CN114939866B - 机器人监视装置以及机器人系统 - Google Patents

Abstract

一种机器人监视装置以及机器人系统。机器人监视装置具备：位置监视部，具有对机器人的姿态进行计算并对是否与虚拟安全栅干涉进行监视的位置监视功能；以及速度监视部，具有对机器人的速度进行计算并进行监视的速度监视功能。机器人监视装置具有：第一监视模式，在机器人在自动运行模式下进行动作时，在位置监视功能中在机器人与虚拟安全栅干涉的情况下以及在速度监视功能中在机器人的速度超过了第一上限值的情况下，使机器人停止；以及第二监视模式，在机器人在手动运行模式下进行动作时，使位置监视功能无效，并且在速度监视功能中在机器人的速度超过了比第一上限值小的第二上限值的情况下，使机器人停止。

Description

机器人监视装置以及机器人系统

技术领域

本公开涉及机器人监视装置以及机器人系统。

背景技术

在专利文献1中公开了一种利用虚拟安全栅来控制机器人的动作的技术。在该技术中，将虚拟安全栅定义在存储器上，并且定义两处以上内包机器人的一部分的三维空间区域。而且，进行被定义的三维空间区域的预测位置与虚拟安全栅的比对，在被定义的三维空间区域的任一个预测位置包含在虚拟安全栅内的情况下，进行使机械臂的移动停止的控制。

专利文献1：日本专利特开2004-322244号公报

然而，在上述的以往技术中，存在如下问题：在因机器人的预测位置包含在虚拟安全栅而机器人停止了的情况下，重新使机器人成为能够动作的状态的步骤是复杂的。即，在机器人停止之后，需要对机器人的预测位置包含在哪一个虚拟安全栅进行确定，在进行将该确定了的虚拟安全栅无效化的操作之后，使机器人动作，并使机器人的预测位置向不包含在虚拟安全栅的位置处移动。该步骤复杂，而存在有时无法容易地执行的这样的问题。

发明内容

根据本公开的第一方式，提供一种对机器人进行监视的机器人监视装置，其特征在于，对机器人进行监视，所述机器人监视装置具备：位置监视部，具有对根据从设置于所述机器人的各关节的编码器赋予的编码器值来计算所述机器人的姿态并且监视所述机器人是否与虚拟安全栅干涉的位置监视功能；以及速度监视部，具有根据所述编码器值来计算所述机器人的速度并且监视所述机器人的速度是否超过上限值的速度监视功能，所述机器人监视装置具有：第一监视模式，在所述机器人在自动运行模式下进行动作时，在所述位置监视功能中在所述机器人与虚拟安全栅干涉的情况下以及在所述速度监视功能中在所述机器人的速度超过了第一上限值的情况下，使所述机器人停止；以及第二监视模式，在所述机器人在手动运行模式下进行动作时，使所述位置监视功能无效，并且在所述速度监视功能中在所述机器人的速度超过了比所述第一上限值小的第二上限值的情况下，使所述机器人停止。

根据本公开的第二方式，提供一种机器人系统，其特征在于，所述机器人系统具备机器人、控制所述机器人的控制装置和监视所述机器人的机器人监视装置，所述机器人监视装置具备：位置监视部，具有对根据从设置于所述机器人的各关节的编码器赋予的编码器值来计算所述机器人的姿态并且监视所述机器人是否与虚拟安全栅干涉的位置监视功能；以及速度监视部，具有根据所述编码器值来计算所述机器人的速度并且监视所述机器人的速度是否超过上限值的速度监视功能，所述机器人监视装置具有：第一监视模式，在所述机器人在自动运行模式下进行动作时，在所述位置监视功能中在所述机器人与虚拟安全栅干涉的情况下以及在所述速度监视功能中在所述机器人的速度超过了第一上限值的情况下，使所述机器人停止；以及第二监视模式，在所述机器人在手动运行模式下进行动作时，使所述位置监视功能无效，并且在所述速度监视功能中在所述机器人的速度超过了比所述第一上限值小的第二上限值的情况下，使所述机器人停止。

附图说明

图1是机器人系统的结构例的说明图。

图2是示出自动运行模式下的机器人监视装置的功能的框图。

图3是示出手动运行模式下的机器人监视装置的功能的框图。

图4是示出自动运行模式和手动运行模式下的各种状态的说明图。

图5是示出基于机器人监视装置的机器人的监视步骤的流程图。

附图标记说明：

100…机器人；110…基台；120…机械臂；200…控制装置；300…电源切断装置；400…机器人监视装置；410…速度监视装置；420…位置监视装置；430…紧急停止监视部；440…使能开关信号监视部；450…安全输入信号监视部；500…示教器；610…光幕；620…安全门传感器；710…紧急停止按钮；720…使能装置；730…安全输入装置。

具体实施方式

图1是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、电源切断装置300和机器人监视装置400。在进行机器人100的示教时，能够将示教器500连接于控制装置200。在图1的例子中，将机器人监视装置400与控制装置200分体地进行了描绘，但也可以将机器人监视装置400作为插入于与控制装置200相同的壳体内的增设板进行安装。

机器人100具备基台110和机械臂120。机械臂120由四个关节J1～J4依次连接。在机械臂120的前端部的附近设定有作为机器人100的控制点的TCP(Tool Center Point：工具中心点)。“控制点”是成为对机械臂120进行控制的基准的点。TCP能够设定于任意的位置处。机器人100的控制意思是对该TCP的位置和姿态进行控制。在本实施方式中，例示出机械臂10具有四个关节J1～J4的四轴机器人，但能够使用具有任意的臂机构的机器人，其中，该任意的臂机构具有一个以上的关节。此外，本实施方式的机器人100是水平多关节机器人，但也可以使用垂直多关节机器人。

机器人100的作业区域的周围被安全栅CG包围。在安全栅CG设置有人能够出入的安全门DR。在该机器人系统设置有光幕610和安全门传感器620来作为传感器类。光幕610是对通过安全门DR的物体进行检测的光学式传感器。安全门传感器620是对安全门DR的开闭状态进行检测的开闭传感器。能够省略传感器类。

在机械臂120的周围设定有虚拟安全栅VCG。该虚拟安全栅VCG现实并不存在，是在机器人监视装置400的存储器上定义的虚拟的物体。考虑到机器人100的环境和作业内容，预先设定虚拟安全栅VCG。另一方面，安全栅CG是设置于现实的三维空间的现实的物体。虚拟安全栅VCG设定于安全栅CG的内侧。但是，也可以省略安全栅CG。

图2是示出机器人监视装置400的功能的框图。如后述的那样，机器人监视装置400具有机器人100在自动运行模式下进行动作时的第一监视模式、和机器人100在手动运行模式下进行动作时的第二监视模式。图2示出机器人100在自动运行模式下进行动作时的第一监视模式的状态。在自动运行模式下，按照存储在控制装置200中的控制程序，控制装置200将控制指令CTC向机器人100供给并使进行动作。因此，在自动运行模式下，在动作的中途不会收到来自用户的指示，机器人100自动地进行动作。此外，在自动运行模式下，从控制装置200向机器人监视装置400输入自动运行模式有效化信号AES，根据此，机器人监视装置400以适合于自动运行模式的模式来实现机器人100的监视。

机器人监视装置400具有速度监视部410、位置监视部420、紧急停止监视部430、使能开关信号监视部440和安全输入信号监视部450。

速度监视部410具有速度监视功能，该速度监视功能对根据从设置于机器人100的各关节的编码器EJ1～EJ4赋予的编码器值来计算机器人100的速度并且监视机器人100的速度是否超过上限值。在本公开中，“机器人的速度”意思是机器人100的控制点即TCP的速度。

位置监视部420具有位置监视功能，该位置监视功能对根据从编码器EJ1～EJ4赋予的编码器值来计算机器人100的姿态并且监视机器人100是否与虚拟安全栅VCG干涉。在本公开中，“机器人的姿态”意思是机械臂120整体的三维的位置以及姿态。因此，位置监视部420监视机械臂120的任一部分是否与虚拟安全栅VCG重合。在以下的说明中，也将速度监视功能和位置监视功能一并称为“安全功能”。

紧急停止监视部430具有对是否从紧急停止按钮710输入紧急停止信号ESS进行监视的功能。当输入紧急停止信号ESS时，紧急停止监视部430将电源切断指令PSC赋予电源切断装置300，从而切断向机器人100的电源供给。

使能开关信号监视部440具有对从使能装置720输入的使能开关信号ENS是接通还是断开进行监视的功能。使能开关信号监视部440在使能开关信号ENS接通的情况下允许机器人100的动作，当将使能开关信号ENS切换到断开时，使机器人100停止。由用户进行使能装置720的操作。在自动运行模式下不使用基于使能开关信号监视部440的监视功能，而在手动运行模式下使用。

安全输入信号监视部450具有对是否从安全输入装置730输入安全输入信号SIS进行监视的功能。作为安全输入装置730，例如能够使用图1所示的光幕610、安全门开关620。安全输入信号监视部450在自动运行模式下在机器人100进行动作时，当被输入安全输入信号SIS时，将安全功能即位置监视功能和速度监视功能从无效切换到有效。例如，在人进入到安全栅CG之中的情况下，向机器人监视装置400输入安全输入信号SIS，安全功能从无效切换到有效。其结果，机器人监视装置400开始在图2所示的第一监视模式下进行机器人100的监视。当一旦被输入安全输入信号SIS时，会维持在安全输入信号SIS的输入状态被维持的状态、即维持在安全功能有效的状态，直到通过用户进行重置为止。但是，也可以不进行基于安全输入信号SIS的安全功能的切换，而在自动运行模式下使安全功能始终有效。

机器人监视装置400的处理器执行存储在机器人监视装置400的存储器中的计算机程序，从而实现上述的机器人监视装置400的各种功能。此外，也可以通过硬件电路来实现机器人监视装置400的功能的一部分或全部。

如图2所示，在自动运行模式用的第一监视模式下，机器人监视装置400的各部分的功能处于以下的状态。

(1)速度监视部410的速度监视功能有效，以第一上限值V1执行速度监视。

(2)位置监视部420的位置监视功能有效。

(3)紧急停止监视部430的监视功能有效。

(4)使能开关信号监视部440的监视功能无效。

(5)安全输入信号监视部450的监视功能有效。

图3示出机器人100在手动运行模式下进行动作时的第二监视模式的状态。在手动运行模式下，机器人100使用示教器500或控制装置200的操作部，用户通过手动操作机器人100。此外，在手动运行模式下，根据用户的指示，从示教器500或控制装置200向机器人监视装置400输入手动运行模式有效化信号MES，根据此，机器人监视装置400执行基于第二监视模式的机器人100的监视。这样，与基于用户的指示的从自动运行模式向手动运行模式的切换联动地，进行从第一监视模式向第二监视模式的切换。因此，根据用户的指示，能够从自动运行模式用的第一监视模式切换到手动运行模式用的第二监视模式。

在图3所示的第二监视模式下，机器人监视装置400的各部分的功能处于以下的状态。

(1)速度监视部410的速度监视功能有效，以比第一上限值V1小的第二上限值V2来执行速度监视。第二上限值V2例如能够设定为与以工业用机器人的安全规格所规定的手动降低速度相等的值。具体而言，由于在工业用机器人的安全规格即ISO10218中将手动运行模式下的作为上限速度的手动降低速度规定为250mm/秒，因此能够将第二上限值V2设定为250mm/秒。这样一来，能够以充分低的速度使机器人100动作。此外，优选将第二上限值V2设定为比以工业用机器人的安全规格所规定的手动降低速度小的值。这样一来，能够以更低的速度使机器人100动作。根据机器人100的性能、作业内容，能够将自动运行模式下的第一上限值V1设定为比第二上限值V2大的任意的值。

(2)位置监视部420的位置监视功能无效。因此，用户不用考虑机器人100是否与虚拟安全栅VCG干涉，而能够使机器人100动作。

(3)紧急停止监视部430的监视功能有效。

(4)使能开关信号监视部440的监视功能有效。

(5)安全输入信号监视部450的监视功能无效。

如上述那样，在手动运行模式用的第二监视模式下，由于机器人100的速度被限制在第二上限值V2以下，因此机器人100只能缓慢地动作。因此，在机器人100将要与其他物体干涉的情况下，用户能够使用使能装置720、紧急停止按钮710使机器人100停止。其结果，能够不产生与其他物体的干涉而简单地执行使机器人100进行动作直到机器人100不与虚拟安全栅VCG重合的姿态为止并重新在自动运行模式下使机器人100成为能够动作的状态的操作。此外，在第二监视模式下，不管有无输入安全输入信号SIS，都不用在意设定于机器人监视装置400的虚拟安全栅VCG，而能够操作机器人100。

另外，优选在自动运行模式下在因机器人100与虚拟安全栅VCG干涉而停止之后用户选择手动运行模式。由于在手动运行模式用的第二监视模式下位置监视功能变为无效，因此，能够简单地执行使机器人100手动地进行动作直到机器人100不与虚拟安全栅VCG干涉的姿态为止并重新使机器人100成为自动地进行动作的状态的操作。

图4是示出自动运行模式和手动运行模式下的各种状态的说明图。在自动运行模式下，安全输入信号监视部450的监视功能有效，当使安全输入信号向机器人监视装置400输入时，根据此，使安全功能即位置监视功能和速度监视功能从无效切换到有效。另一方面，在手动运行模式下，安全输入信号监视部450的监视功能无效，不管有无输入安全输入信号，位置监视功能都无效，使用第二上限值V2的速度监视功能有效。换言之，在手动运行模式下，不管有无输入安全输入信号，在第二监视模式下都能够监视机器人100的动作。

图5是示出基于机器人监视装置400的机器人100的监视步骤的流程图。通过机器人监视装置400定期地重复执行该控制步骤。

在步骤S110中，机器人监视装置400接收图2以及图3所示的各种信号。在步骤S120中，对运行模式信号是自动运行模式有效化信号AES还是手动运行模式有效化信号MES进行判定。在运行模式信号是自动运行模式有效化信号AES的情况下，执行步骤S210以后的自动运行模式。另一方面，在运行模式信号是手动运行模式有效化信号MES的情况下，执行步骤S310以后的手动运行模式。

在自动运行模式下，在步骤S210中，确认是否输入有安全输入信号SIS。在未输入安全输入信号SIS的情况下，使安全功能即位置监视功能和速度监视功能一直维持无效，结束图5的处理，继续进行基于自动运行模式的机器人100的动作。另一方面，在输入有安全输入信号SIS的情况下，将安全功能从无效切换到有效，按照第一监视模式，执行步骤S220～S250的处理。在步骤S220、S230中，执行使用虚拟安全栅VCG的位置监视，在机器人100的姿态与虚拟安全栅VCG干涉的情况下，使机器人100停止。此外，在步骤S240、S250中，继续进行基于自动运行模式的机器人100的动作，进行使用第一上限值V1的速度监视，在机器人100的速度超过第一上限值V1的情况下，使机器人100停止。

在手动运行模式下，按照第二监视模式，执行步骤S310～S330。在步骤S310、S320中，在手动运行模式下，在用户使机器人100动作的期间，进行使用第二上限值V2的速度监视，在机器人100的速度超过第二上限值V2的情况下，使机器人100停止。此外，在步骤S330中，确认使能开关信号ENS，在使能开关信号ENS被断开的情况下，使机器人100停止。如从图5的步骤能够理解的那样，在机器人监视装置400在第一监视模式下进行监视时，当用户从自动运行模式切换到手动运行模式时，监视模式从第一监视模式切换到第二监视模式。换言之，与基于用户的指示的从自动运行模式向手动运行模式的切换联动地，进行从第一监视模式向第二监视模式的切换。

如以上那样，在本实施方式中，在手动运行模式下，由于使使用虚拟安全栅VCG的位置监视功能无效，并且使速度监视功能中的上限值为比自动运行模式小的值，因此能够不产生与其他物体的干涉而简单地执行使机器人100进行动作直到机器人100不与虚拟安全栅VCG干涉的姿态为止的操作。

本公开并不限于上述的实施方式，在不脱离其宗旨的范围内能够通过各种方式来实现。例如，本公开也能够通过以下的方式(aspect)来实现。为了解决本公开的课题的一部分或全部、或者为了达成本公开的效果的一部分或全部，与以下所记载的各方式中的技术特征对应的上述实施方式中的技术特征能够适当地进行替换、组合。此外，如果该技术特征在本说明书中未被说明为是必须的，则能够适当地进行删除。

(1)根据本公开的第一方式，提供一种对机器人进行监视的机器人监视装置。机器人监视装置具备：位置监视部，具有对根据从设置于所述机器人的各关节的编码器赋予的编码器值来计算所述机器人的姿态并且监视所述机器人是否与虚拟安全栅干涉的位置监视功能；以及速度监视部，具有根据所述编码器值来计算所述机器人的速度并且监视所述机器人的速度是否超过上限值的速度监视功能。所述机器人监视装置具有：第一监视模式，在所述机器人在自动运行模式下进行动作时，在所述位置监视功能中在所述机器人与虚拟安全栅干涉的情况下以及在所述速度监视功能中在所述机器人的速度超过了第一上限值的情况下，使所述机器人停止；以及第二监视模式，在所述机器人在手动运行模式下进行动作时，使所述位置监视功能无效，并且在所述速度监视功能中在所述机器人的速度超过了比所述第一上限值小的第二上限值的情况下，使所述机器人停止。

根据该机器人监视装置，在手动运行模式下，由于使使用虚拟安全栅的位置监视功能无效，并且使速度监视功能中的上限值为比自动运行模式小的值，因此能够不产生与其他物体的干涉而简单地执行使机器人进行动作直到机器人不与虚拟安全栅干涉的姿态为止的操作。

(2)在上述机器人监视装置中，也可以在所述自动运行模式下，在将对是使所述位置监视功能和所述速度监视功能有效还是无效进行切换的安全输入信号输入到所述机器人监视装置时，所述位置监视功能和所述速度监视功能从无效切换到有效，执行基于所述第一监视模式的所述机器人的监视，在所述手动运行模式下，不管所述安全输入信号是否输入到所述机器人监视装置，都执行基于所述第二监视模式的所述机器人的监视。

根据该机器人监视装置，在手动运行模式下，不管有无输入安全输入信号，都能够在第二监视模式下监视机器人的动作。

(3)在上述机器人监视装置中，也可以是，从所述第一监视模式向所述第二监视模式的切换与基于用户的指示的从所述自动运行模式向所述手动运行模式的切换联动地进行。

根据该机器人监视装置，根据用户的指示，能够从自动运行模式用的第一监视模式切换到手动运行模式用的第二监视模式。

(4)在上述机器人监视装置中，也可以在所述自动运行模式下在因所述机器人与所述虚拟安全栅干涉而停止之后，能够选择所述手动运行模式。

根据该机器人监视装置，在自动运行模式下在因机器人与虚拟安全栅干涉而停止之后，能够简单地执行使用手动运行模式使机器人进行动作直到机器人不与虚拟安全栅干涉的姿态为止并重新使机器人成为能够动作的状态的操作。

(5)在上述机器人监视装置中，所述第二上限值也可以是以工业用机器人的安全规格所规定的手动降低速度。

根据该机器人监视装置，能够使机器人以充分低的速度进行动作。

(6)在上述机器人监视装置中，所述第二上限值也可以是比以工业用机器人的安全规格所规定的手动降低速度小的值。

根据该机器人监视装置，能够使机器人以更低的速度进行动作。

(7)根据本公开的第二方式，提供一种具备机器人、控制所述机器人的控制装置和监视所述机器人的机器人监视装置的机器人系统。机器人监视装置具备：位置监视部，具有对根据从设置于所述机器人的各关节的编码器赋予的编码器值来计算所述机器人的姿态并且监视所述机器人是否与虚拟安全栅干涉的位置监视功能；以及速度监视部，具有根据所述编码器值来计算所述机器人的速度并且监视所述机器人的速度是否超过上限值的速度监视功能。所述机器人监视装置具有：第一监视模式，在所述机器人在自动运行模式下进行动作时，在所述位置监视功能中在所述机器人与虚拟安全栅干涉的情况下以及在所述速度监视功能中在所述机器人的速度超过了第一上限值的情况下，使所述机器人停止；以及第二监视模式，在所述机器人在手动运行模式下进行动作时，使所述位置监视功能无效，并且在所述速度监视功能中在所述机器人的速度超过了比所述第一上限值小的第二上限值的情况下，使所述机器人停止。

根据该机器人系统，在手动运行模式下，由于使使用虚拟安全栅的位置监视功能无效，并且使速度监视功能中的上限值为比自动运行模式小的值，因此能够不产生与其他物体的干涉而简单地执行使机器人进行动作直到机器人不与虚拟安全栅干涉的姿态为止的操作。

Claims (6)

1.一种机器人监视装置，其特征在于，对机器人进行监视，

所述机器人监视装置具备：

位置监视部，具有对根据从设置于所述机器人的各关节的编码器赋予的编码器值来计算所述机器人的姿态并且监视所述机器人是否与虚拟安全栅干涉的位置监视功能；以及

速度监视部，具有根据所述编码器值来计算所述机器人的速度并且监视所述机器人的速度是否超过上限值的速度监视功能，

所述机器人监视装置具有：

第一监视模式，在所述机器人在自动运行模式下进行动作时，在所述位置监视功能中在所述机器人与虚拟安全栅干涉的情况下以及在所述速度监视功能中在所述机器人的速度超过了第一上限值的情况下，使所述机器人停止；以及

第二监视模式，在所述机器人在手动运行模式下进行动作时，使所述位置监视功能无效，并且在所述速度监视功能中在所述机器人的速度超过了比所述第一上限值小的第二上限值的情况下，使所述机器人停止，

从所述第一监视模式向所述第二监视模式的切换与基于用户的指示的从所述自动运行模式向所述手动运行模式的切换联动地进行。

2.根据权利要求1所述的机器人监视装置，其特征在于，

在所述自动运行模式下，在将用于切换所述位置监视功能和所述速度监视功能有效还是无效的安全输入信号输入到所述机器人监视装置时，所述位置监视功能和所述速度监视功能从无效切换到有效，执行基于所述第一监视模式的所述机器人的监视，

在所述手动运行模式下，不管所述安全输入信号是否输入到所述机器人监视装置，都执行基于所述第二监视模式的所述机器人的监视。

3.根据权利要求1所述的机器人监视装置，其特征在于，

在所述自动运行模式下在因所述机器人与所述虚拟安全栅干涉而停止之后，能够选择所述手动运行模式。

4.根据权利要求1或2所述的机器人监视装置，其特征在于，

所述第二上限值是以工业用机器人的安全规格所规定的手动降低速度。

5.根据权利要求1或2所述的机器人监视装置，其特征在于，

所述第二上限值是比以工业用机器人的安全规格所规定的手动降低速度小的值。

6.一种机器人系统，其特征在于，

所述机器人系统具备机器人、控制所述机器人的控制装置和监视所述机器人的机器人监视装置，

所述机器人监视装置具备：

位置监视部，具有对根据从设置于所述机器人的各关节的编码器赋予的编码器值来计算所述机器人的姿态并且监视所述机器人是否与虚拟安全栅干涉的位置监视功能；以及

速度监视部，具有根据所述编码器值来计算所述机器人的速度并且监视所述机器人的速度是否超过上限值的速度监视功能，

所述机器人监视装置具有：

第一监视模式，在所述机器人在自动运行模式下进行动作时，在所述位置监视功能中在所述机器人与虚拟安全栅干涉的情况下以及在所述速度监视功能中在所述机器人的速度超过了第一上限值的情况下，使所述机器人停止；以及

第二监视模式，在所述机器人在手动运行模式下进行动作时，使所述位置监视功能无效，并且在所述速度监视功能中在所述机器人的速度超过了比所述第一上限值小的第二上限值的情况下，使所述机器人停止，

从所述第一监视模式向所述第二监视模式的切换与基于用户的指示的从所述自动运行模式向所述手动运行模式的切换联动地进行。