CN111331618A - 机器人控制装置、机器人控制系统以及机器人控制方法 - Google Patents

机器人控制装置、机器人控制系统以及机器人控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种机器人控制装置、机器人控制系统以及机器人控制方法。即使作业人员进行与作业动作没有关系的动作，也使机器人进行动作使得不会产生作业人员与机器人之间的干扰。该机器人控制装置控制与作业人员共享作业区域来进行动作的机器人，其具备：间隔推定部，其根据作业人员的位置信息和身体信息求出作业人员的到达范围，并根据机器人的位置信息、形状信息以及到达范围求出到达范围与机器人之间的间隔；干扰概率计算部，其根据间隔求出机器人与作业人员之间的干扰概率；以及动作控制部，其根据干扰概率来控制机器人的动作。

Description

机器人控制装置、机器人控制系统以及机器人控制方法
技术领域
本发明涉及用于控制机器人的机器人控制装置、机器人控制系统以及机器人控制方法，特别涉及用于控制与作业人员共享作业区域来进行动作的机器人的机器人控制装置、机器人控制系统以及机器人控制方法。
背景技术
目前，在工业用机器人等领域中，为了谋求生产和组装的效率化，机器人和作业人员共享作业区域来进行作业。
此时，不希望机器人与作业人员之间产生干扰从而机器人与作业人员在作业区域产生接触。已知一种用于防止这种干扰的发生的技术(例如参照专利文献1)。
专利文献1中记载了“一种机器人控制装置，其控制与作业人员共享作业区域来进行动作的机器人，该作业人员进行预先设定了作业内容的一个以上的作业工程，该机器人控制装置具备：机器人控制状态测量部，其测量上述机器人的位置以及姿势即机器人控制状态；作业区域设定部，其针对每个作业工程存储以下区域，该区域包含从上述作业工程的开始至结束为止的作业人员的作业动作中上述作业人员的身体占据的空间，并根据用于指定上述作业人员目前正在进行的上述作业工程的作业工程指定信号，设定与上述作业人员的目前的作业工程对应的作业区域；以及机器人指令生成部，其基于上述作业区域以及上述机器人控制状态生成针对上述机器人的动作指令，上述机器人指令生成部根据上述机器人是否存在于上述作业区域内，变更针对上述机器人的动作指令”。
在机器人与作业人员共享作业区域而进行作业时，存在作业人员进行与作业动作无关的动作，例如不经意地伸出手臂的动作，考虑这种情况，希望有一种用于防止机器人与作业人员之间发生干扰的技术。
国际公开第2017/203937号册子
发明内容
(1)本公开一方式的机器人控制装置(例如后述的机器人控制装置100)控制与作业人员共享作业区域来进行动作的机器人，该机器人控制装置具备：
间隔推定部(例如后述的间隔推定部102)，其根据上述作业人员的位置信息和身体信息求出上述作业人员的到达范围，并根据上述机器人的位置信息、形状信息以及上述到达范围求出上述到达范围与上述机器人之间的间隔；
干扰概率计算部(例如后述的干扰概率计算部103)，其根据上述间隔求出上述机器人与上述作业人员之间的干扰概率；以及
动作控制部(例如后述的动作控制部104)，其根据上述干扰概率来控制上述机器人的动作。
(2)在上述(1)记载的机器人控制装置中，上述动作控制部根据上述干扰概率来决定上述机器人的机械臂的速度。
(3)在上述(2)记载的机器人控制装置中，上述动作控制部根据上述机器人的上述机械臂的移动方向来决定上述机器人的机械臂的速度。
(4)在上述(1)～(3)中的任意一项记载的机器人控制装置中，在上述作业人员以及上述机器人分别安装条形码或QR码(注册商标)(例如后述的QR码420、210)，
安装在上述作业人员的条形码或QR码(例如后述的QR码420)中包含作业人员ID以及表示上述作业人员的体格的信息，安装在上述机器人的条形码或QR码(例如后述的QR码210)中包含上述机器人ID以及表示机器人尺寸的信息。
(5)本公开一个方式的机器人控制系统具备上述(1)～(4)中的任意一项所述的机器人控制装置、通过该机器人控制装置控制的机器人、以及拍摄作业人员以及上述机器人的照相机。
(6)本公开一方式的机器人控制方法是机器人控制装置(例如后述的机器人控制装置100)的机器人控制方法，该机器人控制装置控制与作业人员共享作业区域来进行动作的机器人，
根据上述作业人员的位置信息和身体信息求出上述作业人员的到达范围，根据上述机器人的位置信息和形状信息以及上述到达范围求出上述到达范围与上述机器人之间的间隔，并根据上述间隔来求出上述机器人与上述作业人员之间的干扰概率，根据上述干扰概率来控制上述机器人的动作。
根据本公开的一个方式，即使作业人员进行与作业动作无关的动作，也能够使机器人动作使得不会产生作业人员与机器人之间的干扰。
附图说明
图1是表示本发明一实施方式的机器人控制系统的整体结构的示意图。
图2表示本发明实施方式的机器人控制装置的功能块。
图3表示作业人员和机器人之间的位置关系以及间隔。
图4是表示机器人控制装置的动作的流程图。
图5表示使用了机器人控制系统的作业工程的例子。
附图标记的说明
10：机器人控制系统、100：机器人控制装置、101：信息取得部、102：间隔推定部、103：干扰概率计算部、104：动作控制部、200：机器人、300：照相机、400：作业人员、501、502、503：工作台。
具体实施方式
＜实施方式整体的结构＞
首先，参照图1说明本实施方式的机器人控制系统10的整体结构。如图1所示，机器人控制系统10具备机器人控制装置100、机器人200以及照相机300。另外，图中表示了作业人员400、工作台501。作业人员400戴着在头的上部安装了QR码(注册商标)420的作业用帽子(也称为安全帽)。
机器人控制装置100和机器人200可相互通信地连接。另外，机器人控制装置100和照相机300也可相互通信地连接。这些连接可以是经由信号线的有线连接，也可以是无线连接。另外，例如也可以是经由LAN(Local Area Network局域网)或因特网等网络的连接。
机器人控制装置100通过该连接与机器人200以及照相机300相互进行通信。
机器人控制装置100是用于控制机器人200的动作的装置。机器人控制装置100具备用于控制机器人200的动作的各种功能块。后面参照图4详细描述该功能块。机器人控制装置100可通过向普通的机器人控制装置(机器人控制器)追加本实施方式特有的功能来实现。
机器人200是根据机器人控制装置100的控制进行动作的机器人。机器人200具备根据机器人控制装置100的控制进行动作的机械臂以及末端执行器(例如用于抓持工件的夹持器)等可动部。在机器人控制装置100的末端执行器的前端设置了QR码(注册商标)210。机器人200例如是在生产汽车、家电产品或电子部件的工厂使用的一般的工业用机器人。
照相机300是拍摄工作台501周围的作业人员以及机器人的照相机。照相机300例如被设置在天花板上，使得在机器人200以及作业人员400位于工作台501周围时，能够拍摄在机器人200的末端执行器的前端设置的QR码210以及在作业用帽子410的头的上部安装的QR码420。将照相机300拍摄到的拍摄数据输出给机器人控制装置100。另外，这里说明了照相机300为1台的情况，但是也可以设置多台照相机。
QR码210包含机器人ID(例如机器人识别编号)、机器人尺寸等信息。机器人尺寸的信息中包含机械臂和末端执行器的长度、机械臂和末端执行器的直径等信息。
QR码420包含作业人员ID(例如作业人员识别编号)、该作业人员的体格等信息。作业人员的体格信息中包含肩宽以及左右手臂的长度，使用该信息能够计算打开双臂时的长度。QR码420也可以包含打开双臂时的长度来作为体格的信息。
QR码210以及QR码420也可以是条形码。
图2表示本发明实施方式的机器人控制装置的功能块。
如图2所示，机器人控制装置100具备信息取得部101、间隔推定部102、干扰概率计算部103以及动作控制部104。
信息取得部101从照相机300取得包含QR码(注册商标)210以及QR码420的拍摄数据，并发送给间隔推定部102。
间隔推定部102使用拍摄数据来求出机器人200与作业人员400的到达范围之间的间隔d。能够通过以下的步骤(1)～(4)求出间隔。
(1)间隔推定部102通过检测四边形的QR码210和QR码420相对于照相机300的拍摄区域的位置来求出机器人200的末端执行器的前端位置以及作业人员400的作业用帽子的头上部的位置。
(2)间隔推定部102读取QR码420中记载的作业人员400的身体信息例如肩宽以及左右手臂的长度，计算作业人员400打开双臂时的长度。并且，间隔推定部102根据QR码420的位置、作业人员400打开双臂时的长度来求出图3所示的作业人员400的到达范围A。在此以作业人员的QR码420的位置为中心将作业人员400打开双臂时的圆形范围设为到达范围，但是考虑到作业人员400前屈伸手的情况，也可以将比作业人员400打开双臂时的范围更大的范围设为到达范围。另外，当作业人员400进行作业时，通常将手伸到背面侧的可能性低，因此可以将到达范围设为作业人员的正面侧(胸部侧)的半圆的范围。
(3)间隔推定部102读取QR码210中记载的机器人的形状信息例如机械臂和末端执行器的长度以及机械臂和末端执行器的直径等，根据读取的信息和QR码210的位置来求出经过机械臂和末端执行器的距离作业人员400最近的侧面的直线L。
(4)如图3所示，间隔推定部102求出所求出的直线L与手的到达范围之间的间隔d。该间隔d为到达范围与机器人之间的间隔。
间隔推定部102将求出的间隔d发送给干扰概率计算部103。
干扰概率计算部103使用间隔d来计算机器人200与作业人员400之间的干扰概率。在此，取决于作业人员的到达范围与机器人200的机械臂之间的重叠状况，如下那样计算干扰概率。
干扰概率计算部103在由作业人员400的体格决定的圆形的到达范围与机器人200的机械臂之间的间隔d比阈值Th大时，将干扰概率设为0％。干扰概率计算部103在间隔d比阈值Th小但比0大时，将干扰概率设为50％。干扰概率计算部103在间隔d为0以下(重叠)时，将干扰概率设为100％。
干扰概率计算部103将计算出的干扰概率发送给动作控制部104。
动作控制部104根据控制程序来控制机器人200的机械臂以及末端执行器的动作。动作控制部104在干扰概率为0的情况下，进行控制使得机器人200的机械臂以控制程序设定的速度(普通速度)进行动作。动作控制部104在干扰概率为100％的情况下，进行控制使得机器人200的机械臂停止。动作控制部104在干扰概率为50％的情况下，进行控制使得机器人200的机械臂例如以普通速度的20％左右的速度进行动作。
这里，将干扰概率分为3个阶段，但是当间隔d比阈值Th小但比0大时，可以根据间隔d的值，将干扰概率设定为多个例如10％、30％、50％、70％那样。根据这些干扰概率的值来阶段性地控制机械臂的速度。
另外，优选在机器人200与作业人员400之间的干扰概率为100％的情况下，动作控制部104进行控制使得机器人200的机械臂动作到干扰概率为50％以下的场所并停止，如果避免了与作业人员之间的干扰则使机器人200的机械臂返回到原来的位置。
动作控制部104根据由控制程序进行控制的机械臂的移动方向来控制机械臂的速度。例如，在干扰概率为100％的情况下，当机械臂接近作业人员400时，动作控制部104进行控制使得机器人200的机械臂停止，但是在机械臂远离作业人员400时，动作控制部104进行控制使得机器人200的机械臂以普通速度进行动作。
能够根据控制程序来求出机器人200的机械臂的移动方向，但是也可以求出间隔d的变动根据该变动处于变大的方向还是处于变小的方向来求出机械臂的移动方向。
参照图4的流程图来说明上述机器人控制装置100的动作。这里，说明机器人200的机械臂进行移动而接近作业人员400。
在步骤S11中，信息取得部101从照相机300取得包含QR码(注册商标)210和QR码420的拍摄数据。
在步骤S12中，间隔推定部102使用拍摄数据来求出机器人200和作业人员400的到达范围之间的间隔d。
在步骤S13中，干扰概率计算部103根据间隔d来求出干扰概率。接着，在步骤S14中判断干扰概率的值。当干扰概率为0％时，在步骤S15中，动作控制部104进行控制使得机器人200以普通速度进行动作。当干扰概率为50％时，在步骤S16中，动作控制部104进行控制使得机器人200以普通速度的20％左右的速度进行动作。当干扰概率为100％时，在步骤S17中，动作控制部104进行控制使得机器人200停止。
在步骤S18中，动作控制部104判断控制程序是否结束，当没有结束时，返回步骤S11。动作控制部104在控制程序结束时，结束处理。
通过以上的机器人控制装置100的动作，能够防止作业人员400与机器人200之间产生干扰。即，当作业人员400在工作台501进行作业时，能够防止机器人200的机械臂进入工作台501。
以上的说明是关于防止作业人员400与机器人200之间的干扰的例子，但是也能够同样适用于作业人员400以外的人例如管理人员带着在头上部安装了QR码的作业用帽子而接近了机器人200的情况。
以上，说明了机器人控制装置100中包含的功能块以及动作。
为了实现机器人控制装置100的功能块，机器人控制装置100具备CPU(CentralProcessing Unit)等运算处理装置。另外，机器人控制装置100还具备存储了应用软件和OS(Operating System操作系统)等各种控制用程序的HDD(Hard Disk Drive硬盘驱动)等辅助存储装置、以及用于存储在运算处理装置执行程序时暂时需要的数据的RAM(RandomAccess Memory随机存取存储器)等主存储装置。
并且，在机器人控制装置100中，运算处理装置从辅助存储装置读入应用软件和OS，并将读入的应用软件和OS在主存储装置中展开，基于这些应用软件和OS进行运算处理。另外，根据该运算结果来控制各个装置所具备的各种硬件。由此，实现本实施方式的功能块。即，本实施方式能够通过硬件与软件的协作来实现。
＜作业工程的例子＞
使用图5说明使用了机器人控制系统10的作业工程的例子。机器人200使用机械臂将位于工作台502上的未完成品601运到工作台501上，然后为了运送工作台502上的下一个未完成品602使机械臂移动到工作台502侧。此时，作业人员400面向工作台503，不在工作台501附近。作业人员400从工作台503移动到工作台501，对放置在工作台501上的未完成品601安装2个部件，然后转移到下一个工作台503。然后，作业人员400在工作台503使用检查装置对安装了2个部件的未完成品601进行检查。在作业人员400在工作台503进行检查期间，机器人200使用机械臂将位于工作台502上的未完成品602运送到工作台501上。
在以上的作业工程中，在机器人200将未完成品601运送到工作台501上时，作业人员400不在工作台501附近，所以机器人200与作业人员400之间的干扰概率为0％。当机器人200的机械臂将未完成品601放置在工作台501，机械臂移动到工作台502侧时，即使作业人员400在工作台501附近干扰概率也为0％。
但是，在机器人200使用机械臂要将位于工作台502上的未完成品602运送到工作台501上时，如果作业人员400在工作台501正在向未完成品601安装2个部件，则有可能发生作业人员400与机器人200之间的干扰。
机器人控制装置100在干扰概率为50％时将机器人200的机械臂的速度减速到普通速度的20％，在间隔d成为0从而干扰概率为100％时，或者在干扰概率成为100％之前停止机器人200的机械臂，由此防止干扰。
之后，当作业人员400为了将安装了2个部件的未完成品601(产品)移到工作台503而进行了移动时，机器人控制装置100在干扰概率为0％时进行控制使得机器人200将未完成品602运送到工作台501上。
这样，本实施方式的机器人控制装置100为了避免机器人200与作业人员400之间的干扰，计算机器人200与作业人员400之间的干扰概率来控制机器人200。
另外，上述机器人控制装置能够通过硬件、软件或它们的组合来实现。另外，通过上述机器人控制系统中包含的各个装置进行协作而进行的机器人控制方法也能够通过硬件、软件或它们的组合来实现。这里，通过软件实现意味着通过计算机读入并执行程序来实现。
能够使用各种类型的非暂时性计算机可读介质(non-transitory computerreadable medium)来存储程序，并提供给计算机。非暂时性计算机可读介质包含各种类型的有形记录介质(tangible storage medium)。作为非暂时性计算机可读介质的例子，例如包含磁记录介质(例如软盘、硬盘驱动)、光磁记录介质(例如光磁盘)、CD-ROM(Read OnlyMemory只读存储器)、CD-R、CD-R/W、半导体存储器(例如掩膜ROM、PROM(Programmable ROM：可编程ROM)、EPROM(Erasable PROM：可擦除PROM)、闪存ROM、RAM(random access memory随机存取存储器))。另外，可以通过各种类型的暂时性计算机可读介质(transitorycomputer readable medium)向计算机提供程序。
另外，上述实施方式是本发明优选的实施方式，但是本发明的范围不仅限于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围中以实施了各种变更的方式来实施。例如，作为变形例，能够实施以下记载的变更。
＜变形例1＞
在上述实施方式中，机器人控制装置100根据照相机300拍摄到的包含QR码(注册商标)210和QR码420的拍摄数据，控制机器人200的动作。QR码420包含作业人员ID、该作业人员的体格等信息，QR码210包含机器人ID、机器人尺寸等信息。可以对其进行变形，使QR码420只包含作业人员ID，使QR码210只包含机器人ID。此时，间隔推定部102预先与作业人员ID对应地记录作业人员体格等信息，与机器人ID对应地记录机器人尺寸等的信息。如此，间隔推定部102能够求出间隔d。
＜变形例2＞
在上述实施方式中，假设通过不同的装置来实现机器人控制装置100和机器人200。可以对其进行变形，通过同一装置来实现机器人控制装置100和机器人200。或者，也可以通过与机器人200为同一装置的装置来实现机器人控制装置100的功能块的一部分或全部。
＜变形例3＞
在上述实施方式中，假设机器人200与作业人员400为1对1的关系。可以对其进行变形，将本实施方式应用于机器人200与作业人员400为一对多，多对一或多对多的关系。

Claims (6)

1.一种机器人控制装置，其控制与作业人员共享作业区域来进行动作的机器人，其特征在于，具备：
间隔推定部，其根据上述作业人员的位置信息和身体信息求出上述作业人员的到达范围，并根据上述机器人的位置信息、形状信息以及上述到达范围求出上述到达范围与上述机器人之间的间隔；
干扰概率计算部，其根据上述间隔求出上述机器人与上述作业人员之间的干扰概率；以及
动作控制部，其根据上述干扰概率来控制上述机器人的动作。
2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，
上述动作控制部根据上述干扰概率来决定上述机器人的机械臂的速度。
3.根据权利要求2所述的机器人控制装置，其特征在于，
上述动作控制部根据上述机器人的上述机械臂的移动方向来决定上述机器人的机械臂的速度。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的机器人控制装置，其特征在于，
在上述作业人员以及上述机器人分别安装条形码或QR码，
安装在上述作业人员的条形码或QR码中包含作业人员ID以及表示上述作业人员的体格的信息，安装在上述机器人的条形码或QR码中包含上述机器人ID以及表示机器人尺寸的信息。
5.一种机器人控制系统，其特征在于，具备：
权利要求1～4中的任意一项所述的机器人控制装置；
通过该机器人控制装置控制的机器人；以及
拍摄作业人员以及上述机器人的照相机。
6.一种机器人控制装置的机器人控制方法，该机器人控制装置控制与作业人员共享作业区域来进行动作的机器人，其特征在于，
根据上述作业人员的位置信息和身体信息求出上述作业人员的到达范围，根据上述机器人的位置信息和形状信息以及上述到达范围求出上述到达范围与上述机器人之间的间隔，
根据上述间隔求出上述机器人与上述作业人员之间的干扰概率，
根据上述干扰概率来控制上述机器人的动作。
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