CN109623849A - 限制机器人结构部件的速度的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种限制机器人结构部件的速度的控制装置。控制装置具有：停止指令部，其在人与机器人接触时使机器人的动作停止；速度限制部，其对由驱动轴驱动的结构部件的动作速度进行限制。预先确定：根据驱动轴中的位置而算出的变量、以及处于人被机器人夹住的状态时的变量的范围。速度限制部从位置检测器的输出中取得变量，在变量处于上述范围内时，将结构部件的动作速度控制为预先确定的限制速度以下。

Description

限制机器人结构部件的速度的控制装置

技术领域

本发明涉及一种限制机器人结构部件的速度的控制装置。

背景技术

在以往的技术中，为了确保作业员的安全，采取了在机器人工作期间作业员不进入到机器人周围区域的对策。例如，在机器人周围设置安全栅栏，在机器人工作期间限制作业员进入到安全栅栏内部。近年来，已知有作业员与机器人协作来进行作业的机器人装置。

在可以与作业员协作来进行作业的机器人装置中，在没有在机器人周围设置安全栅栏的状态下，机器人可以与作业员一起进行一个作业。或者，可以由作业员接管机器人进行的作业进行接下来的作业。

当作业员在机器人工作的范围内进行作业时，机器人的机械臂等可能与作业员接触，或作业员可能被机器人的机械臂夹住。在以往的技术中，已知有进行机器人的控制来确保作业员的安全(例如，日本特开2000-6065号公报和日本特开平9-85656号公报)。

此外，还已知有如下控制：在针对机器人位置可以选择多个机器人姿势的特别点等预先确定的条件中，限制机器人的最大转速(例如，日本特开2015-30078号公报)。

发明内容

与作业员协作来进行作业的机器人装置可以具有当作业员与机器人接触时使机器人停止的功能。通过机器人停止，可以抑制对作业员造成的影响。例如，在机器人的机械臂动作时，有时作业员的手被夹到机械臂之间。机器人的控制装置通过检测机器人与作业员的接触，可以停止机械臂的动作。

但是，从发送停止机器人的指令到机器人完全停止，机器人会因惯性而动作。例如，在机械臂的方向发生变化时，在发送了停止指令的情况下，机械臂无法立即停止，而是在移动了规定的惯性距离之后才停止。因此，在作业员被机器人的结构部件夹住的情况下，从发送机器人的停止指令起到对应于惯性距离的期间作业员会被继续挤压。此外，机器人因惯性移动而使得夹持的空间变小。结果存在如下问题：在机器人因惯性动作的期间，作业员会被夹得更紧。

本公开的一方式是一种控制装置，其对具有驱动轴的机器人进行控制，该驱动轴驱动机器人的结构部件，该机器人包含检测驱动轴的位置的位置检测器。控制装置具有：停止指令部，其在人与机器人接触时使机器人的动作停止；速度限制部，其对由驱动轴驱动的结构部件的动作速度进行限制。预先确定根据结构部件在驱动轴中的位置而算出的变量、以及处于人被机器人或安装于机器人的作业工具夹住状态时的变量的范围。速度限制部从位置检测器的输出中取得结构部件在驱动轴中的位置，根据结构部件在驱动轴中的位置取得变量，在变量处于上述范围内时，将结构部件的动作速度控制为预先确定的限制速度以下。

附图说明

图1是实施方式的第一机器人装置的概略立体图。

图2是第一机器人装置的框图。

图3是实施方式的第一机器人装置的机器人的第一概略侧视图。

图4是第一机器人装置的机器人的第二概略侧视图。

图5是第一机器人装置的机器人的第三概略侧视图。

图6是第一机器人装置的机器人的第四概略侧视图。

图7是第一机器人装置的机器人的第五概略侧视图。

图8是第一机器人装置的基座与旋转基座的放大立体图。

图9是第一机器人装置的上部机械臂的放大立体图。

图10是第一机器人装置的上部机械臂和机械手的放大立体图。

图11是实施方式中的第一控制的流程图。

图12是第一机器人装置的机器人的第六概略侧视图。

图13是第一机器人装置的机器人的第七概略侧视图。

图14是实施方式的第二控制的流程图。

图15是第一机器人装置的机器人的第八概略侧视图。

图16是实施方式的第二机器人装置的概略立体图。

具体实施方式

参照图1～图16，对实施方式中的机器人的控制装置进行说明。本实施方式的机器人是可以与作业员协作来进行作业的机器人。将这样的可以与作业员协作来进行作业的机器人称为协作机器人。

图1是本实施方式的第一机器人装置的立体图。第一机器人装置5具有机器人1和机械手2。机器人装置5具有控制机器人1和机械手2的控制装置4。本实施方式的机器人1是包含多个关节部的多关节机器人。在多关节机器人中，在关节部中机械臂(arm)和机械腕(wrist)等的方向发生变化。

机械手(hand)2是把持或释放工件69的作业工具。作业工具也称为末端执行器。机械手2形成为爪部2a能够开启或关闭。作为作业工具并不局限于机械手2，可以采用机器人装置5进行的作业对应的任意装置。例如，可以采用通过吸附来把持工件的作业工具或者涂装用的作业工具等。

本实施方式的机器人1具有驱动机器人1的结构部件的多个驱动轴。机器人1的驱动轴包含第一旋转轴81(J1轴)到第六旋转轴86(J6轴)的六个旋转轴81～86。机器人1具有成为基台的基座14、支承于基座14的旋转基座13。旋转基座13能够转动地形成于基座14上。旋转基座13绕作为J1轴的第一旋转轴81旋转。

本实施方式的机器人1具有多个机械臂。机器人1包含上部机械臂11和下部机械臂12。下部机械臂12支承于旋转基座13。上部机械臂11被下部机械臂12支承。下部机械臂12绕作为J2轴的第二旋转轴82旋转。下部机械臂12能够转动地形成于旋转基座13上。上部机械臂11绕作为J3轴的第三旋转轴83旋转。上部机械臂11能够转动地形成于下部机械臂12上。

此外，上部机械臂11的端部绕作为J4轴的第四旋转轴84旋转。机器人1包含与上部机械臂11的端部连接的机械腕15。机械腕15绕第四旋转轴84旋转。此外，机械腕15包含在末端固定机械手2的凸缘15a。凸缘15a绕作为J5轴的第五旋转轴85旋转。此外，凸缘15a绕作为J6轴的第六旋转轴86旋转。这样，机器人1根据J1轴到J6轴的多个驱动轴使得位置和姿势发生变化。

图2表示本实施方式中的机器人装置的框图。参照图1和图2，机器人1包含使机器人1的位置和姿势发生变化的机器人驱动装置。机器人驱动装置驱动机器人的结构部件。作为机器人驱动装置驱动的结构部件，包含上部机械臂11、下部机械臂12、旋转基座13、机械腕15、机械腕15的凸缘15a。机器人驱动装置包含驱动结构部件的机器人驱动电动机22。在本实施方式中，针对一个驱动轴配置一个机器人驱动电动机22。通过机器人驱动电动机22进行驱动，使得各机构部件的方向发生变化。例如，机器人驱动电动机22包含设置于与第三旋转轴83对应的关节部内部的电动机。通过该电动机进行驱动，例如可以使上部机械臂11朝向所希望的方向。

机器人装置具有驱动机械手2的机械手驱动装置。机械手驱动装置包含驱动机械手2的爪部2a的机械手驱动电动机21。通过机械手驱动电动机21进行驱动，使得机械手2的爪部2a能够开启或关闭。另外，机械手可以形成为通过气压来进行驱动。该情况下，机械手驱动装置可以包含用于向机械手供给压缩气体的空气泵等。

本实施方式的机器人装置5根据动作程序41来输送工件69。机器人1可以根据动作程序41自动将工件69从初始位置输送至目标位置。

机器人装置5的控制装置4包含运算处理装置(计算机)，该运算处理装置具有CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、经由总线与CPU连接的RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)和ROM(Read Only Memory：只读内存)等。为了进行机器人1的动作而预先制作出的动作程序41被输入到控制装置4。动作程序41存储于存储部42中。动作控制部43根据动作程序41将用于驱动机器人1的动作指令发送给机器人驱动部45。机器人驱动部45包含用于驱动机器人驱动电动机22的电气电路。机器人驱动部45根据动作指令向机器人驱动电动机22供电。通过机器人驱动电动机22进行驱动，使得机器人1的位置和姿势发生变化。

此外，动作控制部43将根据动作程序41来驱动机械手2的动作指令发送给机械手取得部44。机械手取得部44包含驱动机械手驱动电动机21的电气电路。机械手取得部44根据动作指令向机械手驱动电动机21供电。通过机械手驱动电动机21进行驱动，使得机械手2的爪部2a进行驱动。机械手2可以把持或者释放工件69。

本实施方式的机器人1与作业员协作来实施作业。控制装置4形成为在作业员等人员与机器人1接触时停止机器人1的动作。本实施方式的机器人1具有检测作用于基座14的力的力检测器19。力检测器19固定于设置面。基座14支承于力检测器19上。作用于基座14的力相当于作用于机器人1的力。力检测器19输出与来自作业员的力对应的信号。

作为力检测器19可以采用能够对作用于机器人1的力的大小和力的方向进行检测的任意检测器。本实施方式的力检测器19包含与基座14连接的金属基材、安装于基材表面的变形传感器。并且，力检测器19可以根据由变形传感器检测出的变形量，来计算作用于机器人1的力。

机器人1包含检测机器人1的位置和姿势的状态检测器。本实施方式的状态检测器包含安装于与各驱动轴对应的机器人驱动电动机22的位置检测器18。可以通过位置检测器18的输出，取得结构部件在各驱动轴中的位置。例如，位置检测器18检测机器人驱动电动机22进行驱动时的旋转角。此外，位置检测器18还可以根据机器人驱动电动机22的旋转角来计算机器人驱动电动机22的转速。

控制装置4包含人或机器人以外的物体与机器人接触时使机器人的动作停止的停止指令部47。停止指令部47将使机器人1停止的指令发送给动作控制部43。停止指令部47包含：外力计算部48，其推定从机器人1的外侧向机器人1施加的外力。在由力检测器19检测的力中包含因机器人1的质量和机器人1的动作而产生的内力、从机器人1的外侧施加到机器人1的外力。

外力计算部48在没有从机器人1的外侧施加力的状态下，计算机器人1动作时因自重而作用于机器人1的内力。可以根据由位置检测器18的输出而检测出的机器人1的位置和姿势、机械臂等机器人1的结构部件的质量和机械手2的质量来计算内力。机器人1的结构部件的质量和机械手2的质量可以预先存储于存储部42。外力计算部48通过从由力检测器19检测出的力减去内力来计算外力。外力相当于作业员等施加于机器人的力。

在外力比预先确定的判定值大时，可以判定为人与机器人1接触。停止指令部47在外力比预先确定的判定值大时，将停止机器人1的指令发送给动作控制部43。动作控制部43停止机器人1的动作。即，动作控制部43停止驱动的所有机器人驱动电动机22和机械手驱动电动机21。这样，本实施方式的机器人装置5在机器人1工作期间，在人或物与机器人1接触的情况下自动停止。

本实施方式的控制装置4通过检测作用于机器人1的外力，而判定为作业员等与机器人1接触，但是并不局限于该方式。控制装置可以通过任意的结构和控制来检测作业员等的接触。例如，可以在机器人的外周面配置检测与物体的接触的接触传感器，通过接触传感器的输出来检测作业员等的接触。

图3表示本实施方式的第一机器人装置的机器人的第一概略侧视图。图4表示第一机器人装置中的机器人的第二概略侧视图。图5表示第一机器人装置的机器人的第三概略侧视图。在驱动机器人1时，有时作业员在机器人1的附近进行作业。在机器人1驱动时，有时作业员的手或脚等被机器人1的结构部件夹住。

作为夹住人的机器人1的结构部件，包含构成机器人1的任意部件。例如，包含基座14、旋转基座13、下部机械臂12、上部机械臂11、机械腕15等。此外，在结构部件中包含电缆等线条体、用于进行电气连接的连接器、机器人驱动电动机、机械手驱动电动机等。

首先，对下部机械臂12通过作为J2轴的第二旋转轴82进行驱动，由此作业员被机器人1夹住的示例进行说明。机器人1是否夹住作业员取决于与一个旋转轴连接的两个结构部件之间的角度。在图3的示例中，由于下部机械臂12朝向上侧，因此即使作业员将手插入到旋转基座13与下部机械臂12之间的区域71，手也不会被旋转基座13和下部机械臂12夹住。

但是，如图4所示，在下部机械臂12如箭头101所示那样绕第二旋转轴82旋转时，有时旋转基座13与下部机械臂12之间的角度变小。该情况下，在区域71处人的手可能被夹。图5表示从图4所示的状态起下部机械臂12向相反侧转动的情况。在下部机械臂12如箭头102所示那样绕第二旋转轴82旋转时，旋转基座13与下部机械臂12夹持的区域72变小，在区域72处人的手可能被夹。

在本实施方式的第一控制中，如图4和图5所示，在人的手有可能被夹的状态下，控制装置4进行控制，机器人1的结构部件的动作速度为预先确定的限制速度以下。即，控制装置4以低速驱动结构部件，结构部件的速度不超过限制速度。控制装置4延迟使夹住作业员的区域变小的结构部件的动作速度。在这里的示例中，控制装置4限制下部机械臂12的动作速度。

参照图2和图4，在本实施方式的控制中，预先确定机器人1的结构部件或机械手2涉及的夹人相关的变量。根据驱动轴中的机器人1的结构部件的位置计算该变量。此外，预先确定人处于被机器人1的结构部件或机械手2夹住的状态时的变量的范围。在本实施方式中，预先确定产生夹入的判定范围。判定范围由作业员输入到控制装置4，存储于存储部42中。

控制装置4具有对由驱动轴驱动的结构部件的动作速度进行限制的速度限制部51。速度限制部51包含计算夹入相关的变量的变量计算部52。速度限制部51包含：判定部53，其对由变量计算部52取得的变量是否处于判定范围内进行判定。

参照图4，在第一控制中，将预先确定的基准方向与由机器人驱动电动机22驱动的结构部件的方向之间的关节角度作为夹入相关的变量进行说明。箭头92所示的水平方向是预先确定的基准方向。基准方向与下部机械臂12延伸的方向之间的角度θ2为第二旋转轴82的关节角度。角度θ2是连接基准方向、第二旋转轴82、第三旋转轴83的线之间的角度。或者，角度θ2是下部机械臂12的轴线与水平方向之间的角度。关节角度可以将任意方向设定为正侧的方向。在图4所示的示例中，角度θ2相对于基准方向在朝向上侧的方向为正值。

预先确定角度θ2相关的判定范围。例如，可以将比图4所示的角度θ2大的范围设定为产生夹入的判定范围。例如，可以将角度θ2比+100°大的范围设定为判定范围。此外，可以将比图5所示的角度θ2小的范围设定为产生夹入的判定范围。例如，可以将角度θ2不足-50°的范围设定为判定范围。

变量计算部52从位置检测器18的输出取得驱动轴的旋转位置。速度限制部51的变量计算部52根据位置检测器18的输出来计算角度θ2。判定部53判定角度θ2是否处于判定范围内。在角度θ2处于判定范围外时，控制装置4继续当前机器人1的动作。在角度θ2处于判定范围内时，速度限制部51进行控制，对应于第二旋转轴82的机器人驱动电动机22的转速不超过速度限制值。机器人驱动电动机22的速度限制值对应于机器人1的结构部件的限制速度。预先确定各驱动轴的机器人驱动电动机22的速度限制值。速度限制值由作业员输入到控制装置4，存储于存储部42中。

速度限制部51检测第二旋转轴82对应的机器人驱动电动机22的转速。在机器人驱动电动机22的转速比速度限制值大时，在速度限制值以下，将降低速度的指令发送给动作控制部43。例如，速度限制部51对动作控制部43发送将转速减速到速度限制值的指令。动作控制部43根据指令进行控制，使得机器人驱动电动机22的转速为速度限制值以下。通过将机器人驱动电动机22的转速控制为速度限制值以下，可以将机器人1的结构部件的动作速度设为限制速度以下。

该情况下，在下部机械臂12以外的结构部件进行驱动的情况下，也可以根据下部机械臂12的动作速度，降低下部机械臂12以外的结构部件的动作速度。例如，在第三旋转轴83的机器人驱动电动机22进行驱动而上部机械臂11同时进行驱动的情况下，除了下部机械臂12之外还可以限制上部机械臂11的动作速度。或者，可以只限制下部机械臂12的动作速度。

这样，本实施方式的控制装置4在夹人的机器人1的位置和姿势中，可以限制机器人1的结构部件的动作速度。在人被机器人1的结构部件夹住的情况下，机器人1停止。此时，由于限制了机器人1的结构部件的动作速度，因此可以将结构部件因惯性而移动的距离设定得短。结果，可以降低夹入的影响。即，由于本实施方式的机器人装置5可以抑制从发送停止指令起夹入空间变小，因此安全性得以提升。

在上述示例中，通过第二旋转轴82相关的关节角度来判定是否产生夹入。针对其他的驱动轴也可以实施同样的控制。接下来，对第二旋转轴82以外的驱动轴的控制例进行说明。

图6表示本实施方式的第一机器人装置的机器人的第四概略侧视图。图7表示第一机器人装置的机器人的第五概略侧视图。这里，对上部机械臂11绕作为J3轴的第三旋转轴83进行驱动，作业员被机器人1夹住的示例进行说明。如图6所示，上部机械臂11如箭头103所示那样绕第三旋转轴83旋转。此时，若上部机械臂11与下部机械臂12之前的角度变小，则在区域73处作业员的手可能被夹。或者，如图7所示，上部机械臂11向相反侧转动。上部机械臂11如箭头104所示那样进行驱动时，在上部机械臂11与下部机械臂12夹持的区域74处，作业员的手可能被夹。

关于第三旋转轴83的关节角度，将箭头93所示的水平方向设定为基准方向。并且，箭头93所示的基准方向与上部机械臂11延伸的方向(连接第二旋转轴82与第三旋转轴83的线的方向)之间的角度θ3为关节角度。这里的示例中，角度θ3在从基准方向朝向上侧的方向上为正值。作为夹人相关的变量，可以采用角度θ3。此外，可以预先确定产生角度θ3相关的夹入的判定范围。例如，参照图6，可以将角度θ3不足-30°的范围设定为产生夹入的判定范围。此外，参照图7，可以将角度θ3比+90°大的范围设定为产生夹入的判定范围。

参照图2、图6、和图7，速度限制部51根据安装于第三旋转轴83对应的机器人驱动电动机22的位置检测器18的输出来计算角度θ3。速度限制部51在角度θ3处于判定范围内时，限制第三旋转轴83对应的机器人驱动电动机22的转速，上部机械臂11的动作速度为限制速度以下。动作控制部43可以控制成使第三旋转轴83的机器人驱动电动机22的转速为速度限制值以下。

图8表示机器人的基座与旋转基座的放大立体图。接下来，对因旋转基座13驱动，作业员被机器人1夹住的示例进行说明。这里，对旋转基座13绕作为J1轴的第一旋转轴81旋转时，作业员被机器人1的结构部件夹住的示例进行说明。

在图8所示的示例中，旋转基座13具有向外侧突出的突出部13a。另一方面，在基座14也形成向外侧突出的部分。在基座14处配置有用于连接电缆的连接器55。旋转基座13如箭头105所示那样绕第一旋转轴81旋转。此时，若作业员的脚存在于区域75中，则作业员的脚可能被突出部13a与连接器55夹住。

在第一旋转轴81处，预先确定的基准方向与旋转基座13的方向之间的角度θ1为关节角度。可以将角度θ1设定为夹人相关的变量。箭头91所示的方向是基准方向。然后，通过基准方向与旋转基座13的预先确定的点朝向的方向来设定角度θ1。此外，在第一旋转轴81处，可以预先确定产生角度θ1相关的夹入的判定范围和机器人驱动电动机22的速度限制值。

参照图2和图8，速度限制部51根据安装于第一旋转轴81对应的机器人驱动电动机22的位置检测器18的输出计算角度θ1。速度限制部51在角度θ1处于判定范围内时，限制第一旋转轴81对应的机器人驱动电动机22的转速，使得旋转基座13的动作速度为限制速度以下。速度限制部51可以控制成使机器人驱动电动机22的转速为第一旋转轴81相关的速度限制值以下。

而在机器人1中配置向机器人驱动电动机22供电的电缆和发送电气信号的信号线。此外，有时需要向作业工具的驱动机构供电或供给空气。这些供给电气的电缆、供给空气的管、供给电气信号的配线等线状的部件称为线条体。有时在旋转基座13处配置这样的线条体。在图8所示的示例中，电缆56配置于旋转基座13。电缆56的一部分向侧方引出。有时作业员被这样的线条体、配置于基座14的结构部件夹住。可以设定与该情况对应的角度θ1相关的判定范围来进行控制。

或者，有时在旋转基座13处配置第一旋转轴81对应的机器人驱动电动机22和第二旋转轴82对应的机器人驱动电动机22。有时作业员被这些机器人驱动电动机22和基座14的结构部件夹住。可以设定与该情况对应的角度θ1相关的判定范围来进行控制。

这样，产生作业员被夹的情况不是一个，而存在多个情况。此时，可以设定多个判定范围。可以将产生作业员被机器人1的任意结构部件夹住的范围设定为判定范围。

图9表示机器人的上部机械臂的放大立体图。接下来，对上部机械臂11绕作为J4轴的第四旋转轴84旋转，作业员被机器人1夹住的示例进行说明。

有时在配置于机器人1上部的机器人驱动电动机22配置供电的电缆和信号线等线条体。在图9所示的示例中，在上部机械臂11处，在没有绕第四旋转轴84旋转的部分固定有电缆57。此外，在机械腕15处通过固定部件60固定有电缆58。在上部机械臂11的端部向箭头106所示的方向旋转时，电缆58的一部分移动。此时，若作业员的手腕等存在于由电缆57围绕的区域76，则手腕可能被电缆57和电缆58夹住。

关于第四旋转轴84，可以规定角度θ4作为关节角度。可以设定箭头94所示的基准方向、预先确定给上部机械臂11或者机械腕15的设定点朝向的方向。可以规定基准方向与设定点朝向的方向之间的角度θ4。然后，可以设定角度θ4相关的判定范围、第四旋转轴84相关的机器人驱动电动机22的速度限制值。例如，在上部机械臂11的端部如箭头106所示的方向绕第四旋转轴84旋转时，电缆58的一部分上升。可以将电缆58的一部分配置于区域76内部的角度θ4的范围设定为判定范围。在角度θ4处于判定范围内时，可以将绕第四旋转轴84旋转的机械腕15的动作速度限制为限制速度以下。

图10表示上部机械臂、机械腕、机械手的放大立体图。接下来，对机械腕15的凸缘15a绕作为J6轴的第六旋转轴86旋转，作业员被机器人1和机械手9夹住的示例进行说明。

图10所示的机械手9在垂直于第六旋转轴86的方向延伸。机械手9绕第六旋转轴86旋转。在机械手9如箭头107那样旋转时，若作业员的手腕存在于区域77中，则作业员的手腕可能被机械手9和固定部件60夹住。

关于第六旋转轴86，可以规定角度θ6作为关节角度。可以设定箭头96所示的预先确定的基准方向、在凸缘15a预先确定的设定点朝向的方向。可以规定基准方向与设定点朝向的方向之间的角度θ6。并且，可以设定角度θ6相关的判定范围、和第六旋转轴86相关的机器人驱动电动机22的速度限制值。例如，可以将机械手9进入到区域77的角度θ6的范围设定为判定范围。在角度θ6处于判定范围内时，可以将绕第六旋转轴86旋转的机械手9的动作速度限制为限制速度以下。

接下来，对机械腕15的凸缘绕作为J5轴的第五旋转轴85旋转，作业员被机器人1和机械手2夹住的示例进行说明。机械腕15的凸缘15a绕第五旋转轴85旋转。如箭头108所示那样，在机械手9旋转时，作业员的手腕可能在机械手9与机械腕15之间的区域被夹。

关于第五旋转轴85，可以规定角度θ5作为关节角度。可以设定箭头95所示的预先确定的基准方向、在机械腕15预先确定的设定点朝向的方向。可以规定基准方向与设定点朝向的方向之间的角度θ5。并且，可以设定角度θ5相关的判定范围、和第五旋转轴85相关的机器人驱动电动机22的速度限制值。在角度θ5处于判定范围内时，可以将绕第五旋转轴85旋转的机械手9的动作速度限制为限制速度以下。

这样，可以根据各旋转轴的关节角度，来判定夹住作业员的机器人的位置和姿势。并且，在作业员有可能被夹的情况下，可以限制机器人的结构部件的动作速度。例如可以像如下的表1那样来规定各旋转轴相关的判定范围与速度限制值。在存储部42中可以按各驱动轴预先存储上限值和下限值。这里的上限值和下限值对应于人没有被夹的安全范围的最大值和最小值。另外，如上所述，可以针对一个驱动轴设定多个判定范围。

表1

在表1中，将各驱动轴中的号码设为n，设定驱动轴相关的关节角度的上限值Un和下限值Ln。超过上限值的范围和不足下限值的范围为产生夹入的判定范围。此外，规定限制机器人驱动电动机22的转速的速度限制值Sn。这些设定值可以由作业员预先输入到控制装置4。

图11表示本实施方式中的第一控制的流程图。图11所示的控制可以在机器人1根据动作程序41进行驱动的期间来实施。此外，图11所示的控制可以按预先确定的时间间隔反复实施。

参照图2和图11，在步骤121中，将旋转轴的号码n设为0。接下来，在步骤S122中，向旋转轴的号码n加1。这里，旋转轴的号码n为1。

在步骤123中，变量计算部52取得Jn轴的夹入相关的角度θn。变量计算部52取得Jn轴对应的机器人驱动电动机22的位置检测器18的输出。然后，变量计算部52可以计算Jn轴的角度θn。例如，在号码n是1时，变量计算部52计算图8所示的角度θ1。

在步骤124和步骤125中，判定角度θn是否处于判定范围内。判定部53判定Jn轴的角度θn是否比上限值Un大。在步骤124中，当角度θn比上限值Un大时，可以判定为作业员可能被由Jn轴驱动的结构部件夹住。该情况下，控制向步骤125转移。

在步骤125中，判定部53将Jn轴的机器人驱动电动机22的最大速度设定为速度限制值Sn。按各旋转轴来规定速度限制值Sn。速度限制部51将Jn轴相关的速度限制值Sn发送给动作控制部43。动作控制部43在Jn轴的机器人驱动电动机22的最大速度比速度限制值Sn大时控制成使Jn轴的机器人驱动电动机22的最大速度为速度限制值Sn以下。

在步骤124中，在Jn轴的角度θn是上限值Un以下时，控制向步骤126转移。在步骤126中，判定部53判定Jn轴的角度θn是否不足下限值Ln。在步骤126中，在Jn轴的角度θn不足下限值Ln时，可以判定为人可能被由Jn轴驱动的结构部件夹住。该情况下，控制向步骤125转移。

在步骤126中，在Jn轴的角度θn是下限值Ln以上时，可以判定为Jn轴的角度θn是作业员不可能被夹的安全的范围内。该情况下，控制向步骤127转移。

在步骤127中，在对Jn轴的机器人驱动电动机22设定速度限制值Sn时，解除该速度限制值。即，可以停止速度限制的控制。判定部53将解除速度限制发送给动作控制部43。该情况下，Jn轴的机器人驱动电动机22的转速为由动作程序41规定的速度。例如，动作控制部43使速度增加至由动作程序41规定的速度。

接下来，控制向步骤128转移。在步骤128中，判定号码n是否达到作为最大值的6。本实施方式的机器人1具有六轴的驱动轴，因此最大值为6。

在步骤128中，在号码n没有达到6时，控制向步骤122转移。在步骤122中，设定下一旋转轴的号码。然后，在步骤123～步骤127中，判定下一旋转轴的关节角度。

在步骤128中，当号码n是6时，在所有的驱动轴中判定结束。因此，结束该控制。这样，在本实施方式中的第一控制中，按驱动轴来判定夹入相关的角度。然后，在夹入相关的角度处于判定范围内时，设定结构部件的限制速度。控制装置4在当前结构部件的速度比限制速度大时，可以降低速度成为限制速度以下。

在上述的控制中，在一个驱动轴的关节角度处于判定范围内时，限制一个驱动轴的机器人驱动电动机的速度，但是不限于该方式，也可以限制其他驱动轴的机器人驱动电动机的转速。例如，在一个驱动轴的关节角度处于判定范围内时，限制所有驱动轴的机器人驱动电动机的转速。

此外，在上述控制中，在驱动轴的号码n从0到最大值为止实施。即，针对所有驱动轴判定是否产生作业员的夹入。控制不限于该方式，可以对任意驱动轴进行判定。例如，可以只对一个驱动轴进行控制。

图12表示第一机器人装置的机器人的第六概略侧视图。接下来，对本实施方式的第二控制进行说明。在这里的示例中，如箭头92那样，将第二旋转轴82相关的基准方向设定为水平方向。此外，如箭头93那样，将第三旋转轴83相关的基准方向设定为水平方向。

在第一控制中，根据单一的旋转轴来判定是否产生作业员的夹入。夹住作业员的区域的大小取决于与一个旋转轴连接的两个结构部件之间的角度。第一旋转轴81、第二旋转轴82、第四旋转轴84、第五旋转轴85、第六旋转轴86相关的关节角度为与一个旋转轴连接的两个结构部件之间的角度。

这里，第三旋转轴83相关的区域73的大小除了上部机械臂11的方向之外，还取决于下部机械臂12的方向。即，区域73的大小并不只取决于第三旋转轴83相关的角度θ3，还取决于第二旋转轴82相关的角度θ2。此外，在第二旋转轴82相关的角度θ2发生变化时，第三旋转轴83相关的角度θ3发生变化。因一个旋转轴中的关节角度发生变化，其他旋转轴的关节角度发生变化。或者，有时与第二旋转轴82相关的角度θ2的变化连动，第三旋转轴83相关的角度θ3发生变化。在本实施方式的第二控制中，根据多个驱动轴的关节角度来判定作业员是否被夹。

参照图2和图12，在第二控制中，速度限制部51的变量计算部52根据多个旋转轴的关节角度计算与一个旋转轴连接的两个结构部件之间的角度θ7。变量计算部52计算彼此相邻的两个结构部件构成的角度。两个结构部件之间的角度θ7为作业员夹入相关的变量。

变量计算部52取得安装于第二旋转轴82对应的机器人驱动电动机22的位置检测器18的输出，计算角度θ2。同样地，变量计算部52取得安装于第三旋转轴83对应的机器人驱动电动机22的位置检测器18的输出，计算角度θ3。角度θ2和角度θ3是关节角度。如图12所示，针对各角度θ2、θ3设定正侧和负侧。

可以通过从第二旋转轴82相关的角度θ2减去第三旋转轴83相关的角度θ3来计算上部机械臂11与下部机械臂12之间的角度θ7。

图13表示第一机器人装置的机器人的第七概略侧视图。图13所示的状态是从图12所示的状态起上部机械臂11向相反侧旋转的状态。该情况下，第三旋转轴83相关的角度θ3为负值。因此，可以通过从第二旋转轴82相关的角度θ2减去第三旋转轴83相关的角度θ3来计算上部机械臂11与下部机械臂12之间的角度θ7。

作业员可以预先确定角度θ7相关的判定范围。例如，可以将与图12所示的状态相比角度θ7小的范围设定为角度θ7的判定范围。例如，可以将角度θ7不足30°的范围设定为判定范围。此外，作业员可以将与图13所示的状态相比角度θ7大的范围设定为角度θ7的判定范围。例如，可以将角度θ7比220°大的范围设定为判定范围。此外，可以预先确定第三驱动轴83的机器人驱动电动机22的速度限制值。速度限制部51的判定部53可以判定计算出的角度θ7是否处于判定范围内。然后，在角度θ7处于判定范围内时，速度限制部51可以将上部机械臂11的动作速度限制为限制速度以下。此外，在下部机械臂12同时驱动时，速度限制部51可以将下部机械臂12的动作速度限制为限制速度以下。

图14表示本实施方式的第二控制的流程图。图14所示的控制可以在机器人1根据动作程序41进行驱动的期间实施。此外，图14所示的控制可以按预先确定的时间间隔来反复实施。

参照图2和图14，在步骤131中，速度限制部51的变量计算部52根据位置检测器18的输出来取得第二旋转轴82相关的角度θ2和第三旋转轴83相关的角度θ3。

在步骤132中，变量计算部52计算上部机械臂11与下部机械臂12之间的角度θ7。在图12和图13所示的示例中，变量计算部52通过从角度θ2减去角度θ3，来计算角度θ7。

在步骤133中，判定部53判定上部机械臂11与下部机械臂12之间的角度θ7是否比下限值L23小。该判定是例如在图12所示的状态下判定作业员是否在区域73被夹。在步骤133中，在角度θ7不足下限值L23时，可以判定为作业员在上部机械臂11与下部机械臂12之间的区域73被夹。该情况下，控制向步骤134转移。

在步骤134中，判定部53将第二旋转轴82的机器人驱动电动机22的最大速度设定为速度限制值S2。此外，判定部53将第三旋转轴83的机器人驱动电动机22的最大速度设定为速度限制值S3。这样，可以设定各驱动轴的最大速度。速度限制部51将指令发送给动作控制部43，第二旋转轴82的机器人驱动电动机22的最大速度为速度限制值S2以下。此外，速度限制部51将指令发送给动作控制部43，第三旋转轴83的机器人驱动电动机22的最大速度为速度限制值S3以下。动作控制部43控制机器人驱动电动机22，各旋转轴的机器人驱动电动机22的转速为速度限制值以下。上部机械臂11的动作速度与下部机械臂12的动作速度为各限制速度以下。

在步骤133中，在上部机械臂11与下部机械臂12之间的角度θ7是下限值L23以上时，控制向步骤135转移。在步骤135中，判定部53判定角度θ7是否比上限值U23大。该判定例如在图13所示的状态下，判定作业员是否在区域74被夹。

在步骤135中，在角度θ7比上限值U23大时，判定部53可以判定为作业员在上部机械臂11与下部机械臂12之间的区域74被夹。该情况下，控制向步骤134转移。在步骤135中，在角度θ7是上限值U23以下时，判定部53可以判定为作业员在上部机械臂11与下部机械臂12之间没有被夹。该情况下，控制向步骤136转移。

在步骤136中，解除第二旋转轴82和第三旋转轴83相关的速度的限制。在没有设定第二旋转轴82和第三旋转轴83相关的速度的限制时，维持当前状态。

这样，在第二控制中，夹住作业员的机器人1的结构部件是与一个旋转轴连接的两个机械臂。夹人相关的变量是与一个旋转轴连接的两个机械臂之间的角度。速度限制部51根据结构部件在驱动轴中的位置取得预先确定的基准方向与机械臂延伸的方向之间的关节角度。速度限制部51通过对两个机械臂的关节角度进行加法运算或者减法运算，来计算与旋转轴连接的两个机械臂之间的角度。通过实施该控制，在因一个旋转轴进行驱动使得其他旋转轴的关节角度发生变化时，可以准确地判定被两个机械臂夹持的空间的大小。即，可以准确地判定作业员是否有可能被两个机械臂夹住。

图15表示第一机器人装置的机器人的第八概略侧视图。在上述控制中，通过从一个旋转轴的关节角度减去其他旋转轴的关节角度，取得与一个旋转轴连接的两个机械臂之间的角度，但是并不局限于该方式。有时在计算两个机械臂之间的角度时，取决于关节角度的设定方法，将两个旋转轴的关节角度相加。在图15所示的示例中，针对箭头93所示的基准方向将上侧设定为第三旋转轴83相关的角度θ3的正侧。该情况下，角度θ3为正值。因此，上部机械臂11与下部机械臂12之间的角度θ7可以通过将角度θ2与角度θ3相加而取得。

在本实施方式中，对上部机械臂11与下部机械臂12之间的角度进行了说明，但是并不局限于该方式。第二控制也可以应用于一个结构部件的关节角度变化，其他结构部件的关节角度也变化的机器人。例如，存在具有七个旋转轴的机器人。

该情况下，机器人具有三个机械臂，各机械臂被第二旋转轴、第三旋转轴、第四旋转轴驱动。在计算由第三旋转轴驱动的机械臂与由第四旋转轴驱动的机械臂之间的角度时，可以应用上述第二控制。并且，在上述第二控制中，变量计算部通过对两个关节角度进行加法运算或减法运算，来计算两个结构部件之间的角度，但是并不局限于该方式。变量计算部可以通过对三个以上的关节角度进行加法运算或减法运算，来计算两个结构部件之间的角度。

在上述第一控制和第二控制中，示出了作业员被两个机器人的结构部件夹住的示例和作业员被机器人的结构部件与机械手夹住的示例，但是并不局限于该方式。在作业员被机器人的结构部件或机械手、配置于机器人装置周围的物体之间被夹时，也可以实施同样的控制。例如，在机器人装置周围配置有输送工件的传送带时，有时作业员被机器人与传送带夹住。在该机器人装置中，可以设定基于关节角度的变量和处于作业员在机器人与传送带之间被夹的状态时的变量的判定范围。在变量处于判定范围内时，可以限制机器人驱动电动机的动作速度。

图16表示本实施方式的第二机器人装置的概略立体图。第二机器人装置6具有包含直动轴的机器人3。机器人3的第一驱动轴是直动轴。机器人3包含沿一个方向延伸的导轨25。机器人3包含沿导轨25移动的移动基座26。机器人的驱动装置包含驱动移动基座26的机器人驱动电动机22。移动基座26向箭头109所示的方向直线移动。

此外，机器人3包含下部机械臂12、上部机械臂11、与上部机械臂11连接的延长机械臂16。延长机械臂16如箭头110所示那样，向上部机械臂11延伸的方向移动。延长机械臂16相对于上部机械臂11相对移动。延长机械臂16通过直动轴而向一个方向移动。机器人的驱动装置包含驱动延长机械臂16的机器人驱动电动机22。延长机械臂16沿着上部机械臂11延伸的方向移动，由此，机械臂的长度变长或变短。

在这样的、包含直动轴作为驱动结构部件的驱动轴的机器人中，也可以应用本发明。例如，有时机器人3进行作业的作业台8配置于机器人3的附近。有时因移动基座26移动，使得机器人3的架构部件或机械手2接近作业台8。或者，有时延长机械臂16驱动使得机械臂变长时，机器人3的结构部件或者机械手2接近作业台8。此时，有时作业员被机器人3的结构部件与作业台8夹住。或者，有时作业员被机械手2与作业台8夹住。

控制装置4可以根据直动轴的结构部件的位置来计算夹入相关的变量。例如，可以将第一直动轴中的移动基座26的位置设定为变量。然后，可以设定人处于被夹状态时的变量的判定范围。可以针对变量处于判定范围内的情况，对驱动移动基座26的机器人驱动电动机22的转速设定速度限制值。或者，可以对驱动延长机械臂16的机器人驱动电动机22的转速设定速度限制值。控制装置4在变量处于判定范围内时，可以将移动基座26的动作速度以及延长机械臂16的动作速度限制为限制速度以下。

在上述实施方式中，在判定人是否被夹时，设定了人被夹的判定范围内，但是并不局限于该方式。可以将人没有被夹的安全的范围设定为判定范围。在任何情况下，在变量处于人被机器人或机械手夹住的状态时的范围内的情况下，速度限制部都可以将结构部件的动作速度控制为限制速度以下。

另外，在可以与作业员协作来进行作业的机器人装置中，有时机器人单独进行作业。在机器人单独进行作业时，作业员远离机器人。控制装置可以实施作业员与机器人同时进行作业时的协作控制、以及机器人单独进行作业的高速控制。控制装置形成为可以在协作控制或者高速控制之间进行切换。在高速控制中，可以停止在作业员与机器人接触时机器人停止的控制。此外，在高速控制中，可以禁止使本实施方式的结构部件的动作速度降低的控制。这样，通过实施高速控制，可以在机器人的附近没人时高速实施作业。

在本实施方式中，以多关节机器人为例进行了说明，但是并不局限于该方式，可以将本发明应用于控制任意机器人的控制装置。

根据本公开的一方式，可以提供一种机器人的控制装置，在作业员因机器人的结构部件或者机械手的动作而被夹住时，抑制对作业员的影响。

在上述各控制中，可以在不变更功能和作用的范围内适当变更步骤的顺序。上述实施方式可以适当组合。在上述各附图中，对相同或者相等的部分标注相同的符号。另外，上述实施方式是例示而并不限定本发明。此外，在实施方式中包含权利要求书所示的实施方式的变更。

Claims (5)

1.一种控制装置，其对具有驱动轴的机器人进行控制，该驱动轴驱动机器人的结构部件，该机器人包含检测所述驱动轴的位置的位置检测器，其特征在于，所述控制装置具有：

停止指令部，其在人与机器人接触时使机器人的动作停止；以及

速度限制部，其对由所述驱动轴驱动的所述结构部件的动作速度进行限制，

预先确定：根据所述结构部件在所述驱动轴中的位置而算出的变量、以及处于人被机器人或安装于机器人的作业工具夹住状态时的所述变量的范围，

所述速度限制部从位置检测器的输出中取得所述结构部件在所述驱动轴中的位置，根据所述结构部件在所述驱动轴中的位置取得所述变量，在所述变量处于所述范围内时，将所述结构部件的动作速度控制为预先确定的限制速度以下。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述驱动轴是所述结构部件进行旋转的旋转轴，

所述变量是预先确定的基准方向与所述结构部件的方向之间的关节角度，

在所述旋转轴中的所述关节角度处于所述范围内时，所述速度限制部将由所述旋转轴驱动的所述结构部件的动作速度控制为预先确定的限制速度以下。

3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述驱动轴是所述结构部件进行旋转的旋转轴，

所述变量是与一个旋转轴连接的两个结构部件之间的角度，

速度限制部算出与所述旋转轴连接的两个结构部件之间的所述角度，在所述角度处于所述范围内时，将由所述旋转轴驱动的所述结构部件的动作速度控制为预先确定的限制速度以下。

4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，

所述结构部件是与一个旋转轴连接的两个机械臂，

所述变量是与一个旋转轴连接的两个机械臂之间的角度，

所述速度限制部根据所述结构部件在所述驱动轴中的位置取得预先确定的基准方向与机械臂延伸的方向之间的关节角度，通过对两个机械臂的关节角度进行加法运算或减法运算来计算与所述旋转轴连接的两个机械臂之间的角度。

5.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述范围是人被机器人与配置于机器人周围的物品夹住的范围。