機器人的安全監視裝置的制作方法

本發明涉及檢測外力以檢測機器人的安全性的機器人安全監視裝置。

背景技術：

正在普及沒有安全護欄地與人共用作業區進行工作的機器人。這種機器人如日本專利第4938118號公報及日本專利第5353656號公報公開地具備檢測外力的功能。若在人接觸機器人時所檢測到的外力超過預定的閾值，則使機器人停止，從而確保人的安全。

另外，根據人及機器人進行的作業，存在期望變更用于外力的閾值的情況。關于該點，在日本專利第5436160號公報中公開了以下技術，為了機器人一邊承受反作用力一邊高效地進行所進行的作業，通過指令來在承受反作用力的動作軌跡上的指定的部位切換力極限值參數。

技術實現要素：

通常，需要以在未對機器人作用外力的狀態下機器人不停止的方式設定上述閾值。例如，在為了檢測外力而使用力傳感器的情況下，由于力傳感器的檢測值包含干擾，因此優選將閾值設定得高，以使機器人不因干擾的影響而停止的方式。

另外，存在力傳感器在機器人的動作時機械臂的振動、周邊設備的振動傳達到力傳感器的狀態下而檢測到外力的情況。在這種情況下，也優選將閾值設定得高，以使機器人不因機械臂等的振動而停止。

而且，在機器人一邊承受反作用力一邊進行作業的情況下，存在因為外力包含反作用力而使機器人易于停止的可能性。因此，在這種情況下，也優選將閾值設定得高，以使機器人不因反作用力的影響而停止。

但是，在這樣地將閾值設定得高的情況下，在人與機器人接觸時對人作用的力變大。因此，會產生不能確保人的安全的情況。

另外，在機器人和異物彼此處于接近位置的狀況下，存在人被夾在機器人和異物之間的可能性。此時，外力超過預定的閾值后，輸出使機器人停止的指令。但是，由于機器人減速進行停止，因此，機器人在減速期間依舊移動。

也就是說，在人被夾在機器人和周邊設備或異物之間的狀況下，即使在輸出了使機器人停止的指令的情況下，機器人也不馬上停止。機器人會在減速期間朝向周邊設備再進行移動，從而將人進一步夾進和周邊設備之間。因此，存在對人作用比預定的閾值大的力而使人危險的可能性。這種情況下，優選將閾值設定得低，從而縮小機器人對人作用的力。

但是，在這樣地將閾值設定得低的情況下，會發生盡管實際上未施加外力，而機器人也會由于動作時的機械臂的振動、異物的振動的影響而停止情況。該情況下，機器人的生產率降低。

如上所述，用于外力的最佳的閾值根據狀況的不同而不同。因此，優選在清楚機器人及人的狀況的基礎上，確保人的安全的同時，變更閾值。

另外，若應用日本專利第5436160號公報的技術，則在例如機器人承受反作用力的動作中，在即將承受反作用力的位置輸入提高閾值的指令，從而能夠使機器人不因反作用力的影響而停止。再在機器人接近周邊設備前的預定的位置輸入降低閾值的指令，從而能夠減小對人作用的力。

但是，在這種情況下，需要對機器人的每個動作均準確地輸入合適的指令。例如，在機器人接近周邊設備時，在輸入錯誤的指令或未輸入合適的指令的情況下，閾值不會降低。從而，人被夾在機器人和周邊設備之間，并對人作用與閾值相對應的大的力，從而使人危險。所以，在機器人進行多種動作的情況下，對機器人的每個動作輸入指令的方式復雜且不現實，而且存在難以確保人的安全的問題。

本發明鑒于這樣的情況而完成，其目的在于提供一種機器人的安全監視裝置，不對機器人的每個動作輸入指令，并能夠根據狀況適當地變更閾值。

為了實現上述的目的，根據第一方案，提供一種機器人的安全監視裝置，其具備：檢測機器人的位置的位置檢測部；檢測作用于上述機器人的外力的力檢測部；外力判斷條件設定部，其在由上述位置檢測部所檢測到的上述機器人的當前位置處于預定區域內時，設定區域內外力判斷條件作為外力判斷條件，而且在上述機器人的當前位置處于上述預定區域外時，設定區域外外力判斷條件作為外力判斷條件；以及機器人停止部，其在由上述力檢測部所檢測到的外力滿足上述外力判斷條件時，使上述機器人停止。

根據第二方案，在第一方案基礎上，在上述預定區域為上述機器人承受反作用力的區域的情況下，上述區域內外力判斷條件是上述外力超過預定的第一閾值，上述區域外外力判斷條件是上述外力超過比上述第一閾值小的預定的第二閾值。

根據第三方案，在第一方案基礎上，在上述預定區域是上述機器人與周邊設備之間的距離為預定距離以下的區域的情況下，上述區域內外力判斷條件是上述外力超過預定的第三閾值，上述區域外外力判斷條件是上述外力超過比上述第三閾值大的預定的第四閾值。

根據第四方案，在第一～第三方案中的任一項方案基礎上，上述外力判斷條件包含：由上述力檢測部所檢測到的外力超過預定的第五閾值、由上述力檢測部所檢測到的外力的移動平均超過預定的第六閾值、以及在預定時間前由上述力檢測部所檢測到的外力與由上述力檢測部所檢測到的當前的外力之間的變化量超過預定的第七閾值中的至少一個。

根據第五方案，在第一～第四方案中的任一項方案基礎上，在上述機器人的當前位置處于上述預定區域內時，使上述機器人停止部無效。

根據第六方案，在第一～第五方案中的任一項方案基礎上，上述安全監視裝置具備速度限制部，該速度限制部在上述機器人的當前位置處于上述預定區域內時將機器人的移動速度的上限限制在預定速度。

根據第七方案，在第一～第六方案中的任一項方案基礎上，上述安全監視裝置具備加速度限制部，上述加速度限制部在上述機器人的當前位置處于上述預定區域內時將機器人的加速度的上限限制在預定加速度。

根據第八方案，在第一～第七方案中的任一項方案基礎上，上述預定區域存在多個。

根據對附圖所述的本發明的典型的實施方式的詳細的說明，本發明的這些目的、特征及優點以及其它目的、特征及優點將更加清楚。

附圖說明

圖1是含有基于本發明的安全監視裝置的系統的簡圖。

圖2是表示基于本發明的安全監視裝置的動作的流程圖。

圖3A是表示本發明的第二例的機器人的第一圖。

圖3B是表示本發明的第二例的機器人的第二圖。

圖3C是表示本發明的第二例的機器人的第三圖。

圖4是表示其它機器人的圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。以下的附圖中，對相同的部件添加相同的參照符號。為了易于理解，這些附圖適當地變更了比例尺。

圖1是含有基于本發明的安全監視裝置的系統的簡圖。如圖1所示，系統1包括機器人10和控制機器人10的控制裝置20。

機器人10是多關節機器人，其被至少一個驅動裝置例如伺服電機M驅動。在圖1中，雖然示出了一個伺服電機M，但是機器人10被多個驅動裝置驅動。而且，在一個或多個伺服電機M分別設有位置檢測部11例如編碼器。這些位置檢測部11檢測機器人10的位置尤其是檢測機器人10的前端的位置。

而且，在機器人10的底部的下方設有檢測作用于機器人10的外力的力檢測部12例如六軸力傳感器。力檢測部12從力檢測部12的檢測值減去機器人10的重量、機器人10把持的工件的重量、以及由機器人10的動作而產生的慣性力，從而檢測作用于機器人10的外力。

控制裝置20是數字計算機，其包括外力判斷條件設定部21，外力判斷條件設定部21在由位置檢測部11檢測到的機器人10的當前位置處于預定區域內時，設定區域內外力判斷條件作為外力判斷條件，而且在機器人10的當前位置處于預定區域外時，設定區域外外力判斷條件作為外力判斷條件。此外，預定區域根據機器人10進行的每個作業進行設定。控制裝置20還包括機器人停止部22，機器人停止部22在由力檢測部12檢測到的外力滿足外力判斷條件時，使機器人10停止。

從圖1可知，控制裝置20還包括：速度限制部23，其在機器人10的當前位置處于預定區域內時，將機器人的移動速度的上限限制在預定速度；以及加速度限制部24，其將機器人的移動加速度的上限限制在預定加速度。

圖2是表示基于本發明的安全監視裝置的動作的流程圖。此外，基于本發明的安全監視裝置包括控制裝置20、位置檢測部11以及力檢測部12。以下，參照圖1及圖2對安全監視裝置的動作進行說明。此外，圖2所示的動作在機器人10與人協調進行作業時，在每個預定的控制周期中均重復執行。

圖1示出了機器人10進行的作業的第一例。在圖1中，機器人10用手等把持工件A，將其按抵在外部所固定的工件B。然后，人30用螺栓將工件A和工件B彼此緊固。

從圖1可知，機器人10和人30共用作業區進行工作。在圖1所示的第一例中，在機器人10和人30之間不存在安全護欄等，需要確保安全，以使人30不會處于危險。以下，對第一例的安全監視裝置的動作進行說明。

首先，在圖1的步驟S11中，通過位置檢測部11獲取機器人10的前端的當前位置。讓后，在步驟S12中，判斷機器人10的前端的當前位置是否處于預定區域。

在此，第一例的預定區域是圖1所述的區域Z1。該區域Z1是包含機器人10將工件A按抵于工件B的預定位置時的機器人10的前端的預定尺寸的區域。該區域Z1根據工件A與工件B之間的位置偏差量而決定。例如，區域Z1是在機器人10將工件A按抵于工件B的預定位置時包含機器人10的前端位置的立方體。立方體的一邊為工件A與工件B之間的位置偏差量例如5mm。工件A與工件B之間的位置偏差量由于工件A、B的個體差異等而產生。

在步驟S12判斷為機器人10的前端的當前位置處于區域Z1內的情況下，進入步驟S13。在步驟S13中，設定預定的區域內外力判斷條件作為外力判斷條件。

在此，第一例的區域內外力判斷條件是作用于機器人10的外力在第一閾值例如250N以上。在第一例中，設定當將工件A按抵于工件B時，對機器人10作用約200N的反作用力。上述的第一閾值是比200N的反作用力大的預定的值例如250N。

然后，在步驟S15中，力檢測部12檢測作用于機器人10的外力。然后，在步驟S17中判斷外力是否滿足上述的區域內外力判斷條件，也就是判斷外力是否在第一閾值例如250N以上。然后，在外力滿足區域內外力判斷條件的情況下進入步驟S19，通過機器人停止部22使機器人停止。此外，在外力不滿足區域內外力判斷條件的情況下，繼續處理。

與之相對，在判斷為機器人10的前端的當前位置不處于區域Z1內的情況下，進入步驟S14。在步驟S14中，設定預定的區域外外力判斷條件作為外力判斷條件。在此，第一例的區域外外力判斷條件是作用于機器人10的外力在比第一閾值小的第二閾值例如50N以上。

然后，在步驟S16中，力檢測部12檢測作用于機器人10的外力。然后，在步驟S18中，判斷外力是否滿足上述的區域外外力判斷條件，也就是判斷外力是否在第二閾值例如50N以上。然后，在外力滿足區域外外力判斷條件的情況下進行步驟S19，通過機器人停止部22使機器人停止。此外，在外力不滿足區域內外力判斷條件的情況下，繼續處理。

例如，在機器人10搬運工件A的期間，機器人10的前端不處于區域Z1內，因此設定區域外外力判斷條件。然后，人30與機器人10接觸，若檢測到第二閾值例如50N以上的外力，則機器人停止部22使機器人10停止。換言之，在區域Z1外，即使是機器人10對人30施加的力比較小的情況下，機器人10也停止。

與之相對，在機器人10將工件A按抵于工件B的期間，機器人10的前端處于區域Z1內，因此設定區域內外力判斷條件。然后，人30與機器人10接觸，若檢測到第一閾值例如250N以上的外力，則機器人停止部22使機器人10停止。

該情況下，力檢測部12檢測到反作用力、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狀態下，人30與機器人10接觸，人30從機器人10承受的力為450N，則力檢測部檢測到250N的外力，從而機器人停止部22使機器人停止。也就是，在最差的情況下，當機器人10對人30施加的力為450N以上時，機器人10停止。

因此，相比機器人10的前端不處于區域Z1的情況，在機器人10的前端處于區域Z1的情況下，存在機器人10對人30施加的變得非常大的可能性。但是，如上所述，區域Z1比較小，例如為一邊5mm的立方體。因此，能夠容易地進行對人30的風險管理。

例如，在機器人10的前端處于區域Z1內時，也可以使用速度限制部23將機器人10的移動速度的上限限制在比較小的預定速度。從而，機器人10對人施加的力也變小，進而抑制使人處于危險的可能性。此外，由于這樣地使用速度限制部23，機器人10的生產率也降低。但是，由于區域Z1小，因此機器人10的生產率的降低是臨時性的，且是局部性的。因此，機器人10的生產率整體上不會大程度地降低。

另外，在上述說明中，將力檢測部12所檢測到的外力的合力與第一閾值或第二閾值比較。但是，也可以對XYZ方向的各力的分量設定閾值。例如，在事前預想反作用力向特定的方向施加的情況下，僅將預定區域中的特定的方向的閾值設定得比其它方向的閾值大。另外，若將其它方向的閾值設定得比較小，例如，設定為與區域外外力判斷條件的第二閾值相同，則即使在預定區域內，關于其它方向的力，也能夠高靈敏度地檢測到人30與機器人10接觸。

此外，在第一例中，在工件A及/或工件B的形狀的個體差異過大的情況下，將工件A按抵于工件B時的反作用力也分散。在這種情況下，不能在事前充分推斷第一閾值及/或第二閾值，因此，難以設定合適的外力判斷條件。

在該情況下，優選在機器人10的前端處于區域Z1內時，使機器人停止部22無效。因此，即使在機器人10的前端處于區域Z1內時機器人10與人30等接觸，機器人10也不停止。但是，如上所述，由于僅限于區域Z1，因此易于進行風險管理。

圖3A～圖3C是表示本發明的第二例的機器人的圖。在圖3A～圖3C中，為了簡潔，省略了位置檢測部11及控制裝置20等的圖示。如圖3A～圖3C所示，在第二例中，機器人10設置于在鉛垂方向上延伸的壁部40的附近。而且，示出了從壁部40朝向機器人延伸預定距離的區域Z2。具體而言，區域Z2是具有與機器人10的高度及縱深大致相同的高度及縱深、以及距離壁部40預定距離例如500mm的寬度的長方體。此外，區域Z2也可以是機器人10與壁部40以外的周邊設備之間的距離為預定距離以下的區域。

在第二例中，由于也進行與參照圖2所說明的處理大致相同的處理，因此省略再次說明。但是，在第二例中，上述的區域Z2相當于圖2的步驟S12中的預定區域。而且，在第二例中，步驟S13中的區域內外力判斷條件是作用于機器人10的外力在第三閾值例如20N以上。而且，在第二例中，步驟S15中的區域外外力判斷條件是作用于機器人10的外力在比第三閾值大的第四閾值例如50N以上。

在通過力檢測部12檢測到的外力比預定的閾值大的情況下，發出停止指令，從而機器人10減速進而停止。因此，在減速期間機器人10朝向壁部40進一步移動，進而存在將人進一步夾進與壁部40之間的可能性。因此，會對人作用比預定的閾值大的力。

因此，優選在區域Z2將閾值設定得低，減小機器人10對人30施加的力。因此，在第二例中，使區域內外力判斷條件的第三閾值例如20N比區域外外力判斷條件的第四閾值例如50N小。

另外，也存在盡管未對機器人10施加外力，也由于力檢測部12的干擾、機器人10的動作時引起的機械臂的振動而力檢測部12檢測到外力的情況。例如，假設，盡管未對機器人10施加外力，但是力檢測部12最大檢測到40N的力。該情況下，需要外力判斷條件的閾值比40N大。其理由是因為在外力判斷條件的閾值不比40N大的情況下，僅由于機器人10單純的進行動作，通過力檢測部12所檢測到的外力就比閾值大，從而機器人10停止。

因此，需要設定比由于力檢測部12的干擾、機械臂的振動的影響而力檢測部12檢測到的值例如40N大的閾值。因此，在第二例中，區域外外力判斷條件的第四閾值例如50N比40N大。

因此，如圖3A所示，在第二例中，在機器人10的前端處于區域Z2外時，若檢測到第四閾值例如50N以上的外力，則機器人停止部22使機器人10停止。如上所述地，第四閾值比由于力檢測部12的干擾、機械臂的振動的影響而力檢測部12檢測出的值例如40N大。因此，即使盡管未施加外力而力檢測部12檢測出直至40N的力，機器人10也不停止。因此，在該情況下，生產率不降低。

進一步地，如圖3B所示，在第二例中，在機器人10的前端處于區域Z2內時，存在人30(未圖示)被夾在機器人10和壁部40之間的可能性。而且，當檢測到第三閾值例如20N以上的外力時，通過機器人停止部22使機器人10減速停止。如上所述地第三閾值比第四閾值例如40N小。因此，相比在采用了第四閾值的狀態下人30被如上所述地夾住的情況，能夠減少使人30處于危險的可能性。

另外，若在區域Z2內由于力檢測部12的干擾、機械臂的振動的影響而檢測到超過第三閾值例如20N的外力，則機器人停止部22使機器人停止。因此，存在生產率降低的可能性。

但是，由于區域Z2本身被限定，因此，易于以盡可能不降低生產率的方式管理機器人10。例如，也可以在區域內Z2中通過加速度限制部24來限制機器人10的加速度。由此，能夠從通過力檢測部12檢測到的外力排出機械臂的振動影響的部分等。因此，通過力檢測部12檢測到的外力本身變小。因此，不會在區域Z2內盡管未施加外力而力檢測部12所檢測到的力比第三閾值大，從而，抑制機器人10停止。

通常，若機器人10停止，則其恢復需要較長的時間。但是，在本發明中，通過限制機器人10的加速度，來抑制機器人10停止。因此，抑制生產率降低。

或者，也可以變更機器人10的動作程序，使機器人10的前端處于區域Z2的時間最短化。由此，抑制生產率降低。該情況下，考慮由于動作程序的變更失誤而機器人10意外地接近壁部40的情況。但是，即使在這種情況下，由于設定小的第三閾值作為區域內外力判斷條件，因此對人30的危險性也小。因此，能夠使人30不感受危險性地進行指導作業等。

另外，在上述的實施例中，通過機器人10的前端是否包含在區域Z2中來判斷機器人10的當前位置是否處于區域Z2內。但是，考慮如圖3C所示地，機器人10的前端處于區域Z2外的同時，機器人10的一部分處于區域Z2的情況。

在該情況下，由于機器人10的前端處于區域Z2外，設定區域外外力判斷條件。因此，即使在人30被夾在機器人10的一部分與壁部40之間的情況下，只要通過力檢測部12檢測到的外力沒有超過第四閾值例如40N，機器人10就不停止。因此，優選即使在判斷為僅機器人10的一部分處于區域Z2時，也設定區域內外力判斷條件作為外力判斷條件。換言之，優選在步驟S12中判斷機器人10的至少一部分是否在區域Z2內。

如上所述，外力判斷條件包括區域內外力判斷條件以及區域外外力判斷條件。在其它實施方式中，外力判斷條件還可以包括至少一個其它條件。存在這種其它條件為例如通過力檢測部12所檢測到的外力在預定的第五閾值例如50N以上的情況。由此，能夠準確地掌控外力作用于機器人10。

或者，存在這種其它條件為在預定時間、例如0.1秒所檢測到的外力的移動平均在預定的第六閾值例如50N以上的情況。對于該情況，能夠在排除了包含于力檢測部12的檢測值中的干擾的影響的基礎上，判斷外力作用于機器人10。

另外，在機器人10與異物例如壁部40碰撞的情況下，在從機器人10與異物開始解除到機器人停止部22使機器人10停止的期間，通過力檢測部12檢測到的外力持續變動。此外，外力的變動根據機器人10的速度、異物的原料等而不同。而且，優選從機器人10與異物開始接觸到機器人停止部22使機器人10停止的期間的時間短。

在外力劇烈變動的情況下，存在以下情況，相比基于外力的大小進行判斷，外力產生的變化量進行判斷更能夠快速確認對機器人作用了外力。因此，作為上述的其它條件，也可以采用以下情況，即、在預定時間例如0.1秒前通過力檢測部12所檢測到的外力與通過力檢測部12所檢測到的當前的外力之間的變化量在預定的第七閾值例如20N以上。

圖4是表示第三例的其它機器人的圖。在圖4中，為了簡潔，省略了位置檢測部11及控制裝置20等的圖示。在圖4中示出了上述的區域Z1及區域Z2雙方。在這種情況下，首先判斷機器人10的前端處于區域Z1及區域Z2中的哪一個或者未存在于任一個區域內。

在判斷為機器人10的前端處于區域Z1內的情況下，選擇預定的區域Z1用外力判斷條件、例如外力在第一閾值例如250N以上，并基于此，如上所述地進行處理。同樣地，在判斷為機器人10的前端處于區域Z2內的情況下，選擇預定的區域Z2用外力判斷條件、例如外力在第三閾值例如20N以上，并基于此，如上所述地進行處理。而且，在機器人10的前端未存在于任意區域內的情況下，選擇預生成的區域外外力判斷條件的閾值在例如50N以上，并基于此，如上所述地進行處理。

在這種情況下，將清楚也能夠得到與上述相同的效果。此外，也可以設定三個以上的區域，并對各區域設定不同的外力判斷條件。設定的區域的個數越多，指導機器人10的人越能夠不用擔心安全地指導機器人10。

本發明具有如下的效果。

在第一～第三方案中，在機器人進行承受反作用力的作業的區域中提高作為外力判斷條件的外力的閾值，而且在該區域的外部降低外力的閾值。因此，在機器人進行承受反作用力的作業的區域的外部，能夠抑制使人處于危險的可能性。

再有，在機器人處于周邊設備附近的區域，降低作為外力判斷條件的外力的閾值，而且在該區域的外部提高外力的閾值。因此，在機器人處于周邊設備附近的區域，抑制人被夾在機器人和周邊設備之間的可能性。

而且，基于機器人的當前位置來變更作為外力判斷條件的閾值，因此無需對機器人的每個動作輸入指令。因此，能夠不進行輸入指令的繁瑣的作業，而根據狀況適當地變更閾值。

在第四方案中，能夠設定合適的外力判斷條件。

在第五方案中，有利于不能事前準備合適的閾值的情況。

在第六方案中，通過速度限制部，抑制使人處于危險的可能性。

在第七方案中，通過加速度限制部，抑制生產率降低。

在第八方案中，通過按照多個區域設定外力判斷條件，能夠進一步確保人的安全。

雖然使用典型的實施方式對本發明進行了說明，但是，本領域技術人員應當能夠理解，不脫離本發明的范圍，能夠進行上述的變更及各種其他變更、省略、追加。