CN118159398A - 控制包括多个结构构件的机器人的控制装置、具备控制装置的机器人装置、以及设定参数的操作装置 - Google Patents

Abstract

机器人的控制装置控制包括多个结构构件的机器人。控制装置具备：传感器，其用于检测结构构件的动作的状态；以及处理部，其基于传感器的输出来控制机器人的动作。处理部包括特定构件设定部，该特定构件设定部将多个结构构件中的一个以上的结构构件设定为特定构件。处理部包括：判定部，其基于传感器的输出来判定特定构件的动作的状态；以及动作变更部，其基于判定部的判定结果来变更机器人的动作。

Description

控制包括多个结构构件的机器人的控制装置、具备控制装置 的机器人装置、以及设定参数的操作装置

技术领域

本发明涉及一种控制包括多个结构构件的机器人的控制装置、具备控制装置的机器人装置、以及设定参数的操作装置。

背景技术

在现有技术中，已知一种作业者与机器人协作来进行作业的机器人装置。例如，已知一种机器人装置与作业者协作来搬运工件的机器人装置。在与作业者协作来进行作业的机器人装置中，能够在机器人的周围的动作区域不设置安全栅栏地，由机器人和作业者进行作业(例如，日本特开2019-25604号公报)。

在机器人正在动作的期间内，有时机器人与物体或作业者接触。例如，在作业者与机器人协作来进行作业时，有时机器人与周围的设备接触或者与作业者接触。机器人对作业者施加的接触力相当于作用于机器人的外力。为了使作业者安全地进行作业，根据标准等决定了这样的接触力的上限值。关于机器人装置，已知一种检测作用于机器人的外力来使机器人停止或者以避开接触的物体或作业者的方式进行退避动作的控制(例如，日本特开2020-192652号公报)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2019-25604号公报

专利文献2：日本特开2020-192652号公报

发明内容

发明要解决的问题

在机器人装置与作业者协作来进行作业的情况下，控制装置能够计算施加于机器人装置的外力，并基于外力的大小来控制机器人。作业者与机器人装置接触的部分也根据机器人装置进行的作业的内容或者机器人装置与作业者的位置的关系而变化。在此，控制装置有时为了将作业者的安全考虑在内地计算包含余量的外力，而将外力计算得大。其结果，存在机器人装置的动作被限制而作业效率下降这一问题。

用于解决问题的方案

本公开的第一方式是控制包括多个结构构件的机器人的控制装置。控制装置具备：传感器，其用于检测结构构件的动作的状态；以及处理部，其基于传感器的输出来控制机器人的动作。处理部包括：特定构件设定部，其将多个结构构件中的一个以上的结构构件设定为特定构件；判定部，其基于传感器的输出来判定特定构件的动作的状态；以及动作变更部，其基于判定部的判定结果来变更机器人的动作。

本公开的第二方式是具备前述的控制装置以及包括多个结构构件的机器人的机器人装置。

本公开的第三方式是设定用于控制机器人的参数的操作装置。操作装置具备显示机器人的图像的显示部。操作装置具备：获取部，其基于对显示于显示部的图像的操作，来获取用于设定机器人的结构构件中的有可能接触的特定构件的信息；以及输出部，其输出用于设定特定构件的信息。

发明的效果

根据本公开的方式，能够提供一种基于从机器人的多个结构构件选定的特定构件的动作的状态来控制机器人的动作的控制装置、具备控制装置的机器人装置、以及设定参数的操作装置。

附图说明

图1是实施方式中的第一机器人装置的概要图。

图2是第一机器人装置的框图。

图3是说明第一机器人装置的比较例的控制的概要图。

图4是实施方式中的显示于显示部的第一图像。

图5是在实施方式的控制中使用的胶囊模型的概要图。

图6是配置有胶囊模型的第一机器人的概要图。

图7是示出第一机器人装置的第一状态的概要图。

图8是示出第一机器人装置的第二状态的概要图。

图9是示出第一机器人装置的第三状态的概要图。

图10是显示于显示部的第二图像。

图11是显示于显示部的第三图像。

图12是说明第一机器人装置进入到作业者的作业区域的状态的概要图。

图13是实施方式中的第二机器人装置的框图。

图14是第二机器人装置的概要图。

图15是实施方式中的第三机器人装置的概要图。

图16是第三机器人装置的框图。

具体实施方式

参照图1至图16，来说明实施方式中的机器人的控制装置、具备控制装置的机器人装置、以及设定参数的操作装置。本实施方式的机器人装置具备：机器人，其包括多个结构构件；作业工具，其安装于机器人；以及控制装置，其控制机器人和作业工具。本实施方式的机器人装置包括与作业者协作来进行作业的协作机器人。

图1是本实施方式中的第一机器人装置的概要图。图2是本实施方式中的第一机器人装置的框图。参照图1和图2，第一机器人装置3具备：作业工具5，其进行预先决定的作业；以及机器人1，其移动作业工具5。第一机器人装置3具备控制第一机器人装置3的控制装置2。作业工具5能够根据由机器人装置3进行的作业来采用任意的装置。例如，作为作业工具，能够采用把持或者释放工件的手部等。

本实施方式的机器人1是包括多个关节部18的多关节机器人。机器人1包括多个结构构件。多个结构构件经由关节部相互连结。机器人1包括被固定于设置面的基座部14以及被支承于基座部14的回转基座13。回转基座13相对于基座部14绕驱动轴J1旋转。机器人1包括上部臂11和下部臂12。下部臂12被支承于回转基座13。下部臂12相对于回转基座13绕驱动轴J2旋转。上部臂11被支承于下部臂12。上部臂11相对于下部臂12绕驱动轴J3旋转。并且，上部臂11绕与上部臂11延伸的方向平行的驱动轴J4旋转。

机器人1包括被支承于上部臂11的腕部15。腕部15绕驱动轴J5旋转。另外，腕部15包括绕驱动轴J6旋转的法兰盘16。作业工具5被固定于法兰盘16。在本实施方式中，基座部14、回转基座13、下部臂12、上部臂11、腕部15以及作业工具5相当于机器人装置3的结构构件。作为机器人1，不限于该方式，能够采用能够变更作业工具的位置及姿势的任意的机器人。

本实施方式的机器人1包括机器人驱动装置21，该机器人驱动装置21具有驱动上部臂11等结构构件的驱动马达。作业工具5包括作业工具驱动装置22，该作业工具驱动装置22具有用于驱动作业工具5的驱动马达或缸体等。

控制装置2包括控制装置主体40以及用于作业者操作控制装置主体40的示教操作盘26。在本实施方式中，示教操作盘26作为设定用于控制机器人的参数的操作装置发挥功能。控制装置40包括具有作为处理器的CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)的运算处理装置(计算机)。运算处理装置具有经由总线来与CPU连接的RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)和ROM(Read Only Memory：只读存储器)等。机器人1基于控制装置2的动作指令而驱动。机器人装置3基于动作程序65来自动地进行作业。

控制装置主体40包括存储部42，该存储部42存储与机器人装置3有关的任意的信息。存储部42能够由能够存储信息的非暂态的存储介质构成。例如，存储部42能够由易失性存储器、非易失性存储器、磁存储介质、或光存储介质等存储介质构成。为了进行机器人1的动作而预先制作出的动作程序65被存储于存储部42。

动作控制部43基于动作程序65来向机器人驱动部44发送用于驱动机器人1的动作指令。机器人驱动部44包括对驱动马达进行驱动的电路，基于动作指令来向机器人驱动装置21供给电。另外，动作控制部43向作业工具驱动部45发送用于驱动作业工具驱动装置22的动作指令。作业工具驱动部45包括驱动马达等的电路，基于动作指令来向马达等供给电。

动作控制部43相当于按照动作程序65进行驱动的处理器。处理器形成为能够读取存储于存储部42的信息。处理器通过读入动作程序65，并实施由动作程序65决定的控制，来作为动作控制部43发挥功能。

机器人1包括用于检测机器人1的位置及姿势的状态检测器。本实施方式中的状态检测器包括位置检测器23，该位置检测器23安装于机器人驱动装置21的各驱动轴的驱动马达。位置检测器23例如能够由检测驱动马达的输出轴的旋转位置的编码器构成。根据各个位置检测器23的输出，来检测机器人1的位置及姿势。

对机器人装置3设定有在机器人1的位置及姿势发生了变化时不动的基准坐标系71。在图1所示的例子中，在机器人1的基座部14配置有基准坐标系71的原点。基准坐标系71也被称为世界坐标系。在基准坐标系71中固定原点的位置并且固定坐标轴的朝向。基准坐标系71具有相互正交的X轴、Y轴以及Z轴来作为坐标轴。另外，设定W轴作为绕X轴的坐标轴。设定P轴作为绕Y轴的坐标轴。设定R轴作为绕Z轴的坐标轴。

对机器人装置3设定有工具坐标系，该工具坐标系具有被设定于作业工具的任意位置的原点。工具坐标系的位置及姿势与作业工具的位置及姿势一起变化。在本实施方式中，工具坐标系的原点被设定于工具前端点。机器人1的位置与基准坐标系71中的工具前端点的位置相对应。另外，机器人1的姿势与工具坐标系相对于基准坐标系71的姿势相对应。

示教操作盘26经由通信装置来与控制装置主体40连接。示教操作盘26包括输入部27，该输入部27用于输入与机器人装置3有关的信息。输入部27由键盘和号码盘等输入构件构成。示教操作板26包括显示部28，该显示部28用于显示与机器人装置3有关的信息。显示部28能够由液晶显示面板或有机EL(Electro Luminescence：电致发光)显示面板等能够进行信息的显示的显示面板构成。此外，在示教操作盘具备触摸面板方式的显示面板的情况下，显示面板作为输入部和显示部发挥功能。

示教操作盘26包括具有作为处理器的CPU的运算处理装置(计算机)。示教操作盘26包括显示控制部29，该显示控制部29发送在显示部28显示的图像的指令。显示控制部29控制显示于显示部28的图像。显示控制部29根据作业者对输入部27的操作来控制在显示部28显示的图像。显示部28显示与机器人1的结构构件有关的信息。本实施方式的显示部28形成为显示机器人1的图像。

示教操作盘26包括获取部24，该获取部24获取用于设定机器人1的结构构件中的人有可能接触的特定构件的信息。获取部24基于作业者对显示于显示部28的图像进行的操作，来获取用于设定特定构件的信息。示教操作盘26具备输出部25，该输出部25输出用于设定特定构件的信息。输出部25向特定构件设定部51输出用于设定特定构件的信息。显示控制部29、获取部24以及输出部25的各个单元相当于按照预先决定的程序进行驱动的处理器。处理器通过实施由程序决定的控制，来作为各个单元发挥功能。另外，示教操作盘26具有存储部，该存储部由能够存储信息的非暂态的存储介质构成。

第一机器人装置3的机器人1包括配置于关节部18的转矩传感器31、32、33。各个转矩传感器31、32、33检测绕驱动机器人1的结构构件的驱动轴J1、J2、J3的转矩。在图1所示的例子中，第一转矩传感器31检测绕驱动轴J1的转矩。第二转矩传感器32检测绕驱动轴J2的转矩。第三转矩传感器33检测绕驱动轴J3的转矩。转矩传感器31、32、33的输出和位置检测器23的输出被发送到控制装置主体40的处理部50。

各个转矩传感器31、32、33作为用于检测结构构件的动作的状态的传感器发挥功能。转矩传感器能够检测依赖于比配置有转矩传感器的关节部靠机器人的前端侧的位置的结构构件的动作的状态的转矩。例如，第一转矩传感器31作为用于检测下部臂12、上部臂11、腕部15以及作业工具5的动作的状态的传感器发挥功能。

控制装置主体40包括处理部50，该处理部50基于转矩传感器31、32、33的输出来控制机器人1的动作。处理部50包括特定构件设定部51，该特定构件设定部51将机器人的多个结构构件中的一个以上的结构构件设定为特定构件。在本实施方式中，在判定机器人的动作时，将从机器人的多个结构构件选择出的结构构件称为特定构件。在本实施方式中，能够将作业者有可能接触的结构构件选定为特定构件。

处理部50包括转矩检测部52，该转矩检测部52基于转矩传感器31、32、33的输出来检测绕各个驱动轴的转矩。处理部50包括接触转矩计算部53，该接触转矩计算部53计算在作业者与机器人接触时的接触转矩。接触转矩相当于由作用于机器人1的外力产生的转矩。接触转矩计算部53通过从由转矩检测部52检测出的转矩减去与机器人的内力有关的转矩，来计算接触转矩。与机器人的内力有关的转矩能够根据机器人1的运转状态来计算。例如，与内力有关的转矩是基于机器人1的位置及姿势、以及绕各个驱动轴驱动结构构件时的速度及加速度来计算出的。

处理部50包括最大外力估计部54，该最大外力估计部54在人与机器人接触时估计作用于机器人的外力的最大值。处理部50包括判定部55，该判定部55判定特定构件的动作的状态。处理部50包括动作变更部56，该动作变更部56基于判定部55的判定结果来变更机器人1的动作。上述的处理部50、处理部50所包括的特定构件设定部51、转矩检测部52、接触转矩计算部53、最大外力估计部54、判定部55以及动作变更部56的各个单元相当于按照动作程序65进行驱动的处理器。处理器通过实施由动作程序65决定的控制，来作为各个单元发挥功能。

在本实施方式中，特定构件设定部51等处理部50所包括的单元配置于控制装置主体40，但是，不限于该方式。处理部50所包括的单元也可以配置于示教操作盘26。即，示教操作盘的处理器也可以作为处理部50所包括的单元发挥功能。例如，示教操作盘26也可以具有特定构件设定部。另外，显示控制部29等示教操作盘26所包括的单元也可以配置于控制装置主体40。例如，处理部也可以包括显示控制部、获取部以及输出部。或者，处理部50和示教操作盘26所包括的至少一个单元也可以配置于与控制装置主体和示教操作盘不同的运算处理装置。

本实施方式中的机器人装置3在存在作业者的作业区域的附近进行作业。有时作业者与机器人1接触。在作业者从机器人受到的力(接触力)小的情况下没有问题，机器人装置和作业者能够继续作业。另一方面，在作业者从机器人受到的力大的情况下，控制装置限制机器人的动作。机器人能够对人施加的接触力例如由国际标准ISO/TS15066决定。作业者从机器人受到的接触力相当于机器人从作业者受到的外力。

在图3中示出第一机器人装置的机器人和作业工具的概要图。首先，说明机器人装置的参考例的控制。控制装置基于机器人从作业者受到的外力来控制机器人的动作。在此，说明基于在下部臂12转动的关节部18配置的第二转矩传感器32的输出的控制。转矩传感器32检测绕驱动轴J2的转矩。当下部臂12绕驱动轴J2转动时，下部臂12和连结于比下部臂12靠前端侧的位置的上部臂11、腕部15以及作业工具5的位置及姿势变化。

作业者有可能与这些结构构件接触。在图3中，在作业者与作业工具5的接触点81接触的情况下，外力F被施加于作业工具5。接触点81与驱动轴J2的距离为旋转半径R。转矩检测部52从转矩传感器32检测外力和机器人的内力相加而得到的转矩。接触转矩计算部53计算从由转矩传感器32检测出的转矩减去与内力有关的转矩而得到的接触转矩。接触转矩计算部53计算接触转矩(F×R)。

在图3所示的例子中，作业者有可能接触配置于比驱动轴J2靠机器人1的前端侧的位置的全部结构构件。因此，在根据接触转矩来估计作用于机器人1的外力的情况下，采用较小的旋转半径，使得考虑到安全而较大地计算外力。在图3所示的例子中，进行动作的结构构件的表面中的、与驱动轴J2最近的结构构件的表面为下部臂12的表面。因此，能够采用下部臂12的表面中的配置为距驱动轴J2最近的点的最小半径Rmin。

最大外力估计部54使用最小半径Rmin来计算最大外力Fmax。最大外力Fmax为将接触转矩除以最小半径而得到的值(F×R/Rmin)。接着，控制装置能够在最大外力超过判定值的情况下限制机器人的动作。像这样，通过在根据接触转矩计算外力时使用最小半径作为旋转半径，能够计算与进行动作的结构构件接触时的最大的外力，从而能够进行安全的评价。

另一方面，在多数情况下，最小半径Rmin比实际的旋转半径R小。在该情况下，计算出的最大外力Fmax比实际施加的外力F大。特别是在最小半径Rmin与实际的旋转半径R之差大的情况下，将最大外力Fmax计算得非常大。其结果，机器人的动作范围变小或者机器人的速度下降，从而作业效率下降。

与此相对，在本实施方式中的控制中，将多个结构构件中的一个以上的结构构件设定为特定构件。控制装置2基于特定构件的动作的状态计算最大外力，来控制机器人1。换言之，控制装置2能够不使用除特定构件以外的结构构件的动作来进行判定。在此，说明基于在下部臂12转动的关节部18配置的第二转矩传感器32的输出的控制。

在图4中示出本实施方式中的显示于示教操作盘的显示部的第一图像。在第一机器人装置3的第一控制中，首先，作业者从机器人装置3的多个结构构件中选定特定构件。

参照图2和图4，在第一控制中，特定构件设定部51基于作业者对显示于显示部28的图像进行的操作来设定特定构件。在第一图像66中，显示部28显示包含机器人的图像66a以及作业工具的图像66b的机器人装置的图像。机器人的图像66a被预先生成并存储于存储部42。作业工具的图像66b能够通过作业者操作输入部27来制作。作业工具的图像能够根据使用的作业工具而变更。在这里的例子中，显示出机器人装置的二维的图像，但是，不限于该方式。也可以显示出机器人装置的三维的图像。

另外，显示部28显示出机器人1的结构构件的一览表。作业者通过操作输入部27，来对显示于显示部28的图像进行操作。作业者从机器人1的结构构件的一览表选定至少一个以上的特定构件。作业者能够选定作业者有可能接触的结构构件。在此，作业者选定了作业工具、腕部以及上部臂。获取部24获取通过对显示于显示部28的图像的操作而选定的机器人1的结构构件，来作为用于设定特定构件的信息。输出部25向特定构件设定部51输出由作业者选定的结构构件。特定构件设定部51将在显示部28选择出的结构构件即腕部、上部臂以及作业工具设定为特定构件。

在实施的作业中，在基于动作程序而驱动机器人装置的期间内，处理部50的接触转矩计算部53基于由转矩检测部52检测出的转矩来计算接触转矩。接着，最大外力估计部54估计最大外力。最大外力是在作业者与任意的结构构件接触时假定的最大的外力。在本实施方式中，估计作业者与特定构件接触时的最大外力。在本实施方式的估计最大外力的计算中，使用以与各个结构构件相对应的方式形成的胶囊模型。

在图5中，示出本实施方式的胶囊模型的概要图。如箭头91所示，胶囊模型74具有在圆筒部74a的两侧接合了半球部74b、74c的形状。胶囊模型74具有使用相对于线段ML而言一定的距离MR来形成的表面。胶囊模型74能够由符号(ML，MR)来表现。距离MR为从线段ML上的任意的点起的半径。

在图6中，示出对本实施方式的机器人应用胶囊模型时的概要图。能够针对进行动作的结构构件制作胶囊模型。在这里的例子中，对下部臂12设定了胶囊模型75a。对上部臂11设定了胶囊模型75b。对腕部15设定了胶囊模型75c。而且，对作业工具5设定了胶囊模型75d。各个胶囊模型75a～75d具有各个结构构件被配置于内部的大小。

对结构构件设定了线段ML和距离MR。通过驱动轴J2来进行动作的胶囊模型75a由符号(ML2，MR2)来表现。同样，胶囊模型75b由符号(ML3，MR3)来表现，胶囊模型75c由符号(ML5，MR5)来表现。作业工具的胶囊模型75d由符号(MLT，MRT)来表现。如果线段ML的位置及姿势已决定，则生成胶囊模型的外周面。线段ML的位置及姿势能够由被各个驱动轴决定的坐标系来设定。基准坐标系71中的坐标值是通过驱动轴的坐标系中的坐标值来计算的。

针对各个结构构件的胶囊模型能够预先由作业者制作。各个胶囊模型能够以包围结构构件的方式配置为任意的大小并且配置于任意的位置。或者，也可以对一个结构构件设定两个以上的胶囊模型。通过该结构，能够以与结构构件的复杂的形状相对应的方式设定胶囊模型，从而能够实施精密的控制。

接着，说明最大外力估计部54根据接触转矩来计算用于计算最大外力的最小半径的方法。胶囊模型的表面与结构构件的表面相对应。在特定构件设定部51设定了特定构件的情况下，有时包括下部臂12。在该情况下，距驱动轴J2最近的结构构件的表面为下部臂12的表面。距驱动轴J2的最小半径R2min与从线段ML2上的点到胶囊模型75a的表面为止的距离MR2相等。接着，说明计算到远离驱动轴的结构构件为止的最小半径的方法。

图7是示出本实施方式的驱动第一机器人装置时的第一状态的概要图。图7是计算上部臂11的最小半径R3min时的说明图。在上部臂11配置有由符号(ML3，MR3)表现的胶囊模型75b。从驱动轴J2到胶囊模型75b的表面的最小距离相当于最小半径R3min。

胶囊模型75b的线段ML3是基于机器人1的位置及姿势来用基准坐标系71表现出的。线段ML3的端点由基准坐标系71的坐标值表现出。首先，设定与驱动轴J2垂直的旋转平面。旋转平面的位置能够选定驱动轴J2上的任意的位置。在此，作为与驱动轴J2垂直的旋转平面，设定了与纸面相同的平面。

接着，计算将胶囊模型75b的线段ML3投影到旋转平面而得到的线段ML3’。然后，计算包括线段ML3’的直线84。计算在旋转平面上从驱动轴J2起与直线84垂直地相交的垂线85。此时，直线84与垂线85的交点配置于线段ML3’的外侧。在该情况下，线段ML3’的一方的端点在线段ML3’上为从驱动轴J2到线段ML3’为止的距离最小的点X。接着，计算在旋转平面上驱动轴J2与点X的距离D3。接近点IP为在胶囊模型75b的表面上距驱动轴J2最近的点。接近点IP与驱动轴J2的距离为最小半径R3min。因此，通过从距离D3减去胶囊模型75b的距离MR3，能够计算最小半径R3min。

图8是示出本实施方式的驱动第一机器人装置时的第二状态的概要图。在图8所示的机器人1的位置及姿势中，也生成包括将胶囊模型75b的线段ML3投影到旋转平面而得到的线段ML3’的直线84。在旋转平面中生成与直线84垂直地相交的垂线85。此时，垂线85与线段ML3’相交。在该情况下，与垂线85相交的交点为从驱动轴J2到线段ML3’为止的距离最小的点X。然后，计算点X与驱动轴J2的距离D3。通过从该距离D3减去胶囊模型75b的距离MR3，能够计算最小半径R3min。像这样，能够根据机器人1的位置及姿势来计算针对胶囊模型75b的最小半径R3min。

在图7和图8所示的例子中，特定构件设定部51将上部臂11、腕部15以及作业工具5设定为特定构件。因此，最大外力估计部54能够针对胶囊模型75c、胶囊模型75d进行与胶囊模型75b的最小半径的计算同样的计算。然后，关于各个胶囊模型75b、75c、75d的表面，能够计算距驱动轴J2的距离为最小的最小半径。最大外力估计部54能够选定多个胶囊模型75b、75c、75d的最小半径中的、最小的最小半径。在这里的例子中，最大外力估计部54能够选定关于上部臂11的胶囊模型75b的最小半径R3min。然后，最大外力估计部54能够通过将由接触转矩计算部53计算出的接触转矩除以最小半径R3min来计算最大外力。

图9是本实施方式的驱动第一机器人装置时的第三状态的概要图。在图9所示的例子中，特定构件设定部51也将上部臂11、腕部15以及作业工具5设定为特定构件。针对与各个结构构件相对应的胶囊模型75b、75c、75d计算最小半径。

在此，示出了将作业工具5的胶囊模型75d的线段MLT投影到旋转平面而得到的线段MLT’。在图9所示的机器人1的位置及姿势中，具有距驱动轴J2最近的表面的胶囊模型为作业工具的胶囊模型75d。从线段MLT’的端点与驱动轴J2的距离DT减去距离MRT而得到的值为最小半径RTmin。最大外力估计部54能够通过将接触转矩除以最小半径RTmin，来计算最大外力。

像这样，由于机器人的位置及姿势变化，距规定的驱动轴的距离最小的胶囊模型变化。在将多个结构构件选定为特定构件的情况下，最大外力估计部54能够采用各个胶囊模型的最小半径中的、最小的最小半径来计算最大外力。

在上述的第一机器人装置的例子中，回转基座13与第一结构构件相对应。下部臂12与第二结构构件相对应。然后，特定构件设定部51将第二结构构件和配置于比第二结构构件靠机器人1的前端侧的位置的结构构件中的至少一个结构构件设定为特定构件。在此，将在图4中由作业者指定的结构构件设定为特定构件。最大外力估计部54能够基于驱动轴与特定构件的最短的距离来估计最大外力。

处理部50的判定部55判定最大外力是否脱离预先决定的判定范围。例如，判定部55判定最大外力是否比预先决定的上限值大。在最大外力比上限值大的情况下，动作变更部56能够实施避免外力增加的控制以及使机器人的动作速度减少的控制中的至少一方的控制。

例如，动作变更部56能够进行使机器人1停止的控制。或者，能够进行通过变更机器人1的工具前端点的行进方向来抑制外力的增加的控制。或者，能够进行使机器人1的工具前端的移动速度下降的控制。像这样，动作变更部56能够实施限制机器人的动作的控制。

对于从配置于除驱动轴J2以外的驱动轴J1、J3的转矩传感器31、33检测出的转矩，也能够实施与由转矩传感器32检测出的转矩同样的控制。即，处理部能够制作特定构件的胶囊模型，计算胶囊模型的最小半径，并基于最小半径来计算最大外力。在基于多个转矩传感器31、32、33的输出来控制机器人的情况下根据至少一个转矩传感器的输出计算出的最大外力脱离了判定范围的情况下，处理部能够实施限制机器人的动作的控制。

在此，控制装置也可以形成为选定机器人具有的多个驱动轴中的、在机器人的状态的评价中采用的驱动轴。获取部获取机器人具有的多个驱动轴中的、通过对显示于显示部的图像的操作而选定的驱动轴，来作为用于设定特定构件的信息。输出部能够向处理部发送所选定的驱动轴的信息。在上述的最大外力的评价中，控制装置能够构成为能够选定在作业者计算最大外力时采用的驱动轴。例如，能够设定为：实施使用了配置于驱动轴J2的转矩传感器的输出的控制，而不实施使用了配置于驱动轴J1、J3的转矩传感器的输出的控制。在此，显示部能够显示驱动轴的一览表。作业者能够通过输入部的操作来选定在最大外力的控制中采用的驱动轴。获取部能够获取在计算最大外力时采用的驱动轴的信息。输出部能够向处理部发送在计算外力时采用的驱动轴的信息。

本实施方式的控制装置的处理部将机器人的多个结构构件中的、一个以上的结构构件设定为特定构件。处理部基于传感器的输出来检测特定构件的动作的状态，基于特定构件的动作的状态来控制机器人的动作。因此，能够与机器人的除特定构件以外的结构构件的动作的状态无关地控制机器人。

在第一机器人装置中，能够针对作业者有可能接触的结构构件进行外力的判定。另一方面，能够将作业者不可能接触的结构构件从特定构件中排除。在用于计算最大外力的最小半径的计算中能够将除特定构件以外的结构构件排除。能够避免基于作业者不可能接触的结构构件来计算最大外力。因此，能够抑制最大外力变得过大而限制机器人的动作。其结果，能够抑制机器人的作业效率的下降。

在本实施方式中，特定构件设定部基于作业者对显示于显示部的图像进行的操作来设定特定构件。通过采用该结构，作业者能够从多个结构构件容易地选择特定构件。另外，显示部显示机器人的结构构件的一览表，特定构件设定部将根据作业者的操作而从结构构件的一览表选择出的结构构件设定为特定构件。因此，作业者能够容易地理解能够选择的结构构件。或者，能够抑制作业者忘记设定特定构件。

在上述的实施方式中，使用胶囊模型来计算用于计算最大外力的最小半径，但是，不限于该方式。能够针对各个结构构件通过任意的方法来计算最小半径。例如，也可以对结构构件仅设定胶囊模型的线段ML，而不设定胶囊模型的外周面。也可以基于从线段ML到驱动轴的距离来计算最小半径。在该方法中，不考虑结构构件的粗细，因此，针对从线段到结构构件的表面为止的距离的量会产生误差。然而，能够使最小半径的计算量变少。

或者，也可以替代胶囊模型而设定用多面体或立方体的集合覆盖结构构件的模型。然后，也可以计算从模型的表面到驱动轴的距离。例如，通过使用机器人的三维模型，能够计算从任意的形状的模型的表面到驱动轴为止的最短距离。

在图10中示出本实施方式中的显示于显示部的第二图像。在第一机器人装置的第二控制中，指定作业者有可能与机器人装置接触的区域。在第二图像67中，显示出机器人的图像67a和作业工具的图像67b。处理部50形成为根据作业者对显示于显示部28的机器人的图像进行的操作，来对机器人1的结构构件指定指定区域67c。例如，在显示部28由触摸面板方式的显示面板构成的情况下，作业者通过利用手指描画画面，能够指定覆盖结构构件的指定区域67c。作业者能够以包含有可能接触的结构构件的方式决定指定区域67c。

获取部24根据对显示于显示部28的图像的操作，来获取针对机器人1的图像决定的指定区域67c。输出部25将机器人1的图像和指定区域67c作为用于设定特定构件的信息发送到特定构件设定部51。特定构件设定部51能够将至少一部分被配置于指定区域67c的内部的机器人的结构构件设定为特定构件。在这里的例子中，在指定区域67c的内部配置有上部臂的一部分、腕部以及作业工具。因此，特定构件设定部51将上部臂、腕部以及作业工具设定为特定构件。

此外，特定构件设定部也可以将全部包括在指定区域的内部的结构构件设定为特定构件。例如，在图10所示的例子中，上部臂由于一部分配置于指定区域67c的外侧，因此可以不被设定为特定构件。通过像这样用指定区域选定特定构件的第二控制，作业者能够从多个结构构件容易地设定特定构件。特别是，在机器人的结构构件的个数多的情况下，作业者能够容易地选定特定构件。

在上述的实施方式中，通过作业者对显示于显示部的图像进行操作来选定特定构件，但是，不限于该方式。也可以在存储部预先存储特定构件。或者，也可以形成为根据机器人的动作的状况来选定特定构件。

在图11中示出本实施方式的显示于显示部的第三图像。在第一机器人装置的第三控制中，预先指定由作业者进行作业的作业区域。在第三图像68中，显示出三维的机器人的图像68a和三维的作业工具的图像68b。这样的三维的图像68a、68b例如能够通过获取从CAD(Computer Aided Design：计算机辅助设计)装置输出的三维数据来生成。

处理部50形成为能够根据作业者的操作来在机器人1的周围指定由作业者进行作业的作业区域68c。显示部28将作业区域68c与机器人的图像68a和作业工具的图像68b一起显示。作业区域68c能够用作业者有可能移动的区域指定。在这里的例子中，通过八个顶点来决定了长方体的作业区域68c。各个顶点的位置由基准坐标系71的坐标值来指定。能够通过作业者操作输入部27来设定作业区域68c。

作为作业区域，不限于长方体状的形状，能够设定任意的形状和任意的大小的作业区域。例如，能够将连接多个顶点而得到的多边形的区域设定为作业区域。或者，也可以通过将多个区域接合来生成一个作业区域。

获取部24获取针对机器人的位置预先决定的作业区域的位置。在此，获取部24通过基准坐标系71的坐标值来获取作业区域的顶点的位置。输出部25向特定构件设定部51发送作业区域的位置。特定构件设定部51在正在驱动机器人的期间内基于位置检测器23的输出来检测机器人1的位置及姿势。特定构件设定部51能够将至少一部分被配置于作业区域68c的内部的机器人1的结构构件设定为特定构件。

在图12中示出实际驱动机器人时的机器人和作业区域的概要图。在这里的例子中，腕部15的一部分和作业工具5配置于作业区域89的内部。特定构件设定部51将腕部15和作业工具5设定为特定构件。最大外力估计部54对腕部15设定胶囊模型75c，并对作业工具5设定胶囊模型75d。最大外力估计部54能够计算最小半径，并基于最小半径来计算最大外力。

或者，特定构件设定部51对机器人1的全部结构构件设定胶囊模型。而且，特定构件设定部51也可以将胶囊模型的至少一部分被配置于作业区域89的内部的结构构件设定为特定构件。

像这样，在第三控制中，能够基于机器人进行动作时的机器人的位置及姿势来设定特定构件。通过进行该控制，能够排除配置于除作业区域以外的区域的结构构件与作业者接触的可能性。能够根据机器人的位置及姿势来自动地变更有可能与作业者接触的结构构件。其结果，能够抑制对机器人的动作的限制，从而机器人装置的作业效率提高。

在本实施方式中，在机器人正在动作的期间内，将至少一部分被配置于作业区域的内部的结构构件设定为特定构件，但是，不限于该方式。也可以将结构构件的全部被配置于作业区域的内部的结构构件设定为特定构件。在图12所示的例子中，由于腕部15的一部分配置于作业区域89的外侧，因此，可以不将腕部15设定为特定构件。

另外，控制装置也可以形成为作业者设定作业区域，并且选定用于计算最大外力的结构构件。例如，获取部选定在基于动作程序驱动机器人时至少一部分被配置于作业区域的内部的机器人的结构构件。即，获取部基于作业区域和基于动作程序的机器人的可动范围，来选定机器人的结构构件。或者，获取部也可以形成为获取通过作业者对输入部的操作而选定的结构构件。获取部获取该机器人的结构构件来作为用于设定特定构件的信息。然后，特定构件设定部也可以基于选定的机器人的结构构件和作业区域来设定进行外力的评价的特定构件。

在图13中示出本实施方式中的第二机器人装置的框图。在第二机器人装置中，基于被设定为特定构件的移动点的速度来控制机器人的动作。第二机器人装置具备机器人7以及控制机器人装置的控制装置4。第二机器人装置的机器人7与第一机器人装置3的机器人1的不同点在于，不包括转矩传感器31、32、33。

控制装置4的控制装置主体40具备处理部60。处理部60与第一机器人装置3的处理部50同样具有特定构件设定部51、判定部55以及动作变更部56(参照图2)。第二机器人装置的处理部60包括速度检测部59，该速度检测部59检测针对结构构件预先决定的移动点的速度。处理部60和速度检测部59相当于按照动作程序65进行驱动的处理器。处理器通过实施由动作程序65决定的控制，来作为各个单元发挥功能。示教操作盘26具有与第一机器人装置3的示教操作盘26同样的结构(参照图2)。

速度检测部59基于位置检测器23的输出来检测特定构件中的移动点的速度。位置检测器23检测旋转角来作为用于检测结构构件中的移动点的速度的变量。

在图14中示出第二机器人装置的概要图。参照图13和图14，特定构件设定部51将机器人7的多个结构构件中的至少一个结构构件设定为特定构件。在这里的例子中，作业工具5被选定为特定构件。速度检测部59对特定构件设定由符号(MLT，MRT)表现的胶囊模型75d。在设定胶囊模型75d时，对作业工具5设定具有端点的线段MLT。在本实施方式中，线段MLT的端点被设定为移动点EP1、EP2。采用移动点EP1、EP2的速度来作为作业工具5的速度。

在此，对于作业工具5的移动速度，预先决定了关于与作业者的接触的安全速度Stol。安全速度Stol是在人与机器人的结构构件接触时确保作业者的安全的速度。安全速度Stol由作业者设定为任意的速度。或者，能够根据标准等来设定安全速度Stol。

速度检测部59在机器人装置实际基于动作程序65而驱动的期间内检测移动点EP1、EP2的速度。速度检测部59能够基于位置检测器23的输出来检测移动点EP1、EP2的速度。线段MLT能够由被各个驱动轴决定的坐标系来设定。各个坐标系的原点的位置及朝向通过配置于各个驱动轴的驱动马达的旋转角来计算。速度检测部59能够基于移动点EP1、EP2的位置和动作时间来计算移动点EP1、EP2的速度。

判定部55判定移动点EP1、EP2的速度是否脱离预先决定的判定范围。在移动点EP1、EP2的速度脱离判定范围的情况下，动作变更部56控制机器人7，使得移动点EP1、EP2的速度下降。在本实施方式中，判定部55判定移动点EP1的速度和移动点EP2的速度是否超过安全速度Stol。在移动点EP1的速度和移动点EP2的速度中的至少一方的速度超过安全速度Stol的情况下，动作变更部56实施降低机器人1的动作速度的控制，使得移动点的速度下降。

例如，有时能够将动作程序65的再现速度在1％以上且100％以下的范围内调整。在移动点EP1的速度超过安全速度的情况下，能够乘以移动点EP1的速度变为安全速度以内的比率来降低机器人7的动作速度。对于移动点EP2也同样，在移动点EP2的速度超过安全速度的情况下，能够乘以移动点EP2的速度变为安全速度以内的比率来降低机器人7的动作速度。

在此，在多个移动点处机器人的动作速度超过安全速度的情况下，能够采用机器人的动作速度为最低的比率。例如，假定以下情况：安全速度为100mm/s，与此相对地，再现速度为100％时的移动点EP1的速度为130mm/s，移动点EP2的速度为150mm/s。在该情况下，用于减速的各个比率为76％(通过100％×100/130计算出)和66％(通过100％×100/150计算出)。采用这些比率中的、再现速度的比率小的66％。在该情况下，动作变更部56使动作程序65的再现速度自动下降到66％。其结果，移动点EP1的速度为85.8mm/sec，移动点EP2的速度为99mm/sec，两方的移动点EP1、EP2减速到安全速度以下。

在比较例的控制中，能够针对机器人的全部结构构件，监视速度来限制机器人的动作速度。即，能够在至少一部分的结构构件脱离了安全速度的判定范围的情况下，限制机器人的动作。然而，由于对作业者不可能接触的结构构件的速度进行监视，因此，限制机器人的动作的机会增加，从而机器人装置的作用效率下降。

与此相对，在本实施方式的第二机器人装置中，预先将作业者有可能接触的结构构件设定为特定构件。然后，能够判定特定构件中的移动点的速度。因此，能够对于不可能接触的结构构件不限制速度地驱动机器人。其结果，限制机器人的动作的机会减少，从而作业效率提高。

例如，在作业工具的工具前端点接近驱动轴J1时，配置有驱动轴J3的关节部有时比工具前端点快地进行动作。在该情况下，通过指定作业工具作为特定构件，能够与配置有驱动轴J3的关节部的速度无关地继续机器人装置的作业。

在上述的实施方式中，将胶囊模型75d的线段MLT的端点设定为移动点EP1、EP2，但是，不限于该方式。能够将特定构件中的任意的点设定为移动点。例如，也可以在配置于各个驱动轴的坐标系中，将距坐标系的原点最远的结构构件的表面的位置预先设定为移动点。另外，在上述的实施方式中，示出了速度检测部59基于位置检测器23的输出来检测特定构件中的移动点的速度的例子，但是，不限于该方式。速度检测部也可以基于动作控制部发送的动作指令来检测移动点的速度。

第二机器人装置的其它的结构、作用及效果与第一机器人装置同样，因此在此不重复说明。

在图15中示出本实施方式中的第三机器人装置的概要图。第三机器人装置具备机器人8。机器人8包括接触传感器35，该接触传感器35配置为覆盖各个结构构件的表面。另外，接触传感器35配置为覆盖作业工具5的表面。接触传感器35是检测对结构构件的接触的传感器。作为接触传感器35，例如能够由薄片状的压敏传感器或压力传感器构成。

在图16中示出本实施方式中的第三机器人装置的框图。第三机器人装置具备包括处理部61的控制装置6。处理部61具有包括接触检测部62来替代第二机器人装置的处理部60的速度检测部59的结构(参照图13)。处理部61和接触检测部62相当于按照动作程序65进行驱动的处理器。处理器通过实施由动作程序65决定的控制，来作为各个单元发挥功能。

特定构件设定部51将机器人8的多个结构构件中的至少一个结构构件设定为特定构件。在机器人装置基于动作程序65实际进行驱动的期间内，接触检测部62基于配置于特定构件的接触传感器35的输出，来对人与机器人8接触这一情况进行检测。判定部55基于接触传感器35的输出来判定人是否与特定构件接触。在判定为人与机器人8的特定构件接触的情况下，动作变更部56能够实施避免接触力增加的控制以及使机器人的动作速度减少的控制中的至少一方的控制。例如，动作变更部56能够实施使机器人8停止的控制。

或者，接触检测部62对于机器人装置的全部结构构件检测人是否接触。如果在由接触检测部62检测出的结构构件中包括由特定构件设定部51设定的特定构件，则判定部55能够判定为人与特定构件接触。

在比较例的控制中，能够在由配置于机器人的结构构件的接触传感器中的至少一个接触传感器检测出人的接触的情况下，限制机器人的动作。然而，例如，在结构构件的外侧配置有线缆的机器人中，有时依赖于机器人的位置及姿势而导致线缆与接触传感器接触。在该情况下，机器人的动作被限制，从而机器人装置的作业效率下降。

与此相对，在本实施方式的第三机器人装置中，由特定构件设定部预先将作业者有可能接触的结构构件设定为特定构件。其结果，即使在作业者不可能接触的结构构件中探测出接触，机器人装置也能够继续动作，从而作业效率提高。

第三机器人装置的其它的结构、作用及效果与第一机器人装置和第二机器人装置同样，因此在此不重复说明。

在上述的各个控制中，能够在不变更功能和作用的范围内适当地变更步骤的顺序。

能够将上述的实施方式适当地组合。在上述的各附图中，对相同或相等的部分标注相同的附图标记。此外，上述的实施方式是例示，并不限定发明。另外，在实施方式中，包含权利要求书中示出的实施方式的变更。

附图标记说明

1、7、8：机器人；2、4、6：控制装置；3：机器人装置；5：作业工具；11：上部臂；12：下部臂；13：回转基座；14：基座部；15：腕部；18：关节部；23：位置检测器；24：获取部；25：输出部；26：示教操作盘；27：输入部；28：显示部；31、32、33：转矩传感器；35：接触传感器；50、60、61：处理部；51：特定构件设定部；52：转矩检测部；53：接触转矩计算部；54：最大外力估计部；55：判定部；56：动作变更部；59：速度检测部；66、66a、66b：图像；67、67a、67b：图像；67c：指定区域；68、68a、68b：图像；68c：作业区域；89：作业区域；EP1、EP2：移动点；J1、J2、J3、J4、J5、J6：驱动轴。

Claims (15)

1.一种控制装置，控制包括多个结构构件的机器人，所述控制装置具备：

传感器，其用于检测结构构件的动作的状态；以及

处理部，其基于所述传感器的输出来控制机器人的动作，

其中，所述处理部包括：特定构件设定部，其将多个结构构件中的一个以上的结构构件设定为特定构件；判定部，其基于所述传感器的输出来判定特定构件的动作的状态；以及动作变更部，其基于所述判定部的判定结果来变更机器人的动作。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其中，

还具备显示部，所述显示部显示与机器人的结构构件有关的信息，

所述特定构件设定部基于对显示于所述显示部的图像进行的操作来设定特定构件。

3.根据权利要求2所述的控制装置，其中，

所述显示部显示机器人的结构构件的一览表，

所述特定构件设定部将从结构构件的一览表选定的结构构件设定为特定构件。

4.根据权利要求2所述的控制装置，其中，

所述显示部显示机器人的图像，

所述处理部形成为根据所述操作来针对机器人的结构构件指定指定区域，

所述特定构件设定部将至少一部分被配置于所述指定区域的内部的机器人的结构构件设定为特定构件。

5.根据权利要求2所述的控制装置，其中，

所述处理部形成为根据所述操作来在机器人的周围指定由作业者进行作业的作业区域，

所述特定构件设定部在机器人正在驱动的期间内获取机器人的位置及姿势，并将至少一部分被配置于所述作业区域的内部的机器人的结构构件设定为特定构件。

6.一种机器人装置，具备：

根据权利要求1所述的控制装置；以及

机器人，其包括多个结构构件。

7.根据权利要求6所述的机器人装置，其中，

所述处理部包括最大外力估计部，所述最大外力估计部在人与机器人接触时估计作用于机器人的外力的最大值，

机器人包括第一结构构件和第二结构构件，所述第二结构构件相对于第一结构构件绕驱动轴进行转动，

所述传感器包括转矩传感器，所述转矩传感器检测绕所述驱动轴的转矩，

所述特定构件设定部将第二结构构件和配置于比第二结构构件靠机器人的前端侧的位置的结构构件中的至少一个结构构件设定为特定构件，

所述最大外力估计部基于所述驱动轴与特定构件的距离来估计最大外力，

所述判定部判定最大外力是否脱离预先决定的判定范围，

在最大外力脱离判定范围的情况下，所述动作变更部实施避免外力增加的控制以及使机器人的动作速度减少的控制中的至少一方的控制。

8.根据权利要求6所述的机器人装置，其中，

所述处理部包括速度检测部，所述速度检测部检测针对结构构件预先决定的移动点的速度，

所述传感器检测用于计算所述移动点的速度的变量，

所述速度检测部基于所述传感器的输出，来检测特定构件的所述移动点的速度，

所述判定部判定所述移动点的速度是否脱离预先决定的判定范围，

在所述移动点的速度脱离判定范围的情况下，所述动作变更部控制机器人，使得所述移动点的速度下降。

9.根据权利要求6所述的机器人装置，其中，

所述传感器包括接触传感器，所述接触传感器检测对机器人的接触，

所述判定部基于接触传感器的输出来判定人是否与特定构件接触，

在判定为人与特定构件接触时，所述动作变更部实施避免接触力增加的控制以及使机器人的动作速度减少的控制中的至少一方的控制。

10.一种操作装置，设定用于控制机器人的参数，所述操作装置具备：

显示部，其显示机器人的图像；

获取部，其基于对显示于所述显示部的图像的操作，来获取用于设定机器人的结构构件中的有可能接触的特定构件的信息；以及

输出部，其输出用于设定特定构件的信息。

11.根据权利要求10所述的操作装置，其中，

所述显示部在机器人的周围显示由作业者进行作业的作业区域，

所述获取部根据所述操作来获取针对机器人的位置决定的所述作业区域的位置。

12.根据权利要求11所述的操作装置，其中，

所述获取部获取在基于动作程序驱动了机器人时至少一部分被配置于所述作业区域的内部的机器人的结构构件。

13.根据权利要求10所述的操作装置，其中，

所述获取部获取通过对显示于所述显示部的图像的操作而选定的机器人的结构构件。

14.根据权利要求10所述的操作装置，其中，

所述获取部根据对显示于所述显示部的图像的操作，来获取为了选定特定构件而针对机器人的图像决定的指定区域。

15.根据权利要求10所述的操作装置，其中，

所述获取部获取机器人所具有的多个驱动轴中的、通过对显示于所述显示部的图像的操作而选定的驱动轴。