TWI621004B - Robot system monitoring device - Google Patents

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TWI621004B
TWI621004B TW105135031A TW105135031A TWI621004B TW I621004 B TWI621004 B TW I621004B TW 105135031 A TW105135031 A TW 105135031A TW 105135031 A TW105135031 A TW 105135031A TW I621004 B TWI621004 B TW I621004B
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Koji Muneto
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Abstract

本發明提供一種機器人系統之監視裝置，上述機器人系統包括：具備1個以上之關節軸、及使該關節軸驅動之伺服馬達之機器人，以及對驅動上述各關節軸之伺服馬達進行控制之控制裝置。機器人系統之監視裝置包括：電流感測器，對各伺服馬達中流通之電流值進行檢測；電流轉矩轉換部，將由電流感測器檢測出之流經各伺服馬達之電流值轉換為轉矩值；驅動轉矩推斷部，推斷各伺服馬達之驅動所需之驅動轉矩之至少一部分；差分轉矩運算部，運算經電流轉矩轉換部轉換之轉矩值與驅動轉矩之推斷值之差分轉矩；轉矩外力轉換部，將由差分轉矩運算部運算出之上述差分轉矩轉換為機器人之外力；以及停止訊號生成部，根據經轉矩外力轉換部轉換之外力之值生成機器人之停止訊號，並將該停止訊號供給至控制裝置。

Description

機器人系統之監視裝置
本發明係關於一種機器人系統之監視裝置。
先前，已知有當不使用力感測器而對機器人施加外力時，以追隨外力之方式控制機器人之控制裝置(參照專利文獻1~專利文獻5)。該控制裝置對驅動機器人之關節軸之馬達中流通之電流值與馬達之旋轉速度進行檢測，算出施加至機器人之擾動轉矩，並相應於擾動轉矩而變更位置指令值。
近年來，自提高生產性之觀點考量，提出機器人與作業人員於同一作業空間內共同地進行作業。因此，自安全性之觀點考量，開發出用以監視機器人之動作且高精度地檢測碰撞之各種技術(參照專利文獻6、專利文獻7)。例如專利文獻7中記載之控制裝置根據所檢測到之馬達旋轉角與所輸入之機器人臂之負荷之重量及重心位置，而進行逆動力學運算，藉此計算馬達驅動所需之馬達電流。然後，將該馬達電流計算值與自馬達檢測之電流檢測值之差，作為因碰撞而發生之擾動電流值加以計算，並根據該擾動電流值檢測碰撞。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平10-156771號公報
[專利文獻2]日本專利特開平11-042575號公報
[專利文獻3]日本專利特開平11-042576號公報
[專利文獻4]日本專利特開平11-042577號公報
[專利文獻5]日本專利特開平11-042578號公報
[專利文獻6]日本專利特開2006-075931號公報
[專利文獻7]日本專利特開2006-123012號公報
然而，如專利文獻7般之習知構成中，因根據驅動機器人之關節軸之馬達之電流值檢測碰撞，故無法高精度地檢測碰撞。
因此，本發明之目的在於提供一種能夠高精度地檢測機器人運轉時之碰撞之機器人系統之監視裝置。
本發明之一形態之機器人系統之監視裝置中，上述機器人系統包括：具備1個以上之關節軸、及使該關節軸驅動之伺服馬達之機器人，以及對驅動上述各關節軸之伺服馬達進行控制之控制裝置，上述機器人系統之監視裝置包括：電流感測器，對各伺服馬達中流通之電流值進行檢測；電流轉矩轉換部，將由上述電流感測器檢測出之流經各伺服馬達之電流值轉換為轉矩值；驅動轉矩推斷部，推斷各伺服馬達之驅動所需之驅動轉矩之至少一部分；差分轉矩運算部，運算經上述電流轉矩轉換部轉換之轉矩值與上述驅動轉矩之推斷值之差分轉矩；外力轉換部，將由上述差分轉矩 運算部運算出之上述差分轉矩轉換為上述機器人之外力；以及停止訊號生成部，根據經上述外力轉換部轉換之上述外力之值生成上述機器人之停止訊號，並將該停止訊號供給至上述控制裝置。
根據上述構成，對驅動機器人之各關節軸之馬達中流通之電流值進行檢測，將所檢測到之電流值轉換為轉矩值，並將轉換後之轉矩值轉換為機器人之外力。因直接算出作用於機器人之外力，故可高精度地檢測機器人運轉時之碰撞。而且，因根據外力之值生成停止訊號，故管理人員容易進行臨限值等之設定。
本發明之其他形態之機器人系統之監視裝置中，上述機器人系統包括：具備1個以上之關節軸、及使該關節軸驅動之伺服馬達之機器人，以及對驅動上述各關節軸之伺服馬達進行控制之控制裝置，上述機器人系統之監視裝置包括：電流感測器，對各伺服馬達中流通之電流值進行檢測；電流外力轉換部，將由上述電流感測器檢測出之流經各伺服馬達之電流值轉換為上述機器人之外力之檢測值；驅動轉矩推斷部，推斷各伺服馬達之驅動所需之驅動轉矩之至少一部分；轉矩外力轉換部，將上述驅動轉矩之推斷值轉換為上述機器人之外力之推斷值；外力轉換部，藉由運算上述機器人之外力之檢測值與上述機器人之外力之推斷值之差分，而轉換為上述機器人之外力；以及停止訊號生成部，根據經上述外力轉換部轉換之上述外力之值生成上述機器人之停止訊號，並將該停止訊號供給至上述控制裝置。
本發明之其他形態之機器人系統之監視裝置中，上述機器人系統包括：具備1個以上之關節軸、及使該關節軸驅動之伺服馬達之機器 人，以及對驅動上述各關節軸之伺服馬達進行控制之控制裝置，上述機器人系統之監視裝置包括：電流感測器，對各伺服馬達中流通之電流值進行檢測；電流推斷部，推斷流經各伺服馬達之電流值；差分電流運算部，運算流經各伺服馬達之檢測電流值與推斷電流值之差分電流；外力轉換部，將由上述差分電流運算部算出之差分電流轉換為上述機器人之外力；以及停止訊號生成部，根據經上述外力轉換部轉換之上述外力之值生成上述機器人之停止訊號，並將該停止訊號供給至上述控制裝置。
本發明之其他形態之機器人系統之監視裝置中，上述機器人系統包括：具備1個以上之關節軸、及使該關節軸驅動之伺服馬達之機器人，以及對驅動上述各關節軸之伺服馬達進行控制之控制裝置，上述機器人系統之監視裝置包括：電流感測器，對各伺服馬達中流通之電流值進行檢測；第1電流轉矩轉換部，將由上述電流感測器檢測出之流經各伺服馬達之電流值轉換為轉矩之檢測值；電流推斷部，推斷流經各伺服馬達之電流值；第2電流轉矩轉換部，將由上述電流推斷部推斷出之流經各伺服馬達之推斷電流值轉換為轉矩之推斷值；差分轉矩運算部，運算上述轉矩之檢測值與上述轉矩之推斷值之差分轉矩；外力轉換部，將由上述差分轉矩運算部算出之差分轉矩轉換為上述機器人之外力；以及停止訊號生成部，根據經上述外力轉換部轉換之上述外力之值生成上述機器人之停止訊號，並將該停止訊號供給至上述控制裝置。
本發明之其他形態之機器人系統之監視裝置中，上述機器人系統包括：具備1個以上之關節軸、及使該關節軸驅動之伺服馬達之機器人，以及對驅動上述各關節軸之伺服馬達進行控制之控制裝置，上述機器 人系統之監視裝置包括：電流感測器，對各伺服馬達中流通之電流值進行檢測；電流推斷部，推斷流經各伺服馬達之電流值；第1電流外力轉換部，將由上述電流感測器檢測出之流經各伺服馬達之電流值轉換為上述機器人之外力之檢測值；第2電流外力轉換部，將由上述電流推斷部推斷出之流經各伺服馬達之推斷電流值轉換為上述機器人之外力之推斷值；外力轉換部，藉由運算上述機器人之外力之檢測值與上述機器人之外力之推斷值之差分，而轉換為上述機器人之外力；以及停止訊號生成部，根據經上述外力轉換部轉換之上述外力之值生成上述機器人之停止訊號，並將該停止訊號供給至上述控制裝置。
上述停止訊號生成部亦可於經上述外力轉換部轉換之上述外力之值超過預先設定之第1臨限值時，生成上述機器人之停止訊號。
若碰撞判斷時之臨限值為電流值，則管理人員必須根據電流值估計作用於機器人之外力從而設定煩雜。根據上述構成，因判定作用於機器人之外力之值是否超過預先設定之臨限值，故管理人員容易進行臨限值設定。藉此，可將例如100N這樣的外力值直接設定為臨限值。
本發明亦可進而包括將經上述轉矩外力轉換部轉換之上述外力之值作為輸入值之低通濾波器，上述停止訊號生成部於上述低通濾波器之輸出值超過預先設定之第2臨限值時，生成上述機器人之停止訊號。
根據上述構成，藉由低通濾波器，於瞬間作用於機器人之外力之變化中不會發生過度反應，可抑制雜訊成分而較佳地進行碰撞判定。
上述機器人系統之監視裝置中，自轉矩向上述機器人之外力之轉換、或自電流向上述機器人之外力之轉換可使用以上述機器人之既定 之點(例如機器人之前端)為外力之作用點之雅可比矩陣而運算。
根據本發明，可提供一種能夠高精度地檢測機器人運轉時之碰撞之機器人系統之監視裝置。
1‧‧‧機器人系統
2‧‧‧機器人
3‧‧‧控制裝置
4、4A~4D‧‧‧監視裝置
5‧‧‧電流感測器
6‧‧‧運算處理器
7‧‧‧伺服放大器
41、41A、41B‧‧‧電流轉矩轉換部
42‧‧‧差分轉矩運算部
43‧‧‧外力轉換部
44‧‧‧停止訊號生成部
45、45A、45B‧‧‧電流外力轉換部
46‧‧‧轉矩外力轉換部
47‧‧‧差分電流運算部
51‧‧‧加減法器(轉矩)
52‧‧‧第1碰撞判定部
53‧‧‧低通濾波器
54‧‧‧第2碰撞判定部
55‧‧‧加減法器(外力)
56‧‧‧加減法器(電流)
61‧‧‧電流值生成部
62‧‧‧驅動轉矩推斷部
63‧‧‧電流推斷部
J1~J6‧‧‧關節軸
M1~M6‧‧‧伺服馬達
L1~L6‧‧‧電源線
圖1係顯示安裝有本發明第1實施形態之監視裝置之機器人系統之整體構成的方塊圖。
圖2係顯示圖1之監視裝置之構成之方塊圖。
圖3係顯示控制裝置之處理流程之流程圖。
圖4係顯示監視裝置之處理流程之流程圖。
圖5係顯示本發明第2實施形態之監視裝置之構成之方塊圖。
圖6係顯示本發明第3實施形態之監視裝置之構成之方塊圖。
圖7係顯示本發明第4實施形態之監視裝置之構成之方塊圖。
圖8係顯示本發明第5實施形態之監視裝置之構成之方塊圖。
一面參照圖式一面對本發明之實施形態進行說明。以下，透過全部圖式對相同或相當之要素附上相同之符號，並省略重複之說明。
[機器人系統]
圖1係安裝有本發明之第1實施形態之監視裝置之機器人系統之整體構成之方塊圖。如圖1所示，機器人系統1具備機器人2、控制裝置3、及監視裝置4。機器人系統1係用以供機器人2與作業人員於同一作 業空間內共同地進行作業者。因此，本實施形態之機器人系統1為了提高作業人員之安全性而具備機器人2之監視裝置4。
機器人2具備1個以上之關節軸、及使該關節軸驅動之伺服馬達。機器人2於本實施形態中具備6個關節軸J1~J6、及使該等關節軸驅動之6個伺服馬達M1~M6。機器人2為所謂的6軸多關節機器人。各伺服馬達M1~M6中分別設置有：對驅動馬達之電流進行檢測之電流感測器5，對伺服馬達M1~M6之旋轉進行制動之制動器(未圖示)，以及檢測伺服馬達M1~M6之馬達之旋轉角度位置之編碼器等位置感測器(未圖示)。此處，馬達之旋轉角度位置係指伺服馬達M1~M6之關節座標系中之關節軸J1~J6之角度之位置(以下亦稱作關節軸角度位置)。
控制裝置3與機器人2係透過纜線L1~L6(由粗體字圖示)連接。此處纜線L1~L6包含用以對關節軸J1~J6之伺服馬達M1~M6或制動器等供給電源之電源線，以及用以接收來自安裝於伺服馬達M1~M6之位置感測器(未圖示)之感測器訊號之訊號線等。控制裝置3構成為根據位置指令值控制驅動各關節軸J1~J6之伺服馬達M1~M6。
而且，控制裝置3與監視裝置4係透過通訊纜線(未圖示)連接。此處，通訊纜線為例如RS422等串列通訊用之纜線。控制裝置3具備透過通訊纜線對監視裝置4供給監視訊號，並且當自監視裝置4接收到停止訊號時使機器人2之動作停止之停止功能。
控制裝置3為具備運算處理器6、伺服放大器7、記憶體、輸入輸出介面、通訊介面等之機器人控制器。運算處理器6具備電流指令值生成部61、及驅動轉矩推斷部62。電流指令值生成部61及驅動轉矩推斷 部62為藉由於運算處理器6中執行既定程式而實現之功能塊。電流指令值生成部61根據預先規定之位置指令值與來自位置感測器之關節軸角度位置而運算電流指令值，並輸出至伺服放大器7。伺服放大器7與伺服馬達M1~M6對應地設置，根據所提供之電流指令值產生電流，並透過纜線L1~L6將所產生之電流供給至伺服馬達M1~M6。亦即，各伺服放大器7為與電流指令值相應地產生伺服馬達M1~M6之驅動電流之放大器。如此，控制裝置3構成為根據位置指令值對設置於各關節軸J1~J6之伺服馬達M1~M6進行位置控制。
驅動轉矩推斷部62根據由位置感測器算出之關節軸角度位置，推斷對機器人2之關節軸J1~J6之伺服馬達M1~M6進行驅動所需之驅動轉矩。驅動轉矩推斷部62於本實施形態中分別算出重力轉矩、慣性力轉矩、及摩擦力轉矩，並將其等相加，藉此算出驅動轉矩之推斷值。此處，重力轉矩為用以抵抗各連桿之重量而維持姿勢之轉矩。慣性力轉矩為抵抗連桿之慣性量所需之轉矩。摩擦力轉矩為抵抗減速機之摩擦量所需之轉矩。該驅動轉矩推斷值與由電流感測器5檢測出之感測器電流值一併作為監視訊號而自控制裝置3發送至監視裝置4。
監視裝置4構成為於機器人系統1中監視機器人2之動作並檢測碰撞。監視裝置4自控制裝置3接收機器人2之監視訊號(感測器電流值、驅動轉矩推斷值)，於檢測到碰撞之情形時，對控制裝置3供給停止訊號。監視裝置4為了提高與機器人2同時進行作業之作業人員之安全性，而與控制裝置3獨立地設置。例如控制裝置3與監視裝置4被收容於一個殼體中。
[監視裝置]
其次，使用圖2之方塊圖對監視裝置4之具體構成進行說明。如圖2所示，監視裝置4具備電流轉矩轉換部41、差分轉矩運算部42、外力轉換部43、及停止訊號生成部44。此處，監視裝置4為具備1個以上之處理器、記憶體、輸入輸出介面、通訊介面等之電腦。此處，監視裝置4具備藉由管理人員能夠將碰撞檢測時之臨限值調整為任意值之構成。各部(41~44)為藉由於處理器中執行既定程式而實現之功能塊。
電流轉矩轉換部41將由電流感測器5檢測出之流經各伺服馬達M1~M6之感測器電流值轉換為轉矩值。由電流感測器5檢測出之感測器電流值作為監視訊號，透過通訊纜線而自控制裝置3發送至監視裝置4，並輸入至電流轉矩轉換部41。電流轉矩轉換部41將所輸入之感測器電流值轉換為轉矩值，並將該轉矩值輸出至差分轉矩運算部42。
差分轉矩運算部42將經電流轉矩轉換部41轉換之轉矩值與驅動轉矩之推斷值之差作為差分轉矩而進行運算。此處，驅動轉矩推斷值係於由驅動轉矩推斷部62運算後，作為監視訊號透過通訊纜線而自控制裝置3發送至監視裝置4，並輸入至差分轉矩運算部42。再者，本實施形態中，控制裝置3具備驅動轉矩推斷部62，但監視裝置4亦可具備驅動轉矩推斷部62。差分轉矩運算部42於本實施形態中具備加減法器51。加減法器51從自電流轉矩轉換部41輸入之各伺服馬達M1~M6之轉矩值中減去自驅動轉矩推斷部62輸入之驅動轉矩推斷值而算出差分轉矩，並將該差分轉矩輸出至外力轉換部43。
外力轉換部43將由差分轉矩運算部42運算出之差分轉矩值 轉換為機器人2之外力，並將該外力輸出至停止訊號生成部44。
停止訊號生成部44根據經外力轉換部43轉換之外力之純量值而生成機器人2之停止訊號，並將該停止訊號供給至控制裝置3。停止訊號生成部44於本實施形態中，具備第1碰撞判定部52、低通濾波器53、及第2碰撞判定部54。
第1碰撞判定部52構成為判定自外力轉換部43輸入之外力之值|fd|是否超過預先設定之第1臨限值fth1，當超過第1臨限值fth1時判定機器人2發生碰撞而生成第1停止訊號，並將該第1停止訊號輸出至控制裝置3。此處，第1臨限值fth1於本實施形態中設定為100N。作為與第1臨限值fth1之比較對象之外力之值|fd|為外力fd之純量值。
低通濾波器53構成為將經外力轉換部43轉換之外力之值fd作為輸入值而實施濾波運算，並將其輸出至第2碰撞判定部54。
第2碰撞判定部54構成為判定低通濾波器53之輸出值是否超過預先設定之第2臨限值fth2，當超過第2臨限值fth2時，生成機器人2之第2停止訊號，並將該第2停止訊號輸出至控制裝置3。此處，第2臨限值fth2於本實施形態中設定為80N。作為與第2臨限值fth2之比較對象之低通濾波器53之輸出值亦為純量值。
[機器人之動作]
其次，使用圖1對以上構成之機器人系統1之機器人2之動作進行說明。
控制裝置3根據預先規定之位置指令值與來自位置感測器之關節軸角度位置資訊而運算電流指令值。伺服放大器7根據電流指令值 產生電流，透過纜線L1~L6將所產生之電流供給至伺服馬達M1~M6。若伺服馬達M1~M6中流通電流，則各關節軸J1~J6之關節軸角度移位而機器人2之指尖之位置向目標位置移動。控制裝置3如此根據位置指令值對設置於各關節軸J1~J6之伺服馬達M1~M6進行位置控制。
[機器人之監視]
其次，一面參照圖3及圖4之流程圖一面對機器人系統1之機器人2之動作監視進行說明。如圖3所示，首先，控制裝置3生成監視機器人2之動作所需之監視訊號(圖3之步驟S31)。控制裝置3藉由電流感測器5檢測感測器電流值並且藉由驅動轉矩推斷部62推斷驅動轉矩推斷值，而作為監視訊號(參照圖1)。驅動轉矩推斷部62根據由位置感測器算出之關節軸角度位置而獲取例如時間差分，藉此算出驅動軸速度。然後，讀出預先儲存於記憶體之摩擦係數，根據所算出之驅動軸速度與摩擦係數而算出與庫侖摩擦、黏性摩擦等相當之摩擦力轉矩。驅動轉矩推斷部62根據由位置感測器算出之關節軸角度位置算出關節角速度。然後，根據所算出之關節角速度算出關節角加速度。讀出預先儲存於記憶體之連桿參數，根據連桿參數及由位置感測器算出之關節軸角度位置算出各連桿之慣性力矩。根據所算出之關節角加速度及各連桿之慣性力矩而算出慣性力轉矩。驅動轉矩推斷部62讀出預先儲存於記憶體之連桿參數，使用連桿參數，根據由位置感測器算出之關節軸角度位置算出作用於各連桿之重力，且算出補償該重力之重力轉矩。驅動轉矩推斷部62將摩擦力轉矩、慣性力轉矩及重力轉矩相加而算出驅動轉矩之推斷值。
其次，控制裝置3將步驟S31中生成之監視訊號在每個既定 期間內發送至監視裝置4(圖3之步驟S32)。此處，監視訊號中包含：由電流感測器5檢測出之流經各伺服馬達M1~M6之感測器電流值，以及由驅動轉矩推斷部62運算出之驅動各伺服馬達M1~M6所需之驅動轉矩推斷值。
另一方面，監視裝置4如圖4所示，接收自控制裝置3於每個既定期間內發送之監視訊號(圖4之步驟S41)。
監視裝置4於接收到監視訊號時，藉由電流轉矩轉換部41，將由電流感測器5檢測出之流經各伺服馬達M1~M6之感測器電流值轉換為轉矩值(圖4之步驟S42)。電流轉矩轉換部41將所輸入之感測器電流值轉換為轉矩值，並將該轉矩值輸出至差分轉矩運算部42。
其次，差分轉矩運算部42將經電流轉矩轉換部41轉換之轉矩值與驅動轉矩之推斷值之差作為差分轉矩而加以運算(圖4之步驟S43)。加減法器51從自電流轉矩轉換部41輸入之各伺服馬達M1~M6之轉矩值中減去自驅動轉矩推斷部62輸入之驅動轉矩推斷值而算出差分轉矩，並將該差分轉矩輸出至外力轉換部43(參照圖2)。
其次，外力轉換部43將由差分轉矩運算部42運算出之差分轉矩值轉換為機器人2之外力(圖4之步驟S44)。此處，外力轉換部43將根據自差分轉矩運算部42輸入之差分轉矩τd之作用於機器人2之前端之外力fd藉由虛功原理而如下式(1)般求出。
fd=(JT)-1τd…(1)
此處，J為雅可比矩陣，為表現機器人之座標系與關節座標系之間之微小移位關係之矩陣。關於雅可比矩陣J，誤差△x與關節角差分△ θ中式(2)之關係成立。
△x=J△θ……(2)
如此，外力轉換部43如式(1)般藉由將差分轉矩τd乘以雅可比矩陣J之轉置矩陣JT之逆矩陣而轉換為機器人2之外力fd，並將該外力fd輸出至停止訊號生成部44。此處，式(1)之外力fd為設想為於機器人2之前端發揮作用之外力。於外力fd以機器人2之前端以外為作用點之情形時，亦可將外力fd座標轉換為實際之作用點處之外力。
其次，停止訊號生成部44根據經外力轉換部43轉換之外力之值而檢測機器人2是否發生碰撞(圖4之步驟S45)。具體而言，圖2之第1碰撞判定部52判定自外力轉換部43輸入之外力之值|fd|是否超過預先設定之第1臨限值fth1，當超過第1臨限值fth1時判定機器人2發生碰撞而生成第1停止訊號，並將該第1停止訊號輸出至控制裝置3(圖4之步驟S46)。作為與第1臨限值fth1之比較對象之外力之值|fd|為外力fd之純量值。本實施形態中，圖2之第2碰撞判定部54亦判定低通濾波器53之輸出值是否超過預先設定之第2臨限值fth2，當超過第2臨限值fth2時生成機器人2之第2停止訊號，並將該第2停止訊號輸出至控制裝置3(圖4之步驟S46)。作為與第2臨限值fth2之比較對象之低通濾波器53之輸出值亦為純量值。藉由低通濾波器53，於瞬間作用於機器人2之外力之值fd之變化中不會過度發生反應，可抑制雜訊成分而較佳地進行碰撞判定。
此處，第1臨限值fth1(100N)及第2臨限值fth2(80N)藉由管理人員預先設定為任意值。若碰撞判斷時之臨限值為電流值，則管理人員必須根據電流值估計作用於機器人2之外力從而設定繁雜，但由於判 定作用於機器人之外力之值是否超過預先設定之臨限值，故管理人員容易進行臨限值設定。例如可將如100N這樣的外力值直接設定為臨限值。
另一方面，控制裝置3如圖3所示，當自監視裝置4接收到停止訊號時(圖3之步驟S33中是)使機器人2之動作停止。此處，機器人2之停止形態為任意形態。例如可藉由阻斷動力而使機器人2立即停止(所謂的緊急停止)，亦可阻斷動力且使機器人2減速並停止(所謂的減速停止)，還可不阻斷動力而使機器人2減速並停止(所謂的暫時停止)。
因此，根據本實施形態，監視裝置4中，對驅動機器人2之各關節軸之馬達中流通之電流值進行檢測，將所檢測到之電流值轉換為轉矩值，並將經轉換之轉矩值轉換為機器人之外力。亦即，因直接算出作用於機器人2之外力fd，故可高精度地檢測機器人運轉時之碰撞。控制裝置3中，可使機器人2安全地停止。
再者，本實施形態中，雖然驅動轉矩推斷部62藉由分別算出重力轉矩、慣性力轉矩、及摩擦力轉矩，並將其等相加而算出驅動轉矩之推斷值，但亦可將該等重力轉矩、慣性力轉矩、及摩擦力轉矩中之至少一個作為驅動轉矩之推斷值。
以下，對本發明之第2至第5實施形態進行說明。以下，省略與第1實施形態共通之構成之說明，以不同之構成為中心進行說明。
圖5係顯示本發明第2實施形態之監視裝置之構成之方塊圖。如圖5所示，監視裝置4A於如下方面與第1實施形態(參照圖2)不同，即具備：將由電流感測器5檢測出之流經各伺服馬達之電流值轉換為機器人2之外力之檢測值之電流外力轉換部45，以及將驅動轉矩之推斷值 轉換為機器人2之外力之推斷值之轉矩外力轉換部46，外力轉換部43藉由運算機器人2之外力之檢測值與機器人2之外力之推斷值之差分，而轉換為機器人2之外力。
再者，藉由電流外力轉換部45進行之自電流i向機器人2之外力f之轉換，係使用以機器人之既定之點(例如機器人2之前端)為外力之作用點之雅可比矩陣J並如下式(3)般加以運算。此處X表示自電流i向轉矩τ之轉換。
F=(JT)-1Xi…(3)
藉由轉矩外力轉換部46進行之自轉矩τ向機器人2之外力f之轉換係使用以機器人之既定之點(例如機器人2之前端)為外力之作用點之雅可比矩陣J而加以運算(參照式(1))。
停止訊號生成部44根據經外力轉換部43(加減法器55)轉換之外力之值生成機器人之第1停止訊號及第2停止訊號，並將該等訊號供給至控制裝置3。
圖6係顯示本發明第3實施形態之監視裝置之構成之方塊圖。如圖6所示，其於如下方面與第1實施形態(參照圖2)不同，即控制裝置3具備推斷流經各伺服馬達之電流值之電流推斷部63，監視裝置4B具備差分電流運算部47，該差分電流運算部47運算由電流感測器5檢測出之流經各伺服馬達之檢測電流值、與流經各伺服馬達之推斷電流值之差分電流，外力轉換部43將由差分電流運算部47(加減法器56)算出之差分電流轉換為機器人2之外力。
再者，藉由外力轉換部43進行之自電流i向機器人2之外 力f之轉換，係使用以機器人之既定之點(例如機器人2之前端)為外力之作用點之雅可比矩陣J並如上述式(3)般加以運算。停止訊號生成部44根據經外力轉換部43轉換之外力之值生成機器人2之第1停止訊號及第2停止訊號，並將該等訊號供給至控制裝置3。
圖7係顯示本發明第4實施形態之監視裝置之構成之方塊圖。如圖7所示，其於如下方面與第1實施形態(參照圖2)不同，即控制裝置3具備推斷流經各伺服馬達之電流值之電流推斷部63，監視裝置4C具備：將由電流感測器5檢測出之流經各伺服馬達之電流值轉換為轉矩之檢測值之電流轉矩轉換部41A，以及將流經各伺服馬達之推斷電流值轉換為轉矩之推斷值之電流轉矩轉換部41B。
再者，藉由電流轉矩轉換部41A、41B進行之自電流i向轉矩τ之轉換係藉由下式(4)運算。此處，X表示自電流i向轉矩τ之轉換。
τ=Xi…(4)
藉由外力轉換部43進行之自轉矩τ向機器人2之外力f之轉換係使用以機器人之既定之點(例如機器人2之前端)為外力之作用點之雅可比矩陣而加以運算(參照式(1))。
圖8係顯示本發明第5實施形態之監視裝置之構成之方塊圖。如圖8所示，其於如下方面與第1實施形態(參照圖2)不同，即控制裝置3具備推斷流經各伺服馬達之電流值之電流推斷部63，監視裝置4D具備：將由電流感測器5檢測出之流經各伺服馬達之電流值轉換為機器人2之外力之檢測值之電流外力轉換部45A，以及將由電流推斷部63推斷之流經各伺服馬達之推斷電流值轉換為機器人2之外力之推斷值之電流外力轉 換部45B，外力轉換部43藉由運算機器人之外力之檢測值與機器人之外力之推斷值之差分而轉換為機器人之外力。
再者，由電流外力轉換部45A及45B進行之自電流i向機器人2之外力f之轉換係使用以機器人之既定之點(例如機器人2之前端)為外力之作用點之雅可比矩陣J而加以運算(參照式(3))。
再者，由圖6~圖8之電流推斷部63推斷之流經各伺服馬達之電流之推斷值可為於控制裝置3之電流指令值生成部61中根據預先規定之位置指令值與來自位置感測器之關節軸角度位置而運算出之電流指令值，亦可利用其他公知之方法而運算。而且，電流推斷部63亦可包含於監視裝置4B~4D。
再者，雖然上述實施形態之監視裝置4係與控制裝置3分開設置，但亦可包含於控制裝置3。例如亦可構成為於控制裝置3之運算處理器6中執行監視裝置4之各部(41~44)之功能塊。
以上之第2至第5實施形態之監視裝置4A~4D之構成與第1實施形態之監視裝置4之構成實質相等，因而可實現第1實施形態之效果。
[其他實施形態]
再者，上述實施形態中，監視裝置4具備將外力之值直接用於碰撞判定之第1碰撞判定部52，及將通過低通濾波器53之外力之值用於碰撞判定之第2碰撞判定部54之雙方，但不限於此，亦可僅具備第1碰撞判定部52或第2碰撞判定部54中之任一個。
而且，亦可將外力之值之變化量與既定之臨限值進行比較而進行碰撞判定。藉此，可檢測作用於機器人之外力之急遽變動。
再者，上述實施形態中，機器人2為6軸多關節機器人，但只要為1軸以上即可，並不限於此。而且，亦可為具備2個臂之雙臂機器人。
根據上述說明，本領域技術人員自可知曉本發明之多種改良或其他實施形態。因此，上述說明僅應被解釋為作為例示之用，以對本領域技術人員教示執行本發明之最佳形態為目的而提供。只要不脫離本發明之精神，則可實質變更其構造及功能之雙方或一方之詳細內容。
[產業上之可利用性]
本發明能夠應用於多關節機器人之監視。

Claims (8)

  1. 一種機器人系統之監視裝置，上述機器人系統包括：具備1個以上之關節軸、及使該關節軸驅動之伺服馬達之機器人，以及對驅動上述各關節軸之伺服馬達進行控制之控制裝置，上述機器人系統之監視裝置包括：電流感測器，對各伺服馬達中流通之電流值進行檢測；電流轉矩轉換部，將由上述電流感測器檢測出之流經各伺服馬達之電流值轉換為轉矩值；驅動轉矩推斷部，推斷各伺服馬達之驅動所需之驅動轉矩之至少一部分；差分轉矩運算部，運算經上述電流轉矩轉換部轉換之轉矩值與上述驅動轉矩之推斷值之差分轉矩；外力轉換部，將由上述差分轉矩運算部運算出之上述差分轉矩轉換為上述機器人之外力；以及停止訊號生成部，根據經上述外力轉換部轉換之上述外力之值生成上述機器人之停止訊號，並將該停止訊號供給至上述控制裝置。
  2. 一種機器人系統之監視裝置，上述機器人系統包括：具備1個以上之關節軸、及使該關節軸驅動之伺服馬達之機器人，以及對驅動上述各關節軸之伺服馬達進行控制之控制裝置，上述機器人系統之監視裝置包括：電流感測器，對各伺服馬達中流通之電流值進行檢測；電流外力轉換部，將由上述電流感測器檢測出之流經各伺服馬達之電流值轉換為上述機器人之外力之檢測值；驅動轉矩推斷部，推斷各伺服馬達之驅動所需之驅動轉矩之至少一部 分；轉矩外力轉換部，將上述驅動轉矩之推斷值轉換為上述機器人之外力之推斷值；外力轉換部，藉由運算上述機器人之外力之檢測值與上述機器人之外力之推斷值之差分，而轉換為上述機器人之外力；以及停止訊號生成部，根據經上述外力轉換部轉換之上述外力之值生成上述機器人之停止訊號，並將該停止訊號供給至上述控制裝置。
  3. 一種機器人系統之監視裝置，上述機器人系統包括：具備1個以上之關節軸、及使該關節軸驅動之伺服馬達之機器人，以及對驅動上述各關節軸之伺服馬達進行控制之控制裝置，上述機器人系統之監視裝置包括：電流感測器，對各伺服馬達中流通之電流值進行檢測；電流推斷部，推斷流經各伺服馬達之電流值；差分電流運算部，運算流經各伺服馬達之檢測電流值與推斷電流值之差分電流；外力轉換部，將由上述差分電流運算部算出之差分電流轉換為上述機器人之外力；以及停止訊號生成部，根據經上述外力轉換部轉換之上述外力之值生成上述機器人之停止訊號，並將該停止訊號供給至上述控制裝置；上述外力轉換部，使用以上述機器人之既定之點作為外力之作用點之雅可比矩陣，運算從上述差分電流往上述機器人之外力之轉換。
  4. 一種機器人系統之監視裝置，上述機器人系統包括：具備1個以上之關節軸、及使該關節軸驅動之伺服馬達之機器人，以及對驅動上述各關節 軸之伺服馬達進行控制之控制裝置，上述機器人系統之監視裝置包括：電流感測器，對各伺服馬達中流通之電流值進行檢測；第1電流轉矩轉換部，將由上述電流感測器檢測出之流經各伺服馬達之電流值轉換為轉矩之檢測值；電流推斷部，推斷流經各伺服馬達之電流值；第2電流轉矩轉換部，將由上述電流推斷部推斷出之流經各伺服馬達之推斷電流值轉換為轉矩之推斷值；差分轉矩運算部，運算上述轉矩之檢測值與上述轉矩之推斷值之差分轉矩；外力轉換部，將由上述差分轉矩運算部算出之差分轉矩轉換為上述機器人之外力；以及停止訊號生成部，根據經上述外力轉換部轉換之上述外力之值生成上述機器人之停止訊號，並將該停止訊號供給至上述控制裝置。
  5. 一種機器人系統之監視裝置，上述機器人系統包括：具備1個以上之關節軸、及使該關節軸驅動之伺服馬達之機器人，以及對驅動上述各關節軸之伺服馬達進行控制之控制裝置，上述機器人系統之監視裝置包括：電流感測器，對各伺服馬達中流通之電流值進行檢測；電流推斷部，推斷流經各伺服馬達之電流值；第1電流外力轉換部，將由上述電流感測器檢測出之流經各伺服馬達之電流值轉換為上述機器人之外力之檢測值；第2電流外力轉換部，將由上述電流推斷部推斷出之流經各伺服馬達之推斷電流值轉換為上述機器人之外力之推斷值； 外力轉換部，藉由運算上述機器人之外力之檢測值與上述機器人之外力之推斷值之差分，而轉換為上述機器人之外力；以及停止訊號生成部，根據經上述外力轉換部轉換之上述外力之值生成上述機器人之停止訊號，並將該停止訊號供給至上述控制裝置。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之機器人系統之監視裝置，其中，上述停止訊號生成部於經上述外力轉換部轉換之上述外力之值超過預先設定之第1臨限值時，生成上述機器人之停止訊號。
  7. 如申請專利範圍第1、2、4及5項中任一項之機器人系統之監視裝置，其進一步包括低通濾波器，該低通濾波器將經上述外力轉換部轉換之上述外力之值作為輸入值，上述停止訊號生成部於上述低通濾波器之輸出值超過預先設定之第2臨限值時，生成上述機器人之停止訊號。
  8. 如申請專利範圍第1、2、4及5項中任一項之機器人系統之監視裝置，其中，自轉矩向上述機器人之外力之轉換、或自電流向上述機器人之外力之轉換係使用以上述機器人之既定之點作為外力之作用點之雅可比矩陣而運算。
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