JP2006043861A - マン・マシン作業システム - Google Patents

Abstract

【課題】 装置の動作領域と人間の動作領域が明確に設定することができ、人間の動きが装置の動きによって制約されることなく、共通の領域内で装置と人間が共に作業を効率よく進めることができるマン・マシン作業システムを提供する。
【解決手段】 部品３の搬送、取り付けや加工などの作業を行う装置１と作業者５が作業領域で共存するマン・マシン作業システムであって、装置１の動作領域１１を装置のアーム１０の姿勢に沿って設定し、装置１の動作領域１１は、装置１が通常動作を行う警報領域１２と、装置１が減速して作業を行う減速運転領域１３と、装置１が一時停止する停止領域１４に区分され、各領域１２，１３，１４は装置のアーム１０の姿勢に追従して変化するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、部品の搬送、取り付けや加工などの作業を行う装置と人間（作業者）が共通の領域で共存するマン・マシン作業システムに関する。

従来、部品の加工や搬送などを行う生産ラインとしては、ロボットと作業者で各工程が編成され、ロボットのみで作業を行う工程、作業者のみで作業を行う工程、ロボットと作業者が共通の領域で作業を行う工程からなることが知られている。このように、ロボットと作業者が存在するラインでは、安全性を確保するためにロボットの作動範囲の周りに柵を設けたり、またロボットと作業者が共通の領域で作業を行う工程では、ロボットのみで作業を行う工程に比べ、ロボットアームの出力を低く設定したりしている（例えば、特許文献１参照）。

また、走行路に沿って設けられた作業領域と、走行路上を誘導ラインを検出しながら作業領域に向けて移動する移動機能を有し、その作業領域において生産動作を実行する自動機械とを備えた生産システムが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−３４１０８６号公報 特許第３４１９３１３号公報

しかし、特許文献１に開示されたシステムにおいては、ロボットと作業者が共通の領域で作業を行う工程では、ロボットと作業者が共通の作業をするため、作業者の動きがロボットの動きに制約されている部分が多いという問題がある。
また、柵等によって作業者の行動範囲が制限されたり、ロボットの出力を低く設定したりすることで、作業効率の低下につながるという問題がある。

また、特許文献２に開示された生産システムにおいて、自動機械の基台に検知センサを取り付けているが、このような生産システムでは、部品の搬送、取り付けや加工などの作業を行う装置と作業者が共通の領域で、共に作業を効率よく進める作業システムを構築するのは困難である。

本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、装置の動作領域と人間の動作領域が明確に設定することができ、人間の動きが装置の動きによって制約されることなく、共通の領域内で装置と人間が共に作業を効率よく進めることができるマン・マシン作業システムを提供しようとするものである。

上記課題を解決すべく請求項１に係る発明は、部品の搬送、取り付けや加工などの作業を行う装置と人間が作業領域で共存するマン・マシン作業システムであって、装置の動作領域を、装置のアームの姿勢に沿って設定するものである。

請求項２に係る発明は、部品の搬送、取り付けや加工などの作業を行う装置と人間が共通の領域で共存するマン・マシン作業システムであって、人間に取り付けた発信機と、この発信機に対応し装置に取り付けた受信機と、この受信機の出力信号を演算処理して人間の装置に対する位置を検出する位置検出手段と、この位置検出手段の出力信号を演算処理して人間の動作領域を設定する動作領域設定手段と、装置の位置検出器の出力信号を演算処理して装置の動作領域を設定する動作領域設定手段と、人間の動作領域設定手段の出力信号と装置の動作領域設定手段の出力信号を演算処理して装置の動作領域を選択する動作領域選択手段を備え、この動作領域選択手段が選択した動作領域に基づいて装置が作業を行うものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載のマン・マシン作業システムにおいて、前記装置の動作領域は、装置が通常動作を行う警報領域と、装置が減速して作業を行う減速運転領域と、装置が一時停止する停止領域に区分され、前記各領域は装置のアームの姿勢の変化に追従して変わるものである。

以上説明したように請求項１に係る発明によれば、装置の動作領域を装置のアームの姿勢に沿って設定することにより、装置と人間が共通の領域で各々の作業を円滑に進めることができる。

請求項２に係る発明によれば、装置の動きに制約されることなく人間の動作領域が設定されるので、装置と共通の領域で作業する人間にとって、効率よく作業を行うことができる。

請求項３に係る発明によれば、装置の動作領域を警報領域、減速運転領域、停止領域に区分することにより、装置と人間が共通の領域で各々の作業をより円滑に進めることができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係るマン・マシン作業システムの概要説明図、図２は装置の動作領域と作業者の動作領域を設定するブロック構成図、図３は人間の動作領域を示す説明図である。

本発明に係るマン・マシン作業システムは、図１に示すように、装置（例えば、６軸の多関節型ロボット）１と、装置１を搭載して移動させる搬送装置２と、装置１が把持して搬送する部材３をセットする作業台４と、作業台４に設けた治具などで部材３ａの組付け作業を行って部品３を完成する作業者５とから構成される。

装置１には、装置のアーム１０の姿勢に沿って形成されると共に、装置のアーム１０の姿勢の変化に追従して変わる動作領域１１が設定されている。動作領域１１は、一番外側に形成され装置１が通常の動作（通常の速度でプレイバック）で作業を行う警報領域（実線と二点鎖線で囲まれた領域）１２と、警報領域１２の内側に形成され装置１が通常の速度よりも減速して作業を行う減速運転領域（二点鎖線と一点鎖線で囲まれた領域）１３と、更に減速運転領域１３の内側に形成され装置１が一時停止する停止領域（一点鎖線で囲まれた領域）１４に区分されている。

各動作領域１２，１３，１４は、図２に示すように、装置１の位置検出器（６軸分）１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆが出力する位置情報に基づいて、動作領域算出手段１６が動作領域１１を算出した後に、動作領域設定手段１７により設定される。動作領域算出手段１６と動作領域設定手段１７は、制御装置（不図示）に設けられている。

また、作業者５は、図３に示すように、腕、腰、足の３箇所に発信機１８ａ，１８ｂ，１８ｃを取り付けている。発信機１８ａ，１８ｂ，１８ｃは、頭（作業帽またはヘルメット）、腕、作業者５の身体の中心となる腰や足（作業靴）など作業者５の動きによってその位置が変化する箇所に取り付けることができる。

発信機の取付箇所は、一箇所でもよいが、複数箇所（例えば、上述のように３箇所）に取り付けることにより、図３の実線で示すように、作業者５の動きに忠実な動作領域１９を設定することができる。一箇所だと、図３の点線で示すように、３箇所に発信機を取り付けた場合と比べて作業者５の動きを忠実に反映せず動作領域が大きくなってしまう。発信機１８ａ，１８ｂ，１８ｃには、３次元監視領域を構築するための電波式（ＩＣチップを搭載）、赤外線式（サーモグラフィ）やレーザ式などのセンサが適用できる。

また、装置１には、図２に示すように、作業者５に取り付けた発信機１８ａ，１８ｂ，１８ｃが発信する信号を受信する受信機２０ａ，２０ｂ，２０ｃを設けている。発信機１８ａ，１８ｂ，１８ｃと受信機２０ａ，２０ｂ，２０ｃにより、３次元監視領域を構築して作業者５が装置１に接近したことを検知する手段が構成される。

そして、発信機１８ａ，１８ｂ，１８ｃが対応する受信機２０ａ，２０ｂ，２０ｃに信号が送信されると、受信機２０ａ，２０ｂ，２０ｃの出力信号が位置検出手段２１により演算処理され、作業者５の装置１に対する位置関係が検出される。

更に、位置検出手段２１の出力信号が動作領域設定手段２２により演算処理され、３次元領域を形成する作業者５の動作領域１９が設定される。位置検出手段２１と動作領域設定手段２２は、制御装置（不図示）に設けられている。

装置１の動作領域設定手段１７と作業者５の動作領域設定手段２２により、作業者５と装置１との位置関係が装置１に認識され、その位置関係に基づいて装置１は、動作領域選択手段２３により、警報領域１２、減速運転領域１３、停止領域１４のいずれかの動作領域を選択する。装置１は選択した動作領域における動作モードに従って作業を行う。

以上のように構成された本発明に係るマン・マシン作業システムの動作について説明する。
通常、装置１の動作領域１１と作業者５の動作領域１９は、装置１と作業者５とが共通の領域（作業ステーション）で作業する場合であっても、時間的に重ならないように夫々の作業手順を設定している。従って、作業者５が作業手順に基づいて順調に作業を行っていれば、装置１の動作領域１１と作業者５の動作領域１９が重なることはない。

しかし、作業者５の作業に遅れが生じた場合には、原則として作業の遅れが生じない装置１の動作領域１１と作業者５の動作領域１９が重なる可能性がある。

そこで、装置１及び／又は作業者５の動きにより、作業者５の動作領域１９が、装置１の一番外側の動作領域である警報領域１２と重なった場合には、装置１が音声等による警報を発するものの、作業者５はそのまま作業を続行することができ、一方装置１も通常通り作業を続行することができる。

更に、装置１及び／又は作業者５の動きにより、作業者５の動作領域１９が、警報領域１２の内側の減速運転領域１３と重なった場合でも、作業者５はそのまま作業を続行することができ、一方装置１は通常の速度よりも減速して作業を続行することができる。

そして、装置１及び／又は作業者５の動きにより、作業者５の動作領域１９が、減速運転領域１３の内側の停止領域１４と重なった場合には、装置１は一時停止する。作業者５は、停止領域１４に進入しないようにする。

この場合の対処方法としては、装置１を一時停止状態のままにして、作業者５が作業をそのまま続行し、作業を完了した後に、作業者５の動作領域１９が装置１の動作領域１１と重ならない場所まで移動し、装置１を一時停止状態から通常動作状態に復帰させて装置１に作業を続行させることもできる。

また、作業者５が作業を直ちに止めて、作業者５の動作領域１９が装置１の動作領域１１と重ならない場所まで移動し、装置１を一時停止状態から通常動作状態に復帰させ、装置１に作業を続行させることもできる。そして、装置１が作業者５の動作領域１９から離れた後に、作業者５は途中まで行った作業を完成させればよい。

このように、装置１の動作領域１１を、一番外側から警報領域１２、減速運転領域１３、停止領域１４と３段階に区分すると共に、装置１に作業者５の動作領域１９を常に認識させながら作業を行わせ、作業者５の動作領域１９と装置１の動作領域１１の重なり具合によって、装置１と作業者５の作業の進め方を変えることができる。装置１と作業者５の作業の進め方を変えることにより、作業者５の作業領域を狭めることなく、その上装置１の稼働率を下げることなく、作業者５と装置１は共通の領域（作業ステーション）で、効率よく作業を行うことが可能になる。

装置の動作領域と人間の動作領域を明確に設定することができ、人間の動きが装置の動きによって制約されることなく、共通の領域内で装置と人間が共に作業を効率よく進めることができる。

本発明に係るマン・マシン作業システムの概要説明図 装置の動作領域と作業者の動作領域を設定するブロック構成図 人間の動作領域を示す説明図

符号の説明

１…装置、２…搬送装置、３…部品、４…作業台、５…作業者、１０…装置のアーム、１１，１９…動作領域、１２…警報領域、１３…減速運転領域、１４…停止領域、１７，２２…動作領域設定手段、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ…発信機、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ…受信機、２１…位置検出手段、２３…動作領域選択手段。

Claims (3)

1. 部品の搬送、取り付けや加工などの作業を行う装置と人間が共通の領域で共存するマン・マシン作業システムであって、装置の動作領域を、装置のアームの姿勢に沿って設定することを特徴とするマン・マシン作業システム。
2. 部品の搬送、取り付けや加工などの作業を行う装置と人間が共通の領域で共存するマン・マシン作業システムであって、人間に取り付けた発信機と、この発信機に対応し装置に取り付けた受信機と、この受信機の出力信号を演算処理して人間の装置に対する位置を検出する位置検出手段と、この位置検出手段の出力信号を演算処理して人間の動作領域を設定する動作領域設定手段と、装置の位置検出器の出力信号を演算処理して装置の動作領域を設定する動作領域設定手段と、人間の動作領域設定手段の出力信号と装置の動作領域設定手段の出力信号を演算処理して装置の動作領域を選択する動作領域選択手段を備え、この動作領域選択手段が選択した動作領域に基づいて装置が作業を行うことを特徴とするマン・マシン作業システム。
3. 前記装置の動作領域は、装置が通常動作を行う警報領域と、装置が減速して作業を行う減速運転領域と、装置が一時停止する停止領域に区分され、前記各領域は装置のアームの姿勢の変化に追従して変わる請求項１又は２記載のマン・マシン作業システム。