JP2009142941A - 制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】教示作業時における作業者の負担を軽減し、作業者の安全性を確保することができるロボットの制御装置を提供すること。
【解決手段】本発明の一態様に係る制御装置１は、ロボットアーム３０に対する命令を入力する操作ペンダント１０と、操作ペンダント１０に内蔵され、操作ペンダント１０の加速度を検出する加速度センサ１１と、加速度センサ１１から所定値以上の加速度が入力された場合に、ロボットアーム３０の動作を停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、制御装置及び制御方法に関し、特に、ロボットの教示作業時に非常停止をかける制御装置及び制御方法に関する。

産業用ロボットの動作の教示作業は、可搬型の操作ペンダントの操作によって行われる。教示作業時に作業者は、ロボットに接近した状態で操作ペンダントを操作しなければならない。このとき、ロボットの故障や操作ペンダントの操作ミス等を原因として、ロボットが作業者の意図するものと異なる動作をしてしまう場合がある。このような場合、ロボット周辺の作業者への危険を回避し、安全性を確保する必要がある。

このため、従来の操作ペンダントには、デッドマンスイッチとよばれるスイッチが設けられている。このデッドマンスイッチは、作業者が操作ペンダントを正規の姿勢で把持しているときのみ、教示作業やロボットの動作を有効にするようになっている。例えば、３ポジションタイプのデッドマンスイッチは、作業者がデッドマンスイッチを半押ししているときのみ操作ペンダントの操作を有効とする。一方、押下を解除した場合、あるいは、完全に押下した場合には、操作ペンダントによる操作、つまりロボットの動作を禁止する。

これは、作業者は何らかの原因によりロボットの動作に異変を感じ、パニック状態となった場合、とっさに、操作ペンダントを手放すあるいは握り締めるという経験に基づいている。デッドマンスイッチがオフされることにより、教示操作やロボットの停止を行うようにして安全性の確保を行っている。

また、ロボットの動作が異常と判定された場合に、安全性の確保を行う手段が開発されている（特許文献１、２参照）。特許文献１では、ロボットに取り付けられた加速度センサにより、ロボット自体の加速度を検出している。加速度センサにより検出された加速度が所定の値より大きい場合には、ロボットの動作を非常停止する。また、特許文献２では、ロボットに取り付けられた加速度センサにより外力を推定し、推定した外力が小さくなる方向にロボットを自動的に移動させている。
特開２００５−２９３０９８号公報 特開平６−９１５８７号公報

従来、教示作業中には、操作ペンダントのデッドマンスイッチを半押し状態としたまま、教示操作を行う必要があった。このため、作業者に、ボタンを半押し状態にするという作業負担がかかるという問題がある。

本発明は、このような事情を背景としてなされたものであり、本発明の目的は、教示作業時における作業者の負担を軽減し、作業者の安全性を確保することができるロボットの制御装置及び制御方法を提供することである。

本発明の第１の態様に係る制御装置は、被制御体に対する命令を入力する操作ペンダントと、前記操作ペンダントの加速度を検出する加速度センサと、前記加速度センサから所定値以上の加速度が入力された場合に、前記被制御体の動作を停止させる動作制御部とを備えるものである。これにより、作業者の作業負担を軽減するとともに、作業者の安全性を確保することができる。

本発明の第２の態様に係る制御装置は、上記の制御装置において、前記操作ペンダントに設けられたデッドマンスイッチをさらに備え、前記動作制御部は、前記デッドマンスイッチの押下状態、又は、前記加速度センサにおいて検出された加速度に基づいて前記被制御体の動作を停止させるものである。これにより、作業者の安全性をさらに確保することができる。

本発明の第３の態様に係る制御装置は、上記の制御装置において、前記加速度センサは、前記操作ペンダントの傾きを加速度として検出するものである。これにより、作業者の安全性をさらに確保することができる。

本発明の第４の態様に係る制御装置は、上記の制御装置において、前記被制御体は、前記加速度センサで検出される前記操作ペンダントの加速度の変化に基づいてその動作が制御される。これにより、教示操作の作業負担を軽減することができる。

本発明の第５の態様に係る制御装置は、上記の制御装置において、前記加速度センサは、前記操作ペンダントの位置を認識し、前記被制御体は、前記加速度センサで認識される前記操作ペンダントの位置に基づいて、その動作範囲が制御されるものである。これにより、さらに作業者の安全性を確保することが可能となる。

本発明の第６の態様に係る制御方法は、操作ペンダントから入力される命令により被制御体を制御する制御方法であって、前記操作ペンダントの加速度を検出し、前記操作ペンダントの加速度が所定値以上である場合に、前記被制御体の動作を停止させる。これにより、作業者の作業負担を軽減するとともに、作業者の安全性を確保することができる。

本発明の第７の態様に係る制御方法は、上記の制御方法において、前記操作ペンダントに設けられたデッドマンスイッチの押下状態、又は、前記操作ペンダントの加速度に基づいて、前記被制御体の動作を停止させる。これにより、作業者の安全性をさらに確保することができる。

本発明の第８の態様に係る制御方法は、上記の制御方法において、前記加速度センサは、前記操作ペンダントの傾きを加速度として検出する。これにより、作業者の安全性をさらに確保することができる。

本発明の第９の態様に係る制御方法は、上記の制御方法において、前記操作ペンダントの加速度の変化に基づいて、前記被制御体の動作範囲を制御する。これにより、教示操作の作業負担を軽減することができる。

本発明の第１０の態様に係る制御方法は、上記の制御方法において、前記操作ペンダントの位置を認識し、前記操作ペンダントの位置に基づいて、前記被制御体の動作範囲を制御する。これにより、さらに作業者の安全性を確保することが可能となる。

本発明によれば、教示作業時における作業者の負担を軽減し、作業者の安全性を確保することができるロボットの制御装置及び制御方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面において、同一の構成要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略する。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る制御装置について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る制御装置１を用いた産業用ロボットの全体構成を示す模式図である。図２は、本実施の形態に係る制御装置１の構成を説明するためのブロック図である。ここでは、被制御体の一例としてロボットアーム３０の動作の教示を行うための制御装置１について説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る制御装置１は、操作ペンダント１０、制御盤２０を備えている。操作ペンダント１０は、被制御体であるロボットアーム３０に対する命令を入力するものである。操作ペンダント１０は、可搬型で、教示作業を行う作業者が把持可能である。作業者が操作ペンダント１０を操作することにより、ロボットアーム３０に動作を教示することができる。従って、作業者は、ロボットアーム３０に接近した状態で、操作ペンダント１０によって教示作業を行う。制御盤２０は、操作ペンダント１０からロボットアーム３０に対する命令を受信し、それに基づいてロボットアーム３０を駆動する。

図２に示すように、操作ペンダント１０は、加速度センサ１１、異常判定部１２を有している。加速度センサ１１は、操作ペンダント１０に内蔵されている。加速度センサ１１は、操作ペンダント１０の加速度の大きさを検出する。加速度センサ１１としては、例えば、ＸＹＺ方向の３軸の加速度を測定することができる３軸加速度センサを用いることができる。異常判定部１２は、加速度センサ１１で測定された操作ペンダント１０の加速度が所定値（許容加速度値）以下であるかどうかを判定する。

制御盤２０には、ロボット安全回路２１、ロボット動力回路２２が設けられている。ロボット安全回路２１は、セーフティユニットと呼ばれるものである。ロボット安全回路２１は、作業者と接触する危険の高いロボットアーム３０の安全対策として、異常判定部１２からの信号の供給を受けている状態である安全状態であることを確認したうえでロボットアーム３０を動作させるための安全インターロックである。ロボット動力回路２２は、ロボットアーム３０を駆動するための動力を供給する回路である。

許容加速度値以上の加速度が加速度センサ１１から異常判定部１２に入力された場合、異常判定部１２はロボット安全回路２１への信号の供給を停止する。ロボット安全回路２１は、異常判定部１２からの信号の停止を受け、ロボット動力回路２２からロボットアーム３０への動力の供給を停止する。ロボットアーム３０への動力の供給が遮断されると、ロボットアーム３０は停止する。

ここで、図３を参照して、ロボットアーム３０の制御方法について説明する。図３は、本実施の形態に係るロボットアーム３０の制御方法を説明するためのフロー図である。図３に示すように、まず、安全状態を確認し、ロボットアーム３０の教示作業が開始される（ステップＳ１１）。安全状態は、異常判定部１２からの信号がロボット安全回路２１に供給されている状態である。このとき、操作ペンダント１０からの教示操作は有効であり、ロボットアーム３０に動作の教示を行うことができる。またロボットアーム３０は操作ペンダント１０から入力された命令に従い、ロボット動力回路２２からの動力により駆動される。

そして、加速度センサ１１は、操作ペンダント１０の加速度を測定する（ステップＳ１２）。その後、加速度センサ１１により測定された加速度の重力補正を行う（ステップＳ１３）。加速度センサ１１を傾けると重力により加速度が加わったことと同じ結果が得られるため、重力の影響を除去する。その後、異常判定部１２は、重力補正後の加速度が許容加速度値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。測定された加速度が許容加速度値以下である場合には、異常判定部１２はロボット安全回路２１に信号を供給し、安全状態が確認される（ステップＳ１４、ＹＥＳ）。

一方、例えば、ロボットアーム３０が意図しない動作をした場合のような作業者が危険に晒された状態では、作業者は防衛本能から急に操作ペンダント１０を動かす動作を行うことが多い。このとき、操作ペンダント１０に設けられた加速度センサ１１により急な加速度が測定される。従って、測定された加速度が、許容加速度値よりも大きい場合には、異常判定部１２はロボット安全回路２１への信号の供給を停止する。これにより、危険状態となる（ステップＳ１４、ＮＯ）。危険状態となった場合、ロボット安全回路２１は、ロボット動力回路２２からの動力の供給を遮断し、ロボットアーム３０の動作を停止する（ステップＳ１５）。

このように、教示作業中に作業者が把持している操作ペンダント１０の加速度を測定することにより、作業者の動作を推定することができる。そして、急激な加速度の変化が発生した場合には、ロボットアーム３０への動力の供給を遮断し、動作を停止させることによって、作業者の安全性を確保することができる。また、従来のように、デッドマンスイッチを半押し状態にしなければならないという作業者の負担をなくすことができる。

なお、作業者が把持した状態での操作ペンダント１０の加速度変化だけでなく、操作ペンダント１０自体が倒れた場合、操作ペンダント１０を落とした場合等にも、許容加速度値より大きい加速度が検出された場合に、ロボットアーム３０の動作を停止させることができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る制御装置について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、本実施の形態に係る制御装置１'を用いた産業用ロボットの全体構成を示す模式図である。図５は、本実施の形態に係る制御装置１'の構成を説明するためのブロック図である。本実施の形態において、実施の形態１と異なる点は、操作ペンダント１０にデッドマンスイッチ１３を設けた点である。図４、５において、図１、２と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図４に示すように、本実施の形態に係る制御装置１は、操作ペンダント１０、制御盤２０を備えている。また、本実施の形態に係る操作ペンダント１０には、従来から広く用いられているデッドマンスイッチ１３が設けられている。本実施の形態においては、例えば、３ポジションタイプのデッドマンスイッチ１３が設けられている。３ポジションタイプのデッドマンスイッチ１３では、ボタンを半押し状態とし、所定の位置に継続的に保持されるときのみ、作業者の教示操作を有効とし、ロボットアーム３０の動作を許可するものである。

図５に示すように、操作ペンダント１０は、加速度センサ１１、異常判定部１２、デッドマンスイッチ１３を有している。本実施の形態に係る制御装置１'は、制御装置１'は、デッドマンスイッチ１３の押下状態に基づいて、作業者の教示操作を有効とし、ロボットアーム３０の動作を許可する。また、実施の形態１で説明したように、作業者が把持している操作ペンダント１０の加速度を測定し、急激な加速度の変化が発生した場合には、ロボットアーム３０の動作を停止させる。

ここで、ロボットアーム３０の制御方法について説明する。まず、デッドマンスイッチ１３の押下状態が判定される。デッドマンスイッチ１３が半押し状態のときに、作業者の教示操作を有効とし、ロボットアーム３０が駆動される。一方、デッドマンスイッチ１３の押下を解除した場合、あるいは、完全に押下した場合には、操作ペンダントによる操作、つまりロボットの動作を禁止する。

そして、デッドマンスイッチ１３が半押し状態のときに、異常判定部１２からの信号がロボット安全回路２１に供給されている安全状態であるかが判定される。安全状態を確認した後、ロボットアーム３０の教示作業が開始される。従って、デッドマンスイッチ１３が半押し状態で、かつ、異常判定部１２からの信号がロボット安全回路２１に供給されているときにのみ、操作ペンダント１０の操作が有効となる。その後、実施の形態１と同様に、加速度センサ１１により操作ペンダント１０の加速度を測定して、重力補正後の加速度が許容加速度値以下であるか否かを判定する。測定された加速度が許容加速度値よりも大きい場合には、ロボットアーム３０の動作が停止される。

このように、本実施の形態においては、加速度センサ１１とデッドマンスイッチ１３とを併用するこれにより、作業者の安全性の確保をさらに確実なものとすることができる。

他の実施の形態．
上述の加速度センサ１１は、操作ペンダント１０の加速度だけでなく、操作ペンダント１０を傾けることによる重力に反応し、操作ペンダント１０の傾きを検出することもできる。従って、操作ペンダント１０の傾きを検出（操作ペンダント１０の姿勢を検出）し、その傾きが所定値（許容傾き角）より大きい場合に、操作ペンダント１０の操作を無効とし、ロボットアーム３０の動作を停止するようにしてもよい。例えば、操作ペンダント１０を床に転がした場合等、操作ペンダント１０の傾きが許容傾き角を越えている場合に、ロボットアーム３０の動作を停止する。また、加速度の変化が全く検出されない場合には、操作ペンダント１０が固定されていると判断し、ロボットアーム３０の動作を停止させることとしてもよい。

また、内蔵された加速度センサ１１を用いて、操作ペンダント１０の加速度が許容加速度を超えないようにゆっくりと動かすことにより、ロボットアーム３０がそれに応じて動作するようにすることも可能である。これにより、作業者が分かりやすくロボットアーム３０の動作の教示操作をすることができる。

さらに、加速度センサ１１を用いて、操作ペンダント１０の位置を推定することも可能である。すなわち、測定された加速度を２回積分して変位を算出し、操作ペンダント１０の位置を認識することができる。なお、初期位置は、操作ペンダント１０の収納位置とすることができる。操作ペンダント１０の位置により、作業者がロボットアーム３０に接近していると推定される。ロボットアーム３０から所定の距離以内に操作ペンダント１０が位置していると判定された場合に、ロボットアーム３０の動作を停止させることができる。

また、ロボットアーム３０の周囲に安全柵が設けられている場合において、安全柵が閉じていても、操作ペンダント１０が規定の位置でない場合には、ロボットアーム３０の高速動作ができなくなるようにしてもよい。例えば、操作ペンダント１０が収納位置に収納された場合に、ロボットアーム３０の高速動作を可能とする。すなわち、操作ペンダント１０の仕舞い処理の確認に本発明に係る制御装置を用いることも可能である。また、収納姿勢を検出して、同様にロボットアーム３０の動作を制限することもできる。

以上説明したように、本発明の制御装置によれば、操作ペンダント１０の加速度センサ１１を設け、操作ペンダント１０の加速度が所定値よりも大きくなった場合にロボット動作に異常ありと判断して非常停止をかける。これにより、教示作業時における作業者の危険状態に対する安全が保証されるとともに、作業者の作業負担を軽減することが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

実施の形態１に係る制御装置を用いた産業用ロボットの構成を示す模式図である。 実施の形態１に係る制御装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係るロボットの制御方法を説明するフロー図である。 実施の形態２に係る制御装置を用いた産業用ロボットの構成を示す模式図である。 実施の形態２に係る制御装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 制御装置
１０ 操作ペンダント
１１ 加速度センサ
１２ 異常判定部
１３ デッドマンスイッチ
２０ 制御盤
２１ ロボット安全回路
２２ ロボット動力回路
３０ ロボットアーム

Claims (10)

1. 被制御体に対する命令を入力する操作ペンダントと、
   前記操作ペンダントの加速度を検出する加速度センサと、
   前記加速度センサから所定値以上の加速度が入力された場合に、前記被制御体の動作を停止させる動作制御部と、
   を備える制御装置。
2. 前記操作ペンダントに設けられたデッドマンスイッチをさらに備え、
   前記動作制御部は、前記デッドマンスイッチの押下状態、又は、前記加速度センサにおいて検出された加速度に基づいて前記被制御体の動作を停止させる請求項１に記載の制御装置。
3. 前記加速度センサは、前記操作ペンダントの傾きを加速度として検出する請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記被制御体は、前記加速度センサで検出される前記操作ペンダントの加速度の変化に基づいてその動作が制御される請求項１、２又は３に記載の制御装置。
5. 前記加速度センサは、前記操作ペンダントの位置を認識し、
   前記被制御体は、前記加速度センサで認識される前記操作ペンダントの位置に基づいて、その動作範囲が制御される請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御装置。
6. 操作ペンダントから入力される命令により被制御体を制御する制御方法であって、
   前記操作ペンダントの加速度を検出し、
   前記操作ペンダントの加速度が所定値以上である場合に、前記被制御体の動作を停止させる制御方法。
7. 前記操作ペンダントに設けられたデッドマンスイッチの押下状態、又は、前記操作ペンダントの加速度に基づいて、前記被制御体の動作を停止させる請求項６に記載の制御方法。
8. 前記加速度センサは、前記操作ペンダントの傾きを加速度として検出する請求項６又は７に記載の制御方法。
9. 前記操作ペンダントの加速度の変化に基づいて、前記被制御体の動作範囲を制御する請求項６、７又は８に記載の制御方法。
10. 前記操作ペンダントの位置を認識し、
    前記操作ペンダントの位置に基づいて、前記被制御体の動作範囲を制御する請求項６〜９のいずれか１項に記載の制御方法。

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