机器人的安全监视装置 |
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| 申请号 | CN201610916313.0 | 申请日 | 2016-10-20 | 公开(公告)号 | CN106607904A | 公开(公告)日 | 2017-05-03 |
| 申请人 | 发那科株式会社; | 发明人 | 内藤康广; 有田创一; 高桥广光; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种 机器人 的安全监视装置，其包括：检测机器人的 位置 的位置检测部；检测作用于机器人的外 力 的力检测部；外力判断条件设定部，其在由位置检测部所检测到的机器人的当前位置处于预定区域内时，设定区域内外力判断条件作为外力判断条件，而且在机器人的当前位置处于预定区域外时，设定区域外外力判断条件作为外力判断条件；以及机器人停止部，其在由力检测部所检测到的外力满足外力判断条件时，使上述机器人停止。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种机器人的安全监视装置，其特征在于，具备： |
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| 说明书全文 | 机器人的安全监视装置技术领域背景技术[0002] 正在普及没有安全护栏地与人共用作业区进行工作的机器人。这种机器人如日本专利第4938118号公报及日本专利第5353656号公报公开地具备检测外力的功能。若在人接触机器人时所检测到的外力超过预定的阈值，则使机器人停止，从而确保人的安全。 [0003] 另外，根据人及机器人进行的作业，存在期望变更用于外力的阈值的情况。关于该点，在日本专利第5436160号公报中公开了以下技术，为了机器人一边承受反作用力一边高效地进行所进行的作业，通过指令来在承受反作用力的动作轨迹上的指定的部位切换力极限值参数。 发明内容[0004] 通常，需要以在未对机器人作用外力的状态下机器人不停止的方式设定上述阈值。例如，在为了检测外力而使用力传感器的情况下，由于力传感器的检测值包含干扰，因此优选将阈值设定得高，以使机器人不因干扰的影响而停止的方式。 [0006] 而且，在机器人一边承受反作用力一边进行作业的情况下，存在因为外力包含反作用力而使机器人易于停止的可能性。因此，在这种情况下，也优选将阈值设定得高，以使机器人不因反作用力的影响而停止。 [0007] 但是，在这样地将阈值设定得高的情况下，在人与机器人接触时对人作用的力变大。因此，会产生不能确保人的安全的情况。 [0008] 另外，在机器人和异物彼此处于接近位置的状况下，存在人被夹在机器人和异物之间的可能性。此时，外力超过预定的阈值后，输出使机器人停止的指令。但是，由于机器人减速进行停止，因此，机器人在减速期间依旧移动。 [0009] 也就是说，在人被夹在机器人和周边设备或异物之间的状况下，即使在输出了使机器人停止的指令的情况下，机器人也不马上停止。机器人会在减速期间朝向周边设备再进行移动，从而将人进一步夹进和周边设备之间。因此，存在对人作用比预定的阈值大的力而使人危险的可能性。这种情况下，优选将阈值设定得低，从而缩小机器人对人作用的力。 [0010] 但是，在这样地将阈值设定得低的情况下，会发生尽管实际上未施加外力，而机器人也会由于动作时的机械臂的振动、异物的振动的影响而停止情况。该情况下，机器人的生产率降低。 [0011] 如上所述，用于外力的最佳的阈值根据状况的不同而不同。因此，优选在清楚机器人及人的状况的基础上，确保人的安全的同时，变更阈值。 [0012] 另外，若应用日本专利第5436160号公报的技术，则在例如机器人承受反作用力的动作中，在即将承受反作用力的位置输入提高阈值的指令，从而能够使机器人不因反作用力的影响而停止。再在机器人接近周边设备前的预定的位置输入降低阈值的指令，从而能够减小对人作用的力。 [0013] 但是，在这种情况下，需要对机器人的每个动作均准确地输入合适的指令。例如，在机器人接近周边设备时，在输入错误的指令或未输入合适的指令的情况下，阈值不会降低。从而，人被夹在机器人和周边设备之间，并对人作用与阈值相对应的大的力，从而使人危险。所以，在机器人进行多种动作的情况下，对机器人的每个动作输入指令的方式复杂且不现实，而且存在难以确保人的安全的问题。 [0014] 本发明鉴于这样的情况而完成，其目的在于提供一种机器人的安全监视装置，不对机器人的每个动作输入指令，并能够根据状况适当地变更阈值。 [0015] 为了实现上述的目的，根据第一方案，提供一种机器人的安全监视装置，其具备：检测机器人的位置的位置检测部；检测作用于上述机器人的外力的力检测部；外力判断条件设定部，其在由上述位置检测部所检测到的上述机器人的当前位置处于预定区域内时，设定区域内外力判断条件作为外力判断条件，而且在上述机器人的当前位置处于上述预定区域外时，设定区域外外力判断条件作为外力判断条件；以及机器人停止部，其在由上述力检测部所检测到的外力满足上述外力判断条件时，使上述机器人停止。 [0016] 根据第二方案，在第一方案基础上，在上述预定区域为上述机器人承受反作用力的区域的情况下，上述区域内外力判断条件是上述外力超过预定的第一阈值，上述区域外外力判断条件是上述外力超过比上述第一阈值小的预定的第二阈值。 [0017] 根据第三方案，在第一方案基础上，在上述预定区域是上述机器人与周边设备之间的距离为预定距离以下的区域的情况下，上述区域内外力判断条件是上述外力超过预定的第三阈值，上述区域外外力判断条件是上述外力超过比上述第三阈值大的预定的第四阈值。 [0018] 根据第四方案，在第一～第三方案中的任一项方案基础上，上述外力判断条件包含：由上述力检测部所检测到的外力超过预定的第五阈值、由上述力检测部所检测到的外力的移动平均超过预定的第六阈值、以及在预定时间前由上述力检测部所检测到的外力与由上述力检测部所检测到的当前的外力之间的变化量超过预定的第七阈值中的至少一个。 [0019] 根据第五方案，在第一～第四方案中的任一项方案基础上，在上述机器人的当前位置处于上述预定区域内时，使上述机器人停止部无效。 [0020] 根据第六方案，在第一～第五方案中的任一项方案基础上，上述安全监视装置具备速度限制部，该速度限制部在上述机器人的当前位置处于上述预定区域内时将机器人的移动速度的上限限制在预定速度。 [0021] 根据第七方案，在第一～第六方案中的任一项方案基础上，上述安全监视装置具备加速度限制部，上述加速度限制部在上述机器人的当前位置处于上述预定区域内时将机器人的加速度的上限限制在预定加速度。 [0022] 根据第八方案，在第一～第七方案中的任一项方案基础上，上述预定区域存在多个。 附图说明[0024] 图1是含有基于本发明的安全监视装置的系统的简图。 [0025] 图2是表示基于本发明的安全监视装置的动作的流程图。 [0026] 图3A是表示本发明的第二例的机器人的第一图。 [0027] 图3B是表示本发明的第二例的机器人的第二图。 [0028] 图3C是表示本发明的第二例的机器人的第三图。 [0029] 图4是表示其它机器人的图。 具体实施方式[0030] 以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。以下的附图中，对相同的部件添加相同的参照符号。为了易于理解，这些附图适当地变更了比例尺。 [0031] 图1是含有基于本发明的安全监视装置的系统的简图。如图1所示，系统1包括机器人10和控制机器人10的控制装置20。 [0032] 机器人10是多关节机器人，其被至少一个驱动装置例如伺服电机M驱动。在图1中，虽然示出了一个伺服电机M，但是机器人10被多个驱动装置驱动。而且，在一个或多个伺服电机M分别设有位置检测部11例如编码器。这些位置检测部11检测机器人10的位置尤其是检测机器人10的前端的位置。 [0033] 而且，在机器人10的底部的下方设有检测作用于机器人10的外力的力检测部12例如六轴力传感器。力检测部12从力检测部12的检测值减去机器人10的重量、机器人10把持的工件的重量、以及由机器人10的动作而产生的惯性力，从而检测作用于机器人10的外力。 [0034] 控制装置20是数字计算机，其包括外力判断条件设定部21，外力判断条件设定部21在由位置检测部11检测到的机器人10的当前位置处于预定区域内时，设定区域内外力判断条件作为外力判断条件，而且在机器人10的当前位置处于预定区域外时，设定区域外外力判断条件作为外力判断条件。此外，预定区域根据机器人10进行的每个作业进行设定。控制装置20还包括机器人停止部22，机器人停止部22在由力检测部12检测到的外力满足外力判断条件时，使机器人10停止。 [0035] 从图1可知，控制装置20还包括：速度限制部23，其在机器人10的当前位置处于预定区域内时，将机器人的移动速度的上限限制在预定速度；以及加速度限制部24，其将机器人的移动加速度的上限限制在预定加速度。 [0036] 图2是表示基于本发明的安全监视装置的动作的流程图。此外，基于本发明的安全监视装置包括控制装置20、位置检测部11以及力检测部12。以下，参照图1及图2对安全监视装置的动作进行说明。此外，图2所示的动作在机器人10与人协调进行作业时，在每个预定的控制周期中均重复执行。 [0037] 图1示出了机器人10进行的作业的第一例。在图1中，机器人10用手等把持工件A，将其按抵在外部所固定的工件B。然后，人30用螺栓将工件A和工件B彼此紧固。 [0038] 从图1可知，机器人10和人30共用作业区进行工作。在图1所示的第一例中，在机器人10和人30之间不存在安全护栏等，需要确保安全，以使人30不会处于危险。以下，对第一例的安全监视装置的动作进行说明。 [0039] 首先，在图1的步骤S11中，通过位置检测部11获取机器人10的前端的当前位置。让后，在步骤S12中，判断机器人10的前端的当前位置是否处于预定区域。 [0040] 在此，第一例的预定区域是图1所述的区域Z1。该区域Z1是包含机器人10将工件A按抵于工件B的预定位置时的机器人10的前端的预定尺寸的区域。该区域Z1根据工件A与工件B之间的位置偏差量而决定。例如，区域Z1是在机器人10将工件A按抵于工件B的预定位置时包含机器人10的前端位置的立方体。立方体的一边为工件A与工件B之间的位置偏差量例如5mm。工件A与工件B之间的位置偏差量由于工件A、B的个体差异等而产生。 [0041] 在步骤S12判断为机器人10的前端的当前位置处于区域Z1内的情况下，进入步骤S13。在步骤S13中，设定预定的区域内外力判断条件作为外力判断条件。 [0042] 在此，第一例的区域内外力判断条件是作用于机器人10的外力在第一阈值例如250N以上。在第一例中，设定当将工件A按抵于工件B时，对机器人10作用约200N的反作用力。上述的第一阈值是比200N的反作用力大的预定的值例如250N。 [0043] 然后，在步骤S15中，力检测部12检测作用于机器人10的外力。然后，在步骤S17中判断外力是否满足上述的区域内外力判断条件，也就是判断外力是否在第一阈值例如250N以上。然后，在外力满足区域内外力判断条件的情况下进入步骤S19，通过机器人停止部22使机器人停止。此外，在外力不满足区域内外力判断条件的情况下，继续处理。 [0044] 与之相对，在判断为机器人10的前端的当前位置不处于区域Z1内的情况下，进入步骤S14。在步骤S14中，设定预定的区域外外力判断条件作为外力判断条件。在此，第一例的区域外外力判断条件是作用于机器人10的外力在比第一阈值小的第二阈值例如50N以上。 [0045] 然后，在步骤S16中，力检测部12检测作用于机器人10的外力。然后，在步骤S18中，判断外力是否满足上述的区域外外力判断条件，也就是判断外力是否在第二阈值例如50N以上。然后，在外力满足区域外外力判断条件的情况下进行步骤S19，通过机器人停止部22使机器人停止。此外，在外力不满足区域内外力判断条件的情况下，继续处理。 [0046] 例如，在机器人10搬运工件A的期间，机器人10的前端不处于区域Z1内，因此设定区域外外力判断条件。然后，人30与机器人10接触，若检测到第二阈值例如50N以上的外力，则机器人停止部22使机器人10停止。换言之，在区域Z1外，即使是机器人10对人30施加的力比较小的情况下，机器人10也停止。 [0047] 与之相对，在机器人10将工件A按抵于工件B的期间，机器人10的前端处于区域Z1内，因此设定区域内外力判断条件。然后，人30与机器人10接触，若检测到第一阈值例如250N以上的外力，则机器人停止部22使机器人10停止。 [0048] 该情况下，力检测部12检测到反作用力、例如200N的力。因此，例如，如果在如向抵消反作用力的方向作用力的状态下，人30与机器人10接触，人30从机器人10承受的力为450N，则力检测部检测到250N的外力，从而机器人停止部22使机器人停止。也就是，在最差的情况下，当机器人10对人30施加的力为450N以上时，机器人10停止。 [0049] 因此，相比机器人10的前端不处于区域Z1的情况，在机器人10的前端处于区域Z1的情况下，存在机器人10对人30施加的变得非常大的可能性。但是，如上所述，区域Z1比较小，例如为一边5mm的立方体。因此，能够容易地进行对人30的风险管理。 [0050] 例如，在机器人10的前端处于区域Z1内时，也可以使用速度限制部23将机器人10的移动速度的上限限制在比较小的预定速度。从而，机器人10对人施加的力也变小，进而抑制使人处于危险的可能性。此外，由于这样地使用速度限制部23，机器人10的生产率也降低。但是，由于区域Z1小，因此机器人10的生产率的降低是临时性的，且是局部性的。因此，机器人10的生产率整体上不会大程度地降低。 [0051] 另外，在上述说明中，将力检测部12所检测到的外力的合力与第一阈值或第二阈值比较。但是，也可以对XYZ方向的各力的分量设定阈值。例如，在事前预想反作用力向特定的方向施加的情况下，仅将预定区域中的特定的方向的阈值设定得比其它方向的阈值大。另外，若将其它方向的阈值设定得比较小，例如，设定为与区域外外力判断条件的第二阈值相同，则即使在预定区域内，关于其它方向的力，也能够高灵敏度地检测到人30与机器人10接触。 [0052] 此外，在第一例中，在工件A及/或工件B的形状的个体差异过大的情况下，将工件A按抵于工件B时的反作用力也分散。在这种情况下，不能在事前充分推断第一阈值及/或第二阈值，因此，难以设定合适的外力判断条件。 [0053] 在该情况下，优选在机器人10的前端处于区域Z1内时，使机器人停止部22无效。因此，即使在机器人10的前端处于区域Z1内时机器人10与人30等接触，机器人10也不停止。但是，如上所述，由于仅限于区域Z1，因此易于进行风险管理。 [0054] 图3A～图3C是表示本发明的第二例的机器人的图。在图3A～图3C中，为了简洁，省略了位置检测部11及控制装置20等的图示。如图3A～图3C所示，在第二例中，机器人10设置于在铅垂方向上延伸的壁部40的附近。而且，示出了从壁部40朝向机器人延伸预定距离的区域Z2。具体而言，区域Z2是具有与机器人10的高度及纵深大致相同的高度及纵深、以及距离壁部40预定距离例如500mm的宽度的长方体。此外，区域Z2也可以是机器人10与壁部40以外的周边设备之间的距离为预定距离以下的区域。 [0055] 在第二例中，由于也进行与参照图2所说明的处理大致相同的处理，因此省略再次说明。但是，在第二例中，上述的区域Z2相当于图2的步骤S12中的预定区域。而且，在第二例中，步骤S13中的区域内外力判断条件是作用于机器人10的外力在第三阈值例如20N以上。而且，在第二例中，步骤S15中的区域外外力判断条件是作用于机器人10的外力在比第三阈值大的第四阈值例如50N以上。 [0056] 在通过力检测部12检测到的外力比预定的阈值大的情况下，发出停止指令，从而机器人10减速进而停止。因此，在减速期间机器人10朝向壁部40进一步移动，进而存在将人进一步夹进与壁部40之间的可能性。因此，会对人作用比预定的阈值大的力。 [0057] 因此，优选在区域Z2将阈值设定得低，减小机器人10对人30施加的力。因此，在第二例中，使区域内外力判断条件的第三阈值例如20N比区域外外力判断条件的第四阈值例如50N小。 [0058] 另外，也存在尽管未对机器人10施加外力，也由于力检测部12的干扰、机器人10的动作时引起的机械臂的振动而力检测部12检测到外力的情况。例如，假设，尽管未对机器人10施加外力，但是力检测部12最大检测到40N的力。该情况下，需要外力判断条件的阈值比 40N大。其理由是因为在外力判断条件的阈值不比40N大的情况下，仅由于机器人10单纯的进行动作，通过力检测部12所检测到的外力就比阈值大，从而机器人10停止。 [0059] 因此，需要设定比由于力检测部12的干扰、机械臂的振动的影响而力检测部12检测到的值例如40N大的阈值。因此，在第二例中，区域外外力判断条件的第四阈值例如50N比40N大。 [0060] 因此，如图3A所示，在第二例中，在机器人10的前端处于区域Z2外时，若检测到第四阈值例如50N以上的外力，则机器人停止部22使机器人10停止。如上所述地，第四阈值比由于力检测部12的干扰、机械臂的振动的影响而力检测部12检测出的值例如40N大。因此，即使尽管未施加外力而力检测部12检测出直至40N的力，机器人10也不停止。因此，在该情况下，生产率不降低。 [0061] 进一步地，如图3B所示，在第二例中，在机器人10的前端处于区域Z2内时，存在人30(未图示)被夹在机器人10和壁部40之间的可能性。而且，当检测到第三阈值例如20N以上的外力时，通过机器人停止部22使机器人10减速停止。如上所述地第三阈值比第四阈值例如40N小。因此，相比在采用了第四阈值的状态下人30被如上所述地夹住的情况，能够减少使人30处于危险的可能性。 [0062] 另外，若在区域Z2内由于力检测部12的干扰、机械臂的振动的影响而检测到超过第三阈值例如20N的外力，则机器人停止部22使机器人停止。因此，存在生产率降低的可能性。 [0063] 但是，由于区域Z2本身被限定，因此，易于以尽可能不降低生产率的方式管理机器人10。例如，也可以在区域内Z2中通过加速度限制部24来限制机器人10的加速度。由此，能够从通过力检测部12检测到的外力排出机械臂的振动影响的部分等。因此，通过力检测部12检测到的外力本身变小。因此，不会在区域Z2内尽管未施加外力而力检测部12所检测到的力比第三阈值大，从而，抑制机器人10停止。 [0064] 通常，若机器人10停止，则其恢复需要较长的时间。但是，在本发明中，通过限制机器人10的加速度，来抑制机器人10停止。因此，抑制生产率降低。 [0065] 或者，也可以变更机器人10的动作程序，使机器人10的前端处于区域Z2的时间最短化。由此，抑制生产率降低。该情况下，考虑由于动作程序的变更失误而机器人10意外地接近壁部40的情况。但是，即使在这种情况下，由于设定小的第三阈值作为区域内外力判断条件，因此对人30的危险性也小。因此，能够使人30不感受危险性地进行指导作业等。 [0066] 另外，在上述的实施例中，通过机器人10的前端是否包含在区域Z2中来判断机器人10的当前位置是否处于区域Z2内。但是，考虑如图3C所示地，机器人10的前端处于区域Z2外的同时，机器人10的一部分处于区域Z2的情况。 [0067] 在该情况下，由于机器人10的前端处于区域Z2外，设定区域外外力判断条件。因此，即使在人30被夹在机器人10的一部分与壁部40之间的情况下，只要通过力检测部12检测到的外力没有超过第四阈值例如40N，机器人10就不停止。因此，优选即使在判断为仅机器人10的一部分处于区域Z2时，也设定区域内外力判断条件作为外力判断条件。换言之，优选在步骤S12中判断机器人10的至少一部分是否在区域Z2内。 [0068] 如上所述，外力判断条件包括区域内外力判断条件以及区域外外力判断条件。在其它实施方式中，外力判断条件还可以包括至少一个其它条件。存在这种其它条件为例如通过力检测部12所检测到的外力在预定的第五阈值例如50N以上的情况。由此，能够准确地掌控外力作用于机器人10。 [0069] 或者，存在这种其它条件为在预定时间、例如0.1秒所检测到的外力的移动平均在预定的第六阈值例如50N以上的情况。对于该情况，能够在排除了包含于力检测部12的检测值中的干扰的影响的基础上，判断外力作用于机器人10。 [0070] 另外，在机器人10与异物例如壁部40碰撞的情况下，在从机器人10与异物开始解除到机器人停止部22使机器人10停止的期间，通过力检测部12检测到的外力持续变动。此外，外力的变动根据机器人10的速度、异物的原料等而不同。而且，优选从机器人10与异物开始接触到机器人停止部22使机器人10停止的期间的时间短。 [0071] 在外力剧烈变动的情况下，存在以下情况，相比基于外力的大小进行判断，外力产生的变化量进行判断更能够快速确认对机器人作用了外力。因此，作为上述的其它条件，也可以采用以下情况，即、在预定时间例如0.1秒前通过力检测部12所检测到的外力与通过力检测部12所检测到的当前的外力之间的变化量在预定的第七阈值例如20N以上。 [0072] 图4是表示第三例的其它机器人的图。在图4中，为了简洁，省略了位置检测部11及控制装置20等的图示。在图4中示出了上述的区域Z1及区域Z2双方。在这种情况下，首先判断机器人10的前端处于区域Z1及区域Z2中的哪一个或者未存在于任一个区域内。 [0073] 在判断为机器人10的前端处于区域Z1内的情况下，选择预定的区域Z1用外力判断条件、例如外力在第一阈值例如250N以上，并基于此，如上所述地进行处理。同样地，在判断为机器人10的前端处于区域Z2内的情况下，选择预定的区域Z2用外力判断条件、例如外力在第三阈值例如20N以上，并基于此，如上所述地进行处理。而且，在机器人10的前端未存在于任意区域内的情况下，选择预生成的区域外外力判断条件的阈值在例如50N以上，并基于此，如上所述地进行处理。 [0074] 在这种情况下，将清楚也能够得到与上述相同的效果。此外，也可以设定三个以上的区域，并对各区域设定不同的外力判断条件。设定的区域的个数越多，指导机器人10的人越能够不用担心安全地指导机器人10。 [0075] 本发明具有如下的效果。 [0076] 在第一～第三方案中，在机器人进行承受反作用力的作业的区域中提高作为外力判断条件的外力的阈值，而且在该区域的外部降低外力的阈值。因此，在机器人进行承受反作用力的作业的区域的外部，能够抑制使人处于危险的可能性。 [0077] 再有，在机器人处于周边设备附近的区域，降低作为外力判断条件的外力的阈值，而且在该区域的外部提高外力的阈值。因此，在机器人处于周边设备附近的区域，抑制人被夹在机器人和周边设备之间的可能性。 [0078] 而且，基于机器人的当前位置来变更作为外力判断条件的阈值，因此无需对机器人的每个动作输入指令。因此，能够不进行输入指令的繁琐的作业，而根据状况适当地变更阈值。 [0079] 在第四方案中，能够设定合适的外力判断条件。 [0080] 在第五方案中，有利于不能事前准备合适的阈值的情况。 [0081] 在第六方案中，通过速度限制部，抑制使人处于危险的可能性。 [0082] 在第七方案中，通过加速度限制部，抑制生产率降低。 [0083] 在第八方案中，通过按照多个区域设定外力判断条件，能够进一步确保人的安全。 [0084] 虽然使用典型的实施方式对本发明进行了说明，但是，本领域技术人员应当能够理解，不脱离本发明的范围，能够进行上述的变更及各种其他变更、省略、追加。 |
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