特開 2023-70324 機械設備制御システム

(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】P2023070324

(43)【公開日】2023-05-19

(54)【発明の名称】機械設備制御システム

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/06 20060101AFI20230512BHJP

【ＦＩ】

B25J19/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021182414

(22)【出願日】2021-11-09

(71)【出願人】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】石井 淳史

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707BS10

3C707JU14

3C707MS16

3C707MS27

3C707MS29

(57)【要約】

【課題】安全柵内で作業する作業員の安全を確保しつつ、作業員の長時間の不在に起因する機械設備の動作再開までの時間を短縮することが可能な機械設備制御システムを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明にかかる機械設備制御システム１００の構成は、設備固有ＩＤを有するロボット１１０と端末固有ＩＤを有する教示端末１２０と、ロボット１１０および教示端末１２０と通信可能であり教示端末１２０の操作に応じてロボット１１０の動作の制限および解除を行う動作制限装置１３０と、を備え、動作制限装置１３０は、教示端末１２０が作業者の作業開始入力を受け付けたら、設備固有ＩＤと端末固有ＩＤとを紐付けてロボット１１０の動作制限を行い、同じ教示端末１２０が作業者の作業終了入力を受け付けたら、ロボット１１０の動作制限を解除することを特徴とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

設備固有ＩＤを有する機械設備と
端末固有ＩＤを有する教示端末と、
前記機械設備および前記教示端末と通信可能であり該教示端末の操作に応じて前記機械設備の動作の制限および解除を行う動作制限装置と、
を備え、
前記動作制限装置は、
前記教示端末が作業者の作業開始入力を受け付けたら、前記設備固有ＩＤと前記端末固有ＩＤとを紐付けて該機械設備の動作制限を行い、
同じ前記教示端末が作業者の作業終了入力を受け付けたら、前記機械設備の動作制限を解除することを特徴とする機械設備制御システム。

【請求項2】

前記教示端末はカメラを有していて、
前記機械設備の近傍には前記設備固有ＩＤのバーコードが表示されていて、
前記機械設備の前記動作制限および前記動作制限の解除は、前記教示端末のカメラによって前記機械設備の前記バーコードを読み取ることにより行うことを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の機械設備制御システム。

【請求項3】

前記機械設備の近傍にカメラを備えていて、
前記教示端末に前記端末固有ＩＤのバーコードが表示されていて、
前記機械設備の前記動作制限および前記動作制限の解除は、前記カメラによって前記教示端末の前記バーコードを読み取ることにより行うことを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の機械設備制御システム。

【請求項4】

前記教示端末または前記機械設備の近傍のいずれか一方に非接触型ＩＣリーダーを備え、他方にＩＣチップを備えていて、
前記機械設備の前記動作制限および前記動作制限の解除は、前記非接触型ＩＣリーダーによって前記ＩＣチップを読み取ることにより行うことを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の機械設備制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、機械設備およびその動作を制御する教示端末を含む機械設備制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、工場等の生産現場において、ロボットアームやマニピュレータ等の産業用ロボット（以下、機械設備と総称する）が用いられている。一般に機械設備の動作範囲の周囲には安全柵が設けられている。これにより、作業員が機械設備の動作範囲に入り込むことを未然に防ぎ、作業員の安全性を確保することができる。

【0003】

しかしながら、機械設備の治具の交換やメンテナンス等の際には作業員が安全柵内に入ることがある。このとき、機械設備が動作していると、動作中の機械設備と作業員が接触してしまう可能性がある。そこで従来から、例えば特許文献１のようなセーフティプラグを用いた安全柵扉の開閉管理が行われている。

【0004】

特許文献１のセーフティプラグは、安全柵の扉が開かないようロックを行うために用いられる安全柵用プラグと、作業者が安全柵内において携帯する携帯用プラグとを備えている。特許文献１によれば、係合機構により携帯用プラグを取り外さなければ安全柵用プラグを取り外すことができず、扉を開けることができないため、安全性を向上させることができるとしている。また特許文献１では、挿入孔閉塞機構により、安全柵用プラグが取り外された状態において携帯用プラグが挿入される挿入孔は塞がれるため、悪意あるいは悪戯等により挿入孔に導電材が挿入され被制御物が稼働するのを確実に防止することができるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平６－１２９５９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ここで、急用や休憩等の際に安全柵内で作業を行っている作業員が安全柵外に出る場合がある。このとき、作業員が作業を行ってた安全柵の扉を閉じないでその場を離れると、機械設備が停止した状態が続き、生産効率の低下を招いてしまう。したがって、作業員の不在状態での機械設備の停止が長時間にわたる場合には、安全柵の扉の鍵を携帯している作業員を探し出して安全柵の扉を閉じてもらう必要がある。

【0007】

しかしながら、特許文献１のセーフティプラグの安全柵用プラグおよび携帯用プラグのような物理的なツールを用いる方法であると、鍵を持っている作業員を特定することが難しく、且つ作業員を特定した後にかかる作業員が安全柵の扉を閉じに行く必要がある。このため、機械設備の動作再開までに手間と時間を要してしまう。

【0008】

本発明は、このような課題に鑑み、安全柵内で作業する作業員の安全を確保しつつ、作業員の長時間の不在に起因する機械設備の動作再開までの時間を短縮することが可能な機械設備制御システムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明にかかる機械設備制御システムの代表的な構成は、設備固有ＩＤを有する機械設備と端末固有ＩＤを有する教示端末と、機械設備および教示端末と通信可能であり教示端末の操作に応じて機械設備の動作の制限および解除を行う動作制限装置と、を備え、動作制限装置は、教示端末が作業者の作業開始入力を受け付けたら、設備固有ＩＤと端末固有ＩＤとを紐付けて機械設備の動作制限を行い、同じ教示端末が作業者の作業終了入力を受け付けたら、機械設備の動作制限を解除することを特徴とする。

【0010】

上記教示端末はカメラを有していて、機械設備の近傍には設備固有ＩＤのバーコードが表示されていて、機械設備の動作制限および動作制限の解除は、教示端末のカメラによって機械設備のバーコードを読み取ることにより行うとよい。

【0011】

上記機械設備の近傍にカメラを備えていて、教示端末に端末固有ＩＤのバーコードが表示されていて、機械設備の動作制限および動作制限の解除は、カメラによって教示端末のバーコードを読み取ることにより行うとよい。

【0012】

上記教示端末または機械設備の近傍のいずれか一方に非接触型ＩＣリーダーを備え、他方にＩＣチップを備えていて、機械設備の動作制限および動作制限の解除は、非接触型ＩＣリーダーによってＩＣチップを読み取ることにより行うとよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、安全柵内で作業する作業員の安全を確保しつつ、作業員の長時間の不在に起因する機械設備の動作再開までの時間を短縮することが可能な機械設備制御システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態にかかる機械設備制御システムの構成を説明する概略図である。

【図2】本実施形態の制御システムにおける動作制限装置の動作を説明するフローチャートである。

【図3】図２のサブルーチンの例外処理の動作を説明するフローチャートである。

【図4】教示端末のタッチパネルに表示されるダイアログの例である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0016】

図１は、本実施形態にかかる機械設備制御システム（以下、制御システム１００と称する）の構成を説明する概略図である。図１に示すように本実施形態の制御システム１００は、ロボット１１０、教示端末１２０および動作制限装置１３０を含んで構成される。なお以下に説明する実施形態では、機械設備としてロボット１１０を例示するが、これに限定するものではない。本実施形態の制御システム１００は、走行装置、サーボモータによって駆動する回転テーブル、ベルトコンベア、プレス機、工作機械等の機械設備にも適用することが可能である。

【0017】

ロボット１１０は、ワークの加工や搬送搬出等の作業を行う産業用の機械設備であり、有線または無線によって後述する動作制限装置１３０との通信が可能である。本実施形態ではＩ／Ｏケーブル１３２によって動作制限装置１３０とロボット１１０を接続した例を示している。ロボット１１０の動作範囲の周囲には安全柵１０２が配置されていて、安全柵１０２には作業員Ｐの出入り用の扉１０４が設けられている。また安全柵１０２内には、ロボット１１０に加えてワーク（不図示）を加工する加工装置１０６が配置されている。

【0018】

本実施形態の制御システム１００ではロボット１１０は、自機を特定する情報である設備固有ＩＤを有する。かかる設備固有ＩＤは、ロボット１１０の近傍の安全柵１０２の外側に、ＩＤ呈示手段の例としての二次元バーコード１１２として表示されている。なお本実施形態では設備固有ＩＤとして二次元バーコードを例示するが、これに限定するものではなく、ロボット１１０を特定するための画像、文字列、マーク等を設備固有ＩＤとして使用することも可能である。

【0019】

教示端末１２０は、いわゆるティーチングペンダントであり、ロボット１１０の動作プログラムの作成やティーチング作業を行うための入力および操作端末である。本実施形態において教示端末１２０は、市販のタブレット端末にティーチングペンダントのアプリケーションをインストールすることによって構成している。更に本実施形態では教示端末１２０は、自機を特定する情報である端末固有ＩＤを有する。

【0020】

教示端末１２０は、動作制限装置１３０との無線通信が可能であり、作業員Ｐが携帯して持ち運ぶことができる。また教示端末１２０は、ダイアログ（通知）を表示する表示部および作業者の操作を受け付ける入力部として機能するタッチパネル１２２と、ＩＤ取得手段の例としてのカメラ１２４を有する。教示端末１２０は、カメラ１２４を用いて二次元バーコード１１２を撮影することによって設備固有ＩＤを取得することができる。

【0021】

動作制限装置１３０は、ロボット１１０および教示端末１２０と通信可能であり、教示端末１２０の操作（入力）に応じてロボット１１０の動作の制限および解除を行う。また本実施形態では動作制限装置１３０は、安全柵１０２の外側に取り付けられていて、安全柵１０２の扉１０４の開閉動作も行う。

【0022】

図２は、本実施形態の制御システム１００における動作制限装置１３０の動作を説明するフローチャートである。図３は、図２のサブルーチンの例外処理の動作を説明するフローチャートである。図４は、教示端末１２０のタッチパネル１２２に表示されるダイアログの例である。

【0023】

図２に示すように本実施形態の制御システム１００では、安全柵１０２の扉１０４が施錠されている状態（安全柵施錠状態）において作業員Ｐがロボット１１０の安全柵１０２に配置された二次元バーコード１１２を教示端末１２０のカメラ１２４で撮影して読み取ると、設備固有ＩＤを取得した旨の通知が教示端末１２０から動作制限装置１３０に送信される。このとき端末固有ＩＤも教示端末１２０から動作制限装置１３０に送信される。動作制限装置１３０は、設備固有ＩＤを取得した通知を受信したら（Ｓ２０２のＹＥＳ）、ダイアログ情報を教示端末１２０に送信し、教示端末１２０のタッチパネル１２２に図４（ａ）に例示する開始確認ダイアログを表示させる（Ｓ２０４）。

【0024】

作業員Ｐは、図４（ａ）に示す開始確認ダイアログにしたがって安全柵１０２内で作業を行うまたは行わない旨の入力を行う。教示端末１２０は、この入力結果を動作制限装置１３０に送信する。ここで図４（ａ）に例示されている「再生モード」とはロボット１１０を本稼働させるモード（制限しない速度で動作させるモード）のことである。

【0025】

動作制限装置１３０は、教示端末１２０が受け付けた作業員Ｐの作業開始入力を入力結果として受信したら（Ｓ２０６のＹＥＳ）、ロボット１１０の設備固有ＩＤと教示端末１２０の端末固有ＩＤとを紐付けてロボット１１０の動作制限を行う（Ｓ２０８）。この動作制限としては、ロボット１１０の運転を停止する、または再生モードよりも減速状態で運転する「低速モード」を例示することができる。

【0026】

動作制限装置１３０は、ロボット１１０の動作制限を行う際には、運転停止または低速モード運転のいずれかの制御信号をロボット１１０に送信する。また動作制限装置１３０は、ロボット１１０の動作制限に付随して、安全柵１０２の扉１０４を制御して解錠する（Ｓ２０９）。これにより、ロボット１１０の動作制限が完了した状態で安全柵１０２の扉１０４が解錠状態（安全柵解錠状態）となり、作業員Ｐが安全柵内に入って作業を開始することが可能となる。

【0027】

また上述したように本実施形態では、動作制限装置１３０は、ロボット１１０の設備固有ＩＤと教示端末１２０の端末固有ＩＤとを紐付けた上でロボット１１０の動作制限を行う。これにより、どのロボット１１０の周囲の安全柵１０２内でどの作業員Ｐが作業を行っているかという情報を動作制限装置１３０において格納および管理することが可能である。

【0028】

ロボット１１０の動作制限中、換言すれば作業員Ｐが安全柵１０２内で作業をしている間、動作制限装置１３０は例外事象の発生の有無を監視する例外処理を行う（Ｓ２１０）。図４に示すようにサブルーチンである例外処理Ｓ２１０では、所定時間内におけるロボット操作の有無（Ｓ２１２）、他の設備固有ＩＤ取得の有無（Ｓ２１４）、および他の教示装置による制限解除入力の有無（Ｓ２１６）を判断する。

【0029】

なお、これらの判断処理は順不同でよく、必ずしもこの順番で行う必要はない。またこれらの判断処理の全てを実行する必要もなく、これらの判断を行わない（すなわち例外処理Ｓ２１０を行わない）、または一部の判断処理を行う構成とすることも可能である。

【0030】

（Ｓ２１２：所定時間内におけるロボット操作の有無の判断）
Ｓ２１２では、動作制限装置１３０は、所定時間内において作業員Ｐによるロボット１１０の操作があったか否かを判断する。所定時間内において作業員Ｐによるロボット１１０の操作がなかった場合（Ｓ２１２のＹＥＳ）、動作制限装置１３０は、教示端末１２０に対してエラー通知（エラー信号）を送信する（Ｓ２１８）。エラー通知を受信した教示端末１２０は、警告音の出力、端末振動、ランプ点滅等によって作業員Ｐにエラーを通知しつつ、図４（ｂ）に例示するエラーダイアログをタッチパネル１２２に表示する。

【0031】

所定時間内においてロボット操作がなかった場合の例としては、作業員Ｐがロボット１１０の制限を解除することなく安全柵１０２外に出て行ってしまったことが想定される。このような場合に教示端末１２０によって作業員Ｐにエラーを通知することにより、作業員Ｐがロボット１１０の制限解除をしていなかったことを認識することができる。したがって、作業員Ｐのロボット１１０の制限解除忘れを好適に抑制することが可能となる。

【0032】

また所定時間内においてロボット操作がなかった場合の他の例としては、作業員Ｐがロボット１１０の操作が必要ない作業を長時間行っていることが想定される。このような場合、作業員Ｐがタッチパネル１２２のエラーダイアログの「はい」を入力することにより、ロボット１１０の動作制限が継続される。したがって、安全柵１０２内での作業時における作業員Ｐの安全を確保することが可能となる。

【0033】

（Ｓ２１４：他の設備固有ＩＤ取得の有無の判断）
Ｓ２１４では、動作制限装置１３０は、作業者が、現在動作制限を実行されているロボット１１０以外の他の設備固有ＩＤを取得したか否かを判断する。作業員Ｐが他の設備固有ＩＤを取得した場合（Ｓ２１４のＹＥＳ）、動作制限装置１３０は、教示端末１２０に対してエラー通知（エラー信号）を送信する（Ｓ２１８）。

【0034】

他の設備固有ＩＤを取得した場合の例としては、作業員Ｐが、現在動作制限をかけているロボット１１０に対して配置された安全柵１０２内での作業が終わったにもかかわらず、そのロボット１１０の動作制限を解除することなく、他のロボット等の機械設備に対して配置された安全柵１０２内での作業を開始しようとしていることが想定される。このような場合においても教示端末１２０によって作業員Ｐにエラーを通知することにより、作業員Ｐがロボット１１０の制限解除を忘れたことを認識することが可能となる。

【0035】

（Ｓ２１６：他の教示装置による制限解除入力の有無の判断）
Ｓ２１６では、動作制限装置１３０は、他の教示装置、すなわち他の教示装置を持っている他の作業員Ｐが、現在動作が制限されているロボット１１０の制限解除を入力したか否かを判断する。他の教示装置からの動作制限の解除指示が入力された場合（Ｓ２１６のＹＥＳ）、動作制限装置１３０は、教示端末１２０に対してエラー通知（エラー信号）を送信する（Ｓ２１８）。

【0036】

他の教示装置による制限解除の入力があった場合の例としては、安全柵１０２内で作業している作業員Ｐを安全柵１０２外の他の作業者が認識することができず、安全柵１０２内には作業者が不在であると錯誤してロボット１１０の動作制限を解除しようとしたことが想定される。このような場合においても教示端末１２０によって作業員Ｐにエラーを通知することにより、安全柵１０２内で作業中の作業員Ｐがロボット１１０の動作制限が解除されようとしていることを認識することが可能となる。

【0037】

動作制限装置１３０は、上述した例外処理（Ｓ２１０）を実行しつつ、ロボット１１０の動作制限を行った教示端末と同じ教示端末１２０からの「設備固有ＩＤを取得した通知」の受信の有無を監視する（Ｓ２２２）。作業員Ｐが作業終了後に安全柵１０２の外に出て、安全柵１０２に配置された二次元バーコード１１２を教示端末１２０のカメラ１２４で撮影して読み取ると、設備固有ＩＤを取得した旨の通知が教示端末１２０から動作制限装置１３０に送信される。

【0038】

動作制限装置１３０は、設備固有ＩＤを取得した通知を受信したら（Ｓ２２２のＹＥＳ）、ダイアログ情報を教示端末１２０に送信し、教示端末１２０のタッチパネル１２２に図４（ｃ）に例示する終了確認ダイアログを表示させる（Ｓ２２４）。作業員Ｐは、図４（ｃ）に示す終了確認ダイアログにしたがって安全柵１０２内で作業を終了するまたは終了しない旨の入力を行う。教示端末１２０は、この入力結果を動作制限装置１３０に送信する。

【0039】

動作制限装置１３０は、教示端末１２０が受け付けた作業員Ｐの作業終了入力を入力結果として受信したら（Ｓ２２６のＹＥＳ）、ロボット１１０の安全柵１０２の扉１０４を制御して施錠する（Ｓ２２７）。そして動作制限装置１３０は、ロボット１１０に制限解除信号を送信し、ロボット１１０の動作制限を解除する（Ｓ２２８）。これにより、作業員Ｐが安全柵１０２外に退出して安全柵１０２の扉１０４が再度施錠された状態（安全柵施錠状態）でロボット１１０が再度再生モードで運転を開始するため、作業員Ｐの安全を確保することが可能である。

【0040】

上記説明したように本実施形態の制御システム１００では、ロボット１１０の設備固有ＩＤと教示端末１２０の端末固有ＩＤとを紐付けられていて、同じ教示端末でのロボット１１０の設備固有ＩＤの取得をトリガーとしてロボット１１０の動作制限および制限解除を行う。これにより、安全柵１０２内における作業開始および作業終了の入力時のロボット１１０の設備固有ＩＤと教示端末１２０の端末固有ＩＤが一致したときにのみロボット１１０を再度再生モードとすることができる。したがって、他の作業員Ｐの操作によるロボット１１０の制限解除（誤入力）を排除し、作業員Ｐの安全性を確保することができる。

【0041】

またロボット１１０の設備固有ＩＤと教示端末１２０の端末固有ＩＤとが紐づけられていることにより、ロボット１１０を動作制限している作業員Ｐを迅速に特定することができる。そしてその作業員Ｐが携帯している教示端末１２０にエラーを通知することにより、作業員Ｐが動作解除し忘れに早期に気づくことができる。したがって、作業員Ｐの長時間の不在に起因するロボット１１０の動作再開までの時間を短縮することがとなる。

【0042】

なお本実施形態では、動作制限装置１３０は、教示端末１２０が受け付けた作業員Ｐの作業終了入力を入力結果として受信したらロボット１１０の動作制限を解除する構成を例示した。ただし、これは１つの安全柵１０２内において作業している作業員Ｐが１人であることを想定したものであり、限定するものではない。

【0043】

１つの安全柵１０２内において作業している作業員Ｐが複数人である場合、動作制限装置１３０は、作業終了入力を受信した作業員Ｐのステータスを「動作制限解除済」とする。そして動作制限装置１３０は、Ｓ２２６においてすべての作業員Ｐからの作業終了入力を入力結果として受信したら、ロボット１１０の動作制限を解除する（Ｓ２２８）。

【0044】

また本実施形態では、教示端末１２０がＩＤ取得手段の例としてカメラ１２４を有し、ロボット１１０の近傍の安全柵１０２にＩＤ呈示手段の例として二次元バーコード１１２を表示する構成を例示した。ただしこれに限定するものではなく、ロボット１１０の近傍にカメラが配置されていて、教示端末１２０のタッチパネル１２２に教示端末１２０の端末固有ＩＤを表示する構成としてもよい。この場合、動作制限装置１３０は、ロボット１１０のカメラによる教示端末１２０のバーコード（二次元バーコード）の読み取りをトリガーとしてロボット１１０の動作制限および制限解除を行うとよい。

【0045】

更に本実施形態の制御システム１００の他の構成としては、教示端末１２０またはロボット１１０の近傍のいずれか一方にＩＤ取得手段の例として非接触型ＩＣリーダーを備え、他方にＩＤ呈示手段の例としてＩＣチップを備える構成としてもよい。すなわちカメラに替えて非接触型ＩＣリーダー、バーコードに替えてＩＣチップを用いる構成としてもよい。かかる構成によれば、非接触型ＩＣリーダーにおいてＩＣチップが検出されたことをトリガーとしてロボット１１０の動作制限および制限解除を行うことが可能である。

【0046】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0047】

本発明は、機械設備およびその動作を制御する教示端末を含む機械設備制御システムとして利用することができる。

【符号の説明】

【0048】

１００…制御システム、１０２…安全柵、１０４…扉、１０６…加工装置、１１０…ロボット、１１２…二次元バーコード、１２０…教示端末、１２２…タッチパネル、１２４…カメラ、１３０…動作制限装置、１３２…Ｉ／Ｏケーブル、Ｐ…作業員、Ｗ…ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】