(57)【要約】  工業用ロボットのための安全システム、特に所定の安全機能を介し安全システムを実現する工業用ロボットおよび方法。このような安全機能を行なうために、上記ロボットは、２つのロボットアーム部を接続する関節内に、関節内のギヤの入力側の角度配向を感知するための第１の位置センサ（１３２）と同ギヤの出力側の角度配向を感知するための第２の位置センサ（１３３）とを含む。
2017507041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
安全システムを有する工業用ロボットであって、
・ロボットアームの２つのロボットアーム部を接続する関節であって、一方のアーム部から他方のアーム部へ力またはトルクを伝達するギヤまたは同様の伝動装置を備えた関節と、
・前記伝動装置の入力または出力側の位置を感知する第１の位置センサと、
・前記伝動装置の入力または出力側の位置を感知する第２の位置センサと、
・前記物理的ロボットアームの、運動学と動力学の計算を含むソフトウェアモデルを実現するための制御ユニットと、
・前記ロボットをプログラムする手段を含むとともに前記ロボットの一体部品としてまたは前記ロボットとの組み合わせとしてのいずれかとして前記ロボットの外部に設けられるユーザインターフェース手段と、
・前記ユーザインターフェース手段および前記制御ユニットと協働するとともに前記ロボットの運動とさらに別の動作とに関係する情報を格納する格納手段と
を含み、
前記制御ユニットは、前記関節が所定範囲を越えたかどうかを判断することのような一以上の安全機能を実現するべく前記２つのセンサからの情報を処理する、工業用ロボット。
【請求項２】
前記制御ユニットは、
・関節位置制限安全機能：前記第２の位置センサは、前記ロボット関節の角度を直接監視し、前記角度が所定の角度範囲を越えているかどうかを検知し、前記第１の位置センサは全回転数とギヤ比とに基づき当該出力側位置を計算する；
・関節速度制限安全機能：前記ロボット関節の速度は位置の変化率により判断される；
・関節トルク制限安全機能：前記ロボットアーム内の質量の分布と摩擦のモデルと共に前記ロボット関節の前記位置と速度は、前記ロボット関節に働く予想トルクを計算するために使用される；
・工具速度制限安全機能：工具の速度は前記位置センサからの出力に基づき計算される；
・工具力制限安全機能：前記関節トルク制限安全機能において計算された予想トルクは、力制限機能を得るためにデカルト空間に投影される；
・動力制限安全機能：前記トルク×各関節の速度として計算される機械的仕事は所定値に制限される；
・緊急停止安全機能：緊急停止ボタンが活性化されると、冗長速度測定は、前記ロボットが実際に減速しておりこれによりロボットがフェイルセーフ的やり方で能動的にそしてプログラム軌道内で減速することを調べるために利用される；
・セーフガード停止安全機能：速度推定は、セーフガード入力が活性状態である場合に前記ロボットの減速を制御するために使用される；
・動力制限安全機能：前記アームの運動学および動力学モデルと組み合わされた前記ロボット関節の前記位置および速度は、前記ロボットアームへの全動力が所定限度内に維持されているかどうかを常時監視する；
・ロボット動きデジタル出力安全機能：前記２つのセンサのそれぞれは前記ロボット関節が動いているかどうかを検知しそれに応じて出力を設定する；
・ロボット非停止デジタル出力安全機能：前記２つのセンサのそれぞれは前記ロボットが能動的にブレーキをかけていないかまたは停止されていないかを検知しそれに応じて出力を設定する；
・縮小モードゾーン安全機能：前記２つのセンサは前記ロボットがその作業空間内にいるかどうかを監視しそれに応じて安全パラメータを変更するために使用され得る；
・工具位置制限安全機能：前記２つのセンサは、ロボットアームエンドエフェクタの位置を計算しこの位置がいくつかのユーザ定義限度内であるということを確認するためにロボット運動学のソフトウェアモデルと組み合わせて使用される；
・工具配向制限安全機能：前記２つのセンサは、ロボットアームエンドエフェクタの配向を計算しこの配向がいくつかの特定角度限度内であるということを確認するためにロボット運動学のソフトウェアモデルと組み合わせて使用される
のうちの１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８または１９のような一以上の安全機能を実現するべく前記２つのセンサからの情報を処理する、請求項１に記載の工業用ロボット。
【請求項３】
前記ロボットアームはロボット工具を保持するように構成される、請求項１または２に記載の工業用ロボット。
【請求項４】
前記第１の位置センサはエンコーダまたは角度または線形位置を感知するための他のセンサである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の工業用ロボット。
【請求項５】
前記第２の位置センサはエンコーダまたは角度または線形位置を感知するための他のセンサである、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の工業用ロボット。
【請求項６】
前記第１の位置センサは伝動装置の入力側の位置を感知する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の工業用ロボット。
【請求項７】
前記第２の位置センサは伝動装置の出力側の位置を感知する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の工業用ロボット。
【請求項８】
前記制御ユニットは、少なくとも
・関節位置制限安全機能；
・関節速度制限安全機能；
・関節トルク制限安全機能
を実現するべく前記２つのセンサからの情報を処理する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の工業用ロボット。
【請求項９】
前記制御ユニットは、
・関節位置制限安全機能；
・関節速度制限安全機能；
・関節トルク制限安全機能；
・工具姿勢制限安全機能；
・工具速度制限安全機能；
・工具力制限安全機能
を実現するべく前記２つのセンサからの情報を処理する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の工業用ロボット。
【請求項１０】
工業ロボットの安全制御のための方法であって、
前記工業ロボットは、
ロボットアームの２つのロボットアーム部を接続する関節であって、一方のアーム部から他方のアーム部へ力またはトルクを伝達するためのギヤまたは同様な伝動装置を備えた関節と、
前記ギヤの入力または出力側の位置を感知するための第１の位置センサと、
前記ギヤの入力または出力側の位置を感知するための第２の位置センサと、
前記物理的ロボットアームの、運動学および動力学の計算を含むソフトウェアモデルを実現するための制御ユニットと、
前記ロボットをプログラムする手段を含むとともに前記ロボットの一体部品としてまたは前記ロボットとの組み合わせとしてのいずれかとして前記ロボットの外部に設けられるユーザインターフェース手段と、
前記ユーザインターフェース手段および前記制御ユニットと協働するとともに前記ロボットの運動とさらに別の動作とに関係する情報を格納する格納手段と
を有し、
前記方法は、前記関節が所定範囲を越えたかどうかを判断することのような一以上の安全機能を実現するべく、前記制御ユニットを使用して前記２つのセンサからの情報を処理する、方法。
【請求項１１】
前記制御ユニットは、
・関節位置制限安全機能：第２の位置センサは、前記ロボット関節の角度を直接監視し、前記角度が所定の角度範囲を越えているかどうかを検知し、第１の位置センサは全回転数とギヤ比とに基づき当該出力側位置を計算する；
・関節速度制限安全機能：前記ロボット関節の速度は位置の変化率により判断される；
・関節トルク制限安全機能：前記ロボットアーム内の質量の分布と摩擦のモデルと共に前記ロボット関節の前記位置と速度は前記ロボット関節に働く予想トルクを計算するために使用される；
・工具速度制限安全機能：工具の速度は前記位置センサからの出力に基づき計算される；
・工具力制限安全機能：前記関節トルク制限安全機能において計算された予想トルクは力制限機能を得るためにデカルト空間に投影される；
・運動量制限安全機能：前記ロボット関節の位置および速度は、前記ロボットアームおよびペイロードの質量の分布モデルを使用することにより任意の時点の前記ロボットおよび前記ペイロードの運動量を計算および制限するために使用され得る；
・動力制限安全機能：前記トルク×各関節の速度として計算される機械的仕事は所定値に制限される；
・緊急停止安全機能：緊急停止ボタンが活性化されると前記冗長速度測定は、前記ロボットが実際に減速しておりこれにより前記ロボットがフェイルセーフ的やり方で能動的にそしてプログラム軌道内で減速することを調べるために利用される；
・セーフガード停止安全機能：速度推定は、セーフガード入力が活性状態である場合に前記ロボットの冗長減速度を制御するために使用される；
・動力制限安全機能：前記アームの運動学および動力学モデルと組み合わされた前記ロボット関節の前記位置および速度は、前記ロボットアームへの全動力が所定限度内に維持されているかどうかを常時監視する；
・ロボット動きデジタル出力安全機能：前記２つのセンサのそれぞれは前記ロボット関節が動いているかどうかを検知しそれに応じて出力を設定する；
・ロボット非停止デジタル出力安全機能：前記２つのセンサのそれぞれは前記ロボットが能動的にブレーキをかけていないかまたは停止されていないかを検知する；
・縮小モードゾーン安全機能：前記２つのセンサは前記ロボットがその作業空間内にいるかどうかを監視しそれに応じて安全パラメータを変更するために使用され得る；
・工具位置制限安全機能：前記２つのセンサは、ロボットアームエンドエフェクタの位置を検出しこの位置がいくつかのユーザ定義限度内であるということを確認するためにロボット運動学のソフトウェアモデルと組み合わせて使用される；
・工具配向制限安全機能：前記２つのセンサは、ロボットアームエンドエフェクタの配向を計算しこの配向がいくつかの特定角度限度内であるということを確認するためにロボット運動学のソフトウェアモデルと組み合わせて使用される
のうちの１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８または１９のような一以上の安全機能を実現するべく２つのセンサからの情報を処理する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ロボットアームはロボット工具を保持するように構成される、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の位置センサは角度または線形位置を感知する、請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の位置センサは角度または線形位置を感知する、請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の位置センサは前記ギヤの入力側の位置を感知する、請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の位置センサは前記ギヤの出力側の位置を感知する、請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記制御ユニットは、少なくとも
・関節位置制限安全機能；
・関節速度制限安全機能；
・関節トルク制限安全機能
を実現するべく前記２つのセンサからの情報を使用する、請求項１０乃至１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記制御ユニットは、
・関節位置制限安全機能；
・関節速度制限安全機能；
・関節トルク制限安全機能；
・工具姿勢制限安全機能；
・工具速度制限安全機能；
・工具力制限安全機能
を実現するべく前記２つのセンサからの情報を使用する、請求項１０乃至１７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロボット安全システムに関する。より具体的には、本発明は、所定の安全機能を介し安全システムを実現する工業用ロボットに向けられる。
【背景技術】
【０００２】
ロボットは電子回路基板組み立ておよび他の自動組み立て作業などの用途のために産業界において広範囲に使用される。近代ロボットの特に高い人気は、その単純な構造、低費用、低維持費、軽量性、高精度、高速および従順特性に起因する。
【０００３】
一般的に、産業界において使用されるロボットのプログラミングは、専門知識を必要とし、システムインテグレータとしばしば称される当業者のみによって行われ得る。産業界においてまたは家庭においてさえ使用される多目的ロボットに関し、いくつかの重要な安全課題が依然として未解決のままである。
【０００４】
従来のロボットシステムは、ロボットの操縦機部において発生される異常トルクに基づきロボットとその周囲との衝突を検知する衝突検出機能を備える。この衝突検出機能により衝突が検知されれば、ロボットの動作を停止するまたはそうでなければ衝突力を軽減するための制御が行われる。これにより、ロボットとロボット内に設けられた装置に対する損傷だけでなく周辺機器に対する損傷も極小に保たれる。
【０００５】
しかし、人間とロボットとの衝突を検知するための衝突検出機能を使用する際、人間の安全性を保証するために衝突に対する感度を上げる必要がある。このため、ロボットの様々な部分に設けられたギヤまたは減速機等の摩擦トルクを正確に推定することが求められる。この点に関し、摩擦トルクは外気温度とロボットの動作状態に応じて変動するので、摩擦トルクを高精度に推定することは困難である。したがって、ロボットの操縦機部のトルクから人間とロボットとの衝突を正確に検知し、人間に対する危害を防ぐのは困難であった。
【０００６】
しかし、人間が、人間とロボット間に介在される被搬送物無しにロボットに直接接触すると、人間とロボット間に発生する力は検知されない。さらに、ロボットのアームと手との間の力を検知するための力センサを取り付けたとしても、センサが検知し得ないロボットのアーム部分における人間の接触を検知することはできない。このため、従来技術では、人間とロボットとの直接接触の可能性がある場合に安全な対話的作業を可能にするロボットシステムを提供することはできなかった。
【０００７】
物体の接近の結果としてセンサにより形成される容量の電界内に引き起こされる容量変化を測定するために容量センサが使用されてきた。すべての電気的良好導電材料に加えて、容量センサは十分に高い誘電率を有する材料だけを検知する。容量センサは、空中で自由に移動される固体部分を有する高速移動装置の場合、安全装置として有用ではない。この関係では、信頼できる人間−機械連携を可能にする完全なシステムが望ましい。
【０００８】
ロボットは、場合によっては危険になり得、人間と衝突することにより人間に危害をもたらし得る物理的機械である。ハードウェアまたはソフトウェア欠陥の場合には、ロボットは、システムインテグレータ（ロボットを設定する際の安全性の責任者）により予想されなかった意外な運動すら行う可能性がある。このため、改善された安全システムをロボットが有することは非常に望ましいかもしれない。
【０００９】
米国特許出願公開第２０１０／０３２４７３３号明細書は、関節と各関節に取り付けられた第１のトルクセンサおよび第２のトルクセンサを含む安全システムを有するロボットを開示する。トルクセンサ（歪みゲージなどの）は、高信頼安全制御システムを得るためには適用可能ではない。さらに米国特許出願公開第２０１０／０３２４７３３号明細書におけるセンサは、送信機ユニットＳ内の、マイクロコントローラを有する集積回路（ＩＣ）の形式の２つの演算器Ｓ１、Ｓ２へ接続される。したがって、米国特許出願公開第２０１０／０３２４７３３号明細書は、すべてのセンサ回路を同じ部品上に配置せず、したがって安全制御にはあまり適用可能ではない。
【００１０】
本発明の課題は、空中で自由に移動可能な部分を有する装置の動作のための安全装置を提供することである。本安全装置は、複雑かつ高価な周辺機器無しにこのような装置の信頼できかつ安全な動作を可能にし、装置部品と人間または物体との衝突が早期段階に確実に検知されることも保証し、その結果、計画および製造費用を回避することに加えて、このような設置のための空間要件を著しく低減し、将来、人々と機械が作業領域を共同使用できるようにする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記および他の目的は、本発明にしたがって、特別の安全制御システムを有するプログラム可能ロボットシステムにより達成される。
【００１２】
この専門知識を必要とすること無しに単純かつ容易なやり方でプログラムされ得る（すなわち、例えば業界のオペレータまたは技術者によりまたは例えば家庭における個人にすら行われ得る）プログラム可能ロボットシステムを提供することが特に本発明の目的である。特に、本安全制御システムは、以下にさらに詳細に説明するように、所望安全機能を実現するために各ロボット関節内の２つの位置センサを利用する。ギヤまたは同様な伝動装置の入力または出力側の角度または線形位置を感知するための位置センサが使用される。動作制限値の違反またはハードウェアまたはソフトウェア内の誤りが安全機能のいずれかにより発見されれば、ロボットは安全な状態に至るようにされる。
【００１３】
本発明によると、本システムは、ソフトウェアまたはハードウェアのいかなる単一故障もロボットを危険な状態にしないように設計される。これを実現する一般的やり方は、安全機能を行うための２つの別々のシステム（ブランチ）を有することである。これらのシステムは両方とも、ロボットへの給電を独立に遮断し得る。これらのシステムのそれぞれは所望の安全パラメータを監視し得る。
【００１４】
本発明者らは、ギヤの両側に位置センサを配置することで工業用ロボットに関するいくつかの安全課題が簡単なやり方で解決され得るということを発見した。ロボット関節内では、これらセンサは、一方の位置センサがギヤの入力側（モータ側）に配置され他方の位置センサがギヤの出力側（ロボットアーム側）に配置されるように配置される。重要なことには、制御ユニットは、すべてのセンサ回路を同じ部品上に配置することにより一以上の安全機能を実現するために、２つのセンサからの情報を処理する（センサ回路に別個の部品を使用する米国特許出願公開第２０１０／０３２４７３３号明細書とは対照的に）。安全システムは２つのセンサに基づき多くの安全機能を行う。各安全機能は、その使用した値と第２のブランチのものとを比較し、不一致の場合には、ロボットを安全な状態へ持って行く。安全違反に起因する故障を防ぐために、ほとんどの安全機能もまたパラメータを制限する。ほとんどの安全機能は例えば、運動量違反を回避するためにロボットアーム運動の速度を制限する。安全機能は本明細書では以下のように定義される。
【００１５】
関節位置制限安全機能：
第１のシステムでは、出力側位置センサは、ロボット関節の角度を直接監視し、上記角度が安全設定により定義された制限外に行くかどうかを検知する。第２のシステムでは、入力側位置センサは全回転数とギヤ比とを考慮することにより当該出力側位置を計算する。
【００１６】
関節速度制限安全機能：
ロボット関節の速度は一定期間にわたる位置の差により近似され得る（数値微分法）。高分解能位置センサと良好な時間測定の場合、これはかなり正確であり得る。これにより、２つの安全システムブランチのそれぞれにおける速度安全機能が実現される。
【００１７】
関節トルク制限安全機能：
各ロボット関節の位置および速度とロボットアーム内の質量の分布とを知ることにより、各ロボット関節に働く予想トルクが計算され得る（出力側）。関節に対するモータ側トルク（入力側）を推定するためにモータ電流も測定される。これらの２つのシステムは、トルクが所定の限度内にあるということを検証するために使用され得る。
【００１８】
工具位置制限安全機能：
２つのセンサは、ロボットアームエンドエフェクタの位置を導出してこの位置がいくつかのユーザ定義限度内であるということを確認するためにロボット運動学のソフトウェアモデルと組み合わせて使用される。
【００１９】
工具配向制限安全機能：
２つのセンサは、ロボットアームエンドエフェクタの配向を導出してこの配向がいくつかの特定角度限度内であるということを確認するためにロボット運動学のソフトウェアモデルと組み合わせて使用される。
【００２０】
工具速度制限安全機能：
位置の数値微分は「関節速度制限安全機能」および「工具姿勢制限安全機能」と同様に工具の速度を推定するために使用され得る。
【００２１】
工具力制限安全機能：
「関節トルク制限安全機能」において述べた予想トルクは力制限機能を実現するためにデカルト空間に投影され得る。
【００２２】
運動量制限安全機能：
ロボット関節の位置および速度は、ロボットアームおよびペイロードの質量の分布モデルを使用することにより、任意の時点のロボットおよびペイロードの運動量を計算および制限するために使用され得る。
【００２３】
緊急停止安全機能：
緊急停止ボタンが押されると、冗長速度測定は、ロボットが実際に減速しておりこれによりロボットがフェイルセーフ的やり方で能動的にそしてプログラム軌道内で減速することを調べるために利用される。
【００２４】
セーフガード停止安全機能：
速度推定はまた、セーフガード入力が能動状態であるときにロボットの冗長減速度を制御および保証するために使用され得る。
【００２５】
動力制限安全機能：
この機能は、関節により生成されるトルクを関節の速度に基づき低減することにより、ロボットにより生成される合計機械的仕事が所定限度内に維持されることを確実にするために使用される。
【００２６】
ロボット動きデジタル出力安全機能：
２つのセンサのそれぞれはロボット関節が動いているかどうかを検知しそれに応じ出力を設定し得る。
【００２７】
ロボット非停止デジタル出力安全機能：
２つのセンサのそれぞれは関節内の電流消費と組み合わせて、ロボットが能動的にブレーキをかけていないかまたは停止されていないかを検知しそれに応じて出力を設定し得る。
【００２８】
縮小モードゾーン安全機能：
２つのセンサは、ロボットがその作業空間のどこにいるかを監視しそれに応じて安全パラメータを変更するために使用され得る。例えば、人にぶつかるリスクはＣＮＣ機械内でははるかに小さいのでロボットは外側よりＣＮＣ機械内でより速く動く。
【００２９】
工具ベース安全機能はＴＣＰ（工具中心点）またはロボット上のフランジ上の点などの工具上の点を考慮する。
【００３０】
したがって、本発明は、第１の態様では、安全システムを有する工業用ロボットを提供する。本工業用ロボットは、
・ロボットアームの２つのロボットアーム部同士を接続する関節であって、一方のアーム部から他方のアーム部へ力またはトルクを伝達するためのギヤまたは同様な伝動装置を備えた関節と、
・伝動装置の入力側の位置を感知するための第１の位置センサと、
・伝動装置の出力側の位置を感知するための第２の位置センサと、
・物理的ロボットアームの、運動学と動力学の計算を含むソフトウェアモデルを実現するための制御ユニットと、
・ロボットをプログラムする手段を含むとともにロボットの一体部品としてまたはロボットとの組み合わせとしてのいずれかとしてロボットの外部に設けられるユーザインターフェース手段と、
・ユーザインターフェース手段および制御ユニットと協働する格納手段であって、ロボットの運動とさらに別の動作とに関係する情報を格納するための格納手段と、を含み、制御ユニットは、以下の安全機能
・関節位置制限安全機能：第２の位置センサはロボット関節の角度を直接監視し、角度が所定の角度範囲を越えているかどうかを検知し、一方第１の位置センサは全回転数とギヤ比とに基づき当該出力側位置を計算する；
・関節速度制限安全機能：ロボット関節の速度が一定期間にわたる位置の差により判断される；
・関節トルク制限安全機能：ロボットアーム内の質量の分布と共にロボット関節の位置と速度はロボット関節に働く予想トルクを計算するために使用される；
・工具速度制限安全機能：工具の速度を推定するために位置の数値微分が使用される；
・工具力制限安全機能：関節トルク制限安全機能において計算された予想トルクは力制限機能を得るためにデカルト空間に投影される；
・運動量制限安全機能：ロボット関節の位置および速度は、ロボットアームおよびペイロードの質量の分布モデルを使用することにより、任意の時点のロボットおよびペイロードの運動量を計算および制限するために使用され得る；
・緊急停止安全機能：緊急停止ボタンが活性化されると、冗長速度測定は、ロボットが実際に減速しており、これによりロボットがフェイルセーフ的やり方で能動的にそしてプログラム軌道内で減速することを調べるために利用される；
・セーフガード停止安全機能：デュアルセンサベース速度推定は、セーフガード入力が活性状態である場合にロボットの冗長減速度を制御するために使用される；
・動力制限安全機能：アームの運動学および動力学モデルと組み合わされたロボット関節の位置および速度は、ロボットアームにより生成された合計機械的仕事が所定限度内に維持されているかどうかを常時監視する；
・ロボット動きデジタル出力安全機能：２つのセンサのそれぞれはロボット関節が動いているかどうかを検知しそれに応じて出力を設定する；
・ロボット非停止デジタル出力安全機能：２つのセンサのそれぞれはロボットが能動的にブレーキをかけていないかまたは停止されていないかを検知しそれに応じて出力を設定する；
・縮小モードゾーン安全機能：２つのセンサは、ロボットがその作業空間内にいるかどうかを監視しそれに応じて安全パラメータを変更するために使用され得る；
・工具位置制限安全機能：２つのセンサは、ロボットアームエンドエフェクタの位置を計算しこの位置がいくつかのユーザ規定限度内であるということを確認するためにロボット運動学のソフトウェアモデルと組み合わせて使用される；
・工具配向制限安全機能：２つのセンサは、ロボットアームエンドエフェクタの配向を計算しこの配向がいくつかの特定角度限度内であるということを確認するためにロボット運動学のソフトウェアモデルと組み合わせて使用される
のうちの１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８または１９などの一以上の安全機能を実現するために２つの位置センサからの情報を処理する。
【００３１】
本発明の好ましい実施形態では、センサは角度または線形位置を感知する。好適には、第１の位置センサはギヤの入力側の位置を感知し、第２の位置センサはギヤの出力側の位置を感知する。
【００３２】
本発明の好ましい実施形態では、制御ユニットは以下の安全機能
・関節位置制限安全機能；
・関節速度制限安全機能；
・関節トルク制限安全機能
を少なくとも実現するために２つのセンサからの情報を使用する。
【００３３】
本発明の別の態様では、工業用ロボットの安全制御のための方法であって上記列挙された安全機能を行う方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態によるロボット関節の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明によると、本システムは、ソフトウェアまたはハードウェアのいかなる単一故障もロボットを危険な状態にしないように設計される。
【００３６】
これを実現する一般的やり方は、安全機能を行うための２つの別個のシステムを有することである。これらのシステムは両方とも、ロボットへの給電を独立に遮断し得る。これらのシステムのそれぞれは所望安全パラメータを監視し得る。２つのシステムは共通原因故障を回避するために可能な限り異なるべきである。これらの故障はコンパイラ誤り、方法論誤り、ソフトウェアバグ、エレクトロニクス故障であり得る。これを克服するために、安全システムソフトウェアの２つのブランチは２つの独立したプログラマーチームにより作製され、ソースコードは、異なるコンパイラによりコンパイルされ、異なるマイクロプロセッサ上で走る。２つのブランチは、角度位置を測定するために異なるハードウェアを使用し、故障の場合には電源を遮断する２つの異なるやり方を使用する。
【００３７】
安全制御システムは上に定義された所望安全機能を実現するために各ロボット関節内の２つのセンサを利用するので、このような修正ロボット関節のさらに詳細な説明を以下に行う。
【００３８】
図１を参照すると、本発明の一実施形態による関節の断面図が示される。関節は、電気コネクタを介し直接または無線（例えば他の要素と光学的に結合すること）によりのいずれで相互接続された機械的、電気機械的、電子的および光学的要素を含む。これらの要素の最も簡単かつ単純明快な取り付けと接続とを保証するためには、これらの要素の可能な限り多くが１つのプリント回路基板１３１（ＰＣＢ）上に設けられることが有利である。これは６軸ロボットにおいて使用され得る関節の実施形態の断面図であるが、この関節はまた他のロボットに関連して使用される可能性があるということが理解される。
【００３９】
示された実施形態では、位置センサ１３２、１３３が使用され、安全ブレーキ１３４、１３５が実装される。ブレーキは、ソレノイド１３４が極めて限られた力によりブレーキを活性化および非活性化し得るように設計される。
【００４０】
モータの位置（車軸／回転子の角度配向）を判断するために使用されるセンサ１３３はＰＣＢ１３１の裏面に搭載される。図１に示すモータはステータ部１３６とロータ部１３７を含む。
【００４１】
関節の出力車軸１３８または出力フランジ１３９の角度配向を判断するために使用されるセンサ１３２はＰＣＢ１３１の前面上にまたは前面上のソケット内に搭載される。好適には、高分解能センサが使用され、中空車軸１３８と同センサ間の短い距離はセンサとエンコーダディスクとの互いに対し適切な位置決めを実現するために重要である。ＰＣＢ１３１における出力フランジ１３９の運動（回転）を、関節を介し感知することができるようにするべく、エンコーダディスク１４０は、電気的および空気圧的接続部１４１が関節を通して誘導される中空車軸１３８上に取り付けられ、中空車軸１３８は出力フランジ１３９へ接続される。
【００４２】
例えば電源脱落時にロボット１３７を停止する安全ブレーキ１３４、１３５が、ＰＣＢ１３１との一体部品として形成される。ソレノイド１３４が、ＰＣＢ１３１上に直接取り付けられる。ソレノイド１３４は、電源脱落が発生した場合にラチェット１４２を、モータ車軸１４３に取り付けられた環状部材１３５との係合状態へと変位させる。この環状部材１３５（摩擦リング）はモータ車軸に対して回転し得るが、環状部材とモータ車軸１４３との間に高摩擦が存在する。これにより、ロボットアームが過負荷となるほど突然に関節が停止することのない制御された関節の停止が保証される。同図において、環状部材１３５とモータ車軸１４３との間の摩擦は、モータ車軸１４３と環状部材１３５（摩擦リング）との間に密に嵌合されたＯリング１４４によって保証される。
【００４３】
さらに、本発明のこの実施形態による関節は、別の要素を使用すること無く隣接関節同士が互いに取り付けられるように設計される。隣接関節または連結部材（例えば薄壁チューブ）への関節の取り付けは、出力フランジ１３９と関節の筐体１４６上の連結部１４５とを介し行われる。これとは別に、本発明によるロボット関節同士は、それらの最適剛性／重量比により好適な選択を構成する好適な部材（例えば薄壁チューブ）により結合され得る。さらに、本発明のこの実施形態による関節は、筐体１４６と出力フランジ１３９との間のシール１４７、筐体１４６内に設けられた傾斜内面部（軸受面）１５５に支えられる主軸受１４８、密封軸受１４９、伝動部１５０、隣接関節または連結部材から接続するための少なくとも１つの通路１５１、スリップリングおよび撚線１４１のための領域／空間（１５２）（出力部材１３８、１３９が回転する場合）、別の軸受１５３およびＰＣＢ１３１を取付けるためのまた関節内の電力エレクトロニクス用ヒートシンクとして働くための例えばアルミニウムまたは他の好適な材料のプレート１５４を含む。
【００４４】
関節内の主軸受配置として同図に示す一対のスラストアンギュラコンタクト針状ころ軸受の代わりに、単一の四点コンタクト玉軸受、または単一交差ころ軸受、または一対のアンギュラコンタクト玉軸受が使用される可能性がある。
【００４５】
さらに、示された単一の偏心ピニオンを有する偏心ギヤ配置の代わりに、１８０度位相がずらされた２つのピニオンを有する偏心ギヤ配置、または１２０度位相がずらされた３つのピニオンが使用される可能性がある。代案として、高調波駆動歯車は、一体化された出力軸受を有するまたは有しないユニット内で使用され得る。
【００４６】
多くの特定実施形態について上に示し説明したが、本発明、すなわちロボット自体とロボットをプログラミングおよび制御するために使用されるユーザインターフェース手段との両方、したがって全制御システムが、多くの異なるやり方で実現され得るということが理解される。したがって、例えば、ユーザインターフェース上の多くの代替メニューページが設計され得る。したがって、本発明の範囲は、これらの技術的等価物を含む添付の特許請求の範囲により定義される。本発明のユーザインターフェース手段はまた、本出願において示され、説明され、請求されたもの以外のロボットに関連して使用され得、また、駆動手段、エンコーダなどを有する関節などのロボットの電気機械要素へ適用され得るということがさらに理解される。
【図１】
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【国際調査報告】
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