CN111618840A

CN111618840A - 机器人系统

Info

Publication number: CN111618840A
Application number: CN202010113221.5A
Authority: CN
Inventors: 山田喜士
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2020-02-24
Publication date: 2020-09-04
Anticipated expiration: 2040-02-24
Also published as: US20200269424A1; JP7207010B2; JP2020138247A; US11345034B2; CN111618840B; EP3702109A1

Abstract

本发明公开机器人系统，能够降低物体与机器人发生干涉的可能性的。机器人系统具备机器人和控制装置，控制装置具有控制机器人的控制部，控制装置具有与检测物体的物体检测装置连接的第一连接部，能够以第一模式和第二模式中的任一个来控制机器人，第一模式是机器人的位移速度不超过第一速度的模式，第二模式是位移速度为比第一速度快的第二速度的模式，在物体检测装置连接于第一连接部的情况下，能够基于来自物体检测装置的输出来切换第一模式和第二模式，在物体检测装置未连接于第一连接部的情况下，以第一模式来控制机器人。

Description

机器人系统

技术领域

本发明涉及机器人系统。

背景技术

在专利文献1中记载了一种机器人系统，作为机器人的运转模式，该机器人系统可以选择在机器人的附近存在有人的状态下使用的协调模式和在机器人的附近不存在人的状态下使用的自动模式。通过机器人的使用者来进行两种模式的切换。

然而，在上述现有技术中，由于通过使用者来进行机器人的模式的切换，因此，在设定为与协调模式不同的模式的情况下，当物体接近机器人时，存在物体和机器人发生干涉的可能性。

专利文献1：日本特开平9-272096号公报

发明内容

根据本发明的一方式，提供机器人系统，其特征在于，具备机器人和控制装置，所述控制装置具有控制所述机器人的控制部，所述控制装置具有与检测物体的物体检测装置连接的第一连接部，能够以第一模式和第二模式中的任一个来控制所述机器人，所述第一模式是所述机器人的位移速度不超过第一速度的模式，所述第二模式是所述位移速度为比第一速度快的第二速度的模式，在所述物体检测装置连接于所述第一连接部的情况下，能够基于来自所述物体检测装置的输出来切换所述第一模式和所述第二模式，在所述物体检测装置未连接于所述第一连接部的情况下，以所述第一模式来控制所述机器人。

附图说明

图1是机器人系统的构成例的说明图。

图2是控制装置的功能框图。

图3是示出具有多个处理器的控制装置的一例的概念图。

图4是示出具有多个处理器的控制装置的其他例的概念图。

图5是示出使用监视部的机器人的控制顺序的流程图。

附图标记说明

100…机器人；110…臂部；120…基台；150…末端执行器；200…控制装置；210…处理器；220…监视部；230…存储器；232…程序命令；234…控制程序；240…机器人控制部；260…显示装置；270…输入装置；310…物体检测装置；320…光幕；330…安全门传感器；350…力检测部；500…云服务；510；520…个人计算机。

具体实施方式

图1是示出机器人系统的一例的说明图。该机器人系统具备机器人100、控制装置200。机器人100的作业区域的周围由安全栏CG包围。在安全栏CG设置有人能够出入的安全门DR。

机器人100具备臂部110、基台120。臂部110由六个关节J1～J6依次连接。在臂部110的前端部安装有末端执行器150。在本实施方式中，例示了臂部110具有六个关节J1～J6的六轴机器人，但是也可以使用具有任意的臂部机构(具有一个以上的关节)的机器人。

作为传感器类，在该机器人系统中设置有物体检测装置310、光幕320、安全门传感器330、力检测部350。这些传感器类的检测信号供应给控制装置。物体检测装置310相当于本申请的“物体检测装置”，光幕320和安全门传感器330相当于本申请的“其他物体检测装置”。另外，可以省略物体检测装置310以外的传感器类的一部分或者全部。

物体检测装置310是检测接近机器人100的人等物体的传感器。作为物体检测装置310，能够使用如毫米波雷达或激光测距传感器这样的能够测定从机器人100到物体的距离的接近传感器。物体检测装置310可以被构成为，如果物体接近预定的距离阈值以下，则将表示物体接近的输出信号供应给控制装置200。作为物体检测装置310的检测对象的物体，是机器人100的作业对象即工件以外的物体。物体检测装置310为了在机器人100的周围遍及360度的全部范围检测物体的接近，也可以具有在基台120的周围设置有多个传感器元件的构成。优选的是，在物体检测装置310上设置有未图示的异常传感器，用于检测物体检测装置310是否发生异常。在物体检测装置310发生异常的情况下，将该情况通知给控制装置200。

光幕320是检测通过安全门DR的物体的光学传感器。另外，也可以通过将一台以上的光幕320设置在机器人100的周围来检测接近机器人100的物体。

安全门传感器330是检测安全门DR的开闭状态的开闭传感器。

力检测部350是计测施加于臂部110的外力的传感器。力检测部350设置在臂部110的基端即第一关节J1的基台120侧。该配置是优选的，因为力检测部350能够检测施加于臂部110的所有部位的力。作为力检测部350，能够使用例如六轴的力觉传感器，但是也可以使用检测更少方向的力的传感器。另外，代替将力检测部350设置在第一关节J1的基端侧，也可以在其他一个以上的关节设置作为力检测部的力传感器。

图2是示出控制装置200的功能的框图。控制装置200具有处理器210、监视部220、存储器230、显示装置260、输入装置270。显示装置260和输出装置270用作机器人100的使用者操作装置。

在存储器230中储存有实现处理器210的各种功能的程序命令232、记述机器人100的作业的控制程序234。处理器210通过执行程序命令232，实现作为控制机器人100的机器人控制部240的功能。

监视部220监视机器人100的周围，具有将其监视结果通知给处理器210的功能。监视部220例如能够作为例如搭载一个以上的电子部件的印刷基板而安装。监视部220具有必须传感器端口CP1、非必须传感器端口CP2、CP3。在本发明中，在必须传感器端口CP1上连接物体检测装置310，在非必须传感器端口CP2、CP3上分别连接光幕320和安全门传感器330。必须传感器端口CP1是用于将物体检测装置310连接于监视部220的必须的连接部，相当于本发明的“第一连接部”。非必须传感器端口CP2、CP3是监视部220上非必须的连接部，相当于本发明的“第二连接部”。也可以将与连接于必须传感器端口CP1的物体检测装置310相同种类的物体检测装置连接于非必须传感器端口CP2、CP3的任一个。另外，也可以省略非必须传感器端口CP2、CP3的一部分或者全部。在图2中，力检测部350的检测信号未经由监视部220供应给处理器210，相反，也可以经由监视部220供应给处理器210。

作为控制装置200的构成，能够采用图2中示出的构成以外的各种构成。例如，也可以将处理器210和存储器230从图1的控制装置200删除，在与该控制装置200能够通信地连接的其他装置上设置处理器210和存储器230。在该情况下，将该其他装置和控制装置200组合的装置全体作为机器人100的控制装置发挥功能。在其他实施方式中，控制装置200也可以通过相互能够通信地连接的多个装置来实现。在这些各种实施方式中，控制装置200构成为具备一个以上的处理器210的装置或者装置组。

图3是示出通过多个处理器构成机器人的控制装置的一例的概念图。在该例中，除了机器人100及其控制装置200以外，还描绘了个人计算机510、520、经由LAN等网络环境提供的云服务500。个人计算机510、520分别包含处理器和存储器。另外，在云服务500中也能够利用处理器和存储器。能够利用这些多个处理器的一部分或者全部来实现机器人100的控制装置。

图4是示出通过多个处理器构成机器人的控制装置的其他例的概念图。在该例中，机器人100的控制装置200容纳在机器人100中这点与图3不同。在该例中，也能够利用这些多个处理器的一部分或者全部来实现机器人100的控制装置。

作为利用机器人控制部240进行的机器人100的控制模式，能够使用以下说明的人工协作模式和通常模式。人工协作模式相当于本发明的“第一模式”，通常模式相当于“第二模式”。

人工协作模式

在人工协作模式中，机器人控制部240假设机器人100与接近机器人100的物体接触，以低速动作来控制机器人100。具体来说，在人工协作模式下，臂部110的最大位移速度被限制在预先设定的第一速度以下。“最大位移速度”是指臂部110和末端执行器150的任意部位中的移动速度的最大值。通常，臂部110的前端的移动速度、末端执行器150的前端的移动速度、关节的移动速度中的任一个为最大位移速度。人工协作模式下的最大位移速度的上限值即第一速度例如被设定为100mm/秒至500mm/秒的范围内的值。人工协作模式相当于机器人100的位移速度不超过第一速度的模式。在人工协作模式中，监视部220执行以机器人100的最大位移速度为第一速度以下的低速动作被控制的监视、检测使用力检测部350的机器人100与物体接触时机器人100的减速或者停止的指示。机器人100的最大位移速度能够从设置在臂部110的各关节J1～J6的未图示的编码器的检测信号来算出。使用力检测部350的机器人100与物体有无接触例如能够根据由力检测部350检测出的力是否超过预定的力阈值来判断。力阈值被设定为在机器人100的作业中预先假设的力的上限值以上的值。在人工协作模式下，当力检测部检测出非预期的力时，判断为物体接触机器人100，能够将机器人减速或者停止，因此，能够降低人等物体与机器人100发生干涉的可能性。

通常模式

在通常模式下，机器人控制部240假设机器人100与接近机器人100的物体不接触，以高速动作来控制机器人100。在通常模式下，臂部110的最大位移速度被限制在比人工协作模式中的第一速度快的第二速度以下。通常模式中的最大位移速度的上限值即第二速度被设定为500mm/秒至3000mm/秒的范围内的值。通常模式相当于机器人100的位移速度为比第一速度快的第二速度的模式。在通常模式中，监视部220进行以机器人100的最大位移速度为第二速度以下的高速动作被控制的监视。另外，在通常模式下，监视部220不需要进行机器人100与物体有无接触的监视。

人工协作模式和通常模式的选择根据以下阶段性的规则来执行。

C1)在物体检测装置310未连接于必须传感器端口CP1的情况下：选择人工协作模式。

C2)在物体检测装置310连接于必须传感器端口CP1的情况下：

C2-1)在物体检测装置310没有异常的情况下：

C2-1-1)在物体接近预定的距离阈值以下的情况下：

选择人工协作模式。

C2-1-2)在物体没有接近预定的距离阈值以下的情况下：

选择通常模式。

C2-2)在物体检测装置310存在异常的情况下：

选择人工协作模式。

另外，如上述图2所示，在非必须传感器端口CP3上连接作为安全门DR的开闭传感器的安全门传感器330。上述模式的选择规则与连接于非必须传感器端口CP2、CP3的传感器的检测结果无关，而选择人工协作模式和通常模式中的任一个。因此，即使在安全门DR打开的情况下，如果在必须传感器端口CP1上连接物体检测装置310并且物体接近机器人100，则也能够以人工协作模式来控制机器人100。结果，即使在安全门DR打开的情况下，也能够继续作业，有利于提高生产性。

图5是示出根据上述规则的机器人100的控制顺序的流程图。该控制顺序从步骤S110中接通控制装置200的电源开始执行到步骤S160中断开控制装置200的电源为止。

在控制装置200起动后，在步骤S120中，监视部220确认在必须传感器端口CP1上是否连接了物体检测装置310。如果在必须传感器端口CP1上没有连接物体检测装置310，则进入步骤S210，将在必须传感器端口CP1上没有连接物体检测装置310的情况通知给机器人控制部240。此时，也可以在显示装置260上显示在必须传感器端口CP1上没有连接物体检测装置310的情况并通知给机器人100的使用者。在步骤S220中，监视部220对机器人控制部240指示以人工协作模式进行工作。在步骤S230中，监视部220在人工协作模式监视下继续进行机器人100以及机器人控制部240的监视。这里，“人工协作模式监视”是适于人工协作模式的监视模式，是假设存在人等物体与机器人100接触的可能性的情况的监视模式。具体来说，在人工协作模式监视下，进行以机器人100的最大位移速度为第一速度以下的低速动作被控制的监视、使用力检测部350的臂部110与物体有无接触的监视。

在步骤S120中的确认结果为在必须传感器端口CP1上连接了物体检测装置310的情况下，进入步骤S130，监视部220进行连接于必须传感器端口CP1的物体检测装置310的异常检测。在物体检测装置310检测出异常的情况下，进入步骤S135，将必须传感器端口CP1的物体检测装置310检测出异常的情况通知给机器人控制部240。此时，也可以在显示装置260上显示物体检测装置310存在异常的情况，并通知给机器人100的使用者。在步骤S135之后，执行上述步骤S220、S230。

在步骤S130中的确认结果为物体检测装置310为检测出异常的情况下，进入步骤S140，使用物体检测装置310确认机器人100的周边是否存在接近机器人100的物体。是否存在接近机器人100的物体的判断例如能够根据机器人100与物体的距离是否在预定的距离阈值以下来执行。在检测出具有接近机器人100的物体的情况下，进入步骤S310，监视部220将通过连接于必须传感器端口CP1的物体检测装置310检测出接近机器人100的物体的情况通知给机器人控制部240。此时，也可以在显示装置260上显示检测出接近机器人100的物体的情况，并通知给机器人100的使用者。在步骤S320中，监视部220对机器人控制部240指示以人工协作模式进行工作。在步骤S330中，监视部220切换为人工协作模式监视。

另一方面，在步骤S140中检测出没有接近机器人100的物体的情况下，进入步骤S410，将物体检测装置310检测出没有接近机器人100的物体的情况通知给机器人控制部240。此时，也可以在显示装置260上显示没有接近机器人100的物体的情况，并通知给机器人100的使用者。在步骤S420中，监视部220对机器人控制部240指示以通常模式进行工作。在步骤S430中，监视部220的监视模式切换为通常模式监视。这里，“通常模式监视”是适于通常模式的监视模式，是假设没有人等物体与机器人100接触的可能性的情况的监视模式。具体来说，在通常模式监视下，进行以机器人100的最大位移速度为第一速度以下的低速动作被控制的监视，但是不需要进行使用力检测部350的臂部110与物体有无接触的监视。

在步骤S230、S330、S430之后，在步骤S150中，确认是否进行控制装置200的电源断开。在不进行控制装置200的电源断开的情况下，返回到上述步骤S130。另一方面，在进行控制装置200的电源断开的情况下，在步骤S160中结束图5的顺序。

另外，在物体检测装置310未连接于必须传感器端口CP1并且物体检测装置310或者其他物体检测装置连接于非必须传感器端口CP2、CP3中的任一个的情况下，也可以以人工协作模式来控制机器人100。这样，即使在于必须传感器端口CP1上没有连接物体检测装置310并且在非必须传感器端口CP2、CP3的任一个上连接任意的物体检测装置的情况下，由于以人工协作模式来控制机器人100，因此，能够更加可靠地降低人等物体与机器人100发生干涉的可能性。

在使用连接于非必须传感器端口CP2、CP3的传感器类来检测物体向机器人100的接近的情况下，也可以如下执行模式的切换。即，在于非必须传感器端口CP2、CP3的任一个上连接任意的物体检测装置的情况下，确认连接于非必须传感器端口CP2、CP3的物体检测装置是否存在异常。在该物体检测装置存在异常的情况下，将由连接于非必须传感器端口的物体检测装置检测出异常的情况通知给机器人控制部240，监视部220对机器人控制部240指示以人工协作模式进行工作。此时，也可以在人工协作模式监视下继续进行机器人100以及机器人控制部240的监视。另一方面，在连接于非必须传感器端口CP2、CP3的物体检测装置没有异常的情况下，也可以使用连接于必须传感器端口CP1物体检测装置310得到的物体的检测结果、连接于非必须传感器端口CP2、CP3的其他物体检测装置得到的物体的检测结果的逻辑和，来切换人工协作模式和通常模式。这样，与仅使用连接于必须传感器端口CP1物体检测装置310的情况相比，能够更加可靠地检测接近机器人100的物体，因此，能够更加可靠地防止机器人100与物体的接触。

如上所述，在上述实施方式中，在物体检测装置310连接于必须传感器端口CP1的情况下，当人等物体没有接近机器人时以通常模式控制机器人100，因此，能够降低生产性下降的可能性。另一方面，当人等物体接近机器人时，以机器人100的位移速度比通常模式小的人工协作模式来控制机器人100，因此，能够降低物体与机器人100发生干涉的可能性。另外，即使在物体检测装置310未连接于必须传感器端口CP1的情况下，由于以人工协作模式来控制机器人100，因此，即使在该情况下也能够降低物体与机器人100发生干涉的可能性。

另外，在上述实施方式中，由于在物体检测装置310产生异常的情况下以人工协作模式来控制机器人100，因此，与物体检测装置310未连接于必须传感器端口CP1的情况相同，能够降低物体与机器人100发生干涉的可能性。

另外，在上述实施方式中，由于物体检测装置310检测出机器人100与物体的距离并基于该距离来切换人工协作模式和通常模式，因此，当物体和机器人的距离足够小时，能够以机器人100的位移速度小的人工协作模式来控制，从而能够进一步降低物体与机器人100发生干涉的可能性。

另外，在上述实施方式中，由于在人工协作模式中基于来自力检测部350的输出将机器人100减速或者停止，因此，能够在力检测部350检测出非预期的力时将机器人100减速或者停止，从而能够进一步降低物体与机器人100发生干涉的可能性。

本发明不限于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内，能够以各种方式来实现。例如，本发明还能够通过以下方式(方面)来实现。为了解决本发明的技术问题的一部分或者全部，或者为了达成本发明的效果的一部分或者全部，与下述记载的各方式中的技术特征相对应上述实施方式中的技术特征能够适当地进行替换和组合。另外，如果其技术特征在本说明书中不是必须说明的，则可以适当地删除。

(1)根据本发明的第一方面，提供机器人系统，其特征在于，具备机器人和控制装置，所述控制装置具有控制所述机器人的控制部，所述控制装置具有与检测物体的物体检测装置连接的第一连接部，能够以第一模式和第二模式中的任一个来控制所述机器人，所述第一模式是所述机器人的位移速度不超过第一速度的模式，所述第二模式是所述位移速度为比第一速度快的第二速度的模式，在所述物体检测装置连接于所述第一连接部的情况下，能够基于来自所述物体检测装置的输出来切换所述第一模式和所述第二模式，在所述物体检测装置未连接于所述第一连接部的情况下，以所述第一模式来控制所述机器人。

根据该机器人系统，在物体检测装置连接于监视部的第一连接部的情况下，由于当人等物体接近机器人时以机器人的位移速度更小的第一模式进行控制，因此，能够降低物体与机器人发生干涉的可能性。另外，即使在物体检测装置未连接于监视部的第一连接部的情况下，由于以第一模式来控制机器人，因此，即使在该情况下也能够降低物体与机器人发生干涉的可能性。

(2)在上述机器人系统中，也可以在被输入表示所述物体检测装置的异常的信号的情况下，所述控制装置以所述第一模式来控制所述机器人。

根据该机器人系统，由于在物体检测装置产生异常的情况下以第一模式来控制机器人，因此，与物体检测装置未连接于第一连接部的情况相同，能够降低物体与机器人发生干涉的可能性。

(3)在上述机器人系统中，也可以为，所述物体检测装置检测所述机器人和所述物体的距离，所述控制装置基于所述距离来切换所述第一模式和所述第二模式。

根据该机器人系统，由于当机器人和物体的距离足够小时以机器人的位移速度更小的第一模式来执行控制，因此，能够降低物体与机器人发生干涉的可能性。

(4)在上述机器人系统中，也可以在所述机器人设置有检测力的力检测部，在所述第一模式下，所述控制部基于来自所述力检测部的输出将所述位移速度减速或者将所述机器人停止。

根据该机器人系统，由于能够在力检测部检测出非预期的力时将机器人减速或者停止，因此，能够降低物体与机器人发生干涉的可能性。

(5)在上述机器人系统中，也可以为，所述控制装置还具有与所述物体检测装置或者其他物体检测装置连接的第二连接部，在所述物体检测装置未连接于所述第一连接部并且所述物体检测装置或者所述其他物体检测装置连接于所述第二连接部的情况下，以所述第一模式来控制所述机器人。

根据该机器人系统，由于在监视部的第一连接部未连接物体检测装置并且在第二连接部连接任意的物体检测装置的情况下也可以以第一模式来控制机器人，因此，能够可靠地降低物体与机器人发生干涉的可能性。

(6)在上述机器人系统中，也可以为，所述其他物体检测装置为安全门的开闭传感器，在所述第一连接部连接有所述物体检测装置，在所述第二连接部连接有所述开闭传感器。

根据该机器人系统，在安全门打开的情况下，如果在监视部的第一连接部连接物体检测装置并且物体接近机器人就也能够以第一模式来控制机器人。因此，即使在安全门打开的情况下也能够继续作业，能够提高生产性。

Claims

1.一种机器人系统，其特征在于，具备机器人和控制装置，所述控制装置具有控制所述机器人的控制部，

所述控制装置具有与检测物体的物体检测装置连接的第一连接部，

能够以第一模式和第二模式中的任一个来控制所述机器人，所述第一模式是所述机器人的位移速度不超过第一速度的模式，所述第二模式是所述位移速度为比第一速度快的第二速度的模式，

在所述物体检测装置连接于所述第一连接部的情况下，能够基于来自所述物体检测装置的输出来切换所述第一模式和所述第二模式，在所述物体检测装置未连接于所述第一连接部的情况下，以所述第一模式来控制所述机器人。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，

在被输入表示所述物体检测装置的异常的信号的情况下，所述控制装置以所述第一模式来控制所述机器人。

3.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，

所述物体检测装置检测所述机器人和所述物体的距离，

所述控制装置基于所述距离来切换所述第一模式和所述第二模式。

4.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，

在所述机器人设置有检测力的力检测部，

在所述第一模式下，所述控制部基于来自所述力检测部的输出将所述位移速度减速或者将所述机器人停止。

5.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，

所述控制装置还具有与所述物体检测装置或者其他物体检测装置连接的第二连接部，

在所述物体检测装置未连接于所述第一连接部并且所述物体检测装置或者所述其他物体检测装置连接于所述第二连接部的情况下，以所述第一模式来控制所述机器人。

6.根据权利要求5所述的机器人系统，其特征在于，

所述其他物体检测装置为安全门的开闭传感器，

在所述第一连接部连接有所述物体检测装置，

在所述第二连接部连接有所述开闭传感器。