JP7384647B2

JP7384647B2 - ロボットシステム

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Publication number: JP7384647B2
Application number: JP2019214445A
Authority: JP
Inventors: 成貴篠原
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-11-27
Filing date: 2019-11-27
Publication date: 2023-11-21
Anticipated expiration: 2039-11-27
Also published as: US11485017B2; DE102020130641A1; JP2021084167A; US20210154847A1; CN112847331A

Description

本発明はロボットシステムに関する。

従来、ロボットを遠隔から操作する遠隔操作装置に非常停止ボタンを設ける技術が知られている。また、遠隔操作装置に設けられた姿勢センサ、加速度センサ等の検出結果に基づき、操作者の異常の有無を判断する技術が知られている。例えば特許文献１を参照されたい。
また、イネーブルスイッチおよび非常停止スイッチを設けた手袋が知られている。例えば特許文献２を参照されたい。

特開２０１０－５８２１６号公報特開２０１６－６００１７号公報

上記の技術では、ロボットを停止させるために非常停止ボタンを操作する必要がある。この場合、操作者が転倒した場合等に非常停止ボタンの操作が遅れ、これによりロボットの非常停止が遅くなる可能性がある。
また、前者の技術では、遠隔操作装置を持っていない者の異常は検出されない。また、後者の技術では、複数の者がイネーブルスイッチおよび非常停止スイッチを設けた手袋を装着していると、ロボットの制御を安定して行うことができない。

前述の事情に鑑み、ロボットの周囲における安全性をより確実に向上できる技術が望まれる。

本開示の一態様のロボットシステムは、ロボット制御装置によって制御されるロボットと、前記ロボットの周囲に存在する人が装着又は所持する無線通信デバイスと、を備え、前記無線通信デバイスは加速度を検出できるセンサを有し、前記無線通信デバイスは、前記人によって前記無線通信デバイスが操作されていない状態で、前記加速度に関する情報を前記ロボットの前記ロボット制御装置に送信するように構成され、前記ロボット制御装置は、前記加速度が閾値を超えると、前記ロボットの動作制限を行い、前記無線通信デバイスの高さを検出する高さ検出装置を備え、前記ロボット制御装置は、前記高さ検出装置の検出結果に応じて、前記閾値を変更する。
本開示の他の態様のロボットシステムは、ロボット制御装置によって制御されるロボットと、前記ロボットの周囲に存在する人が装着又は所持する無線通信デバイスと、を備え、前記無線通信デバイスは加速度を検出できるセンサを有し、前記無線通信デバイスは、前記人によって前記無線通信デバイスが操作されていない状態で、前記加速度に関する情報を前記ロボットの前記ロボット制御装置に送信するように構成され、前記ロボット制御装置は、前記加速度が閾値を超えると、前記ロボットの動作制限を行い、前記ロボット制御装置における前記ロボットの前記動作制限の有効／無効を切替える設定手段を有し、前記設定手段は、前記複数のロボットのうち前記無線通信デバイスの前記情報を送信しないロボットを設定可能である。

一実施形態のロボットシステムの概略斜視図である。本実施形態のロボット制御装置および無線通信デバイスのブロック図である。本実施形態の第１変形例の概略図である。本実施形態の第２変形例の概略図である。本実施形態の無線通信デバイスの概略正面図である。本実施形態の教示操作盤の概略正面図である。本実施形態の第３変形例の概略図である。

本開示の一実施形態に係るロボットシステムが、図面を用いながら以下説明されている。
図１に示されるように、一実施形態のロボットシステムは、ロボット１と、ロボット１を制御するためのロボット制御装置２０とを備える。ロボット１のアーム１０の先端部である手首フランジ１２には、ロボット１によって行う作業に応じた様々なツールが取付けられ、ロボット１はツールを用いて作業を行う。アーム１０の先端部にツールが取付けられない場合もある。

このロボットシステムは、ロボット１の周囲に存在する人である操作者ＯＰが装着又は所持する無線通信デバイス３０を備える。本実施形態では、無線通信デバイス３０は帽子又はヘルメットに取付けられ、これにより操作者ＯＰの頭部に無線通信デバイス３０が装着されている。

ロボット１のアーム１０は、複数のアーム部材および複数の関節を備えている。また、アーム１０は、複数の関節をそれぞれ駆動する複数のサーボモータを備えている。各サーボモータとして、回転モータ、直動モータ等の各種のサーボモータが用いられ得る。各サーボモータはその作動位置および作動速度を検出するための作動位置検出装置を有し、作動位置検出装置は一例としてエンコーダである。作動位置検出装置の検出値はロボット制御装置２０に送信される。

ロボット制御装置２０は、図２に示されるように、ＣＰＵ等のプロセッサ２１と、表示装置２２と、不揮発性ストレージ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有する記憶装置２３と、キーボード、タッチパネル、操作盤等である入力装置２４と、信号の送受信を行うための送受信部２５とを備えている。送受信部（受信部）２５はアンテナを有し、アンテナを用いて信号の送信および受信を行う。また、入力装置２４および送受信部２５は入力部として機能する。ロボット制御装置２０は無線通信デバイス３０と近距離無線通信によって通信する。本実施形態ではロボット制御装置２０はロボット１に設けられているが、ロボット制御装置２０が、ロボット１の外に設けられており上記の構成を有するコンピュータであってもよい。

記憶装置２３にはシステムプログラム２３ａが格納され、システムプログラム２３ａはロボット制御装置２０の基本機能を担っている。記憶装置２３には動作プログラム２３ｂも格納されている。動作プログラム２３ｂはロボット１の基準座標系を基準に作成され、当該基準座標系においてアーム１０の先端部に取付けられたツールの例えば先端を所定の作業位置に順次配置するためのものである。

ロボット制御装置２０は、入力装置２４の一部として、タブレットコンピュータ等から成る教示操作盤２４ａを有する。一例では、教示操作盤２４ａはタッチスクリーン等の入力部を有し、教示操作盤２４ａは例えば動作プログラム２３ｂの作成、ロボット１のアーム１０のマニュアル操作等の際に使われる（図１）。図１では、操作者ＯＰは、教示操作盤２４ａを用いて動作プログラム２３ｂを設定している。

無線通信デバイス３０は、図２に示されるように、ＣＰＵ等のプロセッサ３１と、表示装置３２と、不揮発性ストレージ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有する記憶装置３３と、タッチパネル、ボタン、ダイヤル、各種キー等である入力装置３４と、信号の送受信を行うための送受信部３５とを備えている。送受信部３５はアンテナを有し、アンテナを用いて信号の送信および受信を行う。また、入力装置３４および送受信部３５は入力部として機能する。

一例では、送受信部３５は、ブルートゥース（登録商標）等の公知の近距離無線通信を用いて、ロボット制御装置２０との通信を行う。無線通信デバイス３０は、加速度を検出できるセンサ３６を備える。センサ３６として、１軸加速度計、２軸加速度計、３軸加速度計、６軸加速度計、ジャイロセンサ等を用いることができる。ジャイロセンサは傾き方向の加速度を検出できる。

無線通信デバイス３０は、センサ３６による加速度の検出結果を、加速度に関する情報（以下、単に「加速度情報」と称する場合がある）として、近距離無線通信によってロボット制御装置２０に逐次送信する。一例では、無線通信デバイス３０に入力装置３４が設けられ、入力装置３４の操作によって、加速度情報のロボット制御装置２０への送信／非送信が切替えられる。または、ロボット制御装置２０の操作に応じて、加速度情報のロボット制御装置２０への送信／非送信が切替えられる。

他の例では、無線通信デバイス３０とロボット制御装置２０との距離に応じて、ロボット制御装置２０が無線通信デバイス３０からの加速度情報の受信／非受信を切替える。前記距離は、一例では、ロボット制御装置２０が受信する無線通信デバイス３０からの信号の強度、又は、無線通信デバイス３０が受信するロボット制御装置２０からの信号の強度に基づき計算される。このように距離の測定結果を取得するロボット制御装置２０および無線通信デバイス３０は、距離測定手段として機能する。

ロボット制御装置２０は、無線通信デバイス３０から加速度情報を受信し、受信した情報に基づき加速度が閾値を超えたと判断されると、後述のようにロボット１の動作制限を行う。なお、本実施形態では、無線通信デバイス３０から加速度情報を受信するロボット制御装置２０では、加速度情報に応じたロボット１の動作制限が有効になる。

さらに他の例では、無線通信デバイス３０が所定のエリアに侵入した際に、加速度情報のロボット制御装置２０への送信が開始されてもよい。または、無線通信デバイス３０が所定のエリアに侵入した際に、加速度情報のロボット制御装置２０による受信が開始されてもよい。例えば、所定のエリアの周縁に複数のアンテナが配置され、各アンテナに対する無線通信デバイスの位置がロボット制御装置２０又は無線通信デバイス３０によって計算され、無線通信デバイス３０が所定のエリアに侵入したか否かが判断される。

記憶装置２３には動作制限プログラム２３ｃが格納されている。ロボット制御装置２０は、無線通信デバイス３０から受信する前記検出結果が所定の基準を超えると、アーム１０の停止、アーム１０の動作速度低減等のアーム１０の動作制限を行う。
例えば、センサ３６によって検出される加速度の大きさが所定の値を超えた時、加速度の所定の方向における加速度の大きさが所定の値を超えた時等に、ロボット制御装置２０はアーム１０の動作制限を行う。

帽子、ヘルメット、ヘッドバンド等に無線通信デバイス３０が予め取付けられていると、加速度計であるセンサ３６の各軸の方向を、上下方向、水平方向等とおおよそ対応させることができる。このため、例えば上下方向の加速度に応じてアーム１０の動作制限を行うことが可能となる。

操作者ＯＰの胸部、肩部、腹部、背中部、腰部、又は臀部に取付けられる標識札、ネームプレート、バンド等に無線通信デバイス３０が予め取付けられている場合も、加速度計であるセンサ３６の各軸の方向を、上下方向、水平方向等とおおよそ対応させることができる。

無線通信デバイス３０が操作者ＯＰの頭部に装着されると、操作者ＯＰが意図せず姿勢を崩した時、操作者ＯＰが驚いた時等に、センサ３６によって大きな加速度が検出される傾向がある。無線通信デバイス３０が胸部、肩部、背中部等に装着される場合も、頭部に装着される場合と同様の傾向がある。無線通信デバイス３０が腰部、臀部等に装着される場合も、操作者ＯＰが意図せず姿勢を崩した時、操作者ＯＰが驚いた時等に、センサ３６によって特有の加速度が検出される傾向がある。

無線通信デバイス３０が操作者ＯＰによって所持されていてもよい。例えば、図１に示されるように、無線通信デバイス３０が操作者ＯＰの衣服の胸ポケット、ズボンのポケット等に入れられ、これにより無線通信デバイス３０が操作者ＯＰによって所持されていてもよい。
上記のように無線通信デバイス３０が操作者ＯＰによって装着又は所持される場合、操作者ＯＰは無線通信デバイス３０を手で持つ必要がない。つまり、無線通信デバイス３０は、操作者ＯＰによって操作されていない状況で、加速度情報をロボット制御装置２０に送信する。このため、操作者ＯＰはその両手を教示操作盤２４ａの操作、入力装置２４の操作等に不自由無く使用することができる。

なお、無線通信デバイス３０がアーム１０の動作制限を行うか否かの判断を行い、無線通信デバイス３０が、加速度情報として、動作制限を行わせるための信号をロボット制御装置２０に送信してもよい。なお、動作制限を行わせるための信号は、加速度が閾値を超えたことを示す信号の一種である。

また、図３に示されるように、ロボット１の周囲に操作者ＯＰ、見学者Ｖ等の複数の人が存在する場合に、複数の人がそれぞれ無線通信デバイス３０を装着又は所持していてもよい。この場合、複数の無線通信デバイス３０が加速度情報をロボット制御装置２０に送信する。そして、何れかの無線通信デバイス３０からロボット制御装置２０にアーム１０に動作制限を行わせるべきであることを示す加速度情報が送信されると、ロボット制御装置２０はアーム１０の動作制限を行う。

また、図４に示されるように、所定のエリアに複数のロボット１が存在し、複数のロボット１の周囲に１人又は複数の人が存在しており、無線通信デバイス３０から複数のロボット１のロボット制御装置２０にそれぞれ加速度情報が送信されてもよい。例えば、図４において、操作者ＯＰの無線通信デバイス３０からロボット制御装置２０にアーム１０に動作制限を行わせるべきであることを示す加速度情報が送信されると、ロボット制御装置２０はアーム１０の動作制限を行う。なお、図４の態様において、複数のロボット１においてそれぞれ設定されている動作制限を行う閾値が互いに異なっていてもよい。

上記構成において、無線通信デバイス３０の表示装置３２に、図５に示されるように、加速度情報が送られるロボット１が表示されてもよい。図５の場合、加速度情報が送られるロボット１が斜線で示されている。

また、上記構成において、ロボット制御装置２０の表示装置２２、教示操作盤２４ａの表示装置、他のコンピュータの表示装置に、単一のロボット１又は複数のロボット１が示され、各ロボット１に加速度情報が送るように設定されている無線通信デバイス３０が表示されてもよい。例えば、図６に示されるように、教示操作盤２４ａの表示装置に、２つのロボット１と、各々のロボット１に加速度情報が送られるように設定されている無線通信デバイス３０が表示される。図６の場合、加速度情報を送る無線通信デバイス３０が斜線で示されている。

例えば図５の場合に、操作者ＯＰは、入力装置３４等の操作によって、加速度情報を送信するロボット１を設定できる。この場合、無線通信デバイス３０は、ロボット制御装置２０におけるロボット１の動作制限の有効／無効を切替える設定手段として機能する。

また、図６の場合に、操作者は教示操作盤２４ａのタッチスクリーンの操作によって、各無線通信デバイス３０から加速度情報の送信をするロボット１を設定できる。この場合、教示操作盤２４ａは、ロボット制御装置２０におけるロボット１の動作制限の有効／無効を切替える設定手段として機能する。当該設定は、表示装置２２および入力装置２４を用いて行われてもよく、他のコンピュータを用いて行われてもよい。このように、無線通信デバイス３０以外で当該設定が行われると、無線通信デバイス３０を装着している人が当該設定を変更できない。このような構成は、ロボット１の周囲の人の安全性を向上する上で有利である。

また、上記構成において、図７に示されるように、無線通信デバイス３０の高さを検出する高さ検出装置５０が設けられてもよい。高さ検出装置５０は、例えば、第１アンテナ５１と、第１アンテナ５１よりも低い位置に設けられた第２アンテナ５２とを備える。各アンテナ５１，５２はロボット制御装置２０、無線通信デバイス３０、その他のコンピュータ等に、無線通信デバイス３０から受信する信号の強度に関する信号（検出結果）を送信する。当該信号を受信すると、ロボット制御装置２０、無線通信デバイス３０、その他のコンピュータ等は、各アンテナ５１，５２の信号の強度に応じて、無線通信デバイス３０の高さを判断することができる。

そして、ロボット制御装置２０が、各アンテナ５１，５２の検出結果、即ち、無線通信デバイス３０の高さに応じて、アーム１０の動作制限を行う加速度の閾値を変更してもよい。
例えば、無線通信デバイス３０が第２アンテナ５２よりも低い位置に配置されると、ロボット制御装置２０はロボット１の動作制限を行う加速度の閾値を下げる。無線通信デバイス３０が頭部、胸部、肩部等の操作者ＯＰの高い位置に装着されることが決まっている場合は、無線通信デバイス３０の高さが低くなることは、操作者ＯＰが屈んでいること、倒れていること等を示している可能性が高い。このような場合、通常よりも加速度の閾値を下げると、操作者ＯＰがより安全に作業を行うことができる。

上記実施形態では、操作者ＯＰによって操作されていない状況で、無線通信デバイス３０から加速度情報がロボット制御装置２０に送信される。当該構成によって、ロボット制御装置２０によるロボット１の動作制限が適切なタイミングで確実に行われる状況を実現可能である。

また、上記実施形態では、無線通信デバイス３０からの加速度情報が複数のロボット制御装置２０に送信される。当該構成は、複数のロボット１を用いる例えば溶接ライン等においてロボット１の周囲の人の安全を確保するために有利である。
また、上記実施形態では、複数の無線通信デバイス３０からの加速度情報がロボット制御装置２０に送信される。当該構成は、単一又は複数のロボット１の周囲に複数の人が存在する場合でも、各人の安全を確保することができる。

また、上記実施形態では、ロボット制御装置２０におけるロボット１の動作制限の有効／無効を、無線通信デバイス３０を用いて切替えることができる。当該構成は、ロボット１の動作制限に用いる無線通信デバイス３０を確実に把握することができる。
また、上記実施形態では、ロボット制御装置２０におけるロボット１の動作制限の有効／無効を、ロボット制御装置２０、他のコンピュータ等を用いて切替えることができる。当該構成は、無線通信デバイス３０で当該切替を行わないので、ロボット１の周囲の人の安全を確保する上で有利である。

なお、ロボット１のアーム１０に、送受信部２５のアンテナが設けられてもよい。この場合、無線通信デバイス３０からの加速度信号が当該アンテナによって受信される。当該構成は、アーム１０と無線通信デバイス３０との距離を正確に測定するために有利である。当該アンテナがロボット１のベースＢ（図１）に設けられていても、同様の効果を奏し得る。

また、上記実施形態では、ロボット１と無線通信デバイス３０との距離が測定され、測定された距離に応じて、ロボット制御装置２０が動作制限を行うか否かを決定してもよい。当該構成によって無用な動作制限が防止され、これはロボット１による作業の効率化に繋がる。

上記実施形態において、ロボット１が人と協働する協働ロボットであってもよい。協働ロボットは、人への危害を防止するために、人との接触等があると動作制限がされるが、上記のように無線通信デバイス３０からロボット１に加速度情報が送信されると、ロボット１の周囲の人の安全性がより向上する。

１ロボット
１０アーム
２０ロボット制御装置
２２表示装置
２３記憶装置
２３ｃ動作制限プログラム
２４入力装置
２４ａ教示操作盤
３０無線通信デバイス
３２表示装置
３４入力装置
３６センサ（加速度を検出できるセンサ）
５０高さ検出装置
５１第１アンテナ
５２第２アンテナ

Claims

ロボット制御装置によって制御されるロボットと、
前記ロボットの周囲に存在する人が装着又は所持する無線通信デバイスと、を備え、
前記無線通信デバイスは加速度を検出できるセンサを有し、
前記無線通信デバイスは、前記人によって前記無線通信デバイスが操作されていない状態で、前記加速度に関する情報を前記ロボットの前記ロボット制御装置に送信するように構成され、
前記ロボット制御装置は、前記加速度が閾値を超えると、前記ロボットの動作制限を行い、
前記無線通信デバイスの高さを検出する高さ検出装置を備え、
前記ロボット制御装置は、前記高さ検出装置の検出結果に応じて、前記閾値を変更する、ロボットシステム。
ロボット制御装置によって制御されるロボットと、
前記ロボットの周囲に存在する人が装着又は所持する無線通信デバイスと、を備え、
前記無線通信デバイスは加速度を検出できるセンサを有し、
前記無線通信デバイスは、前記人によって前記無線通信デバイスが操作されていない状態で、前記加速度に関する情報を前記ロボットの前記ロボット制御装置に送信するように構成され、
前記ロボット制御装置は、前記加速度が閾値を超えると、前記ロボットの動作制限を行い、
前記ロボット制御装置における前記ロボットの前記動作制限の有効／無効を切替える設定手段を有し、
前記設定手段は、複数の前記ロボットのうち前記無線通信デバイスの前記情報を送信しないロボットを設定可能である、ロボットシステム。
複数の前記ロボットが所定のエリアに存在し、
前記無線通信デバイスは、前記人によって前記無線通信デバイスが操作されていない状態で、前記情報を複数の前記ロボットの前記ロボット制御装置に送信するように構成され、
各前記ロボットの前記ロボット制御装置は、前記加速度が前記閾値を超えると、前記ロボットの前記動作制限を行う、請求項１又は２に記載のロボットシステム。
複数の前記無線通信デバイスが、複数の前記人によってそれぞれ装着又は所持され、
各前記無線通信デバイスは、前記人によって前記無線通信デバイスが操作されていない状態で、前記情報を前記ロボットの前記ロボット制御装置に送信するように構成され、
前記ロボット制御装置は、前記加速度が前記閾値を超えると、前記ロボットの前記動作制限を行う、請求項１又は２に記載のロボットシステム。
前記無線通信デバイスは、前記人の頭部、胸部、肩部、腹部、背中部、腰部、又は臀部に装着されるものである、請求項１～４の何れかに記載のロボットシステム。
前記無線通信デバイスの高さを検出する高さ検出装置を備え、
前記ロボット制御装置は、前記高さ検出装置の検出結果に応じて、前記閾値を変更する、請求項２に記載のロボットシステム。
前記無線通信デバイスは、前記加速度に関する前記情報として、前記加速度が前記閾値を超えたことを示す信号を前記ロボット制御装置に送信する、請求項１～６の何れかに記載のロボットシステム。
前記ロボット制御装置における前記ロボットの前記動作制限の有効／無効を切替える設定手段を有する、請求項１に記載のロボットシステム。
前記設定手段は、複数の前記ロボットのうち前記無線通信デバイスの前記情報を送信しないロボットを設定可能である、請求項８に記載のロボットシステム。
前記ロボットは前記情報を受信する受信部を備え、
前記受信部は、前記ロボットのアーム又はベースに取付けられている、請求項１～９の何れかに記載のロボットシステム。
前記ロボットと前記無線通信デバイスとの距離を測定する距離測定手段を備え、
前記ロボット制御装置は、前記距離測定手段の測定結果に応じて、前記動作制限を行うか否かを決定する、請求項１～１０の何れかに記載のロボットシステム。