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CN108136604A - 机器人系统的监视装置 - Google Patents

机器人系统的监视装置 Download PDF

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CN108136604A
CN108136604A CN201680062558.XA CN201680062558A CN108136604A CN 108136604 A CN108136604 A CN 108136604A CN 201680062558 A CN201680062558 A CN 201680062558A CN 108136604 A CN108136604 A CN 108136604A
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CN
China
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robot
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torque
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current
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Application number
CN201680062558.XA
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English (en)
Inventor
宗藤康治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kawasaki Motors Ltd
Original Assignee
Kawasaki Jukogyo KK
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Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Jukogyo KK filed Critical Kawasaki Jukogyo KK
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Abstract

本发明提供一种机器人系统的监视装置，所述机器人系统包括：具备一个以上的关节轴、及使该关节轴驱动的伺服马达的机器人，以及对驱动所述各关节轴的伺服马达进行控制的控制装置。机器人系统的监视装置包括：电流传感器，检测流经各伺服马达的电流值；电流转矩变换部，将由电流传感器检测出的流经各伺服马达的电流值变换为转矩值；驱动转矩推定部，推定各伺服马达的驱动所需的驱动转矩的至少一部分；差分转矩运算部，运算经电流转矩变换部变换的转矩值与驱动转矩的推定值的差分转矩；转矩外力变换部，将由差分转矩运算部运算出的所述差分转矩变换为机器人的外力；以及停止信号生成部，基于经转矩外力变换部变换的外力的值生成机器人的停止信号，并将该停止信号供给至控制装置。

Description

机器人系统的监视装置
技术领域
本发明涉及一种机器人系统的监视装置。
背景技术
先前，已知有当不使用力传感器而对机器人施加外力时，以追随外力的形式控制机器人的控制装置（参照专利文献1～专利文献5）。该控制装置对驱动机器人的关节轴的马达中流通的电流值与马达的旋转速度进行检测，算出施加至机器人的扰动转矩，并相应于扰动转矩而变更位置指令值。
近年来，从提高生产性的观点考虑，提出机器人与作业人员在同一作业空间内共同地进行作业。因此，从安全性的观点考虑，开发出用于监视机器人的动作且高精度地检测碰撞的各种技术（参照专利文献6、专利文献7）。例如专利文献7中记载的控制装置根据所检测到的马达旋转角与所输入的机器人臂的负荷的重量及重心位置，而进行逆动力学运算，藉此计算马达驱动所需的马达电流。然后，将该马达电流计算值与从马达检测的电流检测值之差，作为因碰撞而发生的扰动电流值而计算，并根据该扰动电流值检测碰撞。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-156771号公报；
专利文献2：日本特开平11-042575号公报；
专利文献3：日本特开平11-042576号公报；
专利文献4：日本特开平11-042577号公报；
专利文献5：日本特开平11-042578号公报；
专利文献6：日本特开2006-075931号公报；
专利文献7：日本特开2006-123012号公报。
发明内容
发明所要解决的问题
然而，如专利文献7那样的现有构成中，因基于驱动机器人的关节轴的马达的电流值检测碰撞，故无法高精度地检测碰撞。
因此，本发明的目的在于提供一种能够高精度地检测机器人运转时的碰撞的机器人系统的监视装置。
解决问题的技术手段
本发明的一形态的机器人系统的监视装置中，所述机器人系统包括：具备一个以上的关节轴、及使该关节轴驱动的伺服马达的机器人，以及对驱动所述各关节轴的伺服马达进行控制的控制装置，所述机器人系统的监视装置包括：电流传感器，检测流经各伺服马达的电流值；电流转矩变换部，将由所述电流传感器检测出的流经各伺服马达的电流值变换为转矩值；驱动转矩推定部，推定各伺服马达的驱动所需的驱动转矩的至少一部分；差分转矩运算部，运算经所述电流转矩变换部变换的转矩值与所述驱动转矩的推定值的差分转矩；外力变换部，将由所述差分转矩运算部运算出的所述差分转矩变换为所述机器人的外力；以及停止信号生成部，基于经所述外力变换部变换的所述外力的值生成所述机器人的停止信号，并将该停止信号供给至所述控制装置。
根据上述构成，对驱动机器人的各关节轴的马达中流通的电流值进行检测，将所检测到的电流值变换为转矩值，并将变换后的转矩值变换为机器人的外力。因直接算出作用于机器人的外力，故可高精度地检测机器人运转时的碰撞。而且，因基于外力的值生成停止信号，故管理人员容易进行阈值等的设定。
本发明的其它形态的机器人系统的监视装置中，所述机器人系统包括：具备一个以上的关节轴、及使该关节轴驱动的伺服马达的机器人，以及对驱动所述各关节轴的伺服马达进行控制的控制装置，所述机器人系统的监视装置包括：电流传感器，检测流经各伺服马达的电流值；电流外力变换部，将由所述电流传感器检测出的流经各伺服马达的电流值变换为所述机器人的外力的检测值；驱动转矩推定部，推定各伺服马达的驱动所需的驱动转矩的至少一部分；转矩外力变换部，将所述驱动转矩的推定值变换为所述机器人的外力的推定值；外力变换部，藉由运算所述机器人的外力的检测值与所述机器人的外力的推定值的差分，而变换为所述机器人的外力；以及停止信号生成部，基于经所述外力变换部变换的所述外力的值生成所述机器人的停止信号，并将该停止信号供给至所述控制装置。
本发明的其它形态的机器人系统的监视装置中，所述机器人系统包括：具备一个以上的关节轴、及使该关节轴驱动的伺服马达的机器人，以及对驱动所述各关节轴的伺服马达进行控制的控制装置，所述机器人系统的监视装置包括：电流传感器，检测流经各伺服马达的电流值；电流推定部，推定流经各伺服马达的电流值；差分电流运算部，运算流经各伺服马达的检测电流值与推定电流值的差分电流；外力变换部，将由所述差分电流运算部算出的差分电流变换为所述机器人的外力；以及停止信号生成部，基于经所述外力变换部变换的所述外力的值生成所述机器人的停止信号，并将该停止信号供给至所述控制装置。
本发明的其它形态的机器人系统的监视装置中，所述机器人系统包括：具备一个以上的关节轴、及使该关节轴驱动的伺服马达的机器人，以及对驱动所述各关节轴的伺服马达进行控制的控制装置，所述机器人系统的监视装置包括：电流传感器，检测流经各伺服马达的电流值；第一电流转矩变换部，将由所述电流传感器检测出的流经各伺服马达的电流值变换为转矩的检测值；电流推定部，推定流经各伺服马达的电流值；第二电流转矩变换部，将由所述电流推定部推定出的流经各伺服马达的推定电流值变换为转矩的推定值；差分转矩运算部，运算所述转矩的检测值与所述转矩的推定值的差分转矩；外力变换部，将由所述差分转矩运算部算出的差分转矩变换为所述机器人的外力；以及停止信号生成部，基于经所述外力变换部变换的所述外力的值生成所述机器人的停止信号，并将该停止信号供给至所述控制装置。
本发明的其它形态的机器人系统的监视装置中，所述机器人系统包括：具备一个以上的关节轴、及使该关节轴驱动的伺服马达的机器人，以及对驱动所述各关节轴的伺服马达进行控制的控制装置，所述机器人系统的监视装置包括：电流传感器，检测流经各伺服马达的电流值；电流推定部，推定流经各伺服马达的电流值；第一电流外力变换部，将由所述电流传感器检测出的流经各伺服马达的电流值变换为所述机器人的外力的检测值；第二电流外力变换部，将由所述电流推定部推定出的流经各伺服马达的推定电流值变换为所述机器人的外力的推定值；外力变换部，藉由运算所述机器人的外力的检测值与所述机器人的外力的推定值的差分，而变换为所述机器人的外力；以及停止信号生成部，基于经所述外力变换部变换的所述外力的值生成所述机器人的停止信号，并将该停止信号供给至所述控制装置。
所述停止信号生成部亦可在经所述外力变换部变换的所述外力的值超过预先设定的第一阈值时，生成所述机器人的停止信号。
若碰撞判断时的阈值为电流值，则管理人员必须根据电流值估计作用于机器人的外力从而设定烦杂。根据上述构成，因判定作用于机器人的外力的值是否超过预先设定的阈值，故管理人员容易进行阈值设定。藉此，可将例如100 N这样的外力值直接设定为阈值。
本发明亦可进而包括将经所述转矩外力变换部变换的所述外力的值作为输入值的低通滤波器，所述停止信号生成部在所述低通滤波器的输出值超过预先设定的第二阈值时，生成所述机器人的停止信号。
根据上述构成，藉由低通滤波器，在瞬间作用于机器人的外力的变化中不会发生过度反应，可抑制噪声成分而较佳地进行碰撞判定。
所述机器人系统的监视装置中，从转矩向所述机器人的外力的变换、或从电流向所述机器人的外力的变换可使用以所述机器人的规定的点（例如机器人的梢端）为外力的作用点的雅可比矩阵而运算。
发明的效果
根据本发明，可提供一种能够高精度地检测机器人运转时的碰撞的机器人系统的监视装置。
附图说明
图1是示出安装有本发明第一实施形态的监视装置的机器人系统的整体构成的框图；
图2是示出图1的监视装置的构成的框图；
图3是示出控制装置的处理流程的流程图；
图4是示出监视装置的处理流程的流程图；
图5是示出本发明第二实施形态的监视装置的构成的框图；
图6是示出本发明第三实施形态的监视装置的构成的框图；
图7是示出本发明第四实施形态的监视装置的构成的框图；
图8是示出本发明第五实施形态的监视装置的构成的框图。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施形态进行说明。以下，通过全部附图对相同或相当的要素附上相同的符号，并省略重复的说明。
[机器人系统]
图1是示出安装有本发明的第一实施形态的监视装置的机器人系统的整体构成的框图。如图1所示，机器人系统1具备机器人2、控制装置3、及监视装置4。机器人系统1用于供机器人2与作业人员在同一作业空间内共同地进行作业。因此，本实施形态的机器人系统1为了提高作业人员的安全性而具备机器人2的监视装置4。
机器人2具备1个以上的关节轴、及使该关节轴驱动的伺服马达。机器人2在本实施形态中具备6个关节轴J1～J6、及使这些关节轴驱动的6个伺服马达M1～M6。机器人2为所谓的6轴多关节机器人。各伺服马达M1～M6中分别设置有：对驱动马达的电流进行检测的电流传感器5，对伺服马达M1～M6的旋转进行制动的制动器（未图示），以及检测伺服马达M1～M6的马达的旋转角度位置的编码器等位置传感器（未图示）。此处，马达的旋转角度位置是指伺服马达M1～M6的关节坐标系中的关节轴J1～J6的角度的位置（以下亦称作关节轴角度位置）。
控制装置3与机器人2通过缆线L1～L6（由粗体字图示）连接。此处缆线L1～L6包含用于对关节轴J1～J6的伺服马达M1～M6或制动器等供给电源的电源线，以及用于接收来自安装于伺服马达M1～M6的位置传感器（未图示）的传感器信号的信号线等。控制装置3构成为基于位置指令值控制驱动各关节轴J1～J6的伺服马达M1～M6。
而且，控制装置3与监视装置4通过通信缆线（未图示）连接。此处，通信缆线为例如RS422等串行通信用的缆线。控制装置3具备通过通信缆线对监视装置4供给监视信号，并且当从监视装置4接收到停止信号时使机器人2的动作停止的停止功能。
控制装置3为具备运算处理器6、伺服放大器7、存储器、输入输出接口、通信接口等的机器人控制器。运算处理器6具备电流指令值生成部61、及驱动转矩推定部62。电流指令值生成部61及驱动转矩推定部62为藉由在运算处理器6中执行规定程序而实现的功能块。电流指令值生成部61基于预定的位置指令值与来自位置传感器的关节轴角度位置而运算电流指令值，并输出至伺服放大器7。伺服放大器7与伺服马达M1～M6对应地设置，基于所提供的电流指令值产生电流，并通过缆线L1～L6将所产生的电流供给至伺服马达M1～M6。亦即，各伺服放大器7为与电流指令值相应地产生伺服马达M1～M6的驱动电流的增幅器。如此，控制装置3构成为基于位置指令值对设置于各关节轴J1～J6的伺服马达M1～M6进行位置控制。
驱动转矩推定部62根据由位置传感器算出的关节轴角度位置，推定对机器人2的关节轴J1～J6的伺服马达M1～M6进行驱动所需的驱动转矩。驱动转矩推定部62在本实施形态中分别算出重力转矩、惯性力转矩、及摩擦力转矩，并将其相加，藉此算出驱动转矩的推定值。此处，重力转矩为用于抵抗各连杆的重量而维持姿势的转矩。惯性力转矩为抵抗连杆的惯性量所需的转矩。摩擦力转矩为抵抗减速机的摩擦量所需的转矩。该驱动转矩推定值与由电流传感器5检测出的传感器电流值一并作为监视信号而从控制装置3发送至监视装置4。
监视装置4构成为在机器人系统1中监视机器人2的动作并检测碰撞。监视装置4从控制装置3接收机器人2的监视信号（传感器电流值、驱动转矩推定值），在检测到碰撞的情形时，对控制装置3供给停止信号。监视装置4为了提高与机器人2同时进行作业的作业人员的安全性，而与控制装置3独立地设置。例如控制装置3与监视装置4被收容于一个壳体中。
[监视装置]
其次，使用图2的框图对监视装置4的具体构成进行说明。如图2所示，监视装置4具备电流转矩变换部41、差分转矩运算部42、外力变换部43、及停止信号生成部44。此处，监视装置4为具备1个以上的处理器、存储器、输入输出接口、通信接口等的计算机。此处，监视装置4具备藉由管理人员能够将碰撞检测时的阈值调整为任意值的构成。各部（41～44）为藉由在处理器中执行规定程序而实现的功能块。
电流转矩变换部41将由电流传感器5检测出的流经各伺服马达M1～M6的传感器电流值变换为转矩值。由电流传感器5检测出的传感器电流值作为监视信号，通过通信缆线而从控制装置3发送至监视装置4，并输入至电流转矩变换部41。电流转矩变换部41将所输入的传感器电流值变换为转矩值，并将该转矩值输出至差分转矩运算部42。
差分转矩运算部42将经电流转矩变换部41变换的转矩值与驱动转矩的推定值之差作为差分转矩而进行运算。此处，驱动转矩推定值在由驱动转矩推定部62运算后，作为监视信号通过通信缆线而从控制装置3发送至监视装置4，并输入至差分转矩运算部42。再者，本实施形态中，控制装置3具备驱动转矩推定部62，但监视装置4亦可具备驱动转矩推定部62。差分转矩运算部42在本实施形态中具备加减法器51。加减法器51从由电流转矩变换部41输入的各伺服马达M1～M6的转矩值中减去由驱动转矩推定部62输入的驱动转矩推定值而算出差分转矩，并将该差分转矩输出至外力变换部43。
外力变换部43将由差分转矩运算部42运算出的差分转矩值变换为机器人2的外力，并将该外力输出至停止信号生成部44。
停止信号生成部44基于经外力变换部43变换的外力的标量值而生成机器人2的停止信号，并将该停止信号供给至控制装置3。停止信号生成部44在本实施形态中，具备第一碰撞判定部52、低通滤波器53、及第二碰撞判定部54。
第一碰撞判定部52构成为判定从外力变换部43输入的外力的值|fd|是否超过预先设定的第一阈值fth1，当超过第一阈值fth1时判定机器人2发生碰撞而生成第一停止信号，并将该第一停止信号输出至控制装置3。此处，第一阈值fth1在本实施形态中设定为100 N。作为与第一阈值fth1的比较对象的外力的值|fd|为外力fd的标量值。
低通滤波器53构成为将经外力变换部43变换的外力的值fd作为输入值而实施滤波运算，并将其输出至第二碰撞判定部54。
第二碰撞判定部54构成为判定低通滤波器53的输出值是否超过预先设定的第二阈值fth2，当超过第二阈值fth2时，生成机器人2的第二停止信号，并将该第二停止信号输出至控制装置3。此处，第二阈值fth2在本实施形态中设定为80 N。作为与第二阈值fth2的比较对象的低通滤波器53的输出值亦为标量值。
[机器人的动作]
其次，使用图1对以上构成的机器人系统1的机器人2的动作进行说明。
控制装置3基于预定的位置指令值与来自位置传感器的关节轴角度位置信息而运算电流指令值。伺服放大器7基于电流指令值产生电流，通过缆线L1～L6将所产生的电流供给至伺服马达M1～M6。若伺服马达M1～M6中流通电流，则各关节轴J1～J6的关节轴角度位移而机器人2的指尖的位置向目标位置移动。控制装置3如此基于位置指令值对设置于各关节轴J1～J6的伺服马达M1～M6进行位置控制。
[机器人的监视]
其次，参照图3及图4的流程图对机器人系统1的机器人2的动作监视进行说明。如图3所示，首先，控制装置3生成监视机器人2的动作所需的监视信号（图3的步骤S31）。控制装置3藉由电流传感器5检测传感器电流值并且藉由驱动转矩推定部62推定驱动转矩推定值，而作为监视信号（参照图1）。驱动转矩推定部62根据由位置传感器算出的关节轴角度位置而获取例如时间差分，藉此算出驱动轴速度。然后，读出预先存储于存储器的摩擦系数，根据所算出的驱动轴速度与摩擦系数而算出与库仑摩擦、粘性摩擦等相当的摩擦力转矩。驱动转矩推定部62根据由位置传感器算出的关节轴角度位置算出关节角速度。然后，根据所算出的关节角速度算出关节角加速度。读出预先存储于存储器的连杆参数，根据连杆参数及由位置传感器算出的关节轴角度位置算出各连杆的惯性力矩。根据所算出的关节角加速度及各连杆的惯性力矩而算出惯性力转矩。驱动转矩推定部62读出预先存储于存储器的连杆参数，使用连杆参数，根据由位置传感器算出的关节轴角度位置算出作用于各连杆的重力，且算出补偿该重力的重力转矩。驱动转矩推定部62将摩擦力转矩、惯性力转矩及重力转矩相加而算出驱动转矩的推定值。
其次，控制装置3将步骤S1中生成的监视信号在每个规定期间内发送至监视装置4（图3的步骤S32）。此处，监视信号中包含：由电流传感器5检测出的流经各伺服马达M1～M6的传感器电流值，以及由驱动转矩推定部62运算出的驱动各伺服马达M1～M6所需的驱动转矩推定值。
另一方面，监视装置4如图4所示，接收从控制装置3在每个规定期间内发送的监视信号（图4的步骤S41）。
监视装置4在接收到监视信号时，藉由电流转矩变换部41，将由电流传感器5检测出的流经各伺服马达M1～M6的传感器电流值变换为转矩值（图4的步骤S42）。电流转矩变换部41将所输入的传感器电流值变换为转矩值，并将该转矩值输出至差分转矩运算部42。
其次，差分转矩运算部42将经电流转矩变换部41变换的转矩值与驱动转矩的推定值之差作为差分转矩而运算（图4的步骤S43）。加减法器51从由电流转矩变换部41输入的各伺服马达M1～M6的转矩值中减去由驱动转矩推定部62输入的驱动转矩推定值而算出差分转矩，并将该差分转矩输出至外力变换部43（参照图2）。
其次，外力变换部43将由差分转矩运算部42运算出的差分转矩值变换为机器人2的外力（图4的步骤S44）。此处，外力变换部43将根据从差分转矩运算部42输入的差分转矩τd的作用于机器人2的梢端的外力fd藉由虚功原理而如下式（1）那样求出；
fd＝（JT）-1τd…（1）。
此处，J为雅可比矩阵，为表现机器人的坐标系与关节坐标系之间的微小位移关系的矩阵。关于雅可比矩阵J，误差∆x与关节角差分∆θ中式（2）的关系成立；
∆x＝J∆θ……（2）。
如此，外力变换部43如式（1）那样藉由将差分转矩τd乘以雅可比矩阵J的转置矩阵JT的逆矩阵而变换为机器人2的外力fd，并将该外力fd输出至停止信号生成部44。此处，式（1）的外力fd为设想为在机器人2的梢端发挥作用的外力。在外力fd以机器人2的梢端以外为作用点的情形时，亦可将外力fd坐标变换为实际的作用点处的外力。
其次，停止信号生成部44基于经外力变换部43变换的外力的值而检测机器人2是否发生碰撞（图4的步骤S45）。具体而言，图2的第一碰撞判定部52判定从外力变换部43输入的外力的值|fd|是否超过预先设定的第一阈值fth1，当超过第一阈值fth1时判定机器人2发生碰撞而生成第一停止信号，并将该第一停止信号输出至控制装置3（图4的步骤S46）。作为与第一阈值fth1的比较对象的外力的值|fd|为外力fd的标量值。本实施形态中，图2的第二碰撞判定部54亦判定低通滤波器53的输出值是否超过预先设定的第二阈值fth2，当超过第二阈值fth2时生成机器人2的第二停止信号，并将该第二停止信号输出至控制装置3（图4的步骤S46）。作为与第二阈值fth2的比较对象的低通滤波器53的输出值亦为标量值。藉由低通滤波器53，在瞬间作用于机器人2的外力的值fd的变化中不会过度发生反应，可抑制噪声成分而较佳地进行碰撞判定。
此处，第一阈值fth1（100 N）及第二阈值fth2（80 N）藉由管理人员预先设定为任意值。若碰撞判断时的阈值为电流值，则管理人员必须根据电流值估计作用于机器人2的外力从而设定繁杂，但由于判定作用于机器人的外力的值是否超过预先设定的阈值，故管理人员容易进行阈值设定。例如可将如100 N这样的外力值直接设定为阈值。
另一方面，控制装置3如图3所示，当从监视装置4接收到停止信号时（图3的步骤S33中是）使机器人2的动作停止。此处，机器人2的停止形态为任意形态。例如可藉由阻断动力而立即停止（所谓的紧急停止），亦可阻断动力且减速并停止（所谓的减速停止），还可不阻断动力而减速并停止（所谓的暂时停止）。
因此，根据本实施形态，监视装置4中，对驱动机器人2的各关节轴的马达中流通的电流值进行检测，将所检测到的电流值变换为转矩值，并将经变换的转矩值变换为机器人的外力。亦即，因直接算出作用于机器人2的外力fd，故可高精度地检测机器人运转时的碰撞。控制装置3中，可使机器人2安全地停止。
再者，本实施形态中，虽然驱动转矩推定部62藉由分别算出重力转矩、惯性力转矩、及摩擦力转矩，并将其相加而算出驱动转矩的推定值，但亦可将这些重力转矩、惯性力转矩、及摩擦力转矩中的至少一个作为驱动转矩的推定值。
以下，对本发明的第二至第五实施形态进行说明。以下，省略与第一实施形态共通的构成的说明，以不同的构成为中心进行说明。
图5是示出本发明第二实施形态的监视装置的构成的框图。如图5所示，监视装置4A在如下方面与第一实施形态（参照图2）不同，即具备：将由电流传感器5检测出的流经各伺服马达的电流值变换为机器人2的外力的检测值的电流外力变换部45，以及将驱动转矩的推定值变换为机器人2的外力的推定值的转矩外力变换部46，外力变换部43藉由运算机器人2的外力的检测值与机器人2的外力的推定值的差分，而变换为机器人2的外力。
再者，藉由电流外力变换部45进行的从电流i向机器人2的外力f的变换，使用以机器人的规定的点（例如机器人2的梢端）为外力的作用点的雅可比矩阵J并如下式（3）那样运算。此处X表示从电流i向转矩τ的变换；
f＝（JT）-1Xi …（3）。
藉由转矩外力变换部46进行的从转矩τ向机器人2的外力f的变换使用以机器人的规定的点（例如机器人2的梢端）为外力的作用点的雅可比矩阵J而运算（参照式（1））。
停止信号生成部44基于经外力变换部43（加减法器55）变换的外力的值生成机器人的第一停止信号及第二停止信号，并将这些信号供给至控制装置3。
图6是示出本发明第三实施形态的监视装置的构成的框图。如图6所示，其在如下方面与第一实施形态（参照图2）不同，即控制装置3具备推定流经各伺服马达的电流值的电流推定部63，监视装置4B具备差分电流运算部47，该差分电流运算部47运算由电流传感器5检测出的流经各伺服马达的检测电流值、与流经各伺服马达的推定电流值的差分电流，外力变换部43将由差分电流运算部47（加减法器56）算出的差分电流变换为机器人2的外力。
再者，藉由外力变换部43进行的从电流i向机器人2的外力f的变换，使用以机器人的规定的点（例如机器人2的梢端）为外力的作用点的雅可比矩阵J并如上述式（3）那样运算。停止信号生成部44基于经外力变换部43变换的外力的值生成机器人2的第一停止信号及第二停止信号，并将这些信号供给至控制装置3。
图7是示出本发明第四实施形态的监视装置的构成的框图。如图7所示，其在如下方面与第一实施形态（参照图2）不同，即控制装置3具备推定流经各伺服马达的电流值的电流推定部63，监视装置4C具备：将由电流传感器5检测出的流经各伺服马达的电流值变换为转矩的检测值的电流转矩变换部41A，以及将流经各伺服马达的推定电流值变换为转矩的推定值的电流转矩变换部41B。
再者，藉由电流转矩变换部41A、41B进行的从电流i向转矩τ的变换藉由下式（4）运算。此处，X表示从电流i向转矩τ的变换；
τ=Xi…（4）。
藉由外力变换部43进行的从转矩τ向机器人2的外力f的变换使用以机器人的规定的点（例如机器人2的梢端）为外力的作用点的雅可比矩阵而运算（参照式（1））。
图8是示出本发明第五实施形态的监视装置的构成的框图。如图8所示，其在如下方面与第一实施形态（参照图2）不同，即控制装置3具备推定流经各伺服马达的电流值的电流推定部63，监视装置4D具备：将由电流传感器5检测出的流经各伺服马达的电流值变换为机器人2的外力的检测值的电流外力变换部45A，以及将由电流推定部63推定的流经各伺服马达的推定电流值变换为机器人2的外力的推定值的电流外力变换部45B，外力变换部43藉由运算机器人的外力的检测值与机器人的外力的推定值的差分而变换为机器人的外力。
再者，由电流外力变换部45A及45B进行的从电流i向机器人2的外力f的变换使用以机器人的规定的点（例如机器人2的梢端）为外力的作用点的雅可比矩阵J而运算（参照式（3））。
再者，由图6～图8的电流推定部63推定的流经各伺服马达的电流的推定值可为在控制装置3的电流指令值生成部61中根据预定的位置指令值与来自位置传感器的关节轴角度位置而运算出的电流指令值，亦可利用其它公知的方法而运算。而且，电流推定部63亦可包含于监视装置4B～4D。
再者，虽然上述实施形态的监视装置4与控制装置3分开设置，但亦可包含于控制装置3。例如亦可构成为在控制装置3的运算处理器6中执行监视装置4的各部（41～44）的功能块。
以上的第二至第五实施形态的监视装置4A～4D的构成与第一实施形态的监视装置4的构成实质相等，因而可实现第一实施形态的效果。
[其它实施形态]
再者，上述实施形态中，监视装置4具备将外力的值直接用于碰撞判定的第一碰撞判定部52，及将通过低通滤波器53的外力的值用于碰撞判定的第二碰撞判定部54两者，但不限于此，亦可仅具备第一碰撞判定部52或第二碰撞判定部54中的任一个。
而且，亦可将外力的值的变化量与规定的阈值进行比较而进行碰撞判定。藉此，可检测作用于机器人的外力的急剧变动。
再者，上述实施形态中，机器人2为6轴多关节机器人，但只要为1轴以上即可，并不限于此。而且，亦可为具备2个臂的双臂机器人。
根据上述说明，本领域技术人员可知晓本发明的多种改良或其它实施形态。因此，上述说明仅应被解释为作为例示，以对本领域技术人员教示执行本发明的最佳形态为目的而提供。只要不脱离本发明的精神，则可实质变更其构造及功能的双方或一方的详细内容。
工业上的可利用性
本发明能够应用于多关节机器人的监视。
符号说明
1：机器人系统
2：机器人
3：控制装置
4、4A～4D：监视装置
5：电流传感器
6：运算处理器
7：伺服放大器
41、41A、41B：电流转矩变换部
42：差分转矩运算部
43：外力变换部
44：停止信号生成部
45、45A、45B：电流外力变换部
46：转矩外力变换部
47：差分电流运算部
51：加减法器（转矩）
52：第一碰撞判定部
53：低通滤波器
54：第二碰撞判定部
55：加减法器（外力）
56：加减法器（电流）
61：电流值生成部
62：驱动转矩推定部
63：电流推定部
J1～J6：关节轴
M1～M6：伺服马达
L1～L6：电源线。

Claims (8)

1.一种机器人系统的监视装置，所述机器人系统包括：具备一个以上的关节轴、及使该关节轴驱动的伺服马达的机器人，以及对驱动各所述关节轴的伺服马达进行控制的控制装置，所述机器人系统的监视装置包括：
电流传感器，检测流经各伺服马达的电流值；
电流转矩变换部，将由所述电流传感器检测出的流经各伺服马达的电流值变换为转矩值；
驱动转矩推定部，推定各伺服马达的驱动所需的驱动转矩的至少一部分；
差分转矩运算部，运算经所述电流转矩变换部变换的转矩值与所述驱动转矩的推定值的差分转矩；
外力变换部，将由所述差分转矩运算部运算出的所述差分转矩变换为所述机器人的外力；以及
停止信号生成部，基于经所述外力变换部变换的所述外力的值生成所述机器人的停止信号，并将该停止信号供给至所述控制装置。
2.一种机器人系统的监视装置，所述机器人系统包括：具备一个以上的关节轴、及使该关节轴驱动的伺服马达的机器人，以及对驱动各所述关节轴的伺服马达进行控制的控制装置，所述机器人系统的监视装置包括：
电流传感器，检测流经各伺服马达的电流值；
电流外力变换部，将由所述电流传感器检测出的流经各伺服马达的电流值变换为所述机器人的外力的检测值；
驱动转矩推定部，推定各伺服马达的驱动所需的驱动转矩的至少一部分；
转矩外力变换部，将所述驱动转矩的推定值变换为所述机器人的外力的推定值；
外力变换部，藉由运算所述机器人的外力的检测值与所述机器人的外力的推定值的差分，而变换为所述机器人的外力；以及
停止信号生成部，基于经所述外力变换部变换的所述外力的值生成所述机器人的停止信号，并将该停止信号供给至所述控制装置。
3.一种机器人系统的监视装置，所述机器人系统包括：具备一个以上的关节轴、及使该关节轴驱动的伺服马达的机器人，以及对驱动各所述关节轴的伺服马达进行控制的控制装置，所述机器人系统的监视装置包括：
电流传感器，检测流经各伺服马达的电流值；
电流推定部，推定流经各伺服马达的电流值；
差分电流运算部，运算流经各伺服马达的检测电流值与推定电流值的差分电流；
外力变换部，将由所述差分电流运算部算出的差分电流变换为所述机器人的外力；以及
停止信号生成部，基于经所述外力变换部变换的所述外力的值生成所述机器人的停止信号，并将该停止信号供给至所述控制装置。
4.一种机器人系统的监视装置，所述机器人系统包括：具备一个以上的关节轴、及使该关节轴驱动的伺服马达的机器人，以及对驱动各所述关节轴的伺服马达进行控制的控制装置，所述机器人系统的监视装置包括：
电流传感器，检测流经各伺服马达的电流值；
第一电流转矩变换部，将由所述电流传感器检测出的流经各伺服马达的电流值变换为转矩的检测值；
电流推定部，推定流经各伺服马达的电流值；
第二电流转矩变换部，将由所述电流推定部推定出的流经各伺服马达的推定电流值变换为转矩的推定值；
差分转矩运算部，运算所述转矩的检测值与所述转矩的推定值的差分转矩；
外力变换部，将由所述差分转矩运算部算出的差分转矩变换为所述机器人的外力；以及
停止信号生成部，基于经所述外力变换部变换的所述外力的值生成所述机器人的停止信号，并将该停止信号供给至所述控制装置。
5.一种机器人系统的监视装置，所述机器人系统包括：具备一个以上的关节轴、及使该关节轴驱动的伺服马达的机器人，以及对驱动各所述关节轴的伺服马达进行控制的控制装置，所述机器人系统的监视装置包括：
电流传感器，检测流经各伺服马达的电流值；
电流推定部，推定流经各伺服马达的电流值；
第一电流外力变换部，将由所述电流传感器检测出的流经各伺服马达的电流值变换为所述机器人的外力的检测值；
第二电流外力变换部，将由所述电流推定部推定出的流经各伺服马达的推定电流值变换为所述机器人的外力的推定值；
外力变换部，藉由运算所述机器人的外力的检测值与所述机器人的外力的推定值的差分，而变换为所述机器人的外力；以及
停止信号生成部，基于经所述外力变换部变换的所述外力的值生成所述机器人的停止信号，并将该停止信号供给至所述控制装置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的机器人系统的监视装置，其特征在于，所述停止信号生成部在经所述外力变换部变换的所述外力的值超过预先设定的第一阈值时，生成所述机器人的停止信号。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的机器人系统的监视装置，其特征在于，进一步包括低通滤波器，该低通滤波器将经所述转矩外力变换部变换的所述外力的值作为输入值，
所述停止信号生成部在所述低通滤波器的输出值超过预先设定的第二阈值时，生成所述机器人的停止信号。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的机器人系统的监视装置，其特征在于，从转矩向所述机器人的外力的变换、或从电流向所述机器人的外力的变换使用以所述机器人的规定的点作为外力的作用点的雅可比矩阵而运算。
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