(57)【要約】【課題】ロボットの構造にかかわらずセンサと安全コントローラによりロボットの可動範囲と作業者の侵入禁止領域を任意の領域に確実かつ簡便に設定し、またその可動範囲と侵入禁止領域を随時変更することを可能にし、ロボットと作業者が近接し、あるいは時間的に入れ替わりで作業するような環境でも、安全に効率的な作業を可能にする。【解決手段】この人間ロボット共存作業用安全装置は、ロボットの侵入検知装置１１、１６と作業者の侵入検知装置１２、１７から成る侵入検知装置の組を一つ以上備え、侵入装置の組をロボットの可動範囲内で作業者が進入可能になっている開口部分を覆うように配置して成り、ロボットの侵入検知装置１１、１６と作業者の侵入検知装置１２、１７の間に挟まれた領域にロボットと作業者のどちらが侵入した場合でも不安全通知信号３２を発し、この不安全通知信号３２に基づいてロボットの動作を停止もしくは動作速度を制限し、作業者との衝突の危険を防止する。【選択図】図２
2007283450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットの侵入検知装置と作業者の侵入検知装置から成る侵入検知装置の組を一つ以上備え、該侵入装置の組をロボットの可動範囲内で作業者が進入可能になっている開口部分を覆うように配置して成るロボットの安全装置であって、
前記ロボットの侵入検知装置と前記作業者の侵入検知装置の間に挟まれた、２次元平面又は３次元空間で任意に設定された領域に、ロボットと作業者のどちらが侵入した場合でも不安全通知信号を発し、該不安全通知信号に基づいてロボットの動作を停止又は動作速度を制限し、作業者との衝突の危険を防止することを特徴とするロボットの安全装置。
【請求項２】
前記侵入検知装置の組を二つ以上配置し、該二つ以上の侵入検知装置の有効、無効を順次切り替え、作業者とロボットとがそれぞれ自由に作業できる空間を任意のタイミングで切り替え可能であることを特徴とする請求項１記載のロボットの安全装置。
【請求項３】
２次元平面あるいは３次元空間的に任意に設定した侵入禁止領域への作業者又はロボットの侵入を検知する領域センサを、ロボットの可動範囲内で作業者が進入可能になっている開口部分を覆うように配置して成るロボットの安全装置であって、
前記侵入禁止領域に、ロボットと作業者のどちらが侵入した場合でも不安全通知信号を発し、ロボットの動作を停止もしくは動作速度を制限し、作業者との衝突の危険を防止することを特徴とするロボットの安全装置。
【請求項４】
前記領域センサを二つ以上配置し、該二つ以上の領域センサの有効、無効を順次切り替え、作業者とロボットとがそれぞれ自由に作業できる空間を任意のタイミングで切り替え可能であることを特徴とする請求項３記載のロボットの安全装置。
【請求項５】
前記不安全通知信号よりロボットに回避動作を行わせるとともに、ロボットの可動領域を縮小変更し、ロボットを停止することなく事前に危険を回避することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のロボットの安全装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
作業空間を人と共有する産業用ロボットの安全化に関し、特に人間ロボット共存作業用安全装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットにおいて作業者が巻き込まれる労働災害の主な原因は、ロボットと作業者との接触事故である。これを防ぐために、従来、労働安全衛生法に基づく労働安全衛生規則や安全に関する指針による安全防護措置が定められている。
【０００３】
例えば、図１に示すように、産業用ロボット１の可動範囲２から十分な距離を離して安全防護柵４を設置して周囲を囲い、出入り口等の開口部には光線式安全装置５やマットスイッチ６を配置するなどして、ロボットの稼動中は可動範囲２内に作業者３が侵入できないようにすることが義務付けられている。
【０００４】
またその際の可動範囲２の定義として、ロボットの暴走の可能性なども考慮し、ロボットの制御プログラムなどで制限した領域ではなく、機械的あるいは電気的ストッパで制限された領域とすることが定められている。
【０００５】
このように産業用ロボットの設置方法に厳しい制限が課せられているため、従来、ロボットの自動作業中にミスがあったり、一連の作業が終了して段取り換えや部品の供給などが必要になった場合、作業者３が可動範囲２内に入って作業台７で作業するにはロボットの動作を完全に停止する必要があり、ロボットの稼働率や作業効率を著しく下げる原因となっていた。
【０００６】
これを解決する目的で、例えばロボットの可動範囲を可動式のストッパにより複数の保護区域に区画し、各保護区画に人が侵入した場合は、該当保護区画へのロボットの進入を停止することで、各保護区画ごとに、ロボットと人とが入れ替わりで作業することを可能にし、ロボットの稼働率の低下を最小限に抑えることができるというロボット制動装置及び制動方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
ところがこの可動ストッパを用いた方法では、ロボットのすべての可動部分の可動範囲を一括して制限することができないために、２次元、あるいは３次元で任意の可動範囲を設定することは困難である。
【０００８】
また、例えばロボットが多くの関節からなり可動範囲が分かりにくい場合、あるいは作業対象物をハンドリングしたり、手先ツールを付け替えるなどして当初のロボットよりも実質的な大きさが大きくなってしまった場合など、ロボットの可動範囲が予想を超えて広いという場合があり、結果として作業者との思わぬ衝突による災害を招くという問題があった。
【０００９】
またロボットの進入を停止するだけでは、ロボットがすでに存在していて作業中の区画に作業者が侵入した場合には、接触による災害を防ぐことができないという問題があった。
【００１０】
これ以外の方法として、ロボットの作業領域に侵入検知センサを設け、作業者の侵入を検知してロボットの動作を停止させ、安全を図ろうとした場合、上記の例と同様に、ロボットの可動範囲が分かりにくい場合や予想外に大きくなった場合には思わぬ衝突の危険があった。
【００１１】
従来の方法でこのような思わぬ衝突を防ぐには、予想されるロボットの可動範囲を相当大きく見積もり、センサで設定した作業者の侵入禁止領域を十分広く取る必要があるため、ロボットと作業者とが近接したり、３次元的もしくは時間的に両者の作業領域を切り分けて作業することは困難であり、効率的な作業の妨げとなっていた。
【００１２】
すなわち産業用ロボットの稼働率向上と作業の効率化のため、人とロボットと近接して共存し、随時入れ替わりで作業したような場合でも安全に作業できる共存作業環境を構築する手段が必要とされていた。
【特許文献１】特開昭６３−２８５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以上の問題を鑑み、本発明は、ロボットの構造にかかわらずセンサと安全コントローラによりロボットの可動範囲と作業者の侵入禁止領域を２次元あるいは３次元の任意の領域に確実かつ簡便に設定し、またその可動範囲と侵入禁止領域を随時変更することを可能にし、この結果、ロボットと作業者が近接し、あるいは時間的に入れ替わりで作業するような環境でも、安全に効率的な作業を可能にすることを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記課題を解決するために、ロボットの侵入検知装置と作業者の侵入検知装置から成る侵入検知装置の組を一つ以上備え、該侵入装置の組をロボットの可動範囲内で作業者が進入可能になっている開口部分を覆うように配置して成るロボットの安全装置であって、前記ロボットの侵入検知装置と前記作業者の侵入検知装置の間に挟まれた、２次元平面又は３次元空間で任意に設定された領域に、ロボットと作業者のどちらが侵入した場合でも不安全通知信号を発し、該不安全通知信号に基づいてロボットの動作を停止又は動作速度を制限し、作業者との衝突の危険を防止することを特徴とするロボットの安全装置を提供する。
【００１５】
前記侵入検知装置の組を二つ以上配置し、該二つ以上の侵入検知装置の有効、無効を順次切り替え、作業者とロボットとがそれぞれ自由に作業できる空間を任意のタイミングで切り替え可能であることが好ましい。
【００１６】
本発明は上記課題を解決するために、２次元平面あるいは３次元空間的に任意に設定した侵入禁止領域への作業者又はロボットの侵入を検知する領域センサを、ロボットの可動範囲内で作業者が進入可能になっている開口部分を覆うように配置して成るロボットの安全装置であって、前記侵入禁止領域に、ロボットと作業者のどちらが侵入した場合でも不安全通知信号を発し、ロボットの動作を停止もしくは動作速度を制限し、作業者との衝突の危険を防止することを特徴とするロボットの安全装置を提供する。
【００１７】
前記領域センサを二つ以上配置し、該二つ以上の領域センサの有効、無効を順次切り替え、作業者とロボットとがそれぞれ自由に作業できる空間を任意のタイミングで切り替え可能であることが好ましい。
【００１８】
前記不安全通知信号よりロボットに回避動作を行わせるとともに、ロボットの可動領域を縮小変更し、ロボットを停止することなく事前に危険を回避することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、ロボットが複雑な動作をしたり可動範囲があらかじめはっきりとは分からない場合でも、センサの配置によってロボットの可動範囲を２次元、あるいは３次元の任意の領域に、簡便かつ確実に制限することができ、仮に予想しない動きでロボットが侵入禁止領域に侵入した場合でも、侵入禁止領域内で直ちに動作が制限されるため、その外側の近接した場所で作業者が作業していても安全が確保されるという利点を有する。
【００２０】
また作業者の不注意により侵入禁止領域に侵入した場合も同様に、作業者が侵入禁止領域内にいるうちにロボットの動作が制限されるため、侵入禁止領域の近接した場所でロボットが作業していても作業者の安全が確保されるという利点を有する。
【００２１】
また警告領域が存在した場合、作業者が不注意により侵入禁止領域に近づいた場合でも、作業者が事前に警告に気付いてそれ以上の侵入をやめ、衝突の危険を回避するとともに、意図せぬロボットの停止を避けることができる。あるいはロボットが自律的に回避動作を行う場合は、複数用意された侵入禁止設定領域を切り替えて可動範囲を縮小変更し、ロボットを停止することなく危険を回避しつつ、残りの領域で作業を続行できるという利点を有する。
【００２２】
また作業者とロボットとが時間的に入れ替わりで作業するような場合、複数の侵入禁止領域の有効、無効のコントロールにより可動範囲を切り替えて作業者の侵入禁止、許可領域を随時切り替え、その時点で設定したロボットの可動範囲と作業者の作業領域とを常に分離して安全に作業することができる。
【００２３】
その結果、これまでならロボットを停止させてから作業者が作業領域に入って作業していた状況でも、ロボットを停止せずに別の作業を続行させながら作業者が作業領域に入ることが可能になり、ロボットの稼働率を下げることのない効率的な作業が実現できるという利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明に係る人間ロボット共存作業用安全装置の実施の形態を実施例に基づいて図面を参照して、以下に説明する。なお、本明細書中、右及び左は、図２〜４の紙面において右及び左とする。
【実施例１】
【００２５】
図２および図３は本発明係る人間ロボット共存作業用安全装置の実施例１の構成の概略を示すものである。
【００２６】
図２および図３において、１は多関節の産業用ロボット、７はロボットのもともとの可動範囲内にある作業台、１１は左ロボット可動範囲制限用光線式安全装置（ロボットの侵入検知装置）、１２は左作業者侵入検知用光線式安全装置（作業者の侵入検知装置）、１３は左作業者警告用光線式安全装置、１４は右マットスイッチ、１５は右側作業時の可動範囲、１６は右ロボット可動範囲制限用光線式安全装置（ロボットの侵入検知装置）、１７は右作業者侵入検知用光線式安全装置（作業者の侵入検知装置）、１８は右作業者警告用光線式安全装置、１９は左マットスイッチ、２０は左側作業時の可動範囲、３１はセーフティーコントローラ、３２（矢印）は不安全通知信号、４１は左側作業時の作業者、４２は右側作業時の作業者である。
【００２７】
左ロボット可動範囲制限用光線式安全装置１１、左作業者侵入検知用光線式安全装置１２、左作業者警告用光線式安全装置１３、右ロボット可動範囲制限用光線式安全装置１６、右作業者侵入検知用光線式安全装置１７、右作業者警告用光線式安全装置１８は、それぞれ投光器及び受光器を有し、投光器から投光した光線（検知光線）を受光器で受光し、該検知光線を遮るか否かで作業者や物の存在を検知する光線式安全装置である。
【００２８】
左ロボット可動範囲制限用光線式安全装置１１と左作業者侵入検知用光線式安全装置１２は、互いに組合わせて第１の侵入検知装置の組として、ロボットの可動範囲内で作業者が侵入可能となっている開口部分を覆うように配置する。
【００２９】
同様に、右ロボット可動範囲制限用光線式安全装置１６と右作業者侵入検知用光線式安全装置１は、互いに組合わせて第２の侵入検知装置の組として、ロボットの可動範囲内で作業者が侵入可能となっている開口部分を覆うように配置する。
【００３０】
そして、第１の侵入検知装置の組及び第２の侵入検知装置の組は、それぞれ有効（動作可能）、無効（非動作）に切り換えられるように設定可能である。このような侵入検知装置の組は、一以上設けられる。
【００３１】
右マットスイッチ１４及び左マットスイッチ１９は、それぞれ人が乗ると検知信号を発生する装置である。
【００３２】
セーフティーコントローラ３１は、制御プログラムの搭載されたマイコン、あるいはリレー回路で構成し、論理的な切り替えや制御動作を行うコントローラであって、特に安全に関わる制御システムでの使用を想定して高い信頼性や故障時の安全性を確保し、必要な安全規格に準拠したものである。
【００３３】
そして、セーフティーコントローラ３１は、機械的なガードの閉鎖検出、人の危険区域への進入確認や安全回路の構築に従来使用されている、機械や設備の安全対策に必要なセーフティコンポーネントを利用すれば良い。このようなセーフティコンポーネントとしては、例えば、セーフティーコントローラ「Ｆ３ＳＸ」（商品名。（株）オムロン製）、セーフティ・リレーユニット「Ｇ９ＳＡ」（商品名。（株）オムロン製）等がある。
【００３４】
本発明に係る人間ロボット共存作業用安全装置においては、このセーフティーコントローラ３１は、左ロボット可動範囲制限用光線式安全装置１１、左作業者侵入検知用光線式安全装置１２、左作業者警告用光線式安全装置１３、右マットスイッチ１４、右ロボット可動範囲制限用光線式安全装置１６、右作業者侵入検知用光線式安全装置１７、右作業者警告用光線式安全装置１８、左マットスイッチ１９からそれぞれ検知信号（侵入検知信号）を受けて、ロボット１に制御信号（不安全通知信号３２）を送り、その動作を制御（停止）する装置である。
【００３５】
例えば、セーフティーコントローラ３１を右マットスイッチ１４との関連でその構成を説明すると、右側作業時の可動範囲１５への作業者の侵入を検知し、この検知信号をセーフティーコントローラ３１に送り、該検知信号に基づいて、セーフティーコントローラ１は、ロボット１の動作を停止する制御信号（不安全通知信号３２）をロボット１に送る。これにより、右側開口部へ作業者の侵入を事前に検知し、ロボット１の動作を停止することで作業者の安全の確保を行っている。
【００３６】
セーフティーコントローラ３１と安全装置１１〜１３、１６〜１８等との関連も同様であるが、以下、作用の説明を通してその詳細を説明する。
【００３７】
（作用）
作業台７で作業者４１の作業を行いたい場合は、まず、ロボット１を、左ロボット可動範囲制限用光線式安全装置１１で検知されないように、当該検知光線より右側の検知されない場所に移動する。この後、セーフティーコントローラ３１は左ロボット可動範囲制限用光線式安全装置１１を有効にし、左作業者侵入検知用光線式安全装置１２を有効にする。
【００３８】
この結果、これら二つの光線式安全装置１１、１２の検知光線に挟まれた領域は侵入禁止領域となり、この領域に対して、暴走や、その他の想定されない理由により、ロボット１本体やハンドリングした物体、あるいは付け替えた手先ツールなどが左側ロボット可動範囲制限用光線式安全装置１１の検知光線の右側からこれを通過して侵入してきた場合は、これを検知し、セーフティーコントローラ３１は直ちに不安全通知信号３２を発してロボット１の動作を停止、もしくは動作速度を制限する。
【００３９】
これはすなわちロボット１の実質的な可動範囲を、図２に示す右作業時可動範囲１５に、機械的ストッパや電気的ストッパと同様な確実さで制限しているといえる。もちろんロボット１は、このようなセーフティーコントローラ３１による可動範囲の変更に対応して、プログラム等により、自らの動作範囲を制限することが可能であり、設定された右側可動範囲１５内で作業を続行することが望ましい。ただしプログラムは常に暴走の危険があるため、上記のような、信頼性の高い可動範囲の制限が必要である。
【００４０】
一方、作業者４１が不注意により左作業者侵入検知用光線式安全装置１２の検知光線の左側から上記侵入禁止領域に侵入しようとした場合、左作業者警告用光線式安全装置１３により、事前に侵入禁止領域への接近を検知し、作業者４１に警告を発して不注意による侵入を回避する。
【００４１】
もし、さらに作業者４１がこれに気付かずに接近して左作業者侵入検知用光線式安全装置１２を通過してしまった場合、上記と同様に直ちにロボット１の動作を制限し、作業者４１が上記侵入禁止領域を通過してしまう前に停止、あるいは速度を落として衝突を回避して安全を確保する。
【００４２】
次に、図３に示すように、作業台７の右側で作業者４２が作業を行おうとした場合、セーフティーコントローラ３１は、まず左側の開口部に配置した左マットスイッチ１９を有効にし、左ロボット可動範囲制限用光線式安全装置１１、１２、１３を無効にする。
【００４３】
その後、右ロボット可動範囲制限用光線式安全装置１６、右側作業者侵入検知用光線式安全装置１７、又は右作業者警告用光線式安全装置１８を有効にし、右側の開口部に配置した右マットスイッチ１４を無効にする。あるいは周囲に作業者がいないことが確認できる場合には、上記の切り替えを同時に行ってもよい。
【００４４】
これにより、図２の場合と同様にして、今度はロボット１の可動領域は実質的に左作業時可動範囲２０に制限され、作業者４２が作業台７の右側の領域で作業しても、上記の場合と同様に右側にいる作業者４２の安全が確保される。
【００４５】
あるいは図には示されていないが、図２に示されるような左ロボット可動範囲制限用光線式安全装置１１、１２、１３の組を複数用意し、開口部分で何段かに重ねて配置することも可能である。
【００４６】
この場合、最も外側で作業者の警告領域への侵入を検知した場合でも、侵入禁止領域に到達する前にロボットが警告を受けて退避動作を行い、その後、セーフティーコントローラ３１が、さらに内側の別の光線式安全装置を有効に切り替え、最も外側の安全装置の組を無効にする。この結果、ロボットは非常停止することなく、別の領域での作業を続行することが可能である。
【００４７】
またこのような左ロボット可動範囲制限用光線式安全装置１１、１２、１３の配置は、図２に示すような２次元平面的な配置だけではなく、図５に示すように３次元で配置することも可能である。その場合、図５に示すように、ある場所の上側（又は外側）はロボットが作業する空間、下側（又は内側）は作業員が作業する空間など、３次元空間を任意に分割して作業領域を規定することが可能である。
【００４８】
また複数の光線式安全装置あるいはミラーとの組み合わせで、直線以外の形状で領域を設定することもできる。その場合、作業環境やロボット、作業者の動作範囲を考慮して、様々な形状に領域を区切って作業空間を設定することが可能である。
【実施例２】
【００４９】
図４は、本発明に係る人間ロボット共存作業用安全装置の実施例２の概略構成を示すものである。図４において、１４は右マットスイッチ、１９は左マットスイッチ、３１はセーフティーコントローラ、３２（矢印）は不安全通知信号、５１は右警告用領域センサ、５２は右侵入検知用領域センサ、５３は右警告領域、５４は右侵入禁止領域、５５は左警告用領域センサ、５６は左侵入検知用領域センサを表している。
【００５０】
本実施例では、右警告用領域センサ５１および右侵入検知用領域センサ５２は、それぞれ検知光線としてレーザを利用するレーザレンジセンサを用いて設定領域への侵入検知を行った。
【００５１】
（作用）
実施例２に係る人間ロボット共存作業用安全装置の構成を、さらに作用とともに説明する。実施例２の人間ロボット共存作業用安全装置についても、その作用実施例１とほぼ同様である。
【００５２】
即ち、ロボット１のもともとの可動範囲内にある作業台７の右側で作業者が作業を行いたい場合は、セーフティーコントローラ３１は左マットスイッチ１９を有効にして左側の開口部からの作業者の侵入による危険を防止し、右侵入検知用領域センサ５２を有効にして侵入禁止領域５４へのロボットまたは作業員の侵入を検知して、ロボットの停止、もしくは動作速度を制限して衝突の危険を回避する。
【００５３】
また、右警告用領域センサ５１を有効にして作業者の侵入禁止領域への接近を事前に検知し、警告を発して不注意による侵入を回避する。
【００５４】
また、作業者が作業台７の左側で作業を行いたい場合は、実施例１と同様に、セーフティーコントローラ３１は右マットスイッチ１４を有効にし、左侵入検知用領域センサ５６と左警告用領域センサ５５を有効にし、左マットスイッチ１９を無効にし、右侵入検知用領域センサ５２と右警告用領域センサ５１を無効にして、ロボットの可動範囲を右側に制限し、左側の領域での作業員の安全な作業を実現する。
【００５５】
なお、領域センサ５１、５２にはＳＩＣＫ社のプレスブレーキＶ４０００を含む、２次元画像センサを用いた領域センサが利用可能である。
【００５６】
また実施例１と同様に、領域センサを１つまたは複数用いて２次元平面、もしくは３次元空間中での複雑な形状の侵入検知領域、警告領域を設定することが可能である。また実施例１と同様に、領域センサの組を時間的に切り替えることで、効率的に作業領域を切り替えて作業者とロボットの作業を安全に継続することも可能である。
【００５７】
以上、本発明に係る人間ロボット共存作業用安全装置の最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内で、いろいろな実施例があることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係る人間ロボット共存作業用安全装置は、以上のような構成であるから、作業用のロボットとして好適であり、さらに、その他運搬用ロボット等、各種の産業用ロボットにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】従来の産業用ロボットの安全防護措置の例を示す図である。
【図２】本発明に係る人間ロボット共存作業用安全装置の実施例１を示すもので、作業者が左側での作業を、ロボットが右側での作業を行う場合の図を示す。
【図３】実施例１において、作業者が右側での作業を、ロボットが左側での作業を行う場合の図を示す。
【図４】本発明に係る人間ロボット共存作業用安全装置の実施例２を示し、光線式安全装置の代わりに領域センサを用いた場合の図を示す。
【図５】実施例１において、人間ロボット共存用安全装置を３次元で配置した場合の図を示す。
【符号の説明】
【００６０】
１  ロボット
２  ロボットの可動範囲
３  作業者
４  安全防護柵
５  光線式安全装置
６  マットスイッチ
７  作業台
１１  左ロボット可動範囲制限用光線式安全装置
１２  左作業者侵入検知用光線式安全装置
１３  左作業者警告用光線式安全装置
１４  右マットスイッチ
１５  右作業時の可動範囲
１６  右ロボット可動範囲制限用光線式安全装置
１７  右作業者侵入検知用光線式安全装置
１８  右作業者警告用光線式安全装置
１９  左マットスイッチ
２０  左作業時の可動範囲
３１  セーフティーコントローラ
３２  不安全通知信号
４１  左作業時の作業者
４２  右作業時の作業者
５１  右警告用領域センサ
５２  右侵入検知用領域センサ
５３  右警告領域
５４  右侵入禁止領域
５５  左警告用領域センサ
５６  左侵入検知用領域センサ
【図１】
2007283450.tif 000003
【図２】
2007283450.tif 000004
【図３】
2007283450.tif 000005
【図４】
2007283450.tif 000006
【図５】
2007283450.tif 000007