CN110271019A - 协作机器人的控制装置以及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供协作机器人的控制装置以及控制方法，防止在运送工件的传送带停止时作业人员被夹在工件与机器人之间的情况。机器人控制装置具备：机器人停止指令部，其在运送部开始了停止动作时，输出用于使机器人的动作停止的机器人停止指令。机器人停止指令包括第一停止指令和第二停止指令中的至少一方，该第一停止指令在可动部相对于运送方向位于比工件更前方时，使可动部以比运送部更高的速度移动，并且使在行驶比运送部的惯性移动距离更长的惯性移动距离后停止，该第二停止指令在可动部相对于运送方向位于比工件更后方时，使可动部以比运送部更低的速度移动，并且使在行驶比运送部的惯性移动距离更短的惯性移动距离后停止。

Description

协作机器人的控制装置以及控制方法
技术领域
本发明涉及控制协作机器人的机器人控制装置以及机器人控制方法。
背景技术
已知一种技术(例如参照日本特开2013-169616号公报)，其对由传送带等运送装置所运送的汽车车体等作业对象使用机器人来进行安装部件的作业。
另外，已知一种用于防止随着运送装置的停止和急速启动产生的机器人和工件的破损的技术(例如参照日本特开2014-140944号公报以及日本特开2009-202281号公报)，进而也知道一种即使对车辆用物品和保持夹具施加偶发的外力仍防止该物品的损伤和作业人员的负伤的技术(例如参照日本特开2004-203312号公报)。
现状是几乎由人(作业人员)来进行对通过传送带运送的工件安装部件等的作业，希望机器人的自动化。但是由机器人进行所有作业在技术上和成本上都不太现实，所以推进使机器人负担一部分由人进行的作业的情况。此时，人和机器人共享作业区域，所以作为这种机器人会使用具备为了确保人的安全而在与人接触时停止的功能的协作机器人。
这种协作机器人在对通过传送带移动中的工件进行作业时，当作业人员与机器人接触时，机器人为了安全而停止。但此时如果传送带继续运转，则工件会与停止中的机器人碰撞，工件或机器人会有可能受到损伤。另外，作业人员被夹在工件与机器人之间，也有可能会受伤。
发明内容
本公开的一个方式为机器人控制装置，其对通过在预定的运送方向上移动的运送部所运送的工件进行作业，并且控制被设置在与上述运送部不同的部位上的机器人，其中，该机器人控制装置具备：机器人停止指令部，其在上述运送部开始了停止动作时，输出用于使上述机器人的动作停止的机器人停止指令，上述机器人停止指令包括第一停止指令和第二停止指令中的至少一方，上述第一停止指令在上述机器人的可动部相对于上述运送方向位于比上述工件更前方时，使上述可动部以比上述运送部更高的速度相对于上述运送方向进行移动，并且相对于上述运送方向行驶比上述运送部的惯性移动距离更长的惯性移动距离后停止，上述第二停止指令在上述机器人的可动部相对于上述运送方向位于比上述工件更后方时，使上述可动部以比上述运送部更低的速度相对于上述运送方向进行移动，并且在上述运送方向上行驶比上述运送部的惯性移动距离更短的惯性移动距离后停止。
本公开的其他方式为机器人控制方法，其对由在预定的运送方向上移动的运送部所运送的工件进行作业，并且控制被设置在与上述运送部不同的部位上的机器人，其中，该机器人控制方法包含如下情况：在上述运送部开始了停止动作时，输出用于使上述机器人的动作停止的机器人停止指令，上述机器人停止指令包括第一停止指令和第二停止指令中的至少一方，上述第一停止指令在上述机器人的可动部相对于上述运送方向位于比上述工件更前方时，使上述可动部以比上述运送部更高的速度相对于上述运送方向进行移动，并且相对于上述运送方向行驶比上述运送部的惯性移动距离更长的惯性移动距离后停止，上述第二停止指令在上述机器人的可动部相对于上述运送方向位于比上述工件更后方时，使上述可动部以比上述运送部更低的速度相对于上述运送方向进行移动，并且相对于上述运送方向行驶比上述运送部的惯性移动距离更短的惯性移动距离后停止。
附图说明
通过说明与附图关联的以下实施方式能够更加明确本发明的目的、特征以及优点。在相同附图中：
图1表示协作机器人系统的一个结构例。
图2是从上方观察图1的系统的图，其中，(a)部例示了机器人相对于运送方向位于比工件更前方的情况，(b)部例示了传送带以及机器人从(a)部的状态起进行惯性移动的状态。
图3是从上方观察图1的系统的图，其中，(a)部例示了机器人相对于运送方向位于比工件更后方的情况，(b)部例示了传送带以及机器人从(a)部的状态起进行惯性移动的状态。
具体实施方式
图1表示包括优选的实施方式的机器人控制装置的协作机器人系统的概略结构例。协作机器人系统10构成为具有：机器人控制装置12、通过机器人控制装置12控制的协作机器人(以下简单称为机器人)14、运送作为机器人14的作业对象的工件(图示例中为汽车的车体)16的运送装置(传送带)18，机器人14能够对车体16进行预定的作业。另外在协作机器人系统10中，人(作业人员)19也能够对工件16进行部件的安装和组装等预定的作业，从而作业人员19以及机器人14具有共通的作业区域。因此作业人员19有时会无意地与机器人14接触。
传送带18具有皮带传送带、滑块传送带或高架传送带等能够运送预定的工件16的各种结构，具有：保持工件16并且以能够在预定的运送方向(图示例中，箭头20表示的从左方到右方)上进行移动的方式构成的运送部22、用于检测运送部22(工件16)的位置的位置检测部24。位置检测部24例如具有设置(更具体地说安装在驱动运送部22的电动机等上)在传送带18上的编码器26、检测工件通过了预定的运送方向位置(用虚线28例示)的情况的红外线传感器30。
在协作机器人系统10中，记录工件16通过了位置28时的编码器26的值，并且之后以预定的时间间隔取得编码器26的值(输出)，由此能够实时地求出运送部22(工件16)相对于机器人14的位置、运送部22的速度以及运送部22的惯性移动距离(后述)等。或者可以在传送带18的上方或侧方设置摄像机等二维传感器、区域传感器或三维传感器(为图示)来作为位置检测部，在使用了摄像机的情况下，能够根据以预定的时间间隔取得的摄像机图像的处理结果来以预定的时间间隔求出工件16与机器人14的相对位置关系。或者在进行针对工件16的机器人14的作业(一系列的动作)相关的示教时，将机器人14与工件16的位置关系记录在存储器等中，机器人控制装置12能够判断传送带18开始了停止动作时的位置关系是否相当于后述的第一状态以及第二状态，此时进行该判断的要素(处理器等)相当于位置检测部。
另一方面，机器人14例如是6轴的工业用多关节机器人，构成为具有：基座部32，其设置在与传送带18的运送部22不同的部位(例如传送带18附近的地面)上；机器人臂等可动部34，其相对于基座部32被可动地安装；以及机器人手等末端操作装置36，其被安装在机器人臂34的前端，该机器人14根据机器人控制装置12的指令进行对工件16安装部件(未图示)的作业、加工工件16的一部分的作业等预定的作业。
机器人控制装置12具备：机器人停止指令部38，其在传送带18的运送部22开始了停止动作时，输出用于使机器人14的动作停止的机器人停止指令，另外该机器人停止指令包括第一停止指令和第二停止指令中的至少一方，上述第一停止指令在上述机器人14的可动部34相对于传送带18(运送部22)的运送方向20位于比工件16更前方时，使机器人14的可动部34以比运送部22更高的速度相对于运送方向20进行移动，并且在行驶比运送部22的惯性移动距离更长的惯性移动距离后停止，上述第二停止指令在上述机器人14的可动部34相对于传送带18的运送方向20位于比工件16更后方时，使机器人14的可动部34以比运送部22更低的速度相对于运送方向20进行移动，并且在行驶比运送部22的惯性移动距离更短的惯性移动距离后停止。
另外机器人控制装置12还具备：接触检测部40，其检测人和工件16以外的物体任意与机器人14接触的情况；以及运送停止指令部42，其在接触检测部40检测出对机器人14的接触时，输出用于使传送带18(运送部22)停止的运送停止指令。另外可以通过由机器人控制装置12的接触检测部40接收设置在例如机器人14的表面的接触传感器、设置在机器人14的各轴上的转矩传感器或设置在基座部32的下部的6轴力觉传感器44等的输出(信号等)来进行对机器人14的接触检测。另外可以将机器人控制装置38对机器人14发送机器人停止指令的时刻和运送停止指令部42对传送带18发送运送停止指令的时刻设为同时，也可以不同。
另外机器人控制装置12可以具备键盘和触摸面板等适当的输入部(未图示)，以便作业人员19能够进行各种设定。另外机器人停止指令部38、接触检测部40以及运送停止指令部42等机器人控制装置12的结构要素也能够构成为用于使例如电子计算机的CPU(中央处理装置)等处理器发挥功能的软件。或者能够实现为例如可执行该软件处理的至少一部分的处理器、存储器等硬件。
运送停止指令例如被发送给控制传送带18的传送带控制装置46，传送带控制装置46具有例如运算处理装置(处理器)以及存储装置(存储器)，并根据该运送停止指令来执行运送部22的停止动作。但是运送部22的停止不限于检测出对机器人的接触的情况，例如在传送带18或机器人14产生了任意异常的情况等、由于确保安全等理由应该使运送部22迅速停止的情况下也能够开始运送部22的停止动作。另外传送带控制装置46(的功能)也能够组装到机器人控制装置12中。
接着，说明运送部22开始了停止动作时的机器人14的停止动作。图2是从上方观察图1的系统10的图，表示通过对机器人的接触检测等输出了运送停止指令之后的工件16与机器人14的可动部34(末端操作装置36)的位置关系。首先在图2的(a)部表示的状态下，由于机器人14的可动部34相对于运送方向20位于比工件16更前方侧，所以输出第一停止指令，该第一停止指令使可动部34以比运送部22(工件16)更高的速度相对于运送方向20进行移动，并且相对于运送方向20行驶比运送部22(工件16)的惯性移动距离D1更长的惯性移动距离D2后停止。即，如图2的(b)部所示，通过基于第一停止指令的机器人动作，机器人14的可动部34以扩大与工件16之间的距离的方式进行移动后停止。
这里，可动部34(末端操作装置36)可以在与运送方向20相同的方向上移动，但是只要不缩小可动部34与工件16之间的最短距离，即使和运送方向20不同，也可以在包含与运送方向20平行的成分的方向上移动。此时，将该平行的成分设定得比工件16的移动速度更大。
另一方面，在图3的(a)部的状态下，由于机器人14的可动部34相对于运送方向20位于比工件16更后方侧，所以输出第二停止指令，该第二停止指令使可动部34以比运送部22(工件16)更低的速度相对于运送方向20移动，并且相对于运送方向20行驶比运送部22的惯性移动距离D1更短的惯性移动距离D3后停止。即，如图3的(b)部所示，通过基于第二停止指令的机器人动作，机器人14的可动部34以扩大与工件16之间的距离的方式进行移动后停止。
另外这里也和图2的(a)部相同，可动部34(末端操作装置36)可以在与运送方向20相同的方向上移动，但是只要不缩小可动部34与工件16之间的最短距离，虽然与运送方向20不同，但也可以在包括与运送方向20平行的成分的方向上移动。此时，该平行的成分设定为比工件16的移动速度要小。
在本公开中，“相对于运送方向机器人的可动部位于比工件更前方”表示在比机器人可动部的位置(例如工具前端点等的代表点)更靠运送方向前方侧不存在工件，即使使可动部向运送方向移动也不会与工件碰撞的状态。即当可动部从“相对于运送方向机器人的可动部位于比工件更前方”的状态(以后称为第一状态)进一步移动到相对于运送方向的前方侧时，扩大工件与机器人的可动部之间的最短距离。例如，图2的(a)部所示的状态相当于第一状态，但是除此以外，可动部34(末端操作装置36)位于比相对于工件16的运送方向20的前端50更靠运送方向前方的情况下也相当于第一状态。
同样，本公开中“相对于运送方向机器人的可动部位于比工件更后方”表示在比机器人可动部的位置(例如工具前端点等的代表点)更靠运送方向后方侧不存在工件，即使使可动部向与运送方向相反的方向移动也不会与工件碰撞的状态。即当工件从“相对于运送方向机器人位于比工件更后方”的状态(以后称为第二状态)进一步移动到与运送方向相反的方向时，扩大工件与机器人的可动部之间的最短距离。例如，图3的(a)部所示的状态相当于第二状态，但是除此以外，可动部34(末端操作装置36)位于比相对于工件16的运送方向20的后端52更靠运送方向后方的情况也相当于第二状态。
当在机器人与作业人员共享作业区域的协作系统中产生了任何异常时，希望为了确保作业人员的安全立刻停止传送带和机器人，但是一般即使传送带接收停止指令也不会立刻停止，而在行驶了与该运送速度和运送中工件的重量等对应的惯性移动距离后停止。因此目前即使机器人立刻停止也会缩小传送带上的工件与机器人之间的距离，所以担心作业人员会被夹在工件与机器人之间而负伤。
因此在本实施方式中，即使在图2以及图3的任何一个情况下，机器人会以扩大与工件之间的距离的方式移动后停止，所以当传送带18开始停止动作后到运送部22行驶一定的惯性移动距离D1并停止的期间，不会缩小工件16与机器人14的可动部34之间的距离。因此能够确切地防止作业人员被夹在工件16与机器人14之间而负伤的情况。另外，也能够防止工件与机器人产生碰撞一方或双方损伤的情况。
在图2以及图3中，传送带18的运送部22的惯性移动距离D1根据接收到运送停止命令时的速度等，大概是几cm～几十cm的范围。另外图2的机器人14的惯性移动距离D2设定为比运送部22的惯性移动距离D1大，并且例如是惯性移动距离D1的1.5倍以下、2倍以下、3倍以下的值。另外图3的机器人14的惯性移动距离D3设定为比运送部22的惯性移动距离D1小，并且例如是惯性移动距离D1的2/3以下、1/2以下、1/3以下的值。
在上述实施方式中，接触检测后(停止指令输出后)的机器人可动部在与工件相同的方向(运送方向)上移动(惯性移动)，但是该可动部也可以在与运送方向不同的方向上移动。但是此时，机器人可动部的移动方向至少包括与工件的运送方向平行的成分，该平行的成分被设定为在接触检测时当该可动部位于比工件更靠运送方向前方时大于工件的运送速度，另一方面，在接触检测时当该可动部位于比工件更靠运送方向后方时小于工件的运送速度。
另外在上述实施方式中，说明了在运送部22开始了停止动作时，当机器人14的可动部34相对于运送方向20位于比工件16更前方的情况(图2)以及当机器人14的可动部34相对于运送方向20位于比工件16更后方的情况(图3)，但是也会有它们中间的状态，例如在运送部22开始了停止动作时，机器人14的可动部34位于工件16的内部空间的情况。但是在这种情况下如果在机器人14与运送部22使移动速度或惯性移动距离不同，则会产生可动部34与工件16碰撞等的故障。因此这种情况下，机器人14优选对工件16进行跟踪动作(以相同速度沿相同方向移动)。
根据本公开，在传送带开始减速动作后到停止为止的期间，可以防止传送带上的工件与机器人接触，或者防止人被夹在该工件与该机器人之间。

Claims (3)

1.一种机器人控制装置，其对通过在预定的运送方向上移动的运送部所运送的工件进行作业，并且控制被设置在与上述运送部不同的部位上的机器人，其特征在于，
该机器人控制装置具备：
机器人停止指令部，其在上述运送部开始了停止动作时，输出用于使上述机器人的动作停止的机器人停止指令，
上述机器人停止指令包括第一停止指令和第二停止指令中的至少一方，
上述第一停止指令在上述机器人的可动部相对于上述运送方向位于比上述工件更前方时，使上述可动部以比上述运送部更高的速度相对于上述运送方向进行移动，并且相对于上述运送方向行驶比上述运送部的惯性移动距离更长的惯性移动距离后停止，
上述第二停止指令在上述机器人的上述可动部相对于上述运送方向位于比上述工件更后方时，使上述可动部以比上述运送部更低的速度相对于上述运送方向进行移动，并且相对于上述运送方向行驶比上述运送部的惯性移动距离更短的惯性移动距离后停止。
2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，
该机器人控制装置还具备：
接触检测部，其检测针对上述机器人的接触；以及
运送停止指令部，其在上述接触检测部检测出针对上述机器人的接触时，输出用于使上述运送部停止的运送停止指令。
3.一种机器人控制方法，其对通过在预定的运送方向上移动的运送部所运送的工件进行作业，并且控制被设置在与上述运送部不同的部位上的机器人，其特征在于，
该机器人控制方法包括以下步骤：
在上述运送部开始了停止动作时，输出用于使上述机器人的动作停止的机器人停止指令，
上述机器人停止指令包括第一停止指令和第二停止指令中的至少一方，
上述第一停止指令在上述机器人的可动部相对于上述运送方向位于比上述工件更前方时，使上述可动部以比上述运送部更高的速度相对于上述运送方向进行移动，并且相对于上述运送方向行驶比上述运送部的惯性移动距离更长的惯性移动距离后停止，
上述第二停止指令在上述机器人的上述可动部相对于上述运送方向位于比上述工件更后方时，使上述可动部以比上述运送部更低的速度相对于上述运送方向进行移动，并且相对于上述运送方向行驶比上述运送部的惯性移动距离更短的惯性移动距离后停止。
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