CN108177144B

CN108177144B - 机器人系统

Info

Publication number: CN108177144B
Application number: CN201711330110.4A
Authority: CN
Inventors: 加茂井敏晃; 山本知之
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-12-08
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2020-03-13
Anticipated expiration: 2037-12-06
Also published as: JP2018094639A; DE102017222057B4; DE102017222057A1; CN108177144A; US10421193B2; JP6450737B2; US20180161988A1

Abstract

提供一种在设定机器人的可否动作区域时不论机器人的设置状况、作业空间的复杂度等的状况如何都能够减轻设定作业者的负担的机器人系统。该机器人系统具有能够检测与障碍物的接触的机器人。机器人在规定的探索区域5沿着预先决定的探索预定路径以规定的姿势移动，基于在机器人的移动途中与障碍物接触时的机器人的位置姿势数据，来在探索区域内设定机器人的可否动作区域。

Description

机器人系统

技术领域

本发明涉及一种具备一台以上工业用机器人等机器人的机器人系统。

背景技术

近年，正在普及一种如下的协作机器人(协调机器人)：为了能够与作业者等人类共用作业空间来进行运行，利用力传感器来检测与人类、周边机器的接触，从而使动作停止或变更。在该协作机器人中，对于提高其作业中的安全性而言，重要的是适当地设定机器人的可否动作区域(可以动作区域和限制动作区域)。以往，在设定这样的可否动作区域时，该设定作业者假定机器人的限制动作区域(干扰区域)，并且输入用于划定该限制动作区域的数值(例如，在作业空间为二维的情况下输入X坐标和Y坐标，在作业空间为三维的情况下输入X坐标、Y坐标以及Z坐标)。

此外，关于机床，公开了一种如下的技术：为了防止夹具、工件与工具之间的冲撞(干扰)，在刀具台、主轴侧安装专用的接触传感器(触碰式探针(touch probe)、对刀仪)，基于使工件与夹具、工件接触时的位置(坐标)来设定干扰区域(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2006-102922号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在由设定作业者输入数值来设定机器人的可否动作区域的以往的方法中，根据机器人的设置状况，有可能需要大量输入作业。另外，当作业空间变得复杂时，难以适当地设定机器人的可否动作区域。其结果，在设定机器人的可否动作区域时，设定作业者的负担必然增大。

另外，关于专利文献1所公开的机床的技术除了技术领域原本就与机器人系统不同之外，还存在必须安装专用的接触传感器的麻烦。

本发明是鉴于上述情形而完成的，其目的在于提供一种如下的机器人系统：在设定机器人的可否动作区域时，不论机器人的设置状况、作业空间的复杂度等的状况如何都能够减轻设定作业者的负担。

用于解决问题的方案

(1)本发明所涉及的机器人系统(例如，后述的机器人系统1)是具有能够检测与物体(例如，后述的障碍物2)的接触的机器人(例如，后述的机器人3)的机器人系统，该机器人系统构成为，所述机器人在规定的探索区域(例如，后述的探索区域5)以规定的姿势移动，基于在所述机器人的移动途中与所述物体接触时的该机器人的位置姿势数据，来在所述探索区域内设定所述机器人的可否动作区域(例如，后述的可以动作区域5a和限制动作区域5b)。

(2)在(1)的机器人系统中，也可以是，所述机器人确定所述机器人的机构部的哪个部位与所述物体接触。

(3)在(1)或(2)的机器人系统中，也可以是，所述机器人在所述探索区域移动时，沿着预先决定的探索预定路径(例如，后述的探索预定路径6)移动。

(4)在(3)的机器人系统中，也可以是，所述机器人在与所述物体接触时，变更所述探索预定路径。

(5)在(1)至(4)中的任一机器人系统中，也可以是，构成为，在设定了所述可否动作区域时，该可否动作区域显示在显示装置(例如，后述的显示装置7)，能够选择是否将该可否动作区域设为有效。

本发明所涉及的机器人系统(例如，后述的机器人系统1)是至少具有第一机器人(例如，后述的机器人3A)和第二机器人(例如，后述的机器人3B)的机器人系统，所述第一机器人和所述第二机器人中的任一方在规定的探索区域(例如，后述的探索区域5)以规定的姿势移动，基于在一方的机器人的移动途中与物体(例如，后述的障碍物2)接触时的位置姿势数据来针对该一方的机器人在所述探索区域内设定该一方的机器人的可否动作区域(例如，后述的可以动作区域5a和限制动作区域5b)，并且所述第一机器人和所述第二机器人中的另一方的机器人基于所述一方的机器人所设定的可否动作区域，来使用与所述一方的机器人之间的相对位置角度数据，针对该另一方的机器人计算该另一方的机器人的可否动作区域并在所述探索区域内设定该另一方的机器人的可否动作区域。

本发明所涉及的机器人系统(例如，后述的机器人系统1)是如下的机器人系统：至少具有第一机器人(例如，后述的机器人3A)和第二机器人(例如，后述的机器人3B)，这些机器人以能够经由网络相互通信的方式连接且能够实时地检测彼此的位置姿势角度数据，机器人系统构成为，所述第一机器人和所述第二机器人分别在规定的探索区域(例如，后述的探索区域5)以规定的姿势移动，在各机器人的移动途中相互接触时，通过经由所述网络实时地通信，来记录所述机器人的双方的位置姿势角度数据，基于这些位置姿势角度数据来针对各所述机器人在所述探索区域内分别设定各所述机器人的可否动作区域。

发明的效果

根据本发明，能够根据机器人与物体的接触来在规定探索区域内自动地设定机器人的可否动作区域。因而，在设定机器人的可否动作区域时，不论机器人的设置状况、作业空间的复杂度等的状况如何都能够减轻设定作业者的负担。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的机器人系统的主视图。

图2是表示本发明的第一实施方式所涉及的机器人系统中机器人的探索区域和探索预定路径的俯视图。

图3是表示本发明的第一实施方式所涉及的机器人系统中机器人与障碍物接触时的情形的俯视图。

图4是表示本发明的第一实施方式所涉及的机器人系统中变更机器人的探索路径的情形的俯视图。

图5是表示本发明的第一实施方式所涉及的机器人系统中机器人的最终的探索路径的俯视图。

图6是表示本发明的第一实施方式所涉及的机器人系统中机器人的可否动作区域的俯视图。

图7是表示本发明的第一实施方式所涉及的机器人系统中以数值显示机器人的可否动作区域的画面的图。

图8是表示本发明的第二实施方式所涉及的机器人系统的俯视图。

图9A是表示本发明的第三实施方式所涉及的机器人系统中机器人的可否动作区域的一例的俯视图。

图9B是表示本发明的第三实施方式所涉及的机器人系统中机器人的可否动作区域的另一例的俯视图。

附图标记说明

1：机器人系统；2：障碍物(物体)；3、3A、3B：机器人；5：探索区域；

5a：可以动作区域；5b：限制动作区域；6：探索预定路径；7：显示装置。

具体实施方式

下面，基于附图来对本发明的第一实施方式进行说明。此外，在第二实施方式以后的说明中，针对与第一实施方式共同的结构标注相同的标记来省略该内容的说明。

[第一实施方式]

图1是表示第一实施方式所涉及的机器人系统的主视图。图2～图6是表示第一实施方式所涉及的机器人系统中机器人的可否动作区域的设定过程的俯视图。图7是表示第一实施方式所涉及的机器人系统中以数值显示机器人的可否动作区域的画面的图。

如图1所示，该第一实施方式所涉及的机器人系统1在规定探索区域5具有垂直多关节机器人3，该垂直多关节机器人3能够检测与作为不移动的物体的障碍物2的接触。

该机器人3具有：基部31；回转主体32，其被安装于该基部31的上侧，并能够绕第一轴线J1旋转；上臂33，其被安装于该回转主体32，并能够绕第二轴线J2旋转；前臂34，其被设置于该上臂33的前端，并能够绕第三轴线J3旋转。此外，机器人3的动作能够被与该机器人3连接的控制装置(未图示)控制。

该机器人3在基部31的下侧安装有六轴力传感器35，利用该六轴力传感器35，能够通过计算来确定机构部的哪个部位已与障碍物2接触。即，首先，将三轴(X轴、Y轴、Z轴)的力(FX、FY、FZ)投影在第二轴线J2上，获得沿着该轴线J2的力F2。接着，根据三轴的力矩(MX、MY、MZ)来获得绕J1轴向量与J2轴向量的外积向量的力矩M2。在此，将该力矩M2除以力F2所得到的值(M2/F2)相当于力的作用点的高度，因此能够确定(计算)外力的作用位置(接触部位)。

而且，在该机器人系统1中，在探索区域5内设定机器人3的可否动作区域时，机器人3基于程序来在规定探索区域5沿着以固定间距预先决定的探索预定路径6以规定姿势移动，基于在机器人3的移动途中与障碍物2接触时的机器人3的位置姿势数据，来在探索区域5内设定机器人3的可否动作区域。

下面，如图2所示，举出探索区域5为长方形(二维)且机器人3的探索预定路径6为闪电形(锯齿状)的情况为例，来对机器人3的可否动作区域的设定过程具体地进行说明。

首先，机器人系统1在机器人3被设置在出发点P1的状态下，如图2中双点划线所示那样在长方形的探索区域5中设定从出发点P1至到达点P2的闪电形的探索预定路径6。

于是，机器人3从出发点P1沿着探索预定路径6向X轴的正方向(图3右方)移动。此时，在机器人3的移动方向的前方存在障碍物2，因此机器人3在其移动途中与障碍物2接触。当将此时的机器人3的位置设为接触点P3时，存储机器人3的在该接触点P3处的位置姿势数据。

接着，伴随该机器人3与障碍物2的接触，如图4所示变更探索预定路径6。变更后的探索预定路径6为如下路径：在从接触点P3起向Y的正方向(图4上方)移动了固定的距离之后，再次向X轴的正方向(图4右方)移动并从通过点P4通过等。接着，机器人3向最初经过的设为预定的路径移动。

之后，机器人3每当与障碍物2接触时递归地重复进行探索预定路径6的变更。因此，机器人3的最终的探索路径如图5所示设定为如下的路径：从出发点P1起避开障碍物2地迂回且从通过点P5通过后到达到达点P2。

而且，机器人系统1基于机器人3的与障碍物2接触时的位置姿势数据(机器人3的在接触点P3等处的位置姿势数据)，来在探索区域5内设定机器人3的可否动作区域(可以动作区域5a和限制动作区域5b)。该探索区域5为如图6所示分为可以动作区域5a和限制动作区域5b这两部分的状态。

这样，当在探索区域5设定可否动作区域时，如图7所示，该可否动作区域以数值显示于操作盘的液晶显示器等显示装置7。观察该显示，设定作业者如果判断为可以为该设定内容，则选择显示装置7上的“是”来使该设定反映出来。于是，该可否动作区域变为有效。另一方面，在设定作业者判断为不可以为该设定内容的情况(例如，想要更加精细地设定的情况)下，选择显示装置7上的“否”，使得该设定不反映出来。于是，该可否动作区域不会变为有效。

在此，机器人3的可否动作区域的设定结束。

这样，在本实施方式中，在探索区域5中，能够根据机器人3与障碍物2的接触来在探索区域5内自动地设定机器人3的可否动作区域(可以动作区域5a和限制动作区域5b)。因而，在设定该可否动作区域时，不论机器人3的设置状况、作业空间的复杂度等的状况如何都能够减轻设定作业者的负担。

[第二实施方式]

图8是表示第二实施方式所涉及的机器人系统的俯视图。

该第二实施方式所涉及的机器人系统1如图8所示具有两台垂直多关节机器人3(第一机器人3A和第二机器人3B)。这些机器人3获取彼此的相对位置角度数据(例如，关于表示同对第一机器人3A设定的坐标系与对第二机器人3B设定的坐标系之间的关系的坐标变换有关的数据)，且以能够经由网络相互通信的方式连接。

然后，在该机器人系统1中，在探索区域5内设定机器人3的可否动作区域时，根据以下的过程进行。

首先，第一机器人3A基于程序来在规定探索区域5沿着以固定间距预先决定的闪电形的探索预定路径6以规定姿势移动，基于在该第一机器人3A的移动途中与障碍物2接触时的第一机器人3A的位置姿势数据来针对第一机器人3A在探索区域5内设定该可否动作区域。

之后，第二机器人3B通过经由网络进行通信来获取第一机器人3A所设定的可否动作区域。接着，第二机器人3B基于该可否动作区域(也就是说，第一机器人3A的可否动作区域)，使用与第一机器人3A之间的相对位置角度数据，针对第二机器人3B在探索区域5内计算并设定第二机器人3B的可否动作区域。

下面，基于图8来对两台机器人3的可否动作区域的设定过程具体地进行说明。此外，设为第一机器人3A设置于XaYa坐标的原点并且第二机器人3B设置于XbYb坐标的原点。在此，XbYb坐标为以如下的方式进行坐标变换所得到的坐标：将XaYa坐标沿Xa轴方向平行移动+40且沿Ya轴方向平行移动+35，且沿逆时针方向旋转90°。因而，第一机器人3A的设置点如果从XbYb坐标观察则为点(-35，40)。另外，第二机器人3B的设置点如果从XaYa坐标观察则为点(40，35)。

而且，设为第一机器人3A根据与上述的第一实施方式同样的过程来设定在XaYa坐标中将两个点(20，15)、(30，25)设为顶点的正方形的限制动作区域5b。于是，该限制动作区域5b为在XbYb坐标中将两个点(-10，10)、(-20，20)设为顶点的正方形。

因而，针对第一机器人3A设定将两个点(20，15)、(30，25)设为顶点的正方形的限制动作区域5b，除此以外的区域为可以动作区域5a。另一方面，针对第二机器人3B设定将两个点(-10，10)、(-20，20)设为顶点的正方形的限制动作区域5b，除此以外的区域为可以动作区域5a。

此时，机器人3的可否动作区域是针对第一机器人3A和第二机器人3B的双方设定的，两者如果在互不相同的坐标系(例如，XaYa坐标系与XbYb坐标系)中观察则当然互不相同，但是如果在相同的坐标系(例如，XaYa坐标系)中观察则当然相同。

这样，在本实施方式中，在探索区域5中，能够根据第一机器人3A与障碍物2的接触来自动地设定第一机器人3A的可否动作区域(可以动作区域5a和限制动作区域5b)。另一方面，在不使第二机器人3B与障碍物2接触的情况下，能够利用第一机器人3A所设定的可否动作区域来设定第二机器人3B的可否动作区域。因而，在设定该可否动作区域时，不论两台机器人3的设置状况、作业空间的复杂度等的状况如何都能够减轻设定作业者的负担。

另外，关于机器人系统1，两台机器人3以能够经由网络相互通信的方式连接，因此即使在彼此的相对位置角度数据发生了变更的情况下，也能够通过经由网络实时地进行通信来始终更新相对位置角度数据。因此，机器人系统1的使用的便利性得以提高。

[第三实施方式]

图9A是表示第三实施方式所涉及的机器人系统中机器人的可否动作区域的一例的俯视图。图9B是表示第三实施方式所涉及的机器人系统中机器人的可否动作区域的另一例的俯视图。

该第三实施方式所涉及的机器人系统1如图9A、图9B所示具有两台垂直多关节机器人3(第一机器人3A和第二机器人3B)。这些机器人3以能够经由网络相互通信的方式连接，且能够实时地检测彼此的位置姿势角度数据。此外，该机器人系统1的目的在于，不是防止机器人3与障碍物2之间的干扰，而是防止机器人3彼此的干扰。

而且，在该机器人系统1中，在探索区域5内设定两台机器人3的可否动作区域时，根据以下的过程进行。此外，如果两台机器人3中的任一方固定(不移动)，则将该被固定的机器人3视为障碍物2，能够根据与上述的第一实施方式同样的过程来设定移动的机器人3的可否动作区域。因而，在此是以两台机器人3均移动为前提来进行说明。

即，第一机器人3A和第二机器人3B基于程序来分别在规定探索区域5以固定间距沿着预先决定的闪电形的探索预定路径6以规定的姿势移动。而且，在各机器人3的移动途中第一机器人3A与第二机器人3B相互接触时，通过经由网络实时地通信，来在各机器人3中记录第一机器人3A和第二机器人3B这两方的位置姿势角度数据。之后，基于这些位置姿势角度数据，来针对各机器人3在探索区域5内分别设定各机器人3的可否动作区域。

下面，基于图9A、图9B，对两台机器人3的可否动作区域的设定过程具体地进行说明。此外，第一机器人3A设置在XaYa坐标的原点，并且第二机器人3B设置在XbYb坐标的原点。在此，XbYb坐标是以使XaYa坐标平行移动且沿逆时针方向旋转90°的方式进行坐标变换所得到的坐标。

在探索区域5中第一机器人3A和第二机器人3B这两台均以规定的姿势移动，设为在某个时间点T1第一机器人3A位于XaYa坐标的点(20，15)的同时，第二机器人3B位于XbYb坐标的点(-8，10)，在此检测出两台机器人3相互接触(参照图9A)。图9A中的“×”表示该时间点T1的机器人3各自的干扰点。此时，机器人系统1记录第一机器人3A和第二机器人3B的位置姿势角度数据。然后，这以后在第一机器人3A位于其干扰点时，进行限制以避免第二机器人3B接近其干扰点。相反地，在第二机器人3B位于其干扰点时，进行限制以避免第一机器人3A接近其干扰点。

之后，两台机器人3进一步移动，在另一时间点T2第一机器人3A位于XaYa坐标的点(15，20)的同时，第二机器人3B位于XbYb坐标的点(-20，15)，在此检测出两台机器人3相互接触(参照图9B)。图9B中的“×”表示该时间点T2的机器人3各自的干扰点。此时，机器人系统1记录第一机器人3A和第二机器人3B的位置姿势角度数据。然后，这以后在第一机器人3A位于其干扰点时，进行限制以避免第二机器人3B接近其干扰点。相反地，在第二机器人3B位于其干扰点时，进行限制以避免第一机器人3A接近其干扰点。

此时，机器人3的可否动作区域是针对第一机器人3A和第二机器人3B这两方设定的，即使在相同的坐标系(例如，XaYa坐标系)中观察这两方，它们也会随着时间的经过而发生变化。

这样，在本实施方式中，在探索区域5中，能够根据机器人3彼此的接触来自动地设定两台机器人3(第一机器人3A和第二机器人3B)的可否动作区域(可以动作区域5a和限制动作区域5b)。因而，在设定该可否动作区域时，不论两台机器人3的设置状况、作业空间的复杂度等的状况如何都能够减轻设定作业者的负担。

并且，在机器人系统1中，如图9A、图9B所示，与机器人3各自的干扰点随着时间的经过而移动对应地设定机器人3的可否动作区域。其结果，能够始终将限制动作区域5b保持为最小限度，在探索区域5内的宽范围内能够使两台机器人3在相互不接触的情况下移动。

另外，在机器人系统1中，两台机器人3以能够经由网络相互通信的方式连接，因此即使在彼此的位置姿势角度数据发生了变更的情况下，也能够通过经由网络实时地通信来始终更新位置姿势角度数据。因此，机器人系统1的使用的便利性得以提高。

[其它实施方式]

此外，本发明并不限定于上述的实施方式，在本发明中包含能够达到本发明的目的的范围内的变形、改良。

例如，在上述的第一实施方式～第三实施方式中，对机器人3的探索预定路径6为闪电形的情况进行了说明。但是，该探索预定路径6未必需要设定为闪电形，只要以机器人3在探索区域的整个区域通过的方式设定，则设定为任意形状均可。例如，也能够采用漩涡形(螺旋状)、将闪电形与漩涡形组合所得到的形状的探索预定路径6。

另外，在上述的第一实施方式～第三实施方式中，对在探索区域5内设定机器人3的可否动作区域时机器人3在探索区域5以固定间距移动的情况进行了说明，但是只要根据想要使限制动作区域5b与障碍物2的外形接近到何种程度这样的期望来适当决定该机器人3的移动间距即可。并且，该机器人3的移动间距未必需要为固定。例如，还能够是，在撞上障碍物2之前以大的间距移动，如果撞上障碍物2则以小的间距移动。在该情况下，能够维持障碍物2的检测的准确度，且能够高效率且迅速地进行机器人3的可否动作区域的设定。

另外，在上述的第一实施方式～第三实施方式中，对在探索区域5内设定机器人3的可否动作区域时机器人3基于程序来移动的情况进行了说明。但是，例如，也可以是，通过由设定作业者按操作盘的移动按钮，来以所谓的手动操作的方式使机器人3移动。

另外，在上述的第一实施方式～第三实施方式中，对具有垂直多关节机器人3的机器人系统1进行了说明。但是，如果在规定的探索区域5中以规定姿势移动，则在具有除了垂直多关节机器人3以外的机器人(例如，水平多关节机器人、横向双摆臂机器人等)的机器人系统1中也能够同样地应用本发明。

另外，在上述的第一实施方式～第三实施方式中，对探索区域5为长方形的情况进行了说明。但是，探索区域5不限于长方形，也可以是除了长方形以外的平面形状(例如，三角形、圆、椭圆等)，并且还可以立体形状(例如，长方体、圆柱、球等)。

另外，在上述的第一实施方式中，对在探索区域5内设定了机器人3的可否动作区域时以数值显示该可否动作区域的情况进行了说明(参照图7)。但是，或者还能够代替数值而以除了数值以外的计算机制图技术显示机器人3的可否动作区域。

另外，在上述的第一实施方式中，对利用六轴力传感器35能够通过计算来确定机构部的哪个部位与障碍物2接触的机器人3进行了说明。但是，也能够是，以覆盖机器人3的机构部的方式贴上片状的接触传感器(未图示)，利用该接触传感器来直接判断并确定机构部的哪个部位与障碍物2接触。

另外，在上述的第二实施方式中，对两台机器人3以能够经由网络相互通信的方式连接的机器人系统1进行了说明。但是，如果能够由设定作业者输入两台机器人3的相对位置角度数据，则不需要将两台机器人3以能够经由网络相互通信的方式连接。

并且，在上述的第二实施方式、第三实施方式中，对具有两台机器人3(第一机器人3A和第二机器人3B)的机器人系统1进行了说明。但是，即使机器人3为三台以上，也同样地能够应用本发明。

Claims

1.一种机器人系统，具有能够检测与物体的接触的机器人，其中，

该机器人系统构成为，所述机器人在规定的探索区域以规定的姿势移动，基于在所述机器人的移动途中与所述物体接触时的该机器人的位置姿势数据，来在所述探索区域内设定所述机器人的可否动作区域，

所述机器人在所述探索区域移动时，沿着预先决定的探索预定路径移动，

所述机器人在与所述物体接触时，以在避开所述物体之后再回归探索开始时的探索预定路径的方式变更之后的探索预定路径。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，

所述机器人确定所述机器人的机构部的哪个部位与所述物体接触。

3.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，

在设定了所述可否动作区域时，该可否动作区域被显示在显示装置，能够选择是否将该可否动作区域设为有效。

4.一种机器人系统，至少具有第一机器人和第二机器人，其中，

所述第一机器人和所述第二机器人中的任一方在规定的探索区域以规定的姿势移动，基于在所述一方的机器人的移动途中与物体接触时的位置姿势数据来针对该一方的机器人在所述探索区域内设定该一方的机器人的可否动作区域，并且

所述第一机器人和所述第二机器人中的另一方基于所述一方的机器人所设定的可否动作区域，来使用与所述一方的机器人之间的相对位置角度数据，针对该另一方的机器人计算该另一方的机器人的可否动作区域并在所述探索区域内设定该另一方的机器人的可否动作区域。