[0001] 本发明涉及对设置于生产现场的工业用机器人进行控制的机器人控制装置。

[0002] 当在生产现场使用工业用机器人时，用户预先制作包含针对机器人的动作指令在内的程序，而存储于机器人控制装置中。或者，用户使用与机器人控制装置相连的示教操作盘等，实际操作机器人对机器人示教作业动作。此外，在像这样设定机器人的动作时，一般情况下，用户将机器人可以发挥的最大速度、最大加速度设为上限，决定该机器人的用途所需的速度、加速度。

[0003] 但是，在因程序错误或操作错误造成机器人与周边设备发生干扰时，若机器人以最大速度或者最大加速度动作，则对周边设备造成极大的损伤。

[0004] 以往，为了降低这样的干扰时的损伤，而存在通过设定与机器人的动作限制相关的参数，来限制机器人可以发挥的最大速度、最大加速度这样的方法(以下，称为第一现有例)。此外，以同样的目的还存在在机器人控制装置中设置将机器人的动作模式切换为示教模式的开关，在示教模式下，将机器人的动作速度限制为规定的安全速度而进行机器人的示教操作这样的方法(以下，称为第二现有例)。

[0005] 此外，在以下的专利文献中还公开了限制机器人的动作速度的方法。

[0006] 具体来说，日本特开2015-208789号公报公开了如下装置：通过设置于机器人的传感器来检测机器人周围的环境信息，以该环境信息为基础，生成包含传感器不能检测的未观测区域和机器人的动作环境在内的三维环境模型。该装置具有如下功能：在判定为机器人侵入到未观测区域时，限制机器人的动作速度、动作加速度、动作力等。

[0007] 日本特开2015-000470号公报公开了如下机器人控制装置：设定将机器人与人隔离的安全距离，当判定为即使紧急停止机器人也无法停止而超过安全距离时，限制机器人的动作速度，而能够停止。

[0008] 日本特开2011-125975号公报公开了具有侵入检测部和动作检测部的装置，所述侵入检测部对侵入到包含机器人臂在内的规定范围内的物体的位置进行检测，所述动作检测部对机器人臂前端的位置、移动方向以及移动速度进行检测。该装置具有如下功能：根据物体与机器人臂前端的距离、机器人臂前端相对于物体的移动方向，限制机器人臂的动作速度。在机器人臂向靠近人或物体的方向移动，相对于人或物体存在于规定的隔离距离内时，限制机器人臂的动作。另一方面，在机器人臂向远离人或物体的方向移动时，继续不限制机器人臂的动作。

[0009] 但是，若像上述第一现有例那样，通过设定参数来限制机器人能够发挥的最大速度、最大加速度，即使在不需要限制速度的动作区域，例如干扰的可能性小的动作区域中，也限制机器人的最大速度、最大加速度。由此，在使用了机器人的生产工序中周期时间延长。

[0010] 此外，与像上述第二现有例那样，将机器人的动作模式切换为示教模式而限制机器人的最大速度、最大加速度的情况同样地，即使在不需要限制速度的动作区域中，也限制机器人的最大速度、最大加速度。结果，机器人示教作业的效率低。此外，还产生如下问题：只在示教模式时进行速度限制，而在机器人涉及的生产过程中不进行速度限制。

[0011] 并且，在所述的日本特开2015-208789号公报所记载的装置的情况下，为了限制机器人的动作速度，需要通过传感器来检测机器人周围的环境信息，以该环境信息为基础，生成包含不能通过传感器检测的未观测区域在内的三维环境模型。因此，每当开始机器人的动作控制时，都需要用于生成三维环境模型的运算处理。

[0012] 此外，在所述的日本特开2015-000470号公报所记载的装置的情况下，在判定为即使紧急停止机器人也不能停止而超过安全距离的情况下，限制机器人的动作速度。在该装置中，判定是否限制机器人的动作速度的条件是复杂的。

[0013] 此外，即使在所述的日本特开2011-125975号公报所记载的装置的情况下，为了判定是否限制机器人臂的速度，需要对物体与机器人臂前端的距离、机器人臂前端相对于物体的移动方向进行检测，进行动作限制的控制是复杂的。

[0021] 接下来，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在参照的附图中，对同样的结构部分或者功能部分标注同样的参照符号。为了容易理解，这些附图可以适当变更比例尺。此外，附图所示的方式是用于实施本发明的一个示例，本发明并非局限于图示的方式。

[0022] 图1是表示一实施方式的机器人控制装置10的功能框图。

[0023] 参照图1，本实施方式的机器人控制装置10为了控制工业用的机器人11而以能够相互通信的方式与机器人11相连接。

[0024] 如图1中的两点划线的框架内所示，机器人11是通过关节部11b将多个臂部(连杆部)11a相互连接而构成的多关节机器人。

[0025] 为了利用机器人11进行作业，机械手、加工工具、焊接工具等各种工具11c以能够装卸的方式安装于关节部11b(以下，有时也称为手腕部)，所述关节部11b存在于机器人11远端侧的臂部11a的末端。优选的是，手腕部具有使工具11c在翻滚角方向、俯仰角方向、以及偏航角方向这三个方向上动作那样的关节结构。

[0026] 在机器人11的各关节部11b中内置有对臂部11a进行旋转驱动的电动机20。机器人控制装置10通过向机器人11的各关节部11b内的电动机20输送速度指令、位置指令、转矩指令等动作指令，使各臂部11a动作。并且机器人11具有检测电动机20的轴位置(旋转角度)的位置编码器等位置检测器21。机器人控制装置10具有伺服放大器19，该伺服放大器19将动作指令输出给电动机20，以便于对由位置检测器21检测的电动机20实际的轴位置与指令值的偏差进行校正(修正)。

[0027] 在本申请中，假设如下情况：在由机器人11的臂部11a的能够旋转范围规定的范围内设置有机床或带式传输机等各种周边设备或者结构物(未图示)。例如，机器人11作为针对机床而装卸工件的作业的装载/卸载部而设置于生产现场的情况。在这样的情况下，当机器人11按照动作程序进行动作时，若存在程序错误，则安装于机器人11的手腕部的工具11c的末端部(以下，称为工具前端部。)有时与机床发生干扰。此外，当用户为了对机器人11示教作业动作而使用示教操作盘23使机器人11动作时，有时因用户的操作错误使得机器人11的工具前端部与机床发生干扰。当发生这样的干扰时若工具前端部以机器人11能够发挥的最大速度以及最大加速度动作，则机床受到极大的损伤。因此，为了降低损伤，在本申请中，设置成：用户事先将不使机器人11高速动作的区域，即动作限制区域A设定登记于机器人控制装置10内。并且，机器人控制装置10构成为在该动作限制区域A内具有工具前端部的位置的期间，限制机器人11的速度和加速度。

[0028] 图2是表示通过机器人控制装置10而动作的机器人11的臂部11a与动作限制区域A的俯视图。但是，图2所示的臂部11a设为，在机器人11的远端侧安装有工具的臂部。此外，动作限制区域A是在实际的空间中不能目视确认的区域，为了容易理解通过虚线的框来图示。

[0029] 如图2所示，机器人11的工具前端部的位置从位置P1朝向位置P2旋转。此时，在工具前端部通过虚线所示的动作限制区域A的期间进行机器人11的动作限制。因此，即使工具前端部与动作限制区域A中的机床等发生干扰，也可以将机床的损伤抑制得小。

[0030] 另一方面，在机器人11的工具前端部进入到动作限制区域A之前和离开动作限制区域A之后，不进行机器人11的动作限制，机器人11的臂部11a以按照动作指令的速度和加速度旋转。因此，与预先设定限制速度和加速度的参数的方法、切换成示教模式将机器人的动作限制为规定的安全速度而进行机器人的示教操作的方法相比，机器人11的动作效率得以提升。

[0031] 动作限制区域A例如如图2所示被定义为正方体的内侧。该情况下，将正方体顶点的坐标值从后述的动作限制区域设定部16进行数值输入，而保存于判定部17。优选的是，该坐标值是机器人11的世界坐标系中的位置。此外，动作限制区域A也可以定义为多个区域，此外，形状并非局限于正方体。

[0032] 并且，再次参照图1，对上述本实施方式的机器人控制装置10进行更具体的说明。

[0033] 如图1所示，本实施方式的机器人控制装置10具有：动作指令部12、示教模式指令部13、存储部14、机器人工具前端位置计算部15、动作限制区域设定部16、判定部17、动作限制部18、以及伺服放大器19。以下，对这些结构要素的功能进行说明。

[0034] 驱动机器人控制装置10的控制对象即机器人11的各轴的电动机20是伺服电动机。

[0035] 动作指令部12按照预先制作出的机器人动作程序，输出使机器人11动作的指令信号(动作指令)。机器人动作程序存储于存储部14内。用户可以使用与机器人控制装置10能够通信地相连的上位计算机22来制作，存储于存储部14。存储部14例如是RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)这样的存储器装置、或硬盘这样的磁存储装置等。

[0036] 示教模式动作指令部12在将用户使用示教操作盘23操作机器人11的信号输入到机器人控制装置10时，生成以及输出与该输入信号对应的指令信号(动作指令)。

[0037] 伺服放大器19具有经由后述的动作限制部18接受从动作指令部12输出的指令信号，以使该指令信号与来自检测电动机20的轴位置(旋转角度)的位置检测器21的输出信号一致的方式来控制电动机20的功能。优选的是，在位置检测器21中使用编码器。此外，伺服放大器19可以设置于机器人控制装置10外。

[0038] 机器人工具前端位置计算部15具有在机器人11的动作过程中，对安装于机器人11的工具11c的前端部的位置即工具前端部的位置进行计算的功能。计算的工具前端部的位置通过机器人11的世界坐标系中的坐标值来表现。

[0039] 设置动作限制区域设定部16是为了由用户通过机器人11的世界坐标系中的坐标值来设定任意大小的动作限制区域A。动作限制区域A是在设置有机器人11的实际空间中不允许机器人11的高速动作的区域。例如，在机器人11针对机床进行装卸工件的作业时，包含该机床在内的区域被设定为动作限制区域A。

[0040] 动作限制区域设定部16也可以由附属于上位计算机22或者示教操作盘23等的键盘或者触摸面板等输入装置构成。由动作限制区域设定部16设定的动作限制区域A的坐标值数据被输送至后述的判定部17而被保存。

[0041] 判定部17具有如下功能：对由机器人工具前端位置计算部15计算出的工具前端部的位置是否处于由动作限制区域设定部16设定出的动作限制区域A内进行判定。

[0042] 动作限制部18具有如下功能：在通过判定部17判定为工具前端部的位置处于动作限制区域A内时，将机器人11的速度和加速度中的至少一个限制为预定值以下。具体来说，动作限制部18在工具前端部的位置处于动作限制区域A内的期间，通过以恒定比例只降低应该输出到机器人11的动作指令中的速度、加速度的指令值，从而使机器人11的速度和加速度中的至少一个降低至预定值以下。

[0043] 所述的机器人控制装置10也可以具有图形显示机器人11的动作限制区域A的显示部(未图示)。此外，显示部也可以由附属于上位计算机22的显示面板、示教操作盘23所具备的显示画面构成。通过具有这样的显示部，用户一边利用显示部确认一边进行机器人11的动作限制区域A的设定。

[0044] 图3是表示图1所示的机器人控制装置10涉及的机器人11的处理流程的流程图。

[0045] 以下，参照图1～图3对图1所示的机器人控制装置10的动作进行说明。但是，在实施图3的步骤S11时，设置成动作限制区域A通过动作限制区域设定部16被设定而输入到判定部17。

[0046] 首先，在图3的步骤S11中，机器人控制装置10的机器人工具前端位置计算部15计算当前动作中的机器人11的工具前端部的位置。

[0047] 例如，机器人工具前端位置计算部15从编码器等位置检测器21每隔规定时间例如每一控制周期，读取机器人11的各关节部11b内的电动机20的轴位置(旋转角度)。并且，机器人工具前端位置计算部15根据读取出的各电动机20的旋转角度、以及各臂部11a或工具11c等机构部的设计尺寸，例如各电动机轴间的长度，计算机器人11的世界坐标系中的工具前端部的位置。上述机构部的设计尺寸事先存储于机器人控制装置10。

[0048] 接下来，在图3的步骤S12中，判定部17判定由机器人工具前端位置计算部15计算出的工具前端部的位置是否处于由动作限制区域设定部16预先设定的动作限制区域A内。当该判定结果为工具前端部的位置处于动作限制区域A内时，进行图3的步骤S13。

[0049] 在图3的步骤S13中，动作限制部18将机器人11的速度以及加速度中的至少一个限制为规定值以下。

[0050] 例如，动作限制部18只将从图1所示的动作指令部12或者示教模式指令部13输出的动作指令中的速度、加速度的指令值分别减低至规定阈值以下而输出给伺服放大器19。由此，不论在生产过程中还是机器人示教过程中在工具前端部的位置处于动作限制区域A内的期间，一边将机器人11的速度、加速度抑制为规定安全值以下，一边使机器人11履行所指令的动作。

[0051] 另一方面，在上述步骤S12中，当判定为工具前端部的位置不处于动作限制区域A内时，不限制机器人11的速度、加速度。也就是说，机器人11以按照从动作指令部12或者示教模式指令部13输出的动作指令的速度、加速度动作(图3的步骤S14)。

[0052] 并且，在执行所述的步骤S13或者步骤S14的处理时，判定是否输出了动作指令的结束信号(图3的步骤S15)。在该步骤中，当判定为输出了动作指令的结束信号时，机器人11的动作结束。另一方面，当判定为没有输出动作指令的结束信号的期间，换言之，在输出了动作指令的期间重复所述步骤S11～步骤S15的一连串处理。

[0053] 如以上所说明那样，当在生产设备中例如使机器人11对机床进行工件的装卸时，用户可以将包含机床在内的任意区域设为动作限制区域A事先设定于机器人控制装置10内。机器人控制装置10在生产时或示教时计算机器人11中的工件前端部的位置，在该工具前端部的位置处于动作限制区域A内的期间，限制机器人11的速度以及加速度。因此，即使在生产过程中或机器人示教过程中因程序错误或操作错误导致机床与机器人11发生干扰时，与没有限制机器人11的速度、加速度的情况相比，能够降低损伤。

[0054] 并且，机器人控制装置10构成为若工具前端部的位置不处于动作限制区域A内，则不限制机器人11的速度以及加速度。因此，在不需要限制速度的动作区域中可以避免机器人的速度、加速度降低，使得生产过程中或示教过程中的机器人11的动作效率提升。

[0055] 另外，上述的实施例中的机器人控制装置10使用计算机系统而构成，所述计算机系统具有经由总线相互连接的存储部、CPU(central processing unit，中央处理单元)以及通信部等。该存储部是ROM(read only memory，只读存储器)、RAM(random access memory，随机存取存储器)等，此外，上述那样的机器人控制装置10具有的动作指令部12、示教模式指令部13、机器人工具前端位置计算部15、动作限制区域设定部16、判定部17、动作限制部18等的功能和动作，都通过CPU执行储于该ROM的程序来达成。

[0056] 以上，使用典型的实施方式对本发明进行了说明，但是只要是本领域的技术人员应当理解，可以在不脱离本发明公开的范围内对上述各实施方式进行变更以及各种其他变更、省略、追加。