CN108942915B - 协作型机器人编程速度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种协作型机器人编程速度的方法，根据设定进入协作区不同的人体部位，由人体受力对照表比对出安全冲击力，并由速度作用力对照表比对出协作区的限制速度，在最大标准作业速度大于限制速度时，调整标准作业速度，作为协作模式的作业速度，以快速完成编程。

Description

协作型机器人编程速度的方法

技术领域

本发明涉及一种机器人，尤其涉及工业机器人在人机协作中，编程机器人安全作业速度的方法。

背景技术

机器人具有灵活移动、精确定位及连续性作业的特性，已成为产品生产线上制造组装的最佳利器。而简化机器人作业的编程，让机器人快速加入生产线，已成为提升机器人生产效率的重要课题。

现有技术的机器人在人机协作中，通常利用感测器侦测操作人员靠近机器人的距离，当侦测操作人员未进入工作区时，机器人以编程最佳的正常作业速度，全速作业提升作业效率。一旦侦测操作人员进入协作工作区时，机器人自动切换至协作模式，将作业速度调降至编程设定的协作作业速度。在协作作业速度下，即使机器人碰触到操作人员，操作人员也不会受伤。而当机器人侦测操作人员进入危险工作区时，机器人将依编程设定的紧急模式，将作业速度调降至编程设定的紧急作业速度，依据操作人员靠近机器人的距离，阶段调降编程设定的作业速度至零，以保护协作操作人员的安全。

然而，操作人员各部分人体可承受的冲击力不同，例如头部可能就无法承受上肢可接受的安全冲击力，现有技术的机器人不分人体编程设定各种模式的作业速度，就难以达到安全的人机协作。此外，编程机器人正常的作业速度，对操作人员就是一件耗时繁重的工作，况且要依操作人员靠近机器人的距离及身体不同部份编程不同阶段的作业速度，更是非常耗时的工作。因此，协作型机器人在编程速度上，仍有问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种协作型机器人编程速度的方法，根据进入协作区不同的人体部位，由人体受力对照表比对出最小安全冲击力，再由机器人速度作用力对照表决定机器人在协作区的限制速度，以确保人机协作安全。

本发明的另一目的在于提供一种协作型机器人编程速度的方法，由编程机器人最佳作业速度的标准作业模式，比较最大的标准作业速度超过限制速度，调整标准作业速度，以快速完成编程机器人的作业速度。

为了达到前述发明的目的，本发明协作型机器人编程速度的方法，预先储存人体受力对照表及速度作用力对照表，再编程标准作业模式，由标准作业模式的标准作业速度，找出最大标准作业速度，并根据进入协作区的人体部分，由人体受力对照表比较最小的冲击力作为安全冲击力，根据安全冲击力，利用速度作用力对照表查出机器人的最大作业速度，作为限制速度，检查最大标准作业速度不大于限制速度时，以标准作业速度编程协作模式的作业速度，检查最大标准作业速度大于限制速度时，调整标准作业速度，作为协作模式的作业速度，以快速完成编程。其中前述冲击力可以夹钳力替换。

本发明协作型机器人编程速度的方法，人体受力对照表包含各部人体承受最大冲击力及最大夹钳力不受伤的数据。而速度作用力对照表包含机器人的不同作业速度，将作业速度经安全感测机制触发至停机为止，产生的最大冲击力及最大夹钳力的数据。协作型机器人利用储存装置储存人体受力对照表及速度作用力对照表。

本发明协作型机器人编程速度的方法，其中标准作业模式以机器人最佳的作业速度进行作业，协作模式则设定为人机协作，控制机器人以安全作业速度进行作业。协作型机器人利用人机界面显示编程协作模式的画面，画面中呈现人体，提供选择设定进入协作区的人体部分。编程协作模式的画面显示最大标准作业速度及限制速度。

本发明调整标准作业速度时，则将大于限制速度的标准作业速度，降低至限制速度，其余维持原标准作业速度，作为协作模式的作业速度。或计算限制速度除以最大标准作业速度的比值，根据比值比例调降标准作业速度，作为协作模式的作业速度。

附图说明

图1为本发明机器人的作业***图；

图2为本发明机器人的人体受力对照表的示意图；

图3为本发明机器人的速度作用力对照表的示意图；

图4为本发明编程机器人作业速度的示意图；

图5为本发明另一实施例编程机器人作业速度的示意图；

图6为本发明人机界面编程的画面图；

图7为本发明协作型机器人编程速度的方法的流程图。

符号说明

10 作业***

11 机器人

12 控制器

13 人机界面

14 处理单元

15 储存装置

16 正常区

17 协作区

具体实施方式

有关本发明为达成上述目的，所采用的技术手段及其功效，现举优选实施例，并配合附图加以说明如下。

请同时参考图1至图6所示，图1为本发明机器人的作业***图，图2为本发明机器人的人体受力对照表的示意图，图3为本发明机器人的速度作用力对照表的示意图，图4为本发明编程机器人作业速度的示意图，图5为本发明另一实施例编程机器人作业速度的示意图，图6为本发明人机界面编程的画面图。图1中，本发明的机器人的作业***10，主要包含机器人11、控制器12及人机界面13。其中人机界面13用以编程机器人11的作业模式，作业模式设定机器人11不同的作业速度。控制器12另包含处理单元14及储存装置15，控制器12利用储存装置15储存人机界面13编程的作业模式，并通过处理单元14依照作业模式控制机器人11进行作业。

本发明机器人11的作业***10，另将机器人11的工作区划分为正常区16及协作区17，其中正常区16设定为机器人11以标准作业模式的最佳的作业速度进行作业，并设定禁止操作人员进入，以避免快速作业的机器人11碰撞操作人员造成伤害。而协作区17设定为人机协作的区域，需要控制机器人11以协作模式的安全作业速度进行作业，在协作模式中机器人11最大的作业速度，必须降低至碰撞操作人员不会造成伤害的状态。本实施例虽以划分两工作区作为说明，但本发明包含且不限于两工作区，可依安全状况划分为多个工作区。

对于正常区16的编程标准作业模式，本发明可利用人机界面13编辑程序、牵引机器人11或导入预设程序等已知的现有技术，先编程机器人11的标准作业模式，由编程的标准作业模式形成作业行程的标准作业速度(Vs)，就可如图5比较出最大的标准作业速度(Vsm)。但对于协作区17的协作模式，需考虑机器人11作业速度的大小对各部人体的伤害程度，通常人体的头部、肩部、上臂、肘部、下臂、手部、手指、胸部、腹部、上肢、膝盖、下肢及足部等，都有不同冲击力或夹钳力而不受伤的承受程度。而机器人11的作业速度的大小，为决定机器人11造成冲击力或夹钳力最直接因素。

本发明事先经过人体工学冲击实验，获得大致的各部人体承受冲击力不受伤的数据，列表如图2中的人体受力对照表，其中例如手部及手指约可承受最大冲击力280N(牛顿力)或最大夹钳力140N不受伤，并将人体受力对照表的数据预先储存在储存装置15。另外，本发明对于机器人11的不同作业速度产生的冲击力及夹钳力，也事先经过实验，将机器人11各作业速度经由安全感测机制触发，到达机器人11停机为止，产生的最大冲击力及最大夹钳力的数据，列表如图3的速度作用力对照表，其中例如机器人11的作业速度250mm/sec时，产生的最大冲击力为280N及最大夹钳力140N。前述人体受力对照表及速度作用力对照表，本实施例虽以对照表方式储存，但包含且不限于对照表方式储存，对照表也可以对照线性的方式储存，以利内外插取得对照数据。

因此本发明在决定进入协作区16的人体部分例如为手部时，就可利用人体受力对照表，比对出手部承受最大冲击力为280N，作为安全冲击力280N，再利用速度作用力对照表，根据前述手部承受的安全冲击力280N，比对出机器人11相对的最大作业速度为250mm/sec，用以限制机器人11在协作区16的最大作业速度在250mm/sec以下，才能确保操作人员的手部在协作区16的作业安全，而将机器人11相对的最大作业速度的250mm/sec，作为协作区16的限制速度(Va)。

本发明在编程协作模式的作业速度时，针对已编程的标准作业速度(Vs)，考量协作区16的限制速度(Va)，比较最大标准作业速度(Vsm)是否大于限制速度(Va)时，进行调整标准作业速度(Vs)，作为协作区16的作业速度。有多种调整标准作业速度(Vs)的实施方式，图4中的实施例，比较最大标准作业速度(Vsm)大于限制速度(Va)时，将大于限制速度(Va)的标准作业速度(Vs)，降低至限制速度(Va)，其余维持原标准作业速度(Vs)，获得协作作业速度(Vc)，以快速完成编程协作模式的协作作业速度。

图5中为编程协作区的作业速度的另一实施例，本发明将限制速度(Va)除以标准作业模式的最大标准作业速度(Vsm)，计算获得一比值，接着利用前述编程的标准作业模式的标准作业速度(Vs)，计算协作模式的协作作业速度(Vc)，使Vc＝Vs*(Va/Vsm)，即利用比值自动比例调降标准作业速度(Vs)，获得协作作业速度(Vc)，以快速完成编程协作模式的协作作业速度。

由于操作人员进入协作区16的人体不只一部分，可能同时需要多部分的人体才能进行人机协作，为避免前述一一计算协作作业速度，如图6，本发明在完成编程标准作业模式后，利用人机界面13显示编程协作模式的画面，画面中呈现人体，提供操作人员多选择进入协作区16的人体部位，例如画面中选择手部及手指、上臂及肘部等两部位，处理单元14将依选择的人体部位，自动由人体受力对照表找出两部分的最大冲击力分别为280N与300N，并比较出两部分中最小的最大冲击力为280N，作为安全冲击力280N，再利用速度作用力对照表，根据安全冲击力280N，查出机器人11相对的最大作业速度为250mm/sec，作为限制速度，再调整标准作业速度自动编程协作作业速度，并显示最大标准作业速度(Vsm)及限制速度(Va)，以供操作人员查验。因此，操作人员只要通过本发明编程协作模式的画面，简单选择在协作区的人体部分，就可自动完成编程协作模式。

如图7所示，为本发明协作型机器人编程速度的方法的流程图。本发明协作型机器人编程速度的方法的详细步骤说明如下:在步骤S1，开始编程机器人的作业模式，预先储存人体受力对照表及速度作用力对照表；步骤S2，编程标准作业模式；步骤S3，由标准作业模式的标准作业速度，比较出最大标准作业速度；在步骤S4，根据选择进入协作区的人体部分，由人体受力对照表比较出最小的冲击力作为安全冲击力；步骤S5，根据安全冲击力，利用速度作用力对照表比较出机器人的最大作业速度，作为限制速度；步骤S6，检查最大标准作业速度是否大于限制速度？假如最大标准作业速度不大于限制速度，则至步骤S7，不调整标准作业速度，直接以标准作业速度编程协作模式的作业速度，再至步骤S9；假如最大标准作业速度大于限制速度，则至步骤S8，调整标准作业速度编程协作模式的作业速度；再至步骤S9，结束编程协作模式的作业速度。

前述的实施例以人体受力对照表及速度作用力对照表的最大冲击力作为编程的说明，但人体受力对照表及速度作用力对照表的最大夹钳力，同理也可完成本发明编程的技术。而本实施例虽以冲击力作为编程的说明，但与冲击力相同原理的能量转换的方法，均属本发明技术范畴。

因此本发明的协作型机器人编程速度的方法，就可根据进入协作区不同的人体部位，由人体受力对照表比对出其中最小的安全冲击力力，再根据安全冲击力力由机器人速度作用力对照表比对出机器人在协作区的限制速度，由编程机器人最佳作业速度的标准作业模式，比较出最大的标准作业速度，检查最大标准作业速度大于限制速度时，调整标准作业速度，作为协作模式的作业速度，以快速完成编程机器人的作业速度。

由前述在各影像的视觉坐标***，不需要过度复杂的计算，直接编程的点位，执行时，虽然点位为各视觉坐标***的坐标，但各视觉坐标***建立时，编程***已记录各视觉坐标***校正后相对于机器人坐标***的数据，只要将点位视觉坐标***的坐标转换为机器人坐标***的坐标。就可控制机器人执行第一点位至第四点位，取放工件的作业流程。

以上所述的仅为用以方便说明本发明的优选实施例，本发明的范围不限于该等优选实施例，凡依本发明所做的任何变更，在不脱离本发明的精神下，都属本发明保护的范围。

Claims (11)

1.一种协作型机器人编程速度的方法，预先储存人体受力对照表及速度作用力对照表，其步骤包含：

编程标准作业模式；

由标准作业模式的标准作业速度，比较出最大标准作业速度；

根据设定进入协作区的人体部分，由人体受力对照表比较最小的冲击力作为安全冲击力；

根据安全冲击力，利用速度作用力对照表比对出机器人的最大作业速度，作为限制速度；

检查最大标准作业速度大于限制速度，调整标准作业速度，作为协作模式的作业速度。

2.如权利要求1所述的协作型机器人编程速度的方法，其中该冲击力以夹钳力替换。

3.如权利要求2所述的协作型机器人编程速度的方法，其中该人体受力对照表包含各部位人体承受最大冲击力及最大夹钳力不受伤的数据。

4.如权利要求2所述的协作型机器人编程速度的方法，其中该速度作用力对照表包含机器人的不同作业速度，将作业速度经安全感测机制触发至停机为止，产生的最大冲击力及最大夹钳力的数据。

5.如权利要求1所述的协作型机器人编程速度的方法，其中该标准作业模式以机器人最佳的作业速度进行作业，协作模式设定为人机协作，控制机器人以安全作业速度进行作业。

6.如权利要求1所述的协作型机器人编程速度的方法，其中该协作型机器人利用储存装置储存人体受力对照表及速度作用力对照表。

7.如权利要求1所述的协作型机器人编程速度的方法，其中该协作型机器人利用人机界面显示编程协作模式的画面，画面中呈现人体，提供选择设定进入协作区的人体部分。

8.如权利要求7所述的协作型机器人编程速度的方法，其中编程协作模式的画面显示最大标准作业速度及限制速度。

9.如权利要求1所述的协作型机器人编程速度的方法，其中检查最大标准作业速度不大于限制速度时，以标准作业速度编程协作模式的作业速度。

10.如权利要求1所述的协作型机器人编程速度的方法，其中调整标准作业速度时，将大于限制速度的标准作业速度，降低至限制速度，其余维持原标准作业速度，作为协作模式的作业速度。

11.如权利要求1所述的协作型机器人编程速度的方法，其中调整标准作业速度时，计算限制速度除以最大标准作业速度的比值，根据比值比例调降标准作业速度，作为协作模式的作业速度。

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