(57)【要約】      （修正有）【課題】人間がロボットの動作範囲に入った場合の、人間の安全を確保するとともに、ロボットの動作領域を十分に確保できるロボット制御装置またはロボット制御方法を提供する。【解決手段】ロボット制御装置にロボットの近傍に存在する人間の位置を検出する人間位置検出部３１と、前記人間位置検出部３１で検出した人間の位置の周囲に動作禁止領域を設定する動作禁止領域設定部２３と、前記ロボットと前記動作禁止領域との干渉を検出する干渉監視部２４を備え、前記ロボットが前記動作禁止領域と干渉した場合に、前記ロボットを非常停止させる。また、前記動作禁止領域の外側に動作禁止予備領域を設定する動作禁止予備領域設定部を備え、前記干渉検出部で前記ロボットと前記動作禁止予備領域の干渉を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットの近傍に存在する人間の位置を検出する人間位置検出部と、
前記人間位置検出部で検出した人間の位置の周囲に動作禁止領域を設定する動作禁止領域設定部と、
前記ロボットと前記動作禁止領域との干渉を検出する干渉監視部を備えたことを特徴とするロボット制御装置。
【請求項２】
前記ロボットが前記動作禁止領域と干渉した場合に、前記ロボットを非常停止させることを特徴とする請求項１に記載のロボット制御装置。
【請求項３】
前記ロボットが前記動作禁止領域と干渉した場合に、前記ロボットを減速停止させることを特徴とする請求項１に記載のロボット制御装置。
【請求項４】
前記ロボットが前記動作禁止領域と干渉した場合に、前記ロボットに回避行動を取らせることを特徴とする請求項１に記載のロボット制御装置。
【請求項５】
前記動作禁止領域の外側に動作禁止予備領域を設定する動作禁止予備領域設定部を備え、前記干渉検出部で前記ロボットと前記動作禁止予備領域の干渉を検出することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のロボット制御装置。
【請求項６】
前記ロボットが前記動作禁止予備領域または前記動作禁止領域と干渉すると、警報を発することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のロボット制御装置。
【請求項７】
表示器を備え、前記ロボットの位置、前記動作禁止領域および前記動作禁止予備領域を前記表示器に表示することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のロボット制御装置。
【請求項８】
ロボットの近傍に存在する人間の位置を検出し、
検出した前記人間の位置の周囲に動作禁止領域を設定し、
前記ロボットと前記動作禁止領域との干渉を検出することを特徴とするロボット制御方法。
【請求項９】
前記ロボットが前記動作禁止領域と干渉した場合に、前記ロボットを非常停止させることを特徴とする請求項８に記載のロボット制御方法。
【請求項１０】
前記ロボットが前記動作禁止領域と干渉した場合に、前記ロボットを減速停止させることを特徴とする請求項８に記載のロボット制御方法。
【請求項１１】
前記ロボットが前記動作禁止領域と干渉した場合に、前記ロボットに回避行動を取らせることを特徴とする請求項８に記載のロボット制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はロボットの制御装置および制御方法に関し、特にロボットの近傍で人間が作業する際の安全対策機能を備えた制御装置および制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ロボットの動作範囲と人間の作業領域は安全柵で隔離され、ロボットが人間に危害を加えることを防止するとともに、人間がロボットの作業を妨害することを防いでいた。しかし、近年はロボットの判断力不足を人間が補い、人間の力不足をロボットが補うなど、人間とロボットが同じ場所にあって、共同作業を行うことが考えられている。また、従来型の（安全柵内に配置される）ロボットであっても、教示作業の際はロボット先端の微妙な位置決めをするために、人間がロボットの動作領域内に入る必要がある。このような場合に人間とロボットの接触・衝突による事故を防止するための安全対策が必要である。
接触・衝突を回避するための方策として、ロボットの先端にセンサを配置して、障害物を検出するもの（例えば、特許文献１）、あるいは事前に侵入禁止領域を設定して、ロボットがその領域に侵入することを禁止するもの（例えば、特許文献２）があった。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２８５８８２号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開平９−３４５２４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これらの従来技術は人間の安全を図るというより、ロボットを障害物から守るものなので、次のような問題があった。
センサを用いる方法の場合は、ロボットが所定の限界を超えて人間に接近した場合に突然、非常停止をかけるので人間に恐怖を与えるという問題があった。また、侵入禁止領域を設定する方法は、人間の移動に対応できないと言う問題があった。想定される人間の移動領域の全てを侵入禁止領域に設定すれば、ロボットの動作範囲が著しく狭くなるからである。
そこで本発明は、人間がロボットの動作範囲に入った場合の、人間の安全を確保するとともに、ロボットの動作領域を十分に確保できるロボット制御装置またはロボット制御方法を提供することを目的とする
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、ロボット制御装置にロボットの近傍に存在する人間の位置を検出する人間位置検出部と、前記人間位置検出部で検出した人間の位置の周囲に動作禁止領域を設定する動作禁止領域設定部と、前記ロボットと前記動作禁止領域との干渉を検出する干渉監視部を備えるものである。また請求項２の発明は、前記ロボットが前記動作禁止領域と干渉した場合に、前記ロボットを非常停止させるものである。また請求項３の発明は前記ロボットが前記動作禁止領域と干渉した場合に、前記ロボットを減速停止させるものである。また請求項４の発明は、前記ロボットが前記動作禁止領域と干渉した場合に、前記ロボットに回避行動を取らせるものである。また、請求項５の発明は、前記動作禁止領域の外側に動作禁止予備領域を設定する動作禁止予備領域設定部を備え、前記干渉検出部で前記ロボットと前記動作禁止予備領域の干渉を検出するものである。また、請求項６の発明は、前記ロボットが前記動作禁止予備領域または前記動作禁止領域と干渉すると、警報を発するものである。また、請求項７の発明は、前記ロボット制御装置に表示器を備え、前記ロボットの位置、前記動作禁止領域および前記動作禁止予備領域を前記表示器に表示するものである。また、請求項８の発明は、ロボットの近傍に存在する人間の位置を検出し、検出した前記人間の位置の周囲に動作禁止領域を設定し、前記ロボットと前記動作禁止領域との干渉を検出するものである。また請求項９の発明は、前記ロボットが前記動作禁止領域と干渉した場合に、前記ロボットを非常停止させるものである。また、請求項１０の発明は、前記ロボットが前記動作禁止領域と干渉した場合に、前記ロボットを減速停止させるものである。また、請求項１１の発明は、前記ロボットが前記動作禁止領域と干渉した場合に、前記ロボットに回避行動を取らせるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施例を示すロボット制御装置の概念図である。図において、１０はロボットであり、２０はロボット１０を制御する制御装置であり、３０はロボット１０を教示する教示者である。教示者３０はロボット１０に作業を行わせる教示データを作成するため、ロボット１０の近傍で教示作業を行う。教示者３０の近傍には、教示者３０を検知して、その位置を検出する人間位置検出部３１が配置され、人間位置検出部３１が検出した教示者３０の位置は制御装置２０に送信される。
【０００８】
前記ロボット１０の各関節軸には、駆動用のサーボモータ１１と、サーボモータ１１の関節座標系に関する関節角度を計測する角度計測器１２が内蔵されている。
【０００９】
制御装置２０には、サーボモータ１１を制御するための位置速度制御部２１と、角度計測器１２で求められた関節角度からロボット１０の位置（少なくともロボットの手先位置や各リンク位置）を演算するロボット位置演算部２２と、人間位置検出部３１で得られた前記教示者３０の位置に合わせて前記教示者３１の周りにロボット動作禁止領域を設定する動作禁止領域設定部２３と、前記ロボット位置が前記ロボット動作禁止領域に入った場合にロボット１０を非常停止させる干渉監視部２４で構成されている。ここで、前記教示者３０の周りに設定するロボット動作禁止領域を四角柱や円柱や球状などの単純な形状で構成すれば、ロボット１０の位置との干渉演算を少なくできる。また、ロボット位置演算部２２で求めたロボット１０の手先位置や各リンク位置の周りに四角柱や円柱や球状の領域を設定して、この領域と前記ロボット動作禁止領域との干渉を干渉監視部２４でチェックしても良い。
【００１０】
干渉監視部２４において、前記ロボット動作禁止領域と前記ロボット位置の干渉がチェックされ、前記ロボット位置と前記ロボット動作禁止領域が交わっていない状態では「干渉無し」と判断され、位置速度制御部２１に対しては、何も命令は発行されず、ロボット１０は教示者３０の誘導指令通りに動作し続ける。つまり、干渉が無い場合は制限を受けないため、前記ロボット１０の動作範囲を狭くすることがない。
【００１１】
ロボット１０が前記ロボット動作禁止領域に侵入した場合（教示者３０が静止していて、ロボット１０が教示者３０に接近する場合と、ロボット１０が静止していて、教示者３０がロボット１０に接近する場合があるが、ここでは、便宜上、どちらも「ロボットが侵入する」と表現する）、前記ロボット位置と前記ロボット動作禁止領域が交わるので、干渉監視部２４において「干渉有り」と判断され、干渉監視部２４は位置速度制御部２１に対して、非常停止命令を発行し、ロボット１０は即座に停止させ、教示者３０との衝突を回避する。教示者３０がロボット１０の接近に気付き、ロボット１０から遠ざかる回避行動を採った場合には、再び干渉監視部２４において「干渉無し」と判断され、ロボット１０は動作を再開する。
【００１２】
なお、人間位置検出部３１における検出手段には各種の手段が適用できる。例えば、教示者３０にマーカーを持たせて、教示者３０の周りに配置した複数の検出器で教示者３０の位置を特定する方法がある。この場合のマーカーは磁気を利用する物、電波を発信するものなど、目的や環境に応じて適当な物を選択できる。また、カメラ等を利用する画像センサやエリアセンサで教示者３０を検出してもよい。この場合、教示者にマーカー等を持たせる必要はない。
【００１３】
上記実施例においては、干渉監視部２４が「干渉有り」を判断すると、ロボット１０を非常停止したが、「非常停止」に替えて「減速停止」としてもよい。つまり、干渉監視部部２４が「干渉有り」と判断すると、位置速度制御部２１に対して、減速停止命令を発行し、ロボット１０は減速停止させる。この場合、非常停止に比べて、前記ロボット１０の機構部に負担が掛からないという利点がある。
【００１４】
また、干渉監視部部２４が「干渉有り」を判断した場合に、ロボット１０に回避行動を命じてもよい。回避行動のパターンは、ロボット１０が今までの移動方向に逆に戻るパターンや、前記ロボット動作禁止領域の境界に沿って動作するパターンや、予め決められた位置に戻るパターンがある。
ここでは、前記ロボット動作禁止領域の境界に沿って動作するパターンについて説明する。位置速度制御部２１からサーボモータ１１に対して、前記ロボット動作禁止領域の境界に沿って動作する命令が出力される。沿う方向は予め設定しておくか、教示者３０の誘導したい方向に近い方向を自動的に選択しても良い。これにより、ロボット１０は前記ロボット動作禁止領域の境界に沿うように移動して減速停止する。したがって、教示者３０は特に意識することなくロボット１０との距離を一定に保ち、ロボット１０との干渉を事前に回避することができる。
【００１５】
図２は本発明の第２の実施例を示すロボット制御装置の概念図である。基本的な構成は前記第１の実施例と同じなので、共通する構成要素についは同一の符号を付して、説明を省略する。
この第２の実施例は、前記第１の実施例の構成に加えて、動作禁止予備領域設定部２５を備えたことが特徴である。動作禁止予備領域設定部２５は、動作禁止領域設定部２３で設定されたロボット動作禁止領域の外側に、予め決められた大きさのマージンを持ったロボット動作禁止予備領域を設ける領域設定部である。このマージンは、ロボット１０が最大誘導速度で動作中でも、この動作禁止予備領域内で十分に減速停止できる大きさとする。
ロボット１０が前記ロボット動作禁止予備領域に侵入した場合、干渉監視部２４において、前記ロボット動作禁止予備領域と前記ロボット位置の干渉がチェックされ、前記ロボット位置とロボット動作禁止予備領域が
交わると干渉監視部２４が「干渉有り」を判断し、位置速度制御部２１に対して、減速停止命令を発行し、ロボット１０はロボット動作禁止予備領域内で減速停止する。前記ロボット動作禁止予備領域のマージンの大きさによっては、前記位置速度制御部２１に対して、減速停止命令に替えて、非常停止命令や回避行動命令を発行しても良い。
【００１６】
前記ロボット動作禁止予備領域あるいは前記ロボット動作禁止領域にロボット１０が侵入した場合に、教示者３０に警報を発するために危険情報提示部を設けてもよい。前記危険情報提示部は、例えば、ロボット１０または制御装置２０上に配置あるいは、教示者３０が携帯する装置であって、スピーカとランプを備えて、ビープ音とランプの点滅で警報を発する装置が考えられる。また、教示者３０の体に装着して、振動で警報を伝える装置であっても良い。
教示者３０に対して、前記危険情報提示部から警報が発せられると、教示者３０はロボット１０の誘導を止めたり、ロボット１０から遠ざかる行動を取ったりすることができ、ロボット１０と教示者３０との衝突が回避できる。
【００１７】
図３は本発明の第３の実施例を示すロボット教示装置とその表示画面の平面図である。図において、２６はロボット教示装置である。ロボット教示装置２６は教示者が手持ちしてロボットの教示作業のための入出力を行う装置であり、ロボット制御装置（図示せず）に接続されている。また、ロボット教示装置２６は表示器２７を備え、教示作業に必要な文字または図形を表示する。２８は表示器２７に表示される画像の例である。
画像２８には、ロボットの動作領域と動作禁止予備領域と動作禁止領域が平面図で表示される。教示者３０は教示作業中に表示器２７の画像２８を見て、ロボット１０と動作禁止領域の干渉の可能性を確認できるため、ロボット１０と動作禁止領域の干渉を早期に回避できる。
また、前述の危険情報提示部をロボット教示装置２６に備えてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、作業者の位置を検出して、その作業者の周りにロボット動作禁止領域を設定するので、ロボットの動作範囲を制限せず、作業者の安全性も犠牲にせず、作業性と安全性を同時に確保できる効果がある。
また、ロボットがロボット動作禁止領域に侵入すると、ロボットを非常停止させるので、作業者の安全を確実に確保できる効果がある。
また、ロボットを減速停止させると、ロボットの機構部への負担を最小限に抑える効果がある。
また、ロボットが予め設定された回避行動をとるので、人間が意識せずとも人間とロボットが一定の距離を保て、干渉を回避できる効果がある。
また、ロボット動作禁止領域の外側にロボット動作禁止予備領域を設けて、ロボットをロボット動作禁止予備領域内で減速停止させるので、人間との衝突を十分に回避できる効果がある。
また、ロボットがロボット動作禁止予備領域又はロボット動作禁止領域に侵入した場合に警報を発するので、作業者の回避行動を促す効果がある。
また、ロボットの位置とロボット動作禁止予備領域等の関係を表示する表示装置を設けているので、人間とロボットが干渉するかどうかを確認しながら作業を進めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すロボット制御装置の概念図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示すロボット制御装置の概念図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示すロボット教示装置とその表示画面の平面図である。
【符号の説明】
１０：ロボット
１１：サーボモータ
１２：角度検出器
２０：制御装置
２１：位置速度制御部
２２：ロボット位置演算部
２３：動作禁止領域設定部
２４：干渉監視部
２５：動作禁止予備領域設定部
２６：ロボット教示装置
２７：表示器
２８：画像
３０：教示者
３１：人間位置検出部
【図１】
2004243427.tif 000003
【図２】
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【図３】
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