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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023174158
(43)【公開日】2023-12-07
(54)【発明の名称】ロボットシステム
(51)【国際特許分類】
   B25J 19/06 20060101AFI20231130BHJP
【FI】
B25J19/06
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022086856
(22)【出願日】2022-05-27
(71)【出願人】
【識別番号】501428545
【氏名又は名称】株式会社デンソーウェーブ
(74)【代理人】
【識別番号】110000567
【氏名又は名称】弁理士法人サトー
(72)【発明者】
【氏名】福岡 貴史
【テーマコード(参考)】
3C707
【Fターム(参考)】
3C707BS10
3C707JS01
3C707KS16
3C707KS22
3C707KS33
3C707LV15
3C707MS22
(57)【要約】
【課題】ロボットの動作状態を予測できない場合でも、ロボットを極力安全側に制御できるロボットシステムを提供する。
【解決手段】ロボットシステム1において、ロボット2の動作を制御プログラムにより制御するRC3と、このRC3と通信を行い、当該RC3による制御内容を監視するSMM4とを備える。RC3は、制御プログラムにおいてCSコマンドを実行する際に、通常の切り替え要求をSMM4に送信する。ロボット2の動作状態が予測できない状況に至ると、RC3は、デフォルトシーンへの切り替え要求をSMM4に送信する。SMM4は、通常の切り替え要求を受信すると、CSコマンドによるパラメータの制限値の切り替えを行い、デフォルトシーンへの切り替え要求を受信すると、デフォルトシーンのパラメータの制限値に切り替える。
【選択図】図8
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロボットの動作を制御プログラムにより制御する制御部を備え、
前記ロボットの動作を制限するため、前記動作の制御に関するパラメータに制限値を規定し、
前記ロボットが、前記制御プログラムに基づき制御されている状態が、前記制限値が規定されない特定条件になると、前記制限値を、予め定めた特定条件対応用の制限値に切り替えるロボットシステム。
【請求項2】
前記制御プログラムには、前記制限値を、前記ロボットを動作させる状況に応じて切り替えるために使用する通常切り替えコマンドが複数記述されており、
前記制御部は、前記ロボットが、前記制御プログラムに基づき制御されている状態において、前記特定条件として前記ロボットの動作状態が予測できない状況になると安全設定切り替え要求を発行し、
前記安全設定切り替え要求に対応する少なくとも一部の制限値は、前記通常切り替えコマンドに対応する各パラメータの制限値よりも小さい値に設定されている請求項1記載のロボットシステム。
【請求項3】
前記ロボットの動作状態が予測できない状況は、前記制御プログラムの実行開始時である請求項1又2は記載のロボットシステム。
【請求項4】
前記ロボットの動作状態が予測できない状況は、異常の発生による前記制御プログラムの実行停止時である請求項1又は2記載のロボットシステム。
【請求項5】
前記制限値の切り替えについて許否判定を行う判定部を備え、
前記判定部には、各通常切り替えコマンドに対応する切り替え許可条件が予め登録されており、
前記安全設定切り替え要求に対応する各パラメータの制限値は、安全設定パラメータ群として登録され、
前記制御部は、前記制御プログラムにおいて前記通常切り替えコマンドを実行する際に、通常切り替え要求を対応する切り替え許可条件と共に前記判定部に送信し、
前記判定部は、前記通常切り替え要求を受信すると、前記通常切り替えコマンドに対応した許可条件を、予め登録されている対応する許可条件と比較して前記許否判定を行い、その判定結果を前記制御部に送信し、
前記安全設定切り替え要求を受信すると、前記安全設定パラメータ群のパラメータの制限値に切り替えるデフォルト設定指令を前記制御部に送信する請求項2記載のロボットシステム。
【請求項6】
前記判定部は、電源が投入された際に、前記デフォルト設定指令を前記制御部に送信する請求項5記載のロボットシステム。
【請求項7】
前記判定部は、電源が投入された後、最初の制御プログラムの実行が終了した後に、前記デフォルト設定指令を前記制御部に送信する請求項6記載のロボットシステム。
【請求項8】
前記判定部は、前記制御部より制御プログラムの実行を開始したことを示す通知があると、前記デフォルト設定指令を前記制御部に送信する請求項5記載のロボットシステム。
【請求項9】
前記判定部は、前記安全設定切り替え要求を受信すると、前記安全設定パラメータ群のパラメータの制限値と、その時点での前記ロボットの動作における対応するパラメータの制限値と比較し、前者の制限値がより小さい場合には、前記デフォルト設定指令を前記制御部に送信しない請求項5から8の何れか一項に記載のロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、安全性を向上させるシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
ロボットを動作させる際には、如何にして安全性を向上させるかが、常に課題となっている。ここで、安全性を確保する手段の1つとして、以下のような手法を想定する。ロボットの動作を制御するコントローラは、制御に関連したパラメータとして動作速度や出力トルク等を扱う。制御プログラムにおいて、ロボットが作業する場面や状況、つまりシーンが切り替わる際に、ロボットの動作を規定する例えば最大速度や最大トルク等のパラメータのデータを変更するコマンドを使用する。例えば、人が近付く可能性があるシーンについては、上記の値を相対的に低く設定等する。このように、ロボットの動作シーンに応じて制御パラメータの最大値を設定し、各シーンにおいて、制御パラメータが最大値を超えないように監視する。尚、特許文献1は、産業用ロボットについて安全システムを適用したものの一例を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2017-24095号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記のような手法を想定した場合、プログラムの作成者は、ロボットの動作状態をある程度予測して、各シーンについてのパラメータの値を決める必要がある。しかしながら、ロボットが起動した場合や、異常が発生した場合には、ロボットの動作状態がどうなっているかを予測することは困難である。
【0005】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロボットの動作状態を予測できない場合でも、ロボットを極力安全側に制御できるロボットシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項1記載のロボットシステムによれば、ロボットの動作を制限するため、その動作の制御に関するパラメータに制限値を規定する。そして、制御部が制御プログラムを実行することで制御されているロボットの状態が、制限値が規定されない特定条件になると、制限値を、予め定めた特定条件対応用の制限値に切り替える。すなわち、ロボットの制御状態が、制限値が規定されない特定条件になると、制限値が自動的に、予め定めた特定条件対応用の制限値に切り替えられる。これにより、特定条件下においても、ロボットの動作を極力安全側に制御できる。
【0007】
請求項2記載のロボットシステムによれば、制御プログラムには、制限値を、ロボットを動作させる状況に応じて切り替えるために使用する通常切り替えコマンドが複数記述される。制御部は、ロボットが、制御プログラムに基づき制御されている状態において、特定条件に相当する動作状態が予測できない状況になると安全設定切り替え要求を発行する。そして、安全設定切り替え要求に対応する少なくとも一部の制限値は、通常切り替えコマンドに対応する各パラメータの制限値よりも小さい値に設定される。このように、特定条件に対応する制限値を、通常切り替えコマンドに対応する制限値よりも小さい値に設定することで、ロボットの動作を確実に安全側に制御できる。
【0008】
ここで、ロボットの動作状態が予測できない状況とは、例えば請求項3記載のロボットシステムのように、制御プログラムの実行開始時であったり、請求項4記載のロボットシステムのように、異常の発生による制御プログラムの実行停止時である。具体的に、これらのような状況下において、ロボットを極力安全側に制御できる。
【0009】
請求項5記載のロボットシステムによれば、判定部には、各通常切り替えコマンドに対応する切り替え許可条件が予め登録されている。また、安全設定切り替え要求に対応する各パラメータの制限値は、安全設定パラメータ群として登録されている。制御部は、制御プログラムにおいて通常切り替えコマンドを実行する際に、通常切り替え要求を、対応する切り替え許可条件と共に判定部に送信する。判定部は、通常切り替え要求を受信すると、通常切り替えコマンドに対応した許可条件を、予め登録されている対応する許可条件と比較して許否判定を行い、その判定結果を制御部に送信する。また、判定部は、安全設定切り替え要求を受信すると、安全設定パラメータ群のパラメータの制限値に切り替えるデフォルト設定指令を制御部に送信する。
【0010】
このように構成すれば、制御部とは独立した判定部によって、通常及び安全設定切り替え要求に対応したパラメータの切り替えを行うことができるので、制御部は、通常切り替え要求や安全設定切り替え要求のみを判定部に送信すれば良い。
【0011】
具体的には、判定部は、請求項6~8記載のロボットシステムのように、電源が投入された際に(請求項6)、電源が投入された後、最初の制御プログラムの実行が終了した後に(請求項7)、制御部より制御プログラムの実行を開始したことを示す通知があると(請求項8)、デフォルト設定指令を制御部に送信する。これらのように、ロボットの動作状態が予測できない状況に対応して、制御部を、安全設定パラメータ群のパラメータの制限値に切り替えさせることができる。
【0012】
請求項9記載のロボットシステムによれば、判定部は、安全設定切り替え要求を受信すると、安全設定パラメータ群のパラメータの制限値と、その時点での前記ロボットの動作における対応するパラメータの制限値と比較し、前者の制限値がより小さい場合には、デフォルト設定指令を前記制御部に送信しない。つまり、ロボットの実際の動作における対応するパラメータの制限値の方が、安全設定パラメータ群の制限値よりも小さい場合は、より安全となる小さい値のデータを選択する。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】第1実施形態であり、ロボットシステムの構成を示す図
図2】各シーンに応じたパラメータの最大値を示す図
図3】パーソナルコンピュータよりセーフティモーションモジュールに対して、各シーンに応じたパラメータ値を設定するイメージを示す図
図4】通常の切り替え要求時に、ロボットコントローラ、セーフティモーションモジュール間で行われる処理を示すシーケンス図
図5図2に対してデフォルトシーンを追加したものを示す図
図6】SMMへの電源投入時を示すシーケンス図
図7】SMMが行う判定処理(1)を示すフローチャート
図8】プログラム起動時に、RC,SMM間で行われる処理を示すシーケンス図
図9】異常発生によるプログラム停止時に、RC,SMM間で行われる処理を示すシーケンス図
図10】第2実施形態であり、デフォルトシーンの最大値よりもロボットの現在のパラメータ値が小さい場合に対応した判定処理(2)を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【0014】
(第1実施形態)
以下、第1実施形態について図面を参照して説明する。図1に示すように、本実施形態のロボットシステム1は、例えば垂直6軸型のアームを有するロボット2と、制御プログラムに従いロボット2の動作を制御するロボットコントローラ;RC3と、RC3を監視するセーフティモーションモジュール;SMM4とを備えている。ロボット2、RC3及びSMM4は、有線又は無線によって互いに通信を行う。RC3は制御部に相当し、SMM4は判定部に相当する。
【0015】
また、本実施形態では、制御プログラムにおいて、チェンジシーンコマンドというコマンドを記述する。以下、「CSコマンド」と称する。切り替えコマンドに相当するCSコマンドは、ロボット2を動作させる状況において、ロボット2が作業する場面や状況、つまりシーンが切り替わる際に、ロボット2の動作を規定する例えば速度やトルク等のパラメータのデータを変更するコマンドである。
【0016】
例えば図2に示すように、ロボット2が作業するシーンについて、1,2,3,…のように番号を付して、それらのシーン番号毎に許容する最大速度[mm/s]や出力トルク[N]等のパラメータの値を、CSコマンドによって切り替える。例えば、人が近付く可能性があるシーンについては、上記の値を相対的に低く設定等する。また、CSコマンドには、ロボット2の手先の位置座標(x、y、z)が、当該コマンドによって各パラメータの許容値を切り換えることを許可するための条件として付与されている。
【0017】
各CSコマンドに対応したパラメータ及び許可条件のデータ値は、例えば図3に示すように、作成者が、パーソナルコンピュータ;PC5において記載する。そして、各コマンドのパラメータ等のデータ値を、SMM4に送信して登録しておく。前記パラメータのデータ値は、制限値に相当する。
【0018】
次に、本実施形態の作用について説明する。例えば、制御プログラムにおいて、コマンド「Move P0」に続いてCSコマンド「changeScene2」が記載されており、その後にコマンド「Move P1」が記載されているとする。また、コマンド「Move P0」の実行時がシーン1であるとすれば、上記のCSコマンドの実行によって、シーン1からシーン2に切り替えが行われることになる。
【0019】
図4に示すように、RC3は、例えば「changeScene2」を実行する際に、SMM4に対してシーン2への切り替え要求を送信する。すると、SMM4は、その時点のロボット2の制御状態が、changeScene2の切り替えを許可する条件を満たしているか否かを判断する。その許可条件を満たしていれば、SMM4は、RC3に承認信号を送信し、それを受けてRC3は、changeScene2に応じたパラメータ、動作速度出力トルク及び可動範囲の最大値の切り替えを実施する。上記の切り替え要求は、通常切り替え要求に相当する。SMM4は、RC3がロボット2を制御している期間は、各シーンにおける制御パラメータの値が、CSコマンドで設定された最大値を超えないように監視している。以下では、上記の最大値を「監視値」とも称する。
【0020】
また、本実施形態では、シーン1~3とは別個に、デフォルトシーンというものを使用する。図5に一例を示すように、デフォルトシーンとして設定される最大速度及び最大トルクの値は、他のシーン1~3に設定されている値よりも小さな値に設定されており、ロボット2に適用した場合に、より安全側に設定を行うために用いられる。例えば、図5に示すデフォルトシーンのパラメータ値は、最大速度20[mm/S],最大トルク20[N]のように設定されている。尚、可動範囲については、その時点でロボット2の手先位置がどこにあるかを把握できないため、制限を設けずに最大値MAXまで許容する設定としている。これらのデフォルトシーンの監視値は、安全設定パラメータ群の一例である。
【0021】
デフォルトシーンを適用するのは、RC3やSMM4において、ロボット2の動作状態が予測できない状況にあると判定される場合であり、以下のように複数のケースがある。
<SMM4への電源投入時>
図6に示すように、電源がONになるとSMM4は、図7に示す判定処理(1)を実行する。先ず、SMM4は、自身のモードが自動起動が可能なモードか否かを判断し(S1)、可能なモードであれば(Yes)デフォルトシーンの監視値を適用する(S2)。一方、可能なモードでなければ(No)、例えば教示用の監視値を適用する(S3)。「教示用の監視値」とは、例えば規格で定義された手動動作における最大速度等である。そして、図6に示すようにSMM4は、RC3にそれぞれの監視値への切り替えを承認する信号を送信する。
【0022】
<プログラム起動時>
図8に示すように、例えばディスプレイ画面上に表示されたボタンが操作されたり、I/0やPC5を介して、RC3に制御プログラムの起動要求が入力されると、RC3は、プログラムの実行処理を開始する際に、SMM4にデフォルトシーンへの変更要求を送信する。この変更要求の送信は、制御プログラムを実行させるベースとなるシステムより発行される。SMM4は、デフォルトシーンの各パラメータのデータを監視値として適用させるため、RC3に切り替えを承認する信号を送信する。すると、RC3は、デフォルトシーンの監視値を適用してから、ユーザプログラムの実行を開始する。デフォルトシーンへの変更要求は、安全側切替要求に相当する。尚、ユーザプログラムは、制御プログラムと同意である。
【0023】
<異常発生によるプログラム停止時>
図9に示すように、RC3がユーザプログラムを実行している間に何らかの異常が発生し、RC3がユーザプログラムの実行を停止してロボット2の動作を停止させた際にも、SMM4にデフォルトシーンへの変更要求を送信する。すると、SMM4は、図8に示すケースと同様に、RC3に切り替えを承認する信号を送信する。
【0024】
以上のように本実施形態によれば、ロボットシステム1において、ロボット2の動作を制御プログラムにより制御するRC3と、このRC3と通信を行い、当該RC3による制御内容を監視するSMM4とを備える。制御プログラムには、前記動作の制御に関するパラメータのデータを、ロボット2を動作させる状況に応じて切り替えるために使用するCSコマンドが複数記述されている。SMM4には、複数のCSコマンドに対応する各パラメータのデータ及び許可条件を予め登録する。それに加えて、SMM4には、複数のCSコマンドに対応する各パラメータのうち、少なくとも一部のパラメータのデータ値が、複数のCSコマンドにおける対応するパラメータのデータ値よりも小さい値に設定されているデフォルトシーンのパラメータ群も予め登録する。
【0025】
RC3は、制御プログラムにおいてCSコマンドを実行する際に、通常の切り替え要求をSMM4に送信する。そして、ロボット2の動作状態が予測できない状況に至ると、RC3は、デフォルトシーンへの切り替え要求をSMM4に送信する。SMM4は、通常の切り替え要求を受信すると、その時点におけるロボット2の制御状態が切り替えの許可条件を満たしていれば、切り替えを承認する信号を送信する。また、デフォルトシーンへの切り替え要求を受信すると、デフォルトシーンのパラメータの監視値への切り替えを承認する信号を送信する。
【0026】
このように構成すれば、ロボット2の動作状態が予測できない状況、例えばプログラムの実行開始時であったり、異常の発生による制御プログラムの実行停止時には、複数のCSコマンドに対応するパラメータの監視値よりも小さい値に設定された、デフォルトシーンの監視値に切り替えられるので、ロボット2を極力安全側に制御できる。
【0027】
そして、RC3とは独立したSMM4により、CSコマンド又はデフォルトシーンに対応するパラメータの監視値切り替えを、許可条件に基づいてRC3に実行させるか否かを判定できるので、より安全性を向上させることができる。
また、SMM4は、電源が投入された際にも、デフォルトシーンのパラメータの監視値への切り替えを承認する信号を送信する。すなわち、RC3に電源が投入されて起動した直後も、RC3としてはロボット2の動作状態が予測できない状況にあるので、この場合にもデフォルトシーンのデータ値を設定する。
【0028】
(第2実施形態)
以下、第1実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。第2実施形態では、SMM4がデフォルトシーンへの変更要求を受けた際に、デフォルトシーンの監視値と、その時点のロボット2の対応するパラメータのデータ値とを比較する。
【0029】
例えば、図10に判断処理(2)として示すように、デフォルトシーンの最大速度よりもロボット2の現在の速度が遅い場合には(S11;Yes)、ロボット2の現在の速度を変更しない(S12)。また、デフォルトシーンの最大トルクよりもロボット2の現在のトルクが小さい場合には(S13;Yes)、ロボット2の現在のトルクを変更しない(S14)。つまり、この場合はRC3に対して切替の承認信号を送信しない。
【0030】
そして、デフォルトシーンの最大速度がロボット2の現在の速度未満であれば(S11;No)デフォルトシーンの最大速度を適用し(S15)、デフォルトシーンの最大トルクがロボット2の現在のトルクよりも小さい場合には(S13;No)、デフォルトシーンの最大トルクを適用する(S16)。
【0031】
以上のように第2実施形態によれば、SMM4は、デフォルトシーンへの変更要求を受信すると、デフォルトシーンのパラメータの監視値と、その時点でのロボット2の動作における対応するパラメータの監視値と比較する。そして、前者の監視値がより小さい場合には、後者の監視値への変更は行わせない。つまり、ロボット2の実際の動作における対応するパラメータの監視値の方が、安全設定パラメータ群の監視値よりも小さい場合は、より安全となる小さい値の監視値を選択する。
【0032】
尚、ステップS12,S14においても、敢えてデフォルトシーンの最大速度、最大トルクを適用することも考えられる。このように、どのような場合についてもデフォルトシーンの監視値を適用するように統一することで、ロボット2の動作を監視する者による制御状態の把握が容易になる、と言える。
【0033】
本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
ステップS1の判断を行うことなく、電源の投入時には常にデフォルトシーンのパラメータ値を適用しても良い。
CSコマンドで規定するパラメータは、動作速度や出力トルクに限らない。
ロボットは、垂直6軸型に限らない。
【0034】
SMM4に予め各パラメータの監視値を登録せず、CSコマンドに各パラメータの監視値を記載して、シーンの切り替え要求を行う際にそれらの監視値をSMM4に渡しても良い。
シーンの変更に、テキストプログラミングにおける関数を用いたが、変数を代入したり、ビジュアルプログラミングにおけるブロックの配置等により変更を行っても良い。
【0035】
各CSコマンドに対応したパラメータ及び許可条件のデータ値は、必ずしもSMM4に登録しておく必要はなく、例えばRC3及びSMM4が共にアクセス可能なスト―レジに登録しても良い。
【0036】
図6に示すケースにおいて、電源ONをトリガとすることに替えて、制御プログラムの実行を開始した時点をトリガとして、SMM4に判定処理(1)を実行させても良い。
また、複数の制御プログラムを連続して実行するケースにおいて、1つの制御プログラムの実行が終了すると、次の制御プログラムの実行を開始する前にSMM4に判定処理(1)を実行させても良い。
【符号の説明】
【0037】
図面中、1はロボットシステム、2はロボット、3はロボットコントローラ、4はセーフティモーションモジュールを示す。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10