JP2013193137A

JP2013193137A - 衝突防止装置

Info

Publication number: JP2013193137A
Application number: JP2012059625A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kawase; 茂川瀬
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2013-09-30

Abstract

【課題】ロボットと人が接触する前にロボットに停止命令を出力する方式であり、作業者がカード型等の人体通信装置を携帯しなくても、ロボットと人の接近を検出してロボットに停止命令を出力する衝突防止装置を提供する。
【解決手段】人体通信送信機１および人体通信受信機４を備え、人体通信によってロボット３と作業者の接近を検出してロボット３の動作を停止する衝突防止装置であって、人体通信送信機１に接続された人体通信送信機１の電極２をロボット３と作業者が衝突する可能性がある領域の床面に配置し、ロボット３の筐体３Ａを人体通信受信機４と接続して人体通信受信機４の電極とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、産業用ロボットと人との衝突事故を防止する衝突防止装置に関するものである。

近年、産業用ロボットは自動車製造から電子部品組み立てに至るまで様々な分野において使用されており、さらに高い精度で高速に作業することが可能な性能が求められている。
一方、ロボットが高速で動作中に人や物に接触した場合は重篤な問題が発生する可能性が高いため、従来より安全設計によるリスク低減が図られている。

その一例として、例えば図１に示すように、ロボットと人の作業エリアを隔壁で分離し、メンテナンスや教示などロボットと人が接触する必要がある場合のみ隔壁の一部を開放し、その状態ではロボットの動作を停止する方法が知られている。
しかし、上記の安全対策はロボットと人の作業エリアを隔壁で分離するため広いスペースが必要で、かつロボットと人が連携した作業ができないという問題がある。

そこで、近年では省スペース、生産性向上の観点からロボットと人が同じ作業エリアで分業する構成の組み立て装置に対する要求が高まっているため、接触しそうな状態を検知しロボットを瞬時に停止するための手段が必要になる。

ロボットと人の接触を検知してロボットを停止する手段の例としては、例えば、特許文献１に開示されている光学式ロボット用の接触センサが知られている。この接触センサは、ロボットの可動部位に光ファイバを巻きつけたものであり、ロボットが何らかの物体と接触すると巻きつけられた光ファイバが撓み、光ファイバ内の光の強さに変化が生じるため、光ファイバ内の光の強さの変化を検知することにより、ロボットと物体の接触を検出し、接触を検出した場合にロボットの動作を停止している。

しかし、特許文献１のように、衝突を検知してから停止命令を出す方式では、命令を出してからロボットが停止するまでのタイムラグがあるためダメージは避けられず、特にロボットの移動速度や重量が大きい場合のリスクは高くなる。

上記のリスクを回避するためにはロボットが人に接触しそうな状態を非接触で検知する必要がある。ロボットと人が接触する前にロボットに停止命令を出力する方式としては、例えば、特許文献２に開示されている、人体通信の原理を応用したロボット制御システムが知られている。人体通信は人体表面の静電界などを利用した通信方式であり、特許文献２では、ロボットに第１の人体通信部が設置され、作業者が第２の人体通信部であるカード型等の人体通信装置を携帯することで、ロボットと人が接近することにより生じる電界の変化を利用して、第２の通信部から第１の通信部に識別情報が送信され、ロボットが人体と接近したことを検知して停止命令を出力している。

特開平１０−２４９７８５号公報特開２０１０−１８８４５８号公報

しかしながら、特許文献２のような従来のロボット制御システムは、作業者が作業スペースに入る際に常にカード型等の人体通信装置を携帯しなければならず、例えば、不注意により作業者が人体通信装置の携帯を怠った場合や作業者以外の人体通信装置を携帯していない人が作業スペースに入った場合、ロボットと人の接近を検知することができず、ロボットと人の衝突を防止することができない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ロボットと人が接触する前にロボットに停止命令を出力する方式であり、作業者がカード型等の人体通信装置を携帯しなくても、ロボットと人の接近を検出してロボットに停止命令を出力する衝突防止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、この発明に係る衝突防止装置は、人体通信の送信機および受信機を備え、前記人体通信によってロボットと作業者の接近を検出して前記ロボットの動作を停止する衝突防止装置であって、前記人体通信の送信機に接続された当該送信機の電極を、前記ロボットと作業者が衝突する可能性がある領域の床面に配置し、前記ロボットの筐体を、前記人体通信の受信機と接続して当該受信機の電極とすることを特徴とする。

また、この発明に係る衝突防止装置は、人体通信の送信機および受信機を備え、前記人体通信によってロボットと作業者の接近を検出して前記ロボットの動作を停止する衝突防止装置であって、前記人体通信の受信機に接続された当該受信機の電極を、前記ロボットと作業者が衝突する可能性がある領域の床面に配置し、前記ロボットの筐体を、前記人体通信の送信機と接続して当該送信機の電極とすることを特徴とする。

また、この発明に係る衝突防止装置は、前記人体通信の送信機は、送信元が前記人体通信の送信機であることを示す識別信号を生成して送信し、前記人体通信の受信機は、前記識別信号を受信することによって、前記ロボットと作業者の接近を検出することを特徴とする。

また、この発明に係る衝突防止装置は、前記人体通信の方式が電界方式であることを特徴とする。

この発明の衝突防止装置によれば、人体通信の送信機または受信機と接続された電極をロボットと作業者が衝突する可能性がある領域の床面に配置し、ロボットの筐体を人体通信の受信機または送信機と接続するように構成し、作業者がロボットと衝突する可能性がある領域に入るだけで作業者とロボットの筐体とがある一定の距離以上接近すると自動的にロボットを停止するようにしたので、作業者が人体通信装置を携帯していなくても、ロボットと作業者との衝突を防止することができる。

安全設計によるリスク低減についての説明図である。この発明の実施の形態１に係る衝突防止装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係る衝突防止装置の処理を示すフローチャートである。

実施の形態１．
図２は、この発明の実施の形態１に係る衝突防止装置の構成を示す図である。図２に示すように、この衝突防止装置は、人体通信送信機（人体通信の送信機）１、電極板２、ロボット３、人体通信受信機（人体通信の受信機）４、ロボット制御機５によって構成されている。また、この実施の形態１では、人体通信の方式は電界方式により行う。なお、電界方式の人体通信では通常数ＭＨｚから数十ＭＨｚの搬送波が用いられる。

人体通信送信機１は、送信元が、床面に配置された電極２に接続された人体通信送信機１であることを識別するための識別信号を生成する識別信号生成部１Ｂと、数ＭＨｚから数十ＭＨｚにおける所定の周波数を有する電圧を生成し、この電圧に対して識別信号生成部１Ｂにより生成された識別信号により振幅変調を行う送信機制御部１Ａとを備える。

電極板２は、例えば、金属板の電極を非導電性の樹脂などにより覆ったものであり、ロボット３が動作する際に人体と接触する可能性がある領域の床面に設置される。また、電極板２は、人体通信送信機１と接続されており、人体通信送信機１の電極として、人体通信送信機１により電圧を加えられることにより電荷を帯び電界を形成する。なお、この実施の形態１では人体通信の方式を電界方式としているため、人体通信送信機１の送信機制御部１Ａで生成された数ＭＨｚから数十ＭＨｚにおける所定の周波数を有する電圧が電極板２に加えられ、電極板２の電界も加えられた電圧の大きさに比例して変化する。

ロボット３は、筐体３Ａ、ロボット３を駆動させる駆動軸モータ３Ｂを備える。

人体通信受信機４は、ロボット３の筐体３Ａと接続されており、ロボット３の筐体３Ａに帯電した電荷から識別信号を抽出する識別信号抽出部４Ａ、識別信号抽出部４Ａにより抽出された識別信号について、送信元が人体通信送信機１であるか弁別する識別信号弁別部４Ｂを備える。すなわち、筐体３Ａは人体通信受信機４の電極の役割を果たしている。

ロボット制御機５は、人体通信受信機４の識別信号弁別部４Ｂによって識別信号の送信元が人体通信送信機１であると弁別された場合、ロボット３の駆動軸モータ３Ｂへ停止命令を出力する。

ここで、この発明の実施の形態１に係る衝突防止装置の人体通信について説明する。人体通信送信機１の送信機制御部１Ａが電極板２に電圧を加えると、図２に示すように、電極板２が電荷を帯び電界を形成する。
なお、電極板２に加えられる電圧は、人体通信送信機１の送信機制御部１Ａによって生成される数ＭＨｚから数十ＭＨｚにおける所定の周波数の電圧を、人体通信送信機１の識別信号生成部１Ｂにより生成された人体通信送信機１に固有のコードである識別信号により振幅変調したものである。これにより、電極板２に帯電する電荷も極性と量が振幅変調された電圧に比例して変化するが、図２は説明をわかりやすくするため、ある瞬間の電荷の状態を示している。

次に、電極板２に帯電した電荷により形成された電界が電極板２上の人体に作用し、静電結合による分極作用により、人体のうち電極板２から距離が近い足に負の電荷が、人体のうち電極板２から離れた頭や手には正の電荷が、それぞれ誘起される。

ここで、電極板２に帯電した電荷により形成された電界の電界強度は、人体通信送信機１により電極板２に加えられた電圧の大きさによって決まり、人体通信送信機１の送信機制御部１Ａは、識別信号生成部１Ｂにより生成された識別信号により電極板２に加える電圧を振幅変調する。

また、人体とロボット３が接近している場合に、人体およびロボット３の筐体３Ａに帯電する電荷の量についても人体通信送信機１により電極板２に加えられた電圧の大きさによって決まる。すなわち、識別信号生成部１Ｂにより生成された識別信号により決まる。
そこで、ロボット３の筐体３Ａに接続された、人体通信受信機４の識別信号抽出部４Ａがロボット３の筐体３Ａに帯電している電荷から識別信号を抽出し、識別信号弁別部４Ｂが識別信号が識別信号生成部１Ｂにより生成されたものか弁別し、識別信号が識別信号生成部１Ｂにより生成されたものと弁別された場合、ロボット３と人体の接近として検出する。

電界方式は、人が直接電極に接触しなくても手を数ｃｍ程度近づけるだけで通信が可能であり、靴を履いた状態でも地面に設置された電極と人体の間で通信できるという特徴があるため、識別信号はロボット３が人体から数ｃｍ程度の距離に近づくと検出できる。その結果、停止命令を出力してから、ロボットが停止するまでの制動時間によるタイムラグがあってもロボット３は人に接触する前に停止する。

図３は、この発明の実施の形態１に係る衝突防止装置の処理を示すフローチャートである。まず、人体通信送信機１の識別信号生成部１Ｂが、送信元が人体通信送信機１であることを示した識別信号を生成する（ステップＳＴ１１）。次に、送信機制御部１Ａが、数ＭＨｚから数十ＭＨｚにおける所定の周波数を有する電圧を生成し、生成した電圧に対して識別信号生成部１Ｂにより生成された識別信号によって振幅変調を行い（ステップＳＴ１２）、人体通信送信機１が送信機制御部１Ａにより変調された電圧を電極板２に加える（ステップＳＴ１３）。これにより、電極板２は帯電して電界を形成するため、電極板２上に人体が乗ると、静電結合による分極作用により人体に電荷が誘起する。

ここで、電荷が誘起した人体とロボット３の筐体３Ａがある一定の距離以上接近すると、人体の頭部や手に誘起した電荷によって、ロボット３の筐体３Ａに負の電荷が誘起され、筐体３Ａに帯電している電荷の量に変化が生じる。

人体通信受信機４はロボット３の筐体３Ａに誘起された電荷の大きさに変化があるまで待つ（ステップＳＴ１４のＮＯの場合）。人体通信受信機４が筐体３Ａに誘起された電荷の量に変化があったと判定した場合（ステップＳＴ１４のＹＥＳの場合）、人体通信受信機４の識別信号抽出部４Ａが、ロボット３の筐体３Ａに誘起された電荷から識別信号を抽出する（ステップＳＴ１５）。識別信号弁別部４Ｂが識別信号抽出部４Ａにより抽出された識別信号が人体通信送信機１の識別信号生成部１Ｂにより生成されたものであるか弁別する（ステップＳＴ１６）。

人体通信受信機４の識別信号弁別部４Ｂが識別信号が識別信号生成部１Ｂで生成された信号でないと弁別された場合（ステップＳＴ１６のＮＯの場合）、ステップＳＴ１４に戻って処理を繰り返す。

一方、人体通信受信機４の識別信号弁別部４Ｂが識別信号が識別信号生成部１Ｂで生成された信号であると弁別された場合（ステップＳＴ１６のＹＥＳの場合）には、ロボット制御機５がロボット３の駆動軸モータ３Ｂに停止命令を出力し（ステップＳＴ１７）、処理を終了する。

このように、ロボット３が動作する際に作業者と接触する可能性がある領域に設置された電極板２に人が乗り、人とロボット３の筐体３Ａとがある一定の距離以上接近すると、自動的にロボット３が停止されるので、作業者がカード型等の人体通信装置を携帯していなくても、ロボットと人との衝突を防止することができる。

なお、実施の形態１においては、ロボット３と人体が衝突する可能性がある領域の床面に配置した電極板２に人体通信送信機１を接続し、ロボット３の筐体３Ａに人体通信受信機４を接続する構成としているが、ロボット３と人体が衝突する可能性がある領域の床面に配置した電極板２に人体通信受信機４を接続し、ロボット３の筐体３Ａに人体通信送信機１を接続する構成としてもよい。この場合、ロボット３の筐体３Ａが人体通信送信機１の電極の役割を果たし、電極板２が人体通信受信機４の電極の役割を果たす。

なお、実施の形態１においては、送信制御部１Ａにより所定の周波数の電圧を変調するのに振幅変調を用いた場合について説明しているが、振幅変調に限らず周波数変調、位相変調のいずれを用いて変調を行ってもよい。

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、人体通信の送信機または受信機と接続された電極をロボットと作業者が衝突する可能性がある領域の床面に配置し、ロボットの筐体を人体通信の受信機または送信機と接続するように構成し、作業者がロボットと衝突する可能性がある領域に入るだけで、作業者とロボットの筐体とがある一定の距離以上接近すると自動的にロボットを停止するようにしたので、作業者が人体通信装置を携帯していなくても、ロボットと作業者との衝突を防止することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１人体通信送信機
１Ａ送信機制御部
１Ｂ識別信号生成部
２電極板
３ロボット
３Ａ筐体
３Ｂ駆動軸モータ
４人体通信受信機
４Ａ識別信号抽出部
４Ｂ識別信号弁別部
５ロボット制御機

Claims

人体通信の送信機および受信機を備え、前記人体通信によってロボットと作業者の接近を検出して前記ロボットの動作を停止する衝突防止装置であって、
前記人体通信の送信機に接続された当該送信機の電極を、前記ロボットと作業者が衝突する可能性がある領域の床面に配置し、
前記ロボットの筐体を、前記人体通信の受信機と接続して当該受信機の電極とする
ことを特徴とする衝突防止装置。
人体通信の送信機および受信機を備え、前記人体通信によってロボットと作業者の接近を検出して前記ロボットの動作を停止する衝突防止装置であって、
前記人体通信の受信機に接続された当該受信機の電極を、前記ロボットと作業者が衝突する可能性がある領域の床面に配置し、
前記ロボットの筐体を、前記人体通信の送信機と接続して当該送信機の電極とする
ことを特徴とする衝突防止装置。
前記人体通信の送信機は、送信元が前記人体通信の送信機であることを示す識別信号を生成して送信し、
前記人体通信の受信機は、前記識別信号を受信することによって、前記ロボットと作業者の接近を検出する
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の衝突防止装置。
前記人体通信の方式が電界方式である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の衝突防止装置。