CN111958583A - 机器人控制装置、机器人系统以及机器人控制方法 - Google Patents

机器人控制装置、机器人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、机器人系统以及机器人控制方法。该机器人控制装置用于控制机器人，该机器人控制装置具备：接收部，其通过无线通信接收包括针对机器人的动作指令的发送数据；延迟检测部，其检测接收到的发送数据的自到来预定时刻起的延迟；以及速度设定部，其在检测出延迟时，将使机器人按照动作指令进行动作时的动作速度设定为比未检测出延迟时所设定的第一速度小且比零大的第二速度。

Description

机器人控制装置、机器人系统以及机器人控制方法
技术领域
本发明涉及机器人控制装置、机器人系统以及机器人控制方法。
背景技术
近年来，提出了一种通过无线将用于进行针对机器人的操作输入的操作输入装置和机器人控制装置连接起来的机器人系统。日本特开2015-020215号公报记载了一种通过无线将作为操作输入装置的机械手引导装置与控制装置以及监视装置连接的机器人控制系统。
发明内容
在无线通信中，受周围环境的影响会有通信状况发生恶化的情况。在上述的将操作输入装置和机器人控制装置无线连接的机器人系统中，当无线通信状况发生恶化时，来自操作输入装置的发送数据延迟，会有在一定时间内无法到达机器人控制装置的情况。此时，机器人控制装置一般采取使机器人停止的对策，但是另一方面，如果在示教作业中使机器人停止会导致示教作业整体效率的下降。
本公开的一个方式为用于控制机器人的机器人控制装置，具备：接收部，其通过无线通信接收包括针对上述机器人的动作指令的发送数据；延迟检测部，其检测接收到的上述发送数据的自到来预定时刻起的延迟；以及速度设定部，其在检测出上述延迟时，将使上述机器人按照上述动作指令进行动作时的动作速度设定为比未检测出上述延迟时所设定的第一速度小且比零大的第二速度。
附图说明
通过说明与附图关联的以下的实施方式，能够更加明确本发明的目的、特征以及优点。
图1是表示一个实施方式的包含机器人控制装置的机器人系统的整体结构的图。
图2是机器人控制装置的功能框图。
图3是表示延迟检测部的发送数据的延迟检测动作的第一例的图。
图4是表示延迟检测部的发送数据的延迟检测动作的第二例的图。
图5是示意地表示机器人和操作员在水平面内的位置关系的图。
图6是表示基于速度设定部的速度设定进行的机器人(预定的可动部位)的速度变化的一例的图表。
图7是表示与动作速度相关的机器人控制方法的流程图。
图8是表示操作输入装置为示教操作盘时的机器人系统的整体结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本公开的实施方式。在所有附图，对相应的结构要素标注相同的参照符号。为了容易理解，这些附图适当变更比例尺。另外，附图所示的方式是用于实施本发明的一个例子，本发明不限于图示的方式。
图1是表示一个实施方式的包含机器人控制装置20的机器人系统100的整体结构的图。图2是机器人控制装置20的功能框图。如图1所示，机器人系统100具备机器人10、控制机器人10的机器人控制装置20、作为用于操作机器人10的操作输入装置的机械手引导装置(hand guide device)30。机器人10在本实施方式中是垂直多关节机器人，具有固定在设置地板上的基座11、由多个关节部和链接部件组成的臂部12。另外，也可以使用其他类型的机器人作为机器人10。机械手引导装置30安装在机器人10的预定可动部位(本实施方式中在臂前端)上。
机械手引导装置30具备包含操作杆31a和紧急停止开关(未图示)等的操作部31、通过无线通信发送包括经由操作部31输入的动作指令的发送数据的发送部32。机器人控制装置20按照通过无线通信从机械手引导装置30接收到的动作指令使机器人10动作。机械手引导装置30和机器人控制装置20之间的无线通信例如可以基于无线LAN这样的预定的无线通信标准。机器人控制装置20可以具有作为一般计算机的结构，该一般计算机具有CPU、ROM、RAM、存储装置、操作部、网络接口等。
操作员(未图示)使用机械手引导装置30操作机器人10并执行示教作业。例如，操作员进行倾斜操作杆31a的操作，由此使机器人10的预定可动部位(在本实施方式中为臂前端)向所期望的方向移动。在机器人系统100这样的使用无线通信的系统中，受到周围环境的影响有时通信状况恶化。当通信状况恶化时，可能发生来自机械手引导装置30的发送数据延迟，并且在机器人控制装置20侧一定时间内不能够接收发送数据的情况。在产生这样的状况时，如以下说明的那样，机器人控制装置20构成为从确保安全性的同时抑制示教作业整体效率降低的观点出发，优选地控制机器人10的速度。
如图2所示，机器人控制装置20具备接收部21、延迟检测部22以及速度设定部23。接收部21通过无线通信从机械手引导装置30接收包含动作指令的发送数据。延迟检测部22检测发送数据的从到来预定时间起的延迟。速度设定部23在通过延迟检测部22检测出发送数据到来的延迟时，将使机器人10按照动作指令进行动作时的动作速度设定为比没有检测出延迟时设定的第一速度低并且比零大的第二速度。另外，在图1所示的结构例中，机器人控制装置20为从机械手引导装置30直接接收无线信号的结构，但是机器人控制装置20也可以是经由外部连接的示教操作盘等具有无线通信功能的装置接收来自机械手引导装置30的发送数据的结构。
图3是表示延迟检测部22进行的发送数据的延迟检测动作的第一例的图。一般情况下，在操作员使操作杆31a向所希望的方向倾斜的期间，机械手引导装置30以固定周期连续地发送动作指令(例如，在机器人坐标系的X轴正方向上动作的指令)。在图3的上部示出了在进行使操作杆31a倾斜的操作的期间，发送部32连续周期性地发送发送数据的定时。这里，将表示发送顺序的ID(1、2、3、4、......、n)附加给各个发送数据。假设发送数据的周期在机器人控制装置20中为已知的情况。图3的下部示出了接收部21接收发送数据(1、2、3、4、......、n)的定时。此时，延迟检测部22以接受了第一个发送数据的定时为触发来对内部时钟信号进行计数，由此求出第二个以后的发送数据到来的到来预定时间，监视各个发送数据是否产生了从到来预定时刻起的延迟。例如，第n个的发送数据比到来预定时间t0延迟时间τ而到来。此时，延迟检测部22检测出在第n个发送数据中产生了时间τ的延迟。
图4表示延迟检测部22进行的发送数据的延迟检测动作的第二例。在第二例中，机械手引导装置30的发送部32将发送时刻加到发送数据并进行发送。在该第二例的情况下，例如使用经由了网络的时刻对准功能，在机械手引导装置30和机器人控制装置20之间预先使每个内部钟表的时刻对准。如图4所示，机械手引导装置30的发送部32将发送时刻Ta1加到发送数据(DATA1)并进行发送。如果在机器人控制装置20中接收部21接收到发送数据(DATA1)，则延迟检测部22参照内部钟表的时刻，掌握发送数据(DATA1)从发送时刻Ta1起在τ1时间后到达的情况。作为一例，延迟检测部22将在通常时将无线信号的传输所需要的传输延迟时间加到发送时刻Ta1而得的时刻设为发送数据(DATA1)的到来预定时刻。延迟检测部22在发送数据(DATA1)的到达时刻超过了到来预定时刻时，检测出发送数据(DATA1)中产生了延迟。此时，发送数据(DATA1)的延迟时间能够通过τ1-(传输延迟时间)来求出。
在延迟检测部22通过图3或图4所例示的延迟检测动作检测出发送数据的延迟时，速度设定部23将使机器人10在通过动作指令指示的方向上移动时的动作速度设定为比没有发送数据的延迟时所设定的第一速度小并且比零大的第二速度。另外，这里描述的第一速度、第二速度可以设定为控制机器人10的速度时的目标动作速度或者最大动作速度。作为第二速度的设定值可以有以下的设定例。
(设定例1)即使机器人(预定的可动部位)与人接触也能够维持安全性的充分低速的预定速度。
(设定例2)在使机器人的预定可动部位以预定的减速度从第二速度减速时，预定的可动部位在离以预定减速度开始了减速的位置第一预定距离以内能够停止的速度。此时的第一预定距离例如是操作员在手持机械手引导装置30的同时操作机器人10的情况下，作为在机械手引导装置30和操作员之间确保的距离一般可设想的距离(例如30cm)。将第二速度设定为这样的值，从而在无线通信状况恶化时能够避免机器人10接触操作员的情况。
(设定例3)在使机器人的预定可动部位以预定的减速度从第二速度开始减速时，预定的可动部位在离设定于作为机器人的固定部的基座11的基准位置第二预定距离的范围内能够停止的速度。将第二速度设定为这样的值，从而在无线通信状况恶化时，能够避免机器人10的预定可动部位从基准位置偏离了第二预定距离的范围的情况并且能够确保安全性。此时，速度设定部23在例如每次接收发送数据且检查出延迟时，可以根据机器人的预定可动部位的当前位置来时时刻刻更新第二速度。
第二速度的设定例3如图8表示的结构例那样，在操作输入装置是与机器人控制装置20无线连接的示教操作盘30A的情况下可以更优选地适用。图8所示的机器人系统100A具备机器人10、控制机器人10的机器人控制装置20A以及与机器人控制装置20A无线连接的示教操作盘30A。示教操作盘30A具有包括用于操作机器人10的点动操作键(jog operationkey)等的操作部、通过无线通信将包括经由操作部输入的动作指令的发送数据发送给机器人控制装置20A的发送部。这种系统结构的情况下，操作员从某种程度偏离了机器人10的位置使用示教操作盘30A来操作机器人10。
图5示意地表示了在使用机器人系统100A那样的系统时机器人10和操作员OP在水平方向上的位置关系。如图5所示，假设操作员OP在距离设定在机器人10的基座11上的基准位置P0的距离D1的位置进行作业时，能够将上述第二速度的设定例3的第二预定距离设定为距离D1以下的值。例如，机器人10的预定可动部位相对于基准位置P0在直径方向外侧移动，预定可动部位与第二预定距离的范围的外缘之间的距离为D0。另外，使预定的可动部位以一定的减速度A0减速。此时，速度设定部23可以将第二速度设定为在以减速度A0减速时可在距离D0以内停止的速度即(2D0A0)1/2以下的值。
另外，如图5所示，机器人系统100A可以具备测量基准位置P0与操作员OP之间的距离的距离传感器80。作为一例，距离传感器80被安装在机器人10的基座11上，另外，通过有线例如与机器人控制装置20A连接。距离传感器80将测量到的到操作员OP为止的距离提供给机器人控制装置20A。此时，即使在操作员OP的位置发生变化的状况下，也能够检测操作员OP的位置并设定第二预定距离。作为距离传感器80，例如能够使用能够取得位于预定的测量范围内的物体的三维点群数据的激光传感器、激光扫描仪等。为了得到到位于机器人10的周围的物体(或人)为止的最短距离，可以在机器人10的基座11上配置多个距离传感器80。
图6是表示随着速度设定部23的速度设定动作的机器人10(预定的可动部位)的速度变化的一例的图表。图6中横轴表示时间，纵轴表示速度。这里，假设在图6的时间轴上的开始时间点(时刻零)操作员操作使得操作杆31a向期望的方向倾斜预定量，并维持该状态的状况。因此，机械手引导装置30在图6的图表的整个时间轴上周期性地持续发送包括预定的动作命令(例如在X轴的正方向移动的指令)的发送数据。图6的时间轴上的期间T0是无线通信状况良好的期间，期间T1是无线通信状况恶化的期间，期间T2是无线通信状况再次返回良好状态的期间。在期间T0没有产生发送数据的延迟，因此机器人控制装置20根据动作指令使机器人10(预定的可动部位)加速到第一速度V1并以第一速度V1移动。
接着，如果进入无线通信的状况恶化的期间T1，则通过延迟检测部22检测出发送数据的延迟，速度设定部23将机器人10(预定的可动部位)的动作速度设定为比第一速度V1低的第二速度V2。另外，期间T1期间保持发送数据在预定的延迟时间到达机器人控制装置20的状态，因此速度设定部23继续将动作速度设定为第二速度的动作。因此，在期间T1，机器人10(预定的可动部位)从速度V1慢慢减速，持续以第二速度V2向所指令的方向移动。
接着，如果进入通信状况恢复了的期间T2，则不能够检测出发送数据的延迟，速度设定部23将机器人10(预定的可动部位)的动作速度的设定恢复为第一速度V1。这样，机器人10(预定的可动部位)加速到第一速度V1并且以第一速度V1继续移动。另外，在按照设定例3设定第二速度时，机器人控制装置20为了使机器人10(预定的可动部位)不偏离第二预定距离的范围，在机器人10(预定的可动部位)接近第二预定距离的范围的边缘时，如图6中虚线L所示，使机器人10(预定的可动部位)以最大减速度减速并停止。进行这样的控制，由此能够将第二预定距离的范围的边缘设定为虚拟围栏，该虚拟围栏规定无线通信条件恶化时起作用的机器人10的可动作范围。
图7是表示以上所说明的动作速度相关的机器人控制方法的流程图。图7的处理在机器人控制装置20的CPU的控制下执行。如图7所示，机器人控制装置20如果接收到发送数据(步骤S1)，则通过参照图3或图4所例示的方法来检测接收到的发送数据的延迟(步骤S2)。如果检测出来自发送数据的到来预定时刻的延迟，则机器人控制装置20通过上述设定1到设定例3中任意一个方法来将机器人10(预定的可动部位)的动作速度设定为第二速度(步骤S3)。在没有检测出发送数据的延迟时，机器人控制装置20将机器人10(预定的可动部位)的速度设定设定为通常的速度即第一速度。如果设定动作速度，则机器人控制装置20按照动作指令以及所设定的动作速度使机器人10动作(步骤S4)。
如以上所说明那样根据本实施方式，即使在无线通信的状况恶化的情况下，也能够在确保安全性的同时抑制示教作业整体效率的下降。
以上，说明了本公开的实施方式，但是本领域技术人员能够理解为在不脱离请求专利保护的范围内进行各种修正以及变更。
图1或图8所示的机器人系统的结构例是例示，本发明能够适用于通过无线通信连接操作输入装置和机器人控制装置的各种类型的机器人系统。
执行上述实施方式所示的机器人控制方法的处理(图7)的程序能够记录在计算机可读取的各种记录介质(例如ROM、EEPROM、闪存等半导体存储器、磁记录介质、CD-ROM、DVD-ROM等的光盘)中。

Claims (6)

1.一种机器人控制装置，其用于控制机器人，其特征在于，
该机器人控制装置具备：
接收部，其通过无线通信接收包括针对上述机器人的动作指令的发送数据；
延迟检测部，其检测接收到的上述发送数据的自到来预定时刻起的延迟；以及
速度设定部，其在检测出上述延迟时，将使上述机器人按照上述动作指令进行动作时的动作速度设定为比未检测出上述延迟时所设定的第一速度小且比零大的第二速度。
2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，
上述速度设定部将上述第二速度设定成如下的速度：在已使上述机器人的预定的可动部位从上述第二速度以预定的减速度减速了时，上述预定的可动部位能够离以上述预定的减速度开始减速的位置在第一预定距离以内停止。
3.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，
上述速度设定部将上述第二速度设定成：在已使上述机器人的预定的可动部位从上述第二速度以预定的减速度减速了时，上述预定的可动部位能够离设定于上述机器人的固定部的基准位置在第二预定距离的范围内停止。
4.一种机器人系统，其特征在于，
该机器人系统具备：
机器人；
操作输入装置，其具有用于操作上述机器人的操作部、通过无线通信发送包括经由该操作部输入的动作指令的发送数据的发送部；以及
权利要求1～3中任意一项所述的机器人控制装置。
5.根据权利要求4所述的机器人系统，其特征在于，
上述操作输入装置是搭载于上述机器人的预定的可动部位的机械手引导装置。
6.一种机器人控制方法，其用于控制机器人，其特征在于，
该机器人控制方法具备以下步骤：
通过无线通信接收包括针对上述机器人的动作指令的发送数据；
检测接收到的上述发送数据的到来预定时刻起的延迟；以及
在检测出上述延迟时，将使上述机器人按照上述动作指令进行动作时的动作速度设定为比未检测出上述延迟时所设定的第一速度小且比零大的第二速度。
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