JPS60195602A - ロボツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、周辺機器と干渉することなく安全に動作する
ロボットに関するものである。

従来例の構成とその問題点 本特許の発明の詳細な説明内で使用することばの定義を
まず明らかにする。

許容動作領域：ロボット本体の各軸がそれぞれ許容され
ている動作範囲を動いた場合、ロボット先端が動作しう
る最大動作領域をいう。

限定動作領域：ロボット本体の動作軸のうち１軸又は複
数軸の各々の動作範囲が、近接スイッチ等の手段又は動
作指令値等により限定された場合に、ロボット先端が動
作しうる最大動作領域をいう。

実動作領域二ロボットが実際に作業する際に、ロボット
先端が動作する領域をいう。

安全動作領域：実動作領域を含みかつ、障害物や人間等
をさけた、安全に動作できる領域をいう。

一般に産業用ロボットは、ロボットの汎用性を考慮して
、許容動作領域は可能なかぎり広く設定されていた。一
方実際に作業を行なう場合には、いかなる条件下でも、
周辺の機器や人間に衝突しないという安全対”策も必要
である。

例えばプレイバック形の産業用ロボットにおいて作業を
教示する場合、人間がロボットに動作指令を行なうので
あるが、誤操作等によってロボットが予期しない動作を
し、周辺機器に衝突したシ教示中の作業者に危害を及は
したりする危険性がある。従ってあらかじめ作業内容を
想定して動作範囲を制限しておくことが安全上型まれる
。

また教示された作業内容に従ってプレイバック動作をし
ている間でも、強い電磁気的雑音等のためにロボットが
逸走したりする場合が絶無とは言えないのが現状である
。そこで作業内容に応じてロボットの動作範囲を制限し
ておくのが安全上型まれている。

そこで従来の産業用ロボットでは、近接スイッチやりミ
ツトスイッチ等を各軸毎に設定することＫより、１軸毎
の動作範囲を限定していた。またコントローラの各軸動
作指令値を制限することによ少、各軸毎の動作範囲を限
定した例もあった。

最近では、コントローラの動作指令値と、任意の場所に
設定できる近接スイッチ等の双方で、２重に安全性を高
めている例もある。

第１図は直交座標系ロボットで、動作領域を限定した具
体例である。直交座標系ロボット１は、ＸＹＺＳ軸方向
（矢印）に動作可能で、ロボット先端２の許容動作領域
（図示せず）は、一般に直方体となる。このロボットの
各軸動作範囲を、各軸動作指令値や近接スイッチ等の手
段により限定された領域が、限定動作領域数器１ノ５−
ｅ）−（７−ａ−９−１０）である。この限定動作領域
は通常直方体となる。しかしながら実際動作の場合、ロ
ボットが周辺の機器や人間等と干渉することなく安全に
動作できる領域はより複雑で、１個の直方体で近似する
ことは困難であった。

例えばロボットが周辺機器との干渉を最小限にする６面
体の領域が（３−４〜６−１１）−（７−８−９−１２
）であったとしても、このロボットの限定動作領域は直
方体領域（３−４−５−ｅ）−（７−ｓ−９−１０）吉
なシ、大きな不安全領域（１１−６−６）−（１２−９
−１０）をもっこととなる。従って上記限定動作領域で
は、不安全領域が多量に含まれるという欠点を有してい
た。

種々の形態の産業用ロボットでも同様である。

１例として、多関節ロボットについて考えてみる。

第２図、第３図は、多関節ロボットの許容動作領域の１
例を表わす図で、第２図はその上面図、第３図は側面図
である。１３は多関節ロボット、１４は許容動作領域の
上面図、１５は許容動作領域の側面断面図である。これ
ら両図を見てもわかる様に１多量節ロボットは一般に球
殻状の許容動作領域をもつ。

この多関節ロボットの許容動作領域内にあって、第４図
に示す障害物１６，１７１Ｃよって規制される実際に動
作する領域を実動作領域１８とする。

この実動作領域１８内で動作可能となる様に各軸の動作
範囲を限定すると、多関節ロボットの各軸が円弧動作を
するために第５図に示すように、この限定動作領域１９
は、障害物１６．１７のほとんどを包含するだけでなく
、取付面下等の不安全領域を多量に含むことになる。

さらに一方では、各軸が円弧動作をして、ロボット先端
の動作が直観的に認識しにくいために、１軸毎に動作範
囲を制限して限定動作領域１８を具現化することは、大
きな労力を要し困難な作業であった。

発明の目的 本発明は上記欠点に鑑み、障害物等をさけて実際上安全
に動作できる領域に対応した安全動作領域を、１軸毎の
動作範囲の制限ではなく、領域として簡単に設定でき、
かつ教示作業中やプレイバック動作中の安全性を高めた
、ロボットを提供するものである。

発明の構成 本発明のロボットは、安全動作領域を規定する装置と、
ロボット本体の姿勢が、」１記安全動作領域内にあるか
どうかを監視するロボット姿勢監視装置と、ロボット本
体の姿勢が安全動作領域内にない場合にロボット本体優
止等の処理を行なう安全処理装置とから構成されており
不安全領域を含まない、いわゆる安全動作領域が簡単に
規定でき、結果として高い安全性が得られるものである
。

実施例の説明 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第６図は本発明の一実施例における産業用ロボットの機
器構成例であり、第７図は、それらの機能を説明した図
である。ここで２０はロボット本体、２１けコントロー
ラ、２２はキーボード、２３はＣＲＴ、２４はティーチ
ングボックス、２５はコントローラ２１にデータを入出
力できるコントローラである。ロボット本体２ｏの各関
鰯には、各々、モータ２６、ロータリーエンコーダ２７
、減速機２８、ポテンショメータ２９が配設されている
。コントローラ２１内は、主演算処理装置（ＣＰＵ）３
０．記憶部３１と、ロータリーエンコーダ２７の出力す
るパルスを計数する計数部３２とポテンショメータ２９
の抵抗値をディジタル化して読みとる角度位置読取部３
３、読みとった各関節の角度位置からロボット先端の座
標を算出する直交変換演算部３４、ロボット位置方向監
視部３５、安全処理装置３６、ＤＣサーボドライバ３７
から構成されている。

第８図はロボット本体の１関節の具体的な構成例である
。３８は軸受・減速機等を組みこんだ曲げ関節ユニット
、２６は曲は関節ユニットを駆動するＤＣサーボモータ
、２７はＤＣサーボモータ２６に取９つけられたロータ
リーエンコーダ、２８は減速機、２９はポテンショメー
タである。

第９図、第１０図、第１１図は、教示による安全動作領
域の入力例である。３９は６面体の安全動作領域の教示
例、４ｏは６面体の安全動作領域の教示例、４１．４２
は一部を重ねて教示したそれぞれ６面体の安全動作領域
の教示例、４３は教示された安全動作領域４１を数値入
力等を用いて一部修正した安全動作領域である。

以上のように構成された産業用ロボットについて、以下
その動作を説明する。

まず、ロボットの安全動作領域を規定・記憶する手段を
説明する。本実施例では、ロボ、］・本体２０を、コン
トローラ２１、ティーチングボックス２４を用いて実際
に動かして安全動作領域を教示する。例えば第９図に示
すように、６面体領域の指示と６面体の８頂点の教示と
によって安全動作領域３９が教示され、コントローラ２
１内の記憶部３１に記憶される。また第１０図に示すよ
うな６面体領域の場合は、６面体領域の指示と５面体の
６頂点の教示とによって安全動作領域４０が教示され記
憶部３１に記憶される。

もし、凹部を含む複雑な領域を教示する必要がある場合
には、複数個の６面体領域又は６面体領域を重ね合わせ
ればよい。第１１図に２個の６面体領域を重ね合わせた
例を示す。黒丸印で表わされた各頂点を教示された６面
体領域４１と、Ｘ印で表わされた各頂点を教示された６
面体領域４２とは、−都電なり合っている。この２つの
劾域全体を安全動作領域として記憶部３１に記憶させる
ことができる。またもし、教示された領域の一部を修正
したい場合は、修正したい頂点の指示と、移動量、例え
ば（−〇、０．０）を入力すると１０印で示された領域
４３を得ることができる。

以上の例ではロボット本体先端に関する安全動作領域の
教示方法を述べたがロボット本体先端に取シつけられた
ハンドの先端に関する安全動作領域の教示も同様にして
規定し記憶できる。また、ロボット本体の他の場所、例
えば肘関節部に関しても、必要であれば同様にして安全
動作領域を規定し記憶できる。

次にロボット姿勢監視装置について説明する。

ロボット本体２０は複数個の関節からなりたっておシ、
そのそれぞれの関節は第８図に示すように、ＤＣサーボ
モータ２６で駆動される。ロータリーエンコーダ２７は
、ＤＣサーボモータ２６の主軸が１回転する間に１００
０パルスの信号を発生し、そのパルス信号を計数部３２
で計数することにより、その関節の角度位置がわかる。

従って、ロボット本体２ｏの各々の関節の角度位置がす
るので、演算することによりロボット本体先端の位置と
方向をめることができる。

一部ロータリーエンコーダ２７の先には減速機２８を介
してポテンショメータ２９が配設されており、関節ユニ
ット３８の角度位置に応じた抵抗値を示し、角度位置読
み取り部３３によってコントローラ２１内に読み込まれ
て、関節角度位置を検出する。検出された各々の関節角
度は直交変換演算部３４によってロボット本体先端の位
置・方向に変換する。

ロボット位置方向監視部３６は、検出・演算されたロボ
ット本体先端の位置・方向と、記憶部３１内に記憶され
ている安全動作領域とを比較して、ロボット先端が安全
動作領域内にあるかどうかを監視し、安全処理部３６に
その結果を出力する。

以上の例ではロボット本体先端の位置が安全動作領域内
にあるかどうかを監視したが、同様にしてロボット本体
先端に取りつけられたハンドの先端の位置についても監
視できるし、また、ロボット本体の他の場所、例えば肘
関節部の位置に関しても監視できる。。

そして、監視しているそれぞれの場所に関して、どれか
１つでも安全動作領域内にない場合は、安全処理装置３
６に信号を送ってロボット本体を動作不可能にする等の
処理が必要となる。

本実施例ではロボット姿勢監視装置は減速機２ａポテン
シヨメータ２９、角度位置読取り部３３、直交変換演算
部３４、ロボット位置方向監視部３６とから構成されて
いる。

また、安全動作領域を規定・記憶する装置は、ロボット
本体２０、コントローラ２１、キーボード２２、ＣＲＴ
２３、ティーチングボックス２４、コンピュータ２６と
記憶部３１とで構成されている。

最後に安全処理装置について説明する。

ロボット動作中の場合、コントローラ２１内の安全処理
装置３６は、ロボット先端等要監視場所がそれぞれの安
全動作領域内にない場合、すみやかにＤＣサーボドライ
バ３７の電源をしゃ断してＤＣサーボモータを停止させ
、ＤＣサーポモークに内蔵された保持用ブレーキ（図示
せず）を作動させてロボットの位置・姿勢を保持すると
ともに、エラーメツセージを出力し、警告ブザー（図示
せず）を鳴らす機能をもつ。

ロボットに教示中の場合は、ロボット先端等の要監視場
所がそれぞれの安全動作領域の境界部で、ロボットをサ
ーボ・ロック状態で停止させ、教示作業者に警告を与え
るとともに、教示作業者がロボット先端を安全動作領域
内にもどすことにより、引き続き教示ができるようにな
っている。

以上のように本実施例においては、安全動作領域を規定
・記憶できる手段と、ロボット姿勢監視装置と安全処理
装置を設けることにより、下記に示す大なる実用的効果
がある。

１、安全動作領域を教示や数値入力という手段で、ある
いは他コンピュータからの入力で、簡単にコントローラ
に入力記憶させることができ、かつ不安全動作領域を台
筐ない。

２、安全動作領域を、６面体や５面体を１個又は複数個
の集合として設定できるので、複雑な領域でも簡単に入
力できる。

３、入力された安全動作領域は簡単に修正することがで
きる。

４、ロボット本体各関節の角度位置検出にポテンショメ
ータを用いており、安全性、信頼性が高い。

５、ロボット動作中は常時ロボット先端が安全動作領域
内にあるかどうかを監視しており、もし領域内にない場
合は、すみやかに停止し、その位置姿勢を保持するので
、きわめて安全性が高い。

６、教示中は、安全動作領域の境界部でロボットの動作
をサーボロック状態で停止し、教示作業者に警告を出す
ので、教示の際の操作ミス等による事故を防ぐことがで
きる。

７、安全動作領域は、必要に応じて、ロボット先端やハ
ンド部や肘部等種々の場所で規定できるので、いろいろ
な状況に対応することができ、きわめて安全性が高い。

発明の効果 以上のように本発明のロボットは、安全動作領域を規定
・記憶する手段と、ロボット姿勢監視装置と、安全処理
装置とを設けることにより、比較的簡単に教示中もロボ
ット動作中も共に安全で信頼性の高い産業用ロボットに
することができ、その実用的効果は大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の直交座標系ロボットの限定動作領域を表
わす説明図、第２図は多関節ロボットの許容動作領域を
表わす上面図、第３図は同側面図、第４図は障害物によ
って規制された実動作領域を表わす図、第６図は第４図
の実動作領域を含む限定動作領域を表わす図、第６図は
本発明の一実施例における産業用ロボットの機器構成を
表わす斜視図、第７図はその機能を説明した構成図、第
８図は本発明の一実施例におけるロボット本体の１関節
の具体的構成を表わした断面図、第９図、及び第１０図
、第１１図は教示による・安全動作領域を表わした説明
図である。 ２０・・・・・・ロホノ）　本体、　２１−−・・コン
トローラ、２２・・・・・キーボード、２３・・・・・
ＣＲＴ、２４・・・・・・ティーチングボックス、２６
・・・・・・コンピュータ、２６・・・・・・ＤＣサー
ボモータ、２７・・・・・・ロータリーエンコーダ、２
８・・・・・・減速機、２９・・・・・・ポテンショメ
ータ、３０・・・・・・主演算処理装置、３１・・・・
・・記憶部、３２・・・・・・計数部、３３・・・・・
・角度位置読取部、３４・・・・・・直交変換演算部、
３６・・・・・位置方向監視部、３６・・・・・・安全
処理装置、３７・・・・・・ＤＣサーボドライバ、３８
・・・・・・関節ユニット、３９・４ｏ・４１・４２・
４３・・・・・・安全動作領域。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 ４ 第３図 １５ 第４図 ７ 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 ｆ；１１図 ４？

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）多自由度のロボットが、そのロボットの動作範囲
   内にある周辺機器等に衝突することなく安全に動作でき
   る安全動作領域を、任意の位置に設定可能な監視対象点
   の位置情報として教示によって規定し記憶する装置と、
   ロボットの監視対象点が上記安全動作領域内にあるかど
   うかを監視・判断するロボット姿勢監視装置と、ロボッ
   トの監視対象点が対応する安全動作領域内にない場合に
   、ロボット本体動作不可能にする等の処理を行なう安全
   処理装置とを備えたロボット。