(57)【要約】【課題】  周辺の人間や障害物との衝突を防止するロボットを得る。【解決手段】  本発明の衝突防止機能付ロボットは、本体１に設けたアーム７と、アームを制御するアーム制御部５と、アームに設けられ周辺の人間１０や物との距離を検出する距離センサ８とこの距離センサの検出信号に基づいて周辺の人間や物の近接の有無をチェックする近接チェック部３と近接チェック部の確認結果に基づいて周辺の人間に知らせる近接提示部２とからなる衝突防止機能とを備えており、アーム制御部は、近接チェック部がアームと周辺の人間や構造物とが近接したと判断すると、アームと周辺の人間や構造物との距離を一定値以上に保ちつつ、指令された動作を継続させるものである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体に設けたアームと、前記アームを制御するアーム制御部と、前記アームに設けられ周辺の人間や物との距離を検出する距離センサとこの距離センサの検出信号に基づいて前記周辺の人間や物の近接の有無をチェックする近接チェック部と前記近接チェック部の確認結果に基づいて前記周辺の人間に知らせる近接提示部とからなる衝突防止機能と、を備えた衝突防止機能付ロボットにおいて、
前記アーム制御部は、前記近接チェック部が前記アームと前記周辺の人間や構造物とが近接したと判断すると、前記アームと前記周辺の人間や構造物との距離を一定値以上に保ちつつ、指令された動作を継続させることを特徴とする衝突防止機能付ロボット。
【請求項２】
前記衝突防止機能は、前記近接チェック部の判断基準となる距離を設定する近接距離設定部を設けたことを特徴とする請求項１記載の衝突防止機能付ロボット。
【請求項３】
前記衝突防止機能は、前記近接チェック部の出力信号を送信する送信部と、前記出力信号を受信する受信部とからなる情報伝達部を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の衝突防止機能付ロボット。
【請求項４】
前記情報伝達部の送信部を前記本体側に、前記受信部を前記人間にそれぞれ設けたことを特徴とする請求項３記載の衝突防止機能付ロボット。
【請求項５】
前記近接提示部は、画像を提示する視覚提示手段、音を提示する聴覚提示手段、及び振動を提示する振動提示手段の少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の衝突防止機能付ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットのアームと、周辺の人間や障害物との衝突を防止する衝突防止機能付ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来例１における衝突防止機能付ロボットアームの構成を図７に示す。  図７において、101は触感用スリーブ、101a、101bは支持部、103a〜103gは応力センサ、104はアーム位置制御装置、104aは衝突検出部、104bは衝突防止制御部、107はロボットアームである。  この衝突防止機能付ロボットアームは、互いに対向する側面（底面）を支持部101a、101bとし、且つロボットアーム107の外側にその中空部分で弾性結合された中空円筒状の触感スリーブ101と、この触感スリーブ101の支持部101a、101bにそれぞれ取付けられた複数の応力センサ103a〜103d、103e〜103hと、各応力センサ103a〜103hに接続されると共に、ロボットアーム107の位置制御を行うアーム位置制御装置104を含む構成になっている（例えば、特許文献１参照）。
このうち、応力センサ103a〜103d、103e〜103hは、図示の如く支持部101a、101bに互いに対向する対構成（103a及び103e、103b及び103f、103c及び103g、103d及び103hという組み）で複数設けられ、支持部101a、101bに生じた弾性歪応力を検出して応力信号を出力する。又、アーム位置制御装置104は、入力された応力信号に応じて支持部101a、101bに生じた応力の方向とは逆方向にロボットアーム107を位置制御する。このアーム位置制御装置104は、更に各応力センサ103a〜103hのうちの水平面上に置かれる一方の対構成のものの応力信号の和から他方の対構成のものの応力信号の和を差し引いた水平方向Ｈ差値ＦH［ＦH＝（103b＋103f）―（103d＋103h）として表される］、及び垂直面上に置かれる一方の対構成のものの応力信号の和から他方の対構成のものの応力信号の和を差し引いた垂直方向Ｖ差値ＦV［ＦV＝（103a＋103e）−（103c＋103g）として表される］に基づいてロボットアーム107における衝突を検出して衝突検出信号を出力する衝突検出部104aと、この衝突検出部104aからの衝突検出信号に基づいてロボットアーム107の位置制御を行う衝突防止制御部104bとを含んでいる。
即ち、衝突検出部104aでは、各応力センサ103a〜103hからの応力信号に基づいて座標変換処理と閾値処理を行うことにより、衝突の有無と衝突時の衝突方向とを含む衝突検出信号を出力する。又、衝突防止制御部104bでは、衝突検出信号における衝突の有無と衝突時の衝突方向との双方の結果に基づいて、実際に衝突が発生したと判断した場合にロボットアーム107を衝突発生方向より反対方向に移動させるべく、ロボットアーム107用のアーム駆動制御部（図示せず）へ位置制御信号Ｌを出力する。従って、アーム駆動制御部はアーム位置制御装置104に含まれるものとみなすこともできる。
この衝突防止機能付ロボットアームにおいては、移動動作中に障害物との衝突があっても、ロボットアーム107自体に弾性を有する触感スリーブ101が設けられ、しかもアーム位置制御装置104にて各応力センサ103a〜103hからの応力信号に基づいて触感用スリーブ101に生じる応力を判定した後、応力の方向とは逆方向にロボットアーム107を迅速に位置制御するため、障害物との衝突に際して衝撃が十分に吸収され、ロボットアーム107と障害物との双方が大きく機械的損傷を被る前に、位置移動がなされて機械的損傷が回避される。
このように従来例１の衝突防止機能付ロボットアームによれば、触感用スリーブをロボットアームに弾性支持させ、ロボットアームと障害物との衝突する際に生ずる弾性歪応力を計測することによって衝突の方向を検出し、これを回避する方向にロボットアームを位置制御しているので、衝突時の衝撃力が吸収されて緩和される上、その後の機械的な接触により生ずる準静的な応力も回避されるので、ロボットアームと障害物との衝突による機械的損傷が最小限に抑えられるようになる。これにより、ロボットアームと障害物との大きな衝突や、それに伴う接触事故発生等の危険が確実に防止される、衝突防止機能付ロボットアームを提供できるのである。
従来例２におけるロボット衝突防止装置の構成を図８に示す。このロボット衝突防止装置は、周辺の構造物との衝突の可能性を有するロボットの１箇所又は２箇所以上の所定部に、この所定部と前記構造物との距離を検出可能に取付けた１つ又は２つ以上の距離センサと、この距離センサの検出信号に基づいて前記所定部が前記構造物に近接したか否かを確認する近接チェック手段と、この近接チェック手段の確認結果に基づいて前記所定部が前記構造物に近接したことを作業者に知らせる警報手段とを有するものである（例えば、特許文献２参照）。
また、このロボットの衝突防止装置は、ロボットアームの201の衝突を防止するものであって、アーム201の関節206に設けられた近接センサタイプ等の非接触距離センサ214a、214b、214cと、ロボットのコントローラ215に設けられたＡ／Ｄ変換部215a及び近接チェック部215bと、操作箱216に設けられた警報手段である表示部216a及び警報部216bとを有している。
アーム201は、１軸203、２軸205、３軸207、４軸209、５軸211及び６軸213と、これらの各軸を順に連結すると共にこれらの各軸を駆動する関節202、204、206、208、210、212とを有して構成されている。距離センサ214a、214b、214cは、前述の如く、上記構成のアーム201における３軸207の関節206に取付けられている。詳細には図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、関節206の左右に距離センサ214b、214cが取付けられている。従って距離センサ214aは距離206の後方の占位する構造物との距離を検出し、距離センサ214b、214cは関節206の左右方向に占位する構造物との距離を各々検出する。
Ａ／Ｄ変換部215aでは、距離センサ214a、214b、214cの各検出信号a、b、cを入力し、これらをＡ／Ｄ変換して近接チェック部215bへ出力する。近接チェック部215bでは、Ａ／Ｄ変換部215aを介して入力した距離センサ214a、214b、214cの各検出信号a、b、cに基づいて関節206が周辺の構造物に近接したか否かを確認すると共に、近接したことを確認したときにはこの確認結果を表す信号を表示部216a及び警報部216bへ出力する。
表示部216a及び警報部216bでは、近接チェック部215aから確認結果を表す信号を入力すると、この信号に応じてＬＥＤを発光すると共に音を発生して、操作者に関節206が周辺の構造物に近接したことを知らせる。なお図８中の216cはインチング操作等を行う操作部である。
このように、従来例２のロボット衝突防止装置は、ロボットの所定部が周辺の構造物に近接すると、近接チェック手段がこのときの距離センサの検出信号に基づいて前記所定部が前記構造物に近接したことを確認し、警報手段がこのときの近接チェック手段の確認結果に基づいて作業者に前記所定部が前記構造物に近接したことを知らせる。また警報手段に表示画面を備えることにより、この表示画面の表示によって作業者はロボットの何れの所定部が何れの方向において周辺の構造物に近接したかを容易に知ることができる、ロボット衝突防止装置を提供できるものである。
【特許文献１】特開平６−２７８０８１公報（第４頁、図１）
【特許文献２】特開平８−９９２８５公報（第４頁、図１、２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、従来例１の衝突防止機能付きロボットアームは、ロボットアームと障害物との衝突による機械的損傷が最小限に抑えられるが、ロボットアームと障害物とが接触するため、障害物を破損する可能性があるという問題点があった。
また、従来例２のロボットの衝突防止装置では、ロボットの所定部が周辺の構造物に近接すると、近接チェック手段がこのときの距離センサの検出信号に基づいて前記所定部が前記構造物に近接したことを確認し、警報手段がこのときの近接チェック手段の確認結果に基づいて作業者に前記所定部が前記構造物に近接したことを知らせるが、作業者が、ロボットの動作に注意しながら作業する必要があるという問題点があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ロボットアームと、周辺の人間や障害物との衝突を防止できる衝突防止機能付ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、本体に設けたアームと、前記アームを制御するアーム制御部と、前記アームに設けられ周辺の人間や物との距離を検出する距離センサとこの距離センサの検出信号に基づいて前記周辺の人間や物の近接の有無をチェックする近接チェック部と前記近接チェック部の確認結果に基づいて前記周辺の人間に知らせる近接提示部とからなる衝突防止機能と、を備えた衝突防止機能付ロボットにおいて、前記アーム制御部は、前記近接チェック部が前記アームと前記周辺の人間や構造物とが近接したと判断すると、前記アームと前記周辺の人間や構造物との距離を一定値以上に保ちつつ、指令された動作を継続させるものである。
請求項２に記載の発明は、前記衝突防止機能は、前記近接チェック部の判断基準となる距離を設定する近接距離設定部を設けたものである。
請求項３に記載の発明は、前記衝突防止機能が、前記近接チェック部の出力信号を送信する送信部と、前記出力信号を受信する受信部とからなる情報伝達部を設けたものである。
請求項４に記載の発明は、前記情報伝達部の送信部を前記本体側に、前記受信部を前記人間にそれぞれ設けたものである。
請求項５に記載の発明は、前記近接提示部が、画像を提示する視覚提示手段、音を提示する聴覚提示手段、及び振動を提示する振動提示手段の少なくとも１つからなるものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１に記載の発明によると、ロボットアームと、周辺の人間や構造物との距離を一定値以上に保つので、ロボットアームと、周辺の人間や構造物との衝突を未然に防止することができる。
また、請求項２に記載の発明によると、ロボットアームと、周辺の人間や構造物との近接可能距離を調整することで、周辺にいる人間のロボットの習熟度に応じた近接距離で、ロボットアームを動作させることができ、ロボットアームと、周辺の人間や構造物との衝突を未然に防止することができる。
さらに、請求項３〜５に記載の発明によると、ロボットアームが近接していることを周辺の人間に提示することで、人間が未然にロボットアームから回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の第１実施例を示す衝突防止機能付ロボットの構成図である。本実施例は、ロボットのアームと、周辺の人間や構造物との衝突を防止するものであって、ロボットアームに設けられた近接センサタイプ等の非接触センサと、ロボットのコントローラに設けられたＡ／Ｄ変換部と、近接チェック部と、近接提示部と、アーム制御部とを有している。
図において、１はロボットの本体、２は近接提示部、３は近接チェック部、４はセンサ信号処理部、５はアーム制御部、６はコントローラ、７はアーム、８は距離センサ、９はロボットの本体１を移動させる車輪、１０はロボットの本体の周辺にいる人間である。
近接提示部２は、アーム７が周辺の人間１０や構造物に近接したことを周辺の人間１０に提示する。近接チェック部３は、距離センサ８の信号を基にアーム７が周辺の人間１０や構造物に近接したか否かをチェックする。センサ信号処理部４は、距離センサ８の信号を入力しＡ／Ｄ変換する。アーム制御部５はアーム７を制御し、コントローラ６は、ロボットアームに指令を送出する。
距離センサ８は、アーム７と人間１０や構造物との距離を計測するもので、その詳細な取付け位置を図２および図３示す。図において、８Ｘ＋はＸ軸正方向検出用の距離センサ、８Ｘ−はＸ軸負方向検出用の距離センサ、８Ｙ＋はＹ軸正方向検出用の距離センサ、８Ｙ−はＹ軸負方向検出用の距離センサである。
本発明が特許文献１、特許文献２と異なる部分は、アーム制御部を備え、前記アーム制御部が、前記近接チェック部が前記ロボットアームと、前記周辺の人間や構造物とが近接したことを検出した場合に、前記ロボットアームと、前記周辺の人間や構造物との距離を一定値以上に保ちつつ、動作を継続させることである。
【０００８】
本実施例のロボットのアーム７は７軸構成であり、各軸を順に連結するとともに、各軸を駆動する関節とを有して構成されている。距離センサ８は、上記構成のロボットにおける第３軸のアームに取付けられているとする。詳細には図２、図３に示すように、アーム７の前後左右に距離センサ８が取付けられている。従って、距離センサ８はアーム７の第３軸の前後左右方向に存在する人間や構造物との距離をそれぞれ検出する。
センサ信号処理部４では、距離センサ８の各検出信号を入力し、これらをセンサ信号処理部４でＡ／Ｄ変換して近接チェック部３へ出力する。近接チェック部３では、センサ信号処理部４を介して入力した距離センサ８の各検出信号に基づいてアーム７が周辺の人間１０や構造物に接近したか否かを確認するとともに、近接した場合には確認信号を近接提示部２、アーム制御部５へ出力する。
近接提示部２では、近接チェック部３から確認結果を表す信号を入力すると、この信号に応じて例えばＬＥＤを発光するとともに音を発生して、ロボットのアーム７が周囲の人間１０や構造物に近接したことを知らせる。
アーム制御部５では、以下の処理を実施する。図４は、アーム制御部５のフローチャートの例を示す図である。アーム制御部５の回避動作のフローは、つぎのとおりである。
(１)距離センサ８の８Ｘ＋、８Ｘ−、８Ｙ＋、８Ｙ−のデータを取得する。
(２) ８Ｘ＋、８Ｘ−、８Ｙ＋、８Ｙのデータが、周辺の人間や構造物に近接しているか否かを判断する。
(３)  (２)の結果を基に、待機、Ｘ方向正へ動作、Ｘ方向負へ動作、Ｙ方向正へ動作、Ｙ方向負へ動作の動作モードを決定する。
(４)  (３)の動作モードを基に、Ｘ方向、Ｙ方向に動作させるようにコントローラに指令を出力する。
(５) (１)から(４)を繰返す。
(６) 回避動作を終了する。
説明を簡単にするため、ロボットのアーム７がＸ−Ｚ平面上をＸ軸正方向に動作し、ロボットのアーム７の目標先端位置がＸ軸前方であるとする。また、車輪は停止しているとする。
（Ａ）センサ検出前
ロボットのアーム７前方に取付けられた距離センサ８Ｘ＋、８Ｘ−、８Ｙ＋、８Ｙにより送出された信号をセンサ信号処理部４へ入力する。近接チェック部は、センサ信号処理部４の信号を基に、ロボットのアーム７が、周辺の人間や構造物に近接していないと判断する。アーム制御部は、ロボットのアーム７を前方に動作させるようにコントローラへ指令を出力する。
（Ｂ）センサ検出（Ｘ軸正方向検出用距離センサ８Ｘ＋）
ロボットのアーム７前方に取付けられた距離センサ８Ｘ＋、８Ｘ−、８Ｙ＋、８Ｙにより送出された信号をセンサ信号処理部４へ入力する。近接チェック部は、センサ信号処理部４の信号を基に、ロボットのアーム７のＸ軸正方向に人間や構造物が近接していると判断する。アーム制御部は、ロボットのアーム７をＹ軸負方向へ動作するようにコントローラへ指令を出力する。
アーム制御部は、Ｘ軸正方向検出用距離センサ８Ｘ＋で近接を検出しなくなる（近接距離が設定したしきい値以上になる）まで、ロボットのアーム７をＹ軸負方向へ動作しつづけるようにコントローラへ指令を出力する。
（Ｃ）センサ検出なし
アーム制御部は、Ｘ軸正方向検出用距離センサ８Ｘ＋で近接を検出しなくなった（近接距離が設定したしきい値以上になった）ので、ロボットのアーム７をＸ軸正方向へ移動しつづけ、ロボットのアーム７をＸ軸の目標位置へ到達させるようにコントローラへ指令を出力する。
同時に、アーム制御部は、同時にＹ軸正方向検出用距離センサ８Ｙ＋で近接を検出しない（近接距離が設定したしきい値以上になる）位置まで、ロボットのアーム７をＹ軸正方向へも動作しつづけるようにコントローラへ指令を出力する。
（Ｄ）人間や構造物の回避
ロボットのアーム７の周囲から人間や構造物が回避すると、（Ａ）センサ検出前と同じ状態となり、アーム制御部は、ロボットのアーム７を目標先端位置へ動作させるようにコントローラへ指令を出力する。
なお上記実施例では、ロボットのアーム７がＸ−Ｚ平面上をＸ軸正方向に動作していると仮定したが、ロボットのアーム７が任意の方向に動作していても同じフローが適用できる。
また上記実施例では距離センサをロボットのアーム７の第３軸に設けているが、他の軸にも複数個の距離センサを設けてもよく、人間との近接を検出するのみであれば、距離センサの代わりに人体検知センサを用いてもよい。
以上より、アーム制御部を備え、前記アーム制御部が、前記近接チェック部が前記ロボットのアーム７と、前記周辺の人間や構造物とが近接したことを検出した場合に、前記ロボットのアーム７と、前記周辺の人間や構造物との距離を一定値以上に保ちつつ、動作を継続させることで、ロボットのアーム７と、周辺の人間や構造物との衝突を未然に防止することができる。
【実施例２】
【０００９】
図５は、本発明の第２実施例を示す衝突防止機能付ロボットのシステム構成図である。図において、１１は近接距離設定スイッチである。他の符号は第１実施例と同じであるため説明を省略する。図示しない本体１のスイッチ投入前に、操作者が周辺にいる人間のロボットの習熟度に応じ近接距離設定スイッチ１１を用いて近接可能距離を設定すると、近接チェック部は近接可能距離を変更し、第１実施例と同様にして、アーム制御部５が、アーム７と、周辺の人間１０や構造物との回避動作を実施させる。ロボットの習熟度が低い場合は近接可能距離を大きくすることで、アームと人間との衝突する可能性を低くし、衝突を未然に防止することができる。
【実施例３】
【００１０】
図６は、本発明の第３実施例を示す衝突防止機能付ロボットのシステム構成図である。図において、１２は情報伝達部で、情報伝達部（送信部）１２ａおよび情報伝達部（受信部）１２ｂからなる。１３は画像を提示する視覚提示手段、１４は音を提示する聴覚提示手段、１５は振動を提示する振動提示手段である。
第１実施例と同様にして、アーム制御部５が、アーム７と、周辺の人間１０や構造物との回避動作を実施させる。そして、アーム７と、周辺の人間や構造物とが近接した場合に、情報伝達部（送信部）１２ａが情報伝達部（受信部）１２ｂに近接確認信号を送信し、情報伝達部（受信部）１２ｂが近接提示部２に提示信号を送信し、近接提示部２が、画像を提示する視覚提示手段１３、音を提示する聴覚提示手段１４、及び振動を提示する振動提示手段１５のいずれかを選択的に用いて、アーム７と周辺の人間や構造物とが近接したことを提示する。アーム７が近接していることを周辺の人間に提示することで、人間が未然にロボットアームから回避することができる。
【００１１】
このように、ロボットのアームと、人間や構造物との距離を一定値以上に保ちつつ、ロボットのアームの動作を継続することができるため、ロボットのアームと、周囲の人間や構造物との衝突を未然に防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
なお、ロボットのアームと、人間や構造物との衝突を未然に防止することでできるので、複数のロボットアームが協調作業する場合におけるロボットのアーム同士の干渉回避等にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施例を示す衝突防止機能付ロボットのシステム構成図である。
【図２】図１の距離センサの詳細な取付け位置を示す平面図である。
【図３】図１の距離センサの詳細な取付け位置を示す側面図（肘側より見た図）である。
【図４】本発明の第１実施例を示すアーム制御部のフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施例を示す衝突防止機能付ロボットのシステム構成図である。
【図６】本発明の第３実施例を示す衝突防止機能付ロボットのシステム構成図である。
【図７】従来例１を示す衝突防止機能付ロボットアームの要部構成図である。
【図８】従来例２を示すロボットの衝突防止装置のブロック図である。
【図９】図８の距離センサの取付け位置を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図（後方より見た図）である。
【符号の説明】
【００１４】
１  本体
２  近接提示部
３、２１５ｂ  近接チェック部
４  センサ信号処理部
５  アーム制御部
６  コントローラ
７  アーム
８  距離センサ
８Ｘ＋  Ｘ軸正方向検出用距離センサ
８Ｘ−  Ｘ軸負方向検出用距離センサ
８Ｙ＋  Ｙ軸正方向検出用距離センサ
８Ｙ−  Ｙ軸負方向検出用距離センサ
９  車輪
１０  人間
１１  近接距離設定スイッチ
１２  情報伝達部
１３  視覚提示手段
１４  聴覚提示手段
１５  振動提示手段
１０１  触感用スリーブ
１０１ａ，１０１ｂ  支持部
１０３ａ〜１０３ｇ  応力センサ
１０４  アーム位置制御装置
１０４ａ  衝突検出部
１０４ｂ  衝突防止制御部
１０７  ロボットアーム
２０１  アーム
２０２，２０４，２０６，２０８，２１０，２１２  関節
２０３  １軸
２０５  ２軸
２０７  ３軸
２０９  ４軸
２１１  ５軸
２１３  ６軸
２１４ａ，２１４ｂ，２１４ｃ  非接触距離センサ
２１５  ロボットコントローラ
２１５ａ  Ａ／Ｄ変換部
２１６  操作箱
２１６ａ  表示部
２１６ｂ  警報部
２１６ｃ  操作部
ａ，ｂ，ｃ  検出信号
【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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