JP6162736B2 - 機械と可搬式無線操作盤との間の距離に応じて通信品質基準を変化させる機能を備えたロボット制御システム - Google Patents

Description

本発明は、ロボット制御システムに関し、特に機械と可搬式無線操作盤との間の距離に応じて通信品質基準を変化させる機能を備えたロボット制御システムに関する。

ロボットの教示等を行うための可搬式操作盤では、ロボットを非常停止させる信号を出力し、非常時にはすぐにロボットを停止できるようにするよう規格（ＩＳＯ１０２１８−１）に定められている。また、可搬式操作盤を無線通信させる場合、無線通信の品質が悪いとロボットをすぐに停止させることができない可能性があり危険である。そのため、無線通信の品質がある基準より悪化した場合にはロボットを停止させることで安全を確保していた。

しかし、無線通信は障害物や他の無線通信などの環境の影響で通信品質が悪化することがあり、ロボットを停止させる通信品質の基準が厳しいと利便性が損なわれる。一方、基準を緩和すると教示等の危険な作業時に非常停止信号が正しく伝わるまでに時間がかかる可能性が生まれ、安全性に問題がある。

また、従来のロボット制御システムとして、作業者の位置を認識することで安全を確保するものが知られている（例えば、特許文献１）。しかしながら、通信品質の基準を変更する点については全く言及されていない。

また、無線化された教示装置において、無線通信で一定周期毎にライブ信号をやり取りし、その受信時間間隔を監視して、無線通信の通信状態が悪化している場合には、作業者に警告を発したり、自動機械を停止させたりする自動機械システムが知られている（例えば、特許文献２）。この従来技術は、ライブ信号の間隔で通信品質を確認しているが、ある基準を超えたら警告または停止させるだけで、通信品質の基準を距離によって変えるという記述は無い。基準をパラメータとして保持し、調整できるようにするという記載はあるが、作業者が現在の通信品質を把握して基準を調整することを想定しており、何らかの物理量に従って自動的に変わるといった使用方法についての記述は全く無い。

さらに、コントローラと教示装置との間の電波強度を監視し、電波強度が所定の閾値以下になった場合には、警告を発したり、停止させたりする自動機械システムが知られている（例えば、特許文献３）。図１に従来の自動機械システムの構成を示す。従来の自動機械システム１０００は、ロボット１００１を制御する制御装置１００２の送受信機１０２１と教示装置１００４の送受信機１０４１との間の通信品質が悪くなるとロボット１００１を停止させることで安全を確保していた。

例えば、図１に示すように、一定間隔ごとに無線通信が正常に行われていることを確認するためのデータ（ライブデータ：ｄ_L）を送受信し、通信品質が良好な場合は、時刻ｔ₁からｔ₂までの一定間隔でライブデータｄ_Lを受信することができ、このような場合はロボット１００１の動作をさせていた。一方、時刻ｔ₁ではｄ_Lを受信できたものの、時刻ｔ₂ではｄ_Lを受信できなかったような場合には警告を発生し、またはロボット１００１を停止させていた。しかしながら、距離がある程度離れて作業者が安全な状態であっても、無線通信が悪化した場合、ロボットがすぐに停止してしまい利便性に問題があった。

特許第５４９２４３８号公報 特開２００７−２３３８１７号公報 国際公開第２００６／１０３８３８号

上記の問題を解決するため、本発明では、ロボットと可搬式無線操作盤との間の距離を測定し、その距離に応じて無線通信品質の安全基準を変化させることで、安全性を損なわず利便性を高めるロボット制御システムを提供することを目的とする。

本発明の一実施例に係るロボット制御システムは、機械を制御する制御装置と、制御装置と無線通信可能で、機械を操作する可搬式無線操作盤と、機械と可搬式無線操作盤との間の距離を測定する距離測定部と、機械と可搬式無線操作盤との間の無線通信の通信品質を監視する通信監視部と、通信品質が所定の基準を下回った場合に作業者に対して警告を発し、または機械を停止させる警告発生部と、所定の基準を機械と可搬式無線操作盤との間の距離によって変更する基準変更部と、を有することを特徴とする。

本発明の一実施例に係るロボット制御システムによれば、ロボットと可搬式無線操作盤との間の距離を測定し、その距離に応じて無線通信品質の安全基準を変化させることで、安全性を損なわず利便性を高めるロボット制御システムを提供することができる。

従来の自動機械システムの構成図である。 本発明の実施例１に係るロボット制御システムの構成図である。 本発明の実施例２に係るロボット制御システムにおける信号のタイミングチャートである。 本発明の実施例３に係るロボット制御システムにおける信号のタイミングチャートである。 本発明の実施例４に係るロボット制御システムにおける信号波形である。 本発明の実施例５に係るロボット制御システムの構成図である。 本発明の実施例５の変形例に係るロボット制御システムの構成図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るロボット制御システムについて説明する。

［実施例１］
まず、本発明の実施例１に係るロボット制御システムについて説明する。図２に本発明の実施例１に係るロボット制御システムの構成図を示す。本発明の実施例１に係るロボット制御システム１０１は、機械であるロボット１を制御する制御装置２と、制御装置２と無線通信可能で、ロボット１を操作する可搬式無線操作盤４と、ロボット１と可搬式無線操作盤４との間の距離を測定する距離測定部６と、ロボット１と可搬式無線操作盤４との間の無線通信の通信品質を監視する通信監視部７と、通信品質が所定の基準を下回った場合に作業者に対して警告を発し、またはロボット１を停止させる警告発生部８と、所定の基準をロボット１と可搬式無線操作盤４との間の距離によって変更する基準変更部１０と、を有することを特徴とする。図２では距離測定部６、通信監視部７、警告発生部８、基準変更部１０を制御装置２に持たせているが、距離測定部６、通信監視部７、警告発生部８、基準変更部１０は可搬式無線操作盤４に持たせても、制御装置２と可搬式無線操作盤４の両方に持たせても良い。

図２に示すように、可搬式無線操作盤４には送受信機４１が設けられており、制御装置２に設けられている制御装置側送受信機２１にロボット１を操作する指令を無線で送信する。制御装置２は受信した指令に基づいてロボット１を制御する。

距離測定部６は、ロボット１と可搬式無線操作盤４との間の距離を測定する。例えば、ロボット１と可搬式無線操作盤４との間で送受信される電波の強度に基づいて距離を測定することができる。

通信監視部７は、ロボット１と可搬式無線操作盤４との間の無線通信の通信品質を監視する。通信監視部７によって監視された通信品質は、警告発生部８において、所定の基準以上であるか否かが判断される。警告発生部８は、通信品質が所定の基準を下回った場合に作業者に対して警告を発し、またはロボット１を停止させる。

ここで、本発明では基準変更部１０が、上記の所定の基準をロボット１と可搬式無線操作盤４との間の距離に応じて変更する点を特徴としている。

例えば、ロボット１と可搬式無線操作盤４との間の距離が所定の距離より近い場合は、通信品質を判断するための基準を厳しくすることにより安全を確保できる。一方、ロボット１と可搬式無線操作盤４との間の距離が所定の距離より遠い場合は、通信品質が悪化した場合にロボットを停止させられるまでの時間が長くなるが、作業者とロボットとの間に距離があるためぶつからずに安全であり、かつ不要な停止を回避でき利便性を確保できる。

例えば、上述のロボット１と可搬式無線操作盤４との間の通信品質を監視する方法として、無線通信が確立していることを確認するためのライブデータの送受間隔を測定することにより行うことができる。図２を用いて、ロボット１と可搬式無線操作盤４との間の距離が所定の距離より近い場合と遠い場合のそれぞれの場合について、通信品質に基づいて警告を発生し、またはロボットを停止する方法について説明する。

ライブデータｄ_Lは一定間隔ごとに無線通信が正常に行われていることを確認するためのデータである。従って、ライブデータｄ_Lが受信できない場合には無線通信が正常に行われていないと判断する。例えば、図２には、時刻ｔ₄、ｔ₅、ｔ₆においてライブデータｄ_Lが可搬式無線操作盤４の送受信機４１または制御装置２の制御装置側送受信機２１から送信されるものとした場合における受信波形を示す。

ロボット１と可搬式無線操作盤４との間の距離が所定の距離より近い場合（以下、単に「近い場合」という）は、ライブデータｄ_Lの受信が求められる時間的間隔を短くする。図２に示した例では、この間隔は時刻ｔ₄からｔ₅までの間隔となっている。このとき、時刻ｔ₄においてライブデータｄ_Lを受信できたものの、時刻ｔ₅においてライブデータｄ_Lを受信できなかった場合は、警告発生部８が警告を発生するか、ロボット１を停止させる。

一方、ロボット１と可搬式無線操作盤４との間の距離が所定の距離より遠い場合（以下、単に「遠い場合」という）は、ライブデータｄ_Lの受信が求められる時間的間隔を長くする。図２に示した例では時刻ｔ₄からｔ₆までの間隔よりも長い間隔となっている。このとき、近い場合と同じ間隔で、即ち、時刻ｔ₅においてライブデータｄ_Lを受信できなくても警告発生部８は警告を発生したり、ロボット１を停止したりしない。

また、遠い場合に設定された時間的間隔内で、例えば時刻ｔ₆でライブデータｄ_Lが受信できれば警告発生部８は警告を発生したり、ロボット１を停止したりしない。

また、ライブデータを受信することができない間隔が所定の基準に近づいたら警告を発生し、所定の基準を超えたらロボットを停止する、というように構成しても良い。

以上説明したように、本発明の実施例１に係るロボット制御システムによれば、ロボットと可搬式無線操作盤との間の距離を測定し、その距離に応じて無線通信品質の基準となるライブデータを受信すべき間隔を変化させているので、安全性を損なわず利便性を高めることができる。

［実施例２］
次に、本発明の実施例２に係るロボット制御システムについて説明する。図３に本発明の実施例２に係るロボット制御システムおいて、ロボットと可搬式無線操作盤との間の距離が所定の距離より近い場合と遠い場合のそれぞれの場合における安全信号の受信が求められる間隔と信号波形との関係を示す。実施例２に係るロボット制御システムが実施例１に係るロボット制御システムと異なっている点は、制御装置と可搬式無線操作盤との間で送受信され、機械であるロボットを停止させるかどうかを示す安全信号の送受間隔を測定することにより通信品質を監視する点である。実施例２に係るロボット制御システムのその他の構成は実施例１に係るロボット制御システムの構成と同様であるので詳細な説明は省略する。

規格では、作業者がロボットを停止させるための非常停止信号を入力する動作（ボタンを押すなど）を行ってからロボットが停止するまでの最大移動距離を明示するように定められている。そのため、非常停止信号はある時間内に確実に確認される安全信号として通信される。

距離が近い場合は、安全信号を確認しなければならない間隔を短くし、すぐにロボットが停止するようにして安全を確保する。一方、距離が遠い場合は、近い場合に比べて安全信号を確認しなければならない間隔を長くすることで利便性を確保する。

距離が遠い場合でも非常停止信号入力時に最大移動距離を超えてはならない。そのため、上記運用の場合、距離が近い時に通信品質が悪化し、安全信号がある間隔確認できなかった場合には最大移動距離よりも短い移動距離で停止することになる。最大移動距離は製造者が設定する値であり、絶対安全な距離ということではない。そのため、最大移動距離より短い距離で止まるようにすることは安全性を高める意味を持つ。

図３を用いて、ロボット１と可搬式無線操作盤４との間の距離が所定の距離より近い場合と遠い場合のそれぞれの場合について、安全信号を受信すべき間隔において安全信号を受信したか否かに基づいて警告を発生し、またはロボットを停止する方法について説明する。

安全信号ｄ_Sが受信できない場合には無線通信が正常に行われていないと判断する。例えば、図３には、時刻ｔ₇、ｔ₈、ｔ₉において安全信号ｄ_Sが可搬式無線操作盤の送受信機または制御装置の制御装置側送受信機から送信されるものとした場合における受信波形を示す。

ロボット１と可搬式無線操作盤４との間の距離が所定の距離より近い場合は、安全信号ｄ_Sの受信が求められる時間的間隔を短くする。図３に示した例では、この間隔は時刻ｔ₇からｔ₈までの間隔となっている。このとき、時刻ｔ₇において安全信号ｄ_Sを受信できたものの、時刻ｔ₈において安全信号ｄ_Sを受信できなかった場合は、警告発生部８が警告を発生するか、ロボット１を停止させる。

一方、ロボットと可搬式無線操作盤との間の距離が所定の距離より遠い場合は、安全信号ｄ_Sの受信が求められる時間的間隔を長くする。図３に示した例では時刻ｔ₇からｔ₉までの間隔よりも長い間隔となっている。このとき、近い場合と同じ間隔で、即ち、時刻ｔ₈において安全信号ｄ_Sを受信できなくても警告発生部８は警告を発生したり、ロボット１を停止したりしない。

また、遠い場合に設定された間隔内で、例えば時刻ｔ₉で安全信号ｄ_Sが受信できれば警告発生部８は警告を発生したり、ロボット１を停止したりしない。

以上説明したように、本発明の実施例２に係るロボット制御システムによれば、ロボットと可搬式無線操作盤との間の距離を測定し、その距離に応じて無線通信品質の基準となる安全信号を受信すべき間隔を変化させているので、安全性を損なわず利便性を高めることができる。

［実施例３］
次に、本発明の実施例３に係るロボット制御システムについて説明する。図４に本発明の実施例３に係るロボット制御システムおいて、ロボットと可搬式無線操作盤との間の距離が所定の距離より近い場合と遠い場合のそれぞれの場合におけるエラー訂正されたデータの受信が許容される間隔と信号波形との関係を示す。実施例３に係るロボット制御システムが実施例１に係るロボット制御システムと異なっている点は、制御装置２と可搬式無線操作盤４との間で送受されるエラー検出コードまたはエラー訂正コード付きデータがエラー無しで送受された間隔またはエラーの頻度を測定することにより通信品質を監視する点である。実施例３に係るロボット制御システムのその他の構成は実施例１に係るロボット制御システムの構成と同様であるので詳細な説明は省略する。

図４に示すように、ロボット１と可搬式無線操作盤４との間の距離が所定の距離より近い場合は、エラーｄ_e1が少しでも検出されたら警告を発生するか、ロボットを停止させる。

一方、ロボットと可搬式無線操作盤との間の距離が遠い時はエラー訂正されたデータの受信が許容される間隔を長く、または頻度を高くする。例えば、図４に示すように単発のエラーｄ_e2、ｄ_e3、ｄ_e4であればロボットを停止させない。

ただし、連続したエラー回数またはエラー頻度が基準を超えた場合には、警告を発生させるか、ロボットを停止させることが好ましい。例えば、図４に示した例では、エラーがｄ_e5、ｄ_e6と２回連続した場合までは許容し、ｄ_e5からｄ_e7までエラーが３回連続した場合は警告を発生させるか、ロボットを停止させるようにしてもよい。ただし、３回という回数は単なる一例であってこのような例には限られない。

以上説明したように、本発明の実施例３に係るロボット制御システムによれば、ロボットと可搬式無線操作盤との間の距離を測定し、その距離に応じて無線通信品質の基準となるエラー回数またはエラー頻度を変化させているので、安全性を損なわず利便性を高めることができる。

［実施例４］
次に、本発明の実施例４に係るロボット制御システムについて説明する。図５に本発明の実施例４に係るロボット制御システムおいて、ロボットと可搬式無線操作盤との間の距離が所定の距離より近い場合と遠い場合のそれぞれの場合における許容される無線通信信号の電波強度と信号波形との関係を示す。実施例４に係るロボット制御システムが実施例１に係るロボット制御システムと異なっている点は、無線通信の電波強度を測定することにより通信品質を監視する点である。実施例４に係るロボット制御システムのその他の構成は実施例１に係るロボット制御システムの構成と同様であるので詳細な説明は省略する。

ロボットと可搬式無線操作盤との間の距離が所定の距離より遠い場合は、許容される無線通信信号の電波強度を低くする。例えば、図５に示すようにロボットと可搬式無線操作盤との間の距離が所定の距離より近い場合は、時刻ｔ₁₀における無線通信信号の電波強度が、警告基準または停止基準であるＰ₁より小さいため、警告を発生し、またはロボットを停止させる。

一方、ロボットと可搬式無線操作盤との間の距離が所定の距離より遠い場合は、時刻ｔ₁₁における無線通信信号の電波強度が、警告基準または停止基準であるＰ₂より大きいため、警告を発生したり、またはロボットを停止させたりしない。

このように本発明の実施例４に係るロボット制御システムにおいては、警告発生またはロボット停止のための無線通信信号の電波強度の基準を、遠い場合（Ｐ₂）は近い場合（Ｐ₁）よりも小さくしている（Ｐ₂＜Ｐ₁）ので、安全性を損なわず利便性を高めることができる。

［実施例５］
次に、本発明の実施例５に係るロボット制御システムについて説明する。図６に本発明の実施例５に係るロボット制御システムの構成図を示す。実施例５に係るロボット制御システム１０５が実施例１に係るロボット制御システム１０１と異なっている点は、機械であるロボット１と可搬式無線操作盤４との間の距離をロボット１の周辺に設置されたレーザセンサ、圧力センサ、赤外線センサ、及びライトカーテンのうちの少なくとも１つを含むセンサ１６によって測定する点である。実施例５に係るロボット制御システムのその他の構成は実施例１に係るロボット制御システムの構成と同様であるので詳細な説明は省略する。

ロボット１の周辺に物体の侵入を検知できるセンサ１６（レーザセンサ、圧力センサ、赤外線センサ、ライトカーテン等）を設置すれば、図６に示した矢印のように可搬式無線操作盤４を持った作業者がセンサの感知領域１６０内に入ることにより、ロボット１に近づいたことを知ることができる。

ライトカーテンなどでは連続的に距離を知ることはできないが、通信品質の基準を緩和するレベルを細かく分ける必要が無ければ問題ない。例えば、ロボット稼動範囲の境界にセンサを設け、稼動範囲内に居る時は通信品質基準を厳しくし、稼動範囲外の時には通信品質基準を緩くするようにしてもよい。

また、センサのみでは作業者が可搬式無線操作盤４を持っているのかいないのか分からないが、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）タグを無線教示操作盤に持たせ、センサ通過時にＲＦＩＤタグ検出器で読み取るなど、他の手段を併用することで可搬式無線操作盤４がどの位置にあるかをより確実に知ることができる。

また、図７に示す実施例５の変形例に係るロボット制御システム１０５´のように、センサの代わりに、機械であるロボット１の周辺を撮像する固定カメラ１８の画像を解析することによって機械であるロボット１と可搬式無線操作盤４との間の距離を測定するようにしてもよい。固定カメラ１８を設置した場合、固定カメラの撮像範囲１８０に入ったときに画像認識によって可搬式無線操作盤４を持った作業者がロボットに対しどの位置に居るのかを知ることができる。

操作可能な可搬式無線操作盤を持っているかどうかの判断は、センサの場合と同様ＲＦＩＤタグなどを併用することで実現することができる。

これらの例に限らず、ロボットと無線教示操作盤との間の距離を測る手段は様々な手段を併用することでも実現可能であり、各々の使用状況（工場内の環境（汚れ、粉塵、温度）、ロボット及び作業者の数、無線教示操作盤の数、ロボットの設置場所を移動させる頻度など）によって適切に選択することができる。

１ ロボット
２ 制御装置
４ 可搬式無線操作盤
６ 距離測定部
７ 通信監視部
８ 警告発生部
１０ 基準変更部
１６ センサ
１８ 固定カメラ
２１ 制御装置側送受信機
４１ 送受信機

Claims (7)

1. 機械を制御する制御装置と、
   前記制御装置と無線通信可能で、前記機械を操作する可搬式無線操作盤と、
   前記機械と前記可搬式無線操作盤との間の距離を測定する距離測定部と、
   前記制御装置と前記可搬式無線操作盤との間の無線通信の通信品質を監視する通信監視部と、
   前記通信品質が所定の基準を下回った場合に作業者に対して警告を発し、または前記機械を停止させる警告発生部と、
   前記所定の基準を前記機械と前記可搬式無線操作盤との間の距離によって変更する基準変更部と、
   を有することを特徴とするロボット制御システム。
2. 前記無線通信が確立していることを確認するためのライブデータの送受間隔を測定することにより前記通信品質を監視する、請求項１に記載のロボット制御システム。
3. 前記制御装置と前記可搬式無線操作盤との間で送受信され、前記機械を停止させるかどうかを示す安全信号の送受間隔を測定することにより前記通信品質を監視する、請求項１に記載のロボット制御システム。
4. 前記制御装置と前記可搬式無線操作盤との間で送受されるエラー検出コードまたはエラー訂正コード付きデータがエラー無しで送受された間隔またはエラーの頻度を測定することにより前記通信品質を監視する、請求項１に記載のロボット制御システム。
5. 前記無線通信の電波強度を測定することにより前記通信品質を監視する、請求項１に記載のロボット制御システム。
6. 前記機械と前記可搬式無線操作盤との間の距離を機械周辺に設置されたレーザセンサ、圧力センサ、赤外線センサ、及びライトカーテンのうちの少なくとも１つを含むセンサによって測定する、請求項１に記載のロボット制御システム。
7. 前記機械周辺を撮像する固定カメラの画像を解析することによって前記機械と前記可搬式無線操作盤との間の距離を測定する、請求項１に記載のロボット制御システム。

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