CN111098290A - 机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人系统，其具备：机器人主体；传感器，其检测施加在该机器人主体的外力的大小；控制部，其控制机器人主体；基准值存储部，其在对机器人主体仅作用有该机器人主体的自重以及该机器人主体操作的负荷的动作状态下，将由传感器检测出的外力的值作为基准外力值进行存储；以及判定部，在机器人主体的动作中，由传感器检测出的外力的值与存储在基准值存储部的基准外力值之间的差值的绝对值大于规定的阈值时，判定为对机器人主体作用了自重以及负荷以外的外力。由机器人主体操作的负荷发生较大的变化时，也无需预先设置负荷变化的模式，就能够通过接触停止功能在不误停止的情况下持续动作。

Description

机器人系统

技术领域

本发明涉及机器人系统。

背景技术

目前，已知有协作机器人，该协作机器人具备只要与人接触就停止的接触停止功能，并存储规定的基准力，在检测出的外力比存储的基准力要大时停止机器人(例如，参照专利文献1)。

现有技术文件

专利文献

专利文献1：日本特开2018-51734号公报

发明内容

发明要解决的问题

对于专利文献1的协作机器人，在操作的负荷的大小发生较大变化时，由于机器人被误检测为作用有超过基准力的较大的外力，协作机器人因接触停止功能而停止，从而在已知负荷变化的模式的情况下，有必要预先设置好负荷变化的模式本身。在该情况下，有着需要预先设置负荷变化的模式本身的作业的不便。

本发明是鉴于上述问题而提出的。其目的在于提供一种机器人系统，其在由机器人主体操作的负荷发生较大变化的情况下，也无需预先设置负荷变化的模式，能够在不会因接触停止功能而发生误停止的情况下连续动作。

解决问题的方案

本发明的一方案的机器人系统，具备：机器人主体；传感器，其检测施加在该机器人主体的外力的大小；控制部，其控制所述机器人主体；基准值存储部，其在对所述机器人主体仅作用有该机器人主体的自重以及由该机器人主体操作的负荷的动作状态下，将由所述传感器检测出的所述外力的值作为基准外力值进行存储；以及判定部，其在所述机器人主体的动作过程中，由所述传感器检测出的所述外力的值与存储在所述基准值存储部的所述基准外力值之间的差值的绝对值大于规定的阈值时，判定为对所述机器人主体作用了所述自重以及所述负荷以外的外力。

根据本方案，传感器检测出在仅作用有该机器人主体的自重以及由该机器人主体操作的负荷的动作状态下施加在机器人主体上的外力的大小，检测出的外力的值作为基准外力值存储于基准值存储部。并且，在机器人主体的动作中，计算由传感器检测出的外力的值与存储在基准值存储部的基准外力值之间的差值的绝对值，在差值的绝对值比阈值大时，通过判定部判定为对所述机器人主体作用了自重以及操作的负荷以外的外力。

即，作为基准外力值，对机器人主体的动作的各位置实施的仅作用有机器人主体的自重以及由机器人主体操作的负荷的动作状态下，通过传感器，能够利用其每次检测出的外力的大小。因此，即使在由机器人主体操作的负荷发生较大的变化时，无需预先设置基准外力值，能够在不会因接触停止功能而发生误停止的情况下连续动作。

在上述方案中，所述基准值存储部也可以在所述机器人主体的动作路径上的多个部位上，更新所述基准外力值。

根据该结构，在机器人主体的动作路径上的多个部位上的，仅作用有该机器人主体的自重以及由该机器人主体操作的负荷的动作状态下，通过传感器检测出施加在机器人主体上的外力的大小，将检测出的外力的值作为基准外力值存储于基准值存储部。由此，即使是沿机器人主体的动作路径的各位置的外力变化的模式不定的情况，由机器人主体操作的负荷发生较大的变化时，根据多个部位实际检测出的基准外力值，能够在不会因接触停止功能而发生误停止的情况下持续动作。

另外，在上述方案中，也可以在所述基准值存储部为所述机器人主体处于停止状态或者低速动作状态时，存储所述基准外力值。

根据该结构，能够简单地达成将仅有该机器人主体的自重以及该机器人主体作用的动作状态作为机器人主体的停止状态或低速动作状态。

另外，在上述方案，所述传感器也可以是内置在所述机器人主体或者附加在该机器人主体的至少一个力传感器、转矩传感器或者皮肤传感器中的任意一个。

根据该结构，在仅作用有机器人主体的自重以及由机器人主体操作的负荷的动作状态下，能够高精度地检测出作用于机器人主体的外力。

另外，在上述方案中，所述基准值存储部也可以在每当操作人员手动动作的所述机器人主体成为停止状态或者低速动作状态时，存储所述基准外力值。

根据该结构，在示教操作中或直接操作机器人主体的手动导向中、操作人员手动动作机器人主体时，负荷的大小发生较大的变化的情况下，每当机器人主体处于停止状态或者低速动作状态，通过在基准值存储部存储由传感器检测出的基准外力值，能够无需预先获取基准外力值，在不会因接触停止功能而发生误停止的情况下持续动作。

而且，在上述方案中，在实施示教程序的过程中，所述基准值存储部也可以在该示教程序中设定的任意示教点，或者在每个规定的时间间隔或者规定的移动距离使所述机器人主体处于停止状态或者低速动作状态，存储所述基准外力值。

根据该结构，在实施示教程序的适当的时机，进行使机器人主体处于停止状态或者低速动作状态的基准外力值的检测以及存储。由此，在由机器人主体操作的负荷发生较大的变化时，在示教作业中，能够无需预先获取基准外力值，并在不会因接触停止功能而发生误停止的情况下持续动作。

并且，在上述方案中，所述基准值存储部也可以在所述机器人主体处于停止状态或者低速动作状态时，自动更新所述基准外力值。

另外，在上述方案中，所述基准值存储部也可以在人未与所述机器人主体接触的情况下，且在仅作用有所述机器人主体的所述自重以及由该机器人主体操作的所述负荷的动作状态下，存储所述基准外力值。

发明效果

根据本发明，在由机器人主体操作的负荷发生较大变化时，能够起到无需预先设置负荷变化的模式，也在不会因接触停止功能而发生误停止的情况下持续动作的效果。

附图说明

图1是示出本发明的一实施方式的机器人系统的整体结构图。

图2是示出图1的机器人系统具备的控制装置的框图。

图3是示出由机器人系统将线条体舾装至机器人的作业的初始位置的图。

图4是示出从图3的状态下降手部抓住线条体的第一位置的图。

图5是示出从图4的状态提升手部举起线条体的中途位置的图。

图6是示出从图5的状态充分举起线条体的第二位置图。

图7是示出在图6的第二位置开始在机器人上舾装线条体的状态的图。

图8是示出使手部从图7的第二位置稍微下降的第三位置的图。

图9是示出在图8的第三位置进行在机器人上舾装线条体的状态的图。

图10是示出在图3至图9的动作，由传感器检测出的外力值与基准外力值的更新位置以及基准外力值+阈值的变化的图表。

图11是示出在图1的机器人系统的其他用途的多品种码垛堆积中，稍微举起重量小的工件更新基准外力值的状态的图。

图12是示出在图11，更换重量大的工件更新基准外力值的状态的图。

图13是说明线条体的舾装方法的流程图。

附图标记说明

1 机器人系统

2 机器人主体

21 传感器

31 控制部(处理器)

32 基准值存储部(存储器)

34 判定部(处理器)

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一实施方式的机器人系统1进行说明。

本实施方式所涉及的机器人系统1为具备无需安全栅栏即可与人共享作业区运作的协作机器人(以下，机器人主体)2的系统。

如图1所示，该机器人系统1，具备：机器人主体2以及控制该机器人主体2的控制装置3。

机器人主体2，在图1所示的例中，虽示出了垂直多关节型机器人，但也可以采用其他任意形态。

机器人主体2具备了检测外力大小的传感器21。作为传感器21，采用内置在机器人主体2或者附加在机器人主体2的力传感器、力矩传感器或者皮肤传感器中的至少一个即可。在本实施方式中，为了简化说明，传感器21设置在机器人主体2的第一轴更靠下侧。

传感器21，其能够检测出加在机器人主体2自身的自重、由机器人主体2的操作的负荷的，例如，因操作者等接触、或者机器人主体2接触于其他周边物体，加在机器人主体2上的负荷等的外力。

控制装置3具备处理器以及存储器。

控制装置3，具备控制部(处理器)31，其通过在实施预先被示教的示教程序时控制机器人主体2的动作，操作者操作未图示的示教操作板并输入操作输入来控制机器人主体2执行微动进给(jog feed)动作。

另外，如图2所示，控制装置3在对机器人主体2仅作用有机器人主体2的自重以及由机器人主体2操作的负荷的特定动作状态下，具备：基准值存储部(存储器)32，其将由传感器21检测出的外力的值作为基准外力值进行存储；差值计算部(处理器)33，其计算在机器人主体2的动作中由传感器21检测出的外力的值与基准外力值之间的差值；以及判定部(处理器)34，其判定由差值计算部33计算的差值的绝对值是否大于规定的阈值。

控制部31，在由判定部34判断差值的绝对值大于规定的阈值时，具备停止机器人主体2的动作的接触停止功能与使机器人速度低速化的功能。

特定动作状态为机器人主体2的停止状态或者低速动作状态，将基准外力值存储在基准值存储部32的时机，根据机器人主体2的动作方案的不同而不同。

例如，在通过示教操作盘的操作手动驱动机器人主体2的动作方案中，在微动进给动作机器人主体2的中途，每当机器人主体2变为停止状态或低速动作状态时，将由传感器21检测出的外力值作为基准外力值进行存储即可。或者，根据操作者的示教，也可以在任意时机进行存储。

另外，例如，在将机器人主体2按照示教程序自动运行的动作方案中，在示教程序的多个合适的示教点上，示教使得机器人主体2处于停止状态或者低速动作状态的指令，在动作路径上的多个部位中实现特定动作状态，此时将由传感器21检测出的外力值作为基准外力值进行存储即可。

以下针对如此结构的本实施方式所涉及的机器人系统1的作用进行说明。

利用本实施方式的机器人系统1实施使由机器人主体2操作的负荷的大小发生较大变化的作业时，例如，如图3至9所示，能够举出将长条的软性的线条体4舾装至其他机器人等的其他装置5的作业。

在该作业中，机器人主体2在其前端具备手部22，按照示教程序驱动机器人主体2。

机器人主体2的动作，首先，如图3所示，从在初始位置配置的状态，如图4所示，将手部22下降至托盘6内的第一位置，利用手部22抓住托盘6内收容的线条体4的末端。如图6所示，接下来，在抓住了线条体4的末端的情况下，将手部22提高至足够高的第二位置作为举起状态，该位置作为等待操作者的操作输入的待机状态。

如图8所示，并且，操作者进行了操作输入的情况下，将手部22移动至比第二位置更低的第三位置，在该位置，再次作为等待操作者的操作输入的待机状态。在下降至第三位置时，通过释放由手部22抓住的线条体4的末端，返回到初始位置结束作业。

如图10所示，在该作业中，在从图3的初始位置到抓住线条体4的图4的第一位置之间，在传感器21上仅作用有机器人主体2的自重与手部22的重量，在初始位置，由传感器21检测出的外力的值作为最初的基准外力值存储于基准值存储部32。

接下来，在第一位置，机器人主体2从由传感器22抓住线条体4的第一位置至第二位置动作之间，由于托盘6内的线条体4逐渐被举起，由传感器21检测出的外力的值将逐渐增加。在规定的时间间隔内通过传感器21检测外力值，由差值计算部33计算检测出的外力值与基准值存储部32存储的基准外力值之间的差值，由判定部34判定计算的差值的绝对值是否超过规定的阈值。若差值的绝对值超过阈值，由控制部31的接触停止功能停止机器人主体2的动作。

在本实施方式中，除了机器人主体2停止的初始位置、从第一位置至第三位置的各处设定的示教点以外，如图5所示，在每个从第一位置至第二位置之间的差值的绝对值不超过阈值的位置设有示教点。示教点的数量是任意的。而且，在各示教点，示教了实施特定动作状态的指令，此时示教了将由传感器21检测出的外力的值作为新的基准外力值更新基准值存储部32的值的指令。

接下来，如图7所示，在第二位置，由于从吊下来的线条体4的下端开始舾装到其他装置5，从而由手部22支撑的线条体4的重量逐渐减轻，由传感器21检测出的外力值将减小。此时，认定由第二位置中的舾装作业所引起的线条体4的重量变化不超过阈值。

并且，在第二位置的线条体4的舾装结束时，通过操作者对示教操作盘进行操作输入，如图10所示，基准外力值再次更新后，机器人主体2从第二位置移动至如图8所示的第三位置。由此，形成用于在第三位置进行舾装的线条体4的松弛。

在机器人主体2移动至第三位置停止并为待机状态时，由传感器21检测出的外力值将作为新的基准外力值更新基准值存储部32的值。如图9所示，与在第三位置舾装的线条体4伴随的重量变化也认定为不超过阈值。如图10所示，在第三位置释放线条体4之后，再次更新基准外力值，利用更新的基准外力值返回到初始位置。

如此，根据本实施方式的机器人系统，在由机器人主体2操作的负荷的大小发生连续性变化的作业中，即使是在超过使接触停止功能启动的阈值，负荷的大小发生变化的情况，也能够无需预先设定符合的变化的模式，并且，具有在不会因接触停止功能而发生误停止的情况下持续动作的优点。

即，在机器人主体2的动作中实现了特定动作状态的情况下，由于将由传感器21检测出的外力值作为接触停止功能的基准外力值而更新，无需预先设定负荷的变化的模式。而且，有即使负荷的变化的模式尚未确定的情况下，也能够维持接触停止功能同时继续作业的优点。

另外，在本实施方式中，在实施示教程序的作业中，虽认定为在示教程序适宜设定的示教点实现特定动作状态，由传感器21检测出的外力值作为基准外力值而自动更新，但是也可以取而代之，在操作者操作示教操作盘手动使机器人主体2动作的作业中，可以认定为每当机器人主体2处于停止状态或者低速动作状态时，根据由传感器21检测出的外力值更新基准外力值。

而且，如图10所示，在本实施方式的七处示教点中实现特定动作状态并更新基准外力值，但是也可以取而代之进一步增加更新的频度。由此，能够降低阈值，并提升接触停止功能的灵敏度。

另外，人不接触机器人主体2时，而且，对机器人主体2仅作用机器人主体2的自重以及由机器人主体2操作的负荷的特定动作状态中，只要能够存储基准外力值，就能够记录更加正确的基准外力值。由此，能够降低阈值，并提升接触停止功能的灵敏度。对于没有人接触机器人主体2，可以使用设置在机器人主体2周围的激光式区域传感器与视觉传感器等来检测人的接近。

而且，在本实施方式中，如升降软性的线条体4的情况，示例说明了负荷连续变化的作业，但这并不局限于此，如图11以及图12所示，也可以适用于抓住的工件W1、W2的重量发生变化的情况。

例如，如多品种码垛堆积作业中，在更换并抓住两种重量的工件W1、W2的情况下，如图11以及图12所示，将各工件W1，W2通过手部22抓住并稍微举起的情况下，实现特定动作状态，在此时通过由传感器21检测出的外力更新基准外力值即可。

而且，能够在更换三种以上的重量的工件的情况下同样适用。这种情况下，既可以使所有工件的重量差小于阈值，规定更换的顺序的情况下，也可以使具有相邻重量的工件的重量差小于阈值。在该情况，通过进一步减小阈值，能够提升接触停止的灵敏度。

另外，在本实施方式中，还示出了以下的线条体4的舾装方法。

以往，线条体的舾装是由长条操作者举起大重量的线条体，从其他装置的下侧依次按顺序进行。但是，多个线条体捆在一起时，或者，包含大电流用的线条体时，或者，操作安装了用于固定线条体的金属板以及配电盘等的线条体时，线条体的重量将变大，有给操作者带来较大负担的不良情况。

与此相对，该线条体4的舾装方法为，通过装在机器人主体2的前端的手部22，在抓住并举起线条体4的一端的状态下，重复由作业人员从线条体4的另一端向另一装置5实施线条体4的舾装作业的一部分的步骤与通过机器人主体2的动作降低手部22至之后的舾装作业所需的量以致线条体4松弛的位置的步骤。

如图13所示，具体来说，从配置在初始位置的状态，如图4所示，将手部22降低至托盘6内的第一位置(步骤S1)，通过手部22抓住收容在托盘6内的线条体4的末端(步骤S2)。接下来，如图6所示，将手部22提高至足够高的第二位置作为举起状态(步骤S3)，该位置作为等待操作者的操作输入的待机状态(步骤S4)。

并且，如图8所示，将手部22移动至比第二位置更低的第三位置(步骤S5)，在该位置，再次作为等待操作者的操作输入的待机状态(步骤S6)。在下降至第三位置时，通过释放由手部22抓住的线条体4的末端，返回至初始位置(步骤S7)结束作业。

根据该线条体4的舾装方法，能够通过机器人主体2将处于吊起状态的线条体4从下部舾装至其他装置5，此时，由于线条体4的重量由机器人主体2支撑，从而具有操作者无需举起线条体4，能够减轻操作者负担的优点。

并且，每当线条体4的下部的舾装结束，由于机器人主体2动作以使形成用于舾装更靠上部的线条体4的松弛，操作者无需举起线条体4，能够按顺序舾装线条体4。

并且，如图10所示，在该情况下，在从图3的初始位置到图4的抓住线条体4的第一位置之间，在传感器21上仅作用有机器人主体2的自重与手部22的重量，在初始位置，由传感器21检测出的外力的值作为最初的基准外力值存储于基准值存储部32。

接下来，在第一位置，机器人主体2从由手部22抓住的线条体4的第一位置到第二位置动作之间，由于托盘6内的线条体4逐渐被举起，由传感器21检测出的外力的值将逐渐增加。在规定的时间间隔内通过传感器21检测外力值，由差值计算部33计算检测出的外力值与基准值存储部32存储的基准外力值之间的差值，由判定部34判定计算的差值的绝对值是否超过规定的阈值。若差值的绝对值超过阈值，根据控制部31的接触停止功能停止机器人主体2的动作。

在本实施方式中，除了机器人主体2停止的初始位置、从第一位置至第三位置分别设有示教点之外，如图5所示，在每个从第一位置至第二位置之间的差值的绝对值不超过阈值的位置设有示教点。示教点的数量是任意的。而且，在各示教点，示教了实现特定动作状态的指令，此时示教了将由传感器21检测出的外力的值作为新的基准外力值更新基准值存储部32的值的指令。

接下来，如图7所示，在第二位置，由于从吊下来的线条体4的下端开始舾装到其他装置5，从而由手部22支撑的线条体4的重量逐渐减轻，由传感器21检测出的外力值将减小。此时，认定由第二位置中的舾装作业所引起的线条体4的重量变化不超过阈值。

并且，在第二位置的线条体4的舾装结束时，通过操作者对示教操作盘进行操作输入，如图10所示，基准外力值再次更新后，机器人主体2从第二位置移动到如图8所示的第三位置。由此，将形成用于在第三位置进行舾装的线条体4的松弛。另外，作为示教操作盘，不仅仅局限于设置在机器人主体2自身的示教操作盘，也可以使用另外设置的有线式或无线遥控器。

机器人主体2移动到第三位置后停止并为待机状态时，由传感器21检测出的外力值作为新的基准外力值更新基准值存储部32的值。如图9所示，伴随在第三位置的舾装的线条体4的重量变化也认定为不超过阈值。如图10所示，释放在第三位置的线条体4之后，再次更新基准外力值，利用更新的基准外力值返回到初始位置。

Claims (8)

1.一种机器人系统，其特征在于，具备：

机器人主体；

传感器，其检测施加在该机器人主体的外力的大小；

控制部，其控制所述机器人主体；

基准值存储部，其在对所述机器人主体仅作用有该机器人主体的自重以及由该机器人主体操作的负荷的动作状态下，将由所述传感器检测出的所述外力的值作为基准外力值进行存储；以及

判定部，其在所述机器人主体的动作过程中，当由所述传感器检测出的所述外力的值与存储在所述基准值存储部的所述基准外力值之间的差值的绝对值大于规定的阈值时，判定为对所述机器人主体作用了所述自重以及所述负荷以外的外力。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，

所述基准值存储部，在所述机器人的动作路径上的多个部位，更新所述基准外力值。

3.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，

所述基准值存储部，在所述机器人主体处于停止状态或者低速动作状态时，存储所述基准外力值。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人系统，其特征在于，

所述传感器为内置在所述机器人主体或者附加在该机器人主体的至少一个力传感器、转矩传感器或者皮肤传感器中的任意一个。

5.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，

所述基准值存储部，每当由操作人员手动动作的所述机器人主体成为停止状态或者低速动作状态时，存储所述基准外力值。

6.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，

所述基准值存储部，在实施示教程序的过程中，在该示教程序中设定的任意示教点，或者在每个规定的时间间隔或者规定的移动距离，使所述机器人主体处于停止状态或者低速动作状态，并存储所述基准外力值。

7.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，

所述基准值存储部，在所述机器人主体处于停止状态或者低速动作状态时，自动更新所述基准外力值。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的机器人系统，其特征在于，

所述基准值存储部，在人未与所述机器人主体接触的情况下，且仅作用有所述机器人主体的所述自重以及由该机器人主体操作的所述负荷的动作状态下，存储所述基准外力值。

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