JP2009233852A - 停止監視機能を備えたロボット制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボット又は装置毎に動力供給を接続・遮断するためのハードウェア等を使用することなく、一方で作業者の安全を確保できる停止監視機能を備えたロボット制御装置を提供する。
【解決手段】ＣＰＵ３８は、各サーボモータからの位置情報に基づくロボット又は協働作業装置の位置と、侵入通知の状態とを周期的に監視し、侵入通知が最初に入力された時に、その侵入通知が割り付けられているロボット又は協働作業装置のサーボモータの位置をＲＡＭ４０内に記憶する。その後、その侵入通知が入力されている間は、ＲＡＭ４０内に記憶された位置と、現在のサーボモータの位置との距離を計算し、その距離が許容移動距離よりも大きい場合には、非常停止手段２８に指令を出し、ロボット１４及び協働作業装置１６の全てのサーボモータ１８、２０の動力を遮断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、広くは産業用ロボット（以下、単にロボットと称する）を制御するためのロボット制御装置に関し、特には、停止監視機能を備えたロボット制御装置に関する。

一般に、ロボットコントローラにより制御されるロボットは、サーボモータにより駆動され、当該ロボットと協働して作業を行う別の装置と組み合わせたロボットシステムとして用いられることが多い。ロボットと協働作業を行う装置は１台とは限らず、複数台の場合もある。このようなロボットシステムにおいては、サーボモータにより駆動される例えばワークステージ等の移動体の動作範囲や、その他作業者の安全のために装置の動作中に侵入することが一般に禁じられている領域（以下、「侵入禁止領域」という）が存在する。そのため、危険を伴う装置への接近や侵入禁止領域への侵入に対して作業者の安全を確保する手法が従来より用いられている。

例えば特許文献１には、単純な遮断回路を用いてロボットシステムにおける作業者の安全を確保する技術が開示されている。特許文献１に記載の発明では、作業者が侵入禁止領域へ侵入した場合、サーボアンプへの動力供給が遮断されていればその侵入は許容されるが、動力供給が遮断されていなければロボットシステムを非常停止状態とするものである。

特開２００４−１２２２５８号公報

従来では、サーボモータへの動力供給を、装置毎に接続・遮断するためのハードウェアが必要になるため、コストが増加するという問題があった。またロボット又は協働作業装置が停止しているか否かを監視するためには、ブレーキ解除時などのわずかな動作をも誤検出しないようにする必要がある。

そこで本発明は、ロボット又は装置毎に動力供給を接続・遮断するためのハードウェア等を使用することなく、一方で作業者の安全を確保できる停止監視機能を備えたロボット制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、サーボモータにより駆動される制御軸を少なくとも１つ有するロボットと、サーボモータにより駆動される制御軸を少なくとも１つ有し、かつ前記ロボットと協働して作業を行う少なくとも１つの協働作業装置とを制御するロボット制御装置であって、前記ロボット及び前記協働作業装置のそれぞれに対応して、侵入禁止領域への作業者の侵入を検知し、作業者が前記侵入禁止領域に侵入しているときは侵入通知を出力する侵入検知手段と、前記侵入通知を受信する受信手段と、前記ロボット及び前記協働作業装置の少なくとも１つに対して前記侵入通知を前記受信手段が受信したときは、前記侵入通知が出力されているロボット又は協働作業装置の制御軸を駆動するサーボモータに設けられた位置検出器から入力される位置に基づいて、前記侵入通知が出力されているロボット又は協働作業装置が停止しているか否かを判断する判断手段と、前記ロボット及び前記協働作業装置の全てを停止させるべく作動する非常停止手段と、前記侵入通知が出力されているロボット又は協働作業装置が停止していないと判断されたときは前記非常停止手段を作動させ、前記侵入通知が出力されているロボット又は協働作業装置が停止していると判断されたときは前記非常停止手段を作動させない手段と、を備えたロボット制御装置を提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロボット制御装置において、前記受信手段が前記侵入通知を受信した直後に、前記侵入通知が出力されているロボット又は協働作業装置の制御軸を駆動するサーボモータに設けられた位置検出器から入力される位置データを記憶する記憶手段と、前記侵入通知が受信されているとき、前記記憶手段に記憶された位置と、現在前記位置検出器から入力される位置との間の距離を計算する計算手段とをさらに有し、前記判断手段は、前記計算手段が計算した距離が予め設定された上限値以下であるときは前記ロボット又は前記協働作業装置が停止していると判断する、ロボット制御装置を提供する。

本発明に係るロボット制御装置によれば、作業者が侵入禁止領域に侵入している場合には、侵入禁止領域に対応するロボット又は協働作業装置が停止しているか否かを監視し、停止していなければ、ロボット及び協働作業装置の全ての制御軸の動力供給が遮断される。従って作業者が侵入禁止領域に侵入している場合は、ロボット及び協働作業装置は、停止しているか、動力供給を遮断されているかのいずれかの状態になるため、作業者の安全を確保することができる。

またロボット又は協働作業装置の停止の判断基準として、作業者が侵入禁止領域に侵入したときのロボット又は協働作業装置の位置と現在の位置とを比較し、その間の距離が予め設定されている許容値を超えていないときは、ロボット又は協働作業装置は停止していると判断することができる。これにより、ロボット又は協働作業装置が停止しているか否かについての誤判断を防止し、かつ危険な動作を確実に検出することができる。

本発明に係るロボット制御装置を含むロボットシステムの全体構成を示すブロック図である。 図１のロボット制御装置における処理の流れを示すフローチャートである。

図１は、本発明に係るロボット制御装置を含むロボットシステムの概要を示す図である。ロボットシステム１０は、ロボット制御装置１２と、ロボット制御装置１２により制御されるロボット１４と、ロボット１４と協働して作業を行う協働作業装置１６とを含む。ロボット１４及び協働作業装置１６はそれぞれ、少なくとも１つの第１サーボモータ１８及び少なくとも１つの第２サーボモータ２０により起動される。第１サーボモータ１８及び第２サーボモータ２０への動力供給はそれぞれ、第１サーボアンプ２２及び第２サーボアンプ２４により行われる。また、これらのサーボアンプの一般の動作制御はロボット制御装置１２で行われる。なお図１では、ロボット制御装置１２のこの一般動作制御機能を担う部分を制御部２６と表示した。

ロボット制御装置１２は、制御部２６からの指令により、接続されている全てのサーボアンプの電源を遮断する非常停止手段２８を具備する。第１及び第２サーボモータはそれぞれ第１位置検出器３０及び第２位置検出器３２を備え、これらの位置検出器からの位置情報１及び２は、それぞれのサーボアンプを介して制御部２６に入力される。ロボット１４及び協働作業装置１６には、作業者の侵入を検知する第１侵入検知手段３４及び第２侵入検知手段３６が設けられ、これらの検知手段は作業者の侵入を検知したときに侵入通知１及び２を出力するようになっている。なおこの侵入通知は、制御部２６に入力される。

制御部２６内には、ＣＰＵ３８、ＲＯＭ４０、ＲＡＭ４２及び不揮発性メモリ４４が含まれる。ＣＰＵはロボットシステムを制御する。ＲＯＭには、各種のシステムプログラムが格納される。ＲＡＭ４２は、ＣＰＵ３８が一時記憶に使用するメモリである。不揮発性メモリ４４には、ロボット１４の動作内容に関する各種プログラム、関連設定値等が格納される。

制御部２６には、教示操作盤４６が接続されている。教示操作盤４６は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）４８及びキーボード５０を備え、これによりユーザはプログラムデータの入力／変更、関連設定値入力／変更等を行うことができる。またユーザは、教示操作盤４６から、ロボット１４及び協働作業装置１６のそれぞれについて、サーボモータの停止状態を監視するかどうかを設定することができ、その設定内容は入力信号として制御部２６に送られる。また、サーボモータの停止状態を監視する場合には、どの侵入通知をどのロボット又は協働作業装置に割り当てるかを設定することもできる。また、軸が停止していると判断することのできる許容移動距離（後述）を軸毎に設定することができる。これらの設定は不揮発性メモリ４４に格納される。

ＣＰＵ３８は、停止状態を監視するよう教示操作盤に入力されたロボット又は協働作業装置について、各サーボモータからの位置情報に基づくロボット又は協働作業装置の位置と、侵入通知の状態とを周期的に監視し、侵入通知が最初に入力された時に、その侵入通知が割り付けられているロボット又は協働作業装置のサーボモータの位置をＲＡＭ４０内に記憶する。その後、その侵入通知が入力されている間は、ＲＡＭ４０内に記憶された位置と、現在のサーボモータの位置との距離を計算し、その距離が許容移動距離よりも大きい場合には、非常停止手段２８に指令を出し、ロボット１４及び協働作業装置１６の全てのサーボモータ１８、２０の動力を遮断する。

図２は、上述の作用をより具体的に示すフローチャートである。先ずステップＳ１０１において、第１侵入検知手段３４から制御部２６に侵入通知１が入力された場合は、ステップＳ１０２に進んで侵入通知１が最初のものであるか（前回の侵入通知１が存在するか）否かを判定する。今回の侵入通知１が最初のものであれば、ステップＳ１０３に進んで現在の位置情報１がＲＡＭ４０に記憶される。一方最初のものでなければ、ステップＳ１０２から直接ステップＳ１０４に進む。

次のステップＳ１０４では、現在の位置情報１とＲＡＭ４０に記憶されている位置情報１との差すなわちサーボモータ１８の移動距離を計算する。従ってステップＳ１０３を経由してステップＳ１０４に移行した場合、この距離はゼロとなる。次にステップＳ１０５において、Ｓ１０４で計算した距離と許容移動距離とを比較する。ここで許容移動距離とは、作業者に危険が及ばない程度に各制御軸に許容された（一般的には極めて短い）移動距離を意味し、本願明細書における「停止状態」とは、各軸が完全に停止している状態と、上記許容移動距離以下の移動をした状態とを含むものとする。従って計算された距離が許容移動距離を越えていれば、ロボットの軸が停止状態を脱して移動したと判断できるので、作業者の危険回避のために非常停止手段２８が作動してロボット１４及び協働作業装置１６の全てのサーボモータ（ここではサーボモータ１８及び２０）の動力を遮断する（ステップＳ１０６）。

このように、侵入通知が入力されている間すなわち作業者が侵入禁止領域に入っている間は、ＲＡＭ４０内に記憶された位置と現在のサーボモータの位置との距離が適当な時間間隔で計算される。この距離が許容移動距離以下である間は、ロボットのサーボモータすなわち軸は停止していると考えられるので、作業者は特段危険な状態にあるとは言えず、故にこの段階では非常停止手段は作動しない。しかし計算された距離が許容移動距離を超えた場合は、ロボットのいずれかの軸が動いたことになるので、作業者の安全を確保するために非常停止手段が作動する。

図２の以降のステップＳ２０１〜Ｓ２０６は、協働作業装置１６についての処理である。位置情報１及び侵入通知１がそれぞれ位置情報２及び侵入通知２に置換された以外は、ロボット１４についての処理である上述のステップＳ１０１〜Ｓ１０６と同様であるので、詳細な説明は省略する。ステップＳ１０１〜Ｓ２０６を実行することにより、作業者が侵入禁止領域に入りかつ、ロボット又は協働作業装置のいずれかの軸が停止していないと判断されれば、作業者の安全確保のため非常停止手段が作動する。逆に言えば、作業者が侵入禁止領域に入っていても、ロボット及び協働作業装置の全ての軸が停止していれば、非常停止手段が作動せず、非常停止後の復帰作業等の手間を省くことができる。

上記実施形態では各１台のロボット及び協働作業装置の場合について説明したが、協働作業装置の台数をさらに増やしてもよいし、また協働作業装置をロボットに置換してもよいことは明らかである。後者の場合、本発明を複数のロボットを制御するシステムに適用することができる。

１０ ロボットシステム
１２ ロボット制御装置
１４ ロボット
１６ 協働作業装置
１８、２０ サーボモータ
２２、２４ サーボアンプ
２６ 制御部
２８ 非常停止手段
３０、３２ 位置検出器
３４、３６ 侵入検知手段
４６ 教示操作盤

Claims (2)

1. サーボモータにより駆動される制御軸を少なくとも１つ有するロボットと、サーボモータにより駆動される制御軸を少なくとも１つ有し、かつ前記ロボットと協働して作業を行う少なくとも１つの協働作業装置とを制御するロボット制御装置であって、
   前記ロボット及び前記協働作業装置のそれぞれに対応して、侵入禁止領域への作業者の侵入を検知し、作業者が前記侵入禁止領域に侵入しているときは侵入通知を出力する侵入検知手段と、
   前記侵入通知を受信する受信手段と、
   前記ロボット及び前記協働作業装置の少なくとも１つに対して前記侵入通知を前記受信手段が受信したときは、前記侵入通知が出力されているロボット又は協働作業装置の制御軸を駆動するサーボモータに設けられた位置検出器から入力される位置に基づいて、前記侵入通知が出力されているロボット又は協働作業装置が停止しているか否かを判断する判断手段と、
   前記ロボット及び前記協働作業装置の全てを停止させるべく作動する非常停止手段と、
   前記侵入通知が出力されているロボット又は協働作業装置が停止していないと判断されたときは前記非常停止手段を作動させ、前記侵入通知が出力されているロボット又は協働作業装置が停止していると判断されたときは前記非常停止手段を作動させない手段と、
   を備えたロボット制御装置。
2. 前記受信手段が前記侵入通知を受信した直後に、前記侵入通知が出力されているロボット又は協働作業装置の制御軸を駆動するサーボモータに設けられた位置検出器から入力される位置データを記憶する記憶手段と、
   前記侵入通知が受信されているとき、前記記憶手段に記憶された位置と、現在前記位置検出器から入力される位置との間の距離を計算する計算手段とをさらに有し、
   前記判断手段は、前記計算手段が計算した距離が予め設定された上限値以下であるときは前記ロボット又は前記協働作業装置が停止していると判断する、請求項１に記載のロボット制御装置。

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