WO2023135664A1 - ロボットの安全装置およびロボットシステム - Google Patents

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WO2023135664A1
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speed
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篤規 平野
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株式会社Fuji
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/06—Safety devices

Definitions

  • This specification discloses a robot safety device and a robot system.
  • a detection device measures the distance to an object existing within a search area, and a limit signal is generated to limit the maximum speed of the robot according to the distance to the object. , which transmits a generated limit signal to a robot controller (see, for example, Patent Document 1).
  • the detection device measures the moving speed of the object in addition to the distance to the object and transmits these measured values to the robot controller
  • the communication between the safety device and the robot controller is It complicates the interface and invites complication of the system.
  • the main purpose of this disclosure is to improve safety while simplifying the system.
  • a robot safety device is a robot safety device including a control device for controlling the speed of a robot, the detection unit being capable of detecting an object existing within a predetermined detection range, the detection range Setting for setting a speed limit value of the robot speed based on a combination of a detection unit that detects the relative distance and relative speed between an object in the robot and the detection unit, and the relative distance and relative speed detected by the detection unit and an output unit for outputting the speed limit value set by the setting unit to the control device.
  • the speed limit value of the robot speed is set based on the combination of the relative distance and relative speed between the object within the detection range and the detection unit, and the set speed limit value is controlled by the robot. Output to device. Since the robot control device only needs to input the speed limit value from the safety device, the relative distance and relative speed between the object and the detector can be adjusted without complicating the interface between the control device and the safety device. Based on this, the robot speed can be appropriately controlled. As a result, it is possible to further improve safety while simplifying the system.
  • a robot system includes a robot body, a robot control device that controls the robot speed of the robot body, and a detection unit capable of detecting an object existing within a predetermined detection range.
  • a detection unit that detects a relative distance and relative speed between an object and the detection unit; a setting unit that sets a speed limit value of the robot speed based on a combination of the relative distance and the relative speed detected by the detection unit; and an output unit that outputs the speed limit value set by the setting unit to the robot control device.
  • the robot system of the present disclosure includes the safety device of the present disclosure, the same effect as the safety device of the present disclosure, that is, the effect of being able to further improve safety while simplifying the system can be achieved. can be done.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a robot system according to an embodiment
  • FIG. FIG. 3 is a block diagram showing electrical connections among a robot body, a robot control device, and a safety device
  • It is a flowchart which shows an example of the information output process performed by the control part of a safety device.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between relative distances, relative velocities, and robot velocity numbers
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between a robot speed number, speed override, and output information
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the relative distance between the safety device and the interfering object and the speed override
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the moving speed of an interfering object, the time until it collides with the robot main body, and the speed override;
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the moving speed of an interfering object, the time until it collides with the robot main body, and the speed override;
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the moving speed of an interfering object, the time until it collides with the robot main body, and the speed override;
  • It is a flow chart which shows information output processing concerning other embodiments.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between relative distances and output information;
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a robot system according to another embodiment;
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the robot system 1 of this embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing electrical connections among the robot main body 10, the robot controller 20, and the safety device 30.
  • the robot system 1 of this embodiment includes a robot main body 10, a robot controller 20 that controls the operation of the robot main body 10, and a robot safety device 30 that can detect interfering objects around the robot main body 10. , provided.
  • the robot main body 10 is a work robot that performs a predetermined work. Examples include an assembly robot that assembles objects.
  • the robot body 10 has a base 11 and an articulated arm 12 installed on the base 11 .
  • the articulated arm 12 has a plurality of arms connected in series to the base 11 via joint shafts.
  • a servo motor 15 that drives the corresponding joint shaft and an encoder 16 (rotary encoder) that detects the rotation angle of the corresponding servo motor 15 are arranged on each joint shaft.
  • the robot main body 10 also includes an amplifier section 17 that applies driving current to each servomotor 15 .
  • the robot control device 20 includes a control unit 21 configured as a microprocessor including a CPU, ROM, and RAM, and an I/O port 22 for exchanging signals with the control unit 31 of the safety device 30.
  • the robot controller 20 also outputs control signals to the amplifier unit 17 of the robot body 10 and inputs detection signals from the encoder 16 .
  • the control unit 21 of the robot control device 20 controls the operation of the robot body 10 as follows. That is, the control unit 21 first sets the target angle of each joint axis of the multi-joint arm 12 by inverse kinematics from the target position and posture of the hand. Subsequently, the control unit 21 acquires the current angle of each joint axis from the corresponding encoder 16, and performs feedback calculation (for example, proportional integral calculation or proportional Set the speed command value of the joint axis by integral-differential calculation). Next, the control unit 21 multiplies the speed command value by a later-described speed override defined in the range of 0 (0%) or more and 1 (100%) or less to obtain a target speed that limits the speed of the speed command value. set.
  • the target speed will be the same value as the speed command value. That is, the robot speed is not limited. If the speed override is 0.5 (50%), the target speed will be half the speed command value. Furthermore, if the speed override has a value of 0 (0%), the target speed will have a value of 0 regardless of the speed command value. That is, the robot main body 10 stops moving.
  • the control unit 21 calculates the current speed from the current angle of the joint shaft acquired from the encoder 16, and performs feedback calculation (for example, proportional-integral calculation, A torque command value to be output from the servomotor 15 is set by proportional-integral-differential calculation. Then, the control unit 21 outputs a control signal to the corresponding amplifier unit 17 so that the torque according to the set torque command is output from the servomotor 15 .
  • the safety device 30 of the robot is attached to the hand of the articulated arm 12 in this embodiment.
  • the safety device 30 includes a control unit 31 configured as a microprocessor including a CPU, ROM, and RAM, a sensor unit 32 for monitoring the surroundings, and an I/O port 33 for exchanging signals with the control unit 21. Prepare.
  • the sensor unit 32 is configured as a FMCW (Frequency Modulation Continuous Wave) radar sensor.
  • the sensor unit 32 includes a transmission antenna that transmits a transmission chirp, a reception antenna that receives a reflected wave from an object as a reception chirp, a mixer that mixes the transmission chirp and the reception chirp to generate an intermediate frequency signal (IF signal), and an IF signal.
  • a processing unit for processing the signal and detecting the relative distance L to the object and the relative speed V to the object are provided.
  • the transmission antenna transmits a plurality of transmission chirps as one frame, which are modulated so that the frequency changes with the lapse of time and which are spaced apart from each other at regular intervals.
  • the processing unit has an A/D converter that A/D converts the IF signal generated by the mixer, a DSP that performs Fourier transform processing (FFT processing) on the A/D converted IF signal, and the like.
  • the DSP can calculate the relative distance L to the object based on the peak frequency by performing FFT processing (distance FFT processing) on the IF signal for each chirp and obtaining a frequency spectrum. Further, the DSP performs FFT processing (velocity FFT processing) on the data after the distance FFT processing on a frame-by-frame basis to obtain the peak of the angular frequency, thereby calculating the relative velocity V with respect to the object based on the peak angular frequency. can do.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an example of information output processing executed by the control unit 31 (CPU) of the safety device 30.
  • the control unit 31 first acquires the relative distance L and the relative speed V between the sensor unit 32 and the interfering object from the sensor unit 32 (S100). Subsequently, the control unit 31 sets the robot speed number N corresponding to the speed override based on the obtained combination of the relative distance L and the relative speed V (S110). In setting the robot speed number N, the relationship between the relative distance L, the relative speed V, and the robot speed number N is obtained in advance and stored as a table.
  • FIG. 4 shows the relationship between the relative distance L, the relative velocity V, and the robot velocity number N.
  • the robot speed number N becomes smaller as the relative distance L from the sensor unit 32 to the interfering object becomes smaller, and the relative distance between the sensor unit 32 and the interfering object in the direction of approaching the robot body 10 becomes smaller. It is set so that the higher the speed V, the smaller the speed override. As a result, the speed of the robot is greatly limited as the relative distance L from the sensor unit 32 to the interfering object decreases and the relative speed V between the sensor unit 32 and the interfering object in the direction toward the robot main body 10 increases. becomes.
  • the control unit 31 converts the set robot speed number N into output information of predetermined bits (S120).
  • the output information is a speed override (for example, five speed limit values of 0%, 25%, 50%, 75% and 100%) expressed by predetermined bits (for example, 4 bits) information.
  • the conversion of the output information is performed by preliminarily obtaining the relationship between the robot speed number N and the output information and storing it as a table, and deriving the corresponding output information from the table when the robot speed number N is given.
  • FIG. 5 shows the relationship between the robot speed number, speed override, and output information.
  • the relationship between the combination of the relative distance L and the relative velocity V and the velocity override can be appropriately changed by connecting a computer to the safety device 30 and operating the computer by the user. Then, the control unit 31 transmits the output information to the robot control device 20 via the I/O port 33 (S130), and ends the information output process.
  • the robot control device 20 receives the output information from the control unit 31 of the safety device 30 via the I/O port 22 as a speed override, and multiplies the speed command value by the received speed override, thereby obtaining
  • the servomotor 15 is controlled by setting a target speed with a limited speed.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the relative distance between the safety device 30 (sensor section 32) and an interfering object and the speed override.
  • the speed override is Set to 100%. That is, the robot speed is not limited.
  • the speed override becomes smaller as the interfering object approaches the sensor unit 32 .
  • the speed override becomes smaller as the relative speed between the sensor unit 32 and the interfering object increases in the direction toward the sensor unit 32 . That is, the robot speed is greatly restricted as the interfering object approaches the robot main body 10 and as the moving speed of the interfering object in the direction approaching the robot main body 10 increases.
  • an interfering object (worker) is positioned within the detection range of the sensor unit 32 and the interfering object moves toward the robot main body 10 (sensor unit 32).
  • the speed override is set to have the same value regardless of the position of the interfering object within the detection range if the time until it collides with the robot main body 10 (sensor unit 32) is the same. .
  • the velocity override is set to 100% so that the robot velocity is not limited. As a result, it is possible to more reliably stop the robot body 10 when the worker approaches the robot body 10 while suppressing useless speed limitation of the robot body 10, thereby ensuring the safety of the worker. can do.
  • the sensor unit 32 of the present embodiment corresponds to the detection unit of the present disclosure
  • the control unit 31 that executes S110 and S120 of the information output processing corresponds to the setting unit
  • the I/O port 33 correspond to the output section.
  • the robot main body 10 corresponds to the robot main body
  • the robot control device 20 corresponds to the robot control device.
  • the speed override is transmitted to the robot control device 20 by outputting predetermined bits of output information to the robot control device 20 via the I/O port 33 .
  • the safety device 30 may switch between the output information corresponding to the speed override and the output information corresponding to the relative distance L via the I/O port 33 and transmit the information to the robot control device 20 .
  • FIG. 10 is a flowchart showing information output processing according to another embodiment.
  • the control unit 31 of the safety device 30 determines whether the processing mode is mode A or mode B (S200).
  • the processing mode is set in advance by an operator's operation input using an input device.
  • the control unit 31 When determining that the processing mode is mode A, the control unit 31 acquires the relative distance L and the relative speed V between the sensor unit 32 and the interfering object, similarly to S100 to S130 of the information output processing of FIG.
  • the robot speed number is set based on the combination of the distance L and the relative speed V, the robot speed number is converted into output information, and the output information is output to the robot control device 20 via the I/O port 33 (S210- S240), the information output process is terminated.
  • the control unit 31 acquires the relative distance L between the sensor unit 32 and the interfering object (S250), and converts the acquired relative distance L into output information (S260).
  • FIG. 11 shows the relationship between relative velocity L and output information. As a result, it corresponds to both the specifications of the robot that controls the robot speed by inputting a speed override and the specifications of the robot that controls the robot speed based on the relative distance by inputting the relative distance between the sensor unit 32 and the interfering object. can do.
  • the safety device 30 is attached to the hand (tip) of the articulated arm 12 of the robot body 10, but may be attached to the base 11 of the robot body 10.
  • the safety device 30 is provided in the stationary robot, it may be provided in a self-propelled robot.
  • the self-propelled robot may be an arm robot having an articulated arm as described above, or may be a carrier robot.
  • a plurality of component mounters 101 are arranged in the board transport direction and each have a feeder stand to which a feeder 102 is attached and detached, and picks up components from the feeders 102 and mounts them on the board.
  • an automatic exchange robot 110 that moves along the mounting line 100 and exchanges the feeder 102 for each component mounter 101 may be used.
  • the safety device 30 is provided in the automatic exchange robot 110.
  • the safety device 30 provides the automatic exchange robot 110 with output information according to the combination of the relative distance L and the relative speed V with respect to the interfering object. Output.
  • the automatic exchange robot 110 runs at a limited running speed according to the speed override.
  • the speed limit value of the robot speed is set based on the combination of the relative distance and the relative speed between the object within the detection range and the detection unit, and the set speed limit value is set. Output the value to the robot controller. Since the robot control device only needs to input the speed limit value from the safety device, the relative distance and relative speed between the object and the detector can be adjusted without complicating the interface between the control device and the safety device. Based on this, the robot speed can be appropriately controlled. As a result, it is possible to further improve safety while simplifying the system.
  • the output unit outputs predetermined bits of information as the speed limit value to the control device via an input/output port
  • the setting unit outputs information detected by the detection unit. Any one of a plurality of pieces of information to which different speed limit values are assigned based on a combination of relative distance and relative speed may be selected and set. By doing so, the number of input/output ports can be reduced compared to the case where the relative distance and relative velocity detected by the detector are converted into predetermined bits of information and output to the robot controller.
  • the device can be simplified.
  • the speed limit value may be a speed override value that is multiplied by the speed command value of the robot. This way the robot can limit the robot speed by simply multiplying the speed override.
  • the output unit outputs a first mode in which the speed limit value set by the setting unit is output to the control device, and a relative value of the object detected by the detection unit. and a second mode of outputting the distance to the controller.
  • the robot specification for controlling the robot speed by inputting the speed limit value and the robot specification for controlling the robot speed based on the relative distance between the detection unit and the object are input. can respond.
  • the present disclosure is not limited to the form of a safety device for a robot, and may be a form of a robot system including a robot main body, a control device, and a safety device.
  • the robot main body may be an arm robot having an arm.
  • the robot main body moves along a predetermined travel line on a mounting line provided with a plurality of component mounters that are arranged in the substrate transport direction and are capable of picking up components from feeders and mounting them on the substrate. It may be an automatic exchange robot that exchanges feeders with respect to the mounter.
  • the present disclosure can be used in the manufacturing industry of robots and safety devices.
  • Robot system 10 Robot body, 11 Base, 12 Articulated arm, 15 Servo motor, 16 Encoder, 17 Amplifier unit, 20 Robot control device, 21 Control unit, 22 I/O port, 30 Safety device, 31 Control unit, 32 sensor unit, 33 I/O port, 100 mounting line, 101 component mounting machine, 102 feeder, 110 automatic exchange robot.

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Abstract

ロボットの安全装置は、ロボット速度を制御する制御装置を備えたロボットに適用されるものであり、検知部と、設定部と、出力部と、を備える。検知部は、所定の検知範囲内に存在する対象物を検知可能なものであり、検知範囲内の対象物と検知部との相対距離および相対速度を検知する。設定部は、検知部により検知された相対距離および相対速度の組み合わせに基づいてロボット速度の速度制限値を設定する。出力部は、設定部により設定された速度制限値を制御装置に出力する。

Description

ロボットの安全装置およびロボットシステム
　本明細書は、ロボットの安全装置およびロボットシステムについて開示する。
　従来、この種のロボットの安全装置としては、検知装置により検索領域内に存在する対象物までの距離を測定し、対象物までの距離に応じてロボットの最大速度を制限する制限信号を生成し、生成した制限信号をロボットコントローラに送信するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１６－２０９９５３号公報
　ロボットに接近するように対象物が移動している場合、その移動速度によって、ロボットに到達するまでの時間が変わるため、ロボット速度の制御にあたっては、このことを考慮することが望ましい。一方で、検知装置により対象物までの距離に加えて対象物の移動速度も測定し、これらの測定値をロボットコントローラに送信するものとすると、安全装置とロボットコントローラ（制御装置）との間のインタフェースを複雑化させ、システムの複雑化を招く。
　本開示は、システムを簡素化しつつ、安全性をより向上させることを主目的とする。
　本開示は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
　本開示のロボットの安全装置は、ロボット速度を制御する制御装置を備えたロボットの安全装置であって、所定の検知範囲内に存在する対象物を検知可能な検知部であって、前記検知範囲内の対象物と前記検知部との相対距離および相対速度を検知する検知部と、前記検知部により検知された相対距離および相対速度の組み合わせに基づいて前記ロボット速度の速度制限値を設定する設定部と、前記設定部により設定された速度制限値を前記制御装置に出力する出力部と、を備えることを要旨とする。
　この本開示のロボットの安全装置では、検知範囲内の対象物と検知部との相対距離および相対速度の組み合わせに基づいてロボット速度の速度制限値を設定し、設定した速度制限値をロボットの制御装置に出力する。ロボットの制御装置は、安全装置から速度制限値を入力するだけでよいから、制御装置と安全装置との間のインタフェースを複雑にすることなく、対象物と検知部との相対距離および相対速度に基づいてロボット速度を適切に制御することができる。この結果、システムを簡素化しつつ、安全性をより向上させることができる。
　本開示のロボットシステムは、ロボット本体と、前記ロボット本体のロボット速度を制御するロボット制御装置と、所定の検知範囲内に存在する対象物を検知可能な検知部であって前記検知範囲内の対象物と前記検知部との相対距離および相対速度を検知する検知部と、前記検知部により検知された相対距離および相対速度の組み合わせに基づいて前記ロボット速度の速度制限値を設定する設定部と、前記設定部により設定された速度制限値を前記ロボット制御装置に出力する出力部と、を有する安全装置と、を備えることを要旨とする。
　この本開示のロボットシステムでは、本開示の安全装置を備えているため、本開示の安全装置と同様の効果、すなわち、システムを簡素化しつつ、安全性をより向上させることができる効果を奏することができる。
本実施形態に係るロボットシステムの概略構成図である。 ロボット本体とロボット制御装置と安全装置との電気的な接続関係を示すブロック図である。 安全装置の制御部により実行される情報出力処理の一例を示すフローチャートである。 相対距離と相対速度とロボット速度番号との関係を示す説明図である。 ロボット速度番号と速度オーバーライドと出力情報との関係を示す説明図である。 安全装置と干渉物との相対距離と速度オーバーライドとの関係を示す説明図である。 干渉物の移動速度とロボット本体への衝突までの時間と速度オーバーライドの関係を示す説明図である。 干渉物の移動速度とロボット本体への衝突までの時間と速度オーバーライドの関係を示す説明図である。 干渉物の移動速度とロボット本体への衝突までの時間と速度オーバーライドの関係を示す説明図である。 他の実施形態に係る情報出力処理を示すフローチャートである。 相対距離と出力情報との関係を示す説明図である。 他の実施形態に係るロボットシステムの概略構成図である。
　次に、本開示を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
　図１は、本実施形態のロボットシステム１の概略構成図である。図２は、ロボット本体１０とロボット制御装置２０と安全装置３０との電気的な接続関係を示すブロック図である。本実施形態のロボットシステム１は、図示するように、ロボット本体１０と、ロボット本体１０の動作を制御するロボット制御装置２０と、ロボット本体１０周辺の干渉物を検知可能なロボットの安全装置３０と、を備える。
　ロボット本体１０は、所定の作業を行なう作業ロボットであり、例えば、工具でワークを加工する加工ロボットや、チャックでワークを把持して別位置へ搬送する搬送ロボット、チャックでワークを把持して対象物に組み付ける組付ロボットなどを挙げることができる。
　ロボット本体１０は、ベース１１と、ベース１１に設置された多関節アーム１２と、を有する。多関節アーム１２は、ベース１１に対して関節軸を介して直列に接続された複数のアームを有する。各関節軸には、対応する関節軸を駆動するサーボモータ１５と、対応するサーボモータ１５の回転角度を検出するエンコーダ１６（ロータリエンコーダ）と、が配置されている。また、ロボット本体１０は、各サーボモータ１５に駆動用の電流を印加するアンプ部１７も備える。
　ロボット制御装置２０は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭを含むマイクロプロセッサとして構成される制御部２１と、安全装置３０の制御部３１と信号をやり取りするためのＩ／Ｏポート２２と、を備える。また、ロボット制御装置２０は、ロボット本体１０のアンプ部１７に制御信号を出力したり、エンコーダ１６からの検出信号を入力したりする。
　ロボット制御装置２０の制御部２１は、以下のようにしてロボット本体１０の動作を制御する。すなわち、制御部２１は、まず、手先の目標位置や目標姿勢から逆運動学により多関節アーム１２の各関節軸の目標角度を設定する。続いて、制御部２１は、各関節軸の現在の角度を対応するエンコーダ１６から取得し、関節軸毎に目標角度と現在の角度との差分に基づいてフィードバック演算（例えば、比例積分演算や比例積分微分演算）により関節軸の速度指令値を設定する。次に、制御部２１は、値０（０％）以上値１（１００％）以下の範囲で定められる後述する速度オーバーライドを速度指令値に乗じることにより速度指令値の速度を制限した目標速度を設定する。例えば、速度オーバーライドが値１（１００％）であれば、目標速度は、速度指令値と同じ値となる。すなわち、ロボット速度は制限されない。また、速度オーバーライドが値０．５（５０％）であれば、目標速度は、速度指令値の半分の速度となる。さらに、速度オーバーライドが値０（０％）であれば、目標速度は、速度指令値に拘わらず値０となる。すなわち、ロボット本体１０は、動作を停止する。続いて、制御部２１は、エンコーダ１６から取得した関節軸の現在の角度から現在の速度を算出し、算出した現在の速度と目標速度との差分に基づいてフィードバック演算（例えば、比例積分演算や比例積分微分演算）によりサーボモータ１５から出力すべきトルク指令値を設定する。そして、制御部２１は、設定したトルク指令に応じたトルクがサーボモータ１５から出力されるように対応するアンプ部１７に制御信号を出力する。
　ロボットの安全装置３０は、本実施形態では、多関節アーム１２の手先に取り付けられている。安全装置３０は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭを含むマイクロプロセッサとして構成される制御部３１と、周囲を監視するセンサ部３２と、制御部２１と信号をやり取りするためのＩ／Ｏポート３３と、を備える。
　センサ部３２は、本実施形態では、ＦＭＣＷ（Frequency Modulation Continuous Wave）方式のレーダセンサとして構成される。センサ部３２は、送信チャープを送信する送信アンテナ、物体からの反射波を受信チャープとして受信する受信アンテナ、送信チャープと受信チャープとを混合して中間周波数信号（ＩＦ信号）を生成するミキサ、ＩＦ信号を処理して物体までの相対距離Ｌや物体との相対速度Ｖを検出する処理部等を備える。送信アンテナは、時間の経過と共に周波数が変化するように変調されそれぞれ一定間隔離れた複数個の送信チャープを１フレームとして送信する。処理部は、ミキサにより生成されたＩＦ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータや、Ａ／Ｄ変換されたＩＦ信号をフーリエ変換処理（ＦＦＴ処理）するＤＳＰ等を有する。ＤＳＰは、ＩＦ信号に対してチャープ単位でＦＦＴ処理（距離ＦＦＴ処理）して周波数スペクトルを取得することにより、ピーク周波数に基づいて物体までの相対距離Ｌを算出することができる。また、ＤＳＰは、距離ＦＦＴ処理後のデータに対してフレーム単位でＦＦＴ処理（速度ＦＦＴ処理）して角周波数のピークを取得することにより、ピーク角周波数に基づいて物体との相対速度Ｖを算出することができる。
　次に、本実施形態の安全装置３０の動作について説明する。図３は、安全装置３０の制御部３１（ＣＰＵ）により実行される情報出力処理の一例を示すフローチャートである。情報出力処理では、制御部３１は、まず、センサ部３２と干渉物との間の相対距離Ｌおよび相対速度Ｖを当該センサ部３２から取得する（Ｓ１００）。続いて、制御部３１は、取得した相対距離Ｌおよび相対速度Ｖの組み合わせに基づいて速度オーバーライドに対応したロボット速度番号Ｎを設定する（Ｓ１１０）。ロボット速度番号Ｎの設定は、相対距離Ｌと相対速度Ｖとロボット速度番号Ｎとの関係を予め求めてテーブルとして記憶しておき、相対距離Ｌと相対速度Ｖとが与えられると、テーブルから対応するロボット速度番号Ｎを導出することにより行なわれる。相対距離Ｌと相対速度Ｖとロボット速度番号Ｎとの関係を図４に示す。図示するように、ロボット速度番号Ｎは、センサ部３２から干渉物までの相対距離Ｌが小さいほど速度オーバーライドが小さくなり、且つ、ロボット本体１０に接近する方向のセンサ部３２と干渉物との相対速度Ｖが高いほど速度オーバーライドが小さくなるように設定される。これにより、ロボット速度は、センサ部３２から干渉物までの相対距離Ｌが小さいほど、ロボット本体１０に接近する方向のセンサ部３２と干渉物との相対速度Ｖが高いほど、大きく制限されることとなる。
　制御部３１は、ロボット速度番号Ｎを設定すると、設定したロボット速度番号Ｎを所定ビットの出力情報に変換する（Ｓ１２０）。ここで、出力情報は、速度オーバーライド（例えば、０％，２５％，５０％，７５％および１００％の５つの速度制限値）を所定ビット（例えば、４ビット）の情報で表現したものである。出力情報の変換は、ロボット速度番号Ｎと出力情報との関係を予め求めてテーブルとして記憶しておき、ロボット速度番号Ｎが与えられると、テーブルから対応する出力情報を導出することにより行なわれる。ロボット速度番号と速度オーバーライドと出力情報との関係を図５に示す。相対距離Ｌと相対速度Ｖとの組み合わせと速度オーバーライドとの関係は、安全装置３０にコンピュータを接続し、ユーザがコンピュータを操作することにより適宜変更することができる。そして、制御部３１は、Ｉ／Ｏポート３３を介して出力情報をロボット制御装置２０に送信して（Ｓ１３０）、情報出力処理を終了する。ロボット制御装置２０は、Ｉ／Ｏポート２２を介して安全装置３０の制御部３１からの出力情報を速度オーバーライドとして受信し、受信した速度オーバーライドを速度指令値に乗じることにより、速度オーバーライドに応じて速度が制限された目標速度を設定してサーボモータ１５を制御することなる。
　図６は、安全装置３０（センサ部３２）と干渉物との相対距離と速度オーバーライドとの関係を示す説明図である。図示するように、センサ部３２の検知範囲（センサ部３２と干渉物との相対距離が２０００ｍｍまで）内に干渉物がない場合、すなわち、センサ部３２により干渉物が検知されない場合、速度オーバーライドは１００％に設定される。すなわち、ロボット速度は制限されない。一方、センサ部３２の検知範囲内に干渉物がある場合、すなわち、センサ部３２により干渉物が検知されると、速度オーバーライドは、干渉物がセンサ部３２に接近するにつれて、小さくなる。さらに、干渉物が移動している場合には、速度オーバーライドは、センサ部３２と干渉物との相対速度がセンサ部３２に接近する方向に高くなるにつれて、小さくなる。すなわち、ロボット速度は、干渉物がロボット本体１０に近づくほど、且つ、ロボット本体１０に接近する方向の干渉物の移動速度が高いほど、大きく制限される。本実施形態では、図７および図８に示すように、センサ部３２の検知範囲内に干渉物（作業者）が位置すると共に当該干渉物がロボット本体１０（センサ部３２）に向かって移動している場合、速度オーバーライドは、干渉物が検知範囲内のいずれの位置にいても、ロボット本体１０（センサ部３２）と衝突するまでの時間が同じ場合には同じ値となるように設定される。また、図９に示すように、干渉物がロボット本体１０（センサ部３２）に向かって移動している場合であっても、干渉物の移動速度が遅く、ロボット本体１０（センサ部３２）と衝突するまでの時間に余裕がある場合には、速度オーバーライドは、ロボット速度が制限されないように１００％に設定される。これにより、ロボット本体１０の無駄な速度制限がなされるのを抑制しつつ、作業者がロボット本体１０に接近した際にロボット本体１０をより確実に停止させることができ、作業者の安全を確保することができる。
　ここで、実施形態の主要な要素と請求の範囲に記載した本開示の主要な要素との対応関係について説明する。即ち、本実施形態のセンサ部３２が本開示の検知部に相当し、情報出力処理のＳ１１０，Ｓ１２０を実行する制御部３１が設定部に相当し、情報出力処理のＳ１３０を実行する制御部３１とＩ／Ｏポート３３とが出力部に相当する。また、ロボット本体１０がロボット本体に相当し、ロボット制御装置２０がロボット制御装置に相当する。
　なお、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
　例えば、上述した実施形態では、Ｉ／Ｏポート３３を介して所定ビットの出力情報をロボット制御装置２０に出力することにより、速度オーバーライドをロボット制御装置２０に送信するものとした。しかし、安全装置３０は、Ｉ／Ｏポート３３を介して速度オーバーライドに対応した出力情報と相対距離Ｌに対応した出力情報とを切り替えてロボット制御装置２０に送信可能としてもよい。図１０は、他の実施形態に係る情報出力処理を示すフローチャートである。安全装置３０の制御部３１は、処理モードがモードＡおよびモードＢのいずれであるかを判定する（Ｓ２００）。処理モードは、オペレータが入力装置を用いて操作入力することにより予め設定されている。制御部３１は、処理モードがモードＡであると判定すると、図３の情報出力処理のＳ１００～Ｓ１３０と同様に、センサ部３２と干渉物との相対距離Ｌおよび相対速度Ｖを取得し、相対距離Ｌおよび相対速度Ｖの組み合わせに基づいてロボット速度番号を設定すると共にロボット速度番号を出力情報に変換し、Ｉ／Ｏポート３３を介して出力情報をロボット制御装置２０に出力して（Ｓ２１０～Ｓ２４０）、情報出力処理を終了する。一方、制御部３１は、処理モードがモードＢであると判定すると、センサ部３２と干渉物との相対距離Ｌを取得し（Ｓ２５０）、取得した相対距離Ｌを出力情報に変換し（Ｓ２６０）、Ｉ／Ｏポート３３を介して出力情報をロボット制御装置２０に出力して（Ｓ２４０）、情報出力処理を終了する。相対速度Ｌと出力情報との関係を図１１に示す。これにより、速度オーバーライドを入力してロボット速度を制御するロボットの仕様と、センサ部３２と干渉物との相対距離を入力して相対距離に基づいてロボット速度を制御するロボットの仕様の双方に対応することができる。
　上述した実施形態では、安全装置３０は、ロボット本体１０の多関節アーム１２の手先部（先端部）に取り付けられたが、ロボット本体１０のベース１１に取り付けられてもよい。また、安全装置３０は、据え置き型のロボットに設けられたが、自走式のロボットに設けられてもよい。自走式のロボットは、上述した多関節アームを備えたアームロボットの他、搬送ロボットであってもよい。例えば、図１２に示すように、基板の搬送方向に配列されると共にそれぞれフィーダ１０２が着脱されるフィーダ台を有し、フィーダ１０２から部品を採取して基板に実装する複数の部品実装機１０１を備えた実装ライン１００において、実装ライン１００に沿って移動して各部品実装機１０１に対してフィーダ１０２の交換を行なう自動交換ロボット１１０であってもよい。安全装置３０は、自動交換ロボット１１０に設けられ、検知範囲内で干渉物が検知されると、当該干渉物との相対距離Ｌおよび相対速度Ｖの組み合わせに応じた出力情報を自動交換ロボット１１０に出力する。自動交換ロボット１１０は、入力した出力情報に基づく速度オーバーライドを速度指令値に乗じることで、速度オーバーライドに応じた制限された走行速度で走行する。
　以上説明したように、本開示のロボットの安全装置では、検知範囲内の対象物と検知部との相対距離および相対速度の組み合わせに基づいてロボット速度の速度制限値を設定し、設定した速度制限値をロボットの制御装置に出力する。ロボットの制御装置は、安全装置から速度制限値を入力するだけでよいから、制御装置と安全装置との間のインタフェースを複雑にすることなく、対象物と検知部との相対距離および相対速度に基づいてロボット速度を適切に制御することができる。この結果、システムを簡素化しつつ、安全性をより向上させることができる。
　こうした本開示のロボットの安全装置において、前記出力部は、入出力ポートを介して所定ビットの情報を前記速度制限値として前記制御装置に出力し、前記設定部は、前記検知部により検知された相対距離および相対速度の組み合わせに基づいて異なる速度制限値がそれぞれ割り当てられた複数の前記情報の中からいずれかを選択して設定してもよい。こうすれば、検知部により検出された相対距離および相対速度をそれぞれ所定ビットの情報に変換してロボットの制御装置に出力するものに比して、入出力ポートの本数を少なくすることができ、装置を簡素なものとすることができる。
　また、本開示のロボットの安全装置において、前記速度制限値は、前記ロボットの速度指令値に乗算される速度オーバーライド値であってもよい。こうすれば、ロボットは、速度オーバーライドを乗じるだけでロボット速度を制限することができる。
　さらに、本開示のロボットの安全装置において、前記出力部は、前記設定部により設定された速度制限値を前記制御装置に出力する第１モードと、前記検知部により検出された対象物との相対距離を前記制御装置に出力する第２モードと、を有してもよい。こうすれば、速度制限値を入力してロボット速度を制御するロボットの仕様と、検知部と対象物との相対距離を入力して相対距離に基づいてロボット速度を制御するロボットの仕様の双方に対応することができる。
　また、本開示は、ロボットの安全装置の形態とするものに限られず、ロボット本体と制御装置と安全装置とを備えるロボットシステムの形態としてもよい。この場合、ロボット本体は、アームを備えるアームロボットであってもよい。また、ロボット本体は、基板の搬送方向に並ぶと共にそれぞれフィーダから部品を採取して基板に実装可能な複数の部品実装機を備えた実装ラインにおいて、予め定められた走行ライン上を移動して各部品実装機に対してフィーダの交換を行なう自動交換ロボットであってもよい。
　本開示は、ロボットや安全装置の製造産業などに利用可能である。
　１　ロボットシステム、１０　ロボット本体、１１　ベース、１２　多関節アーム、１５　サーボモータ、１６　エンコーダ、１７　アンプ部、２０　ロボット制御装置、２１　制御部、２２　Ｉ／Ｏポート、３０　安全装置、３１　制御部、３２　センサ部、３３　Ｉ／Ｏポート、１００　実装ライン、１０１　部品実装機、１０２　フィーダ、１１０　自動交換ロボット。

Claims (7)

  1. 　ロボット速度を制御する制御装置を備えたロボットの安全装置であって、
    　所定の検知範囲内に存在する対象物を検知可能な検知部であって、前記検知範囲内の対象物と前記検知部との相対距離および相対速度を検知する検知部と、
    　前記検知部により検知された相対距離および相対速度の組み合わせに基づいて前記ロボット速度の速度制限値を設定する設定部と、
    　前記設定部により設定された速度制限値を前記制御装置に出力する出力部と、
    　を備えるロボットの安全装置。
  2. 　請求項１に記載のロボットの安全装置であって、
    　前記出力部は、入出力ポートを介して所定ビットの情報を前記速度制限値として前記制御装置に出力し、
    　前記設定部は、前記検知部により検知された相対距離および相対速度の組み合わせに基づいて異なる速度制限値がそれぞれ割り当てられた複数の前記情報の中からいずれかを選択して設定する、
    　ロボットの安全装置。
  3. 　請求項１または２に記載のロボットの安全装置であって、
    　前記速度制限値は、前記ロボットの速度指令値に乗算される速度オーバーライド値である、
    　ロボットの安全装置。
  4. 　請求項１ないし３いずれか１項に記載のロボットの安全装置であって、
    　前記出力部は、前記設定部により設定された速度制限値を前記制御装置に出力する第１モードと、前記検知部により検出された対象物との相対距離を前記制御装置に出力する第２モードと、を有する、
    　ロボットの安全装置。
  5. 　ロボット本体と、
    　前記ロボット本体のロボット速度を制御するロボット制御装置と、
    　所定の検知範囲内に存在する対象物を検知可能な検知部であって前記検知範囲内の対象物と前記検知部との相対距離および相対速度を検知する検知部と、前記検知部により検知された相対距離および相対速度の組み合わせに基づいて前記ロボット速度の速度制限値を設定する設定部と、前記設定部により設定された速度制限値を前記ロボット制御装置に出力する出力部と、を有する安全装置と、
    　を備えるロボットシステム。
  6. 　請求項５に記載のロボットシステムであって、
    　前記ロボット本体は、アームを備えるアームロボットである、
    　ロボットシステム。
  7. 　請求項５に記載のロボットシステムであって、
    　前記ロボット本体は、基板の搬送方向に並ぶと共にそれぞれフィーダから部品を採取して基板に実装可能な複数の部品実装機を備えた実装ラインにおいて、予め定められた走行ライン上を移動して各部品実装機に対してフィーダの交換を行なう自動交換ロボットである、
    　ロボットシステム。
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