JP6863945B2 - ロボットの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットの制御方法に関するものである。

従来、ロボットが作業を行う作業エリアに作業者が立ち入った場合に、作業者を検出し、作業者とロボットとの距離を算出し、作業者とロボットとの距離が近づくほどロボットの動作速度を低下させるシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、ロボットを備えるシステムにおいては、ロボットがワークを把持する場合など、ロボットが作業者以外の周辺物体に接近する場合には、作業者の一部をロボットと周辺物体との間に挟み込むリスクを解消するために、作業者の有無に関わらずロボットの動作速度を低下させることが求められる。

特開２０１２−２２３８３１号公報

しかしながら、ロボットと周辺物体との距離が近い場合であっても、必ずしも作業者の一部の挟み込みが発生するとは限らない。
本発明は、ロボットの動作効率の不必要な低下を防止しつつ、ロボットと周辺物体との間に作業者の一部を挟み込むリスクを低減することができるロボットの制御方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、先端に取り付けたツールを含むロボットおよび該ロボットの周辺に配置されている周辺物体の形状情報の少なくとも一部を記憶し、前記ロボットを教示プログラムに従って動作させる際に、動作の各位置において、前記形状情報に基づいて、前記ロボットと前記周辺物体との距離の変化を算出し、前記ロボットが受けた外力が基準値を超える場合には前記ロボットを停止させ、算出された前記距離が小さくなる方向に変化している場合にのみ、前記教示プログラムに設定されている速度を低下させるよう制御するとともに前記外力の基準値が小さくなるよう制御するロボットの制御方法である。

本態様によれば、先端に取り付けたツールを含むロボットの形状情報およびロボットの周辺に配置されている周辺物体の形状情報が記憶されていて、教示プログラムに従ってロボットを動作させる際に、動作の各位置において、記憶されている形状情報に基づいてロボットと周辺物体との距離の変化が算出される。算出された距離が変化しない場合または大きくなる方向に変化している場合には、教示プログラムに設定されている速度を低下させず、距離が小さくなる方向に変化している場合には、教示プログラムに設定されている速度を低下させるよう制御される。これにより、ツールを含むロボットと周辺物体との間に作業者の一部が挟み込まれる可能性のある場合の動作速度を低減してリスクを低減し、挟み込みの可能性のない場合の動作速度を維持してロボットの動作効率の不必要な低下を防止することができる。

本発明の他の態様は、先端に取り付けたツールを含むロボットおよび該ロボットの周辺に配置されている周辺物体の形状情報の少なくとも一部を記憶し、前記ロボットをジョグ動作させる際に、動作の各位置において、前記形状情報に基づいて、前記ロボットと前記周辺物体との距離の変化を算出し、前記ロボットが受けた外力が基準値を超える場合には前記ロボットを停止させ、算出された前記距離が小さくなる方向に変化している場合にのみ、ジョグ動作の速度を低下させるよう制御するとともに前記外力の基準値が小さくなるよう制御するロボットの制御方法である。

上記態様においては、前記ロボットが受けた外力が基準値を超える場合には前記ロボットを停止させ、算出された前記距離が小さくなる方向に変化している場合にのみ、前記外力の基準値が小さくなるよう制御する。

また、本発明の他の態様は、先端に取り付けたツールを含むロボットの形状情報の少なくとも一部を記憶し、前記ロボットを教示プログラムに従って動作させる際に、動作の各位置において、前記形状情報に基づいて、前記ロボット自体の各部の距離の変化を算出し、前記ロボットが受けた外力が基準値を超える場合には前記ロボットを停止させ、算出された前記距離が小さくなる方向に変化している場合にのみ、前記教示プログラムに設定されている速度を低下させるよう制御するとともに前記外力の基準値が小さくなるよう制御するロボットの制御方法である。

また、上記態様においては、前記ロボットと前記周辺物体との前記距離が所定の閾値よりも小さい場合に、前記速度を低下させるよう制御してもよい。
この構成により、算出されたロボットと周辺物体との距離が小さくなる方向に変化しかつ所定の閾値よりも小さい場合に、教示プログラムに設定されている速度が低下させられる。すなわち、ロボットと周辺物体との距離が大きい場合には、距離が小さくなる方向に変化していても挟み込みが発生しないので、そのような場合に速度が制限されて動作効率が低下することを防止することができる。

また、上記態様においては、前記ツールと前記周辺物体との距離が小さくなる方向に変化している場合にのみ前記速度を低下させるよう制御してもよい。
この構成により、算出されたツールと周辺物体との距離が小さくなる方向に変化している場合に、教示プログラムに設定されている速度が低下させられる。

また、上記態様においては、前記ロボットおよび前記周辺物体の少なくとも一方の各部分の硬度または尖鋭度の情報を記憶し、前記距離が小さくなる方向に変化している前記部分の硬度または尖鋭度に応じて前記速度の低下の度合いを調整してもよい。
この構成により、算出されたツールと周辺物体との距離が小さくなる方向に変化している場合であってもロボットおよび周辺物体の少なくとも一方の部分の硬度または尖鋭度に応じて、教示プログラムに設定されている速度の低下の度合いが調整される。すなわち、相互に近接する方向に移動しているロボットおよび周辺物体の少なくとも一方の部分の硬度または尖鋭度が十分に低い場合には、挟み込みが発生しても作業者に与えるダメージが少ないため、速度を大きく低下させなくて済み、動作効率の低下を防止することができる。

また、上記態様においては、前記部分の硬度が高いほど前記速度の低下の度合いを高くしてもよい。
この構成により、算出されたロボットと周辺物体との距離が小さくなる方向に変化している場合であってもロボットおよび周辺物体の少なくとも一方の部分の硬度が低い場合には、速度の低下の度合いを低くして作業効率の低下を防止することができる。

また、上記態様においては、前記部分の尖鋭度が高いほど前記速度の低下の度合いを高くしてもよい。
この構成により、算出されたロボットと周辺物体との距離が小さくなる方向に変化している場合であってもロボットおよび周辺物体の少なくとも一方の部分の尖鋭度が低い場合には、速度の低下の度合いを低くして作業効率の低下を防止することができる。

本発明によれば、動作効率の不必要な低下を防止しつつ、ロボットと周辺物体との間に作業者の一部を挟み込むリスクを低減することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る協働ロボットの制御方法を実施するロボットシステムを示す全体構成図である。 図１の協働ロボットの制御方法を示すフローチャートである。 図１のロボットシステムにおいて、協働ロボットと周辺物体との距離が小さくなる方向に変化している場合を示す拡大正面図である。 図１のロボットシステムにおいて、協働ロボットと周辺物体との距離が大きくなる方向に変化している場合を示す拡大正面図である。 図１のロボットシステムにおいて、協働ロボットと周辺物体との距離が変化していない場合を示す拡大正面図である。 図１のロボットシステムにおいて、協働ロボットと周辺物体との距離が小さくなる方向に変化しており、かつ所定の閾値よりも大きい場合を示す拡大正面図である。 図１のロボットシステムにおいて、協働ロボットが周辺物体の近傍を通過する場合を示す拡大正面図である。

本発明の一実施形態に係る協働ロボットの制御方法について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る協働ロボット１の制御方法は、図１に示されるロボットシステム１００において実施される。

このロボットシステム１００は、図１に示されるように、協働ロボット（ロボット）１と、協働ロボット１の周辺に設置されている周辺物体１０と、協働ロボット１を制御する制御装置２０とを備えている。
協働ロボット１は、例えば、６軸多関節型の協働ロボットである。協働ロボット１は、先端に、ワークＷを処理するツールＳを固定している。ツールＳは、例えば、ワークＷを把持するハンド２あるいはワークＷに対して任意の作業を行う工具である。周辺物体１０は、例えば、協働ロボット１によって処理されるワークＷを載置するテーブルあるいはワークＷを加工する工作機械等である。

制御装置２０は、予め教示された教示プログラムおよび形状情報を記憶する記憶部２１と、記憶部２１から読み出された教示プログラムを実行する処理部２２とを備えている。記憶部２１はメモリであり、処理部２２はプロセッサである。

教示プログラムは、協働ロボット１を手動で動作させることにより、あるいは、オフラインにより教示された複数の教示点の座標、教示点の動作順序、教示点間の移動速度および教示点間の動作方法等を記憶している。処理部２２は教示プログラムを実行する場合には、原則として動作順序に従って、一の教示点から他の教示点に、記憶されている動作速度および動作方法で、協働ロボット１を動作させる。動作方法としては、直線補間あるいは円弧補間等を挙げることができる。

記憶部２１に記憶されている形状情報は、先端にツールＳを含む協働ロボット１および周辺物体１０の形状モデルである。また、形状情報としては、２次元形状情報を採用してもよいし、３次元形状情報を採用してもよい。処理部２２は、教示プログラムに設定されている各教示点、あるいは、教示点間の各補間点等の動作軌跡上の各位置において、記憶部２１に記憶されている形状情報に基づいて、協働ロボット１と周辺物体１０との距離Ｌを算出する。

すなわち、処理部２２は、まず、図２に示されるように、協働ロボット１の初期位置において、記憶部２１に記憶されている形状情報を読み出し、協働ロボット１と周辺物体１０との距離Ｌを算出する（ステップＳ１）。初期位置は、協働ロボット１が動作を開始する直前の位置でよい。距離Ｌの算出は、ツールＳを含む協働ロボット１の外表面の予め設定された複数の測定点と、周辺物体１０の外表面に予め設定された複数の測定点との間で算出される。算出された距離Ｌは記憶部２１に記憶される（ステップＳ２）。

次いで、処理部２２は、協働ロボット１を教示プログラムに従って動作させ（ステップＳ３）、距離Ｌの算出を行う位置であるか否かを判定し（ステップＳ４）、距離Ｌの算出を行う位置ではない場合には、ステップＳ３からの工程を繰り返す。距離Ｌの算出を行う位置である場合には、記憶部２１に記憶されている形状情報を読み出し、協働ロボット１と周辺物体１０との距離Ｌを算出する（ステップＳ５）。例えば、周辺物体１０の形状は変化しないが、協働ロボット１の形状は協働ロボット１の各軸の位置に応じて変化する。

処理部２２は、記憶されている形状情報に基づいて、各位置における協働ロボット１の形状を算出し、協働ロボット１と周辺物体１０との複数の測定点間の距離Ｌを算出する。そして算出された測定点間の距離Ｌが記憶部２１に記憶され（ステップＳ６）、記憶部２１に記憶されている１つ前の距離Ｌに対する変化量ΔＬが算出され（ステップＳ７）、変化量ΔＬの符号が負であるか否かが判定される（ステップＳ８）。

図３に示されるように、距離Ｌが小さくなる方向に変化している測定点対がある場合には、その測定点間の距離Ｌが所定の閾値Ｔｈ以下であるか否かが判定される（ステップＳ９）。そして、その測定点対の距離Ｌが所定の閾値Ｔｈ以下である場合には、処理部２２は、教示プログラムに設定されている動作速度に１より小さい定数αを乗算して協働ロボット１を動作させる。すなわち、協働ロボット１は、教示プログラムに設定されている動作速度よりも低い動作速度で動作させられる（ステップＳ１０）。
また、ステップＳ８において距離Ｌが大きくなる方向に変化している測定点対がある場合、およびステップＳ９において測定点対の距離Ｌが所定の閾値Ｔｈよりも大きい場合には、後述するステップＳ１１の工程を実行する。

処理部２２が乗算する定数αは、測定点間の距離Ｌの大きさに応じて選択されてもよい。すなわち、協働ロボット１と周辺物体１０との距離Ｌが近づいている場合には、距離Ｌが近いほど、乗算する定数αを小さくして、動作速度を大きく低下させればよい。
そして、動作終了か否かを判定し（ステップＳ１１）、終了していない場合には、ステップＳ３からの工程を繰り返す。

このように、本実施形態に係る協働ロボット１の制御方法によれば、協働ロボット１の各測定点と周辺物体１０の各測定点との距離が、協働ロボット１の動作の各位置において算出され、距離Ｌが所定の閾値Ｔｈ以下に近接し、かつ、距離Ｌが小さくなる方向に変化している場合に、協働ロボット１の動作速度が制限される。

一方、距離Ｌが所定の閾値Ｔｈ以下であっても、図４および図５に示されるように、距離Ｌが変化していない場合あるいは距離Ｌが大きくなる方向に変化している場合には速度制限は行われない。
また、距離Ｌが小さくなる方向に変化していても、図６に示されるように距離Ｌが所定の閾値Ｔｈよりも大きい場合には速度制限は行われない。

また、例えば、図７に示されるように、協働ロボット１が周辺物体１０の近傍を通過する場合において、協働ロボット１が周辺物体１０に近接していくフェーズでは距離Ｌに応じて速度制限が大きくなっていき、協働ロボット１が周辺物体１０を通過して離れていくフェーズになった場合には速度制限が解除されて教示プログラムに設定されている動作速度に回復される。

これにより、本実施形態に係る協働ロボット１の制御方法によれば、挟み込みが発生する可能性の高い場合に、動作速度を制限して挟み込みを防止し、挟み込みが発生する可能性が低い場合には、動作速度の不必要な制限を防止して動作効率の低下を防止することができるという利点がある。

すなわち、協働ロボット１が周辺物体１０に近接していく場合にのみ動作速度が制限され、協働ロボット１と周辺物体１０が離れていく場合には動作速度は制限されない。また、協働ロボット１が周辺物体１０に近接していく場合であっても距離Ｌが離れている場合には速度制限は行われない。さらに、距離Ｌが所定の閾値Ｔｈ以下まで近接している場合であっても、近接の度合いが増していくほど動作速度が大きく制限されるようになる。

特に、本実施形態においては、協働ロボット１および周辺物体１０の形状情報を記憶していて、記憶されている形状情報に基づいて、速度制限を自動的に実施するので、作業者は、協働ロボット１の教示操作において、協働ロボット１と周辺物体１０との距離Ｌに応じた動作速度の設定を行う必要がない。すなわち、作業者は、協働ロボット１と周辺物体１０との距離Ｌを考慮せずに教示操作を行うことができ、教示操作を簡易化して、教示にかかる時間を短縮することができるという利点がある。

また、本実施形態においては、ツールＳのみならず協働ロボット１自体の形状情報をも考慮するので、ツールＳと周辺物体１０との間の挟み込みのみならず、協働ロボット１自体と周辺物体１０との間の挟み込みをも確実に防止することができる。そして、ツールＳあるいは協働ロボット１が、周辺物体１０の狭い隙間を通過するような動作を行う場合、ツールＳあるいは協働ロボット１と周辺物体１０との距離Ｌが極めて近くても、距離Ｌが近接していかない限り動作速度は制限されず、動作効率の低下を防止することができる。

なお、本実施形態においては、ツールＳおよび協働ロボット１自体と周辺物体１０との距離Ｌおよび距離Ｌの変化に応じて速度制限を実施したが、ツールＳと周辺物体１０との距離Ｌおよび距離Ｌの変化のみに応じて速度制限を実施してもよい。距離Ｌの判定の対象をツールＳと周辺物体１０とのみに制限することにより、計算量を減らすことができる。
またツールＳを含む協働ロボット１と周辺物体１０との距離Ｌおよび距離Ｌの変化に応じて速度制限を実施したが、距離Ｌの変化のみに応じて速度制限を実施してもよい。

また、本実施形態においては、記憶部２１に記憶する形状情報として協働ロボット１および周辺物体１０の少なくとも一方の各部の硬度あるいは尖鋭度を含めてもよい。そして、処理部２２は、協働ロボット１と周辺物体１０の距離Ｌが小さくなっていく部分の硬度あるいは尖鋭度が低いほど、速度制限を緩和すればよい。

すなわち、硬度あるいは尖鋭度が高い部分どうしの間で挟み込みが発生する場合には作業者に与えるダメージが大きくなるが、硬度あるいは尖鋭度が低い部分どうしの間で挟み込みが発生してもダメージは低くて済む。したがって、協働ロボット１の表面および周辺物体１０の表面の少なくとも一方が柔らかい場合および尖っていない場合には、速度の過度の低下を防止して動作効率を向上することができる。逆に、協働ロボット１の表面および周辺物体１０の表面が硬い場合あるいは尖っている場合には、速度を十分に低下させて作業者に与えるダメージを低減することができる。

また、本実施形態においては、ロボットシステム１００として、協働ロボット１を教示プログラムに従って動作させるものを例示したが、これに限られるものではなく、例えば、協働ロボット１をジョグ動作させるものを採用してもよい。この場合、処理部２２によって算出された距離Ｌが小さくなる方向に変化している場合にのみジョグ動作の速度を低下させるよう制御する。

また、本実施形態においては、協働ロボット１は、協働ロボット１が受けた外力が基準値を超えると停止する停止手段を備えていてもよい。この場合、協働ロボット１の停止手段によって、協働ロボット１が受けた外力が基準値を超える場合には、協働ロボットを停止させる。そして、処理部２２によって算出された距離Ｌが小さくなる方向に変化している場合にのみ、協働ロボット１が受けた外力の基準値を小さくするように制御することが好ましい。

また、本実施形態においては、処理部２２が、協働ロボット１と周辺物体１０との距離Ｌの変化を算出するものを例示したが、これに代えて、ツールＳを含む協働ロボット１自体の各部の距離の変化を算出するものを採用してもよい。これにより、協働ロボット１を構成する部品どうし、例えば、協働ロボット１のアームどうし、またはツールＳと協働ロボット１のベースとが衝突することを抑制することができる。
また、協働ロボット１として６軸多関節型のものを例示したが、これに限定されるものではなく、任意の形態の協働ロボット１を有するロボットシステム１００に適用することができる。

１ 協働ロボット（ロボット）
１０ 周辺物体
Ｌ 距離
Ｔｈ 閾値
Ｓ ツール

Claims (8)

1. 先端に取り付けたツールを含むロボットおよび該ロボットの周辺に配置されている周辺物体の形状情報の少なくとも一部を記憶し、
   前記ロボットを教示プログラムに従って動作させる際に、動作の各位置において、前記形状情報に基づいて、前記ロボットと前記周辺物体との距離の変化を算出し、
   前記ロボットが受けた外力が基準値を超える場合には前記ロボットを停止させ、
   算出された前記距離が小さくなる方向に変化している場合にのみ、前記教示プログラムに設定されている速度を低下させるよう制御するとともに前記外力の基準値が小さくなるよう制御するロボットの制御方法。
2. 先端に取り付けたツールを含むロボットおよび該ロボットの周辺に配置されている周辺物体の形状情報の少なくとも一部を記憶し、
   前記ロボットをジョグ動作させる際に、動作の各位置において、前記形状情報に基づいて、前記ロボットと前記周辺物体との距離の変化を算出し、
   前記ロボットが受けた外力が基準値を超える場合には前記ロボットを停止させ、
   算出された前記距離が小さくなる方向に変化している場合にのみ、ジョグ動作の速度を低下させるよう制御するとともに前記外力の基準値が小さくなるよう制御するロボットの制御方法。
3. 先端に取り付けたツールを含むロボットの形状情報の少なくとも一部を記憶し、
   前記ロボットを教示プログラムに従って動作させる際に、動作の各位置において、前記形状情報に基づいて、前記ロボット自体の各部の距離の変化を算出し、
   前記ロボットが受けた外力が基準値を超える場合には前記ロボットを停止させ、
   算出された前記距離が小さくなる方向に変化している場合にのみ、前記教示プログラムに設定されている速度を低下させるよう制御するとともに前記外力の基準値が小さくなるよう制御するロボットの制御方法。
4. 前記ロボットと前記周辺物体との前記距離が所定の閾値よりも小さい場合に、前記速度を低下させるよう制御する請求項１または請求項２に記載のロボットの制御方法。
5. 前記ツールと前記周辺物体との距離が小さくなる方向に変化している場合にのみ前記速度を低下させるよう制御する請求項１、請求項２および請求項４のいずれかに記載のロボットの制御方法。
6. 前記ロボットおよび前記周辺物体の少なくとも一方の各部分の硬度または尖鋭度の情報を記憶し、
   前記距離が小さくなる方向に変化している前記部分の硬度または尖鋭度に応じて前記速度の低下の度合いを調整する請求項１、請求項２、請求項４および請求項５のいずれかに記載のロボットの制御方法。
7. 前記部分の硬度が高いほど前記速度の低下の度合いを高くする請求項６に記載のロボットの制御方法。
8. 前記部分の尖鋭度が高いほど前記速度の低下の度合いを高くする請求項６に記載のロボットの制御方法。

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