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JP7064458B2 - Robot control method - Google Patents
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Description

本発明は、ロボットの可動範囲内の人や物などの物体とロボットのアームの先端に設けられたエンドエフェクターとの干渉を回避するためのロボットの制御方法に関するものである。 The present invention relates to a robot control method for avoiding interference between an object such as a person or an object within the movable range of the robot and an end effector provided at the tip of the robot arm.

ロボットは、製造業等において産業用ロボットとして従来より幅広く利用されてきている。特に近年においては、労働人口の減少を補うために工場内で作業者と協力して働く協働ロボットが注目されている。 Robots have been widely used as industrial robots in the manufacturing industry and the like. Particularly in recent years, collaborative robots that work in cooperation with workers in factories to compensate for the decrease in the working population have been attracting attention.

このロボットにおいては、ロボットの可動範囲内の人や物などの物体と衝突すると、人を損傷させてしまったり、物やロボットが破損してしまうおそれがあるため、その衝突を回避する制御が必要となる（たとえば、特許文献１参照。）。 In this robot, if it collides with an object such as a person or an object within the movable range of the robot, there is a risk of damaging the person or the object or the robot, so control to avoid the collision is necessary. (For example, see Patent Document 1).

特開２００４－１２１７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-1217

ロボットには、アームの先端にエンドエフェクターが設けられ、エンドエフェクターで各種の作業を行うように制御されるものがある。このロボットにおいては、アームの先端に設けられたエンドエフェクターが広い範囲で素早く動き回ることもあり、また、エンドエフェクターの形状も必ずしも滑らかな形状とは限られない。 Some robots are provided with an end effector at the tip of the arm and are controlled to perform various tasks by the end effector. In this robot, the end effector provided at the tip of the arm may move around quickly in a wide range, and the shape of the end effector is not always smooth.

一方、ロボットの可動範囲内の人やその人と共に移動する物は、俊敏に移動することもあり、また、ロボットのエンドエフェクターとの衝突によって、人の目や口などの身体を重度に損傷させてしまったり、物の商品価値が損なわれる状態にまで破損させてしまうおそれがある。 On the other hand, a person within the range of motion of the robot or an object that moves with the person may move swiftly, and the collision with the robot's end effector seriously damages the body such as the eyes and mouth of the person. There is a risk that it will be damaged or even damaged to the point where the commercial value of the product is impaired.

そのため、アームの先端にエンドエフェクターが設けられたロボットにおいては、エンドエフェクターと人や物などの物体との干渉を回避することが課題となる。 Therefore, in a robot provided with an end effector at the tip of the arm, it is a problem to avoid interference between the end effector and an object such as a person or an object.

そこで、請求項１に係る本発明では、ロボットの可動範囲内の人や物などの物体とロボットのアームの先端に設けられたエンドエフェクターとの干渉を回避するロボットの制御方法において、物体の位置を認識するための認識センサーとエンドエフェクターと物体との接近を検出するための接近センサーをコントローラーに接続し、エンドエフェクターに接近センサーを移動機構を介して設け、コントローラーは、認識センサーで物体を認識するとともに、認識センサーの検出値に基づいて移動機構を駆動制御し、接近センサーの検出値に基づいてエンドエフェクターの動作を制御することにした。
Therefore, in the present invention according to claim 1, in the robot control method for avoiding interference between an object such as a person or an object within the movable range of the robot and an end effector provided at the tip of the robot arm, the position of the object. A recognition sensor for recognizing the object and an proximity sensor for detecting the approach between the end effector and the object are connected to the controller, and an approach sensor is provided on the end effector via a movement mechanism, and the controller recognizes the object with the recognition sensor. At the same time, it was decided to drive and control the movement mechanism based on the detection value of the recognition sensor, and to control the operation of the end effector based on the detection value of the proximity sensor.

そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。 Then, in the present invention, the effects described below are obtained.

すなわち、本発明では、ロボットの可動範囲内の人や物などの物体とロボットのアームの先端に設けられたエンドエフェクターとの干渉を回避するロボットの制御方法において、エンドエフェクターと物体との接近を検出するための接近センサーの検出値に基づいてエンドエフェクターの動作を制御することにしているために、エンドエフェクターと人や物などの物体との干渉を回避することができる。 That is, in the present invention, in the robot control method for avoiding interference between an object such as a person or an object within the movable range of the robot and the end effector provided at the tip of the robot arm, the end effector and the object are brought close to each other. Since the operation of the end effector is controlled based on the detection value of the proximity sensor for detection, it is possible to avoid the interference between the end effector and an object such as a person or an object.

特に、前記エンドエフェクターの動作を検出するための動作センサーの検出値からエンドエフェクターの進行方向を求め、エンドエフェクターの進行方向に接近センサーのセンシング方向を向けて接近センサーでエンドエフェクターと物体との接近を検出し、接近センサーの検出値に基づいてエンドエフェクターの動作を制御することにしているために、エンドエフェクターと人や物などの物体との干渉を精度良く回避することができる。 In particular, the traveling direction of the end effector is obtained from the detection value of the motion sensor for detecting the motion of the end effector, the sensing direction of the approach sensor is directed to the traveling direction of the end effector, and the approach sensor approaches the end effector and the object. Since the operation of the end effector is controlled based on the detection value of the proximity sensor, it is possible to accurately avoid the interference between the end effector and an object such as a person or an object.

また、前記接近センサーの検出値からエンドエフェクターと物体との相対加速度を求め、相対加速度に応じてエンドエフェクターの動作を制御することにした場合には、素早く動作するエンドエフェクターと俊敏に移動する物体（人）との干渉をより一層精度良く回避することができる。 Further, when the relative acceleration between the end effector and the object is obtained from the detection value of the proximity sensor and the operation of the end effector is controlled according to the relative acceleration, the end effector that moves quickly and the object that moves quickly Interference with (people) can be avoided even more accurately.

また、前記物体の位置を認識する認識センサーの検出値に基づいて、接近センサーのセンシング方向をエンドエフェクターの進行方向に向けるように制御することにした場合には、人や物などの物体とエンドエフェクターとの接近を早期に検出することができ、物体とエンドエフェクターとの干渉を良好に回避することができる。 Further, when it is decided to control the sensing direction of the approach sensor so as to be directed to the traveling direction of the end effector based on the detection value of the recognition sensor that recognizes the position of the object, the end is an object such as a person or an object. The approach to the effector can be detected at an early stage, and the interference between the object and the end effector can be satisfactorily avoided.

ロボットを示す説明図。Explanatory diagram showing a robot. 同構成図。The same configuration diagram.

以下に、本発明に係るロボットの制御方法の具体的な構成について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a specific configuration of the robot control method according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図１に示すように、ロボット１は、工場等の作業空間２に設置されており、可動するアーム３の先端にエンドエフェクター４が取付けられている。なお、一般的にアーム３は、多軸で構成され所定範囲内で自在に稼働するようになっているが、これに限られず、一定範囲内で一定方向への動作を行うものであってもよい。また、エンドエフェクター４は、ロボット１の作業内容に応じて１種類又は複数種類の動作を行う各種のものが含まれる。 As shown in FIG. 1, the robot 1 is installed in a work space 2 such as a factory, and an end effector 4 is attached to the tip of a movable arm 3. In general, the arm 3 is composed of multiple axes and can operate freely within a predetermined range, but the arm 3 is not limited to this, and even if the arm 3 operates in a certain direction within a certain range. good. Further, the end effector 4 includes various types that perform one type or a plurality of types of operations according to the work content of the robot 1.

作業空間２の天井には、ロボット１と作業者５や物６などの物体７を認識するための認識センサー８が設けられている。なお、認識センサー８は、ロボット１や物体７を認識することができればよく、カメラ等の撮像手段でもよく、レーザーや音波などを用いたセンサーや電磁波等を用いた検出手段であってもよい。また、ロボット１と物体７とを同時に認識できる１台の装置に限られず、複数台の装置でロボット１と物体７とを同時に又は別々に認識できるものであってもよい。 A recognition sensor 8 for recognizing a robot 1 and an object 7 such as a worker 5 or an object 6 is provided on the ceiling of the work space 2. The recognition sensor 8 may be an image pickup means such as a camera, or may be a sensor using a laser, a sound wave, or a detection means using an electromagnetic wave or the like, as long as it can recognize the robot 1 or the object 7. Further, the device is not limited to one device that can recognize the robot 1 and the object 7 at the same time, and a plurality of devices may be capable of recognizing the robot 1 and the object 7 at the same time or separately.

また、ロボット１のエンドエフェクター４には、エンドエフェクター４と物体７との接近を検出するための接近センサー９が移動機構10を介して設けられている。なお、接近センサー９は、エンドエフェクター４と物体７との接近を検出することができればよく、エンドエフェクター４と物体７との相対的な距離を計測できる距離センサーが好適である。接近センサー９は、検出範囲が予め定まっており特定の方向において検出が可能な指向性を有している。また、移動機構10は、エンドエフェクター４に対して接近センサー９のセンシング方向（指向方向）を移動させることができればよく、構造は限定されないが、エンドエフェクター４の動作速度よりも速く動作する構造とするのが好ましい。 Further, the end effector 4 of the robot 1 is provided with an approach sensor 9 for detecting the approach between the end effector 4 and the object 7 via a moving mechanism 10. The proximity sensor 9 only needs to be able to detect the approach between the end effector 4 and the object 7, and a distance sensor capable of measuring the relative distance between the end effector 4 and the object 7 is suitable. The proximity sensor 9 has a directivity in which a detection range is predetermined and can be detected in a specific direction. Further, the moving mechanism 10 only needs to be able to move the sensing direction (directivity direction) of the approach sensor 9 with respect to the end effector 4, and the structure is not limited, but the structure operates faster than the operating speed of the end effector 4. It is preferable to do.

さらに、ロボット１のエンドエフェクター４には、エンドエフェクター４の動作（移動方向や移動速度など）を検出するための動作センサー11が設けられている。なお、動作センサー11は、エンドエフェクター４の移動方向や移動速度などの動作を直接的又は計算によって間接的に検出することができればよく、たとえば、加速度センサーとジャイロセンサーとの組合せなどが好適である。 Further, the end effector 4 of the robot 1 is provided with an operation sensor 11 for detecting the operation (moving direction, moving speed, etc.) of the end effector 4. The motion sensor 11 may be able to directly or indirectly detect the motion of the end effector 4, such as the moving direction and the moving speed, and for example, a combination of an acceleration sensor and a gyro sensor is suitable. ..

そして、図２に示すように、ロボット１（アーム３、エンドエフェクター４）や認識センサー８や接近センサー９や移動機構10や動作センサー11は、コントローラー12に接続されている。コントローラー12は、認識センサー８や接近センサー９や動作センサー11からの検出値に基づいてロボット１や移動機構10を駆動制御するためのプログラムに従って制御するようになっている。なお、コントローラー12は、１台の装置で構成する場合に限られず、複数台の装置で個別に制御を行うように分散させて構成してもよい。 Then, as shown in FIG. 2, the robot 1 (arm 3, end effector 4), the recognition sensor 8, the proximity sensor 9, the movement mechanism 10, and the motion sensor 11 are connected to the controller 12. The controller 12 is adapted to control according to a program for driving and controlling the robot 1 and the moving mechanism 10 based on the detection values from the recognition sensor 8, the proximity sensor 9, and the motion sensor 11. The controller 12 is not limited to the case where it is configured by one device, and may be distributed and configured so that the controller 12 is individually controlled by a plurality of devices.

コントローラー12は、認識センサー８でロボット１や物体７を認識し、必要に応じて警報音や警告灯などによって報知する。たとえば、コントローラー12は、認識センサー８で認識される領域を、作業空間２の全体の領域である作業領域と、ロボット１が可動する可動領域と、ロボット１のエンドエフェクター４から所定距離内の危険領域とに分け、各領域ごとに異なる報知を行う。 The controller 12 recognizes the robot 1 and the object 7 by the recognition sensor 8, and notifies the robot 1 and the object 7 by an alarm sound, a warning light, or the like as needed. For example, the controller 12 sets the area recognized by the recognition sensor 8 as the entire area of the work space 2, the movable area in which the robot 1 can move, and the danger within a predetermined distance from the end effector 4 of the robot 1. It is divided into areas, and different notifications are given for each area.

また、コントローラー12は、接近センサー９でエンドエフェクター４と物体７との接近を検出し、接近センサー９の検出値に基づいてロボット１（エンドエフェクター４）の動作を制御する。たとえば、コントローラー12は、接近センサー９の検出値からエンドエフェクター４と物体７との相対距離を求め、相対距離が第１の所定距離未満となった場合には報知を行うとともにエンドエフェクター４の動作を低速にし、相対距離が第２の所定距離（第１の所定距離よりも近接した距離）未満となった場合にはエンドエフェクター４の動作を停止する。 Further, the controller 12 detects the approach between the end effector 4 and the object 7 by the proximity sensor 9, and controls the operation of the robot 1 (end effector 4) based on the detection value of the approach sensor 9. For example, the controller 12 obtains the relative distance between the end effector 4 and the object 7 from the detected value of the proximity sensor 9, and notifies when the relative distance is less than the first predetermined distance and operates the end effector 4. When the relative distance becomes less than the second predetermined distance (distance closer than the first predetermined distance), the operation of the end effector 4 is stopped.

このエンドエフェクター４と物体７との接近による制御においては、エンドエフェクター４と物体７との相対距離に応じてエンドエフェクター４の動作を制御する場合に限られず、エンドエフェクター４と物体７との相対距離の時間的変化から算出される相対速度や相対加速度や相対加加速度などに応じてエンドエフェクター４の動作を制御することもできる。このように、時間的変化が加味される相対速度や相対加速度などのほうが共に移動するエンドエフェクター４と物体７との干渉を精度良く検出することができ、特に、相対加速度等の高次の加速度の場合には機敏で動作の予測が困難な人（作業者５）に対しても柔軟に対応することができる。 The control by approaching the end effector 4 and the object 7 is not limited to controlling the operation of the end effector 4 according to the relative distance between the end effector 4 and the object 7, and is relative to the end effector 4 and the object 7. It is also possible to control the operation of the end effector 4 according to the relative speed, the relative acceleration, the relative jerk, etc. calculated from the temporal change of the distance. In this way, it is possible to accurately detect the interference between the end effector 4 and the object 7 that move together with the relative velocity and relative acceleration that take into account changes over time, and in particular, higher-order acceleration such as relative acceleration. In the case of, it is possible to flexibly deal with a person (worker 5) who is agile and whose operation is difficult to predict.

さらに、エンドエフェクター４と物体７との接近による制御において、コントローラー12は、動作センサー11の検出値からエンドエフェクター４の進行方向を求めるとともに、そのエンドエフェクター４の進行方向と接近センサー９のセンシング方向とが一致するように移動機構10を駆動制御する。そして、コントローラー12は、エンドエフェクター４の進行方向に接近センサー９のセンシング方向を向けた状態で接近センサー９でエンドエフェクター４と物体７との接近を検出し、その接近センサー９の検出値に基づいてエンドエフェクター４の動作を制御する。 Further, in the control by approaching the end effector 4 and the object 7, the controller 12 obtains the traveling direction of the end effector 4 from the detected value of the motion sensor 11, and also determines the traveling direction of the end effector 4 and the sensing direction of the approach sensor 9. The movement mechanism 10 is driven and controlled so as to match with. Then, the controller 12 detects the approach between the end effector 4 and the object 7 with the approach sensor 9 in a state where the sensing direction of the approach sensor 9 is directed to the traveling direction of the end effector 4, and is based on the detected value of the approach sensor 9. Controls the operation of the end effector 4.

その際に、コントローラー12は、常時、エンドエフェクター４の進行方向と接近センサー９のセンシング方向とを一致させてもよく、また、認識センサー８でロボット１や物体７の位置や距離を認識し、必要に応じてエンドエフェクター４の進行方向と接近センサー９のセンシング方向とを一致させてもよい。たとえば、認識センサー８によって物体７が可動領域に進入したことを認識した場合にだけエンドエフェクター４の進行方向と接近センサー９のセンシング方向とを一致させるように移動機構10を制御してもよい。また、認識センサー８によって物体７の動きを時系列的に追跡し、物体７がエンドエフェクター４に近接していることを認識した場合にエンドエフェクター４の進行方向と接近センサー９のセンシング方向とを一致させるように移動機構10を制御してもよい。 At that time, the controller 12 may always match the traveling direction of the end effector 4 with the sensing direction of the approach sensor 9, and the recognition sensor 8 recognizes the position and distance of the robot 1 and the object 7. If necessary, the traveling direction of the end effector 4 and the sensing direction of the proximity sensor 9 may be matched. For example, the movement mechanism 10 may be controlled so that the traveling direction of the end effector 4 and the sensing direction of the approach sensor 9 match only when the recognition sensor 8 recognizes that the object 7 has entered the movable region. Further, the movement of the object 7 is tracked by the recognition sensor 8 in time series, and when it is recognized that the object 7 is close to the end effector 4, the traveling direction of the end effector 4 and the sensing direction of the approach sensor 9 are determined. The movement mechanism 10 may be controlled so as to match.

以上に説明したように、上記ロボット１は、ロボット１の可動範囲内の人（作業者５）や物６などの物体７とロボット１のアーム３の先端に設けられたエンドエフェクター４との干渉を回避するように制御されており、エンドエフェクター４と物体７との接近を検出するための接近センサー９の検出値に基づいてエンドエフェクター４の動作を制御するように構成している。 As described above, the robot 1 interferes with an object 7 such as a person (worker 5) or an object 6 within the movable range of the robot 1 and an end effector 4 provided at the tip of the arm 3 of the robot 1. Is controlled so as to avoid the above, and the operation of the end effector 4 is controlled based on the detection value of the approach sensor 9 for detecting the approach between the end effector 4 and the object 7.

そのため、上記構成のロボット１では、エンドエフェクター４と人（作業者５）や物６などの物体７との干渉を回避することができ、ロボット１との衝突によって人（作業者５）が損傷したり物６やロボット１が破損してしまうのを防止することができる。 Therefore, in the robot 1 having the above configuration, it is possible to avoid interference between the end effector 4 and an object 7 such as a person (worker 5) or an object 6, and the person (worker 5) is damaged by the collision with the robot 1. It is possible to prevent the object 6 and the robot 1 from being damaged.

また、上記ロボット１は、エンドエフェクター４の動作を検出するための動作センサー11の検出値からエンドエフェクター４の進行方向を求め、エンドエフェクター４の進行方向に接近センサー９のセンシング方向を向けて接近センサー９でエンドエフェクター４と物体７との接近を検出し、接近センサー９の検出値に基づいてエンドエフェクター４の動作を制御する構成となっている。 Further, the robot 1 obtains the traveling direction of the end effector 4 from the detection value of the motion sensor 11 for detecting the motion of the end effector 4, and approaches the traveling direction of the end effector 4 toward the sensing direction of the approach sensor 9. The sensor 9 detects the approach between the end effector 4 and the object 7, and the operation of the end effector 4 is controlled based on the detected value of the approach sensor 9.

そのため、上記構成のロボット１では、エンドエフェクター４と人（作業者５）や物６などの物体７との干渉を精度良く回避することができ、ロボット１との衝突によって人（作業者５）が損傷したり物６やロボット１が破損してしまうのをより確実に防止することができる。 Therefore, in the robot 1 having the above configuration, interference between the end effector 4 and an object 7 such as a person (worker 5) or an object 6 can be accurately avoided, and the collision with the robot 1 causes the person (worker 5). Can be more reliably prevented from being damaged or the object 6 or the robot 1 being damaged.

また、上記ロボット１は、接近センサー９の検出値からエンドエフェクター４と物体７との相対加速度を求め、相対加速度に応じてエンドエフェクター４の動作を制御する構成となっている。 Further, the robot 1 is configured to obtain the relative acceleration between the end effector 4 and the object 7 from the detected value of the approach sensor 9 and control the operation of the end effector 4 according to the relative acceleration.

そのため、上記構成のロボット１では、素早く動作するエンドエフェクター４と俊敏かつ予測困難に移動する物体７（特に人（作業者５））との干渉をより一層精度良く回避することができる。 Therefore, in the robot 1 having the above configuration, it is possible to avoid the interference between the rapidly moving end effector 4 and the agile and difficult-to-predict moving object 7 (particularly a person (worker 5)) with higher accuracy.

また、上記ロボット１は、物体７の位置を認識する認識センサー８の検出値に基づいて、接近センサー９のセンシング方向をエンドエフェクター４の進行方向に向けるように制御する構成となっている。 Further, the robot 1 is configured to control the sensing direction of the approach sensor 9 so as to be directed to the traveling direction of the end effector 4 based on the detection value of the recognition sensor 8 that recognizes the position of the object 7.

そのため、上記構成のロボット１では、人や物などの物体７とエンドエフェクター４との接近を早期に検出することができ、物体７とエンドエフェクター４との干渉を良好に回避することができる。 Therefore, in the robot 1 having the above configuration, the approach between the object 7 such as a person or an object and the end effector 4 can be detected at an early stage, and the interference between the object 7 and the end effector 4 can be satisfactorily avoided.

１ ロボット ２ 作業空間
３ アーム ４ エンドエフェクター
５ 作業者 ６ 物
７ 物体 ８ 認識センサー
９ 接近センサー 10 移動機構
11 動作センサー 12 コントローラー 1 Robot 2 Work space 3 Arm 4 End effector 5 Worker 6 Object 7 Object 8 Recognition sensor 9 Approach sensor 10 Movement mechanism
11 motion sensor 12 controller

Claims (1)

ロボットの可動範囲内の人や物などの物体とロボットのアームの先端に設けられたエンドエフェクターとの干渉を回避するロボットの制御方法において、
物体の位置を認識するための認識センサーとエンドエフェクターと物体との接近を検出するための接近センサーをコントローラーに接続し、エンドエフェクターに接近センサーを移動機構を介して設け、コントローラーは、認識センサーで物体を認識するとともに、認識センサーの検出値に基づいて移動機構を駆動制御し、接近センサーの検出値に基づいてエンドエフェクターの動作を制御することを特徴とするロボットの制御方法。
In a robot control method that avoids interference between an object such as a person or an object within the movable range of the robot and an end effector provided at the tip of the robot arm.
A recognition sensor for recognizing the position of an object and an approach sensor for detecting the approach between the end effector and the object are connected to the controller, and an approach sensor is provided on the end effector via a movement mechanism. The controller is a recognition sensor. A robot control method characterized by recognizing an object , driving and controlling a movement mechanism based on the detection value of a recognition sensor, and controlling the operation of an end effector based on the detection value of an approach sensor.
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