JP6687654B2

JP6687654B2 - 協働ロボットの制御装置及び制御方法

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Publication number: JP6687654B2
Application number: JP2018046375A
Authority: JP
Inventors: 康広内藤
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2038-03-14
Also published as: CN110271019B; DE102019105743A1; US10882188B2; US20190283253A1; CN110271019A; JP2019155538A

Description

本発明は、協働ロボットを制御するロボット制御装置及びロボット制御方法に関する。

コンベヤ等の搬送装置によって搬送される自動車の車体等の作業対象に対して、ロボットを用いて部品を取り付ける作業を行う技術が知られている（例えば特許文献１）。

また、搬送装置の停止や急発進に伴うロボットやワークの破損を防止するための技術が知られており（例えば特許文献２及び３参照）、さらに、車両用物品や保持治具に偶発的な外力が加わっても該物品の損傷や作業者の負傷を防止する技術も周知である（例えば特許文献４参照）。

特開２０１３−１６９６１６号公報特開２０１４−１４０９４４号公報特開２００９−２０２２８１号公報特開２００４−２０３３１２号公報

コンベヤによって搬送されてくるワークに対して部品を取り付ける等の作業は、現状では殆ど人間（作業者）が行っており、ロボットによる自動化が望まれている。しかし全ての作業をロボットが行うことは技術的にもコスト的にも現実的でないことから、人間が行っていた作業の一部をロボットに担わせることが推進されている。この場合、人間とロボットが作業領域を共有することから、このようなロボットとしては、人間の安全確保のために、人間と接触したときに停止する機能を備えた協働ロボットが使用される。

そのような協働ロボットが、コンベヤによって移動中のワークに対して作業を行っているときに、作業者がロボットに接触した場合、ロボットは安全のために停止する。しかしこのときにコンベヤが動き続けていると、ワークが停止中のロボットに衝突し、ワーク又はロボットが損傷する虞がある。また、作業者がワークとロボットとの間に挟まれて、負傷する虞もある。

本開示の一態様は、所定の搬送方向に移動する搬送部によって搬送されるワークに対して作業を行うとともに、前記搬送部とは異なる部位に設置されたロボットを制御するロボット制御装置であって、前記搬送部が停止動作を開始したときに、前記ロボットの動作を停止させるためのロボット停止指令を出力するロボット停止指令部を備え、前記ロボット停止指令は、前記搬送方向について前記ロボットの可動部が前記ワークより前方に位置しているときは、前記可動部を、前記搬送方向について前記搬送部よりも高速で移動させ、かつ前記搬送方向について前記搬送部の惰走距離より長い惰走距離を走行させてから停止させる第１の停止指令と、前記搬送方向について前記ロボットの前記可動部が前記ワークより後方に位置しているときは、前記可動部を、前記搬送方向について前記搬送部よりも低速で移動させ、かつ前記搬送方向について前記搬送部の惰走距離より短い惰走距離を走行させてから停止させる第２の停止指令との少なくとも一方を含む、ロボット制御装置である。

本開示の他の態様は、所定の搬送方向に移動する搬送部によって搬送されるワークに対して作業を行うとともに、前記搬送部とは異なる部位に設置されたロボットを制御するロボット制御方法であって、前記搬送部が停止動作を開始したときに、前記ロボットの動作を停止させるためのロボット停止指令を出力することを含み、前記ロボット停止指令は、前記搬送方向について前記ロボットの可動部が前記ワークより前方に位置しているときは、前記可動部を、前記搬送方向について前記搬送部よりも高速で移動させ、かつ前記搬送方向について前記搬送部の惰走距離より長い惰走距離を走行させてから停止させる第１の停止指令と、前記搬送方向について前記ロボットの前記可動部が前記ワークより後方に位置しているときは、前記可動部を、前記搬送方向について前記搬送部よりも低速で移動させ、かつ前記搬送方向について前記搬送部の惰走距離より短い惰走距離を走行させてから停止させる第２の停止指令との少なくとも一方を含む、ロボット制御方法である。

本開示によれば、コンベヤが減速動作を開始してから停止するまでの間に、コンベヤ上のワークがロボットと接触したり、該ワークと該ロボットとの間に人間が挟まれたりすることを防止することができる。

協働ロボットシステムの一構成例を示す。（ａ）ロボットがワークより搬送方向について前方に位置する場合を例示し、（ｂ）（ａ）の状態から、コンベヤ及びロボットが惰走した状態を例示する。（ａ）ロボットがワークより搬送方向について後方に位置する場合を例示し、（ｂ）（ａ）の状態から、コンベヤ及びロボットが惰走した状態を例示する。

図１は、好適な実施形態に係るロボット制御装置を含む協働ロボットシステムの概略構成例を示す。協働ロボットシステム１０は、ロボット制御装置１２と、ロボット制御装置１２によって制御される協働ロボット（以下、単にロボットを称する）１４と、ロボット１４の作業対象であるワーク（図示例では自動車の車体）１６を搬送する搬送装置（コンベヤ）１８とを有し、ロボット１４は車体１６に対して所定の作業を行えるように構成されている。また協働ロボットシステム１０では、人間（作業者）１９もワーク１６に対して部品の取り付けや組立等の所定の作業を行えるようになっており、作業者１９及びロボット１４は共通の作業領域を有する。従って作業者１９は、ロボット１４に意図せずに接触する場合がある。

コンベヤ１８は、ベルトコンベヤ、スキッドコンベヤ又はオーバーヘッドコンベヤ等、所定のワーク１６を搬送可能な種々の構造を有し、ワーク１６を保持するとともに所定の搬送方向（図示例では、矢印２０で示すような左方から右方）に移動可能に構成された搬送部２２と、搬送部２２（ワーク１６）の位置を検出するための位置検出部２４とを有する。位置検出部２４は例えば、コンベヤ１８に設けられた（より具体的には、搬送部２２を駆動するモータ等に取り付けられた）エンコーダ２６と、ワークが所定の搬送方向位置（破線２８で例示）を通過したことを検知する赤外線センサ３０とを有する。

協働ロボットシステム１０では、ワーク１６が位置２８を通過したときのエンコーダ２６の値を記録し、その後のエンコーダ２６の値（出力）を所定の時間間隔で取得することにより、ロボット１４に対する搬送部２２（ワーク１６）の位置、搬送部２２の速度、及び搬送部２２の惰走距離（後述）等をリアルタイムで求めることができる。或いは位置検出部として、コンベヤ１８の上方又は側方にカメラ等の２次元センサ、エリアセンサ又は３次元センサ（図示せず）を設けてもよく、カメラを使用した場合は、所定の時間間隔で取得したカメラ画像の処理結果に基づいて、ワーク１６とロボット１４との相対位置関係を所定の時間間隔で求めることができる。また或いは、ワーク１６に対するロボット１４の作業（一連の動作）に関する教示を行う際に、ロボット１４とワーク１６との位置関係をメモリ等に記録しておき、コンベヤ１８が停止動作を開始したときの位置関係が、後述する第１の状態及び第２の状態に相当するかをロボット制御装置１２が判断できるようにしてもよく、この場合は当該判断を行う要素（プロセッサ等）が位置検出部に相当する。

一方、ロボット１４は、例えば６軸の多関節ロボットであり、コンベヤ１８の搬送部２２とは異なる部位（例えばコンベヤ１８近傍の床面）に設置されたベース部３２と、ベース部３２に対して可動に取り付けられたロボットアーム等の可動部３４と、ロボットアーム３４の先端に取り付けられたロボットハンド等のエンドエフェクタ３６とを有し、ロボット制御装置１２からの指令に基づいて、ワーク１６に対して部品（図示せず）を取り付ける作業や、ワーク１６の一部を加工する作業等の、所定の作業を行うように構成されている。

ロボット制御装置１２は、コンベヤ１８の搬送部２２が停止動作を開始したときに、ロボット１４の動作を停止させるためのロボット停止指令を出力するロボット停止指令部３８を備え、また該ロボット停止指令は、コンベヤ１８（搬送部２２）の搬送方向２０についてロボット１４の可動部３４がワーク１６より前方に位置しているときは、ロボット１４の可動部３４を、搬送方向２０について、搬送部２２よりも高速で移動させ、かつ搬送部２２の惰走距離より長い惰走距離を走行させてから停止させる第１の停止指令と、コンベヤ１８の搬送方向２０についてロボット１４の可動部３４がワーク１６より後方に位置しているときは、ロボット１４の可動部３４を、搬送方向２０について、搬送部２２よりも低速で移動させ、かつ搬送部２２の惰走距離より短い惰走距離を走行させてから停止させる第２の停止指令との少なくとも一方を含む。

またロボット制御装置１２は任意に、ロボット１４に対して人間やワーク１６以外の物体が接触したことを検知する接触検知部４０と、接触検知部４０がロボット１４に対する接触を検知したときに、コンベヤ１８（搬送部２２）を停止させるための搬送停止指令を出力する搬送停止指令部４２とをさらに備えてもよい。なおロボット１４への接触検知は、例えばロボット１４の表面に設けた接触センサ、ロボット１４の各軸に設けたトルクセンサ、又はベース部３２の下部に設けた６軸力覚センサ４４等からの出力（信号等）をロボット制御装置１２の接触検知部４０が受信することによって行うことができる。またロボット停止指令部３８がロボット１４にロボット停止指令を送るタイミングと、搬送停止指令部４２がコンベヤ１８に対して搬送停止指令を送るタイミングは、同時にすることもできる。

またロボット制御装置１２は、作業者１９が各種の設定を行えるように、キーボードやタッチパネル等の適当な入力部（図示せず）を具備してもよい。またロボット停止指令部３８、接触検知部４０及び搬送停止指令部４２等のロボット制御装置１２の構成要素は、例えば電算機のＣＰＵ（中央処理装置）等のプロセッサを機能させるためのソフトウェアとしても構成可能である。或いは例えば、当該ソフトウェアの処理の少なくとも一部を実行可能なプロセッサやメモリ等のハードウェアとして実現可能である。

搬送停止指令は、例えばコンベヤ１８を制御するコンベヤ制御装置４６に送られ、コンベヤ制御装置４６は、例えば演算処理装置（プロセッサ）及び記憶装置（メモリ）を有し、該搬送停止指令に基づいて搬送部２２の停止動作を実行する。但し搬送部２２の停止はロボットへの接触が検知された場合に限られず、例えばコンベヤ１８又はロボット１４に何らかの異常が生じた場合等、搬送部２２を安全確保等の理由から速やかに停止させるべき場合にも、搬送部２２の停止動作が開始され得る。なおコンベヤ制御装置４６（の機能）は、ロボット制御装置１２内に組み込むこともできる。

次に、搬送部２２が停止動作を開始したときのロボット１４の停止動作について説明する。図２は、図１のシステム１０を上方から見た図であり、ロボットへの接触検知等によって、搬送停止指令が出力された直後のワーク１６とロボット１４の可動部３４（エンドエフェクタ３６）との位置関係を表す。先ず図２（ａ）に示す状態では、搬送方向２０についてロボット１４の可動部３４がワーク１６より前方側に位置しているので、可動部３４を、搬送方向２０について搬送部２２（ワーク１６）よりも高速で移動させ、かつ搬送方向２０について搬送部２２の惰走距離Ｄ１より長い惰走距離Ｄ２を走行させてから停止させる第１の停止指令が出力される。

ここで、可動部３４（エンドエフェクタ３６）は、搬送方向２０と同方向に移動してもよいが、可動部３４とワーク１６との間の最短距離が縮小しない限り、搬送方向２０とは異なるが、搬送方向２０に平行な成分を含む方向に移動させてもよい。この場合、該平行な成分が、ワーク１６の移動速度よりも大きくなるように設定される。

一方、図２（ｂ）の状態では、搬送方向２０についてロボット１４の可動部３４がワーク１６より後方側に位置しているので、可動部３４を、搬送方向２０について搬送部２２（ワーク１６）よりも低速で移動させ、かつ搬送方向２０について搬送部２２の惰走距離Ｄ１より短い惰走距離Ｄ３を走行させてから停止させる第２の停止指令が出力される。

またここでも図２（ａ）と同様に、可動部３４（エンドエフェクタ３６）は、搬送方向２０と同方向に移動してもよいが、可動部３４とワーク１６との間の最短距離が縮小しない限り、搬送方向２０とは異なるが、搬送方向２０に平行な成分を含む方向に移動させてもよい。この場合、該平行な成分が、ワーク１６の移動速度よりも小さくなるように設定される。

本開示において「搬送方向についてロボットの可動部がワークより前方に位置する」とは、ロボットの可動部の位置（例えばツール先端点等の代表点）よりも搬送方向前方側にワークが存在せず、可動部を搬送方向に移動させてもワークと衝突しない状態を意味する。つまり「搬送方向についてロボットの可動部がワークより前方に位置する」状態（以降、第１の状態と称する）から、該可動部がさらに搬送方向についての前方側に移動した場合、ワークとロボットの可動部との間の最短距離は拡大することになる。例えば、図２（ａ）に示した状態が第１の状態に相当するが、これ以外にも、ワーク１６の搬送方向２０についての先端５０よりも可動部３４（エンドエフェクタ３６）が搬送方向前方に位置している場合も第１の状態に該当する。

同様に、本開示において「搬送方向についてロボットの可動部がワークより後方に位置する」とは、ロボットの可動部の位置（例えばツール先端点等の代表点）よりも搬送方向後方側にワークが存在せず、可動部を搬送方向と反対方向に移動させてもワークと衝突しない状態を意味する。つまり「搬送方向についてロボットがワークより後方に位置する」状態（以降、第２の状態と称する）からワークがさらに搬送方向と逆方向に移動した場合、ワークとロボットの可動部との間の最短距離は拡大することになる。例えば、図３（ａ）に示した状態が第２の状態に相当するが、これ以外にも、ワーク１６の搬送方向２０についての後端５２よりも可動部３４（エンドエフェクタ３６）が搬送方向後方に位置している場合も第２の状態に該当する。

ロボットと作業者が作業領域を共有する協働システムにおいて何らかの異常が発生したときは、作業者の安全確保のためにコンベヤ及びロボットを即時停止させることが望ましいが、一般にコンベヤは停止指令を受信しても即時停止せず、その搬送速度や搬送中のワークの重量等に応じた惰走距離を走行した後に停止する。従って従来は、ロボットが即時停止してもコンベヤ上のワークとロボットとの距離が縮小し、故にワークとロボットとの間に作業者が挟まれて負傷する虞があった。

そこで本実施形態では、図２及び図３のいずれの場合でも、ロボットはワークとの距離が拡大するように移動してから停止するので、コンベヤ１８が停止動作を開始してから、搬送部２２が一定の惰走距離Ｄ１を走行して停止するまでの間に、ワーク１６とロボット１４の可動部３４との間の距離が縮小することはない。従ってワーク１６とロボット１４との間に作業者１９が挟まれて負傷することが確実に防止される。また、ワークとロボットが衝突して一方又は双方が損傷することも防止される。

図２及び図３において、コンベヤ１８の搬送部２２の惰走距離Ｄ１は、搬送停止指令を受信したときの速度等にもよるが、概ね数ｃｍ〜数十ｃｍの範囲である。また図２におけるロボット１４の惰走距離Ｄ２は、搬送部２２の惰走距離Ｄ１より大きく、かつ、例えば惰走距離Ｄ１の１．５倍以下、２倍以下、３倍以下の値に設定される。また図３におけるロボット１４の惰走距離Ｄ３は、搬送部２２の惰走距離Ｄ１より小さく、かつ、例えば惰走距離Ｄ１の２／３以下、１／２以下、１／３以下の値に設定される。

上述の実施形態では、接触検知後（停止指令出力後）のロボットの可動部はワークと同じ方向（搬送方向）に移動（惰走）しているが、該可動部は搬送方向と異なる方向に移動してもよい。但しその場合、ロボットの可動部の移動方向は少なくともワークの搬送方向に平行な成分を含み、該平行な成分が、接触検知時に該可動部がワークより搬送方向前方にあるときはワークの搬送速度よりも大きく、一方、接触検知時に該可動部がワークより搬送方向後方にあるときはワークの搬送速度よりも小さくなるように設定される。

また上述の実施形態では、搬送部２２が停止動作を開始したときに、搬送方向２０についてロボット１４の可動部３４がワーク１６より前方に位置している場合（図２）と、搬送方向２０についてロボット１４の可動部３４がワーク１６より後方に位置している場合（図３）とを説明したが、これらの中間の状態、例えば搬送部２２が停止動作を開始したときに、ロボット１４の可動部３４がワーク１６の内部空間に位置している場合もあり得る。しかしこのような場合にロボット１４と搬送部２２とで移動速度又は惰走距離を異ならせると、可動部３４がワーク１６に衝突する等の不都合が生じ得る。そこでこのような場合は、ロボット１４はワーク１６に対して追従動作（同方向に同速度で移動）を行うことが好ましい。

１０ロボットシステム
１２ロボット制御装置
１４ロボット
１６ワーク
１８コンベヤ
１９作業者
２０搬送方向
２２搬送部
２４位置検出部
２６エンコーダ
３０赤外線センサ
３２ベース部
３４可動部
３６エンドエフェクタ
３８ロボット停止指令部
４０接触検知部
４２搬送停止指令部
４４力覚センサ
４６コンベヤ制御装置

Claims

所定の搬送方向に移動する搬送部によって搬送されるワークに対して作業を行うとともに、前記搬送部とは異なる部位に設置されたロボットを制御するロボット制御装置であって、
前記搬送部が停止動作を開始したときに、前記ロボットの動作を停止させるためのロボット停止指令を出力するロボット停止指令部を備え、
前記ロボット停止指令は、
前記搬送方向について前記ロボットの可動部が前記ワークより前方に位置しているときは、前記可動部を、前記搬送方向について前記搬送部よりも高速で移動させ、かつ前記搬送方向について前記搬送部の惰走距離より長い惰走距離を走行させてから停止させる第１の停止指令と、
前記搬送方向について前記ロボットの前記可動部が前記ワークより後方に位置しているときは、前記可動部を、前記搬送方向について前記搬送部よりも低速で移動させ、かつ前記搬送方向について前記搬送部の惰走距離より短い惰走距離を走行させてから停止させる第２の停止指令との少なくとも一方を含む、
ロボット制御装置。
前記ロボットに対する接触を検知する接触検知部と、
前記接触検知部が前記ロボットに対する接触を検知したときに、前記搬送部を停止させるための搬送停止指令を出力する搬送停止指令部と、をさらに備える、請求項１に記載のロボット制御装置。
所定の搬送方向に移動する搬送部によって搬送されるワークに対して作業を行うとともに、前記搬送部とは異なる部位に設置されたロボットを制御するロボット制御方法であって、
前記搬送部が停止動作を開始したときに、前記ロボットの動作を停止させるためのロボット停止指令を出力することを含み、
前記ロボット停止指令は、
前記搬送方向について前記ロボットの可動部が前記ワークより前方に位置しているときは、前記可動部を、前記搬送方向について前記搬送部よりも高速で移動させ、かつ前記搬送方向について前記搬送部の惰走距離より長い惰走距離を走行させてから停止させる第１の停止指令と、
前記搬送方向について前記ロボットの前記可動部が前記ワークより後方に位置しているときは、前記可動部を、前記搬送方向について前記搬送部よりも低速で移動させ、かつ前記搬送方向について前記搬送部の惰走距離より短い惰走距離を走行させてから停止させる第２の停止指令との少なくとも一方を含む、
ロボット制御方法。