JP6687573B2

JP6687573B2 - ロボットシステム

Info

Publication number: JP6687573B2
Application number: JP2017171939A
Authority: JP
Inventors: 昌宏森岡; 岩山　貴敏; 貴敏岩山; 淳哉藤田
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2037-09-07
Also published as: DE102018121388B4; US11440188B2; US20190070730A1; DE102018121388A1; JP2019042907A; CN109465821A

Description

本発明は、ロボットシステムに関するものである。

従来、人協調型ロボットを搭載して移動する台車を備え、ロボット支持部に設けられて台車を覆う外装を介してロボット支持部に作用する外力を検出することにより、人との接触を判定する移動式人協調型ロボットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第６１４０１１４号公報

しかしながら、ロボットと台車を合わせた可動部の質量が大きくなり、更には、台車を覆い、人との接触をロボット支持部に設けた力センサに検出させる外装が可動部の質量を増大させるため、人との接触時の安全性を確保するためには、台車の動作速度を低減して運動エネルギを低く抑える必要があり、生産効率を向上することができないという不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、生産効率を低下させることなく人との接触時の安全性を確保することができるロボットシステムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、人と協調して作業を行う人協調型ロボットと、該人協調型ロボットを搭載して移動させる移動装置とを備える移動式人協調型ロボットと、該移動式人協調型ロボットを制御する制御装置と、前記移動式人協調型ロボットに対する人の第一領域内への侵入による接近を検出する接近センサとを備え、前記人協調型ロボットが、該人協調型ロボットに対する人の第二領域内への侵入による前記人間協調型ロボットへの人の接触を検出する人感センサを備え、前記制御装置は、前記接近センサにより前記移動式人協調型ロボットへの人の前記第一領域内への侵入による接近が検出されたときには、前記人協調型ロボットおよび前記移動装置の各部の床面に対する動作速度を人が協調して作業可能な所定の協調動作速度以下となるように、少なくとも前記移動装置の動作を制限し、前記床面に対して前記所定の協調動作速度以下で動作している前記人協調型ロボットへの人の前記第二領域内への侵入による接触が前記人感センサにより検出されたときには、前記移動式人協調型ロボットを停止または人の接触を回避するように制するロボットシステムを提供する。
本発明の他の態様は、人と協調して作業を行う人協調型ロボットと、該人協調型ロボットを搭載して移動させる移動装置とを備える移動式人協調型ロボットと、該移動式人協調型ロボットを制御する制御装置と、前記移動式人協調型ロボットに対する人の第一領域内への侵入による接近を検出する接近センサとを備え、前記人協調型ロボットが、該人協調型ロボットに対する人の第二領域内への侵入による接近または接触を検出する人感センサを備え、前記制御装置は、前記接近センサにより前記移動式人協調型ロボットへの人の前記第一領域内への侵入による接近が検出されていないときには、前記人協調型ロボットおよび前記移動装置をそれらの最大動作速度で動作可能に制御し、前記接近センサにより前記移動式人協調型ロボットへの人の前記第一領域内への侵入による接近が検出されたときには、前記人協調型ロボットの動作速度を人が協調して作業可能な所定の協調動作速度以下に制限し、前記移動装置を停止し、前記人感センサにより前記人協調型ロボットへの人の前記第二領域内への侵入による接近または接触が検出されたときには、前記移動式人協調型ロボットを停止または人の接近または接触を回避するように制御するロボットシステムを提供する。

本態様によれば、人協調型ロボットを移動装置によって移動させる移動式人協調型ロボットを動作させる場合に、接近センサによって人の第一領域内への侵入による接近が検出された場合には、制御装置によって、少なくとも移動装置の動作が制限されて、人協調型ロボットおよび移動装置の各部の床面に対する動作速度が所定の協調動作速度以下となるように制御される。すなわち、人協調型ロボットおよび移動装置の各部の床面に対する動作速度が所定の協調動作速度以下に制限されることにより、運動エネルギの増大が抑制される。さらに、人感センサにより人協調型ロボットへの人の第二領域内への侵入による接近または接触が検出されたときに移動式人協調型ロボットを停止または人の接近または接触を回避することにより、人との接近または接触時の安全性が確保される。

この場合において、接近センサによって人の第一領域内への侵入による接近が検出された場合に、少なくとも移動装置の動作を制限することにより、移動装置の可動部を外装によって覆う必要がなく、可動部の重量を増大させずに済むので、生産効率の低下を防止することができる。

上記態様においては、前記第二領域が、前記第一領域に含まれていてもよい。
このようにすることで、人の第一領域内への侵入による接近が検出された場合には移動装置を停止または人の接近または接触を回避し、人の第二領域内への侵入による接近が検出された場合にはロボットも停止または人の接近または接触を回避するように制御されるため、人が第一領域内かつ第二領域外にいる場合には、ロボットは予定通りの動作を実行し、過度な生産効率の低下を防止することができる。

上記態様においては、前記人感センサが、人の接近を検出する近接センサであってもよい。
上記態様においては、前記人感センサが、人の接触を検出する接触センサであってもよい。

上記態様においては、前記人感センサが、人の接触を検出する力覚センサまたはトルクセンサであってもよい。
上記態様においては、前記人感センサが、前記人協調型ロボットに内蔵されていてもよい。

上記態様においては、前記制御装置は、前記接近センサにより前記移動式人協調型ロボットへの人の前記第一領域内への侵入による接近が検出されたときには、前記人協調型ロボットの動作速度を前記協調動作速度以下に制御し、前記移動装置を停止してもよい。
このようにすることで、人の第一領域内への侵入による接近が検出された時点で移動装置を停止することにより、人協調型ロボットが単独で協調動作速度以下の動作速度で動作している状態となり、人との接触時の安全性を簡易に確保することができる。そして、人感センサにより人協調型ロボットへの人の第二領域内への侵入による近接または接触が検出されるまで、人協調型ロボットを通常動作させ続けることができ、完全に停止させる場合と比較して生産効率を向上することができる。

また、上記態様においては、前記制御装置は、前記接近センサにより前記移動式人協調型ロボットへの人の前記第一領域内への侵入による接近が検出されたときには、前記人協調型ロボットおよび前記移動装置の両方の動作を制限してもよい。
このようにすることで、移動装置による人協調型ロボットの移動を継続しながら、人との接近または接触時の安全性を確保することができる。

また、上記態様においては、前記制御装置は、前記接近センサにより前記移動式人協調型ロボットへの人の前記第一領域内への侵入による接近が検出されていないときには、前記人協調型ロボットおよび前記移動装置をそれらの最大動作速度で動作可能に制御してもよい。
このようにすることで、接近センサにより人の第一領域内への侵入による接近が検出されていない状態では、人協調型ロボットおよび移動装置を最大限に動作させることを可能として、生産効率のさらなる向上を図ることができる。

また、上記態様においては、前記移動装置が、床面に固定されたベースと、該ベースに対して水平移動可能に設けられ前記人協調型ロボットを搭載する可動部とを備えていてもよい。
また、上記態様においては、前記移動装置が、前記人協調型ロボットを可動部に搭載して自走する走行台車であってもよい。

また、上記態様においては、前記接近センサが、前記移動装置の周囲の床面に設置されていてもよい。
このようにすることで、床面に固定されたベースに対して可動部を水平移動させる場合には、人協調型ロボットの動作範囲が限定されるため、移動装置の周囲の床面に接近センサを設置して移動式人協調型ロボットへの人の接近を、簡易かつより確実に検出することができる。また、接近センサが検出する第一領域の範囲を、移動装置の水平移動方向に限定して狭くすることも可能であり、移動方向と異なる方向から人が接近しても、移動装置の動作を制限する必要がなく、生産効率の低下を防止することができる。また、接近センサが検出する第一領域の範囲を限定することにより、接近センサの設置数を最小限に抑えることもできる。

また、移動装置が走行台車の場合は、より広範囲にロボットが移動することが可能なため、ロボットの搬送能力の向上や、一台のロボットが多数箇所で作業することでロボットの設置台数を削減することができる。また、自走台車の動作プログラムを変更するだけで、様々な設備レイアウトに容易に対応することができるため、既存設備にもロボットを容易に導入できるだけでなく、生産品種の追加などの生産計画の変更時にも、大幅な設備変更なしで速やかに柔軟に対応できる。

また、上記態様においては、前記接近センサが、前記可動部に設けられていてもよい。
このようにすることで、可動部の動作による人協調型ロボットの各移動先において、同様の条件で人の接近を検出することができる。また、可動部が広範囲に移動する場合には、最小数の人感センサによって人の第二領域内への侵入による接近または接触を検出することができるため、コストを低減することができる。

本発明によれば、生産効率を低下させることなく人との接触時の安全性を確保することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るロボットシステムの移動式人協調型ロボットを示す斜視図である。図１のロボットシステムを示す全体構成図である。図１のロボットシステムの動作を説明するフローチャートである。

本発明の一実施形態に係るロボットシステム１について、図面を参照しながら以下に説明する。
本実施形態に係るロボットシステム１は、図１および図２に示されるように、移動式人協調型ロボット２と、該移動式人協調型ロボット２を制御する制御装置３と、移動式人協調型ロボット２への人の所定領域（第一領域）内への侵入による接近を検出する接近センサ４とを備えている。

移動式人協調型ロボット２は、人と協調して作業を行う６軸多関節型の人協調型ロボット５と、人協調型ロボット５を搭載して水平方向一方向に移動させる移動装置６とを備えている。人協調型ロボット５の形態は６軸多関節型に限定されるものではなく、任意の形態のものを採用してもよい。
移動装置６は、床面Ｆに設置されるベース７と、該ベース７に対して水平方向一方向に移動可能なスライダ（可動部）８とを備える走行軸である。また、走行軸のベース７は必ずしも床面Ｆに設置する必要はなく、門型の架台の天井に沿って配置したり、床面Ｆに対して角度を有す壁に沿って配置してもよい。

人協調型ロボット５は、該人協調型ロボット５の各部に人が接触したことを検出する接触センサ（人感センサ）９を内蔵している。人協調型ロボット５は、人が接触し得る状況では所定の動作速度（協調動作速度）以下の動作速度で動作することにより、運動エネルギを抑えて、人の接触時の安全性を確保することができ、かつ、接触センサ９により人が接触したことが検出された場合には、動作を停止させることにより、さらなる安全性を確保することができるロボットである。

接近センサ４は、例えば、レーザ光を走査して接近する物体までの距離を計測するスキャナセンサであり、スライダ８に固定されている。これにより、接近センサ４は、スライダ８の各移動先において、同じ条件で接近する物体までの距離を計測し、スライダ８を取り囲む所定領域（図中、二点鎖線）内への外部からの人の接近を非接触で検出することができるようになっている。

制御装置３は、予め教示された動作プログラムに従って人協調型ロボット５および移動装置６を動作させるようになっている。
制御装置３は、接近センサ４によって所定領域内への外部からの人の接近が検出されていない状態では、人協調型ロボット５および移動装置６の両方ともが最大動作速度で動作できるように制御するようになっている。

そして、制御装置３は、接近センサ４によって所定領域内への外部からの人の接近が検出されたときには、移動装置６の動作を停止させ、人協調型ロボット５を協調動作速度以下の動作速度で動作するように動作制限するようになっている。
さらに、制御装置３は、人協調型ロボット５に内蔵された接触センサ９によって人の人協調型ロボット５への接触が検出された場合には、人協調型ロボット５の動作を停止させるようになっている。

このように構成された本実施形態に係るロボットシステム１によれば、図３に示されるように、接近センサ４により、周囲の物体までの距離（接近距離）が検出され（ステップＳ１）、検出結果が制御装置３に送信される。制御装置３において、送信されてきた距離の情報から、移動式人協調型ロボット２のスライダ８の周囲の所定領域内に外部から人が接近しているか否かについて判定される（ステップＳ２）。

所定領域内への外部からの人の接近が検出されていないと判定されたときには、制御装置３は、人協調型ロボット５および移動装置６からなる移動式人協調型ロボット２を最大動作速度で動作可能に制御する（ステップＳ３）。そして、ステップＳ１からの動作を実行する。移動台車を覆う外装への接触を検出する従来の方法では、移動台車および人協調型ロボット５は、接触時の安全性を確保するためには、最大動作速度に対して制限された協調動作速度で動作する必要がある。これに対して本実施形態に係るロボットシステム１によれば、人が移動式人協調型ロボット２に接触する可能性がない場合には、最大動作速度で移動可能とすることにより、生産効率を大幅に向上することができる。

また、接近センサ４により所定領域内への外部からの人の接近が検出されたと判定された場合には、制御装置３は、移動装置６を停止して（ステップＳ４）、人協調型ロボット５を協調動作速度以下の動作速度で動作させる（ステップＳ５）。これにより、移動装置６が存在しない場合と同様に、人協調型ロボット５を単独で動作させることができ、接触時の安全性を確保することができる。
この場合に、移動装置６を停止し、人協調型ロボット５を動作させ続ける状態を実現することにより、移動式人協調型ロボット２を完全に停止させることなく作業を継続でき、これによっても生産効率の向上を図ることができるという利点がある。

この場合においても、移動台車を覆う外装によりスライダ８の重量が増大する従来の方法と比較すると、本実施形態に係るロボットシステム１によれば、スライダ８の重量を増大させずに済むので、協調動作速度自体を増大させても運動エネルギを低く抑えることができ、接触時の安全性を確保できる。そして、これによっても生産効率の向上を図ることができる。

さらに、人協調型ロボット５を協調動作速度以下の動作速度で動作させている状態で、接触センサ９により人が人協調型ロボット５に接触したことが検出されたか否かが判定され（ステップＳ６）、検出されないと判定された場合には、ステップＳ１からの動作を実行する。また、検出されたと判定された場合には、制御装置３は、人協調型ロボット５を停止させるように制御する（ステップＳ７）。これにより、従来と同様に人との接触時の安全性を十分に確保することができる。
そして、人協調型ロボット５を停止させた後、作業を終了するか否かが判定される（ステップＳ８）。

なお、本実施形態においては、接近センサ４としてスライダ８に搭載されたスキャナセンサを採用したが、これに代えて、床面Ｆの要所にスキャナセンサを配置して人の接近を検出してもよいし、床面Ｆに敷かれ、人が踏むことによって人の接近を検出するシート状のセンサを採用してもよい。あるいは、天井に下方に向けて設置され移動式人協調型ロボット２の周辺の画像を取得して、画像処理により人の接近を検出するカメラからなるセンサを採用してもよい。

また、本実施形態においては、接近センサ４によって人の接近が検出された場合に、移動装置６を停止し、人協調型ロボット５を協調動作速度以下の動作速度で動作させ続けることとしたが、これに代えて、移動装置６の動作速度を制限して低速で動作させ続け、人協調型ロボット５についても、床面Ｆに対する各部の動作速度が協調動作速度以下となるように、動作速度を制限して動作させ続けることにしてもよい。これにより、移動装置６と人協調型ロボット５の動作方向が一致しても合成動作速度が協調動作速度以下となるように制限される。

また、本実施形態においては、移動装置６として、床面Ｆに設置されたベース７に対して水平方向に移動可能に支持されたスライダ８に人協調型ロボット５を搭載する構造のものを例示したが、これに代えて、人協調型ロボット５を搭載して自走する自走式の走行台車を採用してもよい。この場合には、走行台車の移動範囲が広くなるため、接近センサ４は走行台車に搭載されていることが好ましい。なお、移動範囲が限定される場合には、移動装置６の周囲の床面Ｆあるいは天井に設置された接近センサ４を採用してもよい。

また、本実施形態においては、人感センサとして接触センサ９を採用したものを例示したが、これに代えて、力覚センサまたはトルクセンサを採用してもよい。また、人感センサとして近接センサを採用してもよい。この場合、近接センサにより人の所定領域（第二領域）内への侵入による接近が検出された場合に動作を停止させる。接近センサが検出する所定領域（第一領域）は、近接センサが検出する所定領域（第二領域）を含んでいることが好ましい。

また、本実施形態においては、接触センサ９によって人の人協調型ロボット５への接触が検出された場合に動作を停止させるものを例示したが、これに代えて、接触センサ９によって人の人協調型ロボット５への接触が検出された場合に人の接近または接触を回避するように動作させてもよい。
また、本実施形態においては、接触センサ９が人協調型ロボット５に内蔵されたものを例示したが、これに代えて、接触センサ９が人協調型ロボット５の外部に設けられているものを採用してもよい。

１ロボットシステム
２移動式人協調型ロボット
３制御装置
４接近センサ
５人協調型ロボット
７ベース
８スライダ（可動部）
９接触センサ（人感センサ）
Ｆ床面

Claims

人と協調して作業を行う人協調型ロボットと、該人協調型ロボットを搭載して移動させる移動装置とを備える移動式人協調型ロボットと、
該移動式人協調型ロボットを制御する制御装置と、
前記移動式人協調型ロボットに対する人の第一領域内への侵入による接近を検出する接近センサとを備え、
前記人協調型ロボットが、該人協調型ロボットに対する人の第二領域内への侵入による前記人間協調型ロボットへの人の接触を検出する人感センサを備え、
前記制御装置は、
前記接近センサにより前記移動式人協調型ロボットへの人の前記第一領域内への侵入による接近が検出されたときには、前記人協調型ロボットおよび前記移動装置の各部の床面に対する動作速度を人が協調して作業可能な所定の協調動作速度以下となるように、少なくとも前記移動装置の動作を制限し、
前記床面に対して前記所定の協調動作速度以下で動作している前記人協調型ロボットへの人の前記第二領域内への侵入による接触が前記人感センサにより検出されたときには、前記移動式人協調型ロボットを停止または人の接触を回避するように制御するロボットシステム。
人と協調して作業を行う人協調型ロボットと、該人協調型ロボットを搭載して移動させる移動装置とを備える移動式人協調型ロボットと、
該移動式人協調型ロボットを制御する制御装置と、
前記移動式人協調型ロボットに対する人の第一領域内への侵入による接近を検出する接近センサとを備え、
前記人協調型ロボットが、該人協調型ロボットに対する人の第二領域内への侵入による接近または接触を検出する人感センサを備え、
前記制御装置は、
前記接近センサにより前記移動式人協調型ロボットへの人の前記第一領域内への侵入による接近が検出されていないときには、前記人協調型ロボットおよび前記移動装置をそれらの最大動作速度で動作可能に制御し、
前記接近センサにより前記移動式人協調型ロボットへの人の前記第一領域内への侵入による接近が検出されたときには、前記人協調型ロボットの動作速度を人が協調して作業可能な所定の協調動作速度以下に制限し、前記移動装置を停止し、
前記人感センサにより前記人協調型ロボットへの人の前記第二領域内への侵入による接近または接触が検出されたときには、前記移動式人協調型ロボットを停止または人の接近または接触を回避するように制御するロボットシステム。
前記第二領域が、前記第一領域内に含まれている請求項１または請求項２に記載のロボットシステム。
前記人感センサが、人の接近を検出する近接センサである請求項２に記載のロボットシステム。
前記人感センサが、人の接触を検出する接触センサである請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボットシステム。
前記人感センサが、人の接触を検出する力覚センサまたはトルクセンサである請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボットシステム。
前記人感センサが、前記人協調型ロボットに内蔵されている請求項１から請求項６のいずれかに記載のロボットシステム。
前記制御装置は、前記接近センサにより前記移動式人協調型ロボットへの人の前記第一領域内への侵入による接近が検出されたときには、前記人協調型ロボットの動作速度を前記協調動作速度以下に制御し、前記移動装置を停止する請求項１に記載のロボットシステム。
前記制御装置は、前記接近センサにより前記移動式人協調型ロボットへの人の前記第一領域内への侵入による接近が検出されたときには、前記人協調型ロボットおよび前記移動装置の両方の動作を制限する請求項１に記載のロボットシステム。
前記制御装置は、前記接近センサにより前記移動式人協調型ロボットへの人の前記第一領域内への侵入による接近が検出されていないときには、前記人協調型ロボットおよび前記移動装置をそれらの最大動作速度で動作可能に制御する請求項１に記載のロボットシステム。
前記移動装置が、床面に固定されたベースと、該ベースに対して水平移動可能に設けられ前記人協調型ロボットを搭載する可動部とを備える請求項１から請求項１０のいずれかに記載のロボットシステム。
前記移動装置が、前記人協調型ロボットを可動部に搭載して自走する走行台車である請求項１から請求項１１のいずれかに記載のロボットシステム。
前記接近センサが、前記移動装置の周囲の床面に設置されている請求項１１に記載のロボットシステム。
前記接近センサが、前記可動部に設けられている請求項１１または請求項１２に記載のロボットシステム。