JP4085952B2

JP4085952B2 - ロボットシステム

Info

Publication number: JP4085952B2
Application number: JP2003359064A
Authority: JP
Inventors: 研司松熊
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2003-10-20
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2023-10-20
Also published as: JP2005118967A

Description

本発明は非常時にロボットの動作を緊急停止させる機能を備えたロボットシステムに関する。

従来、ロボットに動作を教示する手段として、操作者がロボット制御装置に接続された操作盤を使用してロボットを実際に動かして位置を記憶させる方法がある。一般にこの操作盤にはロボットの動作を緊急停止させる非常停止スイッチが設けられ、教示操作中に、ロボットの動作によって発生する危害から操作者やロボット自体を保護するようにされている。この操作盤をロボット制御装置から着脱自在とし、かつ操作盤をロボット制御装置から取り外してもロボットが動作を停止しないようにするとともに、操作盤とロボット制御装置の接続ポートを複数設けて教示時の作業性を向上させることを目的としたロボットの非常停止装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

以下図６に基づいて説明する。図６において、１００１はロボット、１００２はロボット１００１を制御するロボット制御装置、１００３はロボット１００１に動作を教示するとともに、前記ロボット１００１の作業を非常停止させる機能を備えた操作盤である。１００４ａ〜１００４ｃはロボット制御装置１００２にケーブルを介して接続されるポートである。なお、図６では操作盤上の非常停止スイッチに関係する回路のみ抜き出して記載している。ポート１００４ａ〜１００４ｃは同一の構造を有し、着脱スイッチ１００５ａ〜１００５ｃと複数のコネクタを備える。操作盤１００３はコネクタを介してポート１００４ａ〜１００４ｃに着脱自在な構造を有する。操作盤１００３には、非常停止スイッチ１１０１、デッドマンスイッチ１１０２が設けられる。ロボット制御装置１００２には、ロボット制御装置の電源Ｖｃｃと操作盤１００３の接地部との間にリレーＲ３を設ける。また、ロボット制御装置の電源Ｖｃｃと着脱スイッチ１００５ａとの間にリレーＲ４を設けるとともに、前記着脱スイッチ１００５ａとロボット制御装置の接地部との間に、リレーＲ４のメイク接点ｒ４ａとリレーＲ３のブレーク接点ｒ３ａとの直列回路を接続する。着脱スイッチ１００５ａの他端はポート１００４ａ内において接地される。さらに、ロボット制御装置の電源Ｖｃｃと非常停止スイッチ１１０１との間にリレーＲ３のメイク接点ｒ３ｂを配置し、デッドマンスイッチ１１０２とロボット制御装置の接地部との間にリレーＲ５を設ける。また、ロボット制御装置の電源Ｖｃｃには、リレーＲ５のメイク接点ｒ５とリレーＲ４のメイク接点ｒ４ｂとによる並列回路が接続され、さらに前記並列回路と接地部との間にリレーＲ６が接続される。リレーＲ６のメイク接点ｒ６はブレーキ電源１１０３とブレーキ解除回路１１０４との間に設けられ、ブレーキ解除回路１１０４はロボット１００１内において図示しないブレーキに接続される。

以上のように構成された操作盤の非常停止回路の動作を説明する。まず、教示操作時には、ロボット制御装置１００２のポート１００４ａに操作盤１００３を接続し、リレーＲ３が動作してメイク接点ｒ３ｂが閉じているので、操作盤１００３の非常停止スイッチ１１０１が通常状態（閉状態）であり、かつデッドマンスイッチ１１０２が押されている時は、リレーＲ５が動作してメイク接点ｒ５が閉じ、これによりリレーＲ６が動作してメイク接点ｒ６が閉じるため、ブレーキ解除回路１１０４にブレーキ電源１１０３から電力が供給されてロボット１００１は動作状態となる。
次に、教示終了後のロボット１００１の自動運転中に、操作盤１００３をポート１００４ａから取り外す場合には、まず着脱スイッチ１００５ａをオンする。これによりリレーＲ４が動作し、メイク接点ｒ４ａ、ｒ４ｂが閉じる。着脱スイッチ１００５ａをオンにしたまま、教示操作盤１００３をポート１００４ａから取り外すと、リレーＲ３が動作を停止することにより、ブレーク接点ｒ３ａが閉じ、メイク接点ｒ３ｂが開く。これによりリレーＲ５が動作を停止し、メイク接点ｒ５が開くが、着脱スイッチ１００５ａを押していることによりメイク接点ｒ４ｂは閉じているので、リレーＲ６は引き続き動作したままでロボット１００１は動作状態を継続できる。また、操作盤１００３を取り外した後で着脱スイッチ１００５ａをオフにしても、メイク接点ｒ４ａとブレーク接点ｒ３ａが閉じているので、リレーＲ４は動作し続け、したがってメイク接点ｒ４ｂが閉じているので、リレーＲ６は引き続き動作したままでロボット１００１は動作状態を継続する。
次に、操作盤１００３をポート１００４ａに装着する場合には、着脱スイッチ１００５ａをオンした状態で操作盤１００３をポート１００４ａに装着する。この装着によりリレーＲ３が動作し、ブレーク接点ｒ３ａが開くが、着脱スイッチ１００５ａをオンしているため、リレーＲ４は動作し続ける。またメイク接点ｒ３ｂが閉じるので、操作盤１００３の非常停止スイッチ１１０１が通常状態（閉状態）であり、かつデッドマンスイッチ１１０２が押されている時は、リレーＲ５が動作してメイク接点ｒ５が閉じる。続いて着脱スイッチ１００５ａをオフすると、リレーＲ４は動作停止するためメイク接点ｒ４ｂは開くが、メイク接点ｒ５が既に閉じているため、リレーＲ６は引き続き動作したままでロボット１００１は動作状態を継続する。

以上説明したように、着脱スイッチ１００５ａを押したままで操作盤１００３をポート１００４ａから取り外し、また装着すれば、ロボット１００１を停止させることなく動作を継続させることができる。これにより自動運転中に操作盤をロボット制御装置から自由に取り外すことができるので、操作盤をロボット制御装置毎に１台ずつ備える必要がなくなり、操作盤の共用化が図れる。また、操作盤を接続するためのポートをロボットの付近やロボット制御装置の付近など複数位置に設けることが可能になり、必要に応じて操作盤をそれらのポート間で移動して、作業性を向上できる。さらに、操作盤とポートとを結ぶケーブルの長さを最小限にできるので、ケーブルを足に引っ掛けたりする危険性が減少し、作業性を改善することができる。

特許番号第２６７２４１７号公報

しかしながら、上記従来例においては、操作盤の着脱機能のために多くのリレー接点を追加する必要があり、構成が複雑になる。また、ロボット制御装置の非常停止回路に対して各ポートが並列に接続されているため、２つ以上のポートに操作盤が接続されている場合には、ひとつの操作盤の非常停止スイッチを押しても、他の操作盤で非常停止スイッチが押されていなければロボットが緊急停止しないという問題点があった。
また操作者がロボットの動作範囲内で操作を行う場合は、動作範囲外で操作を行う場合より低速でロボットを動作させることが効率と安全の面から望ましいが、従来例では必要に応じ操作者が手動で動作速度を設定しており、設定ミスによっては予期せぬ速度でロボットが動作する危険性があった。
また従来例では、非常停止回路の配線は操作盤およびロボット制御装置に限られていた。
さらに、複数のポートに非常停止スイッチを接続した環境では、どのポートの非常停止スイッチが押されたのかが容易には知ることできないという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、最小限のリレー接点による簡単な構成で、教示時の作業性を損なわずに操作者の安全性を確保し、ロボットの破損を回避し、緊急停止後の復帰時間を短縮できるロボットシステムを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成されている。
請求項１に記載の発明は、ロボットを制御するロボット制御装置と、前記ロボットを緊急停止させる機能を有する操作盤と、前記ロボット制御装置にケーブルを介して接続され、前記操作盤を着脱可能な接続ポートからなるロボットシステムにおいて、各々に識別番号を割り当てられた複数の前記接続ポートが直列に接続されるとともに、前記操作盤は、前記識別番号を読み取る手段と、前記読み取り手段によって自らが接続されている接続ポートから読み出した前記識別番号に応じて前記ロボット制御装置に対し所定の前記ロボットの動作条件を設定する設定手段を有することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記操作盤は、前記識別番号によって前記ロボットの動作範囲内に設けられた前記接続ポートに接続されたことを感知した場合は、前記設定手段により、前記ロボット制御装置に対し前記ロボットの動作速度を抑制させることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記接続ポートは前記ロボット上に複数設けられ、各々の前記接続ポートに前記操作盤が適宜接続されるとともに、前記操作盤の緊急停止機能は、前記操作盤が他の物体と接触した際に働くことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記接続ポートは、前記ロボット制御装置との通信手段を有し、前記ロボット制御装置は、前記操作盤の緊急停止機能によって前記ロボットが緊急停止した際に前記通信手段と通信を行って、緊急停止機能が働いた前記操作盤が接続された前記接続ポートを特定することを特徴とするものである。

本発明のロボットシステムによれば、以下のような効果がある。
請求項１に記載の発明によれば、操作者が教示作業を行う場所に応じて手動でロボットの動作条件を設定する必要がないので、操作性が改善される。
請求項２に記載の発明によれば、操作者がロボット動作範囲付近で教示する際の安全性を向上させることができる。
請求項３に記載の発明によれば、ロボットが動作中に他の物体に接触したことを検出して速やかに緊急停止できるため、操作者の安全性を確保し、かつロボットの破損を防止できる。また、前記接触検知手段が着脱自在であるため、使用用途によって柔軟に接触検知手段の位置を変更することができる。
請求項４に記載の発明によれば、複数の接続部のうち緊急停止を指令した接続部を特定することができるため、復旧作業をより迅速にすることができる。

以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。

本発明の第１の実施の形態におけるロボットシステムについて、図１および図２に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の概略図である。図では、非常停止に関係する回路のみ抜き出して記載している。
図１、図２において、１０１はロボット、１０２はロボット１０１を制御するロボット制御装置、１０３はロボット１０１に動作を教示するとともに、前記ロボット１０１の動作を緊急停止させる機能を備えた操作盤である。
１０４ａ〜１０４ｃはケーブルを介してロボット制御装置１０２と接続されるポートである。ポート１０４ａ〜１０４ｃは同一の構造を有し、それぞれ切り替え手段１０５ａ〜１０５ｃと複数のコネクタを備える。操作盤１０３はコネクタを介してポート１０４ａ〜１０４ｃに着脱自在な構造を有する。

操作盤１０３には、非常停止スイッチ２０１、デッドマンスイッチ２０２が設けられている。非常停止スイッチ２０１は、他のスイッチに関係なく最優先でロボット１０１の動作を緊急停止させるための常閉タイプの押しボタンスイッチであり、デッドマンスイッチ２０２は、操作盤１０３の背面に設けられ、オペレータが身の安全を確保するために操作盤１０３を手放してボタン押圧を解除するとロボット１０１が緊急停止する常開タイプの押しボタンスイッチである。
またポート１０４ａ〜１０４ｃの切り替え手段１０５ａ〜１０５ｃは、右にひねると閉状態を保持し、左にひねると開状態を保持するようなスイッチである。ロボット制御装置１０２の電源Ｖｃｃは、ポート１０４ａの切り替え手段１０５ａの一端に接続される。さらに切り替え手段１０５ａの逆の一端はポート１０４ｂの切り替え手段１０５ｂの一端に接続され、切り替え手段１０５ｂの逆の一端はポート１０４ｃの切り替え手段１０５ｃの一端に接続される。切り替え手段１０５ｃの逆の一端はロボット制御装置１０２内において、リレーＲ１を介して接地部に接続される。このように、切り替え手段１０５ａ〜１０５ｃは、制御装置１０２の電源ＶｃｃとリレーＲ１との間に直列に接続される。リレーＲ１のメイク接点ｒ１はブレーキ電源２０３とブレーキ解除回路２０４との間に設けられ、ブレーキ解除回路２０４はロボット１０１内において図示しないブレーキに接続される。

以上のように構成された操作盤の非常停止回路の動作を説明する。まず、あらかじめ全てのポート１０４ａ〜１０４ｃの切り替え手段１０５ａ〜１０５ｃを閉状態に設定しておく。ロボット操作時には、ポート１０４ａに操作盤１０３を接続し、切り替え手段１０５ａを開側に切り替える。これにより、ロボット制御装置１０２の電源Ｖｃｃと非常停止スイッチ２０１、デッドマンスイッチ２０２、切り替え手段１０５ｂ、切り替え手段１０５ｃ、ロボット制御装置１０２内のリレーＲ１および接地部が回路を構成するので、操作盤１０３の非常停止スイッチ２０１が通常状態（閉状態）であり、かつデッドマンスイッチ２０２が押されている時は、リレーＲ１が動作してメイク接点ｒ１が閉じるため、ブレーキ解除回路２０４にブレーキ電源２０３から電力が供給されてロボット１０１は動作状態となる。

ロボット１０１の動作中に、操作盤１０３をポート１０４ａから取り外す場合には、まず切り替えスイッチ１０５ａを閉側に設定する。この状態で操作盤１０３をポート１０４ａから取り外しても、ロボット制御装置１０２の電源Ｖｃｃからの電流は切り替え手段１０５ａを通るため、リレーＲ１は引き続き動作したままで、ロボット１０１は動作状態を継続できる。
逆に、操作盤１０３をポート１０４ａに装着する場合には、着脱スイッチ１０５ａを閉状態にしたまま操作盤１０３をポート１０４ａに装着し続いて着脱スイッチ１０５ａを開状態にする。操作盤１０３の非常停止スイッチ２０１が通常状態（閉状態）であり、かつデッドマンスイッチ２０２が押されている時は、リレーＲ１は引き続き動作したままで、ブレーキ解除回路２０４にブレーキ電源２０３から電力が供給されてロボット１０１は動作状態を継続する。

さらにポート１０４ａ〜１０４ｃは記憶手段５０１ａ〜５０１ｃを備える。記憶手段５０１ａ〜５０１ｃは、例えば読み書きが可能なＩＤタグであり、前記ポート１０４ａ〜１０４ｃを識別するための識別番号を記憶している。操作盤１０３は前記記憶手段５０１ａに接続する記憶読取手段５０２、および動作条件設定手段５０３を有する。記憶読取手段５０２は、接続した記憶手段５０１ａから識別番号を読み取り、動作条件設定手段５０３に通知する。動作条件設定手段５０３では、あらかじめポート１０４ａ〜１０４ｃの識別番号とロボットとの位置関係との対応を設定しておき、接続したポートがロボットの動作範囲内か否かを判断する。動作範囲内であった場合には、操作者の安全を考慮し、操作盤１０３はロボット制御装置１０２に対しロボット１０１の動作速度を低減するように自動的に設定させる。これにより、操作する場所に応じて操作者が手動で動作速度を設定する必要がないので、操作性が改善されるとともに安全性も向上する。

図２は、本発明の第１の実施の形態において、ポートに複数の操作盤を接続した例である。図において、ポート１０４ａに操作盤１０３を、ポート１０４ｂに操作盤３０１を同時に接続している。
本実施の形態においては、複数の非常停止スイッチを接続した場合には、それらのＯＲで非常停止が行われるため、例えば操作者Ａが操作盤１０３の非常停止スイッチ２０１を押さなくても、操作者Ｂが操作盤３０１の非常停止スイッチ３０２を押せばロボットが緊急停止し、多重の安全性を保つことができる。
上記実施の形態では、操作盤１０３をポート１０４に着脱する前後に、操作者が手動で切り替えスイッチ１０５を操作する必要があるが、操作盤１０３をポート１０４に装着することによって切り替えスイッチが開側に設定され、操作盤１０３をポート１０４から取り外すことによって切り替えスイッチ１０５が閉側に設定されるような機構としてもよい。
また、既に述べたような作業者Ａと作業者Ｂの二人作業の場合、ロボットの動作範囲外で安全を監視する作業者Ｂは、非常停止だけを操作するので、ロボットへの動作教示など諸機能を有する高価な操作盤３０１を用いる必要は無く、非常停止スイッチ３０５だけを有する非常停止盤３０４を用いることができる。これによって、複数の非常停止機能を安価に構成することができる。
さらに別の場所にポートを設置したい場合には、３０６に示すような分岐ユニットを取り付ければ、容易に非常停止回路の配線を追加・延長することができる。

図３は、本実施の形態に基づく運用状況を示す図である。ロボット制御装置１０２には、ポート４０１ａ〜４０１ｅが接続されている。このうち、ポート４０１ｂおよび４０１ｃはロボット１０１の動作範囲内に設置されている。操作者Ａがロボット１０１の動作範囲内で教示作業をするときには、近くにあるポート４０１ｂに操作盤１０３を接続する。また、作業中の安全確保のため、ロボット１０１の動作範囲外、例えばポート４０１ａに非常停止スイッチ４０２ａを接続し、操作者Ｂがこれを持つ。また、ポート４０１ｅに非常停止スイッチ４０２ｂを接続し、操作者Ｃがこれを持つ。
以上の構成によれば、操作者Ａ、Ｂ、Ｃのいずれかが非常停止スイッチを押すことで、ロボット１０１は確実に緊急停止するので、教示作業中の安全性が保たれるとともに、教示作業終了後に操作盤１０３を取り外しても、非常停止スイッチ４０２ａあるいは４０２ｂによる緊急停止が可能である。

本発明の第２の実施の形態におけるロボットシステムについて、図４に基づいて説明する。図４（ａ）は非常停止回路を装備したロボットの全体図である。図において、１０１はロボット、６０２ａ〜６０２ｉはロボット１０１上に設けられたポートである。各ポートを直列に結ぶ配線はロボット１０１の内部に収納されている。ポートの拡大図を図４（ｂ）に示す。ポート６０２は前述の１０５と同様の切り替えスイッチ６０３を有し、小型の接触検知スイッチ６０４が接続される。接触検知スイッチ６０４は前述の非常停止盤３０４と同様の構造になっており、他の物体に接触すると接触検知スイッチ６０４が開状態となりロボット１０１は緊急停止する。
以上の構成によれば、ロボット１０１上に取り付けられた接触検知スイッチ６０４がロボット１０１の動作中に操作者や周辺の物体に接触した場合に直ちに緊急停止するため、操作者の安全を確保し、かつロボット１０１の破損を防止できる。また、接触検知スイッチ６０４は着脱自在であるため、使用用途に応じて柔軟にその取り付け位置を変更することができる。

本発明の第３の実施の形態におけるロボットシステムについて、図５に基づいて説明する。ポート１０４ａ〜１０４ｃは通信手段７０１ａ〜７０１ｃを有し、通信手段は切り替え手段１０５ａ〜ｃに接続している。一方で、ロボット制御装置１０２内には、通信手段７０２と電圧検出手段７０３とが備えられており、通信手段７０２と電圧検出手段７０３は、互いに通信可能である。通信手段７０２はポート１０４ｃからの配線に接続している。一方で電圧検出手段７０３は、ブレーキ解除回路２０４に接続しており、ブレーキ電源２０３からブレーキ解除回路２０４に電力が供給されているか否かを判別することができる。非常停止スイッチが押されず、ロボット１０１が動作状態にある場合、電圧検出手段７０３はブレーキ解除回路２０４に電力が供給されていることを判別し、通信手段７０２には何も信号を送らない。

ここで非常停止スイッチを押してロボット１０１が緊急停止すると、電圧検出手段７０３はブレーキ解除回路２０４に電力が供給されなくなったことを判別し、通信手段７０２に通知する。通知を受けた通信手段７０２は、非常停止回路を介して通信手段７０１ａ〜７０１ｃとのシリアル通信を試みる。通信手段７０１ａ〜７０１ｃには図示しない方法で電源が供給されており、自分の識別番号を通信手段７０２に送信することができる。しかし、例えばポート１０４ｂに接続された非常停止スイッチが押された場合には、通信手段７０２は通信手段７０１ｃおよび通信手段７０１ｂとは通信できるが、通信手段７０１ａとは通信できない。このように、遮断された非常停止回路を用いて通信し、通信不能な相手を調べることで、どの非常停止スイッチが押されたのかを特定することができる。以上の構成によれば、ロボット１０１が外環境との接触により緊急停止した後で復帰動作する際などに有効である。

本発明は、ロボットの安全性確保や、緊急停止時の復帰時間短縮といった用途に利用できる。

本発明の第１の実施の形態を示す概略図本発明の第１の実施の形態に複数の教示操作盤を接続した内部詳細図本発明の第１の実施の形態に基づく運用状況を示す図本発明の第２の実施の形態を示す図本発明の第３の実施の形態を示す図従来例を示す概略図

符号の説明

１０１ロボット
１０２ロボット制御装置
１０３操作盤
１０４ポート
１０５切り替え手段
２０１非常停止スイッチ
２０２デッドマンスイッチ
２０３ブレーキ電源
２０４ブレーキ解除回路
３０１操作盤
３０４簡易非常停止装置
３０５非常停止スイッチ
３０６分岐ユニット
５０１記憶手段
５０２記憶読取手段
５０３動作条件設定手段
６０２ポート
６０３切り替えスイッチ
６０４接触検知スイッチ
７０１通信手段
７０２通信手段
７０３電圧検出手段
１００１ロボット
１００２ロボット制御装置
１００３操作盤
１００４ポート
１００５着脱スイッチ
１１０１非常停止スイッチ
１１０２デッドマンスイッチ
１１０３ブレーキ電源
１１０４ブレーキ解除回路

Claims

ロボットを制御するロボット制御装置と、前記ロボットを緊急停止させる機能を有する操作盤と、前記ロボット制御装置にケーブルを介して接続され、前記操作盤を着脱可能な接続ポートからなるロボットシステムにおいて、
各々に識別番号を割り当てられた複数の前記接続ポートが直列に接続されるとともに、
前記操作盤は、前記識別番号を読み取る手段と、前記読み取り手段によって自らが接続されている接続ポートから読み出した前記識別番号に応じて前記ロボット制御装置に対し所定の前記ロボットの動作条件を設定する設定手段を有することを特徴とするロボットシステム。
前記操作盤は、前記識別番号によって前記ロボットの動作範囲内に設けられた前記接続ポートに接続されたことを感知した場合は、前記設定手段により、前記ロボット制御装置に対し前記ロボットの動作速度を抑制させることを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
前記接続ポートは前記ロボット上に複数設けられ、各々の前記接続ポートに前記操作盤が適宜接続されるとともに、
前記操作盤の緊急停止機能は、前記操作盤が他の物体と接触した際に働くことを特徴とする請求項１乃至２記載のロボットシステム。
前記接続ポートは、前記ロボット制御装置との通信手段を有し、
前記ロボット制御装置は、前記操作盤の緊急停止機能によって前記ロボットが緊急停止した際に前記通信手段と通信を行って、緊急停止機能が働いた前記操作盤が接続された前記接続ポートを特定することを特徴とする請求項１乃至３記載のロボットシステム。