CN110116424A - 机器人 - Google Patents

Abstract

提供一种机器人，其不依赖机器人的动作位置而能够降低非接触式传感器所受到的来自周围环境的干扰的影响。一种机器人，具备用于检测移动体的进入的非接触式传感器并进行规定的动作，其中，预先在不使移动体进入的状态下进行规定的动作，对设定在机器人的可动范围内的多个测定部位的每一个，将非接触式传感器的输出值作为基准输出值并分别预先存储。在在移动体有可能进入的状态下进行规定的动作时，在机器人的当前的动作位置存在于需要对移动体的进入状况进行判定的范围内时，在非接触式传感器的输出值相对于与机器人的当前的动作位置最接近的测定部位处的基准输出值变化第一阈值以上的情况下，停止规定的动作。

Description

机器人

技术领域

本发明涉及机器人，特别是涉及产业用机器人。

背景技术

已知如下机器人，其具备检测人等移动体进入机器人的周围的机构。作为上述检测移动体进入机器人的周围的传感器，一般使用电容性的传感器等非接触式传感器。在日本特开2013-545625号公报中公开了一种机器人，其具备作为在人存在于第一测出范围内的情况下反应的非接触式传感器的第一传感器装置和作为在人存在于第二测出范围内的情况下反应的非接触式传感器的第二传感器装置。在日本特开2013-545625号公报公开的机器人中，在仅第一传感器装置反应的情况下，降低机器人的行动速度并继续动作，在第二传感器装置也反应的情况下，进一步降低机器人的行动速度或降低到静止状态。

发明内容

上述非接触式传感器从周围环境受到干扰的影响，该非接触式传感器所受到的干扰的影响有时根据机器人的动作位置的不同而不同。在这种情况下，在日本特开2013-545625号公报公开的机器人中，根据机器人的动作位置的不同，有可能无法正确地检测移动体进入到机器人的周围的情况。此外，机器人的动作位置是机器人在执行规定的动作期间可取的动作位置。

本发明是鉴于以上背景而做出的，其目的在于提供一种机器人，其不依赖机器人的动作位置而能够降低非接触式传感器所受到的来自周围环境的干扰的影响。

本发明是一种机器人，其具备用于检测移动体的进入的非接触式传感器并进行规定的动作，其中，预先在不使移动体进入的状态下进行所述规定的动作，对设定在所述机器人的可动范围内的多个测定部位的每一个，将所述非接触式传感器的输出值作为基准输出值并分别预先存储，在在所述移动体有可能进入的状态下进行所述规定的动作时，在所述机器人的当前的动作位置存在于需要进行对所述移动体的进入状况的判定的范围内时，在所述非接触式传感器的输出值相对于与所述机器人的当前的动作位置最接近的所述测定部位处的所述基准输出值变化第一阈值以上的情况下，停止所述规定的动作。

由于将非接触式传感器的输出值与最接近当前的动作位置的测定部位处的基准输出值进行比较，利用该输出值相对于该基准输出值的变化量进行判定，所以根据机器人的动作位置，补偿(offset)周围环境的干扰的影响。由此，不依赖机器人的动作位置而能够降低非接触式传感器所受到的来自周围环境的干扰的影响。

另外，在在所述移动体有可能进入的状态下进行所述规定的动作时，在所述非接触式传感器的输出值相对于与所述机器人的当前的动作位置最接近的所述测定部位处的所述基准输出值变化第二阈值以上且小于所述第一阈值的情况下，进行减慢所述规定的动作的动作速度和发出警告中的至少一个，所述第二阈值比所述第一阈值小。

通过在没有机器人与移动体迫近后的碰撞的可能的情况下，仅减慢动作速度、发出警告，从而能够在不频繁地停止机器人的动作的情况下避免机器人与移动体的碰撞的可能。

根据本发明，不依赖机器人的动作位置而能够降低非接触式传感器所受到的来自周围环境的干扰的影响。

从以下给出的详细描述和附图中将更全面地理解本公开的上述和其他目的、特征和优点，附图仅以说明的方式给出，因此不应被视为限制本公开。

附图说明

图1是表示实施方式1的机器人的概略结构的示意图。

图2是说明实施方式1的机器人的动作位置的示意图。

图3是说明实施方式1的机器人的机器人臂的TCP的轨迹中的判定处理的有效区域的示意图。

图4是说明在实施方式1的机器人中通过非接触传感器来检测作为移动体的人的进入的原理的示意图。

图5是实施方式1的机器人的控制框图。

图6是表示在实施方式1的机器人中判定移动体的进入状况的处理的流程的流程图。

图7是表示实施方式2的机器人的概略结构的示意图。

图8是说明通过非接触式传感器来检测作为移动体的人的进入的原理的示意图。

图9是表示实施方式3的机器人的概略结构的示意图。

图10是说明实施方式3的机器人中的移动体的进入的检测方法的示意图。

图11是说明实施方式3的机器人中的移动体的进入的检测方法的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。为了说明的明确化，以下的记载及附图适当省略及简化。在各附图中，对相同要素标注相同附图标记，并根据需要省略重复的说明。

[实施方式1]

首先，参照图1说明实施方式1的机器人1的概略结构。在此，机器人1是产业用机器人，即具有3轴以上的自由度，且能够自动控制、编程的机械手。

图1是表示实施方式1的机器人1的概略结构的示意图。在此，机器人1是用于将载置于载置台9的工件31输送到人30对工件31进行加工等作业的作业台8的输送用机器人。如图1所示，机器人1具备机器人臂2、非接触式传感器3、控制部4、机器人控制盘5及旋转台6。

机器人臂2具备三个关节(第一关节2a、第二关节2b及第三关节2c)，并在前端部分具备把持部2d。在第一关节2a、第二关节2b及第三关节2c上具备伺服电机等未图示的关节驱动用的致动器和检测致动器的旋转信息的编码器等未图示的旋转传感器。机器人臂2安装于旋转台6。旋转台6具备旋转机构6a并构成为相对于接地面旋转自如，所述旋转机构6a具有伺服电机等致动器。另外，旋转台6具备测出致动器的旋转信息的编码器等未图示的旋转传感器。

非接触式传感器3是用于检测作为移动体的人30的进入的传感器，并作为电容性的传感器元件而构成。非接触式传感器3设置在机器人臂2的前端部分的把持部2d的附近。将在后面说明通过非接触式传感器3来检测移动体的进入的原理。另外，在把持部2d上安装有控制非接触式传感器3的控制部4。

机器人控制盘5用于控制机器人臂2的动作、旋转台6的动作等。机器人控制盘5基于来自第一关节2a、第二关节2b及第三关节2c的旋转传感器的旋转信息(旋转角等)、来自旋转机构6a的旋转传感器的旋转信息(旋转角等)等，进行正向运动学运算，算出工具中心点(TCP：Tool Center Point)的位置(坐标位置)。在此，TCP是为了控制机器人臂2的动作而设定的控制点，一般来说，设为机器人臂2中的前端部的规定位置(在此设为把持部2d的中央)。机器人控制盘5在规定的动作期间接受来自分别设置于第一关节2a、第二关节2b、第三关节2c及旋转机构6a的旋转传感器的信号，每隔规定的时间(例如100ms)算出TCP的坐标位置。另外，机器人控制盘5进行与控制部4的信号交换。将在后面说明机器人控制盘5与控制部4的信号交换及控制部4中的处理的详细情况。

图2是说明机器人1的动作位置的示意图。机器人1在制造工序中实施规定的动作。在此，规定的动作是将载置于载置台9的工件31输送到人30对工件31进行加工等作业的作业台8的一系列动作。如图2所示，机器人1在规定的动作中由机器人控制盘5控制，以便机器人臂2的前端部的TCP的坐标位置沿着预先设定的轨迹L1移动。

图3是说明机器人臂2的TCP的轨迹L1中的判定处理的有效区域的示意图。如图3所示，在轨迹L1中的由单点划线表示的轨迹区域L1b中，机器人臂2的TCP的坐标位置与作业台8的坐标位置的距离充分地远离。即，在轨迹区域L1b中，由于不担心作为移动体的人30(参照图1)被夹在作业台8与机器人臂2的前端部分之间，所以将对移动体的进入状况的判定处理设为无效。与此相对，在轨迹L1中的由实线表示的轨迹区域L1a中，机器人臂2的TCP的坐标位置与作业台8的坐标位置的距离相对较近。即，在轨迹区域L1a中，由于人30有可能被夹在作业台8与机器人臂2的前端部分之间，所以将对移动体的进入状况的判定处理设为有效。此外，在轨迹区域L1a中设定有后述的多个测定部位(由圆点表示)。

图4是说明通过非接触式传感器3来检测作为移动体的人30的进入的原理的示意图。由于人30为导电体，所以由非接触式传感器3和人30形成电容器。因此，如图4所示，当人30接近非接触式传感器3时，非接触式传感器3带电为正的电荷+Q，人30带电为-Q。人30越接近非接触式传感器3，非接触式传感器3的带电量越增加。由于人30与非接触式传感器3之间的电压成为一定，所以当非接触式传感器3的带电量增加时，作为非接触式传感器3的输出值的静电电容增加。即，人30越接近非接触式传感器3，非接触式传感器3的输出值的变化量越大。因此，能够根据非接触式传感器3的输出值的变化量的大小，判断人30接近非接触式传感器3到何种程度。

接着，说明机器人控制盘5与控制部4的信号交换及控制部4中的处理的详细情况。

图5是机器人1的控制框图。如图5所示，控制部4具备输入部41、阈值校准部42、A/D转换部43、判定部44、存储器45及输出部46。

输入部41从机器人控制盘5接收TCP的坐标位置的信息、被选择的机器人1的控制模式及将对移动体的进入状况的判定处理设为有效还是设为无效的信息。

在机器人1的控制模式中存在阈值校准模式和通常模式这两种模式。阈值校准模式是如下模式：在进行实际的制造工序之前预先在不使作为移动体的人30进入机器人1的周边的状态下执行规定的动作，对设定在机器人1的可动范围内的多个测定部位的每一个，取得非接触式传感器3的输出值作为基准输出值。在此，设定在机器人1的可动范围内的多个测定部位例如是在图3中由圆点表示的位于轨迹L1的轨迹区域L1b上的TCP的坐标位置[xk，yk，zk](k＝1～n)。

在选择了阈值校准模式的情况下，输入部41将TCP的坐标位置的信息发送到阈值校准部42。然后，在阈值校准部42中，将经由A/D转换部43从非接触式传感器3取得的各基准输出值分别与对应的测定部位的坐标位置(取得基准输出值时的TCP的坐标位置)绑定并存储于存储器45。此外，A/D转换部43用于将来自非接触式传感器3的模拟信号转换为数字信号。

与此相对，通常模式是在实际的制造工序中执行作为规定的动作的输送工件的动作的模式。在实际的制造工序中，由于人30与机器人1协作，所以在正在进行规定的动作时，作为移动体的人30有可能进入机器人1的周边。在选择了通常模式的情况下，输入部41将TCP的坐标位置的信息及将对移动体的进入状况的判定处理设为有效还是设为无效的信息发送到判定部44。另一方面，在通常模式的执行时，将TCP的坐标位置的信息及将对移动体的进入状况的判定处理设为有效还是设为无效的信息发送给判定部44。在机器人1的当前的动作位置存在于需要对移动体的进入状况进行判定的范围内的情况下，机器人控制盘5经由输入部41向判定部44发送将该判定处理设为有效的要旨。另一方面，在机器人1的当前的动作位置不存在于需要对移动体的进入状况进行判定的范围内的情况下，机器人控制盘5经由输入部41向判定部44发送将该判定处理设为无效的要旨。在此，需要对移动体的进入状况进行判定的范围内是指机器人1接近作为移动体的人30作业的作业台8的范围内，即图3所示的TCP的坐标位置位于轨迹L1的轨迹区域L1b上。在此，输入部41进行用于将从机器人控制盘5接收到的信号发送给判定部44的通信。

判定部44在从输入部41接收到将对移动体的进入状况的判定处理设为有效的要旨的情况下，参照存储器45。然后，在经由A/D转换部43从非接触式传感器3取得的输出值，相对于存储在存储器45中的与机器人1的当前的动作位置最接近的测定部位处的基准输出值变化第一阈值以上的情况下，判定部44经由输出部46向机器人控制盘5发出指令，以便停止规定的动作。另外，在输出值相对于与当前的动作位置最接近的测定部位处的基准输出值变化第二阈值以上且小于第一阈值的情况下，判定部44经由输出部46向机器人控制盘5发出指令，以便进行减慢规定的动作的动作速度和发出警告中的至少一个。在此，第二阈值是比第一阈值小的值。在此，输出部46进行用于将从判定部44接收到的信号发送到机器人控制盘5的通信。

图6是表示判定移动体的进入状况的处理的流程的流程图。如图6所示，首先，判断是否从机器人控制盘5接收到将对移动体的进入状况的判定处理设为有效的要旨的信号(步骤S1)。在步骤S1中，在从机器人控制盘5接收到将对移动体的进入状况的判定处理设为有效的要旨的信号的情况下(YES的情况下)，对输出值的变化量V与各阈值(VR1、VR2)进行比较(步骤S2)。

在步骤S2中，在输出值的变化量V为第一阈值VR1以上的情况下(V≥VR1)，停止规定的动作(步骤S3)。在步骤S2中，在输出值的变化量V为第二阈值VR2以上且比第一阈值VR1小的情况下(VR2≤V<VR1)，发出警告并减慢动作速度(步骤S4)，使处理返回步骤S2。在步骤S2中，在输出值的变化量V比第二阈值VR2小的情况下(V<VR2)，将动作速度设为通常的速度(步骤S5)，使处理返回步骤S2。

如以上，本实施方式的机器人1在阈值校准模式中预先在不使移动体进入的状态下进行规定的动作。然后，对设定在机器人1的可动范围内的多个测定部位的每一个，将非接触式传感器3的输出值作为基准输出值，分别与测定部位的坐标位置绑定并存储于存储器。

另外，在通常模式中，在机器人1的当前的动作位置存在于需要对移动体的进入状况进行判定的范围内时，机器人1对非接触式传感器3的输出值与基准输出值进行比较。然后，在非接触式传感器3的输出值相对于与机器人1的当前的动作位置最接近的测定部位处的基准输出值变化第一阈值以上的情况下，停止规定的动作。

由于将非接触式传感器3的输出值与最接近当前的动作位置的测定部位处的基准输出值进行比较，利用该输出值相对于该基准输出值的变化量进行判定，所以根据机器人1的动作位置，补偿周围环境的干扰的影响。由此，不依赖机器人的动作位置而能够降低非接触式传感器所受到的来自周围环境的干扰的影响。

在通常模式中，在非接触式传感器的输出值相对于与机器人的当前的动作位置最接近的测定部位处的基准输出值变化第二阈值以上且小于第一阈值的情况下，进行减慢规定的动作的动作速度和发出警告中的至少一个。通过在没有机器人1与移动体迫近后的碰撞的可能的情况下，仅减慢动作速度、发出警告，从而能够在不频繁地停止机器人1的动作的情况下避免机器人1与移动体的碰撞的可能。

[实施方式2]

图7是表示实施方式2的机器人101的概略结构的示意图。与实施方式1的机器人1(参照图1)的不同在于非接触式传感器3的设置位置。如图7所示，在机器人101中，非接触式传感器3设置在作业台8的上表面。

图8是说明通过非接触式传感器3来检测作为移动体的人30的进入的原理的示意图。如图8所示，在非接触式传感器3设置在作业台8的上表面的情况下，也与实施方式1中的图4的情况同样地，当人30接近非接触式传感器3时，非接触式传感器3带电为正的电荷+Q，人30带电为-Q。人30越接近非接触式传感器3，则非接触式传感器3的带电量越增加，作为非接触式传感器3的输出值的静电电容越增加。因此，能够根据非接触式传感器3的输出值的变化量，判断人30接近非接触式传感器3到何种程度。

机器人101的控制框图与在实施方式1中图5所示的控制框图相同。另外，机器人101中的判定移动体的进入状况的处理的流程与在实施方式1中图6所示的流程图相同。通过这样构成，从而与实施方式1的机器人1同样地，不依赖机器人的动作位置而能够降低非接触式传感器所受到的来自周围环境的干扰的影响。

[实施方式3]

图9是表示实施方式3的机器人201的概略结构的示意图。与实施方式1的机器人1(参照图1)的不同在于非接触式传感器3的设置位置。如图9所示，在机器人201中，非接触式传感器3安装于机器人臂2的把持部2d的附近和作业台8的上表面双方。

图10及图11是说明实施方式3的机器人201中的移动体的进入的检测方法的示意图。

如图10所示，在工件31的铅垂方向的长度较长的情况下，在机器人臂2去放置工件31时，相对于由安装在机器人臂2的把持部2d上的非接触式传感器3和人30构成的电容器，由把持部2d把持的工件31成为障碍物。因此，有时不能高精度地检测安装在机器人臂2的把持部2d上的非接触式传感器3与人30之间的静电电容。因此，在机器人201中，在机器人臂2去放置工件31时，将安装在机器人臂2的把持部2d上的非接触式传感器3设为无效，将安装在作业台8上的非接触式传感器3设为有效。也就是说，在机器人201中，在机器人臂2去放置工件31时，通过安装在作业台8上的非接触式传感器3来检测作为移动体的人30的进入。

如图11所示，在工件31的铅垂方向的长度较长的情况下，在机器人臂2去取工件31时，相对于由安装在作业台8上的非接触式传感器3和人30构成的电容器，载置在作业台8的上表面的工件31成为障碍物。因此，有时不能高精度地检测安装在作业台8的上表面的非接触式传感器3与人30之间的静电电容。因此，在机器人201中，在机器人臂2去取工件31时，将安装在机器人臂2的把持部2d上的非接触式传感器3设为有效，将安装在作业台8上的非接触式传感器3设为无效。也就是说，在机器人201中，在机器人臂2去取工件31时，通过安装在机器人臂2的把持部2d上的非接触式传感器3来检测作为移动体的人30的进入。

由此，在工件31的铅垂方向的长度较长的情况下，也能够可靠地避免作为移动体的人30被夹在工件31与作业台8的上表面之间或者被夹在放置于作业台8的工件31的上表面与机器人臂2的把持部2d之间。

此外，本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离主旨的范围内进行适当变更。

在上述实施方式中，机器人中的机器人臂是具有把持部的结构，但不限于此。例如，也可以是如涂装机器人、螺纹紧固机器人那样机器人臂不具有把持部的结构的产业用机器人。

在上述实施方式中，作为机器人的输送用机器人中的规定的动作，是将载置于载置台的工件输送到人对工件进行加工等作业的作业台的一系列动作。然而，机器人的规定的动作不限于此。例如，在上述涂装机器人的情况下，规定的动作是对工件的规定的位置进行涂装的一系列动作，在螺纹紧固机器人的情况下，规定的动作是用于在工件的规定的位置紧固螺钉的一系列动作。

在上述实施方式中，说明了非接触式传感器作为电容性的传感器元件而构成的情况，但不限于此。例如，作为非接触式传感器，也可以是照射激光并测定与障碍物的距离的激光位移传感器、通过磁的紊乱来检测障碍物的磁传感器。对于这些传感器，也与上述实施方式中的非接触式传感器的情况下的处理(参照图6)同样地，通过进行输出值的变化量与阈值(第一阈值、第二阈值)的比较，从而进行移动体的进入判定，并进行停止规定的动作、发出警告、减慢动作速度等处理。

从如此描述的公开内容，显而易见的是，本公开的实施例可以以多种方式变化。不应将这些变化视为脱离本公开的精神和范围，并且对于本领域技术人员显而易见的所有修改旨在包括在所附权利要求的范围内。

Claims (2)

1.一种机器人，具备用于检测移动体的进入的非接触式传感器，并进行规定的动作，其中，

预先在不使所述移动体进入的状态下进行所述规定的动作，对设定在所述机器人的可动范围内的多个测定部位的每一个，将所述非接触式传感器的输出值作为基准输出值并分别预先存储。

在在所述移动体有可能进入的状态下进行所述规定的动作时，在所述机器人的当前的动作位置存在于需要对所述移动体的进入状况进行判定的范围内时，在所述非接触式传感器的输出值相对于与所述机器人的当前的动作位置最接近的所述测定部位处的所述基准输出值变化第一阈值以上的情况下，停止所述规定的动作。

2.根据权利要求1所述的机器人，其中，

在在所述移动体有可能进入的状态下进行所述规定的动作时，在所述非接触式传感器的输出值相对于与所述机器人的当前的动作位置最接近的所述测定部位处的所述基准输出值变化第二阈值以上且小于所述第一阈值的情况下，进行减慢所述规定的动作的动作速度和发出警告中的至少一个，所述第二阈值比所述第一阈值小。