JP5672327B2

JP5672327B2 - ロボットシステム

Info

Publication number: JP5672327B2
Application number: JP2013056703A
Authority: JP
Inventors: 岳史旭; 有希子澤田
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2033-03-19
Also published as: JP2014180725A; EP2781318A2; EP2781318A3; CN104057445A; US20140288707A1; US9073214B2

Description

本発明は、ロボットシステムに関する。

近年、人間による作業をロボットにより自動化させる需要が高まっている。ロボットを備えるロボットシステムにおいては、ロボットと人との間で物の受け渡しを行う場合がある。受け渡しを行う際には、安全性を確保する必要があり、従来から、安全性を確保するための様々な工夫が提案されている（例えば特許文献１を参照）。

特開２０１２−０２７７３２号公報

ロボットシステムにおいては、安全性を確保しつつ、作業効率を向上できる技術の開発が望まれている。

そこで本発明は、安全性の確保及び作業効率の向上が図られたロボットシステム、並びに、被加工物の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るロボットシステムは、ロボットと、ロボットの動作を制御する制御部と、ロボットと人とが物の受け渡しを行う受渡領域に人が進入したことを検知するセンサとを備え、制御部は、センサにより受渡領域に人が進入したことが検知された際に、ロボットの動作を制限する第１の制限領域を設定し、第１の制限領域に基づいてロボットを制御する。

本発明に係る被加工物の製造方法では、上述のロボットシステムを用いて被加工物を得る。

本発明に係るロボット装置によれば、安全性の確保及び作業効率の向上が図られたロボットシステム、並びに、被加工物の製造方法を提供することが可能になる。

本発明に係るロボットシステムの一実施形態を示す概略図である。受渡領域に人が進入した場合の第１の制限領域を示す要部拡大図である。受渡領域に物が進入した場合の第２の制限領域を示す要部拡大図である。

以下、実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示されるように、ロボットシステム１は、ロボットセル２及びＰＬＣ（Programmable Logic Controller、制御部）３を備えている。ロボットセル２は、架台部４、双腕ロボット５、ロボットコントローラ（制御部）６、センサ９（第１のセンサ７及び第２のセンサ８）を有している。このようなロボットセル２を複数配列することにより、製造ラインを構成することが可能である。

架台部４は、双腕ロボット５を支持している。架台部４は、矩形板状の支持板４１及び支持板４１下に取り付けられた４本の脚部４２を有している。支持板４１上には、矩形板状の台座４３が設けられており、台座４３上に、双腕ロボット５が配置されている。また、台座４３上には、双腕ロボット５と離間した位置に、双腕ロボット５が作業を行う際に使用する円柱状の作業台４４が設けられている。

さらに、支持板４１上には、台座４３と離間した位置（図１では、支持板４１の隅の位置）に、直方体状の受渡部４５が設けられている。この受渡部４５に作業者によってワークＷが載置された後、そのワークＷを双腕ロボット５が取り出したり、双腕ロボット５が作業を行った後のワークＷを受渡部４５に載置した後、作業者がそのワークＷを取り出したりすることにより、双腕ロボット５と作業者との間でワークＷの受け渡しが行われる。なお、受渡部４５では、例えば、双腕ロボット５が作業に用いる工具Ｔが受け渡されてもよい。

支持板４１には、カバー４６が設けられ、双腕ロボット５、台座４３、作業台４４及び受渡部４５を側方及び上方から覆っている。カバー４６は、支持板４１の４辺のそれぞれから上方に延びる側板と、側板の上部に設けられた天板と、側板及び天板を支持するフレームＦとで構成されている。フレームＦは、支持板４１の４隅のそれぞれから上方に延びる縦方向の柱と、縦方向の柱の上端部同士を連結する横方向の柱とを有している。カバー４６の側板及び天板は、例えば、外部から視認できるように透明な材料（例えば、ポリカーボネイト等）により形成されている。なお、フレームＦには、ロボットセル２の動作状況を示す表示灯Ｐが取り付けられている。

カバー４６の１つの側板には、受渡部４５に対応する一部分に、カバー４６内に作業者が手を進入させることが可能な受渡口４７が設けられている。受渡部４５の上方の領域であって、受渡口４７に隣接する領域（受渡口４７の側方の領域）は、双腕ロボット５と作業者とが物（例えば、ワークＷ及び工具Ｔ等）の受け渡しを行う受渡領域ＤＡである。

双腕ロボット５は、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒを有している。左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒは、互いに共同して作業を行うことが可能であり、さらに、互いに独立して作業を行うことが可能である。すなわち、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒのそれぞれが、ロボットとして機能する。左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒのそれぞれは、多関節構造を有し、その先端部に継手部５２を含んでいる。左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒのそれぞれは、双腕ロボット５に内蔵された複数のアクチュエータにより、６自由度の動作が可能となっている。これにより、継手部５２は様々な位置、姿勢をとることが可能である。継手部５２には、工具Ｔが取り付けられている。なお、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒのそれぞれの自由度は一例であり、５自由度であっても７自由度以上であってもよい。

ロボットコントローラ６は、双腕ロボット５の動作を制御する。ロボットコントローラ６は、例えば演算装置、記憶装置及び入出力装置を有するコンピュータである。ロボットコントローラ６において入出力される情報には、例えば、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作を規定する領域の情報（領域情報）、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの一連の動作を規定するプログラム（ジョブ）等がある。

左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作を規定する領域には、ロボット動作領域、協調動作領域及び進入禁止領域が含まれている。ロボット動作領域においては、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒが進入可能である。協調動作領域においては、当該協調動作領域に進入が許可された左アーム５１Ｌ、右アーム５１Ｒ又は作業者が進入可能である。協調動作領域は、例えば、受渡部４５の上方の領域である。進入禁止領域においては、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの進入が禁止される。進入禁止領域は、例えば、支持板４１、台座４３、作業台４４、受渡部４５及びカバー４６等の各周辺物が存在する領域、並びに、カバー４６外の領域である。

ロボットコントローラ６は、例えば支持板４１下に配置されている。双腕ロボット５とロボットコントローラ６とは、配線により接続されている。なお、双腕ロボット５とロボットコントローラ６とは無線で接続されてもよいし、ロボットコントローラ６が双腕ロボット５に内蔵されていてもよい。

第１のセンサ７は、受渡領域ＤＡへの作業者の進入及び物の進入の双方を検知する。第１のセンサ７は、例えば、光電センサである。第１のセンサ７は、受渡口４７の上縁部に下向きに配向されて固定されており、受渡部４５に向けて光を照射し、反射された光を受光する。

第２のセンサ８は、受渡領域ＤＡへの人の進入のみを検知する。第２のセンサ８は、例えば、タグセンサである。タグセンサは、作業者が身に着けるタグ１００（図２参照）を、光又は電磁波等により検知する。作業者は、例えば、バンド等によりタグ１００を手首に着ける。第２のセンサ８は、受渡口４７の上縁部に第１のセンサ７と並べて下向きに配向されて固定されている。

受渡領域ＤＡに物が進入している場合（受渡部４５に物が載置されている場合）、第１のセンサ７及び第２のセンサ８のうち、第１のセンサ７のみが反応する。一方、受渡領域ＤＡに作業者の手が進入している場合、第１のセンサ７及び第２のセンサ８の双方が反応する。すなわち、第１のセンサ７及び第２のセンサ８は、受渡領域ＤＡへの作業者の進入と、受渡領域ＤＡへの物の進入とを判別可能な一つのセンサ９として機能する。

第１のセンサ７及び第２のセンサ８のそれぞれは、配線によりロボットコントローラ６に接続されており、第１のセンサ７及び第２のセンサ８のそれぞれの検知信号がロボットコントローラ６を介してＰＬＣ３に送られる。なお、第１のセンサ７及び第２のセンサ８のそれぞれは、無線によりロボットコントローラ６に接続されてもよい。

ＰＬＣ３は、複数のロボットセル２により製造ラインを構成する際に、複数のロボットセル２により共有され、複数のロボットセル２を統括して制御する。ＰＬＣ３は、例えば演算装置、記憶装置及び入出力装置を有するコンピュータである。ＰＬＣ３は、ロボットコントローラ６に接続されている。ＰＬＣ３は、配線によりロボットコントローラ６に接続されても、無線によりロボットコントローラ６に接続されてもよい。

図２に示されるように、ＰＬＣ３は、センサ９により受渡領域ＤＡに人が進入したことが検知された場合（第１のセンサ７及び第２のセンサ８の双方から検知信号が送られてきた場合）、受渡領域ＤＡに、双腕ロボット５の左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作を制限する第１の制限領域ＲＡ１（図２において、斜線で示された領域）を設定する。第１の制限領域ＲＡ１は、ここでは、受渡領域ＤＡを含む領域であり、受渡領域ＤＡよりも広い領域である。具体的には、ここでは、第１の制限領域ＲＡ１には、受渡領域ＤＡの上方の領域も含まれている。なお、第１の制限領域ＲＡ１には、受渡領域ＤＡの側方の領域が含まれてもよい。また、第１の制限領域ＲＡ１は、受渡領域ＤＡと同じ広さの領域であってもよいし、受渡領域ＤＡよりも狭い領域であってもよい。

ＰＬＣ３は、第１の制限領域ＲＡ１における左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作を制限するよう、ロボットコントローラ６に指令する。指令を受けたロボットコントローラ６が左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作を制限する。具体的には、第１の制限領域ＲＡ１においては、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの進入が禁止される。また、第１の制限領域ＲＡ１においては、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの進入までは禁止されないものの、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作速度が所定の閾値以下に抑制されてもよい。

また、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの力（トルク）が所定の閾値以下に抑制されてもよい。左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの力が抑制される場合、例えば、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒにより運ばれる物の重量が所定の閾値以下に制限されてもよい。

また、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒが保持可能な工具Ｔの種類が制限されてもよい。工具Ｔの種類が制限される場合、例えば、鋭利な工具を保持した左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの第１の制限領域ＲＡ１への進入が禁止されてもよい。また、動作速度の抑制、力の抑制、及び、保持可能な工具Ｔの種類の制限のうち、複数が同時に実施されてもよい。

図３に示されるように、ＰＬＣ３は、センサ９により受渡領域ＤＡに物（例えばワークＷ）が進入したことが検知された場合（第１のセンサ７のみから検知信号が送られてきた場合）、受渡領域ＤＡに、双腕ロボット５の左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作を制限する第２の制限領域ＲＡ２（図３において、斜線で示された領域）を設定する。第２の制限領域ＲＡ２は、ここでは、第１の制限領域ＲＡ１よりも狭く、さらに、受渡領域ＤＡよりも狭い。具体的には、ここでは、第２の制限領域ＲＡ２には、受渡領域ＤＡにおける上部の領域が含まれていない。なお、第２の制限領域ＲＡ２は、第１の制限領域ＲＡ１と同じ広さの領域であってもよい。また、第２の制限領域ＲＡ２は、受渡領域ＤＡと同じ広さの領域であってもよいし、受渡領域ＤＡよりも広い領域であってもよい。

ＰＬＣ３は、第２の制限領域ＲＡ２における左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作を制限するよう、ロボットコントローラ６に指令する。指令を受けたロボットコントローラ６が左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作を制限する。第２の制限領域ＲＡ２においては、上述の第１の制限領域ＲＡ１と同様な制限が実施されるものの、第１の制限領域ＲＡ１よりも制限が緩和（制限の度合が小さく設定）されている。例えば、動作速度及び力を抑制する場合、第２の制限領域ＲＡ２における閾値は、第１の制限領域ＲＡ１における閾値よりも大きく設定されている。また、保持可能な工具Ｔの種類を制限する場合、第２の制限領域ＲＡ２においては、第１の制限領域ＲＡ１で保持可能な工具よりも危険な工具の保持が可能となっている。危険な工具の具体例としては、前述のような鋭利な工具が挙げられる。

以上のような本実施形態のロボットシステム１では、受渡領域ＤＡに作業者が進入した場合には、受渡領域ＤＡに左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作を制限する第１の制限領域ＲＡ１が設定されるため、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒと作業者との干渉を防止でき、安全性を図ることができる。一方で、受渡領域ＤＡに作業者が進入していない場合には、受渡領域ＤＡにおいて左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作が制限されないため、例えば受渡領域ＤＡに作業者が進入した場合に双腕ロボット５の動作を一旦停止させるような場合に比して、作業効率の向上を図ることができる。

ＰＬＣ３は、第１の制限領域において、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの進入の禁止、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの速度の抑制、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの力の抑制、及び、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒが保持可能な工具Ｔの種類の制限の少なくとも一つを実施する。従って、安全性を図ることができる。

センサ９は、受渡領域ＤＡへの作業者の進入と、受渡領域ＤＡへの物の進入とを判別可能である。従って、受渡領域ＤＡに物が進入している場合に、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作を不要に制限することを抑制できる。

ＰＬＣ３は、センサ９により受渡領域ＤＡに物が進入したことが検知された際に、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作を制限する第２の制限領域ＲＡ２を設定し、第２の制限領域ＲＡ２に基づいて左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒを制御する。従って、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒと物との干渉を防止でき、安全性を図ることができる。また、受渡領域ＤＡに物が進入した場合には、第１の制限領域ＲＡ１とは別の第２の制限領域ＲＡ２を設定することにより、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作を不要に制限することを抑制できる。

第２の制限領域ＲＡ２は、第１の制限領域ＲＡ１よりも狭い。従って、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作を不要に制限することを抑制できる。

ＰＬＣ３は、第１及び第２の制限領域ＲＡ１，ＲＡ２において、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの進入の禁止、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの速度の抑制、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの力の抑制、及び、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒが保持可能な工具の種類の制限の少なくとも一つを実施し、第２の制限領域ＲＡ２においては、第１の制限領域ＲＡ１に比して、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作の制限の度合が小さい。従って、安全性を図ることができると共に、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作を不要に制限することを抑制できる。

センサ９は、受渡領域ＤＡへの人及び物の進入を検知可能な第１のセンサ７と、受渡領域ＤＡへの人の進入を検知可能な第２のセンサ８と、を含んでいる。このような構成により、受渡領域ＤＡへの作業者の進入と、受渡領域ＤＡへの物の進入とを判別できる。

ロボットシステム１は、双腕ロボット５を支持する架台部４を備え、ロボットセル２として構成されている。複数のロボットセル２を配列して製造ラインを構成する場合、上述のように、ロボットセル２のそれぞれにおいて安全性の確保及び作業効率の向上を図ることができるため、製造ライン全体においても安全性の確保及び作業効率の向上を図ることができる。

上述のようなロボットシステム１を用いて被加工物を得る製造方法においても、同様の効果が得られる。被加工物には、ボルト等の部品や自動車等の組立体が含まれる。

以上、実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、第１の制限領域及び第２の制限領域の設定を行う制御部は、ＰＬＣ３であるが、ロボットコントローラ６であってもよい。上記実施形態では、センサ９は、１つ設けられているが、複数設けられていてもよい。

上記実施形態では、第２のセンサ８は、タグセンサであるが、温度センサであってもよい。この場合、光電センサである第１のセンサ７から検知信号が送られ、且つ、温度センサである第２のセンサ８により検出された温度が人の体温であるとき、受渡領域ＤＡに人が進入していると判断することができる。一方、光電センサである第１のセンサ７から検知信号が送られ、且つ、温度センサである第２のセンサ８により検出された温度が人の体温以外の温度であるとき、受渡領域ＤＡに物が進入していると判断することができる。

また、上記実施形態では、センサ９は、第１のセンサ７と第２のセンサ８とにより構成されているが、センサ９は、例えば、一つの温度センサであってもよい。この場合、ＰＬＣ３は、センサ９により検出された温度が人の体温であるとき、受渡領域ＤＡに作業者が進入したと判断することができる。この場合、少なくとも第１の制限領域ＲＡ１を設定することは可能である。

上記実施形態では、架台４にカバー４６が設けられているが、カバー４６は設けられていなくてもよい。この場合、例えば、第１のセンサ７及び第２のセンサ８のそれぞれを受渡部４５に上向きに配向させて固定することができる。

上記実施形態では、ロボットは、双腕ロボット５の左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒであるが、例えば、一つの腕を有するロボットであってもよい。各要素の構成、個数及び材質等は、上記実施形態における構成、個数及び材質等に限られず、適宜変更可能である。

１…ロボットシステム、３…ＰＬＣ（制御部）、４…架台部、５…双腕ロボット、６…ロボットコントローラ（制御部）、７…第１のセンサ、８…第２のセンサ、９…センサ、５１Ｌ…左アーム（ロボット）、５１Ｒ…右アーム（ロボット）、ＤＡ…受渡領域、ＲＡ１…第１の制限領域、ＲＡ２…第２の制限領域、Ｔ…工具。

Claims

ロボットと、
前記ロボットの動作を制御する制御部と、
前記ロボットと人とが物の受け渡しを行う受渡領域に人が進入したことを検知するセンサとを備え、
前記制御部は、前記センサにより前記受渡領域に人が進入したことが検知された際に、前記受渡領域に前記ロボットの動作を制限する第１の制限領域を設定し、前記第１の制限領域に基づいて前記ロボットを制御し、
前記センサは、前記受渡領域への人の進入と、前記受渡領域への物の進入とを判別可能であり、
前記制御部は、前記センサにより前記受渡領域に物が進入したことが検知された際に、前記受渡領域に前記ロボットの動作を制限する第２の制限領域を設定し、前記第２の制限領域に基づいて前記ロボットを制御する、
ロボットシステム。
前記制御部は、前記第１の制限領域において、前記ロボットの進入の禁止、前記ロボットの速度の抑制、前記ロボットの力の抑制、及び、前記ロボットが保持可能な工具の種類の制限の少なくとも一つを実施する、
請求項１に記載のロボットシステム。
前記第２の制限領域は、前記第１の制限領域よりも狭い、
請求項１または２に記載のロボットシステム。
前記制御部は、前記第１及び前記第２の制限領域において、前記ロボットの進入の禁止、前記ロボットの速度の抑制、前記ロボットの力の抑制、及び、前記ロボットが保持可能な工具の種類の制限の少なくとも一つを実施し、
前記第２の制限領域においては、前記第１の制限領域に比して、前記ロボットの動作の制限の度合が小さい、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボットシステム。
前記センサは、前記受渡領域への人及び物の進入を検知可能な第１のセンサと、前記受渡領域への人の進入を検知可能な第２のセンサとを含んでいる、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のロボットシステム。
前記ロボットを支持する架台部を備え、
ロボットセルとして構成される請求項１〜５のいずれか一項に記載のロボットシステム。
請求項１〜６のいずれか一項に記載のロボットシステムを用いて被加工物を得る、
被加工物の製造方法。