JPS6384892A - ロボット制御用安全装置 - Google Patents

ロボット制御用安全装置

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JPS6384892A
JPS6384892A JP22831386A JP22831386A JPS6384892A JP S6384892 A JPS6384892 A JP S6384892A JP 22831386 A JP22831386 A JP 22831386A JP 22831386 A JP22831386 A JP 22831386A JP S6384892 A JPS6384892 A JP S6384892A
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RODOSHO SANGYO ANZEN KENKYUSHO
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RODOSHO SANGYO ANZEN KENKYUSHO
ROUDOUSHIYOU SANGYO ANZEN KENKYUSHO
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、産業用ロボットによる人身事故を防止するた
めのロボット制御用安全システムに関する。
(従来の技術) 産業用ロボットにおいては、作業上のトラブル発生時、
あるいはメインテナンス時等に、ロボットを停止した状
態で人が危険領域に入り、必要な作業を行わねばならな
いことがある(なお、本明細書において「危険領域」と
は、その中に立ち入った場合に危険な状態が起る虞があ
るロボット周辺の領域をいう)。
このような場合、電源を落としてロボットを完全な停止
状態とすれば、安全であるが、ロボットをこのような完
全停止状態とすると、再起動に手間がかかるともに、停
止前の状態から位置が狂ってしまう等の問題が生じてし
まう。このため、従来より、ロボットを一時停止状態(
制御装置の制御下でロボットの動作を停止させている状
態で、1:?Ttは生きており、制御装置はロボットの
停止位置を把握している)にして、人が危険領域に入り
、必要な作業を行った後、危険領域から出てロボットを
再起動するという手順が取られることがあった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが、ロボットに一時停止を命令しているときも、
制御装置は動作状態にあるので、従来においては、雑音
の侵入や故障等により制御装置が誤動作してモータに電
流を流すことによりロボットが動作してしまい、危険領
域内にいる人に危害を及ぼす危険性があった。しかしな
がら、従来はこのような危険性に対して適切な措置が講
じられていなかった。
〔発明の目的〕
本発明は前記従来の問題点を解決するためになされたも
ので、ロボットを一時停止させた状態で人が安全に危険
領域に入ることができるようにすることができるロボッ
ト制御用安全システムを提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明によるロボット制御用安全システムは、危険領域
に人が存在するか否かを示す人信号を発生する人信号発
生装置と、 ロボットを駆動する駆動源が、前記危険領域に人がいる
場合に前記ロボットをして前記人に危害を加えざぜるこ
ととなる危険性がある駆動状態となっているか否かを、
前記駆動源の駆動状態を示す物理量を通じて検知し、こ
の検知結果を駆動源状態信号として出力する駆動源状態
センサと、前記駆動源への駆動エネルギの供給を遮断す
るエネルギ遮断手段と、 前記エネルギ遮断手段を制御する制御手段とを有してな
り、 前記人信号発生装置は、正常動作状態にないときは、前
記人信号を前記危険領域に人が存在することを示す状態
とするべく構成されており、前記駆動源状態センサは、
正常動作状態にないときは、前記駆動源状態信号を前記
駆動源が前記ロボットをして人に危害を加えさせること
となる危険性がある駆動状態になっていること示す状態
とするべく構成されており、 前記制御手段は、前記ロボットに対する一時停止命令が
出されていない場合においては、前記人信号が前記危険
領域に人が存在することを示したときは、前記駆動源状
態信号の如何に関わらず前記駆動エネルギ遮断手段に前
記駆動源への駆動エネルギの供給を遮断させる一方、前
記ロボットに対する一時停止命令が出された場合におい
ては、前記人信号が前記危険領域に人が存在することを
示しかつ前記駆動源状態信号が前記駆動源が前記ロボッ
トをして人に危害を加えさせることとなる危険性がある
駆動状態になっていること示したとき、前記駆動エネル
ギ遮断手段に前記駆動源への駆動エネルギの供給を遮断
させるものでおる。
〔作用〕
本発明においては、−時停止命令が出されていない状態
においては、人が危険領域に入り、人信号がロウレベル
となった場合には、制御手段は駆動源状態信号の如何に
かかわらず駆動エネルギ遮断手段に駆動源への駆動エネ
ルギの供給を遮断させ、ロボットを停止させる。
一方、−時停止命令が出されている状態においては、人
が危険領域に進入しても、駆動源状態信号が駆動源がロ
ボットをして人に危害を加えさせることとなる危険性が
ある駆動状態になっていないことを示していれば、制御
手段は駆動エネルギ遮断手段に前記駆動源への駆動エネ
ルギの供給を遮断させない。しかし、駆動源状態信号が
駆動源がロボットをして人に危害を加えさせることとな
る危険性がある駆動状態になっていることを示せば、制
御手段は、駆動エネルギ遮断手段に前記駆動源への駆動
エネルギの供給を遮断させ、ロボットを停止させる。こ
こで、一般に駆動エネルギが駆動源に供給され始めてか
らロボットのマニピュレータ等が実際に動くまでには時
間遅れがあるので、駆動源状態センサの閾値を適切に選
定することにより、ロボットが実際に動かないうちに駆
動エネルギの供給を遮断することができる。
また、本発明においては、人信号および駆動源状態信号
はいずれも正常動作状態にないときは危険状態を示すの
で、システム全体をフェイルセーフな構成とすることが
できる。
(実施例〕 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。
第1図は本発明によるロボット制御用安全システムの一
実施例を示すブロック図である。この図において、1は
ロボット2を制御する制御器であり、従来公知のこの種
の制御器とほぼ同様の構成を有している。そして、この
制御器1は、−時停止命令P1および運転再開を意味す
る再起動命令Q1を入力されると、これらの命令に応じ
てロボット1を制御すると同時に、これらの命令に対応
する信号P1′および01′を出力するようになってい
る。すなわち、制御器1は、−時停止命令P1および再
起動命令Q1をそれぞれ入力されると、所定時間前記信
号P ′および01′を“1″とする一方、それ以外の
場合は前記信号P1′およびQl’をそれぞれ“OWe
としている。なお、本システムにおいては、信号のレベ
ルが所定の閾値以上となっている状態を“1″の状態、
所定の閾値よりレベルが低い状態を“Ottの状態とす
る。
ただし、後述するウィンドウ・コンパレータ機能を有す
るANDゲート9に関しては、特に、所定範囲内のレベ
ルを有する信号のみが有効な1′′となる。これについ
ては、後で詳しく説明する。
なお、前記ウィンドウ・コンパレータとは、特定の限ら
れた範囲の入力値(この限られた入力値の幅を窓という
)に対してだけ出力を生ずる素子のことである。
3はロボット2に備えられて、ロボット2のマニピュレ
ータ等を駆動する電動モータである。なお、一般にロボ
ットには、このようなモータ3が複数使用されるが、こ
こでは、これらのうちの1個のみを代表として考えるも
のとする。また、本実施例では、モータ3は直流モータ
とするが、もちろんモータ3を交流モータで構成するこ
とも可能である。
4は前記モータ3に流れる電流を検出するモータ電流セ
ンサであり、この電流センサ4から出力されるモータ電
流信号Sは、モータ3を流れる電流Jが、該モータ3が
動作を開始する電流値に対応する所定値以上であるとき
“0パの状態となる一方、モータ3の電流が前記所定値
以上となっていないとき“1″の状態となる。このモー
タ電流センサ4は、この実施例において本発明にお(プ
る駆動源状態センサを構成するものである。また、この
モータ電流センサ4は、後述するようにフェイルセーフ
な構成とされている。
5は危険領域に人がいるか否かを示す人信号Mを発生す
るフェイルセーフな人信号発生装置であり、前記人信号
Mは、危険領域に人が存在するとき“099の状態とな
る一方、危険領域に人が存在しないとき“1″の状態と
なる。
6はモータ電流センサ4の出力すなわちモータ電流信号
Sと、人信号発生装置5の出力すなわち人信号Mとを入
力とするORゲート、7はORゲート6の出力Aと再起
動命令信号01′とを入力とするORゲートである。8
は自己保持回路であり、ウィンドウ・コンパレータの機
能を有するANDゲート9と、このANDゲート9の出
力Cを該ANDゲート9の一方の入力に帰還する帰還路
10とにより構成されている。そして、前記ANDゲー
ト9の帰還路10側の入力は自己保持回路8のプリセッ
ト入力PRを構成するとともに制御器1からコンデンサ
11を介して一時停止命令P1を入力されるようになっ
ており、ANDゲート9の他方の入力は自己保持回路8
のリセット人力R@構成するとともにORゲート7の出
力に接続されている。、12は自己保持回路8の出力す
なわちANDゲート9の出力Cと、人信号発生装置5の
出力すなわち人信号Mとを入力とするORゲートである
なお、本実施例では、前記ORゲート6.7および12
はワイヤードORゲートで構成されている。
前記ORゲート6、ORゲート7、自己保持回路8およ
びORゲート12は、開閉器制御装置13を構成してい
る。14は開閉器制御装置13の出力、すな杓ちORゲ
ート12の出力りを制御入力としてモータ3のN源(図
示せず)を断続する電磁開閉器である。この電磁開閉器
は本実施例において本発明のエネルギ遮断手段を構成す
るものである。
第2図は前記モータ電流センサ4のより詳細な構成を図
式的に示す概略図である。この図において、15は過飽
和磁性体コアであり、このコア15には一次巻線16.
並びに二次巻線17および入力巻線18が巻回されてい
る。前記−次巻線16は信号発生器19から所定の大き
ざの交流電流を供給されるようになっている。また、二
次巻線17は増幅器20の入力に接続されてあり、入力
巻線18はモータ3への給電線の一部がコア15に巻回
されることにより構成されている。前記増幅器20の出
力Fは、シュミット回路等で構成されるレベル検定器2
1により閾値V1hで検定され、このレベル検定器21
の出力Gは整流回路22によって整流されるようになっ
ている。そして、この整流回路22の出力がモータ電流
信号Sとなる。
なお、このようなモータ電流センサ4自体の構成は従来
公知のものである。
次に、このモータ電流センサ4の動作を第3図のタイム
チャートを用いて説明する。直流のモータ電流Jが前記
所定値以上となっているときは、過飽和磁性体コア15
は飽和状態にあり、二次巻線17の出力ひいては増幅器
20の出力Fのレベルが閾値Vthより低いので、レベ
ル検定器21の出力Gは発生せず、整流回路22の出力
すなわちモータ電流信号Sは電圧零すなわちO″の状態
となる。
しかしながら、モータ電流Jが零であるか、または零で
なくても前記所定値より小さい場合は、過飽和磁性体コ
ア15は非飽和状態にあって増幅器20の出力Fのレベ
ルが高くなるので、レベル検定器21の出力Gが発生し
、整流回路22の出力すなわちモータ電流信号Sは“1
″の状態となる。
そして、このセンサ4は、該センサ4が非動作状態のと
きおよび該センサ4が故障したとき、その出力であるモ
ータ電流信号Sが“0″となり、危険側の状態であるこ
と、すなわちモータ電流Jが前記所定値以上であること
を示すので、フェイルセーフである。
なお、ここではモータ電流Jが直流であるものとしたが
、モータ電流Jを信号発生器19の出力周波数に比較し
て十分低い周波数でレベル変動させるような場合には、
モータ電流Jが大きいとき、整流回路22の出力Sはモ
ータ電流Jのピーク値発生時に、周期的に低レベルとな
る。したがって、このような場合には、モータ電流セン
サ4の出力側に、整流回路22の出力に低レベルの信号
が含まれるときは出力零を継続する手段(例えば、オン
・デレー回路)を設ければよい。
第4図は前記人信号発生装置5を従来公知の光線式セン
サで構成した例を示す。この図において、31は投光器
であり、この投光器31は信号発生器32から入力され
る交流信号に応答して一定周波数で点滅する光ビーム3
3を危険領域に投光する。34は投光器31から投光さ
れた光ビーム33を受光し、この光ビーム33を電気信
号に変換する受光器、35は受光器34の出力のうちの
光ビーム33と同一周波数成分のみを選択的に増幅する
フィルタ機能を備えた増幅器、36および37はともに
増幅器35の出力を整流する整流回路であり、これらの
整流回路36.37の出力が人信号Mとなる。なお、整
流回路37は後述するようにワイヤードORゲート12
を得るために設けられているものである。
この光線式センサでは、人が危険領域に侵入していない
ときは、光ビーム33が受光器34に入射しているので
、増幅器35が出力を発生しているため、整流回路36
.37の出力である人信号Mはレベルが高くなっていて
1″となっている。
他方、人が危険領域に侵入すると、光ビーム33が人で
遮断され、受光器34に入射しなくなる。
したがって、第5図のタイムチャートに示すように光ビ
ーム33が遮断されている間、増幅器35は出力を発生
しなくなり、この間、整流回路36゜37の出力である
人信号Mはレベルが低下し、“Ottとなる。この光線
式センサも、非動作状態のとき、並びに投光器31、受
光器34、増幅器35および整流回路36.37等が故
障したとき、人信号M(整流回路36.37の出力)が
0′′となり、危険領域に人が存在することを示すので
、フェイルセーフである。
なお、前記人信号発生装置5は、上述のような光線式セ
ンサのみならず同等の機能を果す他の種のセンサ、ある
いはキースイッチ等のフェイルセーフな装置で構成する
ことができる(前記キースイッチは、安全プラグとも呼
ばれるもので、錠とスイッチとを組み合わせてなり、危
険領域に人が侵入しないように該危険領域を囲った欄に
設けられ、キー挿入状態では、前記スイッチの2接点間
が閉成状態にあるが、人がこの欄内に侵入するためにキ
ーを取り去ってこのキースイッチを開錠すると、前記2
接点間が開放され、危険領域に人が侵入していることを
示す信号を連続的に発生するものである)。
第6図は前記自己保持回路8のより詳細な構成を示す。
この第6図のうち、−点鎖線40で囲んだ部分は、前記
ANDゲート9の基本的な構成部分を示し、この部分は
従来公知の論理積演算発振器を構成している。すなわち
、この部分は入力端子41に下記の式(1)で表わされ
る範囲の入力電圧■1が印加されると同時に入力端子4
2に下記の式(2)で表わされる範囲の入力電圧V2が
印加されたときのみ帰還発振を起こし、論理積の演算出
力をトランジスタTr3に生じさせる(なお、端子41
が自己保持回路8のプリセット入力PR1喘子42がリ
セット人力Rを構成する)。
Vl > (R1+R2+R3)E/R3・・・(1) E <V2 < (R4+R5) E/ R5・・・(
2) ただし、ここでEは電源電圧でおる。
43は増幅器であり、この増幅器43は、その入力をコ
ンデンサC2を介してトランジスタTr3に交流結合さ
れていて、トランジスタTr3から出力される前記論理
積出力(発振出力)を増幅する。前述のように入力端子
42側は、式(2)の範囲の入力電圧を発振の条件(言
い換えれば論理積出力の条件)としている。したがって
、AND回路9は式(2)の範囲を「窓」とするウィン
ドウ・コンパレータの機能を備えている。
前記増幅器43の出力はトランジスタTr4およびトラ
ンス44により整流回路45にトランス結合されており
、さらにこの整流回路45の出力は前記電磁開閉器14
の制御入力に接続されている。これにより、AND条件
が成立したとき、論理積出力(発掘信号)が増幅器43
から出力され、さらにこれが整流回路45によって整流
された後、[1開閉器14に印加され、該開閉器14が
励磁される。
このような構成のANDゲート9は、式(1)。
(2)を満足する人力V1およびv2に対してのみ論理
積出力(発振出力)が得られること、および出力信号は
交流なので、直流人力V1.V2が誤って直接出力に伝
達されても出力信号として扱われないようにすることが
できること等によりフェイルセーフである。
なお、前記ワイヤードORゲート12は、例えばこの第
6図のように整流回路45の出力と第4図の整流回路3
7の出力を共に電磁開閉器14の入力とすることにより
構成できる(電磁開閉器の入力の負側をコモンとするこ
とは言うまでもない)前記トランス44は整流回路45
に接続される二次巻線44bの他に、もう1つの二次巻
線44Cを有しており、この巻線44Cはもう1つの整
流回路46に接続されている。そして、この整流回路4
6の出力は帰還路10を介して端子41に接続されて自
己保持回路を形成している。
次に、本実施例の動作を説明する。
ロボットの運転が開始されるまでは、電磁開閉器14は
非励磁状態となっており、モータ3を電源から遮断して
いるが、危険領域に人がいない状態でロボットの運転が
開始されると、“1″状態の人信号MがORゲート12
を介して電磁開閉器14に入力されることにより、電磁
開閉器14が励磁状態となり、電磁開閉器14は閉成さ
れてモータ3への通電を可能とする。
また、万一、危険領域に人がいる状態においてロボット
の運転が開始されようとした場合には、入信@Mが“O
P+となっているし、−時停止命令信号P1′も“Ot
tとなっているため、ANDゲート9の出力Cは“0″
となっている(すなわち、自己保持回路8はリセットさ
れている)ので、ORゲート12の出力D、すなわち電
磁開閉器14の入力も“0″となる。したがって、電磁
開閉器14は非励磁状態のままで、モータ3は電源から
遮断され続ける。このようにして、本実施例では、危険
領域に人がいないことを確認しつつ電磁開閉器14を開
成状態とすることができる。
次に、ロボットの運転開始俊の動作を説明する。
前述のように一時停止命令P1が出されておらず、−時
停止命令信号P1′が“Optとなっている場合には、
ANDゲート9の出力Cは“Ottとなっている(すな
わち、自己保持回路8はリセットされている)。したが
って、−時停止命令P1が出されていない状態で人が危
険領域に入り、人信号が“OItとなった場合には、モ
ータ電流信号Sの状態の如何にかかわらずORゲート1
2の出力りは“OItとなり、電磁開閉器14は非励磁
状態となって電源を遮断し、ロボットを停止させる。
一方、第7図のように一時停止命令P1が出され、これ
に対応して制御器1から出力される一時停止命令信号P
1′が′1′°になると、その立ち上り成分に対応する
パルスPがコンデンサ11の出力として発生し、これが
ANDゲート9の一方の入力(プリセット入力PR)を
“1′°とする。
したがって、人が危険領域に入っておらず、人信号Mが
“1″となっていれば、ANDゲート9のAND条件が
成立し、自己保持回路8が発振し、ANDゲート9の出
力(自己保持回路8の出力)Cは以俊継続的に“1″と
なる(すなわち、自己保持回路8がプリセットされる)
。そしてこれにより、ORゲート12の入力はいずれも
“1”となる。このため、ORゲート12の出力りは一
時停止命令P1が出される前の状態から引き続いて14
1 ITとなっており、電磁開閉器14は励磁されてお
り、電源は遮断されない。
次に、上述のように一時停止命令P1が出されている状
態で人が危険領域に進入すると、人信号Mは“Ottと
なるが、このときモータ電流Jが前記所定値以上となっ
ていなければ、モータ電流信号Sは“1″となっている
ので、ORゲート6およびORゲート7の出力は依然と
して“′1″となっているため、ANDゲート9のAN
D条件は成立し続ける(すなわち、自己保持回路8は発
振を続け、リセットされない)。したがって、電磁開閉
器14は励磁され続けており、電源は遮断されない。
しかし、人が危険領域に進入した状態において万一、モ
ータに前記所定値以上の電流が流れると、人信号Mのみ
ならず、モータ電流信号Sも“Ottとなるので、OR
ゲート7の出力、すなわちANDゲート9のリセット人
力Rが“O′でとなるため、ANDゲート9のAND条
件は成立しなくなり、同ゲート9の出力(自己保持回路
8の出力)Cは“0”となる(すなわち、自己保持回路
8はリセットされる)。したがって、電磁開閉器14は
非励磁状態となって、電源は遮断され、ロボット2は完
全に停止される。なお、モータ電流発生からロボットの
マニピュレータ等が実際に動くまでには時間遅れがある
ので、モータ電流センサ4の閾値を適切に選定すること
により、ロボット2が実際に動かないうちに電源を遮断
することができる。
また、−時停止命令P1が出された俊、人が危険領域に
侵入して必要な作業を行い、しかる俊(危険領域から退
場しても、その間にモータ電流Jが前記所定値以上とな
らなければ、自己保持回路8はその俊もセットされた状
態のままになる。また、−時停止命令P1が出されても
人が危険領域に進入しなかった場合も、自己保持回路8
はセットされた状態のままになる。したがって、例えば
、人が危険領域を去ったとき等にORゲート6の出力A
を図示しない手動スイッチで直接オフして(“Ouとし
て)、保持回路8をリセットする構成とすることもでき
る。しかし、通常、ロボット制御では制御再開始時には
再起動命令Q1を与える構成になっているので、本実施
例ではこの再起動命令Q1を利用して自己保持回路8を
リセットする。
すなわち、再起動命令Q1が制御器1に与えられると、
これに応答して制御器1はANDゲート9が構成するウ
ィンドウ・コンパレータの窓の上限値 (R4+R5)E/R5 より高いレベルの再起動信号01′をORゲート7を介
して自己保持回路8のリセット人力Rに印加する。する
と、ANDゲート9の出力Cは“0゛′となり、自己保
持回路8はリセットされるる。
なお、前記実施例は電動モータを駆動源とするロボット
に対して本発明を適用した例であるが、本発明は油圧、
空気圧等の他の種の駆動源を用いるロボットに対しても
適用できるものであり、油圧、空気圧等の他の種の駆動
源を用いるロボットに適用する場合には、油圧、油の流
量、空気圧、空気の流量等の物理量によりこれらの駆動
源の駆動状態を監視すればよい。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によるロボット制御用安全システム
は、ロボットを一時停止させた状態で人が安全に危険領
域に入ることができるようにすることができるという優
れた効果を得られるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるロボット制御用安全システムの一
実施例を示すブロック図、第2図は前記実施例における
モータ電流センサを示す概略構成図、第3図は前記モー
タ電流センサの動作を示すタイムチャート、第4図は前
記実施例における人信号発生装置を光線式センサによっ
て構成する場合のブロック図、第5図は前記光線式セン
サの動作を示すタイムチャート、第6図は前記実施例に
おける自己保持回路を示す回路構成図、第7図は前記実
施例の動作を示すタイムチャートである。 2・・・ロボット、3・・・電動モータ、4・・・モー
タ電流センサ、5・・・人信号発生装置、8・・・自己
保持回路、13・・・開閉器制御装置、14・・・電磁
開閉器、Pl・・・−時停止命令。 9a7図 O・

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 危険領域に人が存在するか否かを示す人信号を発生する
    人信号発生装置と、 ロボットを駆動する駆動源が、前記危険領域に人がいる
    場合に前記ロボットをして前記人に危害を加えさせるこ
    ととなる危険性がある駆動状態となつているか否かを、
    前記駆動源の駆動状態を示す物理量を通じて検知し、こ
    の検知結果を駆動源状態信号として出力する駆動源状態
    センサと、前記駆動源への駆動エネルギの供給を遮断す
    るエネルギ遮断手段と、 前記エネルギ遮断手段を制御する制御手段とを有してな
    り、 前記人信号発生装置は、正常動作状態にないときは、前
    記人信号を前記危険領域に人が存在することを示す状態
    とするべく構成されており、前記駆動源状態センサは、
    正常動作状態にないときは、前記駆動源状態信号を前記
    駆動源が前記ロボットをして人に危害を加えさせること
    となる危険性がある駆動状態になつていること示す状態
    とするべく構成されており、 前記制御手段は、前記ロボットに対する一時停止命令が
    出されていない場合においては、前記人信号が前記危険
    領域に人が存在することを示したときは、前記駆動源状
    態信号の如何に関わらず前記駆動エネルギ遮断手段に前
    記駆動源への駆動エネルギの供給を遮断させる一方、前
    記ロボットに対する一時停止命令が出された場合におい
    ては、前記人信号が前記危険領域に人が存在することを
    示しかつ前記駆動源状態信号が前記駆動源が前記ロボッ
    トをして人に危害を加えさせることとなる危険性がある
    駆動状態になっていること示したとき、前記駆動エネル
    ギ遮断手段に前記駆動源への駆動エネルギの供給を遮断
    させるロボット制御用安全システム。
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