JP4395829B2 - 自動機械の動作許可装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動機械近傍での作業者の安全確保のため自動機械の動作を許可する複数の出力を備える動作許可装置において、その出力の動作タイミングの違いに基づいて動作許可装置の故障判別を行なう動作許可装置に関する。

駆動軸を備える自動機械の近傍で作業を行なう際には、誤操作や自動機械制御装置の部品不良等を原因として自動機械が意図するものと異なる動作をしてしまう場合がある。このような場合、自動機械近傍の作業者への危険を回避すると共に、自動機械及び周辺機器の破損を防止するために自動機械の動作の停止が直ちに行なわれるように自動機械制御装置の安全システムは構成しておく必要がある。そのため、自動機械の動作が可能となる動作許可装置あるいは動作許可装置を備えた操作盤が備えられ、作業者は動作許可装置に備わる一定押し圧で押下している間あるいは押下ストロークが所定範囲の間では動作許可信号を発するイネーブルスイッチを一定押し圧あるいは所定のストロークに押下して必要な自動機械の動作を行なっている。

このイネーブルスイッチにはモーメンタリタイプの３ポジションのスイッチが採用され、該３ポジションスイッチのイネーブル接点信号を自動機械制御装置へ出力し、自動機械制御装置では該接点信号の閉路で自動機械を動作許可状態とし、開路で自動機械の動作禁止状態としている。
前記イネーブル接点は、３ポジションスイッチの押下ストロークが所定範囲より小さい第１操作ポジションおよび押下ストロークが前記所定範囲より大きく操作される第３操作ポジションでは開路して動作禁止状態となり、押下ストロークが前記所定範囲以内に操作される第２操作ポジションでは閉路して動作許可状態となるように構成されている。
また、一旦第３操作ポジションになると押下をゆるめて第１操作ポジションになるまでの第２操作ポジションではそのイネーブル接点は閉路せず、動作禁止状態となるようになっている。

自動機械制御装置では、前記イネーブル接点信号に基づいて、動作許可状態においてはその駆動軸の駆動のため駆動装置への電源を投入し、動作禁止状態においてはその駆動装置への電源を遮断する様に構成されている。
また、駆動軸を備え、作業者が近傍で作業を行なう機会のある自動機械では、操作者への危険に遭遇する機会を減少させるため、単一部品の故障においてもフェールセーフとなるように構成されている。

この第１の方策として特に駆動軸の電源制御回路では、電源回路の２重化を行ない、片方の回路部品に故障が発生しても他方の回路で電源を遮断することができるように構成されている（特許文献１）。
また第２の方策として回路部品故障による自動機械の暴走を防ぐため安全回路（セーフティリレー）を採用して信号入信の監視をおこなう（特許文献２）。この監視で回路部品の故障が検出されれば、以後は動作許可状態とはせずに修理や部品交換を促す表示をする。これは、故障部位の特定に至る時間を短縮してを迅速に修理や部品交換を行ない作業中断時間を最小限にとどめることにも役立っている。

自動機械の動作許可装置では動作の許可及び禁止を制御するため、前述の第１の方策と第２の方策が実施されている。そのため、動作許可装置には同一の開閉位相のイネーブル接点を２つ備える３ポジションスイッチが特開２００２−４２６０６号公報等で提案されている。この３ポジションスイッチは、その押しボタン全体を均一な力で押下するとスイッチケース内に押し込まれ、その動きに伴い押圧片がスイッチの可動端子を常閉固定端子より常開固定端子へ動作するような機構となっており、２つのスイッチ接点は各部材の製造精度及び組み立て精度の範囲内でほぼ同時に閉路するようになっている。

自動機械制御装置は３ポジションスイッチの２つのイネーブル接点の信号を入力して、及び他の非常停止、安全防護柵信号や動作モード等の入力を含めて駆動装置への電源の投入及び遮断を判別している。すなわち、３ポジションスイッチの２つの接点がほぼ同時に閉路すると駆動装置への電源を投入となり、少なくとも片方の接点が開路すると駆動装置への電源は遮断される。
特開平１１−１１３２７４号公報 特開２００３−７９０４９号公報

しかし、押しボタンスイッチの押下の時に、３ポジションスイッチの押しボタン全体を均一ではなく例えば左側を右側より大きな力で押下した場合、押しボタンは傾いてスイッチケースに押し込まれることとなる。押しボタンの押し込み量に応じて押圧片がスイッチの可動端子動作させるため２つの接点の閉路は同時とはならず左側の接点が先に閉路することになる。部品の製造及び組み立て時のバラツキと押しボタンの押し込み量ならびに押し込みの速さによっては左側接点の閉路より右側接点の閉路までに数百ミリ秒以上の時間差が発生することがある。左側より右側をより大きな力で押下した場合についても同様である。

特許文献２の安全回路ではイネーブル装置を押下して動作許可状態にする時に、２つのイネーブル接点がほぼ同時に閉路する必要があるが、前述のように２つの接点の閉路は同時とならないことがある。この場合動作許可状態とはならず３ポジションスイッチの故障あるいは信号路の断線と判断されてしまうことになる。
この同時信号入信検出する回路を削除した場合では回路部品の故障が検出できなくなり、多重の故障が発生した時には動作許可状態のままとなり動作禁止状態にならなくなることがある。

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、動作許可装置に備わる２つのイネーブル接点の閉路状態への移行時における不一致を時間を計測すると共に短時間の不一致では再操作を促すことで作業が中断することを避け、長時間の不一致では回路部品の故障と判定することで操作性の改善と信頼性の高い自動機械の動作許可装置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、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、複数のイネーブル接点（１３−１、１３−２）を備えるイネーブル装置（１３）の操作で自動機械（１０）の動作を許可する動作許可状態と、自動機械（１０）の動作を禁止する動作禁止状態を制御する制御手段が備わる自動機械（１０）の動作許可装置において、前記制御手段は、第1の前記イネーブル接点信号と第２の前記イネーブル接点信号の不一致を検出する不一致検出手段（２７）と、前記不一致検出手段（２７）よりの不一致信号（２７−１）の出力に基づいて不一致時間を計時する不一致時間計時手段（２８）と、前記不一致時間が予め設定された第１の設定値未満であれば前記自動機械（１０）の動作を許可する動作許可状態とし、前記不一致時間が前記第１の設定値以上で予め設定された第２の設定値未満であれば前記自動機械（１０）の動作を許可する動作許可状態とすると共に不一致警告信号を出力し、前記不一致時間が前記第２の設定値以上であれば前記自動機械（１０）の動作を禁止する動作禁止状態とすると共に不一致警報信号を出力する不一致時間判定手段（２９）と、を備えることを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記自動機械（１０）の制御装置（１１）は表示装置（１５）を備える操作盤（１２）を備え、不一致時間判定手段（２９）から前記不一致警告信号が出力すると前記操作盤（１２）の表示装置（１５）に警報表示することを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によると、動作許可装置イネーブル装置の操作状況で接点信号の機械的な不一致継続時間が所定時間を超えるが短時間であれば再操作等を促す不一致警告出力し、長時間となれば部品故障の可能性がある不一致警告を出力する。これにより、３ポジションスイッチの操作によるイネーブル接点の不一致が発生しても操作の継続が可能になり、部品故障の時はこれの検出が出来る信頼性の高い動作許可装置を提供することが出来る。
また、請求項２に記載の発明によると、不一致警告及び不一致警報を作業者が把持する操作盤に表示することで作業者の確実な操作を促すことや部品の故障の時はその個所を特定するために必要な情報を表示することができ、自動機械の停止時間の短縮に貢献することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。この実施形態では自動機械をロボット及びロボット制御装置として説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態を示すロボットシステムの概要図である。ただし、本発明に関連しない安全防護柵等のロボット周辺設備は図示していない。図において、ロボット１０はロボット制御装置１１と接続されており、ペンダント１２もロボット制御装置１１に接続されている。１３はイネーブルスイッチであり、ペンダントに備わっている。
イネーブルスイッチ１３はモーメンタリタイプで３ポジションスイッチで、教示モードにおいて、押下ストロークが所定範囲より小さい第１操作ポジションおよび押下ストロークが前記所定範囲より大きく操作される第３操作ポジションではロボット１０を動作禁止状態とし、押下ストロークが前記所定範囲以内に操作される第２操作ポジションではロボット１０を動作許可状態とする。作業者はペンダント１２を把持して、イネーブルスイッチを第２操作ポジションに押下した状態でペンダント１２に備わる押しボタンスイッチ１４を操作してロボット１０を動作させ、またワーク１６に対する作業を教示、登録する。また、ペンダント１２には表示器１５が備わり、ワーク１６に対する作業である作業プログラムの表示、診断表示、警告あるいは警報表示を行なう。

図２は、本発明の第１の実施形態を示す制御ブロック図である。図において１３はイネーブルスイッチであり、複数のイネーブル接点１３−１、１３−２を備える。イネーブルスイッチ１３はペンダント１２に備わり、作業者により把持、操作される。イネーブルスイッチ１３のイネーブル接点１３−１、１３−２は、第１操作ポジションおよび第３操作ポジションでは開路、第２操作ポジションでは開路する。イネーブル接点１３−１、１３−２の片方は直流電源２４Ｖに接続されており、他方は第１投入回路２１及び第２投入回路２３にそれぞれ接続されると共に不一致検出回路２７に分岐接続されている。第１投入回路２１は図示しない非常停止、安全防護柵、動作モード等の信号入力を備え、これらの信号入力とイネーブル接点１３−１信号の状態より駆動電源の投入条件が成立すると第１投入制御信号２１−１を出力する。第１投入制御信号２１−１は警報継電器３０の常閉接点３０−１を介して第１継電器２２へ接続されている。第２投入回路２３も同様に駆動電源の投入制御信号２３−１を出力し、警報継電器３０の常開接点３０−２を介して第２継電器２４へ接続されている。

不一致検出回路２７にはイネーブルスイッチ１３のイネーブル接点１３−１、１３−２信号が入力されており、不一致信号２７−１を出力する。不一致信号２７−１は２つのイネーブル接点１３−１、１３−２の片方が閉路状態で他方が開路状態の時に出力され、不一致計時回路２８へ接続されている。
不一致計時回路２８は不一致検出回路２７よりの不一致信号２７−１が出力されると計時を開始して、不一致信号２７−１が出力されななると計時を停止すると共に計時された値をクリアする。不一致計時回路２８より不一致時間判定回路２９へ計時値が出力される。

不一致時間判定回路２９には２つの値が予め設定されている。第１の設定値は不一致警告値であり、第２の設定値は不一致警報値である。第1の設定値と第２の設定値の関係は、第１の設定値が第２の設定値未満の条件が満たされればよい。
不一致計時回路２８より出力される計時値は第１の設定値及び第２の設定値と比較され、第１の設定値未満であれば、不一致警告、不一致警報は共に出力されず、第１の設定値以上で第２の設定値未満であれば不一致警告は出力されるが不一致警報は出力されず、第２の設定値以上であれば不一致警告は出力されないが不一致警報は出力される。ここで、不一致警報は一旦出力されると不一致計時回路２８より出力される時間値にかかわり無く出力の保持を行ない、図示しない制御ＣＰＵより出力される警報解除信号でこれの解除を行なう。

不一致警告は前記制御ＣＰＵに入力され、不一致警告が出力状態ではペンダント１２に備わる表示器１５にイネーブル接点１３−１、１３−２が不一致状態であることの警告表示を行ない、作業者にイネーブルスイッチ１３を確実に操作するように促す。
不一致警報は同様に前記制御ＣＰＵに入力され、不一致警報が出力状態ではペンダント１２に備わる表示器１５にイネーブル接点１３−１、１３−２が不一致状態が継続して発生して部品故障あるいは信号路の断線の可能性がある警報表示を行ない動作禁止状態とする。

不一致時間判定回路２９に設定される第1の設定値と第２の設定値の値はむやみに大きな値を設定することは本発明の効果が失われる。そのため、これらの値は制御ＣＰＵにより設定される構成であれば、ペンダントより設定されるパラメータ値に基づいて設定することも可能であり、作業者や作業環境に合わせて設定値の調整が可能となる。尚、このパラメータ値は自動機械制御装置に備わる図示しない記憶手段に記憶され、制御電源が投入された時及びパラメータ値が変更された時に不一致時間判定回路２９に設定される構成であれば、最適な値を求めることが容易にできる。

自動機械を動作許可状態あるいは動作禁止状態とするには駆動回路２６への電源の継電する、あるいは遮断することで行なっている。第１投入回路２１は、非常停止状態でなく、動作モードが教示モードであり、イネーブル接点１３−１が閉路すると、駆動電源の投入条件が整い投入制御信号を出力する。この時、不一致警報が出力されていず、警報継電器３０の常閉接点が閉路しておれば、第１継電器２２を通電励磁する。同様に第２投入回路２３は駆動電源の投入条件が整うと第２継電器２４を通電励磁する。

第１継電器２２と第２継電器２４の常開接点２２ａ，２４ａは直列接続されており、駆動電源投入では、受電電源の回路遮断器やヒューズ等の保護装置で構成された電源回路２５より駆動回路２６へ給電をおこない、駆動回路２６より自動機械の駆動軸へエネルギー供給が行なわれ動作することが可能となる。

イネーブル接点１３−１の開路などで駆動電源の投入条件が不成立となると第１投入回路２１の第１投入制御信号２１−１は出力されなくなり、第１継電器２２は非通電となり、その常開接点２２ａは開路する、同様に第２投入回路２３の第１投入制御信号２３−１は出力されなくなり、第２継電器２４は非通電となり、その常開接点２４ａは開路する。すなわち駆動回路２６への給電が遮断され自動機械の動作を停止する動作禁止状態となる。

このように、動作許可装置に備わる２つのイネーブル接点の閉路状態への移行時における不一致を時間を計測すると共に短時間の不一致では不一致警告を出力することで再操作を促すことで作業が中断することを避けることができる。また、長時間の不一致では回路部品の故障と判定することで信頼性の高い自動機械の動作許可装置を提供することができる。

図２では第１投入回路２１、第２投入回路２３、不一致検出回路２７、不一致計時回路２８、不一致時間判定回路２９の各制御ブロックを回路として説明したが、これらの制御ブロックの一部あるいは全部をＣＰＵ等の論理演算素子を用いて信号処理を行なうことでも同様の効果を奏する

この制御手段によると、動作許可装置のイネーブルスイッチを押下して自動機械を動作許可状態とする時及びイネーブルスイッチを放して自動機械を動作禁止状態とする時の双方でイネーブル接点の閉路と開路とを監視することなる。接点の監視はその溶着など接点の故障を検出することができ、駆動軸を備える自動機械の近傍で作業を行なう作業者の安全確保に貢献することができる。

この制御手段は、同一の開閉位相の２つ接点信号より、その機械的要因のため開閉が同一とならない時の制御ができるので、安全性が要求される両手同時操作で起動される自動機械の起動装置という用途にも適用できる。

本発明の実施例を示すロボットシステムの概要図 本発明の実施例に係る制御ブロック図

符号の説明

１０ ロボット、１１ ロボット制御装置、１２ ペンダント、１３ イネーブルスイッチ、１４ 押しボタンスイッチ、１５ 表示器、１６ ワーク、２１ 第１投入回路、２２ 第１継電器、２３ 第２投入回路、２４ 第２継電器、２５ 電源回路、２６ 駆動回路、２７ 不一致検出回路、２８ 不一致計時回路、２９ 不一致時間判定回路、３０ 警報継電器

Claims (2)

1. 複数のイネーブル接点を備えるイネーブル装置の操作で自動機械の動作を許可する動作許可状態と、自動機械の動作を禁止する動作禁止状態を制御する制御手段が備わる自動機械の動作許可装置において、
   前記制御手段は、第1の前記イネーブル接点信号と第２の前記イネーブル接点信号の不一致を検出する不一致検出手段と、前記不一致検出手段よりの不一致信号の出力に基づいて不一致時間を計時する不一致時間計時手段と、前記不一致時間が予め設定された第１の設定値未満であれば前記自動機械の動作を許可する動作許可状態とし、前記不一致時間が前記第１の設定値以上で予め設定された第２の設定値未満であれば前記自動機械の動作を許可する動作許可状態とすると共に不一致警告信号を出力し、前記不一致時間が前記第２の設定値以上であれば前記自動機械の動作を禁止する動作禁止状態とすると共に不一致警報信号を出力する不一致時間判定手段と、を備えることを特徴とする自動機械の動作許可装置。
2. 前記自動機械の制御装置は表示装置を備える操作盤を備え、不一致時間判定手段から前記不一致警告信号が出力すると前記操作盤の表示装置に警報表示することを特徴とする請求項１に記載の自動機械の動作許可装置。

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