JP2019058990A

JP2019058990A - ロボットシステム

Info

Publication number: JP2019058990A
Application number: JP2017186278A
Authority: JP
Inventors: 哲郎松平; Tetsuo Matsudaira; 井上　周; Shu Inoue; 周井上
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2019-04-18
Also published as: CN109551501A; US20190091864A1; DE102018216034A1

Abstract

【課題】生産性を低下させることなく、人と産業用ロボットとの接触を回避する。【解決手段】ロボット２と、ロボット２の周辺領域への人の侵入を検出するセンサ５と、ロボット２およびセンサ５を制御する制御装置４とを備え、制御装置４が、動作プログラムに基づいてロボット２を制御するロボット制御部７と、動作プログラムに基づいて所定時間後までのロボット２の動作領域を逐次予測する動作領域予測部８と、周辺領域の内、動作領域予測部８により予測された動作領域を包含する領域におけるセンサ５の検出結果を有効に設定し、それ以外の周辺領域におけるセンサ５の検出結果を無効に設定する検出領域制御部９とを備え、ロボット制御部７が、センサ５による検出結果が有効に設定された領域内において人の侵入が検出されたときにロボット２の動作を制限するロボットシステム１を提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、ロボットシステムに関するものである。

従来、人と産業用ロボットとが共存して作業を行う環境での人と産業用ロボットとの接触を回避するために、センサを設けた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では、人と産業用ロボットとが接触する可能性のある位置関係になったことがセンサにより検出された場合に、産業用ロボットを減速あるいは停止させるようになっている。

特開昭６０−６２４８２号公報

しかしながら、人と産業用ロボットとが接触する可能性がある位置関係になった場合に、一律に産業用ロボットを減速あるいは停止させると、当該産業用ロボットを含む生産設備全体の遅延に繋がる可能性があり、稼働率を低下させてしまう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、生産性を低下させることなく、人と産業用ロボットとの接触を回避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、ロボットと、該ロボットの周辺領域への人の侵入を検出するセンサと、前記ロボットおよび前記センサを制御する制御装置とを備え、該制御装置が、動作プログラムに基づいて前記ロボットを制御するロボット制御部と、前記動作プログラムに基づいて所定時間後までの前記ロボットの動作領域を逐次予測する動作領域予測部と、前記周辺領域の内、前記動作領域予測部により予測された前記動作領域を包含する領域における前記センサの検出結果を有効に設定し、それ以外の前記周辺領域における前記センサの検出結果を無効に設定する検出領域制御部とを備え、前記ロボット制御部が、前記センサによる検出結果が有効に設定された領域内において人の侵入が検出されたときに前記ロボットの動作を制限するロボットシステムを提供する。

本態様によれば、ロボット制御部の作動により、動作プログラムに基づいてロボットが制御されるとともに、動作領域予測部により、動作プログラムに基づいて所定時間後までのロボットの動作領域が逐次予測される。そして、周辺領域の内、所定時間後までの間にロボットの動作領域となる領域については、検出領域制御部によりセンサの検出結果が有効に設定されるので、センサにより人の侵入が検出されて、ロボット制御部によりロボットの動作が制限される。一方、所定時間後までの間にロボットの動作領域とならない領域については、検出領域制御部によりセンサの検出結果が無効に設定される。
ここで、センサの検出結果を無効にするとは、センサの検出自体を無効にする場合の他、センサの検出は有効であるが検出結果を無効として取り扱う場合も含む。

すなわち、センサの検出結果が有効に設定された領域に人が侵入したときには、ロボット制御部によりロボットの動作が制限されて、人とロボットとの干渉を回避することができるとともに、ロボットの可動範囲内であっても、所定時間後までの間にロボットの動作範囲とならない領域に人が侵入してもセンサの検出結果が無効にされているので、ロボットの動作を制限せずに済む。そして、動作領域予測部により、ロボットの動作領域を逐次予測していくことにより、センサの検出結果を有効にする領域および無効にする領域を逐次切り替えていくことができ、人とロボットとの干渉を回避しながら生産性の低下を防止することができる。

上記態様においては、前記周辺領域が複数の小領域に区画され、前記検出領域制御部は、前記動作領域の少なくとも一部が重複する前記小領域において前記センサの検出結果を有効に設定し、他の前記小領域における前記センサの検出結果を無効に設定してもよい。
このようにすることで、動作領域予測部により、所定時間後までの間にロボットの動作範囲となる領域の少なくとも一部が重複する小領域におけるセンサの検出結果が、検出領域制御部により有効に設定され、それ以外の小領域におけるセンサの検出結果が無効に設定される。これにより、センサの検出結果を有効または無効にする領域を小領域単位で切り替えることができる。これによりセンサの検出結果を有効または無効にする領域を複雑にすることなく簡易に設定することができる。

また、上記態様においては、前記周辺領域における前記人の動線および速度を検出する動作検出部を備え、該動作検出部により検出された前記人の動線の延長線が前記動作領域を包含する領域に交差しかつ前記人の速度が所定の閾値以上である場合に、前記検出領域制御部が、前記センサの検出結果を有効に設定する領域を前記動作検出部により検出された前記人の方向に拡張してもよい。

このようにすることで、動作検出部により周辺領域における人の動線および速度が検出されると、検出された動線の延長線がロボットの動作領域を包含する領域に交差する場合に、人の速度が所定の閾値以上であるか否かが判定される。人の動線の延長線がロボットの動作領域を包含する領域に交差しかつ人の速度が所定の閾値以上である場合には、検出領域制御部がセンサの検出結果を有効に設定する領域を人の方向に拡張することにより、人がロボットの動作領域を包含する領域に到達する前に、ロボットの動作を制限することができる。これにより、速く動いている人がロボットの動作領域に侵入した瞬間にロボットを停止することができるようにすることができる。

本発明によれば、生産性を低下させることなく、人と産業用ロボットとの接触を回避する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を示すブロック図である。図１のロボットシステムの時刻ｔ１におけるロボットの位置の一例を示す平面図である。図１のロボットシステムの時刻ｔ１＋Ｔにおけるロボットの位置の一例を示す平面図である。図１のロボットシステムの時刻ｔ１において予測されるロボットの動作領域に基づいて有効に設定されるエリアセンサの範囲の一例を示す平面図である。図１のロボットシステムの時刻ｔ１＋Δ１におけるロボットの位置の一例を示す平面図である。図１のロボットシステムの時刻ｔ１＋Δｔ＋Ｔにおけるロボットの位置の一例を示す平面図である。図１のロボットシステムの時刻ｔ１＋Δｔにおいて予測されるロボットの動作領域に基づいて有効に設定されるエリアセンサの範囲の一例を示す平面図である。図１のロボットシステムの変形例であって、人の動線の一例を含む平面図である。図９の人の動線の延長線上において新たに有効に設定されるエリアセンサの一例を示す平面図である。

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、図面を参照しながら以下に説明する。
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、軸構成、各軸の動作角度およびアーム３の長さ等によって予め設定された可動範囲Ｓを有するロボット２と、該ロボット２を制御する制御装置４と、ロボット２の周辺領域への人の侵入を検出するセンサ５とを備えている。

制御装置４は、図２に示されるように、予め教示された動作プログラムを記憶するメモリ等の記憶部６と、該記憶部６に記憶されている動作プログラムに基づいてロボット２を制御するロボット制御部７と、動作プログラムに基づいて、所定時間Ｔ後までのロボット２の動作領域を逐次予測する動作領域予測部８と、センサ５による検出領域を制御する検出領域制御部９とを備えている。

センサ５は、例えば、ロボット２を取り囲む周辺の床面に敷き詰められた２５枚の正方形のフロアマット状のエリアセンサ１０を備え、人により踏まれることによりエリアセンサ１０に対応する領域内への人の侵入を検出するようになっている。センサ５は、エリアセンサ（小領域）１０毎に有効または無効の切替が可能であり、有効に設定されると、人の侵入を検出することができるようになり、踏まれることで検出信号を出力するようになっている。一方、センサ５は、無効に設定されると、人の侵入を検出することができなくなり、踏まれても検出信号を出力しないようになっている。

動作領域予測部８は、所定の時間間隔Δｔで、動作プログラムに基づいて、各時点から所定時間Ｔ後までのロボット２の動作領域を予測するようになっている。すなわち、予測を行う時刻ｔ１においては、時刻ｔ１から時刻ｔ１＋Ｔまでのロボット２の動作領域を予測し、予測を行う時刻ｔ１＋Δｔにおいては、時刻ｔ１＋Δｔから時刻ｔ１＋Δｔ＋Ｔまでのロボット２の動作領域を予測するようになっている。

検出領域制御部９は、動作領域予測部８により予測された所定時間Ｔ後までのロボット２の動作領域を包含する領域に配置されたエリアセンサ１０を有効に設定し、それ以外のエリアセンサ１０を無効に設定するようになっている。
例えば、図３に示されるように、時刻ｔ１において、ロボット２が原点位置に配置されている状態で、図４に示されるように、動作領域予測部８により所定時間Ｔ後の時刻ｔ１＋Ｔまでのロボット２の動作領域が予測される。予測された動作領域が、図５に斜線で示されるエリアセンサ１０に対応する領域である場合には、斜線で示されるエリアセンサ１０が有効に設定され、それ以外のエリアセンサ１０が無効に設定されるようになっている。

また、図６に示されるように、次の予測が行われる時刻ｔ１＋Δｔにおいてロボット２が時刻ｔ１の時点から若干移動した状態から、図７に示されるように、動作領域予測部８により予測された所定時間Ｔ後の時刻ｔ１＋Δｔ＋Ｔまでのロボット２の動作領域が予測される。予測された動作領域が、図８に斜線で示されるエリアセンサ１０に対応する領域である場合には、斜線で示されるエリアセンサ１０が有効に設定され、それ以外のエリアセンサ１０が無効に設定されるように設定が切り替えられる。

そして、本実施形態においては、検出領域制御部９により有効に設定されているエリアセンサ１０が人によって踏まれた場合には、ロボット制御部７がロボット２の動作を制限するようになっている。さらに具体的には、ロボット制御部７は、ロボット２の動作速度を低下させあるいはロボット２を停止させる動作指令を出力す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、ロボット制御部７により予め教示されている動作プログラムが実行されてロボット２が動作プログラムに従って動作させられると、所定時間間隔Δｔで、動作領域予測部８によりロボット２の所定時間Ｔ後までのロボット２の動作領域が予測され、予測された動作領域を包含する領域に対応するエリアセンサ１０が有効に設定され、その他のエリアセンサ１０が無効に設定される。

これにより、有効に設定されたエリアセンサ１０により人が検出された場合には、ロボット制御部７によりロボット２の動作が制限される。すなわち、予測後の時間Ｔ内にロボット２が位置すること可能性があると予測された領域に人が侵入したことが検出された場合には、ロボット２の動作速度が低下させられ、あるいはロボット２が停止させられる。これにより、人とロボット２との接触の可能性を低減することができる。

一方、予測後の時間Ｔ内にロボット２が位置する可能性がないと予測された領域に人が侵入した場合には、その領域がロボット２の可動範囲Ｓ内であっても、エリアセンサ１０が無効にされているので人の侵入が検出されず、ロボット２の動作が制限されない。これにより、ロボット２が可動範囲Ｓ内の特定の領域で動作している場合に、その領域以外の領域を人が通過する場合にはロボット２の動作が制限されないので、ロボット２の可動範囲Ｓ内に人が侵入したときに一律にロボット２の動作を制限する場合と比較して生産性の低下を抑制することができるという利点がある。

また、本実施形態に係るロボットシステム１によれば、センサ５が、ロボット２の周辺の床面に敷き詰められた複数のフロアマット状のエリアセンサ１０により構成されているので、エリアセンサ１０に対応する小領域単位で、センサ５の有効、無効を切り替えることができる。これにより、センサ５の有効、無効を切り替える領域を複雑に構成する必要がなく、簡易に制御することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、センサ５として５×５＝２５枚のフロアマット状のエリアセンサ１０からなるものを例示したが、これに代えて、３×３＝９枚など、任意の枚数のエリアセンサ１０により構成してもよい。また、人が踏むことにより検出するエリアセンサ１０を例示したが、これに代えて、ロボット２の上方に下向きに設置されたカメラにより、人を検出することにしてもよい。この場合においても、カメラにより取得される画像を複数のエリアに区画して、エリア毎に人を検出するエリアセンサ１０として機能させることができる。そして、このように区画されたエリアセンサ１０の有効、無効を切り替えることにすればよい。

また、本実施形態においては、エリアセンサ１０の検出自体を有効または無効に設定することとしたが、これに代えて、エリアセンサ１０の検出自体は有効のまま維持し、出力された検出結果の有効または無効を予測された領域に応じて切り替えることにしてもよい。すなわち、エリアセンサ１０自体は人が侵入すれば必ず検出信号を出力するが、検出領域制御部９において有効または無効を判断することにしてもよい。

また、本実施形態においては、例えば、エリアセンサ１０としてロボット２の上方に下向きに配置したカメラを採用し、カメラによって取得された画像を処理して人の動線および人の速度を検出する画像処理部（動作検出部：図示略）を備えていてもよい。そして、図９に示されるように、画像処理部により検出された人の動線の延長線が、動作プログラムに基づく予測によりセンサ５が有効に設定された領域に交差し、かつ、画像処理部により検出された人の速度が所定の閾値以上である場合に、検出領域制御部９がセンサ５を有効に設定する領域を人側に拡張することにしてもよい。

すなわち、例えば、上の例において、図１０に示されるように、ロボット２の予測される動作領域ではないためにセンサ５が無効とされる領域Ａ（破線の斜線の領域）については、高速で移動する人が侵入してきてロボット２の予測される動作領域に侵入する可能性が高いとして、センサ５を有効に設定し、領域Ａに人が侵入したときにはこれを検出して、ロボット２の動作速度を低下させることにすればよい。これにより、人が領域Ａを超えてロボット２の動作領域に侵入したときに、即座にロボット２を停止させることができる状態とすることができ、人とロボット２との干渉をさらに効果的に抑制することができるという利点がある。

また、人の動線および速度をカメラにより取得された画像を処理して検出することとしたが、これに代えて、床面に敷き詰めるフロアマット状のエリアセンサ１０によって検出することにしてもよい。

１ロボットシステム
２ロボット
４制御装置
５センサ
７ロボット制御部
８動作領域予測部
９検出領域制御部
１０エリアセンサ（小領域）

Claims

ロボットと、
該ロボットの周辺領域への人の侵入を検出するセンサと、
前記ロボットおよび前記センサを制御する制御装置とを備え、
該制御装置が、動作プログラムに基づいて前記ロボットを制御するロボット制御部と、前記動作プログラムに基づいて所定時間後までの前記ロボットの動作領域を逐次予測する動作領域予測部と、前記周辺領域の内、前記動作領域予測部により予測された前記動作領域を包含する領域における前記センサの検出結果を有効に設定し、それ以外の前記周辺領域における前記センサの検出結果を無効に設定する検出領域制御部とを備え、
前記ロボット制御部が、前記センサによる検出結果が有効に設定された領域内において人の侵入が検出されたときに前記ロボットの動作を制限するロボットシステム。
前記周辺領域が複数の小領域に区画され、
前記検出領域制御部は、前記動作領域の少なくとも一部が重複する前記小領域において前記センサの検出結果を有効に設定し、他の前記小領域における前記センサの検出結果を無効に設定する請求項１に記載のロボットシステム。
前記周辺領域における前記人の動線および速度を検出する動作検出部を備え、
該動作検出部により検出された前記人の動線の延長線が前記動作領域を包含する領域に交差しかつ前記人の速度が所定の閾値以上である場合に、前記検出領域制御部が、前記センサの検出結果を有効に設定する領域を前記動作検出部により検出された前記人の方向に拡張する請求項１または請求項２に記載のロボットシステム。