(57)【要約】【課題】人体の接触部位の想定の変更に応じて、ロボットモデルの設定を変更してシミュレートを実行する。【解決手段】ロボットのリスクアセスメント方法は、ロボットモデルを選択し、ロボットモデルに対して接触することが想定される人体の接触部位に応じて、設定の変更が可能である前記ロボットモデルの仮想ボディを作成し、ロボットモデルの仮想ボディが周辺環境モデル内で動作し、周辺環境モデル内の物体と、仮想ボディと、が接触する接触ポイントを検出する。【選択図】図１
2020082307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットモデルを選択し、
前記ロボットモデルに対して接触することが想定される人体の接触部位に応じて設定の変更が可能である前記ロボットモデルの仮想ボディを作成し、
前記ロボットモデルの前記仮想ボディが周辺環境モデル内で動作し、
前記周辺環境モデル内の物体と、前記仮想ボディと、が接触する接触ポイントを検出する、
ロボットのリスクアセスメント方法。
【請求項２】
人体の骨格をバネ定数で表し、
人体の皮膚の硬さをショア硬さで表し、
前記ロボットモデルが前記接触ポイントで接触した際に、人体に対して与える接触力を、前記バネ定数及び前記ショア硬さを用いて推定する、
請求項１に記載のロボットのリスクアセスメント方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットのリスクアセスメント方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、特開２０１７−１４４４９０号公報がある。この公報には、ロボットと作業者が協調作業をする制御装置が記載されている。この制御装置では、作業者の位置情報や姿勢情報を取得し、作業者の人体モデルに基づいて、作業者の各部位の動作を推定する。そして、この推定結果とロボットの状態に基づき、ロボットの動作を制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１４４４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した従来のロボットの制御を行う際には、人とロボットが協働して作業を行う協働ロボットは、使用前にリスクアセスメントを実行する必要がある。このリスクの計算には、ロボットの複雑な動作や姿勢に対して、危険源を抜け漏れなく抽出する必要があるため、多大な時間を費やすおそれがある。
本発明は、危険源の洗い出しを行うことで、実機の調整や評価にかかる時間を短縮したロボットのリスクアセスメント方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明にかかるロボットのリスクアセスメント方法は、ロボットモデルを選択し、前記ロボットモデルに対して接触することが想定される人体の接触部位に応じて、設定の変更が可能である前記ロボットモデルの仮想ボディを作成し、前記ロボットモデルの前記仮想ボディが周辺環境モデル内で動作し、前記周辺環境モデル内の物体と、前記仮想ボディと、が接触する接触ポイントを検出する。
これにより、作業者の人体の接触部位の想定の変更に応じて、ロボットモデルの設定を変更してシミュレートを実行することができる。
【発明の効果】
【０００６】
これにより、危険源の洗い出しを行い、実機の調整や評価にかかる時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】シミュレーション装置の構成を示す図である。
【図２】リスクアセスメントのフローを示す図である。
【図３】リスクアセスメントにおいてシミュレータを用いて実行する箇所のフローを示す図である。
【図４】動作計画の入力画面の一例を示す図である。
【図５】ロボットに対して仮想ボディを設定した状態の一例を示す図である。
【図６】仮想ボディが物体に接触する状態を示した模式図である。
【図７】時刻ごとの接触力の強さの一例を示すグラフである。
【図８】人体をバネ定数とショア硬さで再現した状態を示す図である。
【図９】シミュレーション結果の出力の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、ロボットのシミュレーション装置１は、ロボット選択手段１１と、周辺環境設定手段１２と、動作計画手段１３と、仮想ボディ設定手段１４と、接触ポイント抽出手段１５と、接触力演算手段１６と、出力手段１７と、を備える。
【０００９】
シミュレーション装置１は、コンピュータにより実現される。例えばシミュレーション装置１には、演算と制御を行う演算制御手段と、周辺環境の情報の記憶や、演算制御手段による演算前、演算中、演算後の情報を記憶する記憶手段と、演算を行うための情報を入力するための入力手段と、演算結果などを出力する出力手段と、を備えている。
【００１０】
演算制御手段には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。記憶手段には、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）を用いることができる。入力手段には、マウスやキーボードを用いることができる。出力手段にはディスプレイやプリンタを用いることができる。なお、これらは一例であって、これらの手段を実現する方法を限定するものではない。
【００１１】
ここで図２を用いて、シミュレーション装置１を用いたロボットのリスクアセスメントの方法について説明する。
【００１２】
最初に、機械の制限を確認する（ステップＳ１）。例えば、利用可能であるロボットと、利用不可能であるロボットの確認を行う。ここで、ロボットが利用可能であるか否かは、たとえばロボットを配置するためのスペースが十分であるか否かなどにより判断される。なお、この判断基準は、任意に変更可能である。
【００１３】
次に、危険源、危険状態、危険事象の同定を行う（ステップＳ２）。その後、リスクの見積りを行う（ステップＳ３）。このステップＳ２及びステップＳ３については、後述するように、シミュレーション装置１を利用する。
【００１４】
その後、リスクの評価を行い（ステップＳ４）、リスクが適切に低減されているか否かを判定する（ステップＳ５）。リスクが適切に低減されていれば（ステップＳ５でＹｅｓ）、文章化する（ステップＳ７）。リスクが適切に低減できていなければ（ステップＳ５でＮｏ）、安全化や安全防護の見直しを行うことでリスクの低減を行い（ステップＳ６）、ステップＳ１から処理を繰り返して、リスクの計算を行う。
【００１５】
ここで、ステップＳ２及びステップＳ３について、シミュレーション装置１を用いて実行する際のフローを、図３を用いて説明する。
【００１６】
最初に、シミュレータを起動する（ステップＳ１１）。例えば、演算制御手段は、コンピュータプログラムによって動作するシミュレータのアプリケーションを実行する。
【００１７】
ロボットの選択を行う（ステップＳ１２）。ロボット選択手段１１は、ステップＳ１において利用可能と判定されているロボットのうち、シミュレータで用いたいロボットを選択する。典型的には、このロボットは、予め記憶手段に記憶されているロボットの３Ｄモデルから選択される。なお、ロボットの３Ｄモデルには、ロボットの３Ｄ形状とキネマティクス（運動学）の情報が関連付けられている。以下では、シミュレータ内で用いられるロボットモデルを、ロボットと表現する。
【００１８】
周辺環境の読み込みを行う（ステップＳ１３）。例えば、周辺環境設定手段１２は、予め記憶手段にＣＡＤデータとして記憶されている周辺環境モデルの情報の読み込みを行う。ここで周辺環境とは、ロボットに隣接する設備やコンベヤなどの物体が配置された、ロボット周りの環境である。
【００１９】
動作計画を行う（ステップＳ１４）。例えば、動作計画手段１３は、ロボットの１サイクルの動作計画を設定する。ここで設定する動作計画は、図４に示すように、速度、加速度、原位置、複数の中継点、目標位置、サイクルタイムなどであるが、これらに限られない。
【００２０】
なお、中継点の設定として、ロボットの動作の中継点を設定することができる。この中継点は、任意で追加や削除が可能であり、各点への速度、加速度を個別で設定できる。
【００２１】
さらに、速度、加速度の設定では、全体の動作として設定が可能であるとともに、複数の中継点間を動作させる場合の中継点間について、個別の設定を行うことができる。この場合には、個別の設定を優先させることができる。
【００２２】
仮想ボディの設定を行う（ステップＳ１５）。仮想ボディ設定手段１４は、ロボットの仮想ボディを、円柱、直方体、球の組み合わせにより設定する。図５は、ロボットに対して円柱のみを使用して仮想ボディを設定した模式図である。なお直方体は、立方体とすることができる。
【００２３】
なおシミュレータでは、仮想ボディの設定を行うために、頭や腕などの人が挟まれる部位の設定を行う。そしてシミュレータは、人が挟まれる部位によって仮想ボディのサイズを変更する。例えば、仮想ボディの設定は、ベースとなるロボット形状を骨格として、複数の円柱や球や直方体を骨格周りに肉付けするように配置することで実行する。
【００２４】
例えば、シミュレータは、仮想ボディの設定において手が挟まれることを想定した場合には、夫々の円柱や球や直方体のサイズを小さくし、頭が挟まれることを想定した場合には、夫々の円柱や球や直方体のサイズを大きくすることができる。すなわち仮想ボディは、ロボットの表面から、検査対象である人の部位の大きさ加えることにより設定される。
【００２５】
より具体的には、シミュレータは、寸法が１００ｍｍである手が挟まれることを想定する場合には、ロボットを１００ｍｍ大きくした仮想ボディを設定する。これにより、シミュレータでは、環境内の物体と仮想ボディが接触した場合には、ロボットと物体の間に手が挟まれた状態として扱うことができる。
【００２６】
なお例えば、人が挟まれる部位として、胸、頭、脚、腕、手、指の６箇所を想定する。この場合、シミュレータでは、胸の寸法を５００ｍｍ、頭の寸法を３００ｍｍ、脚の寸法を１８０ｍｍ、腕の寸法を１２０ｍｍ、手の寸法を１００ｍｍ、指の寸法を２５ｍｍとして、それぞれ厚さが異なる仮想ボディを設定することができる。これらの想定箇所や寸法は、任意に設定変更することができる。
【００２７】
接触ポイントの抽出を行う（ステップＳ１６）。具体的には、接触ポイント抽出手段１５は、ステップＳ１４で規定した動作計画によってロボットを動作させた場合に、ステップＳ１３で設定した周辺環境モデル内の物体に対して仮想ボディが接触することを検知し、抽出することができる。なお、仮想ボディ同士の接触や干渉については、通常動作に影響しないため考慮しないこととする。
【００２８】
シミュレータでは、周辺環境モデル内の物体との接触点における、仮想ボディの座標や物体側の座標を記録する。また、シミュレータは、接触時のロボットの姿勢、ロボットのアームであればその各軸のポジション、工具先端点（Tool center point: ＴＣＰ）座標などの記録を行う。図６は、ロボットと物体の間に手が挟まれることを想定し、ロボットに設定された仮想ボディが物体に接触する状態を示した模式図である。
【００２９】
接触力の算出を行う（ステップＳ１７）。具体的には、接触力演算手段１６は、仮想ボディが環境内の物体に接触した場合の接触力を算出する。ここで図７に示すように、シミュレータでは、接触力として、ロボットの１つの動作における全ての時間におけるピーク値である過渡的接触力と、安定した力となったときのピーク値である準静的接触力を記録する。ここで図８に示すように、シミュレータは、人の部位ごとの骨格に応じて設定したバネ定数や、皮膚の硬さ（ショア硬さ、緩衝材硬さ）を考慮した、接触力の推定値を算出することができる。
【００３０】
なお例えば、準静的接触力を算出する際の安定した力となったときとは、所定の時間内において±１０Ｎ以内の接触力の変動状態となったときとする。
【００３１】
ここでシミュレータによる接触力の算出は、ロボットの１つの動作ごとに行うことができる。例えばシミュレータは、ステップＳ１４の動作計画においてロボットが複数の動作を行うことを計画している場合には、１つの動作による接触力の算出後、次の動作に移行して、シミュレーションを継続できる。
【００３２】
結果の出力を行う（ステップＳ１８）。例えば、出力手段１７は、シミュレーション結果の一覧表の表示を行う。具体的には図９に示すように、出力手段１７は、出力結果として、どの作業の時にどのようになったか、人の想定部位、測定条件、測定結果、判定結果などを出力する。測定条件には、バネ定数、緩衝材硬さ、緩衝材厚みの情報、測定結果には、過渡的接触力、準静的接触力、これらの接触力を算出した際のグラフの表示、判定結果を含むことができるが、これらに限られない。上記に示した例より簡易な表示を行ってもよく、より詳細な表示を行うこととしてもよい。
【００３３】
その後、出力手段１７により出力された結果の検図を行う（ステップＳ１９）。検図は、人がシミュレーション結果の一覧を見て、手動で行う。
【００３４】
このようにして、ロボットが人と接触する際の人体側の接触部位に応じて仮想モデルを生成してシミュレーションを行うことができる。このシミュレーションでは、周辺環境モデルの中でロボットモデルを動作させることで、人体の接触部位ごとの危険源である接触ポイントを抽出することができる。これにより、シミュレーションの段階で危険源を洗い出すことができるため、実機の評価や調整に掛ける時間を短縮することができる。
【００３５】
また接触力の算出では、人の骨格をバネ定数で表すとともに、皮膚の硬さを演算条件として考慮した上で、接触ポイントでの人体へのリスク計算を実行することができる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【００３７】
なお、上述したシミュレータのプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｒｅａｄａｂｌｅ  ｍｅｄｉｕｍ）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（ｔａｎｇｉｂｌｅ  ｓｔｏｒａｇｅ  ｍｅｄｉｕｍ）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  ＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｒｅａｄａｂｌｅ  ｍｅｄｉｕｍ）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【符号の説明】
【００３８】
１            シミュレーション装置
１１          ロボット選択手段
１２          周辺環境設定手段
１３          動作計画手段
１４          仮想ボディ設定手段
１５          接触ポイント抽出手段
１６          接触力演算手段
１７          出力手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020082307.tif 000008
【図７】
2020082307.tif 000009
【図８】
2020082307.tif 000010
【図９】
2020082307.tif 000011