JP2009078336A - 複数ロボットの干渉防止制御装置および干渉防止制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のロボット間における相互の干渉防止を、簡単な制御で実施することができる複数ロボットの干渉防止制御装置を提供する。
【解決手段】複数のロボット７，９の動作が相互に干渉する可能性を有する干渉可能エリア３４に侵入する任意の１のロボット７，９の不法侵入を検出する侵入検出手段と、侵入検出手段による検出結果に基づいて、不法侵入したロボット７，９に対し干渉回避動作を実行させる回避制御手段と、を備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、主としてワークの受け渡しを行う複数のロボット間において、相互の干渉を防止する複数ロボットの干渉防止制御装置および干渉防止制御方法に関するものである。

従来、この種の干渉防止制御装置は、干渉対象となる複数のロボットの実行中の教示プログラムを先読みし、各ロボットに現在より複数の補間周期後の所定の時刻に停止指令を行った場合の停止予定位置を、補間周期毎に求める演算手段と、求めた各停止予定位置において各ロボットの可動部間の干渉の有無を判定する干渉判定手段と、干渉判定手段により干渉有りと判定された場合、各ロボットに減速開始を指令する手段と、を備えている（特許文献１参照）。
また、このような干渉予測に、更に各ロボットの可動部の立体形状を加味した干渉防止制御装置も知られている（特許文献２参照）。
特開２００６−６８８５７号公報 特開２００３−３３４７７７号公報

このような従来の干渉防止制御装置では、演算処理により教示プログラムから停止予定位置等を予測し、干渉の有無を判定するようにしているため、極めて高速且つ大容量の演算処理を行う必要があり、制御系が複雑且つ大掛かりになる問題があった。また、ワークの受け渡しを行うようなロボット同士では、干渉の可能性有りのときに、両者を同時に減速や緊急停止すると、作業効率が低下してしまう問題が生ずる。さらに、制御プログラムのバグ等により、ロボットが意図しないモーションを行った場合、干渉回避が不可能となる問題があった。

本発明は、複数のロボット間における相互の干渉防止を、簡単な制御で確実に実施することができる複数ロボットの干渉防止制御装置および干渉防止制御方法を提供することを課題としている。

本発明の複数ロボットの干渉防止制御装置は、複数のロボットが相互に干渉する可能性を有する干渉可能エリアに侵入する任意の１のロボットの不正侵入を検出する侵入検出手段と、侵入検出手段による検出結果に基づいて、不正侵入したロボットに対し干渉回避動作を実行させる回避制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明の複数ロボットの干渉防止制御方法は、複数のロボットが相互に干渉する可能性を有する干渉可能エリアを設定するエリア設定工程と、設定した干渉可能エリアに侵入する任意の１のロボットの不正侵入を検出する侵入検出工程と、侵入検出工程による検出結果に基づいて、不正侵入したロボットに対し干渉回避動作を実行させる回避制御工程と、を備えたことを特徴とする。

これらの構成によれば、侵入検出手段が任意の１のロボットの不正侵入を検出すると、回避制御手段は、該ロボットに干渉回避動作を実行させる。このため、干渉可能エリアに既に侵入している適正侵入のロボットの動作に影響を与えることなく、不正侵入のロボットが適正侵入のロボットと干渉するのを、有効に防止することができる。なお、ロボットの侵入とは、自走式のロボットではロボット自身の侵入、多関節ロボット等では、ロボットハンドの侵入、ロボットアームの侵入、ロボットハンドが把持しているワークの侵入等をいう。

この場合、干渉可能エリアに配設され、各ロボットにより搬送されるワークの受け渡しを介在する受渡しユニットを、更に備えることが好ましい。

この構成によれば、受渡しユニットにおけるワークの受け渡しにおいて、ロボット同士の干渉を適切に防止することができる。

これらの場合、侵入検出手段は、干渉可能エリアに１台のロボットのみが侵入した場合に、これを適正侵入として検出し、干渉可能エリアに予め１台のロボットが侵入している状態で、２台目以降のロボットが侵入した場合に、これを不正侵入として検出することが好ましい。

この構成によれば、干渉可能エリアに侵入するロボットの優先順位を定めることができ、不正侵入するロボットがあっても、適正侵入のロボットに対しその動作を阻害することがない。このため、複数のロボットによる一連の作業のタクトタイムを適切に維持することができる。

一方、干渉可能エリアは、外側の警告用エリアと内側の防護用エリアとから成り、侵入検出手段は、警告用エリアへの不正侵入および防護用エリアへの不正侵入を個別に検出可能に構成され、回避制御手段は、警告用エリアに対する検出結果に基づいて、ロボットの減速制御を実行し、防護用エリアに対する検出結果に基づいて、ロボットの停止制御および退避制御のうち少なくとも停止制御を実行することが、好ましい。

この構成によれば、侵入検出手段が、警告用エリアへの不正侵入および防護用エリアへの不正侵入を個別に検出することにより、干渉の可能性の大小に応じて、不正侵入のロボットの動作を規定することができる。これにより、干渉を防止しつつ、複数のロボットによる一連の作業のタクトタイムを短縮することができる。

また、侵入検出手段は、干渉可能エリアをカバーするエリアセンサおよび超音波センサのいずれかを有していることが、好ましい。

この構成によれば、単純な構造で、ロボットの不正侵入を確実に検出することができる。

さらに、回避制御手段は、不正侵入を報知する報知手段を有していることが、好ましい。

この構成によれば、ロボット同士の干渉の可能性を、オペレータに認識させることができる。なお、報知方法としては、画面表示（警告）や音声（アラーム）によるものが考えられる。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る複数ロボットの干渉防止制御装置（以下、「干渉防止制御装置」と言う。）を、液晶パネルの生産ラインに適用した場合について説明する。この生産ラインは、主として分散制御（個別制御）される複数台のロボットを用い、ワークであるパネル本体にバックライトやマイクロレンズアレイやカラーフィルタを組み込むものであり、その際、干渉防止制御装置は、ワークの受け渡しを行うロボット同士の相互の干渉を防止（回避）する。なお、本実施形態では、説明を簡単にするため、２台のロボットと１つの干渉可能エリアと、を有する場合について説明する。

図１および図２に示すように、この生産ライン１は、第１ロボット７および第１組立装置８から成る第１組立ユニット２と、第２ロボット９および第２組立装置１０から成る第２組立ユニット３と、第１組立ユニット２と第２組立ユニット３との間に配設した受渡しユニット４と、第１組立ユニット２の上流側に配設した搬入ユニット５と、第２組立ユニット３の下流側に配設した搬出ユニット６と、これらユニットの駆動を相互にリンクさせつつ個別に制御する制御系１１と、を備えている。そして、これら各ユニット２，３は、いわゆるセル形式で構成され、交換、増設等可能に構成されている。また、両ロボット７，８は、スカラ型ロボット(水平多関節ロボット)で構成されている。

図３に示すように、制御系１１は、第１ロボット７を制御する第１ロボットコントローラ２１および第１組立装置８を制御する第１装置コントローラ２２と、第２ロボット９を制御する第２ロボットコントローラ２３および第２組立装置１０を制御する第２装置コントローラ２４と、受渡しユニット４を制御する受渡しコントローラ２５と、搬入ユニット５を制御する搬入コントローラ２６と、搬出ユニット６を制御する搬出コントローラ２７と、両ロボット７，９の侵入を検出する監視ユニット３３を構成する各種センサと、を有している。第１ロボットコントローラ２１は、搬入コントローラ２６および受渡しコントローラ２５とインターフェース２８を介して接続され、また第２ロボットコントローラ２３は、受渡しコントローラ２５および搬出コントローラ２７とインターフェース２８を介して接続されている。

図２に示すように、受渡しユニット４の部分には、受渡しユニット４に侵入する第１ロボット７の第１可動部（ロボットアームおよびロボットハンド）３１および第２ロボット９の第２可動部（ロボットアームおよびロボットハンド）３２を検出する監視ユニット３３が配設されている。受渡しユニット４の上部空間は、第１ロボット７の第１可動部３１が可動する第１可動エリア２９と、第２ロボット９の第２可動部３２が可動する第２可動エリア３０とが重複する領域であり、両可動部３１，３２が干渉する可能性のある干渉可能エリア３４である。すなわち、監視ユニット３３は、この干渉可能エリア３４に侵入してくる第１可動部３１および／または第２可動部３２を検出する。もっとも、実際の干渉可能エリア３４は、監視ユニット３３の監視領域の内側にあるが、便宜的に監視領域と干渉可能エリア３４を同一視している。なお、請求項にいう侵入検出手段は、監視ユニット３３、侵入検知部３５および侵入判定部３６から構成されている。

一方、受渡しコントローラ２５は、この監視ユニット３３の検出結果に基づいて、各ロボット７，９の侵入を検知する侵入検知部３５と、侵入検知部からの信号に基づいて、該ロボットの侵入が「適正侵入」か「不正侵入」か、を判定する侵入判定部３６と、侵入判定部３６による「不正侵入」判定に基づいて、該当ロボット７，９に対し、上記のインターフェース２８を介して干渉回避指令を発令する回避指令部３７と、「不正侵入」と判定された場合、アラームを鳴動させる報知部（報知手段）３８と、を有している。そして、この監視ユニット３３、侵入検知部３５、侵入判定部３６、回避指令部３７および報知部３８により、干渉防止制御装置３９が構成されている。

図１に示すように、オペレータ４１により、搬入ユニット５にセットされたワークＷは、搬入位置に移動され、第１ロボット７に受け渡されて第１組立装置８に導入される。第１組立装置８では、ワークＷに対し、別途供給された部品が組み込まれる。第１組立装置８により、部品が組み込まれたワークＷは、再度第１ロボット７により、受渡しユニット４に移載される。受渡しユニット４は、ワークバッファとして機能すると共に、ワークＷを移動させつつその姿勢変更等を行う。第２ロボット９は、受渡しユニット４からワークＷを受け取り、第２組立装置１０に導入する。第２組立装置１０では、ワークＷに対し、別途供給された部品が組み込まれる。第２組立装置１０により、部品が組み込まれたワークＷは、再度第２ロボット９により、搬出ユニット６に移載される。

なお、受渡しユニット４は、単なるバッファ機能や姿勢変更機能を有するものの他、インデックス搬送、シャトル搬送の機能、反転等の姿勢変更機能を有するものであってもよい。また、受渡しユニット４自体、部品加工の機能や部品組立の機能を有しているものであってもよい。さらに、ワークＷにＩＣチップが埋め込まれている場合には、これを読み取るリーダーを有していてもよいし、ワークＷの画像認識のためのカメラを有していてもよい。

図２に示すように、監視ユニット３３は、受渡しユニット４の周囲空間（干渉可能エリア３４）の４辺を囲むように配設した４組のエリアセンサ４２と、４組のエリアセンサ４２を吊下げ支持する支持部材（図示省略）と、で構成されている。各エリアセンサ４２は、発光素子アレイ（半導体レーザ）４３と受光素子アレイ４４とを対向配置したものであり、いわゆるライトカーテン形式のもので構成されている。もちろんレーザスキャン形式のものであってもよい。対向する発光素子アレイ４３および受光素子アレイ４４で構成される平面内に異物が侵入すると、検出光が遮られて、干渉可能エリア３４への異物の侵入を検出する。言うまでもないが、この異物に相当するものは、ロボットハンド、ロボットアーム、ロボットハンドが把持しているワークＷであり、総じてロボット７，９の侵入として説明をすすめる。

次に、図４の動作フローを参照して、干渉防止制御装置３９による干渉回避の制御方法について説明する。受渡しユニット４（受渡しコントローラ２５）から第１ロボット７（第１ロボットコントローラ２１）に、ワークＷの受渡し要求が指令されると、第１ロボット７はこの要求にしたがって、第１組立装置８から受け取ったワークＷを干渉可能エリア３４に侵入して受渡しユニット４に受け渡す。この間、監視ユニット３３および受渡しコントローラ２５は協働して、第１ロボット７の「適正侵入」を検出しつつ、第２ロボット９の「不正侵入」を監視する。すなわち、第１ロボット７の「適正侵入」を検出している間において、第２ロボット９の侵入を検出した場合、受渡しコントローラ２５は、これを「不正侵入」とし第２ロボット９に干渉回避動作を指令する。また同時に、アラームを鳴動する。干渉回避動作は、各種に条件を加味して設定された指定シーケンスによるが、例えば動作の減速（減速通過）、停止、干渉可能エリア３４からの退避等がある。第２ロボット９は、この指定シーケンスに従って干渉回避動作する。

第１ロボット７が、ワークＷの受渡しを終了し干渉可能エリア３４から退避すると、監視ユニット３３は非検出状態となる。続いて、受渡しユニット４（受渡しコントローラ２５）から第２ロボット９（第２ロボットコントローラ２３）に、ワークＷの受渡し要求が指令されると、第２ロボット９はこの要求にしたがって干渉可能エリア３４に侵入し、受渡しユニット４からワークＷを受け取って、第２組立装置１０に受け渡す。上記と同様にこの間、監視ユニット３３および受渡しコントローラ２５は、第２ロボット９の「適正侵入」を検出しつつ、第１ロボット７の「不正侵入」を監視する。すなわち、第２ロボット９の「適正侵入」を検出している間において、第１ロボット７の侵入を検出した場合、受渡しコントローラ２５は、これを「不正侵入」とし第１ロボット７に干渉回避動作を指令する。また同時に、アラームを鳴動する。そして、第１ロボット７は、指定シーケンスに従って干渉回避動作する。

以上のように、本実施形態によれば、１台のロボット７，９のみが干渉可能エリア３４に侵入していると、他のロボット７，９は、干渉可能エリア３４への侵入を規制されるため、複数のロボット７，９の干渉を確実に防止することができる。また、干渉回避のために全てのロボット７，９が回避動作することがないため、一連の作業のタクトタイムが損なわれることがない。さらに、予測制御ではないため、制御プログラムの不備等によりロボット７，９が意図しないアクションを行っても、干渉を回避することができる。このことはまた、教示プログラムに干渉を高度に考慮する必要がなく、教示プログラム自体をラフなものとすることができる。しかも、この制御方法は、高い汎用性を有することは、言うまでもない。

次に、図５を参照して、第２実施形態に係る干渉防止制御装置３９について説明する。なお、重複記載を避けるべく異なる部分のみ記載する。本実施形態では、第１実施形態の４組のエリアセンサ４２に代えて、監視ユニット３３として超音波センサ４５を備えている。また、この実施形態では、第１ロボット７および第２ロボット９として、垂直多関節ロボットが用いられている。

超音波センサ４５は、受渡しユニット４の上方に配設され（吊設）ており、受渡しユニット４に向って超音波を発振し、その反射波を受けることで、異物の侵入を検出する。この場合、発振する超音波は適度な指向性を有しており、監視領域（干渉可能エリア３４）は卵形となる（図５参照）。すなわち、受渡しユニット４の周囲空間に縦長の卵形の干渉可能エリア３４が設定されている。この場合には、垂直多関節ロボットのモーションに適切に対応させることができる。これにより、両ロボット７，９の干渉を確実に防止することができる。

次に、図６を参照して、第２実施形態に係る変形例について説明する。この変形例にかかる干渉防止制御装置３９では、上記の超音波センサ４５に代えてスキャン型のレーザセンサ４６を備えている。このレーザセンサ４６は、レーザ光を半球状にスキャンし、その反射光を受光して異物の侵入を検出する。この場合、反射光の強さ或いは受信までの時間により、同心の大小２つの監視領域（干渉可能エリア３４）が設定できるようになっている。

すなわち、この場合の干渉可能エリア３４は、外側の警護用エリア４７と、内側の防護用エリア４８と、から構成されている。よって、干渉可能エリア３４に侵入してきたロボット７，９を、干渉可能性の大小の２段階で検出できるようになっている。具体的には、第１ロボット７が作業している警護用エリア４７に第２ロボット９が不正侵入すると、レーザセンサ４６が第２ロボット９を検出して、第２ロボット９を減速するように指令をする。さらに、防護用エリア４８内に第２ロボット９が侵入すると、第２ロボット９に停止あるいは退避を行なうように指令する。これにより、干渉可能エリア３４内で作業を行っている第１ロボット７と、不正に侵入してきた第２ロボット９との干渉を、その可能性の度合いに応じて防止することができる。

なお、この場合、干渉可能エリア３４の形状によっては、２つ以上のレーザセンサ４６を用いて侵入したロボット７，９を検出するようにしてもよい。

実施形態に係る製造ラインの平面図である。 実施形態に係る干渉防止制御装置廻りの側面図である。 干渉防止を含む制御系のブロック図である。 干渉防止制御方法を説明する動作フロー図である。 第２実施形態に係る干渉防止制御装置廻りの側面図である。 第２実施形態の変形例に係る監視ユニットの説明図である。

符号の説明

４…受渡しユニット ７，９…ロボット ３３…監視ユニット ３４…干渉可能エリア ３５…侵入検知部 ３６…侵入判定部 ３９…干渉防止制御装置 ４２…エリアセンサ ４５…超音波センサ ４７…警告用エリア ４８…防護用エリア Ｗ…ワーク

Claims (7)

1. 複数のロボットが相互に干渉する可能性を有する干渉可能エリアに侵入する任意の１の前記ロボットの不正侵入を検出する侵入検出手段と、
   前記侵入検出手段による検出結果に基づいて、不正侵入した前記ロボットに対し干渉回避動作を実行させる回避制御手段と、を備えたことを特徴とする複数ロボットの干渉防止制御装置。
2. 前記干渉可能エリアに配設され、前記各ロボットにより搬送されるワークの受け渡しを介在する受渡しユニットを、更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の複数ロボットの干渉防止制御装置。
3. 前記侵入検出手段は、前記干渉可能エリアに１台のロボットのみが侵入した場合に、これを適正侵入として検出し、
   前記干渉可能エリアに予め１台のロボットが侵入している状態で、２台目以降の前記ロボットが侵入した場合に、これを不正侵入として検出することを特徴とする請求項１または２に記載の複数ロボットの干渉防止制御装置。
4. 前記干渉可能エリアは、外側の警告用エリアと内側の防護用エリアとから成り、
   前記侵入検出手段は、前記警告用エリアへの不正侵入および前記防護用エリアへの不正侵入を個別に検出可能に構成され、
   前記回避制御手段は、前記警告用エリアに対する検出結果に基づいて、前記ロボットの減速制御を実行し、前記防護用エリアに対する検出結果に基づいて、前記ロボットの停止制御および退避制御のうち少なくとも停止制御を実行することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の複数ロボットの干渉防止制御装置。
5. 前記侵入検出手段は、前記干渉可能エリアをカバーするエリアセンサおよび超音波センサのいずれかを有していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の複数ロボットの干渉防止制御装置。
6. 前記回避制御手段は、不正侵入を報知する報知手段を有していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の複数ロボットの干渉防止制御装置。
7. 複数のロボットが相互に干渉する可能性を有する干渉可能エリアを設定するエリア設定工程と、
   設定した前記干渉可能エリアに侵入する任意の１の前記ロボットの不正侵入を検出する侵入検出工程と、
   前記侵入検出工程による検出結果に基づいて、不正侵入した前記ロボットに対し干渉回避動作を実行させる回避制御工程と、を備えたことを特徴とする複数ロボットの干渉防止制御方法。

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