人協(xié)同型工業(yè)用機器人的外力判定方法和外力判定裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種人協(xié)同型工業(yè)用機器人的外力判定方法和外力判定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在人和機器人協(xié)同進行作業(yè)的人協(xié)同型工業(yè)用機器人中，在作業(yè)時人和機器人接近，兩者有可能錯誤地接觸。假設(shè)在接觸了的情況下，必須迅速地檢測出該接觸并實施使機器人停止等安全對策?？梢酝ㄟ^判定作用于機器人的外力的有無來檢測人和機器人的接觸。關(guān)于這一點，例如美國專利申請公開第2013/0211739號說明書(US2013/0211739A1)公開了在具有經(jīng)由減速機被電動機驅(qū)動的臂的機器人中作用于臂的轉(zhuǎn)矩的推定方法。具體地說，在US2013/0211739A1中，分別檢測電動機的旋轉(zhuǎn)角度和減速機的輸出軸側(cè)的旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)這2個旋轉(zhuǎn)角度的差來推定轉(zhuǎn)矩。
[0003]但是，減速機的轉(zhuǎn)矩具有由于反沖、摩擦或滯后現(xiàn)象等的影響而相對于旋轉(zhuǎn)角度的變化非線性地變化的特性。因此，如US2013/0211739A1記載的那樣，根據(jù)電動機的旋轉(zhuǎn)角度和減速機的輸出軸側(cè)的旋轉(zhuǎn)角度之差推定轉(zhuǎn)矩，無法高精度地判定作用于機器人的外力的有無。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個形式是一種外力判定方法，其判定作用于機器人的外力的有無，其中，該機器人具有第一部件、經(jīng)由減速機構(gòu)可移動地與第一部件連結(jié)的第二部件，該外力判定方法包括:取得假定預(yù)先按照預(yù)定的指令使外力未作用、或已知的外力作用下的機器人動作時、或使其動作時的、第二部件相對于第一部件的相對位置或角度的基準值的基準值取得步驟；取得按照預(yù)定的指令使機器人動作時的、第二部件相對于第一部件的相對位置或角度的實測值的實測值取得步驟，其中，將檢測部或與檢測部成對的被檢測部的任意一方配置在第一部件或相對于第一部件不相對移動的部位，將檢測部或被檢測部的任意另一方配置在第二部件或相對于第二部件不相對移動的部位，將檢測部的檢測值作為實測值；根據(jù)在基準值取得步驟中取得的基準值和在實測值取得步驟中取得的實測值之差以及預(yù)先確定的閾值，判定作用于機器人的外力的有無的判定步驟。
[0005]本發(fā)明的另一個形式是一種外力判定裝置，其判定作用于機器人的外力的有無，其中，該機器人具有第一部件、經(jīng)由減速機構(gòu)可移動地與第一部件連結(jié)的第二部件，該外力判定裝置具備:基準值取得部，其取得假定預(yù)先按照預(yù)定的指令使外力未作用、或已知的外力作用下的機器人動作時、或使其動作時的、第二部件相對于第一部件的相對位置或角度的基準值；實測值取得部，其取得按照預(yù)定的指令使機器人動作時的、第二部件相對于第一部件的相對位置或角度的實測值，其中，具有檢測部和與檢測部成對的被檢測部，將檢測部或被檢測部的任意一方配置在第一部件或相對于第一部件不相對移動的部位，將檢測部或被檢測部的任意另一方配置在第二部件或相對于第二部件不相對移動的部位，將檢測部的檢測值作為實測值；判定部，其根據(jù)通過基準值取得部取得的基準值和通過實測值取得部取得的實測值之差以及預(yù)先確定的閾值，判定作用于機器人的外力的有無。
【附圖說明】
[0006]本發(fā)明的目的、特征以及優(yōu)點，根據(jù)與附圖關(guān)聯(lián)的以下的實施方式的說明會更加明確。
[0007]圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的人協(xié)同型工業(yè)用機器人的概要結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。
[0008]圖2是表示圖1的關(guān)節(jié)部的結(jié)構(gòu)的圖。
[0009]圖3是表示本發(fā)明的第一實施方式的外力判定裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0010]圖4是表示本發(fā)明的第一實施方式的外力判定方法的流程圖。
[0011]圖5是表示通過本發(fā)明的第一實施方式的外力判定方法得到的動作特性的一個例子的圖。
[0012]圖6是表示機器人的停止動作時的一個特性的圖。
[0013]圖7是表示設(shè)定2個基準值的情況下的動作特性的一個例子的圖。
[0014]圖8是表示本發(fā)明的第二實施方式的外力判定裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0015]圖9是表示本發(fā)明的第三實施方式的人協(xié)同型工業(yè)用機器人的概要結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。
[0016]圖10是表示圖9的直動部的結(jié)構(gòu)的圖。
[0017]圖11是表示本發(fā)明的第三實施方式的外力判定裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0018]圖12是表示圖11的變形例子的圖。
[0019]圖13是表示圖1、圖9的變形例子的圖。
[0020]圖14是表示圖1、圖9的其他變形例子的圖。
【具體實施方式】
[0021]第一實施方式
[0022]以下，參照圖1?圖7說明本發(fā)明的第一實施方式的人協(xié)同型工業(yè)用機器人的外力判定方法。人協(xié)同型工業(yè)用機器人，是人和機器人協(xié)同地進行作業(yè)、或人和機器人共用作業(yè)空間來進行作業(yè)的工業(yè)用機器人。普通的工業(yè)用機器人，為了確保作業(yè)者的安全，在被限制進入的安全護欄圍住的區(qū)域內(nèi)進行作業(yè)。與此相對，在人協(xié)同型工業(yè)用機器人中，有時作業(yè)者進入作業(yè)區(qū)域內(nèi)進行作業(yè)，在作業(yè)時機器人有可能接觸人、障礙物等。因此，必須盡早地檢測出這樣的機器人的接觸，在檢測出接觸時實施使機器人的動作停止等安全對策。
[0023]圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的人協(xié)同型工業(yè)用機器人100的概要結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。該機器人100具備基部1、盤旋部2、下部臂3、上部臂4、手腕部5。
[0024]盤旋部2以在鉛垂方向上延伸的軸線LI為中心，經(jīng)由盤旋機構(gòu)可盤旋地被支持在基部I的上方。下部臂3以在水平方向上延伸的軸線L2為中心，經(jīng)由關(guān)節(jié)部6可旋轉(zhuǎn)地被盤旋部2支持。上部臂4以在水平方向上延伸的軸線L3為中心，經(jīng)由關(guān)節(jié)部7可旋轉(zhuǎn)地被下部臂3的前端部支持。手腕部5以在水平方向上延伸的軸線L4為中心，經(jīng)由關(guān)節(jié)部8可旋轉(zhuǎn)地被設(shè)置在上部臂4的前端部。盤旋部2和關(guān)節(jié)部6?8被伺服電動機驅(qū)動。
[0025]圖2是表示關(guān)節(jié)部6的結(jié)構(gòu)的圖。如圖2所示，關(guān)節(jié)部6具備固定在盤旋部2的固定部10、固定在下部臂3并且相對于固定部10相對旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)部11。在固定部10—體地設(shè)置有伺服電動機12、減速機構(gòu)13的外側(cè)外殼。伺服電動機12內(nèi)置編碼器12a，通過編碼器12a檢測伺服電動機12的旋轉(zhuǎn)角度。減速機構(gòu)13具有輸入軸、輸出軸以及多個齒輪等，將從伺服電動機12輸入的旋轉(zhuǎn)減速來增大轉(zhuǎn)矩，傳遞到旋轉(zhuǎn)部11。也可以將伺服電動機12和減速機構(gòu)13設(shè)置在旋轉(zhuǎn)部11。在該情況下，減速機構(gòu)13將從伺服電動機12輸入的旋轉(zhuǎn)減速來增大轉(zhuǎn)矩，傳遞到固定部10。此外，也可以將伺服電動機12和減速機構(gòu)13的任意一方設(shè)置在固定部10，將任意另一方設(shè)置在旋轉(zhuǎn)部11。
[0026]進而，在關(guān)節(jié)部6，將檢測下部臂3相對于盤旋部2的相對角度(以后稱為臂角度)的角度檢測部15設(shè)置在減速機構(gòu)13的輸出側(cè)。通過該配置，角度檢測部15直接地檢測受到減速機構(gòu)13的非線性影響的下部臂3的臂角度。由此，即使不知道減速機構(gòu)13的非線性特性、其影響的大小，也能夠正確地知道下部臂3相對于盤旋部2實際位于怎樣的相對角度。角度檢測部15具有被檢測部和檢測部。被檢測部由設(shè)置在旋轉(zhuǎn)部11的周面上的刻度尺16構(gòu)成，檢測部由與刻度尺16相對地設(shè)置在固定部10 (減速機構(gòu)13的外側(cè)外殼)的檢測頭17構(gòu)成。在刻度尺16上以窄的間距刻有刻度。檢測頭17向刻度尺16照射激光，并且接受由刻度尺16反射的反射光，根據(jù)該光的強弱檢測臂角度。
[0027]例如等間隔地設(shè)定刻度尺16的刻度。在該情況下檢測出的臂角度是臂角度的變化量、即相對值。此外，根據(jù)刻度尺16的規(guī)格，還能夠直接檢測臂角度自身、即臂角度的絕對值。在圖2中，將檢測頭17設(shè)置在固定部10(減速機構(gòu)13的外側(cè)外殼)，但只要是相對于固定部10不相對移動(旋轉(zhuǎn))的部位，則也可以將檢測頭17設(shè)置在其他部位。另外，將刻度尺16設(shè)置在旋轉(zhuǎn)部11，但只要是相對于旋轉(zhuǎn)部11不相對移動(旋轉(zhuǎn))的部位，則可以將刻度尺16設(shè)置在其他部位。與圖2相反，也可以將刻度尺16設(shè)置在固定部10或相對于固定部10不相對移動的部位，將檢測頭17設(shè)置在旋轉(zhuǎn)部11或相對于旋轉(zhuǎn)部11不相對移動的部位。即，只要將刻度尺16或檢測頭17的任意一方配置在固定部10或相對于固定部10不相對移動的部位，將刻度尺16或檢測頭17的任意另一方配置在旋轉(zhuǎn)部11或相對于旋轉(zhuǎn)部11不相對移動的部位，則也可以將刻度尺16和檢測頭17配置在與圖2不同的位置。
[0028]此外，也可以將減速機構(gòu)13的外側(cè)外殼不固定在固定部10而固定在旋轉(zhuǎn)部11。在該情況下，也是將刻度尺16或檢測頭17的任意一方配置在固定部10或相對于固定部10不相對移動的部位，將刻度尺16或檢測頭17的任意另一方配置在旋轉(zhuǎn)部11或相對于旋轉(zhuǎn)部11不相對移動的部位即可。另外，在將減速機構(gòu)13的外側(cè)外殼固定在固定部10的情況下，作為相對于旋轉(zhuǎn)部11不相對移動的部位包含減速機構(gòu)13的輸出軸，在將減速機構(gòu)13的外側(cè)外殼固定在旋轉(zhuǎn)部11的情況下，作為相對于固定部10不相對移動的部位包含減速機構(gòu)13的輸出軸。與關(guān)節(jié)部6同樣地，也可以將減速機構(gòu)13、角度檢測部15設(shè)置在盤旋機構(gòu)和其他關(guān)節(jié)部7、8。
[0029]圖3是表示本發(fā)明的