(57)【要約】      （修正有）【課題】産業用ロボットなど自動機械装置の教示工程では、人間が、ロボットの安全柵の外から動作させ目的位置までエンドエフェクタを誘導し、次に安全柵内の稼動範囲に立ち入り、位置や姿勢などの確認した後、不十分であれば柵外に出て修正する必要がある。この柵内での教示作業における人身への安全性を確保する。【解決手段】駆動用過電流防護器と教示用過電流防護器とを、並列にモータ用ドライバ回路の前に接続し、後者の容量を前者より十分に小さくする。教示作業では後者に切り替えて、低電流で動作スピードを落とし、誤ってロボットに当たっても怪我しないトルクに抑えて安全であるため、安全柵内で教示作業することができ、教示作業の能率も向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも駆動手段と作業手段と制御手段とを有する自動機械装置において、エネルギー入力端子と前記駆動手段との間、又は、前記駆動手段と作業手段との間に、通常作業用過出力防護手段と教示用過出力防護手段とを並列設け、前記２つの防護手段のいずれかを用いることを特徴とする自動機械装置。
【請求項２】
教示用過出力防護手段の上限出力が、通常作業用過出力防護手段の上限出力より小さいことを特徴とする請求項１または請求項２の自動機械装置。
【請求項３】
前記駆動手段のエネルギーが、電力であることを特徴とする請求項１または請求項２いずれかの自動機械装置。
【請求項４】
前記教示用過出力防護手段が、過電流防護手段であることを特徴とする請求項１から請求項３いずれかの自動機械装置。
【請求項５】
前記過電流防護手段による教示用駆動装置の入力又は及び出力が、５００ワット以下であることを特徴とする請求項１から請求項４いずれかの自動機械装置。
【請求項６】
前記自動機械装置がロボットであることを特徴とする請求項１から請求項５いずれかの自動機械装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、産業用ロボットなど自動機械装置の保護、教示作業における人身への安全性の確保に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、各種の産業分野、例えば、車両産業、造船産業、一般機械産業、半導体など電子産業、食品産業、薬品産業、土木建築産業分野などにおいて、産業用ロボットを始めとする種々の自動機械装置が使用されている。これら自動機械装置は、コンピュータに記憶されたプログラムに従って自動的に作動するため、作業者が動作領域内に立ち入るのは危険であり、通常、作業領域を柵で囲うなどして安全防護の対策がなされている。しかしながら、自動化された機械装置を動作させるためには、作業末端であるエンドエフェクタなどの軌道、動作位置や姿勢等を教示する必要があり、この際、目視確認のため、作業者が柵内にたびたび立ち入ることとなり、人身の安全を確保することが非常に大切である。
【０００３】
従来の産業用ロボットの教示作業は、遠隔教示方式として、搬送ロボットの動作速度を遅くし、且つ、動作命令に対して一度に動く量を少なくして動作を制限し、安全柵の外から行って安全を図っている。目的位置にそのエンドエフェクタを到達させる場合、作業員がロボットの稼動範囲の柵外から制御して、ロボット停止前の位置情報が失われないように制御電源はＯＮしたまま、目的位置近傍にエンドエフェクタを止め、微小距離ずつ目的位置に近づけ、駆動電源のみをＯＦＦにしてロボットの安全柵内に立ち入り、肉眼でずれの検出と確認を行い柵外にでる。不適切な場合は、再度柵外から、駆動電源をＯＮにして修正し、再び駆動電源のみをＯＦＦして安全柵内に立ち入り確認する、という作業を繰り返えすのが一般的で、手間がかかるばかりでなく、教示ミス等で不要な位置に動かす危険があった。
また、直接教示方式としては、駆動電源はＯＦＦにし、制御電源はＯＮとしてエンドエフェクタを作業員が手でもって目的位置に近づけ、制御手段のコンピュータにその軌跡や位置・姿勢を記憶させるという方法もあるが、この場合も作業員がロボットの稼動範囲の柵内に入って教示作業を行なわなければならない。
【０００４】
前述のように、直接教示法であれ、間接教示法であれ、自動機械の稼動範囲である柵内に立ち入って行う教示作業の場合は、誤って、或いは異常によって一旦駆動電源がＯＮとなった場合は、高出力の通常駆エネルギーで突然動き出し、作業員に危害を与える可能性があり、教示作業における危険性が非常に高いのが実状である。このほか通常作業においても、コンピュータにより複雑な動作を行う産業用ロボットを始めとする自動機械は、熟練していない作業員、或いは異常時には熟練作業員にとっても、予想できない動作によって作業員が巻き込まれたり、強打されて人命に係わる事故発生の危険性がある。
【０００５】
従来、このような危険性や事故への対策として、柵を設ける他に、万が一の場合は非常停止ボタンを設置して駆動電源を切断したり、或いは、ティーチングペンダントと呼ばれる機械から離れたところから操作する教示専用操作盤を用いている。或いは、特開平１０−７１５９２号公報や特開２０００−２３７９８１号公報で提案するように異常電圧や異常電流をセンサで検出して駆動モータ用のサーボ電源用リレーのみを切断する回路を設けたり、特開平５−２０４４４１号公報のように、センサによって異常力を検出した場合は、プログラムによりすべての移動量をゼロにする動作命令をだすソフトウェアインターロックなどによって、安全性を図っている。特に産業用ロボットにおいては、このような現状に鑑み、世界各国ではそれぞれの国に応じた、厳しい安全規制が設けられている。
【０００６】
【特許文献１】特開平  ５−２０４４４１号公報
【特許文献２】特開平  ５−３２９７９４号公報
【特許文献３】特開平  ７−４９７１１号公報
【特許文献４】特開平１０−７１５９２号公報
【特許文献５】特開２０００−２１０８９１号公報
【特許文献６】特開２０００−２３７９８１号公報
【特許文献７】特開２００２−１２７０７５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の教示作業では、危険を回避するために人が押す緊急停止スイッチを設けているが、誤作動や誤操作により搬送ロボットが暴走すればスイッチを押す暇もない。また、搬送ロボットが通常稼動するときの動作速度を遅くすることで危険を回避しようとしても、一端暴走すれば通常稼動時と同じ速度、同じ力で動作するため危険性が消去される訳ではない。
【０００８】
また、ソフトウェアインターロックでは、実際に駆動電流を遮断している訳ではなく、安全装置としては信頼性に乏しい。従来は、前記文献のように、いずれも危険を感じた場合、最終的には手動で機械の駆動電源または全電源を落として停止させる対策のみで、最初から教示作業時には人体へ危害が及ばない動作速度やトルクに制限して作業の危険性を排除しようという思想に乏しかった。
【０００９】
加えて、前述の遠隔教示方式の場合は、駆動電源をＯＦＦすると自重により昇降軸が降下してしまうため、一般に機械的なブレーキを掛けて行うが、この事は即ち昇降軸は動かないため、その教示は行えないことを意味している。直接教示方式の場合は、人手により支えながら行うため、駆動電源をＯＦＦすると重いため軽くするための工夫が必要である。また、人手による直接教示法は精度が良くないため、最近ではほとんど使用されなくなっている。
【００１０】
【問題を解決するための手段】
一般に過出力防護手段は、通常作業用として駆動手段の前に１つのみが設けられている。この過出力防護手段は、産業用ロボットなどの自動機械装置が、暴走したり、過大な負荷が掛かった場合に流れる過大なエネルギーを一定以下に遮断して、その機械装置、特にそのモータなどの作業手段や駆動回路、駆動電源などの保護や、人命に対する安全対策として機能している。本発明は、制御手段の指示信号に基づいて、駆動手段が必要な駆動エネルギーを作業手段に送り込むことによって作動する自動機械装置において、エネルギー入力端子と前記駆動手段との間、又は、前記駆動手段と前記作業手段との間に、通常作業用過出力防護手段と教示用過出力防護手段とを並列に設け、前記２つの防護手段のいずれかを切り替えて用いることを特徴とするものである。
本発明では、通常作業用過出力防護手段の上限出力より、教示用過出力防護手段の上限出力を低く設定し、後者を教示作業専用や機械点検後の再稼動時の動作確認作業専用などに、通常作業から切り替えて使用する。
【００１１】
前記の過出力防護手段は、駆動手段に供給されるエネルギーが所定の値を越えて過剰であるとき、供給を停止させる働きをする手段である。前記自動機械装置には、産業用ロボットを始め、自動旋盤、自動フライス盤、マシニングセンタ、自動仕分け機、自動ブルドーザなど種々の作業を行う機械装置がある。これらは、電力、油圧力や空気圧力による駆動手段と、作業動作を制御するコンピュータを含む制御手段とを有している。
【００１２】
過出力防護手段としては、電気的手段としてブレーカ或いはヒューズなどの過電流防護器や過電圧防護器があり、油圧用・空気圧用としては、ねじ込み型弁やニードルバルブ単独、またはこれらと電磁弁との組み合わせ等があり、これらを駆動手段に配線ないし配管して使用する。この過出力防護手段は、自動機械装置の１軸毎に設けてもよいが、複数の軸毎あるいは全軸をまとめて、１つの手段を設けてもよい。
【００１３】
尚、本発明では、すべての手段にエネルギーとして電気エネルギーを用いる場合がもっとも好ましく、通常運転時に使用する過出力防護回路と並列に、過出力防護手段として過電流防護器が組み込まれた教示専用回路を設け、どちらかの回路に切り替えて運転する。
【００１４】
前記駆動手段、および制御手段としては、公知の手段を用いることができる。前記作業手段に用いられる駆動源としては、サーボモータ、ステッピングモータ、直流モータ、交流モータ、油圧ポンプ、空気加圧ポンプ、真空ポンプ、水圧ポンプなど公知のエネルギー源を用いることができる。
【００１５】
本発明では、教示用過出力防護手段の上限出力を５００ワットとする。機械の種類、駆動部の形状にもよるが、一般的にこれを超えると、万が一の事故の際、人体に与える被害が致命傷となる恐れがある。好ましくは、上記上限出力を２００ワット、さらには、日本の産業用ロボットが適用される最低基準の８０ワット未満であることが望ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１に、本発明の中・小型ロボット向けステッピングモータ用回路の例を示す。通常運転時には、駆動用過電流防護器（駆動用サーキット）１を通し、駆動用電磁開閉器（電磁リレー）２を経て、駆動手段（ドライバ）３に電流を供給する。ドライバ３に接続されているモータ４は、制御用過電流防護器（制御用サーキット）８を通して供給された電力で作動する制御手段（コントローラ）９の指令と、前述のドライバ３からの電流によって回転し、作業手段（不図示）を動かして仕事をする。次に本発明の特徴として、駆動用サーキット１に並列に、教示用過電流防護器（教示用サーキット）６と教示用電磁開閉器（電磁リレー）７を結線してドライバ３に接続する。ここで駆動用サーキット１は、通常運転時の約３倍、教示用サーキット６は通常運転時の約１／３の電流値で切断するように設定してある。教示作業は電磁リレー７をＯＮ、電磁リレー２をＯＦＦとし、通常運転時にはその逆に、電磁リレー２をＯＮとし、電磁リレーＧをＯＦＦとして使用する。
また、本回路例では、モータＤの回転量を検出するエンコーダ５からフィードバックパルスを検出し、コントローラ９に入力してモータに遅れがある場合は修正する。また、このパルスをＦ／Ｖ変換機１０により電圧に変換してドライバ３及びコントローラに指令を入力してもよい。
【００１７】
図２に、本発明の産業用ロボット向けサーボモータ用回路の例を示す。図１と同様に、駆動用サーキット１、電磁リレー２、教示用サーキット６、電磁リレー７、ドライバ３、モータ４、駆動用サーキット８、コントローラ９を結線する。次に、本実施例では、エンコーダ５で検出したフィードバックパルスをドライバ３に直接フィードバックする。コントローラ９は出力情報をドライバ３に送り、その出力をチェックする。また、このパルスをＦ／Ｖ変換機１０により電圧に変換してドライバ３及びコントローラ９に指令を入力してもよい。
【００１８】
図３に、ＤＣ２４Ｖ、６Ａ／相、マイクロステップ（Ｍ＝５０）励磁方式のロボット用ステッピングモータについて、回転数と出力トルク・全負荷消費電流の関係を示す。通常は１０００ｒｐｍ前後、８アンペア程度消費しながら運転するが、駆動用サーキットとしては最大２０アンペアに、教示用サーキットとしては最大４アンペアに設定する。教示作業においては、１００ｒｐｍ程度で動作させるので、動作速度が遅く、トルクも充分に小さいため安全に行うことができる。
【００１９】
図４に、３相、８極２０００ｒｐｍ、５０／６０Ｈｚ、２００〜２３０Ｖのサーボモータの負荷特性について示す。通常は負荷１００％程度、８．６アンペア程度で運転するが、駆動用サーキットとしては最大２０アンペアに、教示用サーキットとしては最大３アンペアに設定する。教示作業においては、負荷２５％、出力３６７Ｗ（＝入力×効率×力率）で動作させるので、安全に作業行うことができる。
【００２０】
図５は、作業手段が、ウエハ等の搬送用のスカラ型ロボットの例である。制御手段兼駆動手段１１には、動作プログラムを記憶し、各動作軸の動作速度や移動位置などの指令信号を出すコンピュータからなる制御手段９と、その信号をうけてロボットの各動作軸モータに電力をおくる駆動手段３であるドライバとが内蔵されている。コンピュータには、キーボードから指令情報を入力し、モニタには前記の各種情報が表示される。また、この駆動手段３には、駆動用過電流防護手段と制御用過電流防護手段が配線されている。電源線１２は各過電流防護手段を通して駆動手段と、制御手段との双方に電力を供給する。
【００２１】
【効果】
産業用ロボットの教示作業においては、アームやフィンガーが正確に所定の位置に来ているかどうか１ｍｍ以下の位置精度で確認するために、稼動範囲に立ち入らなければならない場合が往々にしてある。このような場合、本発明では、低出力の教示専用過出力防護手段を設置し、スピード制限およびトルク制限しながら教示作業をするため、アームやフィンガーが作業員のいる場所に達する前に脱出することができる。また例え、ロボットに接触しても、危害のない程度にトルク制限してあるので、全く安全を保つことができる。
【００２２】
従って、ロボットの稼動範囲である安全柵内に入ったまま、教示作業や確認作業を行うことができるため、安全柵内に何度も入ったり出たりする必要がなくなり、教示作業の能率が著しく向上する。
【００２３】
また、本発明では、低出力型の安価な過出力防護手段を設置するのみで安全性が保たれ、従来の過電流検出用センサおよびフィードバック回路、自動切断リレーなど高価な回路が不要となり、単純で安価な安全回路を提供することができる。
【００２４】
さらに、電源をＯＮにしたまま教示ができるため、昇降軸についても動かしながら作業が可能となり、ロボットのアームやエンドエフェクタの作動軌跡の自由度が増え、且つ、スムーズな動きを実現することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のステッピングモータを用いる回路図の一例である。
【図２】本発明のサーボモータを用いる回路図の一例である。
【図３】本発明のステッピングモータ負荷特性と教示用過電流保護値を示す一例である。
【図４】本発明のサーボモータ負荷特性と教示用過電流保護値を示す一例である。
【図５】本発明が実施されるロボットの一例である。
【符号の説明】
１    駆動用過電流防護器
２    駆動用電磁開閉器
３    駆動手段
４    モータ
５    エンコーダ
６    教示用過電流防護器
７    教示用電磁開閉器
８    制御用過電流防護器
９    制御手段
１０  Ｆ／Ｖ変換機
１１  駆動兼制御手段
１２  電源線
１３  モニタ
１４  キーボード
１５  作業手段
【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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