(57)【要約】【課題】人間が状態信号スイッチ等を把持していない状態で、産業用ロボットが動作している領域内で該産業用ロボットと同時協調動作を行う場合に、制御装置の安全構造に依存せず人間へ危害が加わらないように構築されたロボットシステムを提供する。【解決手段】給電調整器１８は、少なくともロボット制御装置１４への電流量を変化させる機能を持ち、人間２０がロボット動作領域２２に入ったことを検知したら直ちに、切替スイッチ等により制御装置１４への電流量を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
産業用ロボット、該産業用ロボットを制御する制御装置、該制御装置への電流を調整する給電調整器、及び前記産業用ロボットの動作領域内の人間の存在を検出する人間検出装置から構成されるロボットシステムにおいて、
前記給電調整器は、
前記人間検出装置の出力信号を受信するための通信手段と、
前記産業用ロボットが最大動作速度で動作可能であり、且つ最大静的力を維持可能とする電流を供給する第１電流モードと、
前記産業用ロボットの動作速度及び静的力を、それぞれ前記最大動作速度より低い制限動作速度及び前記最大静的力より低い制限静的力に制限する電流を供給する第２電流モードとを備え、
前記第１電流モードと第２電流モードとの切替は、前記制御装置を介さずに、前記人間検出装置からの出力信号により前記給電調整器が行うことを特徴とする、ロボットシステム。
【請求項２】
前記給電調整器は、前記産業用ロボットの動作領域内に人間が侵入していることを表す出力信号を前記人間検出装置から受信していないときは前記第１電流モードを使用し、前記産業用ロボットの動作領域内に人間が侵入していることを表す出力信号を前記人間検出装置から受信しているときは前記第２電流モードを使用することを特徴とする、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記産業用ロボットは、所定の走行領域内を移動するための走行装置を有し、
前記走行装置は、前記第１電流モードにおいて最大走行速度で動作可能であり、前記第２電流モードにおいて前記最大走行速度より低い制限走行速度に制限されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット制御装置への電流量を調整する機能を有する給電調整装置を備え、人間と産業用ロボットとの協調動作が行えるロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人間に危害を与える可能性のある高出力の産業用ロボットは、ロボット動作範囲に人間が存在する場合、制御装置により停止状態又は速度制限状態とする必要があった。速度制御状態の場合、作業者等の人間は状態信号スイッチ例えばデッドマンスイッチを常に把持している必要があり、両手が自由となることはなかった。また、人間はこの状態信号スイッチを把持し、非常時には該スイッチを操作することにより、産業ロボットを停止状態としていた。
【０００３】
ロボットが制御不能となった場合にロボットの危険動作を回避するための技術としては、例えば特許文献１に、１つの絶縁トランスを用いて１つの交流入力電圧から複数の直流出力電圧を生成する生成回路と、該複数の直流出力電圧を一括して監視して、その監視結果をロボットコントローラに伝達する出力電圧監視回路とを備えた、ロボットコントローラ用電源装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２９８８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
人間が上述のような状態信号スイッチを把持していない状態で、産業用ロボットが動作している領域内で該産業用ロボットと同時協調動作を行う場合、非常状態が検知されず人間の安全が確保されない。そこで、人間へ危害が加わらないように産業用ロボットの動作速度や静的力を制御する必要があり、複雑な安全構造を有する制御装置が必要であった。
【０００６】
そこで本発明は、人間が状態信号スイッチ等を把持していない状態で、産業用ロボットが動作している領域内で該産業用ロボットと同時協調動作を行う場合に、制御装置の安全構造に依存せず人間へ危害が加わらないように構築されたロボットシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、産業用ロボット、該産業用ロボットを制御する制御装置、該制御装置への電流を調整する給電調整器、及び前記産業用ロボットの動作領域内の人間の存在を検出する人間検出装置から構成されるロボットシステムにおいて、前記給電調整器は、前記人間検出装置の出力信号を受信するための通信手段と、前記産業用ロボットが最大動作速度で動作可能であり、且つ最大静的力を維持可能とする電流を供給する第１電流モードと、前記産業用ロボットの動作速度及び静的力を、それぞれ前記最大動作速度より低い制限動作速度及び前記最大静的力より低い制限静的力に制限する電流を供給する第２電流モードとを備え、前記第１電流モードと第２電流モードとの切替は、前記制御装置を介さずに、前記人間検出装置からの出力信号により前記給電調整器が行うことを特徴とする、ロボットシステムを提供する。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロボットシステムにおいて、前記給電調整器は、前記産業用ロボットの動作領域内に人間が侵入していることを表す出力信号を前記人間検出装置から受信していないときは前記第１電流モードを使用し、前記産業用ロボットの動作領域内に人間が侵入していることを表す出力信号を前記人間検出装置から受信しているときは前記第２電流モードを使用することを特徴とする、ロボットシステムを提供する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のロボットシステムにおいて、前記産業用ロボットは、所定の走行領域内を移動するための走行装置を有し、前記走行装置は、前記第１電流モードにおいて最大走行速度で動作可能であり、前記第２電流モードにおいて前記最大走行速度より低い制限走行速度に制限されることを特徴とする、ロボットシステムを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る給電装置を備えたロボットシステムによれば、作業者とロボットとが協調動作を行う際に、制御装置の構成上ロボットの暴走を防ぐことが難しい場合に、給電調整器が制御装置を介さずにロボットへの電流を制限することができるので、暴走したロボットが作業者に危害を加えない程度に該ロボットの出力が制限され、作業者の安全を確保できる。
【００１１】
給電調整器が人間検出装置の出力信号によって電流モードを切替えることにより、制御装置に複雑な機能を具備させずに簡易な構成で電流モードの切替えを行うことができる。
【００１２】
また産業用ロボットが自走装置を備える場合は、ロボットの走行速度も適切に制限することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るロボットシステムの一実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】図１のロボットシステムに含まれるロボット制御装置の一構成例を示す図である。
【図３】図１に類似する図であって、人間がロボットの動作領域内に侵入した場合を示す図である。
【図４ａ】図１のロボットシステムに含まれる給電調整装置の一構成例を示す図である。
【図４ｂ】図１のロボットシステムに含まれる給電調整装置の他の構成例を示す図である。
【図５ａ】給電調整装置に含まれる電流値制限部の第１の具体例を示す図である。
【図５ｂ】給電調整装置に含まれる電流値制限部の第２の具体例を示す図である。
【図５ｃ】給電調整装置に含まれる電流値制限部の第３の具体例を示す図である。
【図５ｄ】給電調整装置に含まれる電流値制限部の第４の具体例を示す図である。
【図５ｅ】給電調整装置に含まれる電流値制限部の第５の具体例を示す図である。
【図６】産業用ロボットが自走型ロボットである場合の、本発明に係るロボットシステムの実施形態の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明に係るロボットシステムの構築例を示す図である。ロボットシステム１０は、産業用ロボット（以降、ロボットと略称）１２と、ロボット１２を制御するロボット制御装置（以降、制御装置と略称）１４と、制御装置１４に電力供給する電源１６と、電源１６から制御装置１４への電流を調整する機能を備えた給電調整装置又は給電調整器１８とを有する。ロボットシステム１０は、ロボット１２と作業者等の人間２０が協調動作を行うことができるように設計されており、ロボット１２の存在又は通過が許可されているロボット動作領域２２と、人間２０はその存在又は通過が許容されているもののロボット１２の存在又は通過は許容されていないロボット非動作領域２４とを有する。
【００１５】
図２は、制御装置１４の一構成例を示す図である。制御装置１４は、種々の演算処理を行うＣＰＵ２６と、作業者や他の外部機器との間で入出力を行うインターフェイス２８と、各種のデータを一時的又は恒久的に記憶するメモリ３０とを有し、これらは内部バス３２等を介して互いに接続されている。また制御装置１４は、給電調整装置１８の出力が入力されるとともにロボット１２のサーボモータ（図示せず）を駆動するための電流出力回路（サーボアンプ）３４と、サーボモータへの制御命令を作成する軸制御部３６とを有する。ここで、制御装置１４への入力電源は、制御部用とアンプ用とに分割されて用意されていてもよいし、制御部用とアンプ用とで共通のものを用意してもよい。また制御部への電圧は、入力電源の種類に応じてＡＣ／ＤＣ回路又はＤＣ／ＤＣ回路を使用することにより、所望の電圧とすることができる。
【００１６】
上述のロボット非動作領域２４にロボット１２が侵入することはないが、図３に示すように、人間２０がロボット動作領域２２内に侵入する場合はあり得る。そこで人間２０がロボット動作領域２２内に侵入した場合、例えば両動作領域の境界線３８を人間２０が踏み越えた場合は、人間検出装置４０がそのことを検出する。具体的な人間検出装置４０の例としては、赤外線を用いたライトカーテンや、安全マット等の各種安全信号スイッチが挙げられる。人間検出装置４０の検出結果等の情報は、リアルタイムで給電調整器１８に送られる。
【００１７】
給電調整器１８は、ロボット１２が最大動作速度で動作可能であり、かつ最大静的力を維持可能とする電流を供給する第１電流モードと、ロボット１２の動作速度及び静的力を、それぞれ最大動作速度より低い制限動作速度及び最大静的力より低い制限静的力に制限する電流を供給する第２電流モードとを備え、該第１電流モードと第２電流モードとの切替を、制御装置１４を介さずに、人間検出装置４０からの出力信号により行うことができる。具体的には、給電調整器１８は、少なくともロボット制御装置１４のサーボアンプ３４への電流量を変化させる機能を持ち、人間２０がロボット動作領域２２に入ったことを検出装置４０が検知したら直ちに、後述する切替スイッチ等によりサーボアンプ３４への電流量を調整する。図４ａは、給電調整器１８の一構成例を示す図である。給電調整器１８は、種々の演算処理を行うＣＰＵ４２と、人間検出装置４０等との間で入出力を行うインターフェイス４４と、各種のデータを一時的又は恒久的に記憶するメモリ４６とを有し、これらは内部バス４８等を介して互いに接続されている。人間検出装置４０及び給電調整器１８は、概略図示した有線又は無線の通信手段４９により互いに接続されている。また給電調整器１８は、人間２０がロボット動作領域２２内に侵入したことを人間検出装置４０が検出しているときに、電源１８からの入力電流を制限して制御装置１４に送る電流制限部５０を有する。電流制限部５０の具体例については後述する。
【００１８】
図４ｂは、給電調整器の他の構成例を示す図である。図４ｂに記載の給電調整器１８′が図４ａに記載の給電調整器１８と異なる点は、ＣＰＵ４２、インターフェイス４４及びメモリ４６の代わりにリレー等の入力信号処理部５２を有することである。入力信号処理部５２は、検出装置４０からの情報を電流制限信号に変換し、電流制限部５０に送るように構成されている。
【００１９】
図５ａ〜図５ｅは、給電調整器１８又は１８′の電流制限部５０の好適な具体例を示す図である。図５ａに示す第１の具体例に係る電流制限部５０ａは、所定値以上の電流が流れたら回路を遮断するブレーカ５２と、電源１６からの電流をブレーカ５２を経由させない第１ライン５４と、電源１６からの電流をブレーカ５２を経由させる第２ライン５６と、第１ライン５４と第２ライン５６とを切替え可能なスイッチ５８とを有する。図５ａの例では、人間がロボット動作領域内に侵入していないときすなわち電流制限信号が電流制限部５０ａに送られていないときはスイッチ５８が第１ライン５４側に接続され（第１電流モード）、電流制限部５０ａは電流制限機能を発揮しない。一方、人間がロボット動作領域内に侵入しているときすなわち電流制限信号Ｓが電流制限部５０ａ（例えばスイッチ５８）に送られているときは、スイッチ５８は第２ライン５６側に接続される（第２電流モード）。ブレーカ５２が作動する上記所定値を、ロボットが暴走しても人間に危害を加えない程度に該ロボットの出力が制限される値に設定しておけば、電流制限信号が送られているときは電源１６からの電流が所定値を超えることはないので、ロボット動作領域内の人間の安全が確保される。
【００２０】
図５ｂに示す第２の具体例に係る電流制限部５０ｂは、第１の所定値以上の電流が流れたら回路を遮断する第１ブレーカ６０と、第１の所定値よりも低い第２の所定値以上の電流が流れたら回路を遮断する第２ブレーカ６２と、電源１６からの電流を第１ブレーカ６０を経由させる第１ライン６４と、電源１６からの電流を第２ブレーカ６２を経由させる第２ライン６６と、第１ライン６４と第２ライン６６とを切替え可能なスイッチ６８とを有する。図５ｂの例では、人間がロボット動作領域内に侵入していないときすなわち電流制限信号が電流制限部５０ｂに送られていないときはスイッチ６８が第１ライン６４側に接続され（第１電流モード）、電流制限部５０ｂは電流制限機能を発揮しない。一方、人間がロボット動作領域内に侵入しているときすなわち電流制限信号Ｓが電流制限部５０ｂ（例えばスイッチ６８）に送られているときは、スイッチ６８は第２ライン６６側に接続される（第２電流モード）。第２ブレーカ６２が作動する第２の所定値を、ロボットが暴走しても人間に危害を加えない程度に該ロボットの出力が制限される値に設定しておけば、電流制限信号が送られているときは電源１６からの電流が第２の所定値を超えることはないので、ロボット動作領域内の人間の安全が確保される。一方第１の所定値は、ロボットの仕様や故障回避等から決定すればよく、通常はロボットがフルロードすなわち最大出力で動作可能な電流が該ロボットに供給されるように設定される。
【００２１】
図５ｃに示す第３の具体例に係る電流制限部５０ｃは、抵抗又は抵抗器７０と、電源１６からの電流を抵抗器７０を経由させない第１ライン７２と、電源１６からの電流を抵抗器７０を経由させる第２ライン７４と、第１ライン７２と第２ライン７４とを切替え可能なスイッチ７６とを有する。図５ｃの例では、人間がロボット動作領域内に侵入していないときすなわち電流制限信号が電流制限部５０ｃに送られていないときはスイッチ７６が第１ライン７２側に接続され（第１電流モード）、電流制限部５０ｃは電流制限機能を発揮しない。一方、人間がロボット動作領域内に侵入しているときすなわち電流制限信号Ｓが電流制限部５０ｃ（例えばスイッチ７６）に送られているときは、スイッチ７６は第２ライン７４側に接続される（第２電流モード）。抵抗器７０の抵抗値を、ロボットが暴走しても人間に危害を加えない程度に該ロボットの出力が制限されるように電源１６からの電流値が低減されるように設定しておけば、電流制限信号が送られているときは電源１６からの電流が抵抗器７０によって適切に低減され、ロボット動作領域内の人間の安全が確保される。
【００２２】
図５ａ〜図５ｃに記載の電流制限部はいずれも、回路を切替えることにより電源からの電流値を制限するものであるが、図５ｄに示す第４の具体例に係る電流制限部５０ｄのように、いわゆるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により出力電流値を調整するものも使用可能である。電流制限部５０ｄは、ダイオード８０、コンデンサ８２及びインバータ８４を含むＰＷＭ回路８６を有し、電流制限信号Ｓが電流制限部５０ｄ（例えばインバータ８４）に送られていないときはロボットが最大動作速度で動作可能であり、かつ最大静的力を維持可能とする電流を供給する（第１電流モード）。一方、電流制限信号Ｓが電流制限部５０ｄに送られているときは、電流制限部５０ｄはパルス幅を変調することによって制御装置１４への電流を低減できる（第２電流モード）ように構成されている。
【００２３】
図５ｅに示す第５の具体例に係る電流制限部５０ｅは、第１の容量を有する第１バッテリ９０と、第１の容量よりも小さい第２の容量を有する第２バッテリ９２と、第１バッテリ９０からの電流を制御装置に送るための第１ライン９４と、第２バッテリ９２からの電流を制御装置に送るための第２ライン９６と、第１ライン９４と第２ライン９６とを切替え可能なスイッチ９８とを有する。図５ｅの例では、人間がロボット動作領域内に侵入していないときすなわち電流制限信号が電流制限部５０ｅに送られていないときはスイッチ９８が第１ライン９４側に接続され（第１電流モード）、電流制限部５０ｅは電流制限機能を発揮しない。一方、人間がロボット動作領域内に侵入しているときすなわち電流制限信号Ｓが電流制限部５０ｅ（例えばスイッチ９８）に送られているときは、スイッチ９８は第２ライン９６側に接続される（第２電流モード）。第２ブレーカ９２の第２の容量を、ロボットが暴走しても人間に危害を加えない程度に該ロボットの出力が制限されるように設定しておけば、電流制限信号が送られているときは第２バッテリ９２からの電流ではロボットの出力が制限されるので、ロボット動作領域内の人間の安全が確保される。一方第１バッテリ９０の第１の容量は、ロボットの仕様や故障回避等から決定すればよく、通常はロボットがフルロード可能な電流が該ロボットに供給されるように設定される。
【００２４】
図１に示す構成のロボットシステムではロボット１２の外部に制御装置１４、電源１６及び給電調整装置１８が配置されているが、ロボットは自走型のものであってもよい。例えば図６に示すロボットシステム１０′では、ロボット１２′自身に制御装置１４′、バッテリ又は電源１６′、給電調整装置１８′及び制御装置１４′に制御される駆動部１９′が搭載されている。駆動部１９′にはロボット１２′のための走行装置が含まれており、故にロボット１２′は自走型ロボットとして作用する。走行装置は、上記第１電流モードのときは最大走行速度で走行可能であり、上記第２電流モードのときは最大走行速度より低い制限走行速度で走行するように構成されている。ロボット１２′の他の構成要素の各々の機能は上述のものと同様にできるので、詳細な説明は省略する。
【００２５】
本発明に係るロボットシステムでは、給電調整器が制御装置に依らずにロボットへの電流モードを切替えるので、制御装置には安全装置等の複雑な手段を設ける必要がない。また給電調整器や人間検出装置自体は比較的簡易な構造であるので、本発明によれば、制御装置の安全構造に依存せずに作業者の安全確保が図られたロボットシステムが提供される。
【符号の説明】
【００２６】
１０    ロボットシステム
１２    ロボット
１４    制御装置
１６    電源
１８    給電調整器
２０    人間
２２    ロボット動作領域
２４    ロボット非動作領域
４０    人間検出装置
５０    電流制限部
【図１】
2010167523.tif 000003
【図２】
2010167523.tif 000004
【図３】
2010167523.tif 000005
【図４ａ】
2010167523.tif 000006
【図４ｂ】
2010167523.tif 000007
【図５ａ】
2010167523.tif 000008
【図５ｂ】
2010167523.tif 000009
【図５ｃ】
2010167523.tif 000010
【図５ｄ】
2010167523.tif 000011
【図５ｅ】
2010167523.tif 000012
【図６】
2010167523.tif 000013