本發(fā)明涉及一種通過與作業(yè)員協(xié)動來進(jìn)行作業(yè)的人協(xié)動型的機(jī)器人系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中，已知一種檢測作業(yè)員施加給機(jī)器人的操作力，并按照該操作力來進(jìn)行動作的人協(xié)動型的機(jī)器人系統(tǒng)(例如，日本特開2015-199174號公報)。

在如上所述的人協(xié)動型的機(jī)器人系統(tǒng)中，當(dāng)作業(yè)員對機(jī)器人施加操作力使該機(jī)器人動作時，機(jī)器人或該機(jī)器人所搬運(yùn)的工件可能與外部的物體意外接觸。過去，尋求一種可以對機(jī)器人或工件與外部物體的接觸進(jìn)行可靠檢測的技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在本發(fā)明的一種方式中，通過與作業(yè)員協(xié)動來進(jìn)行作業(yè)的人協(xié)動型的機(jī)器人系統(tǒng)具備：機(jī)器人，其具有操作部；操作力檢測部，其對施加于操作部的操作力進(jìn)行檢測；以及動作控制部，其按照操作力檢測部檢測出的操作力來使機(jī)器人進(jìn)行動作。

另外，機(jī)器人系統(tǒng)還具備：外力檢測部，其在動作控制部使機(jī)器人進(jìn)行動作時檢測施加于該機(jī)器人的外力。這里，外力是操作力與機(jī)器人接觸到外部物體時從該物體施加于該機(jī)器人的接觸力之和。

另外，機(jī)器人系統(tǒng)還具備：接觸力計(jì)算部，其從外力檢測部檢測出的外力中減去操作力檢測部檢測出的操作力，來計(jì)算接觸力。接觸力計(jì)算部可以進(jìn)行如下過濾：從操作力檢測部檢測出的操作力或外力檢測部檢測出的外力中去除噪聲成分。

可以在接觸力計(jì)算部計(jì)算出的接觸力超過預(yù)先確定的閾值時，動作控制部使機(jī)器人的動作停止。動作控制部可以根據(jù)接觸力計(jì)算部計(jì)算出的接觸力，使機(jī)器人的動作速度進(jìn)行變化。

動作控制部可以僅在停止機(jī)器人的動作后操作力檢測部檢測出的操作力的方向?yàn)槟軌驕p少接觸力的方向的情況下，使機(jī)器人按照該操作力進(jìn)行動作。

附圖說明

通過參照添加附圖來說明以下優(yōu)選的實(shí)施方式，將使本發(fā)明的上述或其他目的、特征及優(yōu)點(diǎn)更清楚。

圖1是一個實(shí)施方式所涉及的機(jī)器人系統(tǒng)的示意圖。

圖2是圖1所示的機(jī)器人系統(tǒng)的框圖。

圖3是圖1所示的第1力傳感器的放大圖。

圖4是圖2所示的第2力傳感器的放大圖。

圖5是表示圖1所示的機(jī)器人系統(tǒng)的動作流程的一例的流程圖。

圖6是表示圖5所示的步驟s7的流程的一例的流程圖。

圖7是表示圖1所示的機(jī)器人系統(tǒng)的動作流程的另一例子的流程圖。

圖8是表示另一實(shí)施方式所涉及的機(jī)器人系統(tǒng)的示意圖。

圖9是圖8所示的機(jī)器人系統(tǒng)的框圖。

圖10是圖8所示的第1力傳感器的放大圖。

圖11是又一實(shí)施方式所涉及的機(jī)器人系統(tǒng)的示意圖。

圖12是再一實(shí)施方式所涉及的機(jī)器人系統(tǒng)的示意圖。

圖13是圖12所示的機(jī)器人系統(tǒng)的框圖。

具體實(shí)施方式

下面，基于附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。首先，參照圖1及圖2，對本發(fā)明的一個實(shí)施方式所涉及的機(jī)器人系統(tǒng)10進(jìn)行說明。機(jī)器人系統(tǒng)10是通過與作業(yè)員a協(xié)動來用于進(jìn)行將工件w1嵌入工件w2的作業(yè)的機(jī)器人系統(tǒng)。

機(jī)器人系統(tǒng)10具備：機(jī)器人12、以及控制該機(jī)器人12的機(jī)器人控制部14。機(jī)器人控制部14具有cpu(中央運(yùn)算處理裝置)及存儲部(均未圖示)等，直接或間接地控制機(jī)器人12的各構(gòu)成要素。

機(jī)器人12為垂直多關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其具有：機(jī)器人基座18、轉(zhuǎn)向機(jī)體20、機(jī)器臂22、機(jī)器手24、以及操作部38。機(jī)器人基座18被設(shè)置為相對于固定在工件單元的地板b上的固定板16無法移動。

轉(zhuǎn)向機(jī)體20被安裝為可繞垂直于機(jī)器人基座18的軸轉(zhuǎn)向。機(jī)器臂22具有：上腕部26，其被可旋轉(zhuǎn)地安裝在轉(zhuǎn)向機(jī)體20上；以及前腕部28，其可轉(zhuǎn)動地安裝在該上腕部26的前端。

機(jī)器手24經(jīng)由手腕部30安裝在前腕部28的前端。機(jī)器手24具有轉(zhuǎn)接器34、以及可開閉地設(shè)置在該轉(zhuǎn)接器34上的多個指部36。機(jī)器手24通過開閉指部36，可以把持或釋放工件w1。

操作部38為具有作業(yè)員a易于把持的形狀的手柄，并被固定在轉(zhuǎn)接器34上。在操作部38上設(shè)置有開關(guān)44。開關(guān)44與機(jī)器人控制部14電連接，在作業(yè)員a接通(on)開關(guān)44的情況下，將手控(handguide)接通信號發(fā)送至機(jī)器人控制部14。

機(jī)器人12具有多個伺服電動機(jī)32(圖2)。伺服電動機(jī)32分別內(nèi)置有轉(zhuǎn)向機(jī)體20、機(jī)器臂22、以及手腕部30，并根據(jù)來自機(jī)器人控制部14的指令，使這些要素繞轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動。

機(jī)器人系統(tǒng)10還具備第1力傳感器40及第2力傳感器42。第1力傳感器40被插入固定板16與機(jī)器人基座18之間。第1力傳感器40由具有多個應(yīng)變計(jì)的6軸力覺傳感器構(gòu)成，將與第1力傳感器40生成的應(yīng)變對應(yīng)的輸出信號發(fā)送至機(jī)器人控制部14。

機(jī)器人控制部14對從第1力傳感器40接收到的輸出信號進(jìn)行過濾，從該輸出信號去除噪聲成分。例如、機(jī)器人控制部14通過對來自第1力傳感器40的輸出信號進(jìn)行低通濾波、算術(shù)平均、加權(quán)平均、fir濾波或iir濾波等公知的信號處理，從該輸出信號中去除噪聲成分。

例如圖3中的直角坐標(biāo)系所示，機(jī)器人控制部14對第1力傳感器40設(shè)定第1傳感器坐標(biāo)系。機(jī)器人控制部14基于來自第1力傳感器40的輸出信號，分別計(jì)算圖3所示的第1傳感器坐標(biāo)系的x軸、y軸、z軸的方向的力、以及繞x軸、y軸、z軸的力矩。于是，機(jī)器人控制部14能夠計(jì)算出作用于第1力傳感器40的所有力的合力。

另一方面，機(jī)器人控制部14對由機(jī)器人12的質(zhì)量、安裝在該機(jī)器人12上的部件的質(zhì)量、機(jī)器手24所把持的工件w1等的質(zhì)量、以及通過機(jī)器人12動作生成的慣性力所造成而作用于第1力傳感器40的力(本文中作為“內(nèi)力”來進(jìn)行說明)進(jìn)行計(jì)算。

該內(nèi)力可以通過將機(jī)器人12的各構(gòu)成要素的質(zhì)量、機(jī)器人12的姿態(tài)、以及機(jī)器人12的各構(gòu)成要素的動作速度代入運(yùn)動方程式來進(jìn)行計(jì)算。并且，機(jī)器人控制部14通過從第1力傳感器40得到的合力中減去計(jì)算出的內(nèi)力，來計(jì)算施加在機(jī)器人12的任意部位(機(jī)器人基座18、轉(zhuǎn)向機(jī)體20、上腕部26、前腕部28、手腕部30、機(jī)器手24、或機(jī)器手24所把持的工件w1)的外力ef。

該外力ef是由作業(yè)員a施加在操作部38上的操作力hf、與在機(jī)器人12的任意部位接觸到外部物體時從該物體施加在該機(jī)器人12上的接觸力cf之和。

這樣，在本實(shí)施方式中，第1力傳感器40及機(jī)器人控制部14構(gòu)成對施加在機(jī)器人12的任意部位上的外力ef進(jìn)行檢測的外力檢測部46。

外力檢測部46能夠檢測施加在機(jī)器人12的任意部位(機(jī)器人基座18、轉(zhuǎn)向機(jī)體20、上腕部26、前腕部28、手腕部30、機(jī)器手24、或機(jī)器手24所把持的工件w1)的外力ef。

例如，施加在機(jī)器手24的轉(zhuǎn)接器34上的外力通過手腕部30、機(jī)器臂22、轉(zhuǎn)向機(jī)體20、以及機(jī)器人基座18傳遞至第1力傳感器40，并通過該第1力傳感器40來進(jìn)行檢測。

這樣，在本實(shí)施方式中，外力檢測部46將施加在機(jī)器人12的任意部位的外力檢測為由該外力造成且作用于固定板16與機(jī)器人基座18之間的力。

另一方面，第2力傳感器42被插入操作部38與轉(zhuǎn)接器34之間。第2力傳感器42由6軸力覺傳感器構(gòu)成，將與第2力傳感器42產(chǎn)生的應(yīng)變相對應(yīng)的輸出信號發(fā)送至機(jī)器人控制部14。

機(jī)器人控制部14使用低通濾波、算術(shù)平均、加權(quán)平均、fir濾波、或iir濾波等手法，將來自第2力傳感器42的輸出信號過濾，從該輸出信號中去除噪聲成分。

例如圖4中的直角坐標(biāo)系所示，機(jī)器人控制部14對第2力傳感器42設(shè)定第2傳感器坐標(biāo)系。該第2傳感器坐標(biāo)系的位置(原點(diǎn)位置)及姿態(tài)(x軸、y軸、z軸的方向)與機(jī)器手24的位置及姿態(tài)一起變化。

因此，機(jī)器人控制部14每次使機(jī)器手24的位置及姿態(tài)變化，更新第2傳感器坐標(biāo)系的位置及姿態(tài)。

機(jī)器人控制部14基于來自第2力傳感器42的輸出信號，分別計(jì)算圖4所示的第2傳感器坐標(biāo)系的x軸、y軸、z軸的方向的力、以及繞x軸、y軸、z軸的力矩。于是，機(jī)器人控制部14計(jì)算施加在操作部38上的操作力hf。

這樣，在本實(shí)施方式中，第2力傳感器42及機(jī)器人控制部14構(gòu)成對施加在操作部38上的操作力hf進(jìn)行檢測的操作力檢測部48。

接著，參照圖5，對機(jī)器人系統(tǒng)10的動作流程的一個例子進(jìn)行說明。圖5所示的流程在機(jī)器人控制部14從開關(guān)44接收到手控接通信號時開始。

在步驟s1中，機(jī)器人控制部14向第2力傳感器42發(fā)送指令，開始檢測施加在操作部38上的操作力hf。具體來說，機(jī)器人控制部14向第2力傳感器42發(fā)送檢測開始指令。

第2力傳感器42若從機(jī)器人控制部14接收檢測開始指令，則以周期t(例如0.5秒)將與該第2力傳感器42產(chǎn)生的應(yīng)變對應(yīng)的輸出信號發(fā)送至機(jī)器人控制部14。

機(jī)器人控制部14根據(jù)從第2力傳感器42發(fā)送的輸出信號來計(jì)算施加在操作部38上的操作力hf，并存儲在內(nèi)置于機(jī)器人控制部14的存儲部中。于是，以周期t檢測操作力hf。

在步驟s2中，機(jī)器人控制部14向第1力傳感器40發(fā)送指令，開始檢測施加在機(jī)器人12上的外力ef。具體來說，機(jī)器人控制部14向第1力傳感器40發(fā)送檢測開始指令。

第1力傳感器40若從機(jī)器人控制部14接收檢測開始指令，則以周期t將與該第1力傳感器40產(chǎn)生的應(yīng)變相對應(yīng)的輸出信號發(fā)送至機(jī)器人控制部14。機(jī)器人控制部14基于來自第1力傳感器40的輸出信號，來計(jì)算作用于第1力傳感器40的合力。

另一方面，機(jī)器人控制部14與計(jì)算合力同步地計(jì)算此時的內(nèi)力。然后，機(jī)器人控制部14通過從合力中減去內(nèi)力來計(jì)算施加在機(jī)器人12上的外力ef，并存儲于存儲部中。于是，以周期t來檢測外力ef。

在步驟s3中，機(jī)器人控制部14判定上一次檢測出的操作力hf的大小是否在預(yù)先確定的閾值α以上(|hf|≧α)。該閾值α相對于操作力hf被預(yù)先確定，并存儲于存儲部中。

在機(jī)器人控制部14判定為操作力hf的大小在閾值α以上(即，“是”)時，轉(zhuǎn)入步驟s4。另一方面，在機(jī)器人控制部14判定為操作力hf的大小小于閾值α(即，“否”)時，轉(zhuǎn)入步驟s8。

在步驟s4中，機(jī)器人控制部14執(zhí)行手控動作。具體來說，機(jī)器人控制部14根據(jù)構(gòu)成上一次檢測出的操作力hf的、第2傳感器坐標(biāo)系的x軸、y軸、z軸方向的力、以及繞x軸、y軸、z軸的力矩，來生成用于使機(jī)器人12動作的速度指令。

然后，機(jī)器人控制部14將生成的速度指令發(fā)送至各伺服電動機(jī)32，使機(jī)器手24向作業(yè)員a給予的操作力hf的方向動作。結(jié)果，機(jī)器人12按照作業(yè)員a對操作部38施加的操作力hf來進(jìn)行動作。

這樣，在本實(shí)施方式中，機(jī)器人控制部14具有作為使機(jī)器人12按照操作力hf進(jìn)行動作的動作控制部50(圖2)的功能。

在步驟s5中，機(jī)器人控制部14計(jì)算對機(jī)器人12施加的接觸力cf。首先，機(jī)器人控制部14根據(jù)上一次檢測出的操作力hf，來計(jì)算由該操作力hf引起且作用于第1力傳感器40的力hf’。

作為一例，機(jī)器人控制部14使構(gòu)成上一次檢測出的操作力hf的、第2傳感器坐標(biāo)系的x軸、y軸、z軸方向的力，與從第2傳感器坐標(biāo)系向第1傳感器坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣相乘，變換為第1傳感器坐標(biāo)系的力。由此，能夠計(jì)算由操作力hf引起且作用于第1力傳感器40的力hf’的、在第1傳感器坐標(biāo)系上的值。

接著，機(jī)器人控制部14從上一次檢測出的外力ef中減去如上述計(jì)算出的力hf’。由此，從通過第1力傳感器40檢測出的外力ef中去除操作力hf的成分，可以計(jì)算當(dāng)機(jī)器人12的任意部位接觸到外部物體時，從該物體施加在該機(jī)器人12上的接觸力cf。

這樣，在本實(shí)施方式中，機(jī)器人控制部14具有作為計(jì)算接觸力cf的接觸力計(jì)算部52(圖2)的功能。

在步驟s6中，機(jī)器人控制部14判定在步驟s5中計(jì)算出的接觸力cf是否在預(yù)先確定的閾值β以上(即，cf≧β)。該閾值β相對于接觸力cf被預(yù)先確定，并存儲于存儲部中。

在機(jī)器人控制部14判定為接觸力cf在閾值β以上的(即“是”)時，轉(zhuǎn)入步驟s7。另一方面，在機(jī)器人控制部14判定接觸力cf小于閾值β(即“否”)時，轉(zhuǎn)入步驟s8。

在步驟s7中，機(jī)器人控制部14執(zhí)行緊急停止方案。在該步驟s7中，參照圖6來進(jìn)行說明。

在步驟s11中，機(jī)器人控制部14停止機(jī)器人12的動作。具體來說，機(jī)器人控制部14作為動作控制部50發(fā)揮作用，向各伺服電動機(jī)32發(fā)送指令，使機(jī)器人12停止。

在步驟s12中，機(jī)器人控制部14生成第1警告。作為一例，機(jī)器人控制部14以聲音數(shù)據(jù)或字符/圖像數(shù)據(jù)的方式，生成“機(jī)器人與外部物體干涉”的警告信號。并且，機(jī)器人控制部14通過揚(yáng)聲器或顯示器(未圖示)，對作業(yè)員a輸出警告。

在步驟s13中，機(jī)器人控制部14決定機(jī)器人12的允許動作方向。這里，允許動作方向是指在使機(jī)器人12沿該允許動作方向移動的情況下，可以減少步驟s5中計(jì)算出的接觸力cf(即，使接觸到外部物體的機(jī)器人12或工件w1與該物體分離)的動作方向。

作為一例，機(jī)器人控制部14在步驟s4的執(zhí)行中，將機(jī)器人12的各可動要素(轉(zhuǎn)向機(jī)體20、上腕部26、前腕部28、手腕部30)的位置指令值依次存儲在存儲部中。

然后，機(jī)器人控制部14從存儲部中依次讀取步驟s6中判定為“是”的時刻的前一次(或后一次)存儲的位置指令值pn、以及該位置指令值pn的上一次存儲的位置指令值pn-1，將使機(jī)器人12的各可動要素從位置指令值pn向位置指令值pn-1移動的動作方向決定為允許動作方向。

另外，作為另一例子，假設(shè)外部物體接觸到機(jī)器人12的特定部位(例如，機(jī)器手24)，機(jī)器人控制部14基于步驟s5中計(jì)算出的接觸力cf(或者，第1力傳感器40的輸出信號)，來計(jì)算該物體與該特定部位抵接的方向d1，并將該方向d1決定為允許動作方向。

在步驟s14，機(jī)器人控制部14判定上一次檢測出的操作力hf的大小是否在閾值α以上(|hf|≧α)。具體來說，操作力檢測部48在步驟s11結(jié)束后仍繼續(xù)，以周期t來檢測操作力hf。

機(jī)器人控制部14在步驟s11結(jié)束后，判定為上一次檢測出的操作力hf的大小在閾值α以上(即，“是”)時，轉(zhuǎn)入步驟s15。另一方面，機(jī)器人控制部14在判定為上一次檢測出的操作力hf的大小小于閾值α(即，“否”)時，轉(zhuǎn)入步驟s17。

在步驟s15中，機(jī)器人控制部14對在步驟s14中判定為在閾值α以上的操作力hf的方向是否與步驟s13中決定的允許動作方向一致進(jìn)行判定。

例如，機(jī)器人控制部14在操作力hf的方向限定于步驟s13中所決定的允許動作方向的±5°的范圍內(nèi)時，判定操作力hf的方向與允許動作方向一致。

在機(jī)器人控制部14判定操作力hf的方向與允許動作方向一致(即“是”)時，轉(zhuǎn)入圖5的步驟s4，并按照該操作力hf，再次執(zhí)行手控動作。另一方面，在機(jī)器人控制部14判定操作力hf的方向與允許動作方向不一致(即“否”)時，轉(zhuǎn)入步驟s16。

在步驟s16中，機(jī)器人控制部14生成第2警告。作為一例，機(jī)器人控制部14以聲音數(shù)據(jù)或字符/圖像數(shù)據(jù)的方式，生成“無法向該方向移動”的警告信號。并且，機(jī)器人控制部14通過揚(yáng)聲器或顯示器，向作業(yè)員a輸出警告。

在步驟s17中，機(jī)器人控制部14判定開關(guān)44是否被斷開(off)。具體來說，機(jī)器人控制部14判定來自開關(guān)44的手控接通信號是否為零。

在機(jī)器人控制部14判定開關(guān)44為斷開(即“是”)時，結(jié)束圖6所示的步驟s7，并結(jié)束圖5所示的流程。另一方面，在機(jī)器人控制部14判定開關(guān)44為接通(即“否”)時，返回步驟s14。

再次參照圖5，在步驟s8中，機(jī)器人控制部14與上述步驟s17同樣地判定開關(guān)44是否為斷開。在機(jī)器人控制部14判定開關(guān)44為斷開(即“是”)時，轉(zhuǎn)入步驟s9。另一方面，在機(jī)器人控制部14判定開關(guān)44為接通(即“否”)時，轉(zhuǎn)入步驟s3。

在步驟s9中，機(jī)器人控制部14與上述步驟s11同樣地停止機(jī)器人12的動作。并且，機(jī)器人控制部14結(jié)束圖5所示的流程。

如上所述，在本實(shí)施方式中，機(jī)器人控制部14在步驟s4中執(zhí)行手控動作時，從外力檢測部46檢測出的外力ef中去除由作業(yè)員a給予的操作力hf的成分，來計(jì)算由機(jī)器人12(或工件w1)與外部物體的接觸所引起的接觸力cf。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于可以在執(zhí)行手控動作時實(shí)時監(jiān)視接觸力cf，因此可以對機(jī)器人12(或工件w1)與外部物體的接觸進(jìn)行可靠檢測。

另外，在本實(shí)施方式中，當(dāng)在步驟s6中判定為“是”時，機(jī)器人控制部14停止機(jī)器人12的動作(步驟s11)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在執(zhí)行手控動作時機(jī)器人12或工件w1接觸到外部物體的情況下，可以防止對機(jī)器人12或工件w1施加過大的力，同時也可以確保作業(yè)員a的安全。

另外，在本實(shí)施方式中，機(jī)器人控制部14在停止機(jī)器人12的動作之后，僅在操作力hf的方向與允許動作方向一致的情況下，再次進(jìn)行步驟s4的手控動作。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在機(jī)器人12(或工件w1)接觸到外部物體的情況下，通過基于作業(yè)員a的手控動作，可以可靠地防止以更強(qiáng)的力將機(jī)器人12(或工件w1)推壓向外部物體的動作。

另外，在本實(shí)施方式中，機(jī)器人控制部14在停止機(jī)器人12的動作時，輸出表示該意思的第1警告(步驟s12)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，作業(yè)員a可以直觀地識別機(jī)器人12(或工件w1)接觸到外部物體的情況。

另外，機(jī)器人控制部14在停止機(jī)器人12的動作之后，當(dāng)檢測到向不同于允許動作方向的方向施加了操作力hf(步驟s15中判定為“否”)時，輸出表示該意思的第2警告。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)，作業(yè)員a可以直觀地識別以將機(jī)器人12(或工件w1)推壓向外部物體的方式來操作機(jī)器人12的情況。

另外，在本實(shí)施方式中，過濾來自第1力傳感器40及第2力傳感器42的輸出信號，去除噪聲成分。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于不會受到來自第1力傳感器40及第2力傳感器42的輸出信號的瞬時變動的影響，能夠穩(wěn)定檢測外力ef及操作力hf，因此可以提高接觸力cf的檢測精度。

接著，參照圖7，對機(jī)器人系統(tǒng)10的動作流程的另一例子進(jìn)行說明。此外，在圖7所示的流程中，對與圖5所示的流程同樣的處理標(biāo)注相同的步驟編號，并省略詳細(xì)的說明。

在本實(shí)施方式所涉及的動作流程的開始時，在步驟s4中執(zhí)行手控動作時向各伺服電動機(jī)32發(fā)送的速度指令作為初期設(shè)定而被設(shè)定為第1速度指令v1。該第1速度指令v1是用于使機(jī)器人12以第1速度來進(jìn)行動作的速度指令。

步驟s5之后，在步驟s21中，機(jī)器人控制部14對步驟s5中計(jì)算出的接觸力cf是否在預(yù)先確定的閾值β1以上進(jìn)行判定。該閾值β1相對于接觸力cf被預(yù)先確定，并存儲于存儲部中。

在機(jī)器人控制部14判定為接觸力cf在閾值β1以上(即“是”)時，轉(zhuǎn)入步驟s23。另一方面，在機(jī)器人控制部14判定為接觸力cf小于閾值β1(即“否”)時，轉(zhuǎn)入步驟s22。

在步驟s22中，機(jī)器人控制部14將執(zhí)行手控動作時發(fā)送至各伺服電動機(jī)32的速度指令設(shè)定為第1速度指令v1。假設(shè)，在步驟s22開始時，在速度指令已經(jīng)被設(shè)定為第1速度指令v1的情況下，機(jī)器人控制部14將速度指令的設(shè)定維持為第1速度指令v1。

在步驟s23中，機(jī)器人控制部14對步驟s5中計(jì)算出的接觸力cf是否在預(yù)先確定的閾值β2以上進(jìn)行判定。該閾值β2被預(yù)先確定為大于上述閾值β1的值(即，β2＞β1)，并存儲于存儲部中。

在機(jī)器人控制部14判定為接觸力cf在閾值β2以上(即“是”)時，轉(zhuǎn)入步驟s25。另一方面，在機(jī)器人控制部14判定為接觸力cf小于閾值β2(即“否”)時，轉(zhuǎn)入步驟s24。

在步驟s24中，機(jī)器人控制部14將執(zhí)行手控動作時發(fā)送至各伺服電動機(jī)32的速度指令設(shè)定為第2速度指令v2。該第2速度指令v2是用于使機(jī)器人12以比第1速度慢的第2速度來進(jìn)行動作的速度指令。

在步驟s25中，機(jī)器人控制部14對步驟s5中計(jì)算出的接觸力cf是否在預(yù)先確定的閾值β3以上進(jìn)行判定。該閾值β3被預(yù)先確定為比上述閾值β2大的值(即，β3＞β2)，并存儲于存儲部中。

在機(jī)器人控制部14判定為接觸力cf在閾值β3以上(即“是”)時，轉(zhuǎn)入步驟s7。另一方面，在機(jī)器人控制部14判定為接觸力cf小于閾值β3(即“否”)時，轉(zhuǎn)入步驟s26。

在步驟s26中，機(jī)器人控制部14將執(zhí)行手控動作發(fā)送至各伺服電動機(jī)32的速度指令設(shè)定為第3速度指令v3。該第3速度指令v3是用于使機(jī)器人12以比第2速度慢的第3速度來進(jìn)行動作的速度指令。

這樣，在本實(shí)施方式中，機(jī)器人控制部14根據(jù)步驟s5中計(jì)算出的接觸力cf，來使機(jī)器人12的動作速度變化。具體來說，機(jī)器人控制部14變更速度指令的設(shè)定，以使計(jì)算出的接觸力cf越大，則機(jī)器人12的動作速度越慢。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在接觸力cf較小的情況下，通過不停止機(jī)器人12的動作，而使其動作速度減速，能夠降低由于機(jī)器人12(或工件w1)或作業(yè)員a接觸外部物體而施加過大的力的憂慮。因此，能夠防止作業(yè)效率降低，并確保機(jī)器人12(或工件w1)或作業(yè)員a的安全。

接著，參照圖8及圖9，對另一實(shí)施方式所涉及的機(jī)器人系統(tǒng)60進(jìn)行說明。此外，在下面說明的各種實(shí)施方式中，對與已說明的實(shí)施方式同樣的要素表述相同的附圖標(biāo)記，省略詳細(xì)的說明。

機(jī)器人系統(tǒng)60具備：機(jī)器人12、機(jī)器人控制部62、第1力傳感器64、及第2力傳感器42。機(jī)器人控制部62具有cpu及存儲部(均未圖示)等，直接或間接地控制機(jī)器人12的各構(gòu)成要素。

第1力傳感器64與上述第1力傳感器40同樣地由具有多個應(yīng)變計(jì)的6軸力覺傳感器構(gòu)成，將與第1力傳感器64產(chǎn)生的應(yīng)變相對應(yīng)的輸出信號發(fā)送至機(jī)器人控制部62。第1力傳感器64被組裝在上腕部26中。

例如圖10中的直角坐標(biāo)系所示，機(jī)器人控制部62對第1力傳感器64設(shè)定第1傳感器坐標(biāo)系。機(jī)器人控制部62基于來自第1力傳感器64的輸出信號，分別計(jì)算圖10所示的第1傳感器坐標(biāo)系的x軸、y軸、z軸方向的力、以及繞x軸、y軸、z軸的力矩。這樣，機(jī)器人控制部62對作用于第1力傳感器64的合力進(jìn)行計(jì)算。

另一方面，機(jī)器人控制部62對由機(jī)器人12的構(gòu)成要素之中位于第1力傳感器64的前端側(cè)的部分(即，上腕部26的前端側(cè)部分26a、前腕部28、手腕部30、及機(jī)器手24。下面，將作為“前端側(cè)要素”來進(jìn)行說明)的質(zhì)量，機(jī)器手24所把持的工件w1等的質(zhì)量、以及因機(jī)器人12動作而產(chǎn)生的慣性力所引起且作用于第1力傳感器64的內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算。

該內(nèi)力可以通過將機(jī)器人12的前端側(cè)要素的質(zhì)量、機(jī)器人12的姿態(tài)、以及機(jī)器人12的各構(gòu)成要素的動作速度代入公知的運(yùn)動方程式來進(jìn)行計(jì)算。

并且，機(jī)器人控制部62通過從第1力傳感器64得到的合力中減去計(jì)算出的內(nèi)力，來計(jì)算施加在機(jī)器人12的前端側(cè)要素的外力ef。該外力ef是由作業(yè)員a施加在操作部38上的操作力hf、與在機(jī)器人12的前端側(cè)要素接觸到外部物體時由該物體對該前端側(cè)要素施加的接觸力cf之和。

這樣，在本實(shí)施方式中，第1力傳感器64及機(jī)器人控制部62構(gòu)成對施加在機(jī)器人12的前端側(cè)要素的外力ef進(jìn)行檢測的外力檢測部66。

外力檢測部66將施加在前端側(cè)要素的任意部位(上腕部26的部分26a、前腕部28、手腕部30、或機(jī)器手24)的外力檢測為由該外力引起且作用于第1力傳感器64的力。

另一方面，第2力傳感器42及機(jī)器人控制部62構(gòu)成對施加在操作部38的操作力hf進(jìn)行檢測的操作力檢測部68。

接著，參照圖5～圖7，對機(jī)器人系統(tǒng)60的動作流程進(jìn)行說明。機(jī)器人控制部62執(zhí)行圖5或圖7所示的動作流程。這里，機(jī)器人系統(tǒng)60的動作在步驟s2及s5中，與上述的機(jī)器人系統(tǒng)10不同。

具體來說，在步驟s2中，機(jī)器人控制部62向第1力傳感器64發(fā)送指令，開始對施加在機(jī)器人12的前端側(cè)要素的外力ef進(jìn)行檢測。具體來說，機(jī)器人控制部62向第1力傳感器64發(fā)送檢測開始指令。

第1力傳感器64若從機(jī)器人控制部62接收檢測開始指令，則以周期t向機(jī)器人控制部62發(fā)送與該第1力傳感器64產(chǎn)生的應(yīng)變相對應(yīng)的輸出信號。機(jī)器人控制部62根據(jù)來自第1力傳感器64的輸出信號，來計(jì)算作用于該第1力傳感器64的合力。

其另一方面，機(jī)器人控制部62在計(jì)算合力的同時，計(jì)算此時的內(nèi)力。并且，機(jī)器人控制部62通過從合力中減去內(nèi)力來計(jì)算施加在機(jī)器人12的前端要素的外力ef，并存儲于存儲部中。

在步驟s5中，機(jī)器人控制部62對施加在機(jī)器人12的前端側(cè)要素的接觸力cf進(jìn)行計(jì)算。首先，機(jī)器人控制部62根據(jù)上一次檢測出的操作力hf，來計(jì)算由該操作力hf所引起且作用于第1力傳感器64的力hf’。

例如，機(jī)器人控制部62使構(gòu)成上一次檢測出的操作力hf的、第2傳感器坐標(biāo)系的x軸、y軸、z軸方向的力，與從第2傳感器坐標(biāo)系向第1傳感器坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣相乘，變換為第1傳感器坐標(biāo)系的力。由此，能夠計(jì)算由操作力hf引起且作用于第1力傳感器64的力hf’的、在第1傳感器坐標(biāo)系上的值。

接下來，機(jī)器人控制部62從上一次檢測出的外力ef中減去如上述計(jì)算出的力hf’。由此，從通過第1力傳感器64檢測出的外力ef中去除操作力hf的成分，可以計(jì)算機(jī)器人12的前端側(cè)要素接觸到外部物體時從該物體施加在該前端側(cè)要素的接觸力cf。

這樣，在本實(shí)施方式中，機(jī)器人控制部62具有作為對施加在前端側(cè)要素的接觸力cf進(jìn)行計(jì)算的接觸力計(jì)算部69(圖9)的功能。

根據(jù)本實(shí)施方式，在執(zhí)行手控動作時，由于可以實(shí)時監(jiān)視由機(jī)器人12的前端側(cè)要素與外部物體接觸所引起的接觸力cf，因此可以可靠地檢測機(jī)器人12的前端側(cè)要素與外部物體的接觸。

接著，參照圖11，對另一實(shí)施方式所涉及的機(jī)器人系統(tǒng)70進(jìn)行說明。該機(jī)器人系統(tǒng)70在以下方面與上述機(jī)器人系統(tǒng)60不同。即，在機(jī)器人系統(tǒng)70中，第1力傳感器74安裝在手腕部30。在該實(shí)施方式中，機(jī)器人控制部72及第1力傳感器74構(gòu)成對施加在機(jī)器手24上的外力ef進(jìn)行檢測的外力檢測部76。

此外，在上述實(shí)施方式中，描述了第1力傳感器40、64、74由6軸力覺傳感器構(gòu)成的情況。然而，并不局限于此，第1力傳感器也可以由扭矩傳感器構(gòu)成。

下面，參照圖12及圖13，對這種實(shí)施方式所涉及的機(jī)器人系統(tǒng)80進(jìn)行說明。機(jī)器人系統(tǒng)80具備：機(jī)器人12、機(jī)器人控制部82、第1力傳感器84、以及第2力傳感器42。機(jī)器人控制部82具有cpu及存儲部(均未圖示)等，直接或間接地控制機(jī)器人12的各構(gòu)成要素。

第1力傳感器84具有：第1扭矩傳感器86、第2扭矩傳感器88、第3扭矩傳感器90、第4扭矩傳感器92、第5扭矩傳感器94、以及第6扭矩傳感器96。

第1扭矩傳感器86內(nèi)置于使轉(zhuǎn)向機(jī)體20繞第1軸o1轉(zhuǎn)向的伺服電動機(jī)32中，并檢測繞第1軸o1的扭矩τ1，發(fā)送至機(jī)器人控制部82。此外，第1軸o1與鉛直方向平行。

第2扭矩傳感器88內(nèi)置于使上腕部26繞第2軸o2轉(zhuǎn)動的伺服電動機(jī)32中，并檢測繞第2軸o2的扭矩τ2，發(fā)送至機(jī)器人控制部82。

第3扭矩傳感器90內(nèi)置于使前腕部28繞第3軸o3轉(zhuǎn)動的伺服電動機(jī)32中，并檢測繞第3軸o3的扭矩τ3，發(fā)送至機(jī)器人控制部82。

第4扭矩傳感器92內(nèi)置于使前腕部28繞第4軸o4轉(zhuǎn)動的伺服電動機(jī)32中，并檢測繞第4軸o4的扭矩τ4，發(fā)送至機(jī)器人控制部82。

第5扭矩傳感器94內(nèi)置于使手腕部30繞第5軸o5轉(zhuǎn)動的伺服電動機(jī)32中，并檢測繞第5軸o5的扭矩τ5，發(fā)送至機(jī)器人控制部82。

第6扭矩傳感器96內(nèi)置于使手腕部30繞第6軸o6轉(zhuǎn)動的伺服電動機(jī)32中，并檢測繞第6軸o6的扭矩τ6，發(fā)送至機(jī)器人控制部82。

另一方面，機(jī)器人控制部82分別計(jì)算由機(jī)器人12的各構(gòu)成要素的質(zhì)量、機(jī)器手24所把持的工件w1等的質(zhì)量、以及因機(jī)器人12的各構(gòu)成要素進(jìn)行動作而產(chǎn)生的慣性力所引起且作用于繞第1～第6軸o1、o2、o3、o4、o5及o6的扭矩(即，“內(nèi)力”)iτ1、iτ2、iτ3、iτ4、iτ5及iτ6。

這些內(nèi)力iτ1、iτ2、iτ3、iτ4、iτ5及iτ6可以通過將機(jī)器人12的各構(gòu)成要素的質(zhì)量、機(jī)器人12的姿態(tài)、以及機(jī)器人12的各構(gòu)成要素的動作速度代入公知的運(yùn)動方程式來進(jìn)行計(jì)算。

機(jī)器人控制部82通過從第1～第6扭矩傳感器86、88、90、92、94及96得到的扭矩τ1、τ2、τ3、τ4、τ5及τ6中分別減去計(jì)算出的內(nèi)力iτ1、iτ2、iτ3、iτ4、iτ5及iτ6，來分別計(jì)算由施加在機(jī)器人12的外力所引起且作用于繞第1～第6軸o1、o2、o3、o4、o5及o6的扭矩(下面，作為外力扭矩來進(jìn)行說明)eτ1、eτ2、eτ3、eτ4、eτ5及eτ6。

機(jī)器人控制部82基于這些外力扭矩eτ1、eτ2、eτ3、eτ4、eτ5及eτ6，來計(jì)算施加在機(jī)器手24上的外力ef。該外力ef是由作業(yè)員a施加在操作部38上的操作力hf、與機(jī)器手24接觸到外部物體時由該物體施加在該機(jī)器手24的接觸力cf之和。

這樣，在本實(shí)施方式中，第1力傳感器84及機(jī)器人控制部82構(gòu)成對施加在機(jī)器手24的外力ef進(jìn)行檢測的外力檢測部98。另一方面，第2力傳感器42及機(jī)器人控制部82構(gòu)成對施加在操作部38的操作力hf進(jìn)行檢測的操作力檢測部100。

接著，參照圖5～圖7，對機(jī)器人系統(tǒng)80的動作流程進(jìn)行說明。機(jī)器人控制部82執(zhí)行圖5或圖7所示的動作流程。這里，機(jī)器人系統(tǒng)80的動作在步驟s2及s5中，與上述機(jī)器人系統(tǒng)10不同。

具體來說，在步驟s2中，機(jī)器人控制部82向第1力傳感器84發(fā)送指令，開始對施加在機(jī)器手24的外力ef進(jìn)行檢測。具體來說，機(jī)器人控制部82向第1～第6扭矩傳感器86、88、90、92、94及96發(fā)送檢測開始指令。

第1～第6扭矩傳感器86、88、90、92、94及96若從機(jī)器人控制部82接收檢測開始指令，則以周期t檢測扭矩τ1、τ2、τ3、τ4、τ5及τ6，并分別發(fā)送至機(jī)器人控制部82。

其另一方面，機(jī)器人控制部82在取得扭矩τ1、τ2、τ3、τ4、τ5及τ6的同時，分別計(jì)算此時的內(nèi)力iτ1、iτ2、iτ3、iτ4、iτ5及iτ6。

然后，機(jī)器人控制部82從扭矩τ1、τ2、τ3、τ4、τ5及τ6中分別減去內(nèi)力iτ1、iτ2、iτ3、iτ4、iτ5及iτ6，來分別計(jì)算外力扭矩eτ1、eτ2、eτ3、eτ4、eτ5及eτ6。并且，機(jī)器人控制部82根據(jù)外力扭矩eτ1、eτ2、eτ3、eτ4、eτ5及eτ6，計(jì)算施加在機(jī)器手24的外力ef，并存儲于存儲部中。

在步驟s5中，機(jī)器人控制部82計(jì)算施加在機(jī)器手24上的接觸力cf。具體來說，機(jī)器人控制部82從上一次檢測出的外力ef中減去上一次檢測出的操作力hf。由此，可以從通過第1力傳感器84檢測出的外力ef中去除操作力hf，來計(jì)算在機(jī)器手24接觸到外部物體時由該物體施加在該機(jī)器手24的接觸力cf。

這樣，在本實(shí)施方式中，機(jī)器人控制部82具有作為對施加在機(jī)器手24的接觸力cf進(jìn)行計(jì)算的接觸力計(jì)算部102(圖13)的功能。

根據(jù)本實(shí)施方式，由于可以在執(zhí)行手控動作時，實(shí)時監(jiān)視由機(jī)器手24(或工件w1)與外部物體的接觸所引起的接觸力cf，因此可以可靠檢測機(jī)器手24(或工件w1)與外部物體的接觸。

此外，在上述實(shí)施方式中，對機(jī)器人12為垂直多關(guān)節(jié)型機(jī)器人的情況進(jìn)行了描述。然而，并不局限于此，機(jī)器人12也可以是例如關(guān)節(jié)型或并聯(lián)型這樣的任何類型的機(jī)器人。

另外，在圖6所示的動作流程中，對在步驟s11中使機(jī)器人12停止的情況進(jìn)行了描述。然而，并不局限于此，例如，機(jī)器人控制部14、62、72、82也可以不執(zhí)行步驟s11，而僅在步驟s12中向作業(yè)員a發(fā)出警告。

另外，機(jī)器人控制部14、62、72、82也可以在顯示器中實(shí)施顯示步驟s5中計(jì)算出的接觸力cf。在這種情況下，機(jī)器人控制部14、62、72、82也可以不執(zhí)行圖6所示的步驟s11，而僅將計(jì)算出接觸力cf顯示在顯示器中并將接觸力cf通知給作業(yè)員a。

另外，在上述實(shí)施方式中，對力傳感器40、42、64及74由具有應(yīng)變計(jì)的6軸力覺傳感器構(gòu)成的情況進(jìn)行了描述。然而，并不局限于此，力傳感器40、42、64及74也可以是例如基于靜電容量的變化來檢測力的傳感器或以光學(xué)方式檢測應(yīng)變的傳感器。

另外，從機(jī)器人系統(tǒng)10中使用的、第1力傳感器40及第2力傳感器42的輸出信號中去除噪聲成分的過濾，也可以同樣適用于機(jī)器人系統(tǒng)60、70及80。

以上，通過發(fā)明的實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是上述實(shí)施方式并不限定權(quán)利要求書所涉及的發(fā)明。另外，對本發(fā)明的實(shí)施方式中說明的特征進(jìn)行組合的方式也應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)，而這些特征的所有組合并不限于是發(fā)明的解決手段所必須的。進(jìn)而，本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚知道還可以對上述實(shí)施方式施加各種變更或改良。

另外，應(yīng)注意的是，對于權(quán)利要求書、說明書及附圖中所示出的裝置、系統(tǒng)、程序及方法中的動作、順序、步驟、工序及階段等各處理的執(zhí)行順序，只要沒有明示“的前面”、“之前”等、并且在后面的處理中不使用之前的處理的輸出，就能夠以任意順序來實(shí)現(xiàn)。關(guān)于權(quán)利要求書、說明書及附圖中的動作流程，即使為方便起見使用“首先、”、“接著、”、“接下來”等來進(jìn)行了說明，也并不表示必須以該順序來進(jìn)行實(shí)施。