JP7194288B2 - 周辺監視装置 - Google Patents

Description

本明細書は、移動体の少なくとも３方向を監視する周辺監視装置に関する技術を開示したものである。

近年、例えば部品実装ラインにおいては、特許文献１（国際公開ＷＯ２０１９／０８７３９２号公報）に記載されているように、部品実装ラインを構成する複数台の部品実装機の配列に沿って設けられた移動レーンにフィーダ自動交換ロボットを移動可能に設け、このフィーダ自動交換ロボットを自動交換要求が発生した部品実装機の前面側へ移動させて、当該部品実装機のフィーダセット台に対してフィーダを自動交換するようにしたものがある。

一般に、部品実装ラインの稼働中に、いずれかの部品実装機で何らかのエラーが発生して当該部品実装機の生産が停止したときには、作業者が当該部品実装機の点検・調整等の作業を行って当該部品実装機の生産を再開するようにしている。この場合、フィーダ自動交換ロボットに対する作業者の安全性を確保するために、特許文献１の部品実装ラインでは、フィーダ自動交換ロボットの前面側（作業者側）の下部両側のコーナー部分に設置した２つのセーフティレーザスキャナによってフィーダ自動交換ロボットの下部の周囲３方向を監視して、その監視エリア内に作業者が不用意に侵入したときに、それをセーフティレーザスキャナで検出してフィーダ自動交換ロボットの動作を非常停止させるようにしている。

国際公開ＷＯ２０１９／０８７３９２号公報

ところで、フィーダ自動交換ロボットの前面下部のコーナー部分に設けたセーフティレーザスキャナで監視する監視エリアは、床面に沿って水平方向に２次元で監視する水平面状の監視エリアとなっている。この構成では、監視エリアの上方をフィーダ自動交換ロボットに向かって飛び込んでくる飛来物を検出できなかったり、或は、作業者等が持つ棒状物等の先端が監視エリアの上方をフィーダ自動交換ロボットに向かって接近してきても検出できない。このため、監視エリアの上方を侵入してくる飛来物や棒状物等に対して安全性を確保できない。

また、従来の監視エリアは、作業者の足元を検出するように設定されているため、作業者の足元が監視エリアの外側にあれば、作業者の手先が監視エリアの上方をフィーダ自動交換ロボットに向かって伸びてきても検出できない。このため、安全性を確保するために、作業者の手先が伸びる範囲を考慮して監視エリアを大きめに設定する必要があった。一般に、監視エリアが大きくなるほど、監視エリア内に作業者が不用意に侵入して検出される頻度が増加してフィーダ自動交換ロボットの動作が非常停止する頻度が増加し、生産性が低下する。また、監視エリアが大きくなるほど、作業者が安全に作業できる作業エリアが狭められてしまい、作業性も低下する。

上記課題を解決するために、移動体の少なくとも３方向に監視エリアを設定した周辺監視装置であって、前記移動体には、各方向の監視エリア毎にセーフティレーザスキャナが設置され、少なくとも１方向の監視エリアは、３次元で監視する３次元監視エリアとし、それ以外の方向の監視エリアは、水平方向に２次元で監視する水平監視エリアとし、前記３次元監視エリアを監視するセーフティレーザスキャナは、前記移動体の上部に設置されて、前記３次元監視エリアが前記移動体の上部から下部に向かって前記移動体との間隔が徐々に広がる傾斜面状の監視エリアを形成するように構成され、前記水平監視エリアを監視するセーフティレーザスキャナは、前記移動体の下部に設置されて、前記水平監視エリアが前記移動体の下部から水平面状の監視エリアを形成するように構成され、前記３次元監視エリアは、前記移動体の移動方向とは異なる方向を３次元で監視するように設定されている。

この構成では、少なくとも１方向の監視エリアは、移動体の上部から斜め下方に向かって３次元で監視する３次元監視エリアとなっているため、この３次元監視エリアでは、移動体に向かって侵入してくる飛来物や棒状物等を検出することができて、飛来物や棒状物等に対しても安全性を確保できる。しかも、３次元監視エリアでは、作業者の手先が移動体側に接近してくれば検出できるため、作業者の手先が伸びる範囲を考慮して３次元監視エリアの水平距離を大きめに設定する必要がなくなり、３次元監視エリアの水平距離を従来の監視エリアの水平距離よりも短くすることができる。これにより、３次元監視エリア内に作業者が不用意に侵入して検出される頻度を従来より減らすことができて、生産性も確保できる。しかも、作業者が安全に作業できる作業エリアが３次元監視エリアによって狭められる領域を従来よりも少なくすることができて、作業性も確保できる。

尚、移動体の周囲の各方向の監視エリアを３次元監視エリアとするか、水平監視エリアとするかは、例えば、移動体の種類、移動体の走行路と作業エリアとの位置関係、移動体の移動方向等を考慮して決定すれば良い。

図１は一実施例における部品実装ライン全体の構成を示す斜視図である。 図２はフィーダ自動交換ロボットと部品実装機の構成を概略的に示す斜視図である。 図３はフィーダ自動交換ロボットの周囲の監視エリアを説明する側面図である。 図４はフィーダ自動交換ロボットの周囲の監視エリアを説明する平面図である。 図５はフィーダ自動交換ロボット付きの部品実装ラインの制御系の構成を概略的に示すブロック図である。

以下、本発明を部品実装機１０のフィーダ自動交換ロボット２６に適用して具体化した一実施例を説明する。

まず、図１及び図２に基づいて部品実装ライン１０の構成を説明する。
部品実装ライン１０は、回路基板１１の搬送方向（Ｘ方向）に沿って複数台の部品実装機１２を１列に配列して構成され、該部品実装ライン１０の基板搬入側には、回路基板１１に半田を印刷する半田印刷機（図示せず）やカセット式のフィーダ１４を保管するフィーダ保管装置１９等が設置されている。

図２に示すように、各部品実装機１２には、回路基板１１を搬送する２本のコンベア１３と、複数のカセット式のフィーダ１４を交換可能にセットするフィーダセット台２４（図１参照）と、このフィーダセット台２４にセットしたカセット式のフィーダ１４から供給される部品を吸着して回路基板１１に実装する吸着ノズル（図示せず）を保持する実装ヘッド１５と、この実装ヘッド１５をＸＹ方向（左右前後方向）に移動させるヘッド移動装置１６と、吸着ノズルに吸着した部品をその下方から撮像する部品撮像用カメラ１７（図５参照）等が設けられている。ヘッド移動装置１６には、回路基板１１の基準マーク（図示せず）を撮像するマーク撮像用カメラ１８（図５参照）が実装ヘッド１５と一体的にＸＹ方向に移動するように取り付けられている。

その他、図５に示すように、部品実装機１２の制御装置２０には、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力装置２１と、制御用の各種プログラムや各種データ等を記憶するＨＤＤ、ＳＳＤ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置２２と、液晶ディスプレイ、ＣＲＴ等の表示装置２３等が接続されている。各部品実装機１２の制御装置２０は、部品実装ライン１０全体の生産を管理する生産管理コンピュータ７０とネットワークで接続され、該生産管理コンピュータ７０によって部品実装ライン１０全体の生産が管理される。

部品実装ライン１０の各部品実装機１２は、上流側の部品実装機１２から搬送されてくる回路基板１１をコンベア１３によって所定位置まで搬送してクランプ機構（図示せず）で該回路基板１１をクランプして位置決めして、該回路基板１１の基準マークをマーク撮像用カメラ１８で撮像して該基準マークの位置（該回路基板１１の基準位置）を認識すると共に、フィーダ１４から供給される部品を、実装ヘッド１５の吸着ノズルで吸着して、その吸着位置から撮像位置へ移動させて、該部品をその下面側から部品撮像用カメラ１７で撮像して該部品の吸着位置ずれ量等を判定した後、その吸着位置ずれ量を補正するように実装ヘッド１５を移動させて該部品をコンベア１３上の回路基板１１に実装して部品実装基板を生産する。

図１に示すように、部品実装ライン１０の前面側には、各部品実装機１２のフィーダセット台２４へのフィーダ１４のセット及び／又は取り外し（以下「自動交換」という）を行うフィーダ自動交換ロボット２６（自律走行ロボット）が設置されている。各部品実装機１２のフィーダセット台２４の下方に、当該フィーダセット台２４にセットする複数のフィーダ１４を収納するストック部７１が設けられている。フィーダ自動交換ロボット２６は、部品実装ライン１０を構成する複数台の部品実装機１２のいずれかでフィーダ１４の自動交換要求が発生したときに当該自動交換要求が発生した部品実装機１２の前面側へ移動して当該部品実装機１２のフィーダセット台２４から交換対象のフィーダ１４を取り出してストック部７１に回収すると共に、ストック部７１から必要なフィーダ１４を取り出して当該フィーダセット台２４にセットするようにしている。尚、フィーダ自動交換ロボット２６は、自動交換要求に応じて、フィーダセット台２４から取り出したフィーダ１４をストック部７１に回収するだけの作業を行う場合もあり、その反対に、ストック部７１から取り出したフィーダ１４をフィーダセット台２４の空きスロットにセットするだけの作業を行う場合もある。

部品実装ライン１０の前面側には、フィーダ自動交換ロボット２６（移動体）を部品実装機１２の配列に沿ってＸ方向（左右方向）に移動させるガイドレール７５が部品実装ライン１０全体にＸ方向に延びるように設けられている。ガイドレール７５の基板搬入側は、フィーダ保管装置１９まで延長され、フィーダ自動交換ロボット２６がフィーダ保管装置１９の前面側へ移動して、フィーダ自動交換ロボット２６がフィーダ保管装置１９から自動交換に必要なフィーダ１４を取り出したり、使用済みのフィーダ１４をフィーダ保管装置１９内に戻すようにしている。

フィーダ自動交換ロボット２６には、部品実装ライン１０に対するフィーダ自動交換ロボット２６の位置を検出する位置検出装置３４（図５参照）が設けられている。フィーダ自動交換ロボット２６の制御装置９０は、いずれかの部品実装機１２で自動交換要求が発生したときに、位置検出装置３４の検出信号によりフィーダ自動交換ロボット２６の位置を検出しながら当該自動交換要求が発生した部品実装機１２へ移動してフィーダ１４の自動交換を行う動作を制御する。

尚、フィーダ自動交換ロボット２６は、フィーダ１４の自動交換の他に、図示はしないが、交換用の吸着ノズルを収容したカセット式のノズル交換ユニットや、キャリブレーション用部品を供給するカセット式のキャリブレーション用部品供給ユニット等についてもフィーダセット台２４に対して自動交換できるようになっている。

生産管理コンピュータ７０は、フィーダ自動交換ロボット２６の制御装置９０と共同してフィーダ自動交換ロボット２６の移動を制御する制御装置としても機能し、生産中に部品実装ライン１０を構成する複数台の部品実装機１２のいずれかで自動交換要求が発生したか否かを監視し、いずれかの部品実装機１２で自動交換要求が発生したときにその情報をフィーダ自動交換ロボット２６の制御装置９０へ送信して、フィーダ自動交換ロボット２６を自動交換要求が発生した部品実装機１２の前面側へ移動させるようにしている。或は、フィーダ自動交換ロボット２６の制御装置９０は、自動交換要求が発生した部品実装機１２の情報をネットワークを介して当該部品実装機１２から直接取得してフィーダ自動交換ロボット２６が当該部品実装機１２の前面側へ移動するようにしても良い。

また、フィーダ自動交換ロボット２６には、当該フィーダ自動交換ロボット２６の周辺の３方向を監視する周辺監視装置８０が設けられている。この周辺監視装置８０は、フィーダ自動交換ロボット２６の周辺の３方向に監視エリアＡ，Ｂ，Ｃ（図３及び図４参照）が設定され、各監視エリアＡ，Ｂ，Ｃ毎にセーフティレーザスキャナ８１，８２，８３が設置されている。各セーフティレーザスキャナ８１，８２，８３は、各監視エリアＡ，Ｂ，Ｃに照射するレーザ光の照射角度を変化させて各監視エリアＡ，Ｂ，Ｃ内をレーザ光でスキャンし、検出対象に当たって反射したレーザ光を受光することで、各監視エリアＡ，Ｂ，Ｃ内に侵入した検出対象を検出する安全センサである。各セーフティレーザスキャナ８１，８２，８３の検出エリアである各監視エリアＡ，Ｂ，Ｃの広さや形状は、ユーザー側で任意に変更可能となっている。

フィーダ自動交換ロボット２６の移動方向（Ｘ方向とその反対方向）とは異なる方向であるフィーダ自動交換ロボット２６の前方を監視する監視エリアＡ（図４に点々で示す領域）は、３次元で監視する３次元監視エリアＡとなっている。この３次元監視エリアＡを監視するセーフティレーザスキャナ８１は、フィーダ自動交換ロボット２６の上部前端の中央部に設置されて、図３に示すように、３次元監視エリアＡがフィーダ自動交換ロボット２６の上部から下部に向かってフィーダ自動交換ロボット２６の前面との間隔が徐々に広がる傾斜面状の監視エリアを形成するように構成されている。

この３次元監視エリアＡの傾斜角度を決定する際に、部品実装機１２前面の危険源（フィーダ１４を出し入れする部分）からの水平距離である安全距離を次式により計算して、危険源から３次元監視エリアＡまでの水平距離が安全距離となるように３次元監視エリアＡの傾斜角度を決定すれば良い。
安全距離＝（Ｖmax ×Ｔ1 ）＋Ｓ1 ＋ΔＳ＋（Ｖman ×Ｔ2 ）＋Ｓ2

ここで、Ｖmax はフィーダ自動交換ロボット２６の最大速度、Ｔ1 は危険領域に物が入ってからフィーダ自動交換ロボット２６がブレーキをかけ始めるまでの時間、Ｓ1 はフィーダ自動交換ロボット２６の制動距離、ΔＳはセーフティレーザスキャナ８１の計測誤差、Ｖman は人の侵入速度、Ｔ2 は危険領域に物が入ってからフィーダ自動交換ロボット２６が停止するまでの時間、Ｓ2 は危険領域に侵入する前に体の一部が危険区域に接近する距離である。

一方、フィーダ自動交換ロボット２６の移動方向（Ｘ方向とその反対方向）である左右方向を監視する監視エリアＢ，Ｃ（図４に左斜線と右斜線で示す領域）は、水平方向に２次元で監視する水平監視エリアＢ，Ｃとなっている。左右方向の水平監視エリアＢ，Ｃを監視するセーフティレーザスキャナ８２，８３は、フィーダ自動交換ロボット２６の下部に設置されて、左右方向の水平監視エリアＢ，Ｃがフィーダ自動交換ロボット２６の下部から床面２７に沿って水平面状の監視エリアを形成するように構成されている。

更に、本実施例では、左右方向の水平監視エリアＢ，Ｃを監視するセーフティレーザスキャナ８２，８３は、フィーダ自動交換ロボット２６の下部のうちの３次元監視エリアＡ側のコーナー部分に設置され、３次元監視エリアＡの左右両側に配置された水平監視エリアＢ，Ｃの一部が３次元監視エリアＡの下部とフィーダ自動交換ロボット２６の前面下部との間の隙間全体をカバーするように張り出している。

各方向の監視エリアＡ，Ｂ，Ｃは、このエリア内に人や物が侵入したときに、それらとフィーダ自動交換ロボット２６との衝突を回避するためにフィーダ自動交換ロボット２６の駆動系の電源である動力電源を遮断してフィーダ自動交換ロボット２６を非常停止させるエリアである。セーフティレーザスキャナ８１，８２，８３のいずれかが監視エリアＡ，Ｂ，Ｃ内への人や物の侵入を検出するとフィーダ自動交換ロボット２６の動力電源が遮断されるが、この動力電源の遮断中も、周辺監視装置８０及びフィーダ自動交換ロボット２６の制御系の電源である制御電源が維持され、周辺監視装置８０が各方向の監視エリアＡ，Ｂ，Ｃ内への人や物の侵入の有無を監視して、監視エリアＡ，Ｂ，Ｃ内に侵入した人や物が監視エリアＡ，Ｂ，Ｃから出ていったときに、直ちにフィーダ自動交換ロボット２６の動力電源を復帰させてフィーダ自動交換ロボット２６の移動制御を再開できるようになっている。

以上説明した本実施例によれば、フィーダ自動交換ロボット２６の周辺の３方向に監視エリアＡ，Ｂ，Ｃが設定され、フィーダ自動交換ロボット２６の移動方向（Ｘ方向とその反対方向）とは異なる方向であるフィーダ自動交換ロボット２６の前方を監視する監視エリアＡは、３次元で監視する３次元監視エリアＡであり、この３次元監視エリアＡがフィーダ自動交換ロボット２６の上部から下部に向かってフィーダ自動交換ロボット２６の前面との間隔が徐々に広がる傾斜面状の監視エリアを形成するように構成されているため、この３次元監視エリアＡでは、フィーダ自動交換ロボット２６の前面に向かって侵入してくる飛来物や棒状物等を検出することができて、飛来物や棒状物等に対しても安全性を確保できる。しかも、３次元監視エリアＡでは、作業者の手先がフィーダ自動交換ロボット２６の前面側に接近してくれば検出できるため、作業者の手先が伸びる範囲を考慮して３次元監視エリアＡの水平距離を大きめに設定する必要がなくなり、３次元監視エリアＡの水平距離を従来の監視エリアの水平距離よりも短くすることができる。これにより、３次元監視エリアＡ内に作業者が不用意に侵入して検出される頻度を従来より減らすことができて、フィーダ自動交換ロボット２６の動作が非常停止する頻度を減らすことができ、生産性も確保できる。しかも、作業者が安全に作業できる作業エリアが３次元監視エリアＡによって狭められる領域を従来よりも少なくすることができて、作業性も確保できる。

ところで、フィーダ自動交換ロボット２６の停止中等に３次元監視エリアＡの下部とフィーダ自動交換ロボット２６の前面下部との間の隙間にその側方（Ｘ方向又はその反対方向）から作業者等が侵入しても、作業者等が３次元監視エリアＡに入らなければ、３次元監視エリアＡのセーフティレーザスキャナ８１では作業者等を検出できない。

この対策として、本実施例では、フィーダ自動交換ロボット２６の移動方向（Ｘ方向とその反対方向）を監視する監視エリアＢ，Ｃは、フィーダ自動交換ロボット２６の下部から水平方向に２次元で監視する水平監視エリアＢ，Ｃであり、各方向の水平監視エリアＢ，Ｃの一部が３次元監視エリアＡの下部とフィーダ自動交換ロボット２６の前面下部との間の隙間全体をカバーするように張り出しているため、フィーダ自動交換ロボット２６の停止中等に３次元監視エリアＡの下部とフィーダ自動交換ロボット２６の前面下部との間の隙間にその側方から作業者等が侵入した場合には、左右方向の水平監視エリアＢ，Ｃで作業者等を検出でき、安全性を確保できる。

尚、本実施例では、左右方向の水平監視エリアＢ，Ｃの一部が３次元監視エリアＡの下部とフィーダ自動交換ロボット２６の前面下部との間の隙間全体をカバーするように構成したが、左右方向の水平監視エリアＢ，Ｃの一部が３次元監視エリアＡの下部に重なる位置まで張り出していれば良く、３次元監視エリアＡの内側において左右方向の水平監視エリアＢ，Ｃの間に多少の隙間があっても良い。この構成でも、本実施例とほぼ同様の効果を得ることができる。

また、本実施例は、本発明をフィーダ自動交換ロボット２６に適用した実施例であるが、フィーダ自動交換ロボット２６以外の自律走行ロボットや無人搬送車等、様々な種類の移動体に適用しても良い。この場合、移動体の４方向に監視エリアを設定しても良く、また、移動体の移動方向又はその直角方向の２方向の監視エリアを３次元監視エリアとし、他の２方向の監視エリアを水平監視エリアとしても良い。一般に、移動体の周囲の各方向の監視エリアを３次元監視エリアとするか、水平監視エリアとするかは、例えば、移動体の種類、移動体の走行路と作業エリアとの位置関係、移動体の移動方向等を考慮して決定すれば良い。

その他、本発明は、上記実施例の構成に限定されず、例えば、３次元監視エリアの形状や水平監視エリアの形状を適宜変更して実施しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは勿論である。

１０…部品実装ライン、１１…回路基板、１２…部品実装機、１４…カセット式のフィーダ、１５…実装ヘッド、２０…部品実装機の制御装置、２４…フィーダセット台、２６…フィーダ自動交換ロボット（移動体，自律走行ロボット）、７０…生産管理コンピュータ、８０…周辺監視装置、８１，８２，８３…セーフティレーザスキャナ、９０…フィーダ自動交換ロボットの制御装置、Ａ…３次元監視エリア、Ｂ，Ｃ…水平監視エリア

Claims (6)

1. 移動体の少なくとも３方向に監視エリアを設定した周辺監視装置であって、
   前記移動体には、各方向の監視エリア毎にセーフティレーザスキャナが設置され、
   少なくとも１方向の監視エリアは、３次元で監視する３次元監視エリアとし、それ以外の方向の監視エリアは、水平方向に２次元で監視する水平監視エリアとし、
   前記３次元監視エリアを監視するセーフティレーザスキャナは、前記移動体の上部に設置されて、前記３次元監視エリアが前記移動体の上部から下部に向かって前記移動体との間隔が徐々に広がる傾斜面状の監視エリアを形成するように構成され、
   前記水平監視エリアを監視するセーフティレーザスキャナは、前記移動体の下部に設置されて、前記水平監視エリアが前記移動体の下部から水平面状の監視エリアを形成するように構成され、
   前記３次元監視エリアは、前記移動体の移動方向とは異なる方向を３次元で監視するように設定されている、周辺監視装置。
2. 前記３次元監視エリアの両側に前記水平監視エリアが配置され、
   前記水平監視エリアの一部が前記３次元監視エリアの下部に重なる位置まで張り出している、請求項１に記載の周辺監視装置。
3. 前記水平監視エリアを監視するセーフティレーザスキャナは、前記移動体の下部のうちの前記３次元監視エリア側のコーナー部分に設置され、
   前記３次元監視エリアの両側に配置された前記水平監視エリアの一部が前記３次元監視エリアの下部と前記移動体の下部との間の隙間全体をカバーするように張り出している、請求項２に記載の周辺監視装置。
4. 移動体の少なくとも３方向に監視エリアを設定した周辺監視装置であって、
   前記移動体には、各方向の監視エリア毎にセーフティレーザスキャナが設置され、
   少なくとも１方向の監視エリアは、３次元で監視する３次元監視エリアとし、それ以外の方向の監視エリアは、水平方向に２次元で監視する水平監視エリアとし、
   前記３次元監視エリアを監視するセーフティレーザスキャナは、前記移動体の上部に設置されて、前記３次元監視エリアが前記移動体の上部から下部に向かって前記移動体との間隔が徐々に広がる傾斜面状の監視エリアを形成するように構成され、
   前記水平監視エリアを監視するセーフティレーザスキャナは、前記移動体の下部に設置されて、前記水平監視エリアが前記移動体の下部から水平面状の監視エリアを形成するように構成された周辺監視装置において、
   前記３次元監視エリアの両側に前記水平監視エリアが配置され、
   前記水平監視エリアの一部が前記３次元監視エリアの下部に重なる位置まで張り出しており、
   前記水平監視エリアを監視するセーフティレーザスキャナは、前記移動体の下部のうちの前記３次元監視エリア側のコーナー部分に設置され、
   前記３次元監視エリアの両側に配置された前記水平監視エリアの一部が前記３次元監視エリアの下部と前記移動体の下部との間の隙間全体をカバーするように張り出している、周辺監視装置。
5. 前記移動体は、自律走行ロボットである、請求項１乃至４のいずれかに記載の周辺監視装置。
6. 前記自律走行ロボットは、部品実装ラインを構成する複数台の部品実装機の配列に沿って移動して各部品実装機との間でフィーダを自動交換するフィーダ自動交換ロボットである、請求項５に記載の周辺監視装置。

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