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JP6585574B2 - 作業者とロボットとの協働作業を行う生産システム - Google Patents

作業者とロボットとの協働作業を行う生産システム Download PDF

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Description

本発明は、ロボットと作業者とが同時に侵入して協働して作業を行うための協働動作領域を有する生産システムに関する。
生産現場においては、稼動するロボットの可動範囲内で作業者が段取り作業などを行うことにより生産性を向上させたいといった要望が多くある。このような生産現場では、作業者がロボットの可動範囲内に侵入して、ロボットが必要とする部品を供給し、または部品を取出すといった場合には、作業者とロボットとが同じ空間で作業を行う必要がある。そのような場合は、通常、作業者は、安全を確保するためにロボットを停止させてからその可動範囲内に侵入する必要がある。しかし、作業者がロボットの可動範囲内に侵入しようとする度にロボットを停止させると、生産性は著しく低下してしまうことになる。
特許文献1においては、ロボットと作業者とが同時に侵入可能な協働動作領域にロボットが侵入している時に、作業者が協働動作領域に侵入すると、作業者の侵入前よりもロボットの動作速度を低下させる方法が提案されている。この方法によれば、ロボットと作業者とが同じ空間で協働して作業を行う場合であっても、ロボットの生産性を著しく低下させないようにすることができる。しかし、たとえロボットの動作速度を低下させても、作業者がロボットと接触した時にロボットが停止しなければ、作業者は大怪我をしてしまうことがある。
また、特許文献2においては、作業者の安全を確保するため、作業者とロボットとが接触すると、外力を検知してロボットを停止させる接触停止機能を有するロボットシステムが提案されている。
特許第4648486号公報 特許第5927284号公報
ところで、作業者と同じ空間で協働して作業を行うロボットは、作業者と接触した時に過大な接触力が作業者に加わらないように、低速で動作する必要がある。しかし、ロボットの作業効率を上げるためには、ロボットを高速で動作する必要がある。そこで、ロボットの作業効率を出来るだけ低下させないために、作業者がロボットから遠い安全な場所にいる時にはロボットを高速で動作させる方法が検討された。ところが、前述の特許文献2に示されるような接触停止機能を有するロボットを高速で動作させると、ロボット自体が発生する力によって接触停止機能が働いて、ロボットが停止してしまう場合があった。
そこで本発明は、上述の実状に鑑みて、ロボットと作業者とが同じ空間で協働して作業を行う生産現場において、作業者の安全を確保しつつ、作業者とロボットとの協働作業の効率を向上させることができる生産システムを提供することを目的とする。
上述の目的を達成するため、本発明の第一態様は、
ロボットと、該ロボットを制御する制御装置と、前記ロボットと作業者とが同時に侵入して協働して作業を行うための協働動作領域に前記作業者が侵入しているか否かを検出する人間検出部と、前記ロボットの速度を検出する速度検出部と、前記ロボットに掛かる外力を検出する外力検出部と、を有する生産システムであって、
前記制御装置は、
前記ロボットに供給されている動力を遮断する動力遮断部と、
所定の基準速度を記憶する基準速度記憶部と、
所定の基準力を記憶する基準力記憶部と、
前記速度検出部により検出された前記ロボットの現在の速度と前記基準速度記憶部に記憶された前記所定の基準速度とを比較し、該現在の速度が前記所定の基準速度を超えた場合には前記動力遮断部を作動させて前記ロボットの動作を停止する機能を有する第一の速度比較部と、
前記外力検出部により検出された前記ロボットに掛かる現在の外力と前記基準力記憶部に記憶された前記所定の基準力とを比較し、該現在の外力が前記所定の基準力を超えた場合には前記動力遮断部を作動させて前記ロボットの動作を停止する機能を有する外力比較部と、を有し、
前記制御装置は、前記協働動作領域に前記作業者が侵入していないことが前記人間検出部により検出されている間、前記第一の速度比較部及び前記外力比較部の機能を無効にするようになされている、生産システムを提供する。
また、本発明の第二態様は、上記第一態様の生産システムにおいて、
前記制御装置は、
前記ロボットに動作指令を与える動作指令部と、
前記動作指令に含まれる指令速度を全て一定の割合で低下させることにより前記指令速度を所定の制限速度以下に調節する機能を有する指令速度調節部と、をさらに有し、
前記所定の制限速度は、前記外力比較部が前記動力遮断部を作動させてしまうことのないロボット動作速度のうちの最大値であり、
前記制御装置は、前記協働動作領域に前記作業者が侵入していないことが前記人間検出部により検出されている間、前記指令速度調節部の機能を無効にするようになされている、生産システムを提供する。
本発明の第三態様は、上記第一態様の生産システムにおいて、
前記制御装置は、
前記ロボットに動作指令を与える動作指令部と、
所定の制限速度を記憶する制限速度記憶部と、
前記動作指令に含まれる指令速度から推定される前記ロボットの速度である推定速度と前記制限速度記憶部に記憶された前記所定の制限速度とを比較することにより、前記推定速度が前記所定の制限速度を超えるか否かを判定する機能を有する第二の速度比較部と、
前記動作指令に含まれる指令速度のうち、前記第二の速度比較部により前記所定の制限速度を超えると判定された前記推定速度になる指令速度のみを前記所定の制限速度以下に調節する機能を有する指令速度調節部と、をさらに有し、
前記所定の制限速度は、前記外力比較部が前記動力遮断部を作動させてしまうことのないロボット動作速度のうちの最大値であり、
前記制御装置は、前記協働動作領域に前記作業者が侵入していないことが前記人間検出部により検出されている間、前記指令速度調節部の機能を無効にするようになされている、生産システムを提供する。
本発明の第四態様は、上記第二態様または第三態様の生産システムにおいて、
前記制御装置は、
前記協働動作領域に前記作業者が侵入したことが前記人間検出部により検出された時点から、前記第一の速度比較部の機能が有効になるのを所定の時間だけ遅延させる機能を有する速度比較遅延部をさらに有する、生産システムを提供する。
本発明の第五態様は、上記第二態様から第四態様のいずれかの生産システムにおいて、
前記制御装置は、
前記協働動作領域に前記作業者が侵入したことが前記人間検出部により検出された時点から、前記外力比較部の機能が有効になるのを所定の時間だけ遅延させる機能を有する外力比較遅延部をさらに有する、生産システムを提供する。
本発明の第一態様によれば、ロボットと作業者とが同じ空間で協働して作業を行う生産現場において、作業者の安全を確保しつつ、作業者とロボットとの協働作業の効率を向上させることができる。
本発明の第二態様によれば、高速動作をロボットに実行させるプログラムだけをロボット動作プログラムとして記述しても、人間が協働動作領域に居る時にはロボットを低速で動作させることができる。また、ロボット動作プログラムが単純となる。
本発明の第三態様によれば、ロボットの速度が所定の制限速度を超えてしまう指令速度のみを該所定の制限速度以下に調節するようにしたことにより、ワークを掴む時の動作など、もともと低速で行われる動作に対する不必要な速度低下を防ぐことができる。
本発明の第四態様によれば、人間が協働動作領域に侵入したことが人間検出部により検出された時点から一定時間経過後に第一の速度比較部の機能が有効になる。これにより、ロボットの速度が所定の制限速度以下に低下する前に不必要に第一の速度比較部が機能してロボットが停止するのを防ぐことができる。
本発明の第五態様によれば、人間が協働動作領域に侵入したことが人間検出部により検出された時点から一定時間経過後に外力比較部の機能を有効になる。これにより、ロボットの速度が所定の制限速度以下に低下する前に不必要に外力比較部が機能してロボットが停止するのを防ぐことができる。
添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれらの目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明確になるであろう。
本発明の生産システムを適用可能なロボットと該ロボットの周辺の構成とを例示した側面図である。 第一実施例の生産システムを示す機能ブロック図である。 第二実施例の生産システムを示す機能ブロック図である。 第三実施例の生産システムを示す機能ブロック図である。 第四実施例の生産システムを示す機能ブロック図である。 第五実施例の生産システムを示す機能ブロック図である。 第六実施例の生産システムを示す機能ブロック図である。 第七実施例の生産システムを示す機能ブロック図である。
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。参照する図面において、同様の構成部分または機能部分には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。また、図面に示される形態は本発明を実施するための一つの例であり、本発明は図示された形態に限定されるものではない。
図1は、本発明の生産システムに適用可能なロボットと該ロボットの周辺の構成とを例示した側面図である。
図1に示される生産システム10においては、人間11がロボット12に接近し、人間11とロボット12とが同じ空間で協働して作業を行う。人間11は、ロボット12と協働して作業を行う作業者であって、例えばロボット12により取付作業が行われたワークの最終的な位置決めと固定を行う作業者である。
ロボット12は、垂直多関節型マニピュレータからなる産業用ロボットである。ロボット12を床部Lに設置するため、床部L上には固定プレート13が固定されている。固定プレート13上には力センサ14が配置され、さらに、力センサ14上にロボット12のロボットベース15が配置されている。
力センサ14は、ロボット12に掛かる外力、より好ましくは、人間11がロボット12と接触したときの外力(いわゆる、接触力)を検出する外力検出装置として使用される。力センサ14内には、外力に起因する力センサ14の歪を検出する歪検出器、例えば歪ゲージ、特に半導体歪ゲージが含まれている。より具体的には、力センサ14は、力センサボディと、力センサボディに貼付けられた歪ゲージとを備えている。力センサ14は、図1においてはロボットベース15に取付けられているが、ロボット12の他の部分、例えばロボットアーム部16を構成するリンク間の関節部に取付けられていてもよい。また、力センサ14は、加速度センサによってロボット12の衝突時の加速度を取得し、取得した加速度を基に算出可能な力を接触力として検出するものであってもよい。
ロボットアーム部16の先端にはロボット手首フランジ17が取付けられている。ロボット手首フランジ17の先端には、把持ハンド18または作業ツール(図示せず)などが設けられている。把持ハンド18は、ロボット制御装置21からの指令に基づいてワークWを把持し、ロボット12がワークWを目的の場所まで移動させた後にワークWを解放することができる。
図1に示されるようにロボット12の近傍には、人間11とロボット12とが同時に侵入して協働作業を行う領域としての協働動作領域Aに人間11が侵入しているか否かを検出する人間検出部19が設置されている。
人間検出部19は、協働動作領域Aとこの外側領域との境界に二次元の検出領域20を形成する。あるいは、人間検出部19は、上記の協働動作領域Aを包含するような三次元の検出領域(不図示)を形成してもよい。このような二次元または三次元の検出領域は、光電センサの検出範囲または監視カメラの監視範囲などを利用して形成されうる。また、上記の協働動作領域Aは、ロボット12の構成部分が物理的に移動可能な範囲、例えば、ロボットアーム部16を構成するリンクの回転可能範囲によって定まる範囲を少なくとも含むのが好ましい。
さらに、ロボット12はロボット制御装置21に接続されている。前述した力センサ14及び人間検出部19もまた、ロボット制御装置21に接続されている。
ロボット制御装置21はデジタルコンピュータであり、ロボット12の動作を制御する。より具体的には、ロボット制御装置21は、ロボット12の各軸を駆動するサーボモータに対して所定の動作指令(例えば、トルク指令、速度指令、位置指令など)を与えることによってロボットアーム部16を動かしている。
以下に、前述した協働動作領域Aにおいて人間11とロボット12とが協働して作業を行う生産システム10の様々な実施例を挙げる。
(第一実施例)
図2は、第一実施例の生産システム10Aを示す機能ブロック図である。
第一実施例の生産システム10Aは、図2に示されるように、人間検出部19、協働モード指令部22、速度チェック遮断部23、接触停止遮断部24、速度検出部25、基準速度記憶部26、速度比較部27、外力検出部28、基準力記憶部29、外力比較部30、モータ31、モータ電源32、動力遮断部33、サーボアンプ34、及び、動作指令部35などを含む。以下、これらの機能について、図2を参照して説明する。
人間検出部19は、上述したように協働動作領域A(図1参照)に人間11が侵入しているか否かを検出する機能を有する。
協働モード指令部22は、協働モード、すなわち、人間11と協働して作業を行うロボット12の動作モードを開始する指令をロボット12に与える。この指令には、速度比較部27にて使用される基準速度や、外力比較部30にて使用される基準力などのパラメータが少なくとも含まれている。
上記の基準速度は速度チェック遮断部23を介して基準速度記憶部26に入力され記憶される。上記の基準力は接触停止遮断部24を介して基準力記憶部29に入力されて記憶される。各記憶部26、29は、例えば、RAM(Random Access Memory)といったメモリ装置や、ハードディスクといった磁気記憶装置などである。
速度比較部27は、基準速度記憶部26に記憶された所定の基準速度と、ロボット12の現在速度とを比較し、ロボット12の現在速度がその所定の基準速度を超えた場合に、後述する動力遮断部33を作動させる機能を有する。ロボット12の現在速度は、ロボット12を駆動するモータ31の回転速度を検出する速度検出部25、例えばパルスコーダを用いて取得される。
外力比較部30は、基準力記憶部29に記憶された所定の基準力と、ロボット12に掛かる現在の外力とを比較し、ロボット12の現在の外力がその所定の基準力を超えた場合に、後述する動力遮断部33を作動させる機能を有する。ロボット12の現在の外力は、外力検出部28を用いて取得される。外力検出部28は、図1に示されたロボットベース15やロボットアーム部16の関節部などに設置される力センサ14などの外力検出装置である。
ロボット12を駆動するモータ31はサーボモータである。動作指令部35は、予め作成されたロボット動作プログラムに従ってロボット12を動作させる指令信号(動作指令)をサーボアンプ34に出力する。ロボット動作プログラムは、図1に示されたロボット制御装置21内に記憶されている。
サーボアンプ34は、動作指令部35から出力される指令信号を受取って、この指令信号と、モータ31の回転軸の回転位置を検出するパルスコーダ(不図示)からの出力信号とが一致するようにモータ31を制御する機能を有する。上記パルスコーダは速度検出部25としても使用されるのが好ましい。
モータ電源32は、モータ31を動作させる電力(動力)をサーボアンプ34に供給する電源である。
動力遮断部33は、モータ31への電力を遮断してロボット12を停止させる機能を有する。この動力遮断部33は、速度比較部27での速度比較においてロボット12の現在速度が基準速度を超えた場合、及び、外力比較部30での外力比較においてロボット12の現在の外力が基準力を超えた場合のうちの少なくとも一方において作動し、モータ31への電力を遮断するようになっている。
上記の基準速度は、ロボット12が人間11に衝突した時に人間11に怪我を負わせないロボット動作速度のうちの最大値であるのが好ましい。例えば、協働作業ロボット等の規格(ISO10218−1)には、協働動作領域におけるロボットの最高速度は250mm/sとして規定されているので、上記の基準速度を250mm/sに設定することができる。勿論、基準速度は250mm/sより低速に設定されてもよい。
また、上記の基準力は、ロボット12が人間11と接触した時に人間11に怪我を負わせない接触力のうちの最大値であるのが好ましい。このような基準速度と基準力の定義は、後述する他の実施例でも同じとする。
速度チェック遮断部23は、人間11が協働動作領域Aに侵入していないことが人間検出部19により検出されている間、前述した速度比較部27での速度比較を行わないようにする機能を有する。つまり、速度チェック遮断部23は、人間11が協働動作領域Aに居ない間は速度比較部27の機能を無効にして、動力遮断部33が作動しないようにする。人間11が協働動作領域Aに侵入したことが人間検出部19により検出された場合には、速度チェック遮断部23は速度比較部27の機能を有効にする。
接触停止遮断部24もまた、人間11が協働動作領域Aに侵入していないことが人間検出部19により検出されている間、前述した外力比較部30での外力比較を行わないようにする機能を有する。つまり、接触停止遮断部24は、人間11が協働動作領域Aに居ない間は外力比較部30の機能を無効にして、動力遮断部33が作動しないようにする。人間11が協働動作領域Aに侵入したことが人間検出部19により検出された場合には、接触停止遮断部24は外力比較部30の機能を有効にする。
また、前述した協働モード指令部22、速度チェック遮断部23、接触停止遮断部24、基準速度記憶部26、速度比較部27、基準力記憶部29、外力比較部30、モータ31、モータ電源32、動力遮断部33、サーボアンプ34、及び、動作指令部35は、図1に示されたロボット制御装置21に備えられているものとする。さらに、前述した速度検出部25、外力検出部28、及びモータ31は、図1に示されたロボット12に備えられているものとする。これらの点は、後述する他の実施例でも同じである。
上述のような第一実施例の生産システム10Aによれば、次のような作用及び効果が得られる。
図2において、動作指令部35は動作指令をロボット動作プログラムに従ってサーボアンプ34に出力することにより、サーボアンプ34はモータ31を制御する。これにより、ロボット12におけるロボットアーム部16や把持ハンド18などが動作指令どおりに動作する。
このようにロボット12が協働動作領域Aで動作していて、人間11が協働動作領域Aに侵入したことが人間検出部19により検出されたとき、速度チェック遮断部23は速度比較部27の機能を有効にし、接触停止遮断部24は外力比較部30の機能を有効にする。このフェーズにおいて、速度検出部25により検出されるロボット12の速度が所定の基準速度を超えた時は動力遮断部33が作動してモータ31への電力が遮断されるので、ロボット12の動作が停止する。また、外力検出部28により検出されるロボット12に掛かる外力が所定の基準力を超えた時も動力遮断部33が作動してモータ31への電力が遮断されるので、ロボット12の動作が停止する。
つまり、人間11が協働動作領域Aに居る状況において、ロボット12の速度が所定の基準速度を超えたり、人間11がロボット12と接触したことなどに起因してロボット12への外力が所定の基準力を超えたりすると、ロボット12の動作は停止する。このことにより、協働動作領域Aにてロボット12と協働して作業を行う人間11に対し、安全を確保することができる。
一方、人間11が協働動作領域Aに侵入していないことが人間検出部19により検出されている間は、速度チェック遮断部23は速度比較部27の機能を無効にし、接触停止遮断部24は外力比較部30の機能を無効にする。このフェーズにおいては、速度検出部25により検出されるロボット12の速度が所定の基準速度を超えたり、外力検出部28により検出されるロボット12への外力が所定の基準力を超えたりしても動力遮断部33は作動しないので、ロボット12の動作は停止しない。
このことにより、人間11が協働動作領域Aに居ない状況においては、ロボット12を上記所定の基準速度よりも高速で動作させることができる。さらに、ロボット12を高速で動作させているときにロボット12自体が発生する力が上記所定の基準力を超えてしまっても、ロボット12の動作は停止しないようになる。
より詳しく言うと、ロボット12を高速で動作させたときにロボット12自体が発生する力、例えば曲げ荷重や捩り荷重などがロボット12に対する外力として外力検出部28により検出されてしまう場合がある。この場合、そのロボット12自体が発生する力が上記所定の基準力を超えていることが外力比較部30により判定されてしまうと、人間11が協働動作領域Aに居なくても動力遮断部33が作動してロボット12が停止してしまう。しかし本実施例においては、人間11が協働動作領域Aに居ない間は外力比較部30の機能を無効にしているので、上記のような問題は発生しない。人間11が協働動作領域Aに居ない間はロボット11に高速動作を指令できるので、作業者とロボットとの協働作業の効率を向上させることができる。
(第二実施例)
次に、第二実施例の生産システム10Bについて説明する。但し、以下では、上述した第一実施例とは異なる点を主に説明することとし、上述した第一実施例と同じ構成要素には同一の符号を用いることによってそれらの説明を割愛する。
図3は、第二実施例の生産システム10Bを示す機能ブロック図である。
第二実施例の生産システム10Bは、図3に示されるように、前述した第一実施例の生産システム10A(図2参照)に対して、指令速度調節部36と指令速度調節遮断部37をさらに備える。
図3に示される指令速度調節部36は、動作指令部35からサーボアンプ34へ出力される動作指令に含まれる指令速度を全て所定の制限速度以下に調節する機能を有する。この調節においては、動作指令部35からの動作指令に含まれる指令速度が全て一定の割合で低下されるようにしている。つまり、指令速度調節部36により、ロボット12に指令された全ての動作速度が一様に低下して所定の制限速度以下に制限される。
一方、図3に示される指令速度調節遮断部37は、人間11が協働動作領域Aに侵入していないことが人間検出部19により検出されている間、前述した指令速度調節部36での指令速度調節を行わないようにする機能を有する。つまり、指令速度調節遮断部37は、人間11が協働動作領域Aに居ない間は指令速度調節部36の機能を無効にする。人間11が協働動作領域Aに侵入したことが人間検出部19により検出された場合には、指令速度調節遮断部37は指令速度調節部36の機能を有効にする。
上記の制限速度の値は、外力比較部30が動力遮断部33を作動させてしまうことのないロボット動作速度のうちの最大値であるのが好ましい。第一実施例にて既に説明したように、ロボット12の高速動作中にそのロボット12自体が発生する力が所定の基準力を超えていることが外力比較部30により判定されると、ロボット12の動作が停止してしまう。よって、こうした状況を引きおこさないロボット12の速度が上記の制限速度として選定されている。このような制限速度の定義は、後述する他の実施例でも同じとする。
前述した制限速度の値は協働モード指令部22からの指令に含まれていて、協働モードの開始により協働モード指令部22から指令速度調節遮断部37を介して指令速度調節部36に入力されるようになっている。
前述した指令速度調節部36及び指令速度調節遮断部37は、図1に示されたロボット制御装置21に備えられている。
上述のような第二実施例の生産システム10Bによれば、前述した第一実施例による作用及び効果だけでなく、次のような作用及び効果も得られる。
動作指令部35から出力される、ロボット12の指令速度を含む動作指令は、ロボット制御装置21内のロボット動作プログラムに記述されている。人間11が協働動作領域Aに居る時は低速動作をロボット12に実行させ、かつ人間11が協働動作領域Aに居ない時は高速動作をロボット12に実行させるように、ロボット動作プログラムを記述した場合には、プログラムが複雑になり、プログラムの確認にも時間がかかる。
こうした問題を回避するため、第二実施例におけるロボット制御装置21は、動作指令部35からの動作指令に含まれる指令速度を全て一定の割合で低下させることにより該指令速度を所定の制限速度以下に調節する指令速度調節部36を有している。さらに、その指令速度調節部36の機能は、人間11が協働動作領域Aに侵入しているときは有効となり、人間11が協働動作領域Aに侵入していない間は無効となるようにしている。
以上のことにより、高速動作をロボット12に実行させるプログラムだけを記述しても、本実施例のロボット制御装置21は、人間11が協働動作領域Aに侵入した時にロボット12を低速で動作できるようになる。また、ロボット動作プログラムも単純になる。
(第三実施例)
次に、第三実施例の生産システム10Cについて説明する。但し、以下では、上述した第一実施例とは異なる点を主に説明することとし、上述した第一実施例と同じ構成要素には同一の符号を用いることによってそれらの説明を割愛する。
図4は、第三実施例の生産システム10Cを示す機能ブロック図である。
第三実施例の生産システム10Cは、図4に示されるように、前述した第一実施例の生産システム10A(図2参照)に対して、第二の速度比較部38、制限速度記憶部39、指令速度調節部40、及び指令速度調節遮断部41をさらに備える。
図4に示される速度比較部38は、動作指令部35から出力された動作指令に含まれる指令速度から推定されるロボット12の速度(以下、推定速度と呼ぶ。)と、制限速度記憶部39に記憶された所定の制限速度とを比較することにより、推定速度が所定の制限速度を超えるか否かを判定する機能を有する。図示されていないが、上記の推定速度を求める推定速度算出部が動作指令部35と速度比較部38の間に設けられているのが好ましい。また、速度比較部38に上記の推定速度を求める機能が備えられていてもよい。
指令速度調節部40は、動作指令部35からの動作指令に含まれる指令速度のうち、速度比較部38により所定の制限速度を超えると判定された推定速度になる指令速度のみをその制限速度以下に調節する機能を有する。また、動作指令部35からの動作指令に含まれる指令速度のうち、所定の制限速度以下の推定速度になる指令速度については、指令速度調節部40は指令速度を調節しないでサーボアンプ24に送出するようにしている。
指令速度調節遮断部41は、人間11が協働動作領域Aに侵入していないことが人間検出部19により検出されている間、指令速度調節部40での指令速度調節を行わないようにする機能を有する。つまり、指令速度調節遮断部41は、人間11が協働動作領域Aに居ない間は指令速度調節部40の機能を無効にする。人間11が協働動作領域Aに侵入したことが人間検出部19により検出された場合には、指令速度調節遮断部41は指令速度調節部40の機能を有効にする。
制限速度記憶部39に記憶された制限速度の値は協働モード指令部22からの指令に含まれていて、協働モードの開始により協働モード指令部22から指令速度調節遮断部41を介して制限速度記憶部39に入力されるようになっている。
前述した速度比較部38、制限速度記憶部39、指令速度調節部40、及び指令速度調節遮断部41は、図1に示されたロボット制御装置21に備えられている。
上述のような第三実施例の生産システム10Cによれば、前述した第一実施例による作用及び効果だけでなく、次のような作用及び効果も得られる。
前に説明した第二実施形態の生産システム10Bにおいては、協働動作領域Aへの人間11の侵入を検出した時、動作指令部35からの動作指令に含まれる指令速度を全て一定の割合で低下させるようにした。これにより、高速動作をロボット12に実行させるプログラムだけがロボット動作プログラムとして記述されていても、人間11が協働動作領域Aに居る時はロボット12の低速動作を行えるようになる。
しかし、ワークWを掴む時の動作など、繊細な動きが必要な作業工程においては、人間11が協働動作領域Aに居ない時でもロボット12は低速で動作する必要がある。この場合、ロボット12を低速で動作させるプログラムを前述の第二実施形態の生産システム10Bのロボット制御装置21で実行すると、該プログラムに基づく指令速度が、協働動作領域Aへの人間11の侵入が検出された時に一定の割合で低下してしまう。つまり、もともと低速で行われる動作が一段と遅くなる。
このような問題を回避するため、第三実施例におけるロボット制御装置21は、動作指令部35からの動作指令に含まれる指令速度のうち、速度比較部38により所定の制限速度を超えると判定された推定速度になる指令速度のみを該所定の制限速度以下に調節する指令速度調節部40を有している。さらに、その指令速度調節部40の機能は、人間11が協働動作領域Aに侵入しているときは有効となり、人間11が協働動作領域Aに侵入していない間は無効となるようにしている。
以上のことにより、人間11が協働動作領域Aに居る状況においては、ロボット12を所定の制限速度よりも高速に動作させる指令が出た時だけ、ロボット12の速度をその所定の制限速度以下に低下させることができる。その一方で、ロボット12を所定の制限速度以下の低速で動作させる指令が出ている時は、ロボット12の指令速度を低下させるような指令速度調節は行われない、したがって、ワークWを掴む時の動作など、もともと低速で行われる動作が不必要に低下するのを防ぐことができる。
(第四実施例)
次に、第四実施例の生産システム10Dについて説明する。但し、以下では、上述した第二実施例とは異なる点を主に説明することとし、上述した第二実施例と同じ構成要素には同一の符号を用いることによってそれらの説明を割愛する。
図5は、第四実施例の生産システム10Dを示す機能ブロック図である。
第四実施例の生産システム10Dは、図5に示されるように、前述した第二実施例の生産システム10B(図3参照)に対して、速度比較遅延部42をさらに備える。この速度比較遅延部42は、図1に示されたロボット制御装置21に備えられている。
前述した第二実施例の生産システム10B(図3参照)においては、人間11が協働動作領域Aに侵入したことが人間検出部19により検出された時、速度チェック遮断部23は、速度比較部27の機能を無効から有効に切替えるようにしている。
これに対し、この第四実施例においては、図5に示された速度比較遅延部42が、人間11が協働動作領域Aに侵入したことが人間検出部19により検出された時点から、速度比較部27の機能が有効になるのを所定の微小時間[秒]だけ遅延させるようにしている。
上述のような第四実施例の生産システム10Dによれば、前述した第二実施例による作用及び効果だけでなく、次のような作用及び効果も得られる。
協働動作領域Aへの人間11の侵入検出により指令速度調節部36が有効になって、指令速度調節部36が動作指令部35からの指令速度を一定の割合で低下させても、ロボット12の実際の速度は急には低下しない。ロボット12の速度が低下するまでに一定の時間がかかるため、この一定時間においてロボット12の速度が所定の基準速度を超えている場合には、速度比較部27からの信号によって動力遮断部33が作動して、ロボット12の動作が停止してしまう。
こうした問題を回避するため、第四実施例におけるロボット制御装置21においては、速度比較部27の前段に速度比較遅延部42が設けられている。これにより、人間11が協働動作領域Aに侵入したことが人間検出部19により検出された時点から上記の一定時間経過後に速度比較部27の機能が有効になる。このため、前述のような、ロボット12の速度が低下する前に不必要にロボット12が停止する問題を防ぐことができる。
(第五実施例)
次に、第五実施例の生産システム10Eについて説明する。但し、以下では、上述した第三実施例とは異なる点を主に説明することとし、上述した第三実施例と同じ構成要素には同一の符号を用いることによってそれらの説明を割愛する。
図6は、第五実施例の生産システム10Eを示す機能ブロック図である。
第五実施例の生産システム10Eは、図6に示されるように、前述した第三実施例の生産システム10C(図4参照)に対して、速度比較遅延部42をさらに備える。この速度比較遅延部42は、図1に示されたロボット制御装置21に備えられている。
前述した第三実施例の生産システム10C(図4参照)においても、人間11が協働動作領域Aに侵入したことが人間検出部19により検出されたとき、速度チェック遮断部23は、速度比較部27の機能を無効から有効に切替えるようにしている。
これに対し、第五実施例においては、図6に示された速度比較遅延部42が、人間11が協働動作領域Aに侵入したことが人間検出部19により検出された時点から、速度比較部27の機能が有効になるのを所定の微小時間[秒]だけ遅延させるようにしている。
上述のような第五実施例の生産システム10Eによれば、前述した第三実施例による作用及び効果だけでなく、前述した第四実施例と同じような作用及び効果も得られる。
協働動作領域Aへの人間11の侵入検出により指令速度調節部40が有効になり、指令速度調節部40が、ロボット12を所定の制限速度よりも高速に動作させる指令が出た時にそのロボット12の指令速度をその所定の制限速度以下に低下させても、ロボット12の実際の速度は急には低下しない。ロボット12の速度が低下するまでに一定の時間がかかるため、この一定時間においてロボット12の速度が所定の基準速度を超えた場合には、速度比較部27からの信号によって動力遮断部33が作動して、ロボット12の動作が停止してしまう。
こうした問題を回避するため、第五実施例におけるロボット制御装置21においても前述した第四実施例と同じように、速度比較部27の前段に速度比較遅延部42が設けられている。これにより、人間11が協働動作領域Aに侵入したことが人間検出部19により検出された時点から上記の一定時間経過後に速度比較部27の機能が有効になる。このため、前述のような、ロボット12の速度が低下する前に不必要にロボット12が停止する問題を防ぐことができる。
(第六実施例)
次に、第六実施例の生産システム10Fについて説明する。但し、以下では、上述した第二実施例とは異なる点を主に説明することとし、上述した第二実施例と同じ構成要素には同一の符号を用いることによってそれらの説明を割愛する。
図7は、第六実施例の生産システム10Fを示す機能ブロック図である。
第六実施例の生産システム10Fは、図7に示されるように、前述した第二実施例の生産システム10B(図3参照)に対して、外力比較遅延部43をさらに備える。外力比較遅延部43は、図1に示されたロボット制御装置21に備えられている。
前述した第二実施例の生産システム10B(図3参照)においては、人間11が協働動作領域Aに侵入したことが人間検出部19により検出された時、接触停止遮断部24は、外力比較部30の機能を無効から有効に切替えるようにしている。
これに対し、第六実施例においては、図7に示された外力比較遅延部43が、人間11が協働動作領域Aに侵入したことが人間検出部19により検出された時点から、外力比較部30の機能が有効になるのを所定の微小時間[秒]だけ遅延させるようにしている。また、この第六実施例の生産システム10Fは前述した速度比較遅延部42を追加的に備えていてもよい。
上述のような第六実施例の生産システム10Fによれば、前述した第二実施例による作用及び効果だけでなく、次のような作用及び効果も得られる。
協働動作領域Aへの人間11の侵入検出により指令速度調節部36が有効になって、指令速度調節部36が動作指令部35からの指令速度を一定の割合で低下させても、ロボット12の実際の速度は急には低下しない。ロボット12の速度が低下するまでには一定の時間がかかる。この一定時間においてロボット12自体が発生する力が外力検出部28により検出され、この力が所定の基準力を超えた場合には、外力比較部30からの信号によって動力遮断部33が作動して、ロボット12の動作が停止してしまう。
このような問題を回避するため、第六実施例におけるロボット制御装置21においては、外力比較部30の前段に外力比較遅延部43が設けられている。これにより、人間11が協働動作領域Aに侵入したことが人間検出部19により検出された時点から上記の一定時間経過後に外力比較部30の機能が有効になる。このため、前述のような、ロボット12の速度が低下する前に不必要にロボット12が停止する問題を防ぐことができる。
(第七実施例)
次に、第七実施例の生産システム10Gについて説明する。但し、以下では、上述した第三実施例とは異なる点を主に説明することとし、上述した第三実施例と同じ構成要素には同一の符号を用いることによってそれらの説明を割愛する。
図8は、第七実施例の生産システム10Gを示す機能ブロック図である。
第七実施例の生産システム10Gは、図8に示されるように、前述した第三実施例の生産システム10C(図4参照)に対して、外力比較遅延部43をさらに備える。外力比較遅延部43は、図1に示されたロボット制御装置21に備えられている。
前述した第三実施例の生産システム10C(図4参照)においては、人間11が協働動作領域Aに侵入したことが人間検出部19により検出された時、接触停止遮断部24は、外力比較部30の機能を無効から有効に切替えるようにしている。
これに対し、第七実施例においては、図8に示された外力比較遅延部43が、人間11が協働動作領域Aに侵入したことが人間検出部19により検出された時点から、外力比較部30の機能が有効になるのを所定の微小時間[秒]だけ遅延させるようにしている。また、この第七実施例の生産システム10Gは前述した速度比較遅延部42を追加的に備えていてもよい。
上述のような第七実施例の生産システム10Gによれば、前述した第三実施例による作用及び効果だけでなく、前述した第六実施例と同じような作用及び効果も得られる。
協働動作領域Aへの人間11の侵入検出により指令速度調節部40が有効になり、指令指令速度調節部40が、ロボット12を所定の制限速度よりも高速に動作させる指令が出た時にそのロボット12の指令速度をその所定の制限速度以下に低下させても、ロボット12の実際の速度は急には低下しない。ロボット12の速度が低下するまでには一定の時間がかかる。この一定時間においてロボット12自体が発生する力が外力検出部28により検出され、この力が所定の基準力を超えた場合には、外力比較部30からの信号によって動力遮断部33が作動して、ロボット12の動作が停止してしまう。
このような問題を回避するため、第七実施例におけるロボット制御装置21においても前述した第六実施例と同じように、外力比較部30の前段に外力比較遅延部43が設けられている。これにより、人間11が協働動作領域Aに侵入したことが人間検出部19により検出された時点から上記の一定時間経過後に外力比較部30の機能が有効になる。このため、前述のような、ロボット12の速度が低下する前に不必要にロボット12が停止する問題を防ぐことができる。
なお、上述した各実施例におけるロボット制御装置21は、バスを介して互いに接続された、記憶部、CPU(control processing unit)、および通信部などを備えたコンピュータシステムを用いて構成されうる。該記憶部は、ROM(read only memory)やRAM(random access memory)などである、また、上述したようなロボット制御装置21が有する速度チェック遮断部23、接触停止遮断部24、第一の速度比較部27、第一の指令速度調節部36、第一の指令速度調節遮断部37、第二の速度比較部38、第二の指令速度調節部40、第二の指令速度調節遮断部41、外力比較部30、等の機能や動作は、ROMに記憶されたプログラムがCPUにより実行されることよって達成されうる。
以上、典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、上述の各実施形態に変更及び種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。
10、10A〜10G 生産システム
11 人間(作業者)
12 ロボット
13 固定プレート
14 力センサ(外力検出部)
15 ロボットベース
16 ロボットアーム部
17 ロボット手首フランジ
18 把持ハンド
19 人間検出部
20 検出領域
21 ロボット制御装置
22 協働モード指令部
23 速度チェック遮断部
24 接触停止遮断部
25 速度検出部
26 基準速度記憶部
27 速度比較部(第一の速度比較部)
28 外力検出部
29 基準力記憶部
30 外力比較部
31 モータ
32 モータ電源
33 動力遮断部
34 サーボアンプ
35 動作指令部
36、40 指令速度調節部
37、41 指令速度調節遮断部
38 速度比較部(第二の速度比較部)
39 制限速度記憶部
42 速度比較遅延部
43 外力比較遅延部

Claims (4)

  1. ロボット(12)と、
    該ロボット(12)を制御する制御装置(21)と、
    前記ロボット(12)と作業者(11)とが同時に侵入して協働して作業を行うための協働動作領域(A)に前記作業者(11)が侵入しているか否かを検出する人間検出部(19)と、
    前記ロボット(12)の速度を検出する速度検出部(25)と、
    前記ロボット(12)に掛かる外力を検出する外力検出部(28)と、を有する生産システム(10)であって、
    前記制御装置(21)は、
    前記ロボット(12)に供給されている動力を遮断する動力遮断部(33)と、
    所定の基準速度を記憶する基準速度記憶部(26)と、
    所定の基準力を記憶する基準力記憶部(29)と、
    前記速度検出部(25)により検出された前記ロボット(12)の現在の速度と前記基準速度記憶部(26)に記憶された前記所定の基準速度とを比較し、前記現在の速度が前記所定の基準速度を超えた場合には前記動力遮断部(33)を作動させて前記ロボット(12)の動作を停止する機能を有する第一の速度比較部(27)と、
    前記外力検出部(28)により検出された前記ロボット(12)に掛かる現在の外力と前記基準力記憶部(29)に記憶された前記所定の基準力とを比較し、前記現在の外力が前記所定の基準力を超えた場合には前記動力遮断部(33)を作動させて前記ロボット(12)の動作を停止する機能を有する外力比較部(30)と、を有し、
    前記制御装置(21)は、前記協働動作領域(A)に前記作業者(11)が侵入していないことが前記人間検出部(19)により検出されている間、前記第一の速度比較部(27)及び前記外力比較部(30)の機能を無効にするようになされており、
    前記制御装置(21)は、
    前記ロボット(12)に動作指令を与える動作指令部(35)と、
    前記動作指令に含まれる指令速度を全て一定の割合で低下させることにより前記指令速度を所定の制限速度以下に調節する機能を有する指令速度調節部(36)と、をさらに有し、
    前記所定の制限速度は、前記外力比較部(30)が前記動力遮断部(33)を作動させてしまうことのないロボット動作速度のうちの最大値であり、
    前記制御装置(21)は、前記協働動作領域(A)に前記作業者(11)が侵入していないことが前記人間検出部(19)により検出されている間、前記指令速度調節部(36)の機能を無効にするようになされており、
    前記制御装置(21)は、
    前記協働動作領域(A)に前記作業者(11)が侵入したことが前記人間検出部(19)により検出された時点から、前記第一の速度比較部(27)の機能が有効になるのを所定の時間だけ遅延させる機能を有する速度比較遅延部(42)をさらに有する、生産システム(10)。
  2. ロボット(12)と、
    該ロボット(12)を制御する制御装置(21)と、
    前記ロボット(12)と作業者(11)とが同時に侵入して協働して作業を行うための協働動作領域(A)に前記作業者(11)が侵入しているか否かを検出する人間検出部(19)と、
    前記ロボット(12)の速度を検出する速度検出部(25)と、
    前記ロボット(12)に掛かる外力を検出する外力検出部(28)と、を有する生産システム(10)であって、
    前記制御装置(21)は、
    前記ロボット(12)に供給されている動力を遮断する動力遮断部(33)と、
    所定の基準速度を記憶する基準速度記憶部(26)と、
    所定の基準力を記憶する基準力記憶部(29)と、
    前記速度検出部(25)により検出された前記ロボット(12)の現在の速度と前記基準速度記憶部(26)に記憶された前記所定の基準速度とを比較し、前記現在の速度が前記所定の基準速度を超えた場合には前記動力遮断部(33)を作動させて前記ロボット(12)の動作を停止する機能を有する第一の速度比較部(27)と、
    前記外力検出部(28)により検出された前記ロボット(12)に掛かる現在の外力と前記基準力記憶部(29)に記憶された前記所定の基準力とを比較し、前記現在の外力が前記所定の基準力を超えた場合には前記動力遮断部(33)を作動させて前記ロボット(12)の動作を停止する機能を有する外力比較部(30)と、を有し、
    前記制御装置(21)は、前記協働動作領域(A)に前記作業者(11)が侵入していないことが前記人間検出部(19)により検出されている間、前記第一の速度比較部(27)及び前記外力比較部(30)の機能を無効にするようになされており、
    前記制御装置(21)は、
    前記ロボット(12)に動作指令を与える動作指令部(35)と、
    所定の制限速度を記憶する制限速度記憶部(39)と、
    前記動作指令に含まれる指令速度から推定される前記ロボット(12)の速度である推定速度と前記制限速度記憶部(39)に記憶された前記所定の制限速度とを比較することにより、前記推定速度が前記所定の制限速度を超えるか否かを判定する機能を有する第二の速度比較部(38)と、
    前記動作指令に含まれる指令速度のうち、前記第二の速度比較部(38)により前記所定の制限速度を超えると判定された前記推定速度になる指令速度のみを前記所定の制限速度以下に調節する機能を有する指令速度調節部(40)と、をさらに有し、
    前記所定の制限速度は、前記外力比較部(30)が前記動力遮断部(33)を作動させてしまうことのないロボット動作速度のうちの最大値であり、
    前記制御装置(21)は、前記協働動作領域(A)に前記作業者(11)が侵入していないことが前記人間検出部(19)により検出されている間、前記指令速度調節部(40)の機能を無効にするようになされており、
    前記制御装置(21)は、
    前記協働動作領域(A)に前記作業者(11)が侵入したことが前記人間検出部(19)により検出された時点から、前記第一の速度比較部(27)の機能が有効になるのを所定の時間だけ遅延させる機能を有する速度比較遅延部(42)をさらに有する、生産システム(10)。
  3. ロボット(12)と、
    該ロボット(12)を制御する制御装置(21)と、
    前記ロボット(12)と作業者(11)とが同時に侵入して協働して作業を行うための協働動作領域(A)に前記作業者(11)が侵入しているか否かを検出する人間検出部(19)と、
    前記ロボット(12)の速度を検出する速度検出部(25)と、
    前記ロボット(12)に掛かる外力を検出する外力検出部(28)と、を有する生産システム(10)であって、
    前記制御装置(21)は、
    前記ロボット(12)に供給されている動力を遮断する動力遮断部(33)と、
    所定の基準速度を記憶する基準速度記憶部(26)と、
    所定の基準力を記憶する基準力記憶部(29)と、
    前記速度検出部(25)により検出された前記ロボット(12)の現在の速度と前記基準速度記憶部(26)に記憶された前記所定の基準速度とを比較し、前記現在の速度が前記所定の基準速度を超えた場合には前記動力遮断部(33)を作動させて前記ロボット(12)の動作を停止する機能を有する第一の速度比較部(27)と、
    前記外力検出部(28)により検出された前記ロボット(12)に掛かる現在の外力と前記基準力記憶部(29)に記憶された前記所定の基準力とを比較し、前記現在の外力が前記所定の基準力を超えた場合には前記動力遮断部(33)を作動させて前記ロボット(12)の動作を停止する機能を有する外力比較部(30)と、を有し、
    前記制御装置(21)は、前記協働動作領域(A)に前記作業者(11)が侵入していないことが前記人間検出部(19)により検出されている間、前記第一の速度比較部(27)及び前記外力比較部(30)の機能を無効にするようになされており、
    前記制御装置(21)は、
    前記ロボット(12)に動作指令を与える動作指令部(35)と、
    前記動作指令に含まれる指令速度を全て一定の割合で低下させることにより前記指令速度を所定の制限速度以下に調節する機能を有する指令速度調節部(36)と、をさらに有し、
    前記所定の制限速度は、前記外力比較部(30)が前記動力遮断部(33)を作動させてしまうことのないロボット動作速度のうちの最大値であり、
    前記制御装置(21)は、前記協働動作領域(A)に前記作業者(11)が侵入していないことが前記人間検出部(19)により検出されている間、前記指令速度調節部(36)の機能を無効にするようになされており、
    前記制御装置(21)は、
    前記協働動作領域(A)に前記作業者(11)が侵入したことが前記人間検出部(19)により検出された時点から、前記外力比較部(30)の機能が有効になるのを所定の時間だけ遅延させる機能を有する外力比較遅延部(43)をさらに有する、生産システム(10)。
  4. ロボット(12)と、
    該ロボット(12)を制御する制御装置(21)と、
    前記ロボット(12)と作業者(11)とが同時に侵入して協働して作業を行うための協働動作領域(A)に前記作業者(11)が侵入しているか否かを検出する人間検出部(19)と、
    前記ロボット(12)の速度を検出する速度検出部(25)と、
    前記ロボット(12)に掛かる外力を検出する外力検出部(28)と、を有する生産システム(10)であって、
    前記制御装置(21)は、
    前記ロボット(12)に供給されている動力を遮断する動力遮断部(33)と、
    所定の基準速度を記憶する基準速度記憶部(26)と、
    所定の基準力を記憶する基準力記憶部(29)と、
    前記速度検出部(25)により検出された前記ロボット(12)の現在の速度と前記基準速度記憶部(26)に記憶された前記所定の基準速度とを比較し、前記現在の速度が前記所定の基準速度を超えた場合には前記動力遮断部(33)を作動させて前記ロボット(12)の動作を停止する機能を有する第一の速度比較部(27)と、
    前記外力検出部(28)により検出された前記ロボット(12)に掛かる現在の外力と前記基準力記憶部(29)に記憶された前記所定の基準力とを比較し、前記現在の外力が前記所定の基準力を超えた場合には前記動力遮断部(33)を作動させて前記ロボット(12)の動作を停止する機能を有する外力比較部(30)と、を有し、
    前記制御装置(21)は、前記協働動作領域(A)に前記作業者(11)が侵入していないことが前記人間検出部(19)により検出されている間、前記第一の速度比較部(27)及び前記外力比較部(30)の機能を無効にするようになされており、
    前記制御装置(21)は、
    前記ロボット(12)に動作指令を与える動作指令部(35)と、
    所定の制限速度を記憶する制限速度記憶部(39)と、
    前記動作指令に含まれる指令速度から推定される前記ロボット(12)の速度である推定速度と前記制限速度記憶部(39)に記憶された前記所定の制限速度とを比較することにより、前記推定速度が前記所定の制限速度を超えるか否かを判定する機能を有する第二の速度比較部(38)と、
    前記動作指令に含まれる指令速度のうち、前記第二の速度比較部(38)により前記所定の制限速度を超えると判定された前記推定速度になる指令速度のみを前記所定の制限速度以下に調節する機能を有する指令速度調節部(40)と、をさらに有し、
    前記所定の制限速度は、前記外力比較部(30)が前記動力遮断部(33)を作動させてしまうことのないロボット動作速度のうちの最大値であり、
    前記制御装置(21)は、前記協働動作領域(A)に前記作業者(11)が侵入していないことが前記人間検出部(19)により検出されている間、前記指令速度調節部(40)の機能を無効にするようになされており、
    前記制御装置(21)は、
    前記協働動作領域(A)に前記作業者(11)が侵入したことが前記人間検出部(19)により検出された時点から、前記外力比較部(30)の機能が有効になるのを所定の時間だけ遅延させる機能を有する外力比較遅延部(43)をさらに有する、生産システム(10)。
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