CN102666033A - 机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种机器人系统。在机器人控制器内部设置现有机器人控制器所不具备的安全PLC，并无需设置复杂的布线路径就能减少布线，并实现较高的安全性、可靠性。控制器(200)包括：机器人控制器控制基板(210)，该机器人控制器控制基板处理机器人(100)的控制指令；安全PLC(220)，该安全PLC对机器人本体的紧急停止进行控制；以及熔敷检测单元(230)，该熔敷检测单元对伺服电源断路用继电器的熔敷进行检测，对安全PLC直接输入来自教导操作终端(400)的与安全相关的信号(来自所述模式切换开关、所述伺服导通开关、所述紧急停止开关、及所述启动开关的信号)。

Description

机器人系统

技术领域

本发明涉及机器人系统的紧急停止装置及安全控制。

背景技术

一直以来，在设置有产业用机器人的工厂中，为了安全地控制包含机器人的生产线(机器人系统)，在各处设置有紧急停止按钮等紧急停止设备。另外，以安全护栏围住机器人的动作区域，限制操作员的进入。例如，专利文献1所记载的机器人系统中，在使用多个机器人的生产线上，利用旁路开关来个别控制安全护栏的门的联锁装置。另外，在现有的机器人系统中，对包含机器人及周边装置的生产线整体进行控制的外部控制盘等上位装置会对安全护栏的联锁装置、紧急停止装置等安全设备的状况进行确认，对系统的危险状态进行判断，另一方面，基于上位装置的控制和指令，各机器人的控制装置对相应的各机器人进行制动控制。例如，专利文献2所记载的机器人控制装置包括多个接受各种紧急停止因素的紧急停止因素接收电路，根据基于来自该接收电路的信号的紧急停止指令装置的紧急停止信号，制动装置使机器人紧急停止。

另外，提出有使用PLC(Programmable logic controller：可编程逻辑控制器)的机器人系统的控制。例如，对于专利文献3所记载的机器人系统，在机器人控制装置的外部包括PLC，利用通过多个发送接收机以数据通信缆线将PLC和机器人控制装置与网络相连接。另外，专利文献4所记载的机器人控制装置内置有控制其他机器人、搬运装置等周边装置相关的程序的PLC。

专利文献1：日本专利特开平3-136790号公报

专利文献2：日本专利特开昭63-318287号公报

专利文献3：日本专利特开平8-11074号公报(说明书(0015))

专利文献4：日本专利特开2003-228418号公报(说明图(0016)、(0029)、图1)

发明内容

然而，在产业用机器人的运用中，需要进行进入安全护栏的教导、维护操作，因此，存在中断生产线的操作，降低生产效率的问题。在专利文献1的机器人系统中，作为对策，在安全护栏的门的联锁中设置旁路开关，但是开关的切换十分繁琐，另外还需要追加复杂的布线电路，因此，从操作方面和动作方面来看，安全的可靠性不足。

另外，对于产业用的机器人的教导操作，是需要在将机器人切换到教导动作模式的基础上，操作者带着教导操作盘(也可称为教导操作终端或教导悬架)并使安全护栏的门成为打开状态，进入到机器人动作区域中来单独使机器人进行动作。在这种情况下，在现有的机器人系统中，基于机器人动作模式切换信号、安全护栏的门的联锁信号等，外部控制盘的上位装置将控制信号发送到周边设备或机器人的控制装置，从而对各周边设备、机器人进行控制。因而，需要复杂的布线路径的系统，从操作方面来看，安全的可靠性不足，上述复杂的布线路径是指将来自与机器人的控制装置相连接的教导操作盘的紧急停止开关、启动开关、模式切换开关等的信号暂时发送至外部控制盘的上位装置，将上位装置的判断结果的信号再次发送回机器人的控制装置。

另外，在文献3及4的机器人控制装置、系统中，利用PLC来提高控制机器人及周边装置的效率，但是，文献3及4的机器人控制装置、系统并未与联锁装置、各紧急停止按钮等安全关联的设备装置相连接，并未考虑在安全护栏内的机器人动作区域中进行操作的操作者的安全。

本发明是鉴于上述问题完成的，其目的在于提供一种机器人系统，该系统使得教导操作中紧急停止装置的模式切换变容易，并同时能可靠地提高机器人动作区域中进行教导操作的操作者的安全。另外，提供一种机器人系统，在该机器人系统及控制装置的安全电路、紧急停止电路中，力图排除复杂的布线路径来减少布线，并防止断线、错误布线等布线缺陷，获得较高安全性、可靠性。

为了解决上述问题，本发明提供以下技术方案。

(1)在机器人系统中，包括：机器人本体；控制器，该控制器对上述机器人本体的动作进行控制；以及教导操作终端，该教导操作终端与上述控制器相连接，被输入用于对上述机器人本体进行教导的教导数据，其特征在于，上述教导操作终端包括：模式切换开关，该模式切换开关发出切换上述机器人本体的自动运转模式和教导模式的信号；伺服导通开关，该伺服导通开关在教导模式中进行教导时，发出使上述机器人本体的伺服电动机的驱动电路有效的信号；紧急停止开关，该紧急停止开关发出与紧急停止命令相对应的紧急停止信号；以及启动开关，该启动开关根据开关操作状态发出紧急停止信号，上述控制器包括对上述机器人本体的紧急停止进行控制的安全PLC，向上述安全PLC直接输入来自上述模式切换开关、上述伺服导通开关、上述紧急停止开关、及上述启动开关的信号。

根据本发明，由于将来自教导操作终端的各开关(模式切换开关、伺服导通开关、紧急停止开关、启动开关)的信号直接输入安全PLC，因此，能容易且安全地在教导操作终端执行进行教导操作所需的控制器的安全输入的切换(屏蔽功能)，另外，对于教导操作时的紧急停止，能获得较高的安全性、可靠性。另外，由于将来自模式切换开关、伺服导通开关、紧急停止开关、启动开关的各开关的信号直接输入安全PLC，因此，无需设置暂时与外部控制盘连接，并将其结果再次发送回机器人的控制器(现有的一般的控制装置)的复杂布线路径，能够减少布线。

此处，所谓安全PLC，是指主要与为了确保产业设备装置等的安全的安全设备(紧急停止按钮等紧急停止设备、门联锁开关等)相连接的、为了构成系统的安全系统电路(例如紧急停止电路)而专用的PLC(也称为“安全控制器”)。即，安全PLC是满足IEC61508(电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全)的SIL(Safety Integrity Level；安全完整性等级)3的要求事项的高安全性的规格，可靠性非常高。安全PLC与紧急停止设备、联锁开关相连接，因此，系统的紧急停止电路的安全类别容易达到SIL4。此外，一般的PLC即使与紧急停止开关等相连接，也不能达到安全类别的SIL4。另外，所谓屏蔽功能是切换机器人系统的安全输入的功能，是为了进行教导操作等而在必要的情况下，使机器人系统的特定部位的安全护栏的联锁开关、紧急停止设备部分无效的功能。

(2)一种机器人系统，其特征值在于，包括安全设备，该安全设备发出使上述机器人本体进行紧急停止的紧急停止信号，向上述安全PLC直接输入来自上述安全设备的信号。

(3)一种机器人系统，其特征在于，上述安全设备是与围住设置于上位装置的紧急停止设备及/或上述机器人本体的安全护栏的门的打开连动的联锁装置。

根据本发明，由于将来自机器人系统所具备的安全设备的紧急停止信号直接输入安全PLC，因此，对于伴随控制器的屏蔽功能的复杂的联锁电路的动作控制，能够确保较高的安全性、可靠性。

(4)一种机器人系统，其特征在于，向上述安全PLC直接输入传感器的熔敷信号，上述传感器对断开上述伺服电动机的驱动电流的伺服电源断路用继电器的熔敷进行检测。

根据本发明，由于能直接将熔敷检测信号输入到安全PLC，则能够较好地保证机器人本体的紧急停止动作的安全性，可靠性。

如上所述，本发明的机器人系统在进行教导操作时容易切换紧急停止指令装置的模式，并同时能力图可靠地提高在机器人动作区域进行教导操作的操作者的安全。另外，机器人系统及控制装置的安全电路、紧急停止电路中，力图排除复杂的布线路径来减少布线，并防止断线、错误布线等布线缺陷，获得较高安全性、可靠性。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的机器人系统的结构图。

图2是本发明的实施方式所涉及的机器人系统的外观图。

图3是示出本发明的实施方式所涉及的机器人系统的电结构的框图。

图4是用于说明本发明的实施方式所涉及的安全PLC的输入单元的图。

图5是用于说明本发明的实施方式所涉及的安全PLC的输出单元的图。

具体实施方式

以下，参照附图，对用于实施本发明的最佳方式进行说明。

(机器人系统的结构)

图1(a)是示出本发明的实施方式所涉及的机器人本体的系统的结构的图，图1(b)是图1(a)的教导操作终端400的侧视图。另外，图2是表示包含本发明的实施方式所涉及的机器人的生产线(机器人系统)的布局的一个例子的俯视图。

本实施方式所涉及的机器人系统中包括作为产业用机器人的机器人100、控制器200、上位装置300、教导操作终端(教导悬架)400、安全护栏500、以及液晶显示器的制造装置550，各种装置、器械之类由有线或无线进行电连接，或使用串行电缆进行电连接。

机器人100是用于搬运作为工件的液晶显示器用玻璃基板10(以下，称为“基板10”)的产业用机器人。机器人100包括基台11、旋转单元12、支柱13、滑块14(支撑手臂15的支撑构件)、以及两根手臂15。另外，手臂15的前端具有手16。手16包括分叉部16a和手基座端部16b，分叉部16a上承载有基板10来进行搬运。

旋转单元12是设立有支柱13的基底构件，以可旋转的方式配置在基台11上，旋转单元1 2绕Z轴旋转，从而使机器人100旋转，能改变其朝向。另外，旋转单元12可利用未图示的水平移动结构而沿图中的Y轴方向移动到基台11上。而且，滑块14可在支柱13的侧面沿上下方向进行滑动(能向图的Z轴方向移动)。

两根手臂15由未图示的旋转驱动源来使手16沿基板10的取出、提供方向移动。此时，手臂15的结构进行以下伸缩动作，即，在伸长手臂15的伸长位置和折叠状态的收缩位置之间使手16沿单向进行直线移动。即，本实施方式中，沿图中的X方向进行往返移动。而且，进行动作，将基板10收纳到位于伸长位置的制造装置550，或将基板10运出收缩位置。

如上所述，机器人100是用于搬运基板10的搬运用机器人，特别是适用于将大型的玻璃基板10作为工件进行搬运的大型机器人。玻璃基板10是例如一边大约为3米的大致正方形形状，具有相当大的重量。因而，在紧急停止的情况下，可能会发生滑块14下落或手臂15飞出等危险动作，在操作区域R中有操作者进入的情况下是非常危险的，需要可靠地对这些危险动作进行制动。

此外，图2的机器人100是比图1的机器人100搬运更大的基板10的机器人，根据基板10的尺寸而将分叉部16a设为6个。另外，图2的机器人100的旋转单元12在旋转直径的设有支柱13的位置的相反一侧具有平衡器17，使旋转时的重量均衡。

上述机器人100设置于由安全护栏500和液晶显示器的制造装置550围住的位置(操作区域R)。

控制器200利用串行电缆等有线方式与机器人100电连接，利用伺服电动机(未图示)对向图中的X轴、Y轴、Z轴及θ轴各轴方向进行移动驱动的机器人100进行伺服控制。此外，控制器200在图2中配置在安全护栏500内，但是也可配置在安全护栏的外侧，能根据系统的需要来适当地改变该布局。另外，在控制器200内设置有紧急停止开关205。关于控制器200的内部结构，将在后文中阐述。

上位装置300作为由多条道构成的生产线的中央控制部起作用。更具体而言，上位装置300构成为控制包括机器人100及制造装置550等周边装置的整个生产线(系统)的外部控制盘，与控制器200电连接，配置在安全护栏500的外侧。另外，上位装置300还与制造装置550等周边装置电连接，并包括紧急停止开关、以及其他各种控制开关(未图示)。

教导操作终端400用于向机器人100教导位置信息，利用串行电缆等有线与控制器200相连接。而且，本实施方式的教导操作终端400包括模式切换开关420、伺服导通开关421、紧急停止开关410、及启动开关430，上述模式切换开关420发出切换机器人100的自动运行模式(遥控模式)和教导模式(教导模式)的信号，上述伺服导通开关42 1发出使机器人100的伺服电动机的驱动电路有效的信号，上述紧急停止开关410发出对应于紧急停止命令的紧急停止信号，上述启动开关430根据开关操作状态发出紧急停止信号。

具体而言，如图1(a)所示，在教导操作终端400的表面中央设置有LCD显示器405作为输出部。紧急停止开关410设置在LCD显示器405的右上方。另外，模式切换开关420及伺服导通开关421设置于LCD显示器405的右下方的开关群。另外，该开关群中包含切换其他动作模式的各种切换开关。另外，在LCD显示器405的右方设置有多个按键(开关)415。上述按键415是用于教导而使机器人100从当前位置移动到规定的目标位置的开关，使向X轴、Y轴、Z轴、及θ轴各轴方向移动的X轴缓行按键、Y轴缓行按键、Z轴缓行按键等。

启动开关430设置于教导操作终端400的背面侧方，在其附近设置有操作者用于把持控制器400的把持部435(参照图1(b))。对于启动开关430，是用于在操作者轻握时导通、在操作者松开或强握时断开的避免危险的开关，为了能在操作者把持着把持部435进行操作时，同时按下启动开关430，而优选将启动开关与把持部435进行一体设置或将启动开关430设置在把持部435附近，当然也可将启动开关430安装在教导操作终端的握持部背面等，存在被称为服役开关的启动开关430。此外，启动开关430是使机器人控制器200的伺服导通、断开，从而使机器人100紧急停止的开关。

此外，上述各动作按键及动作模式切换开关等的配置是一个例子，也能是不同于图1所示的配置状态、操作状态(例如杠杆开关式等)。

设置安全护栏500，用于确保操作者不会无意地进入机器人100的动作范围内，从而确保操作者的安全。更具体而言，如图2所示，作为周边装置，3台液晶显示器的制造装置550设置在安全护栏500的四面中三面的部分开口的位置，以围住机器人100。然后，利用安全护栏500和制造装置550形成机器人100的操作区域R。此外，代替制造装置550，也能配置用于与其他生产线相连接的传送装置或其连接装置、对多块基板10进行层叠载放以进行收纳的基板盒装置。

另外，对安全护栏500设置开关门510，安装能检测开关门510的开关状态的联锁装置511。因此，构成以下系统：即，在自动运作模式(遥控模式)下操作者打开安全护栏500的开关门510的情况下，联锁装置511进行动作，机器人100紧急停止。而且，在各处设置有在危险情况或系统发生问题的情况下发出使机器人100、周边装置550紧急停止的紧急停止信号的紧急停止设备600。此外，紧急停止设备600可由例如紧急停止按钮及与其相对应的双重开关等构成。

(机器人系统的电结构)

图3是示出本发明的实施方式所涉及的机器人系统的电结构的框图。

控制器200包括机器人控制器控制基板210、安全PLC220、以及熔敷检测单元230，上述机器人控制器控制基板210处理机器人100的控制指令，安全PLC220控制机器人本体的紧急停止，熔敷检测单元230检测伺服电源断路用继电器的熔敷。

机器人控制器控制基板210包括中央控制装置CPU及ROM、RAM等存储装置。利用与基于存储在存储装置中的机器人100的动作程序及用于动作的参数的各种坐标系的直线动作、旋转动作、各轴动作相关的命令，来控制机器人100进行动作。此外，来自教导操作终端400的信号输入用于改变并修正机器人100的动作程序及用于动作的参数。

向安全PLC220输入来自教导操作终端400的与安全相关的信号、以及来自上位装置300的与安全相关的信号。所谓来自教导操作终端400的与安全相关的信号是指，由紧急停止开关410、启动开关430、模式切换开关420、及伺服导通开关421发出的信号(图中，按照上述顺序依次为N2、N4、N5、N8)。另外，所谓来自上位装置的与安全相关的信号是指，从紧急停止设备发出的信号N1、从联锁装置发出的信号N3及维护信号N7。此外，将来自教导操作终端400的与安全无关的信号(例如，从各坐标系的直线动作按键、旋转动作按键、各轴动作按键等发出的信号)直接输入机器人控制器控制基板210。

另外，从安全PLC220向上位装置300发送对紧急停止设备、启动开关的监控结果(图中，按照上述顺序为Y2、Y3)，从安全PLC220向机器人控制器控制基板210输出安全PLC错误信号、安全PLC教导/遥控信号Y4。另外，从机器人控制器控制基板210向安全PLC220输出机器人系统错误信号N6。使用图4说明其详细情况。

图4是用于说明本发明的实施方式所涉及的安全PLC的输入单元的图，图5是用于说明本发明的实施方式所涉及的安全PLC的输出单元的图。

向输入单元输入以下各种信号：即，来自上位装置300的紧急停止输入N1、来自教导操作终端400的紧急停止输入N2、来自上位装置300的联锁信号N3、由教导操作终端400的启动开关发出的紧急停止信号N4、由教导操作终端400的模式切换开关发出的模式信号N5、来自机器人控制器控制基板210的系统错误信号N6、来自上位装置300的维护时的联锁信号N7、由教导操作终端400的伺服导通开关发出的伺服导通信号N8、及从熔敷检测单元230发出的熔敷检测信号N9。而且，可也向上位装置300进行控制的周边设备中的紧急停止设备600输入与外部用继电器的熔敷相关的检测信号。

从输出单元输出以下各种信号：即，输出到伺服电源断路用继电器的输出信号Y1、输出到上位装置300的输出信号(紧急停止设备的监控信号Y2、启动开关的监控信号Y3)、输出到机器人控制器控制基板2 10的输出信号Y4(教导/远程读取信号、安全PLC错误信号)。

另外，由于一般而言，安全PLC能容易地改变内部的安全逻辑运算，因此，能够追加联锁电路的功能等，实现较高的灵活性。

(其他实施方式)

在本实施方式中，进行配置，使得两个手16与两根手臂15沿上下方向重叠。即，本实施方式的机器人100是双臂型机器人。此外，机器人100也可是具有一个手16和一根手臂15的单臂型机器人。而且，在本实施方式中，举例示出了搬运玻璃基板作为工件的双臂型机器人，但是，也可以是搬运半导体晶片等的机器人。另外，本发明并不限于搬运基板的机器人系统，也能够使用于其他形式用途的机器人或其他产业设备。

附图标记

100  机器人本体

200  控制器

210  机器人控制器控制基板

220  安全PLC

300  上位装置

400  教导操作终端

500  安全护栏

Claims (4)

1.一种机器人系统，包括：

机器人本体；

控制器，该控制器对所述机器人本体的动作进行控制；以及

教导操作终端，该教导操作终端与所述控制器相连接，被输入用于对所述机器人本体进行教导的教导数据，

该机器人系统的特征在于，

所述教导操作终端包括：

模式切换开关，该模式切换开关发出切换所述机器人本体的自动运转模式和教导模式的信号；

伺服导通开关，该伺服导通开关在教导模式中进行教导时，发出使所述机器人本体的伺服电动机的驱动电路有效的信号；

紧急停止开关，该紧急停止开关发出与紧急停止命令相对应的紧急停止信号；以及

启动开关，该启动开关根据开关操作状态发出紧急停止信号，

所述机器人控制器包括对所述机器人本体的紧急停止进行控制的安全PLC，

向所述安全PLC直接输入来自所述模式切换开关、所述伺服导通开关、所述紧急停止开关、及所述启动开关的信号。

2.如权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，

包括安全设备，该安全设备发出使所述机器人本体紧急停止的紧急停止信号，

向所述安全PLC直接输入来自所述安全设备的信号。

3.如权利要求2所述的机器人系统，其特征在于，

所述安全设备是与围住设置于上位装置的紧急停止设备及/或所述机器人本体的安全护栏的门的打开连动的联锁装置。

4.如权利要求1至3的任一项所述的机器人系统，其特征在于，

向所述安全PLC直接输入传感器的熔敷检测信号，所述传感器对断开所述伺服电动机的驱动电流的伺服电源断路用继电器的熔敷进行检测。

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