(57)【要約】      （修正有）【課題】生産性を向上させるに際し、作業ステーションエリアを増加しないで作業者の安全を確保することができる安全システムを提供する。【解決手段】ロボット２０の高速移動直前の監視エリア５３を示し、監視エリア５３を戻り方向Ｙへ拡張し、監視エリア５３内の障害物の不在を確認する。高速移動中の監視エリア５３を示し、監視エリア５３内に障害物の不在を確認した後、戻り方向Ｙへ向けて高速移動を実施する。作業者の安全を確保してロボットの高速移動を実施することで、作業ステーションエリアの有効活用をすると共に、生産性の向上を図る。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
台車に乗る作業者及び前記台車に同期して移動するロボットなどの装置により、前記台車で搬送させたワークに加工、測定、部品取付けなどの作業を行う作業ステーションを対象に、前記装置の周囲に障害物の有無を監視する監視エリアを設定して安全を確保するようにした安全システムにおいて、
前記監視エリアを、装置の移動方向及び移動速度に応じて変更する監視エリア制御部を備えたことを特徴とする作業ステーションの安全システム。
【請求項２】
前記監視エリア制御部は、移動速度に応じて装置前方の監視エリアを拡張／収縮する制御を実施することを特徴とする請求項１記載の作業ステーションの安全システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットなどの装置と作業者とが共存する作業ステーションの安全システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来は、ロボットなどの装置と作業者とが共存する作業ステーションでは、装置の周囲に安全柵を巡らせ、装置が稼働中には作業者が安全柵内へ入らぬようにしていた。
安全柵は固定であり、装置の可動範囲を大きく囲うため、作業者の作業エリアを加えた作業ステーションエリアは必然的に大きくなり、作業場の床面積の増大を招いてきた。
【０００３】
作業ステーションエリアの有効活用を図るために、安全柵に代わる安全システムが提案されてきた（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特許第３４１９３１３号公報（図３）
【０００４】
特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１２は従来の安全システムの説明図であり、ロボット１０１は走行路１０２に従って移動して設備１０３に対して作業を行うものであり、ロボット１０１の周囲に検知範囲Ａ１を設定し、この検知範囲Ａ１に作業者Ｍが接触すると、ロボット１０１の動作を停止するというものである。
【０００５】
検知範囲Ａ１はロボット１０１と共に移動するため、固定の安全柵に比較して作業ステーションエリアを有効に利用することが可能となる。
検知範囲Ａ１は、作業者Ｍの安全を考慮すると大きい方がよい。しかし、検知範囲Ａ１を大きくすると、作業ステーションエリアは必然的に大きくなり、ロボット１０１の移動距離が延びるなど、生産性の低下を招く。
【０００６】
そこで、生産性を向上させるに際し、作業ステーションエリアを拡大しないで作業者の安全を確保することができる技術が求められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、生産性を向上させるに際し、作業ステーションエリアを拡大しないで作業者の安全を確保することができる安全システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、台車に乗る作業者及び台車に同期して移動するロボットなどの装置により、台車で搬送させたワークに加工、測定、部品取付けなどの作業を行う作業ステーションを対象に、装置の周囲に障害物の有無を監視する監視エリアを設定して安全を確保するようにした安全システムにおいて、監視エリアを、装置の移動方向及び移動速度に応じて変更する監視エリア制御部を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明では、監視エリア制御部は、移動速度に応じて装置前方の監視エリアを拡張／収縮する制御を実施することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明では、監視エリア制御部により、装置の動作に応じた監視エリアを設定することができる。
仮に、監視エリアの大きさが一定である場合で且つ装置の移動速度が高速／低速である場合、監視エリアは安全上高速側で設定する。この結果、監視エリアを含む作業ステーションエリアは拡大する。
【００１１】
この点、本発明では装置が高速移動するときに監視エリアを拡張し、低速移動するときに監視エリアを収縮させるようにしたので、作業ステーションエリアの拡大は不要である。すなわち、請求項１によれば、作業ステーションエリアを拡大しないで作業者の安全を確保することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明では、監視エリア制御部により、移動速度に応じて装置前方の監視エリアを拡張／収縮する制御を実施することで、装置の高速移動時に監視エリアを前方に拡張することができ、作業者の安全を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る作業ステーションの安全システムの平面図であり、作業ステーションの安全システム（以下、安全システムという。）１０は、ワーク１１を載置するパレット１２と、このパレット１２を搬送するコンベア１３と、安全システム１０の床に設置したレール架台１４と、このレール架台１４に設けたレール１５と、このレール１５上をコンベア１３と同期して移動するロボット２０とからなり、このロボット２０にはロボットアーム２１，２１と、パルスエンコーダ２２と、ロボット支柱２３を備える。なお、２４はパーツフィーダ、２５，２６は柵、２７，２８はセンサ支柱である。
【００１４】
また、このロボット２０に備える架台部２９の図左右端に第１センサ３１、第２センサ３２を設置する。そして、図中３３は第３センサ、３４は第４センサ、３５は第５センサ、３６は第６センサ、３７は第７センサ、３８は第８センサ、４１はロボット制御部、４２は監視エリア制御部、４３は検知部、４４は警報発令部、Ｍ１は送り側作業者、Ｍ２は受け側作業者を示す。
【００１５】
ロボット制御部４１は、ロボット２０の操作に伴い、このロボット２０の位置情報、速度情報、方向情報の信号を出力する。位置情報はロボット２０に備えるパルスエンコーダ２２より取得したロボット２０の位置を出力し、速度情報はロボット２０の移動速度に応じて通常移動（作業時）／停止（作業完了時）／高速移動（戻り時）状態のいずれか１つを出力し、方向情報はロボット２０の移動方向に応じて作業方向／戻り方向のいずれか一方を出力する。なお、ロボット２０がワーク１１の搬送方向に移動する方向を作業方向とし、この作業方向と反対の方向を戻り方向とする（以下同様）。
【００１６】
監視エリア制御部４２は、位置情報、速度情報、方向情報の信号入力に基づいて監視エリア（図９符号５３、詳細は後述する。）の制御を行う。
検知部４３は、第１センサ３１〜第８センサ３８によって構成される監視エリア（図９符号５３）内に障害物を検知することで検知信号を出力する。
【００１７】
警報発令部４４は、検知信号の入力を受信し、防御エリア（図９符号５１）又は警告エリア（図９符号５２）の入力であるか判別し、警告動作を行う。たとえば、通常移動時において、防御エリア５１による検知信号の入力があれば、警告音や警告光で作業者Ｍ１，Ｍ２に注意を促すと共にロボット２０及びコンベア１３の動作を停止し、警告エリア５２による検知信号の入力があれば、警告音や警告光で作業者Ｍ１，Ｍ２に注意を促す。
【００１８】
また、高速移動時において、防御エリア（図９符号５１）及び警告エリア（図９符号５２）からなる監視エリア（図９符号５３）による検知信号の入力があれば、警告音や警告光で作業者Ｍ１，Ｍ２に注意を促すと共にロボット２０及びコンベア１３の動作を停止する。
【００１９】
図２は図１の２矢視図である。架台部２９にＬ字状のロボット支柱２３を立て、このロボット支柱２３に第８センサ３８を設置し、この第８センサ３８は多角形形状の検知面Ｓ８を設定したことを示す。また、センサ支柱２７の頂部に第３センサ３３を設置し、この第３センサ３３の検知面をＳ３とし、センサ支柱２８の頂部に第４センサ３４を設置し、この第４センサ３４の検知面をＳ４とすることを示す。検知面Ｓ３，Ｓ４，Ｓ８の詳細は後述する。
【００２０】
以上に述べた安全システム１０の作用を次に説明する。
図３は本発明に係るレーザースキャナセンサの検知範囲の説明図である。
（ａ）はレーザースキャナセンサ４６の検知原理を示し、レーザースキャナセンサ４６は、投光器４７からレーザー光線Ｌを照射して障害物に反射させ、その反射したレーザー光線Ｌを受光器４８で受光することで起電力を発生し、この起電力の有無によって物体を検知するものであり、レーザースキャナセンサ４６から距離Ｄ１をおいた障害物の検知時間をＴ１、距離Ｄ２をおいた障害物の検知時間をＴ２とし、距離Ｄ１＜Ｄ２であれば、検知時間がＴ１＜Ｔ２となる。なお、検知時間とは投光器４７からレーザー光線Ｌを照射した後、障害物により反射したレーザー光線Ｌを受光器４８で受光するまでの時間とする。
【００２１】
時間Ｔ１と時間Ｔ２との間に閾値（閾時間）を設定し、閾値を超える時間をカットするように設定する。すると、閾値以内の時間についてだけ物体の有無の判断が可能となる。
この手法により、検知有効距離を任意に設定することができる。
【００２２】
（ｂ）はスキャンニングの説明図である。投光器４７を電気的又は機械的に高速で首振りに相当する動作を行うと共にレーザー光線Ｌを照射し、等間隔に連続して検知を行うことで、投光器４７から距離Ｄ１とする放射状の検知面を形成することを示す。スキャンニングにより１台のレーザースキャナセンサ４６で、面としての検知を行うことができる。
（ｃ）は放射状の検知面を形成する過程で、高速で首振り動作を行うと共に検知距離をＤ３，Ｄ４，Ｄ５の如く伸縮して設定することで、多角形形状の検知面Ｓ０を形成することを示す。
【００２３】
このように、レーザースキャナセンサ４６は、図１における第１センサ３１〜第８センサ３８に適用可能であり、作業者Ｍ１，Ｍ２やロボットアーム２１，２１等の障害物が検知面Ｓ０に侵入すれば、障害物を検知することができる。
【００２４】
図４は本発明に係る第１センサと第２センサの検知面の説明図であり、ロボット２０に設置する第１センサ３１によって検知面Ｓ１を設定し、第２センサ３２によって検知面Ｓ２を設定することを示す。なお、検知面Ｓ１，Ｓ２は図１におけるロボット２０近傍への作業員Ｍ１，Ｍ２の侵入を検知するように設定する。
【００２５】
図５は本発明に係る第３センサの検知面の説明図であり、第３センサ３３によって検知面Ｓ３を設定することを示す。なお、検知面Ｓ３は図１における柵２５の外側からロボット２０が作業を行うワーク１１近傍に近づく他の作業者及び作業員Ｍ１，Ｍ２の侵入を検知するように設定する。
【００２６】
図６は本発明に係る第４センサの検知面の説明図であり、第４センサ３４によって検知面Ｓ４を設定することを示す。なお、検知面Ｓ４は図１における柵２６の外側からロボット２０近傍に近づく他の作業者及び作業員Ｍ１，Ｍ２の侵入を検知するように検知範囲を固定して設定する。
【００２７】
図７は本発明に係る第５センサと第８センサの検知面の説明図である。
（ａ）はロボット２０の通常移動時（作業時）における検知面の説明図であり、ロボット支柱２３に設ける第５センサ３５によって検知面Ｓ５を設定し、第８センサ３８によって検知面Ｓ８を設定することを示す。なお、検知面Ｓ５，Ｓ８はパーツフィーダ（図２符号２４）に干渉しないようにそれぞれ切り欠き部Ｓ５ａ，Ｓ８ａを設けて設定する。
【００２８】
（ｂ）はロボット２０の高速移動時（戻り時）における検知面の説明図であり、高速移動時にワーク（図２符号１１）に干渉しないように、（ａ）に示す検知面Ｓ５，Ｓ８にそれぞれ切り欠き部Ｓ５ｂ，Ｓ８ｂを設ける検知面Ｓ５Ａ，Ｓ８Ａを設定する。
【００２９】
図８は本発明に係る第６センサと第７センサの検知面の説明図である。
（ａ）はロボット２０の通常移動時（作業時）における検知面の説明図であり、ロボット支柱２３に設ける第６センサ３６によって検知面Ｓ６を設定し、第７センサ３７によって検知面Ｓ７を設定することを示す。なお、検知面Ｓ６，Ｓ７はパーツフィーダ（図２符号２４）に干渉しないようにそれぞれ切り欠き部Ｓ６ａ，Ｓ７ａを設けて設定する。
【００３０】
（ｂ）はロボット２０の高速移動時（戻り時）における検知面の説明図であり、高速移動時にワーク（図２符号１１）に干渉しないように、（ａ）に示す検知面Ｓ６，Ｓ７にそれぞれ切り欠き部Ｓ６ｂ，Ｓ７ｂを設ける検知面Ｓ６Ａ，Ｓ７Ａを設定する。
【００３１】
図９は本発明に係る監視エリアの基本構成図である。なお、本図では通常移動時を例として説明する。また、図面の表裏方向に検知面を設定するものについては、便宜上一点鎖線で記載する（以下同様）。
（ａ）は、検知面Ｓ６，Ｓ７によって構成する防御エリア５１を示す。この防御エリア５１は、作業者（図１符号Ｍ１，Ｍ２）及び暴走時のロボットアーム２１、２１の侵入を検知することによりロボット２０及びコンベア１３の動作を停止させるエリアである。
【００３２】
（ｂ）は、検知面Ｓ１〜Ｓ５，Ｓ８によって構成する警告エリア５２を示す。この警告エリア５２は、作業者（図１符号Ｍ１，Ｍ２）の侵入を検知することで、警報発令部（図１符号４４）によって警告音や警告光を発生して作業者Ｍ１，Ｍ２に注意を促すエリアである。
【００３３】
（ｃ）は、監視エリア５３を示し、この監視エリア５３は（ａ）に示す防御エリア５１と（ｂ）に示す警告エリア５２とを合成したエリアであり、検知面Ｓ１〜Ｓ８によって構成する。この監視エリア５３は、作業者（図１符号Ｍ１，Ｍ２）やロボットアーム２１，２１などの障害物の有無を監視するエリアである。
【００３４】
すなわち、本発明は、図１においてコンベア１３に乗る作業者Ｍ１，Ｍ２及びコンベア１３に同期して移動するロボット２０などの装置により、コンベア１３で搬送させたワーク１１に加工、測定、部品取付けなどの作業を行う作業ステーションを対象に、ロボット２０の周囲に作業者Ｍ１，Ｍ２の有無およびロボット２０の暴走時におけるロボットアーム２１，２１の動作範囲を監視する監視エリア（図９（ｃ）符号５３）を設定して安全を確保するようにした安全システムに関する。
【００３５】
なお、図９に示す監視エリア５３は、本例では複数の検知面の組合わせによって構成したが、例えば、警告エリア５２を、反射型の赤外線センサをロボット２０の上方に固定して設置し、このセンサを頂点とする円錐状の検知エリアとして設定してもよく、監視エリア５３の形状は任意である。
【００３６】
また、監視エリア５３は安全性の点からは大きいほどよく、作業ステーションエリアの有効活用の点では小さいほどよい。したがって、監視エリア５３は安全性と作業ステーションエリアの有効活用とを考慮して設定すればよい。
【００３７】
図１０は本発明に係るロボット通常移動時の監視エリア説明図である。
（ａ）はロボット２０の作業開始時の監視エリア５３を示す。この監視エリア５３は、ロボットの作業エリア６１に従って設定し、検知面Ｓ４〜Ｓ８と、作業方向Ｘに対して幅Ｗとする検知面Ｓ１〜Ｓ３によって構成する。また、ロボット２０が作業方向Ｘに移動するときは、検知面Ｓ３をロボット２０の位置に追従させることで、常にロボット２０の近傍に幅Ｗとする検知面Ｓ１〜Ｓ３を有する監視エリア５３を設定する。
【００３８】
なお、この監視エリア５３の制御は、監視エリア制御部（図１符号４２）によりロボット制御部（図１符号４１）から出力する位置情報と、「通常移動」とする速度情報と、「作業方向」とする方向情報とに基づいて行われる。
【００３９】
（ｂ）はロボット２０の作業完了時の監視エリア５３を示し、幅Ｗとする検知面Ｓ１〜Ｓ３を有する監視エリア５３を設定した状態でロボット２０の移動を停止し、（ａ）に示す検知面Ｓ５〜Ｓ８をそれぞれ検知面Ｓ５Ａ〜Ｓ８Ａに切換えて設定する。
なお、この監視エリア５３の制御は、監視エリア制御部（図１符号４２）によりロボット制御部（図１符号４１）から出力する位置情報と、「停止」とする速度情報と、「作業方向」とする方向情報とに基づいて行われる。
【００４０】
図１１は本発明に係るロボット高速移動時の監視エリア説明図である。
（ａ）はロボット２０の高速移動直前の監視エリア５３を示し、監視エリア５３はロボットの作業エリア６１に従って検知面Ｓ１，Ｓ３を戻り方向Ｙに拡張して設定し、検知部（図１符号４３）によって監視エリア５３内に障害物がないことを確認した後、高速移動を実施する。
なお、この監視エリア５３の制御は、監視エリア制御部（図１符号４２）によりロボット制御部（図１符号４１）から出力する位置情報と、「停止」とする速度情報と、「戻り方向」とする方向情報とに基づいて行われる。
【００４１】
（ｂ）はロボット２０の高速移動中の監視エリア５３を示し、ロボット２０が戻り方向Ｙへ高速移動する。このとき監視エリア５３はロボットの作業エリア６１に従って検知面Ｓ１，Ｓ３を縮小して設定する。
なお、この監視エリア５３の制御は、監視エリア制御部（図１符号４２）によりロボット制御部（図１符号４１）から出力する位置情報と、「高速移動」とする速度情報と、「戻り方向」とする方向情報とに基づいて行われる。
【００４２】
すなわち、本発明は監視エリア制御部（図１符号４２）により、監視エリア５３をロボット２０の移動に応じて（ａ）〜（ｄ）のように変更することを特徴とする。この構成により、装置の動作に応じた監視エリアを設定することで、作業ステーションエリアを有効活用することができる。
【００４３】
好ましくは、移動速度に応じて装置前方の監視エリア５３を拡張（（ｃ）参照）／縮小（（ｄ）参照）する制御を実施する。装置の高速移動時に監視エリアを前方に拡張することで、作業者の安全を確保し、生産性の向上を図ることができる。
【００４４】
尚、本実施例においては、監視エリアはロボットの移動方向や移動速度に応じて変更したが、ロボットが特定の場所に停止して作業を行う場合でも、このロボットの動作に応じて監視エリアを変更することは好ましいことである。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、ロボットなどの装置と作業者とが共存する作業ステーションに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る作業ステーションの安全システムの平面図である。
【図２】図１の２矢視図である。
【図３】本発明に係るレーザースキャナセンサの検知範囲の説明図である。
【図４】本発明に係る第１センサと第２センサの検知面の説明図である。
【図５】本発明に係る第３センサの検知面の説明図である。
【図６】本発明に係る第４センサの検知面の説明図である。
【図７】本発明に係る第５センサと第８センサの検知面の説明図である。
【図８】本発明に係る第６センサと第７センサの検知面の説明図である。
【図９】本発明に係る監視エリアの基本構成図である。
【図１０】本発明に係るロボット通常移動時の監視エリア説明図である。
【図１１】本発明に係るロボット高速移動時の監視エリア説明図である。
【図１２】従来の安全システムの説明図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０…作業ステーションの安全システム、１１…ワーク、１３…コンベア、２０…ロボット、４２…監視エリア制御部、５３…監視エリア、Ｍ１…送り側作業者、Ｍ２…受け側作業者。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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