TWI454350B - Robot movement regulation method and robot system - Google Patents

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TWI454350B
TWI454350B TW097146661A TW97146661A TWI454350B TW I454350 B TWI454350 B TW I454350B TW 097146661 A TW097146661 A TW 097146661A TW 97146661 A TW97146661 A TW 97146661A TW I454350 B TWI454350 B TW I454350B
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Hirokazu Kariyazaki
Shinichi Maehara
Minoru Yamamoto
Michiharu Tanaka
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Yaskawa Denki Seisakusho Kk
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Description

機器人動作規制方法及機器人系統
本發明，係關於機器人動作規制方法及機器人系統。
機器人，特別是產業用機器人係被廣泛地使用在汽車的組裝工廠等地方。
在動作時，機械臂以及其手腕(而且，已具備在手腕之工件(work)或工具)，係藉由事先已教授而記錄在控制裝置的記憶體之作業程式(一種已記述的順序，其係用以實行讓機器人動作的作業)，以不干涉周邊機器、或是不變為無效益的動作之方式，而作到沿著所希望的移動軌跡而進行動作。
但是，為了避免因為機械臂或是手腕的動作而將作業者等曝露在危險之中的不測的事態，而通常在機器人的前述移動軌跡的外側，係在特定的邊界上配置著安全防護柵。
此安全防護柵，係就是設置在機器人的最大動作範圍的外部，但例如在小零件的搬送用途等，係儘管機器人用以作業的動作範圍係狹窄，卻在機器人的最大動作區域的外部，設置安全防護柵之情事，係變為廣泛地確保機器人的佔有區域，而這是無益的。因此，亦可進行將機器人的動作範圍，藉由電腦的控制而進行限制。
例如：在專利文獻1，為記載著一種機器人動作規制 方法，而其所提到的特徵為：將用以規制機器人動作的區域，作為「假定安全柵」而定義在記憶體上，將含有工件(work)或工具的機器人之一部分予以內包的三次元空間區域，至少定義2處所以上，將該3次元空間區域的軌跡計算上的預測位置、與假定安全柵進行對照，在即使一部分接觸到假定安全柵的情況下，就進行使機器人停止之控制。
另外，作為如此的動作區域的監視之具體手段，係例如在日本專利第3937080號(以下，稱為參考文獻1)提案有一種方法：將作為長方體而已定義之干涉區域，作為通過了長方體的各面的4個頂點之6個外接球而進行內在表象(internal representation)，將外接球的中心位置與機械臂各部的距離予以求出，由已設定在臂部的半徑與外接球的半徑，來判斷是否處於干涉狀態。如藉由此方法，則並不是那麼地對控制器的CPU帶來負荷，而可以即時(real time)的方式進行干涉區域的檢查。
藉由使用這些技術，而成為可以不仰賴安全防護柵等而將機器人的動作範圍加以限制，成為可以將安全防護柵予以更狹窄地設置，將工廠等之有限的樓板面積加以有效率地活用。
[專利文獻1]日本特開2004-322244號公報(第6-9頁，第1圖)。
專利文獻1，係在軌跡計算上的預測位置係超過了假定安全柵的情況下，使機器人停止。然後，關於機器人的慣性移動，是「用在行進過度、制動的時間(距離)係成為必要，但是因為藉由前瞻(look ahead)而機器人本身係將比起假定安全柵而更在特定距離前方位置，作為開始制動位置而可以認知，所以成為可以安全地停止」。(參照0013段落。另外，有關在緊急停止時，因慣性而產生的行進過度量，在專利文獻1，係記載為「行進過度」，但在本申請案係統一為「慣性移動」。
但是，在專利文獻1，係從結論來看，並未考慮到有關於慣性移動距離。在此，打算將充分地具有余裕之前瞻(look ahead)，以實際時間(actual time)來實施的情況下，變得需要非常高的CPU能力而並不實際。
另外，即使是在軌跡計算上係以不接觸於假定安全柵的方式之動作模式，亦因為某些異常事態(例如：生產線的緊急停止、或伺服放大器的故障等)而緊急停止的情況下，各軸的慣性移動角度，係由慣性力所產生的力矩或重力矩的大小、剎車能力的差異而來，而因為每個軸相異，所以慣性移動的位置，係由原先想定的動作軌跡而逸脫。因而，有此位置係超過了假定安全柵之可能性。
因而，在打算導入機器人時，在亦考慮此慣性移動量之下，有必要將安全防護柵與假定安全柵之間的邊界(margin)加以大幅地確保，變得在空間上產生浪費。
本發明係以如此的問題點為鑑，假使在被緊急停止的情況下，各軸已慣性移動的位置，係有進入禁止動作區域的可能性之情況，藉由在該時點使機器人停止、或是發出警告、促使將作業程式進行修正，而作到即使在任何情況也不會有：機器人進入禁止動作區域之情事發生。其目的為提供：藉由此作用，作到可將工廠等的樓板面積或空間，以不浪費的狀態予以有效地活用之，機器人動作規制方法及機器人系統。
為了解決上述問題，本發明，係如以下般地進行構成。
記載於申請專利範圍第1項的發明，係有特徵為：將含有機器人的機械臂和具備於手腕上的工具或是所把持的工件(work)之機械臂占有區域、與前述機械臂占有區域為禁止進入之禁止動作區域，定義在記憶體上，對前述機器人之各軸而設定，在緊急停止前述機器人的情況下，把因具備於驅動前述各軸的馬達之制動裝置所產生在前述各軸的轉矩予以事先記憶，在每個演算周期，將前述工件或是工具的目標位置加以演算而將產生前述機器人的各軸的動作指令時，將根據次回的演算周期的前述工具或是工件的目標位置而來之前述機械臂占有區域，是否有進入到前述禁止動作區域之情事，加以確認，在已確認有進入的情況，藉由現在位置之各軸的角度與次回目標位置之各軸的 角度的差分除以演算周期時間的方式算出各軸的速度，算出各軸周圍的慣性矩陣及重力矩，使用前述各軸的速度及前述慣性矩陣算出產生在各軸的運動能量，藉由把前述位置能量加算到前述運動能量的值除以前述制動轉矩的方式，將根據前述次回的演算周期之朝向前述工具或是工件的目標位置之動作指令而來之前述機器人的動作中，把前述機器人加以緊急停止的情況之前述機器人各軸的慣性移動角度，加以推定，以將各軸的慣性移動角度予以加算在次回的演算周期的前述各軸之前述動作指令，而求出前述機器人的各軸的慣性移動預測位置，將在各軸的前述慣性移動預測位置之前述機械臂占有區域，是否有進入前述禁止動作區域之情事，加以確認，在確認有進入的情況，係進行將前述機器人的動作加以停止之控制。
另外，記載於申請專利範圍第2項的發明，是一種機器人系統，係具有：機器人、和將前述機器人加以控制之機器人控制裝置，前述機器人控制裝置係具備：記憶體，其係收納有由前述機器人的機械臂或是具備在前述機器人的手腕的工具或是由所把持的工件而來之機械臂占有區域、與前述機械臂占有區域係禁止進入之禁止動作區域，同時對前述機器人之各軸而設定，在緊急停止前述機器人的情況下，把因具備於驅動前述各軸的馬達之制動裝置所產生在前述各軸的轉矩予以事先記憶；目標位置算出部，其係在每個演算周期，求出前述工具或是工件的動作目標位置，產生前述機器人的各軸的動作指令；禁止動作區域 進入監視部，其係根據以前述目標位置算出部所求出的前述工具或是工件的動作目標位置來確認前述機械臂占有區域是否有進入前述禁止動作區域，在已確認有進入的情況，輸出停止前述機器人的動作之停止要求；以及驅動部，其係進行前述機器人的動作；以前述停止要求來將前述機器人的動作加以進行停止控制；在該機器人系統中，前述機器人控制裝置係具備慣性移動預測位置算出部，其係利用現在位置之各軸的角度與次回目標位置之各軸的角度的差分除以演算周期時間而算出各軸的速度，算出各軸周圍的慣性矩陣及重力矩，使用前述各軸的速度及前述慣性矩陣算出產生在各軸的運動能量，利用把前述位置能量加算到前述運動能量的值除以前述制動轉矩，而針對朝向前述工具或工件的動作目標位置動作之前述機器人，推定在動作中緊急停止前述機器人的情況下之前述機器人各軸的慣性移動角度；以將前述已推定的各軸的慣性移動角度，加算於前述各軸的動作指令的方式，來求出：前述機器人的各軸的慣性移動預測位置、和在各軸的前述慣性移動預測位置之前述工具或是工件的慣性移動位置，前述禁止動作區域進入監視部，係確認在前述慣性移動位置的前述機械臂占有區域是否進入前述禁止動作區域，在確認有進入的情況下，更輸出有停止前述機器人的動作之停止要求。
另外，記載於申請專利範圍第3項的發明，係前述機器人控制裝置是與具有顯示裝置之教示具相連接，在以將 前述機器人的動作予以停止之停止要求來把停止控制加以進行時，同時將停止前述機器人的意旨之顯示加以進行，來作為其特徵。
另外，記載於申請專利範圍第4項的發明，前述機器人控制裝置係與具有顯示裝置之教示具相連接，如事先已制定的控制方式為繼續的設定，則以前述停止要求而不進行停止控制，將繼續控制前述機器人的意旨之顯示加以實行，來作為其特徵。
另外，記載於申請專利範圍第5項的發明，是一種機器人系統，其係具有：機器人、和將前述機器人加以控制之機器人控制裝置；前述機器人控制裝置係具備：目標位置算出部，其係在每個演算周期，求出具備在手腕的工具或是所把持的工件之動作目標位置，產生前述機器人的各軸的動作指令；與驅動部，其係根據前述動作指令而進行前述機器人的動作；該機器人系統其特徵為：具有：記憶體，其係收納有由前述機器人的機械臂或是具備在前述機器人的手腕的工具或是由所把持的工件而來之機械臂占有區域、與前述機械臂占有區域係禁止進入之禁止動作區域，同時對前述機器人之各軸而設定，在緊急停止前述機器人的情況下，把因具備於驅動前述各軸的馬達之制動裝置所產生在前述各軸的轉矩予以事先記憶；現在位置檢測部，其係由具備在前述機器人的各軸之位置檢測器來讀取馬達的現在位置，由馬達的現在位置來求出前述機器人的現在位置，記憶馬達的現在位置以及機器人的現在位置； 禁止動作區域進入監視部，其係根據以前述目標位置算出部所求出的前述工具或是工件的動作目標位置來確認前述機械臂占有區域，是否有進入前述禁止動作區域，在確認有進入的情況下，輸出停止前述機器人的動作之停止要求；以及慣性移動預測位置算出部，其係利用現在位置之各軸的角度與次回目標位置之各軸的角度的差分除以演算周期時間而算出各軸的速度，算出各軸周圍的慣性矩陣及重力矩，使用前述各軸的速度及前述慣性矩陣算出產生在各軸的運動能量，利用把前述位置能量加算到前述運動能量的值除以前述制動轉矩，而將朝向前述工具或工件的動作目標位置動作之前述機器人，推定在動作中緊急停止前述機器人的情況下之前述機器人各軸的慣性移動角度，以將前述已推定的各軸的慣性移動角度，加算於前述各軸的動作指令的方式，來求出：前述機器人的各軸的慣性移動預測位置、和在各軸的前述慣性移動預測位置之前述工具或是工件的慣性移動位置；前述禁止動作區域進入監視部，係具備動作區域監視裝置，該動作區域監視裝置為確認在前述慣性移動位置的前述機械臂占有區域是否進入前述禁止動作區域，在確認有進入的情況下，更輸出有停止前述機器人的動作之停止要求。
另外，記載於申請專利範圍第6項的發明，係以前述記憶體、前述現在位置檢測部、前述慣性移動預測位置算出部以及前述禁止動作區域進入監視部，係對於前述機器人控制裝置，為獨立狀態，作為其特徵。
若藉由記載於申請專利範圍第1、2以及5項的發明，則因為亦考慮了在已發生了不預期的緊急停止之情況而成為能限制該動作區域，所以因即使在任何的情況，機器人都成為不會進入禁止動作區域，所以成為可安全地設定正確的禁止動作區域。因而，在將於該處工作的作業員的安全性的確保上，還可將工廠的樓板面積或空間，以不浪費的狀態作有效的活用。
另外，若藉由記載於申請專利範圍第3項及第4項的發明，則作業者可將動作限制的狀態加以確認，可將由作業者的確認予以容易化。
另外，若藉由申請專利範圍第5項及第6項的發明，則進行機器人的動作監視之動作區域監視裝置，係因為成為從將機器人加以控制的機器人控制裝置而為獨立之構成，所以即使在進行有關於機器人的控制之改善(版本升級)等作為，動作區域監視裝置亦可成為不受影響之構成。在動作區域監視的安全性，係因為可無關於機器人的控制而進行維持，所以例如將動作區域監視裝置，取得由第三者機關而發出之安全認證等，而可容易地得到顧客的信賴。
以下，關於本發明的方法之具體的實施例，根據圖面 而進行說明。
[實施例1]
第1圖，係將具備由本發明而來之機器人動作規制方法和裝置方法之機器人的系統，加以說明之圖。(機器人係以線段形態來表示。)在工廠的樓板上設置著物理性的安全防護柵10，其中設置有機器人1。
在此例，機器人1係具備著本體2和3支機械臂3、4、5。於機械臂5係經由把持裝置6而具備有工具7。作為工具7，安裝有電弧熔接用的熔接炬、點熔接用的熔接槍、或在搬送用途之手掌(hand)等。機械臂3、機械臂4、機械臂5，係個別以關節8來連接。
9係被放置於地板上的工件。工件9，係被熔接體或搬送物。
對本體2係從控制裝置20來送出必要的訊號，依照特定的作業程式，機械臂3、4、5係進行特定的動作，把持裝置6或工具7係將沿著所希望的軌跡之動作，加以進行。
於控制裝置20係連接著教示具21，將向機器人1的教示或作業程式的改寫等，加以進行。
將機器人進行導入、設置而在運轉之前，將機器人1的禁止動作區域50，加以設定。此禁止動作區域50的設定，係除了在設置時之外，更可在需要變更時，隨時進行。禁止動作區域50，係作為長方體來定義而進行設定。 設定，係藉由使用教示具21，將長方體的頂點的座標值進行數值輸入、或是操作教示具21而將機器人1的控制點予以動作，將長方體的頂點的位置加以指定之情事，來加以定義。已定義之禁止動作區域50，係被收納在控制裝置20的記憶體上。另外，禁止動作區域50，係亦可作為複數個區域來加以定義。
另外，機器人1的各機械臂3、4、5或工具7係將在空間中所占的區域，作為機械臂占有區域A1、A2、A3、A4、A5、A6而加以定義。
首先，將機械臂3、4、5，作為將連接關節8的直線設為軸心之特定半徑的圓筒區域而加以定義，將其個別設為A4、A5、A6。
另外，將機器人1的各關節8予以內包之區域A1、A2，係作為將關節8的軸上的1點設為中心之特定半徑的球而加以定義。關節8的軸上的1點，係通常為使用：被用在將前述A4、A5、A6的區域予以定義時之「將關節8加以連接的直線」、與關節8的軸線之交點。而且，將機械臂5的前端的把持裝置6以及工具7予以內包之區域，設為特定半徑的球A3而加以定義。這些機械臂占有區域A1~A6的定義，亦被收納在控制裝置20的記憶體上。
任一的機械臂占有區域，都是具有大致上的半徑的球以及圓筒即可，在設為半徑更大的球以及圓筒而加以定義的情況，係就只有安全率變高，但是上述之禁止動作區域50係變得必需以更廣的區域來設定，而空間效率降低。或 是在機械臂的移動上，變得會受到限制。
第2圖，係將以控制裝置20來構築之機器人控制的一實施例，加以表示的方塊圖。
教示．操作部201，係以在教示具21的操作者之操作，來將用以進行作業程式的呼叫、實行以及教示作業之機器人操作，加以執行。另外，亦進行：將教示資料收納於教示資料收納區域202(作業程式或相關於其他作業的資訊)、或將各種參數收納於參數收納區域203等情事。於參數收納區域203，亦收納有：為了內插運算而所需要的機械臂各部分之尺寸、或為了機器人軸動作而必要的減速比或馬達常數等之軸規格、以及用以將各軸機械臂占有區域A1至A6的半徑以及禁止動作區域50加以定義之座標值等。
操作者一進行作業程式的呼叫、實行、或是將用在教示作業的機器人操作予以進行，則教示．操作部201係對於動作指令產生部204，將機器人動作指令要求予以送出。動作指令產生部204，係對於機器人動作指令，在將以作業程式而已制定的機器人的動作軌跡上的內插點，作為次回目標位置而決定之每個內插周期，以次回目標位置算出部206來算出。關於在此已求出的次回目標位置，以禁止動作區域進入監視部208，來進行是否進入禁止動作區域之情事的檢查。另外，在正動作於次回目標位置的狀態，已被緊急停止的情況下，進行慣性移動而停止的位置(慣性移動預測位置)，藉由慣性移動預測位置算出部 207來算出，關於已求出的慣性移動預測位置，以禁止動作區域進入監視部208，來檢查是否有進入禁止動作區域之情事。次回目標位置算出部206，係將用以朝向已算出的位置進行動作之機器人各軸的指令值，發送到驅動部205。但是，在禁止動作區域進入監視部208，檢測到向禁止動作區域進入之情事的情況下，將停止要求發送到驅動部205。
驅動部205，係使機器人1的各軸，依照從動作指令產生部204送出的指令值來動作，但若收到停止要求，則不進行機器人1的動作，使其停止。
第3圖，係將用以說明有關本發明的基本想法之機器人的動作，加以說明之圖。
機器人1係從現在位置301，朝向次回目標位置302而開始動作。在此，把機器人1緊急停止，個別的軸，係即使按照該時的負載狀況也只慣性移動一點點就停止。關於各軸而將慣性移動角度加以預測，以加算於次回目標位置，而可求出慣性移動預測位置303。
在第3(b)圖，θs1，係表示在現在位置301之第1軸304的角度、θe1，係表示在次回目標位置302之第1軸304的角度。θd1，係在處於次回目標位置302的姿勢之負載狀況，將已緊急停止的情況之慣性移動角度加以表示。在此，藉由將θe1+θd1加以算出，而可將慣性移動預測位置303予以求出。
在此慣性移動預測位置303，將機械臂占有區域加以 考慮，此區域進入到禁止動作區域50的情況，係在讓機器人1朝向次回目標位置302動作之前，先使機器人1停止，而即使慣性移動，亦可避免進入到禁止動作區域50。
在第3圖，係(b)比起(a)來，在第1軸304的慣性力所產生的力矩以及重力矩較大。因而，(b)為產生較大的慣性移動角度，如圖所示，手腕部的機械臂占有區域，係可預測會進入禁止動作區域50。因而，在(b)的情況，係使機器人1停止。
第4圖，係一流程圖，在動作指令產生部204，用以實現：一種以不干涉到禁止動作區域的方式來進行限制之機器人的動作。使用此圖，按照本發明的方法之順序而進行說明。
在此，係關於軸數為n個的機器人而加以考慮。基本上，在各步驟，於第1軸至第n軸，反覆進行同樣的處理。使用i，作為將各軸的軸編號加以表示的添加字。(例如：如為6軸機器人，則取i=1…6)。
[S01]
在步驟S01，係在次回目標位置算出部206，將每個演算周期的次回目標位置(第3圖的302)加以算出。所謂這個「次回目標位置」，係指所求出之到機器人各軸的角度。
接著進入步驟S02。
[S02]
在步驟S02，係將在以步驟S01求出的次回目標位置中，機械臂占有區域A1至A6，是否進入禁止動作區域50之檢查，加以進行。此檢查，係在禁止動作區域進入監視部208中進行。
關於在此之進入監視的具體方法，係有各式各樣的方法，在此係如參考文獻1般地，打算採用以下之方法：將禁止動作區域作為長方體而加以定義之物，作為通過了各面的4個頂點之6個外接球而加以表現，將其中心位置與機械臂各部的距離予以求出，由已設定在機械臂的半徑與外接球的半徑，來判斷是否處於干涉狀態。
另外，在禁止動作區域50係以複數個區域來定義之情況下，關於全部的禁止動作區域，進行相同的檢查，在即使只有一個已進入的情況，亦就判定為「進入」。
在此，已被判斷為「進入」的情況，係進到步驟S12。如果並非如此，則進入步驟S03。
[S03]
在步驟S03，係進行現在位置和次回目標位置的差分、與演算周期時間：由t，來求出機器人各軸的速度：ω1。
此速度的算出，係在慣性移動預測位置算出部207中進行。
例如：在第3(b)圖的第1軸速度ω1，係以下式來 求出。
ω1=(θe1-θs1)/t
在此，θs1、θe1，係依照在第3圖之說明。
θs1：表示在現在位置之第1軸角度、θe1：表示在次回目標位置的第1軸角度。
同樣地，關於其他軸(2~n軸)，亦將各軸速度ωi加以算出。也就是，ωi=(θei-θsi)/t(i=1~n)
接著進入步驟S04。
[S04]
在步驟S04，係在慣性移動預測位置算出部207，算出：在次回目標位置的機器人的各軸周圍所產生的慣性矩陣：J、以及重力矩：G。
在軸數n的機器人的情況，慣性矩陣J係以n行n列、重力矩G，係以n行1列的行列式(determinant)來表現。
機器人各軸的慣性矩陣或重力矩，係可由：將各機械臂部，分割為以關節作為界限之個別的零件，從在個別之質量以及重心位置、形狀矩(moment)、和機器人各軸角度來算出。各機械臂部的質量以及重心位置、形狀矩，係事先收納在參數收納區域203。
作為從機器人的姿勢來將各軸的慣性矩陣或重力矩加以算出之具體的方法，係因為有各式各樣的運動方程式，所以用這些之中的任一個即可。例如，使用一般熟知的「牛頓．歐拉的運動方程式」或「Lagrangian運動方程式」等的運動方程式之方法，適於在計算機上的即時計算。接著進入步驟S05。
[S05]
在步驟S05，係在慣性移動預測位置算出部207，使用直到步驟S04所求出之各軸的速度ωi、慣性矩陣J、重力矩G，來將發生於各軸的能量：Ui加以算出。
運作在動作中的旋轉體之全能量，係以下述式來表現。
U=K+P
在此，U：全能量、K：運動能量、P：位置能量。
機械臂，係幾乎在所有的情況，都是進行將各軸作為中心的旋轉運動之旋轉體。運動能量：K，係旋轉體的情況，以下述式來表現。
一方面，位置能量：P，係與重力矩：G相等。
因而，第i軸的能量：Ui係能以下式來求出。
關於i=1~n的全軸而進行上述式的計算，將各軸的能量予以算出。
接著進入步驟S06。
[S06]
在步驟S06，係在慣性移動預測位置算出部207，將對於機器人1而加以緊急停止的情況之各軸的慣性移動角度，加以算出。在產生於第i軸的能量、與第i軸的制動能力、以及各軸的慣性移動角度之間，係有如下式般的關係。
Ui=Tbi．θdi
Tbi：第i軸的制動轉矩θdi：第i軸的慣性移動角度
在此，所謂制動轉矩：Tbi，係由具備於伺服馬達之機構式制動能力、伺服放大器的動態制動、電源再生、或減速機構部的摩擦阻抗等，來決定之各軸固有的值。制動轉矩越大，各軸的慣性移動角度就變得越小。
因而，在使具有某種能量而進行動作的機器人軸來進行緊急停止之際，其之第i軸的慣性移動角度，係藉由下式而可算出。
使用此式，將各軸的慣性移動角度θdi加以算出。在此，例如：在第3(b)圖的θd1，係表示在第1軸的慣性移動角度。
另外，各軸的制動轉矩的設定值，係藉由教示具21，收納在參數收納區域203。
接著進入步驟S07。
[S07]
在步驟S07，係根據在步驟S06所求出的各軸的慣性移動角度，將「慣性移動預測位置」加以算出。也就是在此已求出的慣性移動預測位置，係被預想為：在次回目標位置，在把機器人1緊急停止的情況下，機器人1到達之位置。若以第3(b)圖的第1軸來進行說明，則對於在次回目標位置302的第1軸的角度θe1，將在步驟S06所求 出的慣性移動角度θd1予以加算之角度，係成為在慣性移動預測位置303的第1軸角度。
接著進入步驟S08。
[S08]
在步驟S08，係將慣性移動預測位置303是否進入禁止動作區域之情事的檢查，加以進行。檢查方法本身，係與步驟S02相同，此檢查，係在禁止動作區域進入監視部208中進行。
在此，已被判斷為「進入」的情況，係進到步驟S09。如果並非如此，則進入步驟S11。
[S09]
在步驟S09，係隨著事先操作者係已設定在參照之控制方法，向停止或繼續的控制來分歧。如控制方法為停止，則進入步驟S12，如為繼續，則進入步驟S10。
[S10]
在步驟S10，係在教示具21的顯示器上，將與於步驟S08中，慣性移動預測位置係進入到禁止動作區域之作業程式的教示步驟號碼一起、將「繼續動作」或是繼續動作的意旨之訊息，加以表示，而進入步驟S11。
[S11]
在步驟S11，係將用以動作在次回目標位置算出部206所算出的次回目標位置之動作指令，向驅動部205輸出，使機器人1動作。
[S12]
在到達了步驟S12的情況，禁止動作區域進入監視部208，係對於驅動部205，將停止要求加以送出。以此停止要求而驅動部205係使機器人1的動作停止。另外，將停止理由作為訊息而使其顯示在教示具21的顯示器。
藉由採取如此的順序，假如產生緊急停止，即使機器人1已慣性移動，機器人1亦成為不進入禁止動作區域。
慣性移動預測位置，係因為變成與實際上已教示的軌跡為不同之位置，所以在教示作業中，係難以將在慣性移動上的干涉加以預測。
在本實施例，係作為已預測到：慣性移動預測位置係進入禁止動作區域的情況之控制手法，而可選擇「緊急停止」和「繼續動作」。(步驟S09)
藉由將此有效利用，而在教示了作業程式之後的動作確認之際，係先指定「動作繼續」而將作業程式再生，將因緊急停止而有朝向禁止動作區域而進行干涉的疑慮之處所，加以確認，將教示點或指令速度予以重新估計，而作到在通常動作下沒有干涉之疑慮。由此，可將來自難以預測的慣性移動而產生之干涉的可能性，予以極力排除。
然後，在實際生產時係先指定「緊急停止」，在特異 的狀況下產生了干涉之疑慮的情況下，係可使其緊急停止之有效利用。
在本發明的禁止動作區域的設定，係多半並不是將在使用形態下，機器人禁止進入的區域加以定義，而是將許可機器人進行動作的區域，也就是「可動作區域」加以指定，為比較簡便。也就是，為如將以安全防護柵來包圍的區域，加以指定般的情況。
在如這樣的情況，係藉由如將包圍已定義的可動作區域般的複數之禁止動作區域，加以定義，而可得同樣的效果。
第5圖，是表示：將可動作區域70設為包含機器人1的長方體而定義之系統，由上面所見的樣子。
在使用者係定義了可動作區域70之情況，控制器，係自動地將相鄰於可動作區域70的各面之複數的禁止動作區域51~54，予以自動產生，作到使其事先展開於參數收納區域203即可。由此，使用前述的方法，可將不進到可動作區域70之外般的動作規制，加以實現。
[實施例2]
前述的機器人動作規制方法，係以進行機器人的控制之控制程式來構成，但為了提高安全性以及信賴性，而可將用以將進入禁止動作區域之情事加以監視，在進入時會執行使機器人動作停止之控制的裝置，獨立地設置。
第6圖以及第7圖，係說明：作為本發明的其他態 樣，使進行前述的監視以及停止控制的裝置予以獨立的情況的實施形態之圖。
第6圖係成為：對於第2圖的系統，將動作區域監視裝置601予以追加的構成。動作區域監視裝置601，係藉由驅動部205，在每個已制定的監視周期，將各軸馬達位置605，由編碼器(encoder)等的位置檢測器，而現在位置檢測部602為進行讀取。從此各軸的馬達位置605，求出機器人的現在位置(工件或工具的位置，亦稱為TCP。)，對於此機器人的現在位置，以禁止動作區域進入監視部604，來將進入禁止動作區域之情事加以檢查。另外，將以現在位置檢測部602已讀取的馬達位置605資訊作為基礎，在慣性移動預測位置算出部603，將在此時點上已加以緊急停止的情況下，進行慣性移動而停止之位置，加以算出。對於此慣性移動預測位置，以禁止動作區域進入監視部604，來將進入禁止動作區域之情事，加以檢查。禁止動作區域進入監視部604，係一檢測出有進入到禁止動作區域，則對於驅動部205，例如輸出：驅動電源遮斷訊號等之緊急停止指令606。
第7圖，係一流程圖，用以實現：在第6圖的系統構成中，以不干涉到禁止動作區域的方式，來將機器人的動作加以限制。使用此圖，按照本發明的方法之順序而進行說明。
[S101]
在步驟S101，以現在位置檢測部602，來將機器人的各軸的馬達位置605予以讀入。接著，從已讀入的各馬達位置605，來將機器人的現在位置加以求出。為了在之後進行的處理，各軸馬達的現在位置(現在位置)，係與前一次已讀入的前次的位置(前次位置)一起，先進行記憶。接著進入步驟S102。
[S102]
在步驟S102，係以禁止動作區域進入監視部604，將在以步驟S101所求出的機器人的現在位置中，機械臂占有區域A1至A6，是否進入禁止動作區域50之檢查，加以進行。具體的進入監視方法，係可適用與在前述第4圖的流程圖的步驟S02已進行之相同的手法。
在此，已被判斷為「進入」的情況，係轉移到步驟S109。如果並非如此，則進入步驟S103。
[S103]
在步驟S103，係由各軸馬達的前次位置與現在位置的差分、與監視周期時間，來求出機器人各軸的速度：ωi。i，為將各軸的軸編號加以表示的添加字。接著進入步驟S104。
[S104]
在步驟S04，係算出：在各軸馬達的現在位置之，產 生於機器人的各軸周圍的慣性矩陣：I、以及重力矩：G。這些數值的算出，係在慣性移動預測位置算出部603中進行。此方法，係與第4圖的步驟S04相同。接著進入步驟S105。
[S105]
在步驟S105，係使用直到步驟S04所求出之各軸的速度ωi、慣性矩陣I、重力矩向量G，來將發生於各軸的能量：Ui加以算出。這些數值的算出，係在慣性移動預測位置算出部603中進行。算出方法，係與第4圖的步驟S05相同。接著進入步驟S106。
[S106]
在步驟S06，係在從各軸馬達的現在位置直到將機器人加以緊急停止的情況下之各軸的慣性移動角度，加以算出。這些數值的算出，係在慣性移動預測位置算出部603中進行。算出方法，係與第4圖的步驟S06相同。接著進入步驟S107。
[S107]
在步驟S107，係在各軸馬達的現在位置上，將以步驟S106所求出的各軸的慣性移動角度，予以加算，而將「慣性移動預測位置」加以算出。這些數值的算出，係在慣性移動預測位置算出部603中進行。算出方法，係與第 4圖的步驟S07相同。接著進入步驟S108。
[S108]
在步驟S108，係將慣性移動預測位置是否進入禁止動作區域之情事的檢查，加以進行。檢查方法本身，係與步驟S102相同。
在此，已被判斷為「進入」的情況，係進到步驟S109。若非如此，則在這次的監視周期的監視處理為結束。
[S109]
在步驟S109，係對於驅動部205，發出緊急停止要求之指令。
藉由採取如此般的構成以及順序，假如動作指令產生部有故障，即使已對機器人發出異常的指令之情況，亦可趁著慣性移動位置未進入禁止動作區域，來使機器人停止。
[產業上的可利用性]
本發明，係因為將機器人的動作預測加以進行，將進入假設的安全防護柵之禁止動作區域之情事，予以靜態上的以及動態上的監視，所以成為可將信賴性高的機器人的動作區域限制加以進行。原本是用堅固的安全防護柵來防止機器人朝向無意圖讓其動作的區域而逸脫之情事，但因 為信賴性增加，所以可用簡單的柵等來表示機器人的動作區域，而可將機器人導入準備予以簡單化。
1‧‧‧機器人
2‧‧‧本體
3、4、5‧‧‧機械臂
6‧‧‧把持裝置
7‧‧‧工具
8‧‧‧關節
9‧‧‧工件
10‧‧‧物理上的安全防護柵
20‧‧‧控制裝置
21‧‧‧教示具
50‧‧‧禁止動作區域
51‧‧‧禁止動作區域(1)
52‧‧‧禁止動作區域(2)
53‧‧‧禁止動作區域(3)
54‧‧‧禁止動作區域(4)
70‧‧‧可動作區域
201‧‧‧教示．操作部
202‧‧‧教示資料收納區域(area)
203‧‧‧參數收納區域(area)
204‧‧‧動作指令產生部
205‧‧‧驅動部
206‧‧‧次回目標位置算出部
207、603‧‧‧慣性移動預測位置算出部
208、604‧‧‧禁止動作區域進入監視部
301‧‧‧現在位置
302‧‧‧次回目標位置
303‧‧‧慣性移動預測位置
304‧‧‧第1軸
601‧‧‧動作區域監視裝置
602‧‧‧現在位置檢測部
605‧‧‧馬達位置
606‧‧‧緊急停止指令
A1、A2、A3、A4、A5、A6‧‧‧機械臂占有區域
[第1圖]將具備由本發明而來之機器人動作規制方法和裝置方法之機器人系統，加以說明之圖。
[第2圖]用以將由本發明而來的機器人動作規制方法加以實現之方塊圖。
[第3圖]將具備由本發明而來之機器人動作規制方法和裝置方法之機器人的動作，加以說明之圖。
[第4圖]用以將由本發明而來的機器人動作規制方法加以實現之流程圖。
[第5圖]將使用禁止動作區域，將可動作區域加以定義的方法，加以說明之圖。
[第6圖]用以將由本發明的第2方法而來的機器人動作規制方法加以實現之方塊圖。
[第7圖]用以將由本發明的第2方法而來的機器人動作規制方法加以實現之流程圖。
50‧‧‧禁止動作區域
301‧‧‧現在位置
302‧‧‧次回目標位置
303‧‧‧慣性移動預測位置
304‧‧‧第1軸
θs1‧‧‧在現在位置301之第1軸304的角度
θe1‧‧‧在次回目標位置302之第1軸304的角度
θd1‧‧‧在處於次回目標位置302的姿勢之負載狀況下，已緊急停止的情況之慣性移動角度

Claims (6)

  1. 一種機器人動作規制方法，其特徵為：將含有機器人的機械臂和具備於手腕上的工具或是所把持的工件(work)之機械臂占有區域、與前述機械臂占有區域為禁止進入之禁止動作區域，定義在記憶體上，對前述機器人之各軸而設定，在緊急停止前述機器人的情況下，把因具備於驅動前述各軸的馬達之制動裝置所產生在前述各軸的轉矩予以事先記憶，在每個演算周期，將前述工件或是工具的目標位置加以演算而將產生前述機器人的各軸的動作指令時，將根據次回的演算周期的前述工具或是工件的目標位置而來之前述機械臂占有區域，加以確認是否有進入到前述禁止動作區域之情事，在已確認有進入的情況下，藉由現在位置之各軸的角度與次回目標位置之各軸的角度的差分除以演算周期時間的方式算出各軸的速度，算出各軸周圍的慣性矩陣及重力矩，使用前述各軸的速度及前述慣性矩陣算出產生在各軸的運動能量，藉由把前述位置能量加算到前述運動能量的值除以前述制動轉矩的方式，將根據前述次回的演算周期之朝向前述工具或是工件的目標位置之動作指令而進行之前述機器人的動作中，加以推定把前述機器人緊急停止的情況下之前述機器人各軸的慣性移動角度，以將各軸的慣性移動角度予以加算在次回的演算周期 的前述各軸之前述動作指令的方式，而求出前述機器人的各軸的慣性移動預測位置，加以確認在各軸的前述慣性移動預測位置之前述機械臂占有區域是否有進入前述禁止動作區域之情事，在確認有進入的情況下，進行將前述機器人的動作加以停止之控制。
  2. 一種機器人系統，係具有：機器人、和將前述機器人加以控制之機器人控制裝置，前述機器人控制裝置係具備：記憶體，其係收納有由前述機器人的機械臂或是具備在前述機器人的手腕的工具或是由所把持的工件而來之機械臂占有區域、與前述機械臂占有區域係禁止進入之禁止動作區域，同時對前述機器人之各軸而設定，在緊急停止前述機器人的情況下，把因具備於驅動前述各軸的馬達之制動裝置所產生在前述各軸的轉矩予以事先記憶；目標位置算出部，其係在每個演算周期，求出前述工具或是工件的動作目標位置，產生前述機器人的各軸的動作指令；禁止動作區域進入監視部，其係根據以前述目標位置算出部所求出的前述工具或是工件的動作目標位置來確認前述機械臂占有區域是否有進入前述禁止動作區域，在已確認有進入的情況，輸出停止前述機器人的動作之停止要求；以及 驅動部，其係進行前述機器人的動作；以前述停止要求來將前述機器人的動作加以進行停止控制；在該機器人系統中，前述機器人控制裝置係具備慣性移動預測位置算出部，其係利用現在位置之各軸的角度與次回目標位置之各軸的角度的差分除以演算周期時間而算出各軸的速度，算出各軸周圍的慣性矩陣及重力矩，使用前述各軸的速度及前述慣性矩陣算出產生在各軸的運動能量，利用把前述位置能量加算到前述運動能量的值除以前述制動轉矩，而針對朝向前述工具或工件的動作目標位置動作之前述機器人，推定在動作中緊急停止前述機器人的情況下之前述機器人各軸的慣性移動角度；以將前述已推定的各軸的慣性移動角度，加算於前述各軸的動作指令的方式，來求出：前述機器人的各軸的慣性移動預測位置、和在各軸的前述慣性移動預測位置之前述工具或是工件的慣性移動位置，前述禁止動作區域進入監視部，係確認在前述慣性移動位置的前述機械臂占有區域是否進入前述禁止動作區域，在確認有進入的情況下，更輸出有停止前述機器人的動作之停止要求。
  3. 如申請專利範圍第2項所記載的機器人系統，其中，前述機器人控制裝置係與具有顯示裝置之教示具相連接，在以停止前述機器人的動作之停止要求來進行停止控 制時，進行有停止前述機器人的意旨之顯示。
  4. 如申請專利範圍第2項所記載的機器人系統，其中，前述機器人控制裝置係與具有顯示裝置之教示具相連接，如事先已制定的控制方式為繼續的設定的話，則根據前述停止要求而不進行停止控制，進行有繼續控制前述機器人的意旨之顯示。
  5. 一種機器人系統，係具有：機器人、和控制前述機器人之機器人控制裝置；前述機器人控制裝置係具備：目標位置算出部，其係在每個演算周期，求出具備在手腕的工具或是所把持的工件之動作目標位置，產生前述機器人的各軸的動作指令；與驅動部，其係根據前述動作指令而進行前述機器人的動作；該機器人系統其特徵為：具有：記憶體，其係收納有由前述機器人的機械臂或是具備在前述機器人的手腕的工具或是由所把持的工件而來之機械臂占有區域、與前述機械臂占有區域係禁止進入之禁止動作區域，同時對前述機器人之各軸而設定，在緊急停止前述機器人的情況下，把因具備於驅動前述各軸的馬達之制動裝置所產生在前述各軸的轉矩予以事先記憶；現在位置檢測部，其係由具備在前述機器人的各軸之位置檢測器來讀取馬達的現在位置，由馬達的現在位置來 求出前述機器人的現在位置，記憶馬達的現在位置以及機器人的現在位置；禁止動作區域進入監視部，其係根據以前述目標位置算出部所求出的前述工具或是工件的動作目標位置來確認前述機械臂占有區域，是否有進入前述禁止動作區域，在確認有進入的情況下，輸出停止前述機器人的動作之停止要求；以及慣性移動預測位置算出部，其係利用現在位置之各軸的角度與次回目標位置之各軸的角度的差分除以演算周期時間而算出各軸的速度，算出各軸周圍的慣性矩陣及重力矩，使用前述各軸的速度及前述慣性矩陣算出產生在各軸的運動能量，利用把前述位置能量加算到前述運動能量的值除以前述制動轉矩，而將朝向前述工具或工件的動作目標位置動作之前述機器人，推定在動作中緊急停止前述機器人的情況下之前述機器人各軸的慣性移動角度，以將前述已推定的各軸的慣性移動角度，加算於前述各軸的動作指令的方式，來求出：前述機器人的各軸的慣性移動預測位置、和在各軸的前述慣性移動預測位置之前述工具或是工件的慣性移動位置；前述禁止動作區域進入監視部，係具備動作區域監視裝置，該動作區域監視裝置為確認在前述慣性移動位置的前述機械臂占有區域是否進入前述禁止動作區域，在確認有進入的情況下，更輸出有停止前述機器人的動作之停止要求。
  6. 如申請專利範圍第5項所記載的機器人系統，其中，前述記憶體、前述現在位置檢測部、前述慣性移動預測位置算出部以及前述禁止動作區域進入監視部，係對於前述機器人控制裝置，為獨立狀態。
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