CN107263435A

CN107263435A - 人协动型的机器人系统

Info

Publication number: CN107263435A
Application number: CN201710190093.2A
Authority: CN
Inventors: 佐藤贵之; 顾义华
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2017-10-20
Anticipated expiration: 2037-03-27
Also published as: US20170285625A1; JP2017177293A; DE102017003000B4; CN107263435B; JP6423815B2; DE102017003000A1; US10564635B2

Abstract

本发明涉及一种人协动型的机器人系统，其能够可靠地检测机器人或工件与外部物体的接触。机器人系统具备：机器人，其具有操作部；操作力检测部，其对施加于操作部的操作力进行检测；动作控制部，其按照操作力使机器人进行动作；外力检测部，其对施加于机器人的外力进行检测；以及接触力计算部，其从检测出的外力中减去操作力来计算接触力。

Description

人协动型的机器人系统

技术领域

本发明涉及一种通过与作业员协动来进行作业的人协动型的机器人系统。

背景技术

现有技术中，已知一种检测作业员施加给机器人的操作力，并按照该操作力来进行动作的人协动型的机器人系统(例如，日本特开2015-199174号公报)。

在如上所述的人协动型的机器人系统中，当作业员对机器人施加操作力使该机器人动作时，机器人或该机器人所搬运的工件可能与外部的物体意外接触。过去，寻求一种可以对机器人或工件与外部物体的接触进行可靠检测的技术。

发明内容

在本发明的一种方式中，通过与作业员协动来进行作业的人协动型的机器人系统具备：机器人，其具有操作部；操作力检测部，其对施加于操作部的操作力进行检测；以及动作控制部，其按照操作力检测部检测出的操作力来使机器人进行动作。

另外，机器人系统还具备：外力检测部，其在动作控制部使机器人进行动作时检测施加于该机器人的外力。这里，外力是操作力与机器人接触到外部物体时从该物体施加于该机器人的接触力之和。

另外，机器人系统还具备：接触力计算部，其从外力检测部检测出的外力中减去操作力检测部检测出的操作力，来计算接触力。接触力计算部可以进行如下过滤：从操作力检测部检测出的操作力或外力检测部检测出的外力中去除噪声成分。

可以在接触力计算部计算出的接触力超过预先确定的阈值时，动作控制部使机器人的动作停止。动作控制部可以根据接触力计算部计算出的接触力，使机器人的动作速度进行变化。

动作控制部可以仅在停止机器人的动作后操作力检测部检测出的操作力的方向为能够减少接触力的方向的情况下，使机器人按照该操作力进行动作。

附图说明

通过参照添加附图来说明以下优选的实施方式，将使本发明的上述或其他目的、特征及优点更清楚。

图1是一个实施方式所涉及的机器人系统的示意图。

图2是图1所示的机器人系统的框图。

图3是图1所示的第1力传感器的放大图。

图4是图2所示的第2力传感器的放大图。

图5是表示图1所示的机器人系统的动作流程的一例的流程图。

图6是表示图5所示的步骤S7的流程的一例的流程图。

图7是表示图1所示的机器人系统的动作流程的另一例子的流程图。

图8是表示另一实施方式所涉及的机器人系统的示意图。

图9是图8所示的机器人系统的框图。

图10是图8所示的第1力传感器的放大图。

图11是又一实施方式所涉及的机器人系统的示意图。

图12是再一实施方式所涉及的机器人系统的示意图。

图13是图12所示的机器人系统的框图。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。首先，参照图1及图2，对本发明的一个实施方式所涉及的机器人系统10进行说明。机器人系统10是通过与作业员A协动来用于进行将工件W₁嵌入工件W₂的作业的机器人系统。

机器人系统10具备：机器人12、以及控制该机器人12的机器人控制部14。机器人控制部14具有CPU(中央运算处理装置)及存储部(均未图示)等，直接或间接地控制机器人12的各构成要素。

机器人12为垂直多关节型机器人，其具有：机器人基座18、转向机体20、机器臂22、机器手24、以及操作部38。机器人基座18被设置为相对于固定在工件单元的地板B上的固定板16无法移动。

转向机体20被安装为可绕垂直于机器人基座18的轴转向。机器臂22具有：上腕部26，其被可旋转地安装在转向机体20上；以及前腕部28，其可转动地安装在该上腕部26的前端。

机器手24经由手腕部30安装在前腕部28的前端。机器手24具有转接器34、以及可开闭地设置在该转接器34上的多个指部36。机器手24通过开闭指部36，可以把持或释放工件W₁。

操作部38为具有作业员A易于把持的形状的手柄，并被固定在转接器34上。在操作部38上设置有开关44。开关44与机器人控制部14电连接，在作业员A接通(ON)开关44的情况下，将手控(hand guide)接通信号发送至机器人控制部14。

机器人12具有多个伺服电动机32(图2)。伺服电动机32分别内置有转向机体20、机器臂22、以及手腕部30，并根据来自机器人控制部14的指令，使这些要素绕转动轴转动。

机器人系统10还具备第1力传感器40及第2力传感器42。第1力传感器40被插入固定板16与机器人基座18之间。第1力传感器40由具有多个应变计的6轴力觉传感器构成，将与第1力传感器40生成的应变对应的输出信号发送至机器人控制部14。

机器人控制部14对从第1力传感器40接收到的输出信号进行过滤，从该输出信号去除噪声成分。例如、机器人控制部14通过对来自第1力传感器40的输出信号进行低通滤波、算术平均、加权平均、FIR滤波或IIR滤波等公知的信号处理，从该输出信号中去除噪声成分。

例如图3中的直角坐标系所示，机器人控制部14对第1力传感器40设定第1传感器坐标系。机器人控制部14基于来自第1力传感器40的输出信号，分别计算图3所示的第1传感器坐标系的x轴、y轴、z轴的方向的力、以及绕x轴、y轴、z轴的力矩。于是，机器人控制部14能够计算出作用于第1力传感器40的所有力的合力。

另一方面，机器人控制部14对由机器人12的质量、安装在该机器人12上的部件的质量、机器手24所把持的工件W₁等的质量、以及通过机器人12动作生成的惯性力所造成而作用于第1力传感器40的力(本文中作为“内力”来进行说明)进行计算。

该内力可以通过将机器人12的各构成要素的质量、机器人12的姿态、以及机器人12的各构成要素的动作速度代入运动方程式来进行计算。并且，机器人控制部14通过从第1力传感器40得到的合力中减去计算出的内力，来计算施加在机器人12的任意部位(机器人基座18、转向机体20、上腕部26、前腕部28、手腕部30、机器手24、或机器手24所把持的工件W1)的外力EF。

该外力EF是由作业员A施加在操作部38上的操作力HF、与在机器人12的任意部位接触到外部物体时从该物体施加在该机器人12上的接触力CF之和。

这样，在本实施方式中，第1力传感器40及机器人控制部14构成对施加在机器人12的任意部位上的外力EF进行检测的外力检测部46。

外力检测部46能够检测施加在机器人12的任意部位(机器人基座18、转向机体20、上腕部26、前腕部28、手腕部30、机器手24、或机器手24所把持的工件W₁)的外力EF。

例如，施加在机器手24的转接器34上的外力通过手腕部30、机器臂22、转向机体20、以及机器人基座18传递至第1力传感器40，并通过该第1力传感器40来进行检测。

这样，在本实施方式中，外力检测部46将施加在机器人12的任意部位的外力检测为由该外力造成且作用于固定板16与机器人基座18之间的力。

另一方面，第2力传感器42被插入操作部38与转接器34之间。第2力传感器42由6轴力觉传感器构成，将与第2力传感器42产生的应变相对应的输出信号发送至机器人控制部14。

机器人控制部14使用低通滤波、算术平均、加权平均、FIR滤波、或IIR滤波等手法，将来自第2力传感器42的输出信号过滤，从该输出信号中去除噪声成分。

例如图4中的直角坐标系所示，机器人控制部14对第2力传感器42设定第2传感器坐标系。该第2传感器坐标系的位置(原点位置)及姿态(x轴、y轴、z轴的方向)与机器手24的位置及姿态一起变化。

因此，机器人控制部14每次使机器手24的位置及姿态变化，更新第2传感器坐标系的位置及姿态。

机器人控制部14基于来自第2力传感器42的输出信号，分别计算图4所示的第2传感器坐标系的x轴、y轴、z轴的方向的力、以及绕x轴、y轴、z轴的力矩。于是，机器人控制部14计算施加在操作部38上的操作力HF。

这样，在本实施方式中，第2力传感器42及机器人控制部14构成对施加在操作部38上的操作力HF进行检测的操作力检测部48。

接着，参照图5，对机器人系统10的动作流程的一个例子进行说明。图5所示的流程在机器人控制部14从开关44接收到手控接通信号时开始。

在步骤S1中，机器人控制部14向第2力传感器42发送指令，开始检测施加在操作部38上的操作力HF。具体来说，机器人控制部14向第2力传感器42发送检测开始指令。

第2力传感器42若从机器人控制部14接收检测开始指令，则以周期T(例如0.5秒)将与该第2力传感器42产生的应变对应的输出信号发送至机器人控制部14。

机器人控制部14根据从第2力传感器42发送的输出信号来计算施加在操作部38上的操作力HF，并存储在内置于机器人控制部14的存储部中。于是，以周期T检测操作力HF。

在步骤S2中，机器人控制部14向第1力传感器40发送指令，开始检测施加在机器人12上的外力EF。具体来说，机器人控制部14向第1力传感器40发送检测开始指令。

第1力传感器40若从机器人控制部14接收检测开始指令，则以周期T将与该第1力传感器40产生的应变相对应的输出信号发送至机器人控制部14。机器人控制部14基于来自第1力传感器40的输出信号，来计算作用于第1力传感器40的合力。

另一方面，机器人控制部14与计算合力同步地计算此时的内力。然后，机器人控制部14通过从合力中减去内力来计算施加在机器人12上的外力EF，并存储于存储部中。于是，以周期T来检测外力EF。

在步骤S3中，机器人控制部14判定上一次检测出的操作力HF的大小是否在预先确定的阈值α以上(|HF|≧α)。该阈值α相对于操作力HF被预先确定，并存储于存储部中。

在机器人控制部14判定为操作力HF的大小在阈值α以上(即，“是”)时，转入步骤S4。另一方面，在机器人控制部14判定为操作力HF的大小小于阈值α(即，“否”)时，转入步骤S8。

在步骤S4中，机器人控制部14执行手控动作。具体来说，机器人控制部14根据构成上一次检测出的操作力HF的、第2传感器坐标系的x轴、y轴、z轴方向的力、以及绕x轴、y轴、z轴的力矩，来生成用于使机器人12动作的速度指令。

然后，机器人控制部14将生成的速度指令发送至各伺服电动机32，使机器手24向作业员A给予的操作力HF的方向动作。结果，机器人12按照作业员A对操作部38施加的操作力HF来进行动作。

这样，在本实施方式中，机器人控制部14具有作为使机器人12按照操作力HF进行动作的动作控制部50(图2)的功能。

在步骤S5中，机器人控制部14计算对机器人12施加的接触力CF。首先，机器人控制部14根据上一次检测出的操作力HF，来计算由该操作力HF引起且作用于第1力传感器40的力HF’。

作为一例，机器人控制部14使构成上一次检测出的操作力HF的、第2传感器坐标系的x轴、y轴、z轴方向的力，与从第2传感器坐标系向第1传感器坐标系的坐标变换矩阵相乘，变换为第1传感器坐标系的力。由此，能够计算由操作力HF引起且作用于第1力传感器40的力HF’的、在第1传感器坐标系上的值。

接着，机器人控制部14从上一次检测出的外力EF中减去如上述计算出的力HF’。由此，从通过第1力传感器40检测出的外力EF中去除操作力HF的成分，可以计算当机器人12的任意部位接触到外部物体时，从该物体施加在该机器人12上的接触力CF。

这样，在本实施方式中，机器人控制部14具有作为计算接触力CF的接触力计算部52(图2)的功能。

在步骤S6中，机器人控制部14判定在步骤S5中计算出的接触力CF是否在预先确定的阈值β以上(即，CF≧β)。该阈值β相对于接触力CF被预先确定，并存储于存储部中。

在机器人控制部14判定为接触力CF在阈值β以上的(即“是”)时，转入步骤S7。另一方面，在机器人控制部14判定接触力CF小于阈值β(即“否”)时，转入步骤S8。

在步骤S7中，机器人控制部14执行紧急停止方案。在该步骤S7中，参照图6来进行说明。

在步骤S11中，机器人控制部14停止机器人12的动作。具体来说，机器人控制部14作为动作控制部50发挥作用，向各伺服电动机32发送指令，使机器人12停止。

在步骤S12中，机器人控制部14生成第1警告。作为一例，机器人控制部14以声音数据或字符/图像数据的方式，生成“机器人与外部物体干涉”的警告信号。并且，机器人控制部14通过扬声器或显示器(未图示)，对作业员A输出警告。

在步骤S13中，机器人控制部14决定机器人12的允许动作方向。这里，允许动作方向是指在使机器人12沿该允许动作方向移动的情况下，可以减少步骤S5中计算出的接触力CF(即，使接触到外部物体的机器人12或工件W1与该物体分离)的动作方向。

作为一例，机器人控制部14在步骤S4的执行中，将机器人12的各可动要素(转向机体20、上腕部26、前腕部28、手腕部30)的位置指令值依次存储在存储部中。

然后，机器人控制部14从存储部中依次读取步骤S6中判定为“是”的时刻的前一次(或后一次)存储的位置指令值P_n、以及该位置指令值P_n的上一次存储的位置指令值P_n-1，将使机器人12的各可动要素从位置指令值P_n向位置指令值P_n-1移动的动作方向决定为允许动作方向。

另外，作为另一例子，假设外部物体接触到机器人12的特定部位(例如，机器手24)，机器人控制部14基于步骤S5中计算出的接触力CF(或者，第1力传感器40的输出信号)，来计算该物体与该特定部位抵接的方向D₁，并将该方向D₁决定为允许动作方向。

在步骤S14，机器人控制部14判定上一次检测出的操作力HF的大小是否在阈值α以上(|HF|≧α)。具体来说，操作力检测部48在步骤S11结束后仍继续，以周期T来检测操作力HF。

机器人控制部14在步骤S11结束后，判定为上一次检测出的操作力HF的大小在阈值α以上(即，“是”)时，转入步骤S15。另一方面，机器人控制部14在判定为上一次检测出的操作力HF的大小小于阈值α(即，“否”)时，转入步骤S17。

在步骤S15中，机器人控制部14对在步骤S14中判定为在阈值α以上的操作力HF的方向是否与步骤S13中决定的允许动作方向一致进行判定。

例如，机器人控制部14在操作力HF的方向限定于步骤S13中所决定的允许动作方向的±5°的范围内时，判定操作力HF的方向与允许动作方向一致。

在机器人控制部14判定操作力HF的方向与允许动作方向一致(即“是”)时，转入图5的步骤S4，并按照该操作力HF，再次执行手控动作。另一方面，在机器人控制部14判定操作力HF的方向与允许动作方向不一致(即“否”)时，转入步骤S16。

在步骤S16中，机器人控制部14生成第2警告。作为一例，机器人控制部14以声音数据或字符/图像数据的方式，生成“无法向该方向移动”的警告信号。并且，机器人控制部14通过扬声器或显示器，向作业员A输出警告。

在步骤S17中，机器人控制部14判定开关44是否被断开(OFF)。具体来说，机器人控制部14判定来自开关44的手控接通信号是否为零。

在机器人控制部14判定开关44为断开(即“是”)时，结束图6所示的步骤S7，并结束图5所示的流程。另一方面，在机器人控制部14判定开关44为接通(即“否”)时，返回步骤S14。

再次参照图5，在步骤S8中，机器人控制部14与上述步骤S17同样地判定开关44是否为断开。在机器人控制部14判定开关44为断开(即“是”)时，转入步骤S9。另一方面，在机器人控制部14判定开关44为接通(即“否”)时，转入步骤S3。

在步骤S9中，机器人控制部14与上述步骤S11同样地停止机器人12的动作。并且，机器人控制部14结束图5所示的流程。

如上所述，在本实施方式中，机器人控制部14在步骤S4中执行手控动作时，从外力检测部46检测出的外力EF中去除由作业员A给予的操作力HF的成分，来计算由机器人12(或工件W₁)与外部物体的接触所引起的接触力CF。

根据该结构，由于可以在执行手控动作时实时监视接触力CF，因此可以对机器人12(或工件W₁)与外部物体的接触进行可靠检测。

另外，在本实施方式中，当在步骤S6中判定为“是”时，机器人控制部14停止机器人12的动作(步骤S11)。根据该结构，在执行手控动作时机器人12或工件W₁接触到外部物体的情况下，可以防止对机器人12或工件W₁施加过大的力，同时也可以确保作业员A的安全。

另外，在本实施方式中，机器人控制部14在停止机器人12的动作之后，仅在操作力HF的方向与允许动作方向一致的情况下，再次进行步骤S4的手控动作。

根据该结构，在机器人12(或工件W₁)接触到外部物体的情况下，通过基于作业员A的手控动作，可以可靠地防止以更强的力将机器人12(或工件W₁)推压向外部物体的动作。

另外，在本实施方式中，机器人控制部14在停止机器人12的动作时，输出表示该意思的第1警告(步骤S12)。根据该结构，作业员A可以直观地识别机器人12(或工件W₁)接触到外部物体的情况。

另外，机器人控制部14在停止机器人12的动作之后，当检测到向不同于允许动作方向的方向施加了操作力HF(步骤S15中判定为“否”)时，输出表示该意思的第2警告。

根据该结构，作业员A可以直观地识别以将机器人12(或工件W₁)推压向外部物体的方式来操作机器人12的情况。

另外，在本实施方式中，过滤来自第1力传感器40及第2力传感器42的输出信号，去除噪声成分。根据该结构，由于不会受到来自第1力传感器40及第2力传感器42的输出信号的瞬时变动的影响，能够稳定检测外力EF及操作力HF，因此可以提高接触力CF的检测精度。

接着，参照图7，对机器人系统10的动作流程的另一例子进行说明。此外，在图7所示的流程中，对与图5所示的流程同样的处理标注相同的步骤编号，并省略详细的说明。

在本实施方式所涉及的动作流程的开始时，在步骤S4中执行手控动作时向各伺服电动机32发送的速度指令作为初期设定而被设定为第1速度指令V₁。该第1速度指令V₁是用于使机器人12以第1速度来进行动作的速度指令。

步骤S5之后，在步骤S21中，机器人控制部14对步骤S5中计算出的接触力CF是否在预先确定的阈值β₁以上进行判定。该阈值β₁相对于接触力CF被预先确定，并存储于存储部中。

在机器人控制部14判定为接触力CF在阈值β₁以上(即“是”)时，转入步骤S23。另一方面，在机器人控制部14判定为接触力CF小于阈值β₁(即“否”)时，转入步骤S22。

在步骤S22中，机器人控制部14将执行手控动作时发送至各伺服电动机32的速度指令设定为第1速度指令V₁。假设，在步骤S22开始时，在速度指令已经被设定为第1速度指令V₁的情况下，机器人控制部14将速度指令的设定维持为第1速度指令V₁。

在步骤S23中，机器人控制部14对步骤S5中计算出的接触力CF是否在预先确定的阈值β₂以上进行判定。该阈值β₂被预先确定为大于上述阈值β₁的值(即，β₂＞β₁)，并存储于存储部中。

在机器人控制部14判定为接触力CF在阈值β₂以上(即“是”)时，转入步骤S25。另一方面，在机器人控制部14判定为接触力CF小于阈值β₂(即“否”)时，转入步骤S24。

在步骤S24中，机器人控制部14将执行手控动作时发送至各伺服电动机32的速度指令设定为第2速度指令V₂。该第2速度指令V₂是用于使机器人12以比第1速度慢的第2速度来进行动作的速度指令。

在步骤S25中，机器人控制部14对步骤S5中计算出的接触力CF是否在预先确定的阈值β₃以上进行判定。该阈值β₃被预先确定为比上述阈值β₂大的值(即，β₃＞β₂)，并存储于存储部中。

在机器人控制部14判定为接触力CF在阈值β₃以上(即“是”)时，转入步骤S7。另一方面，在机器人控制部14判定为接触力CF小于阈值β₃(即“否”)时，转入步骤S26。

在步骤S26中，机器人控制部14将执行手控动作发送至各伺服电动机32的速度指令设定为第3速度指令V₃。该第3速度指令V₃是用于使机器人12以比第2速度慢的第3速度来进行动作的速度指令。

这样，在本实施方式中，机器人控制部14根据步骤S5中计算出的接触力CF，来使机器人12的动作速度变化。具体来说，机器人控制部14变更速度指令的设定，以使计算出的接触力CF越大，则机器人12的动作速度越慢。

根据该结构，在接触力CF较小的情况下，通过不停止机器人12的动作，而使其动作速度减速，能够降低由于机器人12(或工件W₁)或作业员A接触外部物体而施加过大的力的忧虑。因此，能够防止作业效率降低，并确保机器人12(或工件W₁)或作业员A的安全。

接着，参照图8及图9，对另一实施方式所涉及的机器人系统60进行说明。此外，在下面说明的各种实施方式中，对与已说明的实施方式同样的要素表述相同的附图标记，省略详细的说明。

机器人系统60具备：机器人12、机器人控制部62、第1力传感器64、及第2力传感器42。机器人控制部62具有CPU及存储部(均未图示)等，直接或间接地控制机器人12的各构成要素。

第1力传感器64与上述第1力传感器40同样地由具有多个应变计的6轴力觉传感器构成，将与第1力传感器64产生的应变相对应的输出信号发送至机器人控制部62。第1力传感器64被组装在上腕部26中。

例如图10中的直角坐标系所示，机器人控制部62对第1力传感器64设定第1传感器坐标系。机器人控制部62基于来自第1力传感器64的输出信号，分别计算图10所示的第1传感器坐标系的x轴、y轴、z轴方向的力、以及绕x轴、y轴、z轴的力矩。这样，机器人控制部62对作用于第1力传感器64的合力进行计算。

另一方面，机器人控制部62对由机器人12的构成要素之中位于第1力传感器64的前端侧的部分(即，上腕部26的前端侧部分26a、前腕部28、手腕部30、及机器手24。下面，将作为“前端侧要素”来进行说明)的质量，机器手24所把持的工件W₁等的质量、以及因机器人12动作而产生的惯性力所引起且作用于第1力传感器64的内力进行计算。

该内力可以通过将机器人12的前端侧要素的质量、机器人12的姿态、以及机器人12的各构成要素的动作速度代入公知的运动方程式来进行计算。

并且，机器人控制部62通过从第1力传感器64得到的合力中减去计算出的内力，来计算施加在机器人12的前端侧要素的外力EF。该外力EF是由作业员A施加在操作部38上的操作力HF、与在机器人12的前端侧要素接触到外部物体时由该物体对该前端侧要素施加的接触力CF之和。

这样，在本实施方式中，第1力传感器64及机器人控制部62构成对施加在机器人12的前端侧要素的外力EF进行检测的外力检测部66。

外力检测部66将施加在前端侧要素的任意部位(上腕部26的部分26a、前腕部28、手腕部30、或机器手24)的外力检测为由该外力引起且作用于第1力传感器64的力。

另一方面，第2力传感器42及机器人控制部62构成对施加在操作部38的操作力HF进行检测的操作力检测部68。

接着，参照图5～图7，对机器人系统60的动作流程进行说明。机器人控制部62执行图5或图7所示的动作流程。这里，机器人系统60的动作在步骤S2及S5中，与上述的机器人系统10不同。

具体来说，在步骤S2中，机器人控制部62向第1力传感器64发送指令，开始对施加在机器人12的前端侧要素的外力EF进行检测。具体来说，机器人控制部62向第1力传感器64发送检测开始指令。

第1力传感器64若从机器人控制部62接收检测开始指令，则以周期T向机器人控制部62发送与该第1力传感器64产生的应变相对应的输出信号。机器人控制部62根据来自第1力传感器64的输出信号，来计算作用于该第1力传感器64的合力。

其另一方面，机器人控制部62在计算合力的同时，计算此时的内力。并且，机器人控制部62通过从合力中减去内力来计算施加在机器人12的前端要素的外力EF，并存储于存储部中。

在步骤S5中，机器人控制部62对施加在机器人12的前端侧要素的接触力CF进行计算。首先，机器人控制部62根据上一次检测出的操作力HF，来计算由该操作力HF所引起且作用于第1力传感器64的力HF’。

例如，机器人控制部62使构成上一次检测出的操作力HF的、第2传感器坐标系的x轴、y轴、z轴方向的力，与从第2传感器坐标系向第1传感器坐标系的坐标变换矩阵相乘，变换为第1传感器坐标系的力。由此，能够计算由操作力HF引起且作用于第1力传感器64的力HF’的、在第1传感器坐标系上的值。

接下来，机器人控制部62从上一次检测出的外力EF中减去如上述计算出的力HF’。由此，从通过第1力传感器64检测出的外力EF中去除操作力HF的成分，可以计算机器人12的前端侧要素接触到外部物体时从该物体施加在该前端侧要素的接触力CF。

这样，在本实施方式中，机器人控制部62具有作为对施加在前端侧要素的接触力CF进行计算的接触力计算部69(图9)的功能。

根据本实施方式，在执行手控动作时，由于可以实时监视由机器人12的前端侧要素与外部物体接触所引起的接触力CF，因此可以可靠地检测机器人12的前端侧要素与外部物体的接触。

接着，参照图11，对另一实施方式所涉及的机器人系统70进行说明。该机器人系统70在以下方面与上述机器人系统60不同。即，在机器人系统70中，第1力传感器74安装在手腕部30。在该实施方式中，机器人控制部72及第1力传感器74构成对施加在机器手24上的外力EF进行检测的外力检测部76。

此外，在上述实施方式中，描述了第1力传感器40、64、74由6轴力觉传感器构成的情况。然而，并不局限于此，第1力传感器也可以由扭矩传感器构成。

下面，参照图12及图13，对这种实施方式所涉及的机器人系统80进行说明。机器人系统80具备：机器人12、机器人控制部82、第1力传感器84、以及第2力传感器42。机器人控制部82具有CPU及存储部(均未图示)等，直接或间接地控制机器人12的各构成要素。

第1力传感器84具有：第1扭矩传感器86、第2扭矩传感器88、第3扭矩传感器90、第4扭矩传感器92、第5扭矩传感器94、以及第6扭矩传感器96。

第1扭矩传感器86内置于使转向机体20绕第1轴O₁转向的伺服电动机32中，并检测绕第1轴O₁的扭矩τ₁，发送至机器人控制部82。此外，第1轴O₁与铅直方向平行。

第2扭矩传感器88内置于使上腕部26绕第2轴O₂转动的伺服电动机32中，并检测绕第2轴O₂的扭矩τ₂，发送至机器人控制部82。

第3扭矩传感器90内置于使前腕部28绕第3轴O₃转动的伺服电动机32中，并检测绕第3轴O₃的扭矩τ₃，发送至机器人控制部82。

第4扭矩传感器92内置于使前腕部28绕第4轴O₄转动的伺服电动机32中，并检测绕第4轴O₄的扭矩τ₄，发送至机器人控制部82。

第5扭矩传感器94内置于使手腕部30绕第5轴O₅转动的伺服电动机32中，并检测绕第5轴O₅的扭矩τ₅，发送至机器人控制部82。

第6扭矩传感器96内置于使手腕部30绕第6轴O₆转动的伺服电动机32中，并检测绕第6轴O₆的扭矩τ₆，发送至机器人控制部82。

另一方面，机器人控制部82分别计算由机器人12的各构成要素的质量、机器手24所把持的工件W₁等的质量、以及因机器人12的各构成要素进行动作而产生的惯性力所引起且作用于绕第1～第6轴O₁、O₂、O₃、O₄、O₅及O₆的扭矩(即，“内力”)Iτ₁、Iτ₂、Iτ₃、Iτ₄、Iτ₅及Iτ₆。

这些内力Iτ₁、Iτ₂、Iτ₃、Iτ₄、Iτ₅及Iτ₆可以通过将机器人12的各构成要素的质量、机器人12的姿态、以及机器人12的各构成要素的动作速度代入公知的运动方程式来进行计算。

机器人控制部82通过从第1～第6扭矩传感器86、88、90、92、94及96得到的扭矩τ₁、τ₂、τ₃、τ₄、τ₅及τ₆中分别减去计算出的内力Iτ₁、Iτ₂、Iτ₃、Iτ₄、Iτ₅及Iτ₆，来分别计算由施加在机器人12的外力所引起且作用于绕第1～第6轴O₁、O₂、O₃、O₄、O₅及O₆的扭矩(下面，作为外力扭矩来进行说明)Eτ₁、Eτ₂、Eτ₃、Eτ₄、Eτ₅及Eτ₆。

机器人控制部82基于这些外力扭矩Eτ₁、Eτ₂、Eτ₃、Eτ₄、Eτ₅及Eτ₆，来计算施加在机器手24上的外力EF。该外力EF是由作业员A施加在操作部38上的操作力HF、与机器手24接触到外部物体时由该物体施加在该机器手24的接触力CF之和。

这样，在本实施方式中，第1力传感器84及机器人控制部82构成对施加在机器手24的外力EF进行检测的外力检测部98。另一方面，第2力传感器42及机器人控制部82构成对施加在操作部38的操作力HF进行检测的操作力检测部100。

接着，参照图5～图7，对机器人系统80的动作流程进行说明。机器人控制部82执行图5或图7所示的动作流程。这里，机器人系统80的动作在步骤S2及S5中，与上述机器人系统10不同。

具体来说，在步骤S2中，机器人控制部82向第1力传感器84发送指令，开始对施加在机器手24的外力EF进行检测。具体来说，机器人控制部82向第1～第6扭矩传感器86、88、90、92、94及96发送检测开始指令。

第1～第6扭矩传感器86、88、90、92、94及96若从机器人控制部82接收检测开始指令，则以周期T检测扭矩τ₁、τ₂、τ₃、τ₄、τ₅及τ₆，并分别发送至机器人控制部82。

其另一方面，机器人控制部82在取得扭矩τ₁、τ₂、τ₃、τ₄、τ₅及τ₆的同时，分别计算此时的内力Iτ₁、Iτ₂、Iτ₃、Iτ₄、Iτ₅及Iτ₆。

然后，机器人控制部82从扭矩τ₁、τ₂、τ₃、τ₄、τ₅及τ₆中分别减去内力Iτ₁、Iτ₂、Iτ₃、Iτ₄、Iτ₅及Iτ₆，来分别计算外力扭矩Eτ₁、Eτ₂、Eτ₃、Eτ₄、Eτ₅及Eτ₆。并且，机器人控制部82根据外力扭矩Eτ₁、Eτ₂、Eτ₃、Eτ₄、Eτ₅及Eτ₆，计算施加在机器手24的外力EF，并存储于存储部中。

在步骤S5中，机器人控制部82计算施加在机器手24上的接触力CF。具体来说，机器人控制部82从上一次检测出的外力EF中减去上一次检测出的操作力HF。由此，可以从通过第1力传感器84检测出的外力EF中去除操作力HF，来计算在机器手24接触到外部物体时由该物体施加在该机器手24的接触力CF。

这样，在本实施方式中，机器人控制部82具有作为对施加在机器手24的接触力CF进行计算的接触力计算部102(图13)的功能。

根据本实施方式，由于可以在执行手控动作时，实时监视由机器手24(或工件W₁)与外部物体的接触所引起的接触力CF，因此可以可靠检测机器手24(或工件W₁)与外部物体的接触。

此外，在上述实施方式中，对机器人12为垂直多关节型机器人的情况进行了描述。然而，并不局限于此，机器人12也可以是例如关节型或并联型这样的任何类型的机器人。

另外，在图6所示的动作流程中，对在步骤S11中使机器人12停止的情况进行了描述。然而，并不局限于此，例如，机器人控制部14、62、72、82也可以不执行步骤S11，而仅在步骤S12中向作业员A发出警告。

另外，机器人控制部14、62、72、82也可以在显示器中实施显示步骤S5中计算出的接触力CF。在这种情况下，机器人控制部14、62、72、82也可以不执行图6所示的步骤S11，而仅将计算出接触力CF显示在显示器中并将接触力CF通知给作业员A。

另外，在上述实施方式中，对力传感器40、42、64及74由具有应变计的6轴力觉传感器构成的情况进行了描述。然而，并不局限于此，力传感器40、42、64及74也可以是例如基于静电容量的变化来检测力的传感器或以光学方式检测应变的传感器。

另外，从机器人系统10中使用的、第1力传感器40及第2力传感器42的输出信号中去除噪声成分的过滤，也可以同样适用于机器人系统60、70及80。

以上，通过发明的实施方式对本发明进行了说明，但是上述实施方式并不限定权利要求书所涉及的发明。另外，对本发明的实施方式中说明的特征进行组合的方式也应当包含在本发明的技术范围内，而这些特征的所有组合并不限于是发明的解决手段所必须的。进而，本领域技术人员清楚知道还可以对上述实施方式施加各种变更或改良。

另外，应注意的是，对于权利要求书、说明书及附图中所示出的装置、系统、程序及方法中的动作、顺序、步骤、工序及阶段等各处理的执行顺序，只要没有明示“的前面”、“之前”等、并且在后面的处理中不使用之前的处理的输出，就能够以任意顺序来实现。关于权利要求书、说明书及附图中的动作流程，即使为方便起见使用“首先、”、“接着、”、“接下来”等来进行了说明，也并不表示必须以该顺序来进行实施。

Claims

1.一种机器人系统，是通过与作业员协动来进行作业的人协动型的机器人系统，其特征在于，该机器人系统具备：

机器人，其具有操作部；

操作力检测部，其对施加于所述操作部的操作力进行检测；

动作控制部，其按照所述操作力检测部检测出的所述操作力来使所述机器人进行动作；

外力检测部，其在所述动作控制部使所述机器人进行动作时检测施加于该机器人的外力，其中，所述外力是所述操作力与所述机器人接触到外部物体时从该物体施加于该机器人的接触力之和；以及

接触力计算部，其从所述外力检测部检测出的所述外力中减去所述操作力检测部检测出的所述操作力，来计算所述接触力。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，

所述接触力计算部进行如下过滤：从所述操作力检测部检测出的所述操作力或所述外力检测部检测出的所述外力中去除噪声成分。

3.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，

在所述接触力计算部计算出的所述接触力超过预先确定的阈值时，所述动作控制部停止所述机器人的动作。

4.根据权利要求3所述的机器人系统，其特征在于，

所述动作控制部仅在停止所述机器人的动作后所述操作力检测部检测出的所述操作力的方向为能够减少所述接触力的方向的情况下，使所述机器人按照该操作力进行动作。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人系统，其特征在于，

所述动作控制部根据所述接触力计算部计算出的所述接触力，使所述机器人的动作速度进行变化。