CN108297056A - 具备机器人的安全确保动作功能的人协调机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具备机器人的安全确保动作功能的人协调机器人系统。该人协调机器人系统包括：第一力检测部，其检测作用于机器人的外力；第二力检测部，其只检测人手动操作机器人时作用于机器人的操作力；以及安全确保动作指令部，其在由第一力检测部检测出的外力比预定阈值大时，指令机器人向减小外力的方向移动或使机器人停止的安全确保动作。在人手动操作处于停止状态的机器人时，安全确保动作指令部对由第一力检测部检测出的外力减去由第二力检测部检测出的操作力后的值与预定的阈值进行比较。

Description

具备机器人的安全确保动作功能的人协调机器人系统

技术领域

本发明涉及一种具备机器人的安全确保动作功能的人协调机器人系统。

背景技术

在一般的工业用机器人中，存在通过由作业者直接对机器人施加力(操作力)，来微调整机器人的位置以及姿势的情况(例如参照日本专利第5946859号公报)。进一步地，一般也进行由操作者对机器人所具备的把手赋予操作力来设定示教点的所谓直接教学。另外，在本申请说明书中，将上述的微调整操作、直接教学操作、通读操作等汇总称为“手导向操作”。

另外，近年来开发了一种人协调机器人系统(例如参照日本专利第4938118号公报)，其在生产现场中对人和机器人混合配置，并使人和机器人分担生产作业。

在这种人协调机器人系统中，通过力传感器监视作用于机器人与人之间的力。并且，人协调机器人系统具备以下功能：在通过力传感器检测出的力比预定值大时，使机器人停止或使机器人向力变小的方向移动。由此，确保人的安全(例如参照日本特开2015-199174号公报)。另外，即使在使用设置在机器人的各轴上的转矩传感器或检测流过驱动机器人的各轴的电动机的电流的电流计来代替力传感器时，也能够实现同样的功能。

进一步地，其他的人协调机器人系统具备对手导向操作、例如通读操作的有效和无效进行切换的通读开关。并且，当手导向操作有效时，使机器人停止等的功能被无效化，并且当手导向操作为无效时，使机器人停止等的功能被有效化(例如参照日本特开2015-199174号公报)。

发明内容

在人协调机器人系统的手导向操作时，由于人施加操作力来使机器人移动，所以将手导向操作设为有效而将使机器人停止等功能设为无效。

然而，在将手导向操作设为有效时，也就是在使机器人停止等功能设为无效时，即使人与机器人相互接触，机器人也不会停止。换句话说，当手导向操作有效时有可能无法确保人的安全。

此外，在将手导向操作设为有效且将使机器人停止等的功能设为有效时，通过力传感器检测出的力中包括操作力。因此，通过力传感器检测出的力容易变得比预定值大，从而使机器人频繁停止等。其结果是无法良好地进行手导向操作。

因此，希望有一种人协调机器人系统，即使在将手导向操作设为有效的情况下，也能够确保人的安全且良好地进行手导向操作。

根据本公开的第一方式，提供一种人协调机器人系统，在机器人和人共享作业空间并进行协调作业的人协调机器人系统中，具备：第一力检测部，其检测作用于上述机器人的外力；第二力检测部，其只检测上述人手动操作上述机器人时作用于上述机器人的操作力；以及安全确保动作指令部，其对由上述第一力检测部检测出的外力与预定的阈值进行比较，当上述外力比上述预定阈值大时，指令使上述机器人向减小上述外力的方向移动或使上述机器人停止的安全确保动作，在上述人手动操作处于停止状态的上述机器人时，上述安全确保动作指令部对由上述第一力检测部检测出的外力减去由上述第二力检测部检测出的操作力后的值与上述预定的阈值进行比较。

在第一方式中，当人手动操作处于停止状态的机器人时，也就是在手导向操作时，使由第一力检测部检测出的外力减去由第二力检测部检测出的操作力并求出真正的外力。因此，基于作用于机器人的真正的外力能够指令安全确保动作。因此，即使在将手导向操作设为有效的情况下也可以确保人的安全并良好地进行手导向操作。

附图说明

通过详细说明附图所示的本发明的典型实施方式，能够进一步理解本发明的这些目的、特征以及优点和其他目的、特征以及优点。

图1是基于第一实施方式的人协调机器人系统的概略图。

图2是表示图1所示的人协调机器人系统的动作的流程图。

图3是基于第二实施方式的人协调机器人系统的概略图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。在下面的附图中对同样的部件标注同样的参照附图标记。为了容易理解，适当变更这些附图的比例尺。

图1是基于第一实施方式的人协调机器人系统的概略图。人协调机器人系统1主要包括：机器人10、控制机器人10的控制装置20、人11。由于机器人10配置在人11的附近，所以在人协调机器人系统1中，机器人10和人11可以共享作业空间并进行协调作业。

机器人10例如是六轴多关节机器人，能够把持工件W的手H经由适配器12被配备于机器人10的前端。另外，也可以在机器人10的前端配备其他终端执行器来代替手H。

在适配器12安装由操作者、例如人11在进行手导向操作时所把持的把手15。进一步地，通过固定板19在建筑物的地板部固定机器人10的基部18。

检测作用于机器人10的外力的第一力检测部、例如第一力传感器S1被设置在基部18与固定板19之间。由于第一力传感器S1被配置在比基部18更下方处，所以能够检测出作用于机器人10的所有外力。另外，第一力检测部可以是设置在机器人10的各轴上的转矩传感器，也可以是检测流过驱动机器人10的各轴的电动机的电流的电流计。在这种情况下，根据检测出的转矩或电流来推定作用于机器人10的外力。

进一步地，第二力检测部、例如第二力传感器S2被配置在机器人10的适配器12与把手15之间。在进行手导向操作时操作者、例如人11把持把手15，直接将力(操作力)施加给处于停止状态的机器人。第二力传感器S2只能够检测出由操作者、例如人11以手动方式对处于停止状态的机器人10进行手导向操作时作用于机器人10的操作力。由于第二力传感器S2被安装在机器人10与把手15之间，所以第二力传感器S2只能够检测出作用于把手15的操作力。

进一步地，在把手15上设置有手导向开关13。操作者、例如人11在进行手导向操作时把持把手15并且按压手导向开关13。在按压手导向开关13期间，能够进行手导向操作。另外，在没有按压手导向开关13时，无法进行手导向操作。此外，无论有无按压手导向开关13，使后述的机器人停止等的功能是有效的。

图1所示的控制装置20是控制机器人10的数字计算机，具备：CPU、存储部22，例如存储器。另外，控制装置20包括手导向执行部23。在按压手导向开关13的期间，根据操作者、例如人11的手导向操作，手导向执行部23使机器人10移动到希望的位置以及姿势。

进一步地，控制装置20包括安全确保动作指令部21，其对由第一力检测部S1检测出的外力和预定的阈值进行比较，当外力比预定的阈值A大时，指令使机器人10向减小外力的方向移动或使机器人10停止的安全确保动作。此外，预定的阈值A是通过实验等预先决定的值，并存储在存储部22中。

进一步地，控制装置20包括将由第一力检测部S1检测出的外力减去由第二力检测部S2检测出的操作力的减法部24。减法部24作为安全确保动作指令部21的功能的一部分可以包括在安全确保动作指令部21中。此外，通过控制装置20的CPU进行上述安全确保动作指令部21、手导向执行部23、减法部24的功能。

图2是表示图1所示的人协调机器人系统的动作的流程图。按照预定的控制周期实施图2所示的动作。下面，参照图2说明基于第一实施方式的人协调机器人系统1的动作。

首先在步骤S10中，判定手导向开关13是否被按压。当手导向开关13没有被按压时，判断为人11对处于停止状态的机器人没有进行手导向操作、例如微调整操作、直接教学操作、通读操作等。换句话说，手导向操作无效，判断为机器人10按照预定的动作程序进行通常动作，进入步骤S11。

在步骤S11中，第一力传感器S1检测作用于机器人10的外力Fd。接着，在步骤S12中，安全确保动作指令部21对外力Fd与预定的阈值A进行比较。并且，当判定为外力Fd比阈值A大时，则判断为机器人10与人11等发生了碰撞。

这种情况下，进入步骤S13，安全确保动作指令部21指令安全确保动作。由此，机器人10向缩小外力的方向移动或者机器人10停止，确保了人11的安全。此外，当在步骤S12中判定为外力Fd没有大于阈值A时，返回步骤S11，重复上述处理直到机器人10的动作程序结束为止。

对此，在步骤S10中，当手导向开关13被按压时，判断为人11以手动方式对处于停止状态的机器人10进行了手导向操作，能够判断为机器人10依照手导向执行部23进行动作。换句话说，手导向操作有效，判断为机器人10没有按照预定的动作程序进行动作，从而进入步骤S12。

在步骤21中，第一力传感器S1检测作用于机器人10的外力Fd。接着，在步骤S22中，第二力传感器S2检测出作用于机器人10的操作力Fh。并且，在步骤S23中，减法部24使外力Fd减去操作力Fh，计算出真正作用于机器人10的外力Fd’。

接着，在步骤S24中，安全确保动作指令部21对外力Fd’和预定的阈值A进行比较。并且，当判定为外力Fd’比阈值A大时，判断为机器人10与人11发生了碰撞，进入步骤S25，如上述那样指令安全确保动作。由此，确保了人11的安全。此外，在步骤S24中判定为外力Fd’没有比阈值A大时，返回步骤S21，重复上述的处理。

这样，在第一实施方式中，在手导向操作时、也就是人11以手动方式对处于停止状态的机器人10进行手导向操作时，将由第一力传感器S1检测出的外力减去由第二力传感器S2检测出的操作力，求出作用于机器人10的真正的外力。

真正的外力不包括操作力，所以在基于真正的外力来指令安全确保动作时，机器人不会频繁停止等，从而能够确保人的安全。因此即使在将手导向操作设为有效的情况下，也能够确保人的安全并良好地进行手导向操作。

另外，图3是基于第二实施方式的人协调机器人系统的概略图。第二实施方式与图1所示的内容大致相同，所以只说明以下的不同点。

图3中，在机器人10的适配器12中配置物理量输入部16以代替把手15。物理量输入部16是由人11直接输入物理量、例如倾斜角度、力等，并通过手导向执行部23来进行手导向操作的设备。物理量输入部16例如是图3所示的控制杆，物理量输入部16也可以是操作杆、轨迹球、触摸面板等。

在第二实施方式中，第二力传感器2基于施加给用于人11操作处于停止状态的机器人10的物理量输入部16的物理量，通过预定的计算式等求出操作力。图3中，手导向开关13被安装在物理量输入部16的一部分、例如控制杆16的前端。或者，在物理量输入部16的操作中也可以使手导向操作自动成为有效，从而省略手导向开关13。

明显知道第二实施方式的人协调机器人系统1进行与参照图2所说明的第一实施方式大致相同的动作，这种情况也包括在本发明的范围内。

本公开的方式

根据第一方式，提供一种人协调机器人系统(1)，在机器人(10)和人(11)共享作业空间并进行协调作业的人协调机器人系统(1)中，具备：第一力检测部(S1)，其检测作用于上述机器人的外力；第二力检测部(S2)，其只检测上述人手动操作上述机器人时作用于上述机器人的操作力；以及安全确保动作指令部(21)，其对由上述第一力检测部检测出的外力和预定的阈值进行比较，当上述外力比上述预定的阈值大时，指令使上述机器人向减小上述外力的方向移动或使上述机器人停止的安全确保动作，在上述人手动操作处于停止状态的上述机器人时，上述安全确保动作指令部对由上述第一力检测部检测出的外力减去由上述第二力检测部检测出的操作力后的值与上述预定的阈值进行比较。

根据第二方式，在第一方式中，上述第一力检测部被安装在上述机器人的基部(18)。

根据第三方式，在第一或第二方式中，上述第二力检测部被安装在用于上述人操作处于停止状态的上述机器人的把手(15)与上述机器人之间。

根据第四方式，在第一或第二方式中，上述第二力检测部根据施加给用于上述人操作处于停止状态的上述机器人的物理量输入部(16)的物理量来求出上述操作力。

方式的效果

在第一个方式中，当人手动操作处于停止状态的机器人时，也就是在手导向操作时，使由第一检测部检测出的外力减去由第二力检测部检测出的操作力。因此，能够根据作用于机器人的真正的外力来指令安全确保动作。因此，即使在使手导向操作有效的情况下，也可以确保人的安全并良好地进行手导向操作。

在第二方式中，能够检测出作用于机器人的全部外力。

在第三方式中，能够只检测出作用于把手的操作力。

在第四方式中，即使在设置有物理量输入部的情况下，也能够根据预定的计算式等求出操作力。物理量输入部是控制杆、操作杆、轨迹球、触摸面板等。

虽然使用典型的实施方式说明了本发明，但是如果是本领域技术人员的话，将能够理解在不脱离本发明范围的情况下可以进行上述的变更以及各种其他变更、省略、补充。

Claims (4)

1.一种人协调机器人系统，其使机器人和人共享作业空间并进行协调作业，其特征在于，

该人协调机器人系统具备：

第一力检测部，其检测作用于上述机器人的外力；

第二力检测部，其只检测上述人手动操作上述机器人时作用于上述机器人的操作力；以及

安全确保动作指令部，其对由上述第一力检测部检测出的外力与预定阈值进行比较，当上述外力比上述预定阈值大时，对使上述机器人向减小上述外力的方向移动或使上述机器人停止的安全确保动作进行指令，

在上述人手动操作处于停止状态的上述机器人时，上述安全确保动作指令部对由上述第一力检测部检测出的外力减去由上述第二力检测部检测出的操作力后的值与上述预定阈值进行比较。

2.根据权利要求1所述的人协调机器人系统，其特征在于，

上述第一力检测部被安装在上述机器人的基部。

3.根据权利要求1或2所述的人协调机器人系统，其特征在于，

上述第二力检测部被安装在用于上述人操作处于停止状态的上述机器人的把手与上述机器人之间。

4.根据权利要求1或2所述的人协调机器人系统，其特征在于，

第二力检测部根据施加给用于上述人操作处于停止状态的上述机器人的物理量输入部的物理量来求出上述操作力。