JP2009184048A - ロボット安全監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットの工具交換時における安全性を向上させる。
【解決手段】ロボット制御装置から出力されロボットの各軸を駆動するモータの動作変位量に関する指令値を入力する動作変位量入力する。動作変位量の変化に伴って運動するロボットの教示基準点の実空間上における位置座標を、指令値に基づいて算出する。ロボット制御装置から出力され、ロボット制御装置が管理上使用する現在の工具を示す第１工具識別情報を入力する。ロボットに取り付けられた工具を検出してその工具を識別するための第２工具識別情報を入力する。第１工具識別情報と第２工具識別情報とが不一致か否かを判定する。初めて不一致が検出された時刻における教示基準点の位置座標を基準座標として、この基準座標を内部に含む領域を所定領域とする。不一致と判断されている期間において、教示基準点の位置座標が、所定領域の外部に存在するようになった時には、ロボットを安全な状態にするための非常停止信号が出力される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ロボットの工具交換時における安全性を監視するロボット安全監視装置に関する。

ロボットの教示基準点の移動経路が他の物と干渉しない安全な所定の範囲内に存在するか否かを監視するためのロボット安全監視装置としては、例えば下記の特許文献１、２に記載されている装置などが、従来より広く知られている。これらの装置では、ロボットが移動指令を受ける教示基準点が、動作許可範囲に存在しない場合に、ロボットを非常停止させるようにしている。
特許第２６６２８６４号公報 特表２００１−５２５２６３号公報

しかしながら、上記の特許文献の技術は、工具先端などの教示基準点の移動経路の監視を行うものであり、工具の交換に関して、安全性を向上させる技術は、未だ、開発されていない。ロボット制御装置は、ロボットの教示基準点の位置や速度の制御、工具の姿勢の制御を行と共に、ロボット安全監視装置に対して、ロボットの各軸角度をリアルタイムで出力している。この時、各軸角度と共にロボットのフランジに取り付けられている工具を識別するための工具識別情報も、リアルタイムでロボット安全監視装置に出力されている。工具交換に関しては、ロボット制御装置は、工具交換プログラムが起動される時点で、工具識別情報を変更して、外部に出力する。そして、以後、新たな工具に関して、工具先端などの教示基準点を新たに設定して、その教示基準点が予めプログラムされた経路上を移動するように、ロボットの各軸座標での指令値を演算して、この各軸指令値をサーボ制御装置に出力している。また、ロボット安全監視装置は、ロボット制御装置からリアルタイムで出力される各軸指令値を入力して、この値から工具先端などの教示基準点の実空間上の座標を求めて、教示基準点の実空間上の移動経路を監視している。工具が変化すると、フランジ中心に対する工具先端の位置及び姿勢が変化するために、各軸指令値から教示基準点の空間座標への変換式も変化することになる。そこで、ロボット安全監視装置は、ロボット制御装置からリアルタイムで出力される工具識別情報を入力して、工具が交換されると、その新たな工具に対応した新たな変換式により、各軸指令値から工具先端などの教示基準点の空間座標を求め、この空間座標の移動経路が、動作許可領域に存在するか否かの判断を行っている。

このように、ロボット安全監視装置は、ロボット制御装置からリアルタイムで出力される工具識別情報が変化した時に、工具が交換されたと判定することになる。しかしながら、ロボットのフランジに現実に工具の取り付けが完了した時は、当然ながら、ロボット制御装置が、新たな工具の識別情報を出力した時点とは、異なる。この現実の工具交換完了時刻と、ロボット制御装置が新たな工具識別情報を出力する時刻との間の偏差期間においては、ロボット安全監視装置が管理する工具先端位置などの教示基準点が、実際のものとは異なるために、安全監視が十分ではないという問題がある。このように位置制御や位置の監視は、工具先端などの教示基準点について行われているために、工具が交換されたにも係わらず古い工具の先端位置などで、位置制御や安全監視を行うと、その位置は、現実の実際の工具先端位置とは異なることになり、安全上、問題となる。

そこで、ロボットのフランジにおける新たな工具の取り付け完了を、実際に検出し、この検出信号を工具識別情報と共にロボット安全監視装置に出力することで、工具識別情報と工具交換時刻の情報とを２重化して、安全性を向上させることができる。しかしながら、ロボット安全監視装置は、ロボット制御装置から出力される工具識別情報と、新たに入力される現実の工具取り付け完了信号及び工具識別情報との間に、時間差が発生し、この時間差に対して、どのように安全監視をすれば良いかが、明らかでない。

そこで、本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、その目的は、工具交換時におけるロボットの安全性を向上させるロボット安全監視装置を実現することである。

上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
すなわち、第１の発明は、ロボットの工具交換時における安全性を監視するロボット安全監視装置において、ロボットを制御するロボット制御装置から出力されロボットの各軸を駆動するモータの動作変位量に関する指令値、又は、各軸を駆動するサーボ制御装置から出力されるモータの動作変位量に関する実際値を入力する動作変位量入力手段と、動作変位量の変化に伴って運動するロボットの教示基準点の実空間上における位置座標を、動作変位量入力手段により入力された指令値又は実際値に基づいて算出する位置座標算出手段と、ロボット制御装置から出力され、ロボット制御装置が管理上使用する現在の工具を示す第１工具識別情報を入力する第１工具識別情報入力手段と、ロボットに取り付けられた工具を検出してその工具を識別するための第２工具識別情報を入力する第２工具識別情報入力手段と、工具識別情報入力手段により入力された第１工具識別情報と、第２工具識別情報入力手段により入力された第２工具識別情報とを比較し、不一致か否かを判定する判定手段と、実空間上における工具交換に関する適正な所定領域を設定する領域設定手段と、判定手段により第１工具識別情報と第２工具識別情報とが不一致と判断されている期間において、位置座標算出手段により算出される教示基準点の位置座標が、領域設定手段により設定された所定領域の外部に存在するようになった時には、ロボットを安全な状態にするための非常停止信号を出力する非常停止信号出力手段とを有することを特徴とするロボット安全監視装置である。

ここにおいて、領域設定手段は、判定手段により初めて不一致が検出された時刻における位置座標算出手段により算出された教示基準点の位置座標を基準座標として、この基準座標を内部に含む領域を所定領域とするようにしても良い。すなわち、２つの工具情報の不一致が最初に検出された時の教示基準点の座標に対する不一致である期間の教示基準点の移動量が、所定範囲内であれば、工具識別情報が不一致であっても、安全と判断され、非常停止は行われない。

また、領域設定手段は、工具識別情報に応じて決定される所定の工具交換領域を所定領域とするようにしても良い。また、位置座標算出手段により算出された位置座標の時間変化から教示基準点の移動速度を演算する速度演算手段を有し、非常停止信号出力手段は、判定手段により不一致が検出されている期間において、教示基準点の位置座標が所定領域に存在する場合であっても、速度演算手段により算出された速度が、所定値以上となった場合に、非常停止信号を出力するようにしても良い。この場合は、工具交換場所が、予め分かっているので、その工具交換場所での教示基準点の移動であれば、作業員に対しても安全であると判断される。したがって、２つの工具識別情報が不一致である期間において、教示基準点が、所定領域の外にならなければ、安全と判断して、非常停止は行わない。工具交換位置が工具毎に異なるような場合には、工具識別情報に対応して、異なる所定領域を設定するようにしても良い。

ここで、ロボットの教示基準点とは、動作経路を特定するためのロボットの移動部材にとられた基準点である。例えば、フランジ中心点、工具中心点、工具先端点などであり、ロボットにさせるべき作業内容によって、この教示基準点の位置は変動し得る。また、教示基準点は、プログラムやマニュアルでロボットの位置や姿勢を教示する場合の実空間における位置を指定するための点である。上記のロボットの軸（自由度）の数は任意でよい。また、上記のモータは、必ずしもロータを有するものでなくともよく、例えばリニアモータなどであってもよい。

また、ロボットのフランジに工具が取り付けられたことを検出する装置としては、各種のものを用いることができる。たとえば、工具に工具識別情報を発信するＩＣタグと、フランジへの装着の完了を検出する接触スイッチとを設けて、接触スイッチがオンになっている期間、ＩＣタグに記憶されている工具識別情報を発信する装置が考えられる。また、接触スイッチを設け、工具識別情報を符号化したバーコード、２次元コード、磁気テープなどを工具の外部に取り付け、これを光学読取装置、磁気読取装置などで読み取とり、ロボット安全監視装置に工具識別情報を出力するようにしても良い。または、工具に、工具識別情報に対応してオンオフの設定されたディプスイッチと、接触センサとを設けて、接触センサがオンになっている期間、ディプスイッチの値を、ロボット安全監視装置に出力するようにしても良い。また、工具交換ツールの一定の負荷での動作完了を、工具のフランジへの取り付け完了信号として出力し、工具交換ツールが識別している工具識別情報を第２工具識別情報としてロボット安全監視装置に出力するようにしても良い。

以上の本発明の手段によって得られる効果は以下の通りである。
すなわち、第１の発明によれば、工具交換に関して、ロボット制御装置からリアルタイムで出力される第１工具識別情報と、実際にロボットのハンドに取り付けられた工具を検出してその識別情報を第２工具識別情報として、ロボット安全監視装置に入力されている。したがって、ロボットの工具交換に関して、情報が２重化されているので、一致している工具情報を正規の工具情報とすることができるので、安全性が向上する。そして、第１工具識別情報と第２工具識別情報とが不一致あっても、それらが不一致のまま、教示基準点の位置座標が、所定領域の外部になった時に、初めて非常停止信号が出力される。したがって、第１工具識別情報と第２工具識別情報とが不一致であっても、教示基準点の位置座標が、所定領域の内部にある場合には、非常停止信号は出力されない。もちろん、教示基準点の位置座標が、所定領域の内部に位置する期間において、第１工具識別情報と第２工具識別情報とが一致するようになれば、非常停止信号は出力されない。このようにして、所定領域を作業者にとって安全性が確保される領域に適正に設定することで、工具識別情報が不一致である期間における安全性を確保することができる。そして、工具情報を２重化することで、工具交換に関する安全性を向上させることができると共に、工具情報の不一致による不必要な非常停止を排除することができ、安全性と作業効率を共に向上させることができる。

また、領域設定手段を、判定手段により初めて不一致が検出された時刻における位置座標算出手段により算出された教示基準点の位置座標を基準座標として、この基準座標を内部に含む領域を所定領域とするように構成することができる。通常、工具交換は、作業者にとって安全な位置で行われる。そして、工具交換時には、教示基準点は、ほとんど移動しないし、姿勢も大きく変化することはないと考えられる。したがって、第１工具識別情報と第２工具識別情報とが、最初に一致しない時は、工具交換の開始時と考えられるので、その開始時における教示基準点の位置座標を基準座標として、その基準座標を内部に含む領域を所定領域に設定することで、工具交換時における教示基準点の移動量を適正に制限することができる。また、この所定領域を初めて超えた時に、２つの工具識別情報が不一致であると、非常停止信号が初めて出力される。このようにして、適正に安全性を向上させることができる。

また、所定領域を実空間上の工具交換領域として設定しても良い。この場合には、安全性の高い工具交換領域において、２つの工具識別情報が不一致であっても、安全性の高い適正な場所で、工具交換中が行われていると判断できるので、非常停止信号を出力させない。また、教示基準点がこの所定領域を越えても、なお、２つの工具識別情報が不一致である場合には、初めて非常停止信号が出力される。このようにして、適正に安全性を向上させることができる。

また、２つの工具識別情報が不一致である期間において、教示基準点が所定領域内に存在している場合であっても、教示基準点の移動速度が所定値以上の場合には、非常停止信号を出力するようにしても良い。工具交換時は、教示基準点の移動速度は遅いと考えられる。したがって、２つの工具識別情報が不一致の期間において、教示基準点が、安全性が確保される所定領域内に存在していていても、何らかの原因で、教示基準点の移動速度が速くなったことが考えられるので、非常停止信号の出力することで、さらに、安全性を向上させることができる。

以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。

図１に本実施例１のロボット駆動制御システム１の主要構成を示す。このロボット駆動制御システム１は、主として、ロボット安全ユニット（Robot Safty Unit、ＲＳＵ、安全ＰＬＣとも言う）２３０、ロボット制御装置(Robot Controller 、ＲＣ）２２０、ＰＬＣ(Programmable Logic Controller) ２１０、安全監視装置(Robot Safety Controller、ＲＳＣ）１００、サーボユニット(Servo Unit)３００と、工具識別情報出力装置１１０とで構成されている。ロボット制御装置２２０、ロボット安全ユニット２３０、安全監視装置１００は、バス４に接続されている。また、ＰＬＣ２１０とロボット制御装置２２０とは内部バスにより相互に接続されている。ロボット制御装置２２０と安全監視装置１００とは通信線路３、通信線路５で接続され、ロボット制御装置２２０とサーボユニット３００とは通信線路８で接続され、サーボユニット３００と安全監視装置１００とは通信線路２で接続され、工具識別情報出力装置１１０と安全監視装置１００とは通信線路１０で接続され、工具識別情報出力装置１１０とＰＬＣ２１０とは通信線路１１で接続されている。そして、サーボユニット３００には、６軸ロボットの各軸モータＭが配線９により接続されている。このロボット駆動制御システム１は、６軸ロボットに対する制御システムである。図１は、６軸のうち、３つのモータＭを代表的に表示している。本実施例では６軸ロボットを示すが、５軸ロボット、その他の軸数のロボットを用いても良い。

このシステムでは、給電ライン７とサーボユニット３００とを介して、６つのモータＭに必要な電力を所定の電源から供給することができる。この給電ライン７への通電／遮電状態は、それぞれ直列に２重化されたマグネットスイッチＭＳによって確実に切り換えることができる。ロボット安全ユニット２３０は、配線６を介して、このマグネットスイッチＭＳのリレーコイルへの通電と遮電を制御して、マグネットスイッチＭＳのオンオフを制御する。ロボット安全ユニット２３０の制御処理に基づいて、このリレーコイルに継続的に給電されると、マグネットスイッチＭＳは導通状態に保持される。ロボット安全ユニット２３０には、作業者による非常停止を指令するための非常停止ボタンＥＳＢ２３４、作業者によりシステムの各装置に通電し、システムを運転可能状態とするマスターＯＮボタン２３２が設けられている。ロボット安全ユニット２３０は、リレー回路、又は、ＰＬＣ(Programable Logic Controller)で構成され、モータＭへの給電を制御するマグネットスイッチＭＳを制御するものであり、主として、非常停止を行う役割を担う。なお、システムの信頼性を向上させて高い安全性を確保するために、配線６は２重化されており、各配線６を伝搬する２重化された電流信号により、各マグネットスイッチＭＳを制御している。また、配線４も２重化されている。

ロボットの動作は、ＰＬＣ２１０と、このＰＬＣ２１０に内部バスにより連結されたロボット制御装置２２０により制御される。ＰＬＣ２１０には、作業者によりロボットの動作の開始を指令するロボット・スタート・ボタン２１２が設けらている。ＰＬＣ２１０は、所定のラダーダイアグラムに相当するプログラムを実行することによって、ロボット駆動システム１の全体をシーケンス制御する。また、ＰＬＣ２１０は工具識別情報出力装置１０を駆動可能に制御する。ロボット制御装置２２０は、ロボットの位置決め制御を実行するためのものであり、サーボユニット３００に対して、モータＭの各軸の回転角に関する指令値βを、リアルタイムで、逐次出力する。また、ロボット制御装置２２０は、この指令値βを、リアルタイムで、通信線路３を介して、安全監視装置１００にも出力している。エンコーダＥは、モータＭの回転軸に直結しており、モータＭの各軸の回転角に関する現実の値、すなわち、実際値αを、逐次、検出して、通信線路２を介して、安全監視装置１００に出力する。サーボユニット３００は、プログラムされた所定のＰＩ，ＰＩＤなどのフィードバック制御により、実際値αと指令値βとの偏差を減少させるように、各モータＭの回転角をそれぞれ駆動制御する。実際値αは、６つのモータＭの実際の各回転角α１，α２，…，α６の組からなるベクトルとする。同様に指令値βも、指令の各回転角β１，β２，…，β６の組からなるベクトルである。ただし、これらの回転角の単位は任意でよい。

また、ロボット制御装置２２０は、指令値βと共に、現在、フランジに取り付けられている工具の工具識別情報、すなわち、プログラムで、工具指定して、制御している工具識別情報を、第１工具識別情報として、通信線路５を介して安全監視装置１００に出力している。また、工具識別情報出力装置１１０は、ロボットのフランジへの工具の実際の取り付け完了と、実際に取り付けられている工具の識別情報を読取、その工具の識別情報を、第２工具識別情報として、通信線路１０を介して、安全監視装置１００に、リアルタイムで出力している。工具識別情報出力装置１１０は、工具のフランジが固く接触することを検出する接触センサと、工具に組み込まれ第２工具識別情報を記憶したＩＣタグの記憶情報を読み取る受信装置、この第２工具識別情報を出力する送信装置で構成できる。したがって、この工具識別情報出力装置１００は、ロボットのフランジに、新たな工具の装着が実際に完了したタイミングで、その工具の第２工具識別情報の出力が開始され、その工具が取り付けられている期間、リアルタイムで、その第２工具識別情報は、繰り返しして出力される。また、フランジから、工具が取り外されたタイミングで、工具がフランジに取り付けられていないことを示す情報の出力が開始される。そして、次に新たな工具の装着が完了されるタイミングまで、この情報がリアルタイムで、繰り返して出力され続ける。次に、新たな工具のフランジへの取り付けが完了すると、このタイミングで、この工具識別情報が第２工具識別情報として、繰り返して、出力される。

安全監視装置１００は、マイクロプロセッサを中心に構成されており、入力インターフェイス１０１、１０２、１０３、１０５、１０６を有している。入力インターフェイス１０１は、通信線路２を介して、エンコーダＥから出力される実際値αを安全監視装置１００に入力するためのものである。また、安全監視装置１００の入力インターフェイス１０２は、通信線路３を介して、ロボット制御装置２２０から出力される指令値βを安全監視装置１００に入力するためのものである。入力インターフェース１０５は、通信線路５を介して、ロボット制御装置２２０から出力される第１工具識別情報を入力するためのものであり、入力インターフェース１０６は、通信線路１０を介して工具識別情報出力装置１１０から出力される第２工具識別情報を入力するためのものである。また、安全監視装置１００の有するメモリ１０４には、安全監視装置１００を動作させるためのプログラムを記憶したプログラム領域と、工具交換の適正な領域である所定領域を定義するデータを記憶した所定領域データ記憶領域と、その他のデータを記憶するデータ領域とが、形成されている。

配線４は、ロボット制御装置２２０とロボット安全ユニット２３０とを、安全ユニット２３０と安全監視装置１００との間を、それぞれ、接続している。信頼性を向上させて高い安全性を確保するために、これらの装置の内部回路は、２重化され、配線４も２重化されている。すなわち、配線４を伝送する信号が２重化され、各ユニットの処理も２重化されて、処理に冗長性が持たている。安全監視装置１００が有する２重化された出力インターフェイス１０３（非常停止信号出力手段）は、この２重化された配線４に接続されている。また、通信線路５は、ロボット制御装置２２０と安全監視装置１００とを接続している。

図２に本ロボット駆動制御システム１の運転の準備処理手順を示す。図２の準備処理手順は、安全性を確保して、本ロボット駆動制御システム１を動作可能なレディー状態に移行させるために、システムの再起動の際に予め実施しておくべき最初の前処理手順を示す。

ステップＳ１にて、作業者により、システム全体に給電するための電源スイッチが投入される。ただし、この時、マグネットスイッチＭＳは、勿論、オフ状態、すなわち、給電を遮断する状態のままであり、各軸は機械的制動が掛かった状態が維持される。
次に、ステップＳ２では、上記の各装置（１００，１１０，２１０，２２０，２３０，３００）が、それぞれ各装置単位で初期化される。これらの初期化処理は、これらの各装置自身によって各装置毎に実行される。

次に、ステップＳ３では、安全監視装置１００によって、ロボットの同一性が検査される。すなわち、前回のシステム停止時から今回のシステム立ち上げ時までの期間中に、駆動対象となるロボットに変更が有ったか否かについて検査される。この検査手続きは、ロボット制御装置２２０から通信線路５を介して安全監視装置１００へ転送されてくるロボットの型式パラメータと、メモリ１０４に記憶されているロボットの型式パラメータとが一致するか否かの判定処理によって実施される。そして、ロボットの変更が有った場合には、以下の準備手順の実行は中止される。

次に、ステップＳ４では、安全監視装置１００によって、通信線路２と通信線路３の各状態をそれぞれチェック及び初期化して、それらの回線状態を正常状態に確立する。これによって、実際値αや指令値βが、通信線路２や通信線路３を介して確実に通信できることが確認される。次に、ステップＳ５では、安全監視装置１００によって、実際値αの同一性について検査される。前回のシステム停止時から今回のシステム立ち上げ時までの期間中に実際値αに変化が有ったか否かによって、これは検査される。すなわち、ロボットの実際の位置姿勢と、管理上の位置姿勢とが一致しているか否かが判定される。一致していない場合には、前回にロボットが停止された状態から、ロボットの位置姿勢に移動があったことを意味し、管理上の位置姿勢が真の値ではないので、ロボットを制御することができない。したがって、実際値αに変化が有った場合には、以下の準備手順の実行は中止される。

次に、ステップＳ６では、それまでに、安全監視装置１００から、出力インターフェイス１０３（非常停止信号出力手段）と配線４とを介して、ロボット安全ユニット２３０に対して、出力されている非常停止信号の出力が停止される。これにより、安全監視装置１００による非常停止指令は解除される。

最後に、ステップＳ７では、ロボット安全ユニット２３０のマスターＯＮボタンＭＯＢ２３２が作業者によって押下されたか否かが検出される。そして、ＭＯＢ２３２の押下が検出されると、ロボット安全ユニット２３０により、安全監視装置１００からの非常停止指令解除と、非常停止ボタンＥＳＢ２３４の解除と、その他の装置からの非常停止指令解除とが、全て、成立しているか否かが判定される。そして、これらの条件が全て成立している場合には、ロボット安全ユニット２３０により、マグネットスイッチＭＳは、ＯＮ状態とされる。そして、ロボットの各軸は、機械的保持が解除されて、モータＭへの通電により静止姿勢を保持するサーボロック状態となる。これによって、以後、システムは、ロボットがいつでも動作を開始できるレディー状態となる。

図３に、ロボット・スタート・ボタンＲＳＢ２１２を押すことによって開始されるその後の通常動作時に、上記の安全監視装置１００によって実行される工具交換時の監視処理手順を示す。まず最初に、ステップＳ１１において、入力インターフェース１０５を介して、ロボット制御装置２２０からリアルタイムで出力されている、その装置２２０のプログラム上の制御情報である第１工具識別情報Ｄ１が入力される。次に、ステップＳ１２において、入力インターフェイス１０２を介して、ロボット制御装置２２０からリアルタイムでサーボユニット３００に出力される、各補間点に教示基準点を移動させるための各軸の指令値β＝（β１，β２，…，β６）が読み取られる。

次に、ステップＳ１３では、工具識別情報出力装置１１０より、その時、現にロボットのフランジに装着されている工具の識別情報が読み取られ、出力されている第２工具識別情報が、入力インターフェース１０６を介して、読み取られる。次に、ステップＳ１４において、ステップＳ１２で得た指令値βに基づいて、位置制御の対象であるロボットの教示基準点の位置座標Ｂを求める。ｘｙｚ直交座標系でこの座標を定義する場合には、各成分（Ｂ_x ，Ｂ_y ，Ｂ_z ）を求めればよい。すなわち、各軸の回転角は、例えばツール先端点である教示基準点のｘｙｚ直交座標系の値に変換される。この変換手法は、ロボットアームの長さ、工具行列などロボットの幾何学的パラメータを用いた変換式を用いるものであり、公知である。一般的には、教示基準点の位置と姿勢を表すものとして、４×４の行列が用いられる。その行列成分のうちの位置を表す成分（Ｂ_x ，Ｂ_y ，Ｂ_z ）が実際座標として求めるものとなる。

次に、ステップＳ１５において、読み取られた第１工具識別情報Ｄ１と、第２工具識別情報Ｄ２が等しいか否かが判定される。２つの工具識別情報が等しい場合には、工具交換に関する安全性に問題はないので、ステップＳ１６において、位置座標Ｂが所定域内に存在しているか否かなどの、その他の安全監視処理が実行されて、ステップＳ１１に戻り、上記の処理が繰り返される。この一巡の処理時間は、極めて短く、一巡の遅延時間は、安全性監視にとって問題にはならない時間である。

次に、ステップＳ１５において、第１工具識別情報Ｄ１と第２工具識別情報Ｄ２とが等しくないと判定された場合には、次のステップＳ１７において、上記の繰り返し処理において、不一致であると初めて判定されたものか否かが判定される。初めての不一致である場合には、ステップＳ１８において、今回の繰り返しループのステップＳ１４で演算された教示基準点の位置座標Ｂが、基準座標Ｓとして設定される。

次に、ステップＳ１９において、基準座標Ｓを中心とする半径ｒの球体が所定領域Ｖとして設定される。次に、ステップＳ２０において、現在の教示基準点の位置座標Ｂが、所定領域Ｖ内に存在するか否かが判定される。本実施例では、所定領域としては、半径ｒの球体とした。したがって、所定領域は、基準座標Ｓを中心とする半径ｒの球体、すなわち、２つの工具識別情報が初めて不一致となった時点の教示基準点を中心とする半径ｒの球体となる。現在の位置座標Ｂが、所定領域Ｖである球体内に存在するか否かは、位置座標Ｂと基準座標Ｓとの間の距離が、球体の半径ｒ以下か否かで判定される。教示基準点が移動しても、ステップＳ２０で、現時点の位置座標Ｂが、所定領域Ｖ内に存在する場合には、ステップＳ１１に戻り、上記の処理が繰り返される。

教示基準点が移動しても、現時点の位置座標Ｂが所定領域内に存在している状態で、ステップＳ１５において、２つの工具識別情報が、不一致から、一致するように変化したことが検出されると、所定領域Ｖ内において、工具の交換が確実に行われ、安全性に問題がなくなったことを意味しているので、ステップＳ１６に移行して、その他の安全性の監視処理が実行されて、ステップＳ１１に戻り、上記した処理が繰り返される。

一方、ステップＳ１５において、２つの工具識別情報Ｄ１、Ｄ２が不一致であると、継続的に判断されている状態で、教示基準点が移動して、ステップＳ２０において、現時点の位置座標Ｂが所定領域Ｖの外に存在すると判断されると、ステップＳ２１において、非常停止信号が出力される。すなわち、２つの工具識別情報Ｄ１、Ｄ２が、初めて不一致となった時の教示基準点を中心として、設定された所定領域Ｖの外に、教示基準点が移動してもなお、２つの工具識別情報Ｄ１、Ｄ２が一致していない場合には、安全性の確保できる所定領域内においては、工具交換が完了していないと判定されて、非常停止信号が出力される。これにより、ロボットは非常停止され、その後の移動が禁止される。

ステップＳ２１では、安全監視装置１００の出力インターフェイス１０３から、ロボット安全ユニット２３０、ロボット制御装置２２０、ＰＬＣ２１０に対して、非常停止信号（ＲＳＣ−ＥＭＳ）が出力さる。これにより、ロボット安全ユニット２３０により、マグネットスイッチＭＳがオフ状態にされ、サーボユニット３００、モータＭへの給電が停止される。また、ロボットの各軸は機械的制動が掛けられて、緊急停止時の姿勢が機械的に保持されることになる。

上記の実施例においては、教示基準点の実空間上の位置座標Ｂを求めるのに、ロボット制御装置２２０からリアルタイムで出力される各軸の指令値βを用いたが、サーボ制御装置３００からリアルタイムで出力されている各軸の実際値αを用いても良い。

また、所定領域として球体を設定したが、立方体、直方体、その他、任意の立体であっても良い。また、所定領域をより細かな立体の集合で規定しても良い。たとえば、図４に示すように、所定領域Ｖを、連続した多数の直方体（大きさは任意で各面は各座標面に平行で、各直方体は一部重なっていても良い）の集合体で近似する。図４では、連続した３つの直方体の集合で所定領域Ｖを近似した例が示されている。この各直方体の一つの角を基準点Ｐ_k とし、各直方体Ｗ_k 毎に、この基準点Ｐ_k の座標（Ｘ_k0, Ｙ_k0 Ｚ_k0）と３辺の長さ（Ｘ_k , Ｙ_k , Ｚ_k ）が、図５に示すようなテーブルとして、メモリ１０４の所定領域データ記憶領域に記憶されている。ただし、基準点Ｐ_k の座標（Ｘ_k0, Ｙ_k0 Ｚ_k0）は、この所定領域Ｖの中心にとられた座標系Ｏ−ＸＹＺでの値での値であり、中心に対する相対座標である。尚、座標系ｏ−ｘｙｚは、実空間での座標系（ロボットが固定される床面に固定された座標系）である。したがって、２つの工具識別情報が、初めて不一致となった時刻における教示基準点の位置座標Ｂである基準座標Ｓ（座標系ｏ−ｘｙｚでの座標）が、設定されると、基準座標Ｓの座標（Ｂ_x , Ｂ_y , Ｂ_z ）＋基準点Ｐ_k の相対座標（Ｘ_k0, Ｙ_k0, Ｚ_k0）により、基準点Ｐ_k の実空間上（座標系ｏ−ｘｙｚ）での座標値（ｘ_k0, ｙ_k0, ｚ_k0）を得ることができる。

そして、任意の時刻における位置座標Ｂが、所定領域Ｖに存在するか否かの判定は、その領域Ｖを構成する各直方体Ｗ_k の内部に位置座標Ｂが存在するか否かを判定することにより実行される。例えば、直方体Ｗ_k に、位置座標Ｂが存在するか否かは、ｘ_k0≦Ｂ_x ≦ｘ_k0＋Ｘ_k ，ｙ_k0≦Ｂ_y ≦ｙ_k0＋Ｙ_k ，ｚ_k0≦Ｂ_z ≦ｚ_k0＋Ｚ_k の不等式の成否により決定される。これを全ての直方体成分について実行することで、いずれの直方体成分にも位置座標Ｂが属さない場合には、位置座標Ｂは、所定領域Ｖに属しないと判断される。

また、所定領域Ｖを連続した直方体の集合で近似したが、これを、図６に示すように、連続した多数の球体（大きさは任意、球体の一部は他の球体の一部と重なっていても良い）の集合体で近似しても良い。この場合には、各球体の中心の直交座標と半径とが、図７に示すようなテーブル形式で、メモリ１０４の所定領域データ領域に記憶されることになる。また、上記したように、この各球体の中心の座標は、所定領域Ｖの中心に設定された座標系から見た相対座標である。

また、上記実施例では、所定領域Ｖの中心に、基準座標Ｓを設定したが、中心に限定する必要はなく、所定領域Ｖの任意の位置であっても良い。任意の位置である場合には、所定領域を上記の直方体の集合や球体の集合とする場合には、その各直方体成分の基準座標、各球体成分の中心座標は、その任意の位置に対する相対座標で与えられる。

実施例１では、２つの工具識別情報が、最初に不一致となった時刻における教示基準点の位置座標を基準にして、所定領域を設定している。これにより、工具交換位置が実空間上のどの位置にあっても、２つの工具識別情報が不一致である時間区間において、教示基準点の実空間上の移動領域が制限されているならば、２つの工具識別情報が不一致であっても安全は確保されているとするものである。これに対して、実施例２では、実空間上での工具交換位置は、予め分かっているので、所定領域Ｖを基準座標Ｓを基準に相対的に決定するのではなく、実空間上における絶対座標で所定領域Ｖを定義するものである。メモリ１０４の所定領域データ領域に、所定領域を１つの球体とする場合には、その中心座標と半径、所定領域を多数の直方体の集合とする場合には、各直方体成分の基準点Ｐ_k の絶対座標と３辺の長さ、所定領域を多数の球体の集合とする場合には、各球体成分の中心Ｐ_k の絶対座標と半径とを記憶しておけば良い。この場合の安全監視装置１００の処理手順は、図３と同様となる。ただし、ステップＳ１８は不要となり、ステップＳ１９では、実空間上に固定された絶対座標で規定された所定領域Ｖを用いることになり、ステップＳ２０での判定は、教示基準点の位置座標Ｂが、所定領域Ｖ内に存在するか否かの判定となる。その他は、実施例１と異ならない。

上記実施例１、２では、２つの工具識別情報が不一致である期間における、教示基準点の移動速度は、考慮されていない。本実施例では、教示基準点の移動速度をさらに、考慮したものである。安全監視装置１００の処理手順を図８に示す。ステップＳ１〜Ｓ１４まで、実施例１と同一である。ステップＳ１４−１において、過去に演算された位置座標Ｂと経過時間とから、位置座標Ｂの移動速度Ｑが演算される。ステップＳ１５〜Ｓ２０までは、実施例１と同一である。２つの工具識別情報が不一致で且つ教示基準点の位置座標Ｓが所定領域Ｖ内に存在する場合には、ステップＳ２０の判定がYes となり、次のステップＳ２２において、位置座標Ｓの移動速度Ｑが所定値Ｔｈ以上か否かが判定される。移動速度Ｑが所定値Ｔｈ以上である場合には、ステップＳ２１において、非常停止信号が出力される。すなわち、教示基準点が所定領域内に存在していても、その移動速度が所定速度以上となると、何らかの異常状態と判断して、非常停止信号を出力するようにしている。すなわち、通常、工具交換の期間においては、教示基準点の移動速度は、遅いものと考えられる。そうであるにも係わらず、移動速度が所定値以上となった場合には、非常停止をさせた方が安全である。本実施例においても、教示基準点の位置座標は、各軸の実際値αから演算した値でも良く、また、その移動速度は、その値の時間変化率で求めても良い。また、上記した所定領域の定義の方法は、本実施例においても適用可能である。

なお、動作変位量入力手段は、図３、図８のステップＳ１２、入力インターフェース１０２、入力インターフェース１０１で実現され、位置座標算出手段は、図３、８のステップＳ１４で実現され、第１工具識別情報入力手段は、図３、８のステップＳ１１、入力インターフェース１０５で実現され、第２工具識別情報入力手段は、図３、８のステップＳ１３、入力インターフェース１０６で実現され、判定手段は、図３、８のステップＳ１５で実現され、領域設定手段は、図３、８のステップＳ１７、Ｓ１８、Ｓ１９、メモリ１０４の所定領域データ領域で実現され、非常停止信号出力手段は、図３、８のステップＳ２０、Ｓ２１、図８のステップＳ２２、出力インターフェース１０３で実現され、速度演算手段は、図８のステップＳ１４−１、で実現される。
〔その他の変形例〕
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。

（変形例１）
また、上記実施例１、２、３における所定領域は、工具識別情報に応じて異なる領域を設定しても良い。工具の種類によっては、安全性の確保される領域が異なる場合がある。したがって、この所定領域の大きさや位置を、工具識別情報に応じて設定しても良い。また、実施例１における基準座標Ｓと所定領域Ｖとの位置関係は、工具識別情報に応じて異なる関係に変化させても良い。すなわち、全ての工具について、基準座標Ｓに、所定領域Ｖの中心が位置するように、領域を設定するのではなく、この所定領域Ｖ内における基準座標Ｓの位置を工具識別情報毎に設定するようにしても良い。

本発明は、ロボットの安全監視に用いることができる。

実施例１に係るロボット駆動制御システムの主要構成を示す制御ブロックダイヤグラム 同実施例に係るロボット駆動制御システムの運転の準備処理手順を示すフローチャート 同実施例に係る安全監視装置の監視処理手順を例示するフローチャート 同実施例に係る所定領域を設定する手法を示した説明図。 同実施例に係る所定領域を記憶したメモリを示した構成図。 同実施例に係る所定領域を設定する他の手法を示した説明図。 同実施例に係る他の所定領域を記憶したメモリを示した構成図。 本発明の実施例３に係る安全監視装置の監視処理手順を例示するフローチャート

符号の説明

１ ： ロボット駆動制御システム
１００ ： 安全監視装置
１０１ ： 入力インターフェイス
１０２ ： 入力インターフェイス
１０３ ： 出力インターフェイス
１０４ ： メモリ
１１０ ： 工具識別情報出力装置
２１０ ： ＰＬＣ
２２０ ： ロボット制御装置
２３０ ： ロボット安全ユニット
３００ ： サーボユニット
ＭＳ ： マグネットスイッチ
α ： 実際値
β ： 指令値

Claims (4)

1. ロボットの工具交換時における安全性を監視するロボット安全監視装置において、
   前記ロボットを制御するロボット制御装置から出力され前記ロボットの各軸を駆動するモータの動作変位量に関する指令値、又は、各軸を駆動するサーボ制御装置から出力される前記モータの動作変位量に関する実際値を入力する動作変位量入力手段と、
   前記動作変位量の変化に伴って運動する前記ロボットの教示基準点の実空間上における位置座標を、前記動作変位量入力手段により入力された前記指令値又は前記実際値に基づいて算出する位置座標算出手段と、
   前記ロボット制御装置から出力され、前記ロボット制御装置が管理上使用する現在の工具を示す第１工具識別情報を入力する第１工具識別情報入力手段と、
   前記ロボットに取り付けられた工具を検出してその工具を識別するための第２工具識別情報を入力する第２工具識別情報入力手段と、
   前記第１工具識別情報入力手段により入力された前記第１工具識別情報と、前記第２工具識別情報入力手段により入力された第２工具識別情報とを比較し、不一致か否かを判定する判定手段と、
   実空間上における工具交換に関する適正な所定領域を設定する領域設定手段と、
   前記判定手段により第１工具識別情報と第２工具識別情報とが不一致と判断されている期間において、前記位置座標算出手段により算出される前記教示基準点の位置座標が、前記領域設定手段により設定された所定領域の外部に存在するようになった時には、前記ロボットを安全な状態にするための非常停止信号を出力する非常停止信号出力手段と
   を有することを特徴とするロボット安全監視装置。
2. 前記領域設定手段は、前記判定手段により初めて不一致が検出された時刻における前記位置座標算出手段により算出された前記教示基準点の位置座標を基準座標として、この基準座標を内部に含む領域を前記所定領域とすることを特徴とする請求項１に記載のロボット安全監視装置。
3. 前記領域設定手段は、前記工具識別情報に応じて決定される所定の工具交換領域を前記所定領域とすることを特徴とする請求項１に記載のロボット安全監視装置。
4. 前記位置座標算出手段により算出された前記位置座標の時間変化から前記教示基準点の移動速度を演算する速度演算手段を有し、
   前記非常停止信号出力手段は、前記判定手段により不一致が検出されている期間において、前記教示基準点の位置座標が前記所定領域に存在する場合であっても、前記速度演算手段により算出された速度が、所定値以上となった場合に、前記非常停止信号を出力することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のロボット安全監視装置。

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