(57)【要約】【課題】  ロボットが非常停止信号を受信することができない状態であっても、ロボットを確実に非常停止させることができる自律移動型ロボットの非常停止装置を提供すること。【解決手段】  ロボット５０が自己位置を検出するための自己位置検出信号２１を発信する自己位置検出信号発信装置２０と、コントローラ６０からの指令信号および自己位置検出信号２１を受信するロボット５０に備わるコンピュータ装置３０とを設けて、コンピュータ装置３０が、指令信号として非常停止信号を受信したとき、または自己位置検出信号２１を受信しなくなったときに、ロボット５０を非常停止させる。【選択図】            図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントローラからの指令信号に基づいて作動する自律移動型ロボットの非常停止装置において、
前記ロボットが自己位置を検出するための自己位置検出信号を発信する自己位置検出信号発信手段と、
前記指令信号および前記自己位置検出信号を受信する受信手段と、
前記受信手段により受信された前記指令信号及び前記自己位置検出信号の内容に基づき前記ロボットの動作を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記受信手段が前記指令信号として非常停止信号を受信したとき、または前記受信手段が前記自己位置検出信号を受信しなくなったときに、前記ロボットを非常停止させることを特徴とする自律移動型ロボットの非常停止装置。
【請求項２】
請求項１に記載する自律移動型ロボットの非常停止装置において、
前記自己位置検出信号発信手段を複数備えており、
前記制御手段は、前記受信手段が前記指令信号として非常停止信号を受信したとき、または前記各自己位置検出信号からの自己位置検出信号のすべてを受信しなくなったときに、前記ロボットを非常停止させることを特徴とする自律移動型ロボットの非常停止装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する自律移動型ロボットの非常停止装置において、
前記コントローラは、前記指令信号として非常停止信号を発信する場合、前記自己位置検出信号発信手段から発信されている前記自己位置検出信号を停止させることを特徴とする自律移動型ロボットの非常停止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動型ロボットの非常停止装置に関する。より詳細には、ロボットが自己位置を検出する自己位置検出装置を備える自律移動型ロボットの非常停止装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電波や超音波を利用することによって位置を検出する装置が開発されている。この装置をロボットに内蔵し、ロボットの活動範囲に飛来する電波をロボットで受信し、受信した電波を分析することによってロボットの自己位置を検出する自律移動型ロボットが開発されている。なお、この自己位置検出の技術には、人工衛星から発信される電波を受信して位置を検出するＧＰＳと同様の技術が利用されている。
【０００３】
また、自己位置検出の方法としては、上記した方法以外にも、ロボットの活動範囲に向けて超音波を送信し、ロボットで受信した超音波の受信タイミングを分析することによってロボットの自己位置を検出することができる。あるいは、ロボットに電波レーダや超音波レーダを搭載することによって、レーダの位置を検出してロボットの自己位置を検出することもできる。
【０００４】
このような自律移動型ロボットは、人の作業を代替することや、人と同じ環境下において協調作業を行うことが予想される。そのため、ロボットの作業環境には、構築物、装置、あるいは器具など様々なものが存在する可能性がある。このような環境下でロボットが作業を行うと、人や物に干渉するおそれがあり、干渉した場合にはロボットを迅速かつ安全に停止させる必要がある。
【０００５】
そのためにロボットの非常停止装置が色々と開発されている。例えば、特公平４−１１３５６号公報に開示されているように無線や赤外線で停止信号をロボットに送信するものや、特開平５−３１８４３１号公報に開示されているように特定の周波数の音波を停止信号として利用するものなどがある。
【０００６】
【特許文献１】特公平４−１１３５６号公報
【特許文献２】特開平５−３１８４３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した従来の非常停止装置では、無線、赤外線、あるいは音波などによる停止信号を利用するため、予期せぬ外乱などによって停止信号がロボットで受信されないおそれがあった。つまり、ロボットを確実に停止させることができないおそれがあった。例えば、複数台のロボットを協働的に動作させる場合には、各ロボットからコントローラ（指令側）に送信される信号やコントローラから各ロボットに送信される信号が干渉して停止信号を各ロボットが受信することができなくなり、ロボットが停止しないおそれがある。また、複数台のロボットの陰に入ってしまい物理的に停止信号がロボットに届かずにロボットが停止しないおそれもある。
【０００８】
さらに、近年では、様々な環境でロボットが使用されるため、コントローラとロボットとの間で送受信される信号以外の無線信号や電気製品などからの予期困難な外乱の発生によって、停止信号を受信することができないような場合も考えられる。
【０００９】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、ロボットが非常停止信号を受信することができない状態であっても、ロボットを確実に非常停止させることができる自律移動型ロボットの非常停止装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点を解決するためになされた本発明に係る自律移動型ロボットの非常停止装置は、コントローラからの指令信号に基づいて作動する自律移動型ロボットの非常停止装置において、前記ロボットが自己位置を検出するための自己位置検出信号を発信する自己位置検出信号発信手段と、前記指令信号および前記自己位置検出信号を受信する受信手段と、前記受信手段により受信された前記指令信号及び前記自己位置検出信号の内容に基づき前記ロボットの動作を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記受信手段が前記指令信号として非常停止信号を受信したとき、または前記受信手段が前記自己位置検出信号を受信しなくなったときに、前記ロボットを非常停止させることを特徴とするものである。
【００１１】
この非常停止装置では、受信手段が非常停止信号を受信すると、制御手段によりロボットを非常停止させる。この非常停止信号は無線によってロボットに送信されるため、従来の装置と同様に、受信手段が非常停止信号を受信することができないおそれがある。しかしながら、この非常停止装置では、受信手段が自己位置検出信号を受信しないときにも、制御手段によってロボットを非常停止させるようにしている。
【００１２】
ここで、自己位置検出信号を発信する自己位置検出信号発信手段は指令側で制御することができるので、自己位置検出信号の発信を停止させることにより、受信手段が自己位置検出信号を受信しない状態を作り出すことができる。従って、ロボットを非常停止させる場合には、指令側で非常停止信号を発信するとともに、自己位置検出信号の発信を停止させることにより、ロボットを確実に非常停止させることができる。
【００１３】
つまり、この非常停止装置では、非常停止信号が受信手段により受信された場合には、従来技術と同様に、非常停止信号に基づいて制御手段によりロボットを非常停止させる。また、非常停止信号が受信手段により受信されなかった場合でも、自己位置検出信号の発信が停止されているため、受信手段は自己位置検出信号も受信しない。このため、制御手段によってロボットは非常停止させられる。従って、ロボットが非常停止信号を受信することができない状態であっても、ロボットを確実に非常停止させることができる。
【００１４】
本発明に係る自律移動型ロボットの非常停止装置においては、前記自己位置検出信号発信手段を複数備えており、前記制御手段は、前記受信手段が前記指令信号として非常停止信号を受信したとき、または前記各自己位置検出信号からの自己位置検出信号のすべてを受信しなくなったときに、前記ロボットを非常停止させることが望ましい。
【００１５】
自己位置検出信号発信手段を１台のみ設けている場合、自己位置検出信号発信手段からの信号発信が停止されたときには、非常停止のために自己位置検出信号発信手段からの信号発信が停止された場合と、自己位置検出信号発信手段等の故障による場合とが考えられる。このため、自己位置検出信号発信手段等の故障によって信号発信が停止した場合であっても、ロボットが非常停止してしまう。
【００１６】
そこで、この自律移動型ロボットの非常停止装置では、自己位置検出信号発信手段を複数設けて、制御手段によって、受信手段が指令信号として非常停止信号を受信したとき、または各自己位置検出信号からの自己位置検出信号のすべてを受信しなくなったときに、ロボットを非常停止させるようにしている。これにより、すべての自己位置検出信号発信手段が同時に故障する可能性は非常に低いので、故障によって信号発信が停止した場合であっても、受信手段は、いずれかの自己位置検出信号発信手段からの自己位置検出信号発信を受信することができる。従って、自己位置検出信号発信装置の故障などによって自己位置検出信号の発信が停止した場合には、ロボットは非常停止することなく通常動作を続行する。つまり、この非常停止装置では、非常停止させる必要がある場合にのみ確実にロボットを非常停止させることができる。
【００１７】
また、本発明に係る自律移動型ロボットの非常停止装置においては、前記コントローラは、前記指令信号として非常停止信号を発信する場合、前記自己位置検出信号発信手段から発信されている前記自己位置検出信号を停止させることが望ましい。
【００１８】
こうすることにより、非常停止信号を出すだけで自己位置検出信号の発信も停止されるので、オペレータは従来と同様の操作を行えばよいからである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る自律移動型ロボットの非常停止装置によれば、上述した通り、ロボットが非常停止信号を受信することができない状態であっても、ロボットを確実に非常停止させることができる自律移動型ロボットの非常停止装置が提供されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の自律移動型ロボットの非常停止装置を具体化した最も好適な実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。本実施の形態では、２台の二足歩行ロボットを協働的に動作させている場合について説明する。
【００２１】
まず、ロボットの機械構成について図１を参照しながら簡単に説明する。図１は、ロボットの機械構成を示すスケルトン図である。ロボット５０は、体幹（胴体）に対して両足と両腕が揺動可能に連結されており、各関節にエンコーダ付きのアクチュエータ１〜１７を備えている。具体的に、ロボット５０は、左右の股関節にそれぞれ２つのアクチュエータ１，２と６，７を備えており２軸の自由度を持っている。以下同様に、ロボット５０は、腰関節にアクチュエータ１７が備えており１軸の自由度を持ち、左右の膝関節にそれぞれアクチュエータ３と８を備えており１軸の自由度を持ち、左右の足首関節にそれぞれアクチュエータ１３と１６を備えており１軸の自由度を持っている。これにより、ロボット５０は、各アクチュエータ１〜１７の動作により各関節角を調節することができ、各関節角を計測することができるようになっている。
【００２２】
次に、ロボットの動作環境について図２を参照しながら説明する。図２は、ロボットの動作環境の状態を模式的に示す説明図である。上記したロボット５０は、基本的にはコントローラ６０によって操縦される。また、ロボット５０の活動範囲には自己位置検出信号２１を発信する自己位置検出信号発信装置２０が３つ設けられている。これにより、ロボット５０の範囲全域に自己位置検出信号２１が飛来する。なお、自己位置検出信号発信装置２０は、ロボット５０の活動範囲の大きさに基づいて適宜最適な台数（活動範囲全域に自己位置検出信号を飛来させられる台数）を設置すればよい。この自己位置検出信号２１をロボット５０（正確には後述するコンピュータ装置３０）が受信し、受信した自己位置検出信号２１を分析することによって自己位置が検出されるようになっている。なお、自己位置検出信号２１としては、例えば、赤外線、レーザー、電波、超音波、電波レーダや超音波レーダ、それらを組み合わせたもの（例えば、室内ＧＰＳもしくは赤外線とレーザーを用いたもの）などを利用することができる。
【００２３】
なお、本実施の形態においては、自己位置検出信号発信装置として室内ＧＰＳを使用している。室内ＧＰＳでは、赤外線ＬＥＤとレーザーを発信して、これらをロボットが受信することにより自己位置が検出されるようになっている。室内ＧＰＳを使用するのは、各種電波との干渉を回避するためである。
【００２４】
そして、本実施の形態では、図２に示すように、２台のロボット５０，５０を協動的に動作させている。そして、ロボット５０，５０は、コントローラ６０からの指令に基づいて動作するようになっている。また、コントローラ６０には、ロボット５０を非常停止させるための非常停止ボタン６１（図３参照）が設けられている。なお、コントローラ６０からの指令は、無線によってロボット５０，５０に送信される。また、ロボット５０，５０の状態データがコントローラに無線によって送信されるようになっている。
【００２５】
続いて、上記したロボット５０の動作（歩行動作）について、図３を参照しながら簡単に説明する。図３は、ロボットが歩行する様子を簡単に示した斜視図である。ロボット５０は、体幹と左足先と右足先と左手先と右手先の位置を指示する歩容データに従って、体幹に対して両足と両腕の相対的姿勢を変化させて動作するようになっている。より具体的に本実施の形態では、ロボット５０の右足２２が接地している間に左足２４を遊脚として軌道２４ａのように移動させ、左足２４が接地すると今度は右足２２を遊脚として軌道２２ａのように移動させる。以後同様に、左足２４を遊脚として軌道２４ｂのように移動させ、次に右足２２を遊脚として軌道２２ｂのように移動させて歩行を続ける。また、両腕２６，２７についても、両足２２，２４と基本的に同様の原理により動作させることができる。
【００２６】
ここで、ロボット５０が歩行を続けるには、体幹の基準位置Ｗと両足先（左足先Ｌｆ、右足先Ｒｆ）の軌道２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂを記憶するデータが必要である。また、両腕２６，２７を動かすためには、体幹の基準位置Ｗと両手先（左手先Ｌｈ、右手先Ｒｈ）の軌道を記憶するデータが必要である。このため、このようなデータ（歩容データ）を作成するコンピュータ装置３０（図４参照）がロボット５０に内蔵されている。このコンピュータ装置３０が本発明の「受信手段」および「制御手段」に相当する。なお、コンピュータ装置３０のハードウェア構成は、汎用のコンピュータと同じであるから説明を省略する。
【００２７】
歩容データは、ロボット５０が活動する空間の座標を定めるグローバル座標系において、体幹と両足先と両手先の位置を指示するものである。ここで、体幹と両足先と両手先の位置を指示するために、体幹と左足先と右足先と左手先と右手先にそれぞれ基準点が定められている。そして、歩容データは、体幹の基準点と左足先の基準点と右足先の基準点と左手先の基準点と右手先の基準点の位置を経時的に指示する、グローバル座標系での座標データ（ｘ，ｙ，ｚ）を備えている。この座標データ（ｘ，ｙ，ｚ）は、ロボット５０の動作開始からの経時時間ｔに対して変化する。
【００２８】
そして、ロボット５０には、コンピュータ装置３０とともに、図４に示すように、ロボット５０を運動させるための装置（関節角群計算装置３１、アクチュエータ制御装置３２）が備わっている。また、コンピュータ装置３０は、ロボット５０の姿勢を決めるためのデータ群（基本歩容データ）を記憶している。そして、コンピュータ装置３０は、記憶している基本歩容データに基づいて、関節角群計算装置３１、アクチュエータ制御装置３２を制御するようになっている。なお、図４は、ロボットの制御システムを示すブロック図である。
【００２９】
ここで、関節角群計算装置３１は、歩容データ（Ｌfs(t)，Ｒfs(t)，Ｌhs(t)，Ｒhs(t)，Ｗs(t)）から、いわゆる逆キネマティクスを解いて各関節角を計算するものである。そして、関節角群計算装置３１は、計算した関節角群をアクチュエータ制御装置３２に送るようになっている。アクチュエータ制御装置３２は、ロボット５０の各関節のアクチュエータ１〜１７の駆動を制御するものである。そして、アクチュエータ制御装置３２は、関節角群計算装置３１から送られてくる関節角群に基づいて、各関節のアクチュエータ１〜１７の駆動を制御し、ロボット５０の関節角を計算された関節角に調整するようになっている。
【００３０】
また、コンピュータ装置３０は、自己位置検出信号発信装置２０から発信されている自己位置検信号２１を受信して、受信した自己位置検出信号２１を分析することによって自己位置を検出し、自己位置に基づき歩容データを修正する。
【００３１】
次に、ロボット５０を非常停止させる場合について、図５および図６を参照しながら説明する。図５は、非常停止処理が実行されたときのロボットの動作環境の状態を模式的に示す説明図である。図６は、非常停止処理の内容を示すフローチャートである。ロボットの非常停止は、オペレータの判断により非常停止ボタン６１が押下されることにより実行される。本実施の形態では、例えば、ロボット５０，５０同士が干渉したとき（あるいは干渉しそうになったとき）に、非常停止ボタン６１が押下される。
【００３２】
オペレータによって非常停止ボタン６１が押下されると、コントローラ６０から非常停止指令がロボット５０，５０のコンピュータ装置３０，３０に送信される。また、コントローラ６０は、自己位置検出信号発信装置２０，２０，２０をすべてオフにして、自己位置検出信号２１，２１，２１の発信を停止させる。これにより、図５に示すように、ロボット５０，５０の活動範囲内においては、自己位置検出信号発信装置２０，２０，２０からの自己位置検出信号２１，２１，２１が飛来しなくなる。
【００３３】
一方、ロボット５０では、コンピュータ装置３０により図６に示す非常停止処理のサブルーチンが数ｍｓ周期で実行されている。ここで、この処理内容について説明する。まず、非常停止指令を受信したか否かが判断される（Ｓ１）。このとき、非常停止指令を受信した場合には（Ｓ１：ＹＥＳ）、コンピュータ装置３０はアクチュエータ制御装置３２を介して各アクチュエータ１〜１７を初期状態に戻してロボット５０を停止させる（Ｓ３）。そして、このサブルーチンの処理を終了する。一方、非常停止指令を受信していない場合には（Ｓ１：ＮＯ）、自己位置検出信号２１，２１，２１のいずれかを受信しているか否かが判断される（Ｓ２）。
【００３４】
Ｓ２において、自己位置検出信号２１，２１，２１のいずれも受信していない場合には（Ｓ２：ＹＥＳ）、コンピュータ装置３０はアクチュエータ制御装置３２を介して各アクチュエータ１〜１７を初期状態に戻してロボット５０を停止させる（Ｓ３）。そして、このサブルーチンの処理を終了する。一方、自己位置検出信号２１，２１，２１のいずかを受信している場合には（Ｓ２：ＮＯ）、このサブルーチンの処理を終了する。つまり、ロボット５０は、通常動作を続行する。
なお、Ｓ３の処理において、ロボット５０が転倒しない姿勢であれば、各アクチュエータ１〜１７を初期状態に戻すことなく直ちに停止させてもよい。
【００３５】
このように、ロボット５０は、非常停止指令を受信したとき（Ｓ２：ＹＥＳ）、あるいは自己位置検出信号２１，２１，２１のいずれも受信しなくなったとき（Ｓ２：ＹＥＳ）に非常停止することになる。ここで、従来技術のように非常停止指令のみでロボット５０を非常停止させようとした場合には、本実施の形態では無線により非常停止指令を送信しているため、予期せぬ外乱などによって非常停止指令をロボット５０が受信しないおそれがある。しかしながら、本実施の形態では、非常停止指令がロボット５０に受信されなかった場合であっても、自己位置検出信号２１，２１，２１のいずれも受信しなくなったときにロボット５０が非常停止させられる。
【００３６】
そして、本実施の形態では、ロボット５０を非常停止させる場合には、オペレータによって非常停止ボタン６１が押下される。そうすると、コントローラ６０により、ロボット５０に対して非常停止指令が送信されるとともに、自己位置検出信号２１，２１，２１の発信がすべて停止させられる。従って、ロボット５０が非常停止指令を受信することができなかった場合であっても、自己位置検出信号２１，２１，２１の発信がすべて停止させられるので、ロボット５０を確実に非常停止させることができる。
【００３７】
ここで、自己位置検出信号発信装置２０が何らかの原因で故障した場合にも、自己位置検出信号２１の発信が停止されることもあり得る。しかしながら、本実施の形態では、自己位置検出信号発信装置２０を３台設けており、すべての自己位置検出信号発信装置２０が同時に同時に故障する可能性は非常に低い。このため、いずれかの自己位置検出信号発信装置２０が故障しても、コンピュータ装置３０は、故障していない自己位置検出信号発信装置２０からの自己位置検出信号２１を受信することができる。これにより、ロボット５０は、非常停止することなく通常動作を続ける。つまり、本実施の形態では、ロボット５０を非常停止させる必要がある場合にのみ、確実にロボット５０を非常停止させることができる。
【００３８】
以上、詳細に説明したように本実施の形態に係る非常停止装置によれば、オペレータによって非常停止ボタン６１が押下されると、コントローラ６０により、ロボット５０に対して非常停止指令が送信されるとともに、自己位置検出信号２１，２１，２１の発信がすべて停止させられる。そして、ロボット５０のコンピュータ装置３０がコントローラ６０からの非常停止指令を受信すると、ロボット５０が非常停止する。また、ロボット５０のコンピュータ装置３０が非常停止指令を受信することができなかった場合であっても、自己位置検出信号２１，２１，２１の発信がすべて停止させられているので、ロボット５０は非常停止する。このように、本実施の形態に係る非常停止装置によれば、ロボット５０が非常停止指令を受信することができない状態であっても、ロボット５０を確実に非常停止させることができる。
【００３９】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、二足歩行ロボットに本発明を適用した場合を例示しているが、二足歩行ロボットに限らず、有線によって非常停止信号が与えられないロボットに対して本発明を適用することができる。具体的には、例えば、様々な施設や機械などが設置されているため無線信号に悪影響を与えるおそれがある工場で作業する自律移動型ロボット、あるいは様々な電化製品やＯＡ機器などが設置されているため無線信号に悪影響を与えるおそれがある家庭内やオフィス内で作業する自律移動型ロボットなどに本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ロボットの機械構成を示すスケルトン図である。
【図２】ロボットの動作環境の状態を模式的に示す説明図である。
【図３】ロボットが歩行する様子を簡単に示した斜視図である。
【図４】ロボットの制御システムを示すブロック図である。
【図５】非常停止処理が実行されたときのロボットの動作環境の状態を模式的に示す説明図である。
【図６】非常停止処理の内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
１〜１７  アクチュエータ
２０  自己位置検出信号発信装置
３０  コンピュータ装置
３１  関節角群計算装置
３２  アクチュエータ制御装置
５０  ロボット
６０  コントローラ
６１  非常停止ボタン
【図１】
2006312208.tif 000003
【図２】
2006312208.tif 000004
【図３】
2006312208.tif 000005
【図４】
2006312208.tif 000006
【図５】
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【図６】
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