JP2017100212A - ロボット制御装置及びロボットシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】マスタロボットにもスレーブロボットにも用いることができるロボット制御装置、及びロボット制御装置を備えるロボットシステムを提供する。【解決手段】ロボットシステムは、第1,第2,第3ロボット10,20,30のそれぞれに対応して個別に設けられた第1,第2,第3コントローラ11,21,31を備えている。第1コントローラ11を例にして説明すると、第1コントローラ11は、入力インターフェース部13と、入力インターフェース部13に安全信号が入力されていないと判定した場合、第1ロボット10の動作を停止させる制御部15と、出力インターフェース部18と、安全回路部17とを備えている。安全回路部17は、自身に異常が生じていないと判定して、かつ、入力インターフェース部13に安全信号が入力されていると判定していることを条件として、出力インターフェース部18に安全信号と同一の信号を出力する。【選択図】 図1

Description

本発明は、複数のロボットのそれぞれに対応して個別に設けられ、前記各ロボットを駆動制御するロボット制御装置、及び前記ロボット制御装置を備えるロボットシステムに関する。
この種のロボットシステムとしては、製造ラインにおいて複数のロボットの協調制御を行うロボットシステムが知られている(例えば、下記特許文献1参照)。このシステムでは、複数のロボットのうちいずれか1つがマスタロボットとされ、残りのロボットがスレーブロボットとされている。
特開2006−107050号公報
近年、製品製造の効率化等を図るべく、製造ラインにおいてロボット及び作業者が協調して作業を行うことも考えられている。この場合、作業者がマスタロボット及びスレーブロボットに近い場所で作業することもあり得る。このため、作業者によって例えば非常停止スイッチが押された場合、マスタロボットであるかスレーブロボットであるかにかかわらず、全てのロボットの停止を保証する必要がある。
ここで、マスタロボットに対応する制御装置に非常停止スイッチ等の安全デバイスが接続されている場合、全てのロボットの停止を保証するために、安全デバイスからの安全信号の入力の停止を判定したマスタロボットに対応する制御装置から、スレーブロボットに対応する制御装置へとスレーブロボットの動作停止指令を出力する構成を採用することも考えられる。しかしながらこの場合、製造ラインには、マスタロボット専用の制御装置と、スレーブロボット専用の制御装置といった異なる制御装置が存在することとなる。異なる制御装置が存在することは、制御装置を製造する側にとっては、異なる制御装置のそれぞれを製造するための生産設備を用意する必要がある等、制御装置の生産管理の負担が増加する。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、マスタロボットにもスレーブロボットにも用いることができるロボット制御装置、及び前記ロボット制御装置を備えるロボットシステムを提供することを主たる目的とするものである。
第1の発明は、複数のロボットのそれぞれに対応して個別に設けられ、前記各ロボットを駆動制御するロボット制御装置において、前記ロボット制御装置の外部から信号が入力される入力インターフェース部と、前記入力インターフェース部に安全信号が入力されていないと判定した場合、対応する前記ロボットの動作を停止させる制御部と、前記ロボット制御装置の外部に信号を出力する出力インターフェース部と、自身の異常の有無を監視する機能を有する安全回路部と、を備え、前記安全回路部は、自身に異常が生じていないと判定して、かつ、前記入力インターフェース部に前記安全信号が入力されていると判定していることを条件として、前記出力インターフェース部に前記安全信号と同一の信号を出力することを特徴とする。
上記発明において、制御部は、入力インターフェース部に安全信号が入力されていないと判定した場合、対応するロボットの動作を停止させる。また上記発明において、安全回路部は、自身の異常の有無を監視する機能を有している。安全回路部は、自身に異常が生じていないと判定して、かつ、入力インターフェース部に安全信号が入力されていると判定していることを条件として、出力インターフェース部に安全信号と同一の信号を出力するように構成されている。この構成によれば、安全回路部に異常が生じている場合に、出力インターフェース部から安全信号と同一の信号が出力されない。このため、マスタロボットに対応するロボット制御装置(以下「マスタ制御装置」という。)の出力インターフェース部にスレーブロボットに対応するロボット制御装置(以下「スレーブ制御装置」という。)の入力インターフェース部が接続される場合において、マスタ制御装置の安全回路部に異常が生じているときにマスタ制御装置の安全回路部から安全信号と同一の信号が出力されない。これにより、スレーブ制御装置の制御部に安全信号と同一の信号が入力されず、スレーブロボットの動作を停止させることができる。このように上記発明によれば、マスタ制御装置の安全回路部から出力された安全信号と同等の信頼度の信号が、スレーブ制御装置の制御部に入力されることを保証できる。これにより、マスタ,スレーブロボットの動作の停止を保証することができる。
ここで上記発明では、ロボット制御装置が、安全回路部から出力インターフェース部へと安全信号と同一の信号を出力する構成と、入力インターフェース部を介して制御部に安全信号が入力される構成とを備えている。このため、マスタ制御装置の出力インターフェース部にスレーブ制御装置の入力インターフェース部を接続することにより、これら制御装置全てに安全信号又は安全信号と同等の信頼度の信号が入力できる。これにより、マスタ,スレーブロボットのそれぞれを制御するロボット制御装置を全て同じ構成のものとすることができる。したがって上記発明によれば、ロボットシステムが、マスタ,スレーブロボットの協調制御が行われるものであるか、1つのロボットの制御が行われるものにかかわらず、同じ構成のロボット制御装置を用いることができる。
第2の発明は、前記安全回路部は、自身に異常が生じていると判定した場合、又は前記入力インターフェース部に前記安全信号が入力されていないと判定した場合、対応する前記ロボットへ供給される電力を遮断することを特徴とする。
上記発明では、安全回路部に異常が生じていると判定された場合、又は入力インターフェース部に安全信号が入力されていないと判定された場合、自身の異常の有無を監視可能な信頼度の高い安全回路部により、対応するロボットへ供給される電力を遮断でき、ロボットの動作を停止させることができる。さらに上記発明では、マスタ制御装置の出力インターフェース部にスレーブ制御装置の入力インターフェース部が接続される場合において、スレーブ制御装置に対応するロボットの動作を、マスタ制御装置と同等の信頼度で停止させることができる。
第3の発明は、前記安全回路部は、前記入力インターフェース部に接続され、前記入力インターフェース部に入力された前記安全信号を伝達する複数の信号入力部と、前記各信号入力部に対応して個別に接続されて、かつ、前記信号入力部を介して伝達された前記安全信号が入力され、前記安全信号と同一の信号を出力する監視部と、前記各監視部に対応して個別に接続され、前記監視部から出力された前記安全信号と同一の信号を伝達する信号出力部と、を有し、前記出力インターフェース部は、前記信号出力部を介して伝達された前記安全信号と同一の信号を前記ロボット制御装置の外部に出力し、前記各監視部は、自身が接続された前記信号入力部及び前記信号出力部のそれぞれの異常の有無を監視する機能を有して、かつ、互いの監視結果を取得可能に構成されており、前記各監視部は、自身の監視結果と取得した監視結果とが一致すると判定して、かつ、前記信号入力部を介して前記安全信号が入力されていると判定していることを条件として、前記信号出力部を介して前記出力インターフェース部に前記安全信号と同一の信号を出力することを特徴とする。
上記発明において、安全回路部は、入力インターフェース部に入力された安全信号を伝達する複数の信号入力部と、各信号入力部に対応して個別に接続された監視部と、各監視部に対応して個別に接続された信号出力部とを有している。信号入力部及び信号出力部のそれぞれを複数設けているのは、多重系とすることにより安全回路部の信頼度を高めるためである。
各監視部は、自身が接続された信号入力部及び信号出力部のそれぞれの異常の有無を監視する機能を有し、互いの監視結果を取得可能に構成されている。各監視部は、自身の監視結果と取得した監視結果とが一致すると判定して、かつ、信号入力部を介して安全信号が入力されていると判定していることを条件として、信号出力部を介して出力インターフェース部に安全信号と同一の信号を出力するように構成されている。この構成によれば、各監視部は、自身の監視結果と取得した監視結果とが一致しないと判定した場合、信号出力部を介して出力インターフェース部に安全信号と同一の信号を出力しない。このため、信号入力部及び信号出力部のそれぞれに異常が生じていないと判定した上で安全信号と同一の信号を出力でき、出力インターフェース部から外部に出力される安全信号と同一の信号の信頼度を高めることができる。
第4の発明は、前記安全信号を生成するための常閉式の停止用スイッチを備えるロボットシステムに適用され、前記各信号入力部は、前記停止用スイッチの第1端に接続される入力側電源と、前記停止用スイッチの第2端及びグランドを接続する抵抗体と、を有し、前記各信号出力部は、励磁コイルと、閉状態とされることにより出力側電源から前記励磁コイルに給電し、開状態とされることにより前記出力側電源から前記励磁コイルへの給電を停止する励磁用スイッチと、前記励磁コイルに給電することにより閉状態とされ、前記励磁コイルへの給電を停止することにより開状態とされる常開式の絶縁用スイッチと、を有し、前記励磁コイル及び前記絶縁用スイッチが互いに電気的に絶縁されており、前記絶縁用スイッチには、前記出力インターフェース部が接続されており、前記各監視部は、自身の監視結果と取得した監視結果とが一致すると判定して、かつ、前記信号入力部を介して前記安全信号が入力されていると判定していることを条件として、前記励磁用スイッチを閉状態とすることにより、前記出力インターフェース部に前記安全信号と同一の信号を出力することを特徴とする。
上記発明において、各信号入力部は、停止用スイッチの第1端に接続される入力側電源と、停止用スイッチの第2端及びグランドを接続する抵抗体とを有している。このため、停止用スイッチが入力インターフェース部に接続される場合、入力側電源、停止用スイッチ、抵抗体及びグランドを含む閉回路が形成される。この構成においては、停止用スイッチの操作状態が切り替えられることにより、停止用スイッチの第2端及び抵抗体を接続する電気経路と、グランドとの電位差が変化するため、各監視部は、上記電位差に基づいて、安全信号が入力されているか否かを判定できる。
ここで、例えば、マスタ制御装置に停止用スイッチが接続されて、かつ、マスタ制御装置の出力インターフェース部にスレーブ制御装置の入力インターフェース部が接続される場合において、マスタ制御装置のグランド電位と、スレーブ制御装置のグランド電位とが異なることがある。このとき、マスタ制御装置からスレーブ制御装置へと安全信号と同一の信号が伝達される経路において、安全信号と同一の信号が消失してしまったり歪んでしまったりする等、安全信号と同一の信号の信頼度が低下するおそれがある。その結果、各監視部において安全信号が入力されているか否かの判定精度が低下するおそれがある。
そこで上記発明では、各信号出力部が絶縁用スイッチを有しており、絶縁用スイッチに出力インターフェース部が接続されている。この構成によれば、停止用スイッチが接続されたロボット制御装置の出力インターフェース部に他のロボット制御装置の入力インターフェース部が接続される場合、他のロボット制御装置の入力インターフェース部側において、停止用スイッチが接続されたロボット制御装置の絶縁用スイッチの構成を借りて、停止用スイッチと同等の信頼度の高い安全信号の出力源を模擬することができる。この構成において、各信号出力部の有する励磁用スイッチが閉状態とされることにより、出力側電源から励磁コイルに給電され、絶縁用スイッチが閉状態とされる。これにより、出力インターフェース部に安全信号と同一の信号を出力する。
そして上記発明では、励磁コイルと絶縁用スイッチとが互いに電気的に絶縁されている。このため、励磁用スイッチを閉状態とすることにより出力インターフェース部に安全信号と同一の信号を出力する場合において、停止用スイッチが接続されたロボット制御装置と他のロボット制御装置とでグランド電位が異なったとしても、安全信号と同一の信号の信頼度の低下を招くことなく、この信号を停止用スイッチが接続されたロボット制御装置から他のロボット制御装置に伝達できる。
第5の発明は、前記絶縁用スイッチが第1絶縁用スイッチとされており、前記第1絶縁用スイッチと機械的に連動して開閉されるスイッチであって、かつ、前記第1絶縁用スイッチが開状態とされる場合に開状態とされ、前記第1絶縁用スイッチが閉状態とされる場合に閉状態とされる第2絶縁用スイッチを備え、前記第1絶縁用スイッチ及び前記第2絶縁用スイッチが互いに電気的に絶縁されており、前記各監視部は、前記第2絶縁用スイッチの異常の有無を監視する機能を有し、前記第2絶縁用スイッチに異常が生じていると判定した場合、前記出力インターフェース部への前記安全信号と同一の信号の出力を禁止することを特徴とする。
上記発明では、第1絶縁用スイッチと第2絶縁用スイッチとが機械的に連動して同じ操作状態とされる。このため、第2絶縁用スイッチの異常の有無を監視することにより、第1絶縁用スイッチの異常の有無を監視することができる。各監視部は、第2絶縁用スイッチに異常が生じていると判定した場合、出力インターフェース部に対する安全信号の出力を禁止する。これにより、出力インターフェース部から外部に出力される安全信号と同一の信号の信頼度を高めることができる。
しかも上記発明では、第1絶縁用スイッチと電気的に絶縁された第2絶縁用スイッチを用いて異常の有無を監視する。このため、第1絶縁用スイッチと出力インターフェース部とを接続する信号経路であって、安全信号と同一の信号を伝達する信号経路に影響を及ぼすことなく、第1絶縁用スイッチの異常の有無を監視することができる。
第6の発明は、前記各ロボットに対応して個別に設けられた第1〜5のいずれか1つの発明に記載のロボット制御装置を備えるロボットシステムにおいて、前記各ロボット制御装置には、第1ロボット制御装置及び第2ロボット制御装置が含まれており、前記第1ロボット制御装置の前記入力インターフェース部には、前記安全信号の出力源から前記安全信号が入力され、前記第2ロボット制御装置の前記入力インターフェース部には、前記第1ロボット制御装置の前記出力インターフェース部が接続されていることを特徴とする。
上記発明によれば、第1ロボット制御装置の安全回路部から出力された安全信号と同等の信頼度の信号が、第2ロボット制御装置の制御部に入力されることを保証できる。
第7の発明は、前記各ロボットに対応して個別に設けられた第1〜5のいずれか1つの発明に記載のロボット制御装置と、前記各ロボット制御装置における処理を統括する上位制御装置と、を備えるロボットシステムにおいて、前記各ロボット制御装置のうち1つのロボット制御装置が基準制御装置とされており、前記基準制御装置の前記入力インターフェース部には、前記安全信号の出力源から前記安全信号が入力され、前記各ロボット制御装置のうち前記基準制御装置以外のロボット制御装置の前記入力インターフェース部には、前記上位制御装置を介して前記基準制御装置の前記出力インターフェース部が接続されていることを特徴とする。
上記発明では、基準制御装置の安全回路部から出力された安全信号と同等の信頼度の信号が、上位制御装置を介して、各ロボット制御装置のうち基準制御装置以外のロボット制御装置の制御部に入力されることを保証できる。
第1実施形態に係るロボットシステムの全体構成図。 安全回路部の信号入力部を示す回路図。 安全回路部の信号出力部を示す回路図。 関連技術に係るロボットシステムの全体構成図。 第2実施形態に係るロボットシステムの全体構成図。
<第1実施形態>
以下、本発明に係るロボット制御装置を具体化した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係るロボットは、例えば産業用ロボットとして機械組立工場などの組立システムにて用いられる。
ロボットシステムは、第1ロボット10、第2ロボット20及び第3ロボット30を備えている。各ロボット10,20,30は、例えば隣り合うように設置面(例えば床面)に設置されている。本実施形態では、各ロボット10,20,30として、複数の回転部と、各回転部を順次連結してかつ隣り合う回転部を互いに回転可能にする関節とを備えるロボットを用いており、具体的には6軸の垂直多関節型ロボットを用いている。各ロボット10,20,30の各回転部は、それぞれに対応して設けられる図示しないモータ(例えば、3相サーボモータ)により駆動される。
第1ロボット10には、第1コントローラ11が接続されている。第1コントローラ11は、指令生成部12、第1入力インターフェース部13及び第2入力インターフェース部14を備えている。本実施形態において、第1入力インターフェース部13には、安全信号を出力可能な非常停止スイッチ41が通信線によって直接接続されている。非常停止スイッチ41から安全信号が出力されている場合、各ロボット10,20,30の動作が許可され、作業者により非常停止スイッチ41が押されて安全信号の出力が停止されている場合、各ロボット10,20,30の動作が禁止される。
なお、第1入力インターフェース部13に接続される安全デバイスとしては、非常停止スイッチ41に限らず、例えば、作業者の手動操作によりオフとオンとオフとの3位置に切り替えられるイネーブルスイッチであってもよい。
また本実施形態において、非常停止スイッチ41が接続されている第1コントローラ11の制御対象となる第1ロボット10をマスタロボットと称し、それ以外の第2,第3ロボット20,30をスレーブロボットと称すこともできる。
指令生成部12は、第1入力インターフェース部13を介して安全信号が入力されて、かつ、第2入力インターフェース部14を介して外部の上位コントローラ40からの動作許可信号Sigが入力されていると判定した場合、第1ロボット10を動作させるための動作指令値を生成する。動作指令値は、例えば、第1ロボット10の制御点(例えば、TCP)を動作開始点から動作終了点まで移動させる際の各回転部のモータの速度パターン(例えば、台形パターン)として算出される。なお本実施形態において、動作開始点から動作終了点まで移動させる際の各回転部のモータの速度パターンは、指令生成部12のメモリに記憶されているものとする。
第1コントローラ11は、制御部15を備えている。制御部15は、指令生成部12により生成された動作指令値に基づいて、第1ロボット10の各モータに接続された駆動部(例えば、3相インバータ)に対して出力する制御信号を生成する。制御部15は、生成した制御信号を、第1出力インターフェース部16を介して第1ロボット10に出力する。これにより、第1ロボット10が動作する。
指令生成部12は、安全信号及び動作許可信号Sigのいずれかが入力されていないと判定した場合、第1ロボット10の動作を停止させる動作指令値を生成する。この場合、制御部15は、動作指令値に基づいて、ロボット10の動作を停止させるための制御信号を生成し、駆動部に出力する。これにより、第1ロボット10の動作が停止される。
第2ロボット20には、第2コントローラ21が接続されている。第2コントローラ21は、指令生成部22、第1入力インターフェース部23、第2入力インターフェース部24、制御部25、第1出力インターフェース部26を備えている。本実施形態では、第2コントローラ21が第1コントローラ11と同じ構成であるため、第2コントローラ21の詳細な説明を省略する。
第3ロボット30には、第3コントローラ31が接続されている。第3コントローラ31は、指令生成部32、第1入力インターフェース部33、第2入力インターフェース部34、制御部35、第1出力インターフェース部36を備えている。本実施形態では、第3コントローラ31が第1コントローラ11と同じ構成であるため、第3コントローラ31の詳細な説明を省略する。
第1,第2,第3コントローラ11,21,31は、安全回路部17,27,37と、第2出力インターフェース部18,28,38とを備えている。各コントローラ11,21,31は、第2出力インターフェース部と第1入力インターフェース部とが通信線によって接続されることにより、直列接続されている。
第1コントローラ11の安全回路部17には、第1入力インターフェース部13から安全信号が入力される。安全回路部17は、入力された安全信号と同一の信号を第2出力インターフェース部18に出力可能に構成されている。第2出力インターフェース部18には、第2コントローラ21の第1入力インターフェース部23が通信線を介して直接接続されている。第2コントローラ21の第1入力インターフェース部23には、第2出力インターフェース部18から出力された安全信号と同一の信号が入力される。第2コントローラ21は、入力された上記同一の信号を安全信号として認識する。第2コントローラ21の安全回路部27には、第1入力インターフェース部23から安全信号が入力される。安全回路部27は、入力された安全信号と同一の信号を第2出力インターフェース部28に出力可能に構成されている。
第2出力インターフェース部28には、第3コントローラ31の第1入力インターフェース部33が通信線を介して直接接続されている。第3コントローラ31の安全回路部37には、第1入力インターフェース部33から安全信号が入力される。安全回路部37は、入力された安全信号と同一の信号を第2出力インターフェース部38に出力可能に構成されている。なお本実施形態において、第2出力インターフェース部38には、他のコントローラの第1入力インターフェース部が接続されていない。
ちなみに、第1コントローラ11は、指令生成部12、制御部15及び安全回路部17が筐体に収容されて構成されている。第2コントローラ21及び第3コントローラ31についても同様である。
各安全回路部17,27,37は、非常停止スイッチ41から出力される安全信号の信頼度を維持しながら他のコントローラに分配するために設けられている。本実施形態において、各安全回路部17,27,37は、各制御部15,25,35からの制御信号等の指令信号が入力されないように構成されている。以下、安全回路部について説明する。なお、本実施形態に係る各安全回路部17,27,37の構成は互いに同じであるため、本実施形態では、第1コントローラ11を構成する安全回路部17を例にして説明する。
まず、図2を用いて、安全回路部17の入力側の構成である信号入力部について説明する。
安全回路部17の第1入力インターフェース部13には、通信線によって非常停止スイッチ41が接続されている。非常停止スイッチ41は、停止ボタン41aと、2重化された非常用スイッチ41b(リレー)とを備えている。非常停止スイッチ41は、常閉式のスイッチであり、作業者により停止ボタン41aが押されることにより、非常用スイッチ41bが開状態に切り替えられる。
非常用スイッチ41bの第1端には、通信線及び第1入力インターフェース部13を介してポリスイッチ50の第1端が接続されている。ポリスイッチ50の第2端には、第1入力側スイッチ51を介して第1入力側電源52(定電圧電源)が接続されている。本実施形態では、第1入力側スイッチ51としてPチャネルMOSFETを用いている。第1入力側スイッチ51のドレインには、ポリスイッチ50の第2端が接続され、ソースには、第1入力側電源52が接続されている。
第1入力側スイッチ51のソースには、抵抗体53a,53b及び第2入力側スイッチ54の直列接続体を介してグランドに接続されている。本実施形態では、第2入力側スイッチ54としてバイポーラトランジスタを用いている。第2入力側スイッチ54のコレクタには、抵抗体53bが接続され、エミッタには、グランドが接続されている。抵抗体53a,53bの接続点には、第1入力側スイッチ51のゲートが接続されている。
第2入力側スイッチ54のエミッタとベースとは、抵抗体53cにより接続されている。第2入力側スイッチ54のベースには、信号入力部の異常の有無を監視する第1監視部70aの端子が接続されている。なお本実施形態において、第1監視部70aは、FPGA(Field Programmable Gate Array)により構成されている。
非常用スイッチ41bの第2端には、通信線、第1入力インターフェース部13及び抵抗体55a,55bを介してグランドが接続されている。抵抗体55a,55bの接続点には、抵抗体55cを介して、バイポーラトランジスタである第3入力側スイッチ56のベースが接続されている。なお、抵抗体55a,55bの接続点とグランドとは、コンデンサ57によって接続されている。
第3入力側スイッチ56のエミッタにはグランドが接続され、コレクタには、抵抗体58を介して第2入力側電源59(定電圧電源)が接続されている。第3入力側スイッチ56のコレクタと抵抗体58との接続点には、第1監視部70aの端子が接続されている。
非常停止スイッチ41は、上述したように2重化された非常用スイッチ41bを備えている。このため本実施形態では、非常停止スイッチ41から出力される安全信号を伝達する信号入力部も2重化されており、安全回路部17は、第2監視部70bを備えている。第2監視部70bは、2重化された信号入力部のうち第1監視部70aの監視対象とは別の信号入力部の異常の有無を監視する。なお本実施形態において、第2監視部70bはFPGAにより構成されている。また本実施形態では、便宜上、第2監視部70bの監視対象となる信号入力部の各構成に、第1監視部70aの監視対象となる信号入力部の各構成の符号と同一の符号を付している。
第1監視部70aは、基本的には、第2入力側スイッチ54を閉状態(オフ状態)に操作することにより、第1入力側スイッチ51を閉状態(オン状態)に操作する。この構成において、停止ボタン41aが押されていない場合、非常用スイッチ41bが閉状態とされ、第1入力側電源52、第1入力側スイッチ51、ポリスイッチ50、非常用スイッチ41b、抵抗体55a,55b及びグランドを含む閉回路が形成される。その結果、第1入力側電源52から出力される直流電圧が、エミッタ接地増幅回路を構成する第3入力側スイッチ56のベースに印加される。これにより、第3入力側スイッチ56のコレクタと抵抗体58との接続点(エミッタ接地増幅回路の出力点)から論理Hの信号が出力される。第1監視部70aは、論理Hの信号が入力されることをもって安全信号が入力されていると判定する。
一方、停止ボタン41aが押されている場合、非常用スイッチ41bが開状態とされ、上記閉回路が形成されない。その結果、第1入力側電源52から出力される直流電圧が第3入力側スイッチ56のベースに印加されない。これにより、第3入力側スイッチ56のコレクタと抵抗体58との接続点から論理Lの信号が出力される。第1監視部70aは、論理Lの信号が入力されることをもって安全信号が入力されていないと判定する。
なお、第2監視部70bも、第1監視部70aと同様に、第3入力側スイッチ56のコレクタと抵抗体58との接続点から出力される信号の論理がHであることをもって安全信号が入力されていると判定し、論理がLであることをもって安全信号が入力されていないと判定する。
第1監視部70a及び第2監視部70bのそれぞれは、自身が接続された信号入力部の異常の有無を監視する機能を有している。本実施形態において、この監視態様は、第1監視部70aと第2監視部70bとで同じであるため、第1監視部70aを例にして説明する。
第1監視部70aは、第2入力側スイッチ54のベースに対して周期的にオフ信号が挿入されたパルス信号を出力する。停止ボタン41aが押されていなくてかつ信号入力部に異常がない場合、出力されたパルス信号は、第3入力側スイッチ56のコレクタ及び抵抗体58の接続点から出力されるパルス信号として第1監視部70aに戻ってくる。第1監視部70aは、パルス信号が戻ってきたことをもって、第1入力側スイッチ51の閉固着異常を含む信号入力部の異常が生じていないと判定する。
ここで、第1監視部70a及び第2監視部70bは、互いの監視結果を取得可能に構成されている。第1監視部70a及び第2監視部70bのそれぞれは、信号入力部について、自身の監視結果と取得した監視結果とが一致していると判定して、かつ、安全信号が入力されていると判定していることを条件として、自身から後述する信号出力部への安全信号を出力する。一方、第1監視部70a及び第2監視部70bのそれぞれは、信号入力部について、自身の監視結果と取得した監視結果とが一致しないと判定した場合、自身から信号出力部への安全信号の出力を禁止する。
続いて、図3を用いて、安全回路部17の出力側の構成である信号出力部について説明する。
第1監視部70aの端子には、抵抗体81a,81bを介してグランドが接続されている。抵抗体81a,81bの接続点には、バイポーラトランジスタである第1出力側スイッチ80のベースが接続されている。第1出力側スイッチ80のエミッタには、グランドが接続され、コレクタには、抵抗体81c,81dを介して第1出力側電源82(定電圧電源)が接続されている。第1出力側電源82には、第2出力側スイッチ83(励磁用スイッチに相当)が接続されている。本実施形態では、第2出力側スイッチ83としてPチャネルMOSFETを用いている。第2出力側スイッチ83のソースには、第1出力側電源82が接続されている。
第2出力側スイッチ83のドレインには、安全リレー84を構成する励磁コイル85を介してグランドが接続されている。安全リレー84は、励磁コイル85に加えて、常開式の第1,第2メインスイッチ86a,87a(第1,第2絶縁用スイッチに相当)と、常閉式の第1,第2サブスイッチ86b,87bとを備えている。励磁コイル85,各スイッチ86a,87a,86b,87bは、互いに電気的に絶縁されている。安全リレー84は、各スイッチ86a,87a,86b,87bが機械的に連動して開閉されるミラーコンタクト構造を有するものである。詳しくは、第1,第2メインスイッチ86a、87aが開状態とされる場合、第1,第2サブスイッチ86b,87bが閉状態とされ、第1,第2メインスイッチ86a、87aが閉状態とされる場合、第1,第2サブスイッチ86b,87bが開状態とされる。
第1メインスイッチ86aの第1端には、第2出力インターフェース部18及び第2コントローラ21の第1入力インターフェース部23を介して、第2コントローラ21の安全回路部27を構成するポリスイッチ50の第1端が接続されている。第1メインスイッチ86aの第2端には、第2出力インターフェース部18及び第2コントローラ21の第1入力インターフェース部23を介して、第2コントローラ21の安全回路部27を構成する抵抗体55aの一端が接続されている。
ちなみに、第2コントローラ21の第2出力インターフェース部28と第3コントローラ31の安全回路部37との接続態様は、上述した第1コントローラ11の第2出力インターフェース部18と第2コントローラ21の安全回路部27との接続態様と同様である。
第1監視部70aは、安全信号が入力されていると判定している場合、基本的には、第1出力側スイッチ80を閉状態に操作することにより、第2出力側スイッチ83を閉状態に操作する。これにより、第1出力側電源82から励磁コイル85へと給電され、常開式の第1メインスイッチ86aが閉状態とされる。その結果、第2出力インターフェース部18から第2コントローラ21の第1入力インターフェース部23へと安全信号と同一の信号が出力される。
第1監視部70aは、安全信号が入力されていないと判定した場合、第1出力側スイッチ80を開状態に操作することにより、第2出力側スイッチ83を開状態に操作する。これにより、第1出力側電源82から励磁コイル85への給電が停止され、第1メインスイッチ86aが開状態とされる。その結果、第2コントローラ21の第1入力インターフェース部13への安全信号と同一の信号の出力が停止される。
本実施形態では、信号入力部が2重化されているため、信号出力部も2重化されている。なお本実施形態では、便宜上、第1監視部70aの監視対象となる信号出力部の各構成の符号と、第2監視部70bの監視対象となる信号出力部の各構成の符号とを同一の符号にしている。
第1監視部70a及び第2監視部70bのそれぞれは、自身が接続された信号出力部の異常の有無を監視する機能を有している。本実施形態において、この監視態様は、第1監視部70aと第2監視部70bとで同じであるため、第1監視部70aを例にして説明する。
第2出力側スイッチ83のドレインには、抵抗体88a,88bを介してグランドが接続されている。抵抗体88a,88bの接続点には、抵抗体88cを介して、バイポーラトランジスタである第3出力側スイッチ89のベースが接続されている。なお、抵抗体88a,88bの接続点とグランドとは、コンデンサ90によって接続されている。
第3出力側スイッチ89のエミッタにはグランドが接続され、コレクタには抵抗体91を介して第2出力側電源92(定電圧電源)が接続されている。第3出力側スイッチ89のコレクタと抵抗体91との接続点には、第1監視部70aの端子が接続されている。
この構成において、第1監視部70aは、第1出力側スイッチ80のベースに対して周期的にオフ信号が挿入されたパルス信号を出力する。信号出力部に異常がない場合、出力されたパルス信号は、第3出力側スイッチ89のコレクタ及び抵抗体91の接続点から出力されるパルス信号として第1監視部70aに戻ってくる。第1監視部70aは、パルス信号が戻ってきたことをもって、第2出力側スイッチ83の閉固着異常を含む信号出力部の異常が生じていないと判定する。ちなみに、第1監視部70aから出力されるパルス信号に挿入されるオフ信号は、励磁コイル85が開状態とならない時間幅に設定されている。
第1監視部70a及び第2監視部70bのそれぞれは、さらに、第1メインスイッチ86aの異常の有無を監視する機能を有している。本実施形態において、この監視態様は、第1監視部70aと第2監視部70bとで同じであるため、第1監視部70aを例にして説明する。
本実施形態において、第1メインスイッチ86aの異常の有無を監視する構成は、信号入力部と同様の構成である。図3には、この構成として、ポリスイッチ100、第1監視用スイッチ101、第1監視用電源102、抵抗体103a,103b,103c、第2監視用スイッチ104、抵抗体105a,105b,105c,105d、第3監視用スイッチ106、コンデンサ107、抵抗体108及び第2監視用電源109を示した。
第1監視部70aは、第2監視用スイッチ104のベースに対して周期的にオフ信号が挿入されたパルス信号を出力する。第1監視部70aは、励磁コイル85に給電しているにもかかわらず、第3監視用スイッチ106のコレクタ及び抵抗体108の接続点から出力されるパルス信号が戻ってこないと判定した場合、第1メインスイッチ86aに開固着異常が生じていると判定する。
なお第1監視部70aは、励磁コイル85への給電が停止されている場合において、第3監視用スイッチ106のコレクタ及び抵抗体108の接続点から出力されるパルス信号が戻ってきたと判定した場合、第1メインスイッチ86aに閉固着異常が生じていると判定する。
各監視部70a,70bは、第2出力側スイッチ83及び第1メインスイッチ86aを含む信号出力部について、自身の監視結果と、取得した監視結果とが一致しないと判定した場合、第1出力側スイッチ80を開状態に切り替える。
なお、各監視部70a,70bは、第2出力側スイッチ83及び第1メインスイッチ86aを含む信号出力部について、自身の監視結果と、取得した監視結果とが一致しないと判定した場合、各ロボット10,20への電力の供給を遮断して各ロボット10,20の動作を停止させるようにしてもよい。
以上説明した本実施形態によれば、各ロボット10,20,30の動作の停止を保証することができる。これに対し、図4に示すロボットシステムでは、各ロボットの動作の停止を保証することができないおそれがある。以下、このロボットシステムについて説明する。
図示されるように、ロボットシステムは、マスタロボット200及びスレーブロボット300を備えている。マスタロボット200には、マスタコントローラ400が接続され、スレーブロボット300には、スレーブコントローラ500が接続されている。マスタコントローラ400は、マスタ指令生成部410及び制御部420を有している。マスタ指令生成部410には、入力インターフェース部430を介して、安全デバイスからの安全信号が入力される。図4では、安全デバイスとして非常停止スイッチ600を想定している。マスタ指令生成部410は、安全信号が入力されていることを条件として、マスタロボット200の動作指令値を生成する。制御部420は、生成された動作指令値に基づいて、マスタロボット200を動作させる制御信号を生成し、生成した制御信号を、第1出力インターフェース部440を介してマスタロボット200に出力する。
マスタコントローラ400は、さらにスレーブ指令生成部450を有している。スレーブ指令生成部450は、マスタ指令生成部410により生成された動作指令値を、制御部420を介して取得し、取得した動作指令値に基づいて、スレーブロボット300の動作指令値を生成する。スレーブ指令生成部450は、生成した動作指令値を第2出力インターフェース部460に出力する。
スレーブコントローラ500は、制御部510を有している。制御部510には、第2出力インターフェース部460から出力された動作指令値が入力インターフェース520を介して入力される。制御部510は、入力された動作指令値に基づいて、スレーブロボット300を動作させる制御信号を生成し、生成した制御信号を、出力インターフェース530を介してスレーブロボット300に出力する。
図4に示したロボットシステムでは、安全信号がマスタコントローラ400には入力されるものの、スレーブコントローラ500には入力されない構成となっている。この構成では、非常停止スイッチ600が押された場合にスレーブロボット300の動作の停止を保証できなくなるおそれがある。詳しくは、非常停止スイッチ600が押されてマスタコントローラ400への安全信号の入力が停止されると、マスタ指令生成部410から制御部420へとマスタロボット10の動作を停止させる指令が出力され、マスタロボット200の動作が停止させられる。ここで、スレーブ指令生成部450に異常が生じている場合、スレーブ指令生成部450から制御部510へとスレーブロボット300の動作を停止させる指令を出力することができず、スレーブロボット300の動作の停止を保証できなくなるおそれがある。
以上説明した本実施形態は、以下の効果を有する。
安全回路部17,27,37は、自身に異常が生じていないと判定して、かつ、第1入力インターフェース部13,23,33に安全信号が入力されていることを条件として、第2出力インターフェース部18,28,38に安全信号と同一の信号を出力するように構成されている。この構成によれば、安全回路部17,27,37は、自身に異常が生じていると判定した場合に第2出力インターフェース部18,28,38に安全信号と同一の信号を出力しない。このため、第1コントローラ11の安全回路部17から出力された安全信号と同等の信頼度の信号が、第2,第3コントローラ21,31の指令生成部22,32に入力されることを保証できる。これにより、各ロボット10,20,30の動作の停止を保証することができる。
ここで本実施形態では、各コントローラ11,21,31が、安全回路部17,27,37から第2出力インターフェース部18,28,38へと安全信号と同一の信号を出力する構成と、第1入力インターフェース部13,23,33を介して制御部15,25,35に安全信号が入力される構成とを備えている。このため、各コントローラ11,21,31全てに安全信号又は安全信号と同等の信頼度の信号が入力できる。これにより、マスタ,スレーブロボット10,20,30のそれぞれを制御するコントローラ11,21,31を全て同じ構成のものとすることができる。したがって本実施形態によれば、ロボットシステムが、マスタ,スレーブロボットの協調制御が行われるものであるか、1つのロボットの制御が行われるものにかかわらず、同じ構成のコントローラを用いることができる。よって、コントローラの生産管理の負担を低減することができる。
安全回路部17,27,37において、第1,第2監視部70a,70bのそれぞれは、自身の監視結果と取得した監視結果とが一致すると判定して、かつ、安全信号が入力されていると判定されていることを条件として、第1出力側スイッチ80を閉状態にすることにより第2出力インターフェース部18,28,38に安全信号と同一の信号を出力するように構成されている。この構成によれば、第1,第2監視部70a,70bのそれぞれは、自身の監視結果と取得した監視結果とが一致しないと判定した場合、第2出力インターフェース部18,28,38に安全信号と同一の信号を出力しない。このため、信号入力部及び信号出力部のそれぞれに異常が生じていないと判定した上で安全信号と同一の信号が出力され、第2出力インターフェース部18,28,38から外部に出力される安全信号と同一の信号の信頼性を高めることができる。
信号出力部において、励磁コイル85と第1メインスイッチ86aとを互いに電気的に絶縁した。このため、第2出力側スイッチ83を閉状態とすることにより、例えば、第1コントローラ11の第2出力インターフェース部18に安全信号と同一の信号を出力する場合において、第1コントローラ11と第2コントローラ21とでグランド電位が異なったとしても、安全信号と同一の信号の信頼度の低下を招くことなく、この信号を第1コントローラ11から第2コントローラ21に伝達できる。
第1メインスイッチ86aと第2メインスイッチ87aとが機械的に連動して同じ操作状態とされるようにした。このため、第2メインスイッチ87aの異常の有無を監視することにより、第1メインスイッチ86aの異常の有無を監視することができる。そして各監視部70a,70bは、第2メインスイッチ87aに異常が生じていると判定した場合、第2出力インターフェース部18に対する安全信号の出力を禁止する。これにより、第2出力インターフェース部18から出力される安全信号と同一の信号の信頼度を高めることができる。
しかも本実施形態では、第1メインスイッチ86aと電気的に絶縁された第2メインスイッチ87aとを用いて異常の有無を監視する。このため、第1メインスイッチ86aと第2出力インターフェース部18とを接続する信号経路であって、安全信号と同一の信号が伝達される信号経路に影響を及ぼすことなく、第1メインスイッチ86aの異常の有無を監視することができる。
<第2実施形態>
以下、第2実施形態について、上記第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図5に示すように、複数のコントローラの接続態様を変更する。図5では、ロボットシステムに2台のロボット10,20が備えられるものとした。なお、図5において、先の図1と同じ構成には、便宜上、同一の符号を付している。
第1コントローラ11の第1入力インターフェース部13には、第1非常停止スイッチ111が接続されている。第2コントローラ21の第1入力インターフェース部23には、第2非常停止スイッチ112が接続されている。
ロボットシステムは、第1コントローラ11及び第2コントローラ21の上位の制御装置であるプログラマブルコントローラ(以下、PLC110)を備えている。PLC110には、第1コントローラ11の第1入力インターフェース部13及び第2出力インターフェース部18と、第2コントローラ21の第1入力インターフェース部23及び第2出力インターフェース部28とが個別の通信線により接続されている。また、PLC110には、第3非常停止スイッチ113が通信線によって接続されている。なお、PLC110は、第1コントローラ11及び第2コントローラ21に対して動作許可信号Sigを出力する。
第1,第2コントローラ11,21は、安全回路部19,29を備えている。各安全回路部19,29は、基本的には先の図1の安全回路部17,27と同じ構成であるが、第1非常停止スイッチ111、第2非常停止スイッチ112及び第3非常停止スイッチ113のうちいずれかが作業者により押された場合であっても、安全信号と同一の信号の出力が停止されるように構成されている。これにより、各非常停止スイッチ111〜113のいずれかが作業者により押された場合における各ロボット10,20の動作の停止を保証する。
具体的には例えば、第1非常停止スイッチ111が押された場合、第1コントローラ11(基準制御装置に相当)の第1入力インターフェース部13を介した指令生成部12及び安全回路部19への安全信号の入力が停止される。これにより、指令生成部12が動作停止指令を生成し、第1ロボット10の動作が停止される。
また、第1コントローラ11の安全回路部19からの安全信号と同一の信号の出力が停止されることにより、第2出力インターフェース部18、PLC110、第2コントローラ21の第1入力インターフェース部23を介した指令生成部22への安全信号の入力も停止される。これにより、第2ロボット20の動作が停止される。
以上説明した本実施形態によれば、第1非常停止スイッチ111、第2非常停止スイッチ112及び第3非常停止スイッチ113のうちいずれかが作業者により押された場合において、各ロボット10,20の動作の停止を保証できる。
<その他の実施形態>
なお、上記各実施形態を以下のように変更して、実施することもできる。
・上記第1実施形態において、非常停止スイッチ41を例えば3重系のスイッチとする場合、信号入力部及び信号出力部を3重系とすればよい。
・上記各実施形態において、安全回路部は、第1入力インターフェース部に安全信号が入力されていないと判定した場合、自身に対応するロボットへ供給される電力を遮断してもよい。
・複数のコントローラの接続態様としては、上記各実施形態に例示したものに限らず、例えば以下のような接続態様としてもよい。
上記第1実施形態において、第1コントローラ11に直列接続されるコントローラの数を1つにしてもよいし、4つ以上にしてもよい。
また、上記第1実施形態において、第1コントローラ11の第2出力インターフェース部18、及び第2コントローラ21の第2出力インターフェース部28のうち少なくとも一方に、複数のコントローラの入力インターフェース部を接続してもよい。
さらに、3つ以上のロボットを備えるロボットシステムにおいて、例えば、安全信号の出力源から安全信号が入力される1つのロボットに対応するコントローラの第2出力インターフェース部に、残りのロボットに対応するコントローラの入力インターフェース部を接続してもよい。
・ロボットとしては、垂直多関節型のものに限らず、例えば水平多関節型のものを採用してもよい。
10,20,30…ロボット、11,21,31…コントローラ、15,25,35…制御部、17,27,37…安全回路部、41…非常停止スイッチ。

Claims (7)

  1. 複数のロボットのそれぞれに対応して個別に設けられ、前記各ロボットを駆動制御するロボット制御装置において、
    前記ロボット制御装置の外部から信号が入力される入力インターフェース部と、
    前記入力インターフェース部に安全信号が入力されていないと判定した場合、対応する前記ロボットの動作を停止させる制御部と、
    前記ロボット制御装置の外部に信号を出力する出力インターフェース部と、
    自身の異常の有無を監視する機能を有する安全回路部と、を備え、
    前記安全回路部は、自身に異常が生じていないと判定して、かつ、前記入力インターフェース部に前記安全信号が入力されていると判定していることを条件として、前記出力インターフェース部に前記安全信号と同一の信号を出力することを特徴とするロボット制御装置。
  2. 前記安全回路部は、自身に異常が生じていると判定した場合、又は前記入力インターフェース部に前記安全信号が入力されていないと判定した場合、対応する前記ロボットへ供給される電力を遮断する請求項1に記載のロボット制御装置。
  3. 前記安全回路部は、
    前記入力インターフェース部に接続され、前記入力インターフェース部に入力された前記安全信号を伝達する複数の信号入力部と、
    前記各信号入力部に対応して個別に接続されて、かつ、前記信号入力部を介して伝達された前記安全信号が入力され、前記安全信号と同一の信号を出力する監視部と、
    前記各監視部に対応して個別に接続され、前記監視部から出力された前記安全信号と同一の信号を伝達する信号出力部と、を有し、
    前記出力インターフェース部は、前記信号出力部を介して伝達された前記安全信号と同一の信号を前記ロボット制御装置の外部に出力し、
    前記各監視部は、自身が接続された前記信号入力部及び前記信号出力部のそれぞれの異常の有無を監視する機能を有して、かつ、互いの監視結果を取得可能に構成されており、
    前記各監視部は、自身の監視結果と取得した監視結果とが一致すると判定して、かつ、前記信号入力部を介して前記安全信号が入力されていると判定していることを条件として、前記信号出力部を介して前記出力インターフェース部に前記安全信号と同一の信号を出力する請求項1又は2に記載のロボット制御装置。
  4. 前記安全信号を生成するための常閉式の停止用スイッチを備えるロボットシステムに適用され、
    前記各信号入力部は、
    前記停止用スイッチの第1端に接続される入力側電源と、
    前記停止用スイッチの第2端及びグランドを接続する抵抗体と、を有し、
    前記各信号出力部は、
    励磁コイルと、
    閉状態とされることにより出力側電源から前記励磁コイルに給電し、開状態とされることにより前記出力側電源から前記励磁コイルへの給電を停止する励磁用スイッチと、
    前記励磁コイルに給電することにより閉状態とされ、前記励磁コイルへの給電を停止することにより開状態とされる常開式の絶縁用スイッチと、を有し、
    前記励磁コイル及び前記絶縁用スイッチが互いに電気的に絶縁されており、
    前記絶縁用スイッチには、前記出力インターフェース部が接続されており、
    前記各監視部は、自身の監視結果と取得した監視結果とが一致すると判定して、かつ、前記信号入力部を介して前記安全信号が入力されていると判定していることを条件として、前記励磁用スイッチを閉状態とすることにより、前記出力インターフェース部に前記安全信号と同一の信号を出力する請求項3に記載のロボット制御装置。
  5. 前記絶縁用スイッチが第1絶縁用スイッチとされており、
    前記第1絶縁用スイッチと機械的に連動して開閉されるスイッチであって、かつ、前記第1絶縁用スイッチが開状態とされる場合に開状態とされ、前記第1絶縁用スイッチが閉状態とされる場合に閉状態とされる第2絶縁用スイッチを備え、
    前記第1絶縁用スイッチ及び前記第2絶縁用スイッチが互いに電気的に絶縁されており、
    前記各監視部は、前記第2絶縁用スイッチの異常の有無を監視する機能を有し、前記第2絶縁用スイッチに異常が生じていると判定した場合、前記出力インターフェース部への前記安全信号と同一の信号の出力を禁止する請求項4に記載のロボット制御装置。
  6. 前記各ロボットに対応して個別に設けられた請求項1〜5のいずれか1項に記載のロボット制御装置を備えるロボットシステムにおいて、
    前記各ロボット制御装置には、第1ロボット制御装置及び第2ロボット制御装置が含まれており、
    前記第1ロボット制御装置の前記入力インターフェース部には、前記安全信号の出力源から前記安全信号が入力され、
    前記第2ロボット制御装置の前記入力インターフェース部には、前記第1ロボット制御装置の前記出力インターフェース部が接続されていることを特徴とするロボットシステム。
  7. 前記各ロボットに対応して個別に設けられた請求項1〜5のいずれか1項に記載のロボット制御装置と、前記各ロボット制御装置における処理を統括する上位制御装置と、を備えるロボットシステムにおいて、
    前記各ロボット制御装置のうち1つのロボット制御装置が基準制御装置とされており、
    前記基準制御装置の前記入力インターフェース部には、前記安全信号の出力源から前記安全信号が入力され、
    前記各ロボット制御装置のうち前記基準制御装置以外のロボット制御装置の前記入力インターフェース部には、前記上位制御装置を介して前記基準制御装置の前記出力インターフェース部が接続されていることを特徴とするロボットシステム。
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