CN108367441A - 机器人系统的监视装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的机器人系统的监视装置具备：外力检测部，其检测作用于机器人的外力；区域判定部，其判定机器人的规定部分是否存在于规定区域内；力监视部，其在由区域判定部判定为机器人的规定部分存在于规定区域内的情形时，以至少包含作用于机器人的外力的监视的第一监视基准侦测碰撞，并且在由区域判定部判定为机器人的规定部分不存在于规定区域内的情形时，以不包含外力的监视的第二监视基准侦测碰撞；及停止信号产生部，其在利用力监视部侦测出碰撞的情形时，产生机器人（2）的停止信号，并将其供给至控制装置。

Description

机器人系统的监视装置
技术领域
本发明关于一种机器人系统的监视装置。
背景技术
以往，开发出用以监视机器人的各种技术。例如在专利文献1及专利文献2中，揭示出在机器人的臂的梢端设置力传感器，根据利用力传感器检测出的信息监视机器人的异常的技术。又，在专利文献3及专利文献4中，揭示出在机器人的动作范围内设定规定区域，在规定区域监视机器人的动作速度的异常的技术。
再者，近年来，就提高生产性的观点而言，提出机器人与作业人员在同一作业空间内共同进行作业。因此，就安全性的观点而言，例如在专利文献5中，揭示出在机器人的动作范围内设定规定区域，侦测出人进入至规定区域内而使机器人以低速动作的技术。
现有技术文献：
专利文献：
专利文献1：日本专利特开平07-251394号公报
专利文献2：日本专利特开平07-223190号公报
专利文献3：日本专利特表2001-525263号公报
专利文献4：日本专利特开2008-022590号公报
专利文献5：日本专利特表2015-526309号公报。
发明内容
发明要解决的问题：
但是，在以往的机器人的监视技术中，侦测碰撞时的监视基准在所有区域中共享，而有对于机器人与作业人员的共同作业而言并非最佳的状况。因此，存在如下课题，即寻求作为如在人的周围以低速进行作业的机器人的监视技术且适合用于共同作业者。
因此，本发明的目的在于，在与人共存进行作业的机器人系统的监视装置中，进行更适合用于机器人与作业人员的共同作业的碰撞侦测。
解决问题的手段：
本发明的一形态的机器人系统的监视装置是具备具有1个以上的关节轴及驱动该关节轴的伺服马达的机器人、以及在上述机器人的动作范围内预先设定规定的区域并控制上述机器人的动作的控制装置者，且具备：外力检测部，其检测作用于上述机器人的外力；区域判定部，其判定上述机器人的规定部分是否存在于规定区域内；力监视部，其在由上述区域判定部判定为上述机器人的上述规定部分存在于规定区域内的情形时，以至少包含作用于上述机器人的外力的监视的第一监视基准侦测碰撞，并且在由上述区域判定部判定为上述机器人的上述规定部分不存在于规定区域内的情形时，以不包含上述外力的监视的第二监视基准侦测碰撞；及停止信号产生部，其在利用上述力监视部侦测出碰撞的情形时，产生上述机器人的停止信号，并将其供给至上述控制装置。
根据上述构成，例如在作业人员与机器人共存进行作业的机器人系统中，监视基准在机器人与人碰撞的可能性较高的低速动作区域（第一速度）和可能性较低的高速动作区域（第二速度）不同，因此能够恰当地侦测碰撞。藉此，侦测出碰撞后，能够利用控制装置（例如机器人控制器）停止机器人的动作，因此更适在机器人与作业人员的共同作业。
也可为，上述力监视部在由上述区域判定部判定为上述机器人的上述规定部分不存在于上述规定区域内的情形时，以包含与作用于上述机器人的外力的微分值成比例的冲击力的监视的上述第二监视基准侦测碰撞。
根据上述构成，例如即便在与人碰撞的可能性较低的高速动作区域，机器人碰撞到人，也能够迅速地侦测碰撞。藉此，更适合用于机器人与作业人员的共同作业。
也可为，上述机器人系统的监视装置进一步具备：位置传感器，其检测上述各伺服马达的旋转角度位置；速度运算部，其根据利用上述位置传感器检测出的上述各伺服马达的旋转角度位置，运算上述机器人的动作速度；及速度监视部，其在由上述区域判定部判定为上述机器人的上述规定部分存在于上述规定区域内的情形时，监视上述机器人的动作速度是否超过第一速度，在由上述区域判定部判定为上述机器人的上述规定部分不存在于上述规定区域内的情形时，监视上述机器人的动作速度是否超过高于上述第一速度的第二速度；且上述停止信号产生部在由上述区域判定部判定为上述机器人的上述规定部分存在于上述区域内，且由上述速度监视部判定为上述机器人的动作速度超过上述第一速度的情形时，或者在由上述区域判定部判定为上述机器人的上述规定部分不存在于上述区域内，且由上述速度监视部判定为上述机器人的动作速度超过上述第二速度的情形时，产生上述机器人的停止信号，并将其供给至上述控制装置。
根据上述构成，例如在与人碰撞的可能性较低的高速动作区域中，能够监视是否以如下速度进行运转，即，该速度藉由使机器人以高速动作而使之最大限度地发挥其能力，且即便假设侦测出碰撞，受伤的危险性也较低。另一方面，在与人碰撞的可能性较高的低速动作区域中，能够监视是否以如不会因自碰撞侦测至停止的惯性运转而使机器人向碰撞的人的部位压入般的速度进行运转。即，除了力监视以外，还藉由速度监视来进一步提高机器人与在其周边进行作业的作业人员的共同作业中的方便性。
也可为，上述机器人系统的监视装置在上述机器人的动作范围内预先设定有多个上述区域。
根据上述构成，例如能够根据作业区域的宽窄或形状而灵活且恰当地设定与人碰撞的可能性较高的低速动作区域，因此进一步提高机器人与在其周边进行作业的作业人员的共同作业中的方便性。
也可为，在上述多个规定区域中，上述第一监视基准与上述第一速度的至少一者在上述各区域不同。例如在与人碰撞的可能性较高的低速动作区域中，以如不会因自碰撞侦测至停止的惯性运转而使机器人向碰撞的人的部位压入般的速度进行运转，但监视基准（例如动作速度或外力的阈值）依存于假定碰撞的危险性的部位。例如存在碰撞的危险性的部位在手或躯体，严重性或危险度也不同，因此应设定的速度也不同。
根据上述构成，监视基准（例如速度或外力的阈值）在各区域不同，因此，进一步提高机器人与在其周边进行作业的作业人员的共同作业中的方便性。
也可为，上述机器人系统的监视装置进一步具备检测在上述各伺服马达流动的电流值的电流传感器，且上述外力检测部具备：电流转矩转换部，其将上述电流传感器检测出的在上述各伺服马达流动的电流值转换为转矩值；驱动转矩推定部，其推定上述各伺服马达的驱动所需的驱动转矩；扰动转矩运算部，其运算利用上述电流转矩转换部转换所得的转矩值与上述驱动转矩的推定值的差作为扰动转矩；及外力运算部，其使用利用上述扰动转矩运算部运算出的扰动转矩值运算作用于上述机器人的外力。
根据上述构成，不使用力传感器，而根据马达电流值计算作用于机器人的外力，因此能够低价且高精度地侦测碰撞。藉此，进一步提高机器人与在其周边进行作业的作业人员的共同作业中的方便性。
发明效果：
根据本发明，能够在与人共存进行作业的机器人系统的监视装置中，进行更适合用于机器人与作业人员的共同作业的碰撞侦测。
本发明的上述目的、其他目的、特征、及优点，将通过参照图进行的以下的较佳实施形态的详细说明而更为明确。
附图说明
图1是显示具备第一实施形态的监视装置的机器人系统的整体构成的方块图；
图2是显示图1的监视装置的具体构成的方块图；
图3是示意性地显示图1的机器人的关节构造的图；
图4是显示图3的机器人的构成的俯视图；
图5是显示图1的控制装置的机器人控制的流程的流程图；
图6是显示图2的监视装置的力监视处理的流程的流程图；
图7是显示第二实施形态的监视装置的构成的方块图；
图8是显示图7的监视装置的速度监视处理的流程的流程图。
具体实施方式
一面参照附图，一面对本发明的实施形态进行说明。以下，在所有附图中，对相同或相当的要素标注相同的符号，并省略重复的说明；
（第一实施形态）
[机器人系统]
图1是显示具备第一实施形态的监视装置的机器人系统的整体构成的方块图。如图1所示，机器人系统1具备机器人2、控制装置3、及监视装置4。本实施形态的机器人系统1用于供机器人2与作业人员在同一作业区域共同进行作业。因此，机器人系统1具备监视装置4以确保周边的作业人员的安全。
机器人2具备1个以上的关节轴J、及驱动该关节轴的伺服马达M。分别设置检测驱动各伺服马达M的电流的电流传感器5、制动各伺服马达M的旋转的制动器（未图示）、及检测各伺服马达M的旋转角度位置的编码器等位置传感器E。此处，旋转角度位置是各伺服马达M的关节坐标系中的各关节轴J的角度的位置（以下，也称为关节轴角度位置）。
控制装置3通过电缆L（以粗体图示）与机器人2连接。此处，电缆L包含用以将电源供给至关节轴J的伺服马达M或制动器等的电源线、用以接收来自安装在伺服马达M的位置传感器E的传感器信号的信号线等。又，控制装置3通过通讯电缆（未图标）而与监视装置4连接。此处，通讯电缆例如为RS422等串行通讯用的电缆。控制装置3通过通讯电缆将监视信号供给至监视装置4，并且具备当自监视装置4接收到停止信号时使机器人2的动作停止的停止功能。
控制装置3是具备运算处理器6、伺服放大器7、内存、输入输出接口、通讯接口等的机器人控制器。运算处理器6具备区域设定部61、电流指令值产生部62、及驱动转矩推定部63。此处各部（61～63）是藉由在运算处理器6中执行规定的程序而实现的功能模块。区域设定部61在机器人2的动作范围内预先设定规定的区域。规定区域的设定例如根据机器人2的基准坐标系而设定。电流指令值产生部62根据预先设定的位置指令值与来自位置传感器的关节轴角度位置运算电流指令值，并输出至伺服放大器7。伺服放大器7与伺服马达M对应而设置，并根据所供给的电流指令值产生电流，通过电缆L将产生的电流供给至伺服马达M。也即，各伺服放大器7是根据电流指令值产生伺服马达M的驱动电流的放大器。如此，控制装置3以如下方式构成，即藉由根据位置指令值对设置在各关节轴J的伺服马达M进行位置控制而控制机器人2的动作。在本实施形态中，控制装置3进行机器人2的区域控制。具体而言，控制装置3在机器人2的规定部分（例如指尖部分）存在于规定区域内的情形时，以机器人2的动作速度（最大速度）成为第一速度以下的方式控制机器人2的动作，在机器人2的规定部分不存在于规定区域内的情形时，以机器人2的动作速度（最大速度）成为高于第一速度的第二速度以下的方式控制机器人2。
驱动转矩推定部63根据利用位置传感器E算出的关节轴角度位置而推定驱动机器人2的关节轴J的伺服马达M所需的驱动转矩。驱动转矩推定部63在本实施形态中，藉由分别算出重力转矩、惯性力转矩、及摩擦力转矩，并将它们相加，而算出驱动转矩的推定值。此处，重力转矩是用以克服各连杆的重量部分而维持姿势的转矩。惯性力转矩是用以克服连杆的惯性部分所需的转矩。摩擦力转矩是用以克服减速机的摩擦部分所需的转矩。该驱动转矩推定值与包含利用电流传感器5检测出的传感器电流值及利用位置传感器E检测出的关节轴角度位置的传感器信号一同作为监视信号自控制装置3发送至监视装置4；
[监视装置]
监视装置4是以在机器人系统1中监视机器人2的动作并侦测碰撞的方式构成。监视装置4在自控制装置3接收机器人2的监视信号，侦测出碰撞的情形时，将停止信号供给至控制装置3。监视装置4独立于控制装置3而设置，以提高与机器人2一同进行作业的作业人员的安全性。例如，控制装置3与监视装置4容纳在一个壳体中。
监视装置4具备：外力检测部10，其检测作用于机器人2的外力；区域判定部11，其根据利用位置传感器E检测出的各伺服马达M的旋转角度位置，判定机器人2的规定部分是否存在于规定区域内；力监视部12，其在由区域判定部11判定为机器人2的规定部分存在于规定区域内的情形时，以至少包含作用于机器人2的外力的监视的第一监视基准侦测碰撞，并且在由区域判定部11判定为机器人2的规定部分不存在于规定区域内的情形时，以不包含外力的监视的第二监视基准侦测碰撞；及停止信号产生部13，其在利用力监视部12侦测出碰撞的情形时，产生机器人2的停止信号，并将其供给至控制装置3。此处，监视装置4是具备1个以上的处理器、内存、输入输出接口、通讯接口等的计算机。监视装置4具备能够由管理者将碰撞侦测时的阈值调整为任意值的构成。各部（10～13）是藉由在处理器中执行规定的程序而实现的功能模块。
其次，利用图2的方块图对监视装置4的具体构成进行说明。如图2所示，外力检测部10具备电流转矩转换部30、扰动转矩运算部31、及外力运算部32。电流转矩转换部30将利用电流传感器5检测出的在各伺服马达M流动的传感器电流值转换为转矩值。此处，将监视信号所包含的传感器电流值通过通讯电缆自控制装置3发送至监视装置4，并输入至电流转矩转换部30。电流转矩转换部30将所输入的传感器电流值转换为转矩值，并将其输出至扰动转矩运算部31。扰动转矩运算部31运算利用电流转矩转换部30转换而得的转矩值与驱动转矩的推定值的差作为扰动转矩。此处，驱动转矩推定值在经驱动转矩推定部63（参照图1）运算后，作为监视信号，通过通讯电缆自控制装置3发送至监视装置4，并输入至扰动转矩运算部31。再者，在本实施形态中，控制装置3具备驱动转矩推定部63，但也可为监视装置4具备驱动转矩推定部63。扰动转矩运算部31在本实施形态中具备加减法器33。加减法器33从自电流转矩转换部30所输入的各伺服马达M的转矩值减去自驱动转矩推定部63所输入的驱动转矩推定值而算出扰动转矩，并将其输出至外力运算部32。外力运算部32使用利用扰动转矩运算部31运算出的扰动转矩值运算作用于机器人2的外力，并将其输出至力监视部12。
区域判定部11根据利用位置传感器E检测出的各伺服马达M的旋转角度位置，判定机器人2的规定部分是否存在于规定区域内。此处，将监视信号所包含的各伺服马达M的旋转角度位置通过通讯电缆自控制装置3发送至监视装置4，并输入至区域判定部11。区域判定部11根据各伺服马达M的旋转角度位置及预先设定的各连杆的长度或形状等信息，产生机器人2的三维模型。区域判定部11是以判定机器人2的三维模型的规定部分（例如指尖部分）是否存在于规定区域内，并将判定结果输出至力监视部12的方式构成。
力监视部12具备区域内碰撞判定部34、冲击力运算部35、及区域外碰撞判定部36。区域内碰撞判定部34在由区域判定部11判定为机器人2的规定部分存在于规定区域内的情形时，以至少包含作用于机器人2的外力的监视的第一监视基准来侦测碰撞。在本实施形态中，区域内碰撞判定部34以如下方式构成，即判定自外力运算部32输入的外力的值|fd|是否超过预先设定的第一阈值fth1，当超过第一阈值fth1时判定为机器人2发生了碰撞，而产生碰撞侦测信号，并将其输出至停止信号产生部13。在本实施形态中，第一阈值fth1设定为100N。作为与第一阈值fth1的比较对象的外力的值|fd|为外力fd的标量值。
冲击力运算部35运算作用于机器人2的冲击力。在本实施形态中，冲击力运算部35运算与自外力运算部32输入的外力的值fd的微分值成比例的值f'd作为作用于机器人2的冲击力，并将其输出至区域外碰撞判定部36。区域外碰撞判定部36在由区域判定部11判定为机器人2的规定部分不存在于规定区域内的情形时，以包含作用于机器人2的冲击力的监视的第二监视基准侦测碰撞。区域外碰撞判定部36以如下方式构成，即判定自冲击力运算部35输入的作用于机器人2的冲击力的值|f'd|是否超过预先设定的第二阈值fth2，当超过第二阈值fth2时判定为机器人2发生了碰撞，而产生碰撞侦测信号，并将其输出至停止信号产生部13。作为与第二阈值fth2的比较对象的冲击力的值|f'd|为外力f'd的标量值。
停止信号产生部13在自力监视部12输出碰撞侦测信号的情形时产生机器人2的停止信号，并将其输出至控制装置3；
[机器人]
其次，利用附图对机器人2的具体构成进行说明。图3是示意性地显示机器人2的关节构造的图。本实施形态的机器人2为同轴双臂型水平多关节机器人。如图3所示，左臂2L具有作为旋转关节轴的第一关节轴J1、第二关节轴J2及第三关节轴J3、与作为平移（直动）关节轴的第四关节轴J4。右臂2R具有作为旋转关节轴的第一关节轴J1、第二关节轴J2及第三关节轴J3、与作为平移（直动）关节轴的第四关节轴J4。
右臂2R藉由关节轴将支承构件21R、第一右连杆22R、第二右连杆23R、第三右连杆24R及右末端效应器25R连结而构成。在右臂2R中，支承构件21R设置在基台20的上表面，水平延伸的第一右连杆22R的一端部通过具有与基台20铅垂的旋转轴线的第一关节轴J1而与支承构件21R连结。第一右连杆22R的另一端部通过具有铅垂的旋转轴线的第二关节轴J2而与第二右连杆23R的一端连结。第二右连杆23R水平延伸。第二右连杆23R的另一端部通过具有铅垂的旋转轴线的第三关节轴J3而与第三右连杆24R的一端连结。第三右连杆24R水平延伸。在第三右连杆24R的另一端部，通过具有铅垂的平移方向的第四关节轴J4连结右末端效应器25R。
左臂2L藉由关节轴将支承构件21L、第一左连杆22L、第二左连杆23L、第三左连杆24L及左末端效应器25L连结而构成。在左臂2L中，支承构件21L设置在右臂2R的第一右连杆22R的上表面，水平延伸的第一左连杆22L的一端部通过具有铅垂的旋转轴线的第一关节轴J1而与支承构件21L连结。左臂2L的第一关节轴J1是以其旋转轴线与右臂2R的第一关节轴J1的旋转轴线一致的方式配置。第一左连杆22L的另一端部通过具有铅垂的旋转轴线的第二关节轴J2而与第二左连杆23L的一端连结。第二左连杆23L水平延伸。第二左连杆23L的另一端部通过具有铅垂的旋转轴线的第三关节轴J3而与第三左连杆24L的一端连结。第三左连杆24L水平延伸。在第三左连杆24L的另一端部，通过具有铅垂的平移方向的第四关节轴J4连结左末端效应器25L。如此，机器人2的左右的臂2L及2R各自具有4轴的自由度，在各自的梢端设置有末端效应器。
构成右臂2R及左臂2L的各关节轴J1～J4由伺服机构（未图标）驱动。伺服机构包括用以对臂进行位移驱动的驱动部、及用以将驱动部的动力传递至臂的传递机构。在本实施形态中，驱动部例如是由伺服马达来实现（参照图1）。在各伺服马达M分别设置检测旋转角度位置的编码器等位置传感器E（参照图1）。控制装置3是以藉由对伺服马达M进行位置控制而以任意的速度控制右臂2R及左臂2L的动作的方式构成。此处，左臂2L的第一关节轴J1由于通过支承构件21L及右臂2R的第一右连杆22R以共有旋转轴线的方式连接于右臂2R的第一关节轴J1，故被以如下方式进行控制：在按抵消右臂2R的第一关节轴J1的旋转的方式旋转之后进行所给定的旋转。
图4是显示机器人2的构成的俯视图。如图4所示，机器人2的基台20呈正方形设置在所规定的作业空间100的中央。在机器人2的正面设置俯视下为矩形的作业台200。在作业台200之上例如配置作业对象（工件）。机器人2的基台20与设置在作业空间100的壁300隔开规定的间隔而设置。机器人2以在作业空间100中进行与作业人员相同的作业的方式被设定。
机器人2具有基准坐标系（以下，称为基础坐标系）。该坐标系例如为，基台20的设置面与右臂2R的第一关节轴J1（参照图3）的旋转轴线的交点为原点，第一关节轴J1的旋转轴线为Z轴，与Z轴正交的任意轴为X轴，与Z轴及X轴正交的轴为Y轴。对机器人2的右臂2R及左臂2L的动作范围以该基础坐标系为基准而设定。再者，动作范围为以左臂2L的第一关节轴J1及右臂2R的第一关节轴J1为中心的圆形区域（未图标）。在本实施形态中，在机器人2的动作区域中，设定有2个区域100A及100B。区域100A设定为如覆盖作业台200的上表面的规定的三维空间（俯视下为矩形）。区域100B设定为壁300与基台20之间的规定的三维空间（俯视下为矩形）。此处，区域100A及100B假定作为与人碰撞的可能性较低的区域。再者，区域100A及100B只要为规定的三维空间，则也可为俯视下呈曲面的空间。又，机器人2的动作范围内除区域100A及100B以外的部分被设定作为区域外区域。此处，区域外区域假定作为与人碰撞的可能性较高的区域。
控制装置3在机器人2的规定部分处于区域100A及100B内的情形时，以第一速度以下的速度使机器人2动作。控制装置3在机器人2的规定部分不处于规定区域100A及100B的情形时（处于区域外区域的情形时），以高于第一速度的第二速度以下的速度使机器人2动作。在本实施形态中，机器人2的规定部分是机器人2的右末端效应器25R或左末端效应器25L的工具中心点P（以下，简称为工具中心点P）。使机器人2动作是指使机器人2的右臂2R或左臂2L分别动作。此处，第一速度设定为ISO10218-1中作为低速控制所规定的250 mm/s。第二速度例如设定为800 mm/s。藉此，能够一面在区域100A及100B内低速控制机器人2，一面在区域外区域尽可能地使机器人2以高速动作。据此，机器人2的作业效率提高；
[机器人的监视]
其次，一面也参照图5及图6的流程图，一面对机器人系统1中的机器人2的动作监视进行说明。首先，控制装置3执行机器人2的区域控制（图5的步骤S51）。如图4所示，控制装置3在机器人2的工具中心点P存在于区域100A或100B内的情形时，以动作速度成为第一速度以下的方式控制机器人2的臂2R或2L，在机器人2的工具中心点P不存在于区域100A或100B内的情形时，以机器人2的动作速度成为第二速度以下的方式控制机器人2的臂2R或2L。
又，控制装置3产生用以监视机器人2的动作所需的监视信号（图5的步骤S52）。具体而言，作为监视信号，控制装置3在动作中的机器人2中利用电流传感器5检测在各伺服马达M流动的传感器电流值，利用位置传感器E检测各伺服马达M的旋转角度位置，利用驱动转矩推定部63推定驱动各伺服马达M所需的驱动转矩推定值（参照图1）。其次，控制装置3每隔规定期间将步骤S52中产生的监视信号发送至监视装置4（图5的步骤S53）。此处，在监视信号中包含在动作中的机器人2中利用电流传感器5检测出的在各伺服马达M流动的传感器电流值、利用位置传感器E检测出的各伺服马达M的旋转角度位置、及利用驱动转矩推定部63运算出的驱动各伺服马达M所需的驱动转矩推定值。
另一方面，监视装置4等待每隔规定期间自控制装置3所发送的监视信号的接收（图6的步骤S61）。监视装置4接收到监视信号时，利用外力检测部10检测外力（图6的步骤S62）。具体而言，藉由图2的电流转矩转换部30将利用电流传感器5检测出的在各伺服马达M1～M6流动的传感器电流值转换为转矩值。电流转矩转换部30将输入的传感器电流值转换为转矩值，并将其输出至扰动转矩运算部31。其次，图2的扰动转矩运算部31运算利用电流转矩转换部30转换而得的转矩值与驱动转矩的推定值的差作为扰动转矩，并将其输出至外力运算部32。其次，图2的外力运算部32使用利用扰动转矩运算部31运算出的扰动转矩值而运算作用于机器人2的外力。此处，外力运算部32根据虚功原理从自扰动转矩运算部31输入的扰动转矩τd如下式（1）般求出作用于机器人2的梢端（工具中心点P）的外力fd。
fd=（AT）-1τd…（1）
此处，A为亚可比矩阵，且为表现机器人2的坐标系与关节坐标系之间的微小位移关系的矩阵。关于亚可比矩阵A，对于误差Δx与关节角差分Δθ，式（2）的关系成立。
Δx=AΔθ……（2）
如此，外力运算部32藉由如式（1）般对扰动转矩τd乘以亚可比矩阵A的转置矩阵AT的逆矩阵而算出作用于机器人2的外力fd，并将其输出至力监视部12。此处，式（1）的外力fd是假定在机器人2的梢端（工具中心点P）作用时的外力。在外力fd将机器人2的梢端以外作为作用点的情形时，也可将外力fd坐标转换为在实际的作用点的外力。
另一方面，监视装置4（区域判定部11）根据利用位置传感器E检测出的各伺服马达M的旋转角度位置，判定机器人2的工具中心点P是否存在于区域100A或100B内（图6的步骤S63）。区域判定部11根据各伺服马达M的旋转角度位置及预先设定的各连杆的长度或形状等信息，产生机器人2的三维模型。区域判定部11判定机器人2的三维模型的工具中心点P是否存在于区域100A或100B内，并将判定结果输出至力监视部12。
其次，监视装置4（区域内碰撞判定部34）在由区域判定部11判定为机器人2的工具中心点P存在于区域100A或100B内的情形时（在图6的步骤S63中为是），以包含作用于机器人2的外力的监视的第一监视基准侦测碰撞。在本实施形态中，区域内碰撞判定部34判定自外力运算部32输入的外力的值fd是否超过预先设定的第一阈值fth1，当超过第一阈值fth1时，判定为机器人2发生了碰撞，而产生碰撞侦测信号，并将其输出至停止信号产生部13。作为与第一阈值fth1的比较对象的外力的值|fd|为外力fd的标量值。监视装置4在未侦测到碰撞的情形时，返回至步骤S61，等待监视信号的接收。
另一方面，监视装置4（区域外碰撞判定部36）在由区域判定部11判定为机器人2的工具中心点P不存在于区域100A或100B内的情形时，以包含作用于机器人2的冲击力的监视的第二监视基准侦测碰撞（图6的步骤S66）。具体而言，区域外碰撞判定部36判定自冲击力运算部35输入的作用于机器人2的冲击力的值|f'd|是否超过预先设定的第二阈值fth2，当超过第二阈值fth2时，判定为机器人2发生了碰撞，而产生碰撞侦测信号，并将其输出至停止信号产生部13。作为与第二阈值fth2的比较对象的冲击力的值|f'd|为外力f'd的标量值。监视装置4在未侦测到碰撞的情形时，返回至步骤S61，等待监视信号的接收。藉此，即便在作为高速动作区域的区域外区域，机器人2碰撞到人，也能够迅速侦测碰撞。
其次，监视装置4（停止信号产生部13）在自力监视部12输入碰撞侦测信号（外力或冲击力）的情形时，产生机器人2的停止信号，并将其输出至控制装置3（图6的步骤S65）。
控制装置3在自监视装置4接收到停止信号时（在图5的步骤S54中为是）使机器人2的动作停止（图5的步骤S55）。此处，机器人2的停止形态为任意。例如可藉由阻断动力而即刻使之停止（所谓紧急停止）；也可阻断动力且减速使之停止（所谓减速停止）；也可不阻断动力，而进行减速使之停止（所谓暂时停止）。控制装置3在未接收到停止信号的情形时，返回至步骤S51，继续机器人2的区域控制。
因此，根据本实施形态，监视基准在作为机器人2与人碰撞的可能性较高的低速动作区域的区域100A或100B、和作为碰撞的可能性较低的高速动作区域的区域外区域不同，因此能够恰当地侦测碰撞。藉此，在侦测到碰撞后，能够利用控制装置3停止机器人的动作，因此能够确保在机器人2的周边进行作业的作业人员的安全。
又，在本实施形态中，机器人系统1的监视装置藉由在机器人2的动作范围内预先设定2个区域100A或100B，能够根据作业空间100的宽窄或形状而灵活且恰当地进行设定，因此，进一步提高机器人2与在其周边进行作业的作业人员的共同作业中的方便性。
再者，在本实施形态中，外力的第一监视基准在于机器人2的动作范围内所设定的作为低速动作区域的区域100A及100B中均设定为相同的值（100 N），但并不限定于此。也可在区域100A及100B中第一监视基准在各区域中不同。例如，在与人碰撞的可能性较高的低速动作区域中，以如不会因自碰撞侦测至停止的惯性运转而使机器人向碰撞的人的部位压入般的速度进行运转，但监视基准（例如动作速度或外力的阈值）依存于假定碰撞的危险性的部位。例如存在碰撞的危险性的部位在手或躯体，严重性或危险度也不同，因此应设定的速度也不同。藉此，进一步提高机器人与在其周边进行作业的作业人员的共同作业中的方便性；
（第二实施形态）
其次，对第二实施形态进行说明。以下，省略与第一实施形态共通的构成的说明，仅对不同的构成进行说明。
图7是显示第二实施形态的监视装置的构成的方块图。如图7所示，在本实施形态中，若与第一实施形态（图1）进行比较，则不同点在于，监视装置4A进而具备速度运算部14、及速度监视部15。
速度运算部14根据利用位置传感器E检测出的各伺服马达M的旋转角度位置而运算机器人2的动作速度。此处，监视信号所包含的各伺服马达M的旋转角度位置通过通讯电缆自控制装置3发送至监视装置4，并输入至速度运算部14。速度运算部14以将算出结果输出至速度监视部15的方式构成。
速度监视部15在由区域判定部11判定为机器人2的规定部分存在于规定区域100A及100B内的情形时，监视机器人2的动作速度是否超过第一速度，在由区域判定部11判定为机器人2的规定部分不存在于规定区域100A及100B内的情形时，监视机器人2的动作速度是否超过高于第一速度的第二速度。在本实施形态中，第一速度设定为250 mm/s，第二速度设定为800 mm/s。
停止信号产生部13在由区域判定部11判定为机器人2的规定部分存在于区域100A及100B内，且由速度监视部15判定为机器人2的动作速度超过第一速度的情形时，或者在由区域判定部11判定为机器人的规定部分不存在于区域100A及100B内，且由速度监视部15判定为机器人2的动作速度超过第二速度的情形时，产生机器人2的停止信号，并将其供给至控制装置3。
图8是显示监视装置4A的速度监视处理的流程的流程图。如图8所示，监视装置4A等待在每个规定期间自控制装置3发送的监视信号的接收（图8的步骤S81）。监视装置4A（速度运算部14）接收到监视信号时，根据利用位置传感器E检测出的各伺服马达M的旋转角度位置，运算机器人2的动作速度（图8的步骤S82）。此处，监视信号所包含的各伺服马达M的旋转角度位置通过通讯电缆自控制装置3发送至监视装置4，并输入至速度运算部14。速度运算部14自关于各伺服马达M的旋转角度位置的信息算出基础坐标系中的机器人2的工具中心点P的位置坐标（X、Y、Z），并且算出工具中心点P的速度，将算出结果输出至速度监视部15（参照图4）。
另一方面，监视装置4A（区域判定部11）根据利用位置传感器E检测出的各伺服马达M的旋转角度位置，判定机器人2的工具中心点P是否存在于区域100A或100B内（图8的步骤S83）。区域判定部11根据各伺服马达M的旋转角度位置及预先设定的各连杆的长度或形状等信息，产生机器人2的三维模型。区域判定部11判定机器人2的三维模型的工具中心点P是否存在于区域100A或100B内，并将判定结果输出至速度监视部15。
其次，监视装置4（速度监视部15）在由区域判定部11判定为机器人2的工具中心点P存在于区域100A或100B内的情形时（在步骤S83中为是），监视机器人2的动作速度是否超过第一速度。此处，第一速度为250 mm/s；
在本实施形态中，速度监视部15判定自速度运算部14输入的动作速度V的值是否超过预先设定的第一速度Vth1，当超过第一速度Vth1时，判定为机器人2以异常速度动作，而产生异常速度侦测信号，并将其输出至停止信号产生部13。监视装置4在未侦测到异常速度的情形时，返回至步骤S81，等待监视信号的接收。
其次，监视装置4（速度监视部15）在由区域判定部11判定为机器人2的工具中心点P不存在于区域100A或100B内的情形时（在步骤S83中为否），监视机器人2的动作速度是否超过第二速度。此处，第二速度为800 mm/s。在本实施形态中，速度监视部15判定自速度运算部14输入的动作速度V的值是否超过预先设定的第二速度Vth2，当超过第二速度Vth2时，判定为机器人2以异常速度动作，产生异常速度侦测信号，并将其输出至停止信号产生部13。监视装置4在未侦测到异常速度的情形时，返回至步骤S81，等待监视信号的接收。
根据本实施形态，在作为与人碰撞的可能性较低的高速动作区域的区域外区域中，能够监视是否以如下速度进行运转，即，该速度藉由使机器人2以高速动作，而使之最大限度地发挥其能力，且即便假设侦测到碰撞，受伤的危险性也较低。另一方面，在作为与人碰撞的可能性较高的低速动作区域的区域100A或100B中，能够监视是否以如不会因自碰撞侦测至停止的惯性运转而使机器人向碰撞的人的部位压入般的速度进行运转。也即，除了力监视以外，还藉由速度监视来进一步提高机器人2与在其周边进行作业的作业人员的共同作业中的方便性；
（其他实施形态）
再者，上述各实施形态的外力检测部根据在各伺服马达M流动的电流值及各伺服马达M的驱动所需的驱动转矩而运算出作用于机器人2的外力，但并不限定于此。例如也可藉由在机器人2的梢端设置力传感器，而检测作用于机器人2的外力。
再者，上述各实施形态的机器人2为双臂型水平多关节型机器人，但并不限定于此。可为单臂机器人，也可为垂直多关节型机器人。又，各臂具备4个关节轴，但只要为1个以上的关节轴，则并无特别限定。
再者，在上述各实施形态中，机器人系统的监视装置在机器人的动作范围内预先设定有2个区域100A或100B，但只要为多个区域，则也可设定3个以上的区域。
再者，在上述各实施形态中，速度的监视基准在机器人2的动作范围内所设定的作为低速动作区域的区域100A及100B中均设定为相同的值（250 mm/s），但并不限定于此。在区域100A及100B中，速度的监视基准也可不同。例如在与人碰撞的可能性较高的低速动作区域中，以如不会因自碰撞侦测至停止的惯性运转而使机器人向碰撞的人的部位压入般的速度进行运转，但监视基准（例如动作速度或外力的阈值）依存于假定碰撞的危险性的部位。例如存在碰撞的危险性的部位在手或在躯体，其严重性或危险度也不同，因此应设定的速度也不同。藉此，进一步提高在机器人的周边进行作业的作业人员的安全性。
又，在上述各实施形态中，不使用力传感器，而根据伺服马达M的电流值计算作用于机器人2的外力，因此能够低价且高精度地侦测碰撞。藉此，进一步提高机器人与在其周边进行作业的作业人员的共同作业中的方便性。
再者，上述各实施形态的监视装置4、4A虽与控制装置3分开地设置，但也可包含在控制装置3。例如也可在控制装置3的运算处理器6中，以执行监视装置4的各部（10～13）的功能模块的方式构成。
根据上述说明，本技术领域人员自可明了本发明的众多改良或其他实施形态。因此，上述说明应仅作为例示进行解释，其是以向本技术领域人员教导执行本发明的最佳形态为目的而提供。可在不脱离本发明的精神的范围内，实质性地变更其构造及功能的两者或一者的详细内容。
工业应用性：
本发明有效用于与人共存进行作业的机器人系统的监视。
符号说明：
1：机器人系统
2：机器人
3：控制装置
4：监视装置
5：电流传感器
6：运算处理器
7：伺服放大器
10：外力检测部
11：区域判定部
12：力监视部
13：停止信号产生部
30：电流转矩转换部
31：扰动转矩运算部
32：外力运算部
33：加减法器
34：区域内碰撞判定部
35：冲击力运算部
36：区域外碰撞判定部
61：电流值产生部
62：区域设定部
63：驱动转矩推定部
J：关节轴
M：伺服马达
E：编码器
L：电缆。

Claims (6)

1.一种机器人系统的监视装置，其特征在于，具备具有一个以上的关节轴及驱动该关节轴的伺服马达的机器人、以及在所述机器人的动作范围内预先设定规定的区域并控制所述机器人的动作的控制装置，且具备：
外力检测部，其检测作用于所述机器人的外力；
区域判定部，其判定所述机器人的规定部分是否存在于规定区域内；
力监视部，其在由所述区域判定部判定为所述机器人的所述规定部分存在于规定区域内的情形时，以至少包含作用于所述机器人的外力的监视的第一监视基准侦测碰撞，并且在由所述区域判定部判定为所述机器人的所述规定部分不存在于规定区域内的情形时，以不包含所述外力的监视的第二监视基准侦测碰撞；及
停止信号产生部，其在利用所述力监视部侦测出碰撞的情形时，产生所述机器人的停止信号，并将其供给至所述控制装置。
2.根据权利要求1所述的机器人系统的监视装置，其特征在于，
所述力监视部在由所述区域判定部判定为所述机器人的所述规定部分不存在于所述规定区域内的情形时，以包含与作用于所述机器人的外力的微分值成比例的冲击力的监视的所述第二监视基准侦测碰撞。
3.根据权利要求1或2所述的机器人系统的监视装置，其特征在于，
进一步具备：
位置传感器，其检测各所述伺服马达的旋转角度位置；
速度运算部，其根据利用所述位置传感器检测出的各所述伺服马达的旋转角度位置，运算所述机器人的动作速度；及
速度监视部，其在由所述区域判定部判定为所述机器人的所述规定部分存在于所述规定区域内的情形时，监视所述机器人的动作速度是否超过第一速度，在由所述区域判定部判定为所述机器人的所述规定部分不存在于所述规定区域内的情形时，监视所述机器人的动作速度是否超过高于所述第一速度的第二速度；且
所述停止信号产生部在由所述区域判定部判定为所述机器人的所述规定部分存在于所述区域内，且由所述速度监视部判定为所述机器人的动作速度超过所述第一速度的情形时，或者在由所述区域判定部判定为所述机器人的所述规定部分不存在于所述区域内，且由所述速度监视部判定为所述机器人的动作速度超过所述第二速度的情形时，产生所述机器人的停止信号，并将其供给至所述控制装置。
4.根据权利要求1或2所述的机器人系统的监视装置，其特征在于，
在所述机器人的动作范围内预先设定有多个所述区域。
5.根据权利要求4所述的机器人系统的监视装置，其特征在于，
在所述多个规定区域中，所述第一监视基准与所述第一速度的至少一者在各所述区域不同。
6.根据权利要求1或2所述的机器人系统的监视装置，其特征在于，
进一步具备检测在各所述伺服马达流动的电流值的电流传感器，且
所述外力检测部具备：
电流转矩转换部，其将利用所述电流传感器检测出的在各所述伺服马达流动的电流值转换为转矩值；
驱动转矩推定部，其推定各所述伺服马达的驱动所需的驱动转矩；
扰动转矩运算部，其运算利用所述电流转矩转换部转换而得的转矩值与所述驱动转矩的推定值的差作为扰动转矩；及
外力运算部，其使用利用所述扰动转矩运算部运算出的扰动转矩值运算作用于所述机器人的外力。
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