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JP3064940B2 - ロボットの安全装置 - Google Patents

ロボットの安全装置

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JP3064940B2
JP3064940B2 JP9024906A JP2490697A JP3064940B2 JP 3064940 B2 JP3064940 B2 JP 3064940B2 JP 9024906 A JP9024906 A JP 9024906A JP 2490697 A JP2490697 A JP 2490697A JP 3064940 B2 JP3064940 B2 JP 3064940B2
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servo
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emergency stop
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茂 下釜
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Panasonic Holdings Corp
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Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • B25J9/1674Programme controls characterised by safety, monitoring, diagnostic
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/06Safety devices
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/50Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50193Safety in general
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
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    • HELECTRICITY
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    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
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  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Numerical Control (AREA)
  • Safety Devices In Control Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロボット本体を外
部から制御するための入出力回路の信頼性を確保するロ
ボットの安全装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ティーチングプレイバック方式の産業用
ロボットには、携帯用操作盤(ティーチペンダント(T
P))が良く使用されている。このティーチペンダント
(TP)は産業用ロボットの制御点(エンドエフェク
タ)を直接見ながら、ロボット本体を微細に動かして教
示するのに有用である。
【0003】このティーチペンダント(TP)には操作
者の安全を確保するために非常停止スイッチが設けられ
ていて、この非常停止スイッチは非常停止回路と電気的
に直列に接続されているので、該スイッチを動作させる
と、ロボット本体駆動用のサーボ電源を遮断するように
構成されている。
【0004】また、ロボット本体駆動用のサーボ電源に
対してドアストップ検出回路や外部非常停止回路等の安
全回路が構成されており、、ドアストップ入力や外部非
常停止入力によりサーボ電源を遮断するように構成され
ている。
【0005】このように、前記ロボット操作者がティー
チペンダント(TP)に設けられている非常停止スイッ
チを動作させた時、また、安全回路のドアストップ入力
や外部非常停止入力を動作させた時には、産業用ロボッ
トのモータ駆動用のサーボ電源を遮断するとともに、サ
ーボモータのシャフトのロック(ブレーキ)を動作させ
る回路構成になっている。以下、従来の産業用ロボット
の安全装置について図4を用いて説明する。
【0006】図4において、パネル/外部サーボ投入ス
イッチ110が閉じた場合、ロボット本体へのサーボ電
源投入を阻害する要因(ドアストップ入力、外部非常停
止等の非常停止回路入力信号)がなければCPU(ソフ
トウェア(図示せず))はCPUサーボ電源ON出力信
号13を図示しないフリップフロップ回路でHIGH論
理に固定することで、リレーコイルCR18、CR1
4、CR17、CR16がすでに励磁されていて、それ
ぞれのリレー接点CR18a、CR14a、CR17
a、CR16aが閉じた状態なのでサーボ投入許可信号
ライン12に有電圧(図4の場合、+24VDC)が発
生し、サーボ電源投入回路が駆動されることになる。
【0007】また、図2に示すように、ロボット本体1
は必ず安全柵2内に設置され、また操作者入出用のドア
5が具備されている。このドア5が開いた場合には、ド
アストップ入力スイッチ105が動作するように構成さ
れており、このスイッチ接点が開状態となった時に、ド
アストップ入力信号が開状態となり、ドアストップ入力
ライン105aと回路グランド(PG)とに接続されて
いる105bとが遮断され、CPU(ソフトウェア)は
ドアストップ入力信号動作をホトカプラ群22を通じて
認識するとともに、リレーCR16が非励磁状態となり
接点CR16aが開状態となるのでサーボ電源を遮断で
きるように構成されている。
【0008】この様に、ドアストップ入力スイッチ10
5や他の各種非常停止回路(TP非常停止入力スイッチ
104、外部非常停止入力スイッチ103、パネル非常
停止入力スイッチ107)は各非常停止回路用のリレー
コイルCR16、CR14、CR17、CR18を励磁
させ、そのリレー接点を図4に示す様に直列にサーボ投
入許可信号ライン12に挿入しているので、各安全回路
のいずれかの外部入力信号(無電圧スイッチ)が開状態
になったら、サーボ投入許可信号ライン12が遮断され
サーボ電源を遮断するよう構成されている。
【0009】加えて、ロボット本体1のサーボ投入許可
信号ライン12が遮断される前記の各種非常停止回路の
動作時やロボット制御装置3内のCPUが該動作認識時
や他の何らかの異常状態を認識した場合は、CPU非常
停止出力信号11を図示しないフリップフロップ回路で
LOW論理に固定するので、リレーCR1が励磁状態か
ら非励磁状態となり、このリレー接点CR1aが閉から
開状態と状態を変えて外部機器へ非常停止状態を知らせ
るように構成されている。
【0010】また、ロボット本体1の作業準備が完了す
るとロボット制御装置3は作業準備信号として汎用出力
n106aを外部制御盤6へ出力する。この汎用出力n
106aの出力を受けて、外部制御盤6はワーク供給装
置8を動作させてワークをロボット本体1の動作領域内
に供給する。ワークの供給が完了すると、外部制御盤6
はロボット制御装置3へ汎用入力n106gを回路グラ
ンド106hと短絡させることで信号入力を行う。この
入力信号を受けて、ロボット制御装置3はロボット本体
1へ所定の作業を開始させる制御を行う。この様に、ロ
ボット本体1とワーク供給装置8とを連動させて一連の
生産を行うためにロボット制御装置3には、外部制御盤
6との間で、信号のやり取りを実施するための汎用入力
n(nは自然数)、汎用出力n(nは自然数)が準備さ
れている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の産
業用ロボットの安全装置においては、リミットスイッチ
あるいはリレーの接点を用いて例えば、ティーチペンダ
ント(TP)4の非常停止入力スイッチ104の操作に
よりスイッチ接点を開いて、産業用ロボットのサーボ電
源を遮断している。前記のサーボ電源を投入可能状態に
したり遮断した状態に切り替えるのにスイッチあるいは
リレーの接点で実施しているため、万が一、スイッチと
ロボット制御装置3内の入出力部との間を接続する電線
21部の駆動されるライン(105a,103a,10
4a,107a,110a,106g,106b)が地
絡した場合には、各種非常停止信号や汎用入力nや汎用
出力n等の動作が正しく信号伝達されず所定の機能を果
たさなくなってしまう恐れがあった。
【0012】また、非常停止出力を示すリレー接点CR
1aに接点融着が生じた場合には信号を正しく伝達でき
ない恐れがあった。加えて、この接点は外部へ無電圧接
点を供給する必要があるため、ロボット制御装置3側で
は前記接点融着の検出ができないという問題があった。
【0013】本発明は、特に近年のヨーロッパにおける
安全装置の規格化等安全意識の著しい高まりを受けて、
ロボット制御装置3からの入出力信号の信頼性と安全確
保をより一層確実なものとしたロボットの安全装置を提
供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第1の手段はロボットの駆動用サーボ電源
のON・OFFを制御するサーボ投入許可信号ライン
と、前記サーボ投入許可信号ラインに直列に接続した複
数のリレー接点と、前記各リレー接点を駆動する複数の
リレーコイルを備え、電源のプラス側へ一端を接続した
複数の非常停止スイッチを設け、前記各非常停止スイッ
チの他端と前記各リレーコイルの一端をそれぞれ接続
し、前記各リレーコイルの他端を接地したものである。
【0015】また、本発明の第2の手段は、ロボットの
駆動用サーボ電源のON・OFFを制御するサーボ投入
許可信号ラインに常開型の第1のリレーの一端と常開型
の第2のリレーの一端をそれぞれ接続し、第1のリレー
の他端と接地との間に第2のリレーのリレー接点を配設
し、第2のリレーの他端に非常停止出力信号を入力させ
たものである。
【0016】さらに、本発明の第3の手段は複数のリレ
ー接点を有する常開型のリレーで第2のリレーを構成
し、第1のリレーのリレー接点及び第2のリレーのリレ
ー接点を出力側に接続し、この出力でリレー接点の融着
状態を外部で検出可能とするものである。
【0017】本発明の第4の手段はロボットの駆動用サ
ーボ電源のON・OFFを制御するサーボ投入許可信号
ラインに電力を供給する元電源装置を備え、前記元電源
装置の電源出力部とサーボ投入許可信号ラインとの間に
ヒューズを設けたものである。
【0018】
【発明の実施の形態】以上の構成により、本発明のロボ
ットの安全装置は、ドアストップや非常停止等により非
常停止する非常停止回路のスイッチの地絡状態時には、
サーボ投入許可信号ラインに設けたリレー接点に電流が
流れないため、サーボ電源を確実に遮断でき、安全系回
路動作電源の供給も同時に遮断できる。
【0019】また、外部への非常停止出力の伝達用リレ
ー接点の融着状態を外部で検出できる構成となっている
ので、より一層の信頼性と安全性を確保することができ
る。
【0020】以下、本発明の実施の形態を図1〜図3を
参照して説明する。図2において、ロボット本体1は安
全柵2内に配置され、ロボット制御装置3や他の装置等
は安全柵2外に配置される。ここで、ロボットにさせた
い仕事の手順を教示するために操作者はティーチペンダ
ント4を手に保持しドア5を開けて安全柵2内に入る。
【0021】ティーチングプレイバック方式のロボット
の場合はティーチペンダント4の(図示しない)TPデ
ッドマンスイッチを押し続けることでロボット本体1の
駆動用のサーボ電源をON状態に維持し、かつ、ティー
チペンダント4上に設けている各軸の移動キースイッチ
を押すことによりロボット本体1を動かし、エンドエフ
ェクタをさせたい仕事の手順に合致するように順序良く
移動させ、それぞれの位置と、各教示点ごとにワーク供
給装置8のワーク供給に必要な入出力命令等を教示して
いく。
【0022】また、ロボット制御装置3のフロントパネ
ル7にはサーボ電源投入を要求する押しボタンスイッチ
110があり、ロボット本体1のサーボモータを駆動さ
せるためのサーボ電源を投入でき、その他にも、ロボッ
ト本体1の運転の開始を起動できる(図示しない)スイ
ッチ等が備えられている。
【0023】また外部制御盤6は、ロボットシステムへ
の一次側供給電源のON/OFF操作、ならびにロボッ
ト本体1へのサーボ電源投入や運転モードの選択、教示
したプログラムの選択ができ、選択したプログラムの運
転の起動操作、また運転の際にはロボット制御装置3と
の汎用入出力のやり取り等ができるようにしている。
【0024】次に、本発明の一実施の形態におけるロボ
ットの安全装置について説明する。図1において、従来
のものと異なるのは、接続電線21で接続される各電装
部品(スイッチ、リレー)の一端(105b,103
b,104b,107b,110b,106h,106
b)が安全装置の回路駆動用制御電源のプラス(+)側
へ接続されている点である。また、ロボット制御装置3
には非常停止出力接点としてハードウェア系の非常停止
ラインの接点とソフトウェア系の非常停止ラインの接点
とを直結し、それらの両端106d、106fと、この
2つのリレー接点の接続点106eをロボット制御装置
外部へ供給している点である。また、ロボット制御装置
3には各非常停止等の安全スイッチ入力部があり、その
入力部には押し切り型スイッチが使用されている。この
スイッチの特長は人がスイッチ部を押すことによって接
点の開閉状態を変えることが必ずできるものでこのスイ
ッチの接点融着の問題は発生しないことである。
【0025】以下、動作について説明する。外部制御盤
6内に具備されている各スイッチとロボット制御装置3
との入出部との間を接続電線21で接続する。接続電線
21内の105a,103a,104a,107aのラ
インが地絡した場合、それぞれの信号ラインに対応する
リレーCR16,CR17,CR14,CR18の一端
が地絡するが、各リレーのもう一方端は入出部制御電源
のグランド側に接続されているので各リレーは非励磁状
態を呈する。そのため、各リレー接点CR16a,CR
17a,CR14a,CR18aは開状態となるからサ
ーボ投入許可信号12のラインに有電圧(P24V)は
発生せず、ロボット本体1にサーボ電源が供給されるこ
とはない。また、接続電線21内の105b,103
b,104b,107bのラインが地絡した場合、それ
ぞれの信号ラインは直接、入出部制御電源の+側に接続
されているので24VからP24Vへ過電流が流れるの
でヒューズ120が溶断し入出部制御電源P24Vが消
失するので同様に、サーボ投入許可信号12のラインに
有電圧(P24V)は発生せず、ロボット本体1にサー
ボ電源が供給されることはない。
【0026】次に、接続電線21内の入力信号の110
a,106gのラインが地絡した場合、パネル/外部サ
ーボ投入110スイッチ入力信号と汎用入力信号nの入
力信号ラインはホトカプラ群22Aのホトダイオードの
アノード側へ接続されかつ該ホトダイオードのカソード
側が入出部制御電源のグランド側に接続されているの
で、これらの入力信号を誤ってCPUが読み取ることは
ない。また、接続電線21内の入力信号の110b,1
06hのラインが地絡した場合、それぞれの信号ライン
は直接、入出部制御電源の+側に接続されているので2
4VからP24Vへ過電流がながれるのでヒューズ12
0が溶断し入出部制御電源P24Vが消失するので同様
に、サーボ投入許可信号ライン12に有電圧(図1の場
合、P24V)は発生せず、ロボット本体1にサーボ電
源が供給されることはない。
【0027】次に、接続電線21内の汎用出力nの10
6cラインが地絡した場合、入出部制御電源のグランド
側に接続されているので、汎用出力に接続されている電
装部品が誤動作することはない。接続電線21内の汎用
出力nの106bのラインが地絡した場合、106aが
HIGH論理で106bに過電流が供給された場合、地
絡した回路系の方が低いインピーダンスなので、汎用出
力nに接続されている電装部品の方へは電流が流れずヒ
ューズ120が溶断し、入出部制御電源P24Vが消失
するので同様に、サーボ投入許可信号ライン12に有電
圧(図1の場合、P24V)は発生せず、ロボット本体
1にサーボ電源が供給されることはない。
【0028】次に、ロボット制御装置3が非常停止状態
であることを外部へ知らせる非常停止出力について説明
する。この出力は無電圧接点でかつB接点出力でなけれ
ばならないので回路構成上、リレーCR1,CR2には
A接点出力のリレーを使用している。各非常停止スイッ
チ105,103,104,107が閉じられている場
合はライン12aに有電圧が発生し、かつ、これらの状
態をCPUはホトカプラ群22Aを通じて認識できるの
で図示しないフリップフロップ回路でCPU非常停止出
力信号11をHIGH論理に固定するのでリレーCR2
が励磁され、該リレー接点CR2a1、CR2a2が閉
じられた状態を呈する。リレー接点CR2a2が閉じた
状態なのでリレーCR1も励磁状態となりリレー接点C
R1aも閉じた状態となる。従って、この時、非常停止
出力は閉じた接点状態を呈する。
【0029】次に、各非常停止スイッチ105,10
3,104,107のいずれかが動作した場合、動作し
たリレー接点CR16a,CR17a,CR14a,C
R18aのいずれかが開くのでライン12aの有電圧が
消失しリレーCR1,CR2が非励磁状態となり、リレ
ー接点CR1a,CR2a1,CR2a2が開いた状態
となる。従って、この時、非常停止出力は開いた接点状
態を呈する。
【0030】次に、各非常停止スイッチ105,10
3,104,107が全て動作していない場合はライン
12aに有電圧が発生しているがCPUが何らかの異常
状態を認識した場合、CPU非常停止出力信号11を図
示しないフリップフロップでLOW論理に固定するので
リレーCR2が非励磁状態となり、該リレー接点CR2
a1,CR2a2が開状態となるのでリレーCR1も非
励磁状態となり、該リレー接点CR1aも開状態とな
る。従って、この時、非常停止出力は開いた接点状態を
呈する。
【0031】ここで、リレー接点CR1a,CR2a1
の開閉状態が一致しているのが正常であり、不一致であ
ればいずれかの接点の融着が発生したと判断できる。
【0032】また、この様な非常停止出力は関連部分だ
けを表現した図3の様な形態であっても良いことは明ら
かである。
【0033】なお、本実施の形態ではサーボ投入許可信
号ライン12にスイッチング素子としてリレーを用いた
が、例えばホトカプラ又はトランジスタ等の他のスイッ
チング素子を用いても同様の効果がある。
【0034】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、信号伝達電装部品(リレー、ホトカプラ)の一端を
電気的に接地し、該電装部品のもう一端とその系の電源
の+側との間にスイッチを接続し、万一、非常停止回路
系の信号伝達電線21が地絡してもリレーは励磁され
ず、開状態となりサーボ電源を確実に遮断できる。
【0035】また、本発明は、ロボット制御装置が認識
している非常停止状態又は他の異常状態を外部へ出力す
るリレーとして、2つのリレーで構成し、かつそれぞれ
のリレー接点を直結し、そのリレー接点の接続点と該リ
レーどうしのもう一端とを外部へ供給し、各リレーの接
点融着の検出を外部の制御盤にて検出可能とするもので
ある。一般に、リレー接点が閉じた状態で特に直流電圧
が印可されている時に接点を閉から開状態へ変化させよ
うとした時に転移現象により接点融着を生じ易いが、互
いにリレー接点を接続する事で、転移現象を発生しにく
くするという効果も奏する。さらに、本発明は、安全装
置スイッチ等への配線が地絡した場合、元電源の損傷を
防ぐように安全装置側電源と元電源との間にヒューズを
挿入しているので、万一の地絡の時にはヒューズが溶断
し、元電源を保護することができるものである。
【0036】この様に、本発明によれば、安全信号伝達
電線が地絡した場合でもヒューズが溶断することにより
安全回路動作用電源の供給を遮断し、かつロボット本体
駆動用のサーボ電源を確実に遮断できるものである。ま
た、外部への非常停止出力の伝達用リレー接点の融着状
態を検出できるものである。従って、従来のものに比べ
てロボットの安全装置の信頼性と安全確保を確実なもの
にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す回路図
【図2】ロボットシステムの斜視図
【図3】本発明の一実施の形態における要部の回路図
【図4】従来のロボット安全装置の回路図
【符号の説明】
1 ロボット本体 3 ロボット制御装置 4 ティーチペンダント 5 ドア 8 ワーク供給装置 11 CPU非常停止出力信号 12,12a サーボ投入許可信号ライン CR1,CR2,CR14,CR16,CR17,CR
18 リレー CR1a,CR2a1,CR2a2,CR14a,CR
16a,CR17a,CR18a リレー接点 103 外部非常停止入力スイッチ 104 TP非常停止入力スイッチ 105 ドアストップ入力スイッチ 107 パネル非常停止入力スイッチ 110 パネル/外部サーボ投入スイッチ 120 ヒューズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 19/06 H01H 47/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ロボットの駆動用サーボ電源のON・OF
    Fを制御するサーボ投入許可信号ラインと、前記サーボ
    投入許可信号ラインに直列に接続した複数のリレー接点
    と、前記各リレー接点を駆動する複数のリレーコイル
    備え、電源のプラス側へ一端を接続した複数の非常停止
    スイッチを設け、前記各非常停止スイッチの他端と前記
    各リレーコイルの一端をそれぞれ接続し、前記各リレー
    コイルの他端を接地したことを特徴とするロボットの安
    全装置。
  2. 【請求項2】ロボットの駆動用サーボ電源のON・OF
    Fを制御するサーボ投入許可信号ラインに常開型の第1
    のリレーの一端と常開型の第2のリレーの一端をそれぞ
    れ接続し、第1のリレーの他端と接地との間に第2のリ
    レーのリレー接点を配設し、第2のリレーの他端に非常
    停止出力信号を入力させたことを特徴とするロボットの
    安全装置。
  3. 【請求項3】複数のリレー接点を有する常開型のリレー
    で第2のリレーを構成し、第1のリレーのリレー接点及
    び第2のリレーのリレー接点を出力側に接続し、この出
    力でリレー接点の融着状態を検出することを特徴とした
    請求項2記載のロボットの安全装置。
  4. 【請求項4】ロボットの駆動用サーボ電源のON・OF
    Fを制御するサーボ投入許可信号ラインに電力を供給す
    る元電源装置を備え、前記元電源装置の電源出力部とサ
    ーボ投入許可信号ラインとの間にヒューズを設けたこと
    を特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のロボット
    の安全装置。
JP9024906A 1997-02-07 1997-02-07 ロボットの安全装置 Expired - Fee Related JP3064940B2 (ja)

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JP9024906A JP3064940B2 (ja) 1997-02-07 1997-02-07 ロボットの安全装置
EP01100263A EP1099519A3 (en) 1997-02-07 1998-02-03 Safety device for a robot comprising an emergency stop circuit
US09/018,399 US5903123A (en) 1997-02-07 1998-02-04 Emergency stop circuit for a robot
EP98102103A EP0857548B1 (en) 1997-02-07 1998-02-06 Safety device for robot
DE69810168T DE69810168T2 (de) 1997-02-07 1998-02-06 Sicherheitseinrichtung für Roboter

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