CN111902248A - 机器人的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的机器人的控制装置对机器人手臂的动作进行控制，上述机器人手臂具有经由一旋转轴线而连结的多个连杆、以及设置于上述旋转轴线的驱动用的马达。控制装置具备：角度计算部，其对经由上述旋转轴线而邻接的两根连杆所成的角度进行计算；以及角度监视部，其对由上述角度计算部计算出的上述角度是否为规定角度以下进行监视。

Description

机器人的控制装置

技术领域

本发明涉及与人共存来进行作业的机器人的控制装置。

背景技术

近年来，从提高生产率的观点来看，提出机器人与工作人员在同一作业空间内共同进行作业的方案。因此，从安全性的观点来看，那种机器人具备检测外力的功能，若人与机器人接触时检测到的外力超过规定的阈值，则使机器人停止，由此确保人的安全。例如专利文献1中公开有一种机器人的监视装置，其针对机器人的动作范围设定规定区域，并在区域的内外变更外力的判定条件。

专利文献1：日本特开2017-77608号公报

但是，通常，根据机器人手臂的位置、姿势，实际上机器人对周围的人所造成的影响不同。因此，在上述现有的机器人的监视装置中，有时未必能说最适于与人共同进行作业的机器人。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种适于与人共同进行作业的机器人的控制装置。

本发明的一方式所涉及的机器人的控制装置对机器人手臂的动作进行控制，上述机器人手臂具有经由一旋转轴线而连结的多个连杆、以及设置于上述旋转轴线的驱动用的马达，其中，上述机器人的控制装置具备：角度计算部，其对经由上述旋转轴线而邻接的两根连杆所成的角度进行计算；以及角度监视部，其对由上述角度计算部计算出的上述角度是否为规定角度以下进行监视。

根据上述结构，能够对机器人手臂的邻接的两根连杆所成的角度(关节角度)是否是可能夹入周围的障碍物(例如工作人员)的角度(例如不足20度的范围)进行监视，因而能够提供适于与人共同进行作业的机器人的控制装置。

另外，上述机器人的控制装置也可以在由上述角度计算部计算出的上述角度为上述规定角度以下的情况下，对上述机器人手臂的动作进行控制以使上述马达速度不超过规定速度。

在机器人与工作人员在同一作业空间内共同进行作业的情况下，若加快机器人的动作，则虽然作业性提高，但存在工作人员的安全性的确保成为问题的情况。另一方面，若减慢机器人的动作，则虽然能够确保工作人员的安全性，但作业性降低。这样，机器人的作业性与工作人员的安全性处于折衷的关系。根据上述结构，若为不可能夹入周围的物的关节角度(机器人手臂的邻接的连杆所成的角度大于规定角度的情况下)，则能够使机器人手臂尽可能以高速度进行动作。另一方面，若为可能夹入周围的障碍物的角度(例如20度)以下，则对机器人手臂的动作进行控制以使马达速度不超过规定速度。由此，例如即使在机器人附近的工作人员的部位被夹在邻接的连杆之间的情况下，连杆也不会以高速进行碰撞。因此，能够实现机器人的作业性与工作人员的安全性的兼顾。

并且，上述机器人的控制装置也可以还具备速度监视部，上述速度监视部在由上述角度计算部计算出的上述角度为上述规定角度以下的情况下，对上述马达速度是否超过了上述规定速度进行监视，在上述马达速度超过了上述规定速度的情况下，使上述机器人手臂的动作停止。

根据上述结构，在关节角度为可能夹入周围的障碍物的角度以下的情况下，在马达速度超过规定速度的情况下，使机器人手臂的动作停止，因而工作人员的安全性更加提高。

此外，也可以为：上述机器人手臂还具有对上述驱动用的马达的旋转角度位置进行检测的位置传感器，上述角度计算部基于上述位置传感器的检测信号，对经由上述旋转轴线而邻接的两根连杆所成的角度进行计算。

上述机器人的控制装置也可以还具备：外力检测部，其对作用于上述机器人的外力进行检测；以及力监视部，其在由上述角度计算部计算出的上述角度为规定角度以下的情况下，基于由上述外力检测部检测到的外力，以规定的监视基准对碰撞进行检测，在检测到碰撞的情况下，使上述机器人手臂的动作停止。

根据上述结构，若为可能夹入周围的物的角度以下，则对碰撞进行检测，并在检测到碰撞之后能够使机器人的动作停止。能够提高工作人员的安全性。

上述机器人的控制装置也可以还具备：外力检测部，其对作用于上述机器人的外力进行检测；以及力监视部，其在由上述角度计算部计算出的上述角度大于规定角度的情况下，基于由上述外力检测部检测到的外力，以第1监视基准对碰撞进行检测，并且在由上述角度计算部计算出的上述角度为规定角度以下的情况下，基于由上述外力检测部检测到的外力，以与上述第1监视基准不同的监视基准亦即第2监视基准对碰撞进行检测，在检测到碰撞的情况下，使上述机器人手臂的动作停止。

根据上述结构，若为不可能夹入周围的物的角度，则以第1监视基准(例如将碰撞灵敏度设定为低)对碰撞进行检测。另一方面，若为可能夹入周围的物的角度以下，则以第2监视基准(例如将碰撞灵敏度设定为高)对碰撞进行检测。换句话说，能够根据关节角度对碰撞灵敏度进行变更，因而能够实现机器人的作业性与工作人员的安全性的兼顾。

此外，也可以为：上述机器人手臂具有1个或者多个旋转关节，上述一旋转轴线为上述旋转关节的旋转轴线。

根据本发明，能够提供适于与人共同进行作业的机器人的控制装置。

附图说明

图1是示意地表示第1实施方式所涉及的机器人的结构的主视图。

图2是表示图1的机器人的作业的一个例子的俯视图。

图3是表示图1的机器人的整体结构的框图。

图4是表示图3的监视装置的结构的框图。

图5是表示机器人的监视动作的一个例子的流程图。

图6是示意性地表示作为监视对象的机器人的关节角度的图。

图7是表示第2实施方式所涉及的监视装置的结构的框图。

图8是表示机器人的监视的动作的一个例子的流程图。

图9是表示图7的监视动作的变形例的流程图。

具体实施方式

参照附图对本发明的实施方式进行说明。以下，在所有附图中，对相同或者相当的要素标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

(第1实施方式)

图1是示意地表示第1实施方式所涉及的机器人1的结构的主视图。如图1所示，机器人1具备固定于台车8的基座9、支承于基座9的一对机器人手臂(以下，有时仅记载为“手臂”)2、2、以及收纳于基座9内的控制装置3。本实施方式的机器人1为同轴双臂型的水平多关节机器人。以下，将使一对手臂2、2展开的方向称为左右方向，将与基轴16的轴心平行的方向称为上下方向，将与左右方向以及上下方向正交的方向称为前后方向。各手臂2具备手臂部20、肘杆部17、以及末端执行器(未图示)。此外，2条手臂2也可以为实质上相同的构造。另外，2条手臂2能够独立地进行动作，或相互关联地进行动作。本实施方式的机器人1例如导入于生产线，与工作人员在同一作业空间共同进行作业。

在本例中，手臂部20由第1连杆20a以及第2连杆20b构成。第1连杆20a通过旋转关节J1与固定在基座9的上表面的基轴16连结，并能够绕通过基轴16的轴心的旋转轴线A1转动。另外，2条手臂2、2的第1连杆20a、20a的旋转轴线A1处于同一直线上，一条手臂2的第1连杆20a与另一条手臂2的第1连杆20a配置为上下设置高低差。第2连杆20b通过旋转关节J2与第1连杆20a的末端连结，并能够绕规定在第1连杆20a的末端的旋转轴线A2转动。

肘杆部17具有直动关节J3以及旋转关节J4。肘杆部17通过直动关节J3相对于第2连杆20b进行升降移动。肘杆部17通过旋转关节J4能够绕相对于第2连杆20b垂直的旋转轴线A3转动。在肘杆部17的末端安装有机械接口18。机械接口18经由直动关节J3以及旋转关节J4，与第2连杆20b的末端连结。在机械接口18安装有作业用的末端执行器(未图示)。

上述结构的各手臂2具有各关节J1～J4。各关节J1～J4例如由伺服机构(未图示)驱动。伺服机构包括用于对手臂2进行位移驱动的驱动部、以及用于将驱动部的动力传递至手臂2的传递机构。在本实施方式中，驱动部例如由伺服马达实现，在各伺服马达分别设置有对马达的旋转角度位置进行检测的编码器等位置传感器(未图示)。这里，旋转角度位置是指各伺服马达的关节坐标系中的各关节的角度的位置(以下，也称为关节角度位置)。控制装置3构成为：通过对伺服马达进行位置控制，以任意的速度对左右的手臂2的动作进行控制。

图2是表示图1的机器人1的作业的一个例子的俯视图。该机器人1能够设置在一人大小相当的有限的空间(例如610mm×620mm)。如图2所示，机器人1被导入于生产线，与工作人员在同一生产线共同进行作业。在作业台100上，例如配置有4种工件W1、W2、W3、W4。机器人1以在作业台100之上进行与工作人员相同的作业的方式被赋予有作业空间。在机器人1的左右手臂2的各自的末端(机械接口18)分别连结有作业用的末端执行器19。在本实施方式中，左右的末端执行器19为相同的构造。作业台100上的机器人的作业空间的左右两侧的区域分别为工作人员进行各自的作业的作业空间。例如位于左侧的工作人员对机器人1供给作为材料部件的工件W1。机器人1则对被供给的工件W1安装作为第1部件的工件W2以及作为第2部件的工件W3，而完成工件W4。位于右侧的工作人员对完成的工件W4进行下一个作业行程。

机器人1具有基准坐标系(以下，称为基座坐标系)。对于该坐标系而言，例如，基座(基台)9的设置面与第1关节J1的旋转轴线A1的交点为原点，第1关节J1的旋转轴线为Z轴，与Z轴正交的任意的轴为X轴，与Z轴以及X轴正交的轴为Y轴。机器人1的手臂2的可动范围是以第1关节J1为中心的圆形区域(未图示)。各手臂2的动作范围以该基座坐标系为基准设定。在本实施方式中，动作区域至少设定为对配置于机器人1的正面的作业台100进行覆盖。在这种情况下，根据手臂2的位置、姿势，例如存在手臂部20的第1连杆20a与第2连杆20b所成的角度变得陡峭的情况。因此，在机器人1的两侧进行作业的工作人员可能夹于经由手臂2的旋转关节J2的旋转轴线A2而连结的第1连杆20a与第2连杆20b之间。

因此，为了确保周边的工作人员的安全，本实施方式的机器人1的控制装置3具备对自身的动作进行监视的监视功能。图3是表示机器人1的整体结构的框图。如图3所示，机器人1具备机器人手臂2、控制装置3、以及监视装置4。机器人手臂2具备1个以上的关节J、经由关节连结的多个连杆、以及设置于各关节J的驱动用的伺服马达M。在各伺服马达M，安装有对马达的位置(相对于转子的基准旋转角度位置的旋转角度位置)进行检测的编码器等位置传感器E、以及对驱动马达的电流进行检测的电流传感器5。

控制装置3经由缆线C(以粗体进行图示)与机器人手臂2连接。这里，缆线C包括有用于对关节J的伺服马达M、制动器(未图示)等供给电源的电源线、以及用于接收来自安装于伺服马达M的位置传感器E的传感器信号的信号线等。另外，控制装置3经由通信缆线(未图示)与监视装置4连接。这里，缆线C例如为RS422等串行通信用的缆线。在本实施方式中，控制装置3构成为：经由缆线C对监视装置4供给监视信号(位置传感器的检测信号)，并且从监视装置4接收速度限制指令，据此变更机器人1的动作速度。这里，机器人1的动作速度是指：构成机器人手臂2的伺服马达M的旋转速度(以下，也称为“马达速度”)。

控制装置3是具备运算处理器6、伺服放大器7、存储器、输入输出接口、通信接口等的机器人控制器。运算处理器6具备电流指令值生成部61、以及速度限制值设定部62。这里，各部(61以及62)是在运算处理器6中通过执行规定的程序而实现的功能模块。电流指令值生成部61基于机器人的动作程序，生成驱动关节J的伺服马达M的位置指令值，并基于生成的位置指令值与来自位置传感器的检测值(实际值)的偏差生成速度指令值。然后，基于生成的速度指令值与速度现在值的偏差而生成转矩指令值(电流指令值)，并向伺服放大器7输出。伺服放大器7与伺服马达M对应设置，基于所给予的电流指令值而生成电流，并经由缆线C将产生的电流向伺服马达M供给。换句话说，各伺服放大器7是根据电流指令值产生伺服马达M的驱动电流的放大器。控制装置3构成为：通过基于位置指令值对设置于各关节J的伺服马达M进行位置控制，对各机器人手臂2的动作进行控制。

速度限制值设定部62基于从监视装置4接收的速度限制指令，以马达速度不超过规定的速度的方式设定速度限制值。在本实施方式中，速度限制值设定部62将速度限制值设定为第1速度(例如800mm/s)，来作为初始值。电流指令值生成部61以不超过由速度限制值设定部62设定的速度限制值的方式，对生成的速度指令值给予制约。

图4是表示图3的监视装置4的结构的框图。如图4所示，监视装置4具备角度计算部41、角度监视部42、速度限制值生成部43、速度计算部44、速度监视部45、以及停止信号生成部46。这里，监视装置4是具备1个以上的处理器、存储器、输入输出接口、通信接口等的计算机。各部(41～46)是在处理器中通过执行规定的程序而实现的功能模块。

角度计算部41构成为：对经由关节J而邻接的两根连杆所成的角度(以下，也称为关节角度)θ进行计算。在本实施方式中，角度计算部41基于设置于规定关节的伺服马达M的旋转角度位置(位置传感器E的检测信号)，对关节角度θ进行计算。

角度监视部42构成为：对由角度计算部41计算出的关节角度θ是否为规定角度以下进行监视。在本实施方式中，规定角度为20度。此外，监视装置4具备能够将作为监视对象的关节、关节角度的规定角度的设定值例如通过管理员而调整为任意的值的输入单元(未图示)。角度监视部42也可以构成为：基于各伺服马达的旋转角度位置以及预先设定的各连杆的长度、形状等的信息，生成机器人1的三维模型。

速度限制值生成部43构成为：在关节角度θ为规定角度以下的情况下，以马达速度不超过规定速度的方式生成速度限制指令，并向控制装置3发送。在本实施方式中，速度限制值生成部43构成为：在关节角度θ为规定角度以下的情况下，生成马达速度不超过比第1速度(初始值)低的第2速度那样的速度限制指令，并向控制装置3发送。

速度计算部44基于各伺服马达M的旋转角度位置(位置传感器E的检测信号)，对各伺服马达M的速度(马达速度)进行运算。这里，监视信号所包括的各伺服马达M的旋转角度位置经由通信缆线从控制装置3被发送给监视装置4，并输入于速度计算部44。速度计算部44构成为：将计算结果向速度监视部45输出。

速度监视部45对马达速度是否超过规定的速度进行监视。在本实施方式中，速度监视部45在由角度计算部41计算出的关节角度θ为规定角度以下的情况下，对各机器人手臂2的关节J1～J4所设置的伺服马达M中的任一马达速度是否超过第2速度进行监视。

停止信号生成部46在关节角度θ为规定角度以下的情况下，在通过速度监视部45判定为马达速度超过第2速度的情况下生成机器人1的停止信号，并将其向控制装置3供给。

本实施方式的监视装置4除关节角度监视功能之外，还具备速度监视功能。

接下来，参照图5的流程图对由监视装置4进行的机器人1的监视动作进行说明。如图5所示，首先，监视装置4对从控制装置3每规定期间发送的监视信号的接收进行待机(图5的步骤S11)。在本实施方式中，监视信号包括对在机器人手臂2的位置控制中使用的各关节J所被设置的关节角度位置进行检测的位置传感器E的检测信号。

接下来，监视装置4在接收到监视信号时，通过角度计算部41计算关节角度θ(图5的步骤S12)。图6是示意性地表示作为监视对象的机器人1的关节角度θ的图。如图6所示，作为监视对象的关节角度θ是经由关节J2的旋转轴线A2而邻接的第1连杆20a以及第2连杆20b的长度方向所成的关节角度。这里，分别示出由基座坐标系定义的XY平面中的第1关节J1～第4关节J4。此外，XY平面中的直动关节J3与旋转关节J4的中心位置坐标相同，因而该图中仅示出旋转关节J4。L1以及L2是第1连杆20a以及第2连杆20b的长度方向的长度。这些信息预先存储于监视装置4的存储器。θ1以及θ2是第1关节J1的旋转角度位置以及第2关节J2的旋转角度位置。这些信息包括在监视信号中。由此，角度计算部41能够基于与第2关节J2的旋转角度位置(θ2)相当的位置传感器E的检测信号，并根据以下公式(1)对经由关节J2而邻接的第1连杆20a以及第2连杆20b所成的关节角度θ进行计算。

θ＝180°－θ2…(1)

接下来，角度监视部42对由角度计算部41计算出的关节角度θ是否为规定角度(20度)以下进行监视(图5的步骤S13)。规定角度是可能由第1连杆20a以及第2连杆20b夹入周围的障碍物(例如工作人员)的规定的角度。在本实施方式中，规定角度为20度，但也可以根据机器人1的周围的状况、假想的障碍物的大小而适当地设定。在关节角度θ大于20度且为180度以下的范围的情况下，角度监视部42判定为不可能由第1连杆20a以及第2连杆20b夹入机器人1的周围存在的障碍物。另一方面，在关节角度θ为20度以下且为0度以上的范围的情况下，角度监视部42判定为可能由第1连杆20a以及第2连杆20b夹入机器人1的周围存在的障碍物。

接下来，在由角度计算部41计算出的关节角度θ为20度以下的情况下(图5的步骤S13中为是)，速度限制值生成部43生成马达速度不超过比第1速度低的第2速度那样的速度限制指令，并将其向控制装置3供给(图5的步骤S14)。这里，第2速度是在ISO10218-1中规定为低速控制的250mm/s。由此，控制装置3以马达速度不超过第2速度的方式对机器人手臂2的动作进行控制。例如即使在机器人附近的工作人员的部位夹于邻接的连杆之间的情况下，连杆也不会以高速碰撞。

接下来，速度监视部45在由角度计算部41计算出的关节角度θ为20度以下的情况下，对马达速度是否超过第2速度进行监视(图5的步骤S15)。在本实施方式中，速度监视部45在关节角度θ为20度以下的情况下，对各机器人手臂2的关节J1～J4所设置的伺服马达M中的任一马达速度是否超过第1速度进行监视。

接下来，停止信号生成部46在关节角度θ为20度以下的情况下(图5的步骤S15中为是)，在由速度监视部45判定为马达速度超过第2速度的情况下生成机器人1的停止信号，并将其向控制装置3供给(图5的步骤S16)。控制装置3使机器人1的动作停止。

另一方面，速度限制值生成部43在关节角度θ超过了20度的情况下(图5的步骤S13中为否)，不生成速度限制指令。这里，速度限制值的初始值设定为第1速度(例如800mm/s)，因而控制装置3以马达速度不超过第1速度的方式以高速对机器人手臂2的动作进行控制。由此，能够使机器人1的能力最大限度地发挥。控制装置3反复进行以上那样的动作，直至机器人1的作业结束。

通常，如图2所示，在机器人1与工作人员在同一作业空间内共同进行作业的情况下，若加快机器人1的动作，则虽然作业性提高，但存在工作人员的安全性的确保成为问题的情况。另一方面，若减慢机器人1的动作，则虽然能够确保工作人员的安全性，但作业性降低。这样，机器人1的作业性与工作人员的安全性处于折衷的关系。为此，根据本实施方式，在机器人手臂2的关节角度θ大于20度的情况下(图5的步骤S13中为否)，判断为不可能夹入周围的障碍物(例如工作人员)，而使机器人手臂2尽可能地以高速度(第1速度)进行动作。另一方面，若关节角度θ为20度以下，则判断为可能夹入周围的障碍物(例如工作人员)，而使机器人手臂2以低速度(第2速度)进行动作。由此，例如即使在机器人附近的工作人员的部位夹于邻接的连杆之间的情况下，连杆也不会以高速进行碰撞。因此，能够实现机器人的作业性与工作人员的安全性的兼顾。

并且，在本实施方式中，在关节角度θ为20度以下的情况下，当机器人手臂2的动作速度超过第2速度时，使机器人手臂2的动作停止，因而工作人员的安全性进一步提高。能够提供适于与人共同进行作业的机器人的控制装置3。

此外，在本实施方式中，角度计算部41基于与第2关节J2的旋转角度位置(θ2)相当的位置传感器E的检测信号对关节角度θ进行计算，但并不限定于此。角度计算部41也可以基于第1连杆20a、第2连杆20b的与该关节J2侧相反的一侧的各末端的位置的相对距离L，来对关节角度θ进行计算。这里，如图6所示，相对距离L是从第1关节J1的中心位置坐标亦即基座坐标系的原点G(0，0)至第4关节J4的中心P的位置坐标(x，y)之间的距离。例如，通过使用公知的三维照相机，能够对三维空间上的2点间的距离进行测量从而进行相对距离L的计算。

由此，确定以关节J1、J2以及J4为顶点的三角形的3边的长度，因而能够使用以下公式(2)的余弦定理对关节角度θ进行计算。

cosθ＝(L1²+L2²-L²)/2×L1×L2…(2)

(第2实施方式)

接下来，对第2实施方式进行说明。以下，省略与第1实施方式共用的结构的说明，仅针对不同的结构进行说明。

图7是表示第2实施方式所涉及的监视装置的结构的框图。如图7所示，在本实施方式中，与第1实施方式(图4)相比，监视装置4A代替速度限制值生成部43、速度计算部44以及速度监视部45而具备驱动转矩推定部47、外力检测部48以及力监视部49这方面不同。本实施方式的监视装置4A除关节角度监视功能之外还具备力监视功能。因此，在本实施方式中，从控制装置3发送至监视装置4的监视信号，包括位置传感器E的检测信号、以及由电流传感器5检测到的传感器电流值。

驱动转矩推定部47根据由位置传感器E计算出的关节角度位置，对驱动机器人1的关节的伺服马达所需要的驱动转矩进行推定。在本实施方式中，驱动转矩推定部47分别计算重力转矩、惯性力转矩、以及摩擦力转矩，并将它们相加，从而计算驱动转矩的推定值。这里，重力转矩是用于克服各连杆的重量而维持姿势的转矩。惯性力转矩是为了克服连杆的惯性所需要的转矩。摩擦力转矩是为了克服减速机的摩擦所需要的转矩。此外，在本实施方式中，驱动转矩推定部47是安装于监视装置4那样的结构，但也可以安装于控制装置3。驱动转矩推定值也可以与包括由电流传感器5检测到的传感器电流值以及由位置传感器E检测到的关节轴角度位置的传感器信号一起，作为监视信号从控制装置3被发送给监视装置4。

外力检测部48对作用于机器人1的外力进行检测。在本实施方式中，外力检测部48将由电流传感器5检测到的流经各伺服马达M的传感器电流值转换为转矩值。然后，从由传感器电流值转换成的转矩值减去自驱动转矩推定部47输入的驱动转矩的推定值，并将其作为干扰转矩进行计算。然后，使用该干扰转矩值对作用于机器人1的外力进行计算，并将其向力监视部49输出。具体而言，外力检测部48根据干扰转矩τ_d，按照假想工作原理如以下公式(3)那样求出作用于机器人1的末端(例如工具中心点)的外力f_d。

f_d＝(K^T)^-1τ_d…(3)

这里K为雅可比矩阵，是表现机器人1的基座坐标系与关节坐标系之间的微小位移关系的矩阵。针对雅可比矩阵K，误差Δx与关节角差分Δθ成立公式(4)的关系。

Δx＝KΔθ……(4)

这样，外力检测部48，如公式(3)那样将干扰转矩τ_d乘以雅可比矩阵K的转置矩阵J^T的逆矩阵，从而对作用于机器人1的外力f_d进行计算，并将其向力监视部49输出。此外，公式(3)的外力f_d是假想在机器人1的末端作用时的外力。在外力f_d以除机器人1的末端以外的点作为作用点的情况下，也可以将外力f_d坐标转换为实际的作用点处的外力。

力监视部49构成为：在由角度计算部41计算出的关节角度θ大于规定角度的情况下，基于由外力检测部48检测到的外力，以第1监视基准对碰撞进行检测。具体而言，力监视部49构成为：计算与从外力检测部48输入的外力的值f_d的微分值成比例的值f’_d作为作用于机器人1的冲击力，并判定作用于机器人1的冲击力的值|f’_d|是否超过预先设定的第1阈值f_th1，当超过第1阈值f_th1时，判定为机器人1发生了碰撞而生成碰撞检测信号，并将其向停止信号生成部46输出。与第1阈值f_th1进行比较的对象即冲击力的值|f’_d|为外力f’_d的标量值(scalar value)。此外，力监视部49也可以对从外力检测部48输入的外力的值|f_d|是否超过预先设定的阈值进行判定来对碰撞进行检测。此外，监视装置4例如具备输入单元(未图示)，管理员能够通过该输入单元将碰撞检测时的阈值调整为任意的值。

停止信号生成部46在从力监视部49输入有碰撞检测信号的情况下生成机器人1的停止信号，并将其向控制装置3输出。

接下来，参照图8的流程图对由监视装置4A进行的机器人1的监视动作进行说明。图8的步骤S21至步骤S23的角度计算部41以及角度监视部42的动作与图5的步骤S11至步骤S13的动作相同，因而省略说明。

如图8所示，力监视部49在关节角度θ为规定角度以下的情况下(图8的步骤S23中为是)，基于由外力检测部48检测到的外力，以第1监视基准对碰撞进行检测(图8的步骤S24)。具体而言，力监视部49判定从外力检测部48输入的外力的值|f_d|是否超过预先设定的第1阈值f_th1，在超过第1阈值f_th1时判定为机器人1发生了碰撞而生成碰撞检测信号，并将其向停止信号生成部46输出。这样，在通过角度监视部42判断为可能由第1连杆20a以及第2连杆20b夹入机器人1的周围存在的障碍物(例如工作人员)的情况下，力监视部49对碰撞进行检测。

然后，停止信号生成部46在从力监视部49输入有碰撞检测信号的情况下生成机器人1的停止信号(图8的步骤S25)，并将其向控制装置3输出。由此，控制装置3能够使机器人1的动作停止。

根据本实施方式，若为可能夹入周围的物的角度，则对碰撞进行检测，在检测到碰撞之后能够使机器人的动作停止，因而能够使工作人员的安全性提高。由此，能够提供适于与人共同进行作业的机器人的控制装置3。

＜变形例＞

接下来，对本实施方式的力监视功能的变形例进行说明。在本变形例中，根据关节角度以2个不同的监视基准对碰撞进行检测。具体而言，图7的力监视部49构成为：在由角度计算部41计算出的关节角度θ大于规定角度的情况下，基于由外力检测部48检测到的外力，以第1监视基准对碰撞进行检测。具体而言，力监视部49构成为：对从外力检测部48输入的外力的值|f_d|是否超过预先设定的第1阈值f_th1进行判定，在超过了第1阈值f_th1时判定为机器人1发生了碰撞而生成碰撞检测信号，并将其向停止信号生成部46输出。在本实施方式中，第1阈值f_th1设定为100N。与第1阈值f_th1进行比较的对象即外力的值|f_d|为外力f_d的标量值。

另一方面，力监视部49构成为：在由角度计算部41计算出的关节角度θ为规定角度以下的情况下，基于由外力检测部48检测到的外力，以与第1监视基准不同的监视基准亦即第2监视基准对碰撞进行检测。具体而言，力监视部49构成为：计算与从外力检测部48输入的外力的值f_d的微分值成比例的值f’_d作为作用于机器人1的冲击力，并判定作用于机器人1的冲击力的值|f’_d|是否超过预先设定的第2阈值f_th2，在超过了第2阈值f_th2时判定为机器人1发生了碰撞而生成碰撞检测信号，并将其向停止信号生成部46输出。与第2阈值f_th2进行比较的对象即冲击力的值|f’_d|为外力f’_d的标量值。

图9是表示本变形例的监视动作的流程图。如图9所示，力监视部49在关节角度θ超过了20度的情况下(图9的步骤S23中为否)，基于由外力检测部48检测到的外力，以第1监视基准对碰撞进行检测(图9的步骤S24-1)。具体而言，力监视部49判定从外力检测部48输入的外力的值|f_d|是否超过预先设定的第1阈值f_th1，在超过了第1阈值f_th1时判定为机器人1发生了碰撞而生成碰撞检测信号，并将其向停止信号生成部46输出。这样，在由角度监视部42判断为不可能由第1连杆20a以及第2连杆20b夹入机器人1的周围存在的障碍物(例如工作人员)的情况下，力监视部49将碰撞灵敏度设定为低并对碰撞进行检测。

另一方面，力监视部49在关节角度θ为规定角度以下的情况下(图9的步骤S23中为是)，基于由外力检测部48检测到的外力，以与第1监视基准不同的监视基准亦即第2监视基准对碰撞进行检测(图9的步骤S24-2)。具体而言，力监视部49计算与从外力检测部48输入的外力的值fd的微分值成比例的值f’_d作为作用于机器人1的冲击力，并判定作用于机器人1的冲击力的值|f’_d|是否超过预先设定的第2阈值f_th2，在超过了第2阈值f_th2时判定为机器人1发生了碰撞而生成碰撞检测信号，并将其向停止信号生成部46输出。这样，在由角度监视部42判断为可能由第1连杆20a以及第2连杆20b夹入机器人1的周围存在的障碍物(例如工作人员)的情况下，力监视部49将碰撞灵敏度设定为高并对碰撞进行检测。

然后，停止信号生成部46在从力监视部49输入有碰撞检测信号的情况下，生成机器人1的停止信号(图9的步骤S25)，并将其向控制装置3输出。由此，控制装置3能够使机器人1的动作停止。

根据本变形例，若为不可能夹入周围的物的角度，则以第1监视基准(例如将碰撞灵敏度设定为低)对碰撞进行检测。另一方面，若为可能夹入周围的物的角度以下，则以第2监视基准(例如将碰撞灵敏度设定为高)对碰撞进行检测。换句话说，能够根据关节角度对碰撞灵敏度进行变更，因而能够实现机器人的作业性与工作人员的安全性的兼顾。

此外，在本实施方式中，在检测到碰撞之后使机器人的动作停止，但也可以向周围的工作人员或者管理员报告。

另外，本实施方式的监视装置4A具备对关节角度进行监视的关节角度监视功能、以及根据关节角度并基于作用于机器人1的外力进行碰撞检测的力监视功能，但也可以组合第1实施方式的与关节角度相应的速度监视功能。

此外，在本实施方式中，不使用力传感器，而基于伺服马达的电流值对作用于机器人1的外力进行计算，因而能够廉价且高精度地对碰撞进行检测。由此，机器人与在其周边进行作业的工作人员的共同作业中的便利性进一步提高。

(其他的实施方式)

此外，在上述各实施方式中，对经由关节J2的旋转轴线A2而邻接的第1连杆20a以及第2连杆20b所成的角度进行了监视(参照图2)，但并不限定于此。在同轴双臂型的机器人1中，也可以对经由与2个关节J1共用的旋转轴线A1而邻接的2条第1连杆20a以及第1连杆20a所成的角度进行监视。

此外，上述各实施方式的机器人1为双臂型的水平多关节型机器人，但并不限定于此。可以为单臂机器人，也可以为垂直多关节型机器人。另外，各机器人手臂只要具备经由至少一个关节而邻接的两根连杆，则并不限定于此。

此外，在上述各实施方式中，关节角度θ定义为经由关节而邻接的两根连杆所成的角度，但也可以由机器人手臂2末端的末端执行器、或者机器人1的基座来替换两根连杆中的一根。换句话说，关节角度θ也可以定义为经由关节而邻接的连杆与机器人手臂2末端的末端执行器、或者连杆与机器人的基座所成的角度。

此外，上述各实施方式的监视装置4、4A与控制装置3分别设置，但也可以包括于控制装置3。例如在控制装置3的运算处理器6中，也可以构成为执行监视装置4的各部的功能模块。

根据上述说明，对于本领域技术人员而言，本发明的更多改良、其它实施方式是清楚的。因此，上述说明应仅作为例示解释，其提供的目的在于向本领域技术人员教导执行本发明的最优选的形态。不脱离本发明的精神，而能够实质性地变更其构造以及功能的两个或者一个的详细情况。

工业上的可利用性

本发明对于与人共存来进行作业的机器人的控制装置是有用的。

附图标记说明：

1…机器人；2…机器人手臂；3…控制装置；4、4A…监视装置；5…电流传感器；6…运算处理器；7…伺服放大器；8…台车；9…基座；17…肘杆部；18…机械接口；19…末端执行器；20…手臂部；20a…第1连杆；20b…第2连杆；41…角度检测部；42…角度监视部；43…速度限制值生成部；44…速度计算部；45…速度监视部；46…停止信号生成部；47…驱动转矩推定部；48…外力检测部；49…力监视部；61…电流指令值生成部；62…速度限制值设定部；100…作业台；J…关节；M…伺服马达；E…编码器(位置传感器)；C…缆线；θ…关节角度。

Claims (7)

1.一种机器人的控制装置，其对机器人手臂的动作进行控制，所述机器人手臂具有经由一旋转轴线而连结的多个连杆、以及设置于所述旋转轴线的驱动用的马达，

其特征在于，

所述机器人的控制装置具备：

角度计算部，其对经由所述旋转轴线而邻接的两根连杆所成的角度进行计算；以及

角度监视部，其对由所述角度计算部计算出的所述角度是否为规定角度以下进行监视。

2.根据权利要求1所述的机器人的控制装置，其中，

在由所述角度计算部计算出的所述角度为所述规定角度以下的情况下，对所述机器人手臂的动作进行控制以使所述马达速度不超过规定速度。

3.根据权利要求2所述的机器人的控制装置，其中，

所述机器人的控制装置还具备速度监视部，所述速度监视部在由所述角度计算部计算出的所述角度为所述规定角度以下的情况下，对所述马达速度是否超过了所述规定速度进行监视，

在所述马达速度超过了所述规定速度的情况下，使所述机器人手臂的动作停止。

4.根据权利要求1或2所述的机器人的控制装置，其中，

所述机器人手臂还具有对所述驱动用的马达的旋转角度位置进行检测的位置传感器，

所述角度计算部基于所述位置传感器的检测信号，对经由所述旋转轴线而邻接的两根连杆所成的角度进行计算。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的机器人的控制装置，其中，

还具备：

外力检测部，其对作用于所述机器人的外力进行检测；以及

力监视部，其在由所述角度计算部计算出的所述角度为规定角度以下的情况下，基于由所述外力检测部检测到的外力，以规定的监视基准对碰撞进行检测，

在检测到碰撞的情况下，使所述机器人手臂的动作停止。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的机器人的控制装置，其中，

还具备：

外力检测部，其对作用于所述机器人的外力进行检测；以及

力监视部，其在由所述角度计算部计算出的所述角度大于规定角度的情况下，基于由所述外力检测部检测到的外力，以第1监视基准对碰撞进行检测，并且在由所述角度计算部计算出的所述角度为规定角度以下的情况下，基于由所述外力检测部检测到的外力，以与所述第1监视基准不同的监视基准亦即第2监视基准对碰撞进行检测，

在检测到碰撞的情况下，使所述机器人手臂的动作停止。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的机器人的控制装置，其中，

所述机器人手臂具有1个或者多个旋转关节，

所述一旋转轴线为所述旋转关节的旋转轴线。

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