(57)【要約】【課題】作業員とロボットを隔離する安全距離を最小にすると共に、指先ツールなどの付帯装置を含むロボット及びロボットが把持した製品を損傷することなく非常停止動作を行うロボット制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】非常停止検出部と、ロボットがロボット停止時間内に停止することが可能かどうか、または、ロボットが安全時間停止領域内に侵入しているかどうかを判定する判定部と、減速停止モード、最高速度制御モード、または即時停止モードを設定する停止モード設定部と、を備えたロボット制御装置により、非常停止検知部により非常停止が検知された場合、ロボットがロボット停止時間内に停止することが可能であるかどうか、または、ロボットが安全時間停止領域内に侵入しているかどうかによって、減速停止モード、最高速度制御モード、または即時停止モードを設定してロボットを非常停止させる。【選択図】図２
2015000470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業員とロボットとを隔離する隔離面と前記ロボットの可動領域との間の安全距離と、前記ロボットが該安全距離を越えることなく停止するために必要とされるロボット停止時間と、前記ロボットの動作速度を制限する動作速度制限領域、または、前記ロボットが速度制限を受けずに動作可能な動作速度制限解除領域と、前記ロボットが前記安全距離を越えない時間で停止する安全時間停止領域、または、指先ツールなどの付帯装置を保護するように停止する装置保護時間停止領域と、がそれぞれ設定されているロボット制御装置であって、該ロボット制御装置は、
非常停止させる必要がある前記ロボットの動作を停止する非常停止検出部と、
前記ロボットが前記ロボット停止時間を超えることなく停止することが可能かどうか、または、ロボットが安全時間停止領域に侵入しているかどうか、を判定する判定部と、
前記ロボットの減速停止モード、前記ロボットの最高速度に制限をかけて前記ロボットを停止させる最高速度制御モード、または、即時停止モードを設定する停止モード設定部と、を備えており、
前記非常停止検出部により非常停止が検知された際に、前記判定部で、前記ロボットが前記ロボット停止時間内に停止することが可能であることを判定した場合には、前記停止モード設定部で前記減速停止モードを設定し、前記ロボットが前記ロボット停止時間内に停止することができないことを判定した場合には、停止モード設定部で前記最高速度制御モードを設定し、または、
前記非常停止検出部により非常停止が検知された際に、前記判定部で、前記ロボットが前記安全時間停止領域内に侵入していることを判定した場合には、前記停止モード設定部で前記即時停止モードを設定し、前記ロボットが前記安全時間停止領域内に侵入していないことを判定した場合には、前記停止モード設定部で前記減速停止モードを設定することを特徴とするロボット制御装置。
【請求項２】
作業員とロボットとを隔離する隔離面と前記ロボットの可動領域との間の安全距離と、前記ロボットが該安全距離を越えることなく停止するために必要とされるロボット停止時間と、前記ロボットの動作速度を制限する動作速度制限領域、または、前記ロボットが速度制限を受けずに動作可能な動作速度制限解除領域と、前記ロボットが前記安全距離を越えない時間で停止する安全時間停止領域、または、指先ツールなどの付帯装置を保護するように停止する装置保護時間停止領域と、がそれぞれ設定されているロボットを制御するロボット制御方法であって、該ロボット制御方法は、
前記ロボットの動作を非常停止させる必要があるかどうかを検知するステップと、
前記ロボットが前記ロボット停止時間を超えることなく停止することが可能かどうか、または、ロボットが安全時間停止領域に侵入しているかどうか、を判定するステップと、
前記検知するステップで非常停止が検知された際に、前記判定するステップで前記ロボットが前記ロボット停止時間内に停止することが可能であることを判定した場合には、減速停止モードを設定し、前記ロボットが前記ロボット停止時間内に停止することができないことを判定した場合には、前記ロボットの最高速度に制限をかけて前記ロボットを停止させる最高速度制御モードを設定し、または、
前記検知するステップで非常停止が検知された際に、前記ロボットが前記安全時間停止領域内に侵入していることを判定した場合には、前記即時停止モードを設定し、前記ロボットが前記安全時間停止領域内に侵入していないことを判定した場合には、前記減速停止モードを設定するステップと、を有することを特徴とするロボット制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の発明は、ロボットの非常停止動作を制御するロボット制御装置及びロボット制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまで、工場における生産自動化のため、ロボットハンドを備えた産業用ロボットが開発されている。
【０００３】
作業員と協働作業を行うロボットを制御する従来技術として、特許文献１には、ロボットが作業員とロボットの双方が侵入することができる協働動作領域内に侵入した場合、ロボットの動作速度をＩＳＯ１０２１８−１の規定に基づいて低速（２５０ｍｍ／ｓ以下）にし、それによって、作業員は協働動作領域内でロボットに衝突しそうになったときに回避行動をとることができ、また、たとえ作業員がロボットに衝突したとしても、大きな衝撃を受けずに済むようにすることができる生産システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８８５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のロボット制御装置には、以下のような解決すべき課題が残されている。
以下、図１を参照して、従来のロボット制御装置が有する課題について説明する。図１は、作業員１、ロボット２、及び、治具３の位置関係を示す概略平面図である。ロボット２は、可動領域（危険区域）４内のみを移動することができるように制御される。ここで、作業員１とロボット２とを隔離する隔離面５を設定し、この可動領域４と隔離面５との距離を安全距離６（Ｓ）とする。また、ロボット２の動作速度を制限する領域を動作速度制限領域７とし、さらに、ロボット２が速度制限を受けずに動作可能な領域を動作速度制限解除領域８とする。この動作速度制限領域７と動作速度制限解除領域８との間の境界面は、減速停止モード時におけるロボット停止時間から求められる安全距離Ｓにより定められる。
ここで、可動領域４と隔離面５との間の安全距離Ｓは、以下の式でＩＳＯ１３８５５，ＪＩＳ  Ｂ９７１５により定められている。
Ｓ＝（Ｋ×Ｔ）＋Ｃ        ―――（１）
Ｋは作業員１または作業員１の部位（手）の接近速度に基づいたデータから抽出されたＩＳＯで定められたパラメータ（２０００ｍｍ／ｓ）、Ｔはロボット２が動作停止するために要する停止時間（単位はｓ）、Ｃは、セーフティセンサなどの光線式安全装置９が作動する前に作業員１が可動領域４に向かって侵入する可能性を勘定した追加距離（単位はｍｍ）である。ここでの追加距離Ｃは、光線式安全装置９が隔離面５に沿って照射している光センサの光の厚み幅を考慮したものである。
【０００６】
ここで、可動領域４と隔離面５との間の安全距離Ｓは、設備サイズを小さくして作業員１の作業能率を上げるためにできるだけ短くする必要があるが、そのためには数式１における停止時間Ｔを小さくすることは不可欠となる。数式１の停止時間Ｔを小さくすることは、ロボット２の動作中から停止するまでの停止時間Ｔを短くすることであり、停止時間Ｔを短くすることはロボット２の停止時における減加速度を大きくさせ、ロボット２の停止時におけるロボット２への衝撃荷重が大きくなり、機械的／電気的破損を生じさせてロボット２の寿命を縮める原因となり得る。さらに、ロボット２に大きな減加速度が作用すると、ロボット２が把持または保持している製品やロボット２の指先部に取付けられている指先ツール等の付帯装置が破損または落下し、さらには飛び出すおそれもある。
【０００７】
上記課題が発生する理由は、数式１の停止時間Ｔとして、故障によるロボット２の誤作動を想定したロボット２の最高速度時から急停止するまでの最小停止時間Ｔminを用いているからである。
このように、最小停止時間Ｔminをロボット２の非常停止時に如何なる場合でも用いると、例えばロボット２の動作速度が遅くてもロボット２の非常停止時に最小停止時間Ｔminが用いられ、さらに、ロボット２が動作速度制限解除領域８内のような作業員１から遠く離れた位置に存在しているときでもロボット２の非常停止時に最小停止時間Ｔminが用いられる。
このような状況下で、安全距離Ｓをさらに短くすることが望まれており、特にロボット２の停止時間Ｔについて検討がなされておらず、従来、どの領域にあっても、非常停止時には、例えば、ロボット２を駆動しているモータへの供給電流を直ちに遮断することのみによって、ロボット２の最大減加速度での動作急停止が行われている。
【０００８】
本願の発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、作業員とロボットを隔離する安全距離を最小にすると共に、指先ツールなどの付帯装置を含むロボット及びロボットが把持または保持した製品に損害を与えることなく非常停止動作を行うことができるロボット制御装置及びロボット制御方法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】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本願の請求項１のロボット制御装置に係る発明は、作業員とロボットとを隔離する隔離面と前記ロボットの可動領域との間の安全距離と、前記ロボットが該安全距離を越えることなく停止するために必要とされるロボット停止時間と、前記ロボットの動作速度を制限する動作速度制限領域、または、前記ロボットが速度制限を受けずに動作可能な動作速度制限解除領域と、前記ロボットが前記安全距離を越えない時間で停止する安全時間停止領域、または、指先ツールなどの付帯装置を保護するように停止する装置保護時間停止領域と、がそれぞれ設定されているロボット制御装置であって、該ロボット制御装置は、非常停止させる必要がある前記ロボットの動作を停止する非常停止検出部と、前記ロボットが前記ロボット停止時間を超えることなく停止することが可能かどうか、または、ロボットが安全時間停止領域に侵入しているかどうか、を判定する判定部と、前記ロボットの減速停止モード、前記ロボットの最高速度に制限をかけて前記ロボットを停止させる最高速度制御モード、または、即時停止モードを設定する停止モード設定部と、を備えており、前記非常停止検出部により非常停止が検知された際に、前記判定部で、前記ロボットが前記ロボット停止時間内に停止することが可能であることを判定した場合には、前記停止モード設定部で前記減速停止モードを設定し、前記ロボットが前記ロボット停止時間内に停止することができないことを判定した場合には、停止モード設定部で前記最高速度制御モードを設定し、または、前記非常停止検出部により非常停止が検知された際に、前記判定部で、前記ロボットが前記安全時間停止領域内に侵入していることを判定した場合には、前記停止モード設定部で前記即時停止モードを設定し、前記ロボットが前記安全時間停止領域内に侵入していないことを判定した場合には、前記停止モード設定部で前記減速停止モードを設定することを特徴とする。
本願の請求項１のロボット制御装置に係る発明によれば、ロボットが安全距離を守るようにロボットの動作速度を可変的に制限して（減速させる）、ロボットが動作中から停止するまでの停止時間を変化させることができるため、ロボットが安全距離を守るために必要とするロボット停止時間内にロボットを緩い減加速度で非常停止させることができ、または、ロボットが安全時間停止領域内に侵入しているかどうかによってロボットの動作停止モードを、減速停止モードまたは即時停止モードを択一的に選択して、ロボットが動作中から停止するまでの停止時間を変化させることができるため、ロボット停止時間を超えることなくロボットを緩い減加速度で非常停止させることができる。
【００１０】
上述した課題を解決するために、本願の請求項２のロボット制御方法に係る発明は、作業員とロボットとを隔離する隔離面と前記ロボットの可動領域との間の安全距離と、前記ロボットが該安全距離を越えることなく停止するために必要とされるロボット停止時間と、前記ロボットの動作速度を制限する動作速度制限領域、または、前記ロボットが速度制限を受けずに動作可能な動作速度制限解除領域と、前記ロボットが前記安全距離を越えない時間で停止する安全時間停止領域、または、指先ツールなどの付帯装置を保護するように停止する装置保護時間停止領域と、がそれぞれ設定されているロボットを制御するロボット制御方法であって、該ロボット制御方法は、前記ロボットの動作を非常停止させる必要があるかどうかを検知するステップと、前記ロボットが前記ロボット停止時間を超えることなく停止することが可能かどうか、または、ロボットが安全時間停止領域に侵入しているかどうか、を判定するステップと、前記検知するステップで非常停止が検知された際に、前記判定するステップで前記ロボットが前記ロボット停止時間内に停止することが可能であることを判定した場合には、減速停止モードを設定し、前記ロボットが前記ロボット停止時間内に停止することができないことを判定した場合には、前記ロボットの最高速度に制限をかけて前記ロボットを停止させる最高速度制御モードを設定し、または、前記検知するステップで非常停止が検知された際に、前記ロボットが前記安全時間停止領域内に侵入していることを判定した場合には、前記即時停止モードを設定し、前記ロボットが前記安全時間停止領域内に侵入していないことを判定した場合には、前記減速停止モードを設定するステップと、を有することを特徴とする。
本願の請求項２のロボット制御方法に係る発明によれば、上記本願の請求項１のロボット制御装置に係る発明と同様に、ロボットがロボット停止時間を超えることなく停止することができるかを判定して、ロボット停止時間を超えることなくロボットを緩い減加速度で非常停止させることができ、または、ロボットが安全時間停止領域内に侵入しているかどうかを判定して、減速停止モードまたは即時停止モードを選択して、ロボット停止時間を超えることなくロボットを緩い減加速度または急加速度で非常停止させることができる。
【００１１】
（発明の様態）
以下、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、請求可能発明と称する）の態様を例示し、例示された各態様について説明する。ここでは、各態様を、特許請求の範囲と同様に、項に区分すると共に各項に番号を付し、必要に応じて他の項の記載を引用する形式で記載する。これは、請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載、実施形態の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得る。
本願の発明は、以下の（１）〜（６）項の態様で構成される。（１），（４）項の態様が請求項１，２に相当する。
【００１２】
（１）作業員とロボットとを隔離する隔離面と前記ロボットの可動領域との間の安全距離と、前記ロボットが該安全距離を越えることなく停止するために必要とされるロボット停止時間と、前記ロボットの動作速度を制限する動作速度制限領域、または、前記ロボットが速度制限を受けずに動作可能な動作速度制限解除領域と、前記ロボットが前記安全距離を越えない時間で停止する安全時間停止領域、または、指先ツールなどの付帯装置を保護するように停止する装置保護時間停止領域と、がそれぞれ設定されているロボット制御装置であって、該ロボット制御装置は、非常停止させる必要がある前記ロボットの動作を停止する非常停止検出部と、前記ロボットが前記ロボット停止時間を超えることなく停止することが可能かどうか、または、ロボットが安全時間停止領域に侵入しているかどうか、を判定する判定部と、前記ロボットの減速停止モード、前記ロボットの最高速度に制限をかけて前記ロボットを停止させる最高速度制御モード、または、即時停止モードを設定する停止モード設定部と、を備えており、前記非常停止検出部により非常停止が検知された際に、前記判定部で、前記ロボットが前記ロボット停止時間内に停止することが可能であることを判定した場合には、前記停止モード設定部で前記減速停止モードを設定し、前記ロボットが前記ロボット停止時間内に停止することができないことを判定した場合には、停止モード設定部で前記最高速度制御モードを設定し、または、前記非常停止検出部により非常停止が検知された際に、前記判定部で、前記ロボットが前記安全時間停止領域内に侵入していることを判定した場合には、前記停止モード設定部で前記即時停止モードを設定し、前記ロボットが前記安全時間停止領域内に侵入していないことを判定した場合には、前記停止モード設定部で前記減速停止モードを設定することを特徴とするロボット制御装置。（請求項１に相当）。
（１）項のロボット制御装置によれば、ロボットの動作最高速度を、可変的に制限（減速）し、ロボットの動作中から停止するまでの停止時間を短くすることができるため、ロボットが安全距離を越えることなく停止するために必要とされるロボット停止時間を超えることなくロボットを緩い減加速度で非常停止させることができる。
また、ロボットの位置を常時監視し、非常停止入力がなされたときのロボットが位置している領域によって停止モードを即時停止か減速停止のどちらかに切り換えて、ロボット停止時間を超えることなくロボットを非常停止させることもできる。
【００１３】
（２）前記判定部が、前記ロボットが前記ロボット停止時間を超えることなく停止することができないと判定した場合、前記ロボットの最高速度は、前記ロボット停止時間内で停止することができる速度に制限されることを特徴とする（１）項に記載のロボット制御装置。
（２）項のロボット制御装置によれば、判定部が、ロボットが前記ロボット停止時間を超えることなく停止することができないと判定した場合には、ロボットの最高速度を制限することによって、ロボットを、前記ロボット停止時間を超えることなく緩い減加速度で非常停止させることができる。
【００１４】
（３）前記判定部が、前記ロボットが前記安全時間停止領域内に侵入しているかどうかを判定する場合、前記ロボットの動作速度を、教示速度によって制限することが可能であることを特徴とする（１）項に記載のロボット制御装置。
（３）項のロボット制御装置によれば、前記ロボットが即時停止した場合でも、前記ロボットを比較的小さな減加速度で即時停止させることができ、前記ロボットの機構部及び前記ロボットが把持または保持した製品へのダメージを抑制することができる。
【００１５】
（４）作業員とロボットとを隔離する隔離面と前記ロボットの可動領域との間の安全距離と、前記ロボットが該安全距離を越えることなく停止するために必要とされるロボット停止時間と、前記ロボットの動作速度を制限する動作速度制限領域、または、前記ロボットが速度制限を受けずに動作可能な動作速度制限解除領域と、前記ロボットが前記安全距離を越えない時間で停止する安全時間停止領域、または、指先ツールなどの付帯装置を保護するように停止する装置保護時間停止領域と、がそれぞれ設定されているロボットを制御するロボット制御方法であって、該ロボット制御方法は、前記ロボットの動作を非常停止させる必要があるかどうかを検知するステップと、前記ロボットが前記ロボット停止時間を超えることなく停止することが可能かどうか、または、ロボットが安全時間停止領域に侵入しているかどうか、を判定するステップと、前記検知するステップで非常停止が検知された際に、前記判定するステップで前記ロボットが前記ロボット停止時間内に停止することが可能であることを判定した場合には、減速停止モードを設定し、前記ロボットが前記ロボット停止時間内に停止することができないことを判定した場合には、前記ロボットの最高速度に制限をかけて前記ロボットを停止させる最高速度制御モードを設定し、または、前記検知するステップで非常停止が検知された際に、前記ロボットが前記安全時間停止領域内に侵入していることを判定した場合には、前記即時停止モードを設定し、前記ロボットが前記安全時間停止領域内に侵入していないことを判定した場合には、前記減速停止モードを設定するステップと、を有することを特徴とするロボット制御方法。（請求項２に相当）。
【００１６】
（５）前記判定部が、前記ロボットが前記ロボット停止時間を超えることなく停止することができないと判定した場合、前記ロボットの最高速度は、前記ロボット時間を超えることなく停止することができる動作速度に制限されるステップを有することを特徴とする（４）項に記載のロボット制御方法。
【００１７】
（６）前記判定部が、前記ロボットが前記安全時間停止領域内に侵入しているかどうかを判定する場合、前記ロボットの動作速度を、教示速度によって制限することが可能であることを特徴とする（４）項に記載のロボット制御方法。
【００１８】
そして、上記（４）から（６）項に記載のロボット制御方法は、上記（１）から（３）項に記載のロボット制御装置によって実施することが可能なものであるため、上記（１）から（３）項に記載のロボット制御装置と同様の作用，効果が得られる。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１のロボット制御装置に係る発明によれば、ロボットの停止時間を最小にすることができるため、作業員とロボットを隔離する安全距離を最小にすると共に、指先ツールなどの付帯装置を含むロボット及びロボットが把持または保持した製品に損害を与えることない緩い減加速度で非常停止動作を行うことができる。
請求項２のロボット制御方法に係る発明によれば、ロボットの停止時間を最小にすることができるため、作業員とロボットを隔離する安全距離を最小にすると共に、指先ツールなどの付帯装置を含むロボット及びロボットが把持または保持した製品に損害を与えることない緩い減加速度で非常停止動作を行うことができるロボットの制御方法を提供することができる。
請求項１のロボット制御装置及び請求項２のロボット制御方法に係る発明において、減速停止モード及び最高速度制御モードを用いる場合には付帯装置を含んだロボットやロボットが把持または保持した製品を保護することが可能であるが、即時停止モードを用いる場合には付帯装置を含んだロボットや製品を保護することができない。この場合、付帯装置を含んだロボットや製品を守ることを諦めるか、または、付帯装置を含んだロボットや製品を守るために、ロボットの教示速度を落とした上で即時停止モードを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、作業員、ロボット、及び、治具の位置関係を示す概略平面図である。
【図２】図２は、本発明に係るロボット制御装置の構成図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態に係るロボットの制御方法における制御処理フローを示すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態に係るロボットの制御方法におけるロボットの非常停止時の動作特性を説明した図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態に係るロボットの制御方法における制御処理フローを示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係るロボットの制御方法におけるロボットの非常停止時の動作特性を説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本願の発明に係る好適な実施の形態を、添付図面を参照しながら説明するが、以下に記載される装置及びその各構成要素、各部品、各箇所、各材料は、本願の発明の実施の形態の一例であり、これに限られるものではない。また、図中、同一の符号を付した部分は同一物、同一部材を表し、装置や部材の各寸法、各比率は実際のものを反映したものではなく、概略的に示したものである。
【００２２】
図２を参照して、本発明に係るロボット制御装置について説明する。
ロボット制御装置１０は、作業員１がロボット２を非常停止させるために押す非常停止ボタンなどの非常停止検出部１１、ロボット２が安全距離６（Ｓ）を越えることなく停止することが可能かどうか、または、ロボット２が安全時間停止領域２７（図６参照）内に侵入しているかどうかを判定する判定部１２、及び、減速停止、最高速度制御、または即時停止の停止モードを設定する停止モード設定部１３、を備えている。
なお、ロボット制御装置１０は、例えば、制御処理や演算処理等を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵによって実行される制御プログラムや演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、処理データ等を一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、を有するマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェアが構成されている。また、これら複数のＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭは、データバスによって相互に接続されている。
【００２３】
図２は、ロボット２の非常停止動作を制御することができるロボット制御装置１０を示しており、このロボット制御装置１０は、制御プログラムを実行するメインＣＰＵ１４、サーボ制御ＣＰＵ１５、ロボット２の安全機能を制御する機能安全制御ＣＰＵ１６、コンタクタ１７、サーボアンプ１８、ロボット２を回転移動させるモータ１９、ロボット２の現在位置を算出するためにロボット２の関節角度値を測定するエンコーダ２０、及び、電力を、メインＣＰＵ１４、サーボ制御ＣＰＵ１５、機能安全制御ＣＰＵ１６、及び、コンタクタ１７に供給する電源２１が含まれている。ロボット制御装置１０は、ロボット２の位置や動作速度を常時監視し、ロボット２が非常停止するときに安全距離Ｓを越えることなく停止するように、必要ならばロボット２の最高動作速度を制限するか、または、ロボット２が安全時間停止領域２７（図６参照）内に侵入した場合に、ロボット２を即時停止させることによりロボット２の非常停止動作を制御するように構成されている。
【００２４】
ここで、メインＣＰＵ１４はサーボ制御ＣＰＵ１５への位置指令やコンタクタ１７への動力遮断指示を行い、サーボ制御ＣＰＵ１５は、ロボット２の現在位置をメインＣＰＵ１４に送信し、メインＣＰＵ１４からの位置指令を受けて、電流指令や動力遮断指示をサーボアンプ１８やコンタクタ１７に送信する。機能安全制御ＣＰＵ１６は、演算プログラムを実行しロボット２の現在位置の算出、最高速度制限指示（この制限機能における制限速度は可変である）、及び動力遮断指示をサーボ制御ＣＰＵ１５やコンタクタ１７に送信する。コンタクタ１７は、動力遮断指示を上記３つのＣＰＵ１４，１５，１６から受信し、モータ１９への動力の開閉（開放／遮断）を行い、サーボアンプ１８は電流指令をサーボ制御ＣＰＵ１５から受信し、モータ１９を駆動する電流を供給する。
【００２５】
図２に示されているように、ロボット制御装置１０の機能安全制御ＣＰＵ１６は、エンコーダ２０からのロボット２の関節角度測定値を用いて順運動学により算出される、ロボット２の現在位置を判定する現在位置判定手段２２を備えている。ここで、ロボット２の現在位置を判定する手段として、メインＣＰＵ１４からの位置指令を、エンコーダ２０の関節角度を用いた順運動学による算出値の代わりに使用することもできる。
機能安全制御ＣＰＵ１６は、さらに、ロボット２が動作中から非常停止するまでに要する停止距離をユーザー側で予め設定し、かつ、ロボット２の現在位置と設定された停止距離からロボット２を監視すべき領域を設定する停止距離・監視領域設定手段２３を備えている。
【００２６】
また、機能安全制御ＣＰＵ１６は、停止距離・監視領域設定手段２３においてユーザー側で予め設定された非常停止距離に基づいて、この設定された非常停止距離でロボット２が非常停止できるかどうかを予測すると共に、ロボット２が動作中から非常停止するまでに要する停止時間を、現在位置判定手段２２において判定されたロボット２の現在位置及びロボット２の動作速度に基づいて予測する停止時間・距離予測手段２４を備えている。
機能安全制御ＣＰＵ１６は、さらに、ロボット２の動作最高速度を制限するか、または、ロボット２の非常停止時において減速停止、最高速度制御、または即時停止の停止モードを設定する動作速度制限・停止モード設定手段２５を備えている。
【００２７】
またさらに、機能安全制御ＣＰＵ１６は、ロボット２の非常停止時における停止時間を、指先ツールなどの付帯装置やロボットが把持または保持した製品を保護しかつロボット２が機構的に損傷しないで済むように、任意の減速停止速度まで連続的に変化させてロボット２を減速停止するかまたはロボット２の動作最高速度を制限するか、または、付帯装置、製品、及び、ロボット２の機構、を保護することを考慮せずにロボット２を即時停止する手段、換言すると、ロボット２の非常停止時において、安全距離Ｓを越えることなくロボット２を減速停止、最高速度制限、または、即時停止させるときのロボット２の停止時間を調整する停止時間調整手段２６を備えている。機能安全制御ＣＰＵ１６は、この停止時間調整手段２６を用いる際に、第３者認証を取得する必要がある。
【００２８】
ここで、上記のロボット制御装置１０の判定部１２は、現在位置判定手段２２、停止距離・監視領域設定手段２３、及び、停止時間・距離予測手段２４を含んでいる。
この判定部１２では、停止時間・距離予測手段２４を用いることにより、ロボット２が動作中から非常停止するまでに要する停止時間及び停止距離を予測し、現在位置判定手段２２、及び、停止距離・監視領域設定手段２３を用いることにより、ロボット２が非常停止したときにロボット２がどの領域内に存在しているかを想定し、ロボット２が安全距離Ｓを越えることなく非常停止することが可能かどうかを判定することができる。
また、現在位置判定手段２２により、ロボット２が安全時間停止領域２７内に侵入しているかどうかを判定することもできる。
またさらに、ロボット制御装置１０の停止モード設定部１３は、動作速度制限・停止モード設定手段２５を含み、この動作速度制限・停止モード設定手段２５を用いることによりロボット２の非常停止時に減速停止、最高速度制御、または、即時停止のいずれかの停止モードを設定（選択）することができ、また、ロボット２の動作最高速度を制限（減速）することができる。
【００２９】
これらの手段を必要な制御処理ステップにおいて適宜用いることにより、本発明に係るロボット制御装置１０は、ロボット２の大きな減加速度による停止を防止しながら、ロボット２の停止時間Ｔ（数式１参照）を短くすることができる。従って、本発明に係るロボット制御装置１０は、隔離面５と動作速度制限領域７または安全時間停止領域２７との間の安全距離Ｓ（数式１及び図１，４，６参照）を短くすることができるため、設備サイズを小さくしてロボット２の作業動線を短くすることができる。また、サイクルタイムを落とすことなく、ロボット２の機構部分を適切に保護することができる。また、ロボット２が把持または保持した製品やロボット２の指先部に取付けられた指先ツールなどの付帯装置に対しても、加減速荷重が非常停止時にかからなくなるため、ロボット２の非常停止の際の製品または指先ツールの破損、落下を防止することができ、さらに、製品の飛び出しを阻止することができる。
【００３０】
図３を参照して、本発明の第１実施形態に係るロボットの制御方法について説明する。本発明の第１実施形態に係るロボット２の制御方法１００を利用することにより、付帯装置を含むロボット２及び把持または保持した製品に損害を与えずに、ロボット２が安全距離Ｓを越えることなくロボット２を最速で非常停止させることができる。
【００３１】
本発明に係るロボットの制御方法１００は、ステップＳ１０２で開始される。ステップＳ１０２では、機能安全制御ＣＰＵ１６の停止時間・距離予測手段２４により、ロボット２の現在の動作速度からロボット２が停止するまでに要する停止時間と停止距離を計算して予測する。機能安全制御ＣＰＵ１６がこの演算処理を終了して計算結果をＲＡＭに保存する。
その後、機能安全制御ＣＰＵ１６は、上記の計算結果に基づいて、判定部１２により、ロボット２が安全距離Ｓを越えることなく停止するために必要とされるロボット停止時間内に停止することが可能かどうかを判定する。判定部１２の判定結果が「ｙｅｓ」の場合、次のステップＳ１０４へ進み、判定部１２の判定結果が「ｎｏ」の場合にはステップＳ１０６へ進む。
ステップＳ１０４において、メインＣＰＵ１４は、非常停止検出部１１に入力がされたかどうかを判定する。メインＣＰＵ１４により非常停止検出部１１に入力されたことが判定される（ステップＳ１０４の「ｙｅｓ」）と、ステップＳ１０８に進み、停止モード設定部１３により減速停止モードが設定され、ロボット２は、付帯装置を含むロボット及び把持または保持した製品に損害を与えない緩い減加速度で減速停止する。また、メインＣＰＵ１４により非常停止検出部１１に入力がされていないことが判定される（ステップＳ１０４の「ｎｏ」）と、ステップＳ１１０に進む。
【００３２】
ステップＳ１１０において、機能安全制御ＣＰＵ１６は、任意のサイクルタイム（サンプリングタイム）における次のステップに到達しているかどうかを判定する。機能安全制御ＣＰＵ１６により次のステップに到達していることが判定される（ステップＳ１１０の「ｙｅｓ」）と、ステップＳ１１２へ進み、次のステップへの移動が開始され、その後ステップＳ１０２へ戻る一つのループ（図３参照）を形成する。また、機能安全制御ＣＰＵ１６により次のステップにまだ到達していないことが判定される（ステップＳ１１０の「ｎｏ」）と、ステップＳ１０２へそのまま戻るもう一つのループ（図３参照）を形成する。
【００３３】
また、ステップＳ１０２においてロボット２がロボット停止時間内に停止することが不可能である（ステップＳ１０２の「ｎｏ」）と判定され、ステップＳ１０６に進んだ場合、このステップＳ１０６では、停止モード設定部１３により最高速度制御モードが設定され、機能安全制御ＣＰＵ１６が、動作速度制限・停止モード設定手段２５により、ロボット２がロボット停止時間内で停止するように、ロボット２の最高速度を制限（減速）する。
その後、ステップＳ１１４へ進み、このステップＳ１１４では、メインＣＰＵ１４が、非常停止検出部１１に入力がされたかどうかを判定する。メインＣＰＵ１４により非常停止検出部１１に入力がされたことが判定される（ステップＳ１１４の「ｙｅｓ」）と、ステップＳ１１６に進み、ロボット２が即時停止されるが、ステップＳ１０６においてロボット２がロボット停止時間内で停止するように、ロボット２の最高速度を制限（減速）するように、ロボットの最高速度が制限されているため、ロボット２は、付帯装置を含むロボット及び把持または保持した製品に損害を与えない緩い減加速度で即時停止することができる。
ステップＳ１１４において、メインＣＰＵ１４により非常停止検出部１１に入力がされていないことが判定される（ステップＳ１１４の「ｎｏ」）と、ステップＳ１１０に合流し、ステップＳ１１０の処理が行われ、上記と同様にステップＳ１１２に進み、その後ステップＳ１０２に戻るか、または、ステップＳ１０２にそのまま戻る二つのループを形成する（図３参照）。
【００３４】
図４を参照して、本発明の第１実施形態に係るロボットの制御方法１００におけるロボット２の非常停止動作の特性について説明する。この制御方法１００を用いることにより、非常停止入力がなされたときに、ロボット２が動作速度制限解除領域８内に存在する場合はロボット２の最高速度に速度制限をせずにそのまま減速停止させ（減速停止モード）、ロボット２が動作速度制限領域７内に存在する場合はロボット２の最高速度に線形一次関数的またはステップ関数的に速度制限をかけた上で即時停止させる（最高速度制御モード）。最高速度制御モードを適用することより、ロボット２は、動作速度制限領域７内において図４の原点の垂直軸面に近づくにつれて、ロボット２の動作最高速度を、可変的に制限し（減速させ）、それに伴い、ロボット２の停止時間を、動作速度制限領域７において線形一次関数的またはステップ関数的に短くすることができるため、安全距離Ｓを最小（Ｓｍｉｎ）にすることができる。また、減速停止モードと最高速度制御モードの双方において、ロボット２は、安全距離Ｓｍｉｎを越えずに付帯装置を含むロボット２及び把持または保持した製品に損害を与えることなく最速で停止することができる。
ここで、実際のロボット２の制限速度は最高速度以下で設定されるため、サイクルタイムへの影響はない。
【００３５】
図５を参照して、本発明の第２実施形態に係るロボットの制御方法２００について説明する。この実施形態において、ロボット２の可動領域４は、ロボット２が安全距離Ｓｍｉｎ’を越えない時間で即時停止する安全時間停止領域２７と、指先ツールなどの付帯装置を含むロボット２や把持または保持した製品を保護するように減速停止する装置保護時間停止領域２８と、に区分けされる（図６参照）。この安全時間停止領域２７と装置保護時間停止領域２８との間の境界面は、動作速度制限領域７と動作速度制限解除領域８との間の境界面と同様に、減速停止モード時におけるロボット停止時間から求められる安全距離Ｓにより定められる。
本発明の第２実施形態に係るロボットの制御方法２００を利用することにより、ロボット２の位置を常時監視し、非常停止入力がなされたときのロボット２の位置が安全時間停止領域２７に侵入しているかどうかによって、停止モードを即時停止か減速停止のどちらかに切り換えて、ロボット２が安全距離Ｓｍｉｎ’を越えることなくロボット２を非常停止させる。ここで、減速停止モードを用いる場合には付帯装置を含めたロボット２や把持または保持した製品を保護することが可能だが、即時停止モードを用いる場合には付帯装置を含めたロボット２や製品を保護することができない。この場合、ロボット２や製品を守ることを諦めるか、または、ロボット２や製品を守るためにロボットの教示速度を落とした上で用いる。
【００３６】
本発明の第２実施形態に係るロボットの制御方法２００は、ステップＳ２０２で開始される。ステップＳ２０２では、機能安全制御ＣＰＵ１６の現在位置判定手段２２により、ロボット２の現在位置からロボット２が安全時間停止領域２７内に侵入しているかどうかを判定する。
機能安全制御ＣＰＵ１６によりロボット２が安全時間停止領域２７内に侵入していることが判定される（ステップＳ２０２の「ｙｅｓ」）と、ステップＳ２０４へ進み、侵入していないことが判定される（ステップＳ２０２の「ｎｏ」）と、ステップＳ２０６へ進む。
【００３７】
ステップＳ２０６において、メインＣＰＵ１４は、非常停止検出部１１に入力がされたかどうかを判定する。メインＣＰＵ１４により非常停止検出部１１に入力されたことが判定される（ステップＳ２０６の「ｙｅｓ」）と、ステップＳ２０８に進み、機能安全制御ＣＰＵ１６は、停止モード設定部１３により減速停止モードを設定し、ロボット２は、付帯装置を含むロボット２や把持または保持した製品を保護することができる緩い減加速度で減速停止する。また、メインＣＰＵ１４により非常停止検出部１１に入力がされていないことが判定される（ステップＳ２０６の「ｎｏ」）と、ステップＳ２１０に進む。
【００３８】
ステップＳ２１０において、機能安全制御ＣＰＵ１６は、任意のサイクルタイム（サンプリングタイム）における次のステップに到達しているかどうかを判定する。機能安全制御ＣＰＵ１６により次のステップに到達していることが判定される（ステップＳ２１０の「ｙｅｓ」）と、ステップＳ２１２へ進み、次のステップへの移動が開始され、その後ステップＳ２０２へ戻る一つのループ（図５参照）を形成する。また、機能安全制御ＣＰＵ１６により次のステップにまだ到達していないことが判定される（ステップＳ２１０の「ｎｏ」）と、ステップＳ２０２へそのまま戻るもう一つのループ（図５参照）を形成する。
【００３９】
また、ステップＳ２０２においてロボット２が安全時間停止領域２７内に侵入していることが判定され（ステップＳ２０２の「ｙｅｓ」）、ステップＳ２０４に進んだ場合、メインＣＰＵ１４は、ステップＳ２０６と同様に、非常停止検出部１１に入力がされたかどうかを判定する。メインＣＰＵ１４により非常停止検出部１１に入力がされたことが判定される（ステップＳ２０４の「ｙｅｓ」）と、ステップＳ２１４に進み、機能安全制御ＣＰＵ１６は、停止モード設定部１３により即時停止モードを設定し、ロボット２が即時停止される。この即時停止モードの場合、付帯装置を含めたロボット２や製品を保護することができない。従って、この即時停止モードは、ロボット２や製品を守ることを諦めた上で用いられるか、または、ロボット２や製品を守るために、ロボット２が安全時間停止領域２７内に侵入している場合に、ロボット２の教示速度を任意に落とした上で用いられる。安全時間停止領域２７内においてロボット２の教示速度を落としておけば、たとえロボット２が即時停止したとしてもロボット２は比較的小さな減加速度で停止することができ、ロボット２の機構部や製品へのダメージを抑制することができる。
ステップＳ２０４において、メインＣＰＵ１４により非常停止検出部１１に入力がされていないことが判定される（ステップＳ２０４の「ｎｏ」）と、ステップＳ２１０に合流し、ステップＳ２１０の処理が行われ、上記と同様にステップＳ２１２に進み、その後ステップＳ２０２に戻るか、または、ステップＳ２０２にそのまま戻る二つのループを形成する（図５参照）。
【００４０】
図６を参照して、本発明の第２実施形態に係るロボットの制御方法２００におけるロボット２の非常停止動作の特性について説明する。第１実施形態に係るロボットの制御方法１００を用いた場合は、ロボット２の動作最高速度を必要に応じて可変的または段階的に制限（減速）することにより、ロボット２が安全距離Ｓｍｉｎを越えることなく付帯装置を含めたロボット２やロボット２が把持または保持した製品を保護することができる緩い減加速度でロボット２を非常停止させることができる。それに対して、第２実施形態に係るロボットの制御手法２００を用いる場合は、ロボット２の最高速度を制限せずに、ロボット２の停止時間を、ロボット２が安全時間停止領域２７と装置保護時間停止領域２８のどちらの領域内に存在しているかに応じて、即時停止モード、または、減速停止モードのどちらかに択一的に切り換えることにより、ロボット２が安全距離Ｓｍｉｎ’を越えることなくロボット２を非常停止させる。
【００４１】
この制御方法２００を用いることにより、非常停止入力がなされたときに、ロボット２が装置保護時間停止領域２８内に存在する場合はロボット２をそのまま減速停止させ（減速停止モード）、ロボット２が安全時間停止領域２７内に存在する場合はロボット２の停止時間をステップ関数的に短くして即時停止させる（即時停止モード）。これら２つの停止モードにより、ロボット２は、停止時間を、ロボット２が安全時間停止領域２７と装置保護時間停止領域２８のどちらの領域に存在しているかによって、切り換えて用い、ロボット２が安全距離Ｓｍｉｎ’を越えることなくロボット２を非常停止させることができる。安全時間停止領域２７内において、ロボット２に速度制限をかけずに、ロボット２の停止時間をより短くすることができるため、安全距離Ｓをより短い安全距離（Ｓｍｉｎ’）にすることができる。
【００４２】
本発明の第２実施形態に係るロボットの制御方法２００において、ロボット２が減速停止された場合（ステップＳ２０８）、ロボット２を緩い減加速度で停止させることができ、ロボット２の機構部やロボット２が把持または保持した製品を保護することができる。それに対して、ロボット２が即時停止された場合（ステップＳ２１４）、ロボット２に強い減加速度が生じる可能性があるが、安全時間停止領域２７内においてロボット２の教示速度を落としておけば、たとえロボット２が即時停止した場合でも、ロボット２を比較的小さな減加速度で停止させることができ、ロボット２の機構部やロボット２が把持または保持した製品へのダメージを抑制することができる。しかしながら、ロボット２が誤動作してロボット２が最高速度で動作しているときに、ロボット２が即時停止された場合、ロボット２に大きな減加速度が作用し、ロボット２の機構部やロボット２が把持または保持した製品が損傷する可能性がある。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、非常停止機能を備える必要があるシステムであれば、そのようなシステムに好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１…作業員、  ２…ロボット、  ３…治具、  ５…隔離面、  ６…安全距離、
７…動作速度制限領域、  ８…動作速度制限解除領域、  ９…光線式安全装置、
１０…ロボット制御装置、  １１…非常停止検出部、  １２…判定部、
１３…停止モード設定部、  ２７…安全時間停止領域、
２８…装置保護時間停止領域、  １００，２００…ロボット制御方法
【図１】
2015000470.tif 000003
【図２】
2015000470.tif 000004
【図３】
2015000470.tif 000005
【図４】
2015000470.tif 000006
【図５】
2015000470.tif 000007
【図６】
2015000470.tif 000008