JP2013161253A - 自動装置の動作制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】作業者が優先的かつ安全に作業を行うことができる自動装置の動作制御システムを提供する。
【解決手段】自動装置の動作制御システムは、第１監視エリア６等における干渉物の有無を検知する第１エリアセンサ１２等と、その検知がなされたときに搬送装置５を停止する制御部２５と、第１監視エリア６内の第１ミュートエリア１４等における作業を完了して作業者が退出したときに押下する作業完了ボタン１９等を備える。制御部２５は、第１ミュートエリア１４等から所定位置に搬送装置５の保持部７が移動したとき、第１エリアセンサ１２等による検知範囲から第１ミュートエリア１４等を除外し、その後、保持部７が、第１ミュートエリア１４等に移動するとき、作業完了ボタン１９の押下等がなされるまで、保持部７を所定位置で待機させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定の監視領域における干渉物の存在が検知されたとき、自動装置を停止させる自動装置の動作制御システムに関する。

従来、ロボット等の自動装置を生産ラインに導入する場合には、作業者と自動装置を隔離するために自動装置の周辺を安全柵で囲むか、又は安全柵を用いずに自動装置や作業者の動作に応じた安全距離を確保できるような安全対策を講じている。

後者の例として、特許文献１には、ロボットの周囲に障害物の有無を監視する監視エリアを設定し、監視エリア内への作業者等の侵入を検知した場合には、ロボットの動作を停止するようにした安全システムが記載されている。この安全システムでは、ロボットの位置、速度等に基づいて監視エリアの設定範囲を動的に制御するようにしている。

特許第４７６４０７０号公報

しかしながら、特許文献１の安全システムは、ロボットの動作を優先し、作業者等の侵入を監視するものであるため、作業者の動作が優先される作業が存在する場合には、その場合に適したロボットの制御及び安全策を講じる必要がある。

本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑み、作業者が優先的かつ安全に作業を行うことができる自動装置の動作制御システムを提供することにある。

本発明の自動装置の動作制御システムは、所定の監視領域における自動装置の動作を妨げる可能性のある干渉物の有無を検知するための干渉物センサと、前記監視領域における干渉物の存在が検知されたとき、自動装置を停止させる制御部と、前記監視領域内の所定の作業領域における作業を完了して作業者が該作業領域から退出したときにその旨を前記制御部に通知する通知手段とを備え、前記制御部は、前記作業領域から該作業領域内における作業者の作業と干渉する可能性のない非干渉位置に自動装置の可動部が移動したとき、前記干渉物センサによる検知範囲から前記作業領域を除外し、その後、前記可動部が、前記作業領域に移動するとき、前記通知手段による通知がなされるまで、該可動部を所定位置で待機させることを特徴とする。

本発明によれば、作業領域から作業者の作業と干渉する可能性のない位置に自動装置の可動部が移動したとき、干渉物センサによる検知範囲から作業領域が除外される。したがって、このとき、作業者は、自動装置を停止させたり、自動装置の可動部と干渉したりすることなく、作業領域における作業を行うことができる。

また、その後、可動部が作業領域に移動するとき、作業領域内における作業を完了して作業者が作業領域から退出するまで、可動部が作業領域に移動することがないので、作業者は目的とする作業を支障なく完了させることができる。したがって、作業者は、自動装置の動作に優先し、自身の作業を安全に遂行することができる。

また、本発明においては、前記非干渉位置に自動装置の可動部が移動したとき、前記制御部がその旨を作業者に知らせるための出力手段を有してもよい。これによれば、作業者は、出力手段からの出力に基づいて、作業領域における作業を支障なく行うことができる状態となったことを容易に認識することができる。なお、出力手段としては、音声や、光、文字等を出力するものが使える。

また、本発明においては、前記通知手段は、作業者による前記通知を行うための操作に基づき、又は作業者の作業の対象物が作業完了の状態となったことに基づき、前記通知を行ってもよい。これによれば、作業者の意思に基づき、又は作業完了により自動的に、作業を完了して作業者が作業領域から退出したことを制御部に通知することができる。

また、本発明においては、前記制御部は、前記可動部を所定位置で待機させるに際し、所定のロック機構を動作させ、該可動部が前記作業領域の方へ移動するのを物理的に阻止するものであってもよい。これによれば、作業者の作業が完了する前に可動部が作業領域へ移動するのを確実に阻止することができる。

本発明の一実施形態に係る作業ステーションの平面図である。 図１の作業ステーションの制御部のブロック図である。 図２の制御部による処理を示すフローチャートである。 図３の処理に伴って作業ステーションが変化する様子を示す説明図である。 図２の制御部による別の処理を示すフローチャートである。 図５の処理に伴って作業ステーションが変化する様子を示す説明図である。 図２の制御部によるさらに別の処理を示すフローチャートである。 図７の処理に伴って作業ステーションが変化する様子を示す説明図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１に示すように、本発明の一実施形態に係る自動装置の動作制御システムを適用した作業ステーション１は、ワークＷを供給する台車２を配置する台車配置エリア３と、ワークＷを載置して作業を行うためのパレット４と、台車配置エリア３に配置された台車２からワークＷを取り出してパレット４上へ搬送する搬送装置５と、台車配置エリア３とパレット４との間に定義された第１監視エリア６とを備える。

ワークＷとして、ここでは、自動車のリアサスペンションが作業の対象とされる。搬送装置５は、ワークＷを保持する保持部７と、保持部７を鉛直な回転軸線の周りでＲ方向に回転させるＲ軸ユニット８と、Ｒ軸ユニット８を保持し、鉛直方向に昇降移動させるＨ軸ユニット９と、Ｈ軸ユニット９を水平なＴ方向に移動させるＴ軸ユニット１０とを備える。

なお、Ｒ軸ユニット８、Ｈ軸ユニット９及びＴ軸ユニット１０によるＲ方向への回転移動、昇降移動及びＴ方向への移動に使用される駆動源は、搬送装置５が、労働安全衛生規則に規定される産業用ロボットの規格除外装置に該当するように、８０Ｗ以下のモータを用いて構成される。また、その他、作業ステーション１は、搬送装置５を所定の低速で動作させる等の安全が講じられている。

台車２は、上方から見ると、長方形の形状を有している。そして、該長方形の長辺の方向を車幅方向とし、車長方向の向きが異なる２種類の姿勢で、複数のワークＷが搭載されるようになっている。図１においては、各姿勢のワークＷが１つずつ見えている。各姿勢のワークＷは、ダンパブラケット側を上記長方形の長辺側に向け、トーションビーム側を該長方形の中心側に向けた姿勢を有する。

台車配置エリア３は、台車２の形状に合わせて長方形状を有し、その長辺は、搬送装置５によるワークＷの搬送方向（Ｔ方向）と直角をなす。台車配置エリア３の各短辺に沿った両側に隣接して、第２監視エリア１１が定義される。

第１監視エリア６の近傍には、第１監視エリア６を監視するための第１エリアセンサ１２が設けられる。また、各第２監視エリア１１の近傍には、これらのエリアを監視するための第２エリアセンサ１３がそれぞれ設けられる。

第１監視エリア６のパレット４側の端部には、第１エリアセンサ１２による監視を一時的に除外する第１ミュートエリア１４が定義される。この監視が除外されている間、作業者１５は第１ミュートエリア１４に立ち入って、パレット４のジグの交換や、パレット４への部品の投入等を行うことができる。

第１監視エリア６の台車配置エリア３側の端部には、第１エリアセンサ１２による監視を一時的に除外する第２ミュートエリア１６が定義される。この監視が除外されている間、作業者１５は、台車２を反転させる作業を行うことができる。第２ミュートエリア１６の近傍には、この反転作業を行うことができることを作業者１５に知らせる反転可能ランプ１７が設けられる。

パレット４は、上方から見ると、長辺がＴ方向に直交する長方形状を有する。その短辺側に隣接して、作業者１５が作業ステーション１を操作するための操作盤１８が配置される。

操作盤１８には、作業者１５が第１ミュートエリア１４に立ち入り、作業が完了して退出するときに操作する作業完了ボタン１９が設けられる。また、作業完了ボタン１９の近傍には、作業者１５が第１ミュートエリア１４に入って作業を行うことが可能であるときに点灯する作業可能ランプ２０が設けられる。

搬送装置５の搬送経路の途中には、搬送装置５の保持部７がＴ方向に移動するのを阻止するＴ軸安全ロック２１が設けられる。Ｔ軸安全ロック２１は、オン状態において、保持部７が所定位置よりも台車配置エリア３側へ移動するのを物理的に阻止する。

また、Ｔ軸ユニット１０及びＲ軸ユニット８には、オン状態にあるときに、保持部７がＴ方向の所定位置を通過することを検出するＴ軸ドグセンサ及びＲ軸ドグセンサが、それぞれＴ軸ユニット１０及びＲ軸ユニット８に設けられる。

台車２からワークＷを取り出す際には、搬送装置５は、保持部７を台車２の長辺側から目的とするワークＷの下に挿入し、上昇させることによりそのワークＷを保持する。そして、挿入方向とは逆方向に保持部７を移動させ、そのワークＷを台車２から取り出す。したがって、上述の一方の姿勢のワークＷについて作業が終了し、他方の姿勢のワークＷについて作業を開始する際には、上述のように台車２を反転させる反転作業が行われる。

台車２から取り出されたワークＷは、搬送装置５により、第１監視エリア６を経て搬送され、パレット４に受け渡される。１つの台車２のすべてのワークＷについての作業が完了した場合には、その台車２は、新たなワークＷが搭載された別の台車２に交換される。第２ミュートエリア１６の近傍には、この台車２の交換作業が可能であるときに点灯する交換可能ランプ２２が設けられる。

台車配置エリア３には、作業者１５が、台車２の交換作業に際して新たな台車２を台車配置エリア３内の所定位置に配置し、その配置状態をロックするための台車ロック２３（図２）が設けられる。このロックが行われたとき、台車ロック２３は交換完了信号を出力する。また、台車配置エリア３には、上述の台車２の反転作業が完了したときに反転完了信号を出力するリミットスイッチ２４（図２）が設けられる。

図２は、作業ステーション１を制御する制御部を示す。制御部２５は、ＣＰＵ、記憶装置、プログラム等により構成される。図２に示すように、制御部２５は、搬送装置５のＴ軸ドグセンサ及びＲ軸ドグセンサ、第１エリアセンサ１２、第２エリアセンサ１３、作業完了ボタン１９、台車ロック２３、リミットスイッチ２４等からの入力信号に基づき、搬送装置５、反転可能ランプ１７、作業可能ランプ２０、Ｔ軸安全ロック２１等を制御する。

制御部２５は、搬送装置５のＲ軸ユニット８、Ｈ軸ユニット９及びＴ軸ユニット１０（図１）を制御し、台車配置エリア３に配置された台車２から、順次、ワークＷを取り出してパレット４上へ供給する。その際、上述のパレット４のジグの交換や、台車２の反転、台車２の交換等のような作業者１５による作業が行われる場合には、作業者１５の安全確保や作業スペースの確保等に必要な処理を行う。

なお、搬送装置５は、本発明における自動装置に対応する。第１監視エリア６及び第２監視エリア１１は監視領域（検知範囲）に対応する。第１エリアセンサ１２及び第２エリアセンサ１３は干渉物センサに対応する。第１ミュートエリア１４及び第２ミュートエリア１６は作業領域に対応する。

また、作業完了ボタン１９、台車ロック２３及びリミットスイッチ２４は通知手段に対応する。作業可能ランプ２０、交換可能ランプ２２及び反転可能ランプ１７は出力手段に対応する。ワークＷ及び台車２は作業の対象物に対応する。Ｔ軸安全ロック２１はロック機構に対応する。

図３は、作業者１５がパレット４のジグの交換やパレット４への部品投入を行う場合の制御部２５による処理を示すフローチャートである。図４は、この処理に伴って作業ステーション１が変化する様子を示す説明図である。ただし、図４において、搬送装置５についは、保持部７等の一部のみを表示している。図３の処理を開始するとき、図４（ａ）に示すように、搬送装置５の保持部７は、第１監視エリア６のほぼ中央の原位置に位置している。

また、台車配置エリア３には、作業対象となるワークＷが搭載された台車２が配置されている。パレット４上には、作業中のワークＷが載置されている。また、第１ミュートエリア１４は、第１エリアセンサ１２による監視対象外となっており、ミュート状態にある。作業可能ランプ２０は点灯状態にある。第２監視エリア１１は、第２エリアセンサ１３により監視されている。搬送装置５のＴ軸ドグセンサ及びＲ軸ドグセンサはオン状態にある。

なお、図４において、第１エリアセンサ１２及び第２エリアセンサ１３による監視中の範囲には、ハッチングが施されている。この監視範囲に作業者等の干渉物が侵入したことを第１エリアセンサ１２又は第２エリアセンサ１３により制御部２５が検知した場合、制御部２５により搬送装置５の動作が停止される。

図３の処理を開始すると、制御部２５は、まず、図４（ａ）のように、搬送装置５の保持部７の台車２の方向への移動を開始し（ステップＳ１）、保持部７を台車２の近傍まで移動させる（ステップＳ２）。次に、図４（ｂ）のように、保持部７により、台車２から搬送するワークＷを取り出して保持し（ステップＳ３）、第１ミュートエリア１４手前の待機位置まで搬送する（ステップＳ４）。

そして、図４（ｃ）のように、この待機位置に保持部７を待機させた状態で、作業者１５による作業完了ボタン１９の押下を待つ（ステップＳ５）。なお、このとき、制御部２５は、この待機位置を越えて保持部７が第１ミュートエリア１４に近接することがないように、搬送装置５のＴ軸ドグセンサ及びＲ軸ドグセンサにより保持部７の位置を監視し、保持部７が待機位置を越えた場合には、搬送装置５を停止させる。

このステップＳ１からＳ４までの処理の間に、図４（ａ）及び（ｂ）のように、作業者１５は、第１ミュートエリア１４に入り、パレット４のジグの交換や、パレット４への部品投入等の作業を行う。そして、作業を完了したら、図４（ｃ）及び（ｄ）のように、第１ミュートエリア１４から退出し、作業完了ボタン１９を押下する。

これに応答し（ステップＳ５）、制御部２５は、Ｔ軸ドグセンサ及びＲ軸ドグセンサをオフ状態とし、図４（ｄ）のように、第１ミュートエリア１４のミュート状態を解除して、第１エリアセンサ１２による監視範囲を第１監視エリア６の全体とする（ステップＳ６）。そして、保持部７を反転させ、保持されているワークＷをパレット４まで搬送し、パレット４上に載置する（ステップＳ７）。

次に、制御部２５は、保持部７を原位置へ戻し（ステップＳ８）、図３の処理を終了する。この後、制御部２５は、次のワークＷについての処理を開始することができる。

図５は、作業者１５が台車２を交換する場合の制御部２５による処理を示すフローチャートである。図６は、この処理に伴って作業ステーション１が変化する様子を説明するための説明図である。この処理を開始するとき、搬送装置５の保持部７は、第１監視エリア６のほぼ中央の原位置に位置している。

また、図６（ａ）のように、台車配置エリア３には、最後の１つのワークＷが搭載されている台車２が配置されている。パレット４上には、作業中のワークＷが載置されている。また、Ｔ軸安全ロック２１はオフ状態である。第１エリアセンサ１２は、第１監視エリア６の全範囲を監視している。第２監視エリア１１は、第２エリアセンサ１３により監視されている。

図５の処理を開始すると、制御部２５は、まず、図６（ａ）のように、搬送装置５の保持部７を台車２の近傍まで移動し、台車２からワークＷを取り出す（ステップＳ５１〜Ｓ５３）。この処理は、上述の図３のステップＳ１〜Ｓ３の処理と同様である。

次に、図６（ｂ）のように、保持部７を台車２と干渉しない位置まで移動する（ステップＳ５４）。そして、Ｔ軸安全ロック２１をオン状態とし、第２エリアセンサ１３をミュート状態とするとともに、台車２の交換が可能であることを示す交換可能ランプ２２を点灯する（ステップＳ５５）。

次に、図６（ｃ）のように、図３のステップＳ７及びＳ８の場合と同様にしてパレット４上にワークを載置し（ステップＳ５６）、図６（ｄ）のように、保持部７を上述の原位置に戻す（ステップＳ５７）。そして、台車ロック２３（図２）からの交換完了信号の受信を待つ（ステップＳ５８）。なお、保持部７は、原位置に戻り、待機状態にある間、オン状態とされたＴ軸安全ロック２１により、台車配置エリア３の方向への移動が、物理的に阻止される。

この間、作業者１５は、ステップＳ５５による交換可能ランプ２２の点灯に応じ、台車交換作業を行う。すなわち、台車ロック２３（図２）を解除し、図６（ｃ）のように、台車配置エリア３から空の台車２を引き出す。次に、図６（ｄ）のように、新たなワークＷが搭載された別の台車２を台車配置エリア３内の所定位置に配置する。そして、台車ロック２３をロック状態とすることにより、台車２の交換作業を完了する。台車ロック２３は、ロック状態とされると、上述の交換完了信号を出力する。

制御部２５は、この交換完了信号を受信すると（ステップＳ５８）、その７秒後に、Ｔ軸安全ロック２１を解除し、第２エリアセンサ１３のミュート状態を解除して第２監視エリア１１の監視を開始し、交換可能ランプ２２を消灯する（ステップＳ５９）。これにより、図５の処理を終了する。この後、制御部２５は、図６（ａ）のように、次のワークＷについての処理を開始することができる。

図７は、作業者１５が台車２を反転する場合の制御部２５による処理を示すフローチャートである。図８は、この処理に伴って作業ステーション１が変化する様子を説明するための説明図である。この処理を開始するとき、搬送装置５の保持部７は、第１監視エリア６のほぼ中央の原位置に位置する。

また、図８（ａ）のように、台車配置エリア３には、作業対象となるワークＷが搭載された台車２が配置されている。パレット４上には、作業中のワークＷが載置されている。また、搬送装置５のＴ軸ドグセンサ及びＲ軸ドグセンサはオフ状態にある。第１エリアセンサ１２は、第１監視エリア６の全範囲を監視している。反転可能ランプ１７は非点灯状態にある。また、第２監視エリア１１は、第２エリアセンサ１３により監視されている。

図７の処理を開始すると、制御部２５は、まず、図８（ａ）のように、搬送装置５の保持部７を台車２の近傍まで移動し、台車２からワークを取り出す（ステップＳ７１〜Ｓ７３）。この処理は、上述の図３のステップＳ１〜Ｓ３の処理と同様である。

次に、図８（ｂ）のように、保持部７を、反転される台車２と干渉しない位置まで移動する（ステップＳ７４）。そして、Ｔ軸ドグセンサ及びＲ軸ドグセンサをオン状態とし、図８（ｃ）のように、第１エリアセンサ１２による第２ミュートエリア１６の監視をミュート状態とするとともに、台車２の反転が可能であることを示す反転可能ランプ１７を点灯する（ステップＳ７５）。

次に、図８（ｃ）のように保持部７を反転させ、パレット４上にワークＷを載置する（ステップＳ７６）。次に、図８（ｄ）のように保持部７を、反転状態のまま、パレット４近傍の第１監視エリア６上の待機位置へ移動する（ステップＳ７７）。そして、リミットスイッチ２４からの反転完了信号の受信を待つ（ステップＳ７８）。

なお、このとき、制御部２５は、この待機位置を越えて保持部７が第２ミュートエリア１６に接近することがないように、搬送装置５のＴ軸ドグセンサ及びＲ軸ドグセンサにより保持部７の位置を監視し、保持部７が待機位置を越えた場合には、搬送装置５を停止させる。

この間、作業者は、ステップＳ７５の処理による反転可能ランプ１７の点灯に応じ、図８（ｃ）及び（ｄ）のように、台車２を１８０°回転させる作業を行う。この反転作業が完了すると、リミットスイッチ２４が、反転完了信号を出力する。

制御部２５は、この反転完了信号を受信すると（ステップＳ７８）、その７秒後に、搬送装置５のＴ軸ドグセンサ及びＲ軸ドグセンサをオフ状態とし、第１エリアセンサ１２による第２ミュートエリア１６のミュート状態を解除し、反転可能ランプ１７を消灯する（ステップＳ７９）。そして、保持部７を反転させ、原位置へ戻す（ステップＳ８０）。これにより、図７の処理を終了する。この後、制御部２５は、図８（ａ）のように、次のワークＷについての処理を開始することができる。

以上のように、本実施形態によれば、第１ミュートエリア１４又は第２ミュートエリア１６から作業者１５の作業と干渉する可能性のない位置に搬送装置５の保持部７が移動したとき、第１エリアセンサ１２による検知範囲から第１ミュートエリア１４又は第２ミュートエリア１６が除外される。したがって、このとき、作業者１５は、搬送装置５を停止させることなく、第１ミュートエリア１４又は第２ミュートエリア１６における作業を、搬送装置５の保持部７と干渉することなく行うことができる。

また、その後、保持部７が、第１ミュートエリア１４又は第２ミュートエリア１６に移動するとき、これらのエリア内における作業を完了して作業者１５がこれらのエリアから退出するまで、これらのエリアに保持部７が移動することがないので、作業者１５はその作業を支障なく完了させることができる。したがって、作業者１５は、搬送装置５の動作に優先し、自身の作業を安全に遂行することができる。

また、作業完了ボタン１９、台車ロック２３又はリミットスイッチ２４によって関係する作業の完了が制御部２５に通知されるので、作業者１５の意思に基づき、又は作業完了により自動的に、作業を完了して作業者が第１ミュートエリア１４又は第２ミュートエリア１６から退出したことを制御部２５に通知することができる。

また、保持部７を所定位置で待機させるに際し、Ｔ軸安全ロック２１により待機位置からの移動を物理的に阻止するようにしたので、作業者の作業が完了する前に保持部７が作業者の方へ移動するのを確実に阻止することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、実施形態では、搬送装置５についての動作を制御する場合について説明したが、本発明は他の自動装置、例えばロボット等のマニピュレータについての動作を制御する場合にも適用することができる。

１…作業ステーション（自動装置の動作制御システム）、２…台車（作業の対象物）、５…搬送装置（自動装置）、６…第１監視エリア（監視領域）、７…保持部（可動部）、１１…第２監視エリア（監視領域）、１２…第１エリアセンサ、１３…第２エリアセンサ、１４…第１ミュートエリア（作業領域）、１５…作業者（干渉物）、１６…第２ミュートエリア（作業領域）、１７…反転可能ランプ（出力手段）、１９…作業完了ボタン（通知手段）、２０…作業可能ランプ（出力手段）、２２…交換可能ランプ（出力手段）、２３…台車ロック（通知手段）、２４…リミットスイッチ（通知手段）、２５…制御部、Ｗ…ワーク（作業の対象物）。

Claims (4)

1. 所定の監視領域における自動装置の動作を妨げる可能性のある干渉物の有無を検知するための干渉物センサと、
   前記監視領域における干渉物の存在が検知されたとき、自動装置を停止させる制御部と、
   前記監視領域内の所定の作業領域における作業を完了して作業者が該作業領域から退出したときにその旨を前記制御部に通知する通知手段とを備え、
   前記制御部は、
   前記作業領域から該作業領域内における作業者の作業と干渉する可能性のない非干渉位置に自動装置の可動部が移動したとき、前記干渉物センサによる検知範囲から前記作業領域を除外し、
   その後、前記可動部が、前記作業領域に移動するとき、前記通知手段による通知がなされるまで、該可動部を所定位置で待機させることを特徴とする自動装置の動作制御システム。
2. 前記非干渉位置に自動装置の可動部が移動したとき、前記制御部がその旨を作業者に知らせるための出力手段を有することを特徴とする請求項１に記載の自動装置の動作制御システム。
3. 前記通知手段は、作業者による前記通知を行うための操作に基づき、又は作業者の作業の対象物が作業完了の状態となったことに基づき、前記通知を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の自動装置の動作制御システム。
4. 前記制御部は、前記可動部を所定位置で待機させるに際し、所定のロック機構を動作させ、該可動部が前記作業領域の方へ移動するのを物理的に阻止することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動装置の動作制御システム。

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