JP2014144495A - ロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】外部機器からの信号をロボット制御部へ伝送する信号線の数を減少させ、ロボットシステム全体を小型化する。
【解決手段】ロボットシステムは、複数の信号を出力する外部機器を接続可能な端子部と、ロボットの動作を制御するロボット制御部と、外部機器から端子部へ入力された複数の信号を２つの系統を介してそれぞれロボット制御部へ伝送する二重化信号線とを備える。二重化信号線は、複数の信号をまとめて信号線で伝送する２つの系統を備える。
【選択図】図３

Description

開示の実施形態は、ロボットシステムに関する。

従来、例えば非常停止スイッチなどの外部機器が操作されて外部機器から信号が入力された場合、ロボットの動作を停止させるなどして、ロボット周辺の安全を確保するようにしたロボットシステムが提案されている（例えば特許文献１参照）。

上記したロボットシステムは、外部機器と、ロボットの動作を制御するロボット制御部とを接続する信号線を二重化することで、信号線の一方に断線などの不具合が生じた場合であっても外部機器からの信号を確実にロボット制御部へ入力するように構成される。なお、上記した信号線としては、１種類の信号を１本の専用の信号線で伝送する、いわゆるハードワイヤが広く知られている。

特許第４１９６７５７号公報

ところで近年、外部機器の種類、または外部機器から入力される信号の数は増加する傾向にある。そのため、上記した二重化信号線において、２つの系統がともにハードワイヤで配線されるように構成した場合、例えば外部機器からの信号の数が１つ増加すると、信号線は２本増加することとなる。このように信号線の数が増加すると、それに伴って信号線を束ねるコネクタや端子部も大きくなって配線のために必要なスペースが増大し、結果としてロボットシステム全体が大型化するおそれがあった。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、外部機器からの信号をロボット制御部へ伝送する信号線の数を減少させることができ、システム全体を小型化することができるロボットシステムを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るロボットシステムは、端子部と、ロボット制御部と、二重化信号線とを備える。端子部は、複数の信号を出力する外部機器を接続可能な接続端子を有する。ロボット制御部は、前記外部機器からの信号に応じてロボットの動作を制御する。二重化信号線は、前記端子部と前記ロボット制御部とを接続し、前記外部機器から前記端子部へ入力された複数の信号を２つの系統を介してそれぞれ前記ロボット制御部へ伝送する。また、前記二重化信号線は、複数の信号をまとめて信号線で伝送する２つの系統を備える。

実施形態の一態様によれば、外部機器からの信号をロボット制御部へ伝送する信号線の数を減少させることができ、ロボットシステム全体を小型化することができる。

図１は、第１の実施形態に係るロボットシステムを示す模式全体図である。 図２は、図１に示す制御盤の構成を示すブロック図である。 図３は、図１に示すロボットシステムの構成を示すブロック図である。 図４は、図２などに示すロボット制御部が実行する処理手順を示すフローチャートである。 図５は、第２の実施形態に係るロボットシステムの構成を示すブロック図である。 図６は、図５に示すロボットシステムにおける端子部同士などの接続を示す説明図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するロボットシステムの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るロボットシステムを示す模式全体図である。図１に示すように、本実施形態に係るロボットシステム１は、ロボット２と、ロボット２の周辺装置３と、制御盤４と、非常停止スイッチ５ａ、安全柵スイッチ５ｂ、安全ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）５ｃなどの外部機器５とを備える。

ロボット２は、例えば産業用ロボットであり、具体的には例えば複数の関節軸を有する多関節型ロボットである。ロボット２は、複数のアーム２ａと、アーム２ａの先端に取り付けられるハンド２ｂと、各関節やハンド２ｂなどを駆動する複数のロボット用モータ（図示せず）とを備える。ロボット２は、ロボット用モータの回転駆動によってアーム２ａやハンド２ｂの姿勢が制御され、例えばハンド２ｂを介してワークＷの把持や搬送など所定の作業を行う。

また、図１で図示を省略するが、各ロボット用モータにはエンコーダ２ｃ（図３に各エンコーダをまとめて模式的に示す）が取り付けられる。エンコーダ２ｃは、ロボット用モータの回転量や回転角度を示す信号（以下「ロボットエンコーダ信号」という）を制御盤４へ出力する。

なお、ロボット２は、上記した多関節型ロボットに限定されるものではなく、その他の種類のロボット、例えば直交ロボットやパラレルリンクロボットなどであってもよい。また、ロボット２は、エンドエフェクタとしてハンド２ｂを備えるようにしたが、ワークＷに対して所定の作業を実行できれば他のエンドエフェクタであってもよく、例えばワークＷを吸着して保持する吸着部を備えるように構成してもよい。また、ハンド２ｂに代えて溶接用トーチやスポット溶接用ガンを取り付け、ワークＷに対して溶接を行うようにしてもよい。

周辺装置３は、例えばロボット２の周辺に設置されるターンテーブルを備える。周辺装置３は、ワークＷが載置されるテーブル３ａと、テーブル３ａに接続される周辺装置用モータ（図示せず）とを備え、周辺装置用モータの回転駆動によってテーブル３ａが回転させられ、ワークＷはロボット２が所定の作業をしやすい向きに変えられる。なお、周辺装置用モータおよび上記したロボット用モータは、具体的にはサーボモータであるが、これに限られるものではなく、例えば油圧モータなど他のモータであってもよい。

また、図１で図示を省略するが、周辺装置用モータにもエンコーダ３ｂ（図３に示す）が取り付けられる。エンコーダ３ｂは、周辺装置用モータの回転量や回転角度を示す信号（以下「周辺装置エンコーダ信号」という）を制御盤４へ出力する。

なお、本実施形態では周辺装置３をターンテーブルとしたが、それに限定されるものではなく、例えばロボット２を搭載して水平方向に移動させる走行装置や、ワークＷを搬送する搬送装置（例えばベルトコンベア）などその他の装置であってもよい。

図２は、制御盤４の構成を示すブロック図である。図２に示すように、制御盤４は、端子部１０と、ロボット制御部１１と、ロボット監視部１２と、これら端子部１０、ロボット制御部１１、ロボット監視部１２などを収納する筐体１３とを備える。

端子部１０は、外部機器５を接続可能な複数の接続端子１０ａ１，１０ａ２・・・を有する端子台を備える。複数の接続端子１０ａ１，１０ａ２のうち、符号１０ａ１で示される接続端子は外部機器５からの信号を入力する入力端子であり、符号１０ａ２で示される接続端子は外部機器５へ信号を出力する出力端子である。また、外部機器５と端子部１０とを接続する信号線は、後述するように二重化されるため、端子部１０は、同じ信号が入力（または出力）される接続端子１０ａ１，１０ａ２を２個ずつ設けるように構成される。

ロボット制御部１１は、ロボットエンコーダ信号や周辺装置エンコーダ信号を読み取りながらロボット用モータ、周辺装置用モータの回転駆動を制御してロボット２、周辺装置３を動作させ、所定の作業を行う。ただし、本実施形態ではロボット制御部１１のこうした機能については説明を省略する。ロボット制御部１１はさらに、外部機器５から端子部１０を介して入力された信号などに応じてロボット２や周辺装置３の動作を制御する。また、ロボット監視部１２は、ロボット２や周辺装置３の運転状態を監視する。なお、これら端子部１０、ロボット制御部１１、ロボット監視部１２については、後に詳説する。

上記した端子部１０、ロボット制御部１１、ロボット監視部１２は、例えば回路基板などによって構成され、各回路基板間は信号線を介して接続される。具体的には、外部機器５と端子部１０との間、端子部１０とロボット制御部１１との間、ロボット制御部１１とロボット監視部１２との間はそれぞれ、信号線を介して通信自在に接続される。また、上記した信号線は二重化され、信号を２つの系統で確実に伝送するように構成される。なお、この明細書においては、二重化された信号線を「二重化信号線」ともいう。

ところで、上記した信号線としては、１種類の信号を１本の専用の信号線で伝送する、いわゆるハードワイヤが知られている。しかしながら、上記した二重化信号線において、例えば２つの系統がともにハードワイヤで配線されるように構成した場合、外部機器からの信号の数が１つ増加すると、信号線は２本増加することとなる。このように、外部機器からの信号の数が増えると、信号線の数も増加し、それに伴って信号線を束ねるコネクタや端子部も大きくなって配線のために必要なスペースが増大し、結果としてロボットシステム全体が大型化するおそれがあった。

そこで、第１の実施形態に係るロボットシステム１にあっては、端子部１０とロボット制御部１１とを接続する二重化信号線２０が、複数の信号をまとめて信号線で伝送する２つの系統、具体的には第１、第２の系統２０ａ，２０ｂを備えるようにした。これにより、二重化信号線２０の２つの系統２０ａ，２０ｂを構成する信号線の数を減少させることができ、ロボットシステム１全体を小型化することができる。

なお、この明細書においては、図１などに示す２つの系統２０ａ，２０ｂを総称して「信号線２０」または「二重化信号線２０」などと表現する。また、他の信号線についても同様である。

図２の説明を続けると、筐体１３は、端子部１０、ロボット制御部１１、ロボット監視部１２などを収納可能な内部空間１４を有する。筐体１３の内部には、図２において破線で示す隔壁１３ａが形成され、内部空間１４は隔壁１３ａによって複数（例えば２つ）の領域、具体的には第１の領域１４ａと第２の領域１４ｂとに区画される。

第１の領域１４ａは、例えば作業者が外部から簡単にアクセス可能で、かつ外部機器５を制御盤４に接続する作業を容易に行える場所とされ、例えば筐体１３の側面下部または底部に設けられる。第１の領域１４ａには、端子部１０が配置される。これにより、作業者は端子部１０に簡単にアクセスでき、外部機器５の端子部１０への接続作業を容易に行うことができる。

一方、第２の領域１４ｂは、例えば作業者がアクセスし難い場所とされ、例えば筐体１３において隔壁１３ａが取り外されないとアクセスできないような場所とされる。第２の領域１４ｂには、ロボット制御部１１やロボット監視部１２が配置される。ロボット制御部１１やロボット監視部１２には、後述する如く、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの精密機器が搭載されるため、ロボット制御部１１等を第２の領域１４ｂに配置することで、上記した精密機器を作業者との接触などから保護することができる。

なお、第１の領域１４ａは筐体１３の背面部に設けられるようにしてもよい。また、内部空間１４は、第１の領域１４ａと第２の領域１４ｂとにおおよそ分離された状態になっていてもよく、必ずしも隔壁１３ａによって完全に分離されていなくてもよい。

図１の説明に戻ると、非常停止スイッチ５ａは、端子部１０の接続端子１０ａ１、具体的には入力端子に信号線２１（図では符号２１ａ，２１ｂと示す）を介して接続される。非常停止スイッチ５ａは、例えばロボット２の操作装置（図示せず）などに設けられ、作業者によって操作されるとき、ロボット２の停止指令を示す信号（以下「ロボット停止信号」という）や周辺装置３の停止指令を示す信号（以下「周辺装置停止信号」という）を端子部１０へ出力する。

安全柵スイッチ５ｂは、端子部１０の接続端子１０ａ１、具体的には入力端子に信号線２１を介して接続される。なお、非常停止スイッチ５ａが接続される入力端子、安全柵スイッチ５ｂが接続される入力端子、および後述する安全ＰＬＣ５ｃが接続される入力端子は、それぞれ別の入力端子であり、信号線２１も別々である。

安全柵スイッチ５ｂは、例えばロボット２の作業中に人が立ち入らないよう、ロボット２の周囲に安全柵（図示せず）を設置しておき、仮に安全柵の中に人が侵入した場合に、その侵入を検出してロボット停止信号や周辺装置停止信号を端子部１０へ出力する。

安全ＰＬＣ５ｃは、端子部１０の接続端子１０ａ１，１０ａ２、具体的には入力端子および出力端子に信号線２１を介して接続される。安全ＰＬＣ５ｃは、後述するように、出力端子から出力されたロボット２の空間位置情報や周辺装置３の空間位置情報が入力され、入力された各信号に基づいてロボット２や周辺装置３の状態（例えばロボット２の空間位置）を検出する。そして安全ＰＬＣ５ｃは、検出したロボット２や周辺装置３の状態を、表示部（図示せず）に表示するなどして作業者へ報知する。

また、安全ＰＬＣ５ｃは、ロボット２や周辺装置３の規定動作範囲および規定速度が作業者によって設定され、設定された規定動作範囲および規定速度を示す信号を端子部１０の入力端子へ出力する。

このように、制御盤４の端子部１０には複数の外部機器５が接続され、複数の信号が外部機器５から端子部１０へ、または端子部１０から外部機器５へ入出力される。なお、本実施形態においては、外部機器５として非常停止スイッチ５ａや安全柵スイッチ５ｂなどを備えるように構成したが、これらは例示であって限定されるものではない。すなわち、外部機器５は、例えばロボット２の周辺領域に人が侵入した場合にロボット停止信号や周辺装置停止信号を出力する、ライトカーテンやマットスイッチなどであってもよい。

上記したロボットシステム１の構成について、図３を参照しつつ詳しく説明する。図３は、図１に示すロボットシステム１のブロック図である。尚、図３においては、図の簡素化のため、接続端子１０ａ１，１０ａ２を１つのブロックにまとめ、「接続端子１０ａ」と示し、また非常停止スイッチ５ａや安全柵スイッチ５ｂなども１つのブロックにまとめて「外部機器５」と示す。

図３に示すように、ロボットシステム１において、外部機器５と制御盤４の端子部１０とは、前述した信号線２１を介して接続される。また、制御盤４の端子部１０とロボット制御部１１とは前述した信号線２０を介して接続され、ロボット制御部１１とロボット監視部１２とは信号線２２を介して接続される。各信号線２０，２１はともに二重化されるが、各信号線２０，２１の構成は互いに相違する。

以下具体的に説明すると、制御盤４の端子部１０は、接続端子１０ａと、複数（具体的には２つ）の特定用途向け集積回路（以下、「ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）」という）１０ｂ，１０ｃとを備える。また、ロボット制御部１１は、複数（具体的には２つ）の端子部１０用のＡＳＩＣ１１ａ，１１ｂと、複数（具体的には２つ）のＣＰＵ１１ｃ，１１ｄと、共有ＲＡＭ（Random Access Memory）１１ｅと、ロボット監視部１２用のＡＳＩＣ１１ｆとを備える。また、ロボット監視部１２は、ＡＳＩＣ１２ａと、ＣＰＵ１２ｂ，１２ｃと、共有ＲＡＭ１２ｄとを備える。なお、図３では、ロボット監視部１２は２つのＣＰＵを設けて二重化し、互いに異常が発生していないかを監視しあうように構成しているが、例えば構成を簡素化して１つのＣＰＵのみとしてもよい。

信号線２１は、外部機器５からのロボット停止信号などを２つの系統２１ａ，２１ｂを介して端子部１０へ伝送するとともに、端子部１０からロボットエンコーダ信号により生成されたロボット２および周辺機器３の空間位置情報などを外部機器５へ伝送する。この２つの系統２１ａ，２１ｂはともに、例えばハードワイヤで配線される。すなわち、系統２１ａおよび系統２１ｂはそれぞれ、外部機器５と端子部１０との間で伝送される信号の数と同数の信号線で配線される。

このように、信号線２１にあっては、２つの系統２１ａ，２１ｂをともにハードワイヤで配線することから、ノイズなどの影響を受け難くすることができる。また、信号線２１を二重化することで、外部機器５から端子部１０への信号の伝送、および端子部１０から外部機器５への信号の伝送を、２つの系統２１ａ，２１ｂの一方に断線などの不具合が生じた場合であっても確実に行うことができる。

外部機器５から端子部１０の接続端子１０ａに入力された複数の信号のうち、一方の系統２１ａを介して入力された信号はＡＳＩＣ１０ｂへ出力され、他方の系統２１ｂを介して入力された信号はＡＳＩＣ１０ｃへ出力される。

上記したように、端子部１０とロボット制御部１１とを接続する二重化信号線２０は、例えば外部機器５から端子部１０へ入力された複数の信号を２つの系統を介してそれぞれロボット制御部１１へ伝送する。詳しくは、二重化信号線２０は、複数の信号をまとめて信号線で伝送する２つの系統、具体的には第１、第２の系統２０ａ，２０ｂを備える。本実施形態では、端子部１０のＡＳＩＣ１０ｂとロボット制御部１１のＡＳＩＣ１１ａとを接続する信号線２０が第１の系統２０ａとされ、端子部１０のＡＳＩＣ１０ｃとロボット制御部１１のＡＳＩＣ１１ｂとを接続する信号線２０が第２の系統２０ｂとされる。

具体的に第１、第２の系統２０ａ，２０ｂはともに、例えば１本のシリアル通信線で配線される。詳しくは、ＡＳＩＣ１０ｂおよびＡＳＩＣ１１ａ、ＡＳＩＣ１０ｃおよびＡＳＩＣ１１ｂは、複数の信号をデータとして集約して連続的に出力する機能を有し、このようなＡＳＩＣ同士をシリアル通信線で接続することで、シリアル通信が確立される。

なお、第１、第２の系統２０ａ，２０ｂにおいて信号が正しく伝送されたか否かの判定は、後述するように、各系統２０ａ，２０ｂから伝送された信号同士をＣＰＵ１１ｃ，１１ｄで比較することで行われる。そのため、第１、２の系統２０ａ，２０ｂのシリアル通信では、例えばデータ破壊などを検出可能な安全プロトコル（例えば巡回冗長検査（ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check））やパケットタイムスタンプなど）は使用されず、外部機器５から端子部１０へ送られる信号、または端子部１０から外部機器５へ送られる信号のみの送受信が行われる。

上記したように、本実施形態に係るロボットシステム１にあっては、二重化信号線２０の第１、第２の系統２０ａ，２０ｂをシリアル通信線で配線するようにした。これにより、２つの系統をともにハードワイヤで配線する場合に比して信号線の本数を減少させることができ、また端子部１０および制御盤内の配線スペースを小型化することができるので、結果としてロボットシステム１全体を小型化することができる。

また、二重化信号線２０は、制御盤４の内部に配線される。そのため、制御盤４の内部を省配線化することができ、例えば制御盤４をメンテナンスするときの作業性を向上させることができる。

さらに、二重化信号線２０の本数が減少するため、制御盤４の内部空間における二重化信号線２０の占有スペースが減り、結果として制御盤４内の通気性や排熱効率を向上させることも可能となる。

図３の説明を続けると、上記のようにしてＡＳＩＣ１１ａに入力された信号は、ＣＰＵ１１ｃへ出力される一方、ＡＳＩＣ１１ｂに入力された信号は、ＣＰＵ１１ｄへ出力される。

ＣＰＵ１１ｃ，１１ｄは、共有ＲＡＭ１１ｅを通じて相互に状態監視を行い、信号が端子部１０からロボット制御部１１へ正しく伝送されたか否かを判定する。具体的に各ＣＰＵ１１ｃ，１１ｄは、互いに入力された複数の信号同士を比較し、一致しているか否かを判定する。

このように、信号が端子部１０からロボット制御部１１へ正しく伝送されたか否かを判定する判定部として機能するＣＰＵ１１ｃ，１１ｄをロボット制御部１１にのみ設け、端子部１０には、上記したような機能を有する装置、例えばＣＰＵを備えないようにする。

これは、例えば外部機器５を接続するとき、振動や過度な力が端子部１０に作用し易いが、そのような端子部１０にＣＰＵなどの精密機器が搭載されると、振動などの影響を受けてＣＰＵなどが故障するおそれがある。そこで、本実施形態に係るロボットシステム１にあっては、上記のように構成したので、外部機器５の接続作業に伴う振動などによってＣＰＵなどの精密機器が故障することはなく、ロボットシステム１の信頼性を向上させることができる。また、端子部１０がＣＰＵなどの精密機器を備えないことから、コスト的にも有利である。

ＣＰＵ１１ｃ，１１ｄは、互いに入力された複数の信号同士が一致しないと判定した場合、例えば二重化信号線２０の一方に断線などの不具合が生じたおそれがあるため、ロボット２および周辺装置３への供給電源を遮断する信号（以下「電源遮断信号」という）を供給電源制御部３０へ出力する。供給電源制御部３０は、例えばコンタクタを備え、上記した電源遮断信号が入力されると、ロボット２および周辺装置３への供給電源を遮断してロボット２および周辺装置３の動作を停止させる。このようにロボット２などへの供給電源を遮断することで、ロボット２などの動作を確実に停止させることができる。

また、ロボット制御部１１のＣＰＵ１１ｃ，１１ｄは、入力された複数の信号にロボット停止信号または周辺装置停止信号が含まれる場合、電源遮断信号を供給電源制御部３０へ出力し、ロボット２および周辺装置３の動作を停止させる。なお、ＣＰＵ１１ｃ，１１ｄの動作は例示であって、上記に限定されるものではなく、例えば入力された複数の信号にロボット停止信号が含まれる場合はロボット２の動作のみを停止させ、周辺装置停止信号が含まれる場合は周辺装置３の動作のみを停止させるようにしてもよい。

ロボット制御部１１のＡＳＩＣ１１ｆは、信号線２２を介してロボット監視部１２のＡＳＩＣ１２ａに接続される。信号線２２は、例えば１本のシリアル通信線で配線される。詳しくは、ＡＳＩＣ１１ｆおよびＡＳＩＣ１２ａは、複数の信号をデータとしてまとめて連続的に出力する機能を有し、このようなＡＳＩＣ同士をシリアル通信線で接続することで、シリアル通信が確立される。

ＡＳＩＣ１１ｆとＡＳＩＣ１２ａとの間のシリアル通信では、ロボット制御部１１とロボット監視部１２とがともにＣＰＵを備えるため、安全プロトコルを用いたデータの送受信が行われる。

すなわち、データの送信側と受信側の両方に、送受信されたデータを解析可能なＣＰＵを備えるため、例えば巡回冗長検査（ＣＲＣ）やパケットタイムスタンプなどの安全プロトコルを用いることが可能となる。このように安全プロトコルを利用することで、信号線２２を１本のシリアル通信線とすることができるとともに、ＣＰＵ１１ｃ，１１ｄやＣＰＵ１２ｂは、信号が正しく伝送されたか否かの判定、換言すれば、信号に異常が生じているか否かの判定を容易に行うことができる。

また、本実施形態に係るロボットシステム１にあっては、信号線２２を１本のシリアル通信線で配線するようにしたことから、信号線２２をハードワイヤで配線する場合に比して信号線の本数を減少させることができ、ロボットシステム１全体をより小型化することができる。なお、上記において、信号線２２のシリアル通信線、および信号線２０の第１、第２の系統２０ａ，２０ｂのシリアル通信線の本数をいずれも１本としたが、本数はそれに限定されるものではなく、２本以上であってもよい。

信号線２２を介して伝送される信号について説明すると、ロボット監視部１２には、例えば外部機器５の安全ＰＬＣ５ｃから規定動作範囲および規定速度を示す信号が、信号線２１、端子部１０、信号線２０、ロボット制御部１１、信号線２２を介して入力される。また、ロボット監視部１２には、エンコーダ２ｃ，３ｂからロボットエンコーダ信号や周辺装置エンコーダ信号が入力される。

そしてロボット監視部１２は、ロボット２や周辺装置３の運転状態を監視する。具体的には、ロボット監視部１２のＣＰＵ１２ｂは、入力された各エンコーダ信号に基づいてロボット２や周辺装置３の運転状態を検出する。ＣＰＵ１２ｂは、検出した運転状態が、上記した規定動作範囲や規定速度を逸脱する場合に、ロボット停止信号や周辺装置停止信号を信号線２２を介してロボット制御部１１へ出力する。なお、ロボット制御部１１は、上記と同様、ロボット停止信号などの入力に応じてロボット２などの動作を停止させる。

また、ロボット監視部１２は、入力されたロボットエンコーダ信号や周辺装置エンコーダ信号から算出される空間位置情報を信号線２２、ロボット制御部１１、信号線２０、端子部１０、信号線２１を介して安全ＰＬＣ５ｃへ出力する。

ここで、空間位置情報について説明する。ロボット２の各関節を連結する各アーム２ａの長さや形状は既知であるので、ロボットエンコーダ信号が分かればロボット２の各アーム２ａや先端のハンド２ｂの位置を順運動学によって求めることができる。また、周辺装置３についても、テーブル３ａなど可動部の形状が既知であれば、ワークＷの位置などを同じく順運動学によって求めることができる。

一方、ロボット２や周辺装置３の動作領域空間を仮想的に直方体で等分し、各直方体に番号などのインデックスを割り振り、各直方体が識別できるようにしておく。こうした構成により、ロボットエンコーダ信号から各アーム２ａやハンド２ｂが現在どの直方体内に存在しているか算出することができる。同様に、周辺装置エンコーダ信号からワークＷなどが現在どの直方体内に存在しているか算出することができる。

この各アーム２ａやハンド２ｂがどの直方体内に存在しているかという情報を、本実施形態ではロボット２の空間位置情報と呼んでいる。また、周辺装置３についても可動部やワークＷがどの直方体内に存在しているかという情報を、周辺装置３の空間位置情報と呼んでいる。

さらに、各直方体に「ロボット２や周辺装置３以外の装置類が存在する」といった情報や、「作業者が行き来する場所との距離が短い」といった情報を付加しておくこともできる。こうした構成とすることで、安全ＰＬＣ５ｃにて空間位置情報と直方体に付加された情報とをつき合わせ、必要に応じてロボット２や周辺装置３の動作速度を低下させたり、動作を一時停止させたりするシーケンス処理を行うことが可能となる。

このように、二重化された各信号線２０，２１，２２は、信号を双方向に伝送するように構成される。例えば二重化信号線２０は、外部機器５から端子部１０の入力端子に入力された信号（例えばロボット停止信号など）をロボット制御部１１へ伝送する一方、ロボット制御部１１からの信号（ロボットエンコーダ信号等により生成されたロボット２および周辺機器３の空間位置情報など）を端子部１０の出力端子へ伝送するように構成される。これにより、例えば二重化信号線２０を、外部機器５からの信号をロボット制御部１１へ伝送するのみならず、ロボット制御部１１から外部機器５への信号の伝送にも利用することができる。

図４は、上記したロボット制御部１１が実行する処理手順を示すフローチャートである。図４に示すように、ロボット制御部１１は、外部機器５の信号が信号線２１、端子部１０、信号線２０を介して正しく伝送されたか否かを判定する。具体的にロボット制御部１１は、外部機器５から二重化信号線２０の第１の系統２０ａを介して入力された信号と、外部機器５から第２の系統２０ｂを介して入力されて信号とを比較し、一致するか否かを判定する（ステップＳ１０）。

２つの系統２０ａ，２０ｂからの信号が一致しない場合は（ステップＳ１０，Ｎｏ）、例えば二重化信号線２０に断線などの不具合が生じたおそれがあるため、電源遮断信号を供給電源制御部３０へ出力し、ロボット２などの供給電源を遮断してロボット２などの動作を停止させる（ステップＳ１１）。

一方、２つの系統２０ａ，２０ｂからの信号が一致する場合は（ステップＳ１０，Ｙｅｓ）、次いで外部機器５からロボット停止信号や周辺装置停止信号が入力されたか否かを判定する（ステップＳ１２）。

ロボット停止信号などが入力された場合は（ステップＳ１２，Ｙｅｓ）、前述したように、電源遮断信号を出力してロボット２および周辺装置３の動作を停止させる（ステップＳ１１）。他方、ロボット停止信号などが入力されない場合は（ステップＳ１２，Ｎｏ）、次いでロボット監視部１２から入力された信号にデータ破壊などの異常があるか否かを判定する（ステップＳ１３）。

ロボット監視部１２からの信号に異常がない場合は（ステップＳ１３，Ｎｏ）、次いでロボット監視部１２からロボット停止信号や周辺装置停止信号が入力されたか否かを判定する（ステップＳ１４）。

ロボット監視部１２からロボット停止信号などが入力された場合（ステップＳ１４，Ｙｅｓ）、あるいはロボット監視部１２からの信号に異常がある場合は（ステップＳ１３，Ｙｅｓ）、前述したように、電源遮断信号を出力してロボット２および周辺装置３の動作を停止させる（ステップＳ１１）。他方、ロボット監視部１２からロボット停止信号などが入力されない場合は（ステップＳ１４，Ｎｏ）、そのままプログラムを終了する。

上述してきたように、第１の実施形態に係るロボットシステム１にあっては、二重化信号線２０が、複数の信号をまとめて信号線で伝送する２つの系統２０ａ，２０ｂを備えるようにした。これにより、二重化信号線２０の２つの系統２０ａ，２０ｂを構成する信号線の数を減少させることができ、ロボットシステム１全体を小型化することができる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係るロボットシステム１ａを示す、図３と同様なブロック図であり、図６は、図５に示すロボットシステム１ａにおける端子部同士などの接続を示す説明図である。図５に示すように、第２の実施形態に係るロボットシステム１ａにおいては、ロボットを複数、具体的には第１のロボット２と第２のロボット１０２との２台備えるようにした。

また、周辺装置、外部機器、端子部、ロボット監視部および供給電源制御部の数はそれぞれ、ロボットの台数に対応するため、ロボットシステム１ａでは、それぞれ複数、具体的には２つ備えるように構成される。なお、図５，６において符号Ａ１の破線で囲まれる部分が、第１のロボット２に対応する端子部等であり、符号Ａ２の破線で囲まれる部分が第２のロボット１０２に対応する端子部等である。

図５から分かるように、第１のロボット２、第１のロボット２に対応する、第１の周辺装置３、第１の外部機器５、第１の端子部１０、ロボット制御部１１、第１のロボット監視部１２および第１の供給電源制御部３０の各要素の構成は、第１の実施形態のそれと略同一であるため、同一の符号を付して説明を省略する。

また、第２のロボット１０２、第２のロボット１０２に対応する、第２の周辺装置１０３、第２の外部機器１０５、第２の端子部１１０、第２のロボット監視部１１２および第２の供給電源制御部１３０の各要素の構成も、第１の実施形態のそれと略同一である。したがって、図５では、第２のロボット１０２などの各要素に対し、第１の実施形態における各要素の符号に１００を加算した符号を付して説明を省略する。なお、ロボット制御部１１は、複数のロボット２，１０２や周辺装置３，１０３の動作を制御することが可能であるため、本実施形態に係るロボットシステム１ａでも１つで足りる。

なお、図６では、図示の簡略化のため、第１、第２のロボット２，１０２、第１、第２の周辺装置３，１０３、第１、第２の供給電源制御部３０、１３０の図示を省略した。

上記を踏まえて第２の実施形態に係るロボットシステム１ａについて説明すると、図５，６に示すように、第１の端子部１０と第２の端子部１１０とは、二重化信号線１２０（図では符号１２０ａ，１２０ｂと示す）を介して直列に接続される。これにより、端子部が複数ある場合であっても、複数の端子部１０，１１０同士を簡易に接続することができる。

二重化信号線１２０は、一方の端子部（例えば第２の端子部１１０）に入力された複数の信号をまとめて信号線で他方の端子部（例えば第１の端子部１０）へ伝送する２つの系統、具体的には第１、第２の系統１２０ａ，１２０ｂを備える。

詳しくは、第２の端子部１１０のＡＳＩＣ１１０ｂと第１の端子部１０のＡＳＩＣ１０ｂとを接続する信号線１２０が、第１の系統１２０ａとされ、シリアル通信線で配線される。また第２の端子部１１０のＡＳＩＣ１１０ｃと第１の端子部１０のＡＳＩＣ１０ｃとを接続する信号線１２０は、第２の系統１２０ｂとされ、シリアル通信線で配線される。なお、図では省略しているが、これらのシリアル通信線は、例えば終端抵抗などを取り付けるなどして、終端処理が適宜になされる。

これにより、第２の外部機器１０５からの信号は、信号線１２１（図では符号１２１ａ，１２１ｂと示す）、第２の端子部１１０、信号線１２０、第１の端子部１０、信号線２０を介してロボット制御部１１に入力されることとなる。なお、信号線２０，１２０の第１の系統２０ａ，１２０ａと、第２の系統２０ｂ，１２０ｂとをシリアル通信（データ通信）としたことから、ロボット制御部１１は、入力された信号が、第１の外部機器５からのものであるか、第２の外部機器１０５からのものであるかを容易に判別することも可能となる。

上記したように、本実施形態に係るロボットシステム１ａにあっては、二重化信号線１２０の２つの系統１２０ａ，１２０ｂをシリアル通信線で配線するようにした。これにより、２つの系統をともにハードワイヤで配線する場合に比して信号線の本数を減少させることができ、また端子部１０，１１０を小型化することができるので、結果としてロボットシステム１ａ全体を小型化することができる。

また、第１のロボット監視部１２と第２のロボット監視部１１２とは、信号線１２２を介して直列に接続される。信号線１２２は、例えば１本のシリアル通信線で配線される。これにより、第２のロボット監視部１１２からの信号は、信号線１２２、第１のロボット監視部１２、信号線２２を介してロボット制御部１１に入力されることとなる。なお、図では省略しているが、シリアル通信線の場合は、例えば終端抵抗などを取り付けるなどして、終端処理が適宜になされる。

なお、信号線２２，１２２についても、これらをシリアル通信（データ通信）としたことから、ロボット制御部１１は、入力された信号が、第１のロボット監視部１２からのものであるか、第２のロボット監視部１１２からのものであるかを容易に判別することも可能となる。

このように、ロボットシステム１ａにあっては、信号線１２２を１本のシリアル通信線で配線するようにしたことから、信号線１２２をハードワイヤで配線する場合に比して信号線の本数を減少させることができ、ロボットシステム１ａ全体をより小型化することができる。

次いでロボット制御部１１の動作について説明する。ロボット制御部１１の動作は、基本的には第１実施形態と同じであるため、図４を参照しつつ説明する。ロボット制御部１１は、第１、第２の外部機器５，１０５から信号線２０の２つの系統２０ａ，２０ｂを介して入力された信号同士を比較し、一致するか否かを判定する（ステップＳ１０）。

２つの系統２０ａ，２０ｂからの信号が一致しない場合は（ステップＳ１０，Ｎｏ）、電源遮断信号を第１、第２の供給電源制御部３０，１３０へ出力して、第１、第２のロボット２，１０２および第１、第２の周辺装置３，１０３の全ての動作を停止させる（ステップＳ１１）。

一方、２つの系統２０ａ，２０ｂからの信号が一致する場合は（ステップＳ１０，Ｙｅｓ）、次いで第１、第２の外部機器５，１０５のうちの少なくともいずれかから、ロボット停止信号や周辺装置停止信号が入力されたか否かを判定する（ステップＳ１２）。

第１、第２の外部機器５，１０５のうちの少なくともいずれかからロボット停止信号などが入力された場合は（ステップＳ１２，Ｙｅｓ）、電源遮断信号を出力して第１、第２のロボット２，１０２など全ての動作を停止させる（ステップＳ１１）。これにより、第１、第２のロボット２，１０２などの周辺の安全性を向上させることができる。

他方、第１、第２の外部機器５，１０５からロボット停止信号などが入力されない場合は（ステップＳ１２，Ｎｏ）、次いで第１、第２のロボット監視部１２，１１２から入力された信号に異常があるか否かを判定する（ステップＳ１３）。

第１のロボット監視部１２，１１２からの信号に異常がない場合は（ステップＳ１３，Ｎｏ）、次いで第１、第２のロボット監視部１２，１１２のうちの少なくともいずれかから、ロボット停止信号や周辺装置停止信号が入力されたか否かを判定する（ステップＳ１４）。

第１、第２のロボット監視部１２，１１２のうちの少なくともいずれかからロボット停止信号などが入力された場合（ステップＳ１４，Ｙｅｓ）、あるいは第１、第２のロボット監視部１２，１１２からの信号に異常がある場合は（ステップＳ１３，Ｙｅｓ）、ステップＳ１１の処理を実行する。

他方、第１、第２のロボット監視部１２，１１２からロボット停止信号などが入力されない場合は（ステップＳ１４，Ｎｏ）、そのままプログラムを終了する。なお、ステップＳ１１の処理において、第１、第２のロボット２，１０２などの全ての動作を停止させるように構成したが、それに限定されるものではない。すなわち、ステップＳ１１において、例えば入力されたロボット停止信号に対応するロボットのみを停止、あるいは入力された周辺装置停止信号に対応する周辺装置のみを停止させるようにしてもよい。

上述してきたように、第２の実施形態では、第１、第２のロボット２，１０２に対応する第１、第２の端子部１０，１１０が、二重化信号線１２０を介して直列に接続され、二重化信号線１２０の２つの系統１２０ａ，１２０ｂがシリアル通信線で配線されるようにした。これにより、第１、第２の端子部１０，１１０同士を接続する信号線１２０の本数を減少させることができ、ロボットシステム１ａ全体を小型化することができる。なお、残余の効果は第１の実施形態と同一であるので、説明を省略する。

なお、第２の実施形態にあっては、ロボット２，１０２や外部機器５，１０５、端子部１０，１１０などを２つ備えるように構成したが、それに限定されるものではなく、３つ以上であっても良い。

また、第１の実施形態などでは、端子部１０とロボット制御部１１とロボット監視部１２とを制御盤４の内部に収納するようにしたが、それに限定されるものではなく、例えば端子部１０を制御盤４から離間した位置に配置し、作業者はその場所で外部機器５と端子部１０とを接続する作業を行うように構成しても良い。

また、複数の信号をまとめて信号線で伝送する系統に、シリアル通信線を用いるようにしたが、例えばBluetooth（登録商標）等の近距離無線通信や赤外線通信などの無線通信を用いるようにしてもよい。また、通信方式もシリアル通信に限定されるものではなく、パラレル通信などの他の通信方式であってもよい。なお、パラレル通信とした場合の信号線の本数は、シリアル通信の場合の信号線の本数よりも多くなる可能性があるが、ハードワイヤと比較すると、信号線の数を減少させることができ、同様に、ロボットシステム１，１ａの小型化を図ることができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１，１ａ ロボットシステム
２，１０２ ロボット
３，１０３ 周辺装置
４ 制御盤
５，１０５ 外部機器
１０，１１０ 端子部
１０ａ，１１０ａ 接続端子
１１ ロボット制御部
１２，１１２ ロボット監視部
２０，２１，２２，１２０，１２１，１２２ 信号線
Ｗ ワーク

なお、ロボット２は、上記した多関節型ロボットに限定されるものではなく、その他の種類のロボット、例えば直交ロボットやパラレルリンクロボットなどであってもよい。また、ロボット２は、エンドエフェクタとしてハンド２ｂを備えるようにしたが、ワークＷに対して所定の作業を実行できれば他のエンドエフェクタであってもよく、例えばワークＷを吸着して保持する吸着部を備えるように構成してもよい。また、ハンド２ｂに代えてアーク溶接用トーチやスポット溶接用ガンを取り付け、ワークＷに対して溶接を行うようにしてもよい。

上記した端子部１０、ロボット制御部１１、ロボット監視部１２は、例えば回路基板などによって構成され、各回路基板間は信号線を介して接続される。具体的には、外部機器５と端子部１０との間、端子部１０とロボット制御部１１との間、ロボット制御部１１とロボット監視部１２との間はそれぞれ、信号線を介して通信自在に接続される。また、上記した信号線のうち外部機器５と端子部１０との間、および端子部１０とロボット制御部１１との間はそれぞれ二重化され、信号を２つの系統で確実に伝送するように構成される。なお、この明細書においては、二重化された信号線を「二重化信号線」ともいう。

なお、この明細書においては、図２などに示す２つの系統２０ａ，２０ｂを総称して「信号線２０」または「二重化信号線２０」などと表現する。また、他の信号線についても同様である。

図１の説明に戻ると、非常停止スイッチ５ａは、端子部１０の接続端子１０ａ１、具体的には入力端子に信号線２１（図では符号２１ａ，２１ｂと示す）を介して接続される。非常停止スイッチ５ａは、例えばロボット２の操作装置（図示せず）などに設けられ、作業者によって押下されると、ロボット２の停止指令を示す信号（以下「ロボット停止信号」という）や周辺装置３の停止指令を示す信号（以下「周辺装置停止信号」という）を端子部１０へ出力する。

信号線２１は、外部機器５からのロボット停止信号などを２つの系統２１ａ，２１ｂを介して端子部１０へ伝送するとともに、端子部１０からロボットエンコーダ信号により生成されたロボット２および周辺装置３の空間位置情報などを外部機器５へ伝送する。この２つの系統２１ａ，２１ｂはともに、例えばハードワイヤで配線される。すなわち、系統２１ａおよび系統２１ｂはそれぞれ、外部機器５と端子部１０との間で伝送される信号の数と同数の信号線で配線される。

このように、二重化された各信号線２０，２１は、信号を双方向に伝送するように構成される。例えば二重化信号線２０は、外部機器５から端子部１０の入力端子に入力された信号（例えばロボット停止信号など）をロボット制御部１１へ伝送する一方、ロボット制御部１１からの信号（ロボットエンコーダ信号等により生成されたロボット２および周辺装置３の空間位置情報など）を端子部１０の出力端子へ伝送するように構成される。これにより、例えば二重化信号線２０を、外部機器５からの信号をロボット制御部１１へ伝送するのみならず、ロボット制御部１１から外部機器５への信号の伝送にも利用することができる。

ロボット監視部１２からロボット停止信号などが入力された場合（ステップＳ１４，Ｙｅｓ）、あるいはロボット監視部１２からの信号に異常がある場合は（ステップＳ１３，Ｙｅｓ）、前述したように、電源遮断信号を出力してロボット２および周辺装置３の動作を停止させる（ステップＳ１１）。他方、ロボット監視部１２からロボット停止信号などが入力されない場合は（ステップＳ１４，Ｎｏ）、ステップＳ１０へ戻る。

他方、第１、第２のロボット監視部１２，１１２からロボット停止信号などが入力されない場合は（ステップＳ１４，Ｎｏ）、ステップＳ１０へ戻る。なお、ステップＳ１１の処理において、第１、第２のロボット２，１０２などの全ての動作を停止させるように構成したが、それに限定されるものではない。すなわち、ステップＳ１１において、例えば入力されたロボット停止信号に対応するロボットのみを停止、あるいは入力された周辺装置停止信号に対応する周辺装置のみを停止させるようにしてもよい。

実施形態の一態様に係るロボットシステムは、端子部と、ロボット制御部と、二重化信号線とを備える。端子部は、複数の信号を出力する外部機器を接続可能な接続端子を有する。ロボット制御部は、前記外部機器からの信号に応じてロボットの動作を制御する。二重化信号線は、前記端子部と前記ロボット制御部とを接続し、前記外部機器から前記端子部へ入力された複数の信号を２つの系統を介してそれぞれ前記ロボット制御部へ伝送する。また、前記二重化信号線は、複数の信号をまとめて信号線で伝送する２つの系統を備える。前記ロボット制御部と前記端子部とは制御盤に収納される。前記端子部は、前記制御盤の内部において、前記ロボット制御部が配置される領域から区画された他の領域に配置される。

実施形態の一態様に係るロボットシステムは、端子部と、ロボット制御部と、二重化信号線とを備える。端子部は、複数の信号を出力する外部機器を接続可能な接続端子を有する。ロボット制御部は、前記外部機器からの信号に応じてロボットの動作を制御する。二重化信号線は、前記端子部と前記ロボット制御部とを接続し、前記外部機器から前記端子部へ入力された複数の信号を２つの系統を介してそれぞれ前記ロボット制御部へ伝送する。また、前記端子部と前記ロボット制御部とを接続する前記二重化信号線は、複数の信号をまとめて信号線で伝送する２つの系統を備える。また、前記ロボットと前記ロボットに対応する前記端子部とを複数備え、前記複数の端子部は二重化信号線を介して直列に接続される。

Claims (9)

1. 複数の信号を出力する外部機器を接続可能な接続端子を有する端子部と、
   前記外部機器からの信号に応じてロボットの動作を制御するロボット制御部と、
   前記端子部と前記ロボット制御部とを接続し、前記外部機器から前記端子部へ入力された複数の信号を２つの系統を介してそれぞれ前記ロボット制御部へ伝送する二重化信号線と、
   を備え、前記二重化信号線は、複数の信号をまとめて信号線で伝送する２つの系統を備えること
   を特徴とするロボットシステム。
2. 信号が前記端子部から前記ロボット制御部へ正しく伝送されたか否かを判定する判定部を、前記ロボット制御部にのみ設けること
   を特徴とする請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記ロボット制御部と前記端子部とは制御盤に収納され、前記端子部と前記ロボット制御部とを接続する前記二重化信号線は、前記制御盤の内部に配線されること
   を特徴とする請求項１または２に記載のロボットシステム。
4. 前記２つの系統はともにシリアル通信線を備えること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のロボットシステム。
5. 前記ロボットと前記ロボットに対応する前記端子部とを複数備え、前記複数の端子部は二重化信号線を介して直列に接続されること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のロボットシステム。
6. 前記複数の端子部を接続する前記二重化信号線は、一方の端子部に入力された複数の信号をまとめて信号線で他方の端子部へ伝送する２つの系統を備えること
   を特徴とする請求項５に記載のロボットシステム。
7. 前記接続端子は、前記外部機器からの信号を入力する入力端子と、前記外部機器へ信号を出力する出力端子とを備え、前記端子部と前記ロボット制御部とを接続する前記二重化信号線は、前記入力端子に入力された信号を前記ロボット制御部へ伝送する一方、前記ロボット制御部からの信号を前記出力端子へ伝送すること
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のロボットシステム。
8. 前記ロボット制御部は、前記外部機器から前記ロボットの停止指令を示す信号が入力された場合、前記ロボットへの供給電源を遮断して前記ロボットの動作を停止させること
   を特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のロボットシステム。
9. 前記ロボットを複数備え、前記ロボット制御部は、前記外部機器から前記ロボットの停止指令を示す信号が入力された場合、前記複数のロボットの全ての動作を停止させること
   を特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のロボットシステム。

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