JP5050579B2 - ロボット制御システム - Google Patents

Description

本発明は、ロボットを制御するロボットコントローラ本体に、操作ペンダントを接続して構成され、作業者が操作ペンダントを操作することにより、ロボットの運転や設定等の各種の機能の実行を可能としたロボット制御システムに関する。

例えば産業用ロボットの制御システムにおいては、ロボットを制御するロボットコントローラ本体に、ティーチングペンダントと称される操作ペンダントを接続することが行われる。前記ティーチングペンダントは、ティーチング用の画面やロボットの動作状態を示す画面等を表示する表示部や、各種のキー操作を行うためのキー操作部を備えて構成されている。作業者は、このティーチングペンダントを手に持って操作することにより、ロボットの作業プログラムを選択して起動させたり、ロボットをマニュアル操作（遠隔操作）により動作させて教示（ダイレクトティーチング）作業を行ったりすることができる。

このような産業用ロボットの作業現場においては、作業者の安全性を確保することが重要である。そのような観点から、上記ティーチングペンダントを用いた各種の機能の実行時に、特に、作業者がロボットの動作エリアまで侵入して操作を行う必要がある場合等に、予めその操作を行うことを許可された（認められた）作業者のみが行い得るように構成する必要がある。

そのための構成として、従来より、作業者がティーチングペンダントを操作して特定のパスワードを入力することにより、該ティーチングペンダントによる機能の実行を可能とするようにしたパスワード管理が一般に行われている。また、別の例として、特許文献１では、個人ＩＤを認識できるカードなどを、ＩＤ識別装置に認識させることによってのみ、産業用機器などを起動できるようにしたシステムが考えられている。
特開２００２−３７０１３９号公報

ところで、上記したようなティーチングペンダントにより実行できる機能は、ロボットの作業プログラムの選択，起動や、ロボットのティーチング作業、各種パラメータの設定，変更など、多岐に渡っている。そのうち、ロボットの作業プログラムの選択，起動については、どの作業者もできるが、ティーチング作業や各種パラメータの設定，変更などについては、知識のないものが下手に操作してしまうと安全性を確保できなくなる虞があり、作業者に相応の知識や熟練を要求される。

これに対し、作業者には、ロボット作業に関し、持っている知識や能力（技能、経験、職種）などに応じて、低い方から順に、一般作業者のレベル、プログラマー相当のレベル、サービスマン相当のレベル、といった様々なレベルの者がいる。このため、安全性確保の観点からは、作業者のレベルに応じて、ティーチングペンダントの操作により実行可能な機能の許可や禁止を行う、つまり低レベルの作業者には、実行可能な機能に制限を加える必要がある。上記したパスワード管理を行うものでは、レベル毎に或いは個人毎にパスワードを変えることにより、そのような機能制限を付加することが可能となる。

しかしながら、パスワード管理を行うものでは、一度パスワードが他人に知られてしまうと適切な管理が行えなくなる虞がある。また、一旦パスワードが入力されて機能の許可，禁止の設定がなされると、電源をオフするまでその設定が有効となるため、ティーチングペンダントの電源をいれたままで、途中で作業者が変わってしまうような場合に、安全性を確保できなくなる不具合が生ずる。個人ＩＤカードを用いる場合も、パスワード管理の場合と同様の不具合がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、作業者の操作ペンダントの操作によって各種の機能を実行するものにあって、機能実行の権限を持たない作業者が、操作ペンダントの操作によって当該機能を実行してしまうことを効果的に防止することができ、ひいては安全性を高めることができるロボット制御システムを提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明のロボット制御システムは、作業者の操作ペンダントの操作によって各種の機能を実行するものにあって、作業者が所持し、作業者個人毎の作業者情報が記憶されたＲＦＩＤタグと、操作ペンダントに設けられ前記ＲＦＩＤタグとの通信により作業者情報を読取るＲＦＩＤタグリーダと、このＲＦＩＤタグリーダが読取った作業者情報に基づいて、当該作業者が操作ペンダントにより実行可能な機能を制限する動作制限手段とを備え、前記ＲＦＩＤタグは、作業者の手首に装着される腕輪に設けられていると共に、前記操作ペンダントには、前記ＲＦＩＤタグリーダのアンテナが内蔵されたストラップ部が設けられており、作業者が前記腕輪を装着した手を前記ストラップ部を通した状態で操作ペンダントを把持すると、前記ＲＦＩＤタグとＲＦＩＤタグリーダとが通信を行うところに特徴を有する（請求項１の発明）。

これによれば、作業者が操作ペンダントを使用する際に、操作ペンダントに設けられたＲＦＩＤタグリーダにより、その作業者が所持するＲＦＩＤタグの作業者情報が読取られる。そして、その作業者個人の作業者情報に基づいて、動作制限手段により、当該作業者が操作ペンダントにより実行可能な機能が制限されるようになる。従って、作業者情報によって各機能の実行の権限を有する作業者かどうかを識別することに基づいて、機能実行の権限を持たない作業者が操作ペンダントの操作によって当該機能を実行してしまうことを未然に防止することが可能となる。

この場合、ＲＦＩＤタグが操作ペンダントの近傍に存在することにより、ＲＦＩＤタグリーダとの通信が可能となるので、作業者が操作ペンダントから離れた場合や、操作ペンダントを操作する作業者が交代した場合などを容易に判断でき、操作ペンダントを操作している作業者を確実に識別することが可能となる。また、作業者はＲＦＩＤタグを所持していれば良く、パスワードの入力操作や、ＩＤカードの読取操作といった操作を行わずに済む。

そして、作業者が、ＲＦＩＤタグを内蔵した腕輪を手に装着した状態で、操作ペンダントを把持することによって、作業者が特に意識しなくとも、ＲＦＩＤタグをＲＦＩＤタグリーダのアンテナの近傍に配置させることができ、ＲＦＩＤタグとＲＦＩＤタグリーダとの通信を確実に行わせることができる。

以下、本発明を具体化した一実施例について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例に係るロボット制御システム１の外観構成を概略的に示している。このシステム１は、例えば組立用のロボット２と、このロボット２を制御するロボットコントローラ本体３と、このロボットコントローラ本体３に接続される操作ペンダントたるティーチングペンダント４とを備えて構成されている。

前記ロボット２は、例えば６軸の小形垂直多関節型ロボットとして構成されている。詳しい説明は省略するが、このロボット２は、夫々サーボモータにより駆動される６軸のアーム５を有し、アーム５の先端部に、例えばパレットＰ内に収容されているワークＷを把持するためのハンド６を備えていると共に、アーム５の先端部に例えばワークＷを撮影するためのＣＣＤカメラ７が取付けられている。

このロボット２は、前記ロボットコントローラ本体３に接続ケーブル８を介して接続され、前記各軸のサーボモータがこのロボットコントローラ本体３により制御されるようになっていると共に、ＣＣＤカメラ７の入力映像信号がロボットコントローラ本体１に入力されるようになっている。

前記ロボットコントローラ本体３は、矩形箱状をなすフレーム９内に、制御回路やサーボ制御部、画像処理部、電源装置等を組込んで構成されている。前記制御回路は、マイコンを主体として構成され、予め記憶された動作プログラムや、後述するティーチングペンダント４により設定された教示データ、各種パラメータ等に従って、サーボ制御部を介して前記ロボット２の各軸サーボモータを制御し、もって、ロボット２によるワークＷの組付け作業等を自動で実行させるようになっている。

また、ロボットコントローラ本体３には、接続ケーブル１０を介して前記ティーチングペンダント４が着脱可能に接続される。この接続状態では、作業者によるティーチングペンダント４の操作に基づいて、ロボット２を実際に動作（マニュアル操作）させたり、各種の設定を行ったりすることができるようになっている。このとき、ロボットコントローラ本体３には、ティーチングペンダント４以外にも、図示しない他の周辺機器（パソコンやモニタ装置等）の接続が可能とされると共に、それら周辺機器との間での高速データ転送を行なうためのインタフェース部が設けられている。

前記ティーチングペンダント４は、図２にも示すように、作業者が携帯して（手で持運んで）操作できる程度のコンパクトな大きさの薄形のほぼ矩形箱状に構成されている。このティーチングペンダント４の表面部の中央部には、例えば比較的大形のカラー液晶ディスプレイからなる表示部１１が設けられており、各種の画面が表示されるようになっている。前記表示部１１の表面にはタッチパネルが設けられている。また、ティーチングペンダント４には、表示部１１の周囲部に位置して、各種の操作キー（メカスイッチ）が設けられ、前記タッチパネルと併せてキー操作部１２が設けられている。

そして、このティーチングペンダント４の左右の側壁部には、作業者が手Ｈを通すためのストラップ部（取っ手部）１３が夫々設けられていると共に、背面部の左右部には、作業者が手Ｈの指先（親指を除く）を掛けるための手掛け用凹部（図示せず）が設けられている。図２に示すように、作業者は、例えば、ティーチングペンダント４の左側のストラップ部１３に表面側から左手Ｈを通し、親指をティーチングペンダント４の表面部に掛けると共に、残りの指を手掛け用凹部に掛けて把持することができ、その状態で右手を使ってキー操作部１２を操作するようになっている。

図示はしないが、ティーチングペンダント４内には、マイコンを主体とした制御回路や、前記ロボットコントローラ本体３との間での高速データ転送を行なうためのインタフェース等が設けられている。キー操作部１２からの入力操作信号等が、ティーチングペンダント４からロボットコントローラ本体３に送られるようになっている。また、ロボットコントローラ本体３から、制御信号や表示用の信号等がティーチングペンダント４に送られると共に、ティーチングペンダント４に駆動用電源が供給されるようになっている。

これにて、作業者は、ティーチングペンダント４を用いてロボット２の運転や設定などの各種の機能を実行させることが可能とされている。このとき、前記表示部１１には、メニュー画面、設定入力画面、状況表示画面等の必要な情報を表示する各種の画面が表示される。また、表示部１１に、前記ＣＣＤカメラ７により取込まれたモニタ映像を表示させることも可能とされている。

ティーチングペンダント４（キー操作部１２の操作）により実行可能な機能としては、例えば次のようなものがある。即ち、既に記憶（設定）されているロボット２の作業プログラムのリストを呼出して、選択し、ロボット２を起動させることができる。また、ロボット２の手先が移動する目標位置（移動軌跡）を教示するティーチング作業を行うことができる。このティーチング作業は、キー操作部１２を操作してロボット２を遠隔操作（マニュアル操作）することにより行うことができる。

さらには、作業プログラムの設定、変更等のプログラムアクセス、目標位置の変更やロボット２（各軸サーボモータ）の速度の設定，変更等のパラメータアクセス、ロボットの動作禁止エリアの設定、変更等のシステムアクセスなどを行うことが可能とされている。尚、上記した各機能のうち、ティーチング作業以下の作業は、作業者がロボット２の動作エリアまで侵入して操作を行う場合があり、安全性の確保が重要となる。

さて、本実施例では、ティーチングペンダント４により作業を行う作業者が、ＲＦＩＤタグ１４（図３参照）を所持する（身に着ける）ようになっており、ティーチングペンダント４には、そのＲＦＩＤタグ１４との近接通信が可能なＲＦＩＤタグリーダ１５（図３参照）が内蔵されるようになっている。

図３は、それらＲＦＩＤタグ１４及びＲＦＩＤタグリーダ１５の電気的構成を概略的に示している。そのうちＲＦＩＤタグ１４は、周知のように、アンテナコイル１６、このアンテナコイル１６にて受信したＲＦＩＤタグリーダ１５からの給電用信号から直流動作電力を生成するための電源回路１７、通信等の全体の制御を行う制御回路１８、送受信信号の変調及び復調を行う変調回路１９及び復調回路２０、制御プログラムやＩＤデータ等を記憶するＥＥＰＲＯＭ等のメモリ２１などから構成されている。前記各回路は１７〜２１は、ワンチップＩＣ化されている。

このとき、前記メモリ２１には、ＩＤデータとして、作業者個人毎の作業者情報、具体的には、作業者の氏名や所属、後述するように、レベル１〜レベル３の３段階に分けられた当該作業者に関する作業許可レベルのデータ等が記憶されるようになっている。そして本実施例では、図２に示すように、このＲＦＩＤタグ１４は、腕輪（リストバンド）２２に内蔵されるようになっており、個々の作業者が左手Ｈの手首に装着した状態で作業を行うようになっている。

前記ＲＦＩＤタグリーダ１５は、図３に示すように、前記ＲＦＩＤタグ１４との間での電磁波による電力供給及び通信を行うためのアンテナ２３、このアンテナ２３に接続された変調回路２４及び復調回路２５、それらに接続され全体を制御する制御回路２６、メモリ２７、通信インタフェース２８、例えば１３．５６ＭＨｚの搬送波を発生する図示しない発振器などを備えて構成されている。制御回路２６は、変調回路２４を通じてアンテナ２３に電力信号（高周波）を出力すると共に、アンテナ２３が受けた受信信号を、復調回路２５を通じて復調しデータとして抽出するようになっている。

このとき本実施例では、前記アンテナ２３は、ティーチングペンダント４の左側に設けられたストラップ部１３に内蔵されるようになっている。従って、作業者が、腕輪２２を装着した左手Ｈを、そのストラップ１３を通してティーチングペンダント４を把持することにより、ＲＦＩＤタグ１４とアンテナ２３とが近接状態とされ、通信が可能とされるようになる。これにて、ＲＦＩＤタグリーダ１５による前記ＲＦＩＤタグ１４に対する電磁波による動作電力の供給が行われると共に、前記ＩＤデータの通信（読取り）が行われるようになっている。

ＲＦＩＤタグリーダ１５が読取ったＩＤデータは、通信インタフェース２８を介して前記ロボットコントローラ本体３に送信されるようになっている。そして、次の作用説明にて述べるように、ロボットコントローラ本体３は、そのソフトウエア的構成（制御プログラム）により、ＲＦＩＤタグリーダ１５が読取ったＩＤデータ（作業許可レベル）に基づいて、その作業者がティーチングペンダント４により実行可能な機能を制限するようになっている。また、通信によりＲＦＩＤタグ１４の確認ができない場合には、機能の実行を禁止する（キー操作部１２の操作を無効とする）ようになっている。

従って、ロボットコントローラ本体３が動作制限手段として機能するようになっている。さらに、本実施例では、ロボットコントローラ本体３は、ＲＦＩＤタグリーダ１５が読取った作業者情報と、当該作業者のティーチングペンダント４の操作により実行した作業内容とを含む履歴データを、内蔵する記憶手段としての履歴データ記憶メモリに記憶するようになっている。

次に、上記構成の作用について述べる。図４は、作業者のレベル（作業許可レベル）と、ティーチングペンダント４による実行が許可される機能との一覧を示している。ここで、レベル１は、最も低い一般作業者のレベルであり、このレベル１の作業者については、ロボット２の作業プログラムの選択、起動のみが許可される。中間のレベル２は、プログラマー相当の作業者のレベルであり、このレベル２の作業者については、上記ロボット２の作業プログラムの選択、起動に加えて、比較的高度の知識（判断）や能力が必要なティーチング作業及びパラメータアクセスの一部（目標位置や作業プログラムの変更等）が許可される。

最高のレベル３は、サービスマン相当の作業者のレベルであり、このレベル３の作業者については、上記したレベル２までの機能に加え、より高度な知識（判断）や能力が必要なシステムアクセスやパラメータアクセスといった全ての機能の実行が許可される。ティーチングペンダント４により作業を行う作業者は、予め、ロボット作業に関し各人の持っている知識や能力（技能、経験、職種）などに応じて、上記３段階にレベル分けされ、ＲＦＩＤタグ１４にその作業者レベルのデータが記憶されている。

上記したように、ティーチングペンダント４により作業を行う作業者は、各作業者個人の腕輪２２を左手Ｈの手首に装着した状態で、図２に示すように、ティーチングペンダント４を左手Ｈで把持するようにする。すると、腕輪２２内のＲＦＩＤタグ１４と、ティーチングペンダント４内のＲＦＩＤタグリーダ１５とが通信を行い、ＲＦＩＤタグ１４内に記憶された作業者情報が読取られ、そのデータが、ロボットコントローラ本体３に送られる。このとき、ＲＦＩＤタグ１４と、ＲＦＩＤタグリーダ１５のアンテナ２３とが、必ず近接配置されることになり、両者間の通信を確実に行うことができる。

これにより、ロボットコントローラ本体３は、読取られた作業者のレベルに応じて、ティーチングペンダント４により実行可能な機能を制限する。図４に示すように、レベル１の作業者（一般作業者）においては、ロボット２の作業プログラムの選択、起動を実行させることができ、それ以上の機能の実行は制限される。また、レベル２の作業者（プログラマ相当）においては、それに加えて、ティーチング作業及びパラメータアクセスの一部を実行させることができるが、それ以上の機能の実行は制限される。

レベル３の作業者（サービスマン相当）においては、それらに加えて、システムアクセスやパラメータアクセスといった全ての機能の実行が許可される。これにより、例えば、ロボット２の作業エリア外でティーチングペンダント４を操作することにより実行が可能な、作業プログラムの選択、起動といった機能は、一般作業者にも実行可能となる。ロボット２の動作エリアまで侵入して行う、ティーチング作業などについては、高度な知識や能力を有するレベル２及びレベル３の作業者のみが実行でき、一般作業者ではできなくなり、もって、安全性を確保することができるのである。

この場合、機能を制限するにあたっては、例えば、ティーチングペンダント４の表示部１１の初期画面において、実行可能な機能のリストのみを表示させて、そこから実行すべき機能を選択させるようにすることができる。或いは、作業者が実行させたい機能を選択しようとしても、許可されている機能以外は、実行が制限（禁止）されている旨を表示し、操作を受付けなくすることができる。

また、作業者がティーチングペンダント４による作業を実行している途中で、レベルの異なる作業者にティーチングペンダント４を渡して作業を交代するようなケースが考えられる。しかしこの場合には、ＲＦＩＤタグリーダ１５により、新たな作業者のＲＦＩＤタグ１４のデータが読取られるようになる。従って、交代前の作業者が高レベルの機能を実行していたとしても、作業者が交代した時点で、交代後の作業者のレベルに応じて機能実行が制限されるので、結局、各作業者は、自分のレベルを超えた作業を行うことはできないものとなる。

さらに、本実施例では、ロボットコントローラ本体３において、ＲＦＩＤタグリーダ１５が読取った作業者情報と、当該作業者のティーチングペンダント４の操作により実行した作業内容とを含む履歴データが、履歴データ記憶メモリに記憶される。つまり、いつ誰がどのような作業を行ったかの履歴データを自動的に記憶、蓄積しておくことができ、その履歴データを呼出すことにより、トラブルシューティングなどに有効となる。

このように本実施例によれば、作業者のティーチングペンダント４の操作によって各種の機能を実行するものにあって、ティーチングペンダント４に設けられたＲＦＩＤタグリーダ１５により、その作業者が所持するＲＦＩＤタグ１４の作業者情報が自動で読取られ、その作業者情報に基づいて、当該作業者がティーチングペンダント４により実行可能な機能が制限されるようになる。従って、機能実行の権限を持たない作業者が、ティーチングペンダント４の操作によって当該機能を実行してしまうことを効果的に防止することができ、ひいては安全性を高めることができるものである。

また、特に本実施例では、作業者が、自己のＲＦＩＤタグ１４を内蔵した腕輪２２を装着した状態で、ティーチングペンダント４を把持することによって、作業者が特に意識しなくとも、ＲＦＩＤタグ１４をＲＦＩＤタグリーダ１５のアンテナ２３の近傍に配置させることができ、ＲＦＩＤタグ１４とＲＦＩＤタグリーダ１５との通信を確実に行わせることができるといった利点も得ることができる。このとき、作業者は腕輪２２を装着していれば良く、パスワードの入力操作や、ＩＤカードの読取操作といった操作を行わずに済むことは勿論である。

尚、上記実施例では、ロボットコントローラ本体３において、実行可能な機能の制限を行う構成としたが、本発明においては、ティーチングペンダント（操作ペンダント）に、ＲＦＩＤタグリーダ１５と、このＲＦＩＤタグリーダ１５が読取った作業者情報に基づいて、当該作業者の操作により実行可能な機能を制限する動作制限手段とを設ける構成としても良い。これにより、ロボットコントローラ本体３側での作業者の権限の判定の処理や動作制限の処理が不要となる。

さらに、上記実施例では、作業者のレベルを３段階に分けるようにしたが、２段階或いは４段階以上に分けるようにしても良い。ＲＦＩＤタグには、作業者の氏名等の個人情報（ＩＤ）のみを記憶させておき、ロボットコントローラ本体（或いは操作ペンダント）側に各作業者がどのレベルかを示すテーブルを記憶しておいて、レベルを判断するようにしても良い。その他、操作ペンダントは、表示部１１を有しない比較的簡易な構成のものであっても良く、またロボットやロボットコントローラ本体の形状や構造などについても、種々の変形が可能であるなど、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。

本発明の一実施例を示すもので、ロボットのシステムの構成を概略的に示す斜視図 作業者がティーチングペンダントを把持している様子を示す図 ＲＦＩＤタグリーダ及びＲＦＩＤタグの電気的構成を示すブロック図 作業者のレベルと許可される機能との関係を示す図

符号の説明

図面中、１はロボット制御システム、２はロボット、３はロボットコントローラ本体、４はティーチングペンダント（操作ペンダント）、１２はキー操作部、１３はストラップ部、１４はＲＦＩＤタグ、１５はＲＦＩＤタグリーダ、２２は腕輪（装身具）、２３はアンテナを示す。

Claims (1)

1. ロボットを制御するロボットコントローラ本体に、操作ペンダントを接続して構成され、作業者が前記操作ペンダントを操作することにより、前記ロボットの運転や設定等の各種の機能の実行を可能としたロボット制御システムにおいて、
   前記作業者が所持し、作業者個人毎の作業者情報が記憶されたＲＦＩＤタグと、
   前記操作ペンダントに設けられ前記ＲＦＩＤタグとの通信により作業者情報を読取るＲＦＩＤタグリーダと、
   このＲＦＩＤタグリーダが読取った作業者情報に基づいて、当該作業者が前記操作ペンダントにより実行可能な機能を制限する動作制限手段とを備え、
   前記ＲＦＩＤタグは、作業者の手首に装着される腕輪に設けられていると共に、
   前記操作ペンダントには、前記ＲＦＩＤタグリーダのアンテナが内蔵されたストラップ部が設けられており、
   作業者が前記腕輪を装着した手を前記ストラップ部を通した状態で操作ペンダントを把持すると、前記ＲＦＩＤタグとＲＦＩＤタグリーダとが通信を行うことを特徴とするロボット制御システム。

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