CN115243846A

CN115243846A - 机器人的控制装置、机器人系统、机器人控制方法

Info

Publication number: CN115243846A
Application number: CN202180020335.8A
Authority: CN
Inventors: 内藤康广
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2021-03-05
Publication date: 2022-10-25
Also published as: WO2021182356A1; JPWO2021182356A1; US20230120261A1; DE112021001568T5

Abstract

以往，要求一种可靠地确保机器人周围的物体的安全，并且维持机器人的作业效率的技术。机器人(12)的控制装置(50)具有：外力取得部(60)，其取得在机器人(12)进行动作时施加于可动要素的外力；第一条件判定部(66)，其判定是否满足第一条件，该第一条件是超过预先决定的第一阈值的外力被施加于可动要素；第二条件判定部(68)，其判定是否满足第二条件，该第二条件是可动要素正在移动；动作控制部(70)，其在满足第一条件和第二条件双方时停止机器人(12)的动作，另一方面，在不满足第一条件和第二条件中的至少一方时继续机器人(12)的动作。

Description

机器人的控制装置、机器人系统、机器人控制方法

技术领域

本发明涉及机器人的控制装置、机器人系统、机器人控制方法。

背景技术

已知有以在与周围的物体接触时使动作停止的方式控制机器人的控制装置(例如，专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-199174号公报

发明内容

发明要解决的课题

以往，要求可靠地确保机器人周围的物体(例如，作业员)的安全，并且维持机器人的作业效率的技术。

用于解决课题的手段

在本公开的一方式中，具有可动要素的机器人的控制装置具有：外力取得部，其取得在机器人进行动作时施加于可动要素的外力；第一条件判定部，其判定是否满足第一条件，该第一条件是超过预先决定的第一阈值的外力被施加于可动要素；第二条件判定部，其判定是否满足第二条件，该第二条件是可动要素正在移动；动作控制部，其在满足第一条件和第二条件双方时停止机器人的动作，另一方面，在不满足第一条件和第二条件中的至少一方时继续机器人的动作。

在本公开的其他方式中，具有可动要素的机器人的控制方法中，取得在机器人进行动作时施加于可动要素的外力，判定是否满足第一条件，该第一条件是超过预先决定的第一阈值的外力被施加于可动要素，判定是否满足第二条件，该第二条件是可动要素正在移动，在满足第一条件和第二条件双方时停止机器人的动作，另一方面，在不满足第一条件和第二条件中的至少一方时继续机器人的动作。

发明效果

根据本公开，在满足第一条件和第二条件双方的情况下，使机器人的动作停止而可靠地确保作业的安全性，另一方面，在不满足第一条件和第二条件中的至少一方的情况下，通过使机器人的动作继续，能够防止作业的效率性降低。

附图说明

图1是一实施方式的机器人系统的图。

图2是图1所示的机器人系统的框图。

图3是表示机器人控制方法的一例的流程图。

图4是表示机器人控制方法的其他例子的流程图。

图5是其他实施方式的机器人系统的图。

图6是图5所示的机器人系统的框图。

图7是另一实施方式的机器人系统的图。

图8是图7所示的机器人系统的框图。

图9是表示机器人控制方法的另一例的流程图。

图10是表示图9中的步骤S32的一例的流程图。

图11是表示图9中的步骤S34的一例的流程图。

具体实施方式

以下，根据附图对本公开的实施方式进行详细说明。此外，在以下说明的各种实施方式中，对一样的要素标注相同的附图标记，省略重复的说明。首先，参照图1以及图2，对一实施方式的机器人系统10进行说明。机器人系统10具有机器人12和控制该机器人12的控制装置50。

在本实施方式中，机器人12是垂直多关节型机器人，具有：机器人基座14、回转体16、下臂部18、上臂部20、手腕部22以及末端执行器24。机器人基座14被固定于工件单元的地板A。回转体16以能够绕铅垂轴回转的方式设置于机器人基座14。下臂部18以能够绕水平轴转动的方式设置于回转体16。上臂部20以能够转动的方式设置于下臂部18的顶端部。

手腕部22以能够转动的方式设置于上臂部20的顶端部，末端执行器24以能够装卸的方式安装于手腕部22的顶端部。手腕部22也可以构成为使末端执行器24绕相互正交的多个轴转动。末端执行器24例如是机械手、焊炬、切削工具、激光加工头或涂料涂敷器等，对工件(未图示)进行规定的作业(工件处理、焊接、切削加工、激光加工、涂敷等)。

机器人12还具有：第一伺服电动机26、第一关节轴28、第二伺服电动机30、第二关节轴32、第三伺服电动机34、第三关节轴36、第四伺服电动机38以及第四关节轴40。第一伺服电动机26内置于机器人基座14，使第一关节轴28绕铅垂轴转动。第一关节轴28与回转体16连结，使第一伺服电动机26的旋转力传递至回转体16。

第二伺服电动机30设置于回转体16，使第二关节轴32绕水平轴转动。第二关节轴32与下臂部18连结，使第二伺服电动机30的旋转力传递至下臂部18。第三伺服电动机34设置于下臂部18，使第三关节轴36转动。第三关节轴36与上臂部20连结，使第三伺服电动机34的旋转力传递至上臂部20。第四伺服电动机38设置于上臂部20，使第四关节轴40转动。第四关节轴40与手腕部22连结，使第四伺服电动机38的旋转力传递至手腕部22。

这些多个伺服电动机26、30、34及38在来自控制装置50的指令下，分别使关节轴28、32、36及40转动，由此，分别使回转体16、下臂部18、上臂部20、以及手腕部22和末端执行器24转动。因此，关节轴28、32、36及40与回转体16、下臂部18、上臂部20、手腕部22及末端执行器24构成机器人12的可动要素。

在本实施方式中，在关节轴28、32、36及40分别设置有多个力传感器42、44、46及48。力传感器42、44、46及48分别是扭矩传感器。具体而言，第一力传感器42检测施加于第一关节轴28的力(具体而言，扭矩)，第二力传感器44检测施加于第二关节轴32的力(具体而言，扭矩)。

另外，第三力传感器46检测施加于第三关节轴36的力(具体而言，扭矩)，第四力传感器48检测施加于第四关节轴40的力(具体而言，扭矩)。第一力传感器42、第二力传感器44、第三力传感器46以及第四力传感器48将检测出的力(扭矩)的检测数据分别发送至控制装置50。

控制装置50是具有处理器52、存储器54以及I/O接口56的计算机。处理器52具有CPU或GPU等，经由总线58以能够通信的方式与存储器54及I/O接口56连接。处理器52与存储器54以及I/O接口56进行通信，并且进行用于实现后述的控制装置50的各种功能的运算。

存储器54具有RAM或ROM等，暂时或永久地存储各种数据。存储器54预先储存用于使机器人12执行规定的作业的作业程序WP。作业程序WP是包含为了作业而应该对末端执行器24进行定位的示教点的位置数据、用于向该示教点对末端执行器24进行定位的命令语句、以及2个示教点间的移动轨迹及移动速度的信息的计算机程序。该作业程序WP例如能够通过对机器人12示教将末端执行器24依次定位于示教点的动作来构建。

I/O接口56例如具有以太网(注册商标)端口、USB端口、光纤连接器或HDMI(注册商标)端子等，在处理器52的指令下，以无线或有线的方式与外部设备进行数据通信。在本实施方式中，伺服电动机26、30、34及38与力传感器42、44、46及48以能够通信的方式与I/O接口56连接。

处理器52按照储存在存储器54中的作业程序WP，经由I/O接口56向各伺服电动机26、30、34及38发送指令，为了使机器人12执行规定的作业而使该机器人12(具体而言，可动要素)动作。另外，处理器52经由I/O接口56取得在机器人12进行动作时由力传感器42、44、46及48检测出的检测数据，存储在存储器54中。

接下来，参照图3，对控制装置50执行的机器人控制流程的一例进行说明。在处理器52从操作员、上位控制器或计算机程序(例如，上述的作业程序WP)受理自动作业开始指令时开始图3所示的流程。

在步骤S1中，处理器52开始机器人12的动作。具体而言，处理器52按照作业程序WP向各伺服电动机26、30、34及38发送指令，开始通过机器人12的可动要素使末端执行器24向各示教点移动，并且通过该末端执行器24进行针对工件的作业的一连串的动作。

在步骤S2中，处理器52开始取得施加于机器人12的可动要素的外力。具体而言，处理器52从第一力传感器42、第二力传感器44、第三力传感器46以及第四力传感器48连续地(例如，周期地)取得检测数据。

另一方面，处理器52每次取得检测数据时，分别计算因机器人12的质量和该机器人12进行动作而产生的惯性力而作用于第一力传感器42、第二力传感器44、第三力传感器46以及第四力传感器48的力(在本说明书中称为“内力”)。这些内力能够通过将机器人12的各可动要素的质量、机器人12的姿势以及机器人12的各可动要素的移动速度代入已知的运动力学方程式来计算。

并且，处理器52从第一力传感器42的检测数据(即，施加于第一关节轴28的扭矩)减去作用于该第一力传感器42的内力的成分，由此，计算施加于第一关节轴28的外力扭矩ET₁。同样地，处理器52从第二力传感器44、第三力传感器46以及第四力传感器48的检测数据(即，施加于第二关节轴32、第三关节轴36以及第四关节轴40的扭矩)分别减去对应的内力的成分，由此，分别计算施加于第二关节轴32、第三关节轴36以及第四关节轴40的外力扭矩ET₂、ET₃以及ET₄。

这样，处理器52根据力传感器42、44、46、48的检测数据，取得外力扭矩ET_n(n＝1、2、3、4)。因此，在本实施方式中，处理器52作为外力取得部60(图2)发挥功能，该外力取得部60取得在机器人12进行动作时施加于可动要素(关节轴28、32、36、40)的外力(外力扭矩)ET_n。

在步骤S3中，处理器52开始取得机器人12的可动要素的移动信息。具体而言，处理器52取得第一关节轴28的移动方向MD₁和移动速度MV₁、第二关节轴32的移动方向MD₂和移动速度MV₂、第三关节轴36的移动方向MD₃和移动速度MV₃、以及第四关节轴40的移动方向MD₄和移动速度MV₄作为移动信息。

作为一例，在伺服电动机26、30、34及38(或关节轴28、32、36及40)分别设置旋转检测器(编码器、或霍尔元件等)。这些旋转检测器分别检测伺服电动机26、30、34以及38(或者关节轴28、32、36以及40)的旋转位置(或者旋转角度)，作为位置反馈FB被发送至控制装置50。处理器52能够根据来自旋转检测器的位置反馈FB，取得移动方向MD_n和移动速度MV_n(n＝1、2、3、4)。

作为其他例子，处理器52也可以根据向各伺服电动机26、30、34及38发送的指令(位置指令、速度指令等)，取得移动方向MD_n以及移动速度MV_n。作为另外其他例，处理器52也可以解析作业程序WP，根据该作业程序WP所包含的示教点的位置数据、命令语句、移动轨迹或移动速度等信息，取得移动方向MD_n及移动速度MV_n。这样，在本实施方式中，处理器52作为取得可动要素(关节轴28、32、36、40)的移动方向MD_n的移动方向取得部62(图2)以及取得可动要素的移动速度MV_n的速度取得部64发挥功能。

此外，在本实施方式中，移动方向MD_n表示第n关节轴28、32、36、40的旋转方向，移动速度MV_n表示第n关节轴28、32、36、40的旋转速度(转速)。处理器52也可以在该步骤S3开始后，与在上述的步骤S2中取得外力扭矩ET_n同步(具体而言，同时)地取得移动信息(移动方向MD_n以及移动速度MV_n)。

在步骤S4中，处理器52将确定第n关节轴28、32、36、40的编号“n”设置为“1”。在步骤S5中，处理器52判定是否满足第一条件，该第一条件是超过预先决定的阈值α_n(第一阈值)的外力扭矩ET_n被施加于第n关节轴28、32、36或40。

在此，在本实施方式中，处理器52在第n关节轴28、32、36或40的移动方向MD_n的相反方向的外力扭矩ET_n超过了阈值α_n时，判定为满足第一条件。以下，对在该步骤S4的开始时间点设置为n＝3的情况进行说明。

该情况下，处理器52判定最近取得的、施加于第三关节轴36的外力扭矩ET₃的方向是否与和该外力扭矩ET₃同步地取得的第三关节轴36的移动方向MD₃相反，且外力扭矩ET₃的大小是否超过阈值α₃。处理器52在外力扭矩ET₃的方向与移动方向MD₃相反，且其大小超过阈值α₃的情况下，针对第三关节轴36判定为满足第一条件(即，是)，进去到步骤S6。

另一方面，在外力扭矩ET₃的大小小于阈值α₃的情况下，或者，在外力扭矩ET₃作用于移动方向MD₃的情况下，处理器52针对第三关节轴36判定为不满足第一条件(即，否)，进入到步骤S7。这样，在本实施方式中，处理器52作为判定是否满足第一条件的第一条件判定部66(图2)发挥功能，该第一条件是超过阈值α_n的外力ET_n被施加于可动要素(第n关节轴28、32、36或40)。

在步骤S6中，处理器52判定是否满足第二条件，该第二条件是第n关节轴28、32、36或40正在移动。具体而言，处理器52在与在最近的步骤S5中判定第一条件时的外力扭矩ET_n同步地取得的、第n关节轴28、32、36或40的移动速度MV_n超过预先决定的阈值β_n(第二阈值)时，判定为满足第二条件。

假设，在该步骤S6的开始时间点设置为n＝3时，处理器52在与在最近的步骤S5中判定第一条件时的外力扭矩ET₃同步地取得的、第三关节轴36的移动速度MV₃超过阈值β₃时，针对第三关节轴36判定为满足第二条件(即，是)。处理器52在判定为是的情况下进入到步骤S10。

另一方面，在移动速度MV₃比阈值β₃小的情况下，处理器52针对第三关节轴36判定为不满足第二条件(即，否)，进入到步骤S7。这样，在本实施方式中，处理器52作为判定是否满足第二条件的第二条件判定部68(图2)发挥功能，该第二条件是可动要素(第n关节轴28、32、36或40)正在移动。

此外，处理器52也可以在该步骤S6中，在第n关节轴28、32、36或40的加速度a_n超过预先决定的阈值γ_n的情况下，判定为满足第二条件。例如，能够通过对与在最近的步骤S5中判定第一条件时的外力扭矩ET_n同步地取得的移动速度MV_n进行时间微分，由此，求出该加速度a_n。

在步骤S7中，处理器52使确定第n关节轴28、32、36、40的编号“n”增加“1”(n＝n+1)。在步骤S8中，处理器52判定确定第n关节轴28、32、36、40的编号“n”是否为“5”以上。该数“5”是机器人12的关节轴28、32、36、40的总数+1的数。

处理器52在n＝5的情况下判定为是，进入到步骤S9，另一方面，在n≤4的情况下判定为否，返回到步骤S5。这样，处理器52循环进行步骤S5～S8，直到在步骤S6或S8中判定为是为止，针对各个关节轴28、32、36以及40依次判定是否满足第一条件以及第二条件。

在步骤S9中，处理器52判定机器人12的一连串的动作是否结束。例如，处理器52能够根据作业程序WP以及位置反馈FB的信息，判定机器人12的动作是否结束。处理器52在判定为机器人12的动作结束(即，是)的情况下，停止机器人12，结束图3所示的流程。另一方面，处理器52在判定为机器人12的动作未结束(即，否)的情况下，返回到步骤S4。然后，处理器52循环进行步骤S4～S9，直到在步骤S6或S9中判定为是为止。

另一方面，在步骤S6中判定为是的情况下，在步骤S10中，处理器52停止机器人12的动作。作为一例，处理器52向所有的伺服电动机26、30、34及38发送停止指令，使这些伺服电动机26、30、34及38的动作同时停止，由此，使机器人12的动作停止。

作为其他例子，在各个伺服电动机26、30、34以及38设置对该伺服电动机26、30、34以及38的输出轴(或者关节轴28、32、36以及40)进行制动的制动机构。并且，处理器52也可以通过使这些制动机构工作来使伺服电动机26、30、34以及38的输出轴(或者关节轴28、32、36以及40)的旋转动作停止，由此，使机器人12紧急停止。

在步骤S11中，处理器52使机器人12执行退避动作。作为一例，处理器52也可以使第n关节轴28、32、36及40向与最近取得的移动方向MD_n的相反方向MD_n'旋转(即，使第n关节轴反转)，由此，使机器人12退避。

或者，处理器52也可以根据最近取得的外力扭矩ET₁、ET₂、ET₃以及ET₄，确定对机器人12施加外力的位置以及该外力的方向，使与该位置对应的可动要素(例如，下臂部18、上臂部20、手腕部22、末端执行器24)向该外力的方向的相反方向移动，由此，使机器人12退避。

如上所述，处理器52在针对1个关节轴28、32、36或40满足了第一条件以及第二条件双方时(即，在步骤S5和S6中判定为是)，在步骤S10中停止机器人12的动作，另一方面，在不满足第一条件以及第二条件中的至少一方时，使机器人12的动作继续，直到在步骤S9中判定为是为止。因此，处理器52作为这样控制机器人12的动作的动作控制部70(图2)发挥功能。

这样，在本实施方式中，只要不对移动中的可动要素(关节轴28、32、36、40)施加过度的外力，就不使机器人12停止，而使机器人12继续动作。在此，在机器人12进行动作时，在移动中的可动要素(回转体16、下臂部18、上臂部20、手腕部22、末端执行器24)意外地与周围的物体(障碍物、作业员等)碰撞的情况下，较大的碰撞力可能作用于该物体。在这样的情况下，从物体施加于机器人12的外力较强地作用于移动中的可动要素。

另一方面，假设，在机器人12动作时，在一部分可动要素(例如，上臂部20)正在移动，而其他可动要素(例如，回转体16)停止的情况下，即使外力施加于处于停止的可动要素，停止中的可动要素也不会与周围的物体进一步碰撞，因此，有时能够确保安全性。

根据本实施方式，在满足了第一条件以及第二条件双方的情况下，对周围的物体赋予较大的力的可能性高，因此，使机器人12的动作停止而可靠地确保作业的安全性，另一方面，在不满足第一条件以及第二条件中的至少一方的情况下，通过使机器人12的动作继续，能够防止作业的效率性降低。

关于该效果，在以本实施方式为例进一步详细叙述时，假设，处理器52在步骤S1中开始的机器人12的动作中，使第一关节轴28旋转，另一方面，使第二关节轴32、第三关节轴36以及第四关节轴40停止。该情况下，位于该第一关节轴28的顶端侧的回转体16、下臂部18、上臂部20、手腕部22以及末端执行器24绕该第一关节轴28旋转。

此时，若旋转中的可动要素(回转体16、下臂部18、上臂部20、手腕部22或者末端执行器24)意外地与周围的物体(障碍物、作业员等)碰撞，施加于第一关节轴28的外力扭矩ET₁超过阈值α1，则处理器52在步骤S5以及S6中判定为是，在步骤S10中使机器人12的动作停止。

另一方面，假设，此时施加于第一关节轴28的外力扭矩ET₁不超过阈值α₁，另一方面，即使施加于第二关节轴32、第三关节轴36或第四关节轴40的外力扭矩ET₂、ET₃或ET₄超过阈值α₂、α₃或α₄，由于该第二关节轴32、第三关节轴36或第四关节轴40不旋转，因此处理器52在步骤S6中判定为否，继续机器人12的动作。

在第一关节轴28的旋转中可动要素(回转体16、下臂部18、上臂部20、手腕部22或末端执行器24)与周围的物体碰撞时，必然会对第一关节轴28施加较大的外力扭矩ET₁。因此，在该外力扭矩ET₁不超过阈值α₁的情况下，即使假设此时的外力扭矩ET₂、ET₃或ET₄超过了阈值α₂、α₃或α₄，也能够视为该外力扭矩ET₂、ET₃或ET₄并非由机器人12的动作(即，第一关节轴28的旋转)引起，从而能够推定为对周围的物体赋予较大的力的可能性低。这样，在不满足第一条件以及第二条件中的至少一方的情况下使机器人12的动作继续，由此，能够防止作业的效率性降低。

另外，在本实施方式中，处理器52在移动方向MD_n的相反方向MD_n'的外力扭矩ET_n超过阈值α_n时判定为满足第一条件。在此，在移动中的可动要素意外地与周围的物体碰撞的情况下，从该物体施加于该可动要素的外力作为碰撞的反作用而向相反的方向MD_n'较强地作用。

另一方面，例如，在机器人12与作业员协作的情况下，在作业员有意地对机器人12的规定的可动要素(例如，末端执行器24)施加外力而使该可动要素移动的情况下，该外力的方向与可动要素的移动方向大致一致。

根据本实施方式，根据相反的方向MD_n'的外力扭矩ET_n来判定第一条件，由此，在移动中的可动要素意外地与周围的物体碰撞的可能性高的情况下，能够使机器人12停止，另一方面，在如上述那样作业员为了协作作业而有意地对机器人12施加外力的情况下，能够使机器人12继续动作。因此，能够可靠地确保作业的安全性，并且能够防止协作作业等的效率性降低。

另外，在本实施方式中，在机器人12停止后使该机器人12执行退避动作(步骤S11)。根据该结构，能够更有效地确保周围的物体的安全性。但是，也可以省略步骤S11，处理器52仅在步骤S10中停止机器人12。

此外，在上述的步骤S5中，处理器52也可以不判定外力扭矩ET_n的方向是否与移动方向MD_n相反，而无论是哪个方向的外力扭矩ET_n，在其大小超过阈值α_n的情况下也可以判定为满足第一条件(即，是)。该情况下，处理器52在上述的步骤S3中不需要取得移动方向MD_n，因此，能够从控制装置50省略移动方向取得部62。

另外，在上述的步骤S6中，处理器52也能够不对移动速度MV_n和阈值β_n进行比较，而判定是否满足第二条件。例如，处理器52也可以在来自上述的旋转检测器的位置反馈FB的值发生了变动的情况下，判定为第n关节轴28、32、36或40正在移动(即，满足第二条件)。

取而代之，处理器52也可以根据对第n伺服电动机26、30、34或38的指令、或作业程序WP所包含的命令语句等，判定第n关节轴28、32、36或40是否正在移动。该情况下，处理器52在步骤S3中不需要取得移动速度MV_n，因此，能够从控制装置50省略速度取得部64。

另外，也能够变更图3所示的流程的各过程的顺序。作为一例，处理器52也可以在步骤S4之后执行步骤S6，判定是否满足第二条件，在判定为满足第二条件(是)的情况下执行步骤S5来判定是否满足第一条件，在判定为是的情况下进入到步骤S10。即，该情况下，处理器52针对判定为正在移动的可动要素(第n关节轴)判定第一条件(即，外力扭矩ET_n是否超过阈值α_n)。

作为其他例，处理器52也可以在步骤S1之后执行步骤S4，在该步骤S4之后执行步骤S6来判定是否满足第二条件。并且，处理器52也可以在判定为满足第二条件(是)的情况下，执行步骤S2来取得施加于第n关节轴28、32、36或40的外力扭矩ET_n，接着执行步骤S3来取得该第n关节轴28、32、36或40的移动信息。

然后，也可以在该步骤S3之后执行步骤S5来判定是否满足第一条件，在判定为是的情况下进入到步骤S10。即，该情况下，处理器52针对判定为正在移动的可动要素(第n关节轴)，执行外力扭矩ET_n的取得、移动信息的取得、以及第一条件的判定的一连串的方案。

接下来，参照图4，对控制装置50执行的机器人控制流程的其他例进行说明。此外，在图4所示的流程中，对与图3所示的流程一样的过程标注相同的步骤编号，省略重复的说明。在处理器52受理上述的自动作业开始指令时开始图4所示的流程。

在步骤S1之后，在步骤S21中，处理器52作为外力取得部60发挥功能，取得施加于机器人12的可动要素的外力EF。具体而言，处理器52从第一力传感器42、第二力传感器44、第三力传感器46以及第四力传感器48取得检测数据，从该检测数据分别减去对应的内力的成分，由此，分别计算外力扭矩ET₁、ET₂、ET₃以及ET₄。

并且，处理器52根据这些外力扭矩ET₁、ET₂、ET₃以及ET₄，取得施加于机器人12的外力EF。在此，施加于机器人12的规定部位(例如，末端执行器24)的外力EF作用在位于该规定部位的基端侧的所有关节轴28、32、36、40。

在此，在对机器人12的规定部位施加了规定的大小以及方向的外力EF时作用于关节轴28、32、36、40的外力扭矩ET能够根据运动力学方程式、实验的方法、或者模拟等而设为已知。换言之，能够根据作用于关节轴28、32、36、40的外力扭矩来推定被施加了外力EF的机器人12的部位和该外力EF的大小以及方向。

处理器52根据计算出的外力扭矩ET₁、ET₂、ET₃以及ET₄，确定对机器人12的哪个可动要素(回转体16、下臂部18、上臂部20、手腕部22或者末端执行器24)施加了外力EF，并且取得该外力EF的大小以及方向。

在步骤S22中，处理器52取得在最近的步骤S21中确定为被施加了外力EF的可动要素的移动信息。假设，在最近的步骤S21中确定为对机器人12的上臂部20施加了外力EF的情况下，处理器52作为上述的速度取得部64发挥功能，取得上臂部20的移动速度MV_U(或加速度)作为移动信息。

该移动速度MV_U可以是为了控制机器人12而针对该机器人12设定的机器人坐标系(或者规定作业单元的3维空间的世界坐标系)中的上臂部20的移动速度MV_U，或者也可以是该上臂部20相对于与上臂部20的基端侧连结的下臂部18的移动速度(即，旋转速度)MV_U。

例如，处理器52能够根据来自配置于上臂部20的基端侧的伺服电动机26、30以及34的旋转检测器的位置反馈FB、对该伺服电动机26、30以及34的指令、或者作业程序WP所包含的信息(命令语句等)，取得移动速度MV_U。另外，处理器52作为上述的移动方向取得部62发挥功能，根据位置反馈FB、指令或作业程序WP，取得上臂部20的移动方向MD_U。该移动速度MD_U可以是上述机器人坐标系(或世界坐标系)中的上臂部20的移动方向MD_U，或者也可以是该上臂部20相对于与上臂部20的基端侧连结的下臂部18的移动方向(即，旋转方向)MD_U。

在步骤S23中，处理器52作为第一条件判定部66发挥功能，判定是否满足第一条件，该第一条件是超过预先决定的阈值δ(第一阈值)的外力FT被施加于可动要素。例如，对作为可动要素的回转体16、下臂部18、上臂部20、手腕部22以及末端执行器24分别设定相互不同的外力EF的阈值δ₁、δ₂、δ₃、δ₄以及δ₅。

以下，对在最近的步骤S21中确定为对机器人12的上臂部20施加了外力EF的情况进行说明。该情况下，处理器52在上臂部20的移动方向MD_U的相反方向MD_U'的外力EF_U超过阈值δ₃时，判定为满足第一条件(即，是)。

具体而言，处理器52判定在最近的步骤S21中取得的外力EF_U的方向是否与在最近的步骤S22中取得的上臂部20的移动方向MD_U相反，且外力EF_U的大小是否超过阈值δ₃。处理器52在外力EF_U的方向与移动方向MD_U相反，且其大小超过阈值δ₃的情况下，判定为满足第一条件(即，是)。

此时，处理器52也可以在外力EF_U的方向与移动方向MD_U之间的角度θ为规定的范围(例如，θ＞90°的范围)的情况下，判定为外力扭矩ET_n的方向是移动方向MD_n的相反方向。或者，处理器52也可以在外力EF_U的单位向量与移动方向MD_U的单位向量的内积IP为规定的范围(例如，IP＜0的范围)的情况下，判定为外力扭矩ET_n的方向是移动方向MD_n的相反方向。

取而代之，处理器52也可以求出取得的外力EF_U的、移动方向MD_U的相反方向的成分EF_U'，判定该成分EF_U'是否超过阈值δ₃，在该成分EF_U'超过阈值δ₃的情况下判定为是。处理器52在该步骤S23中判定为是的情况下，进入到步骤S24，另一方面，在判定为否的情况下，进入到步骤S9。

此外，在该步骤S23中，处理器52也可以不考虑施加于可动要素的外力EF的方向，在取得的外力EF的大小超过阈值δ的情况下，判定为满足第一条件(是)。另外，也可以不对多个可动要素的每一个设定阈值δ₁、δ₂、δ₃、δ₄以及δ₅，而对所有可动要素设定固定的阈值δ₀。

在步骤S24中，处理器52作为第二条件判定部68发挥功能，判定是否满足第二条件，该第二条件是被施加了外力EF的可动要素正在移动。假设，在最近的步骤S21中确定为对上臂部20施加了外力EF时，处理器52在最近的步骤S22中取得的上臂部20的移动速度MV_U(或加速度)超过预先决定的阈值ε(第二阈值)时，判定为满足第二条件(即，是)。

此外，处理器52也能够不对移动速度MV_U与阈值ε进行比较，而判定是否满足第二条件。例如，处理器52也可以在来自设置于第三伺服电动机34的旋转检测器的位置反馈FB的值发生了变动的情况下，判定为上臂部20正在移动(即，满足第二条件)。

取而代之，处理器52也可以根据对第三伺服电动机34的指令、或者作业程序WP所包含的命令语句等，判定上臂部20是否正在移动。处理器52在步骤S24中判定为是的情况下进入到步骤S10，停止机器人12的动作，另一方面，在判定为否的情况下进入步骤到S9。这样，处理器52循环进行步骤S21～S24以及S9，直到在步骤S9或者S24中判定为是为止。

如上所述，在本实施方式中，处理器52取得被施加于作为可动要素的回转体16、下臂部18、上臂部20、手腕部22或末端执行器24的外力EF，在满足超过阈值δ的外力EF被施加于该可动要素这样的第一条件和该可动要素正在移动这样的第二条件双方时，在步骤S10中使机器人12停止。

另一方面，处理器52在不满足第一条件以及第二条件中的至少一方时，使机器人12的动作继续，直到在步骤S9中判定为是为止。根据该结构，与上述的实施方式一样，能够可靠地确保作业的安全性，并且防止作业的效率性降低。

此外，在机器人系统10中，设置有多个力传感器42、44、46以及48，但不限于此，也可以设置能够检测多个方向的力的1个力传感器。在图5和图6中表示这样的实施方式。图5以及图6所示的机器人系统80与上述的机器人系统10在以下的结构中不同。即，机器人系统80具有力传感器82代替上述的力传感器42、44、46以及48。

力传感器82例如是具有多个应变仪(未图示)的6轴力觉传感器，夹插在机器人基座14与固定于作业单元的地板A的固定板84之间。当力作用于力传感器82时，力传感器82的应变仪将与作用的力对应的检测数据向控制装置50发送。

处理器52作为外力取得部60发挥功能，根据经由I/O接口56从力传感器82接收到的检测数据，取得施加于机器人12的外力EF。具体而言，处理器52根据来自力传感器82的检测数据，求出设定于力传感器82的传感器坐标系SC的x轴、y轴以及z轴方向的力、和绕x轴、绕y轴以及绕z轴的扭矩这6轴方向的力。接着，处理器52从传感器坐标系SC的6轴方向的力分别减去因机器人12的质量和该机器人12进行动作而产生的惯性力而作用于力传感器82的内力的成分，求出6轴方向的外力成分。

在此，在对机器人12的规定的部位施加了规定的大小以及方向的外力EF时作用于传感器坐标系SC的6轴方向的外力成分能够根据运动力学方程式、实验的方法或者模拟等设为已知。换言之，能够根据传感器坐标系SC的6轴方向的外力成分，推定被施加了外力EF的机器人12的部位和该外力EF的大小以及方向。

这样，处理器52能够根据传感器坐标系SC的6轴方向的外力成分，确定对机器人12的哪个可动要素(回转体16、下臂部18、上臂部20、手腕部22、或者末端执行器24)施加了外力EF，并且取得该外力EF的大小以及方向。

在机器人系统80中，控制装置50的处理器52通过执行图4所示的机器人控制流程来控制机器人12。该情况下，在步骤S2中，处理器52如上所述根据力传感器82的检测数据来取得外力EF。

此外，也能够组合机器人系统10以及80的结构。例如，也可以将机器人系统80的力传感器82应用于机器人系统10，机器人系统10的处理器52并行执行图3所示的流程和图4所示的流程。该情况下，机器人系统10的控制装置50也可以具有执行图3所示的流程的第一处理器52A和执行图4所示的流程的第二处理器52B。

接下来，参照图7以及图8，对另外其他的实施方式的机器人系统90进行说明。机器人系统90与上述的机器人系统10在以下的结构中不同。即，在机器人系统90中，还设置有手柄92、手引导传感器94以及运转模式切换开关96。

手柄92设置于末端执行器24的基座部24a，具有在人体工程学上作业员容易把持的形状。手引导传感器94例如是6轴力觉传感器，夹插在手柄92与基座部24a之间。手引导传感器94检测作业员施加于手柄92的操作力HF，将检测数据发送至控制装置50。

运转模式切换开关96具有物理的切换开关、按钮、触摸传感器等，设置于手柄92。运转模式切换开关96在自动运转模式与手引导运转模式之间切换机器人12的运转模式。自动运转模式如上述的步骤S1那样，是机器人12按照作业程序WP自动地动作而进行规定的作业的运转模式。

另一方面，如后所述，手引导运转模式是作业员根据施加于手柄92的操作力HF手动地使机器人12进行动作的运转模式。在运转模式切换开关96接通时，该运转模式切换开关96将手引导信号“接通”(或“1”)发送到控制装置50。

接下来，参照图9，对机器人系统90的控制装置50执行的机器人控制流程进行说明。例如在机器人系统90的控制装置50启动时开始图9所示的流程。在步骤S31中，处理器52判定手引导信号是否被设为“接通”。

具体而言，当作业员将运转模式切换开关96设为接通时，该运转模式切换开关96将手引导信号“接通”(或“1”)发送至控制装置50。处理器52在接收到手引导信号“接通”的情况下判定为是，进入到步骤S32。另一方面，处理器52在手引导信号为“断开”(或“0”)的情况下判定为否，进入到步骤S33。在步骤S32中，处理器52将机器人12的运转模式转移至手引导运转模式，执行手引导运转模式的控制流程。关于该步骤S32在后面进行叙述。

在步骤S33中，处理器52判定是否从操作员、上位控制器或计算机程序(例如，上述的作业程序WP)接收到上述的自动作业开始指令。处理器52在接收到自动作业开始指令的情况下判定为是，进入到步骤S34，另一方面，在未接收到自动作业开始指令的情况下判定为否，进入到步骤S35。在步骤S34中，处理器52将机器人12的运转模式转移至自动运转模式，执行自动运转模式的控制流程。关于该步骤S34在后面进行叙述。

在步骤S35中，处理器52判定是否受理了结束控制装置50的动作的关机指令。处理器52在受理了关机指令的情况下判定为是，结束控制装置50的动作，因此，结束图9所示的流程。另一方面，处理器52在未受理关机指令的情况下判定为否，返回到步骤S31。

参照图10对步骤S32的手引导运转模式的控制流程进行说明。此外，在图10所示的流程中，对与图3一样的过程标注相同的步骤编号，省略重复的说明。在步骤S32开始后，处理器52执行上述的步骤S2以及S3。

在步骤S41中，处理器52取得操作力HF。具体而言，处理器52从手引导传感器94取得操作力HF的检测数据。并且，处理器52根据手引导传感器94的检测数据和此时的末端执行器24的位置以及姿势的数据，取得施加于手柄92的操作力HF的大小以及方向。

在步骤S42中，处理器52判定在最近的步骤S41中取得的操作力HF的大小是否超过预先决定的阈值ζ(HF≥ζ)。处理器52在判定为操作力HF的大小超过阈值ζ(即，是)的情况下进入到步骤S43，另一方面，在判定为操作力HF的大小未超过阈值ζ(即，否)的情况下进入到步骤S44。

在步骤S43中，处理器52以按照操作力HF使末端执行器24移动的方式使机器人12进行动作。具体而言，处理器52向各伺服电动机26、30、34以及38发送指令，使末端执行器24向操作力HF的方向仅移动规定的距离d(例如10cm)。

此外，处理器52也可以根据在最近的步骤S41中取得的操作力HF的大小，使在该步骤S43中移动的距离d变化(例如，操作力HF越大，越增大距离d)。在步骤S43之后，处理器52依次执行与图3的流程一样的步骤S4～S8以及S10。在此，处理器52将执行图10中的步骤S5时参照的阈值α_n的值设定为α_{n_1}。

在步骤S8中判定为是的情况下，在步骤S44中，处理器52与上述步骤S35一样，判定是否受理了关机指令。处理器52在判定为是的情况下，结束控制装置50的动作，因此，结束图9所示的流程。另一方面，处理器52在判定为否的情况下进入到步骤S45。

在步骤S45中，处理器52判定手引导信号是否被设为“断开”(或“0”)。具体而言，当作业员将运转模式切换开关96设为断开时，该运转模式切换开关96将手引导信号“断开”(或“0”)发送至控制装置50。处理器52在手引导信号为“断开”的情况下判定为是，进入到图9中的步骤S33。另一方面，处理器52在手引导信号为“接通”的情况下判定为否，返回到图10中的步骤S41。

这样，处理器52在执行根据操作力HF使机器人12进行动作的手引导运转的过程中，针对各关节轴28、32、36以及40监视是否满足第一条件以及第二条件，与之对应地使机器人12的动作停止或者继续。此外，在图10所示的流程中，处理器52在步骤S10之后不执行上述的步骤S11，结束图10所示的流程。

接下来，参照图11，对步骤S34的自动运转模式的控制流程进行说明。此外，在图11所示的流程中，对与图3以及图9一样的过程标注相同的步骤编号，省略重复的说明。在步骤S34开始后，处理器52与图3的流程一样，依次执行上述的步骤S1～S11。

在此，处理器52将执行图11中的步骤S5时参照的阈值α_n的值设定为α_{n_2}(＜α_{n_1})。并且，处理器52在步骤S9中判定为否的情况下，执行上述的步骤S31，在判定为是的情况下，进入到图9中的步骤S32，另一方面，在判定为否的情况下，返回到图11中的步骤S4。

如上所述，在本实施方式中，处理器52在执行步骤S32的手引导运转模式时，将在步骤S5中用于判定第一条件的阈值α_n设定为值α_{n_1}，另一方面，在执行步骤S34的自动运转模式时，将在步骤S5中用于判定第一条件的阈值α_n设定为值α_{n_2}(＜α_{n_1})。因此，处理器52作为根据机器人12的运转模式来变更阈值α_n的阈值设定部98(图8)发挥功能。

在此，在手引导运转模式中，如上所述，根据作业员有意地施加于手柄92的力，手动地使机器人12进行动作。通过将在这样的手引导运转模式中使用的阈值α_{n_1}设定为比在自动运转模式中使用的阈值α_{n_2}大，能够避免因作业员有意施加的力而使机器人12停止。

此外，在机器人系统90中，也能够代替力传感器42、44、46以及48而应用力传感器82。该情况下，可理解为能够将图4中的步骤S21～S24应用于图10以及图11所示的流程。另外，上述的力传感器42、44、46以及48也可以配置为检测施加于伺服电动机26、30、34以及38的输出轴的扭矩。

另外，上述的力传感器82也可以设置于机器人12的任意部位(例如，下臂部18)。另外，在上述的实施方式中，对设置有4个关节轴28、32、36以及40、4个伺服电动机26、30、34以及38、和4个力传感器42、44、46以及48的情况进行了叙述。但是，不限于此，关节轴、伺服电动机、力传感器的个数也可以是4以外的任何正数。

另外，机器人12不限于垂直多关节机器人，例如也可以是水平多关节机器人、并联连杆机器人等具有可动要素的任何类型的机器人。以上，通过实施方式对本公开进行了说明，但上述的实施方式并不限定权利要求书的发明。

附图标记说明

10、80、90 机器人系统

12 机器人

50 控制装置

52 处理器

60 外力取得部

62 移动方向取得部

64 速度取得部

66 第一条件判定部

68 第二条件判定部

70 动作控制部

Claims

1.一种具有可动要素的机器人的控制装置，其特征在于，

所述控制装置具有：

外力取得部，其取得在所述机器人进行动作时施加于所述可动要素的外力；

第一条件判定部，其判定是否满足第一条件，该第一条件是超过预先决定的第一阈值的所述外力被施加于所述可动要素；

第二条件判定部，其判定是否满足第二条件，该第二条件是所述可动要素正在移动；

动作控制部，其在满足所述第一条件和所述第二条件双方时停止所述机器人的动作，另一方面，在不满足所述第一条件和所述第二条件中的至少一方时继续所述机器人的动作。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述控制装置还具有：速度取得部，其取得所述可动要素的移动速度，

在所述移动速度超过了预先决定的第二阈值时，所述第二条件判定部判定为满足所述第二条件。

3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，

所述控制装置还具有：移动方向取得部，其取得所述可动要素的移动方向，

在所述移动方向的相反方向的所述外力超过所述第一阈值时，判定为满足所述第一条件。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的控制装置，其特征在于，

所述控制装置还具有：阈值设定部，其根据所述机器人的运转模式来变更所述第一阈值。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的控制装置，其特征在于，

所述动作控制部在使所述机器人的动作停止之后使该机器人执行退避动作。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的控制装置，其特征在于，

所述机器人具有多个所述可动要素，

所述第一条件判定部针对1个所述可动要素判定是否满足所述第一条件，

所述第二条件判定部针对所述1个可动要素判定是否满足所述第二条件。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的控制装置，其特征在于，

所述可动要素是所述机器人的关节轴，

所述外力取得部取得施加于所述关节轴的外力扭矩作为所述外力。

8.一种机器人系统，其特征在于，具有：

机器人；以及

控制所述机器人的权利要求1～7中任一项所述的控制装置。

9.根据权利要求8所述的机器人系统，其特征在于，

所述机器人系统还具有：力传感器，其检测施加于所述可动要素的力，

所述外力取得部根据所述力传感器的检测数据来取得所述外力。

10.一种具有可动要素的机器人的控制方法，其特征在于，

取得在所述机器人进行动作时施加于所述可动要素的外力，

判定是否满足第一条件，该第一条件是超过预先决定的第一阈值的所述外力被施加于所述可动要素，

判定是否满足第二条件，该第二条件是所述可动要素正在移动，

在满足所述第一条件和所述第二条件双方时停止所述机器人的动作，另一方面，在不满足所述第一条件和所述第二条件中的至少一方时继续所述机器人的动作。