(57)【要約】【課題】安全性と作業性を両立した適切な制御を行うこと。【解決手段】ロボット制御装置は、ロボット周囲の物体を検出する検出手段と、検出手段により検出された物体が、ロボットの動作範囲に基づき該ロボット周囲に設定された第１領域内にあるか否か、および、第１領域の外側に設定された第２領域内にあるか否か、を判定する領域判定手段と、検出手段により検出された物体が人であるか否かを判定する人判定手段と、制御手段と、を備える。制御手段は、領域判定手段により、検出手段により検出された物体が第２領域内にあると判定され、かつ人判定手段により該物体が人であると判定された場合、ロボットの動作を制限する制御を行い、領域判定手段により、検出手段により検出された物体が第１領域内にあると判定された場合、ロボットの動作を停止する制御を行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定作業を行うロボット周囲の物体を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された物体が、前記ロボットの動作範囲に基づき該ロボット周囲に設定された第１領域内にあるか否か、および、前記第１領域の外側に設定された第２領域内にあるか否か、を判定する領域判定手段と、
前記検出手段により検出された物体が人であるか否かを判定する人判定手段と、
前記ロボットの動作を制御する制御手段と、
を備えるロボット制御装置であって、
前記制御手段は、
前記領域判定手段により、前記検出手段により検出された物体が前記第２領域内にあると判定され、かつ人判定手段により該物体が人であると判定された場合、前記ロボットの動作を制限する制御を行い、
前記領域判定手段により、前記検出手段により検出された物体が前記第１領域内にあると判定された場合、前記ロボットの動作を停止する制御を行う、
ことを特徴するロボット制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定作業を行うロボットを制御するロボット制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体とロボットとがある距離以内に接近している場合には停止し、ある距離を越えて離れている場合には減速し、物体から遠ざかる方向に移動する場合には、停止するロボットが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２５９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、人に対しては安全性を重視し、人以外の物体に対しては作業性を重視することが考えられる。しかしながら、上記ロボットにおいては、人と人以外の物体とを区別して、上記停止、減速などの制御を行っていない。したがって、安全性と作業性を両立するという観点で適切な制御が行われているとは言えない。
【０００５】
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、安全性と作業性を両立した適切な制御を行うことができるロボット制御装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
所定作業を行うロボット周囲の物体を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された物体が、前記ロボットの動作範囲に基づき該ロボット周囲に設定された第１領域内にあるか否か、および、前記第１領域の外側に設定された第２領域内にあるか否か、を判定する領域判定手段と、
前記検出手段により検出された物体が人であるか否かを判定する人判定手段と、
前記ロボットの動作を制御する制御手段と、
を備えるロボット制御装置であって、
前記制御手段は、
前記領域判定手段により、前記検出手段により検出された物体が前記第２領域内にあると判定され、かつ人判定手段により該物体が人であると判定された場合、前記ロボットの動作を制限する制御を行い、
前記領域判定手段により、前記検出手段により検出された物体が前記第１領域内にあると判定された場合、前記ロボットの動作を停止する制御を行う、
ことを特徴するロボット制御装置
である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、安全性と作業性を両立した適切な制御を行うことができるロボット制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係るロボットアームの概略的なシステム構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るロボットアームの概略的な構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るロボット制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。
【図４】第１及び第２領域の一例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るロボット制御方法のフローを示すフローチャートである。
【図６】第１及び第２領域をロボットアームの動作方向へ広く及びロボットアームの動作の反対方向へ狭く設定した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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は、本発明の一実施形態に係るロボットアームの概略的なシステム構成を示すブロック図である。図２は、本発明の一実施形態に係るロボットアームの概略的な構成を示す斜視図である。
【００１０】
本実施形態に係るロボット制御装置１は、例えば、所定の作業を行う多関節型のロボットアーム２を制御する。ロボット制御装置１とロボットアーム２は、有線又は無線で接続されている。なお、ロボット制御装置１は、ロボットアーム２に搭載される構成であってもよい。
【００１１】
ロボットアーム２は、複数のリンク２１と、各リンク２１を回動可能に連結する関節部（手首関節、肘関節、肩関節など）２２と、その先端に設けられ操作対象を操作するエンドエフェクタ２３と、を有する。なお、ロボットアーム２は、床面などに固定されているが、これに限定されない。例えば、ロボットアーム２は、台車などに固定され移動可能な構成であってもよい。
【００１２】
各関節部２２には、各関節部２２の回転情報を検出する回転センサ２４と、各関節部２２を駆動するアクチュエータ２５と、各関節部２２の操作力を検出する力センサ２６と、が設けられている。
【００１３】
例えば、回転センサ２４は、エンコーダ、ポテンショメータなどで構成されている。アクチュエータ２５は、サーボモータ、油圧式や空気圧式駆動装置などで構成されている。力センサ２６は、各関節部２２のトルクを検出するトルクセンサなどで構成されている。各関節部２２には、減速機構が設けられている。エンドエフェクタ２３は、例えば、物体を把持、接触などして物体に操作力を加える。エンドエフェクタ２３には、エンドエフェクタ２３を駆動するアクチュエータ２７と、エンドエフェクタ２３の操作力を検出する力センサ２８と、が設けられている。
【００１４】
ロボット制御装置１は、例えば、各関節部２２の回転センサ２４からの回転情報（回転角など）と、力センサ２６、２８からの操作力と、に基づいて、各関節部２２及びエンドエフェクタ２３のアクチュエータ２５、２７を制御することで、ロボットアーム２をフィードバック制御する。
【００１５】
なお、ロボット制御装置１は、例えば、演算処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）１ａ、ＣＰＵ１ａによって実行される演算プログラム、制御プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ１ｂ、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）１ｃ、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、それぞれ、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ１ａ、メモリ１ｂ、及びインターフェイス部１ｃは、データバスなどを介して相互に接続されている。
【００１６】
ところで、人や物などの物体が、ロボットアーム周囲に設定された所定領域内に入ると、安全性の観点から、ロボットアームは、減速、停止などを行う。この所定領域をより広く設定すれば安全性は向上するが、一方で、ロボットアームが頻繁に減速や停止などを行うため作業性の低下に繋がる。したがって、安全性と作業性を両立した適切なロボットアームの制御が要望されている。
【００１７】
これに対し、本実施形態に係るロボット制御装置１は、物体が、ロボットアーム２の動作範囲に基づき該ロボットアーム２周囲に設定された第１領域内にあるか否か、および、第１領域の外側に設定された第２領域内にあるか否か、を判定し、さらに、物体が人であるか否かを判定する。そして、ロボット制御装置１は、物体が第２領域内にあると判定し、かつ物体が人であると判定した場合、ロボットアーム２の動作を制限する制御を行い、物体が第１領域内にあると判定した場合、ロボットアーム２の動作を停止する制御を行う。
【００１８】
これにより、ロボットアーム２から少し離れた第１領域外側の第２領域内では、特に安全性の確保が重視される人に対してのみ、ロボットアーム２の動作を制限し、人以外の物体に対しては、ロボットアーム２の動作を制限しない。これにより、不要なロボットアーム２の動作制限を抑制し、作業性の向上を図ることができる。
一方、物体がロボットアーム２と接触し易いロボットアーム２近傍の第１領域内では、人及び物を含めた全ての物体に対して、ロボットアーム２の動作を停止する。これにより、より高い安全性が確保できる。すなわち、安全性と作業性を両立した適切な制御を行うことができる。
【００１９】
図３は、本実施形態に係るロボット制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態に係るロボット制御装置１は、ロボットアーム２周囲の物体を検出する物体検出部１１と、物体が第１領域内にあるか否か、および、第２領域内にあるか否か、を判定する領域判定部１２と、物体が人であるか否かを判定する人判定部１３と、ロボットアーム２の動作を制御する制御部１４と、を有している。
【００２０】
物体検出部１１は、検出手段の一具体例である。物体検出部１１は、例えば、距離センサを用いて、ロボットアーム２周囲の物体を検出する。距離センサは、超音波センサ、レーダセンサ、赤外線センサ、サーモグラフィ、カメラなどを含む。距離センサは、例えば、ロボットアーム２全周囲を検出できるように、ロボットアーム２や環境内などに単数あるいは複数設けられている。物体検出部１１は、検出した物体情報（物体の距離情報など）を領域判定部１２及び人判定部１３に出力する。
【００２１】
領域判定部１２は、領域判定手段の一具体例である。領域判定部１２は、物体検出部１１により検出された物体が第１領域内にあるか否か、および、第２領域内にあるか否か、を判定する。
【００２２】
例えば、図４に示す如く、領域判定部１２は、ロボットアーム２の動作範囲に基づき、該ロボット周囲に第１領域Ｒ１を設定し、第１領域Ｒ１の外側には第２領域Ｒ２を設定する。第１領域Ｒ１は、人及び物を含めた全ての物体に対して、安全性を確保する上で必要となる領域であり、物体とロボットアーム２とが接触する可能性が高い領域である。第２領域Ｒ２は、人に対して安全性を確保する上で必要となる領域であり、物体とロボットアーム２とが接触する可能性が比較的に低い領域である。
【００２３】
領域判定部１２は、メモリ１ｂに記憶された３次元環境マップと、ロボットアーム２の位置及び姿勢と、に基づいて、物体検出部１１により検出された物体が第１領域Ｒ１内にあるか否か、および、第２領域Ｒ２内にあるか否か、を判定する。
【００２４】
例えば、領域判定部１２は、メモリ１ｂに記憶された３次元環境マップと、距離センサからの物体の距離情報に基づいて、３次元環境マップ上における物体の位置及び姿勢を算出する。領域判定部１２は、メモリ１ｂの３次元環境マップと、ロボットアーム２の各関節部２２の回転センサ２４からの回転情報と、に基づいて、３次元環境マップ上におけるロボットアーム２の位置及び姿勢を算出する。
【００２５】
領域判定部１２は、算出した３次元環境マップ上におけるロボットアーム２の位置及び姿勢に基づいて、第１及び第２領域Ｒ１、Ｒ２を設定する。例えば、領域判定部１２は、ロボットアーム２から第１距離以内の領域を第１領域Ｒ１に設定し、第１距離よりも大きく第２距離以内の領域を第２領域Ｒ２に設定する。そして、領域判定部１２は、算出した３次元環境マップ上における物体の位置及び姿勢に基づいて、物体が第１領域Ｒ１内にあるか否か、および、第２領域Ｒ２内にあるか否か、を判定する。領域判定部１２は、領域判定結果を制御部１４に出力する。
【００２６】
人判定部１３は、人判定手段の一具体例である。人判定部１３は、例えば、物体検出部１１からの物体の画像情報に基づいて、その物体が人であるか否かを判定する。人判定部１３は、ニューラルネットワークなどの機械学習器を用いて、物体が人であるか否かを判定してもよい。人判定部１３は、人判定結果を制御部１４に出力する。
【００２７】
制御部１４は、制御手段の一具体例である。制御部１４は、各関節部２２及びエンドエフェクタ２３のアクチュエータ２５、２７に対し制御信号を送信することで、アクチュエータ２５、２７を制御し、ロボットアーム２を制御する。制御部１４は、領域判定部１２からの領域判定結果と、人判定部１３からの人判定結果と、に基づいて、ロボットアーム２の動作を制御する。
【００２８】
制御部１４は、領域判定部１２により、物体検出部１１により検出された物体が第１領域Ｒ１内にあると判定された場合、ロボットアーム２の各アクチュエータ２５、２７の動作を停止する制御を行う。これにより、ロボットアーム２近傍の第１領域Ｒ１内では、人及び物を含めた全ての物体に対して、ロボットアーム２の動作を停止する。したがって、より高い安全性を確保できる。
【００２９】
制御部１４は、領域判定部１２により物体検出部１１により検出された物体が第２領域Ｒ２内にあると判定され、かつ人判定部１３により該物体が人であると判定された場合、ロボットアーム２の動作を制限する制御を行う。制御部１４は、例えば、ロボットアーム２の各アクチュエータ２５、２７の動作を減速する制御、あるいは、ロボットアーム２の各アクチュエータ２５、２７の動作のトルクを低下させる制御を行う。これにより、ロボットアーム２から少し離れた第１領域Ｒ１外側の第２領域Ｒ２内では、特に安全性の確保が重視される人に対してのみ、ロボットアーム２の動作を制限し、人以外の物体に対しては、ロボットアーム２の動作を制限しない。これにより、不要なロボットアーム２の動作制限を抑制し、作業性の向上を図ることができる。
【００３０】
図５は、本実施形態に係るロボット制御方法のフローを示すフローチャートである。
領域判定部１２は、物体検出部１１により検出された物体が第１領域Ｒ１内にあるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。
【００３１】
領域判定部１２が、物体検出部１１により検出された物体が第１領域Ｒ１内にあると判定した場合（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、制御部１４は、ロボットアーム２の各アクチュエータ２５、２７の動作を停止する制御を行う（ステップＳ１０２）。一方、領域判定部１２が、物体検出部１１により検出された物体が第１領域Ｒ１内にないと判定した場合（ステップＳ１０１のＮＯ）、物体検出部１１により検出された物体が第２領域Ｒ２内にあるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。
【００３２】
領域判定部１２が、物体検出部１１により検出された物体が第２領域Ｒ２内にあると判定した場合（ステップＳ１０３のＹＥＳ）、人判定部１３は、物体検出部１１により検出された物体が人であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。一方、領域判定部１２が、物体検出部１１により検出された物体が第２領域Ｒ２内にないと判定した場合（ステップＳ１０３のＮＯ）、制御部１４は、通常のロボットアーム２の各アクチュエータ２５、２７の制御を行う（ステップＳ１０５）。
【００３３】
人判定部１３は、物体検出部１１により検出された物体が人であると判定した場合（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、制御部１４は、ロボットアーム２の各アクチュエータ２５、２７の動作を制限する制御を行う（ステップＳ１０６）。一方、人判定部１３は、物体検出部１１により検出された物体が人でないと判定した場合（ステップＳ１０４のＮＯ）、制御部１４は、通常のロボットアーム２の各アクチュエータ２５、２７の制御を行う（ステップＳ１０５）。
【００３４】
以上、本実施形態に係るロボット制御装置１は、領域判定部１２により、物体検出部１１により検出された物体が第２領域Ｒ２内にあると判定され、かつ人判定部１３により該物体が人であると判定された場合、ロボットアーム２の動作を制限する制御を行い、領域判定部１２により、物体検出部１１により検出された物体が第１領域Ｒ１内にあると判定された場合、ロボットアーム２の動作を停止する制御を行う。
【００３５】
これにより、第２領域Ｒ２内では安全性の確保が重視される人に対してのみ、ロボットアーム２の動作を制限し、人以外の物体に対しては、ロボットアーム２の動作を制限しないため、不要なロボットアーム２の動作制限を抑制し、作業性の向上を図ることができる。一方、第１領域Ｒ１内では、人及び物を含めた全ての物体に対して、ロボットアーム２の動作を停止するため、より高い安全性が確保できる。すなわち、安全性と作業性を両立した適切な制御を行うことができる。
【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。
例えば、上記実施形態において、領域判定部１２は、第１及び第２領域Ｒ１、Ｒ２のうちの少なくとも一方を、ロボットアーム２の動作方向へ広く設定し、あるいは、ロボットアーム２の動作の反対方向へ狭く設定してもよい（図６）。これにより、ロボットアーム２の動作の制限及び停止を最小限に抑えることができる。
上記実施形態において、ロボット制御装置１は、ロボットアーム２を制御しているが、これに限定されない。ロボット制御装置１は、無人搬送車（ＡＧＶ：Automatic Guided Vehicle）や、ヒューマノイドロボットなどのロボットを制御してもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  ロボット制御装置、２  ロボットアーム、１１  物体検出部、１２  領域判定部、１３  人判定部、１４  制御部、２１  リンク、２２  関節部、２３  エンドエフェクタ、２４  回転センサ、２５  アクチュエータ、２６  力センサ、２７  アクチュエータ、２８  力センサ
【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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