CN110315558A - 协作机器人的控制装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种协作机器人的控制装置和控制方法，防止人员夹在由输送带输送的工件与协作机器人之间。机器人控制装置构成为对由在输送方向上移动的输送部输送的工件进行作业，并且对设置于与输送部不同的部位的机器人进行控制，具有：接收部，其接收表示检查出机器人的异常或者相对于机器人的接触的意思的信号；以及动作控制部，其在接收部接收到该信号之后，控制机器人的动作，以使得机器人的可动部与工件之间的最短距离为预先设定的安全距离以上。

Description

协作机器人的控制装置和控制方法

技术领域

本发明涉及控制协作机器人的机器人控制装置和机器人控制方法。

背景技术

已知如下技术(例如参照日本特开2013-169616号公报)：使用机器人对由传送带等输送装置输送的机动车的车身等作业对象进行安装部件的作业。

此外，已知如下技术(例如参照日本特开2014-140944号公报和日本特开2009-202281号公报)：防止伴随着输送装置的停止、突然启动而导致的机器人或工件的破损，并且还周知如下技术(例如参照日本特开2004-203312号公报)：即使偶发的外力施加于车辆用物品或保持夹具也防止该物品的损伤、作业员的负伤。

对由传送带输送来的工件安装部件等的作业当前几乎由人员(作业员)来进行，希望基于机器人的自动化。但是，由机器人进行全部作业在技术上和成本上都不现实，因此，推进了使机器人分担人员进行的作业的一部分。该情况下，由于人员与机器人共享作业区域，因此，作为这样的机器人，为了确保人员的安全，而使用具有与人员接触时停止的功能的协作机器人。

这样的协作机器人在对借助传送带而处于移动中的工件进行作业时，在作业员与机器人接触的情况下，机器人为了安全而停止或朝向规定位置进行避让动作。但是，此时若传送带继续动作，则工件可能与停止的机器人发生碰撞而造成工件或机器人损伤。此外，因机器人的避让动作使得机器人与工件之间的距离变小，夹在机器人与工件之间的作业员有负伤的危险性。

发明内容

本公开的一方式提供一种机器人控制装置，该机器人控制装置对由在规定的输送方向上移动的输送部输送的工件进行作业，并且对设置于与所述输送部不同的部位的机器人进行控制，所述机器人控制装置具有：接收部，其接收表示检查出所述机器人的异常或者相对于所述机器人的接触的意思的信号；以及动作控制部，其在所述接收部接收到所述信号之后，控制所述机器人的动作，以使得所述机器人的可动部与所述工件之间的最短距离为预先设定的安全距离以上。

本公开的另一方式提供一种机器人控制方法，对由在规定的输送方向上移动的输送部输送的工件进行作业，并且对设置于与所述输送部不同的部位的机器人进行控制，所述机器人控制方法包括：接收表示检查出所述机器人的异常或者相对于所述机器人的接触的意思的信号；以及在接收到所述信号之后，控制所述机器人的动作，以使得所述机器人的可动部与所述工件之间的最短距离为预先设定的安全距离以上。

附图说明

通过与附图关联的以下实施方式的说明可以进一步明确本发明的目的、特征和优点。这些附图中，

图1表示协作机器人系统的一结构例，

图2表示使用了照相机作为位置检测部的示例，

图3表示使用了区域传感器作为位置检测部的示例，

图4表示使用了三维传感器作为位置检测部的示例，

图5a例示机器人在输送方向上比工件靠前方的情况，

图5b表示自图5a的状态起、检查出与机器人相关的异常或接触时的机器人的动作的一例，

图6a例示机器人在输送方向上比工件靠后方的情况，

图6b表示自图6a的状态起、检查出与机器人相关的异常或接触时的机器人的动作的一例，

图7a例示机器人在输送方向上位于工件的顶端与后端之间的情况，

图7b表示自图7a的状态起、检查出与机器人相关的异常或接触时的机器人的动作的一例。

具体实施方式

图1表示包括最佳实施方式有关的机器人控制装置在内的协作机器人系统的概要结构例。协作机器人系统10具有：机器人控制装置12、由机器人控制装置12控制的协作机器人(以下，简称为机器人)14、对作为机器人14的作业对象的工件(在图示例中是机动车的车身)16进行输送的输送装置(传送带)18，机器人14构成为对车身16进行规定的作业。此外，在协作机器人系统10中，人员(作业员)19也对工件16进行部件的安装、组装等规定的作业，作业员19和机器人14具有共通的作业区域。因此，作业员19有时与机器人14不经意地接触。

传送带18具有：输送部22，其构成为具有皮带传送带、滑块传送带或悬挂传送带等能够输送规定的工件16的各种结构，该输送部22保持工件16并且能够在规定的输送方向(在图示例中，从箭头20所示的左方到右方)上移动；以及位置检测部24，其构成为能够检测输送部22(工件16)的位置，且能够将检测结果发送给机器人控制装置12。位置检测部24例如具有：编码器26，其设置于传送带18(更具体来说，安装于驱动输送部22的电动机等)；和红外线传感器30，其检查工件通过了规定的输送方向位置(虚线28所例示)的情况。

在协作机器人系统10中，通过记录工件16通过位置28时的编码器26的值，以规定的时间间隔获取之后的编码器26的值(输出)，由此可以实时地求出输送部22(工件16)相对于机器人14的位置、输送部22的速度和输送部22的滑行距离(后述)等。或者，如图2所例示那样，作为位置检测部24，可以在传送带18的上方或侧方设置照相机等二维传感器25，该情况下，可以根据以规定的时间间隔获取的照相机图像的处理结果，以规定的时间间隔求出工件16与机器人14的相对位置关系。作为位置检测部24的另一示例，能够使用图3所示那样的设置于传送带18的侧方的区域传感器27、或者图4所示那样的安装于机器人14的可动部的三维传感器29。

此外，或者在进行与机器人14相对于工件16的作业(一连串的动作)相关的示教时，将机器人14与工件16的位置关系记录于存储器等，机器人控制装置12可以判断传送带18开始停止动作时的位置关系是否与后述的第一状态和第二状态相当，该情况下，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构成为例如是6轴的工业用多关节机器人，具有：基部32，其设置于传送带18的与输送部22不同的部位(例如传送带18附近的地面)；机器人手臂等可动部34，其可动地安装于基部32；和机器人手等末端执行器36，其安装于机器人手臂34的末端，机器人14根据来自机器人控制装置12的指令，进行相对于工件16安装部件(未图示)的作业、加工工件16的一部分的作业等规定的作业。

机器人控制装置12具有：接收部38，其接收表示检查出机器人14的异常或相对于机器人14的接触的意思的信号；和动作控制部40，其在接收部38接收到该信号之后，控制机器人14的动作以使得机器人14的可动部与工件16之间的最短距离为预先设定的安全距离以上。

这里，所谓机器人14的“异常”例如表示需要机器人立即停止或避让动作等，即需要中止·中断通常动作这样的不良状况，例如符合如下情况：机器人手臂34想要超出根据其规格等而设定的上限速度来进行动作的情况，或机器人手臂34想要通过特异点的情况。通常情况下，由于在传送带18停止的状态下进行机器人14的示教，因此若想要在传送带18动作的状态下使机器人14按示教那样移动，则存在制作超过机器人手臂34的上限速度的指令这样的情况。此外，若示教不适合，则机器人14的代表点(工具顶端点等)有时通过特异点。这样的“异常”可以由设置于机器人14各轴的编码器43(图1)等来检查，编码器43若检查出这样的异常，则可以将表示该异常的信号立即输出·发送给接收部38。

此外，所谓相对于机器人14的“接触”表示人员、工件等与机器人14(多数情况下为不经意地)接触，相对于机器人14的接触例如可以使用设置于机器人14的表面的接触传感器、设置于机器人14各轴的转矩传感器、或设置于基部32下部的6轴触觉传感器44(图1)等来进行检查。若上述的传感器检查出相对于机器人14的接触，则可以将表示该接触的信号立即输出·发送给接收部38。

需要说明的是，在本公开中，发送部(在本实施例中，相当于编码器43、接触传感器、转矩传感器或触觉传感器44)发送表示检查出与机器人14相关的异常或接触的意思的信号，但是在接收部38接收到该信号时可以不停止传送带18，若消除了与机器人14相关的异常等，则可以再次使机器人14恢复至通常动作。通过这样的处理，可以提高作为机器人系统的生产效率，在存在多个机器人的情况、可以在短时间内恢复产生了异常的机器人的情况下等尤为有效。但是，机器人控制装置12也可以任意地进一步具有输送停止指令部42，该输送停止指令部42在接收部38接收到表示检查出与机器人14相关的异常或接触的意思的信号时，输出用于使传送带18(输送部22)停止的输送停止指令。

此外，机器人控制装置12还可以具有键盘、触摸面板等适当的输入部(未图示)，供作业员19进行各种设定。此外，接收部38、动作控制部40和输送停止指令部42等机器人控制装置12的结构要素例如也能够构成为用于使电子计算机的CPU(中央处理装置)等处理器发挥功能的软件。或者，例如，能够实现为能够执行该软件的处理的至少一部分的处理器、存储器等硬件。

输送停止指令例如输送给控制传送带18的传送带控制装置46，传送带控制装置46例如具有运算处理装置(处理器)和存储装置(存储器)，根据该输送停止指令来执行输送部22的停止动作。但是，输送部22的停止并不限定于检查出相对于机器人的接触的情况，例如在传送带18或机器人14产生任何异常的情况等、在从确保安全等理由出发应该快速停止输送部22的情况下，也能够开始输送部22的停止动作。需要说明的是，传送带控制装置46(的功能)也可以组装于机器人控制装置12内。

接下来，参照图5a-图7b，对接收部38接收到上述与异常或接触相关的信号之后的机器人的动作控制进行说明。机器人控制装置12的动作控制部40在接收部38从编码器43或传感器44等接收到信号之后，控制机器人14的动作，以使得机器人手臂34相对于工件16分离预先设定的安全距离以上。这里，所谓“安全距离”是即使人员16夹在机器人手臂34与工件16之间也不会负伤的(即，确保人员的安全的)距离，例如设定为500mm～1m的距离。

图5a表示机器人手臂34的动作方向的一例。在图5a的示例中，机器人手臂34在检查出机器人14中的异常或接触(接收信号)时，在输送方向20上位于比工件16靠前方的位置，在接收信号之后在与传送带18的输送方向20相同的方向上且比传送带18高速地移动。因此，如图5b所示，在机器人的可动部(机器人手臂34或末端执行器36)与工件16之间至少确保安全距离D，从而能够确保人员的安全。需要说明的是，传送带18(输送部22)在检查出机器人14中的异常或接触之后也可以继续移动，该情况下，机器人14被控制为使机器人可动部与工件16之间的最短距离为安全距离D以上。

需要说明的是，在本公开中，所谓“机器人的可动部在输送方向上位于比工件靠前方的位置”表示如下状态：在输送方向上比机器人可动部的位置(例如，工具顶端点等的代表点)靠前方侧的位置不存在工件，如果使可动部在输送方向上移动，则与工件的最短距离扩大。例如，图5a所示的状态相当于该状态，但是除此之外，可动部34(末端执行器36)在输送方向上位于比工件16在输送方向20上的顶端50靠前方的位置的情况也相当于该状态。

图6a表示机器人手臂34的动作方向的另一示例。在图6a的示例中，机器人手臂34在检查出机器人14的异常或接触(接收到信号)时，在输送方向20上位于比工件16靠后方的位置，接收信号之后在传送带18的输送方向20的反方向上移动。因此，如图6b所示，在机器人的可动部(机器人手臂34或末端执行器36)与工件16之间至少确保安全距离D，从而能够确保人员的安全。需要说明的是，传送带18(输送部22)在检查出机器人14的异常或接触之后也可以继续移动，该情况下，机器人14可以在机器人可动部与工件16之间的最短距离为安全距离D以上之后停止。或者，在检查出机器人14中的异常或接触的时间点，机器人手臂34与工件16之间的最短距离为安全距离D以上，则机器人14可以立即停止。

需要说明的是，在本公开中，所谓“机器人的可动部在输送方向上位于比工件靠后方的位置”表示如下状态：在输送方向上比机器人可动部的位置(例如，工具顶端点等的代表点)靠后方侧的位置不存在工件，如果使可动部在输送方向的反方向上移动，则与工件的最短距离扩大。例如，图6a所示的状态相当于该状态，但是除此之外，可动部34(末端执行器36)在输送方向上位于比工件16在输送方向20上的后端52靠后方的位置的情况也相当于该状态。

图7a表示机器人手臂34的动作方向的另一示例，是在传送带18的输送方向上观察机器人14和传送带18的图。即，在图7a中，传送带18的输送方向相当于与纸面垂直的方向。在图7a的示例中，机器人手臂34在检查出机器人14中的异常或接触(接收信号)时，在输送方向20上位于工件16的顶端50与后端52之间，这样的情况下，可以在大致垂直于输送方向20的方向上移动而远离工件16。该情况下，也如图7b所示，在机器人的可动部(机器人手臂34或末端执行器36)与工件16之间至少确保安全距离D，从而能够确保人员的安全。另外，传送带18(输送部22)在检查出机器人14中的异常或接触之后也可以继续移动，该情况下，机器人14可以在机器人可动部与工件16之间的最短距离为安全距离D以上之后停止。

需要说明的是，使用图5a-图7b所说明的机器人的动作是一例，除此之外，只要机器人的可动部与工件之间的最短距离是安全距离D以上，机器人可以进行任何动作。需要说明的是，这样的机器人的动作在消除了机器人的异常等之后，可以通过作业员的输入等来消除，之后，机器人被控制为进行通常的动作(规定的作业等)。

以往，当在机器人中产生了上述那样的异常或接触时，多数情况下进行立即停止该机器人、或朝向规定的避让位置(初始位置等)进行避让动作这样的处理。但是，在协作机器人系统中，若简单地使机器人立即停止或进行避让动作，则机器人的可动部与工件的距离变小，人员被夹在该可动部与工件之间可能负伤。一般情况下，这样的负伤可能导致重伤，与手臂同人员的简单地碰撞等相比，必须优先避让。

对此，在本公开中，从产生了与机器人相关的异常或接触的时间点起，作为与通常不同的机器人动作的控制，控制机器人使机器人的可动部与工件之间的最短距离为预先设定的安全距离以上，该安全距离设定为人员不会因被夹而负伤的距离。通过这样的控制，不使传送带18停止而能够确保作业员的安全。因此，在本公开中，例如即使是在机器人产生了异常的情况或人员与机器人接触的情况，机器人也可以进行向作业员传递部件这样的作业，在与工件相距足够距离的期间，由于使机器人进行避让动作的必要性低，因此还可以进行如下控制：使机器人继续执行通常动作、或将机器人维持为不动(静止状态)。在该状态下工件(传送带)继续动作而使机器人与工件的距离变短时，能够产生使机器人避让的必要，但是在之前如果作业员能够再次起动机器人，则可以避免不需要的避让动作。因此，在本公开中，只有在人员夹在机器人与工件之间的可能性高时，才能够使机器人进行避让动作。

需要说明的是，从检查出与机器人相关的异常或接触的时间点(接收信号时)起，若机器人的可动部进行移动以使得机器人的可动部与工件相距安全距离以上，结果机器人的可动部可能接近处于机器人附近的人员(危及作业员)。这样的情况下，优选为，预先设定机器人可动部移动时的方向、在机器人为多轴时驱动的轴与不驱动的轴，并预先使作业员(人员)周知这些情况。或者，在此基础上，将接收信号时以后的机器人的动作速度设定为尽可能低的值也是有效的。

根据本公开，即使传送带正在动作，也能够防止传送带上的工件与机器人接触或人员夹在该工件与该机器人之间。

Claims (6)

1.一种机器人控制装置，其对由在规定的输送方向上移动的输送部输送的工件进行作业，并且对设置于与所述输送部不同的部位的机器人进行控制，

其特征在于，

所述机器人控制装置具有：

接收部，其接收表示检查出所述机器人的异常或者相对于所述机器人的接触的意思的信号；以及

动作控制部，其在所述接收部接收到所述信号之后，控制所述机器人的动作，以使得所述机器人的可动部与所述工件之间的最短距离为预先设定的安全距离以上。

2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，

表示检查出所述机器人的异常的意思的信号从设置于所述机器人各轴的编码器输出。

3.根据权利要求1或2所述的机器人控制装置，其特征在于，

表示检查出相对于所述机器人的接触的意思的信号从设置于所述机器人的接触传感器、转矩传感器或触觉传感器输出。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述输送部构成为在所述接收部接收到所述信号时不停止，所述机器人构成为在消除了与所述机器人相关的异常或接触之后进行通常动作。

5.一种机器人控制方法，用于对由在规定的输送方向上移动的输送部输送的工件进行作业，并且对设置于与所述输送部不同的部位的机器人进行控制，

其特征在于，

所述机器人控制方法包括：

接收表示检查出所述机器人的异常或者相对于所述机器人的接触的意思的信号；以及

在接收到所述信号之后，控制所述机器人的动作，以使得所述机器人的可动部与所述工件之间的最短距离为预先设定的安全距离以上。

6.根据权利要求5所述的机器人控制方法，其特征在于，

所述机器人控制方法包括：

在接收到所述信号时不停止所述输送部，

在消除了与所述机器人相关的异常或接触时，使所述机器人进行通常动作。