CN111251291B - 机器人的监控系统以及机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人的监控系统以及机器人系统，能够使人与机器人尽可能接近地进行作业，并且提高机器人的运转率。在该机器人的监控系统中，机器人具备：基座(21)，其设置于被设置面(F)；以及可动部(23、24)，其被支撑为能够相对于基座(21)移动，该机器人的监控系统具备：传感器(41)，其监控机器人的周围有无物体；以及监控区域控制部(42)，其基于机器人的动作指令信号控制传感器(41)的监控区域，传感器(41)在隔着包含可动部(23、24)的中心轴线的竖直平面的两侧具备监控区域，监控区域控制部(42)使可动部(23、24)的移动方向后方的监控区域小于可动部(23、24)的移动方向前方的监控区域。

Description

机器人的监控系统以及机器人系统

技术领域

本发明涉及机器人的监控系统以及机器人系统。

背景技术

为了防止机器人与周边的人的干涉，通常进行如下操作：利用安全栅栏在整个圆周上包围机器人的动作范围的外侧，在设置于安全栅栏的出入口的门上配置检测门的打开和关闭的传感器，防止人进入动作范围内。另一方面，在与人协作进行作业的协作机器人的情况下，通过设定为在周围不存在人的情况下高速地动作，在人接近的情况下降低动作速度，并使接触停止功能有效的安全模式，从而能够没有安全栅栏地进行运用。

另外，已知如下技术：通过配置于机器人的上方的摄像机、或安装于机器人的手腕前端的激光传感器检测出位于机器人的周边的作业人员(例如，参照专利文献1。)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-94409号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，由于配置于专利文献1的机器人的上方的摄像机始终监控机器人的整个动作范围，因此即使随着机器人的动作状态，机器人臂与人的距离远离，但是在人进入摄像机的监控区域的时刻，机器人也会被停止或减速。因此，存在如下不良情况：不能在确保安全的同时，使人与机器人尽可能接近地进行作业，难以提高机器人的运转率。

另外，在利用安装于机器人的手腕前端的激光传感器检测作业人员的技术中，虽然能够使监控作业人员的监控区域移动，但存在如下不良情况：监控区域根据安装于手腕的前端的工具的姿态相应变动。即，存在如下不良情况：在使机器人向与安装于手腕前端的激光传感器所朝向的方向相反的方向移动的情况下，完全不能监控人与机器人的接近状态。

本发明的目的在于提供一种机器人的监控系统以及机器人系统，其能够使人与机器人尽可能接近地进行作业，并且能够提高机器人的运转率。

用于解决问题的方案

本发明的一个方案是一种机器人的监控系统，所述机器人具备：基座，其设置于被设置面；以及可动部，其被支撑为能够相对于该基座移动，所述机器人的监控系统具备：传感器，其监控所述机器人的周围有无物体；以及监控区域控制部，其基于所述机器人的动作指令信号控制所述传感器的监控区域，所述传感器在隔着包含所述可动部的中心轴线的竖直平面的两侧具备所述监控区域，所述监控区域控制部使所述可动部的移动方向后方的所述监控区域小于所述可动部的移动方向前方的所述监控区域。

根据本方案，通过传感器的工作，在隔着包含可动部的中心轴线的竖直平面的两侧形成监控区域，利用传感器检测出进入监控区域内的物体。由于传感器的监控区域追随与人的接触中为危险源的可动部的移动而运动，因此与传感器对可动部可能经过的所有可动范围进行监控的情况相比，能够集中在必要的最小限度的监控区域。由此，人能够与机器人接近至不进入监控区域的位置为止，在进入的情况下通过使机器人停止或减速，能够避免人与机器人的干涉。

在该情况下，若使可动部相对于设置于被设置面的基座移动，则监控区域控制部基于机器人的动作指令信号控制传感器的监控区域，使移动方向后方的监控区域小于移动方向前方的监控区域。由此，能够在人与机器人快速接近的移动方向前方确保足够大的监控区域，避免人与机器人的干涉，在人与机器人分离的移动方向后方，使人与机器人尽可能接近地进行作业，能够提高机器人的运转率。

在上述方案中，所述传感器可以安装于所述可动部。

根据该结构，由于监控区域随着可动部的动作一起移动，因此监控区域控制部主要只控制监控区域的大小即可，能够容易地进行控制。

另外，在上述方案中，所述传感器还可以具备：第一传感器，其相对于所述竖直平面在一个方向上具有所述监控区域；以及第二传感器，其相对于所述竖直平面在另一个方向上具有所述监控区域。

根据该结构，由于监控区域控制部只要单独控制第一传感器的监控区域以及第二传感器的监控区域即可，因此能够容易地进行控制。

另外，本发明的另一个方案是一种机器人系统，其具备：机器人，其具备基座和可动部，所述基座设置于被设置面，所述可动部被支撑为能够相对于该基座移动；控制装置，其控制该机器人；传感器，其监控所述机器人的周围有无物体；以及监控区域控制部，其基于来自所述控制装置的所述机器人的动作指令信号，控制所述传感器的监控区域，所述传感器在隔着包含所述可动部的中心轴线的竖直平面的两侧具备所述监控区域，所述监控区域控制部控制所述可动部的移动方向后方的所述监控区域小于所述可动部的移动方向前方的所述监控区域，所述控制装置基于由所述传感器检测出的所述物体的检测信号，使所述机器人停止或减速，或者控制所述机器人的动作以避免与所述物体接触。

根据本方案，通过传感器的工作，在隔着包含可动部的中心轴线的竖直平面的两侧形成监控区域，利用传感器检测出进入监控区域内的物体。由此，人能够与机器人接近至不进入监控区域的位置为止，在进入的情况下，控制装置基于由传感器检测出的物体的检测信号，使机器人停止或减速、或者控制机器人的动作以避免机器人与物体接触，从而能够避免人与机器人的干涉。

在该情况下，若使可动部相对于设置于被设置面的基座移动，则监控区域控制部基于机器人的动作指令信号控制传感器的监控区域，使移动方向后方的监控区域小于移动方向前方的监控区域。由此，能够在人与机器人快速接近的移动方向前方确保足够大的监控区域，避免人与机器人的干涉，在人与机器人分离的移动方向后方，使人与机器人尽可能接近地进行作业，能够提高机器人的运转率。

在上述方案中，所述传感器可以安装于所述可动部。

另外，在上述方案中，所述可动部还可以具备臂，所述臂的前端支撑有能够围绕长轴旋转的手腕单元，所述传感器固定于所述臂。

根据该结构，由于传感器安装于不围绕长轴旋转的臂，因此无论手腕的姿态如何，都能够持续监控隔着包含可动部的中心轴线的竖直平面的两侧。

另外，在上述方案中，所述可动部还可以具备臂，所述臂的前端支撑有能够围绕长轴旋转的手腕单元，所述手腕单元具备第一手腕部件，所述第一手腕部件被支撑为能够相对于所述臂围绕所述长轴旋转，所述传感器在所述第一手腕部件上在围绕所述长轴的周向上隔开间隔地固定有多个，所述监控区域控制部根据所述第一手腕部件的围绕所述长轴的旋转角度，切换所述传感器。

根据该结构，由于传感器安装于相对于臂围绕长轴旋转的第一手腕部件，因此若第一手腕部件围绕长轴旋转，则传感器的监控区域也围绕长轴旋转。在该情况下，由于监控区域控制部根据第一手腕部件的围绕长轴的旋转角度来切换传感器，因此能够在隔着包含可动部的中心轴线的竖直平面的两侧始终配置适当大小的监控区域。

另外，在上述方案中，所述监控区域还可以具备停止区域和减速区域，所述停止区域与所述可动部接近，所述减速区域配置于比该停止区域远离所述可动部的位置，当所述传感器在所述减速区域中检测出所述物体时，所述控制装置使所述机器人减速，当所述传感器在所述停止区域中检测出所述物体时，所述控制装置使所述机器人停止。

根据该结构，在物体进入监控区域时，能够防止机器人立即停止，提高机器人的运转率。

发明效果

根据本发明，起到如下效果：能够使人与机器人尽可能接近地进行作业，并且能够提高机器人的运转率。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的机器人系统以及机器人的监控系统的整体结构图。

图2是说明图1的机器人的监控系统中的传感器在机器人上的设置位置和监控区域的示意图。

图3是表示图1的机器人的监控系统中的机器人的第一轴静止的状态的传感器的监控区域的俯视图。

图4是表示图1的机器人的监控系统中的机器人的第一轴向一个方向动作的状态的传感器的监控区域的俯视图。

图5是表示图2的监控区域的变形例的示意图。

图6是表示图1的机器人的监控系统中的传感器的安装位置的变形例的侧视图。

图7是表示图1的机器人的监控系统中的传感器的安装位置的变形例的侧视图。

图8是表示图6或图7中的传感器的监控区域的一个例子的俯视图。

图9是表示图1的机器人的监控系统中的机器人的变形例的侧视图。

图10是表示安装于图9的机器人的第一手腕部件的传感器与其监控区域的一个例子的示意图。

图11是表示使图10的机器人的第一手腕部件向一个方向旋转45°时的监控区域的一个例子的示意图。

图12是表示使图11的机器人的第一手腕部件向一个方向进一步旋转45°时的监控区域的一个例子的示意图。

附图标记说明：

1：机器人系统

2：机器人

3：控制装置

4：监控系统

21：基座

23：第一臂(可动部)

24：第二臂(可动部、臂)

25：手腕单元

26：第一手腕部件

41：传感器

42：传感器控制部(监控区域控制部)

41a：第一传感器

41b：第二传感器

AF：监控区域

AF1：停止区域

AF2：减速区域

D：长轴

F：地面(被设置面)

具体实施方式

以下参照附图对本发明的一个实施方式的机器人2的监控系统4以及机器人系统1进行说明。

如图1所示，本实施方式的机器人系统1具备：机器人2；控制装置3，其控制机器人2；以及机器人2的监控系统4。

机器人2例如是垂直多关节型机器人。机器人2的种类不限于此，还可以采用其他任意形式的机器人。

机器人2具备：基座21，其设置于地面(被设置面)F；旋转体22，其被支撑为能够围绕竖直的第一轴线A相对于基座21旋转；第一臂(可动部)23，其被支撑为能够围绕水平的第二轴线B相对于旋转体22旋转；第二臂(可动部、臂)24，其被支撑为能够围绕水平的第三轴线C相对于第一臂23旋转且具有长轴D；以及手腕单元25，其支撑于该第二臂24的前端。

机器人2具备：驱动各轴的马达(省略图示)；以及检测各轴的旋转角度的编码器(省略图示)。

控制装置3按照预先示教的动作程序驱动机器人2的各马达，并使用由编码器检测出的旋转角度，控制机器人2的各轴的角度以及速度等。

机器人2的监控系统4具备传感器41和传感器控制部(监控区域控制部)42，传感器41安装于第二臂24，传感器控制部42控制传感器41。

传感器41例如是沿着平面扫描激光的激光传感器，并且具备以传感器41为中心以放射状扩展的监控区域AF，通过测量至配置于遮挡激光的位置处的物体为止的距离，来检测物体是否进入监控区域AF，并将检测信号输出到控制装置3。

如图2所示，传感器41在第二臂24的下部在隔着包含第二臂24的长轴D的竖直平面的两侧各配置有一个。如图3所示，各传感器(第一传感器以及第二传感器)41a、41b具备从竖直平面附近沿着与竖直平面正交的平面以半圆形扩展的监控区域AF。

各传感器41a、41b的监控区域AF具备停止区域AF1和减速区域AF2，停止区域AF1配置于与传感器41a、41b的距离近的位置，减速区域AF2配置于与传感器41a、41b的距离远的位置。

传感器控制部42与控制装置3和传感器41连接。传感器控制部42接收从控制装置3输出的机器人2的驱动指令信号、尤其是指示机器人2的第一轴的移动方向的驱动指令信号，并控制传感器41的监控区域AF。

具体而言，如图3所示，在机器人2的第一轴未旋转的状态下，两个传感器41a、41b的监控区域AF均等，但在机器人2的第一轴向一个方向移动时，如图4所示，配置于移动方向后方的传感器41b的监控区域AF小于配置于移动方向前方的传感器41a的监控区域AF。

控制装置3在输入来来自传感器41的检测信号时，根据该检测信号的种类来控制机器人2。即，当从传感器41输入来检测出物体进入减速区域AF2的检测信号时，控制机器人2对各轴的动作进行减速或者避免机器人2与所检测出的物体接触。另外，当从传感器41输入来检测出物体进入停止区域AF1的检测信号时，控制机器人2停止各轴的动作。

以下对如此构成的本实施方式的机器人2的监控系统4以及机器人系统1的作用进行说明。

根据本实施方式的机器人2的监控系统4以及机器人系统1，由于通过安装于机器人2的第二臂24的传感器41，在第二臂24的周围形成沿着左右延伸的平面扩展的监控区域AF，因此在检测出物体进入监控区域AF内时，控制装置3能够使机器人2停止或减速。由此能够避免物体与机器人2的干涉。

在该情况下，若使作为可动部的第一臂23以及第二臂24相对于基座21移动，则安装于第二臂24的传感器41也与第二臂24一起移动，传感器控制部42基于机器人2的动作指令信号控制传感器41的监控区域AF，使移动方向后方的监控区域AF小于移动方向前方的监控区域AF。在该情况下，也包括移动方向后方的监控区域AF为0、即移动方向后方的监控区域AF不存在的情况。

由此，具有如下优点：能够在物体与机器人2快速接近的移动方向前方确保足够大的监控区域AF，避免物体与机器人2的干涉，另一方面，在物体与机器人2分离的移动方向后方，能够使物体与机器人2尽可能地接近，能够防止机器人2的不必要的减速和停止，提高运转率。

另外，根据本实施方式，由于传感器41安装于与物体发生干涉的可能性最高的第二臂24，因此在第二臂24的配置有传感器41的各位置，能够在第二臂24的周围可靠地配置监控区域AF。因此，传感器控制部42主要只控制各传感器41a、41b的监控区域AF的大小即可，不需要控制监控区域AF的位置，因此具有能够容易地进行控制的优点。

此外，在本实施方式中，举例说明了沿着平面扫描激光的扫描型传感器41a、41b，如图5所示，还可以三维地扫描激光，从而具有立体的监控区域，也可以代替激光传感器，而采用能够三维地检测距离的距离传感器或视觉传感器等。

另外，由传感器控制部42对各传感器41a、41b的监控区域AF的控制还可以根据是移动方向前方还是移动方向后方，来切换两种大小的监控区域AF。另外，传感器控制部42根据指示机器人2的第一轴的移动方向的驱动指令信号，控制各传感器41a、41b的监控区域AF，但还可以根据第一轴的移动速度，阶梯式地或连续地控制监控区域AF的大小、例如半径。即，还可以移动速度越快，使移动方向前方的监控区域AF越大、及/或使移动方向后方的监控区域AF越小。

另外，通过不同的传感器41a、41b，形成隔着包含第二臂24的长轴D的竖直平面而配置于两侧的监控区域AF，但取而代之，还可以由单一的传感器形成竖直平面的两侧的监控区域AF。

另外，传感器41安装于第二臂24，但取而代之，还可以如图6所示安装于第一臂23，也可以如图7所示安装于旋转体22。在该情况下，如图8所示，移动方向前方和移动方向后方的监控范围只要通过变更角度范围而使大小不同即可。

另外，传感器41还可以固定配置于基座21或机器人2的上方。在该情况下，监控区域AF不会因机器人2的动作而自动移动，因此只要根据机器人2的动作，不仅对监控区域AF的大小进行控制，还对位置进行控制即可。

另外，在本实施方式中，如图9所示，手腕单元25还可以具备能够相对于第二臂24围绕长轴D旋转的筒状的第一手腕部件26，传感器41安装于第一手腕部件26。

在该情况下，传感器41的监控区域AF随着第一手腕部件26的旋转也一起旋转，因此，如图10所示，优选地，在第一手腕部件26上在围绕长轴的周向上隔开间隔地配置多个、例如四个传感器41a、41b、41c、41d。

而且，传感器控制部42除了控制各传感器41a、41b、41c、41d的监控区域AF的大小之外，还可以根据第一手腕部件26的旋转角度切换所使用的传感器41a、41b、41c、41d。

即，如图10所示，在第一手腕部件26配置于原点位置的状态下，使隔着第一手腕部件26而配置于水平方向的两侧的两个传感器41a、41c工作，如图11所示，在第一手腕部件26围绕长轴向一个方向旋转了45°的时刻，使监控区域AF配置于斜下方的两个传感器41b、41c工作。如图12所示，在第一手腕部件26进一步旋转了45°的时刻，使隔着第一手腕部件26而配置于水平方向的两侧的两个传感器41a、41c工作。

如此，由于各传感器41a、41b、41c、41d的位置随着第一手腕部件26的旋转而变化，因此每一次，传感器控制部42都根据是相对于包含长轴D的竖直平面配置于移动方向前方的传感器41a、41b、41c、41d，还是配置于移动方向后方的传感器41a、41b、41c、41d，来控制工作的传感器41，使配置于移动方向后方的传感器41的监控区域AF小于配置于移动方向前方的传感器41的监控区域AF。

Claims (8)

1.一种机器人的监控系统，其特征在于，所述机器人具备：

基座，其设置于被设置面；以及

可动部，其被支撑为能够相对于该基座移动，

所述机器人的监控系统具备：

传感器，其监控所述机器人的周围有无物体；以及

监控区域控制部，其基于所述机器人的动作指令信号控制所述传感器的监控区域，

所述传感器在隔着包含所述可动部的中心轴线的竖直平面的两侧具备所述监控区域，从而同时监控所述可动部的移动方向前方和移动方向后方，

所述监控区域控制部使所述可动部的移动方向后方的所述监控区域小于所述可动部的移动方向前方的所述监控区域。

2.根据权利要求1所述的机器人的监控系统，其特征在于，

所述传感器安装于所述可动部。

3.根据权利要求2所述的机器人的监控系统，其特征在于，

所述传感器具备：

第一传感器，其相对于所述竖直平面在一个方向上具有所述监控区域；以及

第二传感器，其相对于所述竖直平面在另一个方向上具有所述监控区域。

4.一种机器人系统，其特征在于，具备：

机器人，其具备基座和可动部，所述基座设置于被设置面，所述可动部被支撑为能够相对于该基座移动；

控制装置，其控制该机器人；

传感器，其监控所述机器人的周围有无物体；以及

监控区域控制部，其基于来自所述控制装置的所述机器人的动作指令信号，控制所述传感器的监控区域，

所述传感器在隔着包含所述可动部的中心轴线的竖直平面的两侧具备所述监控区域，从而同时监控所述可动部的移动方向前方和移动方向后方，

所述监控区域控制部控制所述可动部的移动方向后方的所述监控区域小于所述可动部的移动方向前方的所述监控区域，

所述控制装置基于由所述传感器检测出的所述物体的检测信号，使所述机器人停止或减速，或者控制所述机器人的动作以避免与所述物体接触。

5.根据权利要求4所述的机器人系统，其特征在于，

所述传感器安装于所述可动部。

6.根据权利要求5所述的机器人系统，其特征在于，

所述可动部具备臂，所述臂的前端支撑有能够围绕长轴旋转的手腕单元，

所述传感器固定于所述臂。

7.根据权利要求5所述的机器人系统，其特征在于，

所述可动部具备臂，所述臂的前端支撑有能够围绕长轴旋转的手腕单元，

所述手腕单元具备第一手腕部件，所述第一手腕部件被支撑为能够相对于所述臂围绕所述长轴旋转，

所述传感器在所述第一手腕部件上在围绕所述长轴的周向上隔开间隔地固定有多个，

所述监控区域控制部根据所述第一手腕部件的围绕所述长轴的旋转角度，切换所述传感器。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的机器人系统，其特征在于，

所述监控区域具备停止区域和减速区域，所述停止区域与所述可动部接近，所述减速区域配置于比该停止区域远离所述可动部的位置，

当所述传感器在所述减速区域中检测出所述物体时，所述控制装置使所述机器人减速，

当所述传感器在所述停止区域中检测出所述物体时，所述控制装置使所述机器人停止。