CN112638600B - 机器人的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的机器人的控制装置为控制具有第一机器人臂和第二机器人臂的机器人的动作的控制装置。机器人的控制装置具备：计算上述第一机器人臂的末端与第二机器人臂的末端之间的距离的距离计算部；和监视由上述距离计算部计算出的上述距离是否为规定值以下的距离监视部。

Description

机器人的控制装置
技术领域
本发明涉及与人共存而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，提出了机器人与作业者在同一作业空间内共同进行作业的方案。因此，以往，推进了对与人共存而进行作业的机器人的安全性进行监视的技术的开发。
例如专利文献1中，公开了一种监视外力来监视机器人的安全性的机器人的安全监视装置。控制装置在机器人的动作范围设定规定区域，当机器人的当前位置在规定区域的内外时变更外力的判定条件，在外力满足判定条件的情况下使机器人停止。另外，控制装置在机器人的当前位置处于规定区域内的情况下，将机器人的移动速度的上限限制为规定速度。
专利文献2中公开了一种机器人的干涉回避装置。机器人的控制装置计算凸缘的末端与人之间的距离，并且判断凸缘的末端是否朝向人，在朝向人的情况下，根据分离距离使危险对象部(凸缘末端)减速或者紧急停止。
专利文献1：日本特开2017-77608号公报
专利文献2：日本专利第5370127号
但是，在机器人与人共存而进行作业的情况下，为了使对周围的人的影响为最小限度，需要适当监视机器人的臂的位置、姿势。因此，上述现有的机器人的监视装置，有时未必可以说最适合于与人共同作业的机器人。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种适合于与人共同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控制具有第一机器人臂和第二机器人臂的机器人的动作，具备：距离计算部，其计算上述第一机器人臂的末端与第二机器人臂的末端之间的距离；和距离监视部，其监视由上述距离计算部计算出的上述距离是否为规定值以下。
例如在双臂机器人与作业者在同一作业空间内共同作业的情况下，由于两个机器人臂可以独立地动作、或相互关联地动作，因此根据作业内容，有可能两个臂的末端的间隔变窄，导致夹入周围作业者。根据上述结构，由于能够监视是否存在被两个臂的末端夹入周围障碍物(例如作业者)的可能性，因此能够提供适合于与人共同作业的机器人的控制装置。
也可以为，上述控制装置在由上述距离计算部计算出的上述距离为上述规定值以下的情况下，以上述第一机器人臂和第二机器人臂的动作速度不超过规定速度的方式控制上述机器人臂的动作。
例如在双臂机器人与作业者在同一作业空间内共同作业的情况下，若加快机器人臂的动作，则作业性提高，但存在作业者的安全性的确保成为问题的情况。另一方面，若减慢机器人臂的动作，则能够确保作业者的安全性，但作业性降低。这样，机器人的作业性与作业者的安全性处于权衡的关系。根据上述结构，在存在被两个臂的末端夹入周围的障碍物的可能性的情况下，以动作速度不超过规定速度的方式控制臂的动作。另一方面，在存在被两个臂的末端夹入周围的物体的可能性的情况下能够使上述臂尽可能地以高速动作。由此，例如即使在机器人附近的作业者被两个臂的末端夹到的情况下，连杆也不会高速碰撞。因此，能够实现机器人的作业性与作业者的安全性的兼顾。
也可以为，上述控制装置还具备速度监视部，该速度监视部在由上述距离计算部计算出的上述距离为上述规定值以下的情况下，监视上述第一机器人臂和第二机器人臂的动作速度是否超过上述规定速度，在上述动作速度超过上述规定速度的情况下，使上述第一机器人臂和第二机器人臂的动作停止。
根据上述结构，在存在被两个臂的末端夹入周围的障碍物的可能性的情况下，当动作速度超过规定速度时，能够使臂的动作停止，因此作业者的安全性进一步提高。
也可以为，上述控制装置还具备：外力检测部，其检测作用于上述第一机器人臂的末端和上述第二机器人臂的末端的外力；和力监视部，其在由上述距离计算部计算出的上述距离为规定值以下的情况下，基于由上述外力检测部检测出的外力，以规定的监视基准检测碰撞，在检测到碰撞的情况下，使上述第一机器人臂和上述第二机器人臂的动作停止。
根据上述结构，在存在被两个臂的末端夹入周围的物体的可能性的情况下，能够基于作用于两个臂的末端的外力来检测碰撞，在检测到碰撞之后，使机器人的动作停止。能够提高作业者的安全性。
也可以为，上述控制装置还具备：外力检测部，其检测作用于上述第一机器人臂的末端和上述第二机器人臂的末端的外力；和力监视部，其在由上述距离计算部计算出的上述距离大于规定值的情况下，基于由上述外力检测部检测出的外力，以第一监视基准检测碰撞，并且在由上述距离计算部计算出的上述距离为规定值以下的情况下，基于由上述外力检测部检测出的外力，以与上述第一监视基准不同的监视基准即第二监视基准检测碰撞，在检测到碰撞的情况下，使上述第一机器人臂和上述第二机器人臂的动作停止。
根据上述结构，在没有被两个臂的末端夹入周围的物体的可能性的情况下，以第一监视基准(例如将碰撞灵敏度设定得低)检测碰撞。另一方面，在存在被两个臂的末端夹入周围的物体的可能性的情况下，以第二监视基准(例如将碰撞灵敏度设定得高)检测碰撞。即，能够根据两个臂末端的间隔变更碰撞灵敏度，因此能够实现机器人的作业性与作业者的安全性的兼顾。
此外，也可以为，上述第一机器人臂和上述第二机器人臂设置成能够绕同轴分别独立地旋转。
此外，也可以为，上述第一机器人臂的末端为上述第一机器人臂的工具中心点，上述第二机器人臂的末端为上述第二机器人臂的工具中心点，上述距离计算部计算上述第一机器人臂的工具中心点与上述第二机器人臂的工具中心点之间的距离。
根据本发明，能够提供一种适合于与人共同作业的机器人的控制装置。
附图说明
图1是示意性地表示第一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是表示第二实施方式所涉及的监视装置的结构的框图。
图7是表示机器人的监视的动作的一个例子的流程图。
图8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。以下在所有图中对同一或相当的要素标注同一附图标记，并省略其重复的说明。
(第一实施方式)
图1是示意性地表示第一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：基座9，其固定于台车8；一对机器人臂(以下，有时仅记载为“臂”)2、2，它们支承于基座9；以及控制装置3，其收纳于基座9内。本实施方式的机器人1是具备水平多关节型臂2、2的双臂机器人。以下，将一对臂2、2扩展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，将与左右方向及上下方向正交的方向称为前后方向。各臂2具备臂部20、肘杆部17以及末端执行器(未图示)。此外，两个臂2也可以是实质上相同的结构。另外，两个臂2能够独立动作，或者相互关联动作。本实施方式的机器人1例如被导入到生产线，与作业者在相同作业空间共同进行作业。
本实施方式的机器人1是同轴双臂型机器人。两个臂2、2分别与垂直于基座9的基轴16同轴配置且构成为能够相对于基座9独立地绕旋转轴线A1转动。臂部20在本例中由第一连杆20a和第二连杆20b构成。第一连杆20a通过旋转关节J1与固定于基座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。即，两个臂2、2的第一连杆20a、20a的旋转轴线A1处于同一直线上，一个臂2的第一连杆20a与另一臂2的第一连杆20a在上下设置高低差地配置。第二连杆20b通过旋转关节J2与第一连杆20a的末端连结，并能够绕规定在第一连杆20a的末端的旋转轴线A2转动。
肘杆部17具有直动关节J3和旋转关节J4。肘杆部17通过直动关节J3相对于第二连杆20b升降移动。肘杆部17通过旋转关节J4能够绕与第二连杆20b垂直的旋转轴线A3转动。在肘杆部17的末端安装机械接口18。机械接口18经由直动关节J3及旋转关节J4而与第二连杆20b的末端连结。在机械接口18安装作业用的末端执行器(未图示)。
上述结构的各臂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：用于对臂2进行位移驱动的驱动部；和用于将驱动部的动力传递至臂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检测马达的旋转角度位置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。控制装置3构成为通过对伺服马达进行位置控制，从而以任意的速度控制左右臂2的动作。
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能够设置在相当于一个人大小的有限的空间(例如610mm×620mm)。如图2所示，机器人1被导入到生产线，与作业者在同一生产线共同进行作业。机器人1在作业台100之上进行与作业者同样的作业。在机器人1的左右臂2、2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。TP是各末端执行器19的工具中心点。本实施方式中，左右的末端执行器19为同一结构。作业台100上的机器人的作业空间的左右两侧的区域分别是作业者进行各自的作业的作业空间。本实施方式中，在作业台100之上配置有四类工件W1、W2、W3、W4。位于左侧的作业者向机器人1供给作为材料部件的工件W1。机器人1对供给来的工件W1安装作为第一部件的工件W2和作为第二部件的工件W3，而完成工件W4。位于右侧的作业者对已完成的工件W4进行下一作业行程。
机器人1具有基准坐标系(以下，称为基座坐标系)。该坐标系中，例如基座(基台)9的设置面与第一关节J1的旋转轴线A1的交点是原点，第一关节J1的旋转轴线是Z轴，与Z轴正交的任意的轴是X轴，与Z轴及X轴正交的轴是Y轴。机器人1的臂2的可动范围是以第一关节J1为中心的圆形区域(未图示)。各臂2的动作范围以该基座坐标系为基准而设定。在本实施方式中，动作区域设定为至少覆盖配置在机器人1的正面的作业台100。
这样，在双臂型机器人1与作业者在同一作业空间内共同作业的情况下，两个臂2、2可以独立地动作、或相互关联地动作。因此，根据臂2、2的位置、姿势，有可能臂2、2的末端(末端执行器19、19)的间隔变窄、或者位于机器人1附近的作业者被夹在臂2、2的末端之间。
因此，本实施方式的控制装置3为了确保周边的作业者的安全，具备监视机器人1的动作的监视功能。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具备机器人臂2、控制装置3以及监视装置4。其中，虽然机器人臂2为两个，但这里为了简化说明，仅示出一个。机器人臂2具备：一个以上的关节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安装有检测马达的位置(转子相对于基准旋转角度位置的旋转角度位置)的编码器等位置传感器E、和检测驱动马达的电流的电流传感器5。
控制装置3经由线缆C(用粗体图示)与机器人臂2连接。这里，线缆C包含用于向关节J的伺服马达M、制动器(未图示)等供给电源的电源线、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经由通信线缆(未图示)与监视装置4连接。这里，通信线缆例如是RS422等串行通信用的线缆。本实施方式中，控制装置3构成为经由通信线缆向监视装置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，据此变更机器人臂2的动作速度。这里，机器人臂2的动作速度意味着构成机器人臂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和速度限制值设定部62。这里，电流指令值生成部61和速度限制值设定部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。进而，基于生成的速度指令值与速度当前值的偏差而生成转矩指令值(电流指令值)，并输出至伺服放大器7。伺服放大器7设置为与伺服马达M对应，基于供给的电流指令值产生电流，并经由线缆C将产生的电流供给至伺服马达M。即，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，从而控制各机器人臂2的动作。
速度限制值设定部62基于从监视装置4接收到的速度限制指令，以各臂2、2的马达速度不超过规定的速度的方式设定速度限制值。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一速度(例如800mm/s)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具备距离计算部41、距离监视部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是具备一个以上的处理器、存储器、输入输出接口、通信接口等的计算机。各部(41～46)是通过在处理器中执行规定的程序而实现的功能块。
距离计算部41构成为计算一个臂2的末端与另一臂2的末端之间的距离D。在本实施方式中，距离计算部41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)及预先设定的各连杆的长度、形状等信息，计算各臂2的末端的位置，而计算两臂2末端之间的距离D。在本实施方式中，臂2、2的末端的位置是末端执行器19、19的工具中心点TP、TP(参照图2)。距离计算部41计算机器人1的基座坐标系中的工具中心点TP、TP的各位置坐标，并计算末端执行器19、19的工具中心点TP、TP间的距离D。
距离监视部42构成为监视由距离计算部41计算出的距离D是否为规定值以下。这里，规定值设定为存在被臂2、2的末端夹入周围的障碍物(例如作业者)的可能性的值。本实施方式中，规定值设定为10cm。此外，监视装置4具备能够由例如管理者将作为监视对象的距离D的设定值调整为任意值的输入单元(未图示)。在本实施方式中，规定值虽然设定为10cm，但也可以根据机器人1的周围的情况、所能想到的障碍物的大小而适当设定。距离监视部42也可以构成为基于各伺服马达的旋转角度位置及预先设定的各连杆的长度、形状等信息，生成机器人1的三维模型。
速度限制值生成部43构成为在距离D为规定值以下的情况下，以各臂2、2的马达速度不超过规定速度的方式生成速度限制指令，并发送至控制装置3。在本实施方式中，速度限制值生成部43构成为在距离D为规定值以下的情况下，生成各臂2、2的马达速度不超过比第一速度(初始值)低的第二速度那样的速度限制指令，并发送至控制装置3。
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)，运算各伺服马达M的速度(马达速度)。这里，监视信号所包含的各伺服马达M的旋转角度位置经由通信线缆从控制装置3发送至监视装置4，并输入至速度计算部44。速度计算部44构成为将计算结果输出至速度监视部45。
速度监视部45监视各臂2、2的马达速度是否超过规定的速度。在本实施方式中，速度监视部45在由距离计算部41计算出的距离D为规定值以下的情况下，监视设置于各机器人臂2的关节J1～J4的伺服马达M的马达速度中的任一马达速度是否超过第二速度。
停止信号生成部46在距离D为规定值以下的情况下，当由速度监视部45判定为马达速度超过第二速度时，生成机器人1的停止信号，并将其供给至控制装置3。
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等待每隔规定期间从控制装置3发送的监视信号的接收(图5的步骤S11)。在本实施方式中，监视信号包含设置于在机器人臂2的位置控制中使用的各关节J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，由距离计算部41计算两个臂2、2末端(TP、TP)之间的距离D(参照图2)(图5的步骤S12)。距离计算部41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)以及预先设定的各连杆的长度、形状等信息，计算各臂2的末端(TP、TP)的位置，而计算两臂2末端(TP、TP)之间的距离D。
接下来，距离监视部42监视由距离计算部41计算出的距离D是否为规定值以下(图5的步骤S13)。在本实施方式中，距离监视部42距离监视部42在距离D为10cm以下的情况下，判定为存在被臂2、2的末端夹入周围的作业者的可能性。另一方面，在距离D比10cm长的情况下，判定为没有被臂2、2的末端夹入周围的作业者的可能性。
接下来，速度限制值生成部43在由距离监视部42判定为存在被臂2、2的末端夹入周围的作业者的可能性的情况下(在图5的步骤S13中为是)，生成马达速度不超过比第一速度低的第二速度那样的速度限制指令，并将其供给至控制装置3(图5的步骤S14)。这里，第二速度是被ISO10218-1规定为低速控制的250mm/s。控制装置3以马达速度不超过第二速度的方式控制臂2、2的动作。由此，例如即使在机器人附近的作业者的一部分(例如手腕)被夹在臂2、2的末端之间的情况下，末端执行器19、19也不会高速地碰撞。
进一步，在本实施方式中，速度监视部45监视臂2、2的动作速度是否超过在步骤S14中限制的第二速度(图5的步骤S15)。在本实施方式中，速度监视部45在距离D为规定值以下的情况下，监视设置于臂2、2的关节J1～J4的伺服马达M中的任一马达速度是否超过第二速度。
接下来，停止信号生成部46在由速度监视部45判定为马达速度超过第二速度的情况下(在图5的步骤S15中为否)，生成机器人1的停止信号，并将其供给至控制装置3(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在由距离监视部42判定为没有被臂2、2的末端夹入周围的作业者的可能性的情况下(在图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由于设定为第一速度(例如800mm/s)，因此控制装置3以马达速度不超过第一速度的方式高速地控制臂2、2的动作。由此，能够最大限度地发挥机器人1的能力。控制装置3反复进行以上那样的动作直至机器人1的作业终结为止。
通常，如图2所示，在机器人1与作业者在同一作业空间内共同作业的情况下，若加快臂2、2的动作，则作业性提高，但存在作业者的安全性的确保成为问题的情况。另一方面，若减慢臂2、2的动作，则能够确保作业者的安全性，但作业性降低。这样，机器人1的作业性与作业者的安全性处于权衡的关系。
因此，根据本实施方式，在臂2、2的末端之间的距离D大于规定值的情况下(图5的步骤S13中为否)，判断为没有被臂2、2的末端夹入周围的作业者的可能性而使臂2、2尽可能地以高速(第一速度)动作。另一方面，若距离D为规定值以下，则判断为存在被臂2、2的末端夹入周围的作业者的可能性而使臂2、2以低速(第二速度)动作。由此，即使在机器人1周围的作业者的一部分(例如手腕)被机器人臂2、2的末端夹到的情况下，末端执行器19，19也不会高速地碰撞。因此，能够实现机器人的作业性与作业者的安全性的兼顾。
进一步，在本实施方式中，在距离D为规定值以下的情况下，当机器人臂2的动作速度超过第二速度时，由于使机器人臂2的动作停止，因此作业者的安全性进一步提高。能够提供适合于与人共同作业的机器人的控制装置3。
(第二实施方式)
接下来，对第二实施方式进行说明。以下，省略与第一实施方式共同的结构的说明，仅对不同的结构进行说明。
图6是表示第二实施方式所涉及的监视装置的结构的框图。如图6所示，在本实施方式中，与第一实施方式(图4)相比较，监视装置4A在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的方面上不同。本实施方式的监视装置4A代替速度监视功能，而具备力监视功能。因此。在本实施方式中，从控制装置3发送至监视装置4的监视信号包含位置传感器E的检测信号、和通过电流传感器5检测出的传感器电流值。
驱动转矩推定部47根据由位置传感器E计算出的旋转角度位置，推定驱动机器人1的关节的伺服马达所需的驱动转矩。驱动转矩推定部47在本实施方式中分别计算重力转矩、惯性力转矩以及摩擦力转矩，并将它们相加，由此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的转矩。摩擦力转矩是为了克服减速机的摩擦所需的转矩。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含由电流传感器5检测出的传感器电流值和由位置传感器E检测出的旋转角度位置的传感器信号一起作为监视信号从控制装置3发送至监视装置4。
外力检测部48检测作用于臂2、2的末端的外力。在本实施方式中，外力检测部48将由电流传感器5检测出的在各伺服马达M流动的传感器电流值转换为转矩值。进而，从根据传感器电流值转换所得的转矩值减去从驱动转矩推定部47输入的驱动转矩的推定值，将其计算为扰动转矩。进而，使用该扰动转矩值来计算作用于臂2的末端的外力，并将其输出至力监视部49。具体地，外力检测部48根据虚功原理由扰动转矩τd如下式(3)那样求出作用于各臂2的末端(图2的TP)的外力fd。
fd＝(KT)-1τd…(3)
这里，K为雅克比矩阵，且为表现机器人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。关于雅克比矩阵K，误差Δx与关节角差分Δθ成立式(4)的关系。
Δx＝KΔθ…(4)
这样，外力检测部48通过如式(3)那样对扰动转矩τd乘以雅克比矩阵K的转置矩阵JT的逆矩阵而计算作用于臂2、2的末端的外力fd，并将其输出至力监视部49。此外，式(3)的外力fd是假定在机器人臂2的末端作用时的外力。在外力fd将臂2的末端以外的部位作为作用点的情况下，也可以将外力fd坐标转换为实际的作用点处的外力。
力监视部49构成为在由距离计算部41计算出的距离D(参照图2)大于规定值的情况下，基于由外力检测部48检测出的外力，以第一监视基准检测碰撞。具体地，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fd的微分值成比例的值f’d来作为作用于机器人臂2的末端的冲击力，并判定作用于机器人臂2的末端的冲击力的值|f’d|是否超过预先设定的第一阈值fth1，在超过第一阈值fth1时，判定为障碍物碰撞到机器人臂2的末端而生成碰撞检测信号，并将其输出至停止信号生成部46。与第一阈值fth1进行比较的比较对象即冲击力的值|f’d|为外力f’d的标量值。此外，力监视部49也可以判定从外力检测部48输入的外力的值|fd|是否超过预先设定的阈值来检测碰撞。此外，监视装置4具备能够例如由管理者将碰撞检测时的阈值调整为任意值的输入单元(未图示)。
停止信号生成部46在从力监视部49输入了碰撞检测信号的情况下，生成机器人1的停止信号，并将其输出至控制装置3。
接下来，参照图7的流程图对基于监视装置4A的机器人1的监视动作进行说明。图7的从步骤S21至步骤S23的距离计算部41和距离监视部42的动作与图5的从步骤S11至步骤S13的动作相同，因此省略说明。
如图7所示，力监视部49在距离D为规定值以下的情况下(在图7的步骤S23中为是)，基于由外力检测部48检测出的外力，以第一监视基准检测碰撞(图7的步骤S24)。具体地，力监视部49判定从外力检测部48输入的外力的值|fd|是否超过预先设定的第一阈值fth1，在超过第一阈值fth1时，判定为障碍物碰撞到机器人臂2的末端而生成碰撞检测信号，并将其输出至停止信号生成部46。这样，力监视部49在由距离监视部42判断为存在被臂2、2的末端夹入存在于机器人1周围的障碍物(例如作业者)的可能性的情况下，基于作用于臂末端的外力来检测碰撞。
进而，停止信号生成部46在从力监视部49输入了碰撞检测信号的情况下(在图7的步骤S24中为是)，生成机器人1的停止信号(图7的步骤S25)，并将其输出至控制装置3。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，在存在被臂2、2末端夹入周围的物体的可能性的情况下，基于作用于臂2、2末端的外力来检测碰撞，在检测到碰撞之后，能够使机器人1的动作停止，因此能够提高作业者的安全性。
＜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，根据距离D以两个不同的监视基准检测碰撞。具体地，图6的力监视部49构成为在由距离计算部41计算出的距离D大于规定值的情况下，基于由外力检测部48检测出的外力，以第一监视基准检测碰撞。具体地，力监视部49构成为判定从外力检测部48输入的外力的值|fd|是否超过预先设定的第一阈值fth1，在超过第一阈值fth1时，判定为机器人臂2的末端碰撞到障碍物而生成碰撞检测信号，并将其输出至停止信号生成部46。在本实施方式中，第一阈值fth1设定为100N。与第一阈值fth1进行比较的比较对象即外力的值|fd|是外力fd的标量值。
另一方面，力监视部49构成为在由距离计算部41计算出的距离D为规定值以下的情况下，基于由外力检测部48检测出的外力，以与第一监视基准不同的监视基准即第二监视基准来检测碰撞。具体地，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fd的微分值成比例的值f’d来作为作用于机器人臂2的末端的冲击力，并判定作用于机器人臂2的末端的冲击力的值|f’d|是否超过预先设定的第二阈值fth2，在超过第二阈值fth2时，判定为机器人臂2的末端碰撞到障碍物而生成碰撞检测信号，并将其输出至停止信号生成部46。与第二阈值fth2进行比较的比较对象即冲击力的值|f’d|是外力f’d的标量值。
图8是表示本变形例的监视动作的流程图。如图8所示，力监视部49在距离D超过规定值的情况下(图8的步骤S23中为否)，基于由外力检测部48检测出的外力，以第一监视基准检测碰撞(图8的步骤S24-1)。具体地，力监视部49判定从外力检测部48输入的外力的值|fd|是否超过预先设定的第一阈值fth1，在超过第一阈值fth1时，判定为机器人1发生了碰撞而生成碰撞检测信号，并将其输出至停止信号生成部46。这样，力监视部49在由距离监视部42判断为没有被臂2、2的末端夹入存在于机器人1周围的障碍物(例如作业者)的可能性的情况下，将碰撞灵敏度设定得低而检测碰撞。
另一方面，力监视部49在距离D为规定值以下的情况下(在图8的步骤S23中为是)，基于由外力检测部48检测出的外力，以与第一监视基准不同的监视基准即第二监视基准来检测碰撞(图8的步骤S24-2)。具体地，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来作为作用于机器人臂2的末端的冲击力，并判定作用于机器人臂2的末端的冲击力的值|f’d|是否超过预先设定的第二阈值fth2，在超过第二阈值fth2时，判定为机器人臂2的末端碰撞到障碍物而生成碰撞检测信号，并将其输出至停止信号生成部46。这样，力监视部49在由距离监视部42判断为存在被臂2、2的末端夹入存在于机器人1周围的障碍物(例如作业者)的可能性的情况下，将碰撞灵敏度设定得高而检测碰撞。
进而，停止信号生成部46在从力监视部49输入了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)，并将其输出至控制装置3。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，在没有被两个臂2、2的末端夹入周围的物体的可能性的情况下，以第一监视基准(将碰撞灵敏度设定得低)检测碰撞。另一方面，在存在被两个臂2、2的末端夹入周围的物体的可能性的情况下，以第二监视基准(将碰撞灵敏度设定得高)检测碰撞。即，能够根据两个臂2、2的末端的间隔变更碰撞灵敏度，因此能够实现机器人的作业性与作业者的安全性的兼顾。
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，但也可以报知给周围作业者或者管理者。
另外，本实施方式的监视装置4A具备根据距离D基于作用于机器人臂2、2的外力进行碰撞检测的力监视功能，但也可以组合第一实施方式的速度监视功能。
此外，在本实施方式中，不使用力传感器，而是基于伺服马达的电流值来计算作用于机器人臂2的末端的外力，因此能够低价且高精度地检测碰撞。由此，机器人与在其周边作业的作业者的共同作业的便利性进一步提高。
(其他实施方式)
此外，在上述各实施方式中，在本实施方式中，距离计算部41构成为基于各伺服马达M的旋转角度位置(位置传感器E的检测信号)及预先设定的各连杆的长度、形状等信息，计算各臂2的末端的位置，并计算两臂2末端之间的距离D。但并不限于此。例如，也可以在两臂2末端安装距离传感器，基于距离传感器的检测值来计算两臂2末端之间的距离D。
此外，上述各实施方式中，臂2、2的末端的位置是末端执行器19、19的工具中心点TP、TP，距离D是末端执行器19、19的工具中心点TP、TP间的距离(参照图2)，但并不限于此。臂2、2的末端的位置也可以是除工具中心点以外的任意点。另外，也可以是在设置于臂末端的凸缘上定义的凸缘坐标系的任意点(例如原点)。
此外，上述各实施方式的机器人1为具备水平多关节型臂的双臂机器人，但也可以是具备垂直多关节型臂的双臂机器人。
此外，上述各实施方式的机器人1为具备两个臂2、2的一台双臂机器人，但只要能够定义臂末端之间的距离，则并不限于此。例如，既可以监视两台单臂机器人的臂末端之间的距离，也可以在具备三个以上的机器人臂的机器人系统中监视至少两个臂末端之间的距离。
此外，上述各实施方式的监视装置4、4A与控制装置3分开设置，但也可以包含于控制装置3。例如也可以构成为在控制装置3的运算处理器6中，执行监视装置4的各部的功能块。
根据上述说明，对于本领域技术人员而言，本发明的许多改良、其他实施方式是显而易见的。因此，上述说明应仅作为例示进行解释，其是以向本领域技术人员教示执行本发明的最佳方式为目的而提供的。在不脱离本发明的精神的范围内能够实质性地变更其结构及功能中的两者或一者的详细情况。
工业上的可利用性
本发明对于与人共存进行作业的机器人有用。
附图标记说明
1…机器人；2…机器人臂；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…臂部；20a…第一连杆；20b…第二连杆；41…距离检测部；42…距离监视部；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…线缆；TP…工具中心点；D…臂末端之间的距离。

Claims (5)

1.一种机器人的控制装置，其控制具有第一机器人臂和第二机器人臂的机器人的动作，所述第一机器人臂包含一个以上的第一关节和对一个以上的第一关节分别进行驱动的一个以上的第一马达，所述第二机器人臂包含一个以上的第二关节和对一个以上的第二关节分别进行驱动的一个以上的第二马达，
其特征在于，
具备：
距离计算部，其计算所述第一机器人臂的末端与所述第二机器人臂的末端之间的距离；
距离监视部，其监视由所述距离计算部计算出的所述距离是否为规定值以下；和
速度监视部，其监视所述一个以上的第一马达和所述一个以上的第二马达中的所有马达的动作速度是否超过规定速度，
所述控制装置在由所述距离计算部计算出的所述距离大于所述规定值的情况下，以使所述所有马达的动作速度不超过第一规定速度的方式，控制所述第一机器人臂以及所述第二机器人臂的动作，在由所述距离计算部计算出的所述距离为所述规定值以下的情况下，以使所述所有马达的动作速度不超过比所述第一规定速度低的第二规定速度的方式，控制所述第一机器人臂以及所述第二机器人臂的动作，
所述控制装置在所述所有马达中的任一马达的动作速度超过所述第二规定速度的情况下，使所述第一机器人臂和所述第二机器人臂的动作停止。
2.根据权利要求1所述的机器人的控制装置，其特征在于，
还具备：
外力检测部，其检测作用于所述第一机器人臂的末端和所述第二机器人臂的末端的外力；和
力监视部，其在由所述距离计算部计算出的所述距离为所述规定值以下的情况下，基于由所述外力检测部检测出的外力，以规定的监视基准检测碰撞，
在检测到碰撞的情况下，使所述第一机器人臂和所述第二机器人臂的动作停止。
3.根据权利要求1或2所述的机器人的控制装置，其特征在于，
还具备：
外力检测部，其检测作用于所述第一机器人臂的末端和所述第二机器人臂的末端的外力；和
力监视部，其在由所述距离计算部计算出的所述距离大于所述规定值的情况下，基于由所述外力检测部检测出的外力，以第一监视基准检测碰撞，并且在由所述距离计算部计算出的所述距离为所述规定值以下的情况下，基于由所述外力检测部检测出的外力，以与所述第一监视基准不同的监视基准即第二监视基准检测碰撞，
在检测到碰撞的情况下，使所述第一机器人臂和所述第二机器人臂的动作停止。
4.根据权利要求1或2所述的机器人的控制装置，其特征在于，
所述第一机器人臂和所述第二机器人臂设置成能够绕同轴分别独立地旋转。
5.根据权利要求1或2所述的机器人的控制装置，其特征在于，
所述第一机器人臂的末端的位置为所述第一机器人臂的工具中心点，
所述第二机器人臂的末端的位置为所述第二机器人臂的工具中心点，
所述距离计算部计算所述第一机器人臂的工具中心点与所述第二机器人臂的工具中心点之间的距离。
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