差模式对应的动作指令。因此，通过人施加形成期望的偏差模式的外力，使机器人启动。另外，在机器人以一定速度进行移动或加速时，人不施加形成期望的偏差模式的外力。因而，能够进一步确保人安全。

在第三、第八发明中，在机器人与人或外围设备相互碰撞并第一偏差或第二偏差大于第一阈值的情况下，能够使机器人停止和/或减速，并且在第一力检测部或第二力检测部发生故障而第一偏差和第二偏差为规定量以上不同的情况下，也能够使机器人停止和/或减速。这种控制在与第一力推定部相关联的第一指令输出部和与第二力推定部相关联的第一指令输出部以及与第二力推定部相关联的第二指令输出部两者中进行。因此，在确保冗余性的状态下，检测对人等的碰撞和力检测部的故障，使机器人停止和/或减速，因此能够确保人安全。

仅在第一偏差和第二偏差两者包括偏差模式的情况下，输出与该偏差模式对应的动作指令，在第一偏差和第二偏差中仅一个包括偏差模式的情况下和第一偏差和第二偏差两者不包括偏差模式的情况下，不输出动作指令。因而，在确保冗余性的状态下，检测对人等的碰撞和力检测部的故障而使机器人停止和/或减速并确保人安全的机器人中，即使将偏差模式作为动作指令而施加到机器人，机器人进行错误动作的可能性也小，能够确保人安全。此外，在将第一偏差和第二偏差与偏差模式进行比较的情况下，也可以使用在整个规定时间内存储的第一偏差和第二偏差。

在第四、第九发明中，将机器人的程序与当前状况进行比较，即使在不按程序的情况下，也能使机器人停止和/或减速，因此例如在机器人失控的情况下，能够使机器人停止，能够进一步确保人安全。

在第五和第十发明中，能够采用各种偏差模式，因此能够输出精密的动作指令。

使用典型的实施方式来说明了本发明，但是能够理解为本领域技术人员在不脱离本发明的范围内进行上述变更和各种其它变更、省略、追加。另外，适当地组合上述实施例也包括在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种工业用机器人系统，其特征在于，该工业用机器人系统具备：

机器人；

力检测部，其检测作用于该机器人的外力；

力推定部，其根据与上述机器人的动作有关的信息，将作用于上述力检测部的外力推定为力推定值；

偏差计算部，其计算从上述力检测部的信息得到的作用于该机器人的力检测值与上述力推定值之间的偏差；

比较部，其将上述偏差与第一阈值进行比较；以及

指令输出部，其在通过上述比较部判断为上述偏差大于上述第一阈值的情况下，对上述机器人输出动作指令，上述动作指令包括停止指令、减速指令或减速停止指令，

在上述偏差包括至少一个共用的偏差模式的情况下，上述指令输出部输出与至少一个上述偏差模式对应的上述动作指令，

上述偏差模式是人规则性地或有意地叩击或按压上述机器人而对上述机器人施加的外力的模式，上述偏差模式包括外力的大小、连续两个外力的峰之间的时间间隔、外力的方向、外力起作用的期间、单位时间内的外力的变化量、预定时间内起作用的外力的次数中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的工业用机器人系统，其特征在于，

仅在上述机器人停止或减速的情况下，上述指令输出部输出与上述至少一个偏差模式对应的上述动作指令。

3.根据权利要求1或2所述的工业用机器人系统，其特征在于，

上述力检测部包括第一力检测部和第二力检测部，

上述力推定部包括：

第一力推定部，其根据与上述机器人的动作有关的信息，将作用于上述第一力检测部的外力推定为第一力推定值；以及

第二力推定部，其根据与上述机器人的动作有关的信息，将作用于上述第二力检测部的外力推定为第二力推定值，

上述偏差计算部包括：

第一偏差计算部，其计算从上述第一力检测部的信息得到的作用于该机器人的第一力检测值与上述第一力推定值之间的第一偏差；以及

第二偏差计算部，其计算从上述第二力检测部的信息得到的作用于该机器人的第二力检测值与上述第二力推定值之间的第二偏差，

上述比较部包括：

第一比较部，其将上述第一偏差与第一阈值进行比较，并且将上述第一偏差与上述第二偏差进行比较；以及

第二比较部，其将上述第二偏差与上述第一阈值进行比较，并且将上述第二偏差与上述第一偏差进行比较，

上述指令输出部包括：

第一指令输出部，其在通过上述第一比较部判断为上述第一偏差大于上述第一阈值的情况下或判断为在上述第一偏差与上述第二偏差之间存在预定量以上的差的情况下，对上述机器人输出停止指令、减速指令或减速停止指令；以及

第二指令输出部，其在通过上述第二比较部判断为上述第二偏差大于上述第一阈值的情况下或判断为在上述第二偏差与上述第一偏差之间存在预定量以上的差的情况下，对上述机器人输出上述停止指令、上述减速指令或上述减速停止指令。

4.根据权利要求3所述的工业用机器人系统，其特征在于，

该工业用机器人系统还具备：

第三比较部，其将上述机器人的程序与上述机器人的当前状况进行比较；

第三指令输出部，其在通过该第三比较部判断为上述机器人的程序与上述机器人的当前状况不同的情况下，对上述机器人输出上述停止指令、上述减速指令或上述减速停止指令；

存储部，其将与第一偏差和第二偏差有关的具有规则性的多个偏差模式以及与该多个偏差模式分别对应的上述机器人的动作指令关联起来进行存储；

第四比较部，其在第一偏差和第二偏差在上述第一阈值与小于该第一阈值的第二阈值之间的情况下或第一偏差和第二偏差大于上述第一阈值的情况下，将第一偏差和第二偏差与存储在上述存储部中的上述多个偏差模式进行比较；以及

第四指令输出部，其在通过该第四比较部判断为第一偏差和第二偏差包括上述多个偏差模式中的至少一个共用的偏差模式的情况下，输出与该至少一个偏差模式对应的上述机器人的动作指令。

5.一种工业用机器人系统的控制方法，其特征在于，

通过力检测部检测作用于上述机器人的外力，

根据与上述机器人的动作有关的信息，将作用于上述力检测部的外力推定为力推定值，

计算从上述力检测部的信息得到的作用于该机器人的力检测值与上述力推定值之间的偏差，

将上述偏差与第一阈值进行比较，

在判断为上述偏差大于第一阈值的情况下，对上述机器人输出动作指令，上述动作指令包括停止指令、减速指令或减速停止指令，

在上述偏差包括至少一个共用的偏差模式的情况下，输出与至少一个上述偏差模式对应的上述动作指令，

上述偏差模式是人规则性地或有意地叩击或按压上述机器人而对上述机器人施加的外力的模式，上述偏差模式包括外力的大小、连续两个外力的峰之间的时间间隔、外力的方向、外力起作用的期间、单位时间内的外力的变化量、预定时间内起作用的外力的次数中的至少一个。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，

仅在上述机器人停止或减速的情况下，输出与上述至少一个偏差模式对应的上述动作指令。

7.根据权利要求5或6所述的控制方法，其特征在于，

在外力的检测中，通过安装于机器人的第一力检测部和第二力检测部进行检测，

在力推定值的推定中，根据与上述机器人的动作有关的信息，将作用于上述第一力检测部的外力推定为第一力推定值，并且，根据与上述机器人的动作有关的信息，将作用于上述第二力检测部的外力推定为第二力推定值，

在偏差的计算中，计算从上述第一力检测部的信息得到的作用于该机器人的第一力检测值与上述第一力推定值之间的第一偏差，并且，计算从上述第二力检测部的信息得到的作用于该机器人的第二力检测值与上述第二力推定值之间的第二偏差，

在偏差的比较中，将上述第一偏差与第一阈值进行比较，且将上述第一偏差与上述第二偏差进行比较，并且，将上述第二偏差与上述第一阈值进行比较，且将上述第二偏差与上述第一偏差进行比较，

在判断为上述第一偏差大于第一阈值的情况下或判断为在上述第一偏差与上述第二偏差之间存在预定量以上的差的情况下，对上述机器人输出停止指令、减速指令或减速停止指令，

在判断为上述第二偏差大于上述第一阈值的情况下或判断为在上述第二偏差与上述第一偏差之间存在预定量以上的差的情况下，对上述机器人输出上述停止指令、上述减速指令或上述减速停止指令。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，

将机器人的程序与上述机器人的当前状况进行比较，

在判断为上述机器人的程序与上述机器人的当前状况不同的情况下，对上述机器人输出上述停止指令、上述减速指令或上述减速停止指令，

在第一偏差和第二偏差小于上述第一阈值且大于第二阈值的情况下或第一偏差和第二偏差大于上述第一阈值的情况下，将上述第一偏差和第二偏差和与上述第一偏差和第二偏差有关的具有规则性的多个偏差模式进行比较，其中，上述第二阈值小于上述第一阈值，

在判断为上述第一偏差和第二偏差包括上述多个偏差模式中的至少一个共用的偏差模式的情况下，输出与该至少一个偏差模式对应的上述机器人的动作指令。

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