(57)【要約】      （修正有）【課題】無線接続により構成を簡略化することが可能となるとともに、被検知物に対する位置の検出精度が低下することを抑制可能な、動作体制御装置を提供する。【解決手段】被検知物で反射した光を受光する光センサが取り付けられ且つ予め設定した動作を行う動作体と、被検知物の距離を、光センサが受光した光の光量に応じて検出し、光センサの位置及び姿勢を検出し、検出した距離を含む情報である距離情報及び検出した位置及び姿勢を含む情報である状態情報を無線通信により送信し、予め設定した初期状態における光センサの位置及び姿勢を記憶しておき、記憶している位置及び姿勢と、距離情報が含む距離と、状態情報が含む位置及び姿勢を用いて、光センサに対する被検知物の位置を検出する。【選択図】図１
2019150938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検知物で反射した光を受光する光センサと、
前記光センサが取り付けられ且つ予め設定した動作を行う動作体と、前記被検知物と、の距離を検出する相対距離検出部と、
前記光センサの位置及び姿勢を検出する状態検出部と、
前記相対距離検出部が検出した距離を含む情報である距離情報、及び前記状態検出部が検出した位置及び姿勢を含む情報である状態情報を無線通信により送信する送信部と、
予め設定した初期状態における前記光センサの位置及び姿勢を記憶している状態記憶部と、
前記状態記憶部が記憶している位置及び姿勢と、前記送信部から受信した前記距離情報が含む距離と、前記送信部から受信した前記状態情報が含む位置及び姿勢と、を用いて、前記光センサに対する前記被検知物の位置を検出する対象位置検出部と、を備えることを特徴とする動作体制御装置。
【請求項２】
前記動作体に配置され、且つ前記光センサに対して予め設定した基準点を通過する三軸の軸回りへの角速度と、前記基準点を通過する三軸の方向へ働く加速度と、前記基準点を通過する三軸の絶対方向と、を検出する九軸センサをさらに備え、
前記状態検出部は、前記九軸センサが検出した前記角速度、前記加速度及び前記絶対方向を用いて、前記基準点に対する三次元の座標の変化と、互いに直交し、且つ前記基準点を通過する三軸の軸回りへの回転角度の変化と、を検出することを特徴とする請求項１に記載した動作体制御装置。
【請求項３】
前記光センサは、赤外線を発光する発光素子と、前記発光素子が発光した赤外線を受光する受光素子と、を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載した動作体制御装置。
【請求項４】
前記送信部から受信した前記距離情報が含む距離と、前記送信部から受信した前記状態情報が含む位置及び姿勢と、前記対象位置検出部が検出した前記光センサに対する前記被検知物の位置と、を用いて、前記動作体と、前記被検知物と、の距離が予め設定した距離以上となるように前記動作体の挙動を制御する挙動制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載した動作体制御装置。
【請求項５】
前記対象位置検出部が検出した位置のうち、前記予め設定した動作を行った動作体に取り付けられた前記光センサに対する前記被検知物の位置を記憶している相対位置記憶部をさらに備え、
前記相対位置記憶部が記憶している位置と、前記対象位置検出部が検出した前記光センサに対する前記被検知物の位置と、を用いて、前記動作体を配置した環境における異常の有無を判断する異常判断部をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載した動作体制御装置。
【請求項６】
前記送信部から受信した前記状態情報が含む位置及び姿勢と、前記対象位置検出部が検出した前記光センサに対する前記被検知物の位置と、を用いて、前記被検知物の形状を検出する形状検出部をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載した動作体制御装置。
【請求項７】
複数の前記光センサを備え、
前記複数の光センサは、前記光を受光する方向である受光方向が、前記動作体が動作を行う空間内の全周を向くように配置されていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載した動作体制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接覚センサによって相対的に接近してくる被検知物を検知し、検知した被検知物に対して動作体の動作を制御する動作体制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
相対的に接近してくる被検知物を検知する近接覚センサの技術としては、例えば、特許文献１に記載されている技術がある。
特許文献１に記載されている技術は、複数個の第一基板と、有線または無線により一つの第一基板が接続される複数個の第二基板と、有線により複数個の第二基板が接続される制御装置を備える。第一基板は、複数の光センサを備えており、光強度を検出し、検出した光強度を第二基板へ出力する。第二基板は、第一基板が検出した光強度を用いて、第一基板が備える複数の光センサが出力した信号に基づいて、複数の光センサと被検知物との距離情報を取得し、取得した距離情報を制御装置へ出力する。制御装置は、第二基板と有線で接続されており、第二基板が取得した距離情報を用いて、第一基板上の領域における被検知物の位置情報を検出して、ロボットのコントローラ等に送信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２１８０６３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、特許文献１に記載されている技術のように、第二基板と制御装置を有線により接続した構成では、配線スペースの確保が困難となるという問題点や、取り付け作業が煩雑となる等の問題点があった。
これらの問題点は、第二基板と制御装置を無線により接続することで解決することが可能であるが、第二基板と制御装置を無線により接続すると、第一基板上の領域における被検知物に対し、位置の検出精度が低下するという問題点がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、無線接続により構成を簡略化することが可能となるとともに、被検知物に対する位置の検出精度が低下することを抑制可能な、動作体制御装置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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、光センサと、相対距離検出部と、状態検出部と、送信部と、状態記憶部と、対象位置検出部を備えることを動作体制御装置である。光センサは、被検知物で反射した光を受光する。相対距離検出部は、光センサが取り付けられ且つ予め設定した動作を行う動作体と、被検知物と、の距離を検出する。状態検出部は、光センサの位置及び姿勢を検出する。送信部は、相対距離検出部が検出した距離を含む情報である距離情報及び状態検出部が検出した位置及び姿勢を含む情報である状態情報を無線通信により送信する。状態記憶部は、予め設定した初期状態における光センサの位置及び姿勢を記憶している。対象位置検出部は、状態記憶部が記憶している位置及び姿勢と、送信部から受信した距離情報が含む距離と、送信部から受信した状態情報が含む位置及び姿勢と、を用いて、光センサに対する被検知物の位置を検出する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、状態記憶部が記憶している、予め設定した初期状態における光センサの位置及び姿勢と、状態検出部が検出した、光センサの位置及び姿勢との比較により、被検知物に対する位置を検出することが可能となる。
これにより、無線接続により構成を簡略化することが可能となるとともに、被検知物に対する位置の検出精度が低下することを抑制可能な、動作体制御装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第一実施形態における動作体制御装置の構成を表すブロック図である。
【図２】近接覚センサの構成を表す図である。
【図３】三次元の座標を表す図である。
【図４】コントローラと光検出基板との接続状態を表す図である。
【図５】コントローラの構成を表すブロック図である。
【図６】光検出基板の構成を表す図である。
【図７】動作体制御装置を適用するロボットの構成を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面を参照して、本発明の第一実施形態を以下において説明する。以下の説明で参照する図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係や、各層の厚さの比率等は、現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚さや寸法は、以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１０】
さらに、以下に示す第一実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質や、それらの形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。また、以下の説明における「左右」や「上下」の方向は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。よって、例えば、紙面を９０度回転すれば「左右」と「上下」とは交換して読まれ、紙面を１８０度回転すれば「左」が「右」になり、「右」が「左」になることは勿論である。
【００１１】
（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
（構成）
図１中に表すように、動作体制御装置１は、近接覚センサ２と、コントローラ１０を備える。なお、動作体制御装置１は、複数の近接覚センサ２を備えるが、図１中では、説明のために、複数の近接覚センサ２のうち、一つの近接覚センサ２のみを表す。
【００１２】
（近接覚センサ）
近接覚センサ２は、例えば、ロボット（産業用ロボット等）が備えるマニピュレータや、無人走行する搬送用台車（無人搬送車）等の動作体に取り付けられている。
なお、近接覚センサ２を取り付ける動作体は、例えば、歩行ロボットの腕や脚等としてもよい。また、近接覚センサ２を取り付ける対象は、動作体に限定するものではなく、例えば、台車、ショッピングカート、スーツケース等としてもよい。
【００１３】
第一実施形態では、一例として、近接覚センサ２を取り付ける動作体を、ロボットが備えるマニピュレータ（アーム部）とした場合について説明する。
また、近接覚センサ２は、図２中に示すように、光センサ２０と、九軸センサ２２と、演算器２４と、第一無線送受信モジュール２６を備えている。
光センサ２０は、一対のＬＥＤ２０ａとフォトトランジスタ２０ｂを備える反射型の光センサである。ＬＥＤ２０ａの発光面及びフォトトランジスタ２０ｂの受光面は、後述する光検出基板に実装されている。なお、一つの近接覚センサ２は、複数の光センサ２０を備えるが、図２中では、説明のために、複数の光センサ２０のうち、一つの光センサ２０のみを表す。
【００１４】
ＬＥＤ２０ａは、赤外線を放射する発光素子である。
フォトトランジスタ２０ｂは、赤外線を受光する受光素子である。
また、フォトトランジスタ２０ｂは、被検知物に反射した反射光を受光すると、受光した反射光の受光強度を示す、光センサ２０に対応した信号Ｓｒを、演算器２４へ出力する。
信号Ｓｒは、受光強度に加え、一つの光センサ２０に固有のＩＤ（センサＩＤ）を含む信号である。
ＬＥＤ２０ａとフォトトランジスタ２０ｂとは、一対となっている。したがって、光センサ２０は、反射型のフォトインタラプタである。
なお、被検知物が存在しない場合、フォトトランジスタ２０ｂは、ＬＥＤ２０ａが放射する赤外線を受光しないように設定されている。
【００１５】
ここで、被検知物には、動作体にとって動作の障害となる物体や生物（以降の説明では、「障害物」と記載する場合がある）と、動作体にとって動作の障害とならない物体や生物（以降の説明では、「非障害物」と記載する場合がある）が含まれる。
障害物とは、例えば、動作体の部品や動作体が処理する材料等とは、異なる物体である。これに加え、障害物とは、例えば、動作体が行う通常の処理とは無関係の人員である。但し、動作体にとって動作の障害となる場合は、人員も「障害物」として扱う。
【００１６】
非障害物とは、例えば、動作体の部品や、動作体が処理する材料である。これに加え、非障害物とは、例えば、動作体が行う通常の処理と関係する人員（作業員等）である（但し、動作体にとって動作の障害とならない場合に限る）。
以上により、光センサ２０は、被検知物で反射した光を受光する。また、光センサ２０は、赤外線を発光する発光素子（ＬＥＤ２０ａ）と、発光素子が発光した赤外線を受光する受光素子（フォトトランジスタ２０ｂ）を備える。
【００１７】
九軸センサ２２は、ジャイロセンサ（図示せず）と、加速度センサ（図示せず）と、地磁気センサ（図示せず）を備える。
ジャイロセンサは、光センサ２０に対して予め設定した基準点を通過する三軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の軸回りへの角速度（回転速度）を検出する。加速度センサは、基準点を通過する三軸の方向へ働く加速度を検出する。地磁気センサは、地磁気を検出することで、基準点を通過する三軸の絶対方向を検出する。
【００１８】
第一実施形態では、一例として、基準点を、光センサ２０の重心に設定した場合について説明する。
そして、九軸センサ２２は、角速度、加速度及び絶対方向を含む情報信号（以降の説明では、「状態信号」と記載する場合がある）を、演算器２４へ出力する。
すなわち、九軸センサ２２は、動作体に配置され、且つ光センサ２０に対して予め設定した基準点を通過する三軸の軸回りへの角速度と、基準点を通過する三軸の方向へ働く加速度と、基準点を通過する三軸の絶対方向を検出する。
【００１９】
演算器２４は、例えば、ＣＰＵ等の処理装置と、ＥＥＰＲＯＭ等、データの記憶が可能な構成を用いて形成する。
また、演算器２４は、フォトトランジスタ２０ｂから入力された信号Ｓｒに基づき、予めプログラムされている演算を行い、被検知物の位置情報（光センサ２０と被検知物との距離）を取得する。
具体的には、信号Ｓｒが示す受光強度に対応した電圧を離散値に変換（Ａ／Ｄ変換）し、変換した離散値を用いて、光センサ２０と被検知物との距離を取得する。
【００２０】
さらに、演算器２４は、取得した被検知物の位置情報を含む情報信号（以降の説明では、「位置信号」と記載する場合がある）を、第一無線送受信モジュール２６へ出力する。
これに加え、演算器２４は、九軸センサ２２から入力された状態信号が含む角速度、加速度及び絶対方向を用いて、光センサ２０の位置及び姿勢を算出する。
具体的には、状態信号が含む角速度、加速度及び絶対方向を用いて、基準点に対する三次元の座標の変化と、基準点を通過する三軸の軸回りへの回転角度の変化を算出する。
【００２１】
三次元の座標は、図３中に表すように、基準点に対するＸ軸上の空間座標（Ｘ）と、基準点に対するＹ軸上の空間座標（Ｙ）と、基準点に対するＺ軸上の空間座標（Ｚ）である（Ｘ，Ｙ，Ｚ）。なお、空間座標は、地球上における座標とも呼称される。
三軸の軸回りへの回転角度は、Ｘ軸の軸回りへの回転角度（ｐ）と、Ｙ軸の軸回りへの回転角度（ｑ）と、Ｚ軸の軸回りへの回転角度（ｒ）である（ｐ，ｑ，ｒ）。
そして、演算器２４は、算出した三次元の座標の変化及び三軸の軸回りへの回転角度の変化を含む情報信号（以降の説明では、「状態信号」と記載する場合がある）を、第一無線送受信モジュール２６へ出力する。
以上により、演算器２４は、動作体と被検知物との距離を、光センサ２０が受光した光の光量に応じて検出する相対距離検出部を形成する。
【００２２】
これに加え、演算器２４は、九軸センサ２２が検出した角速度、加速度及び絶対方向を用いて、基準点に対する三次元の座標の変化と、互いに直交し、且つ基準点を通過する三軸の軸回りへの回転角度の変化を検出する。これにより、演算器２４は、光センサ２０の位置及び姿勢を検出する状態検出部を形成する。
第一無線送受信モジュール２６は、演算器２４から入力を受けた位置信号を用いて、光センサ２０と被検知物との距離（以降の説明では、「相対距離」と記載する場合がある）を含む情報信号（以降の説明では、「距離情報」と記載する場合がある）を生成する。そして、距離情報を、無線通信により、コントローラ１０へ出力する。
【００２３】
第一実施形態では、無線通信の方式として、「Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）」を用いる場合について説明する。
これに加え、第一無線送受信モジュール２６は、演算器２４から入力を受けた状態信号を用いて、光センサ２０の位置及び姿勢を含む情報である状態情報を、無線通信により、コントローラ１０へ出力する。
以上により、第一無線送受信モジュール２６は、距離情報及び状態情報を無線通信により送信する送信部を形成する。
【００２４】
さらに、第一無線送受信モジュール２６は、コントローラ１０から、通信状態が正常である情報を含む情報信号（以降の説明では、「第二チェック信号」と記載する場合がある）を、無線通信により受信する。
また、第一無線送受信モジュール２６は、コントローラ１０との通信状態が正常である場合、通信状態が正常である情報を含む情報信号（以降の説明では、「第一チェック信号」と記載する場合がある）を、無線通信によりコントローラ１０へ送信する。
なお、第一チェック信号には、例えば、第一無線送受信モジュール２６における、コントローラ１０から受信した情報の感度を含んでもよい。また、第一チェック信号には、例えば、予め設定した初期状態における光センサ２０の位置及び姿勢を含む情報を含んで送信してもよい。
【００２５】
（コントローラ）
コントローラ１０は、ロボット１００を制御する装置である。
また、図４中に表すように、コントローラ１０には、Ｎ個の光検出基板１１１〜１１Ｎが、無線接続されている。各光検出基板１１は、同様の構成である。なお、図４中には、説明のために、五個の光検出基板１１１〜１１３，１１（Ｎ−１），１１Ｎを図示し、他の光検出基板は、図示を省略している。
以降の説明では、光検出基板１１１〜１１Ｎを、「光検出基板１１」と記載する場合がある。また、以降の説明では、「光検出基板１１」を「近接覚センサ２」と記載する場合がある。
光検出基板１１の構成については、後述する。
また、コントローラ１０は、図５中に示すように、第二無線送受信モジュール１０Ａと、状態記憶部１０Ｂと、障害判定部１０Ｃと、対象位置検出部１０Ｄと、相対位置記憶部１０Ｅと、異常判断部１０Ｆと、形状検出部１０Ｇと、挙動制御部１０Ｈを備える。
【００２６】
（第二無線送受信モジュール）
第二無線送受信モジュール１０Ａは、無線通信により、第一無線送受信モジュール２６から距離情報及び状態情報の入力を受ける。そして、入力を受けた距離情報及び状態情報を、状態記憶部１０Ｂと、障害判定部１０Ｃと、対象位置検出部１０Ｄと、挙動制御部１０Ｈへ出力する。また、入力を受けた状態情報を、形状検出部１０Ｇへ出力する。
これに加え、第二無線送受信モジュール１０Ａは、第一無線送受信モジュール２６から、通信状態が正常である情報を含む情報信号（以降の説明では、「第一チェック信号」と記載する場合がある）を、無線通信により受信する。
【００２７】
また、第二無線送受信モジュール１０Ａは、第一無線送受信モジュール２６との通信状態が正常である場合、第二チェック信号を、無線通信により第一無線送受信モジュール２６へ送信する。
なお、第二チェック信号には、例えば、第二無線送受信モジュール１０Ａにおける、第一無線送受信モジュール２６から受信した情報の感度を含んでもよい。
【００２８】
（状態記憶部）
状態記憶部１０Ｂは、例えば、ＲＡＭ等、データの記憶や消去が可能な構成を用いて形成する。
また、状態記憶部１０Ｂは、予め設定した初期状態における、光センサ２０の位置及び姿勢を記憶している。
なお、状態記憶部１０Ｂに、初期状態における光センサ２０の位置及び姿勢を記憶させる処理は、例えば、動作体制御装置１を、使用する環境（室内等）に設置した際に行う。
【００２９】
また、状態記憶部１０Ｂに、初期状態における光センサ２０の位置及び姿勢を記憶させる処理は、第二無線送受信モジュール１０Ａから入力を受けた距離情報及び状態情報が含むパラメータを用いて行う。これに加え、初期状態における光センサ２０の位置及び姿勢は、光センサ２０のセンサＩＤに関連付けて記憶させる。
第一実施形態では、一例として、初期状態を、動作体の格納状態（動作体の容積が最小となる状態）とした場合について説明する。
なお、第一チェック信号に、予め設定した初期状態における光センサ２０の位置及び姿勢を含む情報を含まれている場合、状態記憶部１０Ｂが記憶している、初期状態における光センサ２０の位置及び姿勢を補正する処理を行ってもよい。
【００３０】
状態記憶部１０Ｂが記憶している位置及び姿勢は、例えば、以下に示すデータにより表される。なお、以下に示すデータは、一つの近接覚センサ２のうち、三個の光センサ２０１〜２０３を対象とした場合の例示である。
すなわち、光センサ２０１のＩＤを「ＩＤ１」と定義し、光センサ２０２のＩＤを「ＩＤ２」と定義し、光センサ２０３のＩＤを「ＩＤ３」と定義する。これにより、光センサ２０１〜２０３（近接覚センサ２）が原点に存在している状態で、各ＩＤに対応する光センサ２０の位置及び姿勢の行列式（変換式）は、以下の表１に示すパラメータとなる。なお、「原点」とは、初期状態に対応する近接覚センサ２の位置である。
【００３１】
【表１】
2019150938.tif 000003
【００３２】
（障害判定部）
障害判定部１０Ｃは、例えば、ＣＰＵ等の処理装置を用いて形成する。
また、障害判定部１０Ｃは、相対距離信号が含む相対距離と、予め記憶している判定閾値に応じて、被検知物が、動作体の予め設定した動作に対する障害物となるか否かを判定する。そして、被検知物が障害物となるか否かを判定した結果（判定結果）を含む情報信号（以降の説明では、「判定結果信号」と記載する場合がある）を、挙動制御部１０Ｈへ出力する。
判定閾値は、近接覚センサ２と被検知物との相対距離に応じて、被検知物がロボット１００の動作に対する障害物となると判定するための、予め設定した閾値である。
【００３３】
第一実施形態では、一例として、判定閾値を、２０［ｍｍ］に設定した場合について説明する。
なお、判定閾値は、例えば、ロボット１００を作動させる速度や、ロボット１００を構成する部材の大きさや、ロボット１００の周囲環境（周辺に配置された部材等とロボット１００との位置関係）等に応じて、適宜設定する。
すなわち、障害判定部１０Ｃは、例えば、複数の近接覚センサ２のうち少なくとも一つの近接覚センサ２と、被検知物と、の相対距離が２０［ｍｍ］未満である場合は、被検知物がロボット１００の動作に対する障害物となると判定する。
【００３４】
これに加え、障害判定部１０Ｃは、例えば、複数の近接覚センサ２のうち少なくとも一つの近接覚センサ２と、被検知物と、の相対距離が２０［ｍｍ］以上である場合は、被検知物がロボット１００の動作に対する障害物とはならないと判定する。
したがって、障害判定部１０Ｃは、複数の近接覚センサ２がそれぞれ検出した、近接覚センサ２と被検知物との距離が、予め設定した閾値である判定閾値未満の距離である場合、被検知物が、動作体の予め設定した動作に対する障害物となると判定する。
また、障害判定部１０Ｃは、複数の近接覚センサ２を取り付けた位置に応じて、被検知物が、動作体の予め設定した動作に対する障害物となるか否かを判定する。
なお、障害判定部１０Ｃが、複数の近接覚センサ２を取り付けた位置に応じて、被検知物が障害物となるか否かを判定する具体的な構成については、後述する。
【００３５】
（対象位置検出部）
対象位置検出部１０Ｄは、例えば、ＣＰＵ等の処理装置を用いて形成する。
また、対象位置検出部１０Ｄは、状態記憶部１０Ｂが記憶している位置及び姿勢と、近接覚センサ２から受信した距離情報が含む距離及び状態情報が含む位置及び姿勢を用いて、光センサ２０に対する被検知物の位置を検出する。
光センサ２０に対する被検知物の位置を検出した対象位置検出部１０Ｄは、検出した位置を含む情報信号（以降の説明では、「被検知物位置信号」と記載する場合がある）を、相対位置記憶部１０Ｅへ出力する。これに加え、対象位置検出部１０Ｄは、被検知物位置信号を、異常判断部１０Ｆと、形状検出部１０Ｇと、挙動制御部１０Ｈへ出力する。
【００３６】
以下、状態記憶部１０Ｂが記憶している位置及び姿勢が、上記の表に示すデータであることを前提として、光センサ２０に対する被検知物の位置を検出する処理の具体例を説明する。
例えば、光センサ２０１から、光センサ２０１のＩＤ１と共に、光センサ２０１と被検知物との距離ｄが２０である距離情報（ｄ＝２０）を受信すると、光センサ２０１に対する被検知物の位置を示す座標Ｏｂ１を、以下の表２に示すパラメータとして算出する。なお、ｄの単位は、例えば、２０［ｍｍ］に設定する。
【００３７】
【表２】
2019150938.tif 000004
【００３８】
この場合、光センサ２０１（近接覚センサ２）が原点に存在している状態（ＩＤ１：（０，０，０，０，０，０））で、光センサ２０１に対する被検知物の位置を算出することが可能となる。具体的には、光センサ２０１からＺ軸の方向で、上方へ２０［ｍｍ］離れた位置（被検知物：（０，０，２０，０，０，０））に存在する被検知物の位置を、算出することが可能となる。なお、ｄが−２０（ｄ＝−２０）であれば、光センサ２０１からＺ軸の方向で、下方へ２０［ｍｍ］離れた位置に存在する被検知物の位置を、算出することが可能となる。
すなわち、光センサ２０は、自らと被検知物との距離のみを検出する。そして、九軸センサ２２が検出したパラメータを用いて、光センサ２０の位置及び姿勢を算出することで、光センサ２０に対する被検知物の位置を算出することが可能となる。
【００３９】
次に、光センサ２０１と被検知物との距離（ｄ＝２０）に応じた被検知物の座標を示す行列式に対し、原点に存在している状態の光センサ２０２の位置及び姿勢の行列式（変換式）を乗算する。これにより、光センサ２０２に対する被検知物の位置を算出する。また、光センサ２０３に対する被検知物の位置を算出する処理も、同様である。
なお、光センサ２０１と被検知物との距離（ｄ＝２０）に応じた被検知物の座標を示す行列式は、被検知物：（０，０，２０，０，０，０）で表される。また、原点に存在している状態の光センサ２０２の位置及び姿勢の行列式（変換式）は、ＩＤ２：（５０，０，２０，３０°，０，０）で表される。
【００４０】
（相対位置記憶部）
相対位置記憶部１０Ｅは、例えば、ＲＡＭ等、データの記憶や消去が可能な構成を用いて形成する。
また、相対位置記憶部１０Ｅは、予め設定した動作を行った動作体に取り付けられた光センサ２０に対する、被検知物の位置を記憶している。
なお、相対位置記憶部１０Ｅに、光センサ２０に対する被検知物の位置を記憶させる処理は、例えば、動作体制御装置１を、オペレータが監視している環境下で、通常の運転（動作）を行った際に行う。
【００４１】
（異常判断部）
異常判断部１０Ｆは、例えば、ＣＰＵ等の処理装置を用いて形成する。
また、異常判断部１０Ｆは、相対位置記憶部１０Ｅが記憶している被検知物の位置と、対象位置検出部１０Ｄが検出した光センサ２０に対する被検知物の位置を用いて、動作体を配置した環境における異常の有無を判断する。
具体的には、動作体が予め設定した動作を行っている状態で、被検知物位置信号が含む、光センサ２０に対する被検知物の位置が、相対位置記憶部１０Ｅが記憶している被検知物の位置よりも近い場合に、動作体を配置した環境に異常が有ると判断する。
なお、異常が有ると判断した異常判断部１０Ｆは、例えば、ブザーの鳴動やライトの点灯により、異常が発生していることをオペレータ等の人員へ通知する。
また、異常が有ると判断した異常判断部１０Ｆは、動作体を配置した環境に異常が有る内容を含む情報信号（以降の説明では、「異常判断信号」と記載する場合がある）を、挙動制御部１０Ｈへ出力する。
【００４２】
（形状検出部）
形状検出部１０Ｇは、例えば、ＣＰＵ等の処理装置を用いて形成する。
また、形状検出部１０Ｇは、状態情報が含む位置及び姿勢と、対象位置検出部１０Ｄが検出した光センサ２０に対する被検知物の位置を用いて、被検知物の形状を検出する。
具体的には、状態情報が含む位置及び姿勢、すなわち、現在の動作時における光センサ２０の位置及び姿勢と、光センサ２０に対する被検知物の位置とを、連続的に検出する。これにより、現在の動作時に、被検知物の表面形状を連続的に検出して、被検知物の形状を検出する。
【００４３】
すなわち、例えば、動作体を配置した環境における安定した位置（テーブル等）に被検知物を置き、被検知物と光センサ２０との距離を検出するとともに、光センサ２０の位置及び姿勢を検出することで、相対的に、被検知物の形状を検出する。
なお、被検知物の形状を検出した形状検出部１０Ｇは、例えば、モニタ等の表示装置に、被検知物の形状を表示する。また、被検知物の形状を検出した形状検出部１０Ｇは、例えば、光センサ２０の位置及び姿勢に関連付けて、被検知物の形状を記憶する。
【００４４】
（挙動制御部）
挙動制御部１０Ｈは、例えば、ＣＰＵ等の処理装置を用いて形成する。
また、挙動制御部１０Ｈは、距離情報が含む距離と、状態情報が含む位置及び姿勢と、対象位置検出部１０Ｄが検出した光センサ２０に対する被検知物の位置を用いて、動作体と被検知物との距離が予め設定した距離以上となるように、動作体の挙動を制御する。動作体の挙動を制御する際には、例えば、ロボット１００の駆動部となるモータ等のアクチュエータに、動作を制御する信号を出力する。
【００４５】
具体的には、動作体と被検知物との接触を回避する方向、例えば、動作体と被検知物との距離を増加させる方向へ動作体を移動させるように、動作体の挙動を制御する。または、動作体と被検知物との接触を回避するために、動作体の動作を停止させ、動作体と被検知物との距離が近くなることを防止する。
したがって、予め設定した距離は、例えば、動作体の動作を停止させた際に発生する慣性力により動作体が振動しても、動作体と被検知物が接触しない距離（例えば、２０［ｍｍ］）に設定する。
【００４６】
また、挙動制御部１０Ｈは、障害判定部１０Ｃから入力を受けた判定結果信号が、被検知物がロボット１００の予め設定した動作に対する障害物となると判定した結果を含む場合、ロボット１００の動作を停止させる制御を行う。
一方、挙動制御部１０Ｈは、障害判定部１０Ｃから入力を受けた判定結果信号が、被検知物がロボット１００の予め設定した動作に対する障害物とはならないと判定した結果を含む場合、ロボット１００の動作を継続させる制御を行う。
また、挙動制御部１０Ｈは、異常判断部１０Ｆにより、動作体を配置した環境に異常が有ると判断された場合、異常判断部１０Ｆから異常判断信号の入力を受け、ロボット１００の動作を停止させる制御を行う構成としてもよい。
【００４７】
（光検出基板）
光検出基板１１は、プリント配線板２１と、Ｎ個（複数）の光センサ２０と、九軸センサ２２と、演算器２４と、電池２８と、第一無線送受信モジュール２６を有する。
図６に示すように、複数の光センサ２０と、演算器２４と、九軸センサ２２と、電池２８と、第一無線送受信モジュール２６は、プリント配線板２１が有する配線（図示せず）によって、電気的に接続されている。
プリント配線板２１は、短冊状に形成された板状の部材である。
各光センサ２０は、プリント配線板２１に実装されている。具体的に、各光センサ２０は、プリント配線板２１の一つの面に、並列に配置されている。
【００４８】
各光センサ２０が備えるフォトトランジスタ２０ｂは、反射光を受光すると、受光した反射光の受光強度を示す信号であり、各光センサ２０１〜２０Ｎに対応した信号Ｓｒ１〜ＳｒＮを、演算器２４へ出力する。すなわち、演算器２４は、各光センサ２０１〜２０Ｎが備えるフォトトランジスタ２０ｂから、受光強度を示す信号Ｓｒ１〜ＳｒＮの入力を受ける。
Ｎ個の光センサ２０のうちで一番目に配置される光センサ２０１は、プリント配線板２１の長手方向に沿った一端部に配置されている。さらに、Ｎ個の光センサ２０のうちで二番目に配置される光センサ２０２から、Ｎ番目の光センサ２０Ｎまでは、プリント配線板２１の長手方向に沿って、一端部から離れる位置へ順番に配置されている。
【００４９】
したがって、Ｎ個の光センサ２０（２０１〜２０Ｎ）は、プリント配線板２１の上へ、一列に配置されている。
電池２８は、例えば、ボタン電池であり、光センサ２０と、九軸センサ２２と、演算器２４と、第一無線送受信モジュール２６へ、電力を供給する。
なお、電池２８としては、ボタン電池以外に、太陽電池を用いることが可能である。
また、電池２８の代わりに、電源ステーションにおける非接触な給電により、光センサ２０と、九軸センサ２２と、演算器２４と、第一無線送受信モジュール２６へ、電力を供給する構成としてもよい。
【００５０】
演算器２４は、各光センサ２０よりもプリント配線板２１の他端部に近い側に配置されている。
なお、演算器２４は、演算機能の他に、クロック信号を発生する機能と、ネットワークインターフェースとを備えている。また、演算器２４は、電池２８から電力の供給を受けるだけで動作することが可能である。
第一無線送受信モジュール２６は、演算器２４よりも、プリント配線板２１の他端部に近い位置に配置されている。
【００５１】
（ロボット１００の構成）
図１から図６を参照しつつ、図７を用いて、ロボット１００の構成を説明する。
図７中に表すように、ロボット１００は、基部４０と、アーム部５０と、エンドエフェクタ６０を備える。
基部４０は、例えば、周方向に回転可能な円筒形の部材で形成されている。
また、基部４０の上面には、アーム部５０が支持されている。
また、基部４０の側面には、近接覚センサ２が備える九軸センサ２２と同様の構成を有する九軸センサ（図示せず）が取り付けられている。
基部４０に取り付けた九軸センサが検出した角速度、加速度及び絶対方向は、例えば、無線通信により、第一無線送受信モジュール２６を介して、演算器２４へ出力する。
【００５２】
アーム部５０は、角柱状に形成されている。
アーム部５０の一方の端部５０ａ側は、基部４０に支持されている。すなわち、アーム部５０の基端側は、基部４０に支持されている。
また、アーム部５０の一方の端部５０ａ側には、アーム部５０を揺動可能なモータ（図示せず）が内蔵されている。
また、アーム部５０が有する四つの外面には、全て、近接覚センサ２が取り付けられている。
【００５３】
四つの外面に取り付けられている近接覚センサ２は、それぞれ、フォトトランジスタ２０ｂが光を受光する方向である受光方向が、外面の面外方向を向くように配置（例えば、単位面積当たりに均等配置）されている。
したがって、動作体制御装置１が備える複数の光センサ２０は、光を受光する方向である受光方向が、アーム部５０（動作体）が動作を行う空間内の全周を向くように配置されている。
エンドエフェクタ６０（末端効果器）は、ロボット１００が対象物（ワーク）に直接働きかけする機能を持つ装置であり、例えば、グリッパ、多指ハンド、溶接機、ねじ締め機等を備えて形成されている。
【００５４】
また、エンドエフェクタ６０は、アーム部５０の他方の端部５０ｂ側に接続されている。すなわち、アーム部５０の先端側には、エンドエフェクタ６０が接続されている。
アーム部５０とエンドエフェクタ６０との接続部には、アーム部５０に対してエンドエフェクタ６０を揺動可能なモータ（図示せず）が内蔵されている。
以上により、アーム部５０は、複数の近接覚センサ２を取り付ける動作体を形成する。
また、基部４０及びアーム部５０は、被検知物のうち、非障害物である。
【００５５】
（動作）
図１から図７を参照して、第一実施形態の動作を説明する。
ロボット１００が通常の処理で行う１サイクルの動作中において、アーム部５０の近辺に障害物（図示せず）が存在する場合、ＬＥＤ２０ａが発光した赤外線は、障害物で反射される。
障害物で反射された赤外線が、フォトトランジスタ２０ｂによって受光される状況では、１サイクルの動作中のうち、相対距離を示す光強度が、障害物が存在しない状態よりも増加する。
【００５６】
また、ロボット１００が通常の処理で行う１サイクルの動作中には、演算器２４が、動作体と被検知物との距離を、光センサ２０が受光した光の光量に応じて検出する。これに加え、演算器２４が、九軸センサ２２が検出した角速度、加速度及び絶対方向を用いて、基準点に対する三次元の座標の変化と、互いに直交し、且つ基準点を通過する三軸の軸回りへの回転角度の変化を検出する。これにより、演算器２４が、光センサ２０の位置及び姿勢を検出する状態検出部を形成する。
さらに、ロボット１００が通常の処理で行う１サイクルの動作中には、対象位置検出部１０Ｄが、光センサ２０に対する被検知物の位置を検出する。対象位置検出部１０Ｄが、光センサ２０に対する被検知物の位置を検出する処理は、状態記憶部１０Ｂが記憶している位置及び姿勢と、近接覚センサ２から受信した距離情報が含む距離及び状態情報が含む位置及び姿勢を用いて行う。
【００５７】
すなわち、状態記憶部１０Ｂが記憶している、予め設定した初期状態における光センサ２０の位置及び姿勢と、状態検出部が検出した、光センサ２０の位置及び姿勢との比較により、被検知物に対する光センサ２０の位置を検出することが可能となる。
そして、挙動制御部１０Ｈが、距離情報が含む距離と、状態情報が含む位置及び姿勢と、対象位置検出部１０Ｄが検出した光センサ２０に対する被検知物の位置を用いて、動作体と被検知物との距離が予め設定した距離以上となるように、動作体の挙動を制御する。
【００５８】
この場合、例えば、アーム部５０の側方に被検知物が存在する場合には、アーム部５０を水平方向へ移動させることで、アーム部５０と被検知物との接触を回避する。
また、例えば、アーム部５０の上方に被検知物が存在する場合には、アーム部５０を下方や水平方向へ移動させることで、アーム部５０と被検知物との距離を増加させる。
ここで、第一実施形態では、動作体制御装置１が備える複数の光センサ２０が、光を受光する方向である受光方向が、アーム部５０が動作を行う空間内の全周を向くように配置されている。
【００５９】
このため、被検知物から離れる方向へ動作体を移動させる際に、移動させる方向に他の被検知物が存在しないことを検出しながら、動作体を移動させることが可能となる。したがって、一つの被検知物から離れる方向へ動作体を移動させた場合に、移動させた方向に他の被検知物が存在していても、二つの被検知物との接触を回避する方向へ、動作体を移動させることが可能となる。
また、複数の光センサ２０が、光を受光する方向である受光方向が、アーム部５０が動作を行う空間内の全周を向くように配置することで、光センサ２０の位置や姿勢が変化しても、全方位（全方向）に対して、被検知物を検出することが可能となる。
【００６０】
これに加え、第一実施形態では、基部４０、すなわち、固定されて動かない位置に、九軸センサを取り付けている。
このため、基部４０に取り付けた九軸センサが検出した角速度、加速度及び絶対方向を、演算器２４へ出力することにより、基部４０に取り付けた九軸センサに対する、動作体に取り付けた九軸センサ２２の検出値を補正することが可能となる。
これにより、例えば、動作体を初期位置へ移動させた状態で、原点における存在している光センサ２０の位置及び姿勢の行列式を補正することが可能となる。
【００６１】
また、従来は、予め、人力によって光センサ２０の設置先を登録しておき、その登録した情報に従って、光センサ２０に対する被検知物の距離及び方向を認識する構成を採用する場合があった。
これに対し、第一実施形態の構成であれば、九軸センサ２２の活用と無線通信による情報の送受信により、光センサ２０を配置する自由度を向上させることが可能となる。これに加え、光センサ２０の姿勢と位置を、九軸センサ２２の検出したパラメータを用いて自動的に取得し、取得した光センサ２０の姿勢と位置を事前に記憶しておく。これにより、従来のような人力による情報の登録を必要とせずに、光センサ２０に対する被検知物の距離及び方向を検出することが可能となる。
【００６２】
なお、上述した第一実施形態は、本発明の一例であり、本発明は、上述した第一実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
【００６３】
（第一実施形態の効果）
第一実施形態の動作体制御装置１であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
（１）光センサ２０と、相対距離検出部と、状態検出部と、送信部と、状態記憶部１０Ｂと、対象位置検出部１０Ｄを備える。光センサ２０は、被検知物で反射した光を受光する。相対距離検出部は、光センサ２０が取り付けられ且つ予め設定した動作を行う動作体と、被検知物と、の距離を、光センサ２０が受光した光の光量に応じて検出する。状態検出部は、光センサ２０の位置及び姿勢を検出する。送信部は、相対距離検出部が検出した距離を含む情報である距離情報及び状態検出部が検出した位置及び姿勢を含む情報である状態情報を無線通信により送信する。状態記憶部１０Ｂは、予め設定した初期状態における光センサ２０の位置及び姿勢を記憶している。対象位置検出部１０Ｄは、状態記憶部１０Ｂが記憶している位置及び姿勢と、送信部から受信した距離情報が含む距離と、送信部から受信した状態情報が含む位置及び姿勢と、を用いて、光センサ２０に対する被検知物の位置を検出する。
【００６４】
このため、状態記憶部１０Ｂが記憶している、予め設定した初期状態における光センサ２０の位置及び姿勢と、状態検出部が検出した、光センサ２０の位置及び姿勢との比較により、被検知物に対する位置を検出することが可能となる。
その結果、無線接続により構成を簡略化することが可能となるとともに、被検知物に対する位置の検出精度が低下することを抑制可能な、動作体制御装置１を提供することが可能となる。
【００６５】
（２）動作体に配置され、且つ光センサ２０に対して予め設定した基準点を通過する三軸の軸回りへの角速度と、基準点を通過する三軸の方向へ働く加速度と、基準点を通過する三軸の絶対方向を検出する九軸センサ２２を備える。これに加え、状態検出部が、九軸センサ２２が検出した角速度、加速度及び絶対方向を用いて、基準点に対する三次元の座標の変化と、互いに直交し、且つ基準点を通過する三軸の軸回りへの回転角度の変化を検出する。
その結果、既存の構成である九軸センサ２２を用いて、光センサ２０に予め設定した基準点に対する三次元の座標の変化と、互いに直交し、且つ基準点を通過する三軸の軸回りへの回転角度の変化を検出することが可能となる。
【００６６】
（３）光センサ２０が、赤外線を発光する発光素子であるＬＥＤ２０ａと、発光素子が発光した赤外線を受光する受光素子であるフォトトランジスタ２０ｂを備える。
その結果、既存の構成である反射型のフォトインタラプタを用いて、動作体と被検知物との距離を検出することが可能となる。
【００６７】
（４）挙動制御部１０Ｈが、距離情報が含む距離と、状態情報が含む位置及び姿勢と、対象位置検出部１０Ｄが検出した光センサ２０に対する被検知物の位置を用いて、動作体と被検知物との距離が予め設定した距離以上となるように、動作体の挙動を制御する。
その結果、動作体制御装置１を使用する環境に、障害物となる被検知物が存在する場合であっても、動作体と被検知物との接触を回避することが可能となる。
【００６８】
（５）相対位置記憶部１０Ｅが、対象位置検出部１０Ｄが検出した位置のうち、予め設定した動作を行った動作体に取り付けられた光センサ２０に対する被検知物の位置を記憶している。これに加え、異常判断部１０Ｆが、相対位置記憶部１０Ｅが記憶している位置と、対象位置検出部１０Ｄが検出した光センサ２０に対する被検知物の位置を用いて、動作体を配置した環境における異常の有無を判断する。
その結果、異常が発生していることをオペレータ等の人員へ通知することで、動作体と被検知物との接触や、動作体を配置した環境の汚染等、各種の危険を回避することが可能となる。
【００６９】
（６）形状検出部１０Ｇが、状態情報が含む位置及び姿勢と、対象位置検出部１０Ｄが検出した光センサ２０に対する被検知物の位置を用いて、被検知物の形状を検出する。
その結果、動作体を配置した環境に存在する被検知物に対し、凹凸形状等、表面形状を検出することが可能となる。
【００７０】
（７）複数の光センサ２０が、光を受光する方向である受光方向が、動作体が動作を行う空間内の全周を向くように配置されている。
その結果、動作体が行う動作により、光センサ２０の位置や姿勢が変化しても、全方位（全方向）に対して、被検知物を検出することが可能となる。
【００７１】
（第一実施形態の変形例）
（１）第一実施形態では、近接覚センサ２が備える九軸センサ２２と同様の構成を有する九軸センサを、基部４０に取り付けたが、これに限定するものではない。
すなわち、近接覚センサ２が備える九軸センサ２２と同様の構成を有する九軸センサを、例えば、動作体制御装置１を使用する室内の壁面に取り付けてもよい。
【００７２】
（２）第一実施形態では、一つのロボット１００を制御対象として、動作体制御装置１を説明したが、これに限定するものではない。
すなわち、複数のロボット１００に対し、それぞれ、動作体制御装置１を用いた制御を行う構成としてもよい。
この場合、複数のロボット１００を統括して制御する上位の制御装置を介さずに、動作体と被検知物との接触を回避することが可能となる。また、この場合、各ロボット１００を配置するレイアウトを容易に変更することが可能となる。
【００７３】
（３）第一実施形態では、一つの基板（光検出基板１１）に、光センサ２０と、九軸センサ２２と、演算器２４と、電池２８と、第一無線送受信モジュール２６を配置したが、これに限定するものではない。
すなわち、例えば、コネクタにより有線で情報の送受信を行う二つの基板を用い、一方の基板に光センサ２０を配置し、他方の基板に九軸センサ２２と、演算器２４と、電池２８と、第一無線送受信モジュール２６を配置する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１…動作体制御装置、２…近接覚センサ、１０…コントローラ、１０Ａ…第二無線送受信モジュール、１０Ｂ…状態記憶部、１０Ｃ…障害判定部、１０Ｄ…対象位置検出部、１０Ｅ…相対位置記憶部、１０Ｆ…異常判断部、１０Ｇ…形状検出部、１０Ｈ…挙動制御部、２０…光センサ２０１…ＬＥＤ、２０ｂ…フォトトランジスタ、２２…九軸センサ、２４…演算器、２６…第一無線送受信モジュール、２８…電池、４０…基部、５０…アーム部、５０ａ…アーム部５０の一方の端部、５０ｂ…アーム部５０の他方の端部、６０…エンドエフェクタ、１００…ロボット
【図１】
2019150938.tif 000005
【図２】
2019150938.tif 000006
【図３】
2019150938.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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