(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームを備え、該ロボットアームに作業者が接近可能な協働ロボットシステムにおいて、
上記ロボットアームに取り付けられ、ロボットアームへの作業者の接近を検知する複数の近接センサと、
上記ロボットアームの作業手順に従い作業者検知に用いる近接センサを上記複数の近接センサから選択するアーム制御部と、
を備え、
上記近接センサは、互いに異なる検出距離を有する複数種類のセンサで構成され、一方の種類のセンサの不感帯である近接距離以下を他方の種類のセンサで距離検出して補完する、
ことを特徴とする協働ロボットシステム。
【請求項２】
上記近接センサは、ロボットアームの作業手順に基づいて、ロボットアームの移動速度方向に配置されている近接センサの中から、一又は複数台を選択する、請求項１に記載の協働ロボットシステム。
【請求項３】
上記近接センサは、上記ロボットアームを構成しているリンクの先端部に配置され、当該リンクの長さ以上の検出範囲を有する、請求項１又は２に記載の協働ロボットシステム。
【請求項４】
上記ロボットアームの動作範囲内への作業者の入退を検出する環境センサをさらに備え、
上記アーム制御部は、上記近接センサ及び上記環境センサから得た情報にて作業者の位置を求める人認識モジュールを有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の協働ロボットシステム。
【請求項５】
複数の上記環境センサを設け、上記アーム制御部は、上記ロボットアームの動作範囲の立体画像を生成する機能を有する、請求項４に記載の協働ロボットシステム。
【請求項６】
作業者は、無線タグを有し、
上記ロボットアームの動作範囲内への上記無線タグの入退を検出する無線位置検出部をさらに備え、
上記アーム制御部は、上記近接センサ及び上記無線位置検出部から得た情報にて、作業者位置の取得及び作業者種別の判定を行う人認識モジュールを有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の協働ロボットシステム。
【請求項７】
上記アーム制御部は、上記人認識モジュールが求めた作業者位置に応じて上記ロボットアームの動作を停止させ、停止したロボットアームにおける上記近接センサへの作業者の接触により当該ロボットアームを再起動させる機能を有する、請求項４から６のいずれか１項に記載の協働ロボットシステム。
【請求項８】
上記人認識モジュール及び上記アーム制御部がアクセス可能な共有メモリをさらに備える、請求項４から７のいずれか１項に記載の協働ロボットシステム。
【請求項９】
作業者の接近を検知する複数の近接センサが取り付けられたロボットアームを備え、該ロボットアームに作業者が接近可能な協働ロボットシステムの制御方法であって、
上記ロボットアームの作業手順に従い作業者検知に用いる近接センサを上記複数の近接センサから選択し、
上記近接センサは、互いに異なる検出距離を有する複数種類のセンサで構成され、一方の種類のセンサの不感帯である近接距離以下を他方の種類のセンサで距離検出して補完する、
ことを特徴とする制御方法。
【請求項１０】
選択した近接センサから得た作業者の位置情報に応じて、上記ロボットアームの作業状態又は動作状態を変更する、請求項９に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットアームと作業者とが同じ作業空間で作業を行う協働ロボットシステムに関し、また、該協働ロボットシステムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットアームと作業者とが協働する場合、従来、作業者の安全確保は、光カーテンあるいは物理的に構成された安全柵を用いて、ロボットアームと作業者との作業範囲を分割することで達成していた。
近年、作業効率向上のため、ロボットアームと作業者とを接近させて協働作業することが主流になりつつある。この場合における作業者の安全確保として、ロボットアーム自体に近接センサを設けて、作業者の接近を検知する方式が考案されている。【０００３】
この方式では、ロボットアームを広範囲にカバーする１つ以上の近接センサを有しており、ロボットアームの作動経路内における作業者等の障害物を検知する。そしてロボットアームと作業者等との干渉の危険を検知した場合には、直ちにロボットアームの動作を停止するか、あるいは作業者等を回避するようにロボットアームの作動経路を変更する（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３３７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、ロボットにおけるマニピュレータの各リンク及び周囲物体に対して、それぞれの外形が包絡する球体を設定し、マニピュレータの動作に伴う各球体の中心間距離の計算のみで干渉判断を行っている。これにより演算処理の簡易化及び迅速化を図っている。
一方、近接センサによる作業者検知に応じて、ロボットアームの作動経路変更あるいは運動停止を行うため、複数の近接センサは、常時作動して作業者の検知を行う必要がある。よって近接センサの数が増加すると、作業者検知用の処理待ち時間が増加し、ロボットアームの運動速度あるいは作業速度が低下するという問題があった。【０００６】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたもので、ロボットアームと作業者とが接近して作業する協働ロボットシステムにおいて、従来に比べてより高速に作業動作あるいは運動動作が可能な協働ロボットシステム、及び該協働ロボットシステムの制御方法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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における協働ロボットシステムは、ロボットアームを備え、該ロボットアームに作業者が接近可能な協働ロボットシステムにおいて、上記ロボットアームに取り付けられ、ロボットアームへの作業者の接近を検知する複数の近接センサと、上記ロボットアームの作業手順に従い作業者検知に用いる近接センサを上記複数の近接センサから選択するアーム制御部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様における協働ロボットシステムによれば、近接センサを選択するアーム制御部を備えたことから、作業者の検知に必要となる近接センサを特定することができる。即ち、全ての近接センサから作業者の検知情報を得る必要がなくなり、作業者の検知に必要となる近接センサの検知情報を削減することができる。よって近接センサによる処理待ち時間を短縮することができる。その結果、ロボットアームへの作業者の接近をより迅速に検知でき、次の作業動作に反映できるため、ロボットアームをより高速に作業あるいは動作させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１における協働ロボットシステムの概略構成を示す図である。
【図２】図１に示すロボットアームのリンクに設置した近接センサについて、その配置位置及び配向を示した斜視図である。
【図３】図１に示す協働ロボットシステムにおいて、ハードウエア及びソフトウェアの実装を想定したシステムブロック図である。
【図４】図１に示す協働ロボットシステムにおいて、ロボットアームの位置座標変化から移動速度ベクトルを算出する座標系を示す図である。
【図５】図１に示す協働ロボットシステムにおいて、ロボット制御モジュール、人検知モジュール、及びセンサＥＣＵが共有メモリを用いて情報を共有するためのシーケンス図である。
【図６】図１に示す協働ロボットシステムの動作フロー図である。
【図７】実施の形態２における協働ロボットシステムの概略構成を示す図である。
【図８】図７に示す協働ロボットシステムにおいて、無線タグのＬＦ帯電波の受信電界強度と受信距離との関係を示す特性図である。
【図９Ａ】図７に示す協働ロボットシステムにおいて、第１アンテナから得られる無線タグの受信電界強度と、その受信電界強度での無線タグの受信距離とを示す図である。
【図９Ｂ】図７に示す協働ロボットシステムにおいて、第２アンテナから得られる無線タグの受信電界強度と、その受信電界強度での無線タグの受信距離とを示す図である。
【図９Ｃ】図７に示す協働ロボットシステムにおいて、第３アンテナから得られる無線タグの受信電界強度と、その受信電界強度での無線タグの受信距離とを示す図である。
【図１０】図７に示す協働ロボットシステムにおいて、３台のアンテナから得られた無線タグの受信距離から無線タグの位置推定を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施形態である協働ロボットシステム、及び該協働ロボットシステムの制御方法について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。また、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け当業者の理解を容易にするため、既によく知られた事項の詳細説明及び実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。また、以下の説明及び添付図面の内容は、特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【００１１】
実施の形態１．
人協働ロボット（以下、「協働ロボット」と記す。）は、ロボットアームに作業者がより接近して、ロボットアームと共に作業者が作業することができる作業システムである。このような協働ロボットシステムでは、ロボットアームに作業者が接近、退去することによる作業効率の低下改善、及び作業者の安全確保のため、様々な検知方式の近接センサをロボットアーム自体に設置する検討が行われている。
【００１２】
図１は、実施形態による協働ロボットシステム１０１の概略構成を示している。協働ロボットシステム１０１は、基本的構成部分として、ロボットアーム１と、ロボットアーム１に複数個が取り付けられ作業者の接近、退去を検知する近接センサ（非接触センサ）２と、アーム制御部５とを備える。アーム制御部５は、詳細後述するように、ロボットアーム１の作業手順に従い作業者検知に用いる近接センサ２を複数の近接センサ２から選択する機能を有する部分である。
また協働ロボットシステム１０１は、さらに、作業空間への作業者の入退を検知する環境センサ３、アーム制御部５によって選択された近接センサ２の検知情報と環境センサ３の検知情報とに基づき作業者の位置を求めるセンサ処理部４を備えることができる。
以下に、これらの各構成要素について順次説明していく。
【００１３】
ロボットアーム１は、本実施形態では図１に示すように、関節を含めた各リンク１ａ−１ｆの全体を指し、複雑な作業が可能な、例えば６軸多関節型ロボットが相当し、アクチュエータ（駆動装置）も含む。一方、ロボットアーム１は、多関節型ロボットに限定するものではなく、作業者と協働可能なロボットが相当する。尚、リンク１ａ−１ｆは、ロボットアーム１における関節も含めたロボットアーム１の構成要素である。
【００１４】
近接センサ２は、ロボットアーム１を構成しているリンク１ａ−１ｆの一部又は全部における表面（関節部分の表面も含む）に複数設置され、ロボットアーム１に接近する作業者を検知する。本実施形態における協働ロボットシステム１０１では、作業者の近接距離は、５ｍから０ｍと仮定しているが、使用する近接センサ２の性能によって可変である。近接センサ２は、超音波センサ、光学センサ、静電容量センサ、電波センサ等が使用でき、作業者との距離を計測できる距離センサを用いる。光学センサで、人の遠赤外放射を検知する焦電センサを用いる場合には、人までの距離を計測可能なセンサを併用してもよい。
【００１５】
近接センサ２は、本実施形態では、特に移動速度の速い、一又は複数のリンクの先端部に設置するが、リンク表面あるいは関節における、ロボットアーム１の仕様上で規定された位置に設置する。また、近接センサ２の設置位置により、近接センサ２は、検知距離、検知感度、検知時間、検知方向など、アーム制御部５が運用可能なように校正して使用される。
【００１６】
図２は、近接センサ２をリンク１ａ等の先端に設置した場合を示している。例えば直方体の筐体を有するリンク先端に対して、近接センサ２の一例としての超音波センサ２１ａ〜２１ｅを、天地方向、左右方向、及び前後方向のそれぞれに設置し、超音波センサ２１ａ〜２１ｅは、一例として、リンクから遠方２〜３ｍから近傍２０ｃｍまでの作業者を検知する。この検出距離は、上述のように設置する近接センサ２の性能によって可変である。
【００１７】
同様に、リンク筐体の全面あるいは一部分に静電容量センサ２２を設置し、静電容量センサ２２は、例えば近傍２０ｃｍから当該リンクに接触する作業者を検知する。検出距離は、設置する近接センサ２の性能により可変である。
尚、本明細書において用語「近接センサ２」は、上述の超音波センサ２１ａ〜２１ｅ（総称して「超音波センサ２１」と記す場合もある。）、及び静電容量センサ２２、等の総称として用いている。また、それぞれの近接センサ２には、複数の近接センサ２同士を識別するための番号であるセンサＩＤが付与されている。
【００１８】
また、各リンク１ａ−１ｆの形状は、円柱状あるいは曲線形状であってもよく、近接センサ２における上述の設置位置、設置方向は、相対的なものであり、ロボットアーム１の仕様上規定された位置で、アーム制御部５に設定可能なものであればよい。
【００１９】
また、ロボットアーム１に設置した近接センサ２の検出距離は、ロボットアーム１の移動速度により可変長とするが、固定長であってもよい。ロボットアーム１におけるリンクの長さを基準とした最大検出距離、例えばリンク長以上の検出距離、に近接センサ２の検出距離を設定することで、リンクが到達する範囲内に存在する作業者を検出することができ、ロボットアーム１に設置する近接センサ２の台数を削減することができる。例えば、リンクの長さが大きく、広い動作範囲を有するリンクであっても、当該リンクの長さ以上の検出距離を有する近接センサ２を用いることで、その広い動作範囲を少なくとも一つの近接センサ２でカバーすることができ、近接センサ２の設置数を削減することができる。
【００２０】
複数の近接センサ２について上述のように構成することで、一方の近接センサの不感帯である近接距離以下を他方の近接センサで距離検出して補完するため、異なる距離検出を行う近接センサ２を用いて作業者の不感帯を無くすことができる。
【００２１】
環境センサ３は、ロボットアーム１の作業空間の全体を監視し、ロボットアーム１の作業空間への作業者の入退を検出する。環境センサ３は、監視カメラ、レーザースキャナ等のエリアセンサを用いて、作業空間内の変化として、取得画像から作業者の識別、移動方向、移動速度等を検出する。環境センサ３は、作業環境に応じて作業空間が監視できる位置に１台から複数台設置するが、全く設置しなくてもよい。尚、図１では、２台の環境センサ３を設置した場合を示している。
【００２２】
複数の環境センサ３を設置した場合には、ロボットアーム１及び作業者の作業空間を立体画像として生成することができる。よって作業空間内における作業者及びロボットアーム１の３次元位置を特定することができ、ロボットアーム１の作業者の回避動作を正確に制御可能となる。
【００２３】
センサ処理部４は、近接センサ２から得られる、ロボットアーム１と作業者との距離の検出情報と、環境センサ３から得られる、作業空間における作業者の入退情報とから作業者の位置を特定し、作業者の位置情報をアーム制御部５に通知する。近接センサ２による距離検出情報は、後述するように、アーム制御部５によって必要に応じて選択される。
また、環境センサ３の出力信号は、直接アーム制御部５に供給してもよい。またセンサ処理部４は、アーム制御部５の一機能として、アーム制御部５と一体としてもよい。
【００２４】
アーム制御部５は、ロボットアーム１の作業用アームである、関節を含むリンク１ａ−１ｆの作業動作を制御する。即ち、アーム制御部５は、ロボットアーム１に作業者が接近すると、そのときのロボットアーム１の作業手順に基づいて、ロボットアーム１の移動によって作業者に干渉し危険を及ぼすであろう移動速度方向に配置されている近接センサ２の中から、一又は複数台を選択し、センサ処理部４に通知する。
近接センサ２の選択情報を通知されたセンサ処理部４は、この選択情報に対応する近接センサ２を制御し、制御した近接センサ２から作業者との距離情報を取得しアーム制御部５へ通知する。アーム制御部５は、得られた作業者までの距離情報から、ロボットアーム１と作業者との干渉を解析処理し、ロボットアーム１の作業状態あるいは動作状態を変更する。
ここで、アーム制御部５が近接センサ２の選択に使用する、「ロボットアーム１の作業手順」情報は、予め決められた作業手順に従いアーム制御部５に入力された記録情報を用いる。
【００２５】
図３は、本実施の形態を適用した、ハードウエア及びソフトウェアのシステムブロック構成を示しており、ロボットアーム１と、ロボットコントローラに相当するアーム制御部５と、センサ処理部４とを示している。アーム制御部５は、ロボットアーム１の動作制御及び作業手順制御を行うロボット制御モジュール５１、人検知モジュール４３、及び人認識モジュール４４を有する。センサ処理部４は、近接センサ２及び環境センサ３を信号処理するセンサＥＣＵ（Electric Control Unit）４１、及び通信Ｉ／Ｆ（インターフェース）４２を有する。センサＥＣＵ４１には、近接センサ２としての、超音波センサ２１及び静電容量センサ２２を接続している。上述のように近接センサ２は、他の検出方式のセンサであってもよい。また、人検知モジュール４３及び人認識モジュール４４は、センサ処理部４に含まれてもよい。
【００２６】
センサＥＣＵ４１には、近接センサ２からの情報が供給される。近接センサ２のうちの超音波センサ２１は、遠方から近傍にいる作業者までの超音波エコーにより時間計測を行い、センサＥＣＵ４１は、距離情報に変換し、通信Ｉ／Ｆ４２を介してアーム制御部５へ上記距離情報を供給する。また、近接センサ２のうちの静電容量センサ２２は、上述のように例えば２０ｃｍ程度以下の距離情報を出力する。一方で静電容量センサ２２は、ロボットアーム１に作業者が接近してロボットアーム１が停止したとき、停止後、作業者が意図的に再びロボットアーム１に接触することで、ロボットアーム１の作業開始スイッチとなるマンマシンインターフェースとすることもできる。ここで、静電容量センサ２２をマンマシンインターフェースとして構成した場合、センサ処理部４あるいはアーム制御部５は、ロボットアーム１の再起動を図る機能を有する。
【００２７】
上述のようにマンマシンインターフェース構成として近接センサ２を利用した場合、停止したロボットアーム１の再作動が可能となり、かつ、アーム制御部５を再起動する手間を省略できることから、作業者の作業効率を向上させることができる。
【００２８】
ロボットコントローラに相当するアーム制御部５は、ロボット制御モジュール５１、人認識モジュール４４、人検知モジュール４３等を構成する、ソフトウェア及びハードウエアを内蔵している。従来のロボットコントローラは、ロボット制御のみを行うものであったが、人認識モジュール４４及び人検知モジュール４３による検知信号の処理動作を付加することで、協働ロボットシステム１０１において、ロボットアーム１と人との協働作業を可能としている。付加した人認識モジュール４４及び人検知モジュール４３は、それぞれの機能をロボット制御モジュール５１と一体化してもよく、また、ロボットコントローラとは別体のハードウエアで構成したコントローラであってもよい。
【００２９】
人認識モジュール４４は、環境センサ３の一例である監視カメラが取得した画像を処理して、所定の作業空間内における作業者の存否、位置、動き等を検出するソフトウェア及びハードウエアを有する機能部分である。また人認識モジュール４４は、環境センサ３（監視カメラ）と一体で構成してもよい。
【００３０】
人検知モジュール４３は、ロボットアーム１が動作する所定の位置座標、つまりロボットアーム１の作業手順、に基づいて計算された場所に設置されている近接センサ２を選択し、選択された近接センサ２から得られる作業者の位置情報を出力する。
人検知モジュール４３の機能は、
・ロボットアーム１の先端のワールド座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）入力
・ワールド座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）からロボットアーム１の先端の速度ベクトルを演算
・速度ベクトルから計測すべきセンサＩＤを選択指示
・選択指示したセンサＩＤを有する近接センサから近接物（作業者）の距離情報の読取り・センサ距離情報から近接物（作業者）の速度を演算
・距離情報及び速度情報が決定したタイムスタンプを記録
・入力されたワールド座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対し、計測した距離情報とタイムスタンプを出力
・近接センサデータのロギング
・自己診断
等である。
上記ワールド座標とは、ロボットアーム１の作業空間に対して割り当てられた絶対位置座標であり、実作業空間の位置座標と相関がある。しかしながら、ロボットアーム１の作業空間の原点と実作業空間といずれかの位置を原点として位置合わせした相対座標であってもよい。
【００３１】
人検知モジュール４３における上述の機能のうち、「ロボットアーム１の先端の速度ベクトルの演算」機能について、以下に詳しく説明する。ここで、「ロボットアーム１の先端」とは、一例として図１に示す「リンク１ｆ」の先端、あるいは、各リンク１ａ〜１ｆにおけるそれぞれの先端が相当する。
ロボットアーム１の先端のワールド座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とすると、ロボットアーム１の先端の速度ベクトル演算は、以下の通りである。ワールド座標の時間変化から、時間差分を求め、ロボットアーム１の先端の速度ベクトルを演算する。時間差分は、近接センサ２の更新周期Δｔ（ｍｓ単位）とし、設定調整できるものとする。
【００３２】
時刻をｔ、ｔ＋Δｔのワールド座標を、
ＷＰ（ｔ）＝（Ｘ（ｔ），Ｙ（ｔ），Ｚ（ｔ））、ＷＰ（ｔ＋Δｔ）＝（Ｘ（ｔ＋Δｔ），Ｙ（ｔ＋Δｔ），Ｚ（ｔ＋Δｔ））とすると、
速度ベクトルΔＶ［ｍ／ｓ］は、
ΔＶ＝（ｄＸ／ｄｔ，ｄＹ／ｄｔ，ｄＺ／ｄｔ）＝（ΔＶｘ，ΔＶｙ，ΔＶｚ）＝（ＷＰ（ｔ＋Δｔ）−ＷＰ（ｔ））／Δｔ
となる。
【００３３】
ワールド座標の移動方向Δθ［°／ｓ］は、
Δθｘｙ＝（Ｘ（ｔ）＊Ｙ（ｔ）  ＋Ｘ（ｔ＋Δｔ）＊Ｙ（ｔ＋Δｔ））／（√（Ｘ（ｔ）＊Ｘ（ｔ＋Δｔ））＊√（Ｙ（ｔ）＊Ｙ（ｔ＋Δｔ）））
Δθｙｚ＝（Ｙ（ｔ）＊Ｚ（ｔ）  ＋Ｙ（ｔ＋Δｔ）＊Ｚ（ｔ＋Δｔ））／（√（Ｙ（ｔ）＊Ｙ（ｔ＋Δｔ））＊√（Ｚ（ｔ）＊Ｚ（ｔ＋Δｔ）））
Δθｚｘ＝（Ｚ（ｔ）＊Ｘ（ｔ）  ＋Ｚ（ｔ＋Δｔ）＊Ｘ（ｔ＋Δｔ））／（√（Ｚ（ｔ）＊Ｚ（ｔ＋Δｔ））＊√（Ｘ（ｔ）＊Ｘ（ｔ＋Δｔ）））
となる。
【００３４】
ロボットアーム１の先端について、図４に示すワールド座標軸上に対して±Ｘ、±Ｙ、±Ｚの固定の六軸を与え、その六軸に図２で示した近接センサ２を配置し、各近接センサ２の座標位置にセンサＩＤを割り付ける。計算した速度ベクトルのΔＶ最大値及び移動方向Δθｘｙ、Δθｙｚ、Δθｚｘから、±Ｘ、±Ｙ、±Ｚのいずれかを選択し、選択した方向に存在する近接センサ２のセンサＩＤを決定する。このとき移動方向Δθｘｙ、Δθｙｚ、Δθｚｘは、±４５°以内とし設定調整できるものとする。
【００３５】
また、センサＥＣＵ４１にて得られる距離情報の時間変化から、センサＥＣＵ４１は、時間差分を求め、近接物（作業者）の速度を演算する。時間差分は、センサの更新周期Δｔ（ｍｓ単位）とし、設定調整できるものとする。
一義のセンサＩＤの時刻ｔ、ｔ＋Δｔの距離情報を、
Ｄ（ｔ）［ｃｍ］、Ｄ（ｔ＋Δｔ）［ｃｍ］とすると、
速度ベクトルΔＶは、
ΔＶ［ｃｍ／ｍｓ］＝ｄＤ／ｄｔ＝（Ｄ（ｔ＋Δｔ）−Ｄ（ｔ））／Δｔ
となる。
【００３６】
超音波センサ２１は、センサＥＣＵ４１からの指定時間（調整可能）の出力によって距離計測を開始する。センサＥＣＵ４１は、入力トリガ時から一定のマスク時間（調整可能）経過後、読み取り開始から読み取り終了までの時間を計測して超音波伝搬時間Ｔ［ｕｓ］とする。センサＥＣＵ４１は、温度センサを有し、温度センサから得られるセンサＥＣＵ４１の周囲温度ｔｅｍｐ［℃］とすると、計測距離Ｄ［ｃｍ］は、
Ｄ＝（３３１．５＋０．６＊ｔｅｍｐ）／１００００＊Ｔ
（一例．  （３３１．５＋０．６＊２５［℃］）／１００００＊１０００［ｕｓ］＝  ３４．６５［ｃｍ］）
となる。
【００３７】
静電容量センサ２２は、センサＥＣＵ４１から指定時間（調整可能）の出力によって近接検知出力を開始する。センサＥＣＵ４１は、入力トリガ時から一定のマスク時間（調整可能）経過後、読み取り開始から読み取り終了までの間に近接検知出力を数回サンプリングし、近接有り：Ｈ、近接無し：Ｌの論理とする。この論理は、ＨとＬが逆転してもよい。
【００３８】
センサＥＣＵ４１がアーム制御部５とは別体で構成される場合、有線通信あるいは無線通信により、センサＥＣＵ４１は、ロボット制御モジュール５１及び人検知モジュール４３とセンサ情報の共有を行う。ロボット制御モジュール５１、人検知モジュール４３、及びセンサＥＣＵ４１間の情報交換は、共有メモリ５３で行う。共有メモリ５３は、二つのメモリを有し、それぞれ一方が書き込み、他方が読み出すのみの動作を行う。また、人認識モジュール４４も同様に共有メモリ５３を利用してよい。センサＥＣＵ４１がアーム制御部５と一体に構成される場合であっても、同様に情報の共有を行ってよい。
【００３９】
共有メモリ５３を設けることで、近接センサ２とアーム制御部５とのアクセスが同期せず時間差がある場合でも、両者の情報を共有することが可能となる。
【００４０】
図５に、ロボット制御モジュール５１、人検知モジュール４３、及びセンサＥＣＵ４１間の情報交換シーケンスを示す。
ロボット制御モジュール５１からロボットアーム１先端の現在位置を、人検知モジュール４３との共有メモリ５３に書き込み、人検知モジュール４３は、動作させる近接センサ２のセンサＩＤを指定する。センサＩＤの指定は、複数存在する近接センサ２の全てを指定してもよく、また一部のみ（一又は複数）を指定してもよい。
【００４１】
人検知モジュール４３は、共有メモリ５３に書き込まれたロボットアーム１先端の現在位置を記録する。人検知モジュール４３は、動作カウンターを所持しており、ロボットアーム１先端の現在位置が書き込まれたカウント値あるいはロボットアーム１先端の現在位置を記録したカウント値を記録する。このカウント値がインクリメントあるいはデクリメントされていれば、人検知モジュール４３が動作していることを示しており、人検知モジュール４３の動作異常検知に用いることができる。
【００４２】
次に、人検知モジュール４３は、センサＥＣＵ４１に対して指定されたセンサＩＤの近接センサ２に動作指示を出力する。センサＥＣＵ４１は、人検知モジュール４３から指定されたセンサＩＤに対応する近接センサ２が送出している、作業者との距離情報を通知する。センサＥＣＵ４１も動作カウンターを所持しており、距離情報を通知したカウント値を記録する。このカウント値がインクリメントあるいはデクリメントされていれば、センサＥＣＵ４１が動作していることを示しており、センサＥＣＵ４１の動作異常検知に用いることができる。このとき、人検知モジュール４３は、今回の距離情報と、前回出力した距離情報との差分から速度を算出する。
【００４３】
さらに人検知モジュール４３は、センサＥＣＵ４１から通知された距離、速度などの各情報を共有メモリ５３に書き込む。
ロボット制御モジュール５１は、共有メモリ５３の情報から、作業者の接近あるいは退去を判断し、ロボットアーム１の位置を補正する、又はロボットアーム１の動作を停止する。
【００４４】
以上説明した、協働ロボットシステム１０１の構成によれば、ロボットアーム１に対する作業者の接近及び退去をいち早く検知することができる。よって、作業者がロボットアーム１に接近して作業中のロボットアーム１と接触することを予防することができ、作業者の安全確保とロボットアーム１の高速動作とを両立することができる。
【００４５】
次に、図６には、協働ロボットシステム１０１が作業者を検知した場合における一連の動作フローを示している。
アーム制御部５は、ロボットアーム１全体の位置、動作手順、動作速度、及び動作加速度の解析を行い（ステップ１０ｂ）、ロボットアーム１の動作手順と、作業者検知に最適となる近接センサ２との関連付けを逐次行う（１０ｃ）。
【００４６】
ロボットアーム１の動作手順を開始すると（１０ｄ）、アーム制御部５は、作業者をいち早く検知するため、複数の近接センサ２から最適な近接センサを選択し（１０ｅ）、選択した近接センサ２から、作業者の近接情報である距離情報を収集する（１０ｆ）。
アーム制御部５（詳しくは人検知モジュール４３）は、収集した距離情報から、作業者の位置、速度、加速度などを計算し（１０ｇ）、選択した近接センサ２を設置しているリンクに作業者が接近しているか否かを計算する（１０ｈ）。
【００４７】
作業者が、選択した近接センサ２を設置しているリンクに接近しているか否かを判断する（１０ｉ）。
作業者がロボットアーム１に接近している場合には、接近しているリンク（アーム）の動作変更を行う。このリンクの動作変更は、当該リンクの動作速度変更、当該リンクの動作停止、当該リンクの作業者回避、ロボットアーム１の作業用開始位置への復帰、等が相当する。
【００４８】
一方、作業者がロボットアーム１に接近していない場合、即ち、作業者がロボットアーム１から所定の距離以上離れている、あるいはロボットアーム１が現状位置で静止している、あるいは作業者がロボットアーム１から退去する場合には、現状維持として、ロボットアーム１の動作変更はせず、一連の作業動作を継続する。
【００４９】
上述した、選択した近接センサ２を設置しているリンクに作業者が接近しているか否かを判断（１０ｉ）について、補足説明を行う。
ロボット制御モジュール５１は、指定された一連の作業手順を解析して、ロボットアーム１先端の現時点のワールド座標と、ｔ秒後のワールド座標とから動きベクトルを算出する。求めた、ロボットアーム１先端の動きベクトルから、ロボット制御モジュール５１は、動く方向にあるリンクにおける近接センサ２を抽出し、当該近接センサ２に対する検出指示を人検知モジュール４３に与える。
人検知モジュール４３は、指示された、近接センサ２が検出した距離及び速度を取得する。ロボット制御モジュール５１は、取得した、対象物となる作業者までの距離及び速度を用いて、動く方向にあるリンクに対する作業者の接近を検知し、ロボットアーム１と作業者とが干渉するか否か、即ち作業者が安全か否かを判定する。
【００５０】
ロボットアーム１と作業者とが干渉するか否か、即ち作業者が安全か否かの判定は、以下の時間条件及び距離条件によって行う。尚、判定には、時間条件又は距離条件のいずれかを用いてもよい。ここで、
作業者の速度：Ｖ１
ロボットアーム１の速度：Ｖ２
作業者における安全領域までの設定距離：Ｌ１［ｍ］
ロボットアーム１における安全領域の設定距離：Ｌ２［ｍ］
とすると、安全か否かの判定条件は以下のようになる。
【００５１】
ロボットアーム１が作業を続けてよい時間条件は、
作業者が等速で移動するとき、安全領域の設定距離に到達するまでの時間：
Ｔｃ１＝Ｌ１／Ｖ１［ｓｅｃ］
ロボットアーム１が安全領域の設定距離に到達するまでの時間：
Ｔｃ２＝Ｌ２／Ｖ２［ｓｅｃ］
としたとき、
安全か否かの判定条件：Ｔｃ１≦Ｔｃ２、又は、Ｔｃ１＜Ｔｃ２
となる。
【００５２】
ロボットアーム１が作業を続けてよい距離条件は、
作業者が移動するときの加速度：α［ｍ／ｓ２］
ロボットアーム１が安全領域の設定距離に到達するまでの最小時間：
Ｔｃ２ｍｉｎ＝Ｌ２／Ｖ２［ｓｅｃ］
作業者が加速して安全領域に進入することができる最大距離：
Ｌｍａｘ＝α／２×Ｔｃ２ｍｉｎ＾２
としたとき、
判定条件：Ｌ１≦Ｌｍａｘ、又は、Ｌ１＜Ｌｍａｘ
となる。
前記条件を判定することにより、作業者とロボットアーム１の干渉を回避することができる。
【００５３】
以上説明したように協働ロボットシステム１０１によれば、作業者の安全を高め、ロボットアーム１と作業者との安全距離を確保し、作業者の動作あるいは位置によって生じるロボットアーム１の速度低下あるいは動作停止等を回避することができる。これにより、ロボットアーム１及び作業者の作業効率を向上することができる。
【００５４】
実施の形態２．
図７は、実施形態２による協働ロボットシステム１０２の概略構成を示している。本実施形態２における協働ロボットシステム１０２では、実施の形態１における環境センサ３に代えて、無線位置検出部９を設けたものである。無線位置検出部９は、電波の送受信を行うアンテナ７を有しており、ロボットアーム１及び作業者の作業空間を無線でカバーするため、一又は複数のアンテナ７を配置する。また、作業者は、無線位置検出部９で検出可能な無線タグ８を装着する。
その他の構成は、実施の形態１における協働ロボットシステム１０１の構成に同じである。よって以下では、特にこの相違箇所について説明を行い、同一構成部分については説明を省略する。
【００５５】
無線位置検出部９は、作業者が携帯する無線タグ８の２次元あるいは３次元の位置座標を検出する。無線位置検出部９に使用する無線周波数帯は、ＬＦ帯（１２５ｋＨｚ、２１ｋＨｚなど）を用い、ＬＦ帯の無線周波数を送信する。
次に無線タグ８は、無線位置検出部９から送信されたＬＦ帯の無線周波数を受信し、ＶＨＦあるいはＵＨＦなどのＬＦ帯の無線周波数とは異なる無線周波数帯を用いて、ＬＦ帯の無線周波数の受信強度を送信する。
次に無線位置検出部９は、無線タグ８から送信されたＬＦ帯の無線周波数の受信強度を受信する。これらの動作を、設置したアンテナ７の台数分繰り返す。
【００５６】
無線タグ８からＬＦ帯の無線周波数の電界強度は、図８に示すような距離減衰特性を有する。即ち、電界強度は、無線タグ８と無線位置検出部９とが近距離にあるとき、距離減衰特性が直線的であり、遠方になるほど距離減衰が少なくなり、アンテナ７からの距離の３乗に比例して減衰する傾向を示す。またＬＦ帯の無線周波数は、ロボットアーム１あるいはその周辺機器及び機材の遮蔽などによる無線伝搬の劣化が少ない。
【００５７】
アンテナ７について、第１アンテナ７−１（図９Ａ）、第２アンテナ７−２（図９Ｂ）、第３アンテナ７−３（図９Ｃ）の３機設置した場合、各アンテナ７と、作業者が装着している無線タグ８との位置関係により、第１アンテナ７−１の受信電界強度Ｖ１から距離Ｒ１を特定し、同様に第２アンテナ７−２の受信電界強度Ｖ１から距離Ｒ１を特定し、第３アンテナ７−３の受信電界強度Ｖ１から距離Ｒ１を特定する。
【００５８】
次に、図１０に示すように、第１アンテナ７−１の位置をｘ１、ｙ１として、無線タグ８の位置は距離Ｒ１の円上に存在する。同様にして、第２アンテナ７−２の位置をｘ２、ｙ２として無線タグ８の位置は距離Ｒ２の円上に存在し、第３アンテナ７−３の位置をｘ３、ｙ３として無線タグ８の位置は距離Ｒ３の円上に存在する。したがって無線タグ８の位置ｘ０、ｙ０は、上述の３つの円の交点に存在することになり、無線位置検出部９は、無線タグ８の位置を推定することができる。
【００５９】
よってアーム制御部５は、無線位置検出部９から得られた作業者の位置をもとに、ロボットアーム１の作業空間内における作業者の存否、ロボットアーム１からの作業者の位置を計算する。
本協働ロボットシステム１０２の構成では、作業者位置とロボットアーム１の作業手順とから近接センサ２を選択し、作業者の接近あるいは退去を検出して、作業者の安全確保、及び、作業者の接近によるロボットアーム１の作業効率低下を防止する。
【００６０】
また、複数のアンテナ７を設置した場合、ロボットアーム１の作業空間の監視画像を立体的に取得し、作業者の作業空間内の３次元位置を特定することが可能となる。よって、作業者及びロボットアーム１のそれぞれの位置を高精度に検出できるため、ロボットアーム１の作業者の回避動作を正確に制御することが可能となる。
【００６１】
また、無線タグ８には、作業者を特定する種別ＩＤを割り付けてもよい。種別ＩＤは、例えば、作業者の熟練度、勤続年数、性別、メンテナンス者、一般者、等とすることにより、種別ＩＤに応じてロボットアーム１と作業者との安全距離、制御動作速度の組み合せを変更することが可能となる。
これにより、作業者が装着している無線タグ８の位置検出と同時に、作業者が装着している無線タグ８の種別により作業者を特定してロボットアーム１の例えば制御動作速度を変更できる。よって、作業者の種別に応じた安全確保、及び、作業に従事する作業者の接近度合などを反映させることで、ロボットアーム１の作業効率を効率的に改善することが可能である。
【００６２】
尚、上述の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
又、２０１７年１月１３日に出願された、日本国特許出願Ｎｏ．特願２０１７−３８８７号の明細書、図面、特許請求の範囲、及び要約書の開示内容の全ては、参考として本明細書中に編入されるものである。
【符号の説明】
【００６３】
１  ロボットアーム、２  近接センサ、３  環境センサ、４  センサ処理部、
５  アーム制御部、７  アンテナ、８  無線タグ、９  無線位置検出部、
１０１、１０２  協働ロボットシステム。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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