JP4137932B2 - ロボット制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロボット制御装置に関し、詳細には、ロボットを駆動する駆動モータに電力が供給されているときに該ロボットの動作領域内に作業者が近づくことを禁止する第１の運転モードと、駆動モータに電力が供給されているときでもロボットの動作領域内に作業者が近づくことを許容する第２の運転モードとを切り換えることができるロボット制御装置に関する。

ロボットは、一般に、自動運転されているので、作業者が不用意にロボットの動作領域内に侵入すると、ロボットと作業者が衝突する危険性がある。そこで、ロボットの周囲に、安全柵やライトカーテンなどを設け、ロボットの動作領域を安全柵やライトカーテンで取り囲み、ロボットの動作範囲が安全柵内に制限されるようにしている。作業者は、この安全柵やライトカーテンの外側にいる限り、ロボットと接触する危険はなく、安全が保証される。一方、ロボットの運転中に、作業者が安全柵の扉やライトカーテンを通ってロボットの動作領域内に侵入すると、作業者の安全を確保するために、ロボットを強制的に非常停止させるようになっている。

例えば、安全柵が使用されている場合、ロボット制御装置は、安全柵の扉に取り付けられた扉スイッチや安全プラグからの出力を通して安全柵の扉が開かれたことを検知すると、作業者が安全柵内に侵入したと判断して、ロボットへの電力供給を遮断してロボットを直ちに非常停止させる。また、ライトカーテンが使用されている場合、ロボット制御装置は、ライトカーテンの光が遮られたことを検知すると、作業者が安全領域内に侵入したと判断して、ロボットへの電力供給を遮断してロボットを直ちに非常停止させる。

ところが、ロボットに動作経路などを教示する場合には、作業者が安全柵の扉やライトカーテンを通ってロボットの動作領域内に立ち入り、電力を供給されているロボットを教示用携帯操作盤によって操作して、教示作業を行う必要がある。そのため、作業者が安全領域内に侵入するとこれを検知してロボットを非常停止させる自動運転モードに加えて、作業者がロボットの動作領域内に侵入した状態でもロボットを非常停止させずにロボットを操作できる教示用運転モードをロボット制御装置に用意し、作業者がロボット制御装置の固定操作盤上の運転モード切換スイッチを操作することにより、自動運転モードと教示用運転モードとの切り換えを行うことができるようにすることが一般的である。

教示用運転モードでは、安全柵の扉を開けた状態やライトカーテンを通って作業者が侵入した状態でも、安全柵の扉やライトカーテンからの信号を無効化することによって、ロボットを非常停止させずに教示用携帯操作盤からロボットを操作できるようにする。その上で、教示用運転モードでも作業者の安全を確保するために、例えば特許文献１に記載されているように、教示用携帯操作盤に非常停止ボタンやデッドマンスイッチを設け、デッドマンスイッチを押しながらの操作によってのみロボットが動作するようにしている。これにより、作業者が危険を感じたときには、デッドマンスイッチを離したり、教示用携帯操作盤の非常停止ボタンを押すことにより、教示用運転モードにおいても、いつでもロボットを非常停止できるようになる。

特開平８−１６６８１４号公報

上述したように、教示用運転モードにおいても、非常停止ボタンやデッドマンスイッチを操作することにより、ロボットを非常停止させることができるようになっている。しかしながら、作業者の十分な安全を確実に保証するためには、教示作業前に、これら非常停止ボタンやデッドマンスイッチを操作したときに非常停止回路が正常に機能することを確認することが要求される。ところが、従来、非常停止回路の機能の点検作業は、作業者の手動操作によって行われていたため、点検作業を忘れたり、意図的に省略したりすることがあった。その結果、非常停止回路の故障により非常停止ができず、作業者の安全を確保できない可能性があった。

よって、本発明の目的は、作業者が意図しなくても、非常停止回路の機能の点検が自動的に行われるようにすることにある。

本発明は、上記目的に鑑み、ロボットを駆動する駆動モータに電力が供給されているときに該ロボットの予め定められた領域内に作業者が侵入したことを検知すると非常停止条件に該当すると判断してロボットを非常停止させる第１の運転モードと、前記駆動モータに電力が供給されているときに前記ロボットの予め定められた領域内に作業者が侵入しても非常停止条件に該当しないと判断して前記ロボットを非常停止させない第２の運転モードとを切り換えるための運転モード切換スイッチと、電源と前記駆動モータとの間に配置され前記電源から前記駆動モータへの電力供給路の遮断と接続とを切り換える遮断接続切換手段とを備え、前記第１の運転モード及び前記第２の運転モードにおいて非常停止が要求されたときに遮断接続切換手段による前記電力供給路の遮断により前記ロボットを非常停止させることができるロボット制御装置であって、前記運転モード切換スイッチによる第１の運転モードと第２の運転モードとの間の切り換えを検出すると、前記遮断接続切換手段に遮断指令を発し、前記電力供給路が遮断されたか否かを自動的に確認する非常停止制御手段をさらに備えるロボット制御装置を提供する。

本発明のロボット制御装置の非常停止制御手段は、運転モードの切換時に遮断指令に応じた遮断接続切換手段による電力供給路の遮断動作を自動的に確認する。したがって、遮断接続切換手段が遮断指令を受けることによりロボットを駆動する駆動モータへの電力供給を遮断し、結果としてロボットが非常停止することが分かるので、非常停止機能が正常に果たされることが確認でき、作業者が手動で非常停止機能の点検を確認する必要性はなくなる。

遮断指令に応じて遮断接続切換手段が電力供給路を遮断したことを確認するためには、例えば、前記遮断接続切換手段が、電力供給路が遮断状態にあるか接続状態にあるかを表す遮断接続状態信号を出力するように構成されており、前記非常停止制御手段が、該遮断接続状態信号により前記電力供給路が遮断されたか否かを確認すればよい。

前記非常停止制御手段は、前記遮断接続切換手段に遮断指令を発したにもかかわらず前記電力供給路の遮断が確認されないとき、警告を発することが好ましい。また、前記非常停止制御手段は、前記遮断接続切換手段に遮断指令を発したにもかかわらず前記電力供給路の遮断が確認されないとき、前記遮断接続切換手段による前記電力供給路の再接続を禁止するようにしてもよい。これにより、遮断接続切換手段による非常停止機能が正常に働かない状態でのロボットの操作を回避することができる。

本発明によれば、運転モードの切換時に、遮断接続切換手段が遮断指令を受けることにより駆動モータへの電力供給を遮断することが非常停止制御手段によって自動的に確認され、結果として、ロボットが非常停止することが確認されるので、作業者による非常停止回路の機能の確認は不要になる。したがって、従来よりも安全なロボット制御装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。
図１は本発明のロボット制御装置の非常停止回路の全体構成を示す機能ブロック図、図２は図１に示されている非常停止回路による非常停止機能の確認手順を示すフローチャート、図３はロボットが作業を行うロボットセルの全体構成を示す模式図である。

最初に、図３を参照して、ロボット１３が作業を行うロボットセル１１の全体構成を説明する。ロボット１３の周囲には、安全柵１５が設けられており、ロボット１３の動作領域は安全柵１５内に限定されるようになっている。したがって、安全柵１５の外側にいる限り、作業者はロボット１３と干渉することがない。安全柵１５の一つ又は二つ以上の箇所には、作業者が安全柵１５内に入れるように、扉１７や開口部１９が設けられている。安全柵１５の扉１７には、扉スイッチ２１ａや安全プラグ（図示せず）が取り付けられており、安全柵１５の扉１７が開かれたことを検知できるようになっている。また、開口部１９には、ライトカーテン２１ｂが設けられており、ライトカーテン２１ｂの光が遮られたことを検出することにより作業者がライトカーテン２１ｂを通ったことを検知できるようになっている。

このようなロボットセル１１内に配置されたロボット１３の動作は、ロボット制御装置２３によって制御される。ロボット制御装置２３は、作業者が通常運転時にロボット１３の操作をするための固定操作盤２５と、教示作業時に操作者が使用してロボット１３の操作をするための教示用携帯操作盤２７と、非常停止回路２９（図１参照）とを備える。また、ロボット制御装置２３には、安全柵１５の扉スイッチ２１ａやライトカーテン２１ｂのようなセンサ２１が無線又はケーブルを介して接続されている。

固定操作盤２５は、安全柵１５の外側に配置されており、作業者が安全柵１５の外側にいるときのみ、作業者が固定操作盤２５を操作できるようになっている。一方、教示用携帯操作盤２７は、教示作業中に作業者が安全柵１５内に持ち運べるようになっており、作業の邪魔とならないようにロボット制御装置２３と無線によって接続されていることが好ましい。また、固定操作盤２５には、運転モード切換スイッチ３１（図１参照）が設けられており、自動運転モードと教示用運転モードとの切換を行うことができるようになっている。さらに、固定操作盤２５上には、ロボット１３を強制的に非常停止させるための非常停止ボタン３３が、教示用携帯操作盤２７上には、同様の機能をもつ非常停止ボタン３３やデッドマンスイッチ３５が設けられている。

ロボット制御装置２３の非常停止回路２９は、図１に示されているように、様々な信号及び命令を処理するプロセッサ３７と、様々な信号をプロセッサ３７に読み込ませるための入力回路３９と、プロセッサ３７からの信号を出力するための出力回路４１と、ロボット１３を駆動する駆動モータ４３を動作させるためのサーボアンプ４５と電源４７とを接続する電力供給路４９の遮断・接続を切り換えるための遮断接続切換手段としての機能を果たす電磁接触器５１とによって構成されている。

入力回路３９には、固定操作盤２５上の運転モード切換スイッチ３１、固定操作盤２５及び教示用携帯操作盤２７上の非常停止ボタン３３、安全柵１５の扉スイッチ２１ａやライトカーテン２１ｂなどのセンサ２１が信号ケーブルによって接続されており、これらからの出力信号が入力回路３９を通してプロセッサ３７に読み込まれるようになっている。プロセッサ３７は、センサ２１からの出力信号、非常停止ボタン３３の出力信号及びデッドマンスイッチ３５の出力信号から、ロボット１３を非常停止させるべき条件に該当するか否かを判断し、非常停止条件に該当すると判断したときには、直ちに出力回路４１を経由して電磁接触器５１に遮断指令を発し、電磁接触器５１を開状態にさせる。その結果、電力供給路４９が遮断されて電源４７からサーボアンプ４５への電力供給が停止し、ロボット１３を非常停止させることができる。

ロボット制御装置２３は、運転モード切換スイッチ３１の状態によって、異なる処理を行う。自動運転モードは、ロボット１３に自動運転をさせるときに使用されるものである。自動運転モードでは、ロボット制御装置２３は固定操作盤２５からの自動運転の開始及び停止などの指令を受け付ける。同時に、ロボット制御装置２３の非常停止回路２９のプロセッサ３７は、安全柵１５の扉スイッチ２１ａやライトカーテン２１ｂなどのセンサ２１からの信号を監視し、ロボット１３を駆動する駆動モータ４３に電力が供給されているにもかかわらず安全柵１５内に作業者が侵入したことを検知すると、非常停止条件に該当すると判断して、直ちに電磁接触器５１に遮断指令を与え、電源４７とロボット１３との間の電力供給路４９を遮断させてロボット１３を非常停止させる。なお、固定操作盤２５の非常停止ボタン３３が押されたときにも、同様に、ロボット１３を非常停止させる処理が行われる。

一方、教示用運転モードは、ロボット１３に対する教示作業を行うときに使用されるものである。教示用運転モードでは、ロボット制御装置２３は、固定操作盤２５からの自動運転の開始命令を受け付けず、教示用携帯操作盤２７からの動作指令のみを受け付けるようになる。さらに、動作指令によるロボット１３のアーム先端の最大移動速度も安全速度以下、例えば２５０ｍｍ／秒以下に制限される。また、教示用運転モードでは、作業者が安全柵１５内にいる状態でもロボット１３を操作できるようにするために、ロボット制御装置２３の非常停止回路２９のプロセッサ３７は、安全柵１５に設けられたセンサ２１からの出力を通して作業者が安全柵１５内に侵入したことを検知しても、非常停止条件には該当しないと判断して、ロボット１３を非常停止させる制御を行わない。これは、ロボット１３に動作経路などを教示する場合には、作業者が安全柵１５内に立ち入って、電力を供給されたロボット１３を操作する必要があるからである。

ただし、教示作業中の作業者の安全を確保するために、プロセッサ３７は、教示用携帯操作盤２７に設けられた非常停止ボタン３３及びデッドマンスイッチ３５からの信号については無視をせずに監視を行っている。そして、デッドマンスイッチ３５が開放又は強く握りこまれたことや非常停止ボタン３３が押されたことをプロセッサ３７が検出すると、プロセッサ３７は、非常停止条件に該当すると判断して、直ちに電磁接触器５１に遮断指令を与え、電源４７とロボット１３との間の電力供給路４９を遮断させてロボット１３を非常停止させる。

教示作業中にロボット１３を非常停止させるこのような機能は、教示作業者の安全を確保する上で、非常に重要であり、非常停止回路２９が正常に動作することを確実に点検することが要求される。ところが、この非常停止回路２９の動作点検を作業者の手動操作によって行わせると、点検を忘れたり意図的に省略してしまったりする恐れがあり、作業者の安全確保上好ましくない。そこで、本発明のロボット制御装置２３では、教示作業を開始する前に非常停止回路２９の動作点検を自動的に行う非常停止制御手段としての機能をプロセッサに付加している。さらに、電磁接触器５１として、電力供給路の遮断・接続を行うための動作接点５１ａに加えて、接点の遮断・接続状態を出力するための監視用補助接点５１ｂを備えるタイプのものを使用している。そして、図１に示されているように、監視用補助接点５１ｂの出力を入力回路３９に入力して、プロセッサ３７に読み込むようにしている。

非常停止制御手段としてのプロセッサ３７は、運転モード切換スイッチ３１からの信号変化から、作業者が運転モードを切り換えたことを検出すると、具体的には、図２を参照して以下に説明される非常停止回路２９の機能確認手順を実行する。

ロボット制御装置２３の非常停止回路２９のプロセッサ３７は、入力回路３９を通して固定操作盤２５の運転モード切換スイッチ３１からの信号を読み込むことにより固定操作盤２５の運転モード切換スイッチ３１の状態を常時監視しており、作業者による運転モードの切り換えを検出する（ステップＳ１）。プロセッサ３７は、作業者によって運転モードが自動運転モードから教示運転モードに切り換えられると、出力回路４１を通して電磁接触器５１に遮断指令を与える（ステップＳ２）。すると、電磁接触器５１は、遮断指令に従って、サーボアンプ４５への電力供給を停止させるために、動作接点５１ａを開状態にしてサーボアンプ４５と電源４７との間の電力供給路４９を遮断する。

電力供給路４９を遮断させた状態、すなわち電磁接触器５１内の動作接点５１ａが開いた状態になると、電磁接触器５１の監視用補助接点５１ｂが閉まった状態（ＯＮ状態）になる一方、電力供給路４９が接続している状態、すなわち電磁接触器５１内の動作接点５１ａが閉じた状態のときは、電磁接触器５１の監視用補助接点５１ｂが開いた状態（ＯＦＦ状態）になる。これを利用して、プロセッサ３７は、入力回路３９を通して監視用補助接点５１ｂの状態を読み込むことにより、指令通りに電磁接触器５１の動作接点５１ａが開状態になって電磁接触器５１が電力供給路４９を遮断したか否かを確認する（ステップＳ３）。

ステップＳ３において、監視用補助接点５１ｂが閉状態にならず、開状態のままになっていれば、プロセッサ３７は、電磁接触器５１やドライバ回路を含む非常停止回路２９が故障していると判断して（ステップＳ４）、固定操作盤２５及び教示用携帯操作盤２７上への警告表示や警報を出力すると共に、作業者が教示用携帯操作盤２７を操作して電磁接触器５１を閉状態（電力供給路４９の接続状態）にすることを禁止し、作業者によるロボット１３の再起動をできなくする。この結果、電力供給路４９は遮断された状態のままになってロボット１３を駆動する駆動モータ４３は作動しなくなり、作業者は教示作業を行うことができなくなるので、非常停止回路２９が故障した状態で誤って教示作業を行ってしまうことが回避される。

一方、ステップＳ３において、監視用補助接点５１ｂが閉状態になれば、非常停止回路２９に故障がないことが確認される（ステップＳ６）。この場合、プロセッサ３７は、非常停止ボタン３３からの非常停止信号などロボット１３を停止させる条件がない限り、電磁接触器５１に接続指令を与える。すると、電磁接触器５１は、サーボアンプ４５への電力供給を再開させるために、接続指令に従って、動作接点５１ａを閉状態にしてサーボアンプ４５と電源４７との間の電力供給路４９を接続する。

あるいはまた、プロセッサ３７は、作業者が教示用携帯操作盤２７からロボット１３を再起動させるための操作を行うまで、電磁接触器５１を遮断状態にしたままにしておいてもよい。この場合、再起動のための操作は以下のようにして行われる。

作業者は、運転モード切換スイッチ３１を教示用運伝モードに切り換えた後、教示用携帯操作盤２７を持ったまま、安全柵１５の扉１７を開けて又はライトカーテン２１ｂを通って安全柵１５内に入り、ロボット１３に近づく。そして、非常停止状態にあるロボット１３を再起動して教示作業を開始するために、教示用携帯操作盤２７のデッドマンスイッチ３５を握り、教示用携帯操作盤２７上のリセットキーを押す。

プロセッサ３７は、教示用運転モードへの切り換え時に行われた非常停止回路２９の動作確認において故障が検出されていなければ、電磁接触器５１に接続指令を与えて、サーボアンプ４５と電源４７との間の電力供給路４９を接続させる。これにより、サーボアンプ４５への電力供給が再開され、ロボット１３は再び駆動モータ４３によって駆動され動作できるようになる。一方、非常停止回路２９の動作確認において故障が検出されていれば、作業者がリセットキーを押しても、プロセッサ３７は電磁接触器５１に接続指令を出さず、固定操作盤２５及び教示用携帯操作盤２７に警告画面を表示する。これにより、作業者は、教示用携帯操作盤２７の表示を見て、非常停止回路２９に故障があることを認識できる。

なお、入力回路３９の故障により常に監視用補助接点５１ｂが閉状態になっているように認識される場合や、監視用補助接点５１ｂ自体の故障により常に監視用補助接点５１ｂが閉状態になったままになっている場合には、上述のような非常停止回路２９の動作確認が正確に行えない恐れがある。しかしながら、このような問題は、プロセッサ３７が電磁接触器５１に遮断指令や接続指令を与えたときに、監視用補助接点５１ｂの信号が開状態と閉状態との間で切り換わっていることを確認することにより、解消される。例えば、プロセッサ３７が電磁接触器５１に接続指令を与えたときに、監視用補助接点５１ｂの信号が開状態（オフ状態）から閉状態（オン状態）に変化しなければ、入力回路３９や監視用補助接点５１ｂの故障と判断し、警告の表示や警報の発生を行えばよい。

このように、非常停止制御手段であるプロセッサ３７は、作業者が運転モード切換スイッチ３１を教示運転モードに切り換えたことを検知すると、電磁接触器５１に遮断指令を与え、監視用補助接点５１ｂの信号を通して電磁接触器５１が指令通りに電力供給路４９を遮断したことを確認した場合にのみ、作業者がロボット１３を再起動することを許容する。これによって、作業者が教示用運転モードに切り換えた後、教示のためにロボット１３を再起動できる限り、非常停止回路２９の機能の点検は既に自動的に完了し、異常のないことが確認されていることになり、作業者による非常停止回路２９の意図的な点検は不要となる。したがって、ロボット１３が作業者に危害を与える危険性のある教示作業に先立って、非常停止回路２９の機能の確認が確実に行われるようになり、作業者のより高い安全性が確保される。

以上、好ましい実施形態に基づいて、本発明について説明したが、本発明は、示された好ましい実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、運転モードが自動運転モードから教示用運転モードに切り換えられたときに、非常停止制御手段によって非常停止回路２９の点検が行われるようになっているが、教示用運転モードから自動運転モードに切り換えられたときやロボット制御装置２３を起動したときにも上述した手順と同様の手順に従って非常停止回路２９の点検を行ってもよい。また、上記実施形態では、非常停止回路２９に一つの電磁接触器５１が使用されているが、非常停止回路２９の信頼性を向上させるために、二つ以上の電磁接触器５１を直列に接続して回路の多重化を行うことも可能である。

本発明のロボット制御装置の非常停止回路の全体構成を示す機能ブロック図である。 図１に示されている非常停止回路による非常停止機能の確認手順を示すフローチャートである。 ロボットが作業を行うロボットセルの全体構成を示す模式図である。

符号の説明

１３ ロボット
２３ ロボット制御装置
３１ 運転モード切換スイッチ
３７ プロセッサ
４３ 駆動モータ
４９ 電力供給路
５１ 電磁接触器

Claims (4)

1. ロボットを駆動する駆動モータに電力が供給されているときに該ロボットの予め定められた領域内に作業者が侵入したことを検知すると非常停止条件に該当すると判断してロボットを非常停止させる第１の運転モードと、前記駆動モータに電力が供給されているときに前記ロボットの予め定められた領域内に作業者が侵入しても非常停止条件に該当しないと判断して前記ロボットを非常停止させない第２の運転モードとを切り換えるための運転モード切換スイッチと、電源と前記駆動モータとの間に配置され前記電源から前記駆動モータへの電力供給路の遮断と接続とを切り換える遮断接続切換手段とを備え、前記第１の運転モード及び前記第２の運転モードにおいて非常停止が要求されたときに遮断接続切換手段による前記電力供給路の遮断により前記ロボットを非常停止させることができるロボット制御装置であって、
   前記運転モード切換スイッチによる第１の運転モードから第２の運転モードへの切り換えを検出すると、前記遮断接続切換手段に遮断指令を発し、前記電力供給路が遮断されたか否かを自動的に確認する非常停止制御手段をさらに備えることを特徴としたロボット制御装置。
2. 前記遮断接続切換手段は、電力供給路が遮断状態にあるか接続状態にあるかを表す遮断接続状態信号を出力するように構成されており、前記非常停止制御手段は、該遮断接続状態信号により前記電力供給路が遮断されたか否かを確認する、請求項１に記載のロボット制御装置。
3. 前記非常停止制御手段は、前記遮断接続切換手段に遮断指令を発したにもかかわらず前記電力供給路の遮断が確認されないとき、警告を発する、請求項１に記載のロボット制御装置。
4. 前記非常停止制御手段は、前記遮断接続切換手段に遮断指令を発したにもかかわらず前記電力供給路の遮断が確認されないとき、前記遮断接続切換手段による前記電力供給路の再接続を禁止する、請求項１に記載のロボット制御装置。

Images