CN105034025B - 机器人的安全监视装置 - Google Patents

Abstract

监视机器人的安全监视装置包括：工件参数切换部，其切换工件参数；外力估计部，其使用工件参数来估计从外部环境作用于机器人的外力来作为外力估计值；外力监视部，其在外力估计值满足外力判定条件时使机器人停止；动作监视部，其基于机器人的位置是否包含在规定的区域内等来使机器人停止；动作监视状态切换部，其对动作监视部的无效指令和有效指令进行切换；以及外力判定条件设定部，其在无效指令时将外力判定条件切换为动作监视无效时外力判定条件，并且在有效指令时将外力判定条件切换为动作监视有效时外力判定条件。

Description

机器人的安全监视装置

技术领域

本发明涉及一种把持工件来输送的机器人的安全监视装置。并且，本发明涉及一种对具备力检测部的机器人进行监视的安全监视装置，该力检测部对作用于机器人的力或转矩进行检测。

背景技术

利用安装于机器人的力检测部来检测机器人从外部环境受到的力、转矩(以下适当称为“外力”)，基于检测出的外力使机器人停止或进行回避动作。由此，能够减少机器人对外部环境产生的力。

在这种机器人输送工件时，力检测部的检测值根据机器人是否把持着工件而发生变化。也就是说，检测值有可能变化与工件质量相应的量。因而，为了正确地检测外力，需要根据工件来切换在外力计算中使用的工件的质量、重心位置以及惯性矩阵(以下，工件参数)。

另外，在机器人把持着工件的情况下，也还存在力检测部无法检测出工件的总质量的情况。例如是机器人拿起载置于工作台上的工件的情况。由于工件被工作台所支承，因此，若机器人只是把持了工件，则力检测部完全检测不到工件的质量或者仅检测到质量的一部分。然后，当机器人拿起工件时，工件离开工作台，因此力检测部检测出工件的总质量。因而，在机器人把持工件之后且工件离开工作台之前，力检测部无法正确地检测外力。

另外，在机器人将工件载置于工作台时也是同样的。即，在机器人载置工件时，在工件接触工作台之后且机器人释放工件之前，力检测部无法正确地检测外力。因而，对于机器人拿起工件的动作和载置工件的动作，即使监视外力也难以监视机器人的安全性。

日本专利第5088156号公报公开了一种在更换工具时监视安全性的机器人安全监视装置。在日本专利第5088156号公报中，在作为程序上的控制信息的当前的工具信息与现实中安装的工具的工具信息不一致的情况下，监视机器人的位置是否位于规定的区域内，由此监视更换工具时的安全性。

另外，日本专利第5154712号公报公开了在把持或释放工件时维持机器人的静止状态的技术。在该技术中防止了以下情况：在把持了工件时由于切换工件参数而机器人开始移动。

在此，关于工件的把持，考虑进行与日本专利第5088156号公报同样的监视。换言之，在当前使用于外力计算的工件参数与现实中把持着的工件的工件参数不一致的情况下，监视机器人的位置是否位于规定的区域内。然而，在该情况下，如前所述，在机器人拿起工件的动作和载置工件的动作中存在以下情况：尽管使用于外力计算的工件参数与现实中把持着的工件参数一致，也无法正确地检测外力。因而，若采用日本专利第5088156号公报的方法则在安全性上存在问题。

另外，在日本专利第5154712号公报中，存在以下问题：对于机器人进行拿起所把持的工件的动作时的安全性，没有采取对策。

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种能够安全地进行机器人拿起工件的动作和机器人载置工件的动作的机器人的安全监视装置。

发明内容

为了达到上述目的，根据第一方式，提供一种机器人的安全监视装置，该安全监视装置监视具备力检测部的机器人，该力检测部检测作用于机器人的外力，该安全监视装置具备：工件参数切换部，其对上述机器人应该把持的工件的包括质量、质量中心以及惯性矩阵中的至少一个的工件参数进行切换；外力估计部，其使用由该工件参数切换部切换的工件参数，来估计从外部环境作用于上述机器人的力或转矩来作为外力估计值；外力监视部，其在上述外力估计值满足外力判定条件时使上述机器人停止；动作监视部，其在不满足以下条件中的至少一个的情况下使上述机器人停止：上述机器人的位置包含在规定的区域内、上述机器人的移动方向为规定的方向、机器人的动作速度为规定的速度以下以及上述机器人的动作加速度为规定的加速度以下；动作监视状态切换部，其对使该动作监视部无效的动作监视无效指令和使上述动作监视部有效的动作监视有效指令进行切换；以及外力判定条件设定部，其在被切换成上述动作监视无效指令时将上述外力判定条件切换为动作监视无效时外力判定条件，并且在被切换成上述动作监视有效指令时将上述外力判定条件切换为动作监视有效时外力判定条件。

根据第二方式，在第一方式中，上述外力判定条件包括以下条件的至少一个：上述外力估计值超过规定的第一值时；上述外力估计值的移动平均超过规定的第二值时；以及规定时间前的上述外力估计值与当前的上述外力估计值之间的改变量超过规定的第三值时。

根据第三方式，在第一方式或第二方式中，在被切换成上述动作监视有效指令时，使上述外力监视部无效。

根据第四方式，在第一方式或第二方式中，上述动作监视无效时外力判定条件以上述外力估计值超过第一阈值时为条件，上述动作监视有效时外力判定条件以上述外力估计值超过上述第一阈值以上的第二阈值时为条件。

根据第五方式，在第一方式至第四方式中的任一个方式中，若在上述动作监视状态切换部从上述动作监视有效指令向上述动作监视无效指令切换时由上述外力估计部估计的上述外力估计值不满足规定条件，则中止从上述动作监视有效指令向上述动作监视无效指令的切换。

基于附图所示的本发明的典型的实施方式的详细说明，本发明的这些目的、特征及优点以及其它目的、特征及优点会变得更明确。

附图说明

图1是表示本发明中的安全监视装置的基本结构的图。

图2是表示机器人的状态与外力之间的关系的图。

图3A是表示机器人进行拿起工件的动作时的安全监视装置的动作的流程图。

图3B是表示机器人进行载置工件的动作时的安全监视装置的动作的流程图。

图4是表示在某个实施方式中机器人把持工件之前的状态的图。

图5是表示在其它实施方式中机器人把持工件之前的状态的图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的实施方式。在下面的附图中，对同样的构件标注了同样的参照标记。为了易于理解，这些附图中适当变更了比例尺。

图1是表示本发明中的安全监视装置的基本结构的图。如图1所示，机器人R、例如六轴多关节机器人在其前端具备末端执行器(end effector)E、例如把持部。如图所示，工件W载置于工作台T上。而且，检测力或转矩的力传感器S安装于机器人R的基台部。但是，力传感器S也可以内置于机器人R的机器人臂。在该情况下，力传感器S检测作用于从机器人的安装有力传感器S的部分至机器人的前端和工件的力或转矩。

另外，作为机器人R的安全监视装置而发挥功能的机器人控制装置RC包括机器人的动作程序21。机器人控制装置RC的工件参数切换部22获取包括工件W的质量、工件W的质量中心以及惯性矩阵中的至少一个的工件参数，根据工件W来切换工件参数。在图1中，工件参数切换部22从动作程序21获取工件参数。但是，也可以由操作者使用未图示的输入部来输入工件参数。此外，在未把持工件W的状态下，能够以质量0、质量中心0、惯性矩阵0这样的形式来表现工件参数的设定。工件参数根据工件W而不同。因而，工件参数根据工件W的种类等而存在多个。

机器人控制装置RC的外力估计部23计算从周边设备等外部环境作用于机器人R的力或转矩来作为外力估计值。具体地说，外力估计部23从力传感器S所检测出的力或转矩减去没有外力作用时的机器人R和工件W各自的自重以及通过由于机器人R和工件W各自移动而产生的惯性力而作用于力传感器S的力或转矩，来计算出外力估计值。

机器人控制装置RC的动作监视状态切换部24对使后述的动作监视部27有效的动作监视有效指令和使动作监视部27无效的动作监视无效指令进行切换。在图1中，动作监视状态切换部24从动作程序21获取动作监视有效指令或动作监视无效指令。但是，也可以由操作者使用未图示的输入部来输入动作监视有效指令或动作监视无效指令。在一个例子中，设针对动作程序21的机器人拿起工件的动作和机器人载置工件的动作描述有动作监视有效指令。

机器人控制装置RC的外力判定条件设定部25根据由动作监视状态切换部24切换的动作监视状态来切换外力判定条件。也就是说，外力判定条件设定部25在被切换成动作监视无效指令时将外力判定条件切换为动作监视无效时外力判定条件，并且在被切换成动作监视有效指令时将外力判定条件切换为动作监视有效时外力判定条件。外力判定条件是用于使用外力估计值来判定是否有外力施加于机器人的条件。此外，动作监视有效时外力判定条件与动作监视无效时外力判定条件既可以是不同的条件，也可以是相同的条件。

机器人控制装置RC的外力监视部26以在外力估计值满足外力判定条件(动作监视有效时外力判定条件或动作监视无效时外力判定条件)时使机器人停止的方式进行动作。

并且，机器人控制装置RC的动作监视部27对以下条件中的至少一个进行评价：机器人R的位置是否包含在规定的区域内、机器人R的移动方向是否为规定的方向、机器人R的动作速度是否为规定的速度以下以及机器人R的动作加速度是否为规定的加速度以下。而且，在至少一个条件不成立的情况下，动作监视部27使机器人R停止。

也就是说，在本发明中，外力监视部26通过外力估计值来监视机器人的安全性，另外，动作监视部27也通过机器人的位置等来监视机器人的安全性。

而且，在被切换成动作监视无效指令时仅由外力监视部26对机器人的安全性进行监视。在被切换成动作监视有效指令时，动作监视部27支配性地对机器人的安全性进行监视。在被切换成动作监视有效指令时，既可以使外力监视部26继续监视，也可以如后所述那样使外力监视部26无效。

此外，关于机器人R的位置是否包含在规定的区域内的条件，既可以根据机器人R的关节角度进行判定，也可以根据机器人前端部的位置进行判定。关于机器人R的移动方向是否为规定的方向的判定，既可以根据机器人R的关节动作方向进行判定，也可以根据机器人R的前端位置的动作方向进行判定。关于机器人R的动作速度是否为规定的速度以下的判定，既可以根据机器人R的关节速度进行判定，也可以根据机器人R的前端位置的速度进行判定。关于机器人R的动作加速度是否为规定的加速度以下的判定，既可以根据机器人的关节加速度进行判定，也可以根据机器人R的前端位置的加速度进行判定。

在此，说明机器人R因工件W而受到的力、转矩(外力)。在此，设如图1所示那样力传感器S安装于机器人R的基台部。另外，设机器人R的质量为200kg，工件W的质量为20kg。外力估计部23根据以下的式(1)来计算外力。

(外力估计值)＝(力传感器S的检测值)-(因机器人R和工件W的质量而作用于力传感器S的力的估计值)-(因机器人R自身的动作而作用于力传感器S的惯性力的估计值)(1)

下面说明机器人R处于静止的情况下的外力估计值的铅垂方向分量。在机器人R处于静止的情况下，上式的第三项为0。而且，在机器人R把持着工件W的情况下，考虑第二项中的工件质量。在机器人R未把持工件W的情况下，不考虑第二项中的工件质量。为了正确地检测外力，需要使没有外力施加于机器人R的情况下的外力估计值为0kg。

图2是表示机器人的状态与外力之间的关系的图。在图2的左方示出了机器人R把持工件W之前的状态。在该情况下，工件质量当然不作用于力传感器S。因而，力传感器S的输出值为200kg。在外力计算中，也不需要包含工件质量，因此外力计算中使用的质量合计为200kg。此时，没有外力施加于机器人R时的外力估计值为0kg。在该情况下，能够正确地检测外力。

在图2的中央示出了虽然机器人R把持了工件W、但是工件W至少有一部分被工作台T所支承的状态。在该情况下，根据把持力的方向，工件质量的一部分作用于力传感器S。因而，力传感器S的检测值为(200+A)kg(0≤A<20kg)。而且，在该情况下，由于把持着工件W，因此在外力计算中考虑工件质量，外力计算中使用的质量合计为220kg。因此，没有外力施加于机器人R时的外力估计值为(A-20)kg。因而，在该情况下，无法正确地检测外力。

在图2的右方示出了机器人R拿起了所把持的工件W的状态。在该情况下，工件W完全离开工作台T，因此工件总质量作用于力传感器S。因而，力传感器S的检测值为220kg。由于把持着工件W，因此在外力计算中考虑工件质量，外力计算中使用的质量合计为220kg。而且，没有外力施加于机器人R时的外力估计值为0kg。因而，在该情况下，能够正确地检测外力。

因此，在机器人R把持工件W之后且拿起工件W之前、即在机器人R拿起工件W的动作中，难以估计工件质量作用于力传感器S的力。在机器人载置工件的动作中也存在同样的问题。也就是说，在机器人拿起工件的动作和载置工件的动作中，无法正确地检测外力。此外，机器人R具备转矩传感器(未图示)来代替力传感器S的情况下也是同样的。

图3A是表示机器人进行拿起工件的动作时的安全监视装置的动作的流程图。设在进行该动作时读入动作程序21。另外，设工件W被预先载置于工作台T上。此外，关于图3A所示的动作，也可以由操作者使用未图示的输入部来直接发出指令或者利用外部的控制器(未图示)来进行控制。

首先，在图3A的步骤S11中，使机器人R移动到能够把持工件W的位置。接着，在步骤S12中，动作监视状态切换部24输出使动作监视部27有效的动作监视有效指令。

之后，在步骤S13中，机器人R通过末端执行器E来把持工件W。接着，在步骤S14中，工件参数切换部22从动作程序21获取所把持的工件W的工件参数。

接着，在步骤S15中，机器人R进行拿起工件W的动作。当拿起工件W直到工件W完全离开工作台T时，在步骤S16中，动作监视状态切换部24输出使动作监视部27无效的动作监视无效指令。最终，在步骤S17中，机器人R进行将工件W输送到规定的场所的输送动作。

另外，图3B表示机器人进行载置工件的动作时的安全监视装置的动作的流程图。此时，设机器人R已通过末端执行器E把持着工件W。然后，在步骤S21中，机器人R移动到载置工件W的位置。接着，在步骤S22中，动作监视状态切换部24输出使动作监视部27有效的动作监视有效指令。接着，在步骤S23中，工件参数切换部22从动作程序21获取所把持的工件W的工件参数。

之后，在步骤S24中机器人R进行将工件W载置于工作台T上的动作。接着，在步骤S25中释放机器人R的末端执行器E，从而完成将工件W载置在工作台T上的动作。接着，动作监视状态切换部24输出使动作监视部27无效的动作监视无效指令。最终，在步骤S27中，机器人R移动到原始位置。

这样，在本发明中，在机器人R拿起工件W的动作和载置工件W的动作中，输出动作监视有效指令。此时，由动作监视部27对机器人R的安全性进行监视。此外，在未输出动作监视有效指令时(输出动作监视无效指令时)，由外力监视部26对机器人的安全性进行监视。

如参照图2说明的那样，在机器人R把持工件W之后且拿起工件W之前无法得到正确的外力。另外，在机器人R载置工件W的动作时也是同样的。因而，在这些期间，基于外力的监视是无意义的。因此，在本发明中，在机器人R拿起工件W的动作和载置工件W的动作之前，输出动作监视有效指令。此时，由动作监视部27对机器人R的安全性进行监视。此外，在未输出动作监视有效指令时(输出动作监视无效指令时)，由外力监视部26对机器人的安全性进行监视。

图4是表示在某个实施方式中机器人把持工件之前的状态的图，是与图2的左方所示的图同样的图。下面，参照图4来考虑机器人R拿起20kg的工件W的情况的一例。关于图4所示的坐标系，将外力估计值的XYZ这三个方向的分量分别设为fx、fy、fz。

另外，将动作监视无效时外力判定条件设为“|fx|>3kg、|fy|>3kg或|fz|>3kg”。而且，将动作监视有效时外力判定条件设为“|fx|>3kg、|fy|>3kg、fz<-3kg或fz>+21kg”。

而且，当在图3A的步骤S12中动作监视状态变为有效时，外力判定条件设定部25将外力判定条件切换为动作监视有效时外力判定条件。动作监视有效时外力判定条件是如下的判定条件：在除了由于被把持的工件W与工作台T接触而从工作台T通过工件T作用于机器人R的力以外没有外力施加于机器人R的状态下，外力监视部26不检测为有外力施加。

而且，在拿起工件W时从工作台T通过工件W施加于机器人R的力在+Z方向上作用与(20-A)kg(0≤A<20kg)相当的量、除此以外没有外力施加的状态下，外力估计值为fx＝0kg、fy＝0kg、fz＝20-Akg(0≤A<20kg)。根据动作监视有效时外力判定条件，外力监视部26不会误判定为有外力施加于机器人R。

在该状态下，如果在+Z方向上有21kg的外力施加，则fz＝41-Akg(0≤A<20kg)。也就是说，fz>+21kg，因此判定为有外力施加于机器人R。

而且，如果在-Z方向上有23kg的外力施加，则fz＝-3-Akg(0≤A<20kg)。也就是说，fz<-3kg，因此判定为有外力施加于机器人R。因而，即使在-Z方向上有小于23kg的外力施加的情况下，也不会判定为有外力施加。此外，对于XY方向的外力，无论动作监视状态如何，对于同样的外力，都同样地判定为有外力施加。

这样，在本发明中，在外力监视不正确地发挥功能时(机器人拿起工件的动作和载置工件的动作)，对条件进行变更以避免尽管实际上没有外力施加但判定为有外力施加。因而，在本发明中，不会发生外力监视部26进行误判定而使机器人R停止的情况，能够防止机器人R的动作效率下降。其中，在变更条件的期间，外力监视部26实质上不发挥功能，因此由动作监视部27对安全性进行监视。

在动作监视状态有效的情况下，动作监视部27对以下条件中的至少一个进行评价：机器人R的位置是否包含在规定的区域内、机器人R的移动方向是否为规定的方向、机器人R的动作速度是否为规定的速度以下以及机器人R的动作加速度是否为规定的加速度以下。在该情况下，既可以对所有条件进行评价，也可以存在不进行评价的条件。在至少一个条件不成立的情况下，动作监视部27使机器人R停止。

在此，设机器人R把持工件W之后直到变为拿起工件W而工件W完全离开工作台T的状态为止的机器人R的动作区域被预先设定为规定的区域。此外，作为规定的区域，既可以对机器人R的关节的角度的区域进行设定，而且也可以对机器人R的前端部的动作区域进行设定。

另外，作为规定的方向，预先设定机器人R拿起工件W时的动作方向。作为规定的方向，既可以对各关节的动作方向进行设定，也可以对机器人R的前端部的动作方向进行设定。

并且，作为规定的速度和规定的加速度，预先设定用于即使在机器人R与外部环境接触的情况下、对外部环境产生的力也是能够容许的力以下的速度和加速度。作为规定的速度和规定的加速度，既可以对各关节的速度和加速度进行设定，也可以对机器人R的前端部的速度和加速度进行设定。

通过由动作监视部27进行这种动作监视，能够确保机器人R拿起工件W时的机器人R对于外部环境的安全性。

此外，满足动作监视有效时外力判定条件的外力估计值的集合不一定包含于满足动作监视无效时外力判定条件的外力估计值的集合中。例如，在动作监视部27对机器人R的前端部的动作方向进行监视的情况下，也可以使针对该动作方向以外的外力估计值的外力判定条件严格。

在机器人R加速或减速时，在其动作方向上产生机器人R的惯性力。在本发明中，考虑惯性力来估计外力。然而，工件W的质量存在个体差异(偏差)，因此难以正确地估计惯性力。因而，对于机器人R动作的方向，外力估计值也有可能产生偏差。

例如，当将工件参数中的工件质量设为m、将因个体差异引起的工件质量的偏差设为Δm时，实际的工件质量表示为m+Δm。而且，在工件W以某个加速度α＝(ax、ay、az)移动时，由于移动而产生惯性力(m+Δm)α。此时，由于工件参数中的工件质量为m，因此能够估计出的惯性力为mα。根据前述的式(1)，由于工件W的质量的偏差而外力估计值中产生Δmα的误差。

因而，需要防止以下情况：由于机器人R自身的惯性力的偏差，尽管实际上没有外力施加于机器人R，但外力监视部26误判定为有外力施加于机器人R。为此，优选的是，将外力判定条件的阈值放宽与预先预测的外力估计值的偏差相应的量。在动作监视状态无效时，机器人R有可能向任意的方向动作，工件W也有可能向任意的方向动作。因此，无论对于哪个方向的外力判定条件都需要考虑偏差量。

在动作监视部27中对机器人R动作的方向进行监视的情况下，在动作监视状态有效时，能够对机器人R实际移动的方向进行限定。换言之，只要使关于机器人R不移动的方向的外力判定条件比动作监视状态无效时严格即可。

在图4所示的实施例中，机器人R向+Z方向拿起工件W。因而，在动作监视条件中设定机器人R的前端部仅向+Z方向动作。也就是说，若机器人R实际上想要沿XY方向动作，则使机器人R停止。在该情况下，在XY方向上不会产生工件W的加速度，因此因工件质量的偏差而产生的XY方向的外力估计值的误差Δm×ax、Δm×ay为零。

在将Δm×a、Δm×ay的大小估计为最多1kg的情况下，将动作监视无效时外力判定条件设为“|fx|>3kg、|fy|>3kg或|fz|>3kg”。而且，将动作监视有效时外力判定条件设为“|fx|>2kg、|fy|>2kg、fz<-3kg或fz>+21kg”。

而且，在实际上有2.5kg的外力在+X方向上施加于机器人R的情况下，在动作监视无效时不判定为有外力施加于机器人R。然而，在动作监视有效时判定为有外力。

如以上那样，在动作监视有效的情况下，惯性力的偏差的影响更小。在对于更小的外力能够判定为有外力施加于机器人R的情况下，也可以像这样设定外力判定条件。

此外，在动作监视无效时外力判定条件的阈值足够大的情况下，动作监视无效时外力判定条件和动作监视有效时外力判定条件也可以是相同的条件。例如在前述的例子中，将动作监视无效时外力判定条件和动作监视有效时外力判定条件设为“|fx|>30kg、|fy|>30kg或|fz|>30kg”。在该条件下仅在有大于30kg的外力施加时使机器人R停止。若在***结构上即使有30kg以下的外力作用于机器人R也不会有问题，则设为这种条件。

而且，在机器人R拿起工件W的情况下，即使有40kg的外力在-Z方向上施加于机器人R，Z方向的外力估计值也为fz＝(20-A)-40＝-20-A(0≤A<20kg)。也就是说，有可能判定为没有外力施加。这样，即使在外力判定条件的阈值足够大的情况下，外力监视也同样不正确地发挥功能。

但是，在没有外力作用于机器人R的情况下，拿起工件W时的外力估计值是fz＝(20-A)(0≤A<20kg)。也就是说，不会发生以下情况：尽管实际上没有外力作用于机器人R，但外力监视部26误判定为有外力。这样，在动作监视无效时外力判定条件的阈值足够大的情况下，即使动作监视无效时外力判定条件和动作监视有效时外力判定条件是相同的条件，也不会由于外力监视的误判定而使机器人R不必要地停止。

这样，在本发明中，在进行机器人R拿起工件W的动作和机器人R载置工件W的动作时，切换为动作监视有效指令，对外力判定条件进行变更使得动作监视部27变为有效。因此，外力监视部26能够避免以下情况：尽管没有外力施加于机器人，但判断为有外力施加而使机器人停止。因而，在本发明中，能够安全地进行机器人R拿起工件W的动作和机器人R载置工件W的动作。

另外，优选的是，外力判定条件设定部25具有包括以下条件的至少一个的外力判定条件：外力估计值超过规定的第一值时；从规定时间前到当前的外力估计值的平均值超过规定的第二值时；以及从规定时间前的外力估计值到当前的外力估计值的改变量超过规定的第三值时。也就是说，既可以包括这些条件的全部，也可以仅包括任一个条件。因而，能够适当地设定外力监视部26使机器人R停止的条件。

这种外力判定条件例如是“fx>3k”、“过去0.1秒的fx的平均值为3kg以上”、“0.1秒前的fx与当前的fx之差为±3kg以上”等。使用这种条件来判定是否有外力施加于机器人R。另外，当使用外力估计值超过规定的值这个条件时，能够在外力的大小变大时判定为有外力施加于机器人R。

此外，力传感器S的检测值有时包含噪声。通过利用公知手段对外力估计值取移动平均，能够去除噪声的影响来判定是否有外力施加于机器人R。

另外，在机器人R与外部环境发生碰撞的情况下，从机器人R初次接触外部环境后至安全监视装置判断为有外力施加于机器人R而使机器人R停止为止，外力估计值持续变动。由于机器人R的速度、外部环境的材料等各种原因，外力估计值的变动方式是不同的。在这种情况下，优选的是，设定能够使安全监视装置在尽早的时机判断为外力传递到机器人R的外力判定条件。

另外，在外力估计值急剧地变动这样的情况下，优选使用外力估计值的改变量来判断是否有外力施加于机器人R。在这种情况下，有时能够在与根据外力估计值的大小进行判定的情况相比更早的时机判断出有外力施加于机器人R。此外，也可以将前述的条件适当组合来设为外力判定条件。

另外，图5是表示在其它实施方式中机器人把持工件之前的状态的图。在图5所示的工作台T的顶面形成有具有与工件W对应的尺寸的凹部C。如图5所示，工件W局部地与凹部C嵌合，工件W的一部分从工作台T的顶面突出。

在这种状况下，在机器人R拿起工件W时，在工作台T和工件W之间产生摩擦力。而且，摩擦力作用于力传感器S，因此外力估计值也会受摩擦力的影响。该摩擦力依赖于工件W的形状的个体差异等，无法事先估计。因而，难以决定防止在拿起工件W的情况下判定为有外力施加而机器人R停止的外力判定条件。

在这种情况下，优选的是，在动作监视状态有效时使外力判定无效。换言之，在动作监视状态有效时的外力判定条件下，设为以下条件：对于所有外力估计值都判定为不是外力。也就是说，在动作监视状态有效时，使外力监视无效。

由此，能够防止尽管没有外力施加但机器人R停止的情况。在动作监视状态有效时，由动作监视部27对机器人R的安全性进行监视，因此即使外力监视部26无效也会确保机器人R的安全性。

另外，如前所述，在动作监视有效时，外力估计值有可能并不表示正确的外力。因此，优选的是，在外力监视部26的外力监视不正确地发挥功能时，将动作监视状态切换为有效。而且，将动作监视有效时外力判定条件设为与动作监视无效时外力判定条件相比而言放宽的条件。例如在动作监视无效时外力判定条件以外力估计值超过第一阈值时为条件的情况下，上述动作监视有效时外力判定条件以外力估计值超过第一阈值以上的第二阈值时为条件。

由此，避免了以下情况：尽管没有外力作用于机器人R，但外力监视部26误判定为有外力作用于机器人R。因而，能够防止由于误判定而机器人R停止。

例如，如前所述那样将动作监视无效时外力判定条件设为“|fz|>3kg”。在动作监视有效时，在该条件下，尽管没有外力施加于机器人R，但是有可能误判定为有外力施加于机器人R。因此，相比于动作监视无效时外力判定条件，如“fz<-3kg或fz>+21kg”那样放宽动作监视有效时外力判定条件。由此，能够如前所述那样防止误判定。

另外，也可以在动作监视状态切换部24从动作监视有效指令向动作监视无效指令切换时，在由外力估计部23估计的外力估计值不满足规定条件的情况下，中止从动作监视有效指令向动作监视无效指令的切换。

在该情况下，能够在想要使动作监视状态从有效向无效切换的情况下确认外力监视是否会正确地运作。而且，在外力监视不正确地发挥功能的情况下能够使动作监视状态保持有效。也就是说，在外力监视部26不正确地发挥功能的情况下，使动作监视部27有效来继续监视机器人R的安全性。

如前所述，在机器人R拿起工件W并被输入动作监视无效指令的情况下，若外力估计值满足规定的条件，则动作监视状态切换部24将动作监视状态切换为无效。而且，在外力估计值不满足规定的条件的情况下，动作监视状态切换部24使动作监视状态保持有效。在此，规定的条件例如是“|fx|<1kg、|fy|<1kg、|fz|<1kg”等。

例如考虑由于动作程序的制作错误等而在工件W完全离开工作台T之前就输入了动作监视无效指令的情况。在该情况下，fz＝20-Akg(0≤A<20kg)，因此动作监视状态保持有效而不被切换。此时，外力监视不正确地检测，因此动作监视部27继续监视机器人R的安全性。

在此，作为规定的条件，也可以设定与外力监视部26所使用的外力判定条件不同的条件。如上所述，在外力监视部26中，需要将估计机器人R动作时的惯性力时的误差也包含在内地设定外力判定条件。

与此相对，在构建仅在机器人R处于静止时允许将动作监视状态从有效切换为无效的***的情况下，不需要包含估计惯性力时的误差。在这种情况下，也可以使将动作监视状态从有效切换为无效时的条件严格。另外，无论机器人R是正在动作还是处于停止，工件质量的误差都会影响到外力估计值，因此也可以考虑工件质量的误差来设定条件。

另外，在输送多个种类的工件W时、在工作台T处形成有凹部C的情况以及未形成凹部C的情况下，拿起工件W的方向、拿起时起作用的力根据各个状况而不同。另外，拿起工件W时的动作方向和载置工件W时的动作方向也互不相同。

因此，优选的是，使动作监视状态有效时外力判定条件和动作监视的评价条件为适于各个状况的条件。因此，预先准备多个动作监视状态有效时外力判定条件和多个动作监视的评价条件。然后，使用适于各个状况的动作监视状态有效时外力判定条件和动作监视的评价条件。由此，能够根据状况来使用适当的条件。

本发明中的动作监视部27作为外力监视不正确地发挥功能的状态、例如机器人拿起工件的动作和载置工件的动作中的代替手段来对机器人R的安全性进行监视。而且，在外力监视正确地发挥功能时，使动作监视状态无效。在此，一般来说，经常会由于其它目的等而对机器人R的位置、速度进行监视，也可以在本发明中的动作监视状态无效的状态下，也对机器人R的位置、速度进行监视。

发明的效果

在第一方式中，在进行机器人拿起工件的动作和机器人载置工件的动作时，切换为动作监视有效指令，对外力判定条件进行变更使得动作监视部变为有效。因此，能够避免以下情况：尽管没有外力施加于机器人，但外力监视部判断为有外力施加而使机器人停止。因而，能够安全地进行机器人拿起工件的动作和机器人载置工件的动作。

在第二方式中，能够适当地设定外力监视部使机器人停止的条件。

在第三方式中，即使使外力监视部无效，也继续监视机器人的安全性。这在以下情况下有利：机器人把持与形成于工作台的凹部局部地嵌合的工件。

在动作监视部有效的情况下，例如在机器人拿起工件的动作和载置工件的动作中，外力估计值有可能不正确。在第四方式中，相比于动作监视无效时外力判定条件，放宽动作监视有效时外力判定条件。因此，避免了以下情况：尽管没有外力作用于机器人，但外力监视部误判定为有外力作用于机器人。

在第五方式中，通过外力估计值是否满足规定条件，来确认外力监视部是否正确地发挥功能。而且，在由外力估计部估计的外力估计值不满足规定条件的情况下，判断为外力监视部不正确地发挥功能，中止向动作监视无效指令的切换。因而，在外力监视部不正确地发挥功能的情况下，使动作监视部有效来继续监视机器人的安全性。

使用典型的实施方式对本发明进行了说明，但是如果是本领域技术人员，则应该能够理解能够不脱离本发明的范围地进行前述的变更和各种其它变更、省略、追加。

Claims (5)

1.一种机器人的安全监视装置，监视具备力检测部的机器人，该力检测部检测作用于机器人的外力，该安全监视装置具备：

工件参数切换部，其对上述机器人应该把持的工件的包括质量、质量中心以及惯性矩阵中的至少一个的工件参数进行切换；

外力估计部，其使用由该工件参数切换部切换的工件参数，来估计从外部环境作用于上述机器人的力或转矩来作为外力估计值；

外力监视部，其在上述外力估计值满足外力判定条件时使上述机器人停止；

动作监视部，其在不满足以下条件中的至少一个的情况下使上述机器人停止：上述机器人的位置包含在规定的区域内、上述机器人的移动方向为规定的方向、机器人的动作速度为规定的速度以下以及上述机器人的动作加速度为规定的加速度以下；

动作监视状态切换部，其对使该动作监视部无效的动作监视无效指令和使上述动作监视部有效的动作监视有效指令进行切换；以及

外力判定条件设定部，其在被切换成上述动作监视无效指令时将上述外力判定条件切换为动作监视无效时外力判定条件，并且在被切换成上述动作监视有效指令时将上述外力判定条件切换为动作监视有效时外力判定条件。

2.根据权利要求1所述的安全监视装置，其特征在于，

上述外力判定条件包括以下条件的至少一个：上述外力估计值超过规定的第一值时；上述外力估计值的移动平均超过规定的第二值时；以及规定时间前的上述外力估计值与当前的上述外力估计值之间的改变量超过规定的第三值时。

3.根据权利要求1或2所述的安全监视装置，其特征在于，

在被切换成上述动作监视有效指令时，使上述外力监视部无效。

4.根据权利要求1或2所述的安全监视装置，其特征在于，

上述动作监视无效时外力判定条件以上述外力估计值超过第一阈值时为条件，上述动作监视有效时外力判定条件以上述外力估计值超过上述第一阈值以上的第二阈值时为条件。

5.根据权利要求1或2所述的安全监视装置，其特征在于，

若在上述动作监视状态切换部从上述动作监视有效指令向上述动作监视无效指令切换时由上述外力估计部估计的上述外力估计值不满足规定条件，则中止从上述动作监视有效指令向上述动作监视无效指令的切换。