CN108724180A - 机器人系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机器人系统(1)，其具有：机器人(2)；控制部(4)；传感器(3)，其检测出施加于机器人的力的大小；判定部(6)，其基于检测出的力的大小，判定在由机器人实施的作业中与作用于机器人的负载不同的外力是否发挥了作用；以及存储部(5)，其将在外力未发挥作用的状态下，在执行了为实施作业而执行的动作程序中所包含的一个以上的动作命令时由传感器检测出的力的大小，与动作命令相对应地存储，在存在外力发挥作用的可能性的状态下，在由控制部执行了动作程序的动作命令时，判定部基于与动作命令相对应地存储于存储部中的力的大小、以及由传感器检测出的力的大小，判定外力的有无。

Description

机器人系统
技术领域
本发明涉及机器人系统。
背景技术
以往、已知一种机器人系统，在该机器人系统中施加于机器人的负载发生变动，为了检测出作业人员等与机器人接触，设置检测负载大小的传感器，在使机器人进行动作时，时序地存储利用传感器检测出的值(例如，参照专利文献1。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5522403号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在专利文献的机器人系统中，由于以时序地检测出的传感器的检测值作为规范数据，在实际动作时通过比较基于传感器的检测值与规范数据，从而判定出机器人的状态，因此在机器人的动作速度发生变动的情况下，导致规范数据的时间轴与实际动作的时间轴偏离，存在不能高精度地判定的不良情况。
本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于提供一种机器人系统，该机器人系统在施加于机器人的负载发生变动的情况下，即使在机器人的速度发生变动时，也能够高精度地检测出施加于机器人的外力。
用于解决问题的方案
为达到上述目的，本发明提供以下方案。
本发明的一个方案提供一种机器人系统，该机器人系统具有：机器人；控制部，其控制该机器人；传感器，其检测出施加于所述机器人的力的大小；判定部，其基于由该传感器检测出的所述力的大小，判定在由所述机器人实施的作业中与作用于所述机器人的负载不同的外力是否发挥了作用；以及存储部，其将在所述外力未发挥作用的状态下，在所述控制部执行了为实施所述作业而执行的动作程序中所包含的一个以上的动作命令时由所述传感器检测出的所述力的大小，与所述动作命令相对应地存储，在存在所述外力发挥作用的可能性的状态下，在由所述控制部执行了所述动作程序的所述动作命令时，所述判定部基于与该动作命令相对应地存储于所述存储部中的所述力的大小、以及由所述传感器检测出的所述力的大小，判定所述外力的有无。
根据本方案，通过在外力未发挥作用的状态下执行为了使机器人实施作业而执行的动作程序的一个以上的动作命令，从而由传感器检测出的力的大小与动作命令相对应地存储于存储部中。而且，在存在外力发挥作用的可能性的状态下执行动作程序的动作命令时，判定部从存储部读出与该动作命令相对应的力的大小，并且基于在该时刻由传感器检测出的力的大小，判定外力的有无。
由此，即使在施加于机器人的负载发生变动的情况下，也能够比较在各时刻的不伴随外力的负载的大小与伴随外力的负载的大小，而高精度地判定出外力的有无。在该情况下，由于当执行各动作命令时由传感器检测出的力的大小存储于存储部中，因此即使机器人的动作速度发生变化，比较对象的力的大小的时间轴也不会偏离，就能够高精度地检测出外力。
在上述方案中，所述动作程序与所述动作命令相对应地包含负载状态存储命令，所述存储部存储在执行了所述负载状态存储命令时由所述传感器检测出的所述力的大小也可。
通过如此，若在外力未发挥作用的状态下执行动作程序，则根据动作命令使机器人进行动作并且与动作命令相对应地执行包含于动作程序内的负载状态存储命令，此时由传感器检测出的力的大小被存储于存储部中。
另外，在上述方案中，所述动作程序在所述动作命令的前后包含负载状态存储命令，所述存储部存储在执行了所述动作命令的前后的所述负载状态存储命令时由所述传感器检测出的所述力的大小的平均值也可。
通过如此，若在外力未发挥作用的状态下执行动作程序，则根据动作命令使机器人进行动作并且在动作命令的前后执行包含于动作程序内的负载状态存储命令，在执行各负载状态存储命令时由传感器检测出的力的大小的平均值被存储于存储部中。在根据动作命令进行的动作的前后负载发生很大变化的情况下，通过利用平均值，能够提高施加于机器人的外力的检测精度。
另外，在上述方案中，也可以具有判定区域设定部，该判定区域设定部将包含发出所述负载状态存储命令的位置的所述机器人的动作区域设定为判定区域，在所述机器人的位置配置于由所述判定区域设定部设定的所述判定区域外时，所述判定部将由所述传感器检测出的所述力的大小判定为所述外力。
通过如此，在动作命令与存储于存储部中的力的大小不对应的情况下，若使用所存储的力的大小而计算外力，则误差反而会增加，因此以将存储于存储部中的力的大小用于检测外力的动作区域限定为判定区域，能够提高施加于机器人的外力的检测精度。
另外，在上述方案中，也可以具有判定区域设定部，该判定区域设定部将包含发出所述负载状态存储命令的位置的所述机器人的动作区域设定为判定区域，在所述机器人的位置配置于由所述判定区域设定部设定的所述判定区域外时，所述控制部使所述机器人停止。
通过如此，在动作命令与存储于存储部中的力的大小不对应的情况下，若使用所存储的力的大小而计算外力，则误差反而会增加，因此通过使机器人停止，从而能够防止在不能高精度地检测出外力的状态下机器人进行动作。
另外，在上述方案中，所述判定区域设定部也可以在所述存储部中存储所述力的大小时，设定所述判定区域。
通过如此，能够简单地设定利用存储于存储部中的力的大小而进行外力的检测的判定区域。
另外，在上述方案中，也可以在所述判定部判定出预定的阈值以上的所述外力发挥了作用的情况下，所述控制部停止所述机器人的动作。
另外，还可以具有通知部，该通知部在所述判定部判定出预定的阈值以上的所述外力发挥了作用的情况下，通知其意思。
发明效果
根据本发明，起到如下效果：在施加于机器人的负载发生变动的情况下，即使在机器人的速度发生变动时，也能够高精度地检测出施加于机器人的外力。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的机器人系统的模式性的整体结构图。
图2是表示用于图1的机器人系统中的动作程序的一例的图。
图3是由图1的机器人系统进行的动作的一例，图3的(a)是表示把持配置于地面的电缆的状态的图，图3的(b)是表示将电缆提升一半的状态的图，图3的(c)是表示将电缆全部提升的状态的图。
图4是表示在图3的动作时利用传感器检测出的力的大小的时序变化的图。
图5是表示图4的力的大小与存储于存储部中的力的大小的差分的图。
图6是表示图4的变形例的图。
图7是表示图5的变形例的图。
图8是说明设定于图1的机器人系统中的判定区域的图。
附图标记说明：
1：机器人系统
2：机器人
3：力传感器(传感器)
4：控制部
5：存储部
6：判定部
A、B、C：动作命令
A1、B1、C1：负载状态命令(负载状态存储命令)
X：判定区域
具体实施方式
以下参照附图。对本发明的一个实施方式的机器人系统1进行说明。
本实施方式的机器人系统1是没有安全栅栏且人与机器人2共有作业区域而工作的系统，并且如图1所示，具有：机器人2；力传感器(传感器)3，其检测出作用于该机器人2的力(正交的三轴方向的力以及围绕三轴的力矩)的大小；控制部4，其控制机器人2；存储部5，其存储由力传感器3检测出的力的大小；以及判定部6，其基于存储在该存储部5中的力的大小以及由力传感器3检测出的力的大小，判定出作用于机器人2的外力的有无。
关于机器人2，在图1所示的例子中表示了直立多关节型机器人，但还可以采用其他任意形式的机器人2。
力传感器3搭载机器人2，并检测出包含施加于机器人2的负载的力的大小。在机器人2的前端的末端执行器是把持工件的手7的情况下，能够检测出由利用手7把持的工件等的重量构成的负载、以及在人等与机器人2接触的情况下由人等作用于机器人2的外力。
控制部4具有处理器(省略图示)以及存储器(省略图示)，通过执行预先示教的动作程序，从而按照包含于动作程序中的多个动作命令，使机器人2进行动作。在动作命令中包含向示教点的移动命令等。
在本实施方式中，控制部4能够切换存储模式以及执行模式这两个模式，而执行相同的动作程序。
另外，在本实施方式中，如图2所示，在动作程序中除了多个动作命令A、B、C之外，还包含多个负载状态命令(负载状态存储命令)A1、B1、C1。负载状态命令A1、B1、C1通过插入到动作程序内的多个部位，从而与靠近的动作命令A、B、C相对应而执行。即，通过在动作命令A、B、C的前后配置负载状态命令A1、B1、C1，从而在利用动作命令A、B、C的机器人2的动作的就在之前以及就在之后执行。
另外，负载状态命令A1、B1、C1，在控制部4以存储模式控制机器人2时，作为将由力传感器3检测出的力的大小存储于存储部5中的命令而发挥功能，在控制部4以执行模式控制机器人2时，作为在执行了该负载状态命令A1、B1、C1的时刻使判定部6利用存储于存储部5中的力的大小来判定出外力的有无的命令而发挥功能。
存储部5是存储器，并且将在执行包含于动作程序中的多个负载状态命令A1、B1、C1时由力传感器3检测出的力的大小，与负载状态命令A1、B1、C1相对应地存储，即与对应于负载状态命令A1、B1、C1的动作命令A、B、C相对应地存储。
判定部6是处理器，在控制部4以执行模式控制机器人2时，通过执行负载状态命令A1、B1、C1，计算出与该负载状态命令A1、B1、C1相对应地存储于存储部5中的力的大小、与在执行了负载状态命令A1、B1、C1的时刻由力传感器3检测出的力的大小的差分，在差分超过预定的阈值的情况下判定出外力发挥作用。
在利用判定部6判定出外力发挥作用的情况下，控制部4使机器人2停止。
以下对如此构成的本实施方式的机器人系统1的作用进行说明。
根据本实施方式的机器人系统1，操作人员进行一般的示教操作，制作动作程序。在制作动作程序时，当进行示教点的坐标的示教的同时描述向该示教点的移动、手7的工作等的动作命令A、B、C时，将负载状态命令A1、B1、C1插入到动作命令A、B、C之前、之后或者前后。
而且，首先设定成存储模式而执行动作程序。此时，在人和其他物体不与机器人2接触的环境下执行。由此，机器人2按照动作命令A、B、C，向已示教的多个示教点进行移动的同时使手7工作而进行工件的把持、搬运，此时若执行负载状态命令A1、B1、C1，则在该时刻利用力传感器3检测出的力的大小被存储于存储部5中。
例如，如图3的(a)至图3的(c)所示，以搬运如电缆W那样的长条形的工件的情况为例进行说明。在该情况下，如图4所示，施加于机器人2的负载按照电缆W的提升量而逐渐变动。
假设电缆W的重量为10kg，则在图3的(a)所示的状态下利用力传感器3检测出0kg，在图3的(b)所示的状态下利用力传感器3检测出5kg，在图3的(c)所示的状态下利用力传感器3检测出10kg。通过在这些图3的(a)至图3的(c)的状态的各时刻执行负载状态命令A1、B1、C1，从而在各时刻利用力传感器3检测出的力的大小被存储到存储部5中。
在基于存储模式的一系列的动作程序结束之后，切换成执行模式，并执行动作程序。由此，机器人2按照动作命令A、B、C，反复进行与存储模式中的动作相同的动作。此时，若执行负载状态命令A1、B1、C1，则在该时刻从存储部5读出存储于存储部5中的力的大小。
然后，在判定部6中，从利用力传感器3检测出的力的大小减去所读出的力的大小而计算出差分，并判定差分是否大于预定的阈值，即，判定预定以上的外力是否发挥作用。例如，在上述例子中，外力如图5所示发生变动。通过增加负载状态命令A1、B1、C1的设定数，从而能够降低误差而高精度地检测出外力。在判定部6中，在判定出外力发挥作用的情况下，利用控制部4使机器人2停止动作。
在该情况下，根据本实施方式的机器人系统1，由于施加于机器人2的负载在存储模式中与动作程序内的动作命令A、B、C相对应地存储于存储部5中，因此在执行模式中检测出的力的大小与存储于存储部5中的力的大小进行比较，根据其差分，能够高精度地检测出外力发挥作用。尤其，具有如下优点：即使在如将上述说明的电缆W那样的长条形的工件逐渐提升的动作那样，负载逐渐发生变动的情况下，也能够高精度地检测出外力发挥作用。
另外，将施加于机器人2的负载与动作命令A、B、C相对应地存储，从而即使机器人2的动作速度发生变更，由力传感器3检测出的时机与存储于存储部5中的时机也不会在时间轴方向上偏离。从而，与随着时间存储外力的现有的方法相比较，具有如下优点：即使机器人2的动作速度发生变动，也能够高精度地检测出外力发挥作用。
此外，在本实施方式的机器人系统1中，在存储模式中执行负载状态命令A1、B1、C1时利用力传感器3检测出的力的大小与动作命令A、B、C相对应地自动存储于存储部5中，但取而代之，不利用负载状态命令A1、B1、C1，而由操作人员输入适当的值也可。
例如，在示教机器人2时使用的示教操作盘中，显示有利用力传感器3检测出的力(正交的三轴方向的力以及围绕三轴的力矩)的大小，操作人员确认在执行动作程序的动作命令A时的力的大小，并将适当的值作为与动作命令A相对应的力的大小而输入即可。
另外，在存储模式中执行动作程序的同时执行负载状态命令A1、B1、C1，从而与负载状态命令A1、B1、C1相对应地存储了由力传感器3检测出的力的大小，但也可以不插入负载状态命令A1、B1、C1，而与其他动作命令A、B、C相对应地存储力的大小。
另外，在上述实施方式中，由判定部6计算出存储于存储部5中的在执行负载状态命令A1、B1、C1时的基于力传感器3的检测值、与利用力传感器3检测出的检测值的差分，并判定出外力的有无。取而代之，由判定部6进行的各动作命令A、B、C之间的判定，也可以基于与检测值的平均值的差分而进行，该检测值的平均值是与动作命令A、B、C的前后的负载状态命令A1、B1、C1相对应地存储于存储部5中的基于力传感器3的检测值的平均值。
即，在上述例子中，判定部6通过利用图6所示的平均值，如图7所示，能够计算出外力。由此，能够进一步降低误差而高精度地检测出外力。
另外，在本实施方式中，如图8所示，还可以具有将预定的区域(机器人2的动作区域)设定为判定区域X的判定区域设定部(省略图示)。而且，判定部6也可以在机器人2的位置配置于由判定区域设定部设定的判定区域X外时，将由力传感器3检测出的力的大小判定为外力。
由于通过示教或操作失误，执行负载状态命令A1、B1、C1而存储的力的大小在其他动作中使用的情况下不能适当地检测出外力，因此在判定区域X外不使用所存储的力的大小，从而能够提高外力的检测精度。
另外，在该情况下，在机器人2配置于判定区域X外时，既可以由控制部4使机器人2停止，也可以通知其意思。另外，判定区域X也可以自动设定为在存储模式中执行动作程序时机器人2进行动作的区域。
另外，在本实施方式中，在由判定部6计算出的外力超过预定的阈值的情况下使机器人2停止，取而代之，或者在此基础上，还可以具有通知其意思的通知部(省略图示)。通过通知物体与机器人2的接触，从而能够使包含操作人员的周围的作业人员识别接触状态。
另外，在本实施方式中，在控制部4的外部配置了判定部6以及存储部5，但不限于此，当然还可以将控制部4内的处理器以及存储器用作判定部6以及存储部5。

Claims (8)

1.一种机器人系统，其特征在于，具有：
机器人；
控制部，其控制该机器人；
传感器，其检测出施加于所述机器人的力的大小；
判定部，其基于由该传感器检测出的所述力的大小，判定在由所述机器人实施的作业中与作用于所述机器人的负载不同的外力是否发挥了作用；以及
存储部，其将在所述外力未发挥作用的状态下，在所述控制部执行了为实施所述作业而执行的动作程序中所包含的一个以上的动作命令时由所述传感器检测出的所述力的大小，与所述动作命令相对应地存储，
在存在所述外力发挥作用的可能性的状态下，在由所述控制部执行了所述动作程序的所述动作命令时，所述判定部基于与该动作命令相对应地存储于所述存储部中的所述力的大小、以及由所述传感器检测出的所述力的大小，判定所述外力的有无。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
所述动作程序与所述动作命令相对应地包含负载状态存储命令，
所述存储部存储在执行了所述负载状态存储命令时由所述传感器检测出的所述力的大小。
3.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
所述动作程序在所述动作命令的前后包含负载状态存储命令，
所述存储部存储在执行了所述动作命令的前后的所述负载状态存储命令时由所述传感器检测出的所述力的大小的平均值。
4.根据权利要求2或3所述的机器人系统，其特征在于，
所述机器人系统具有判定区域设定部，该判定区域设定部将包含发出所述负载状态存储命令的位置的所述机器人的动作区域设定为判定区域，
在所述机器人的位置配置于由所述判定区域设定部设定的所述判定区域外时，所述判定部将由所述传感器检测出的所述力的大小判定为所述外力。
5.根据权利要求2或3所述的机器人系统，其特征在于，
所述机器人系统具有判定区域设定部，该判定区域设定部将包含发出所述负载状态存储命令的位置的所述机器人的动作区域设定为判定区域，
在所述机器人的位置配置于由所述判定区域设定部设定的所述判定区域外时，所述控制部使所述机器人停止。
6.根据权利要求4或5所述的机器人系统，其特征在于，
所述判定区域设定部在所述存储部中存储所述力的大小时，设定所述判定区域。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
在所述判定部判定出预定的阈值以上的所述外力发挥了作用的情况下，所述控制部停止所述机器人的动作。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述机器人系统具有通知部，该通知部在所述判定部判定出预定的阈值以上的所述外力发挥了作用的情况下，通知其意思。
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