JPS63216692A - 危険防止装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、検査、抽出、搬送２組立、工作または加工等
の作業を行なう作業装置の危険防止装置に関する。

（従来の技術） 作業装置には１部品の検査や抽出、搬送、組立て、工作
あるいは加工等の多種多様な作業を行なうものがあるが
、例えば、旋回するアームを有する装置においてはその
旋回半径内等が、また溶接ヘッドを有する装置において
はその容融合属の飛散半径内等が立入禁止領域に設定さ
れて、動作中の人員の立入が禁止されている。

従来においては、例えば黄色と黒色のペイントにより床
に立入禁止領域を表示したり、バリケートを構成するな
どして人員に対する安全確保が図られている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、作業装置の近傍にいる人員が他のことに気を
取られて立入禁止領域内に侵入したり、動作停止中に調
整等のために立入禁止領域内に入った人員に気付かずに
オペレータが装置を起動してしまうと人員に危険が及ぶ
虞れがある。このために、この種の作業装置を扱う部所
においては、さらに人員用通路を設けたり、点呼や注意
換起を行なうことを各人に義務付けて安全確保をさらに
確実なものにしている。しかしながら、この種の安全確
保は内省的であり、人員に対する教育や訓練を必要とし
、不慣れな者や部外者に対しては特に注意を要する。

本発明は、人員に対する教育や訓練を必要とすることな
く、作業装置の安全を確保することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の危険防止装置におい
ては５作業装置の動作に応じて設定された立入禁止領域
内の人員ありなしを検出する人員検出手段；および、該
人員検出手段が人員ありを検出すると前記作業装置の動
作を停止する動作停止手段；を備える。

（作用） これによれば、立入禁止領域内に人員が侵入すると作業
装置の動作が停止されるので、人員に対する教育や訓練
を必要とすることなく、作業装置の安全を確保すること
ができる。

立入禁止領域内の人員ありなしは、例えば、立入禁止領
域に人員がいるとき、あるいは立入禁止領域に人員の一
部があるとき、その人員の少なくとも一部を含む電界を
形成するように第１電極と第２電極を設置することによ
り検出できる。つまり、人体は比較的高い誘電率を有す
るので、これら第１電極と第２電極との間の静電容量は
立入禁止領域の人員ありなしに応じて変化する。この静
電容量の変化態様は、立入禁止領域に荷物等が置かれた
場合と人員ありの場合とでは大きく異なるので、確実な
人員ありなし検出が可能である。

本発明の他の目的および特長は、以下の図面を参照した
実施例説明より明らかになろう。

（実施例） 第１図に本発明を一例で実施する作業ロボット１０の制
御システムを示すブロック図を、第２ａ図に該作業ロボ
ット１０の外観を示す斜視図を、第２ｂ図にその動作を
示すブロック図を、それぞれ示した。

まず、第２ａ図および第２ｂ図を参照されたい。

この作業ロボット１０は、床面に固定された本体１１に
対して、矢印Ａａｚ方向に回動するアジマス関節１２．
矢印Ａｅ１方向に回動するエレベーション関節１３．お
よび矢印Ａｒ方向に方向に往復動するアーム１４等を有
する。つまり、球の中心から球の表面上の任意の点に向
うように動いて作業を行なうロボットであり、極座標型
作業ロボットと呼ばれる。したがって、アーム１４を最
大炎にしたときの動作半径を基準に立入禁止領域が設定
さ九ており、そこには黄色と黒色の縞をペイントしたセ
ーフティマット（第３図に示す２０）が敷設されている
。

アーム１４の先端には作業を行なうための作業子が装着
されており、作業子は部品を挟み込むためのフィンガ１
７と、フィンガ１７の微細な位置決めを行なうためのヘ
ッド１５およびハンド１６で構成されている。

このロボット１０の、アジマス関節１２．エレベーショ
ン関節１３．アーム１４．ヘッド１５およびハンド１６
は直流モータ（第１図に示したＭａｚ。

Ｍ　ｅ　ｌ　、　Ｍ　ｒ　、・・・・・・、）によって
駆動され、フィンガ１７はソレノイドバルブ（第１図に
示した５ｏｌｌおよび５ｏ１２）により制御される空気
圧によって駆動される。

第１図を参照されたい。

作業ロボット１０の制御システムはマイクロコンピュー
タ（以下ＣＰＵという）１を中心に、人員検出ユニット
２，０．１秒タイマ３．姿勢検出ユニット４．入カニニ
ット５．電源ユニット６および各種ドライバにより構成
されている。

ＣＰＵ１は、概略で、人員検出ユニット２を用いて、作
業ロボット１０の周囲に設定した立入禁止領域内の人員
ありなしを検出し、人員なしであれば、入カニニット５
に備わる起動スイッチＳＷＳのオン操作に応答して作業
ロボット１０のアジマス関節１２．エレベーション関ｉ
ｔ　３．アーム１４、ヘッド１５およびハンド１６を駆
動するモータＭａｚ、　Ｍｅｌ、　Ｍｒ、−、のドライ
バＤｒｖ１、ならびにフィンガ１７を駆動するソレノイ
ドバルブ５ｏｌｌおよび５ｏ１２のドライバＤｒｖ２等
に通電し、その後は継続的に人員ありなしを監視しなが
ら、人員なしの場合には入カニニット５よりの作業デー
タと姿勢検出ユニット４よりの姿勢データとにより作業
ロボット１０の各種アクチュエータ（アジマス関節１２
．エレベーション関節１３、アーム１４．ヘッド１５．
ハンド１６およびフィンガ１７）の姿勢を制御する。

この姿勢制御を行なっている間に、立入り禁止領域内に
人員が侵入すると、ドライバＤｒｖｌおよびＤｒｖ２等
に対する通電を遮断してロボット１０の動作を停止する
。

人員検出ユニット２は、発振器ＯＳＣ，カウンタＣＴＲ
およびパラレルイン・シリアルアウト・ジッドレジスタ
（以下ＰＳレジスタという）ＰＳＲで構成されている。

発振器ｏＳＣの１番端子にはカウンタＣＴＲの入力端子
ＩＮが、２番端子には定電圧Ｖｃの電源が、３番端子に
は機器アースが、４番および５番端子には外付けのコン
デンサＣｘが、それぞれ接続されている。第１図におい
ては抵抗器を長方形で示しているが、各抵抗器の抵抗値
を適切に選定することにより、１番端子から外付けのコ
ンデンサＣｘと抵抗器Ｒとの積の逆数に比例する周波数
、すなわち外付けのコンデンサＣｘの容量が大きいとき
には低い周波数の、外付けのコンデンサＣｘの容量が小
さいときには高い周波数の出力信号が得られる。

カウンタＣＴＲは、Ｏ２０の出力信号の立上りでカウン
トアツプする。カウンタＣＴＲの１６ビツトパラレル出
力端子はＰＳレジスタＰＳＲの１６ビツトパラレル入力
端子に接続されている。また、カウンタＣＴＲのリセッ
ト入力端子ＲｓｔはＣＰＵ１の出力ポートＰＩに接続さ
れている。

ＰＳレジスタＰＳＲのクロック入力端子ＣＬＫはＣＰＵ
Ｉの出力ポートＰ２に、クロックィンヒビット入力端子
ＣＩはＣＰＵＩの出力ポートＰ３に、シフトロード入力
端子ＳＬはＣＰＵＩの出力ポートＰ４にそれぞれ接続さ
れている。

ＰＳレジスタＰＳＲは、シフトロード入力端子ＳＬに印
加されるＣＰＵＩからのシフトロードパルスの立上りで
カウンタＣＴＲよりパラレル入力端子に与えられる１６
ビツトのデータを各ビットにプリセットし、クロックィ
ンヒピット入カ端子ＣＩに与えられるＣＰＵＩからのク
ロックィンヒピット信号がＬレベルになると、クロック
入力端子ＣＬＫに与えられるクロックパルスに同期して
、プリセットしたデータを出力端子ＯＵＴがらＣＰＵ１
のシリアル入力ポートＲ１に向けてシリアル出力する。

ここに示した外付けのコンデンサＣｘは、第３図に示す
ようにロボット１ｏの周囲に敷設したセーフティマット
２０に組込まれた検出電極２１とロボット１０のボディ
アースとにより構成される人員検出コンデンサである。

つまり、発振器Ｏ８Ｃの４番端子には検出電極２１が、
５番端子にはロボット１０のボディアースが、それぞれ
接続される。

セーフティマット２０は、２枚のゴム板の間にアルミ箔
を挟み込んで構成されているので検出電極２１とロボッ
ト１０のボディアースとは互いに絶縁され、これらの間
に、例えば検出電極２１を正として適当な電圧を印加す
ると、第３図にその態様を１点鎖線矢印により模式的に
示すように、検出電極２１からロボット１０に向って電
気力線が出る。したがって、セーフティマット２０上に
人員（ＭＡＮ）がいるとき、すなわち立入禁止領域内に
六貝がいるとき、その人員はこれらの電気力線を鎖交す
るので、検出電極２１とロボット１０のボディアースと
により構成される人員検出コンデンサの静電容量が大き
くなり、セーフティマット２０上に人員（ＭＡＮ）がい
ないとき、すなわち立入禁止領域内に人員がいないとき
、人員検出コンデンサの静電容量が小さくなる。

ＣＰＵＩは０．１秒タイマ３の割込要求毎に、つまり０
．１秒毎に、発振器○ＳＣの出力したパルス数（ＯＳ　
Ｃの発信周波数ｆに対応する）をサンプリングし、該パ
ルス数の変化率からセーフティマット２０上の人員あり
なし、つまり、立入禁止領域内の人員ありなしを検出す
る。

この人員ありなし検出の概要を第４図に示したグラフを
参照して説明する。

第４図においては、実線で発振器Ｏ８Ｃの発振周波数ｆ
の時間変化を、破線で参照データＲｅｆの時間変化を、
それぞれ−例で示している。

ＣＰＵＩは、０．１秒タイマ３の割込み毎にカウンタＣ
ＴＲおよびＰＳレジスタＰＳＲを介して発振器ｏＳＣの
出力したパルス数をサンプリングし、該パルス数に対応
する周波数データを設定するとともに、１回前のタイマ
割込み時の周波数データ（日周波数データ）に対する今
回の周波数データ（新周波数データ）の変化量を変化量
データとして設定する。この変化量データが所定閾値以
下であれば「人員なし」を検出し、該変化量データが所
定閾値を超えると（つまり検出電極２１とロボット１０
のボディアースとの間の静電容量が急激に増加すると）
「人員あり」を検出する。このとき、新周波数データを
参照データＲｅｆとして更新設定し、次のタイマ割込み
からは、参照データＲｅｆとそのときの新周波数データ
とを比較し、新周波数データの示す値が参照データＲｅ
ｆを超えると（つまり前記静電容量が減少すると）「人
員なし」を検出する。

検出電極２１とロボット１０のボディアースとの間の静
電容量の変化態様は、電気力線を鎖交する誘電体の種類
により異なるので、セーフティマット２０上に人員が乗
った場合と、そこに荷物等が置かれた場合とでは大きく
異なるものとなる。したがって、上記所定閾値を適切に
設定することにより正確にセーフティマット２０上の人
員ありなし、すなわち、立入禁止領域内の人員ありなし
が検出できる。

ＣＰＵＩのより具体的な動作を、第５図および第６図に
示したフローチャートを参照して説明する。

入カニニット５に備わるメインスイッチＳＷが操作され
て電源が投入されると、ｃｐｕｉは、内部レジスタ、フ
ラグ、入出力ボートおよび各構成要素をリセットして初
期化し、０．１秒タイマ３の割込要求を許可する。

０．１秒タイマ３の割込要求によって起動されるタイマ
割込処理については後述するが、これにおいては、セー
フティマット２０上に人員がいないときにはフラグＭを
リセット（０）し、人員がいるときには該フラグＭをセ
ット（１）する。

したがって、フラグＭをリセット（０）しているときに
は、ロボットｌＯを動作しても危険がないので、入カニ
ニット５に備わる起動スイッチＳＷＳの操作待ちループ
を構成する。

起動スイッチＳＷＳがオン操作されると、リレードライ
バＤｒｖ３にリレーＲＬＩの付勢を指示し、フラグＦ１
をセット（１）する。リレーＲＬＩが付勢されるとリレ
ー接点ｒ（ｉｌをメークするので、ロボット１０のアジ
マス関節１２．エレベーション関節１３．アーム１４．
ヘッド１５およびハンド１６を駆動するモータＭａｚ、
　Ｍｅｌ、　Ｍｒ、　・＝・・＋のドライバＤｒｖｌ、
フィンガ１７を駆動するソレノイドバルブ５ｏｉｌおよ
び５ｏ１２のドライバＤｒｖ２ならびに入カニニット５
にに所定の電圧（ｖｅ”。

Ｖ　ｅ−）が供給される。入カニニット５に供給された
該電圧はリレーＲＬ２を付勢して起動スイッチＳＷＳを
自己保持する。

この後は、セーフティマット２０上に人員がなければ、
起動スイッチＳＷＳがオフ操作されるまで、入カニニッ
ト５よりの作業データ、姿勢検出ユニット４よりの作業
ロボット１０の各種アクチュエータ（アジマス関節１２
．エレベーション関節１３、アーム１４．ヘッド１５．
ハンド１６およびフィンガ１７）の姿勢データを読取り
、作業データに姿勢データが一致するようにドライバＤ
ｒｖ１およびＤｒｖ２にモータＭａｚ、　Ｍｅｌ、　Ｍ
ｒ、　・・・・・＋およびソレノイドバルブ５ｏｌｌ、
５ｏ１２の付勢／消勢指示を与えて上記各種アクチュエ
ータの姿勢を制御するループを構成する。

このループで起動スイッチＳＷＳがオフ操作されると、
リレードライバＤｒｖｌにリレーＲＬＩの消勢を指示し
てフラグＦをリセットする。リレーＲＬＩの消勢により
リレー接点ｒＱ１がブレークするので、モータドライバ
Ｄｒｖｌ、ソレノイドドライバＤｒν２および入カニニ
ット５に対する給電が遮断されて、ロボット１０の動作
が停止され、また起動スイッチＳＷＳの自己保持が解か
れる。

第６図に示したフローチャートを参照してタイマ割込処
理を説明する。

０．１秒タイマ３による割込要求があると、まずレジス
タＲａの値をレジスタＲｈに格納する。このレジスタＲ
ａの値は、続いての説明により明らかになろうが、１回
前のタイマ割込時の人員検出ユニット２の出力周波数デ
ータ（つまり０．１秒前の周波数データ：日周波数デー
タ）である。

続いて出力ポートＰ４からシフトロードパルス（Ｈレベ
ル）を出力し、人員検出ユニット２に備わるＰＳレジス
タＰＳＲの各ビットに、カウンタＣＴＲより与えられて
いる１６ビツトのデータをプリセットする。この後、出
力ポートＰ５からリセットパルス（Ｌレベル）を出力し
てカウンタＣＴＲをリセットする。つまり、カウンタＣ
ＴＲは、タイマ３の割込発生から次の割込発生までに、
発振１）Ｏ３Ｃが発生したパルス数をカウントする。

次に、出力ポートＰ３よりクロックインヒビット信号を
Ｌレベルに転じて出力する。これにより、乗員検出ユニ
ット２に備わるＰＳレジスタＰＳＲは、プリセットした
データをクロックパルスに同期して出力端子ＯＵＴより
シリアル出力するので、この出力、つまりシリアル入力
ポートＲ１に入力するデータを読み取り、新周波数デー
タとしてレジスタＲａに格納する。

レジスタＲａへの新周波数データの格納を終了するとク
ロックインヒピット信号（ボートＰ３出力）をＨレベル
に転する。

以下のルーチンの説明を、フラグＭをリセット（０）し
ているものとして続ける。

レジスタＲａには今回の周波数データ（新周波数データ
）を、レジスタＲｈには１回前のタイマ割込時の周波数
データ（日周波数データ）を、それぞれ格納しているの
で、レジスタＲｈの値からレジスタＲａの値を減じた値
を変化量データとしてレジスタＲｅに格納し、レジスタ
Ｒａの値を参照データとしてレジスタＲｅｆに格納する
。

ここで、レジスタＲｃの値（変化量データ）を、人員検
出ユニット２に備わる発振器Ｏ８Ｃの発振周波数を実測
して設定した閾値Ｃとを比較する。

このとき、レジスタＲｅの値（変化量データ）が閾値Ｃ
以下であれば、そのままメインルーチンにリターンする
が、人員が立入禁止領域に侵入してセーフティマット２
０上に乗ると検出電極２１とロボット１０のボディアー
スとにより構成される人員検出コンデンサの静電容量が
急激に増加してレジスタＲｅの値（変化量データ）が閾
値Ｃを超える。その場合には、フラグＭをセット（１）
し、ロボット１０を動作しているときにはフラグＦをセ
ット（１）しているので、リレードライ／（Ｄｒｖ３に
リレーＲＬＩの消勢を指示し、フラグＦをリセット（０
）する。リレーＲＬＩの消勢によりすレー接点ｒＱ１が
ブレークしてモータドライバＤｒｖｌ＋ソレノイドドラ
イバＤｒｖ２および入カニニット５に対する通電が遮断
され、ロボット１０の動作、すなわち、アジマス関節１
２．エレベーション関節１３．アーム１４．ヘッド１５
．ハンド１６およびフィンガ１７の動作が停止されると
ともに、起動スイッチＳＷＳの自己保持が解かれる。

第５図のメインルーチンを参照すると、フラグＭをセッ
ト（１）した後は、待機ループを構成する。

また、この後のタイマ割込処理においては、レジスタＲ
ｅｆの値（参照データ：フラグＭセット時に固定）とレ
ジスタＲａの値（そのときの新周波数データ）とを比較
する。

人員が立入禁止領域内にいる間、すなわち、セーフティ
マット２０上にいる間はこの比較においてレジスタＲａ
の値がレジスタＲｅｆの値以下となるのでフラグＭを変
更しない。

人員が立入禁止領域から出て、すなわち、セーフティマ
ット２０上からいなくなると、検出電極２１とロボット
１０のボディアースとにより構成される人員検出コンデ
ンサの静電容量が再び元の値近くまで減少し、発振器Ｏ
８Ｃの発振周波数が上昇するので、この比較においてレ
ジスタＲａの値（そのときの新周波数データ）がレジス
タＲｅｆの値（フラグＭのセット時に固定した参照デー
タ）を超える。これにより人員なしと判定してフラグＭ
をリセット（０）する。

人員が立入禁止領域から出た後は、起動スイッチＳＷＳ
を再操作することによりロボット１０の動作が再開され
る。

なお、上記実施例においては、極座標型作業ロボットを
説明したが、本発明を限定する意図ではない。前述した
が作業装置には多種多様なものがあるので、本発明を摘
要する場合にはそれぞれの装置の動作特性に応じて（例
えばウェルディングロボットにおいては容融金属の飛散
半径等に基づいて）設定された立入禁止領域の人員あり
なし検出を行なえば良い。

また、作業装置の特性上、上記実施例のようなボディア
ースを電極として用いることができない場合には１例え
ば上記実施例のセーフティマット２０に互いに絶縁して
第１電極と第２電極を適当に配置して人員検出コンデン
サを構成すれば良い。

この場合の第１電極と第２電極の配置例としては、例え
ば櫛形の組合せ等がある。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり、本発明の危険防止装置によれば、
作業装置の動作に応じて設定された立入禁止領域内の人
員ありなしを検出し、人員ありを検出すると該作業装置
の動作を停止するので、人員に対する教育や訓練を必要
とすることなく、作業装置の安全を確保することができ
る。

特に実施例で示したように、立入禁止領域に人員がいる
とき、あるいは立入禁止領域に人員の一部があるとき、
その人員の少なくとも一部を含む電界を形成するように
第１電極と第２電極を設置して、該第１電極と該第２電
極との間の静電容量を監視することにより、立入禁止領
域内の人員ありなしを高い信頼性で検出できるので、作
業装置が誤って停止されることもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を一例で実施する作業ロボット１０の制
御システムを示すブロック図である。 第２ａ図は作業ロボット１０の外観を示す斜視図であり
、第２ｂ図はその動作概略を示すブロック図である。 第３図は検出電極２１と作業ロボット１０のとにより構
成される人員検出コンデンサと人員ＶＡＮとの関係を示
す側面図である。 第４図は第１図に示した発振器ｏＳＣの発振周波数およ
び、マイクロコンピュータ１で設定する参照データＲｅ
ｆの時間変化を一例で示すグラフである。 第５図および第６図は第１図に示したマイクロコンピュ
ータ１の動作を示すフローチャートである。 ｌ：マイクロコンピュータ ２：人員検出ユニット　３：０．１秒タイマ１．３．：
　（信号処理手段） １．２，３　：　（人員検出手段） ４：姿勢検出ユニット　５：入カニニット６：電源ユニ
ット ｌＯ：作業ロボット（作業装置） １１：本体　　　　　　　１２：アジマス関節１３：エ
レーベーション関節 １４：アーム　　　　　　１５：ヘッド１６：ハンド　
　　　　　１７：フインガ２０：セーフティマット　２
１：検出電極（第１電極）ＯＳＣ：発振器（発振手段） ＣＴＲＣカウンタ ＰＳＲ：パラレルイン・シリアルアウト・シフト・レジ
スタ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）検査、抽出、搬送、組立、工作または加工等の作
   業を行なう作業装置の動作に応じて設定された立入禁止
   領域内の人員ありなしを検出する人員検出手段；および
   、 該人員検出手段が人員ありを検出すると前記作業装置の
   動作を停止する動作停止手段； を備える、危険防止装置。
2. （２）前記人員検出手段は、前記立入禁止領域にある人
   員の少なくとも一部を含む電界を形成する第１電極およ
   び第２電極；該第１電極と該第２電極との間の静電容量
   を検出する静電容量検出手段；該静電容量検出手段の検
   出した前記第１電極と第２電極との間の静電容量を監視
   し、該静電容量の変化態様から人員ありなしを検出する
   信号処理手段；を備える、前記特許請求の範囲第（１）
   項記載の危険防止装置。
3. （３）前記信号処理手段は、前記静電容量検出手段が検
   出した前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量が
   増加すると人員ありを検出し、該静電容量が減少すると
   人員なしを検出する、前記特許請求の範囲第（２）項記
   載の危険防止装置。
4. （４）前記信号処理手段は、前記静電容量検出手段が検
   出した前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量の
   所定時間当りの増加量が所定値を超えるとき人員ありを
   検出し、その後、該静電容量が減少すると人員なしを検
   出する、前記特許請求の範囲第（３）項記載の危険防止
   装置。
5. （５）前記静電容量検出手段は、前記第１電極と前記第
   ２電極との間の静電容量に応じた周波数の信号を発生す
   る発振手段を備える、前記特許請求の範囲第（２）項記
   載の危険防止装置。
6. （６）前記発振手段は、前記第１電極と前記第２電極と
   の間の静電容量が増加すると周波数が低くなる信号を発
   生する、前記特許請求の範囲第（５）項記載の危険防止
   装置。