JPH11165291A - 安全監視装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 産業用ロボットが稼働しているときに、人
や物体がロボットの動作範囲内に侵入すると、警報を出
して事故を未然に回避する。 【解決手段】ロボット３とその周辺に存在する物体の位
置情報と、ロボット３の動作範囲を予め記憶しておき、
監視を開始するとセンサ２を走査して検出範囲内の物体
の距離を測定し、その測定情報と初期値を比較して物体
が侵入しているかどうかを判断し、物体が侵入していれ
ばセンサ２の情報をロボット３を中心とする座標系の情
報に変換して物体がロボット３の動作範囲に入っている
かどうかを判断し、ロボット３の動作範囲に入っていれ
ばアラームを出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用ロボットが
稼働しているときに人や物体がロボットの動作範囲内に
侵入すると、警報を出して事故を未然に回避する安全監
視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の産業用ロボットの安全監視装置の
一つに、カメラを用い、ロボットの動作範囲に侵入する
物体を非接触で検出するというものが考案されている
（特公平７−８１６７７）。その技術を図５を用いて説
明する。図において、５１〜５４は床の上に置かれた溶
接ロボット５７と治具台５８の上部の空間にある天井な
どに固定されたカメラであり、５５はカメラ５１〜５４
の信号を受ける安全監視装置、５６はカメラ５１〜５４
が監視できる監視領域である。カメラ５１〜５４の測定
対象の面は矩形であるが、溶接ロボット５７と治具台５
８の周辺を監視するには、複数のカメラが必要であり、
図のように４個のカメラが上部に設けられている。カメ
ラ５１〜５４で監視された監視領域５６の画像は安全監
視装置５５に取り込まれ、画像処理されて監視領域５６
に物体が侵入したかどうかが判断される。そして、物体
の侵入が検知されるとロボットを非常停止させたり、回
避動作をとらせたりするための警報情報を出力してい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
は、カメラを使用するために視野が矩形をしたうえ狭
く、広い領域を監視するには複数のカメラを設置しなけ
ればならず、システムが高価になるほか、ロボットの頭
上に設置するための設置スペースを必要とし、設置作業
に時間と手間を要するという問題があった。また、物体
がカメラの視野に入れば警報を出力するというのでは、
カメラの視野内全てがロボットの動作範囲というわけで
はないので、動作範囲外であっても警報が出力されるこ
とがあり、逆に、カメラの設置位置が少しでも適してい
なければ動作範囲であっても警報が出力されないことに
なり、このようなことを考慮してカメラを設置するた
め、カメラの設置が容易でないだけでなく、警報出力の
信頼性が不十分であるという問題があった。一方、本発
明で適用している特開平７−９８３７９号公報記載の走
査型距離センサを使用し、監視領域内への侵入者を検出
する場合、単純にはロボットと同じ位置にセンサを設置
しなければならず、センサの設置やメンテナンスのとき
にはロボットの稼働を停止させる必要からロボットの稼
働率を低下させ、また、センサの設置スペースの確保も
難しいという問題があった。そこで、本発明は、上記問
題を回避するべく、ロボットの動作範囲内に物体が侵入
したことを検知して警報を出力する安全監視装置を、省
スペースで安価に提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、産業用ロボットの動作範囲内に物体が侵入したこと
を監視する請求項１記載の本発明の安全監視装置は、キ
ーボードや通信手段を用いて、前記ロボットとその周辺
にある物体の初期位置データを入力するデータ入力手段
と、前記ロボットの近傍に設置された走査型距離センサ
の情報を受けるセンサ信号入力手段と、前記データ入力
手段の情報と、前記センサ信号入力手段の情報と、これ
らの２次情報の少なくとも一つを予め格納しておくメモ
リーと、該メモリーの情報と前記センサで計測された情
報またはその２次情報とを比較して判定する比較判定手
段と、前記データ入力手段または前記センサ信号入力手
段の情報を座標変換する座標変換器と、前記データ入力
手段と、前記センサ信号入力手段と、前記メモリーと、
前記比較判定手段と、座標変換器とを制御し、前記セン
サの検出範囲に物体が侵入したかどうかを判断し、さら
に前記ロボットの動作範囲内に前記物体が侵入したかど
うかを判断し、該動作範囲内に物体が侵入していればア
ラーム情報を出力する中央制御器と、該中央制御器の情
報を受けて警報するアラーム出力手段とからなることを
特徴とするものである。また、請求項２記載の本発明
は、産業用ロボットの近傍に設けられた走査型距離セン
サと、その情報を用いて前記ロボットの動作範囲内に物
体が侵入したことを監視する安全監視装置において、前
記ロボットとその周辺に存在する物体の位置情報と、前
記ロボットの動作範囲を記憶させて初期値をセットし、
監視を開始すると前記センサを走査して距離を測定し、
その測定情報と前記初期値を比較して物体が侵入してい
るかどうかを判断し、物体が侵入していなければ前記測
定を継続し、物体が侵入していればセンサの情報を前記
ロボットを中心とする座標系の情報に変換し、前記物体
が前記ロボットの動作範囲に入っているかどうかを判断
し、前記動作範囲に入っていなければ前記測定を継続
し、入っていればアラームを出力することを特徴とする
安全監視装置の安全監視方法である。このように、ロボ
ットから離れた位置に本発明の安全監視装置を設置し、
物体がロボットの動作範囲に侵入したかどうかを監視す
るので、ロボットに負担をかけることなく、動作範囲内
への侵入を確実に監視することができる。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。図１は本発明の安全監視装置の構成を示
すブロック図であり、図２はロボットの監視状況を示す
斜視図、図３は安全監視装置の処理の流れを示すフロー
チャート、図４は走査型距離センサとロボットの位置関
係等を示す図である。図において、２は特開平７−９８
３７９号公報に記載された走査型距離センサであり、ロ
ボット３とその動作範囲４を測定範囲５に含むようにロ
ボットの近傍に設置され、検出した情報を本発明の安全
監視装置１に出力する。そしてこのセンサ２は、レーザ
ビームを水平と垂直に走査し、反射光の検出状況から物
体の位置、すなわち、センサ２からみた物体の水平方向
の角度と、垂直方向の角度、センサ２から物体までの距
離を定量的に検出することができるようになっている。
１３はキーボードや通信手段を用いてデータを入力する
データ入力手段としてのデータ入力インターフェイスで
あり、１１はセンサ２の情報を受けるセンサ信号入力手
段としてのセンサ入出力インターフェイス、１４はデー
タ入力インターフェイス１３の情報と、センサ入出力イ
ンターフェイス１１の情報と、これらの２次情報の少な
くとも一つを予め格納しておくメモリー、１５はメモリ
ー１４の情報とセンサ２で計測された情報またはその２
次情報とを比較して判定する比較判定手段としての比較
判定器、１６はデータ入力インターフェイス１３または
センサ入出力インターフェイス１１の情報を座標変換す
る座標変換器である。１０は、データ入力インターフェ
イス１３と、センサ入出力インターフェイス１１と、メ
モリー１４と、比較判定器１５と、座標変換器１６を制
御し、センサ２の検出範囲に物体が侵入したかどうかを
判断し、さらにロボットの動作範囲内に当該物体が侵入
したかどうかを判断し、動作範囲内に物体が侵入してい
ればアラーム情報を出力する中央制御器である。１２は
その情報を受けて警報するアラーム出力手段としてのア
ラーム出力インターフェイスであり、警報音を鳴らした
り、警報ランプを点灯或いは点滅させたり、警報信号を
出力する機能を備えている。この信号をロボット３の制
御盤が入力するとロボットの動作を停止させたり、当該
物体に当ることなく回避動作をさせたりすることができ
る。以上の構成要素、すなわち、データ入力インターフ
ェイス１３と、センサ入出力インターフェイス１１、メ
モリー１４、比較判定器１５、座標変換器１６、中央制
御器１０、アラーム出力インターフェイス１２とで安全
監視装置１をなしている。このような構成をした安全監
視装置１は、次のように動作する。まずＳ１の初期値セ
ットのステップでは、ロボット３の位置情報を入力す
る。この情報は、物差しや何らかの距離計測手段により
測定した値をキーボードなどの入力手段を使って入力し
てもよく、何らかの通信手段を用いて入力してもよく、
また、センサ２を使って測定した情報を入力してもよ
い。そして、ロボット３を含み、センサ２の測定範囲に
ある全ての物体のセンサ２に対する位置と、ロボット３
の動作範囲を初期値として入力する。次のステップＳ２
では監視を開始する。この監視は、データ入力インター
フェイス１３を介して手入力して開始してもよく、ロボ
ット３の制御装置など外部の装置の信号によって開始し
てもよく、その他の方法で開始しても構わない。ステッ
プＳ３ではセンサ２がレーザ光線を走査し、測定範囲５
内の物体の位置を測定して位置情報がセンサ入出力イン
ターフェイス１１から取り込まれる。ステップＳ４で
は、センサ２の情報が、予めメモリ１４に格納された測
定範囲５内の全ての物体の位置情報と比較され、初期値
と異なるかどうか、すなわち、既存の物体以外のものが
存在するかどうかが判断される。そして既存の物体以外
の物体がなければステップＳ３に戻り、繰返して距離の
測定をする。ステップＳ５へは、ステップＳ４で既存の
物体以外の物体があるということが判断された時に移行
する。 このステップではセンサ入出力インターフェイス
１１を介して取り込まれたセンサ２の情報を座標変換器
１６で変換される。その変換を図４を参照して説明す
る。この図において、センサ２からみたロボット３の設
置位置７と検出物体６との角度θと、距離Ｌが、センサ
２が検出した検出物体６の位置情報である。この情報と
メモリ１４に格納されたセンサ２からロボットの設置位
置７までの間の距離とによって、幾何学的関係からロボ
ットの設置位置７からみた検出物体６の位置情報、すな
わちロボット設置位置７からみたセンサ２と検出物体６
の角度φと、検出物体６までの距離Ｒが、求められる。
この関係は当業者なら簡単に求められるので算出手順の
説明は省略する。ステップＳ６では、座標変換した情報
から、検出物体６がメモリー１４に格納されたロボット
３の動作範囲４に入っているかどうかが判断される。検
出物体６がロボット３の動作範囲４に入っていなければ
ステップＳ３に戻ってセンサ２の測定が継続される。ス
テップＳ７へは、ステップＳ６で検出物体６がロボット
３の動作範囲４に入っている場合に移行する。このステ
ップでは中央制御器１０が警報を出力し、その警報がア
ラーム出力インターフェイス１２を介して出力されるほ
か、アラーム出力インターフェイス１２によって警報ラ
ンプを点灯させたり、点滅させたり、或いは警報音を発
生させるなど、必要な手段を選んで警報を発生させる。
そして、この警報を受けた外部装置、例えばロボット３
の制御装置が、ロボット３の動作を停止させたり、検出
物体６に当たらないように回避動作をさせたりすること
ができ、事故を回避することができるのである。ステッ
プＳ８では監視を継続するかどうかを判断し、継続する
場合はステップＳ３に戻ってセンサ２の測定が継続さ
れ、継続しない場合は安全監視装置１の一連の動作を停
止する。継続するかどうかはデータ入力インターフェイ
ス１３を介して、外部装置から指令を与えたり、或いは
人がキーボード等から入力するのであっても構わない。
以上説明したように、ロボット３が稼働中に作業員など
の人や他の作業装置がロボット３の動作範囲４に侵入し
て引き起こされる事故を、侵入したことを速やかに検出
することによって回避することができる。なお、ロボッ
ト３が動作範囲４内で自在に動作し、ステップＳ１でセ
ットされた初期値と異なる場合もあることについては、
どのような状態にあってもロボット３のベース部分から
アームの先端まで連続して繋がっているので、ベース部
分から連続している部分をロボット３と見なすという判
断を前記中央制御器１０にさせ、ロボット３はどんな状
態でも侵入物体とみなさないようにしてもよく、また、
ロボット３のアーム先端が動きうる物理的な動作範囲よ
りも少し外側に、仮想の動作範囲４を設定し、ステップ
Ｓ６ではロボット３の動き得る範囲をすべて不感帯とな
るよう設定しておいてもよい。このような対策は他のや
り方を使っても何ら構わない。これらの手だてにより、
前記の監視機能は正しく行われる。安全監視装置１の前
記の一連の動作は、侵入物体を検出して警報が出力され
た後も監視を続けるように組込むこともでき、既存の物
体以外の物体が存在しないと判定された時点でロボット
３の停止状態或いは回避動作をキャンセルすることもで
きる。上記の説明ではセンサを１台のみ用いる場合を示
したが、本発明の趣旨に従えば、センサは１台に限られ
るのではなく複数台用いることも可能である。例えば、
ロボット３の周辺に３台のセンサを配置し、同時に動作
させて同様の処理を行えば、１台のみで検出するときに
生じるロボットの死角を他のセンサがカバーでき、さら
に信頼性の高い監視ができることも容易に理解すること
ができる。そして、前記の実施例ではセンサ２と安全監
視装置１を別々の装置として示したが、これらが一体と
なった構成であっても構わないということは明白であ
る。

【０００６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、作
業員などの人がロボットの動作範囲内に侵入したことを
検知して回避のための情報を速やかに出力することがで
きるため、事故を引き起こすことがなくなり、事故によ
りロボット３の稼働率を損なったり、人が負傷すること
がなくなるという効果がある。また、本発明の安全監視
装置により、従来の監視装置よりも設置のためのスペー
スを少なくすることができ、安価に提供することもでき
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の安全監視装置の構成を示すブロック図

【図２】安全監視装置の使用状態を示す斜視図

【図３】安全監視装置の走査手順を示すフローチャート

【図４】ロボットとセンサの位置関係を示す図

【図５】従来の安全監視装置の使用状態を示す斜視図

【符号の説明】

１ 安全監視装置 １０ 中央制御器 １１ センサ入出力インターフェイス １２ アラーム出力インターフェイス １３ データ入力インターフェイス １４ メモリー １５ 比較判定器 １６ 座標変換器 ２ 走査型距離センサ ３ ロボット ４ ロボットの動作範囲 ５ センサの測定範囲 ６ 検出物体 ７ ロボットの設置位置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】産業用ロボットの動作範囲内に物体が侵入
   したことを監視する安全監視装置において、 キーボードや通信手段を用いて、前記ロボットとその周
   辺にある物体の初期位置データを入力するデータ入力手
   段と、 前記ロボットの近傍に設置された走査型距離センサの情
   報を受けるセンサ信号入力手段と、 前記データ入力手段の情報と、前記センサ信号入力手段
   の情報と、これらの２次情報の少なくとも一つを予め格
   納しておくメモリーと、 該メモリーの情報と前記センサで計測された情報または
   その２次情報とを比較して判定する比較判定手段と、 前記データ入力手段または前記センサ信号入力手段の情
   報を座標変換する座標変換器と、 前記データ入力手段と、前記センサ信号入力手段と、前
   記メモリーと、前記比較判定手段と、前記座標変換器と
   を制御し、前記センサの検出範囲に物体が侵入したかど
   うかを判断し、さらに前記ロボットの動作範囲内に前記
   物体が侵入したかどうかを判断し、該動作範囲内に物体
   が侵入していればアラーム情報を出力する中央制御器
   と、 該中央制御器の情報を受けて警報するアラーム出力手段
   と、からなることを特徴とする安全監視装置。
2. 【請求項２】産業用ロボットの近傍に設けられた走査型
   距離センサと、その情報を用いて前記ロボットの動作範
   囲内に物体が侵入したことを監視する安全監視装置にお
   いて、 前記ロボットとその周辺に存在する物体の位置情報と、
   前記ロボットの動作範囲を記憶させて初期値をセット
   し、 監視を開始すると前記センサを走査して距離を測定し、 その測定情報と前記初期値を比較して物体が侵入してい
   るかどうかを判断し、 物体が侵入していなければ前記測定を継続し、物体が侵
   入していればセンサの情報を前記ロボットを中心とする
   座標系の情報に変換し、 前記物体が前記ロボットの動作範囲に入っているかどう
   かを判断し、 前記動作範囲に入っていなければ前記測定を継続し、入
   っていればアラームを出力することを特徴とする安全監
   視装置の安全監視方法。