JP2018192579A - ロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】作業効率を低下させることなく、ロボットと協働する作業者が安心して作業を行うことができる。
【解決手段】ワークＷを搬送するコンベア２と、コンベアの動作速度を検出するコンベア速度検出部３と、搬送されるワークに対して作業を行うロボット４と、作業者の協働状態を入力する作業者状態入力部６と、検出されたコンベアの動作速度と、入力された作業者の協働状態とに応じてロボットを制御する制御部５とを備え、制御部が、コンベアの動作速度に基づいて、ロボットをコンベアに追従させる搬送方向の第１速度を算出する追従速度算出部１０と、ロボットのアーム８の先端の第１速度に交差する方向の第２速度を算出する相対動作速度算出部１１と、第１速度と第２速度とを合成した速度でアームの先端を動作させる動作指令生成部１２と、作業者の協働状態が入力されると、前記第２速度を制限する速度制限切替部１３とを備えるロボットシステム１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットシステムに関するものである。

従来、コンベアにより搬送されてきたワークに対し、コンベアの外部に配置されているロボットがコンベアに追従して作業を行うロボットシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このロボットシステムにおいては、ロボットのアームの旋回と走行ユニットの走行とが協調して行われた際にアームの先端が最高速度で移動するようにアームの旋回動作と駆動ユニットの走行動作とを制限している。

特開２０００−９５３２号公報

しかしながら、作業者が作業を行うためにロボットと近接する空間に入った場合に、ロボットが最高速度で移動していたのでは作業者が安心して作業することができない一方、コンベアの速度を低下させたのでは、ロボットの作業効率が低下したり、同じコンベアと協調して作業している他のロボットや他の作業者の作業効率が低下したりするという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、作業効率を低下させることなく、ロボットと協働する作業者が安心して作業を行う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している。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、ワークを搬送するコンベアと、該コンベアの動作速度を検出するコンベア速度検出部と、前記コンベアの近傍に配置され、該コンベアによって搬送されてくる前記ワークに対して作業を行うロボットと、作業者の協働状態を入力する作業者状態入力部と、前記コンベア速度検出部により検出された前記コンベアの動作速度と、前記作業者状態入力部により入力された前記作業者の協働状態とに応じて前記ロボットを制御する制御部とを備え、該制御部が、前記コンベア速度検出部により検出された前記コンベアの動作速度に基づいて、前記ロボットを前記コンベアに追従させる搬送方向の第１速度を算出する追従速度算出部と、前記ロボットのアームの先端の前記第１速度に交差する方向の第２速度を算出する相対動作速度算出部と、前記第１速度と前記第２速度とを合成した速度で前記アームの先端を動作させるように前記ロボットに指令する動作指令生成部と、前記作業者状態入力部により前記作業者が協働状態であることが入力されたときに、前記相対動作速度算出部により算出される前記第２速度を制限する速度制限切替部とを備えるロボットシステムを提供する。

本態様によれば、コンベアによりワークが搬送されてくると、コンベア速度検出部により検出されたコンベアの速度に基づいて、追従速度算出部により、ロボットをコンベアに追従させる搬送方向の第１速度が算出され、第１速度に交差する方向の第２速度が相対動作速度算出部により算出される。そして、算出された第１速度と第２速度とを合成した速度でアーム先端を動作させるように動作し、動作指令生成部によりロボットに指令される。これにより、制御部がロボットを制御して、コンベアによって搬送されてきたワークに対し、アームの先端を近接させて作業を行うことができる。

この場合において、作業者がロボットと協働作業を行うためにロボットの動作領域に近接する領域に進入したり、ロボットの教示操作盤を把持したりする等の情報が作業者状態入力部に入力された場合に、速度制限切替部が第２速度を制限するように切り替える。その結果、第１速度と第２速度とを合成したロボットの速度が低下させられ、作業者が安心して作業を行うことができる一方、ロボットをコンベアに追従させる第１速度は低下させないので、コンベア上のワークに対する作業を滞りなく行うことができる。すなわち、作業効率を低下させることなく、ロボットと協働する作業者が安心して作業を行うことができる。

上記態様においては、前記動作指令生成部が、前記ロボットの前記アームの先端に設定された制御点を動作させるように前記ロボットに指令してもよい。
このようにすることで、ワークに対するロボットによる動作の基準となる制御点をワークに追従させるようにロボットに指令することができる。

また、上記態様においては、前記速度制限切替部は、前記ロボットの予め設定された着目部位の速度が所定の閾値以下となるように、前記第２速度を制限してもよい。
このようにすることで、アームの先端をワークに追従させた場合に、ロボットの他の部分の速度が過大となる場合がある。このような場合に予め設定された着目部位の速度が所定の閾値以下となるように第２速度を制限することで、アームの先端の第２速度をさらに低下させて、他の部分の速度が過大とならないようにすることができる。

また、上記態様においては、前記速度制限切替部により制限された前記第２速度を用いて前記動作指令生成部により指令された前記アームの先端が、前記作業中に前記ロボットの動作範囲外に出ると判定された場合にその旨を報知する報知部を備えていてもよい。
このようにすることで、第２速度を制限することにより、ロボットがワークに対して作業を行う領域がコンベアの搬送方向に延びることになるため、作業終了がロボットの動作範囲外となる場合には報知部によりその旨を報知して、対策させることができる。

また、上記態様においては、前記コンベア速度検出部により検出された前記コンベアの速度が所定の閾値以上である場合にその旨を報知する報知部を備えていてもよい。
このようにすることで、コンベアが所定の閾値以上の速度で動作する場合に、ロボットを追従させることが困難となるので報知部によりその旨を報知して、対策させることができる。

本発明によれば、作業効率を低下させることなく、ロボットと協働する作業者が安心して作業を行うことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るロボットシステムを示す全体構成図である。 図１のロボットシステムのロボットの第１速度を説明する模式図である。 図１のロボットシステムのロボットの第２速度を説明する模式図である。 図２の第１速度および図３の第２速度を合成した速度を説明する模式図である。 図１のロボットシステムの動作を説明するフローチャートである。 図１のロボットシステムのセンサにより作業者の進入が検出され、第２速度が低下させられた場合のロボットの動作を説明する模式図である。 図１のロボットシステムの変形例を示す全体構成図である。

本発明の一実施形態に係るロボットシステム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボットシステム１は、図１に示されるように、ワークＷを搬送するコンベア２と、コンベア２の速度を検出するエンコーダ（コンベア速度検出部）３と、コンベア２の近傍に設置されてコンベア２により搬送されているワークＷに対して作業を行うロボット４と、ロボット４を制御する制御部５と、ロボット４の動作範囲に近接する領域への作業者等の進入を検出するセンサ（作業者状態入力部）６とを備えている。また、図中、符号７は、コンベア２の上流側に配置され、コンベア２により搬送されてきたワークＷの有無および姿勢を検出するワークセンサである。

ロボット４は、図１に示す例では、６軸多関節型のロボットを例示しているが、これに限定されるものではない。また、ロボット４のアーム８の先端に配置された手首にはワークＷをハンドリングするためのハンド９が装着されている。ハンド９に代えて他の任意のツールを装着してハンドリング以外の作業を行わせることにしてもよい。

制御部５は、予め教示されたプログラム等を記憶するメモリ（図示略）およびプログラムに従ってロボット４を制御するプロセッサ（図示略）を備えている。
プログラムは、ワークセンサ７によりワークＷが検出された場合に、ロボット４の待機位置から、ハンド９によりワークＷを把持する目標位置までのオフセットを算出し、例えば、算出されたオフセットを最短距離で動作させるためのロボット４の各軸の動作指令を計画するようになっている。具体的には、ロボット４の手首に装着されたハンド９によるワークＷの把持位置（チャックの爪間の中央位置）に設定されたツールセンターポイント（ＴＣＰ）を制御点Ｔとして、制御点Ｔを目標位置に動作させるための動作指令を算出するようになっている。

そして、プログラムは、計画された動作指令に従って、ロボット４の動作を開始させ、エンコーダ３により検出されたコンベア２の搬送速度に基づいて算出されるワークＷの鉛直上方位置に制御点Ｔを到達させ、ハンド９をワークＷと併走させながら、ワークＷの姿勢に合わせるように回転させつつ下降させるようにロボット４を動作させ、ハンド９の作動により把持したワークＷをコンベア２から取り上げて所定の搬送先まで搬送して作業を終了するように教示されている。

さらに具体的には、制御部５は、図２に示されるように、エンコーダ３により検出されたコンベア２の搬送速度に基づいて、ロボット４をその待機位置から目標位置までのコンベア２の搬送方向に沿う第１速度を算出する追従速度算出部１０と、図３に示されるように、第１速度に直交する第２速度を算出する相対動作速度算出部１１と、図４に示されるように、追従速度算出部１０により算出された第１速度と相対動作速度算出部１１により算出された第２速度とを合成した速度で制御点Ｔを動作させたときの目標位置を計画し、目標位置まで移動するようにロボット４に指令する動作指令生成部１２とを備えている。さらに、制御部５は、センサ６によりロボット４の動作範囲に近接する領域への作業者等の進入が検出された場合に、相対動作速度算出部１１により算出された第２速度を低下させる速度制限切替部１３を備えている。

センサ６が作業者等の進入を検出していない通常の状態では、ロボット４は第２速度を最高速度に設定してワークＷをハンドリングするように設定されている。一方、センサ６が作業者等の進入を検出した場合には、速度制限切替部１３は、第２速度を所定の割合、例えば、５０％に低下させるようになっている。

このように構成された本実施形態に係るロボットシステム１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係るロボットシステム１によれば、図５に示されるように、プログラムが実行されると、ロボット４が待機位置に移動させられ（ステップＳ１）、コンベア２によって搬送されてきたワークＷがワークセンサ７によって検出されたか否かが判定される（ステップＳ２）。

ワークＷが検出されるまで待機位置において待機し、ワークＷが検出された場合には、エンコーダ３により検出されたコンベア２の搬送速度と一致するように、コンベア２の搬送方向に沿う第１速度が追従速度算出部１０により算出される（ステップＳ３）。また、第１速度に直交する第２速度が相対動作速度算出部１１により算出される（ステップＳ４）。

そして、センサ６によりロボット４の動作範囲に近接する領域への作業者等の進入の有無が検出されたか否かが判定され（ステップＳ５）、進入が検出されない場合には、第１速度、第２速度およびセンサ６により検出されたワークＷの姿勢に基づいて動作指令生成部１２により目標位置が計画され、待機位置から目標位置まで動作させるための動作指令が生成され（ステップＳ６）、動作指令に従ってロボット４が動作させられる（ステップＳ７）。

この場合に、ロボット４は最高速度に設定された第１速度と第２速度との合成速度で動作させられ、図４に示されるように、ハンド９によりワークＷを把持する目標位置まで最短距離で到達する。そして、コンベア２により搬送されているワークＷにハンド９を併走させながら近接させてワークＷを把持し、取り上げ、搬送先まで搬送した後、終了指令が入力されない限り（ステップＳ８）、ステップＳ１からの工程を繰り返す。

一方、ステップＳ５においてロボット４の動作範囲に近接する領域への作業者等の進入が検出された場合には、速度制限切替部１３が第２速度を低速に切り替える（ステップＳ９）。これにより、動作指令生成部１２により生成される第１速度と第２速度との合成速度は、作業者等の進入が検出されない場合よりも十分に低く抑えられる。したがって、ロボット４の動作範囲に近接した作業者が高速動作するロボット４の脅威を感じることなく、安心して作業を行うことができるという利点がある。

そして、この場合に、速度制限切替部１３が第２速度のみを低速に切り替え、第１速度についてはコンベア２による搬送速度に等しい状態に維持するので、図６に示されるように、図４の場合と比較して目標位置が遠ざかるため、ロボット４は長い距離にわたってアーム８を移動させることになるが、コンベア２の速度を低下させることなくコンベア２により搬送されているワークＷを把持して取り出すことができる。

すなわち、本実施形態に係るロボットシステム１によれば、作業者がロボット４の動作範囲に近接する空間に進入した場合であっても、ロボット４の動作速度を低下させて作業者が安心して作業を行うことができるとともに、コンベア２による搬送速度を低下させないので、作業効率を維持することができるという利点がある。特に、同じコンベア２により搬送されてくるワークＷに対して他の作業者または他のロボットが作業している場合にも、コンベア２の搬送速度を低下させないので、他の作業者または他のロボットの作業効率に悪影響を与えずに済むという利点がある。

なお、本実施形態においては、センサ６によって作業者がロボット４の動作範囲に近接する空間に進入したことが検出された場合に、第２速度を低下させることとしたが、これに代えて、他の物体が進入したり、作業者がロボット４の教示操作盤を把持したりする等の情報がセンサ６により検出あるいは作業者により入力された場合に、作業者がロボット４と協働状態であることが入力されたものとして、第２速度を低下させることにしてもよい。

また、本実施形態においては、作業者が協働状態にある場合に、制御点Ｔの第２速度を５０％に制限することとしたが、他の任意の比率で制限することにしてもよい。また、制御点Ｔの第２速度を５０％に制限しても他の部分、例えば、各関節位置などの速度が制御点Ｔよりも大きくなる場合もある。そこで、ロボット４のアーム８上に任意の着目位置を設定し、着目位置毎に速度の制限値（閾値）を設定して、全ての着目位置における速度が制限値以下となる割合で、制御点Ｔの第２速度を制限することにしてもよい。

また、ロボット４の最高速度よりコンベア２の搬送速度が高い場合、あるいは、速度制限を行った結果、目標位置がロボット４の動作範囲外となる場合等には、図７に示されるように、その旨を報知する報知部１４を備えていてもよい。
また、目標位置をロボット４の動作範囲内に収めるように速度制限を行ったときに、制御点Ｔあるいはいずれかの着目位置の速度が所定の閾値以上の場合に、報知部１４によりその旨を報知することにしてもよい。

１ ロボットシステム
２ コンベア
３ エンコーダ（コンベア速度検出部）
４ ロボット
５ 制御部
６ センサ（作業者状態入力部）
８ アーム
１０ 追従速度算出部
１１ 相対動作速度算出部
１２ 動作指令生成部
１３ 速度制限切替部
１４ 報知部
Ｔ 制御点
Ｗ ワーク

Claims (5)

1. ワークを搬送するコンベアと、
   該コンベアの動作速度を検出するコンベア速度検出部と、
   前記コンベアの近傍に配置され、該コンベアによって搬送されてくる前記ワークに対して作業を行うロボットと、
   作業者の協働状態を入力する作業者状態入力部と、
   前記コンベア速度検出部により検出された前記コンベアの動作速度と、前記作業者状態入力部により入力された前記作業者の協働状態とに応じて前記ロボットを制御する制御部とを備え、
   該制御部が、前記コンベア速度検出部により検出された前記コンベアの動作速度に基づいて、前記ロボットを前記コンベアに追従させる搬送方向の第１速度を算出する追従速度算出部と、前記ロボットのアームの先端の前記第１速度に交差する方向の第２速度を算出する相対動作速度算出部と、前記第１速度と前記第２速度とを合成した速度で前記アームの先端を動作させるように前記ロボットに指令する動作指令生成部と、前記作業者状態入力部により前記作業者が協働状態であることが入力されたときに、前記相対動作速度算出部により算出される前記第２速度を制限する速度制限切替部とを備えるロボットシステム。
2. 前記動作指令生成部が、前記ロボットの前記アームの先端に設定された制御点を動作させるように前記ロボットに指令する請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記速度制限切替部は、前記ロボットの予め設定された着目部位の速度が所定の閾値以下となるように、前記第２速度を制限する請求項１または請求項２に記載のロボットシステム。
4. 前記速度制限切替部により制限された前記第２速度を用いて前記動作指令生成部により指令された前記アームの先端が、前記作業中に前記ロボットの動作範囲外に出ると判定された場合にその旨を報知する報知部を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボットシステム。
5. 前記コンベア速度検出部により検出された前記コンベアの速度が所定の閾値以上である場合にその旨を報知する報知部を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボットシステム。
   
   

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