(57)【要約】【課題】アームの重量化の回避及び製造工数の低減を安全性の確保とともに実現すること。【解決手段】ロボット装置は基台１１、旋回用回転関節Ｊ１、上下回転用回転関節Ｊ２、直動関節Ｊ３と、手首部１９とを有する。直動関節Ｊ３の支持部又は支持部のジャケット４７にはミリ波レーダ７がアーム、手首部及びエンドエフェクタを検出範囲に含むように前方に向かって設置される。ミリ波レーダ７の出力信号を処理する信号処理回路７６は、ミリ波レーダの検出範囲内の反射物までの距離、水平方位角度、垂直方位角度を検出する。プロセッサ５１は処理部の出力に基づいて検出範囲への進入物の有無を判定するために、アーム、手首部及びエンドエフェクタを含む範囲を不感範囲として不感範囲に従って反射物が進入物であるのか、アーム、手首部又はエンドエフェクタであるのかを区別する。不感範囲はアームの伸縮長及び手首部の姿勢に従って動的に変化される。【選択図】    図１
2020075308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
前記基台に設置される旋回用回転関節と、
前記旋回用回転関節に載置される上下回転用回転関節と、
前記上下回転用回転関節に設置される、アームと前記アームを進退自在に支持する支持部とを有する直動関節と、
前記直動関節の先端には取り付けられる少なくとも３自由度の手首部と、
前記手首部に装備されるエンドエフェクタと、
前記支持部又は前記支持部のジャケットに、前記アーム、前記手首部及び前記エンドエフェクタを検出範囲に含むように前方に向かって設置される、受信アンテナアレイを有するミリ波レーダと、
前記ミリ波レーダの出力信号を処理して、前記検出範囲内の反射物までの距離、水平方位角度、垂直方位角度を検出する処理部と、
前記処理部の出力に基づいて前記検出範囲への進入物の有無を判定する判定部とを具備し、
前記判定部は、前記アーム、前記手首部及び前記エンドエフェクタを含む範囲を不感範囲として前記不感範囲に従って前記反射物が前記進入物であるのか、前記アーム、前記手首部又は前記エンドエフェクタであるのかを判別するとともに、前記不感範囲を前記アームの伸縮長及び前記手首部の姿勢に従って動的に変化させることを特徴とするロボット装置。
【請求項２】
前記不感範囲のデータを前記アームの伸縮長及び前記手首部の姿勢に関連付けて記憶する記憶部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のロボット装置。
【請求項３】
前記検出範囲は危険範囲と前記危険範囲より遠方の危険予知範囲とに区画され、
前記判定部は、前記進入物の存在を前記危険範囲と前記危険予知範囲とで区別して判定することを特徴とする請求項１又は２に記載のロボット装置。
【請求項４】
前記判定部により前記進入物が前記危険範囲に存在するとき、前記旋回用回転関節、前記上下回転用回転関節、前記直動関節及び前記手首部の動作を停止させ、前記判定部により前記進入物が前記危険範囲に存在するとき、前記旋回用回転関節、前記上下回転用回転関節、前記直動関節及び前記手首部の動作速度を低下させる動作制御部をさらに備えることを特徴とする請求項３記載のロボット装置。
【請求項５】
前記旋回用回転関節を覆うジャケットの外表面に前記アーム、前記手首部及び前記エンドエフェクタを検出範囲に含むように前方に向かって設置される他のミリ波レーダをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のロボット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から多関節ロボットアーム機構が産業用ロボットなど様々な分野で用いられている。発明者らが実用化した直動伸縮機構を備える極座標型のロボットアーム機構は、従来の肘関節を不要とし、それにより特異点の回避を容易に解消することができる。そのため上記の極座標型のロボットアーム機構では、従来の垂直多関節形のロボットアーム機構では危険性が比較的高い肘部の急峻な動きが解消された。また、上記の極座標型のロボットアーム機構は、アームの伸縮動作、上下回転動作、旋回動作により手首部の位置を変化させるため、作業員は直感的にロボットアーム機構の動作を把握することができる。以上のことから、直動伸縮機構を備えるロボットアーム機構では、安全柵が不要となり、作業員とロボットアーム機構とが隣り合って協働作業を行なうことが可能となったものの、ロボットアーム機構に対する作業員の接触及び衝突を完全に回避することが求められる。
【０００３】
一般的に、ロボットに対する作業員の接触、衝突さらに接近を検知するために、接触センサや近接センサが適用される。直動伸縮機構を備えるロボットアーム機構に、これらのセンサを装備させる場合、これらのセンサは、作業員に接触する可能性の高い、アーム又は手首部に装備する必要がある。しかも、感度範囲を網羅的に拡大させるためには、多数のセンサを稠密に配置する必要がある。そのため、手首部を含むアーム重量の増加は不可避であり、しかも、センサ数の増加に伴って製造工数も増加し、それによる製造コストの増加は不可避である。また、収縮動作によってアームは支柱部内に収容されるため、アームの表面に接触センサや近接センサを装備させることは困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
目的は、アームの重量化の回避及び製造工数の削減を安全性の確保とともに実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態に係るロボット装置は、基台と、基台に設置される旋回用回転関節と、旋回用回転関節に載置される上下回転用回転関節と、上下回転用回転関節に設置される、アームとアームを進退自在に支持する支持部とを有する直動関節と、直動関節の先端には取り付けられる少なくとも３自由度の手首部と、手首部に装備されるエンドエフェクタとを有する。支持部又は支持部のジャケットには、受信アンテナアレイを有するミリ波レーダがアーム、手首部及びエンドエフェクタを検出範囲に含むように前方に向かって設置される。受信アンテナアレイの出力信号を処理する処理部は、ミリ波レーダの検出範囲内の反射物までの距離、水平方位角度、垂直方位角度を検出する。判定部は処理部の出力に基づいて検出範囲への進入物の有無を判定する。判定部は、アーム、手首部及びエンドエフェクタを含む範囲を不感範囲として不感範囲に従って反射物が進入物であるのか、アーム、手首部又はエンドエフェクタであるのかを区別するとともに、不感範囲をアームの伸縮長及び手首部の姿勢に従って動的に変化させる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本実施形態に係るロボット装置の外観を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１のロボットアーム機構の内部構造を示す側面図である。
【図３】図３は、図１のミリ波レーダの検出範囲のうち垂直方向の危険予知範囲及び危険範囲を示す図である。
【図４】図４は、図１のミリ波レーダの検出範囲のうち水平方向の危険予知範囲及び危険範囲を示す図である。
【図５】図５は、図１のロボット装置のブロック構成図である。
【図６】図６は、図１の信号処理回路の出力の補足説明図である。
【図７】図７は、図５の記憶装置に記憶される不感範囲データの一例を示す図である。
【図８】図８は、図５のプロセッサによる進入物判定処理手順を示すフローチャートである。
【図９】図９は、図８の工程Ｓ３，Ｓ４の補足説明図である。
【図１０】図１０は、本実施形態の変形例に係るロボットアーム機構の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係るロボット装置を説明する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【０００８】
図１に示すように、本実施形態に係るロボット装置は、極座標型のロボットアーム機構１と、ロボットアーム機構１に装着されたミリ波レーダ７と、ロボットアーム機構１を制御する制御装置５とからなる。
【０００９】
ロボットアーム機構１は、基台１１、基台１１に垂直に設置された円筒形状の支柱部１３、支柱部１３上に載置されるショルダー部１５、ショルダー部１５から伸びるアーム１７及びアーム１７の先端に取り付けられた手首部１９を備える。手首部１９には用途に応じたエンドエフェクタ（手先効果器）、例えばハンド部２１が装着される。
【００１０】
支柱部１３には基台１１に対して垂直な第１回転軸ＲＡ１を有する旋回用回転関節Ｊ１が装備される。ショルダー部１５には、第１回転軸ＲＡ１に垂直な第２回転軸ＲＡ２を有する上下回転用回転関節Ｊ２が装備される。回転関節Ｊ２の回転部には直動関節、ここでは直動伸縮関節Ｊ３が装備される。
【００１１】
具体的には、支柱部１３は、上下に分離した２つのフレーム３１，３３を有する。支柱下部のフレーム３１は旋回用回転関節Ｊ１の固定部に接続され、円筒形状の支柱下部用のジャケット４１により覆われる。支柱上部のフレーム３３は旋回用回転関節Ｊ１の回転部に接続され、円筒形状の支柱上部用のジャケット４３により覆われる。支柱上部のフレーム３３の上端部分に、上下回転用回転関節Ｊ２の固定部としての一対のサイドフレーム３５が接続される。一対のサイドフレーム３５は、鞍形形状のジャケット４５により覆われる。一対のサイドフレーム３５は、モータジャケットを兼用する上下回転用回転関節Ｊ２の回転部としての円筒形のフレーム３７を回転自在に支持する。円筒形のフレーム３７は、円筒形状のジャケット４７により覆われる
ショルダー部１５の円筒形状のジャケット４７には、直動伸縮関節Ｊ３の主要部分が収容される。直動伸縮関節Ｊ３は、屈曲自在に連結された複数の上側ピース２３と、屈曲自在に連結された複数の下側ピース２５とを有する。上側ピース２３の先頭と下側ピース２５の先頭とは先頭ピース２７に結合される。上側ピース２３と下側ピース２５とは互いに重ね合わされることによりそれぞれの屈曲が拘束されて、一体化され、一定の剛性を有する柱状体としてのアーム１７が構成される。アーム１７の中心線を直動軸ＲＡ３という。上側ピース２３それぞれの裏面には図示しないリニアギアが設けられる。
【００１２】
直動伸縮関節Ｊ３は、角筒形のフレーム３９を有する。角筒形のフレーム３９は上下回転用回転関節Ｊ２の回転部としての円筒形のフレーム３７に接続される。角筒形のフレーム３９の前方部分はアーム１７を進退自在に支持する支持部として機能する。角筒形のフレーム３９の内側には、アーム１７を上下左右から強固に支持するための図示しない複数のローラが装備される。角筒形のフレーム３９の前方部分の複数のローラにより規定される内寸は重ねあわされた上側ピース２３と下側ピース２５の高さとそれらの幅に略等価である。角筒形のフレーム３９の後方部分にはモータに接続されたピニオンギア３８が配置される。このピニオンギア３８は上側ピース２３の裏面のリニアギアに噛合わされる。ピニオンギア３８が順回転するとき、上側ピース２３は前方に送り出される。上側ピース２３に伴って、上側ピース２３と先頭において結合された下側ピース２５も前方に送り出される。支持部を通過する上側ピース２３は下側ピース２５と重ね合わされる。ピニオンギア３８が逆回転するとき、上側ピース２３は後方に引き戻される。上側ピース２３とともに下側ピース２５も後方に引き戻される。支持部の導通路の後方で下側ピース２５は上側ピース２３から分離する。それにより上側ピース２３と下側ピース２５とは屈曲自在な状態に復帰し、支柱部１３の内部に収容される。
【００１３】
手首部１９は、直交３軸の３つの回転関節Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６が組み合わされてなる。回転関節Ｊ４は直動軸ＲＡ３に重なる回転軸ＲＡ４を有する。回転関節Ｊ５は回転軸ＲＡ４に垂直な回転軸ＲＡ５を有する。回転関節Ｊ６は回転軸ＲＡ４と回転軸ＲＡ５とに垂直な回転軸ＲＡ６を有する。回転関節Ｊ６の回転部にハンド部２１が取り付けられる。
【００１４】
ロボット装置は、ロボットアーム機構１の安全距離域に進入する反射物（主に作業員）を監視するためにミリ波レーダ７を備える。ミリ波レーダ７として、典型的にはアクティブ型のミリ波レーダ７が採用される。アクティブ型のミリ波レーダ７は、送信アンテナ７１からミリ波帯の電磁波を放射し、検出範囲（放射範囲）に存在する反射物で反射した電磁波を、縦横にアレイされた複数の受信アンテナ７２により受信し、それら受信信号に基づいて、検出範囲に存在する反射物の存在、方位、距離を検出するものである。ミリ波レーダ７により、ロボットアーム機構１が衝突する可能性がある反射物を検出し、検出結果に応じて、ロボットアーム機構１の動作を制御することで、ロボットアーム機構１がその反射物に衝突するリスク及びその反射物がロボットアーム機構１に衝突するリスクを低減することができる。
【００１５】
極座標型のロボットアーム機構１の伸縮、旋回、上下回転の各動作はハンド部２１、手首部１９及びアーム１７を大きく移動させる。従ってこれらハンド部２１、手首部１９及びアーム１７の各部は、平面上、側面上の掃引範囲が広く、衝突可能性が比較的高い部分である。一方、支柱部１３及びその上部に載置されたショルダー部１５の各部の旋回動作による平面上、側面上の範囲はほとんど変化しない。したがって、ハンド部２１、手首部１９及びアーム１７の各部を監視することが接触・衝突リスクを効果的に低減させる。ミリ波レーダ７は、前方（アーム１７の先端側）を向き、ハンド部２１、手首部１９及びアーム１７の各部を検出範囲に含むように、直動伸縮関節Ｊ３のアーム１７を進退自在に支持するフレーム３９又はそれを覆うジャケットの外表面に設置される。
【００１６】
ミリ波レーダ７は、送信アンテナ７１と、縦横にアレイされる複数の受信アンテナ７２と、発振器７３と、複数のミキサ７４と、アナログデジタル変換回路７５と、デジタル信号処理回路７６とを備える。発振器７３として、典型的には、電圧制御発振器が採用される。発振器７３は、ミリ波帯の周波数の発振信号を発生する。発振器７３により発生された発振信号は送信アンテナ７１と複数のミキサ７４とに入力される。送信アンテナ７１は、発振器７３により発生された発振信号により駆動され、ミリ波帯の信号を放射する。複数の受信アンテナ７２は、典型的には、平面アレー受信アンテナを構成する。平面アレー受信アンテナにおいて、複数の受信アンテナ７２は、直交する２軸のそれぞれに沿って２次元状に配置される。受信アンテナ７２により受信された受信信号は、ミキサ７４に入力される。
【００１７】
複数のミキサ７４は、複数の受信アンテナ７２のそれぞれに対応して設けられている。ミキサ７４は、受信アンテナ７２により受信された受信信号に対して発振器７３から出力された発振信号を乗算する。これにより、受信信号の周波数は、低い周波数に変換される。ミキサ７４により低い周波数に変換された受信信号は、アナログデジタル変換回路７５に入力される。
【００１８】
アナログデジタル変換回路７５は、ミキサ７４の出力信号（低い周波数に変換されたアナログ受信信号）をデジタルに変換する。アナログデジタル変換回路７５により変換されたデジタルの受信信号は、デジタル信号処理回路７６に入力される。
【００１９】
デジタル信号処理回路７６は、アナログデジタル変換回路７５の出力信号（低い周波数に変換されたデジタル受信信号）に時間窓関数を乗じて、検出範囲内からの反射波を抽出するとともに、反射波の振幅に基づいて検出範囲に存在する反射物を同定し、送受信時間計測によりミリ波レーダ７から反射物までの距離、複数の受信アンテナ７２の信号間の位相処理により反射物の水平方位角度及び垂直方位角度を計算する。デジタル信号処理回路７６により計算された検出範囲に存在する反射物までの距離、水平方位角度及び垂直方位角度に関するデジタルデータを含む検出データは、制御装置５に入力される。
【００２０】
検出範囲に存在する反射物までの距離、水平方位角度及び垂直方位角度の演算処理には従来の任意の手法が用いられるので、簡単に説明すると、例えば、検出範囲内の反射物の存在は、検出距離範囲からの反射信号（受信信号）の振幅値に基づいて特定することができる。実際的にはノイズの影響を除外するために、反射信号の振幅値が所定の閾値を超過したときに反射物を特定することができる。その反射物までの距離は、ミリ波を送信してから反射波を受信するまでの時間に基づいて計算することができる。その反射物の水平方位角度は、水平方向に配列された複数の受信アンテナ７２により受信された複数の受信信号間の位相差に基づいて計算することができる。同様に、その反射物の垂直方位角度は、垂直方向に配列された複数の受信アンテナ７２により受信された複数の受信信号間の位相差に基づいて計算することができる。なお、ミリ波の放射範囲内、感度距離内であれば、検出範囲の距離は時間関数の変更、位相演算により任意に変更することができる。ここでは、図３、図４に示すように、ミリ波レーダ７からの検出距離Ｒｄ、水平方位角度θ及び垂直方位角度φにより規定される範囲が検出範囲として規定される。なお、距離Ｒｄは危険予知距離、距離Ｒｎは危険距離と以下称する。
【００２１】
図４に示すように本実施形態に係るロボット装置は、プロセッサ５１を有する。プロセッサ５１には、データ・制御バス５０を介して、入力装置５５、出力装置５７、記憶装置５３、ミリ波レーダ７、ロボットアーム機構１のモータドライバ６１、ハンド部２１のモータドライバ８１及び図示しないタスク終了ボタンが接続される。入力装置５５は、ロボット装置に対してユーザが指示を入力するための入力インターフェースとして機能する。入力装置５５として、コントローラ、マウス、キーボード、タッチパネル等が採用される。例えば、ユーザは、入力装置５５を操作して、タスクプログラムの変更、制御装置５に接続されているミリ波レーダ７の検出範囲の変更、進入物判定プログラムに記述されている危険予知範囲、危険範囲、及び速度制御プログラムに記述されている低速時の動作速度を任意に変更することができる。
【００２２】
出力装置５７は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどの表示装置である。表示デバイスには、プロセッサ５１の制御に従って、各種設定画面などが表示される。ロボットアーム機構１のモータドライバ６１は、プロセッサ５１からの位置指令値に従って、サーボモータ６３の回転軸の回転角、回転速度、回転方向等を検出するロータリエンコーダ６５の出力を参照しながら、関節Ｊ１−Ｊ６にそれぞれ設けられたサーボモータ６３を駆動する。
【００２３】
同様に、ハンド部２１のモータドライバ８１は、プロセッサ５１からの位置指令値に従って、サーボモータ８３の回転軸の回転角、回転速度、回転方向等を検出するロータリエンコーダ８５の出力を参照しながら、ハンド部２１に設けられたサーボモータ８３を駆動する。
【００２４】
記憶装置５３は、手先基準点の移動及びハンド部２１に関する一連の動作を記述したタスクプログラム、タスクプログラムを解読して逆運動学により各サーボモータ６３の指令値を計算するモータ制御プログラム、進入物判定プログラム、不感範囲データを記憶する。
【００２５】
プロセッサ５１は、タスクプログラムを解読し各関節Ｊ１−Ｊ６の位置指令値と、ハンド部２１の位置指令値とを発生し、発生した指令値をロボットアーム機構１のモータドライバ６１と、ハンド部２１のモータドライバ８１とに送信する。これにより、ロボットアーム機構１及びハンド部２１は、タスクプログラムで規定されている通りに動作する。
【００２６】
検出範囲は危険範囲と危険範囲より遠方の危険予知範囲とに区画される。危険範囲は、アーム１７の旋回及び上下回転によりアーム１７、手首部１９、ハンド部２１に反射物が衝突する可能性が比較的高い状況を判定するための範囲である。危険予知範囲は、危険範囲よりアーム１７の先端から遠方の範囲に設定され、アーム１７が現時点の長さよりも伸長したときに、アーム１７の旋回及び上下回転によりアーム１７、手首部１９、ハンド部２１に反射物が衝突する可能性が比較的高い状況になることを判定するための範囲である。
【００２７】
進入物判定プログラムは、デジタル信号処理回路７６から出力されるミリ波レーダ７の検出範囲内の反射物に関する反射データ（距離、水平方位角度、垂直方位角度）と不感範囲とに基づいて、検出範囲内の反射物が進入物であるか、アーム１７等の装備物であるかを判別し、検出範囲内の進入物の有無を判定するとともに、進入物の位置を危険範囲と危険予知範囲とで識別する。進入物判定プログラムにおいて、危険予知範囲と危険範囲とが、例えば、ミリ波レーダ７の基準点からの距離、水平方位角度及び垂直方位角度により規定されている。例えば、図３、図４に示すように、危険予知範囲は、ミリ波レーダ７からの距離が距離Ｒｎ以上、距離Ｒｄ以下であって、水平方位角度が角度θ、垂直方位角度が角度φで規定される範囲に設定されている。危険範囲は、ミリ波レーダ７からの距離が距離Ｒｎ未満、水平方位角度が角度θ、垂直方位角度が角度φで規定される範囲に設定されている。
【００２８】
危険予知範囲と危険範囲とは、ミリ波レーダ７の検出範囲内であれば、入力装置を介して、適宜変更が可能である。危険予知範囲は、ロボットアーム機構１と進入物とが即時に衝突する可能性は低いが、進入物の動作によっては、ロボットアーム機構１が衝突してしまう場合がある範囲に設定される。危険範囲は、ロボットアーム機構１と進入物とがすぐにも衝突する可能性が高い範囲に設定される。
【００２９】
ロボットアーム機構１は、極座標型であり、肘関節を有さないことから、その可動領域は非常にシンプルである。水平方向に関する可動領域は、第１回転軸ＲＡ１から直動伸縮関節Ｊ３のアーム１７を最長にしたときの手首部１９の先端までの長さを半径として、回転関節Ｊ１の実装上の動作可能な角度を中心角とした略扇形の領域として規定することができる。同様に、垂直方向に関する可動領域は、第１回転軸ＲＡ１から直動伸縮関節Ｊ３のアーム１７を最長にしたときの手首部１９の先端までの長さを半径として、回転関節Ｊ２の実装上の動作可能な角度を中心角とした略扇形状の領域として規定することができる。
【００３０】
上記のロボットアーム機構１の可動範囲を考慮し、危険予知範囲、危険範囲を規定するミリ波レーダ７からの距離は、ミリ波レーダから直動伸縮関節Ｊ３のアーム１７を最長にしたときの手首部１９の先端までの長さと等価又はそれよりもわずかに長く設定される。なお、アーム１７の長さによって、実際の危険範囲と危険予知範囲とは変動するものであるから、危険範囲と危険予知範囲とを規定する距離はアーム１７の伸縮長に応じて動的に変動させてもよい。この場合、例えば、危険範囲を規定する距離は、ミリ波レーダから直動伸縮関節Ｊ３のアーム１７の伸縮長に手首部１９の根元から先端までの長さを加算した値に設定される。危険予知範囲を規定する距離は、危険範囲を規定する距離に所定値、例えば５０ｃｍを加算した値に設定される。危険予知範囲と危険範囲とを動的に変更することで、後述のロボットアーム機構１の速度制御処理において、安全にもかかわらず、ロボットアーム機構１が低速で動作されたり、停止されたりする事態を回避し、ロボットアーム機構１の作業効率の不要な悪化を抑制することができる。
【００３１】
不感範囲データは、アーム１７等の装備物を進入物であると誤認する事態を回避するために検出範囲内の一部分である不感範囲を規定するデータであり、後述の進入物判定処理で使用される。ミリ波レーダ７で、アーム１７の周囲を監視することから、検出範囲にロボットアーム機構１のアーム１７、手首部１９、ハンド部２１及びハンド部２１に保持されたワークなどが入りこみ、ミリ波レーダ７は、これらの反射物を検出してしまう。もちろん、これらの反射物は進入物ではないため、進入物判定処理で除外する必要がある。このように、ロボットアーム機構１のアーム１７、手首部１９、ハンド部２１及びハンド部２１に保持されたワークを含む範囲を不感範囲として、検出範囲から不感範囲を除いた範囲に存在する反射物を進入物判定処理の対象とすることで、進入物判定処理の判定精度を向上させることができる。典型的には、不感範囲は、ミリ波レーダ７からの距離、水平方位角度及び垂直方位角度により規定される。
【００３２】
図６（ａ），図６（ｂ）に例示するように、ミリ波レーダ７により検出された検出データには、検出範囲内の反射物までの距離が、水平方位角度、垂直方位角度を表すデジタル信号処理回路７６の水平分解能と垂直分解能とにより決定される検出単位（セルという）を特定するコードともに含まれる。検出範囲には、アーム１７、手首部１９およびハンド部２１等の装備物が含まれる。不感範囲は、これらアーム１７、手首部１９およびハンド部２１等の装備物を含むセルの集合として設定される。不感範囲はアーム１７の伸縮長、手首部１９の姿勢、ハンド部２１の姿勢、ワークの有無によって、変化する。予めアーム１７の伸縮長、手首姿勢、ハンド部２１の姿勢及びワークの有無を変えながら、不感範囲が同定され、図７（ａ），図７（ｂ），図７（ｃ）に例示するように、それら複数の不感範囲に関するデータがアーム１７の伸縮長、手首姿勢、ハンド部２１の姿勢及びワークの有無の組み合わせに関連付けられて記憶装置５３に記憶される。例えば、検出範囲に進入物が存在していないときに、アーム１７の旋回、上下回転、伸縮、手首部１９の軸回転、上下回転、曲げ回転、ハンド部２１によるワークの把持、ワークのリリース等の様々な動作又はそれらの組み合わせを実行し、ミリ波レーダ７により距離が検出されたセルの集合が不感範囲として同定される。なお、ロボットアーム機構１に予め決められたタスクだけを実行させる場合、検出範囲に進入物が存在していないときに、タスクプログラムに従ってロボットアーム機構１を動作させ、制御周期毎にミリ波レーダ７により検出された検出データを、不感範囲データとして取得してもよい。この場合、不感範囲データは、タスクプログラムの制御周期に関連付けられる。
【００３３】
図８に、進入物判定処理手順を示している。プロセッサ５１は進入物判定プログラムを実行する。プロセッサ５１はミリ波レーダ７から検出データを受信する（工程Ｓ１）。プロセッサ５１は、ロボットアーム機構１の関節Ｊ１−Ｊ６それぞれのロータリエンコーダ６５の出力及びハンド部２１のロータリエンコーダ８５の出力、又はサーボモータ６３、８３への指令値に基づいて、ミリ波レーダ７から検出データを受信したときのアーム１７の伸縮長及び手首部１９の姿勢、ハンド部２１の状態、ワークの有無に関連付けられた不感範囲データを記憶装置５３から読み出す（工程Ｓ２）。
【００３４】
プロセッサ５１は検出データの水平方位角度、垂直方位角度に基づいて、反射物が不感範囲の外側に位置するか否かが判定される（工程Ｓ３）。図９（ａ）に例示するように反射物が不感範囲の内側に位置するとき、その反射物はアーム１７等の装備物と判定される（Ｎｏ）。図９（ｂ）に例示するように反射物が不感範囲の外側に位置するとき、その反射物は進入物と判定される（Ｙｅｓ）。反射物がアーム１７等の装備物と判定されたとき、プロセッサ５１は関節Ｊ１−Ｊ６をタスクプログラムで規定された定常速度で動作するように各モータドライバ６１，８１を制御する（工程Ｓ５）。
【００３５】
工程Ｓ３で反射物が進入物であると判定されたとき、プロセッサ５１は進入物までの距離が危険距離Ｒｎ以下であるか否かを判定する（工程Ｓ５）。進入物までの距離が危険距離Ｒｎより遠方であるとき（Ｎｏ）、進入物が危険距離Ｒｎから検出距離Ｒｄまでの危険予知範囲に位置すると認識して、プロセッサ５１は関節Ｊ１−Ｊ６をタスクプログラムで規定された定常速度より低速で動作するように各モータドライバ６１，８１を制御する（工程Ｓ６）。進入物までの距離が危険距離Ｒｎ以下であるとき（Ｎｏ）、進入物が危険範囲に位置すると認識して、プロセッサ５１は関節Ｊ１−Ｊ６の動作を停止させるように各モータドライバ６１，８１を制御する（工程Ｓ７）。
【００３６】
工程Ｓ１−Ｓ７の処理はタスクが正常に終了するまで（工程Ｓ８）、タスクが強制終了されるまで（工程Ｓ９）繰り返される。
【００３７】
以上説明したように本実施形態によれば、ミリ波レーダの検出範囲内に不感範囲を設定し、さらに不感範囲をアーム１７の伸縮長、手首姿勢、ハンド姿勢、及びワークの有無に応じて動的に変化させることにより、アーム１７等の装備物を進入物であると誤認する事態を回避して、進入物の判定精度を向上させることができる。
【００３８】
また本実施形態に係るロボット装置の１つの特徴は、安全性を確保するために、極座標型のロボットアーム機構１の直動伸縮関節Ｊ３の支持部又はそのジャケットに、単一のミリ波レーダ７をアーム１７の前方を向くように設置した点にある。この特徴により、アーム１７の伸縮動、アーム１７の旋回動、アーム１７の上下回転動、手首部１９の姿勢変化、ハンド部２１の開閉等の影響を受けることなく、アーム１７、手首部１９、ハンド部２１に対する物体（進入物）の接近を安定的に監視することができる。その一方で、アーム１７を挟んで支柱部１３の後方や支柱部１３の周囲を監視することはできない。しかしながら、極座標型のロボットアーム機構１において、アーム１７、アーム１７の先端に接続された手首部１９、手首部１９に装着されたハンド部２１の各部が、アーム１７の伸縮、旋回、上下回転によって、その位置を基台１１に対して大きく変化させる。支柱部１３及びその上部に載置されたショルダー部１５は、基台１１に対してその位置をほとんど変化させず、平面上の専有範囲もほとんど変化しない。したがって、極座標型のロボットアーム機構１では、直動伸縮関節Ｊ３の支持部又はそのジャケットに、単一のミリ波レーダ７を設置することが衝突回避のためには最も効率的である。
【００３９】
またミリ波レーダ７は、典型的には前方（アーム１７の先端側）を向き、ハンド部２１、手首部１９及びアーム１７の各部を検出範囲に含むように、直動伸縮関節Ｊ３のアーム１７を進退自在に支持するフレーム３９又はそれを覆うジャケットの外表面に設置される。これにより、アーム１７、手首部１９、ハンド部２１及びワークによってミリ波が遮られるため、ミリ波レーダ７はアーム１７の下方を監視することができないが、アーム１７の前方、アーム１７の左方、アーム１７の右方、アーム１７の上方を監視することができる。極座標型のロボットアーム機構１において、伸縮又は旋回したアーム１７が作業員などに衝突する可能性はあっても、上下回転したアーム１７が作業員などに衝突する可能性は低い。それは、ロボットアーム機構１は、作業員の目線と同じ位置、又は作業員に目線よりも低い位置でアーム１７が動作するように、設置されることが多いため、作業員がアーム１７の前方又は左右方向で作業することはあっても、アーム１７の上下方向の位置で作業するような場面はほとんどないからである。しかも、アーム１７の下方に作業員が到達するためには、アーム１７の前方、左方、右方からアーム１７の下方にアクセスする必要があり、アーム１７の下方に到達する前に、作業員を進入物として検出することができる。上記のようにミリ波レーダ７を設置することで、単一のミリ波レーダ７であっても、高い安全性を確保することができる。
【００４０】
また、単一のミリ波レーダ７を直動伸縮関節Ｊ３の支持部を覆うジャケット４７に前方に向かって装着することにより、多数のセンサをアーム１７、手首部１９、さらにハンド部２１上に分散設置する場合と同様に、アーム１７の伸縮に対応しながらその全域、さらには手首部１９、さらにハンド部２１の周囲にわたって進入物を監視する事ができる。しかもセンサ数の減少に伴って、製造工数を削減することができ、製造コストの低減を図ることができる。さらに、センサをアーム１７に分散配置し、手首部やハンド部にセンサを配置する場合よりも、全体の軽量化を図ることができる。
【００４１】
本実施形態では、ミリ波レーダ７を直動伸縮関節Ｊ３の固定部を覆うジャケット４７の前方上部に設置するとしたが、ミリ波レーダ７を旋回用回転関節Ｊ１の直上に設置すれば、旋回による位置変化がほとんどないことから、配線の引き回しが容易である。
【００４２】
また、ミリ波レーダ７は、検出範囲に存在する反射物の位置だけではなく、動作方向と動作速度とを検出することができる。本実施形態において、ロボットアーム機構１の速度制御処理では、危険予知範囲に進入物が存在するとき、動作方向に関係なく、同様に、ロボットアーム機構１を低速制御していた。しかしながら、危険予知範囲に進入物が存在していても、その進入物がミリ波レーダ７に向かって動いているのではなく、ミリ波レーダ７から遠ざかる方向又はミリ波レーダ７の前を横切る方向に動いているのであれば、ロボットアーム機構１を低速ではなく、通常の速度で動作させても、安全性を確保できるかもしれない。これが実現できれば、ロボットアーム機構１の作業効率の低下を抑制することができる。
【００４３】
なお、複数のミリ波レーダ７をロボットアーム機構１に装備し、アーム１７の下方への反射物の進入を監視し、さらに安全性を向上させることもできる。図９は、本実施形態の変形例にロボット装置のロボットアーム機構１を示している。図９に示すように、アーム１７の下方を監視するために、他のミリ波レーダ９は、旋回用回転関節Ｊ１の支柱上部のフレーム３３を覆う円筒状のジャケット４３の外表面に、前方（アーム１７が装備された方向）を向くように設置される。この構成は、アーム１７の下方からアーム１７にアクセスが可能な、例えばアーム１７が作業員の目線よりも高い位置で動作するようなロボットアーム機構１の設置環境において有効である。
【００４４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４５】
１…ロボットアーム機構、１１…基台、１３…支柱部、１５…ショルダー部、１７…アーム、１９…手首部、２１…ハンド部、４１、４３，４５，４７…ジャケット、５…制御装置、７…ミリ波レーダ。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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