JP4648486B2 - 人間とロボットとの協調動作領域を有する生産システム - Google Patents

Description

本発明は、ロボットと人間が同じ空間で同時に作業を行うための協調動作領域が設けられた生産システムに関する。

従来、ロボットを用いた生産システムでは、ロボットと人間が同じ作業空間で同時に作業を行うことがないように人間とロボットの作業空間を完全に分離するための安全柵が設置されるのが一般的である。安全柵によって、ロボットの動作中には、人間がロボットの可動範囲内に物理的に侵入できないようにして人間の安全が確保されている。

しかし、近年、生産現場では、稼動するロボットの可動範囲内で人間が段取り作業などを行うことにより生産性を向上させたいといった要望が多くある。これに対して、従来は、ロボットの各軸の動作を制限するストッパを設けることによってロボットの動作領域を制限し、本来はロボットの可動範囲である領域内に、人間が安全に進入できる保護領域を設けるという方策がとられていた。

ところがストッパによる制限では、人間が進入できる保護領域を大きくするとロボットの動作領域が小さくなってしまい、ロボットの可能な作業が制限されたり、効率の低下を招いたりする。また、保護領域は、ストッパを外さなければ変更できないので、ロボットの稼動中には変更できず、人間の作業が必要ない時にまで、ロボットの動作が制限される。これらのことから、ストッパによる制限を行う方策では、生産性を高めるには難があった。

また、人間がロボットの可動範囲内に進入して、ロボットが必要とする部品を供給し、または部品を取り出すといった場合には、人間とロボットが同じ作業空間で作業を行う必要がある。そのような場合は、通常、人間は、ロボットを停止させてからその可動範囲内に進入する必要がある。そのため、ロボットの生産性を著しく低下させてしまうことになる。

特許文献１では、ロボットの可動範囲内に人間が作業を行うための領域を設定し、その領域への人間やロボットの進入を検出するセンサを設けている。そして、人間またはロボットの進入がセンサによって検出されると、セイフティコントローラによりロボットを停止または減速させることで人間の安全を確保している。さらに、特許文献１では、ロボットの可動範囲内に人間が作業を行うための領域を複数設定し、それらの各領域に人間やロボットの進入を検出するセンサを設け、それらのセンサを有効な状態と無効な状態とに切り替えることができるようにしている。それによって、人間とロボットが同じ作業空間において時間的に入れ替わりで作業を行うことができるようにしている。

特開２００７−２８３４５０号公報

特許文献１に開示された構成でも、人間とロボットは、依然として、同時には同じ作業空間で作業をすることはできない。しかし、近年のさらなるコスト意識の高まりにより、人間とロボットが同じ作業空間で同時に作業を行う協調動作を可能とすることが求められている。すなわち、このような協調動作は、例えば、人間が組立などの複雑な作業を行い、ロボットが人間に必要な部品を供給する場合などに求められ、このような場合、協調動作を行うことによって、生産効率の向上を期待することができる。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、人間の安全を確保しながら、人間とロボットが同じ作業空間で同時に作業を行う協調動作を可能とする生産システムを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の生産システムは、ロボットと、該ロボットを制御する制御手段と、作業員が進入可能であって前記ロボットが進入できない作業員動作領域と、前記作業員が進入できずかつ前記ロボットが存在可能なロボット動作領域と、前記作業員及び前記ロボットの双方が進入可能であって前記作業員動作領域と前記ロボット動作領域との間に挟まれた協調動作領域とを有する生産システムであって、前記制御手段は、前記ロボットの構成部分が前記協調動作領域に入っている時に前記ロボットの構成部分の最高速度を前記協調動作領域外における最高速度よりも低速に制限するか、または、前記ロボットの動作中に前記作業員が前記協調動作領域に進入したときに前記ロボットの構成部分の最高速度を前記作業員が前記協調動作領域に進入していないときよりも低速に制限し、かつ、前記協調動作領域内で周辺部材と前記ロボットの構成部分との間に作業員の身体の一部が挟まれないようにするために前記周辺部材から所定の距離内に設定したロボット進入禁止領域に前記ロボットの構成部分が進入しないように前記ロボットの動作を制御する協調動作モードを有し、前記ロボット進入禁止領域は前記協調動作領域内に設定され、かつ前記ロボット動作領域内には設定されないようにしたことを特徴とする。

この構成によれば、作業員は、協調動作を行っているときまたは協調動作領域内に進入したときに、ロボットに衝突しそうになった場合、ロボットの最高速度が低速に制限されているので、容易に退避行動をとることができ、かつ、ロボット進入禁止領域が設定されているので、ロボットと周辺部材との間に挟まれて退避できなくなることもない。また、ロボットの最高速度が低速に制限されているので、作業員がロボットに衝突したとしても、大きな衝撃を受けるのを抑制することができる。

本発明の生産システムには、協調動作モードで、協調動作領域内でのロボットの構成部分の速度が所定の速度を超えた時、または、ロボットの構成部分がロボット進入禁止領域に進入した時にロボットを停止させる手段をさらに設けてもよい。それによって、協調領域内でロボットが高速で動作したり、ロボット進入禁止領域に進入したりするのをより確実に抑制し、安全性を高めることができる。

本発明の生産システムでは、制御手段が、ロボットの構成部分が協調動作領域内に入らないようにし、協調動作領域内で作業員のみが動作するようにする第１の動作モードと、協調動作領域内でのロボットの構成部分の最高速度の制限およびロボット進入禁止領域へのロボットの進入制限を解除し、協調動作領域内でロボットのみを動作させる第２の動作モードと、協調動作領域をロボットのみを動作させる領域と、作業員のみが動作するようにした領域とに分割する第３の動作モードと、のうちの少なくとも１つの動作モードをさらに有するようにしてもよい。それによって、協調動作をする必要がない作業工程で、協調動作領域における動作制限を解除してロボットが最大限の能力を発揮できるようにしたり、作業員の作業領域を広く確保したりして、生産性の向上を図ることができる。

本発明の生産システムは、第１の動作モードで、協調動作領域にロボットが進入した時にロボットを停止させ、減速させまたは回避動作をさせる手段、または協調動作領域へのロボットの進入を制限する手段をさらに有してもよい。

本発明の生産システムは、第２の動作モードで、協調動作領域に作業員が進入した時にロボットを停止させ、減速させまたは回避動作をさせる手段、または協調動作領域への作業員の進入を制限する手段をさらに有してもよい。

本発明の生産システムは、第３の動作モードで、ロボットのみを動作させる領域に作業員が進入した時にロボットを停止させ、減速させまたは回避動作させる手段、または、ロボットのみを動作させる領域への作業員の進入を制限する手段をさらに有してもよい。

本発明の生産システムは、第３の動作モードで、作業員のみが動作するようにした領域にロボットが進入した時にロボットを停止させ、減速させまたは回避動作をさせる手段、または作業員のみが動作するようにした領域へのロボットの進入を制限する手段をさらに有してもよい。

本発明の生産システムは、第１の動作モードで、協調動作領域にロボットが進入したことを検知する第１のセンサと、第２の動作モードで、協調動作領域に作業員が進入したことを検知する第２のセンサと、第３の動作モードで、協調動作領域におけるロボットのみを動作させる領域に作業員が進入したこと、または協調動作領域における作業員のみが動作する領域にロボットが進入したことを検知する第３のセンサと、をさらに有し、第１、第２及び第３のモードの切り替えを、第１、第２及び第３のセンサのオン・オフの切り替えによって行うようにしてもよい。

本発明の生産システムは、ロボットが進入可能であって作業員が進入できず、ロボットの動作制限が解除されるロボット動作領域をさらに有してもよい。

協調動作領域内でロボットのみを動作させる第２の動作モードで、協調動作領域に作業員が進入した時にロボットを停止させる手段または減速させる手段または回避動作をさせる手段、または協調動作領域への作業員の進入を制限する手段を設け、協調動作領域をロボットのみを動作させる領域と、作業員のみが動作するようにした領域とに分割する第３の動作モードで、ロボットのみを動作させる領域に作業員が進入した時にロボットを停止させる手段または減速させる手段または回避動作をさせる手段、またはロボットのみを動作させる領域への作業員の進入を制限する手段を設けることができる。それによって、作業員が、動作しているロボットに衝突して大きな衝撃を受けるのを防止し、または衝撃を低減することができる。

また、協調動作領域内で作業員のみが動作するようにする第１の動作モードで、協調動作領域にロボットが進入した時にロボットを停止させる手段または減速させる手段または回避動作をさせる手段、または協調動作領域へのロボットの進入を制限する手段を設け、協調動作領域をロボットのみを動作させる領域と、作業員のみが動作するようにした領域とに分割する第３の動作モードで、作業員のみが動作するようにした領域にロボットが進入した時にロボットを停止させる手段または減速させる手段または回避動作をさせる手段、または作業員のみが動作するようにした領域へのロボットの進入を制限する手段をさらに設けてもよい。それによって、作業員のみが動作するようにした領域の安全性をより高めることができる。

本発明によれば、人間の安全を確保しながら、一方でロボットの動作を過剰に制限することなく、人間とロボットが同じ作業空間を同時に共有して作業する協調動作を可能とする生産システムを提供することができる。

本発明の第１の実施形態の生産システムの側面図である。 図１の生産システムにおける作業員動作領域、ロボット動作領域、および協調動作領域を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 図２（ｂ）に示す協調動作領域内のロボット進入禁止領域の部分の拡大図である。 本発明の第２の実施形態の生産システムの平面図である。 本発明の第３の実施形態の生産システムの斜視図である。 図５の生産システムにおける作業員動作領域、ロボット動作領域、および協調動作領域を示す側面図である。 図６に示す協調動作領域内のロボット進入禁止領域の部分の拡大図である。 本発明の第４の実施形態の生産システムの斜視図である。 本発明の第５の実施形態の生産システムの斜視図である。 図９の生産システムにおける作業員動作領域、ロボット動作領域、および協調動作領域を示す側面図である。 図９の生産システムにおけるロボットのアームの動作範囲の制限を説明するための斜視図である。 図９の生産システムにおける協調動作領域を作業員の動作領域として利用する動作モードへの切り替えを説明するための側面図である。 本発明の第６の実施形態の生産システムの側面図である。 図１３の生産システムで、協調動作領域を作業員のみが動作する領域に切り替えた状態を示す側面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１に示すように、本実施形態の生産システムには、作業机６が設けられている。作業机６の側方には、ロボット２が設けられている。作業机６の、ロボット２が設けられたのとは反対側には、作業員１のための座席７が設けられている。

図１に示す例では、ロボット２としては、ワークや加工工具を保持可能なハンド９が先端に取り付けられた一般的な多関節ロボットを示しているが、公知の他の構成のロボットであってもよく、その詳細は、本発明には直接関係しないので説明を省略する。ロボット２には、そのリンク機構の駆動モータなどの駆動部を制御して、ロボット２の動作を制御するコントローラ２ａが付属している。

いずれにしてもロボット２は、作業机６上でワークの加工や搬送などの作業を行うことができるようになっている。この際、ロボット２の可動範囲は、作業机６上の全領域には及ばないようになっている。ここで、ロボット２の可動範囲とは、ロボット２の構成部分が物理的に移動可能な範囲であり、例えば、ロボット２を構成するアームやハンド９の大きさ、それらを連結するリンク機構の回転可能範囲によって定まる。また、ロボット２の可動範囲は、ストッパなどによって物理的にリンク機構などの可動範囲を制限することにより設定されたものであってもよい。なお、ロボット２の構成部分には、ハンド９によって保持されるワークや加工工具など、ロボット２の動作によってアームなどと一緒に移動するものも含まれていてよい。

また、座席７に座った作業員１も、手が届く範囲は作業机６上の全領域には及ばないようになっている。すなわち、作業員１が座席７に座って作業を行う場合、物理的に手の届く範囲は有限であり、作業机６は、作業員１の手が届かない範囲が生じるのに十分な大きさを有している。言い換えれば、作業机６と座席７によって、ロボット２の周囲で作業員１が進入可能な領域が制限されている。

このようにして、図２に示すように、作業机６上の空間は、作業員動作領域３、ロボット動作領域４、および協調動作領域５の３つの領域に分かれている。すなわち、作業員動作領域３は、ロボット２の可動範囲外であり、ロボット２の動作状態に関係なく、ロボット２の構成部分が物理的に進入できない領域であり、作業員１のみが存在可能な領域である。ロボット動作領域４は、座席７に座った作業員１の手が届かない領域であり、ロボット２のみが存在可能な領域である。そして、協調動作領域５は、作業員動作領域３とロボット動作領域４との間に挟まれた領域であり、作業員１もロボット２も進入可能な領域である。なお、図２では、分かりやすくするために、協調動作領域５などの各領域は、ほぼ直方体の形状としているが、一般には、曲面によって区切られたより複雑な形状を有するものであってよい。

第１の実施形態の生産システムでは、協調動作領域５には、作業員１もロボット２も進入可能であるため、両者が衝突する可能性がある。そこで、協調動作領域５内ではロボット動作領域４におけるよりもロボット２の最高速度を低速に制限している。それによって、作業員１は、ロボット２に衝突しそうになった時に回避行動をとることができ、衝突したとしても、大きな衝撃を受けなくて済むようにすることができる。

協調動作領域５におけるロボット２の最高速度は、例えば、ＩＳＯ１０２１８−１に低速制御として規定されている２５０ｍｍ／ｓに設定することができる。もちろん、最高速度をより低速に設定してもよい。

さらに、協調動作領域５には、作業机６などの周辺部材とロボット２の構成部分との間に作業員１の身体の一部が挟まれないようにするために、周辺部材に対して所定の距離内の部分にロボット進入禁止領域８が設けられている。また、図３により詳細に示すように、作業机６上に治具やワークなどの部材１０が存在する場合には、部材１０から所定の距離内の部分にもロボット進入禁止領域８が設けられている。このように、周辺部材とは、ロボット２の可動範囲内またはその近辺に存在し、作業員１が、ロボット２との間に挟まれる可能性のある任意の部材を意味している。

協調動作領域５における最高速度の制限とロボット進入禁止領域８へのロボット１の進入制限は、コントローラ２ａのソフトウェアによって実現することができる。すなわち、コントローラ２ａには、通常、ロボット２の制御のためにロボット２の各駆動モータの位置などの情報が取り込まれる。それらの情報から、コントローラ２ａによって、ロボット２の構成部分が協調動作領域５に進入しているかどうかを判定することができる。そして、コントローラ２ａによって、ロボット２の構成部分が協調動作領域５に進入している場合には、ロボット２の構成部分の速度が、設定された低速の最高速度を越えないように、ロボット２の各駆動部の動作を調整することができる。

また、コントローラ２ａには、作業机６や部材１０などの周辺部材の位置の情報もロボット２の制御のために取り込まれるのが普通である。したがって、それらの情報から、コントローラ２ａによって、ロボット進入禁止領域８を自動的に設定し、設定したロボット進入禁止領域８内には、ロボット２の構成部分が進入しないように、ロボット２の各駆動部の動作を調整することができる。あるいは、ロボット進入禁止領域８は、作業工程の教示時などに、オペレータが予め設定しておいてもよい。

さらに、協調動作領域５においてロボット２の構成部分の速度が、設定された最高速度を超え、またはロボット２の構成部分がロボット進入禁止領域８に進入した時にロボット２を停止させる監視装置２ｂを設けてもよい。監視装置２ｂは、ロボット２の各駆動部のエンコーダあるいはコントローラ２ａから取り込んだ情報に基づいてロボット２の構成部分の位置や速度を監視するのに用いることができる。あるいは、監視装置２ｂは、カメラや光追尾センサなどによってロボット２の所定部の速度や位置、さらには、周辺部材の位置などを計測することにより監視を行うものであってもよい。また、監視装置２ｂは、ロボット２の構成部分の速度が、設定された最高速度を超え、またはロボット２の構成部分がロボット進入禁止領域８に進入した時にロボット２を減速、停止または回避動作をさせるものであってもよい。

監視装置２ｂは、特に、通常の制御を行うコントローラ２ａよりも信頼性を高めたセイフティコントローラとして構成することができる。あるいは、監視装置２ｂは、コントローラ２ａの通常の制御を行うソフトウェア部分とは別のソフトウェア部分として構成してもよい。

以上説明した本実施形態の生産システムによれば、作業員１とロボット２は、協調動作領域５において、同時に協同して作業を行うことができる。したがって、例えば、作業員１が作業を行うのに必要な部品や治具をロボット２によって作業員１の手の届く所に供給する作業工程を実現することができる。また、例えば、ロボット２自体を治具として利用し、すなわち、例えば、ワークを作業員１が加工を実行しやすい位置および姿勢にロボット２によって保持した状態で作業員１が加工を行う作業工程を実現することができる。

この際、第１の実施形態の生産システムでは、協調動作領域５においてロボット２の最高速度が低速に制限され、かつ、作業机６や部材１０などの周辺部材から所定距離内の部分がロボット進入禁止領域８に設定される。それによって、作業員１が、ロボット２に衝突して大きな衝撃を受けたりロボット２と周辺部材との間に挟まれたりするのを防止することができる。ロボット２は、ロボット動作領域４では動作の制限を受けず、或いは協調動作領域５内でしか動作の制限を受けないので、動作制限を最小限に抑え、高い生産性を確保することができる。

（第２の実施形態）
作業者及びロボットが協調作業を行う必要がない場合には、上述の領域５は作業者及びロボットの一方のみが作業する領域として設定することができる。この場合は、ロボットの最高速度制限等が不要となるので、生産性の向上が図られるが、領域５は作業者及びロボットの双方が進入可能な領域であるので、該領域内での両者間の深刻な衝突等を防止する必要がある。以下、そのための第２の実施形態について説明する。

図４に示す第２の実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、図４には、第１の実施形態と同様の部分には同一の符号を付しており、また、第１の実施形態と同様の生産システムの構成要素の一部は記載を省略しており、それらに関しては、詳細な説明は省略する。

第２の実施形態の生産システムは、状況に応じて、協調動作領域５を作業員のみが動作する領域および／またはロボットのみが動作する領域として利用する動作モードに切り替えることができるようにしたものである。このために、本実施形態では、光電センサ等の第１のセンサ１２ａ、第２のセンサ１２ｂおよび第３のセンサ１２ｃの検出信号を利用している。

光電センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、所定の境界に沿って光線を発生し、光線が遮光されるのを検知することによって、設定された境界を作業員１またはロボット２が通過するのを検出するものである。図４には、各光電センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃによって設定された境界を模式的に示している。

図４（ａ）は、協調動作領域５を作業員１のみが動作する領域１３として利用するように設定した第１の動作モードを説明する図である。この際には、ロボット２のコントローラ２ａは、ロボット２の構成部分が領域１３に進入しないようにロボット２の動作を制御する。

図４（ａ）の第１の動作モードでは、さらに、領域１３とロボット動作領域４の境界に設けられた第１の光電センサ１２ａを利用することができる。すなわち、監視装置２ｂによって、光電センサ１２ａの信号に応じ、光電センサ１２ａが設けられた境界をロボット２が通過した時には、ロボット２を停止または減速させることができる。それによって、領域１３における作業員１の安全性をより高めることができる。

図４（ｂ）は、協調動作領域５をロボット２のみが動作する領域１４として利用するように設定した第２の動作モードを説明する図である。この際には、ロボット２のコントローラ２ａは、第１の実施形態において説明した協調動作領域５における最高速度制限やロボット進入禁止領域８への進入制限を解除する。それによって、協調動作が必要ない状態で、ロボット２の性能を最大限に利用して、生産性の向上を図ることができる。

図４（ｂ）の第２の動作モードでは、さらに、領域１４と作業員動作領域３の境界に設けられた第２の光電センサ１２ｂを利用することができる。すなわち、監視装置２ｂによって、光電センサ１２ｂの信号に応じ、光電センサ１２ｂが設けられた境界を作業員１が通過した時には、ロボット２を停止または減速させることができる。それによって、作業員１が、ロボット２が動作するように設定された領域１４に不用意に進入して、高速で動作するロボット２に衝突するのを防止または衝突を緩和し、安全性を高めることができる。

図４（ｃ）は、協調動作領域５のうち、任意の位置を境界として、作業員動作領域３側を作業員のみが動作する領域１３’、ロボット動作領域４側をロボットのみが動作する領域１４’として利用するように分割した第３の動作モードを説明する図である。この際には、ロボット２のコントローラ２ａは、領域１３’にはロボット２の構成部分が進入しないようにロボット２の動作を制御する。また、コントローラ２ａは、領域１４’内では、最高速度制限やロボット進入禁止領域８への進入制限を行わない。

図４（ｃ）の第３の動作モードでは、さらに、領域１４と作業員動作領域３の境界に設けられた第３の光電センサ１２ｃを利用することができる。すなわち、監視装置２ｂによって、光電センサ１２ｃの信号に応じ、光電センサ１２ｃが設けられた境界をロボット２または作業員１が通過した時には、ロボット２を停止または減速させることができる。それによって、作業員１と高速で移動するロボット２が不用意に接触するのを防止または衝突を緩和し、安全性を高めることができる。

第１の光電センサ１２ａは、図４（ａ）に示す第１の動作モードが設定されているときにのみ作動させるのが好ましい。また第２の光電センサ１２ｂは、図４（ｂ）に示す第２の動作モードが設定されているときにのみ作動させるのが好ましい。同様に第３の光電センサ１２ｃは、図４（ｃ）に示す第３の動作モードが設定されているときにのみ作動させるのが好ましい。それによって、作業員１は、いずれの光電センサが作動しているかによって、ロボット２の動作領域がどの範囲までに設定されているのかを認識することができる。その結果、作業員１が不用意にロボット２の動作領域内に進入するのを抑制することができる。

第２の実施形態では、動作モードの切り替え、すなわち協調動作を行う状態と行わない状態との切り替え、および、協調動作を行わない状態において人間のみが動作する領域とロボットのみが動作する領域の境界の変更を、コントローラ２ａのソフトウェアによって、また、必要に応じて光電センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃのオン・オフ状態を切り替えることによって行うことができる。したがって、生産システムの稼動中でも、迅速に動作モードを切り替えることができ、それによって、作業工程に応じて動作モードを迅速に切り替えることができ、生産効率を向上させることができる。

なお、第２の実施形態では、光電センサの代わりに、可動式の物理的構造物や、外部に設けたカメラや光追尾センサなどを用いて、作業員１やロボット２が所定の境界を通過するのを監視する構成とすることも考えられる。また、この際には、必要に応じて、作業員１の動作領域とロボット２の動作領域の境界がどこに設定されているかをランプなどによって表示することができる。さらに、外部に設けたカメラや光追尾センサで、作業員１とロボット２の位置を計測し、その情報をコントローラ２ａや監視装置２ｂに取り込んで、作業員１とロボット２の相対位置を計算し、作業員１やロボット２が所定の境界を通過した際、ロボット２が作業員１と接触しないようにロボット２に回避動作をさせて、安全性を確保することもできる。

（第３の実施形態）
図５〜７に示す第３の実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、図５〜７には、第１の実施形態と同様の部分には同一の符号を付しており、また、第１の実施形態と同様の生産システムの構成要素の一部は記載を省略しており、それらに関しては、詳細な説明は省略する。

第３の実施形態の生産システムでは、作業員１とロボット２の間に、ロボット２の周囲で作業員１が進入可能な領域を制限する安全柵１５が設けられている。安全柵１５には窓１６が形成されており、作業員１が窓１６からロボット２が配置された側に手を入れることができるようになっている。

このようにして、図６に示すように、安全柵１５の、作業員１が位置する側の全体が作業員動作領域３となっている。この際、ロボット４は、そのアーム部などの大きさを適切に設定したり、リンク機構部などの可動範囲をストッパなどによって制限したりすることによって、安全柵１５の窓１６を通って動かないようになっている。

一方、安全柵１５の、ロボット２が位置する側では、窓１６を通った作業員１の手が届く範囲が協調動作領域５となっており、残りの部分がロボット動作領域４となっている。すなわち、作業員１は安全柵１５のためにロボット動作領域４内には物理的に進入できない。協調動作領域５においては、第１の実施形態で説明したのと同様に、ロボット２のコントローラ２ａや監視装置２ｂによって、ロボット２の構成部分の最高速度の制限が行われる。

また、図７に示すように、協調動作領域５において、安全柵１５から所定の距離以内の部分はロボット進入禁止領域８に設定されている。ロボット進入禁止領域８では、ロボット２のコントローラ２ａや監視装置２ｂによって、ロボット２の構成部分の進入が防止される。

第３の実施形態でも、協調動作領域５を設けることによって、作業員１とロボット２が同時に協同して作業を行うことが可能となる。この際、協調動作領域５でロボット２の構成部分の最高速度を制限し、また、安全柵１５などの周辺部材から所定の距離内をロボット進入禁止領域８としている。それによって、作業員１が、ロボット２に衝突しそうになっても退避できるようにし、衝突したとしても、大きな衝撃を受けないようにすることができ、作業員１の安全を確保することができる。

（第４の実施形態）
図８に示す第４の実施形態は、第３の実施形態の変形例であり、図８には、第３の実施形態と同様の部分には同一の符号を付しており、また、第３の実施形態と同様の生産システムの構成要素の一部は記載を省略しており、それらに関しては、詳細な説明は省略する。

第４の実施形態では、窓１６を開閉可能な板１７が設けられている。図８（ａ）に示すように、板１７を開いた状態では、第３の実施形態において説明したような作業員１とロボット２との協調動作が行われる。

一方、協調動作をする必要がない作業工程では、図８（ｂ）に示すように板１７を閉じる。それによって、安全柵１５のロボット２側の全体が、作業員１が物理的に進入できない領域となる。そこで、リミットスイッチなどによる板１７の開閉状態を示す検知信号をロボット２のコントローラ２ａや監視装置２ｂに取り込んで、板１７が閉じている時には、協調動作領域５における最高速度の制限やロボット進入禁止領域８への進入の制限を解除する。それによって、協調動作をする必要がない時には、ロボット２の能力を最大限に利用して、生産性を高めることができる。

なお、図８には、窓１６の上辺に取り付けられた回転式ヒンジによって板１７を開閉可能とした構成を示しているが、窓１６の左辺または右辺に取り付けた回転式ヒンジによって板１７を開閉可能としてもよい。あるいは、板１７は、上下または左右方向にスライドさせて開閉できるように構成してもよい。

また、板１７で作業員１が安全柵１５の窓１６に物理的に進入できないようにする代わりに、光電センサや光追尾センサ等を用い、作業員１が安全柵１５の窓１６を通過したときに、ロボット２が停止、減速または回避動作をするようにしてもよい。

（第５の実施形態）
図９〜１２に示す第５の実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、図９〜１２には、第１の実施形態と同様の部分には同一の符号を付しており、また、第１の実施形態と同様の生産システムの構成要素の一部は記載を省略しており、それらに関しては、詳細な説明は省略する。

第５の実施形態では、ロボット２が安全マット２０上に配置されている。安全マット２０は、その上に作業員１が乗ると、作業員１の重量を感知する装置である。安全マット２０の感知信号は、ロボット２のコントローラ２ａおよび／または監視装置２ｂに入力され、作業員１が安全マット２０に乗ると、作業員１とロボット２との接近が適当な手段によって検知され、ロボット２が停止または減速させられる。

作業員１は安全マット２０を踏まずにロボット２に近づくことはできないため、ロボット２が動作している状態で作業員１が手を届かせることができる範囲は、安全マット２０の縁から一定の距離までの領域に限られている。一方、ロボット２の可動範囲は、必要に応じてストッパなどが用いられて、安全マット２０上の所定の範囲内になっている。

このようにして、第５の実施形態でも、図１０に示すように、作業員動作領域３、ロボット動作領域４、および両者の間の協調動作領域５が設けられている。第１の実施形態と同様に、協調動作領域５では、ロボット２の最高速度が低速に制限される。また、協調動作領域５において、周辺部材である安全マット２０上の所定の高さまでの部分には、ロボット進入禁止領域８が設けられている。

第５の実施形態でも、協調動作領域５を設けることによって、作業員１とロボット２が同時に協同して作業を行うことが可能となる。この際、協調動作領域５でロボット２の構成部分の最高速度を制限し、また、安全マット２０などの周辺部材から所定の距離内をロボット進入禁止領域８としている。それによって、作業員１が、ロボット２に衝突しそうになっても退避できるようにし、衝突したとしても、大きな衝撃を受けないようにすることができ、作業員１の安全を確保することができる。

なお、第５の実施形態では、安全マット２０の大きさによっては、ロボット２の多くの部分が協調動作領域５内に進入できる場合がある。そこで、例えば、図１１に示すように、ロボット２のリンク機構によって互いに対して回転可能に連結されたアーム２２，２３の連結部が協調動作領域５内に進入する場合には、アーム２２，２３間の相対角度を所定の値より小さくならないように制限してもよい。それによって、作業員２の手２１がアーム２２，２３間に挟まれるのを防止することができる。

アーム２２，２３間の相対角度の制限は、ロボット進入禁止領域８へのロボット２の進入制限と同様に、ロボット２のコントローラ２ａおよび／または監視装置２ｂのソフトウェアによって実現することができる。あるいは、ストッパを用いて物理的に動作を制限したり、リミットスイッチやカメラによって相対角度を監視し、所定の値より小さくなった時にロボット２を停止させるようにしたりしてもよい。

また、第５の実施形態でも、第２および第４の実施形態で示したように、協調動作が必要ない時には、協調動作領域５の制限を解除するようにしてもよい。図１２は、このような例として、協調動作領域５を作業員１のみが動作する領域２５に設定できるようにした例を示している。

また第５の実施形態において、ロボット２の動作中に作業員１がロボット２に接近したとき（または該接近を適当な検知手段が検知したとき）、具体的には協調動作領域５に入ったときに、ロボット２の最高速度を、作業員１が協調動作領域５に入っていないとき（該接近が検知されていないとき）の最高速度（例えばロボット２の性能が最大限に発揮され得る速度）より低速に制限してもよい。

すなわち、ロボット２のコントローラ２ａによって、ロボット２の動作範囲をロボット動作領域４のみに制限するように制御を行うことによって、協調動作領域５を作業員１のみが動作する領域２５とすることができる。この際、カメラ３０によってロボット２を監視し、ロボット２が領域２５に進入して作業員１とロボット２との接近が検知されたときは、ロボット２を停止、減速または回避動作をさせるようにすることができる。

カメラ３０は複数設けてもよく、例えば、ロボット２に対して複数の方向から作業員１が作業を行うことができる構成の場合、種々の方向にカメラ３０を設けて監視する構成としてもよい。また、協調動作領域５を、第２の実施形態において示したように、ロボット２のみが動作する領域に設定したり、作業員１のみが動作する領域とロボット２のみが動作する領域とに分割するように設定したりできるようにしてもよい。また、カメラ３０の代わりに、第２の実施形態において示したように、光電センサを用いて監視を行ってもよい。

（第６の実施形態）
図１３，１４に示す第６の実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、図１３，１４には、第１の実施形態と同様の部分には同一の符号を付しており、また、第１の実施形態と同様の生産システムの構成要素の一部は記載を省略しており、それらに関しては、詳細な説明は省略する。第６の実施形態は、第２の実施形態と同様に、協調動作領域５を作業員のみが動作する領域および／またはロボットのみが動作する領域として利用する動作モードに切り替えることができるようにするものであり、この際、作業員のみが動作する領域を確保するのに、第２の実施形態とは別の方策を用いるものである。

図１３は、図１と同様に、作業員１とロボット２が机６を挟んでおり、作業員動作領域３、ロボット動作領域４、協調動作領域５が存在する。ロボット２は自走手段または走行軸などの走行手段を備えており、例えば矢印３１で示す方向に移動可能である。図１４に示すように、ロボット２が机６から離れるとロボット２は協調動作領域５に物理的に侵入できなくなる。走行軸部のエンコーダ、あるいは外部に設けたカメラや光追尾センサ、光電センサなどの情報をコントローラ２ａや監視装置２ｂに取り込んで、ロボット２が机６から離れている時は、協調動作領域５を作業員動作領域３として利用する動作モードに切り替えることができる。このように、走行手段が、ロボット２が協調動作領域５への進入を制限する手段となる。また、協調動作領域５の途中までしかロボット２の動作範囲に含まれない位置にロボット２を移動させ、協調動作領域５を作業員１のみが動作する領域とロボット２のみが動作する領域とに分割する動作モードに切り替えてもよい。

１ 作業員
２ ロボット
３ 作業員動作領域
４ ロボット動作領域
５ 協調動作領域

Claims (9)

1. ロボットと、該ロボットを制御する制御手段と、作業員が進入可能であって前記ロボットが進入できない作業員動作領域と、前記作業員が進入できずかつ前記ロボットが存在可能なロボット動作領域と、前記作業員及び前記ロボットの双方が進入可能であって前記作業員動作領域と前記ロボット動作領域との間に挟まれた協調動作領域とを有する生産システムであって、
   前記制御手段は、前記ロボットの構成部分が前記協調動作領域に入っている時に前記ロボットの構成部分の最高速度を前記協調動作領域外における最高速度よりも低速に制限するか、または、前記ロボットの動作中に前記作業員が前記協調動作領域に進入したときに前記ロボットの構成部分の最高速度を前記作業員が前記協調動作領域に進入していないときよりも低速に制限し、かつ、前記協調動作領域内で周辺部材と前記ロボットの構成部分との間に作業員の身体の一部が挟まれないようにするために前記周辺部材から所定の距離内に設定したロボット進入禁止領域に前記ロボットの構成部分が進入しないように前記ロボットの動作を制御する協調動作モードを有し、前記ロボット進入禁止領域は前記協調動作領域内に設定され、かつ前記ロボット動作領域内には設定されないようにした、生産システム。
2. 前記協調動作モードで、前記協調動作領域内での前記ロボットの構成部分の速度が所定の速度を超えた時、または、前記ロボットの構成部分が前記ロボット進入禁止領域に進入した時に前記ロボットを停止させる手段をさらに有する、請求項１に記載の生産システム。
3. 前記制御手段は、
   前記ロボットの構成部分が前記協調動作領域内に入らないようにし、前記協調動作領域内で前記作業員のみが動作するようにする第１の動作モードと、
   前記協調動作領域内での前記ロボットの構成部分の最高速度の制限および前記ロボット進入禁止領域への前記ロボットの進入制限を解除し、前記協調動作領域内で前記ロボットのみを動作させる第２の動作モードと、
   前記協調動作領域を前記ロボットのみを動作させる領域と、前記作業員のみが動作するようにした領域とに分割する第３の動作モードと、
   のうちの少なくとも１つの動作モードをさらに有する、
   請求項１又は２に記載の生産システム。
4. 前記制御手段は少なくとも前記第１の動作モードを有し、前記第１の動作モードで、前記協調動作領域に前記ロボットが進入した時に前記ロボットを停止させ、減速させまたは回避動作をさせる手段、または前記協調動作領域への前記ロボットの進入を制限する手段をさらに有する、請求項３に記載の生産システム。
5. 前記制御手段は少なくとも前記第２の動作モードを有し、前記第２の動作モードで、前記協調動作領域に前記作業員が進入した時に前記ロボットを停止させ、減速させまたは回避動作をさせる手段、または前記協調動作領域への前記作業員の進入を制限する手段をさらに有する、請求項３又は４に記載の生産システム。
6. 前記制御手段は少なくとも前記第３の動作モードを有し、前記第３の動作モードで、前記ロボットのみを動作させる前記領域に前記作業員が進入した時に前記ロボットを停止させ、減速させまたは回避動作させる手段、または、前記ロボットのみを動作させる前記領域への前記作業員の進入を制限する手段をさらに有する、請求項３〜５のいずれか１項に記載の生産システム。
7. 前記制御手段は少なくとも前記第３の動作モードを有し、前記第３の動作モードで、前記作業員のみが動作するようにした前記領域に前記ロボットが進入した時に前記ロボットを停止させ、減速させまたは回避動作をさせる手段、または前記作業員のみが動作するようにした前記領域への前記ロボットの進入を制限する手段をさらに有する、請求項３〜６のいずれか１項に記載の生産システム。
8. 前記制御手段は前記第１の動作モード、前記第２の動作モード及び前記第３の動作モードを有し、
   前記第１の動作モードで、前記協調動作領域に前記ロボットが進入したことを検知する第１のセンサと、
   前記第２の動作モードで、前記協調動作領域に前記作業員が進入したことを検知する第２のセンサと、
   前記第３の動作モードで、前記協調動作領域における前記ロボットのみを動作させる領域に前記作業員が進入したこと、または前記協調動作領域における前記作業員のみが動作する領域に前記ロボットが進入したことを検知する第３のセンサと、をさらに有し、
   前記第１、第２及び第３のモードの切り替えを、前記第１、第２及び第３のセンサのオン・オフの切り替えによって行うようにした、請求項３〜７のいずれか１項に記載の生産システム。
9. 前記ロボットが進入可能であって前記作業員が進入できないロボット動作領域をさらに有し、前記ロボット動作領域内では前記ロボットの動作制限が解除される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の生産システム。

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