專利名稱：機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測(cè)工業(yè)用機(jī)器人的異常動(dòng)作的機(jī)器人系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前已知檢測(cè)機(jī)器人手臂的前端部的加速度以及速度，在該加速度以及速度的某一個(gè)變得大于預(yù)定值時(shí)，判斷機(jī)器人為異常狀態(tài)，使機(jī)器人緊急停止的裝置。該裝置在特開(kāi)平6-91587號(hào)公報(bào)(JP6-91587A)中進(jìn)行了記載。但是，在JP6-91587A中記載的裝置中，在檢測(cè)加速度以及速度的傳感器發(fā)生故障時(shí)，無(wú)法防止機(jī)器人的異常動(dòng)作。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方式，機(jī)器人系統(tǒng)具備伺服電動(dòng)機(jī)、通過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人手臂、控制機(jī)器人手臂的動(dòng)作的機(jī)器人控制裝置、檢測(cè)伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)量的第一檢測(cè)部、安裝在機(jī)器人手臂前端，檢測(cè)機(jī)器人手臂前端部的速度或加速度的第二檢測(cè)部、根據(jù)第一檢測(cè)部的檢測(cè)值計(jì)算機(jī)器人手臂前端部的速度或加速度，并且計(jì)算該計(jì)算出的速度或加速度與第二檢測(cè)部檢測(cè)出的速度或加速度之間的偏差的運(yùn)算部、在運(yùn)算部計(jì)算出的偏差的大小大于基準(zhǔn)值時(shí)，緊急停止伺服電動(dòng)機(jī)的緊急停止部。


通過(guò)與附圖相關(guān)聯(lián)的以下實(shí)施方式的說(shuō)明，本發(fā)明的目的特征以及優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加明確。在該附圖中，圖1表示本發(fā)明實(shí)施方式的機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。圖2概要地表示圖1的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。圖3是表示通過(guò)圖1的控制部執(zhí)行的處理的一例的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下參照?qǐng)D1 圖3說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1表示本發(fā)明實(shí)施方式的機(jī)器人系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)。該機(jī)器人系統(tǒng)100具備多關(guān)節(jié)工業(yè)用機(jī)器人10、控制機(jī)器人10的機(jī)器人控制裝置20。圖2概要地表示商業(yè)用機(jī)器人10的結(jié)構(gòu)。機(jī)器人10 —般是6軸垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人，具備固定在地面上的基體11、與基體11可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接的機(jī)器人手臂12。機(jī)器人手臂12 具有下臂121、在下臂121的前端部可旋轉(zhuǎn)地連接的上臂122、在上臂122的前端部可旋轉(zhuǎn)地安裝的作業(yè)裝置123(例如電焊槍)。機(jī)器人10內(nèi)置多個(gè)(為了方便僅圖示一個(gè))機(jī)器人驅(qū)動(dòng)用伺服電動(dòng)機(jī)15。在各伺服電動(dòng)機(jī)15上設(shè)置編碼器(稱為位置檢測(cè)器)，通過(guò)位置檢測(cè)器16檢測(cè)伺服電動(dòng)機(jī)15 的圍繞軸的旋轉(zhuǎn)角度。把檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)角度反饋給伺服控制裝置20 (伺服放大器22)，通過(guò)機(jī)器人控制裝置20中的反饋控制，控制機(jī)器人手臂前端部的作業(yè)裝置123的位置以及姿勢(shì)。 在作業(yè)裝置123上安裝3軸加速度傳感器17，通過(guò)加速度傳感器17測(cè)定機(jī)器人手臂前端部的3軸方向的加速度。加速度傳感器17不僅可以檢測(cè)機(jī)器人手臂驅(qū)動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)的加速度a，還可以檢測(cè)機(jī)器人手臂停止時(shí)的靜止的加速度，即重力加速度as。重力加速度 as根據(jù)機(jī)器人手臂前端部的姿勢(shì)而變化。如圖1所示，機(jī)器人控制裝置20具有控制部21、向伺服電動(dòng)機(jī)15供給與反饋控制對(duì)應(yīng)的電力的伺服放大器22、停止來(lái)自伺服放大器22的電力供給的緊急停止部23。緊急停止部23例如由開(kāi)關(guān)構(gòu)成，在加速度傳感器17故障時(shí)，通過(guò)切換該開(kāi)關(guān)切斷伺服放大器 22的電源，使伺服電動(dòng)機(jī)15緊急停止?？刂撇?1包含運(yùn)算處理裝置而構(gòu)成，該運(yùn)算處理裝置具有CPU211、RAM212、 R0M213、非易失性存儲(chǔ)器214、以及其他的周邊電路等。在R0M213中存儲(chǔ)各種系統(tǒng)程序，在非易失性存儲(chǔ)器214中存儲(chǔ)有與機(jī)器人10的動(dòng)作內(nèi)容有關(guān)的各種程序、關(guān)聯(lián)設(shè)定值等。向控制部21輸入來(lái)自加速度傳感器17的信號(hào)(加速度信息)，并且經(jīng)由伺服放大器22輸入來(lái)自位置檢測(cè)器16的信號(hào)(位置信息)。CPU211根據(jù)這些輸入信號(hào)執(zhí)行預(yù)定的處理，向伺服放大器22和緊急停止部23輸出控制信號(hào)，來(lái)控制它們的動(dòng)作。圖3是表示CPU211執(zhí)行的處理的一例的流程圖。該流程所示的處理例如通過(guò)接通機(jī)器人控制裝置20的電源而開(kāi)始。在步驟Sl中，讀入來(lái)自各加速度傳感器17的加速度信息以及來(lái)自各位置檢測(cè)器16的位置信息。在加速度信息中包含動(dòng)態(tài)的加速度a和重力加速度as。在步驟S2中，根據(jù)來(lái)自位置檢測(cè)器16的位置信息，分別計(jì)算機(jī)器人手臂前端部即加速度傳感器17的安裝部的速度vl、動(dòng)態(tài)的加速度al以及重力加速度a2。在此，按每個(gè)預(yù)定時(shí)間計(jì)算機(jī)器人手臂前端部的坐標(biāo)位置，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行時(shí)間微分來(lái)得到速度vl，通過(guò)進(jìn)一步對(duì)速度vl進(jìn)行時(shí)間微分得到加速度al。通過(guò)求出加速度傳感器17的安裝部的姿勢(shì) (傾角)來(lái)得到重力加速度a2。以下，有時(shí)把根據(jù)加速度信息得到的加速度a、as分別稱為檢測(cè)加速度、檢測(cè)重力加速度，把根據(jù)位置信息得到的加速度al、a2分別稱為運(yùn)算加速度、 運(yùn)算重力加速度。在步驟S3中，根據(jù)計(jì)算出的速度Vl，判斷機(jī)器人手臂前端部是否停止。例如，在速度vl為預(yù)定值以下時(shí)，判定為機(jī)器人手臂前端部停止。當(dāng)在步驟S3中，判定為機(jī)器人手臂前端部非停止時(shí)進(jìn)入到步驟S4。在步驟S4中，設(shè)定成為加速度傳感器17的故障判斷基準(zhǔn)的基準(zhǔn)值α。此時(shí)，把伴隨速度vl的降低基準(zhǔn)值α減小的關(guān)系預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，使用該關(guān)系設(shè)定與速度vl 對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)值α。作為在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的速度vl與基準(zhǔn)值α的關(guān)系，可以是伴隨速度vl 的增加基準(zhǔn)值α線性地減小的關(guān)系，還可以是基準(zhǔn)值α階段性減少的關(guān)系。在步驟S5中，計(jì)算檢測(cè)加速度a和運(yùn)算加速度al之間的偏差(a_al)，判定該偏差的大小(絕對(duì)值)是否大于基準(zhǔn)值α。當(dāng)在步驟S5被肯定時(shí)，前進(jìn)到步驟S6，在被否定時(shí)越過(guò)步驟S6返回。在步驟S6中，向緊急停止部23輸出緊急停止信號(hào)，切斷伺服放大器22的電源。由此，使用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手臂的各伺服電動(dòng)機(jī)15緊急停止，機(jī)器人10的動(dòng)作停止。另一方面，當(dāng)在步驟S3中判定為機(jī)器人手臂前端部停止時(shí)，前進(jìn)到步驟S7。在步驟S7中根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的速度Vl和基準(zhǔn)值α的關(guān)系，設(shè)定機(jī)器人手臂停止時(shí)的基準(zhǔn)值α。在步驟S8中，計(jì)算檢測(cè)重力加速度as和運(yùn)算重力加速度a2之間的偏差(as-a2)， 判定該偏差的大小(絕對(duì)值)是否大于在步驟S7中決定的基準(zhǔn)值α。當(dāng)在步驟S8被肯定時(shí)前進(jìn)到步驟S6，當(dāng)被否定時(shí)時(shí)返回。當(dāng)總結(jié)本實(shí)施方式的機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)作時(shí)，如下所述。在機(jī)器人手臂12動(dòng)作時(shí)， 求出通過(guò)加速度傳感器17檢測(cè)到的檢測(cè)加速度a和根據(jù)來(lái)自位置檢測(cè)器16的信號(hào)求出的運(yùn)算加速度al之間的偏差，判定該偏差的大小是否大于基準(zhǔn)值α (步驟S5)。如果偏差為基準(zhǔn)值α以下，則因?yàn)樵诩铀俣葌鞲衅?7的檢測(cè)值中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常，所以不從控制部21 輸出緊急停止信號(hào)。另一方面，當(dāng)檢測(cè)加速度a與運(yùn)算加速度al之間的偏差的大小大于基準(zhǔn)值α?xí)r， 向緊急停止部23輸出緊急停止信號(hào)，切斷伺服放大器22的電源(步驟S6)。由此，在加速度傳感器17發(fā)生故障時(shí)能夠停止機(jī)器人10的動(dòng)作，能夠提前防止傳感器故障時(shí)的機(jī)器人 10的異常動(dòng)作。此時(shí)，因?yàn)闄C(jī)器人手臂前端部的速度Vl越小，則越是減小基準(zhǔn)值α，所以能夠提高機(jī)器人手臂前端部低速進(jìn)行動(dòng)作時(shí)的傳感器17的故常檢測(cè)的精度。在機(jī)器人手臂12停止時(shí)，求出通過(guò)加速度傳感器17檢測(cè)到的檢測(cè)重力加速度as 與根據(jù)來(lái)自位置檢測(cè)器16的信號(hào)求出的運(yùn)算重力加速度a2之間的偏差，判定該偏差的大小是否大于基準(zhǔn)值α (步驟S8)。當(dāng)該偏差大于基準(zhǔn)值α?xí)r，向緊急停止部23輸出緊急停止信號(hào)，切斷伺服放大器22的電源(步驟S6)。因此，在機(jī)器人手臂停止時(shí)，也能夠可靠地防止傳感器故障引起的機(jī)器人10的異常動(dòng)作。根據(jù)本實(shí)施方式可以啟到以下的作用效果。(1)在機(jī)器人手臂12動(dòng)作時(shí)，根據(jù)來(lái)自位置檢測(cè)器16的信號(hào)計(jì)算機(jī)器人手臂前端部的加速度al，當(dāng)通過(guò)該運(yùn)算加速度al和加速度傳感器17檢測(cè)到的檢測(cè)加速度a的偏差大于基準(zhǔn)值α?xí)r，使伺服電動(dòng)機(jī)15緊急停止。由此，可以提前防止傳感器故障而引起的機(jī)器人10的異常動(dòng)作。即，在產(chǎn)生機(jī)器人10的異常動(dòng)作之前，可以使機(jī)器人10緊急停止，在安全上是理想的。(2)在機(jī)器人手臂12停止時(shí)，根據(jù)來(lái)自位置檢測(cè)器16的信號(hào)判斷機(jī)器人手臂前端部的姿勢(shì)，計(jì)算機(jī)器人手臂前端部的重力加速度a2，當(dāng)通過(guò)該運(yùn)算重力加速度a2和加速度傳感器17檢測(cè)到的檢測(cè)重力加速度as的偏差的大小大于基準(zhǔn)值α?xí)r，使伺服電動(dòng)機(jī)15 緊急停止。由此，在機(jī)器人手臂停止時(shí)，也能夠提前防止傳感器故障而引起的機(jī)器人10的異常動(dòng)作。(3)根據(jù)來(lái)自位置檢測(cè)器16的信號(hào)計(jì)算機(jī)器人手臂前端部的速度vl，因?yàn)樵撍俣?Vl越小，則越是減小基準(zhǔn)值α，所以在機(jī)器人手臂前端部低速進(jìn)行動(dòng)作時(shí)，能夠提高加速度傳感器17的檢測(cè)精度。另外，在上述實(shí)施方式中，通過(guò)位置檢測(cè)器(編碼器)16檢測(cè)伺服電動(dòng)機(jī)15的旋轉(zhuǎn)量，但是作為第一檢測(cè)部的位置檢測(cè)器16的結(jié)構(gòu)無(wú)論怎樣都可以。通過(guò)加速度傳感器17 檢測(cè)機(jī)器人手臂前端部的動(dòng)態(tài)的加速度a以及重力加速度as，但是還可以根據(jù)來(lái)自加速度傳感器17的加速度信息，檢測(cè)機(jī)器人手臂前端部的速度V。如果是安裝在機(jī)器人手臂前端部，檢測(cè)機(jī)器人手臂前端部的速度V、動(dòng)態(tài)加速度a以及重力加速度as中至少某一個(gè)的傳感器，則第二檢測(cè)部不限定為加速度傳感器17，例如可以使用陀螺儀傳感器或慣性傳感器等。在上述實(shí)施方式中，根據(jù)來(lái)自位置檢測(cè)器16的信號(hào)計(jì)算機(jī)器人手臂前端部的加速度al，計(jì)算運(yùn)算加速度al與檢測(cè)加速度a的偏差(加速度偏差)，但是作為運(yùn)算部的控制部21的結(jié)構(gòu)不限于此。例如，在如上所述檢測(cè)機(jī)器人手臂前端部的速度ν時(shí)，可以求出根據(jù)來(lái)自位置檢測(cè)器16的信號(hào)計(jì)算出的速度(運(yùn)算速度)Vl和檢測(cè)速度ν之間的偏差(速度偏差)。此時(shí)，在速度偏差的大小大于基準(zhǔn)值時(shí)，可以根據(jù)來(lái)自控制部21的信號(hào)，使伺服電動(dòng)機(jī)15緊急停止。通過(guò)緊急停止部23的開(kāi)關(guān)的切換來(lái)切斷伺服放大器22的電源，但是如果在速度偏差或加速度偏差的大小大于基準(zhǔn)值時(shí)，使伺服電動(dòng)機(jī)15緊急停止，則緊急停止部的結(jié)構(gòu)無(wú)論怎樣都可以。在上述實(shí)施方式中，根據(jù)基于來(lái)自位置檢測(cè)器16的信號(hào)計(jì)算出的機(jī)器人手臂前端部的速度vl，設(shè)定傳感器故障判定時(shí)的基準(zhǔn)值α，但是還可以根據(jù)計(jì)算出的機(jī)器人手臂前端部的姿勢(shì)或加速度al、a2設(shè)定基準(zhǔn)值α。根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)量的檢測(cè)值計(jì)算機(jī)器人手臂前端部的速度或加速度，根據(jù)該速度或加速度與實(shí)際檢測(cè)到的速度或加速度之間的偏差，使伺服電動(dòng)機(jī)緊急停止，所以即使在檢測(cè)速度或加速度的傳感器發(fā)生故障時(shí)，也能夠可靠地防止機(jī)器人的異常動(dòng)作。以上與該優(yōu)選的實(shí)施方式相關(guān)聯(lián)地說(shuō)明了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解在不超出權(quán)利要求保護(hù)范圍的情況下可以進(jìn)行各種修正以及變更。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)器人系統(tǒng)，其具有通過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)(15)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人手臂(12)以及控制該機(jī)器人手臂的動(dòng)作的機(jī)器人控制裝置(20)，該機(jī)器人系統(tǒng)的特征在于，具備第一檢測(cè)部(16)，其檢測(cè)所述伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)量；第二檢測(cè)部(17)，其被安裝在所述機(jī)器人手臂前端部，檢測(cè)該機(jī)器人手臂前端部的速度或加速度；運(yùn)算部(21)，其根據(jù)所述第一檢測(cè)部的檢測(cè)值計(jì)算所述機(jī)器人手臂前端部的速度或加速度，并且計(jì)算該計(jì)算出的速度或加速度與通過(guò)所述第二檢測(cè)部檢測(cè)出的速度或加速度之間的偏差；緊急停止部(21、22、23)，其在通過(guò)所述運(yùn)算部計(jì)算出的偏差的大小大于基準(zhǔn)值時(shí)，使所述伺服電動(dòng)機(jī)緊急停止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，通過(guò)所述第二檢測(cè)部檢測(cè)的加速度包含所述機(jī)器人手臂驅(qū)動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)加速度，所述運(yùn)算部根據(jù)所述機(jī)器人手臂驅(qū)動(dòng)時(shí)的所述第一檢測(cè)部的檢測(cè)值計(jì)算所述機(jī)器人手臂前端部的所述動(dòng)態(tài)加速度，并且計(jì)算該計(jì)算出的動(dòng)態(tài)加速度與通過(guò)所述第二檢測(cè)部檢測(cè)出的動(dòng)態(tài)加速度之間的偏差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，通過(guò)所述第二檢測(cè)部檢測(cè)的加速度包含所述機(jī)器人手臂停止時(shí)的重力加速度，所述運(yùn)算部根據(jù)所述機(jī)器人手臂停止時(shí)的所述第一檢測(cè)部的檢測(cè)值計(jì)算所述機(jī)器人手臂前端部的重力加速度，并且計(jì)算該計(jì)算出的重力加速度與通過(guò)所述第二檢測(cè)部檢測(cè)出的重力加速度之間的偏差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任意一項(xiàng)所述的機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)基于所述第一檢測(cè)部的檢測(cè)值計(jì)算出的所述機(jī)器人手臂前端部的位置、速度或加速度來(lái)設(shè)定所述基準(zhǔn)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任意一項(xiàng)所述的機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述第二檢測(cè)部是陀螺儀傳感器、加速度傳感器以及慣性傳感器中的至少任意一個(gè)。
全文摘要
一種機(jī)器人系統(tǒng)，其具有通過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人手臂和控制機(jī)器人手臂的動(dòng)作的機(jī)器人控制裝置，該機(jī)器人系統(tǒng)具備檢測(cè)伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)量的第一檢測(cè)部；安裝在機(jī)器人手臂前端部，檢測(cè)機(jī)器人手臂前端部的速度或加速度的第二檢測(cè)部；根據(jù)第一檢測(cè)部的檢測(cè)值計(jì)算機(jī)器人手臂前端部的速度或加速度，并且計(jì)算該計(jì)算出的速度或加速度與第二檢測(cè)部檢測(cè)到的速度或加速度之間的偏差的運(yùn)算部；以及在通過(guò)運(yùn)算部計(jì)算出的偏差的大小大于基準(zhǔn)值時(shí)，使伺服電動(dòng)機(jī)緊急停止的緊急停止部。
文檔編號(hào)B25J19/06GK102233588SQ201110068529
公開(kāi)日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者二瓶亮, 加藤哲朗, 山本知之, 荒牧武亮 申請(qǐng)人:發(fā)那科株式會(huì)社