CN108656103B - 机器人工作区域的划设方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机器人工作区域的划设方法，界定机器人的工作区域，在工作区域中以不共线的三点建置多个分隔界面，完成建置分隔界面时，使分隔界面相互交集形成分割线，分割线将分隔界面分割成标点段面与延伸段面，连结标点段面形成全分隔界面，全分隔界面将工作区域划分为两个作业区域，选择包含机器人的原点坐标的作业区域为活动区域，以简化划设作业。

Description

机器人工作区域的划设方法

技术领域

本发明涉及一种机器人，尤其是涉及人机协作型的工业机器人，根据作业人员在机器人工作区域的作业危险程度，规划不同移动速度区域的划设方法。

背景技术

机器人具有灵活移动、精确定位及连续性作业的特性，虽然成为产品生产线上制造组装的最佳利器，但仍有需要人机协同的作业。而在人机协作中，保护作业人员的工作安全，已成为人机协作的主要解决课题。

为了确保作业人员在机器人工作区域的作业安全，例如美国专利案US20160167231等现有技术，通常利用光学感测器或视觉装置，在工作区域设定安全界线划设作业区域，一旦检测作业人员超越安全界线，侵入机器人的危险作业区域，机器人就会自动降低移动速度，以避免机器人碰触作业人员而造成伤害。但是机器人装设光学感测器或视觉装置，不仅需要装设的空间，且需要特定的检测软体，装设成本高，降低产品的竞争力。

另有现有技术中国发明专利案CN105555490A，将机器人的工作台，依据作业人员与机器人接触的危险程度，进一步利用不同颜色标示多个不同危险程度的作业区域。再根据不同危险程度的作业区域，限制机器人不同的移动速度，避免机器人与作业人员接触造成伤害，同时避免过度降低机器人的作业效率。虽然在机器人的工作台，不同颜色可显著的标示不同危险程度的作业区域，但是机器人的工作区域为立体的空间，无法使用颜色划设及标示各作业区域的空间界面。

因此，有些现有技术直接在机器人的工作区域，利用机器人的坐标系统，设定坐标标示分隔界面，划设机器人不同的作业区域，主动限制机器人进入各作业区域的移动速度。然而，一一坐标标示的各分隔界面，不仅设定作业过于繁复，且因无法目视坐标标示的分隔界面与实体机器人各作业区域间的实际关系，往往将机器人划设在人机协作区域中，或需跨过人机协作区域作业，而让机器人的移动速度受到限制，无法以最佳的速度移动，导致降低机器人的工作效率。因此，如何划设机器人的工作区域，是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人工作区域的划设方法，在工作区域中以不共线的三点建置多个分隔界面，交集分割分隔界面成标点段面与延伸段面，保留标点段面连结形成全分隔界面，以简化划设作业。

本发明的另一目的在于提供一种机器人工作区域的划设方法，在机器人的工作区域，通过设定全分隔界面，将工作区域分割为两作业区域，选择机器人所在的作业区域为活动区域，剩下的区域为停止区域，以快速划设工作区域。

本发明的再一目的在于提供一种机器人工作区域的划设方法，利用设定另一全分隔界面，将活动区域分割为两作业区域，选择机器人所在的区域为全速区域，剩下的区域为协作区域，以提升机器人的作业效率。

为了达到前述发明的目的，本发明机器人工作区域的划设方法，首先界定机器人的工作区域，在工作区域中以不共线的三点建置多个分隔界面，检查未完成建置多个分隔界面，继续建置另一分隔界面，完成建置多个分隔界面时，则使分隔界面相互交集形成分割线，分割线将分隔界面分割成标点段面与延伸段面，连结标点段面形成全分隔界面，全分隔界面将工作区域划分为两个作业区域。

本发明的标点段面包含建置分隔界面的三点，延伸段面未包含建置分隔界面的三点。本发明将工作区域划分为停止区域及活动区域的作业区域，并选择包含机器人的原点坐标的作业区域为活动区域。对活动区域另建置全分隔界面，将活动区域划分为全速区域及协作区域的作业区域。并选择包含机器人的原点坐标的作业区域为全速区域。

本发明的停止区域禁止机器人进入作业，一旦检测机器人移进停止区域，就紧急停止机器人。而协作区域一旦检测机器人移进，就会自动降低机器人的移动速度，使移动速度低于造成伤害的速限。在全速区域机器人不会碰触到作业人员，机器人以最佳的速度移动进行作业。

附图说明

图1为本发明机器人控制系统的示意图；

图2为本发明机器人的工作区域的示意图；

图3为本发明建置分隔界面的示意图；

图4为本发明划设工作区域的示意图；

图5为本发明划设活动区域的示意图；

图6为本发明机器人工作区域的划设方法的流程图。

符号说明

1 控制系统

2 机器人

3 控制装置

4 人机介面

5 基座

6 缆线

7 显示荧幕

8 机器人影像

9 建置画面

10 确认键

11 取消键

12 标点

20 工作区域

Z1 停止区域

Z2 活动区域

Z3 协作区域

Z4 全速区域

A1,A2,A3 分割界面

a1 标点段面

a2 延伸段面

M,N 全分割界面

具体实施方式

有关本发明为达成上述目的，所采用的技术手段及其功效，现举优选实施例，并配合附图加以说明如下。

请同时参考图1、图2及图3，图1为本发明机器人控制系统的示意图，图2为本发明机器人的工作区域的示意图，图3为本发明建置分隔界面的示意图。图1中，本发明机器人的控制系统1，包含机器人2、控制装置3及人机介面4等。其中机器人2为多轴型态，固定端为基座5，另一端为活动的工具端(Tool Center Point，简称TCP)。控制装置3经由缆线6连接至机器人2，用以控制机器人2移动工具端TCP。人机介面4经由无线传输连接至控制装置3，人机介面4具有显示荧幕7，可显示机器人影像8及分隔界面的建置画面9，建置画面9利用三点P1、P2、P3选择键、确认键10及取消键11设定分隔界面A，通过人机介面4设定数据，无线传输至控制装置3加以存储，以控制机器人2。

图2中，本发明的机器人2以基座5为原点O，构成机器人坐标系统C，控制装置3操控机器人2移动工具端TCP，工具端TCP移动的每一位置，都可由多轴机器人2每一肘节的转动角度纪录，在机器人坐标系统C获得位置坐标。当控制机器人2将工具端TCP伸直，由工具端TCP的坐标与原点O的距离，可获得机器人2最大活动范围球体的半径R，进而界定出机器人2的工作区域20。实务上，机器人2的端末器的最大活动半径为厂商提供的已知参数，再加上作业人员选择的工具本身长度，就可计算出机器人2最大活动范围的半径R，并不需要伸直工具端TCP实际测量。

本发明在界定出机器人2的工作区域20后，利用建置分隔界面A进行划分工作区域20为不同的作业区域。图3中首先牵引机器人2的工具端TCP，至工作区域20需要的分隔界面上的任一点P1，再利用图1中的人机介面4的建置画面9的三点P1、P2、P3选择键，点选第一点P1选择键，人机介面4将在建置画面9显示的分隔界面A，显示一标点12，并将工具端TCP的坐标作为第一点P1的坐标，以确认第一点P1的坐标已建置完成。

接着再牵引机器人2的工具端TCP，至工作区域20需要的分隔界面上的任一点P2，在人机介面4的建置画面9，点选第二点P2选择键，人机介面4将在建置画面9显示的分隔界面A，在相对的位置显示另一标点12，并将工具端TCP的坐标作为第二点P2的坐标，以确认第二点P2已建置完成。

同样地，图3中牵引机器人2的工具端TCP，至工作区域20需要的分隔界面上的任一点P3，在图1的人机介面4的建置画面9，点选第三点P3选择键，人机介面4将在建置画面9显示的分隔界面A，在相对的位置显示第三标点12，并将工具端TCP的坐标作为第三点P3的坐标，以确认第三点P3已建置完成。

当分隔界面A的三点都建置完成后，如果建置的三点不共线，控制装置3将利用三点的坐标数据自动形成一平面，供作业人员确认，如果需要该建置的平面，就按压确认键10，控制装置3利用该建置的平面与界定出机器人2的工作区域20交集分割，形成分隔界面A。分隔界面A就可将机器人2的工作区域20划分为两个作业区域。如果不需要该建置的平面，就按压取消键11，建置的点面将消失，以利重新建置分隔界面。本实施例虽以黑点表示标点12，但包含且不限于黑点，标点12亦可为其他颜色或不同的颜色。

如图4所示，为本发明划设工作区域的示意图。机器人的工作区域20一般需要多个前述分隔界面交集结合而成，本实施例以三个分隔界面A1、A2、A3举例说明，但包含且不限于三个分隔界面。本发明对于机器人工作区域20中会造成作业人员、机具或产品严重伤害的区域，需划设停止区域Z1，严格禁止机器人在作业中进入。对规划的停止区域Z1，在界线的各面上，如前述建置不共线的三点P，分别构成分隔界面A1、A2、A3，分隔界面A1、A2、A3间相互交集形成分割线L1、L2，分割线L1、L2将分隔界面A1、A2、A3分别分割成多个段面，例如分割线L1将分隔界面A1分割为标点段面a1(实线所示)及延伸段面a2(虚线所示)，因此每个分隔界面A1、A2、A3都具有标点段面及延伸段面，保留及连结每个分隔界面A1、A2、A3的标点段面a1，就可构成全分隔界面M(图5中实线所示)。

全分隔界面M将机器人的工作区域20，划分为停止区域Z1与活动区域Z2两个作业区域，本发明自动根据机器人的原点O坐标所在的作业区域，选择该作业区域作为活动区域Z2，剩下的作业区域则作为停止区域Z1。因此确保机器人位于活动区域Z2，避免跨越停止区域Z1进行作业。对于停止区域Z1，严格禁止机器人在作业中进入，一旦检测机器人的工具端坐标移进停止区域Z1，就会紧急停止机器人。而在活动区域Z2，则规划为机器人可自由移动进行作业的区域。

如图5所示，为本发明划设活动区域的示意图。由于活动区域Z2中，可能存在机器人需与作业人员协同作业的协作区域Z3，如需进一步由活动区域Z2划设协作区域Z3，如前述建置全分隔界面M，针对规划的协作区域Z3的界线，再建置另一全分隔界面N，将活动区域Z2划分为协作区域Z3与全速区域Z4两个作业区域。本发明并自动根据机器人的原点O坐标所在的作业区域，选择该作业区域作为全速区域Z4，剩下的作业区域则作为协作区域Z3，因此确保机器人位于全速区域Z4，避免跨越协作区域Z3进行作业。

机器人在全速区域Z4，因不会碰触到作业人员，机器人可以最佳的速度移动进行作业，得以提高机器人的作业效率。当机器人需要进入协作区域Z3时，一旦检测机器人的工具端坐标移进协作区域Z3，就会自动降低机器人的移动速度，使移动速度低于造成伤害的速限，以确保作业人员的安全。

如图6所示，为本发明机器人工作区域的划设方法的流程。本发明机器人工作区域的划设方法的详细步骤说明如下：首先步骤S1，界定机器人的工作区域；步骤S2，在工作区域中以不共线的三点建置分隔界面；步骤S3，检查是否完成建置分隔界面？假如未完成建置分隔界面，回到步骤S2，建置另一分隔界面，假如完成建置分隔界面，则进入步骤S4，使分隔界面相互交集形成分割线；步骤S5，分割线将分隔界面分割成包含三点的标点段面与未包含三点的延伸段面；步骤S6，保留标点段面连结形成全分隔界面；步骤S7，全分隔界面将工作区域划分为停止区域及活动区域等两个作业区域；步骤S8，选择包含机器人原点坐标的作业区域为活动区域，另一作业区域为停止区域；最后在步骤S9，结束划设工作区域。

因此，本发明机器人工作区域的划设方法，就可利用在工作区域中以不共线的三点建置多个分隔界面，交集分割各分隔界面成标点段面与延伸段面，自动保留标点段面连结形成全分隔界面，达到简化划设作业的目的。此外，本发明机器人工作区域的划设方法，在机器人的工作区域，就可通过设定全分隔界面，将工作区域分割为两作业区域，选择机器人所在的作业区域为活动区域，剩下的区域为停止区域，达到快速划设工作区域的目的，如需继续划设活动区域，可利用设定另一全分隔界面，将活动区域分割为机器人所在的区域的全速区域，及其余区域的为协作区域，让机器人在全速区域中，以最佳的速度移动，达到提升机器人的作业效率的发明目的。

以上所述者，仅为用以方便说明本发明的优选实施例，本发明的范围不限于该等优选实施例，凡依本发明所做的任何变更，在不脱离本发明的精神下，都属本发明权利要求保护的范围。

Claims (11)

1.一种机器人工作区域的划设方法，其步骤包含：

界定机器人的工作区域；

在工作区域中以移动机器人的工具端至不共线的三点建置多个分隔界面；

检查完成建置多个分隔界面，则使分隔界面相互交集形成分割线；

分割线将分隔界面分割成标点段面与延伸段面；

自动连结标点段面形成全分隔界面；

全分隔界面将工作区域划分为两个作业区域。

2.如权利要求1所述的机器人工作区域的划设方法，其中检查未完成建置多个分隔界面，继续建置另一分隔界面。

3.如权利要求1所述的机器人工作区域的划设方法，其中该标点段面包含建置分隔界面的三点。

4.如权利要求3所述的机器人工作区域的划设方法，其中该延伸段面未包含建置分隔界面的三点。

5.如权利要求1所述的机器人工作区域的划设方法，其中该工作区域划分为停止区域及活动区域的作业区域。

6.如权利要求5所述的机器人工作区域的划设方法，其中选择包含机器人的原点坐标的作业区域为活动区域。

7.如权利要求5所述的机器人工作区域的划设方法，其中该停止区域禁止机器人进入作业，一旦检测机器人移进停止区域，就紧急停止机器人。

8.如权利要求6所述的机器人工作区域的划设方法，其中该活动区域建置另一全分隔界面，将活动区域划分为全速区域及协作区域的作业区域。

9.如权利要求8所述的机器人工作区域的划设方法，其中选择包含机器人的原点坐标的作业区域为全速区域。

10.如权利要求8所述的机器人工作区域的划设方法，其中该协作区域一旦检测机器人移进，就会自动降低机器人的移动速度，使移动速度低于造成伤害的速限。

11.如权利要求8所述的机器人工作区域的划设方法，其中该全速区域机器人不会碰触到作业人员，以最佳的速度移动进行作业。

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