CN110712189A

CN110712189A - 机器人

Info

Publication number: CN110712189A
Application number: CN201910613515.1A
Authority: CN
Inventors: 胜久洋
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2020-01-21
Anticipated expiration: 2039-07-09
Also published as: US20200016766A1; CN110712189B; JP2020006494A; JP6770025B2; DE102019210012A1; US11130241B2; DE102019210012B4

Abstract

本发明提供一种机器人，包括：机器人手臂(10)；控制装置(20)，其控制机器人手臂(10)；操作面板(30)，其向控制装置(20)发送控制信号；摄像机部(34)，其设置于操作面板(30)，用于拍摄正在对操作面板(30)进行操作的操作者(O)；判断单元，其基于由摄像机部(34)获取的图像，判断操作者(O)是否正在观看操作面板(30)中设有操作部的面；以及限制单元，其在判断为操作者(O)正在观看所述面时、或判断为操作者(O)持续观看所述面而超过规定时间时，实施机器人手臂(10)的动作限制。

Description

机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人。

背景技术

一直以来，已知一种机器人控制方法，所述机器人包括对机器人的操作区域进行拍摄的多个摄像机，利用由多个摄像机获取的图像判断操作者的面部是否朝向所述操作区域，并根据该判断的结果对机器人的动作进行控制(例如，参照专利文献1)。

另外，已知一种动作预告装置，其具备多个摄像机，所述多个摄像机用于检测与机器人一起实施操作的操作者的视线的方向，并将机器人的动作预告通知给操作者，在基于操作者的视线判断出操作者未识别到通知时，催促操作者对机器人的动作进行识别(例如，参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-209991号公报

专利文献2：日本特开2017-94409号公报

发明内容

发明所要解决的问题

如上所述，目前提出了各种技术来防止由机器人的动作而引起的对人的危害。例如，在所述机器人控制方法中，使用多个摄像机判断操作者的面部是否朝向机器人的操作区域。在该情况下，机器人的操作区域随着机器人的操作内容而变化，并且极难准确地判断操作者是否正在观看该区域。此外，后者的动作预告装置仅用于使操作者识别机器人的下一个动作。

本发明是鉴于上述实际情况而完成的。本发明的目的之一在于，提供一种能够有效地提高机器人手臂的操作时的安全性的机器人。

用于解决问题的方案

为了解决所述课题，本发明采用以下手段。

本发明的一个实施方式的机器人包括：机器人手臂；控制装置，其控制所述机器人手臂；操作面板，其向所述控制装置发送控制信号；摄像机部，其设置于所述操作面板，用于拍摄正在对所述操作面板进行操作的操作者；判断单元，其基于由所述摄像机部获取的图像，判断所述操作者是否正在观看所述操作面板中设有操作部的面；以及限制单元，其在判断为所述操作者正在观看所述面时、或判断为所述操作者持续观看所述面而超过规定时间时，实施所述机器人手臂的动作限制。

虽然为了提高机器人的操作时的安全性而采用了各种对策，并将各种功能安装于机器人，但由于机器人的操作时的安全性越高越好，因而谋求进一步的对策、功能等。

作为在机器人进行操作时的操作者面临危险的典型场景的一个示例，例如有对机器人手臂的动作进行示教的场景。机器人手臂的动作的示教大多使用模拟装置离线实施。

但是，即使在离线实施动作的示教的情况下，也使用实际的操作对象在现场实施用于匹配机器人手臂的顶端的工具与操作对象的位置关系的细致的动作设定、机器人手臂的顶端的工具的操作时的细致的动作设定等。为了实施这样的细致的动作设定，操作者需要一边站立于机器人手臂的附近一边使用操作面板使机器人手臂例如一点一点地动作。此时，操作者一边观看操作面板上的显示部、操作键等一边实施操作，通过操作操作面板上的规定的操作键而使机器人手臂动作。

由于机器人手臂具备多个可动部和分别使该多个可动部动作的多个驱动装置，因而大多情况下使其动作成为预期的动作比较困难。另外，有时即使在操作面板上通过数值等输入下一个动作位置的坐标值，也会因机器人手臂的挠曲、驱动装置以及减速器的反向间隙等，使得机器人手臂的动作的到达位置与预期的位置稍微不同。并且，有时根据操作对象的种类，还需要机器人手臂的顶端位置、工具的位置、它们的动作等的精细设定。因而，几十次或几百次地重复一边观看操作面板上的显示部、操作键等一边进行的操作、以及通过操作操作面板上的规定的操作键来进行的机器人手臂的动作的情况也不少。

在上述实施方式中，判断操作者是否正在观看操作面板中的设有操作部的面，在判断为操作者正在观看该面时、或判断为操作者观看该面超过规定时间时，实施机器人手臂的动作限制。

在每个操作面板上确定操作面板中设有操作部的面。因此，与是否正在观看机器人的操作区域的判断相比，是否正在观看操作面板中设有操作部的面的判断能够更加准确地实施。

另外，基于设置于操作面板的摄像机部的图像，实施是否正在观看设有操作部的面的判断。摄像机部设置于操作面板，因而操作面板与摄像机部的位置关系不会发生变化、或不会发生较大的变化。这在准确地实施基于由摄像机部获取的图像的上述判断的方面是有利的。

在上述实施方式中，优选地，即使对所述操作部实施用于使所述机器人手臂的动作开始的操作，所述动作限制也不会使所述机器人手臂的动作开始。

如上所述，在几十次或几百次地重复一边观看操作面板上的显示部、操作键等一边进行的操作、以及通过操作操作面板上的规定的操作键来进行的机器人手臂的动作时，可能出现在持续观看操作面板的操作部的状态下，在操作面板上实施用于使机器人手臂的动作开始的操作的可能性。即使在使操作者充分了解不要实施这样的操作之类的规则的情况下，也会产生因上述的重复而不坚持该规则的情况。

在该实施方式中，在判断为操作者正在观看操作面板中设有操作部的面时、或判断为操作者持续观看所述面而超过规定时间时，即使对操作部实施使所述机器人手臂的动作开始的操作，也不会使机器人手臂的动作开始。这特别在如下方面是极其有利的，即在有上述的重复的情况下，能够降低机器人手臂与操作者的接触等的风险，因此可以提高操作者的安全性。

在上述实施方式中，优选地，所述操作面板为平板电脑。

在操作面板上设置有物理性地按压的操作键的情况下，在对对象的操作键进行操作时，在将手指放置于该操作键上之后，按下该操作键。因此，在一边观看对象的操作键一边将手指放置于该操作键上之后，即使在观看机器人手臂的同时也能够可靠地实施该操作键的操作。

但是，在操作面板为平板电脑的情况下，操作键显示于平板电脑的显示装置。为了操作显示装置所显示的对象的操作键，操作者需要一边观看显示装置一边使手指等触摸该操作键。另外，在手指等触摸该操作键的时间点上实施该操作键的操作。

如此，在操作面板为平板电脑的情况下，操作者的视线容易朝向操作键。但是，在操作者正在观看操作面板中的设有操作部的面的状态下，由于机器人手臂的动作受到限制，因而可以提高操作者的安全性。

在上述实施方式中，优选地，所述动作限制是对与所述操作部中的一部分的操作键对应的所述机器人手臂的动作进行限制。

例如，用于使机器人手臂整体的动作开始的操作键被包含于一部分的操作键中，其中，所述机器人手臂整体的动作由包含基端侧的伺服电机在内的多个伺服电机实施，在使机器人手臂的顶端的一个或两个动作开始的操作键未包含于所述一部分的操作键的情况下，在操作者正在观看操作面板中的设有操作部的面的状态下，虽然操作者能够使机器人手臂的顶端动作，但无法使机器人手臂整体动作。

在上述实施方式中，优选地，所述限制单元在判断为所述操作者正在观看所述面时、或判断为所述操作者持续观看所述面而超过规定时间时，即使对所述操作部中的一部分的操作键实施操作，也不向所述控制装置发送基于所述操作的控制信号。

在该实施方式中，在操作者正在观看操作面板中的设有操作部的面的状态下，由于不向控制装置发送基于一部分的操作键的控制信号，因此能够可靠地防止该状态下的基于该一部分的操作键的机器人的动作。

在上述实施方式中，优选地，所述限制单元在所述机器人手臂的速度设定变更为高速时，缩短所述规定时间。

在该实施方式中，根据机器人手臂的速度设定的变更来变更所述规定时间，因而能够更可靠地确保操作者的安全。

在上述实施方式中，优选地，还包括距离检测单元，所述距离检测单元对所述机器人手臂与所述操作面板之间的距离进行检测，所述限制单元在所述距离检测单元的检测距离值变小时，缩短所述规定时间。

在操作面板靠近机器人手臂时，持有操作面板的操作者也靠近机器人手臂的可能性较高。另外，能够比较准确地实施操作面板与机器人手臂之间的距离的检测。因此，通过该方式，能够更可靠地确保操作者的安全。

发明效果

根据本发明，能够有效地提高机器人手臂的操作时的安全性。

附图说明

图1为本发明的一个实施方式的机器人的概要图。

图2为从操作者的角度观看到的本实施方式的机器人的概要图。

图3为本实施方式的机器人的控制装置的框图。

图4为本实施方式的机器人的操作面板的框图。

图5为本实施方式的操作面板的变形例及机器人的概要图。

具体实施方式

以下使用附图对根据本发明的一个实施方式的机器人进行说明。

如图1所示，本实施方式的机器人包括基座B、机器人手臂10、以及用于控制机器人手臂10的控制装置20。机器人手臂10具有多个手臂构件11、12、13、14、15、16，多个手臂构件11、12、13、14、15、16分别绕可动轴J1、J2、J3、J4、J5、J6移动。此外，图1所示的机器人为垂直多关节机器人，但也可以是水平多关节机器人，并未被限定于特定种类的机器人。

机器人手臂10具有分别绕多个可动轴J1、J2、J3、J4、J5、J6驱动手臂构件11、12、13、14、15、16的多个伺服电机11a、12a、13a、14a、15a、16a(图3)。另外，各伺服电机11a、12a、13a、14a、15a、16a具有用于检测其工作位置的工作位置检测装置(未图示)，工作位置检测装置作为一个示例为编码器。工作位置检测装置的检测结果被发送至控制装置20。

如图3所示，控制装置20包括：CPU等的处理器21、显示装置22、具有非易失性存储器、ROM、RAM等的存储部23、输入装置24、发送接收部25、与伺服电机11a～16a分别对应的伺服控制器26、以及用于控制安装于机器人手臂10的顶端部的工具(未图示)的工具控制器27，所述控制装置20对机器人10的伺服电机11a～16a和工具进行控制。存储部23存储有系统程序23a，系统程序23a承担控制部20的基本功能。

存储部23存储有动作程序23b。处理器21基于动作程序23b控制伺服控制器26和工具控制器27，由此机器人手臂10使用设置于其顶端部的工具来实施预定的操作。

另外，存储部23存储有手动动作程序23c。在控制装置20为手动模式时，处理器21基于手动动作程序23c并根据来自操作面板30的控制信号对伺服控制器26和工具控制器27进行控制，由此机器人手臂10和工具根据操作面板30的操作而进行动作。

如图4所示，本实施方式的操作面板30包括：CPU等的处理器31、作为众所周知的触控屏幕的显示装置32、具有非易失性存储器、ROM、RAM等的存储部33、摄像机部34、以及发送接收部35。触控屏幕例如为：在电阻式触摸屏的情况下，具有设置于显示装置32的表面的透明阻抗膜，在电容式触摸屏的情况下，具有设置于显示装置32的表面的透明电极膜。

如图2所示，在一个示例中，显示装置32的上侧作为显示部32a而发挥功能，显示装置32的下侧作为配置有操作键K1、操作键K2、操作键K3等的操作部32b而发挥功能。也就是说，在显示装置32的厚度方向一侧的面上配置有显示部32a和操作部32b。此外，可以对显示装置32内的显示部32a和操作部32b的配置进行任意地设定。另外，还可以在显示部32a内配置操作键，也可以显示出输入框等。在这些情况下，通过手指等触摸显示部32a的内部而实施操作，显示部32a也作为操作部而发挥功能。

在控制装置20为手动模式时，与操作面板30的操作键K1、操作键K2等的输入对应的控制信号从操作面板30的发送接收部35发送至控制装置20，控制装置20的处理器21根据接收到的控制信号对伺服控制器26和工具控制器27进行控制。

操作键K1例如用于使包含伺服电机11a～16a的动作在内的机器人手臂10整体的动作开始，操作键K2例如仅用于使机器人手臂10的顶端部的伺服电机15a和16a的动作(机器人手臂10的顶端的动作)开始，操作键K3例如用于进行机器人手臂10的动作的速度设定、目标位置的坐标设定等的设定。

摄像机部34具有透镜34a和用于获取经由透镜34a而形成的图像的CMOS传感器等的传感器34b(图4)。

存储部33存储有系统程序33a，系统程序33a承担操作面板30的基本功能。另外，存储部33存储有检测程序33b、判断程序(判断单元)33c、以及动作限制程序(限制单元)33d。

处理器31基于检测程序33b而对摄像机部34逐次获取的图像实施众所周知的图像处理，并对处理后图像实施匹配处理等，从而实施对操作者O的眼睛的位置、大小、形状等的检测。在本实施方式中，处理器31实施对操作者O的眼睛的瞳孔的位置、大小、形状等的检测。此外，处理器31通过对操作者O的面部的位置、大小、方向等进行检测，从而判断操作者O是否正在观看操作面板30中设有操作部32b的面。

虽然瞳孔的位置、大小、形状等因人而异，但可以通过校准来降低或消除该差异。作为校准方法，例如，可以将操作面板30配置在相对于操作者O的面部的多个位置并配置为相对于操作者O的面部的多个姿势，在该状态下使操作者O凝视显示装置32上的预定显示，在上述各位置和各姿势中通过摄像机部34获取校准用图像。然后，对各校准用图像实施图像处理、匹配处理等，并将各校准用图像中的操作者O的瞳孔的位置、大小、形状等与眼睛整体的形状、大小等对应地存储于存储部33中。通过这样，能够使用所存储的瞳孔的位置、大小、形状等和摄像机部34逐次获取的图像，判断操作者O是否正在观看显示装置32。操作者O的瞳孔的位置、大小等的变化(移动)也可以成为操作者O是否正在观看显示装置32的指标中的一个指标。

处理器31基于判断程序33c并根据由检测程序33b检测到的操作者O的瞳孔的位置、大小、形状、位置的变化以及大小的变化等，判断操作者O是否正在观看显示装置32。

并且，在操作者O观看显示装置32的期间，即使对操作键K1或操作键K2实施操作，处理器31也会基于动作限制程序33d而不使与操作键K1或操作键K2的操作对应的控制信号发送至控制装置20。

另一方面，处理器31将基于操作键K3的控制信号发送至控制装置20。由此，控制装置20进行机器人手臂10的速度设定、目标位置的设定等。

此外，在操作者O观看显示装置32的期间，虽然处理器31基于动作限制程序33d而不会将与操作键K1的操作对应的控制信号发送给控制装置20，但也可以将与操作键K2的操作对应的控制信号发送给控制装置20。

虽然为了提高机器人的操作时的安全性而采取了各种对策，并将各种功能安装于机器人，但由于机器人的操作时的安全性越高越好，因而谋求进一步的对策、功能等。

作为在机器人的操作时操作者O面临危险的典型场景的一个示例，例如有示教机器人手臂10的动作的场景。机器人手臂10的动作的示教大多使用模拟装置离线实施。

但是，即使在离线实施动作的示教的情况下，也使用实际的操作对象在现场实施用于匹配机器人手臂10的顶端的工具与操作对象的位置关系的细致的动作设定、机器人手臂10的顶端的工具的操作时的细致的动作设定等。为了实施这样的细致的动作设定，操作者O需要一边站立于机器人手臂10的附近，一边使用操作面板30使机器人手臂10例如一点一点地动作。此时，操作者O一边观看操作面板30上的显示部32a、操作键K1、K2、K3等一边实施操作，通过操作操作面板30上的规定的操作键K1、K2使机器人手臂10动作。

由于机器人手臂10具备多个手臂构件(可动部)11～16及分别使该多个手臂构件(可动部)11～16动作的多个伺服电机(驱动装置)11a～16a，因而大多情况下使其动作成为预期的动作较难。另外，有时即使在操作面板30上通过数值等输入下一个动作位置的坐标值，也会因机器人手臂10的挠曲、伺服电机11a～16a以及减速器的反向间隙等，使得机器人手臂10的动作的到达位置与预期的位置稍微不同。并且，有时根据操作对象的种类，还需要机器人手臂10的顶端位置、工具的位置、它们的动作等的精细的设定。因而，几十次或几百次地重复一边观看操作面板30上的显示装置32、操作键K3等一边实施的操作、以及操作操作面板30上的操作键K1、K2来进行的机器人手臂10的动作的情况也不少。

根据本实施方式，基于由摄像机部34获取的图像，判断操作者O是否正在观看操作面板30中设有操作部32b的面，在判断为操作者O正在观看所述面时，实施机器人手臂10的动作限制。

与是否正在观看机器人的操作区域的判断相比，是否正在观看操作面板30中设有操作部32b的面的判断能够更加准确地实施。

另外，基于设置于操作面板30的摄像机部34的图像，进行是否正在观看设有操作部32b的面的判断。由于摄像机部34设置于操作面板30，因而操作面板30与摄像机部34之间的位置关系不会发生变化、或不会发生较大的变化。这在准确地实施基于由摄像机部34获取的图像的上述判断的方面是有利的。

如上所述，在几十次或几百次地重复一边观看操作面板30上的显示部32a、操作键K3等一边实施的操作、以及操作操作面板30上的操作键K1、K2来进行的机器人手臂10的动作时，存在有在保持持续观看操作面板30的操作部32b的状态下，在操作面板30上实施用于使机器人手臂10的动作开始的操作的可能性。即使在使操作者O充分了解不实施这样的操作之类的规则的情况下，也会产生因上述的重复而不坚持该规则的情况。

在本实施方式中，在判断为操作者O正在观看操作面板30中设有操作部32b的面时，即使对操作部32b实施用于使机器人手臂10的动作开始的操作，也不开始机器人手臂10的动作。这特别在如下方面是极其有利的，即在存在有上述的重复的情况下，能够降低机器人手臂10与操作者O的接触等的风险，因而可以提高操作者O的安全性。

假设，在操作面板30上设置有物理性地按下的操作键的情况下，在操作对象的操作键时，在将手指放置于该操作键上之后，按下该操作键。因此，在一边观看对象的操作键一边将手指放置于该操作键上之后，即使在观看机器人手臂10的同时，也能够可靠地实施该操作键的操作。

但是，在操作面板30为平板电脑的情况下，操作键K1、K2、K3显示于平板电脑的显示装置32。为了操作显示装置32所显示的例如操作键K1，操作者O需要一边观看显示装置32一边使操作者O的手指等触摸操作键K1。另外，在手指等触摸操作键K1的时间点上实施操作键K1的操作。

如此，在操作面板30为平板电脑的情况下，操作者O的视线容易朝向操作键K1、K2、K3。在本实施方式中，在操作者O正在观看操作面板30中的设有操作部32b的面的状态下，由于机器人手臂10的动作受到限制，因而可以提高操作者O的安全性。

此外，也可以为，处理器31基于判断程序33c，并根据由检测程序33b检测到的操作者O的瞳孔的位置、大小、形状、位置的变化、大小的变化等，实施操作者O是否持续观看显示装置32而超过规定时间的判断。在该情况下，处理器31在操作者O持续观看显示装置32而超过规定时间的情况下，不会将与操作键K1或操作键K2的操作对应的控制信号发送给控制装置20。作为规定时间，可以使用几秒。

在操作者O持续观看显示装置32而超过规定时间的情况下，由于操作者O被操作面板30的操作分散注意力的可能性较高，因而该构成在用于提高操作者O的安全性上是有利的。

另外，也可以为，从操作面板30向控制装置20逐次发送操作者O是否正在观看显示装置32的信息。在该情况下，控制装置20的处理器21在基于存储部23中所存储的动作限制程序(限制单元)而判断为操作者O正在观看显示装置32时、或判断为操作者O持续观看显示装置32而超过规定时间时，实施机器人手臂10的上述的动作限制。

另外，在本实施方式中，也可以为，在通过操作键K3而使机器人手臂10的速度设定变更为高速时，处理器31将所述规定时间设定为较短。

如上所述，当根据机器人手臂10的速度设定的变更来变更所述规定时间时，能够更可靠地确保操作者O的安全。

另外，在本实施方式中，也可以为，还设置有对机器人手臂10操作面板30的距离进行检测的距离检测装置(距离检测单元)，处理器31在距离检测装置的检测距离值变小时，缩短所述规定时间。

作为距离检测单元，可以使用设置于机器人10的顶端部的短距离无线通信信号的发送器和设置于操作面板30的接收器。操作面板30可以根据接收器接收的信号的强度，检测振荡器与接收机之间的距离。

在操作面板30靠近机器人手臂10时，持有操作面板30的操作者O也靠近机器人手臂10的可能性较高。另外，能够比较准确地实施操作面板30与机器人手臂10的距离的检测。因而，能够更可靠地确保操作者O的安全。

此外，也可以替代作为平板电脑的操作面板30而使用设置有摄像机部34的现有的示教器，即操作面板40(参照图5)。即使在该情况下，在操作者O正在观看操作面板40中的设有操作部的面的状态下，机器人手臂10的动作也受到限制，因而可以实现与上述相同的作用效果。

此外，在上述实施方式中，也可以为，在基于由摄像机部34获取的图像判断为操作者O正在观看操作面板30中设有操作部32b的面的状态下，在操作操作键K1、K2时，限制机器人手臂10的动作速度。

另外，在所述实施方式中，也可以为，在机器人手臂10的动作开始后，在判断为操作者O持续观看显示装置32而超过规定时间的情况下，不使机器人手臂10的动作停止而降低机器人手臂10的动作速度。

附图标记说明

10：机器人手臂

11～16：手臂构件

11a～16a：伺服电机

20：控制装置

21：处理器

22：显示装置

23：存储部

23a：系统程序

23b：动作程序

23c：手动动作程序

30：操作面板

31：处理器

32：显示装置

32a：显示部

32b：操作部

33：存储部

33a：系统程序

33b：检测程序

33c：判断程序(判断单元)

33d：动作限制程序(限制单元)

34：摄像机部

34a：透镜

34b：传感器

40：操作面板

J1～J6：可动轴

K1～K3：操作键

Claims

1.一种机器人，其特征在于，包括：

机器人手臂；

控制装置，其控制所述机器人手臂；

操作面板，其向所述控制装置发送控制信号；

摄像机部，其设置于所述操作面板，用于拍摄正在对所述操作面板进行操作的操作者；

判断单元，其基于由所述摄像机部获取的图像，判断所述操作者是否正在观看所述操作面板中设有操作部的面；以及

限制单元，其在判断为所述操作者正在观看所述面时、或判断为所述操作者持续观看所述面而超过规定时间时，实施所述机器人手臂的动作限制。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

即使对所述操作部实施用于使所述机器人手臂的动作开始的操作，所述动作限制也不会使所述机器人手臂的动作开始。

3.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，

所述操作面板为平板电脑。

4.根据权利要求1或3所述的机器人，其特征在于，

所述动作限制是对与所述操作部中的一部分的操作键对应的所述机器人手臂的动作进行限制。

5.根据权利要求4所述的机器人，其特征在于，

所述限制单元在判断为所述操作者正在观看所述面时、或判断为所述操作者持续观看所述面而超过规定时间时，即使对所述操作部中的一部分的操作键实施操作，也不向所述控制装置发送基于所述操作的控制信号。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的机器人，其特征在于，

所述限制单元在所述机器人手臂的速度设定变更为高速时，缩短所述规定时间。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的机器人，其特征在于，

包括距离检测单元，所述距离检测单元对所述机器人手臂与所述操作面板之间的距离进行检测，

所述限制单元在所述距离检测单元的检测距离值变小时，缩短所述规定时间。