CN117944042A - 机器人系统的控制方法以及机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够高精度地探知机器人的减速控制的异常的机器人系统的控制方法以及机器人系统。所述机器人系统的控制方法，是具有机器人、控制所述机器人的动作的机器人控制部、以及监视所述机器人的动作的安全监视部的机器人系统的控制方法，包含：减速控制步骤，所述机器人控制部基于减速指令对所述机器人进行减速控制、异常探知步骤，在所述减速控制步骤中，所述安全监视部以预定间隔获取所述机器人的动作速度，根据基于获取的所述动作速度算出的速度变化探知所述减速控制的异常。

Description

机器人系统的控制方法以及机器人系统

技术领域

本发明涉及机器人系统的控制方法以及机器人系统。

背景技术

在与人共同进行作业的人共存型的机器人的领域中，已知有通过安全监视单元监视机器人的动作，在探知到机器人的异常、故障时紧急停止机器人的构成。例如，在专利文献1中，记载了监视机器人受到停止命令后的机器人的减速状态的机器人控制装置。

日本特开2011-152612号公报

但是，在专利文献1的机器人控制装置中，由于使用基于机器人的最高速度算出的比较速度进行监视，因此在机器人从不是最高速度的速度开始减速的情况下，有可能无法充分探知减速异常。

发明内容

本发明的机器人系统的控制方法，是具有机器人、控制所述机器人的动作的机器人控制部、以及监视所述机器人的动作的安全监视部的机器人系统的控制方法，包含：

减速控制步骤，所述机器人控制部基于减速指令对所述机器人进行减速控制、

异常探知步骤，在所述减速控制步骤中，所述安全监视部以预定间隔获取所述机器人的动作速度，根据基于获取的所述动作速度算出的速度变化探知所述减速控制的异常。

本发明的机器人系统，是具有：机器人、

控制所述机器人的动作的机器人控制部、以及

监视所述机器人的动作的安全监视部的机器人系统，

所述机器人控制部基于减速指令对所述机器人进行减速控制，

所述安全监视部，在所述减速控制中，以预定间隔获取所述机器人的动作速度，根据基于获取的所述动作速度算出的速度变化探知所述减速控制的异常。

附图说明

图1是优选实施方式涉及的机器人系统的构成图。

图2是示出减速控制异常的状态的图表。

图3是示出减速控制异常的状态的图表。

图4是示出减速控制异常的状态的图表。

图5是示出减速控制正常的状态的图表。

图6是示出机器人系统的控制方法的流程图。

图7是示出机器人系统的控制方法的流程图。

附图标记说明

1…机器人系统、2…机器人、3…机器人控制部、4…安全监视部、21…基座、22…机器人臂、23…工具、221…臂、222…臂、223…臂、224…臂、225…臂、226…臂、E…编码器、J1…关节、J2…关节、J3…关节、J4…关节、J5…关节、J6…关节、M…电机、S1…减速控制步骤、S2…异常探知步骤、S21…步骤、S22…步骤、S23…步骤、S24…步骤、S25…步骤、S26…步骤、S27…步骤、S28…步骤、T…时刻、Tcyc…恒定间隔、Ts…预计停止时刻、V…动作速度、V0…预定速度、Vn…动作速度、W…工件。

具体实施方式

以下，基于附图所示的实施方式对本发明的机器人系统的控制方法以及机器人系统进行详细说明。

图1是优选实施方式涉及的机器人系统的构成图。图2～图4分别是示出减速控制异常的状态的图表。图5是示出减速控制正常的状态的图表。图6以及图7分别是示出机器人系统的控制方法的流程图。

图1所示的机器人系统1具有：机器人2、控制机器人2的驱动的机器人控制部3、以及监视机器人2的驱动的安全监视部4。

机器人2是具有6个驱动轴的6轴垂直多关节机器人。机器人2具有：基座21、转动自如地连结于基座21的机器人臂22、以及安装于机器人臂22的前端的工具23。

此外，机器人臂22是6根臂221、222、223、224、225、226转动自如地连结的机械臂，具备6个关节J1、J2、J3、J4、J5、J6。在这6个关节J1～J6中，关节J2、J3、J5是弯曲关节，关节J1、J4、J6是扭转关节。在关节J1、J2、J3、J4、J5、J6分别设置有电机M和编码器E。机器人控制部3在机器人系统1的运转中，对各关节J1～J6执行使编码器E的输出所示的关节J1～J6的旋转角度与目标位置一致的反馈控制。在这样的机器人臂22的前端，设定有作为控制点的工具中心点(以下，称为“TCP”。)。

此外，工具23是保持工件W的手部。但是，工具23的构成没有特别地限定，可以根据目的的作业适当选择。

以上，对机器人2进行说明，但机器人2的构成没有特别地限定。例如，也可以是SCARA机器人(水平多关节机器人)、具备2根上述的机器人臂22的双臂机器人等。此外，也可以是未固定基座21的自走式的机器人。

机器人控制部3例如基于来自未图示的主计算机的动作指令控制机器人2的驱动。机器人控制部3例如由计算机构成，具有：处理信息的处理器、可通信地与处理器连接的存储器、以及进行与外部装置的连接的外部接口。在存储器中保存能够通过处理器执行的各种程序，处理器能够读入并执行存储器中存储的各种程序等。

安全监视部4监视机器人控制部3对机器人2的驱动，当在机器人2的减速时探知到异常时，紧急停止机器人2。紧急停止的方法没有特别地限定，例如，可以切断机器人2的电源，也可以预先在机器人2上安装物理制动装置，通过使制动装置工作而使机器人2停止。安全监视部4例如由计算机构成，具有：处理信息的处理器、可通信地与处理器连接的存储器、以及进行与外部装置的连接的外部接口。在存储器中保存能够通过处理器执行的各种程序，处理器能够读入并执行存储器中存储的各种程序等。

安全监视部4通过以下的3种方法探知机器人控制部3对机器人2进行减速控制时的异常。

第一方法

在第一方法中，安全监视部4首先在机器人控制部3对机器人2进行减速控制的过程中，每隔预定周期反复检测机器人2的动作速度V。本实施方式的动作速度V意味TCP的动作速度。但是，作为动作速度V，没有特别地限定，可以适当设定，例如也可以是工件W的动作速度。此外，动作速度V能够基于各臂221～226的长度、各关节J1～J6的偏移量、向软件原点的修正量(修正脉冲值)等的控制参数、以及来自各编码器E的输出即各关节J1～J6的旋转角度来检测。但是，动作速度V的检测方法，没有特别地限定，例如可以使用激光多普勒测量器来检测，也可以在机器人臂22安装惯性传感器，基于该惯性传感器的输出来检测。此外，预定周期可以使用实时来测量，也可以使用机器人控制部3具有的时钟频率来决定。此外，作为预定周期，没有特别地限定，在本实施方式中，设定为5[毫秒]左右。

接着，安全监视部4当在某一时刻，在本实施方式中，在最近的时刻获取的动作速度V成为之前一个时刻获取的动作速度V以上的状态连续发生预定次数N时，探知异常。

基于图2对探知到异常的例子进行说明。需要说明的是，图2示出尽管进行了机器人2的减速控制，但由于某种异常，动作速度V在中途加速的状态。此外，在图示的例子中N＝3。如该图所示，安全监视部4按照每个预定周期即时刻T1、T2、T3、…检测动作速度V。在该图的例子中，在时刻T8获取的动作速度V为在之前一个时刻T7获取的动作速度V以上，在时刻T8的下一时刻T9获取的动作速度V为在之前一个时刻T8获取的动作速度V以上，在时刻T9的下一时刻T10获取的动作速度V为在之前一个时刻T9获取的动作速度V以上。这样，当连续3次在最近的时刻获取的动作速度V为在上次的时刻获取的动作速度V以上时，安全监视部4探知机器人2的异常，使机器人2紧急停止。

需要说明的是，N不限定于3，可以是2以下，也可以是4以上。但是，N优选为3以上10以下左右。由此，能够更高精度并且在短时间内探知机器人2的减速控制时的异常。此处，在机器人2中，由于噪声等的影响动作速度V瞬间变动，该变动成为原因，实际上虽然进行了正常的减速控制而动作速度V减少，但考虑在最近的时刻获取的动作速度V成为在上次的时刻获取的动作速度V以上的情况。在这种情况下，当N过少时，则尽管进行了正常的减速控制，也有可能误探知为异常。另一方面，当N过多时，则从产生异常到探知异常需要时间，从产生异常到机器人2紧急停止的时间有可能变长。

根据这种方法，由于比较在最近的时刻获取的动作速度V与在之前一个时刻获取的动作速度V，因此能够高精度地探知减速异常。

第二方法

在第二方法中，安全监视部4首先在机器人控制部3对机器人2进行减速控制的过程中，每隔预定周期反复检测机器人2的动作速度V。动作速度V的检测方法与前述的第一方法同样。接着，安全监视部4当在某一时刻，在本实施方式中，在最近的时刻获取的动作速度V为M次前的时刻获取的动作速度V以上时，探知异常。但是，M≥2。

基于图3对探知到异常的例子进行说明。需要说明的是，图3示出尽管进行了机器人2的减速控制，但由于某种异常，动作速度V在中途加速的状态。此外，在图示的例子中M＝6。如该图所示，安全监视部4按照每个预定周期即时刻T1、T2、T3、…检测动作速度V。并且，在该图的例子中，在时刻T10获取的动作速度V成为在6次前的时刻T4获取的动作速度V以上。这样，当在本次的时刻获取的动作速度V成为在6次前的时刻获取的动作速度V以上时，安全监视部4探知机器人2的异常，使机器人2紧急停止。

需要说明的是，M只要是2以上，就没有特别地限定，优选为5以上10以下左右。由此，能够更高精度并且在短时间内探知机器人2的减速控制的异常。此处，如第一方法中所述，在机器人2中，由于噪声等的影响动作速度V瞬间变动，该变动成为原因，实际上虽然进行了正常的减速控制而动作速度V减少，但考虑在最近的时刻获取的动作速度V成为在M次前的时刻获取的动作速度V以上的情况。在这种情况下，当M过少时，则本次的时刻与M次前的时刻的间隔小，在此期间动作速度V没有充分降低，由于前述的噪声引起的瞬间的动作速度V的变动，本次的时刻的动作速度V成为M次前的时刻的动作速度V以上，尽管进行了正常的减速控制，也有可能误探知为异常。另一方面，当M过多时，则到探知异常需要时间，从发生异常到机器人2紧急停止的时间有可能变长。

根据这种方法，由于比较在最近的时刻获取的动作速度V与在M次前的时刻获取的动作速度V，因此能够高精度地探知减速异常。

第三方法

在第三方法中，安全监视部4在机器人2的预计停止时刻Ts的动作速度V为预定速度V0以上的情况下，探知异常。需要说明的是，预计停止时刻Ts例如可以基于减速指令求出。此外，也可以为不基于减速指令，而基于减速指令开始减速控制之后经过了预定时刻的时刻。此外，预定速度V0设定为实质上被认为是停止的程度的低速。

基于图4对探知到异常的例子进行详细说明。需要说明的是，图4示出机器人2的减速控制时的减速度比命令低的状态。如该图所示，安全监视部4按照每个预定周期即时刻T1、T2、T3、…检测动作速度V。并且，在该图的例子中，预计停止时刻Ts位于时刻T10与时刻T11之间，在时刻T11获取的动作速度V比预定速度V0大。这样，预计停止时刻Ts的动作速度V，更具体地说，当刚超过预计停止时刻Ts之后立刻检测的动作速度V为预定速度V0以上时，安全监视部4探知机器人2的异常，使机器人2紧急停止。

根据这种方法，由于基于预计停止时刻Ts的动作速度V探知异常，因此能够高精度地探知减速异常。

此外，安全监视部4通过以下的方法判断为机器人控制部3对机器人2的减速控制正常。在该方法中，安全监视部4首先在机器人控制部3对机器人2进行减速控制的过程中，每隔预定周期反复检测机器人2的动作速度V。动作速度V的检测方法与前述的第一方法同样。然后，如图5所示，安全监视部4当在比预计停止时刻Ts之前动作速度V成为小于预定速度V0的情况下，判断为减速控制正常结束，并通知该情况。

以上，对机器人系统1的构成进行简单说明。接着，对机器人系统1的控制方法进行说明。如图6所示，机器人系统1的控制方法包含：减速控制步骤S1，机器人控制部3基于减速指令对机器人2进行减速控制、异常探知步骤S2，在减速控制步骤S1中，安全监视部4以预定间隔获取机器人2的动作速度V，根据基于获取的动作速度V算出的速度变化探知减速控制的异常。这样，通过根据减速控制中的动作速度V的速度变化来探知减速控制的异常，能够高精度地探知减速的异常。以下，将详细说明。

减速控制步骤S1

在减速控制步骤S1中，机器人控制部3例如基于未图示的主计算机的减速指令进行使驱动中的机器人2减速并停止的减速控制。

异常探知步骤S2

如图7所示，在异常探知步骤S2中，首先，作为步骤S21，安全监视部4将时刻T初始化为0。需要说明的是，时刻T是整数。接着，作为步骤S22，安全监视部4判断是否经过了相当于1个周期的恒定间隔Tcyc。在本实施方式中，在将时刻T除以恒定间隔Tcyc时的余数为0时，判断为经过了恒定间隔Tcyc。在没有经过恒定间隔Tcyc的情况下，将时刻T增量即增加1个，再次执行步骤S22。在经过了恒定间隔Tcyc的情况下，作为步骤S23，安全监视部4检测机器人2的动作速度V。

接着，作为步骤S24，安全监视部4使用第一方法探知机器人2的减速控制的异常。即，判断是否满足在当前的时刻Tn获取的动作速度Vn≥在时刻Tn-1获取的动作速度Vn-1、在时刻Tn-1获取的动作速度Vn-1≥在时刻Tn-2获取的动作速度Vn-2、并且、在时刻Tn-2获取的动作速度Vn-2≥在时刻Tn-3获取的动作速度Vn-3。当Vn≥Vn-1、Vn-1≥Vn-2、并且、Vn-2≥Vn-3时，安全监视部4探知机器人2的减速控制的异常。

另一方面，当不满足Vn≥Vn-1、Vn-1≥Vn-2、并且、Vn-2≥Vn-3时，作为步骤S25，安全监视部4使用第二方法探知机器人2的减速控制的异常。即，判断是否满足在当前的时刻Tn获取的动作速度Vn≥在6次前的时刻Tn-6获取的动作速度Vn-6。当Vn≥Vn-6时，安全监视部4探知机器人2的减速控制的异常。

另一方面，当不满足Vn≥Vn-6时，作为步骤S26，安全监视部4使用第三方法探知机器人2的减速控制的异常。即，判断时刻T是否为在预计停止时刻Ts紧接的时刻Ts+1时获取的动作速度Vs+1≥预定速度V0。当Vs+1≥V0时，安全监视部4探知机器人2的减速控制的异常。

另一方面，当不满足Vs+1≥V0时，作为步骤S27，安全监视部4判断是否满足在当前的时刻获取的动作速度Vn≤预定速度V0。当Vn≤V0时，安全监视部4判断为机器人正常停止。另一方面，当Vn＞V0时，安全监视部4增量时刻T，再次执行步骤S22。

在前述的步骤S24、S25、S26中探知到机器人2的减速控制的异常的情况下以及在前述的步骤S27中判断为正常停止的情况下，作为步骤S28，安全监视部4切断各电机M的电源。

根据这种方法，由于使用3种方法来探知机器人2的减速控制的异常，因此能够更高精度地探知机器人2的减速控制的异常。需要说明的是，步骤S24、S25、S26、S27的顺序没有特别地限定。例如，从想要尽可能早期地探知机器人2的减速控制的异常的观点出发，优先度为S25≥S24＞S26＞S27，能够从优先度高的步骤依次进行。

以上，对机器人系统1以及其控制方法进行说明。如前述那样，这样的机器人系统1的控制方法是具有：机器人2、控制机器人2的动作的机器人控制部3、以及监视机器人2的动作的安全监视部4的机器人系统1的控制方法，包含：减速控制步骤S1，机器人控制部3基于减速指令对机器人2进行减速控制、异常探知步骤S2，在减速控制步骤S1中，安全监视部4以预定间隔获取机器人2的动作速度V，根据基于获取的动作速度V算出的速度变化探知减速控制的异常。这样，根据根据减速控制中的动作速度V的速度变化来探知减速控制的异常的方法，能够高精度地探知减速控制的异常。

此外，如前述那样，在异常探知步骤S2中，当在某一时刻获取的动作速度V成为在之前一个时刻获取的动作速度V以上的状态连续发生预定次数N时，探知异常。根据这种方法，能够高精度地探知减速异常。

此外，如前述那样，在异常探知步骤S2中，当在某一时刻获取的动作速度V为在之前两个以上时刻获取的动作速度V以上时，探知异常。根据这种方法，能够高精度地探知减速异常。

此外，如前述那样，机器人系统1是具有：机器人2、控制机器人2的动作的机器人控制部3、以及监视机器人2的动作的安全监视部4的机器人系统1，机器人控制部3基于减速指令对机器人2进行减速控制，安全监视部4在减速控制中，以预定间隔获取机器人2的动作速度V，根据基于获取的动作速度V算出的速度变化探知减速控制的异常。这样，根据根据减速控制中的动作速度V的速度变化来探知减速控制的异常的构成，能够高精度地探知减速控制的异常。

以上，基于图示的实施方式说明了本发明的机器人系统的控制方法以及机器人系统，但本发明不限定于此。各部分的构成可以置换为具有同样的功能的任意的构成。此外，也可以在本发明中附加其他任意的构成物。

Claims (4)

1.一种机器人系统的控制方法，其特征在于，

是具有机器人、控制所述机器人的动作的机器人控制部、以及监视所述机器人的动作的安全监视部的机器人系统的控制方法，包含：

减速控制步骤，所述机器人控制部基于减速指令对所述机器人进行减速控制；以及

异常探知步骤，在所述减速控制步骤中，所述安全监视部以预定间隔获取所述机器人的动作速度，根据基于获取的所述动作速度算出的速度变化探知所述减速控制的异常。

2.根据权利要求1所述的机器人系统的控制方法，其特征在于，

在所述异常探知步骤中，当在某一时刻获取的所述动作速度成为在之前一个时刻获取的所述动作速度以上的状态连续发生预定次数时，探知所述异常。

3.根据权利要求1所述的机器人系统的控制方法，其特征在于，

在所述异常探知步骤中，当在某一时刻获取的所述动作速度为在之前两个以上时刻获取的所述动作速度以上时，探知所述异常。

4.一种机器人系统，其特征在于，具有：

机器人；

控制所述机器人的动作的机器人控制部；以及

监视所述机器人的动作的安全监视部，

所述机器人控制部基于减速指令对所述机器人进行减速控制，

所述安全监视部在所述减速控制中以预定间隔获取所述机器人的动作速度，根据基于获取的所述动作速度算出的速度变化探知所述减速控制的异常。