Protective Stop

• 別名: safeguard stop
• カテゴリ: Control › Human in the loop
• タグ: safety, industrial-robots, collaborative-robots, risk-assessment, robot-controllers

監視している制限や条件が破られたときに、ロボットの安全システムや安全防護装置によって自動的に起動される停止。人が押す非常停止と対比される。

定義

保護停止（protective stop）は、安全防護に関わる事象に応じて安全システムが開始するロボット動作の停止である。きっかけは、ライトカーテンやエリアスキャナが危険区域内の人を検知すること、ドアインターロックが開くこと、あるいは安全関連の監視機能が関節トルク、接触力、速度、位置、ツールの向きが設定された制限を超えたことを検出することなどである。ISO 10218 などの産業用ロボットの安全規格は、この種の停止を非常停止と並ぶ基本的な安全機能の 1 つとして求めている。

非常停止との区別は重要である。非常停止は、人が赤いきのこ形ボタンを押す手動の操作であり、誰も予期しなかった状況のためのものである。保護停止は自動的なもので、セルに設計された安全防護の一部である。機械安全規格は停止カテゴリも定めており、駆動部への電源を直ちに遮断するもの、制御された減速の後に電源を遮断するもの、電源を入れたまま静止を監視する制御停止までの幅がある。保護停止がどのカテゴリを用いるかはリスクアセスメントの中で行う設計上の選択である。電源を入れたまま計画経路に沿って止めればアームの垂れ下がりやドリフトを避けられ、電源を遮断すれば動けないことをより強く保証できる。

保護停止の後、ロボットは通常、再開する前に明示的なリセットや確認を必要とし、コントローラはプログラムの再起動やロボットを離れた位置へ動かすことを求める場合もある。協働ロボットのアームでは、力や衝突の制限によって起きる保護停止は故障ではなく、通常の運用の一部である。保護停止はこのサイトの安全フィルタとは異なる。安全フィルタは安全集合の内側にとどまるように指令を連続的に修正するのに対し、保護停止は制限がすでに超えられた後のロボットの安全システムによる離散的な反応である。

重要な理由

保護停止は、ロボットセルがセンサーの事象や制限違反を確実な停止に変える仕組みである。予定外の停止が頻発することはダウンタイムのよくある原因であり、それを避けるために制限を調整しても保護を弱めることは決して許されないので、エンジニアは何が保護停止を引き起こし、どう復帰するのかを知っておく必要がある。

主な用途

• ライトカーテン、スキャナ、ドアインターロックが作動したときのロボットの停止
• 協働ロボットのアームにおける衝突と力の制限への反応
• 人がセルに近づいたときの速度と間隔の監視
• 関節、作業空間、ツールの向きの制限の強制
• ロボットを限界近くまで動かす研究用セットアップにおける安全な復帰ロジック

実際の使われ方

ある研究チームが、産業用アームを使って人と卓球をする。速いスイングで関節が設定されたトルクや速度の制限に近づくことがあり、そのとき安全コントローラが保護停止を発する。チームのソフトウェアはコントローラの状態を監視しており、ラリーの途中で停止が起きると、その事象を記録し、そのポイントを無効として打ち直しにし、停止が確認されるのを待ってから、アームをゆっくりと準備姿勢に戻す。チームは時間をかけて、安全のしきい値を上げるのではなく、制限付近で指令加速度を滑らかにすることで停止の回数を減らしていく。

よくある誤解

• 保護停止は非常停止と同じである — 非常停止は予見されない危険に対して人が手動で開始するものであり、保護停止は安全防護によって自動的に起動される
• 保護停止はロボットが壊れたことを意味する — 協働ロボットのアームでは制限超過に対する想定どおりの応答であり、原因を確認した後に解除される
• 保護停止のたびにモーターの電源が切れる — 規格は異なる停止カテゴリを認めており、電源を入れたまま静止を監視するものもある
• 停止が頻発するなら制限を上げるのが正しい対処である — 原因はたいてい動作、可搬質量の設定、セルのレイアウトにあり、保護を弱めずにそれらを直すべきである

知っておくべき人

• ロボットセルのインテグレーターと安全エンジニア
• 協働ロボットや産業用ロボットのアームをプログラムするエンジニア
• 実機で高速な実験や接触の多い実験を行う研究者

関連技術

• 非常停止（Emergency Stop）
• 安全 PLC（Safety PLC）
• ライトカーテンと安全レーザスキャナ（Light Curtains and Safety Laser Scanners）
• 速度と間隔の監視（Speed and Separation Monitoring）
• 安全適合監視停止（Safety-Rated Monitored Stop）

関連用語

• Cobot
• Safety Filter
• Pinch Point
• Physical Human-Robot Interaction
• Sensorless Force Estimation
• Force/Torque Sensor

関連プロジェクト

• NASA Ogma: NASA runtime monitor generator for safe robotics and flight systems