CN108068111A - 具有协同动作区域的机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有协同动作区域的机器人系统，其包含：位置记录部，其记录通过停止部使机器人已停止时的机器人的停止位置；以及位置分布生成部，其生成由位置记录部记录的机器人的停止位置的分布。并且，控制装置包含速度变更部，其根据生成的机器人的停止位置的分布，变更机器人的动作速度。

Description

具有协同动作区域的机器人系统

技术领域

本发明涉及一种具有作业者和机器人能够同时进入的协同动作区域的机器人系统。

背景技术

近年来，开发了一种在生产现场混合配置作业者和机器人，使作业者和机器人分担生产作业的协作机器人系统。为了确保作业者的安全，有时会在作业者与机器人之间配置安全栏。然而，当配置安全栏时会导致作业延迟，近年来提出了一种不使用安全栏的协作机器人系统。

在日本专利第5927284号公报中，为了确保作业者的安全，当机器人接近或接触作业者时，根据检测出的外力使机器人停止。另外，在日本特开2007-283450号公报中，在作业者或机器人进入预定区域的情况下，限制机器人的动作速度。如此，在专利第5927284号公报和特开2007-283450号公报中，能够确保作业者的安全。

然而，在专利第5927284号公报等中，在机器人已停止的情况下，需要重新开始机器人的动作的操作，为了提高机器人的作业效率，希望机器人尽量不停止。

另外，在机器人和作业者无意识地接触的情况下，作业者引发作业失误的可能性较高。因此，当机器人和作业者频繁接触时，作业效率和安全性下降。并且，在特开2007-283450号公报中，操作者需要使用安全传感器等预先明确定义预定区域。这种事先的作业既繁杂又耗时间。

专利第5927284号公报

特开2007-283450号公报

发明内容

本发明是鉴于这种情况而提出的，其目的在于，提供一种无需事先的作业即可谋求提高作业效率和作业者安全性的协作机器人系统。

为了达成上述目的，根据发明的第一方式，提供一种具有作业者和机器人能够同时进入的协同动作区域的机器人系统，其具备控制装置，该控制装置控制所述机器人，该控制装置包含：停止部，其在施加给所述机器人的外力超过了预定的限制值的情况下，使所述机器人停止；位置记录部，其记录通过该停止部所述机器人已停止时的所述机器人的停止位置或所述机器人的停止位置和姿势；位置分布生成部，其生成由该位置记录部记录的所述机器人的停止位置的分布；以及速度变更部，其根据由该位置分布生成部生成的所述机器人的停止位置的分布，变更所述机器人的动作速度。

通过对附图所示的本发明的典型的实施方式进行详细说明，本发明的这些目的、特征、优势以及其他的目的、特征、优势会变得更明确。

附图说明

图1表示本发明的人协作机器人系统的基本结构。

图2表示在X方向和Y方向的机器人的移动。

图3用于说明速度限制区域的设定和路径的变更。

图4是表示在X方向和Y方向的机器人的移动的另一图。

图5表示多个人协作机器人系统的结构。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。在下面的图中，对相同的部件附加相同的参照符号。为了便于理解，对这些附图的比例尺进行适当变更。

图1是表示本发明的人协作机器人系统的基本结构的图。如图1所示，人协作机器人系统1主要包含：机器人10、控制机器人10的控制装置20以及人11。机器人10被配置在人11的附近，在人协作机器人系统1中，机器人10和人11能够共享作业空间来进行协作作业。

机器人10例如是六轴多关节机器人，且在其前端具备能够抓持工件W的手H。并且，在手H与机器人手臂的前端之间将外力传感器S内置在机器人10中。机器人10可以是与图1所示的结构不同的结构，且可以将外力传感器S内置在机器人10的其他位置。使外力传感器S用于检测作用于机器人10的外力。

图1所示的控制装置20为数字计算机，包含使机器人10进行动作的预定的动作程序26。将动作程序26存储在存储器，例如ROM中。控制装置20包含：比较部21，其将由外力传感器S检测出的外力与预定的限制值进行比较；以及停止部22，其在外力超过预定的限制值的情况下，使机器人10停止。停止部22可以是切断向机器人10的电源的电源切断部。

并且，控制装置20包含了位置记录部23，其记录由停止部22使得机器人10已停止时的机器人的停止位置或机器人10的停止位置以及姿势。位置记录部23为存储器，例如RAM等。

并且，控制装置20包含位置分布生成部24，其生成由位置记录部23记录的机器人10的停止位置的分布。并且，控制装置20包含速度变更部25，其根据由位置分布生成部24生成的机器人10的停止位置的分布，自动地变更机器人10的动作速度。使控制装置20的CPU具有作为位置分布生成部24和速度变更部25的功能。控制装置20的后述的其他构成要素也大体相同。

并且，如图1所示，控制装置20包含路径生成部27，其根据动作程序26的内容生成机器人10的动作路径。并且，控制装置20包含路径变更部28，其根据由位置分布生成部24生成的机器人10的停止位置的分布，自动地变更机器人10的动作路径。

机器人10沿着由路径生成部27生成的动作路径进行移动。在机器人10移动时，以预定的控制周期向比较部21供给外力传感器S的输出值。比较部21在每次被供给外力传感器S的输出值时，将输出值与预定的限制值进行比较。并且，在外力传感器S的输出值大于预定的限制值的情况下，判断为机器人10接触了人11或外部的障碍物。在这种情况下，由停止部22使机器人10停止，并且将此时的机器人10的停止位置和/或姿势记录在位置记录部23中。此外，设为从机器人中内置的电机M中安装的编码器E获知机器人10的停止位置。

当至少一次进行了这样的处理时，位置分布生成部24生成机器人10的多个停止位置的分布。图2表示在X方向和Y方向的机器人的移动。图2中，横轴表示X方向，纵轴表示Y方向。此外，在下面的说明中，假设说明机器人10在XY平面中移动，但对于YZ平面、XZ平面也大体相同。

并且，图2所示的多个圆表示机器人10的停止位置，由位置分布生成部24生成这样的停止位置的分布。另外，图2所示的实线A为路径生成部27生成的机器人10的动作路径。

并且，位置分布生成部24基于停止位置的分布，设定一个或多个速度限制区域。具体而言，如图2所示，位置分布生成部24在停止位置集中的位置设定限制机器人10的动作速度的区域R1。并且，位置分布生成部24在区域R1的周围设定进一步限制机器人10的动作速度的区域R2。

在一个实施方式中，区域R1中的机器人10的动作速度为指令速度的20％，区域R2中的机器人10的动作速度为指令速度的50％。显而易见，可以变更各区域R1、R2中的动作速度。

图3用于说明速度限制区域的设定等。在图3中与X方向和Y方向相关地表示了由位置分布生成部24生成的机器人10的停止位置的分布。

如图3所示，机器人10的停止位置关于X方向和Y方向呈正态分布。图3中的Xm和Ym是对多个停止位置的X坐标和Y坐标的各个平均值。并且，Xσ和Yσ是X方向和Y方向的标准偏差。

此处，速度变更部25在机器人10的X坐标在Xm-Xσ～Xm+Xσ时，将机器人10的X方向上的速度设定成指令速度的50％。并且，速度变更部25在机器人10的X坐标在Xm-2Xσ～Xm-Xσ以及Xm+Xσ～Xm+2Xσ时，将机器人10的X方向上的速度设定成指令速度的20％。

同样地，速度变更部25在机器人10的Y坐标在Ym-Yσ～Ym+Yσ时，将机器人10的Y方向上的速度设定成指令速度的50％。并且，速度变更部25在机器人10的Y坐标在Ym-2Yσ～Ym-Yσ以及Ym+Yσ～Ym+2Yσ时，将机器人10的Y方向上的速度设定成指令速度的20％。

如此，基于停止位置的平均值Xm、Ym和标准偏差Xσ、Yσ设定图2所示的区域R1、R2。接着，当使机器人10动作时，机器人10的动作速度在停止多的区域下降。因此，能够避免人11无意识地接触机器人10导致机器人10停止的情况。并且，在本发明中，因为没有使机器人10停止，所以能够避免机器人10的作业效率降低。

并且，若求出至少一个停止位置，则能够设定区域R1。并且，当停止位置的数量增加时，能够设定区域R1、R2，且这些区域的精度也上升。在本发明中，几乎无需为了设定这样的使动作速度降低的区域而进行事先的准备，这对操作者而言是有利的。

此外，在未图示的实施方式中，可以省略区域R2的设定。或者，可以设定三个以上的区域。在该情况下，越接近平均值Xm、Ym使在各区域中设定的速度越小。并且，可以使用大于0的系数k，将Xm-k·Xσ～Xm+k·Xσ和Ym-k·Yσ～Ym+k·Yσ的区域设定为使速度降低的区域。

图4是表示X方向和Y方向上的机器人的移动的其他图。在图4中，除了机器人的动作路径A外，还表示了变更后的新的动作路径A’。由路径变更部28基于停止位置的平均值Xm、Ym以及标准偏差Xσ、Yσ从动作路径A生成该动作路径A’。

具体而言，路径变更部28将图3中的机器人10的X坐标处于Xm-Xσ～Xm+Xσ之间的区域设定为机器人10无法通过的区域。同样，路径变更部28将图3中的机器人10的Y坐标处于Ym-Yσ～Ym+Yσ之间的区域设定为机器人10无法通过的区域。

接着，路径变更部28以避开机器人10无法通过的区域的方式，生成新的路径A’(参照图4)。图4中的原路径A向“-Y方向”弯曲。将新的路径A’生成为从原路径A的弯曲部分向大致相同的方向突出。

并且，当使机器人10动作时，机器人10避开停止多的区域进行移动。从而，能够避免人11无意识地接触机器人10导致机器人10停止的情况。并且，在本发明中，因为没有使机器人10停止和减速，所以能够避免机器人10的作业效率下降。

如同上述，如果求出至少一个停止位置，则能够设定路径A’。并且，当停止位置的数量增加时，路径A’的精度也上升。在本发明中，几乎无需为了设定这样的路径A’而进行事先的准备，这对操作者而言是有利的。此外，在图4所示的实施方式中，可以将Xm-k·Xσ～Xm+k·Xσ以及Ym-k·Yσ～Ym+k·Yσ的区域设定为机器人10无法通过的区域。

接下来，图5表示多个人协作机器人系统的结构。在图5中表示了两个控制装置20a、20b和分别与这些控制装置20a、20b相连接的机器人10a、10b。图5所示的控制装置20a、20b具备：比较部21a和21b、位置记录部23a和23b以及位置分布生成部24a和24b。虽然未图示，但是使两个控制装置20a、20b还具备图1所示的其他要素，例如停止部等。

根据图5可知，两个控制装置20a、20b通过网络50相互连接。并且，管理装置30连接至网络50。管理装置30例如是对在工厂中配置的全部多个机器人进行管理的装置。如图所示，管理装置30具备与上述相同的位置记录部33和位置分布生成部34。此外，还可以将多台控制装置与网络50连接。

如上所述，在作为各个控制装置20a、20b的比较部21a、21b的比较结果，机器人10a、10b已停止的情况下，将机器人10a、10b的停止位置等分别记录在位置记录部23a、23b中。

例如，将控制装置20a的位置记录部23a中记录的机器人10a的停止位置等经过网络50提供给其他控制装置20b的位置记录部23b和/或管理装置30的位置记录部33。

在机器人10a、10b的构成等相同的情况下，其他控制装置20b的位置分布生成部24b基于被提供的机器人10a的停止位置和在位置记录部23b中预先记录的机器人10b的停止位置，生成停止位置的分布。在这种情况下，因为停止位置的数量增加，所以能够生成精细的停止位置的分布。结果，可知能够更准确地由速度变更部25进行速度降低以及由路径变更部28进行路径变更。

或者，其他的控制装置20b的位置分布生成部24b可以分别生成机器人10a的停止位置的分布和机器人10b的停止位置的分布。由此，能够减少其中一方的控制装置的负荷。这在机器人10a、10b的构成等不相同的情况下尤为有利。此外，在将机器人10b的停止位置提供给控制装置20a的位置记录部23a时也可以进行大体相同的处理。

同样地，可以由管理装置30的位置记录部33基于被提供的机器人10a的停止位置，生成停止位置的分布。并且，可以将机器人10a的停止位置和机器人10b的停止位置提供给管理装置30的位置记录部33，由位置分布生成部34生成机器人10a、10b各自的停止位置的分布。显而易见，可以由位置分布生成部34对机器人10a、10b生成共同的停止位置的分布。

将这些停止位置的分布提供给控制装置20a、20b，并由各控制装置中的速度变更部25和/或路径变更部28如上述那样使用。此时，可知降低各控制装置20a、20b的位置分布生成部24a、24b的负荷。

本公开的实施方式

根据第一实施方式，提供一种具有作业者和机器人能够同时进入的协同动作区域的机器人系统，其具备控制装置，该控制装置控制所述机器人，该控制装置包含：停止部，其在施加给所述机器人的外力超过了预定的限制值的情况下，使所述机器人停止；位置记录部，其记录通过该停止部使所述机器人已停止时的所述机器人的停止位置或所述机器人的停止位置以及姿势；位置分布生成部，其生成由该位置记录部记录的所述机器人的停止位置的分布；以及速度变更部，其根据由该位置分布生成部生成的所述机器人的停止位置的分布，变更所述机器人的动作速度。

根据第二实施方式，在第一实施方式中，具备：多个所述机器人；控制该多个所述机器人的多个所述控制装置；以及将所述多个控制装置相互连接的网络，将通过所述多个控制装置中的一个控制装置的位置记录部记录的所述停止位置经由所述网络传送给其他的控制装置，所述其他的控制装置的位置分布生成部生成所述一个控制装置的位置记录部中记录的所述机器人的停止位置和所述其他的控制装置的位置记录部中记录的其他的机器人的停止位置中的至少一方的停止位置的分布。

根据第三实施方式，在第一实施方式中，具备：多个所述机器人和控制该多个所述机器人的多个所述控制装置；将所述多个控制装置相互连接的网络；以及对配置了所述多个所述机器人的工厂进行管理的管理装置，将通过所述多个控制装置中的各个控制装置的位置记录部记录的所述位置经由所述网络传送给所述管理装置，该管理装置包含：位置记录部，其记录由所述多个控制装置中的各个控制装置的停止部使所述机器人已停止时的所述机器人的停止位置或所述机器人的位置和姿势；以及位置分布生成部，其生成由该位置记录部记录的所述多个机器人的停止位置各自的分布。

根据第四实施方式，提供一种具有作业者和机器人能够同时进入的协同动作区域的机器人系统，具备：控制装置，其控制所述机器人，该控制装置包含：停止部，其在施加给所述机器人的外力超过了预定的限制值的情况下，使所述机器人停止；位置记录部，其存储由该停止部使所述机器人已停止时的所述机器人的停止位置或所述机器人的停止位置以及姿势；位置分布生成部，其生成由该位置记录部记录的所述机器人的停止位置的分布；以及路径变更部，其根据由该位置分布生成部生成的所述机器人的停止位置的分布，变更所述机器人的动作路径。

根据第五实施方式，在第四实施方式中，具备：多个所述机器人；控制该多个所述机器人的多个所述控制装置；以及将所述多个控制装置相互连接的网络，将所述多个控制装置中的一个控制装置的位置记录部所记录的所述停止位置经由所述网络传送给其他的控制装置，所述其他的控制装置的位置分布生成部生成在所述一个控制装置的位置记录部中记录的所述机器人的停止位置和在所述其他的控制装置的位置记录部中记录的其他的机器人的停止位置中的至少一方的停止位置的分布。

根据第六实施方式，在第四实施方式中，具备：多个所述机器人和控制该多个所述机器人的多个所述控制装置；将所述多个控制装置相互连接的网络；以及对配置了多个所述机器人的工厂进行管理的管理装置，将所述多个控制装置中的各个控制装置的位置记录部记录的所述位置经由所述网络传送给所述管理装置，该管理装置包含：位置记录部，其记录由所述多个控制装置中的各个控制装置的停止部使所述机器人已停止时的所述机器人的停止位置或所述机器人的位置以及姿势；以及位置分布生成部，其生成由该位置记录部记录的所述多个机器人的停止位置的各自的分布。

在第一实施方式中，机器人的动作速度在停止多的区域下降，因而能够避免人无意识地接触机器人导致机器人停止的情况。由于无需停止机器人，因此能够避免机器人的作业效率下降。另外，无需为降低动作速度而进行事先的准备。

在第二实施方式中，能够降低一个控制装置的位置分布生成部的的负荷。

在第三实施方式中，能够降低控制装置的位置分布生成部的负荷。

在第四实施方式中，机器人的动作速度在停止多的区域下降，因而能够避免人无意识地接触机器人导致机器人停止的情况。由于无需停止机器人，因此能够避免机器人的作业效率下降。另外，无需为变更动作路径而进行事先的准备。

在第五实施方式中，能够降低一个控制装置的位置分布生成部的负荷。

在第六实施方式中，能够降低控制装置的位置分布生成部的负荷。

采用了典型的实施方式对本实施方式进行了说明，但是本领域的技术人员应该理解在不脱离实施方式的范围的前提下能够进行上述的变更和各种其他的变更、省略以及追加。

Claims (6)

1.一种机器人系统，其具有作业者和机器人能够同时进入的协同动作区域，其特征在于，

具备控制所述机器人的控制装置，

该控制装置包含：

停止部，其在施加给所述机器人的外力超过了预定的限制值的情况下，使所述机器人停止；

位置记录部，其记录通过该停止部使得所述机器人已停止时的所述机器人的停止位置或所述机器人的停止位置以及姿势；

位置分布生成部，其生成由该位置记录部记录的所述机器人的停止位置的分布；以及

速度变更部，其根据由该位置分布生成部生成的所述机器人的停止位置的分布，变更所述机器人的动作速度。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，具备：

多个所述机器人；

多个所述控制装置，其控制该多个所述机器人；以及

网络，其将多个所述控制装置相互连接，

将多个所述控制装置中的一个控制装置的位置记录部所记录的所述停止位置经由所述网络传送给其他的控制装置，

所述其他的控制装置的位置分布生成部生成在所述一个控制装置的位置记录部中记录的所述机器人的停止位置和在所述其他的控制装置的位置记录部中记录的其他的机器人的停止位置中的至少一方的停止位置的分布。

3.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，具备：

多个所述机器人

多个所述控制装置，其控制该多个所述机器人；

网络，其将多个所述控制装置相互连接；以及

管理装置，其对配置了多个所述机器人的工厂进行管理，

将多个所述控制装置中的各个控制装置的位置记录部所记录的所述位置经由所述网络传送给所述管理装置，

该管理装置包含：

位置记录部，其记录通过多个所述控制装置中的各个控制装置的停止部使得所述机器人已停止时的所述机器人的停止位置或所述机器人的位置以及姿势；以及

位置分布生成部，其生成该位置记录部所记录的多个所述机器人的各个停止位置的分布。

4.一种机器人系统，其具有作业者和机器人能够同时进入的协同动作区域的，其特征在于，

具备控制所述机器人的控制装置，

该控制装置包含：

停止部，其在施加给所述机器人的外力超过了预定的限制值的情况下，使所述机器人停止；

位置记录部，其存储通过该停止部使得所述机器人已停止时的所述机器人的停止位置或所述机器人的停止位置以及姿势；

位置分布生成部，其生成由该位置记录部记录的所述机器人的停止位置的分布；以及

路径变更部，其根据由该位置分布生成部生成的所述机器人的停止位置的分布，变更所述机器人的动作路径。

5.根据权利要求4所述的机器人系统，其特征在于，具备：

多个所述机器人；

多个所述控制装置，其控制该多个所述机器人；以及

网络，其将多个所述控制装置相互连接，

将多个所述控制装置中的一个控制装置的位置记录部所记录的所述停止位置经由所述网络传送给其他的控制装置，

所述其他的控制装置的位置分布生成部生成在所述一个控制装置的位置记录部中记录的所述机器人的停止位置以及在所述其他的控制装置的位置记录部中记录的其他的机器人的停止位置中的至少一方的停止位置的分布。

6.根据权利要求4所述的机器人系统，其特征在于，具备：

多个所述机器人；

多个所述控制装置，其控制该多个所述机器人；

网络，其将多个所述控制装置相互连接；以及

管理装置，其对配置了多个所述机器人的工厂进行管理，

将多个所述控制装置中的各个控制装置的位置记录部所记录的所述位置经由所述网络传送给所述管理装置，

该管理装置包含：

位置记录部，其记录通过多个所述控制装置中的各个控制装置的停止部使得所述机器人已停止时的所述机器人的停止位置或所述机器人的位置以及姿势；以及

位置分布生成部，其生成由该位置记录部记录的所述多个机器人的各个停止位置的分布。