CN107662206A - 机器人的控制装置和控制方法 - Google Patents

机器人的控制装置和控制方法 Download PDF

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Abstract

提供一种防止机器人的动作速度全部被限制而提高机器人的作业效率的机器人的控制装置。一种机器人(2)的控制装置(1)，具有：速度计算单元(11)，基于动作程序中记载的速度指令值，计算按照动作程序进行动作的机器人(2)的至少一个关注部位的速度；限制方向设定单元(12)，设定对关注部位的速度进行限制的方向；限制速度分量计算单元(13)，计算由速度计算单元(11)计算出的关注部位的速度中由限制方向设定单元(12)设定的方向上的速度分量；以及速度限制单元(14)，仅对于由限制速度分量计算单元(13)计算出的速度分量超过预先设定的限制速度的动作，限制机器人(2)的动作速度以使其变为限制速度以下。

Description

机器人的控制装置和控制方法
技术领域
本发明涉及一种机器人的控制装置和控制方法。
背景技术
以往，已知有如下一种机器人的控制装置(例如参照专利文献1)：具有检测装置，能够根据作业者的体重检测作业者的位置，并且在作业者示范机器人的模式下，根据由检测装置检测出的作业者的位置来选择限制速度，从而对机器人进行控制。
另外，已知如下一种生产系统(例如参照专利文献2)：事先设定机器人与人之间的协调动作区域，在机器人进入协调动作区域时，对机器人的动作速度进行限制以使机器人的动作速度低于位于协调动作区域外时的最高速度而变为低速。
专利文献1：日本专利第4513568号公报
专利文献2：日本专利第4648486号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，在专利文献1的机器人的控制装置和专利文献2的生产系统中，存在以下问题：当检测到规定的区域内存在人或机器人时，必然会对机器人的动作速度进行限制。也就是说，即使是不需要限制机器人的动作速度的情况，机器人的动作速度也会被限制，因此存在导致机器人的作业效率下降的问题。
本发明是鉴于上述的情形而完成的，其目的在于提供一种机器人的控制装置和控制方法，能够防止机器人的动作速度全部被限制的情况，从而提高机器人的作业效率。
解决问题的手段
为了达到上述目的，本发明提供以下方案。
本发明的一个方面提供了一种机器人的控制装置，具有：速度计算单元，基于动作程序中记载的速度指令值，计算按照所述动作程序进行动作的机器人的至少一个关注部位的速度；限制方向设定单元，设定对所述关注部位的速度进行限制的方向；限制速度分量计算单元，计算由所述速度计算单元计算出的所述关注部位的速度中由所述限制方向设定单元设定的方向上的速度分量；以及速度限制单元，仅对于所述限制速度分量计算单元计算出的速度分量超过预先设定的限制速度的动作，限制所述机器人的动作速度以使其变为所述限制速度以下。
根据本方面，通过限制方向设定单元来设定对速度进行限制的方向，按动作程序中记载的每个动作指令，由速度计算单元基于动作指令值计算机器人的至少一个关注部位的速度，并通过限制速度分量计算单元对计算出的速度中由限制方向设定单元设定的方向上的速度分量进行计算。然后，在速度限制单元中，判定计算出的速度分量是否超过了预先设定的限制速度，在超过了限制速度的情况下，仅针对该动作限制机器人的动作速度以使其变为限制速度以下。
也就是说，即使机器人位于机器人与人相接近的区域，也不会全部限制机器人的动作速度，而仅是针对限制方向设定单元设定的方向上的速度分量超过限制速度的动作进行限制，因此能够防止对机器人的动作速度进行过度地限制，从而提高机器人的作业效率。
在上述方面中，也可以为，还具有：限制区域设定单元，设定对所述机器人的动作速度进行限制的限制区域；以及位置判定单元，判定所述机器人的所述关注部位是否位于所述限制区域内，其中，在所述位置判定单元判定所述机器人的所述关注部位位于所述限制区域内时，所述速度限制单元对所述机器人的动作速度进行限制。
通过这样，在位置判定单元判定机器人的关注部位位于由限制区域设定单元设定的限制区域内时，对机器人的动作速度进行限制。也就是说，在机器人的关注部位位于限制区域外的情况下，不进行动作速度的限制，因此进一步限定了对机器人的动作速度进行限制的情况，能够提高机器人的作业效率。
另外，在上述方面中，也可以为，所述限制方向设定单元基于预先设定的坐标系来设定对所述速度进行限制的方向。
通过这样，根据机器人的动作的坐标系、由作业者定义的坐标系等任意的坐标系以及正交坐标系或圆柱坐标系等任意方式的坐标系，设定对速度进行限制的方向。基于想要限制速度的区域、与机器人的轴结构相应的坐标系来限制速度，从而能够容易地设定想要限制速度的方向。
另外，在上述方面中，也可以为，还具有设定有无判定单元，所述设定有无判定单元用于判定是否通过所述限制方向设定单元设定了对所述速度进行限制的方向，在所述设定有无判定单元判定为未设定对所述速度进行限制的方向时，所述速度限制单元对所述机器人的所有动作的动作速度进行限制，以使其变为预先设定的所述限制速度以下。
通过这样，在设定有无判定单元判定为未设定对速度进行限制的方向时，对机器人的所有动作的动作速度进行限制以使其变为限制速度以下。由此，在机器人与人相接近来进行作业的情况下，能够更可靠地避免在未设定对动作进行限制的方向的情况下的机器人与人的接触。
另外，在上述方面中，也可以为，所述关注部位为所述机器人的动作的控制点。
通过这样，通常根据以控制点为基准生成的动作程序，能够使速度计算单元更容易计算出关注部位的速度。
另外，本发明的其它方面是一种机器人的控制方法，包括以下步骤：速度计算步骤，基于动作程序中记载的速度指令值，计算按照示范的所述动作程序进行动作的机器人的至少一个关注部位的速度；限制方向设定步骤，设定对所述关注部位的速度进行限制的方向；限制速度分量计算步骤，计算通过所述速度计算步骤计算出的所述关注部位的速度中通过所述限制方向设定步骤设定的方向上的速度分量；以及速度限制步骤，仅对于所述限制速度分量计算步骤计算出的速度分量超过预先设定的限制速度的动作，限制所述机器人的动作速度以使其变为所述限制速度以下。
发明的效果
根据本发明，能够实现以下技术效果：防止机器人的动作速度全部被限制，从而提高机器人的作业效率。
附图说明
图1是表示具有本发明的一个实施方式所涉及的机器人的控制装置的机器人系统的整体结构图。
图2是说明图1的机器人系统中的机器人的控制装置的硬件结构的图。
图3是通过功能块表示图1的机器人系统中的机器人的控制装置的框图。
图4是表示图1的机器人系统中的坐标系和关注部位的速度的一例的图。
图5是说明图1的机器人的控制装置进行的本发明的一个实施方式所涉及的机器人的控制方法的流程图。
图6是表示图3的机器人的控制装置的第一变形例的框图。
图7是说明图5的机器人的控制方法的第一变形例的流程图。
图8是表示图3的机器人的控制装置的第二变形例的框图。
图9是说明图5的机器人的控制方法的第二变形例的流程图。
图10是表示机器人中所设定的关注部位的变形例的图。
图11是表示为了设定动作速度的限制方向而设定的正交坐标系的变形例的俯视图。
图12是表示为了设定动作速度的限制方向而设定的圆柱坐标系的一例的俯视图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的一个实施方式所涉及的机器人2的控制装置1和控制方法进行说明。
如图1所示的机器人系统100那样，本实施方式所涉及的控制装置1例如是连接于垂直多关节机器人等的机器人2上，并且按照动作程序控制机器人2动作的装置。如图2所示，该控制装置1具有CPU 3以及并列连接于总线4的教学操作盘I/F5、ROM 6、RAM 7、非易失性存储器8、轴控制电路9，且总线4与该CPU 3连接。
教学操作盘I/F5上连接有教学操作盘10。教学操作盘10带有显示功能，作业者通过手动操作该教学操作盘10来进行机器人2的动作程序的生成、修正、登记、或者各种参数的设定，并且还执行教导的动作程序的再生运行、微动进给等。
用于支持机器人2和控制装置1的基本功能的系统程序被保存在ROM6中。另外，与应用程序对应教导的机器人2的动作程序和关联的设定数据被保存在非易失性存储器8中。RAM 7被作为CPU 3进行各种运算处理时的暂时性存储数据的存储区域来使用。
轴控制电路9接收移动指令以及从各轴附带的脉冲编码器(省略图示)接收到的反馈信号，并向使机器人2的各轴进行动作的伺服放大器(省略图示)输出扭矩指令，该移动指令是通过用于机器人控制的运算处理(轨道计划生成和基于该轨道计划生成的插值、逆变换等)而生成的。
另外，在本实施方式所涉及的控制装置1中，通过上述硬件结构实现了图3所示的功能块。
即，控制装置1具有：速度计算单元11，计算机器人2的至少一个关注部位P1的速度；限制方向设定单元12，设定限制关注部位P1的速度的方向；限制速度分量计算单元13，计算由速度计算单元11计算出的速度中由限制方向设定单元12设定的方向上的速度分量；速度限制单元14，对机器人2的动作速度进行限制；以及轴控制电路9。
速度计算单元11由CPU 3构成，基于保存在非易失性存储器8中的动作程序的每个动作指令所设定的速度指令值，计算机器人2的关注部位P1的速度。作为机器人2的关注部位P1，例如，可以列举在动作程序中设定的TCP(Tool Center Point：工具中心点)那样的机器人2的控制点。
限制方向设定单元12由教学操作盘10、教学操作盘I/F5以及非易失性存储器8构成，作业者操作教学操作盘10，在对同样设定的任意的坐标系进行设定的同时，设定对速度进行限制的方向，并存储到非易失性存储器8中。作为坐标系，例如，在如图4所示的例子中可以使用机器人2的基准坐标系。在图中，V为TCP的速度分量，Vx为TCP在X方向的速度分量，Vz为TCP在Z方向的速度分量。
限制速度分量计算单元13由CPU 3构成，计算由速度计算单元11计算出的关注部位的速度中由限制方向设定单元12设定的方向上的速度分量。
另外，速度限制单元14也由CPU 3构成，判定限制速度分量计算单元13计算出的速度分量是否超过预先设定的限制速度，仅对于超过限制速度的动作，将限制机器人2的动作速度的新的速度指令值发送到轴控制电路9，从而使速度分量变为限制速度以下。
下面对像这样构成的本实施方式所涉及的机器人2的控制装置1实施的机器人2的控制方法进行说明。
如图5所示，本实施方式所涉及的机器人2的控制方法为：设定TCP(步骤S1)，设定进行速度限制的限制方向(限制方向设定步骤S2)，从动作程序中读入每个动作指令的速度指令值(步骤S3)，计算TCP的速度(速度计算步骤S4)。
接着，计算在限制方向设定步骤S2中设定的限制方向上的TCP的速度分量(限制速度分量计算步骤S5)，判定计算出的速度分量是否大于规定的限制速度(步骤S6)。当速度分量大于限制速度时，进行速度限制并计算出新的速度指令值(速度限制步骤S7)，当速度分量小于或等于限制速度时，按照动作程序中设定的速度指令值进行动作指令(步骤S8)。
在速度限制步骤S7中，通过下面的公式计算出新的速度指令值。
Vnew＝Vold×VLim/Vx
在此，Vnew为新的速度指令值，Vold为动作程序中设定的速度指令值，VLim为限制速度。
然后，判断是否所有的动作指令都已结束(步骤S9)，在未结束时，重复进行从步骤S3起的工序。
像这样，根据本实施方式所涉及的机器人2的控制装置1和机器人2的控制方法，仅限于作业者预先设定的方向上的机器人2的TCP的速度分量超过了限制速度的动作，对机器人2的动作速度进行限制，因此与以往的只要机器人进入规定的区域，则一律限制机器人的动作速度的机器人的控制装置等不同，具有对进行速度限制的情况加以限定而提高机器人2的作业效率的优点。
此外，在本实施方式中，虽然在所有的区域中都对所设定的方向上的机器人2的动作速度分量进行了限制，但是作为替代，也可以仅在预先设定的规定的区域内对所设定的方向上的动作速度分量进行限制。
例如，如图6所示，也可以具有限制领域设定单元15和位置判定单元16，其中，限制领域设定单元15设定限制动作速度的限制区域，位置判定单元16根据机器人2的关注部位P1的位置信息判定关注部位P1是否位于限制区域内。
由此，如图7所示，在位置判定单元16判定关注部位P1位于限制区域内时(步骤S10)，实施以下步骤：通过速度计算单元11计算关注部位P1的速度(速度计算步骤S4)、通过限制速度分量计算单元13计算限制方向上的速度分量(限制速度分量计算步骤S5)、通过速度限制单元14进行动作速度的限制(步骤S6)。另一方面，在位置判定单元16判定关注部位P1位于限制区域以外时(步骤S10)，不实施从步骤S4到步骤S7的动作限制，而输出基于动作程序的速度指令值的速度指令(步骤S9)。
通过这样，仅在关注部位P1位于由作业者设定的限制区域内时，限制动作速度以使限制方向上的速度分量变为限制速度以下，因此具有以下优点：进一步限定了对动作速度进行限制的情况，能够提高机器人2的作业效率。
关注部位P1的位置信息可以通过未图示的传感器进行检测，也可以基于动作程序进行计算。
另外，如图8所示，也可以具有设定有无判定单元17，其判定是否通过限制方向设定单元12设定了动作速度的限制方向。并且，如图9所示，在设定了限制方向的情况下，通过速度限制单元14对限制方向的动作速度进行限制，在未设定的情况下，对所有方向的动作速度进行限制即可(步骤S11)。
通过这样，在机器人2与人接近进行作业的情况下，在未设定对动作进行限制的方向时也能够更可靠地避免机器人2与人的接触。
另外，在本实施方式中，作为关注部位P1，例示了作为机器人2的控制点的TCP，但是并不限定于此，可以将任意的点设定为关注部位P1。另外，如图10所示，也可以设定两个以上的关注部位P1、P2、P3、P4、P5，对各关注部位P1、P2、P3、P4、P5进行速度限制使得限制方向的动作速度成为限制速度以下。
另外，对于进行速度限制的限制方向，也不限于机器人2的基准坐标系，如图11所示，也可以是由作业者任意设定的坐标系。通过针对限制区域的形状、朝向来相应地设定坐标系，也能够容易地设定限制方向。图中，V为任意设定的坐标系的速度分量，Vx为任意设定的坐标系的X方向上的速度分量，Vy为任意设定的坐标系的Y方向上的速度分量。
另外，作为坐标系，不限定于正交坐标系，如图12所示，也可以根据圆柱坐标系来设定限制方向。在图中，V为圆柱坐标系的速度分量，Vr为圆柱坐标系的半径方向r的速度分量，Vθ为圆柱坐标系的切线方向θ的速度分量。
另外，也可以具有进行速度限制的动作模式和不进行速度限制的动作模式，通过作业者的设定、或者通过安全罩中的传感器等来对动作模式进行切换。
附图标记说明
1：控制装置；
11：速度计算单元；
12：限制方向设定单元；
13：限制速度分量计算单元；
14：速度限制单元；
15：限制区域设定单元；
16：位置判定单元；
17：设定有无判定单元；
P1、P2、P3、P4、P5：关注部位；
S2：限制方向设定步骤；
S4：速度计算步骤；
S5：限制速度分量计算步骤；
S7：速度限制步骤。

Claims (6)

1.一种机器人的控制装置，具有：
速度计算单元，基于动作程序中记载的速度指令值，计算按照所述动作程序进行动作的机器人的至少一个关注部位的速度；
限制方向设定单元，设定对所述关注部位的速度进行限制的方向；
限制速度分量计算单元，计算由所述速度计算单元计算出的所述关注部位的速度中由所述限制方向设定单元设定的方向上的速度分量；以及
速度限制单元，仅对于所述限制速度分量计算单元计算出的速度分量超过预先设定的限制速度的动作，限制所述机器人的动作速度以使其变为所述限制速度以下。
2.根据权利要求1所述的机器人的控制装置，其特征在于，还具有：
限制区域设定单元，设定对所述机器人的动作速度进行限制的限制区域；以及
位置判定单元，判定所述机器人的所述关注部位是否位于所述限制区域内，
其中，在所述位置判定单元判定所述机器人的所述关注部位位于所述限制区域内时，所述速度限制单元对所述机器人的动作速度进行限制。
3.根据权利要求1或2所述的机器人的控制装置，其特征在于，
所述限制方向设定单元根据预先设定的坐标系来设定对所述速度进行限制的方向。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人的控制装置，其特征在于，
还具有设定有无判定单元，所述设定有无判定单元用于判定是否通过所述限制方向设定单元设定了对所述速度进行限制的方向，
在所述设定有无判定单元判定为未设定对所述速度进行限制的方向时，所述速度限制单元对所述机器人的动作速度进行限制，以使所述机器人的所有动作变为预先设定的所述限制速度以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人的控制装置，其特征在于，
所述关注部位为所述机器人的动作的控制点。
6.一种机器人的控制方法，包括以下步骤：
速度计算步骤，基于动作程序中记载的速度指令值，计算按照教导的所述动作程序进行动作的机器人的至少一个关注部位的速度；
限制方向设定步骤，设定对所述关注部位的速度进行限制的方向；
限制速度分量计算步骤，计算通过所述速度计算步骤计算出的所述关注部位的速度中通过所述限制方向设定步骤设定的方向上的速度分量；以及
速度限制步骤，仅对于所述限制速度分量计算步骤计算出的速度分量超过预先设定的限制速度的动作，限制所述机器人的动作速度以使其变为所述限制速度以下。
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