(57)【要約】【課題】統合的に危険を検知し、危険回避行動を実行させることができる危険予知方法およびその方法により危険予知を実行するロボット【解決手段】装置に複数備えるセンサーの検出値を取得する検出工程と、前記検出値から危険度を演算する危険度演算工程と、前記危険度と、安全性閾値と、を比較し前記センサーが装着される部位の安全性を判定する部位危険度判定工程と、前記危険度の各々に重み係数を乗じ、前記重み係数が乗じられた補正危険度を総和した総危険度を求める総危険度演算工程と、前記総危険度と、総危険度閾値と、を比較し総危険度を判定する総危険度判定工程と、を備える危険検知方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置に複数備えるセンサーの検出値を取得する検出工程と、
前記検出値から危険度を演算する危険度演算工程と、
前記危険度と、安全性閾値と、を比較し前記センサーが装着される部位の安全性を判定する部位危険度判定工程と、
前記危険度の各々に重み係数を乗じ、前記重み係数が乗じられた補正危険度を総和した総危険度を求める総危険度演算工程と、
前記総危険度と、総危険度閾値と、を比較し総危険度を判定する総危険度判定工程と、を備える、
ことを特徴とする危険検知方法。
【請求項２】
前記複数のセンサーは、異なる検出値を取得するセンサーを含む 、
ことを特徴とする請求項１に記載の危険検知方法。
【請求項３】
装置に複数備えるセンサーの検出値を取得する検出手段と、
前記検出値から危険度を演算する危険度演算手段と、
前記危険度と、安全性閾値と、を比較し前記センサーが装着される部位の安全性を判定する部位危険度判定手段と、
前記危険度の各々に重み係数を乗じ、前記重み係数が乗じられた補正危険度を総和した総危険度を求める総危険度演算手段と、
前記総危険度と、総危険度閾値と、を比較し総危険度を判定する総危険度判定手段と、を含む危険検知装置を備える、
ことを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、危険検知方法およびロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業用の作業ロボットに加え、公共施設内での作業用ロボット、あるいは家庭内での作業用ロボットなど、あらゆる環境下に様々な作業を実行するロボットが導入されてきている。これらロボットには、周囲に人が介在する場合には、対人安全性について厳格に制御され、法的にも厳しい規制が設けられている。また、ロボットが取り扱う対象物、いわゆるワークも多岐に亘り、その中には高額なワークもあり、ワークの損傷回避には十分な対策を講じる必要もある。
【０００３】
特許文献１では、ロボットの動作可能範囲における作業範囲を超えるロボット侵入可能範囲と、作業者が侵入許可範囲を超える作業者侵入可能範囲と、を検知する侵入検知装置によって、ロボット侵入可能範囲へのロボットの侵入、もしくは作業者侵入可能範囲への作業者の侵入のどちらかによってロボットに危険回避動作をさせることが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２では、多関節構造を有するアームの各関節部に軸トルク検出センサーを組み込んで、各センサーからの出力データの変化に基づいて、予め設定された判断基準値と比較してアームに危険回避動作を行わせる制御部を有するロボットが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２８３４５０号公報
【特許文献２】特開２００８−２２９８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述の特許文献１は作業者（人）との危険回避を目的として、検出装置によって定められた領域に人もしくはロボットが侵入した、という情報だけで危険回避行動を実行させるものであって、被作業物（ワーク）に対する危険回避についての開示はされていない。
【０００７】
また、特許文献２では、被対象物を人もしくはワークに特定はされていないが、アームの関節に備える各々の軸力覚センサーの出力値が、各々の軸トルクの判断基準と比較して、いずれかのセンサーが危険と判断されると、ロボットのアームに危険回避動作を行わせるものであり、例えば力覚センサー以外のセンサー検出、アームを統合した制御について開示はされていない。
【０００８】
そこで、様々なロボット動作に適合した機能の異なるセンサーを備えていても、統合的に危険を検知し、危険回避行動を実行させることができる危険予知方法およびその方法により危険予知を実行するロボットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、少なくとも上述の課題の一つを解決するように、下記の形態または適用例として実現され得る。
【００１０】
〔適用例１〕本適用例の危険予知方法は、装置に複数備えるセンサーの検出値を取得する検出工程と、前記検出値から危険度を演算する危険度演算工程と、前記危険度と、安全性閾値と、を比較し前記センサーが装着される部位の安全性を判定する部位危険度判定工程と、前記危険度の各々に重み係数を乗じ、前記重み係数が乗じられた補正危険度を総和した総危険度を求める総危険度演算工程と、前記総危険度と、総危険度閾値と、を比較し総危険度を判定する総危険度判定工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本適用例の危険検知方法によれば、危険を検知するために複数備えたセンサーからの検出データから、一つひとつのセンサーに対する危険度判定によって危険回避動作を実行させることに加えて、一つひとつのセンサーが安全と判定される検出値であっても、複合的な危険度の発生を検知し危険回避動作を実行させることができる。これにより、人に対する安全性の確保に加え、被作業物、すなわち部品、製品に対する不良を作らないための安全性を確保することができる。
【００１２】
〔適用例２〕上述の適用例において、前記複数のセンサーは、異なる検出値を取得するセンサーを含むことを特徴とする。
【００１３】
上述の適用例によれば、種々の検出データを取得しても、各々の検出データによる危険度に重み付けをして補正危険度を得ることによって、装置の統合的な危険度を判定することができる。
【００１４】
〔適用例３〕本適用例のロボットは、装置に複数備えるセンサーの検出値を取得する検出手段と、前記検出値から危険度を演算する危険度演算手段と、前記危険度と、安全性閾値と、を比較し前記センサーが装着される部位の安全性を判定する部位危険度判定手段と、前記危険度の各々に重み係数を乗じ、前記重み係数が乗じられた補正危険度を総和した総危険度を求める総危険度演算手段と、前記総危険度と、総危険度閾値と、を比較し総危険度を判定する総危険度判定手段と、を含む危険検知装置を備えることを特徴とする。
【００１５】
本適用例のロボットによれば、危険を検知するために複数備えたセンサーからの検出データから、一つひとつのセンサーに対する危険度判定によって危険回避動作を実行させることに加えて、一つひとつのセンサーが安全と判定される検出値であっても、複合的な危険度の発生を検知し危険回避動作を実行させることができる。これにより、人に対する安全性の確保に加え、被作業物、すなわち部品、製品に対する不良を作らないための安全性が確保できるロボットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係るねじ締めロボットを示す構成図。
【図２】演算手段を示すブロック図。
【図３】危険検知方法を示すフローチャート。
【図４】第２実施形態に係るコネクター接続ロボットを示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態としてのねじ締めロボットの構成を示す構成図である。図１に示すねじ締めロボット１００は、基台１０に固定されたアーム２０を備え、アーム先端にはねじ締めを行うモータードライバー３０（以下、ドライバー３０という）を装着している。ドライバー３０は、アーム２０を駆動させることにより、作業台４０に固定された被作業物５０の図示しないねじを締結もしくは外すことができる。
【００１９】
アーム２０は、軸回転ジョイント２１ａ，２１ｂ，２１ｃと平面回転ジョイント２２ａ，２２ｂ，２２ｃとにより、基台軸１０ａとアーム軸２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆと、を繋ぎ、自由度６を有している。軸回転ジョイント２１ａ，２１ｂ，２１ｃはアーム軸回りに図示矢印Ｒａ方向に両回転し、平面回転ジョイント２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、繋ぎあうアーム軸を相対的に図示矢印Ｒｂ方向に両回転させる。自由度６を有するアーム２０が駆動され、先端部のアーム軸２３ｆに備えられたドライバー３０を被作業物５０の図示しないねじ位置まで移動させ、ねじ先端部の溝にドライバー３０の先端部をはめ合わせ、所定のトルク値でねじを回転させて締結、もしくは外しを行わせる。
【００２０】
本実施形態のねじ締めロボット１００には、危険検知手段としてドライバー３０にはジャイロセンサー６０、および力覚センサー７０を備えている。また、ドライバー３０と被作業物５０との相互位置を画像処理によって検出する撮像装置８０を備えている。ジャイロセンサー６０、力覚センサー７０、および撮像装置８０によって検出される検出データは制御装置２００に備える演算手段２１０により後述する演算処理が行われる。また、制御装置２００には、ねじ締めロボット１００の駆動を制御する駆動制御手段２２０を備え、コンピューターなどの外部制御装置３００からの指示・制御データ、および演算手段２１０からの信号を受け、ねじ締めロボット１００の駆動を制御する。
【００２１】
図２は、図１に示す演算手段２１０の詳細を示すブロック図である。図２に示すように、ジャイロセンサー６０、力覚センサー７０、および撮像装置８０からの検出データは検出部２１０ａによって演算手段２１０に取得される。取得された検出データは危険度演算部２１０ｂにおいてジャイロセンサー６０の検出値、力覚センサー７０の検出値、および撮像装置８０からの画像データ、の各々を、危険検知テーブル２１０ｃから取得した危険度（安全度）検知テーブル上の係数により危険度が演算される。演算された各危険度と危険度の閾値とを危険度判定部２１０ｄにおいて判定し、判定結果を駆動制御手段２２０へ送出し、判定結果に基づく駆動信号をアーム２０に送り、所定の危険回避動作を駆動させる。
【００２２】
図３は、ねじ締めロボット１００における危険検知方法を含む、ロボットにおける危険検知方法を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートに基づき、ねじ締めロボット１００の危険検知方法について説明する。
【００２３】
＜検出工程＞
図１および図２に示すように、ドライバー３０にはジャイロセンサー６０、力覚センサー７０が装着され、作業台４０に固定された被作業物５０の作業領域を撮像する撮像装置８０が配置されている。検出工程（Ｓ１０）では、各々のセンサーから検出データを、演算手段２１０に備える検出部２１０ａに取得する。取得されるデータは、例えばジャイロセンサー６０および力覚センサー７０では信号データであり、撮像装置８０では基準画像に対する相互ずれ量のデータである。
【００２４】
＜危険度演算工程＞
検出工程（Ｓ１０）において取得された各データは、次に危険度演算工程（Ｓ２０）において危険度Ｄを演算する。危険度Ｄとは、予め設定された各々のセンサーに対応した危険度演算式に基づいて危険の度合いを算出する。例えば、ジャイロセンサー６０における危険判定の出力信号の閾値をａJとし、検出信号の値をｘJとした場合、
ｘJ／ａJ≦１．０
の状態においてジャイロセンサー６０の検出すべき特性は安全と判定する。言い換えると、
ｘJ／ａJ＞１．０
の状態となると、ジャイロセンサー６０の検出すべき特性は不安全、すなわち危険と判定することもできる。例示したように危険度Ｄは、
Ｄ＝ｘJ／ａJ
を危険度とすることができる。
【００２５】
各センサーに対して、上述の通りの図３に示すセンサー１としてのジャイロセンサー６０の危険度Ｄ1、センサー２としての力覚センサー７０の危険度Ｄ2、センサー３としての撮像装置８０の危険度Ｄ3、を演算する。なお、備えるセンサーがｎ個の場合には、上述の通りｎ個目のセンサーの危険度Ｄnまで演算する。
【００２６】
＜部位危険度判定工程＞
危険度演算工程（Ｓ２０）によって得られた危険度Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3に基づいて、各センサーが検出すべき特性の安全性を判定する部位危険度判定工程（Ｓ３０）に移行する。部位危険度判定工程（Ｓ３０）では、センサー毎に安全性を判定する。本実施形態においては、まず、センサー１としてのジャイロセンサー６０の危険度Ｄ1に対して危険度判定工程（Ｓ３１）が実行される。センサー１の危険度判定工程（Ｓ３１）では、危険度Ｄ1と危険度閾値Ａ1とが、危険度判定部２１０ｄにおいて比較され、ＹＥＳとの判定である、
Ｄ1≦Ａ1
の場合、センサー１であるジャイロセンサー６０の検出特性は安全と判定され、次のセンサー２の危険度判定工程（Ｓ３２）に移行する。
【００２７】
センサー１の危険度判定工程（Ｓ３１）において、ＮＯとの判定である、
Ｄ1＞Ａ1
の場合、センサー１であるジャイロセンサー６０の検出特性は不安全、すなわち危険と判定され、ねじ締めロボット１００に危険回避動作、例えばドライバー３０を被作業物５０から離間させる方向へ移動させる、あるいはドライバー３０の強制停止などを実行させる危険回避動作実行（Ｓ１００）に移行する。
【００２８】
センサー１であるジャイロセンサー６０による危険判定工程（Ｓ３１）において、安全（ＹＥＳ）と判定されると、次にセンサー２としての力覚センサー７０の危険度Ｄ2に対して危険度判定工程（Ｓ３２）が実行される。センサー２の危険度判定工程（Ｓ３２）では、危険度Ｄ2と危険度閾値Ａ2とが、危険度判定部２１０ｄにおいて比較され、ＹＥＳとの判定である、
Ｄ2≦Ａ2
の場合、センサー２である力覚センサー７０の検出特性は安全と判定され、次のセンサー３の危険度判定工程（Ｓ３３）に移行する。
【００２９】
センサー２の危険度判定工程（Ｓ３２）において、ＮＯとの判定である、
Ｄ2＞Ａ2
の場合、センサー２である力覚センサー７０の検出特性は不安全、すなわち危険と判定され、ねじ締めロボット１００に危険回避動作、例えばドライバー３０を被作業物５０から離間させる方向へ移動させる、あるいはドライバー３０の強制停止などを実行させる危険回避動作実行（Ｓ１００）に移行して終了する。
【００３０】
上述同様に、センサー３である撮像装置８０における危険度Ｄ3が危険度閾値Ａ3と比較され、撮像装置８０の検出特性に対する安全、危険の判定が実行される。なお、ｎ個のセンサーを備える場合であっても、上述の工程をｎ個のセンサーに対して実行し、センサーｎの危険度判定工程（Ｓ３ｎ）まで行い、Ｓ３ｎにおいて安全（ＹＥＳ）と判定されると、次の総危険度演算工程（Ｓ４０）に移行する。
【００３１】
＜総危険度演算工程＞
総危険度演算工程（Ｓ４０）では、先ず、総危険度演算手段としても機能する危険度演算部２１０ｂにおいて、表１に示す重み付け係数データを記憶する危険検知テーブル２１０ｃから、各センサーに対する重み付け係数αを取得する。なお、危険度演算部２１０ｂは部位危険度演算部と総危険度演算部とに異なる演算手段として備えていても良い。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１に示す重み付け係数αとは、上述の部位危険度判定工程（Ｓ３０）において、全てのセンサーが安全とのデータを検出した場合であっても、ねじ締めロボット１００全体として危険な状態となっていないか、を判定するためのデータの補正をするための係数を示している。本実施形態では、ねじ締め作業において、被作業物５０のねじを破損させるような危険な状態を検知することから、センサー３としての撮像装置８０における危険度Ｄ3には重み付け係数α3＝０、すなわち全体系として配慮しないこととした。また、センサー１としてのジャイロセンサー６０の危険度Ｄ1の重み付け係数α1＝０．８、センサー２としての力覚センサー７０の危険度Ｄ2の重み付け係数α2＝０．８、と設定されている。なお、表１は重み付け係数の一例を示すものであって、これに限定されるものではない。重み付け係数は、作業内容、作業量などの条件によって変動し、予め実験や試運転などによって適宜、設定されることが好ましい。
【００３４】
危険検知テーブル２１０ｃから取得された各センサーの危険度に対する重み付け係数αを乗じた補正危険度を総和し、ねじ締めロボット１００の総危険度ＤAを求める、
ＤA＝α1Ｄ1＋α2Ｄ2＋α3Ｄ3＋・・・＋αnＤn        （１）
によって得られる。式（１）に、重み付け係数αの値を代入すると、
ＤA＝０．８×Ｄ1＋０．８×Ｄ2＋０×Ｄ3＝０．８Ｄ1＋０．８Ｄ2    （２）
となる。この式（２）より、ねじ締めロボット１００の総危険度ＤAが求められる。
【００３５】
＜総危険度判定工程＞
上述の総危険度演算工程（Ｓ４０）により総危険度ＤAが得られた後、総危険度判定工程（Ｓ５０）に移行する。総危険度判定工程（Ｓ５０）では、総危険度ＤAと、予め実験、試運転によって設定される総危険度閾値ＡAと、を総危険度判定手段としても機能する危険度判定部２１０ｄにおいて比較し、安全性を判定する。すなわち、
ＤA≦ＡA
であれば安全（ＹＥＳ）、
ＤA＞ＡA
であれば不安全、すなわち危険（ＮＯ）と判定する。
【００３６】
安全（ＹＥＳ）と判定された場合には、作業完了判定工程（Ｓ６０）に移行する。危険（ＮＯ）と判定された場合には、危険回避動作実行（Ｓ１００）に移行して終了する。なお、危険度判定部２１０ｄは部位危険度判定部と総危険度判定部とに異なる判定手段として備えていても良い。
【００３７】
＜作業完了判定工程＞
作業完了判定工程（Ｓ６０）では、予め指示された作業が完了したか否かを判定し、完了（ＹＥＳ）であれば、終了する。作業が残されていた場合（ＮＯ）には検出工程（Ｓ１０）まで戻り、上述の工程を作業完了まで繰り返す。
【００３８】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態としてのコネクター接続ロボット１１０の構成を示す構成図である。図４に示すコネクター接続ロボット１１０は、第１実施形態のねじ締めロボット１００における被作業物５０、およびアーム２０の先端に装着されるドライバー３０が異なり、その他の構成は同じであるため、同じ構成に関する説明は省略する。
【００３９】
図４に示すようにコネクター接続ロボット１１０は、アーム２０の先端に装着されたコネクター支持部３１に支持されたコネクター９０を、被作業物５１の図示しない接続部に挿入、接続する作業を行う。この作業では、正しくコネクター９０を挿入しなければ、コネクター９０の破損だけではなく、コネクター９０を備える図示しない装置、回路基板などまでが不良となったり、被作業物５１も不良としてしまう危険がある。そこで、コネクター支持部３１に装着されたジャイロセンサー６０、力覚センサー７０、および被作業物５１のコネクター接続部を撮像し画像処理する撮像装置８０により危険を検知する。
【００４０】
コネクター接続ロボット１１０の危険検知方法は、上述した第１実施形態に係るねじ締めロボット１００と同様の工程を実行する。但し、総危険度演算工程（Ｓ４０）では、危険度演算部２１０ｂにおいて、表２に示す重み付け係数データを記憶する危険検知テーブル２１０ｃから、各センサーに対する重み付け係数βを取得する。
【００４１】
【表２】
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【００４２】
表２に示すように、コネクター接続ロボット１１０においては、コネクター９０の被作業物５１との相対位置のずれによる危険度も考慮しなければならず、各センサーの重み付け係数βの配分が、ねじ締めロボット１００の重み付け係数αの配分とは異なる。表２に示す重み付け係数βを危険度に乗じた補正危険度の総和より、コネクター接続ロボット１１０の総危険度ＤAは、
ＤA＝β1Ｄ1＋β2Ｄ2＋β3Ｄ3＋・・・＋βnＤn        （３）
と得られる。式（３）に重み付け係数βの値を代入し、
ＤA＝０．７×Ｄ1＋０．７×Ｄ2＋０．４×Ｄ3          （４）
となる。この式（４）より、コネクター接続ロボット１１０の総危険度ＤAが求められ、予め決められた総危険度閾値ＡAと比較し、総危険度判定を実行する。
【００４３】
以上、説明したとおり第１実施形態にかかるねじ締めロボット１００、第２実施形態に係るコネクター接続ロボット１１０において、危険を検知するために備えたセンサーからの検出データから、一つひとつのセンサーに対する危険度判定による危険回避動作の実行に加えて、一つひとつのセンサーが安全と判定される検出値であっても、複合的な危険度の発生を検知し危険回避動作を実行させることができる。これにより、人に対する安全性の確保に加え、被作業物、すなわち部品、製品に対する不良を作らないための安全性を確保することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０…基台、２０…アーム、３０…モータードライバー（ドライバー）、４０…作業台、５０…被作業物、６０…ジャイロセンサー、７０…力覚センサー、８０…撮像装置、１００…ねじ締めロボット、２００…制御装置、３００…外部制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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