JP2017144542A - ロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業工程を実行している多関節ロボットの周囲で、作業者が、多関節ロボットとの接触を回避しつつ交換機材を交換する等の作業を行うことが可能なロボット装置を提供する。【解決手段】制御部９０は、作業プログラムに応じて複数の作業工程を実行させるように多関節ロボット１０を制御する。センサ５１〜５８は、多関節ロボット１０の周囲の空間を分割した分割領域Ａ〜Ｉに対する多関節ロボット１０とは異なる物体の侵入を検知可能である。制御部９０は、作業工程の内容に基づいて、異なる物体の侵入を許容しない第１の分割領域群と異なる物体の侵入を許容する第２の分割領域群とを作業工程ごとに設定する。第１の分割領域群で異なる物体の侵入が検知された場合は多関節ロボット１０を停止させるが、第２の分割領域群で物体の侵入が検知された場合は多関節ロボット１０の動作を続けさせる。【選択図】図１

Description

本発明は、多関節ロボットを用いて複数の作業工程を連続的に実行するロボット装置に関する。

多関節ロボットを中心にして作業台、エンドエフェクタ、ツール等の複数の交換機材を配置し、多関節ロボットが交換機材を用いて複数の工程を連続的に実行するいわゆる多能工型のロボット装置が開発されている。多能工型のロボット装置では、ワークの機種や工程の変更に伴って、必要な交換機材を作業者が交換する場合がある。交換機材の交換作業は、多関節ロボットと作業者の接触を回避するため、通常は、複数の作業工程が最後まで終了して最後のワークが排出された後に、ロボット装置の電源を落として実行されている。

そして、多能工型のロボット装置では、特許文献１に示されるように、多関節ロボットの周囲にセンサを配置して多関節ロボットの作業空間を設定している。そして、ロボット装置の運転中に人間や物体がロボット装置の作業空間に侵入したことがセンサで検知されると、多関節ロボットの動作を緊急停止させている。

特開２００７−２８３４５０号公報

多能工型のロボット装置において、交換機材を作業者が交換する場合、すべての作業工程が終了してワークが排出されるまで待つと、ワークの排出後に交換機材を交換する作業時間が必要になって、ロボット装置に大きなダウンタイムが発生する。しかし、多関節ロボットの場合、多関節ロボットが作業している限られた範囲の外側であれば、作業者が交換機材を交換する作業を行っても、多関節ロボットと作業者の接触には至らない場合がある。

本発明は、作業工程を実行している多関節ロボットの周囲で、作業者が、多関節ロボットとの接触を回避しつつ交換機材を交換する等の作業を行うことが可能なロボット装置を提供することを目的としている。

本発明のロボット装置は、多関節ロボットと、作業プログラムに応じて複数の作業工程を実行させるように前記多関節ロボットを制御する制御部と、前記多関節ロボットの周囲の空間を分割した複数の分割領域のそれぞれに対する前記多関節ロボットとは異なる物体の侵入を検知可能な検知手段と、を備えるものである。そして、前記制御部は、前記作業工程の内容に基づいて、前記複数の分割領域のうちで前記異なる物体の侵入を許容しない第１の分割領域群と前記異なる物体の侵入を許容する第２の分割領域群とを前記作業工程ごとに設定し、前記作業工程において前記第１の分割領域群で前記異なる物体の侵入が検知された場合は前記多関節ロボットを停止させるが、前記第２の分割領域群で前記物体の侵入が検知された場合は前記多関節ロボットの動作を続けるように前記検知手段の検知結果に基づいて制御する。

本発明によれば、作業工程を実行している多関節ロボットの周囲で、作業者が、多関節ロボットとの接触を回避しつつ交換機材を交換する等の作業を行うことが可能である。

ロボット装置の構成を説明する平面図である。 ロボット装置の制御系のブロック図である。 ワークの組み付け作業のフローチャートである。 防護柵の説明図である。 センサの説明図である。 侵入不可領域の設定の制御のフローチャートである。 交換機材の交換可能表示の制御のフローチャートである。 第１パーツの組み付け工程の説明図である。 第２パーツの組み付け工程の説明図である。 ワークの排出工程の説明図である。 ビス締め工程の説明図である。 実施の形態２のロボット装置の制御系のブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

＜実施の形態１＞
（ロボット装置）
図１はロボット装置の構成を説明する平面図である。図１に示すように、ロボット装置１は、テーブル２０上に、多関節ロボット１０を囲んで供給トレイ３０、ビス締めユニット３１、専用ツール３２、第１固定台３３、専用ツール３４、第２固定台３５、排出トレイ３６を配置している。交換機材（３０〜３６）は多関節ロボット１０が反時計回りに順次、交換機材（３０〜３６）にアクセスしながらワーク５の組み立てを行うよう配置されている。

多関節ロボット１０は、６軸多関節のロボットアーム１３の先端にエンドエフェクタ１１が接続されている。ロボットアーム１３は、各関節を各関節軸周りにそれぞれ回転駆動する６つのモータ及びエンコーダ（図示せず）を備えている。ロボットアーム１３は、６つのモータのそれぞれをエンコーダの検知出力に基づいて選択的に駆動することで、エンドエフェクタ１１を任意の３次元位置及び姿勢状態に移動させる。エンドエフェクタ１１には、ワークや専用ツールを把持することが可能なハンド１２が搭載されている。

供給トレイ３０は、ロボット装置１において組み立てを行う対象であるワーク５をロボット装置１に供給するための容器である。ワーク５は、供給トレイ３０内に配置されている。供給トレイ３０は、ロボット装置１の外部より不図示のロボットシリンダを用いて供給される。供給トレイ３０は、供給トレイ３０内からすべてのワーク５が取り出されたタイミングでロボット装置１の外に自動的に持ち出され、新しいワーク５が配置された別の供給トレイ３０に置き換えられる。

ビス締めユニット３１は、ワーク５の所定位置にビス締めを行う。第１固定台３３は、部品供給機４１より供給される小物部品を、専用ツール３２によりワーク５に組み付ける際の作業台である。部品供給機４１は、ワーク５の１機種生産に必要十分な量の小物部品を格納している。第２固定台３５は、部品供給機４２より供給される小物部品を、専用ツール３４によりワーク５に組み付ける際の作業台である。部品供給機４２は、ワーク５の１機種生産に必要十分な量の小物部品を格納している。

排出トレイ３６は、ロボット装置１において組み付け作業を終了したワーク５を配列して収容し、まとめてロボット装置１から持ち出すための容器である。排出トレイ３６は、ロボット装置１の外部より不図示のロボットシリンダを用いて供給される。排出トレイ３６は、組み付け作業を終了したワーク５が満載されたタイミングでロボット装置１の外に自動的に持ち出され、新しい空の排出トレイ３６に置き換えられる。

なお、実施の形態１では、エンドエフェクタ１１にハンド１２を搭載して専用ツール３２、３４を把持する構成を採用している。しかし、エンドエフェクタ１１にツールチェンジャーを搭載し、専用ツール３２、３４をツールチェンジャーに直接取り付ける構成を採用してもよい。

（組み付け作業）
図２はロボット装置の制御系のブロック図である。図３はワークの組み付け作業のフローチャートである。

図２に示すように、制御部９０は、多関節ロボット１０を制御して複数の工程を連続的に順次実施することにより、ワーク５の組み立てを順次実施していく。制御部９０は、作業プログラムに応じて複数の作業工程を実行させるように多関節ロボット１０を制御する。

制御部９０は、ＲＯＭ９２及びハードディスク９４から読み出したプログラム及びデータをＲＡＭ９３に保持して、ＣＰＵが必要な演算及び処理を行うことにより、ロボット装置１を制御する。制御部９０は、インターフェース回路９５を介して多関節ロボット１０、ビス締めユニット３１、部品供給機４１、４２に接続されている。読取部１０２に挿入された記録媒体１０３にはロボット装置１の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラムが記録されている。制御部９０は、インターフェース回路９７からネットワーク１０１を通じて、あるいは記録媒体１０３を通じて、必要な作業プログラム及び作業データを取得して、ワークの組み付け作業を構成する複数の作業工程を実行することもできる。画像表示手段の一例である表示画面４５ｄは、画像を表示する。

図３に示すように、制御部９０は、多関節ロボット１０を作動させて供給トレイ３０よりワーク５を取得する（Ｓ１１）。制御部９０は、多関節ロボット１０を作動させてワーク５をビス締めユニット３１に位置決め、ビス締めユニット３１を作動させてワーク５の所定位置にビス締めを行う（Ｓ１２）。

制御部９０は、多関節ロボット１０を作動させてビス締め後のワーク５を第１固定台３３に載置する（Ｓ１３）。制御部９０は、多関節ロボット１０を作動させて専用ツール３２を把持する（Ｓ１４）。制御部９０は、多関節ロボット１０を作動させて部品供給機４１より供給される小物部品を専用ツール３２により保持し、第１固定台３３上のワーク５に組み付けて取得させる（Ｓ１５）。制御部９０は、多関節ロボット１０を作動させて専用ツール３２を元の位置に戻す（Ｓ１６）。

制御部９０は、多関節ロボット１０を作動させて第１固定台３３のワーク５を持ち上げて第２固定台３５まで搬送し、載置する（Ｓ１７）。制御部９０は、多関節ロボット１０を作動させて専用ツール３４を把持する（Ｓ１８）。制御部９０は、多関節ロボット１０を作動させて部品供給機４２より供給される小物部品を専用ツール３４により保持し、第２固定台３５上のワーク５に組み付けて取得させる（Ｓ１９）。制御部９０は、多関節ロボット１０を作動させて専用ツール３４を元の位置に戻す（Ｓ２０）。

制御部９０は、多関節ロボット１０を作動させて第２固定台３５のワーク５を持ち上げて排出トレイ３６まで搬送し、排出トレイ３６上の空きスペースにワーク５を排出する（Ｓ２１）。そして、最初の工程位置へ復帰する（Ｓ２２）。

（防護柵）
図４は防護柵の説明図である。ロボット装置１では、装置オペレータや治工具の交換担当者と多関節ロボット１０の接触を防ぐ必要がある。このため、多関節ロボット１０の可動範囲から十分な距離を離した位置を防護柵２１で囲っている。多関節ロボット１０やテーブル２０上の各ユニットは、周囲を防護柵２１で囲われ、ロボット装置１の運転中は、防護柵２１で外部と遮断されている。ロボット装置１では、防護柵２１により人が侵入できない状態で、多関節ロボット１０による各工程の作業が実施される。ワークの機種切り替えにおける交換機材の交換のために、人がロボット装置１内で作業を行う場合、図１に示すように、防護柵２１の四隅に設けられた開口部２２、２３、２４、２５より人がロボット装置１内にアクセスして必要な作業を行う。

（交換機材の交換）
ロボット装置１は、多関節ロボット１０を用いて複数の作業を行う多能工生産装置であるため、ワークの機種切り替え、工程の変更等に伴って、かなり頻繁に交換機材の交換や部品補給がされる。このとき、多関節ロボット１０の周囲で装置オペレータや交換担当者が作業を行うことになるため、装置オペレータや交換担当者が作業中の多関節ロボット１０に接触を起こすことを回避する必要がある。

そのため、従来は、ワークの機種切り替え時は、すべてのワークを排出し、多関節ロボット１０を停止させてから交換機材の交換や部品補給が実施されていた。交換対象となる交換機材に多関節ロボット１０がアクセスしない工程の実行中であっても、多関節ロボット１０の全工程を通じた可動範囲の一部であれば、すべてのワークを排出し、多関節ロボットが停止するのを待って、機種切替え作業の禁止が解除されていた。そのため、ワークの機種切り替えに多大な時間がかかり、ロボット装置１の稼働率が低下する問題があった。

しかし、ロボット装置１では、１つ１つの工程毎に、多関節ロボット１０が干渉し、移動する領域が最初から決まっている。このため、１つの行程で多関節ロボット１０が干渉し、移動する領域に該当していなければ、多関節ロボット１０がその１つの工程を作業中であっても、装置オペレータや交換担当者が場所を選んで交換機材の交換、確認等を実施することが可能である。

そこで、実施の形態１では、多関節ロボット１０の周囲の空間を９つの空間領域に区分して、工程ごとに、多関節ロボット１０が干渉し、移動する干渉空間に該当するか否かを予め設定している。そして、その工程の干渉空間に該当しない空間領域については、装置オペレータや交換担当者がその工程中に作業を行っても、多関節ロボット１０が作業を継続するようにしている。しかし、その工程の干渉空間に該当する空間領域に装置オペレータや交換担当者が侵入した場合には多関節ロボット１０を緊急停止させて接触に至らないようにしている。

（センサ）
図５はセンサの説明図である。図５中、（ａ）はセンサの配置、（ｂ）は物体検知の説明である。

図５の（ａ）に示すように、テーブル２０上の交換機材（３０〜３６）が配置されている領域を左右方向及び奥行方向の９つの分割領域Ａ〜Ｉに区切るようにセンサ５１〜５８が配置されている。検知手段の一例であるセンサ５１〜５８は、多関節ロボット１０の周囲の空間を分割した分割領域Ａ〜Ｉのそれぞれに対する多関節ロボット１０とは異なる物体の侵入を検知可能である。分割領域Ａ〜Ｉは、センサ５１〜５８で区切られた領域と一対一の関係にある。分割領域Ａ〜Ｉは、機種切り替えの対象となる交換機材が配置されている領域を区切る。

センサ５１〜５４は、奥行方向に配列され、センサ５５〜５８は、センサ５１〜５４の配列方向に直交する左右方向に配列され、テーブル２０上の作業空間を９つの碁盤目に区切っている。センサ５１〜５８によって左右方向及び奥行方向区切られた９つの領域をそれぞれ分割領域Ａ〜Ｉと呼ぶ。

図５の（ｂ）に示すように、一例として、センサ５１は、ＬＥＤアレイ５１ａとフォトダイオードアレイ５１ｂとを対向させて、多数のフォトインタラプタ（５１ｄ、５１ｅ）を構成している。ＬＥＤ５１ｄの出射光をフォトダイオード５１ｅで検知して、面状の物体侵入検知領域ＭＥを形成しており、物体侵入検知領域ＭＥを破って侵入する作業者３を検知することができる。センサ５１〜５８は、多関節ロボット１０の可動範囲内で作業者３が侵入可能になっている開口部２２、２３、２４、２５のそれぞれを覆うように多重的に配置された作業者３の侵入検知装置である。物体侵入検知領域ＭＥを破られたセンサ５１〜５４とセンサ５５〜５８との組み合わせから、分割領域Ａ〜Ｉのうちのどこへ作業者３が侵入したのかを識別して、分割領域Ａ〜Ｉごとの侵入判断を行うことができる。図２に示すように、制御部９０は、センサ５１〜５８の出力に基づいて、作業者３がどの分割領域Ａ〜Ｉに侵入したかを識別する。

（侵入不可領域の表示画像）
図６は侵入不可領域の設定の制御のフローチャートである。図１に示すように、制御部（９０：図２）は、検知工程では、センサ５１〜５８により分割領域Ａ〜Ｉへの物体の侵入を検知する。識別工程では、センサ５１〜５８の検知結果に基づいて多関節ロボット１０と異なる物体が侵入した分割領域を識別する。動作管理工程では、物体が侵入した分割領域が第１の分割領域群の一例である侵入不可領域に属する場合は多関節ロボットを停止させる。しかし、物体が侵入した分割領域が第２の分割領域群の一例である侵入可能領域に属する場合は多関節ロボット１０の動作を続けさせる。

図４に示すように、制御部９０は、ロボット装置１の各作業工程において作業者の侵入が禁止される侵入不可領域と作業者の侵入が許容される侵入可能領域とを図３に示す各作業工程でそれぞれ設定する。侵入不可領域は、多関節ロボット１０が移動して作業工程を行う過程で干渉する分割領域である。侵入可能領域は、侵入不可領域に該当しないため、作業者が侵入して作業を行っても差支えの無い分割領域である。

制御部９０は、設定内容に基づいて侵入不可領域と侵入可能領域とをリアルタイムに表示した表示画像４６を、操作部４５の表示画面４５ｄに出力する。操作部４５の表示画面４５ｄに表示された表示画像４６をもとに、作業者は、接触を回避して交換作業を行える分割領域を判断し、多関節ロボット１０を緊急停止させることなく、ロボット装置１内で機種切り替えに伴う交換機材の交換を実施する。

図２を参照して図６に示すように、制御部９０は、図３のステップＳ１１〜Ｓ１２では（Ｓ３１のＹｅｓ）、分割領域Ｄ、Ｅ、Ｇ、Ｈを進入不可領域に設定する（Ｓ３２）。制御部９０は、図３のステップＳ１３〜Ｓ１６では（Ｓ３３のＹｅｓ）、分割領域Ａ、Ｂ、Ｅ、Ｈを進入不可領域に設定する（Ｓ３４）。制御部９０は、図３のステップＳ１７〜Ｓ２０では（Ｓ３５のＹｅｓ）、分割領域Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆ、Ｈを進入不可領域に設定する（Ｓ３６）。制御部９０は、図３のステップＳ２１〜Ｓ２２では（Ｓ３７のＹｅｓ）、分割領域Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉを進入不可領域に設定する（Ｓ３８）。

（交換機材の交換）
図７は交換機材の交換可能表示の制御のフローチャートである。図２に示すように、制御部９０は、設定工程では、複数の作業工程の内容と順序とに基づいてそれぞれの交換機材の交換作業の指示をするか否かを設定する。制御部９０は、表示工程では、設定工程により交換作業の指示を設定された交換機材を表示画面４５ｄにより表示させる。

図１に示すように、ロボット装置１では、多関節ロボット１０の周囲の空間に複数の交換機材の一例であるビス締めユニット３１、専用ツール３２、３４、第１固定台３３、３５、部品供給機４１、４２が配置される。ロボット装置１では、生産対象のワーク５をＸ機種からＹ機種へ機種変更する際に、交換機材の交換が必要になる。交換対象の交換機材は、専用ツール３２、３４、ビス締めユニット３１、第１固定台３３、３５、部品供給機４１、４２である。

実施の形態１では、Ｘ機種の最後のワーク５の組み立て作業中に作業者が交換可能な交換機材を順次交換することを、操作部４５の表示画面４５ｄを通じて許可する。また、Ｘ機種の最後のワーク５の組み立て作業中に交換できなかった交換機材は、Ｙ機種の最初のワーク５の組み立て作業中に交換することを許可する。

図２を参照して図７に示すように、制御部９０は、Ｘ機種の最後のワーク５の組み立てにおける図３のステップＳ１３〜Ｓ１６では（Ｓ４１のＹｅｓ）、ビス締めユニット３１等を交換可能に表示する（Ｓ４２）。制御部９０は、Ｘ機種の最後のワーク５の組み立てにおける図３のステップＳ１７〜Ｓ２０では（Ｓ４３のＹｅｓ）、第１の部品供給機４１等を交換可能に表示する（Ｓ４４）。制御部９０は、Ｘ機種の最後のワーク５の組み立てにおける図３のステップＳ２１〜Ｓ２２では（Ｓ４５のＹｅｓ）、第２の部品供給機４２等を交換可能に表示する（Ｓ４６）。制御部９０は、Ｘ機種の最後のワーク５の組み立て終了後、Ｙ機種の最初のワーク５の組み立てにおける図３のステップＳ１１〜Ｓ１２では（Ｓ４７のＹｅｓ）、第２の固定台３５等を交換可能に表示する（Ｓ４８）。

（ビス締めユニットの交換作業）
図８は第１パーツの組み付け工程の説明図である。図８中、（ａ）はロボット装置の平面図、（ｂ）は表示画像である。

図８の（ａ）に示すように、ロボット装置１は、ビス締め工程の終了後、ワーク５を第１固定台３３に設置し、専用ツール３２を把持する。そして、専用ツール３２により部品供給機４１から第１パーツを取得して、ワーク５に組み付け、その後、専用ツール３２を元の位置に戻す。この期間、多関節ロボット１０は、分割領域Ａ、Ｂ、Ｅ、Ｈに干渉して移動し作業する。

制御部（９０：図２）は、このような作業工程の内容に基づいて、分割領域Ａ〜Ｉのうちで異なる物体の侵入を許容しない侵入不可領域（Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ、Ｈ）と、異なる物体の侵入を許容する侵入可能領域（Ｄ、Ｇ、Ｃ、Ｆ、Ｉ）と、を設定する。そして、このような作業工程において、制御部（９０：図２）は、センサ５１〜５８の検知結果に基づいて多関節ロボット１０を制御する。侵入不可領域（Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ、Ｈ）で異なる物体の侵入が検知された場合は多関節ロボット１０を停止させるが、侵入可能領域（Ｄ、Ｇ、Ｃ、Ｆ、Ｉ）で物体の侵入が検知された場合は多関節ロボット１０の動作を続けさせる。

ここで、侵入不可領域（Ａ、Ｂ、Ｅ、Ｈ）は、複数の作業工程のうちの実行中の作業工程又は実行中の作業工程の次の作業工程において多関節ロボット１０が侵入する分割領域（Ａ、Ｂ、Ｅ、Ｈ）を含む。また、侵入可能領域（Ｄ、Ｇ、Ｃ、Ｆ、Ｉ）は、複数の作業工程が終了している分割領域（Ｄ、Ｇ）を含む。

図８の（ｂ）に示すように、制御部（９０：図２）は、表示画面４５ｄにより、侵入不可領域（Ａ、Ｂ、Ｅ、Ｈ）と侵入可能領域（Ｄ、Ｇ）とを識別可能に表示する。表示画像４６には、侵入不可領域として分割領域Ａ、Ｂ、Ｅ、Ｈが表示される。

制御部（９０：図２）は、表示画面４５ｄにより、侵入可能領域（Ｄ、Ｇ）に配置されて交換作業が必要なビス締めユニット３１を複数の作業工程の進行に伴って表示する。制御部（９０：図２）は、変更される前のＸ機種の作業プログラムおける最終回の複数の作業工程の実行に伴って交換作業が必要なビス締めユニット３１を表示する。表示画像４６には、交換可能機材としてビス締めユニット３１が表示される。

作業者は、表示画像４６を確認した後、分割領域Ｇに設置されている扉２２ｄを開いて、防護柵２１の開口部２２からロボット装置１内に侵入し、ビス締めユニット３１の交換作業を実施する。作業者が分割領域Ｄ、Ｇで作業中、誤って隣接する分割領域Ａ、Ｅ等の侵入不可領域に侵入してしまった場合、センサ５２、５６により侵入が検知され、多関節ロボット１０が緊急停止される。

（第１の部品供給機の交換作業）
図９は第２パーツの組み付け工程の説明図である。図９中、（ａ）はロボット装置の平面図、（ｂ）は表示画像である。

図９の（ａ）に示すように、ロボット装置１は、第１パーツの組み付け工程の終了後、ワーク５を固定台３５に設置し、専用ツール３４を把持する。そして、専用ツール３４により部品供給機４２から第２パーツを取得して、ワーク５に組み付け、その後、専用ツール３４を元の位置に戻す。この期間、多関節ロボット１０は、分割領域Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆ、Ｈで作業をする。

このため、図９の（ｂ）に示すように、表示画像４６には、侵入不可領域として分割領域Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆ、Ｈが表示される。また、表示画像４６には、交換可能機材としてビス締めユニット３１、部品供給機４１、及び専用ツール３２が表示される。作業者は、表示画像４６を確認し、分割領域Ａに設置されている扉２３ｄを開いて防護柵２１の開口部２３からロボット装置１内に侵入し、部品供給機４１及び専用ツール３２の交換作業を実施する。作業者が分割領域Ａで作業中、誤って隣接する分割領域Ｂ等の侵入不可領域に侵入してしまった場合、センサ５２、５６により侵入が検知され、多関節ロボット１０が緊急停止される。
（第２の部品供給機の交換作業）
図１０はワークの排出工程の説明図である。図１０中、（ａ）はロボット装置の平面図、（ｂ）は表示画像である。

図１０の（ａ）に示すように、ロボット装置１は、第２パーツの組み付け工程の終了後、ワーク５を排出トレイ３６に設置した後、供給トレイ３０からワーク５を取得可能な初期位置へ多関節ロボット１０を復帰させる。この期間、多関節ロボット１０は、分割領域Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉで作業をする。

このため、図１０の（ｂ）に示すように、表示画像４６には、侵入不可領域として分割領域Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉが表示される。また、表示画像４６には、交換可能機材として部品供給機４１、４２、専用ツール３２、３４、及び固定台３３が表示される。作業者は、表示画像４６を確認し、分割領域Ｃに設置されている扉２４ｄを開いて防護柵２１の開口部２４からロボット装置１内に侵入し、固定台３３、部品供給機４２、及び専用ツール３４の交換作業を実施する。作業者が分割領域Ｃで作業中、誤って隣接する分割領域Ｂ、Ｆ等の侵入不可領域に侵入してしまった場合、センサ５２、５７により侵入が検知され、多関節ロボット１０が緊急停止される。

（第２の固定台の交換作業）
図１１はビス締め工程の説明図である。図１１中、（ａ）はロボット装置の平面図、（ｂ）は表示画像である。

図１１の（ａ）に示すように、作業者は、次の機種であるＹ機種のワーク５を積載した供給トレイ３０をロボット装置１にセットして、Ｙ機種のワーク５の組み立て作業を開始する。このとき、ビス締めユニット３１、第１固定台３３、部品供給機４１、４２、専用ツール３２、３４は、既にＹ機種のワーク５に適合するものに交換されている。制御部（９０：図２）は、変更された後のＹ機種の作業プログラムおける第１回の複数の作業工程の実行に伴って交換作業が必要な第２固定台３５を表示する。

ロボット装置１は、供給トレイ３０からＹ機種のワーク５を取得してビス締めユニット３１へ搬送し、ビス締め工程を行う。この期間、多関節ロボット１０は、分割領域Ｄ、Ｅ、Ｇ、Ｈで作業をする。このため、図１１の（ｂ）に示すように、表示画像４６には、侵入不可領域として分割領域Ｄ、Ｅ、Ｇ、Ｈが表示される。侵入可能領域である分割領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｆ、Ｉは、実行中の作業工程の次の作業工程よりも後の作業工程が予定された分割領域Ｆを含む。また、交換可能機材として、分割領域Ｆに配置された第２固定台３５が表示される。

作業者は、表示画像４６を確認し、分割領域Ｉに設置されている扉２５ｄを開いて防護柵２１の開口部２５からロボット装置１内に侵入し、第２の固定台３５の交換作業を実施する。作業者が分割領域Ｉ、Ｆで作業中、誤って隣接する分割領域Ｅ等の侵入不可領域に侵入してしまった場合、センサ５７により侵入が検知され、多関節ロボット１０が緊急停止される。

（交換に手間取った場合の緊急停止）
Ｘ機種からＹ機種への切り替えにおける交換機材の交換が想定時間内に終わらなかった場合、ロボット装置１は緊急停止する。

制御部９０は、多関節ロボット１０の１つの工程における組立動作が終了する直前に次の工程の侵入不可領域を設定する。このため、作業者が機種切り替えに伴う冶工具の交換作業を実施している分割領域内へ多関節ロボット１０が侵入しようとした場合、作業者が侵入している分割領域が侵入禁止不可領域に変更される。これにより、作業者が侵入している分割領域へ多関節ロボット１０が侵入する直前に多関節ロボット１０が緊急停止され、多関節ロボット１０と作業者の接触が回避される。

（実施の形態１の効果）
実施の形態１では、作業工程において侵入不可領域で異なる物体の侵入が検知された場合は多関節ロボット１０を停止させる。このため、交換機材を交換する作業者と多関節ロボット１０の接触を回避できる。

実施の形態１では、侵入可能領域で物体の侵入が検知された場合は多関節ロボット１０の動作を続けるようにセンサ５１〜５８の検知結果に基づいて制御する。このため、多関節ロボット１０を停止させることなく、交換機材を順次交換して、最短のダウンタイムでワークの機種変更を行うことができる。

実施の形態１では、侵入不可領域は、複数の作業工程のうちの実行中の作業工程又は実行中の作業工程の次の作業工程において多関節ロボット１０が侵入する分割領域を含む。このため、交換機材を交換する作業者と多関節ロボット１０の接触を回避できる。

実施の形態１では、侵入可能領域は、複数の作業工程が終了している分割領域を含む。このため、交換機材の交換に手間取っても、作業者と多関節ロボット１０の接触を回避できる。

実施の形態１では、侵入可能領域は、実行中の作業工程の次の作業工程よりも後の作業工程が予定された分割領域を含む。このため、交換機材の交換に手間取っても、作業者と多関節ロボット１０の接触を回避できる。

実施の形態１では、表示画面４５ｄにより、侵入不可領域と侵入可能領域とを識別可能に表示する。このため、短時間で判断して短時間で交換機材の交換を開始して、作業者と多関節ロボット１０の接触を回避できる。

実施の形態１では、表示画面４５ｄにより、侵入可能領域に配置されて交換作業が必要な交換機材を複数の作業工程の進行に伴って表示する。このため、短時間で交換機材の場所と作業内容を把握して、交換機材の交換作業を正確かつ速やかに実行できる。

実施の形態１では、変更される前のＸ機種の作業プログラムおける最終回の複数の作業工程の実行に伴って交換作業が必要な交換機材を表示する。このため、交換作業が必要な交換機材を正しい順序で間違いなく交換して、Ｙ機種の組み付け作業を正しい状態で開始できる。

実施の形態１では、変更された後のＹ機種の作業プログラムおける第１回の複数の作業工程の実行に伴って交換作業が必要な交換機材を表示する。このため、Ｘ機種の作業プログラムにおける最終回の複数の作業工程で交換機材の交換漏れがあっても、ダウンタイムを発生させることなく、Ｙ機種の組み付け作業を準備できる。

実施の形態１の制御によれば、前機種のワークを生産中に次機種への切り替えに必要な交換機材の交換作業を、ロボット装置１の動作を一度も停止させることなく実行することが可能になる。多関節ロボット１０の動作を停止させずに、人が生産機種切換えのための機器や治工具の交換を実施できる。そして、作業者が誤って多関節ロボット１０の作業領域に侵入した場合はロボット装置１を緊急停止させて作業者との接触を回避できる。

実施の形態１によれば、テーブル２０上の空間を作業者と多関節ロボット１０とで共有し、時間的にずらして同一空間内で作業者と多関節ロボット１０とがそれぞれの作業を行うことができる。このため、テーブル２０上に作業者専用の空間を設ける必要が無くなり、ロボット装置１が小型化される。設備の小型化は、多品種少量生産における流れ生産で製品の１個造りを実現するには必要不可欠な条件である。

ロボット装置１が大型設備だと次のような不都合があげられる。広いスペースをとり、移動しにくいため、設備が固定化される。工程間の距離が増大して動きのムダが発生する。個々の能率を重視したスピードの速い高額の大型汎用機となり、まとめて造ってまとめて運ぶ大ロット生産となるため、仕掛在庫が増えてしまう。製造リードタイムが長くなり、物が流れないシステムとなる。

これに対して、ロボット装置１が小型設備になることで、次のような利点がある。スペースをとらず、移動し易いキャスター付の設備にまとめられる。工程間の距離・運搬のムダが無くなり、組み立て工程全体の能率が向上する。製品の１個造りへの対応が容易で、仕掛在庫が無くなる。製造リードタイムが短く、他の工程への接続や組み込み（インライン化）がし易く、多工程の担当、多能工化、作業者の少人化が実現する。設備費用の節約にもなる。

（比較例）
比較例のロボット装置は、特許文献１に示されるように、多能工型のロボット装置において、作業者が交換機材の交換や部品補給を行う際に多関節ロボットと作業者の接触を避けるための技術が組み込まれている。比較例では、多能工型の多関節ロボットを囲む防護柵の開口部にマットスイッチを配置して人の侵入を検知可能にしている。そして、制御部は、マットスイッチの出力から人が活動する領域を推定し、多関節ロボットが活動する領域で人や機器の進入が検知されると多能工ロボットの動作を停止させている。

また、制御部は、作業者と多関節ロボット１０とが時間的に入れ替わりで作業するような場合、複数の侵入禁止領域の有効、無効のコントロールにより可動範囲を切り替えて、作業者の侵入禁止、許可領域を随時切り替えている。これにより、多関節ロボットの可動範囲と作業者の作業領域とを常に分離して接触を回避するようにしている。

しかし、比較例では、作業者が多関節ロボットの右側のスペースで作業を実施している状態から移動して、多関節ロボットの左側のスペースで作業を開始しようとする場合、多関節ロボットの左側のスペースを多関節ロボット侵入禁止領域に変更する必要がある。このとき、多関節ロボットが左側のスペースで実際に作業を行っていれば、多関節ロボットの作業を中断させなければならない。作業を中断して多関節ロボットを左側のスペースに入らない位置に一度移動させた後でないと、多関節ロボットの左側のスペースを侵入禁止領域に変更することができない。

このため、比較例では、多関節ロボットが実施している作業を一旦停止させた後に、作業者の侵入許可領域の設定変更を行わなければならない。また、比較例では、現在、どの領域が作業者侵入禁止領域になっているかを作業者が判断する手段が無いため、間違って作業者侵入禁止領域に侵入して多関節ロボットを停止させてしまう可能性がある。これらの要因によって、比較例のロボット装置は、緊急停止する頻度が高く、稼働率が低下し易いものとなる。

＜実施の形態２＞
実施の形態１では、ロボット装置１がＸ機種及びＹ機種のワークの生産を行う作業プログラムにおいて、工程ごとの侵入不可領域や交換可能な交換機材が予め設定されている実施の形態を説明した。これに対して、実施の形態２では、工程ごとに多関節ロボットの軌道計算を行って干渉領域を求め、その都度侵入不可領域を設定している。

実施の形態２は、図２に示す制御部９０が行う侵入不可領域の設定方法が実施の形態１と異なるが、ロボット装置１及び表示画面４５ｄは実施の形態１と同一である。このため、図１２中、実施の形態１と共通する構成には図２と同一の符号を付して重複する説明を省略する。

（実施の形態２の制御）
図１２は実施の形態２のロボット装置の制御系のブロック図である。図１２に示すように、軌道計算部１１１、ロボット動作領域算出部１１２、停止判定部１１３、動作指示部１１４は、図２に示すＣＰＵ９１がロボットプログラム１１５に含まれるそれぞれの実行プログラムを実行することにより形成される。制御部９０は、複数の作業工程の作業工程ごとに、作業工程の内容に基づいて多関節ロボットの軌道計算を行って、侵入不可領域と侵入可能領域とを設定する。

軌道計算部１１１は、ワーク５の組み立て作業中、多関節ロボット１０の各軸に付加されたエンコーダにより多関節ロボット１０の各関節の現在位置を取得して、多関節ロボット１０全体の軌道計算を実行する。軌道計算部１１１は、軌道計算した軌道をもとに、多関節ロボット１０が作業している領域が分割領域Ａ〜Ｉの領域データ１１６で指示されたどの区間で動作するかを算出している。

ロボット動作領域算出部１１２は、軌道計算部１１１の計算結果に基づいて、工程ごとにロボット動作領域となる分割領域を設定する。ロボット動作領域算出部１１２は、ロボット装置１のテーブル２０上の９つの分割領域Ａ〜Ｉを表示画面４５ｄに表示する。ロボット動作領域算出部１１２は、多関節ロボット１０の軌道計算結果に基づいて、実行しようとする工程におけるテーブル２０上の干渉領域を求める。

停止判定部１１３は、ロボット装置１が停止する必要があるか否かを判断する。停止判定部１１３は、センサ５１〜５８の出力を検知して分割領域Ａ〜Ｉのそれぞれにおける物体の侵入の有無を判断する。停止判定部１１３は、センサ５１〜５８の出力に基づいて分割領域Ａ〜Ｉに多関節ロボット１０又は作業者が侵入したことを検出する。そして、物体の侵入があった場合には、多関節ロボット１０以外の物体（作業者）の侵入であるか否かを判断する。

停止判定部１１３は、分割領域Ａ〜Ｉのうち、干渉領域に該当しない分割領域について、交換機材の交換を許可する。侵入しても可能な領域とは、ロボット動作領域算出部１１２で算出した多関節ロボット１０が作業を行っている領域以外の範囲である。

停止判定部１１３は、実行中の工程における多関節ロボット１０の作業領域を分割領域Ａ〜Ｉの単位で操作部４５の表示画面４５ｄに表示する。

停止判定部１１３は、ロボット動作領域算出部１１２で算出した多関節ロボット１０の動作領域内に人が侵入してきたことをセンサ５１〜５８で検出した際は、多関節ロボット１０が停止する旨を指示する。

停止判定部１１３は、なんらかの条件により、ロボット動作領域算出部１１２で算出したロボット動作領域を超えて多関節ロボット１０が動作したことを、センサ５１〜５８が検知した場合も、同様に、多関節ロボット１０に停止指示を出す。

動作指示部１１４は、停止判定部１１３の判断結果に基づいて多関節ロボット１０を緊急停止させるように、停止判定及び動作指令を実行する。動作指示部１１４は、多関節ロボット１０を速やかに停止させる。

動作指示部１１４は、ロボットプログラム１１５に含まれるロボット装置１の作業プログラムに基づいて多関節ロボット１０に工程の動作指示を与える。動作指示部１１４は、停止判定部１１３での停止指示が無い場合は、軌道計算部１１１で算出された軌道をもとに多関節ロボット１０に動作指示を与える。

（実施の形態２の効果）
実施の形態２では、複数の作業工程の作業工程ごとに作業工程の内容に基づいて多関節ロボットの軌道計算を行って侵入不可領域と侵入可能領域とを設定する。このため、侵入不可領域と侵入可能領域とを正確に求めて精密に設定することができる。

＜その他の実施の形態＞
本発明のロボット装置は、実施の形態１、２における具体的な各部構成、部品形態、及び実寸法には限定されない。実施の形態１、２の構成の一部又は全部を等価な部材に置き換えた別の実施の形態でも実施可能である。

実施の形態１では、分割領域Ａ〜Ｉは、テーブル２０上に柱状に並べて配置される。しかし、高さ方向に複数の分割領域を設定してもよい。分割領域Ａ〜Ｉは、多関節ロボットを中心とする円弧状の領域、放射状の複数のドーナツ型の領域、回転方向に分割したセクタ状の領域であってもよい。

実施の形態１では、センサ５１〜５８は、分割領域Ａ〜Ｉを区切るため、ロボット装置１内に取り付けられ、ロボット装置１の側面に配列している。しかし、分割領域Ａ〜Ｉのうちのどの領域に侵入しているかを個別に検出することができるセンサ配置であれば、ロボット装置１の上部に取り付けたり、テーブル２０の下面に取り付けたりしてもよい。

実施の形態１では、センサ５１〜５８は、フォトインタラプタの検出光軸を面状に配置して物体の侵入を検知している。しかし、物体の侵入を検知できるセンサであればよく、物体の位置を検知するテレビカメラ、超音波センサ、物体の移動を検知するレーザードップラーセンサ等で置き換えてもよい。

実施の形態１では、表示画面４５ｄの表示方法を、侵入不可領域をハイライト表示したが、侵入可能領域をハイライト表示する、侵入不可領域を点滅表示する等、両者が区別できる限り他の表示形態を採用してもよい。

５：ワーク、１０：多関節ロボット、２０：テーブル、２１、２２、２３、２４：開口、３１：ビス締めユニット（交換機材）、３２、３４：専用ツール（交換機材）、３３、３５：固定台（交換機材）、４１、４２：部品供給機（交換機材）、４６：表示画像、４５：操作部、４５ｄ：表示画面（画像表示手段）、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８：センサ（検知手段）、９０：制御部、１０１：ネットワーク、１０２：読取部、１０３：記録媒体、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ：侵入可能領域、侵入不可領域（分割領域）

Claims (15)

1. 多関節ロボットと、
   作業プログラムに応じて複数の作業工程を実行させるように前記多関節ロボットを制御する制御部と、
   前記多関節ロボットの周囲の空間を分割した複数の分割領域のそれぞれに対する前記多関節ロボットとは異なる物体の侵入を検知可能な検知手段と、を備え、
   前記制御部は、前記作業工程の内容に基づいて、前記複数の分割領域のうちで前記異なる物体の侵入を許容しない第１の分割領域群と前記異なる物体の侵入を許容する第２の分割領域群とを前記作業工程ごとに設定し、前記作業工程において前記第１の分割領域群で前記異なる物体の侵入が検知された場合は前記多関節ロボットを停止させるが、前記第２の分割領域群で前記物体の侵入が検知された場合は前記多関節ロボットの動作を続けるように前記検知手段の検知結果に基づいて制御することを特徴とするロボット装置。
2. 前記第１の分割領域群は、前記複数の作業工程のうちの実行中の作業工程又は実行中の作業工程の次の作業工程において前記多関節ロボットが侵入する分割領域を含むことを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
3. 前記第２の分割領域群は、前記複数の作業工程が終了している分割領域を含むことを特徴とする請求項２に記載のロボット装置。
4. 前記第２の分割領域群は、実行中の作業工程の次の作業工程よりも後の作業工程が予定された分割領域を含むことを特徴とする請求項２に記載のロボット装置。
5. 画像を表示する画像表示手段を備え、
   前記制御部は、前記画像表示手段により、前記第１の分割領域群と前記第２の分割領域群とを識別可能に表示することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のロボット装置。
6. 前記多関節ロボットの周囲の空間に複数の交換機材が配置され、
   前記制御部は、前記画像表示手段により、前記第２の分割領域群に配置されて交換作業が必要な交換機材を前記複数の作業工程の進行に伴って表示することを特徴とする請求項５に記載のロボット装置。
7. 前記制御部は、変更される前の前記作業プログラムおける最終回の複数の作業工程の実行に伴って前記交換作業が必要な交換機材を表示することを特徴とする請求項６に記載のロボット装置。
8. 前記制御部は、変更された後の前記作業プログラムおける第１回の複数の作業工程の実行に伴って前記交換作業が必要な交換機材を表示することを特徴とする請求項６に記載のロボット装置。
9. 前記制御部は、前記複数の作業工程の作業工程ごとに作業工程の内容に基づいて前記多関節ロボットの軌道計算を行って前記第１の分割領域群と前記第２の分割領域群とを設定することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のロボット装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載のロボット装置の制御方法であって、
    前記制御部が、前記検知手段により前記複数の分割領域への物体の侵入を検知する検知工程と、
    前記制御部が、前記検知手段の検知結果に基づいて前記異なる物体が侵入した分割領域を識別する識別工程と、
    前記制御部が、前記異なる物体が侵入した分割領域が前記第１の分割領域群に属する場合は前記多関節ロボットを停止させ、前記異なる物体が侵入した分割領域が前記第２の分割領域群に属する場合は前記多関節ロボットの動作を続けさせる動作管理工程と、を有することを特徴とする停止方法。
11. 請求項１０に記載のロボット装置の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
12. 請求項１１に記載のプログラムを記録した記録媒体。
13. 請求項５乃至８のいずれか１項に記載のロボット装置の画像表示手段を用いた表示方法であって、
    前記制御部が、前記複数の作業工程の内容と順序とに基づいてそれぞれの交換機材の交換作業の指示をするか否かを設定する設定工程と、
    前記制御部が、前記設定工程により交換作業の指示を設定された交換機材を前記画像表示手段により前記複数の作業工程の進行に伴って表示させる表示工程と、を有することを特徴とする表示方法。
14. 請求項１３に記載の表示方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
15. 請求項１４に記載のプログラムを記録した記録媒体。

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