JPWO2020026457A1 - ロボット制御システム、ロボット制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

ロボット制御システムは、ロボットの動作の軌跡を記憶する軌跡記憶部と、前記ロボットを動作させる前進部と、前記前進部により動作する前記ロボットが障害物に接触したことを検知する検知部と、前記検知部により障害物への接触が検知された場合に、前記ロボットを、前記軌跡記憶部により記憶された軌跡に基づいて、障害物との接触位置から逆進させる逆進部と、前記逆進部により逆進した前記ロボットの動作を停止する停止部とを有する。

Description

本発明は、ロボット制御システム、ロボット制御方法、及びプログラムに関するものである。

例えば、特許文献１では、ロボットが物体と接触する接触位置を検出するための装置において、前記ロボットに取り付けられ、物体と接触する方向に弾性的に変位可能なプローブと、動作中の前記ロボットに対して前記プローブの位置を計算するプローブ位置計算部と、前記プローブが物体と接触した状態を検出する接触検出部と、前記プローブの接触状態が検出された場合、計算された前記プローブの位置に基づいて前記接触位置を導出する、接触位置計算部と、を備えることを特徴とする、装置が開示されている。

特開２０１１‐２３０２３４号公報

本発明は、ロボットをより安全かつ効率的に制御するロボット制御システムを提供することを目的とする。

本発明に係るロボット制御システムは、ロボットの動作の軌跡を記憶する軌跡記憶部と、前記ロボットを動作させる前進部と、前記前進部により動作する前記ロボットが障害物に接触したことを検知する検知部と、前記検知部により障害物への接触が検知された場合に、前記ロボットを、前記軌跡記憶部により記憶された軌跡に基づいて、障害物との接触位置から逆進させる逆進部と、前記逆進部により逆進した前記ロボットの動作を停止する停止部とを有する。

好適には、前記検知部により障害物との接触を検知した時のロボットの座標を保持する座標管理部と、前記検知部により障害物との接触により中断したプログラムの中断位置を保持するプログラム管理部と、前記停止部により中断されたプログラムを再開するプログラム再開部と、をさらに有し、前記座標管理部により保持された座標と、再稼働した前記ロボットの座標とが一致した場合に、前記プログラム再開部は、前記プログラム管理部により保持される中断した位置からプログラムを再開する。

好適には、前記前進部は、前記逆進部により逆進した軌跡を戻り、前記プログラム再開部は、前記前進部により軌跡を戻るロボットの座標と前記座標管理部により保持された座標とが一致した場合に、プログラムを再開する。

好適には、前記ロボットは、サーボモータの発生推力と、減速機構による増加推力と、前記ロボット筐体の最大のモーメント長との合計推力値が４０Ｎ以下である。

本発明に係るロボット制御方法は、ロボットの動作の軌跡を記憶するステップと、前記ロボットを動作させるステップと、前記動作させるステップにより動作する前記ロボットが障害物に接触したことを検知するステップと、前記検知するステップにより障害物への接触が検知された場合に、前記ロボットを、前記記憶するステップにより記憶された軌跡に基づいて、障害物との接触位置から逆進させるステップと、前記逆進するステップにより逆進した前記ロボットの動作を停止するステップとを有する。

本発明に係るプログラムは、ロボットの動作の軌跡を記憶するステップと、前記ロボットを動作させるステップと、前記動作させるステップにより動作する前記ロボットが障害物に接触したことを検知するステップと、前記検知するステップにより障害物への接触が検知された場合に、前記ロボットを、前記記憶するステップにより記憶された軌跡に基づいて、障害物との接触位置から逆進させるステップと、前記逆進するステップにより逆進した前記ロボットの動作を停止するステップとをコンピュータに実行させる。

本発明によれば、ロボットをより安全かつ効率的に制御することができる。

ロボット制御システム１の全体構成を例示する図である。 スカラロボット３とロボットコントローラ７との相互作用を表す図である。 ロボットコントローラ７の機能構成を例示する図である。 ロボット制御システム１における人体と接触時のロボット制御のシーケンス図である。 ロボット制御システム１における、スカラロボット３の再開処理（Ｓ１０）を説明するフローチャートである。

スカラ型協働ロボットの安全動作は、ロボットを構成するサーボモータと減速機を含むアクチュエータ系が発生する最大推力を安全規格の既定値以内に抑えることで実現されてきた。つまり、これまでの安全動作は、作業者とロボットとが作業中に接触した場合に、人体に損傷を与えることなく、ロボットが動作を停止できることという最低限の要求を満たすに過ぎず、ロボットの再稼働について確立した手法は存在しなかった。

従来の協働ロボットの安全動作に係る一連の手続き（動作）は、ロボットが人体との接触による停止動作を実行し、ロボットの操作者が停止動作を確認し、人体の安全を確認し、作業途中のロボットのプログラムを破棄し、ロボットの作業開始点であるロボット原点へ復帰させ、次のロボット動作の再スタート指令を待つという時間のかかる作業手順が必要であった。この作業の中断により復旧プロセスとして「原点復帰動作」及び「ワーク廃棄」が必要となり、時間がかかるためにタクトタイムが増加し、生産ライン内の他のロボットとの同期動作が難しくなり、生産ライン全体のタクト調整が必要となる可能性もあった。

具体的には、スカラ型協働ロボットの設置要件は、作業者とロボットの協働作業を円滑に行えることが必須とされるために、作業者の周りに近く設置されることが多い。そのため、共同作業中に誤って作業者がロボットの筐体に接触してしまうことが有り得るこの場合、人体に損傷を与えないことが最大の仕様項目となる。そして、一旦接触が発生した場合、いかに短い時間で再起動し、接触で中断したロボットの作業を復旧させるかが次の要求項目となる。短時間復旧の仕様はロボットの接触が発生した実行中のタクトの取り扱いで決まってくる。つまり、従来は、接触が起きたタクトは廃棄し、一旦ロボットを原点位置まで戻し、ワークを廃棄し、ロボットを初期条件まで戻してから次の新しいタクトに入る。一般のロボットは、作業中に停止が発生した場合は、何らかの異常事態が発生したと捉えられ、ロボット管理者は、直ちにメイン電源を切り、安全を確認するための調査作業に入る。この作業には、それなりの時間がかかる。

そこで、本発明は、これらの課題を解決するために、作業者がスカラ型協働ロボットと接触した場合に、ロボットは、退避動作を実行した後に停止し、再起動後に停止前のプログラムの続きを実行し、人体の安全確保を行うとともに、作業途中のロボットのプログラムを破棄することなく処理を続けるロボット制御システムを提供するものである。

図１は、ロボット制御システム１の全体構成を例示する図である。
図１に例示するように、ロボット制御システム１は、スカラロボット３及びロボットコントローラ７を有する。
スカラロボット３は、多関節ロボットであり、サーボモータ９の力で関節を可動させ、アームの先端に取り付けるエンドエフェクタを目的の位置に移動させ、物を掴んで移動させたり、溶接を行ったり、塗装を行ったりする。各関節は、サーボアクチュエータ１１を有し、これにより、サーボモータ９の位置や速度の制御を行う。本例におけるスカラロボット３は、旋回軸、第一水平軸、第二水平軸、及び上下垂直軸の４軸を有する。また、本例におけるスカラロボット３は、１．８度ステップのハイブリッド・ステッピングモーターを多極の同期電動機と捉え、２００パルス／１回転のエンコーダをモータ回転軸上に配置したモータをブラシレスサーボアクチュエータとする制御方式を用いた電動機を全ての構成軸用アクチュエータとして用いた。スカラロボット３は、本発明に係るロボットの一例である。

通常の４軸スカラロボットは、旋回軸とは別の場所に上下垂直軸を設けるためにロボット筐体が複雑に変形し、その変形により、ロボット作業空間を減少させることになる。
一方で、本例の４軸のサーボアクチュエータ１１は、全てスカラロボット３の筐体の中に内蔵しており、その構造は、旋回軸の真上に上下垂直軸を設けているためシンプルな構造である。

ロボットコントローラ７は、サーボモータ９を制御するサーボアンプや基板などが収納された制御装置であり、スカラロボット３の動きを総合的にコントロールする。具体的には、ロボットコントローラ７は、スカラロボット３の座標管理、推力管理等を行う。なお、図１において、ロボットコントローラ７は、スカラロボット３から独立しているが、小型化により、旋回軸直上のスカラロボット３の筐体内に入れ込まれてもよい。小型化によりスカラロボット３の作業空間の有効活用が可能になる。また、ロボットコントローラ７は、特許第４３３２８７９号をベースとして従来のプログラム言語（ロボットプログラム言語を含む）を用いない、ビジュアルプログラムを採用し、プログラム初心者の負担を極端に軽減した。

図２は、スカラロボット３とロボットコントローラ７との相互作用を表す図である。
図２に例示するように、ロボットコントローラ７は、サーボコントローラ５と信号の送受信を行い、サーボコントローラ５を介してサーボモータ９を制御する。
スカラロボット３の接触検知部は、障害物の接触を検知した場合に、サーボコントローラ５及びロボットコントローラ７に接触を通知する。サーボコントローラ５は、各サーボモータ９を停止させ、ロボットコントローラ７は、停止したロボットの停止座標を管理する。再起動スイッチにより再起動の信号が送信された場合に、ロボットコントローラ７は、サーボコントローラ５に再起動の通知を行い、スカラロボット３が再起動後に初めて停止座標に到達した時に、中断したプログラムを再開する。

図３は、ロボットコントローラ７の機能構成を例示する図である。
図３に例示するように、ロボットコントローラ７には、ロボット制御プログラム７０がインストールされる。ロボット制御プログラム７０は、軌跡記憶部７００、前進部７０２、停止検知部７０４、逆進部７０６、停止部７０８、座標管理部７１０、プログラム管理部７１２、プログラム再開部７１４、及び推力管理部７０８を有する。
軌跡記憶部７００は、スカラロボット３の動作の軌跡を記憶する。
前進部７０２は、スカラロボット３を動作させる。また、前進部７０２は、スカラロボット３の再稼働時に、逆進部７０６（後述）により逆進した軌跡に基づいて、逆進した移動量と等しい移動量をサーボコントローラ５にセットし、スカラロボット３に戻らせる。
停止検知部７０４は、前進部７０２により動作するスカラロボット３が障害物に接触したことを検知する。具体的には、スカラロボット３が障害物と接触した場合に、スカラロボット３の接触検知部が接触を検知し、停止検知部７０４に通知する。また、停止検知部７０４は、スカラロボット３が実行中であったプログラムを中断する。停止検知部７０４は、本発明に係る検知部の一例である。

逆進部７０６は、停止検知部７０４により障害物への接触が検知された場合に、スカラロボット３を、軌跡記憶部７００により記憶された軌跡に基づいて、障害物との接触位置から逆進させる。具体的には、逆進部７０６は、停止検知部７０４により障害物への接触が検知された場合に、移動用逆進用パルスをサーボコントローラ５に出力し、スカラロボット３を、接触検知時から一定の距離で逆進させる。これにより、障害物とスカラロボット３との距離が保たれ、安全が確保される。
停止部７０８は、逆進部７０６により逆進したスカラロボット３の動作を停止する。
座標管理部７１０は、停止検知部７０４により障害物との接触を検知した時のロボットの座標を保持する。具体的には、座標管理部７１０は、停止検知部７０４により接触を検知した場合に、スカラロボット３の構成軸の全座標をメモリに記憶する。
プログラム管理部７１２は、停止検知部７０４により障害物との接触により中断したプログラムの中断位置を保持する。

プログラム再開部７１４は、プログラム管理部７１２により保持されたプログラムの中断位置からプログラムを再開する。具体的には、プログラム再開部７１４は、座標管理部７１０により保持された座標と、再稼働したスカラロボット３の座標とが一致した場合に、プログラム管理部７１２により保持される中断した位置からプログラムを再開する。より具体的には、プログラム再開部７１４は、前進部７０２により、逆進した軌跡を戻るロボットの座標と前記座標管理部７１２により保持された座標とが一致した場合に、プログラムを再開する。すなわち、プログラム再開部７１４は、再起動したスカラロボット３が、座標管理部７１０により管理される停止座標を通過した時点で接触停止以降の残りのプログラムに切り替える。これにより、最小のロスタイムでロボットの一つのシーケンスを完了することができる。
推力管理部７１６は、スカラロボット３のアームの推力を制御し、サーボアクチュエータ１１の最大推力は、４０N以下である。具体的には、推力管理部７１６は、サーボモータ９の発生推力と、減速機構による増加推力と、スカラロボット３筐体の最大のモーメント長との合計推力値が４０Ｎ以下になるよう制御する。すなわち、本例において、４軸のサーボアクチュエータ各々の発生最大推力は４０Ｎ以下である。これにより、スカラロボット３は、人体または外部移動動物体との接触時、４０Ｎの力でつり合いが取られ、人体または外部移動動物体に損傷を受けることなく停止することができる。

図４は、ロボット制御システム１における人体との接触時のロボット制御のシーケンス図である。
図４に例示するように、スカラロボット３は、障害物との接触を検知した場合に、スカラロボット３の動作を減速し、停止させる。続いて、スカラロボット３を既定の移動量で逆進させ停止させる。その後、スカラロボット３の操作者により安全確認がなされ、スカラロボット３の再稼働スイッチが押下され、中断したプログラムの中断位置からプログラムが再開される。

図５は、ロボット制御システム１における、スカラロボット３の停止処理（Ｓ１０）を説明するフローチャートである。
図５に例示するように、ステップ１００（Ｓ１００）において、スカラロボット３は、前進部７０２により動作し、作業を実施する。軌跡記憶部７００は、前進部７０２によるスカラロボット３の動作の軌跡を記憶する。
ステップ１０５（Ｓ１０５）において、スカラロボット３の接触検知部は、障害物との接触を検知し、ロボットコントローラ７の停止検知部７０４へ接触を通知する。停止検知部７０４は、停止部７０８に接触の検知を通知する。
ステップ１１０（Ｓ１１０）において、スカラロボット３の接触検知部は、サーボコントローラ５を介してサーボモータ９を停止させる。また、停止検知部７０４は、実行中のプログラムを中断し、プログラム管理部７１２は、プログラムの中断位置を記憶する。さらに、座標管理部７１０は、スカラロボット３の停止座標を保持する。

ステップ１１５（Ｓ１１５）において、逆進部７０６は、スカラロボット３を、軌跡記憶部７００により記憶された軌跡に基づいて、停止した位置から微小区間だけ逆進させる。障害物が人体である場合、スカラロボット３が人体との接触位置から定められた移動量を逆進することにより、人体から遠ざかり安全を確保することができる。
ステップ１２０（Ｓ１２０）において、停止部７０８は、逆進したスカラロボット３を再停止させる。
ステップ１２５（Ｓ１２５）において、スカラロボット３の操作者は、スカラロボット３の動作軌跡内に人体又は外部移動物体が存在していないことを確認し、スカラロボット３を再稼働させるため、再起動スイッチを押下する。ロボットコントローラ７は、再起動スイッチの押下を検知した場合にＳ１３０へ移行し、押下を検知していない場合は待機する。
ステップ１３０（Ｓ１３０）において、前進部７０２は、逆進した軌跡をスカラロボット３に前進させる。プログラム管理部７１２は、座標管理部７１０により保持されたスカラロボット３の停止座標と再稼働したスカラロボット３の座標とが一致しているか否かを判定する。一致している場合は、Ｓ１３５へ移行する。一致していない場合は、一致するまでプログラムの再開を待つ。
ステップ１３５（Ｓ１３５）において、プログラム再開部７１４は、プログラム管理部により管理されるプログラムの中断位置からプログラムを再開する。

ロボット制御システム１において、スカラロボット３の停止要因が人体接触と外部遺物接触と特定されているために、ロボットが安全停止しても、その後直ちにロボット動作軌跡内障害物（人体あるいは外部遺物）が取り除かれているか否かの安全確認が可能であり、安全確認がされれば直ちに接触から停止が発生した現タクトの残りの工程を再実行することが可能であり、短時間工程が中断する「チョコ停」停止理由が明確であるため、工程を継続させることに問題は発生しない。したがって、停止動作が発生しても、その工程を破棄することなく、極短時間の停止のみで他工程に影響を及ぼすようなものではなく現場での取り扱いが簡単となる利点を有する。

以上説明したように、ロボット制御システム１は、スカラロボット３が接触停止したところから瞬時に微小区間の退避動作を実行させ、退避動作後、直ちに安全確認しロボットを再起動させる。これにより接触した障害物に対し更なる被害を与えることなく、安全停止動作に要する時間を最小にすることができる。さらに、再起動後のスカラロボット３が最初に接触停止点を通過する時、停止前の残りのプログラムの続きを走らせることで、短時間（チョコ停の範疇）で復旧できることを可能にする。

１…ロボット制御システム
３…スカラロボット
５…サーボコントローラ
７…ロボットコントローラ
９…サーボモータ
１１…サーボアクチュエータ

Claims (6)

1. ロボットの動作の軌跡を記憶する軌跡記憶部と、
   前記ロボットを動作させる前進部と、
   前記前進部により動作する前記ロボットが障害物に接触したことを検知する検知部と、
   前記検知部により障害物への接触が検知された場合に、前記ロボットを、前記軌跡記憶部により記憶された軌跡に基づいて、障害物との接触位置から逆進させる逆進部と、
   前記逆進部により逆進した前記ロボットの動作を停止する停止部と
   を有するロボット制御システム。
2. 前記検知部により障害物との接触を検知した時のロボットの座標を保持する座標管理部と、
   前記検知部により障害物との接触により中断したプログラムの中断位置を保持するプログラム管理部と、
   前記停止部により中断されたプログラムを再開するプログラム再開部と、
   をさらに有し、
   前記座標管理部により保持された座標と、再稼働した前記ロボットの座標とが一致した場合に、前記プログラム再開部は、前記プログラム管理部により保持される中断した位置からプログラムを再開する
   請求項１に記載のロボット制御システム。
3. 前記前進部は、前記逆進部により逆進した軌跡を戻り、
   前記プログラム再開部は、前記前進部により軌跡を戻るロボットの座標と前記座標管理部により保持された座標とが一致した場合に、プログラムを再開する
   請求項２に記載のロボット制御システム。
4. 前記ロボットは、サーボモータの発生推力と、減速機構による増加推力と、前記ロボット筐体の最大のモーメント長との合計推力値が４０Ｎ以下である
   請求項１に記載のロボット制御システム。
5. ロボットの動作の軌跡を記憶するステップと、
   前記ロボットを動作させるステップと、
   前記動作させるステップにより動作する前記ロボットが障害物に接触したことを検知するステップと、
   前記検知するステップにより障害物への接触が検知された場合に、前記ロボットを、前記記憶するステップにより記憶された軌跡に基づいて、障害物との接触位置から逆進させるステップと、
   前記逆進するステップにより逆進した前記ロボットの動作を停止するステップと
   を有するロボット制御方法。
6. ロボットの動作の軌跡を記憶するステップと、
   前記ロボットを動作させるステップと、
   前記動作させるステップにより動作する前記ロボットが障害物に接触したことを検知するステップと、
   前記検知するステップにより障害物への接触が検知された場合に、前記ロボットを、前記記憶するステップにより記憶された軌跡に基づいて、障害物との接触位置から逆進させるステップと、
   前記逆進するステップにより逆進した前記ロボットの動作を停止するステップと
   をコンピュータに実行させるプログラム。

Images