(57)【要約】【課題】ロボットと作業者とが同じ空間で協働して作業を行う生産現場において、作業者の安全を確保しつつ、作業者とロボットとの協働作業の効率を向上させる。【解決手段】本発明の生産システム１０は、ロボット１２、ロボット制御装置２１、及び人間検出部１９を有する。制御装置２１は、ロボット１２の現在の速度が所定の基準速度を超えた場合には動力遮断部３３を作動させてロボット１２の動作を停止する機能を有する第一の速度比較部２７と、ロボット１２に掛かる現在の外力が所定の基準力を超えた場合には動力遮断部３３を作動させてロボット１２の動作を停止する機能を有する外力比較部３０と、を備える。制御装置２１は、協働動作領域Ａに人間１１が侵入していないことが人間検出部１９により検出されている間、第一の速度比較部２７及び外力比較部３０の機能を無効にする。【選択図】図２
2018051734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット（１２）と、
該ロボット（１２）を制御する制御装置（２１）と、
前記ロボット（１２）と作業者（１１）とが同時に侵入して協働して作業を行うための協働動作領域（Ａ）に前記作業者（１１）が侵入しているか否かを検出する人間検出部（１９）と、
前記ロボット（１２）の速度を検出する速度検出部（２５）と、
前記ロボット（１２）に掛かる外力を検出する外力検出部（２８）と、を有する生産システム（１０）であって、
前記制御装置（２１）は、
前記ロボット（１２）に供給されている動力を遮断する動力遮断部（３３）と、
所定の基準速度を記憶する基準速度記憶部（２６）と、
所定の基準力を記憶する基準力記憶部（２９）と、
前記速度検出部（２５）により検出された前記ロボット（１２）の現在の速度と前記基準速度記憶部（２６）に記憶された前記所定の基準速度とを比較し、前記現在の速度が前記所定の基準速度を超えた場合には前記動力遮断部（３３）を作動させて前記ロボット（１２）の動作を停止する機能を有する第一の速度比較部（２７）と、
前記外力検出部（２８）により検出された前記ロボット（１２）に掛かる現在の外力と前記基準力記憶部（２９）に記憶された前記所定の基準力とを比較し、前記現在の外力が前記所定の基準力を超えた場合には前記動力遮断部（３３）を作動させて前記ロボット（１２）の動作を停止する機能を有する外力比較部（３０）と、を有し、
前記制御装置（２１）は、前記協働動作領域（Ａ）に前記作業者（１１）が侵入していないことが前記人間検出部（１９）により検出されている間、前記第一の速度比較部（２７）及び前記外力比較部（３０）の機能を無効にするようになされている、生産システム（１０）。
【請求項２】
前記制御装置（２１）は、
前記ロボット（１２）に動作指令を与える動作指令部（３５）と、
前記動作指令に含まれる指令速度を全て一定の割合で低下させることにより前記指令速度を所定の制限速度以下に調節する機能を有する指令速度調節部（３６）と、をさらに有し、
前記所定の制限速度は、前記外力比較部（３０）が前記動力遮断部（３３）を作動させてしまうことのないロボット動作速度のうちの最大値であり、
前記制御装置（２１）は、前記協働動作領域（Ａ）に前記作業者（１１）が侵入していないことが前記人間検出部（１９）により検出されている間、前記指令速度調節部（３６）の機能を無効にするようになされている、請求項１に記載の生産システム（１０）。
【請求項３】
前記制御装置（２１）は、
前記ロボット（１２）に動作指令を与える動作指令部（３５）と、
所定の制限速度を記憶する制限速度記憶部（３９）と、
前記動作指令に含まれる指令速度から推定される前記ロボット（１２）の速度である推定速度と前記制限速度記憶部（３９）に記憶された前記所定の制限速度とを比較することにより、前記推定速度が前記所定の制限速度を超えるか否かを判定する機能を有する第二の速度比較部（３８）と、
前記動作指令に含まれる指令速度のうち、前記第二の速度比較部（３８）により前記所定の制限速度を超えると判定された前記推定速度になる指令速度のみを前記所定の制限速度以下に調節する機能を有する指令速度調節部（４０）と、をさらに有し、
前記所定の制限速度は、前記外力比較部（３０）が前記動力遮断部（３３）を作動させてしまうことのないロボット動作速度のうちの最大値であり、
前記制御装置（２１）は、前記協働動作領域（Ａ）に前記作業者（１１）が侵入していないことが前記人間検出部（１９）により検出されている間、前記指令速度調節部（４０）の機能を無効にするようになされている、請求項１に記載の生産システム（１０）。
【請求項４】
前記制御装置（２１）は、
前記協働動作領域（Ａ）に前記作業者（１１）が侵入したことが前記人間検出部（１９）により検出された時点から、前記第一の速度比較部（２７）の機能が有効になるのを所定の時間だけ遅延させる機能を有する速度比較遅延部（４２）をさらに有する、請求項２または３に記載の生産システム（１０）。
【請求項５】
前記制御装置（２１）は、
前記協働動作領域（Ａ）に前記作業者（１１）が侵入したことが前記人間検出部（１９）により検出された時点から、前記外力比較部（３０）の機能が有効になるのを所定の時間だけ遅延させる機能を有する外力比較遅延部（４３）をさらに有する、請求項２から４のいずれか一項に記載の生産システム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットと作業者とが同時に侵入して協働して作業を行うための協働動作領域を有する生産システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
生産現場においては、稼動するロボットの可動範囲内で作業者が段取り作業などを行うことにより生産性を向上させたいといった要望が多くある。このような生産現場では、作業者がロボットの可動範囲内に侵入して、ロボットが必要とする部品を供給し、または部品を取出すといった場合には、作業者とロボットとが同じ空間で作業を行う必要がある。そのような場合は、通常、作業者は、安全を確保するためにロボットを停止させてからその可動範囲内に侵入する必要がある。しかし、作業者がロボットの可動範囲内に侵入しようとする度にロボットを停止させると、生産性は著しく低下してしまうことになる。
【０００３】
特許文献１においては、ロボットと作業者とが同時に侵入可能な協働動作領域にロボットが侵入している時に、作業者が協働動作領域に侵入すると、作業者の侵入前よりもロボットの動作速度を低下させる方法が提案されている。この方法によれば、ロボットと作業者とが同じ空間で協働して作業を行う場合であっても、ロボットの生産性を著しく低下させないようにすることができる。しかし、たとえロボットの動作速度を低下させても、作業者がロボットと接触した時にロボットが停止しなければ、作業者は大怪我をしてしまうことがある。
また、特許文献２においては、作業者の安全を確保するため、作業者とロボットとが接触すると、外力を検知してロボットを停止させる接触停止機能を有するロボットシステムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４６４８４８６号公報
【特許文献２】特許第５９２７２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、作業者と同じ空間で協働して作業を行うロボットは、作業者と接触した時に過大な接触力が作業者に加わらないように、低速で動作する必要がある。しかし、ロボットの作業効率を上げるためには、ロボットを高速で動作する必要がある。そこで、ロボットの作業効率を出来るだけ低下させないために、作業者がロボットから遠い安全な場所にいる時にはロボットを高速で動作させる方法が検討された。ところが、前述の特許文献２に示されるような接触停止機能を有するロボットを高速で動作させると、ロボット自体が発生する力によって接触停止機能が働いて、ロボットが停止してしまう場合があった。
【０００６】
そこで本発明は、上述の実状に鑑みて、ロボットと作業者とが同じ空間で協働して作業を行う生産現場において、作業者の安全を確保しつつ、作業者とロボットとの協働作業の効率を向上させることができる生産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】
上述の目的を達成するため、本発明の第一態様は、
ロボットと、該ロボットを制御する制御装置と、前記ロボットと作業者とが同時に侵入して協働して作業を行うための協働動作領域に前記作業者が侵入しているか否かを検出する人間検出部と、前記ロボットの速度を検出する速度検出部と、前記ロボットに掛かる外力を検出する外力検出部と、を有する生産システムであって、
前記制御装置は、
前記ロボットに供給されている動力を遮断する動力遮断部と、
所定の基準速度を記憶する基準速度記憶部と、
所定の基準力を記憶する基準力記憶部と、
前記速度検出部により検出された前記ロボットの現在の速度と前記基準速度記憶部に記憶された前記所定の基準速度とを比較し、該現在の速度が前記所定の基準速度を超えた場合には前記動力遮断部を作動させて前記ロボットの動作を停止する機能を有する第一の速度比較部と、
前記外力検出部により検出された前記ロボットに掛かる現在の外力と前記基準力記憶部に記憶された前記所定の基準力とを比較し、該現在の外力が前記所定の基準力を超えた場合には前記動力遮断部を作動させて前記ロボットの動作を停止する機能を有する外力比較部と、を有し、
前記制御装置は、前記協働動作領域に前記作業者が侵入していないことが前記人間検出部により検出されている間、前記第一の速度比較部及び前記外力比較部の機能を無効にするようになされている、生産システムを提供する。
また、本発明の第二態様は、上記第一態様の生産システムにおいて、
前記制御装置は、
前記ロボットに動作指令を与える動作指令部と、
前記動作指令に含まれる指令速度を全て一定の割合で低下させることにより前記指令速度を所定の制限速度以下に調節する機能を有する指令速度調節部と、をさらに有し、
前記所定の制限速度は、前記外力比較部が前記動力遮断部を作動させてしまうことのないロボット動作速度のうちの最大値であり、
前記制御装置は、前記協働動作領域に前記作業者が侵入していないことが前記人間検出部により検出されている間、前記指令速度調節部の機能を無効にするようになされている、生産システムを提供する。
本発明の第三態様は、上記第一態様の生産システムにおいて、
前記制御装置は、
前記ロボットに動作指令を与える動作指令部と、
所定の制限速度を記憶する制限速度記憶部と、
前記動作指令に含まれる指令速度から推定される前記ロボットの速度である推定速度と前記制限速度記憶部に記憶された前記所定の制限速度とを比較することにより、前記推定速度が前記所定の制限速度を超えるか否かを判定する機能を有する第二の速度比較部と、
前記動作指令に含まれる指令速度のうち、前記第二の速度比較部により前記所定の制限速度を超えると判定された前記推定速度になる指令速度のみを前記所定の制限速度以下に調節する機能を有する指令速度調節部と、をさらに有し、
前記所定の制限速度は、前記外力比較部が前記動力遮断部を作動させてしまうことのないロボット動作速度のうちの最大値であり、
前記制御装置は、前記協働動作領域に前記作業者が侵入していないことが前記人間検出部により検出されている間、前記指令速度調節部の機能を無効にするようになされている、生産システムを提供する。
本発明の第四態様は、上記第二態様または第三態様の生産システムにおいて、
前記制御装置は、
前記協働動作領域に前記作業者が侵入したことが前記人間検出部により検出された時点から、前記第一の速度比較部の機能が有効になるのを所定の時間だけ遅延させる機能を有する速度比較遅延部をさらに有する、生産システムを提供する。
本発明の第五態様は、上記第二態様から第四態様のいずれかの生産システムにおいて、
前記制御装置は、
前記協働動作領域に前記作業者が侵入したことが前記人間検出部により検出された時点から、前記外力比較部の機能が有効になるのを所定の時間だけ遅延させる機能を有する外力比較遅延部をさらに有する、生産システムを提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の第一態様によれば、ロボットと作業者とが同じ空間で協働して作業を行う生産現場において、作業者の安全を確保しつつ、作業者とロボットとの協働作業の効率を向上させることができる。
本発明の第二態様によれば、高速動作をロボットに実行させるプログラムだけをロボット動作プログラムとして記述しても、人間が協働動作領域に居る時にはロボットを低速で動作させることができる。また、ロボット動作プログラムが単純となる。
本発明の第三態様によれば、ロボットの速度が所定の制限速度を超えてしまう指令速度のみを該所定の制限速度以下に調節するようにしたことにより、ワークを掴む時の動作など、もともと低速で行われる動作に対する不必要な速度低下を防ぐことができる。
本発明の第四態様によれば、人間が協働動作領域に侵入したことが人間検出部により検出された時点から一定時間経過後に第一の速度比較部の機能が有効になる。これにより、ロボットの速度が所定の制限速度以下に低下する前に不必要に第一の速度比較部が機能してロボットが停止するのを防ぐことができる。
本発明の第五態様によれば、人間が協働動作領域に侵入したことが人間検出部により検出された時点から一定時間経過後に外力比較部の機能を有効になる。これにより、ロボットの速度が所定の制限速度以下に低下する前に不必要に外力比較部が機能してロボットが停止するのを防ぐことができる。
【０００９】
添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれらの目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の生産システムを適用可能なロボットと該ロボットの周辺の構成とを例示した側面図である。
【図２】第一実施例の生産システムを示す機能ブロック図である。
【図３】第二実施例の生産システムを示す機能ブロック図である。
【図４】第三実施例の生産システムを示す機能ブロック図である。
【図５】第四実施例の生産システムを示す機能ブロック図である。
【図６】第五実施例の生産システムを示す機能ブロック図である。
【図７】第六実施例の生産システムを示す機能ブロック図である。
【図８】第七実施例の生産システムを示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。参照する図面において、同様の構成部分または機能部分には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。また、図面に示される形態は本発明を実施するための一つの例であり、本発明は図示された形態に限定されるものではない。
【００１２】
図１は、本発明の生産システムに適用可能なロボットと該ロボットの周辺の構成とを例示した側面図である。
図１に示される生産システム１０においては、人間１１がロボット１２に接近し、人間１１とロボット１２とが同じ空間で協働して作業を行う。人間１１は、ロボット１２と協働して作業を行う作業者であって、例えばロボット１２により取付作業が行われたワークの最終的な位置決めと固定を行う作業者である。
ロボット１２は、垂直多関節型マニピュレータからなる産業用ロボットである。ロボット１２を床部Ｌに設置するため、床部Ｌ上には固定プレート１３が固定されている。固定プレート１３上には力センサ１４が配置され、さらに、力センサ１４上にロボット１２のロボットベース１５が配置されている。
【００１３】
力センサ１４は、ロボット１２に掛かる外力、より好ましくは、人間１１がロボット１２と接触したときの外力（いわゆる、接触力）を検出する外力検出装置として使用される。力センサ１４内には、外力に起因する力センサ１４の歪を検出する歪検出器、例えば歪ゲージ、特に半導体歪ゲージが含まれている。より具体的には、力センサ１４は、力センサボディと、力センサボディに貼付けられた歪ゲージとを備えている。力センサ１４は、図１においてはロボットベース１５に取付けられているが、ロボット１２の他の部分、例えばロボットアーム部１６を構成するリンク間の関節部に取付けられていてもよい。また、力センサ１４は、加速度センサによってロボット１２の衝突時の加速度を取得し、取得した加速度を基に算出可能な力を接触力として検出するものであってもよい。
【００１４】
ロボットアーム部１６の先端にはロボット手首フランジ１７が取付けられている。ロボット手首フランジ１７の先端には、把持ハンド１８または作業ツール（図示せず）などが設けられている。把持ハンド１８は、ロボット制御装置２１からの指令に基づいてワークＷを把持し、ロボット１２がワークＷを目的の場所まで移動させた後にワークＷを解放することができる。
【００１５】
図１に示されるようにロボット１２の近傍には、人間１１とロボット１２とが同時に侵入して協働作業を行う領域としての協働動作領域Ａに人間１１が侵入しているか否かを検出する人間検出部１９が設置されている。
人間検出部１９は、協働動作領域Ａとこの外側領域との境界に二次元の検出領域２０を形成する。あるいは、人間検出部１９は、上記の協働動作領域Ａを包含するような三次元の検出領域（不図示）を形成してもよい。このような二次元または三次元の検出領域は、光電センサの検出範囲または監視カメラの監視範囲などを利用して形成されうる。また、上記の協働動作領域Ａは、ロボット１２の構成部分が物理的に移動可能な範囲、例えば、ロボットアーム部１６を構成するリンクの回転可能範囲によって定まる範囲を少なくとも含むのが好ましい。
【００１６】
さらに、ロボット１２はロボット制御装置２１に接続されている。前述した力センサ１４及び人間検出部１９もまた、ロボット制御装置２１に接続されている。
ロボット制御装置２１はデジタルコンピュータであり、ロボット１２の動作を制御する。より具体的には、ロボット制御装置２１は、ロボット１２の各軸を駆動するサーボモータに対して所定の動作指令（例えば、トルク指令、速度指令、位置指令など）を与えることによってロボットアーム部１６を動かしている。
【００１７】
以下に、前述した協働動作領域Ａにおいて人間１１とロボット１２とが協働して作業を行う生産システム１０の様々な実施例を挙げる。
（第一実施例）
図２は、第一実施例の生産システム１０Ａを示す機能ブロック図である。
第一実施例の生産システム１０Ａは、図２に示されるように、人間検出部１９、協働モード指令部２２、速度チェック遮断部２３、接触停止遮断部２４、速度検出部２５、基準速度記憶部２６、速度比較部２７、外力検出部２８、基準力記憶部２９、外力比較部３０、モータ３１、モータ電源３２、動力遮断部３３、サーボアンプ３４、及び、動作指令部３５などを含む。以下、これらの機能について、図２を参照して説明する。
【００１８】
人間検出部１９は、上述したように協働動作領域Ａ（図１参照）に人間１１が侵入しているか否かを検出する機能を有する。
協働モード指令部２２は、協働モード、すなわち、人間１１と協働して作業を行うロボット１２の動作モードを開始する指令をロボット１２に与える。この指令には、速度比較部２７にて使用される基準速度や、外力比較部３０にて使用される基準力などのパラメータが少なくとも含まれている。
上記の基準速度は速度チェック遮断部２３を介して基準速度記憶部２６に入力され記憶される。上記の基準力は接触停止遮断部２４を介して基準力記憶部２９に入力されて記憶される。各記憶部２６、２９は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）といったメモリ装置や、ハードディスクといった磁気記憶装置などである。
【００１９】
速度比較部２７は、基準速度記憶部２６に記憶された所定の基準速度と、ロボット１２の現在速度とを比較し、ロボット１２の現在速度がその所定の基準速度を超えた場合に、後述する動力遮断部３３を作動させる機能を有する。ロボット１２の現在速度は、ロボット１２を駆動するモータ３１の回転速度を検出する速度検出部２５、例えばパルスコーダを用いて取得される。
【００２０】
外力比較部３０は、基準力記憶部２９に記憶された所定の基準力と、ロボット１２に掛かる現在の外力とを比較し、ロボット１２の現在の外力がその所定の基準力を超えた場合に、後述する動力遮断部３３を作動させる機能を有する。ロボット１２の現在の外力は、外力検出部２８を用いて取得される。外力検出部２８は、図１に示されたロボットベース１５やロボットアーム部１６の関節部などに設置される力センサ１４などの外力検出装置である。
【００２１】
ロボット１２を駆動するモータ３１はサーボモータである。動作指令部３５は、予め作成されたロボット動作プログラムに従ってロボット１２を動作させる指令信号（動作指令）をサーボアンプ３４に出力する。ロボット動作プログラムは、図１に示されたロボット制御装置２１内に記憶されている。
サーボアンプ３４は、動作指令部３５から出力される指令信号を受取って、この指令信号と、モータ３１の回転軸の回転位置を検出するパルスコーダ（不図示）からの出力信号とが一致するようにモータ３１を制御する機能を有する。上記パルスコーダは速度検出部２５としても使用されるのが好ましい。
モータ電源３２は、モータ３１を動作させる電力（動力）をサーボアンプ３４に供給する電源である。
【００２２】
動力遮断部３３は、モータ３１への電力を遮断してロボット１２を停止させる機能を有する。この動力遮断部３３は、速度比較部２７での速度比較においてロボット１２の現在速度が基準速度を超えた場合、及び、外力比較部３０での外力比較においてロボット１２の現在の外力が基準力を超えた場合のうちの少なくとも一方において作動し、モータ３１への電力を遮断するようになっている。
【００２３】
上記の基準速度は、ロボット１２が人間１１に衝突した時に人間１１に怪我を負わせないロボット動作速度のうちの最大値であるのが好ましい。例えば、協働作業ロボット等の規格（ＩＳＯ１０２１８−１）には、協働動作領域におけるロボットの最高速度は２５０ｍｍ／ｓとして規定されているので、上記の基準速度を２５０ｍｍ／ｓに設定することができる。勿論、基準速度は２５０ｍｍ／ｓより低速に設定されてもよい。
また、上記の基準力は、ロボット１２が人間１１と接触した時に人間１１に怪我を負わせない接触力のうちの最大値であるのが好ましい。このような基準速度と基準力の定義は、後述する他の実施例でも同じとする。
【００２４】
速度チェック遮断部２３は、人間１１が協働動作領域Ａに侵入していないことが人間検出部１９により検出されている間、前述した速度比較部２７での速度比較を行わないようにする機能を有する。つまり、速度チェック遮断部２３は、人間１１が協働動作領域Ａに居ない間は速度比較部２７の機能を無効にして、動力遮断部３３が作動しないようにする。人間１１が協働動作領域Ａに侵入したことが人間検出部１９により検出された場合には、速度チェック遮断部２３は速度比較部２７の機能を有効にする。
【００２５】
接触停止遮断部２４もまた、人間１１が協働動作領域Ａに侵入していないことが人間検出部１９により検出されている間、前述した外力比較部３０での外力比較を行わないようにする機能を有する。つまり、接触停止遮断部２４は、人間１１が協働動作領域Ａに居ない間は外力比較部３０の機能を無効にして、動力遮断部３３が作動しないようにする。人間１１が協働動作領域Ａに侵入したことが人間検出部１９により検出された場合には、接触停止遮断部２４は外力比較部３０の機能を有効にする。
【００２６】
また、前述した協働モード指令部２２、速度チェック遮断部２３、接触停止遮断部２４、基準速度記憶部２６、速度比較部２７、基準力記憶部２９、外力比較部３０、モータ３１、モータ電源３２、動力遮断部３３、サーボアンプ３４、及び、動作指令部３５は、図１に示されたロボット制御装置２１に備えられているものとする。さらに、前述した速度検出部２５、外力検出部２８、及びモータ３１は、図１に示されたロボット１２に備えられているものとする。これらの点は、後述する他の実施例でも同じである。
【００２７】
上述のような第一実施例の生産システム１０Ａによれば、次のような作用及び効果が得られる。
図２において、動作指令部３５は動作指令をロボット動作プログラムに従ってサーボアンプ３４に出力することにより、サーボアンプ３４はモータ３１を制御する。これにより、ロボット１２におけるロボットアーム部１６や把持ハンド１８などが動作指令どおりに動作する。
このようにロボット１２が協働動作領域Ａで動作していて、人間１１が協働動作領域Ａに侵入したことが人間検出部１９により検出されたとき、速度チェック遮断部２３は速度比較部２７の機能を有効にし、接触停止遮断部２４は外力比較部３０の機能を有効にする。このフェーズにおいて、速度検出部２５により検出されるロボット１２の速度が所定の基準速度を超えた時は動力遮断部３３が作動してモータ３１への電力が遮断されるので、ロボット１２の動作が停止する。また、外力検出部２８により検出されるロボット１２に掛かる外力が所定の基準力を超えた時も動力遮断部３３が作動してモータ３１への電力が遮断されるので、ロボット１２の動作が停止する。
つまり、人間１１が協働動作領域Ａに居る状況において、ロボット１２の速度が所定の基準速度を超えたり、人間１１がロボット１２と接触したことなどに起因してロボット１２への外力が所定の基準力を超えたりすると、ロボット１２の動作は停止する。このことにより、協働動作領域Ａにてロボット１２と協働して作業を行う人間１１に対し、安全を確保することができる。
【００２８】
一方、人間１１が協働動作領域Ａに侵入していないことが人間検出部１９により検出されている間は、速度チェック遮断部２３は速度比較部２７の機能を無効にし、接触停止遮断部２４は外力比較部３０の機能を無効にする。このフェーズにおいては、速度検出部２５により検出されるロボット１２の速度が所定の基準速度を超えたり、外力検出部２８により検出されるロボット１２への外力が所定の基準力を超えたりしても動力遮断部３３は作動しないので、ロボット１２の動作は停止しない。
このことにより、人間１１が協働動作領域Ａに居ない状況においては、ロボット１２を上記所定の基準速度よりも高速で動作させることができる。さらに、ロボット１２を高速で動作させているときにロボット１２自体が発生する力が上記所定の基準力を超えてしまっても、ロボット１２の動作は停止しないようになる。
より詳しく言うと、ロボット１２を高速で動作させたときにロボット１２自体が発生する力、例えば曲げ荷重や捩り荷重などがロボット１２に対する外力として外力検出部２８により検出されてしまう場合がある。この場合、そのロボット１２自体が発生する力が上記所定の基準力を超えていることが外力比較部３０により判定されてしまうと、人間１１が協働動作領域Ａに居なくても動力遮断部３３が作動してロボット１２が停止してしまう。しかし本実施例においては、人間１１が協働動作領域Ａに居ない間は外力比較部３０の機能を無効にしているので、上記のような問題は発生しない。人間１１が協働動作領域Ａに居ない間はロボット１１に高速動作を指令できるので、作業者とロボットとの協働作業の効率を向上させることができる。
【００２９】
（第二実施例）
次に、第二実施例の生産システム１０Ｂについて説明する。但し、以下では、上述した第一実施例とは異なる点を主に説明することとし、上述した第一実施例と同じ構成要素には同一の符号を用いることによってそれらの説明を割愛する。
図３は、第二実施例の生産システム１０Ｂを示す機能ブロック図である。
第二実施例の生産システム１０Ｂは、図３に示されるように、前述した第一実施例の生産システム１０Ａ（図２参照）に対して、指令速度調節部３６と指令速度調節遮断部３７をさらに備える。
【００３０】
図３に示される指令速度調節部３６は、動作指令部３５からサーボアンプ３４へ出力される動作指令に含まれる指令速度を全て所定の制限速度以下に調節する機能を有する。この調節においては、動作指令部３５からの動作指令に含まれる指令速度が全て一定の割合で低下されるようにしている。つまり、指令速度調節部３６により、ロボット１２に指令された全ての動作速度が一様に低下して所定の制限速度以下に制限される。
【００３１】
一方、図３に示される指令速度調節遮断部３７は、人間１１が協働動作領域Ａに侵入していないことが人間検出部１９により検出されている間、前述した指令速度調節部３６での指令速度調節を行わないようにする機能を有する。つまり、指令速度調節遮断部３７は、人間１１が協働動作領域Ａに居ない間は指令速度調節部３６の機能を無効にする。人間１１が協働動作領域Ａに侵入したことが人間検出部１９により検出された場合には、指令速度調節遮断部３７は指令速度調節部３６の機能を有効にする。
【００３２】
上記の制限速度の値は、外力比較部３０が動力遮断部３３を作動させてしまうことのないロボット動作速度のうちの最大値であるのが好ましい。第一実施例にて既に説明したように、ロボット１２の高速動作中にそのロボット１２自体が発生する力が所定の基準力を超えていることが外力比較部３０により判定されると、ロボット１２の動作が停止してしまう。よって、こうした状況を引きおこさないロボット１２の速度が上記の制限速度として選定されている。このような制限速度の定義は、後述する他の実施例でも同じとする。
【００３３】
前述した制限速度の値は協働モード指令部２２からの指令に含まれていて、協働モードの開始により協働モード指令部２２から指令速度調節遮断部３７を介して指令速度調節部３６に入力されるようになっている。
前述した指令速度調節部３６及び指令速度調節遮断部３７は、図１に示されたロボット制御装置２１に備えられている。
【００３４】
上述のような第二実施例の生産システム１０Ｂによれば、前述した第一実施例による作用及び効果だけでなく、次のような作用及び効果も得られる。
動作指令部３５から出力される、ロボット１２の指令速度を含む動作指令は、ロボット制御装置２１内のロボット動作プログラムに記述されている。人間１１が協働動作領域Ａに居る時は低速動作をロボット１２に実行させ、かつ人間１１が協働動作領域Ａに居ない時は高速動作をロボット１２に実行させるように、ロボット動作プログラムを記述した場合には、プログラムが複雑になり、プログラムの確認にも時間がかかる。
こうした問題を回避するため、第二実施例におけるロボット制御装置２１は、動作指令部３５からの動作指令に含まれる指令速度を全て一定の割合で低下させることにより該指令速度を所定の制限速度以下に調節する指令速度調節部３６を有している。さらに、その指令速度調節部３６の機能は、人間１１が協働動作領域Ａに侵入しているときは有効となり、人間１１が協働動作領域Ａに侵入していない間は無効となるようにしている。
以上のことにより、高速動作をロボット１２に実行させるプログラムだけを記述しても、本実施例のロボット制御装置２１は、人間１１が協働動作領域Ａに侵入した時にロボット１２を低速で動作できるようになる。また、ロボット動作プログラムも単純になる。
【００３５】
（第三実施例）
次に、第三実施例の生産システム１０Ｃについて説明する。但し、以下では、上述した第一実施例とは異なる点を主に説明することとし、上述した第一実施例と同じ構成要素には同一の符号を用いることによってそれらの説明を割愛する。
図４は、第三実施例の生産システム１０Ｃを示す機能ブロック図である。
第三実施例の生産システム１０Ｃは、図４に示されるように、前述した第一実施例の生産システム１０Ａ（図２参照）に対して、第二の速度比較部３８、制限速度記憶部３９、指令速度調節部４０、及び指令速度調節遮断部４１をさらに備える。
【００３６】
図４に示される速度比較部３８は、動作指令部３５から出力された動作指令に含まれる指令速度から推定されるロボット１２の速度（以下、推定速度と呼ぶ。）と、制限速度記憶部３９に記憶された所定の制限速度とを比較することにより、推定速度が所定の制限速度を超えるか否かを判定する機能を有する。図示されていないが、上記の推定速度を求める推定速度算出部が動作指令部３５と速度比較部３８の間に設けられているのが好ましい。また、速度比較部３８に上記の推定速度を求める機能が備えられていてもよい。
【００３７】
指令速度調節部４０は、動作指令部３５からの動作指令に含まれる指令速度のうち、速度比較部３８により所定の制限速度を超えると判定された推定速度になる指令速度のみをその制限速度以下に調節する機能を有する。また、動作指令部３５からの動作指令に含まれる指令速度のうち、所定の制限速度以下の推定速度になる指令速度については、指令速度調節部４０は指令速度を調節しないでサーボアンプ２４に送出するようにしている。
【００３８】
指令速度調節遮断部４１は、人間１１が協働動作領域Ａに侵入していないことが人間検出部１９により検出されている間、指令速度調節部４０での指令速度調節を行わないようにする機能を有する。つまり、指令速度調節遮断部４１は、人間１１が協働動作領域Ａに居ない間は指令速度調節部４０の機能を無効にする。人間１１が協働動作領域Ａに侵入したことが人間検出部１９により検出された場合には、指令速度調節遮断部４１は指令速度調節部４０の機能を有効にする。
【００３９】
制限速度記憶部３９に記憶された制限速度の値は協働モード指令部２２からの指令に含まれていて、協働モードの開始により協働モード指令部２２から指令速度調節遮断部４１を介して制限速度記憶部３９に入力されるようになっている。
前述した速度比較部３８、制限速度記憶部３９、指令速度調節部４０、及び指令速度調節遮断部４１は、図１に示されたロボット制御装置２１に備えられている。
【００４０】
上述のような第三実施例の生産システム１０Ｃによれば、前述した第一実施例による作用及び効果だけでなく、次のような作用及び効果も得られる。
前に説明した第二実施形態の生産システム１０Ｂにおいては、協働動作領域Ａへの人間１１の侵入を検出した時、動作指令部３５からの動作指令に含まれる指令速度を全て一定の割合で低下させるようにした。これにより、高速動作をロボット１２に実行させるプログラムだけがロボット動作プログラムとして記述されていても、人間１１が協働動作領域Ａに居る時はロボット１２の低速動作を行えるようになる。
しかし、ワークＷを掴む時の動作など、繊細な動きが必要な作業工程においては、人間１１が協働動作領域Ａに居ない時でもロボット１２は低速で動作する必要がある。この場合、ロボット１２を低速で動作させるプログラムを前述の第二実施形態の生産システム１０Ｂのロボット制御装置２１で実行すると、該プログラムに基づく指令速度が、協働動作領域Ａへの人間１１の侵入が検出された時に一定の割合で低下してしまう。つまり、もともと低速で行われる動作が一段と遅くなる。
このような問題を回避するため、第三実施例におけるロボット制御装置２１は、動作指令部３５からの動作指令に含まれる指令速度のうち、速度比較部３８により所定の制限速度を超えると判定された推定速度になる指令速度のみを該所定の制限速度以下に調節する指令速度調節部４０を有している。さらに、その指令速度調節部４０の機能は、人間１１が協働動作領域Ａに侵入しているときは有効となり、人間１１が協働動作領域Ａに侵入していない間は無効となるようにしている。
以上のことにより、人間１１が協働動作領域Ａに居る状況においては、ロボット１２を所定の制限速度よりも高速に動作させる指令が出た時だけ、ロボット１２の速度をその所定の制限速度以下に低下させることができる。その一方で、ロボット１２を所定の制限速度以下の低速で動作させる指令が出ている時は、ロボット１２の指令速度を低下させるような指令速度調節は行われない、したがって、ワークＷを掴む時の動作など、もともと低速で行われる動作が不必要に低下するのを防ぐことができる。
【００４１】
（第四実施例）
次に、第四実施例の生産システム１０Ｄについて説明する。但し、以下では、上述した第二実施例とは異なる点を主に説明することとし、上述した第二実施例と同じ構成要素には同一の符号を用いることによってそれらの説明を割愛する。
図５は、第四実施例の生産システム１０Ｄを示す機能ブロック図である。
第四実施例の生産システム１０Ｄは、図５に示されるように、前述した第二実施例の生産システム１０Ｂ（図３参照）に対して、速度比較遅延部４２をさらに備える。この速度比較遅延部４２は、図１に示されたロボット制御装置２１に備えられている。
【００４２】
前述した第二実施例の生産システム１０Ｂ（図３参照）においては、人間１１が協働動作領域Ａに侵入したことが人間検出部１９により検出された時、速度チェック遮断部２３は、速度比較部２７の機能を無効から有効に切替えるようにしている。
これに対し、この第四実施例においては、図５に示された速度比較遅延部４２が、人間１１が協働動作領域Ａに侵入したことが人間検出部１９により検出された時点から、速度比較部２７の機能が有効になるのを所定の微小時間［秒］だけ遅延させるようにしている。
【００４３】
上述のような第四実施例の生産システム１０Ｄによれば、前述した第二実施例による作用及び効果だけでなく、次のような作用及び効果も得られる。
協働動作領域Ａへの人間１１の侵入検出により指令速度調節部３６が有効になって、指令速度調節部３６が動作指令部３５からの指令速度を一定の割合で低下させても、ロボット１２の実際の速度は急には低下しない。ロボット１２の速度が低下するまでに一定の時間がかかるため、この一定時間においてロボット１２の速度が所定の基準速度を超えている場合には、速度比較部２７からの信号によって動力遮断部３３が作動して、ロボット１２の動作が停止してしまう。
こうした問題を回避するため、第四実施例におけるロボット制御装置２１においては、速度比較部２７の前段に速度比較遅延部４２が設けられている。これにより、人間１１が協働動作領域Ａに侵入したことが人間検出部１９により検出された時点から上記の一定時間経過後に速度比較部２７の機能が有効になる。このため、前述のような、ロボット１２の速度が低下する前に不必要にロボット１２が停止する問題を防ぐことができる。
【００４４】
（第五実施例）
次に、第五実施例の生産システム１０Ｅについて説明する。但し、以下では、上述した第三実施例とは異なる点を主に説明することとし、上述した第三実施例と同じ構成要素には同一の符号を用いることによってそれらの説明を割愛する。
図６は、第五実施例の生産システム１０Ｅを示す機能ブロック図である。
第五実施例の生産システム１０Ｅは、図６に示されるように、前述した第三実施例の生産システム１０Ｃ（図４参照）に対して、速度比較遅延部４２をさらに備える。この速度比較遅延部４２は、図１に示されたロボット制御装置２１に備えられている。
【００４５】
前述した第三実施例の生産システム１０Ｃ（図４参照）においても、人間１１が協働動作領域Ａに侵入したことが人間検出部１９により検出されたとき、速度チェック遮断部２３は、速度比較部２７の機能を無効から有効に切替えるようにしている。
これに対し、第五実施例においては、図６に示された速度比較遅延部４２が、人間１１が協働動作領域Ａに侵入したことが人間検出部１９により検出された時点から、速度比較部２７の機能が有効になるのを所定の微小時間［秒］だけ遅延させるようにしている。
【００４６】
上述のような第五実施例の生産システム１０Ｅによれば、前述した第三実施例による作用及び効果だけでなく、前述した第四実施例と同じような作用及び効果も得られる。
協働動作領域Ａへの人間１１の侵入検出により指令速度調節部４０が有効になり、指令速度調節部４０が、ロボット１２を所定の制限速度よりも高速に動作させる指令が出た時にそのロボット１２の指令速度をその所定の制限速度以下に低下させても、ロボット１２の実際の速度は急には低下しない。ロボット１２の速度が低下するまでに一定の時間がかかるため、この一定時間においてロボット１２の速度が所定の基準速度を超えた場合には、速度比較部２７からの信号によって動力遮断部３３が作動して、ロボット１２の動作が停止してしまう。
こうした問題を回避するため、第五実施例におけるロボット制御装置２１においても前述した第四実施例と同じように、速度比較部２７の前段に速度比較遅延部４２が設けられている。これにより、人間１１が協働動作領域Ａに侵入したことが人間検出部１９により検出された時点から上記の一定時間経過後に速度比較部２７の機能が有効になる。このため、前述のような、ロボット１２の速度が低下する前に不必要にロボット１２が停止する問題を防ぐことができる。
【００４７】
（第六実施例）
次に、第六実施例の生産システム１０Ｆについて説明する。但し、以下では、上述した第二実施例とは異なる点を主に説明することとし、上述した第二実施例と同じ構成要素には同一の符号を用いることによってそれらの説明を割愛する。
図７は、第六実施例の生産システム１０Ｆを示す機能ブロック図である。
第六実施例の生産システム１０Ｆは、図７に示されるように、前述した第二実施例の生産システム１０Ｂ（図３参照）に対して、外力比較遅延部４３をさらに備える。外力比較遅延部４３は、図１に示されたロボット制御装置２１に備えられている。
【００４８】
前述した第二実施例の生産システム１０Ｂ（図３参照）においては、人間１１が協働動作領域Ａに侵入したことが人間検出部１９により検出された時、接触停止遮断部２４は、外力比較部３０の機能を無効から有効に切替えるようにしている。
これに対し、第六実施例においては、図７に示された外力比較遅延部４３が、人間１１が協働動作領域Ａに侵入したことが人間検出部１９により検出された時点から、外力比較部３０の機能が有効になるのを所定の微小時間［秒］だけ遅延させるようにしている。また、この第六実施例の生産システム１０Ｆは前述した速度比較遅延部４２を追加的に備えていてもよい。
【００４９】
上述のような第六実施例の生産システム１０Ｆによれば、前述した第二実施例による作用及び効果だけでなく、次のような作用及び効果も得られる。
協働動作領域Ａへの人間１１の侵入検出により指令速度調節部３６が有効になって、指令速度調節部３６が動作指令部３５からの指令速度を一定の割合で低下させても、ロボット１２の実際の速度は急には低下しない。ロボット１２の速度が低下するまでには一定の時間がかかる。この一定時間においてロボット１２自体が発生する力が外力検出部２８により検出され、この力が所定の基準力を超えた場合には、外力比較部３０からの信号によって動力遮断部３３が作動して、ロボット１２の動作が停止してしまう。
このような問題を回避するため、第六実施例におけるロボット制御装置２１においては、外力比較部３０の前段に外力比較遅延部４３が設けられている。これにより、人間１１が協働動作領域Ａに侵入したことが人間検出部１９により検出された時点から上記の一定時間経過後に外力比較部３０の機能が有効になる。このため、前述のような、ロボット１２の速度が低下する前に不必要にロボット１２が停止する問題を防ぐことができる。
【００５０】
（第七実施例）
次に、第七実施例の生産システム１０Ｇについて説明する。但し、以下では、上述した第三実施例とは異なる点を主に説明することとし、上述した第三実施例と同じ構成要素には同一の符号を用いることによってそれらの説明を割愛する。
図８は、第七実施例の生産システム１０Ｇを示す機能ブロック図である。
第七実施例の生産システム１０Ｇは、図８に示されるように、前述した第三実施例の生産システム１０Ｃ（図４参照）に対して、外力比較遅延部４３をさらに備える。外力比較遅延部４３は、図１に示されたロボット制御装置２１に備えられている。
【００５１】
前述した第三実施例の生産システム１０Ｃ（図４参照）においては、人間１１が協働動作領域Ａに侵入したことが人間検出部１９により検出された時、接触停止遮断部２４は、外力比較部３０の機能を無効から有効に切替えるようにしている。
これに対し、第七実施例においては、図８に示された外力比較遅延部４３が、人間１１が協働動作領域Ａに侵入したことが人間検出部１９により検出された時点から、外力比較部３０の機能が有効になるのを所定の微小時間［秒］だけ遅延させるようにしている。また、この第七実施例の生産システム１０Ｇは前述した速度比較遅延部４２を追加的に備えていてもよい。
【００５２】
上述のような第七実施例の生産システム１０Ｇによれば、前述した第三実施例による作用及び効果だけでなく、前述した第六実施例と同じような作用及び効果も得られる。
協働動作領域Ａへの人間１１の侵入検出により指令速度調節部４０が有効になり、指令指令速度調節部４０が、ロボット１２を所定の制限速度よりも高速に動作させる指令が出た時にそのロボット１２の指令速度をその所定の制限速度以下に低下させても、ロボット１２の実際の速度は急には低下しない。ロボット１２の速度が低下するまでには一定の時間がかかる。この一定時間においてロボット１２自体が発生する力が外力検出部２８により検出され、この力が所定の基準力を超えた場合には、外力比較部３０からの信号によって動力遮断部３３が作動して、ロボット１２の動作が停止してしまう。
このような問題を回避するため、第七実施例におけるロボット制御装置２１においても前述した第六実施例と同じように、外力比較部３０の前段に外力比較遅延部４３が設けられている。これにより、人間１１が協働動作領域Ａに侵入したことが人間検出部１９により検出された時点から上記の一定時間経過後に外力比較部３０の機能が有効になる。このため、前述のような、ロボット１２の速度が低下する前に不必要にロボット１２が停止する問題を防ぐことができる。
【００５３】
なお、上述した各実施例におけるロボット制御装置２１は、バスを介して互いに接続された、記憶部、ＣＰＵ（control processing unit）、および通信部などを備えたコンピュータシステムを用いて構成されうる。該記憶部は、ＲＯＭ（read only memory)やＲＡＭ（random access memory）などである、また、上述したようなロボット制御装置２１が有する速度チェック遮断部２３、接触停止遮断部２４、第一の速度比較部２７、第一の指令速度調節部３６、第一の指令速度調節遮断部３７、第二の速度比較部３８、第二の指令速度調節部４０、第二の指令速度調節遮断部４１、外力比較部３０、等の機能や動作は、ＲＯＭに記憶されたプログラムがＣＰＵにより実行されることよって達成されうる。
【００５４】
以上、典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、上述の各実施形態に変更及び種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。
【符号の説明】
【００５５】
１０、１０Ａ〜１０Ｇ    生産システム
１１    人間（作業者）
１２    ロボット
１３    固定プレート
１４    力センサ（外力検出部）
１５    ロボットベース
１６    ロボットアーム部
１７    ロボット手首フランジ
１８    把持ハンド
１９    人間検出部
２０    検出領域
２１    ロボット制御装置
２２    協働モード指令部
２３    速度チェック遮断部
２４    接触停止遮断部
２５    速度検出部
２６    基準速度記憶部
２７    速度比較部（第一の速度比較部）
２８    外力検出部
２９    基準力記憶部
３０    外力比較部
３１    モータ
３２    モータ電源
３３    動力遮断部
３４    サーボアンプ
３５    動作指令部
３６、４０    指令速度調節部
３７、４１    指令速度調節遮断部
３８    速度比較部（第二の速度比較部）
３９    制限速度記憶部
４２    速度比較遅延部
４３    外力比較遅延部
【図１】
2018051734.tif 000003
【図２】
2018051734.tif 000004
【図３】
2018051734.tif 000005
【図４】
2018051734.tif 000006
【図５】
2018051734.tif 000007
【図６】
2018051734.tif 000008
【図７】
2018051734.tif 000009
【図８】
2018051734.tif 000010