TWI710871B - 協作型機器人編程速度的方法 - Google Patents

Abstract

一種協作型機器人編程速度的方法，根據設定進入協作區不同的人體部位，由人體受力對照表比對出安全衝擊力，並由速度作用力對照表比對出協作區的限制速度，在最大標準作業速度大於限制速度時，調整標準作業速度，作為協作模式的作業速度，以快速完成編程。

Description

協作型機器人編程速度的方法

本發明有關一種機器人，尤其關於工業機器人在人機協作中，編程機器人安全作業速度的方法。

機器人具有靈活移動、精確定位及連續性作業的特性，已成為產品生產線上製造組裝的最佳利器。而簡化機器人作業的編程，讓機器人快速加入生產線，已成為提升機器人生產效率的重要課題。

先前技術的機器人在人機協作中，通常利用感測器偵測操作人員靠近機器人的距離，當偵測操作人員未進入工作區時，機器人以編程最佳的正常作業速度，全速作業提升作業效率。一旦偵測操作人員進入協作工作區時，機器人自動切換至協作模式，將作業速度調降至編程設定的協作作業速度。在協作作業速度下，即使機器人碰觸到操作人員，操作人員也不會受傷。而當機器人偵測操作人員進入危險工作區時，機器人將依編程設定的緊急模式，將作業速度調降至編程設定的緊急作業速度，依據操作人員靠近機器人的距離，階段調降編程設定的作業速度至零，以保護協作操作人員的安全。

然而，操作人員各部分人體可承受的衝擊力不同，例如頭部 可能就無法承受上肢可接受的安全衝擊力，先前技術的機器人不分人體編程設定各種模式的作業速度，就難以達到安全的人機協作。此外，編程機器人正常的作業速度，對操作人員就是一件耗時繁重的工作，況且要依操作人員靠近機器人的距離及身體不同部份編程不同階段的作業速度，更是非常耗時的工作。因此，協作型機器人在編程速度上，仍有問題亟待解決。

本發明的目的提供一種協作型機器人編程速度的方法，根據進入協作區不同的人體部位，由人體受力對照表比對出最小安全衝擊力，再由機器人速度作用力對照表決定機器人在協作區的限制速度，以確保人機協作安全。

本發明的另一目的提供一種協作型機器人編程速度的方法，由編程機器人最佳作業速度的標準作業模式，比較最大的標準作業速度超過限制速度，調整標準作業速度，以快速完成編程機器人的作業速度。

為了達到前述發明的目的，本發明協作型機器人編程速度的方法，預先儲存人體受力對照表及速度作用力對照表，再編程標準作業模式，由標準作業模式的標準作業速度，找出最大標準作業速度，並根據進入協作區的人體部分，由人體受力對照表比較最小的衝擊力作為安全衝擊力，根據安全衝擊力，利用速度作用力對照表查出機器人的最大作業速度，作為限制速度，檢查最大標準作業速度不大於限制速度時，以標準作業速度編程協作模式的作業速度，檢查最大標準作業速度大於限制速度時，調整標準作業速度，作為協作模式的作業速度，以快速完成編程。其中前述衝擊力可以夾箝力替換。

本發明協作型機器人編程速度的方法，人體受力對照表包含各部人體承受最大衝擊力及最大夾箝力不受傷的數據。而速度作用力對照表包含機器人的不同作業速度，將作業速度經安全感測機制觸發至停機為止，產生的最大衝擊力及最大夾箝力的數據。協作型機器人利用儲存裝置儲存人體受力對照表及速度作用力對照表。

本發明協作型機器人編程速度的方法，其中標準作業模式以機器人最佳的作業速度進行作業，協作模式則設定為人機協作，控制機器人以安全作業速度進行作業。協作型機器人利用人機介面顯示編程協作模式的畫面，畫面中呈現人體，提供選擇設定進人協作區的人體部分。編程協作模式的畫面顯示最大標準作業速度及限制速度。

本發明調整標準作業速度時，則將大於限制速度的標準作業速度，降低至限制速度，其餘維持原標準作業速度，作為協作模式的作業速度。或計算限制速度除以最大標準作業速度的比值，根據比值比例調降標準作業速度，作為協作模式的作業速度。

10‧‧‧作業系統

11‧‧‧機器人

12‧‧‧控制器

13‧‧‧人機介面

14‧‧‧處理單元

15:儲存裝置

16:正常區

17:協作區

圖1 為本發明機器人的作業系統圖。

圖2 為本發明機器人的人體受力對照表的示意圖。

圖3 為本發明機器人的速度作用力對照表的示意圖。

圖4 為本發明編程機器人作業速度的示意圖。

圖5 為本發明另一實施例編程機器人作業速度的示意圖。

圖6 為本發明人機介面編程的畫面圖。

圖7 為本發明協作型機器人編程速度的方法的流程圖。

有關本發明為達成上述目的，所採用之技術手段及其功效，茲舉較佳實施例，並配合圖式加以說明如下。

請同時參考圖1至圖6所示，圖1為本發明機器人的作業系統圖，圖2為本發明機器人的人體受力對照表的示意圖，圖3為本發明機器人的速度作用力對照表的示意圖，圖4為本發明編程機器人作業速度的示意圖，圖5為本發明另一實施例編程機器人作業速度的示意圖，圖6為本發明人機介面編程的畫面圖。圖1中，本發明的機器人的作業系統10，主要包含機器人11、控制器12及人機介面13。其中人機介面13用以編程機器人11的作業模式，作業模式設定機器人11不同的作業速度。控制器12另包含處理單元14及儲存裝置15，控制器12利用儲存裝置15儲存人機介面13編程的作業模式，並藉由處理單元14依照作業模式控制機器人11進行作業。

本發明機器人11的作業系統10，另將機器人11的工作區劃分為正常區16及協作區17，其中正常區16設定為機器人11以標準作業模式的最佳的作業速度進行作業，並設定禁止操作人員進入，以避免快速作業的機器人11碰撞操作人員造成傷害。而協作區17設定為人機協作的區域，需要控制機器人11以協作模式的安全作業速度進行作業，在協作模式中機器人11最大的作業速度，必須降低至碰撞操作人員不會造成傷害的狀態。本實施例雖以劃分兩工作區作為說明，但本發明包含且不限於兩工作區，可依安全狀況劃分為多個工作區。

對於正常區16的編程標準作業模式，本發明可利用人機介面 13編輯程式、牽引機器人11或導入預設程式等習知的先前技術，先編程機器人11的標準作業模式，由編程的標準作業模式形成作業行程的標準作業速度(Vs)，就可如圖5比較出最大的標準作業速度(Vsm)。但對於協作區17的協作模式，需考慮機器人11作業速度的大小對各部人體的傷害程度，通常人體的頭部、肩部、上臂、肘部、下臂、手部、手指、胸部、腹部、上肢、膝蓋、下肢及足部等，都有不同衝擊力或夾箝力而不受傷的承受程度。而機器人11的作業速度的大小，為決定機器人11造成衝擊力或夾箝力最直接因素。

本發明事先經過人體工學衝擊實驗，獲得大致的各部人體承受衝擊力不受傷的數據，列表如圖2中的人體受力對照表，其中例如手部及手指約可承受最大衝擊力280N(牛頓力)或最大夾箝力140N不受傷，並將人體受力對照表的數據預先儲存在儲存裝置15。另外，本發明對於機器人11的不同作業速度產生的衝擊力及夾箝力，亦事先經過實驗，將機器人11各作業速度經由安全感測機制觸發，到達機器人11停機為止，產生的最大衝擊力及最大夾箝力的數據，列表如圖3的速度作用力對照表，其中例如機器人11的作業速度250mm/sec時，產生的最大衝擊力為280N及最大夾箝力140N。前述人體受力對照表及速度作用力對照表，本實施例雖以對照表方式儲存，但包含且不限於對照表方式儲存，對照表亦可以對照線性的方式儲存，以利內外插取得對照數據。

因此本發明在決定進入協作區16的人體部分例如為手部時，就可利用人體受力對照表，比對出手部承受最大衝擊力為280N，作為安全衝擊力280N，再利用速度作用力對照表，根據前述手部承受的安全衝 擊力280N，比對出機器人11相對的最大作業速度為250mm/sec，用以限制機器人11在協作區16的最大作業速度在250mm/sec以下，才能確保操作人員的手部在協作區16的作業安全，而將機器人11相對的最大作業速度的250mm/sec，作為協作區16的限制速度(Va)。

本發明在編程協作模式的作業速度時，針對已編程的標準作業速度(Vs)，考量協作區16的限制速度(Va)，比較最大標準作業速度(Vsm)是否大於限制速度(Va)時，進行調整標準作業速度(Vs)，作為協作區16的作業速度。有多種調整標準作業速度(Vs)的實施方式，圖4中的實施例，比較最大標準作業速度(Vsm)大於限制速度(Va)時，將大於限制速度(Va)的標準作業速度(Vs)，降低至限制速度(Va)，其餘維持原標準作業速度(Vs)，獲得協作作業速度(Vc)，以快速完成編程協作模式的協作作業速度。

圖5中為編程協作區的作業速度的另一實施例，本發明將限制速度(Va)除以標準作業模式的最大標準作業速度(Vsm)，計算獲得一比值，接著利用前述編程的標準作業模式的標準作業速度(Vs)，計算協作模式的協作作業速度(Vc)，使Vc=Vs*(Va/Vsm)，即利用比值自動比例調降標準作業速度(Vs)，獲得協作作業速度(Vc)，以快速完成編程協作模式的協作作業速度。

由於操作人員進入協作區16的人體不只一部分，可能同時需要多部分的人體才能進行人機協作，為避免前述一一計算協作作業速度，如圖6，本發明在完成編程標準作業模式後，利用人機介面13顯示編程協作模式的畫面，畫面中呈現人體，提供操作人員多選擇進入協作區16的人體部位，例如畫面中選擇手部及手指、上臂及肘部等兩部位，處理單元14將 依選擇的人體部位，自動由人體受力對照表找出兩部分的最大衝擊力分別為280N與300N，並比較出兩部分中最小的最大衝擊力為280N，作為安全衝擊力280N，再利用速度作用力對照表，根據安全衝擊力280N，查出機器人11相對的最大作業速度為250mm/sec，作為限制速度，再調整標準作業速度自動編程協作作業速度，並顯示最大標準作業速度(Vsm)及限制速度(Va)，以供操作人員查驗。因此，操作人員只要藉由本發明編程協作模式的畫面，簡單選擇在協作區的人體部分，就可自動完成編程協作模式。

如圖7所示，為本發明協作型機器人編程速度的方法的流程圖。本發明協作型機器人編程速度的方法的詳細步驟說明如下：在步驟S1，開始編程機器人的作業模式，預先儲存人體受力對照表及速度作用力對照表；步驟S2，編程標準作業模式；步驟S3，由標準作業模式的標準作業速度，比較出最大標準作業速度；在步驟S4，根據選擇進入協作區的人體部分，由人體受力對照表比較出最小的衝擊力作為安全衝擊力；步驟S5，根據安全衝擊力，利用速度作用力對照表比較出機器人的最大作業速度，作為限制速度；步驟S6，檢查最大標準作業速度是否大於限制速度？假如最大標準作業速度不大於限制速度，則至步驟S7，不調整標準作業速度，直接以標準作業速度編程協作模式的作業速度，再至步驟S9；假如最大標準作業速度大於限制速度，則至步驟S8，調整標準作業速度編程協作模式的作業速度；再至步驟S9，結束編程協作模式的作業速度。

前述的實施例以人體受力對照表及速度作用力對照表的最大衝擊力作為編程的說明，但人體受力對照表及速度作用力對照表的最大夾箝力，同理亦可完成本發明編程的技術。而本實施例雖以衝擊力作為編 程的說明，但與衝擊力相同原理的能量轉換的方法，均屬本發明技術範疇。

因此本發明的協作型機器人編程速度的方法，就可根據進入協作區不同的人體部位，由人體受力對照表比對出其中最小的安全衝擊力力，再根據安全衝擊力力由機器人速度作用力對照表比對出機器人在協作區的限制速度，由編程機器人最佳作業速度的標準作業模式，比較出最大的標準作業速度，檢查最大標準作業速度大於限制速度時，調整標準作業速度，作為協作模式的作業速度，以快速完成編程機器人的作業速度。

由前述在各影像的視覺座標系統，不需要過度複雜的計算，直接編程的點位，執行時，雖然點位為各視覺座標系統的座標，但各視覺座標系統建立時，編程系統已記錄各視覺座標系統校正後相對於機器人座標系統的資料，只要將點位視覺座標系統的座標轉換為機器人座標系統的座標。就可控制機器人執行第一點位至第四點位，取放工件的作業流程。

以上所述者，僅為用以方便說明本發明之較佳實施例，本發明之範圍不限於該等較佳實施例，凡依本發明所做的任何變更，於不脫離本發明之精神下，皆屬本發明申請專利之範圍。

10‧‧‧作業系統

11‧‧‧機器人

12‧‧‧控制器

13‧‧‧人機介面

14‧‧‧處理單元

15‧‧‧儲存裝置

16‧‧‧正常區

17‧‧‧協作區

Claims (10)

1. 一種協作型機器人編程速度的方法，預先儲存人體受力對照表及速度作用力對照表，其步驟包含：編程標準作業模式；由標準作業模式的標準作業速度，比較出最大標準作業速度；利用人機介面顯示編程協作模式的畫面，畫面提供選擇設定進入協作區的人體部分；根據設定進入協作區的人體部分，由人體受力對照表比較最小的衝擊力作為安全衝擊力；根據安全衝擊力，利用速度作用力對照表比對出機器人的最大作業速度，作為限制速度；檢查最大標準作業速度大於限制速度，調整標準作業速度，作為協作模式的作業速度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之協作型機器人編程速度的方法，其中該衝擊力以夾箝力替換。
3. 如申請專利範圍第2項所述之協作型機器人編程速度的方法，其中該人體受力對照表包含各部位人體承受最大衝擊力及最大夾箝力不受傷的數據。
4. 如申請專利範圍第2項所述之協作型機器人編程速度的方法，其中該速度作用力對照表包含機器人的不同作業速度，將作業速度經安全感測機制觸發至停機為止，產生的最大衝擊力及最大夾箝力的數據。
5. 如申請專利範圍第1項所述之協作型機器人編程速度的方法，其中該標準作業模式以機器人最佳的作業速度進行作業，協作模式設定為人機協作， 控制機器人以安全作業速度進行作業。
6. 如申請專利範圍第1項所述之協作型機器人編程速度的方法，其中該協作型機器人利用儲存裝置儲存人體受力對照表及速度作用力對照表。
7. 如申請專利範圍第1項所述之協作型機器人編程速度的方法，其中編程協作模式的畫面顯示最大標準作業速度及限制速度。
8. 如申請專利範圍第1項所述之協作型機器人編程速度的方法，其中檢查最大標準作業速度不大於限制速度時，以標準作業速度編程協作模式的作業速度。
9. 如申請專利範圍第1項所述之協作型機器人編程速度的方法，其中調整標準作業速度時，將大於限制速度的標準作業速度，降低至限制速度，其餘維持原標準作業速度，作為協作模式的作業速度。
10. 如申請專利範圍第1項所述之協作型機器人編程速度的方法，其中調整標準作業速度時，計算限制速度除以最大標準作業速度的比值，根據比值比例調降標準作業速度，作為協作模式的作業速度。

Images