JP2010208003A - ロボット装置の制御装置及びロボット装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】侵入物体の侵入を監視するように構成されたロボット装置において、マニピュレータの周囲の環境情報を迅速、かつ、容易に取得することができるようにする。
【解決手段】マニピュレータ１の可動領域を包括し該可動領域よりも広い領域であって侵入物体の侵入が可能である警戒領域に対する侵入物体の侵入を監視する侵入検知手段６と、マニピュレータ１の動作を制御する制御手段３，７とを備え、制御手段３，７は、警戒領域内のマニピュレータ１の周囲の環境データの取得を行うため、警戒領域内に侵入物体が存在しない状態において、マニピュレータ１を侵入検知手段６から観測される投影面積が最小となる姿勢とし、侵入検知手段６によりデータを取得し、取得されたデータから、マニピュレータ１を包含し侵入検知手段６を頂点とする錐体形状の領域のデータを削除して、環境データとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボット装置の制御装置及びロボット装置の制御方法に関し、ロボット装置のマニピュレータの可動領域に人などが侵入した場合の保安、安全の向上を図ったロボット装置の制御装置及びロボット装置の制御方法に関する。

従来、マニピュレータを備えたロボット装置が提案されている。このようなロボット装置においては、マニピュレータの可動領域に人などが侵入する可能性がある。このような場合の保安、安全を図るため、従来のロボット装置においては、カメラ等によりマニピュレータを含む領域を監視し、人などの侵入物体の侵入が検知された場合には、マニピュレータを減速させ、または、停止させる制御を行うように構成されたものがある。

例えば、特許文献１には、人とマニピュレータとの接触可能性のあるエリアを限定し、このエリアを重点的にカメラにより監視しておき、状況に応じて、マニピュレータの動作を減速させ、あるいは、非常停止させるようにしたロボット装置が記載されている。

また、特許文献２には、カメラ等による監視を行い、侵入者を検出した場合には、警告を発するようにしたロボット装置が記載されている。

さらに、特許文献３には、カメラ等による監視を行い、侵入者を検出した場合には、侵入者の位置及び速度等の状況を分析し、マニピュレータとの接触可能性のある領域との位置及び速度等の関係から、マニピュレータの動作を減速させ、あるいは、非常停止させるようにしたロボット装置が記載されている。

特開２００７−２８３４５０号公報 特許第３７０４７０６号公報 特表２００６−５０１４８７号公報

ところで、前述した従来のロボット装置においては、カメラ等によりマニピュレータの周囲を監視するにあたり、人などの侵入物体と、マニピュレータとを区別する必要がある。また、マニピュレータの周囲に設置されたベルトコンベア等の周辺機器と侵入物体とを区別する必要もある。これらが正確に区別されないと、マニピュレータや周辺機器を侵入物体と誤認して、マニピュレータを停止させてしまうという誤動作が生ずるからである。

マニピュレータの形状は予めわかっており、また、マニピュレータの動作、姿勢は、このマニピュレータの動作を制御するための制御情報に基づいて特定することができる。しかし、周辺機器については、その位置及び形状を特定するためのデータがないため、問題となる。

周辺機器と侵入物体との区別を迅速、かつ、高精度に行うには、マニピュレータを含まないマニピュレータの周囲の環境情報を事前に取得しておくことが望ましい。侵入物体を監視するたびに、カメラ等により取得されたデータから、周辺機器を検知したデータを削除するのでは、情報処理量が増加してしまうためである。

また、環境情報は、経年変化等を考慮すると、ロボット装置の設置時などに１度だけ取得するのではなく、定期的にデータを取得し、更新することが必要である。環境情報の更新の周期は短いほうが望ましいので、環境情報の取得は、短時間に手間をかけずに行えることが望ましい。

しかし、侵入物体の侵入を監視するように構成されたロボット装置において、マニピュレータの周囲の環境情報を迅速、かつ、容易に取得する方法は提案されていない。

そこで、本発明は、前記の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、侵入物体の侵入を監視するように構成されたロボット装置において、マニピュレータの周囲の環境情報を迅速、かつ、容易に取得することができるロボット装置の制御装置及びロボット装置の制御方法を提供することにある。

前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係るロボット装置の制御装置は、以下の構成を有するものである。

〔構成１〕
マニピュレータを備えたロボット装置の動作を制御するためのロボット装置の制御装置であって、マニピュレータの可動領域を包括し該可動領域よりも広い領域であって侵入物体の侵入が可能である警戒領域に対する侵入物体の侵入を監視する侵入検知手段と、マニピュレータの動作を制御する制御手段とを備え、制御手段は、警戒領域内のマニピュレータの周囲の環境データの取得を行うため、警戒領域内に侵入物体が存在しない状態において、マニピュレータを侵入検知手段から観測される投影面積が最小となる姿勢とし、侵入検知手段によりデータを取得し、取得されたデータから、マニピュレータを包含し侵入検知手段を頂点とする錐体形状の領域のデータを削除して、環境データとすることを特徴とするものである。

また、本発明に係るロボット装置の制御方法は、以下の構成を有するものである。

〔構成２〕
マニピュレータを備えたロボット装置の動作を制御するためのロボット装置の制御方法であって、マニピュレータの可動領域を包括し該可動領域よりも広い領域であって侵入物体の侵入が可能である警戒領域に対する侵入物体の侵入を監視する侵入検知手段を用い、警戒領域内のマニピュレータの周囲の環境データの取得を行うときには、警戒領域内に侵入物体が存在しない状態において、マニピュレータを侵入検知手段から観測される投影面積が最小となる姿勢とし、侵入検知手段によりデータを取得し、取得されたデータから、マニピュレータを包含し侵入検知手段を頂点とする錐体形状の領域のデータを削除して、環境データとすることを特徴とするものである。

構成１を有する本発明に係るロボット装置の制御装置においては、制御手段は、警戒領域内のマニピュレータの周囲の環境データの取得を行うため、警戒領域内に侵入物体が存在しない状態において、マニピュレータを侵入検知手段から観測される投影面積が最小となる姿勢とし、侵入検知手段によりデータを取得し、取得されたデータから、マニピュレータを包含し侵入検知手段を頂点とする錐体形状の領域のデータを削除して、環境データとするので、マニピュレータを撤去することなく、また、複雑な信号処理を行うことなく、マニピュレータを含まないマニピュレータの周囲の環境情報を迅速、かつ、容易に取得することができる。

構成２を有する本発明に係るロボット装置の制御方法においては、警戒領域内のマニピュレータの周囲の環境データの取得を行うときには、警戒領域内に侵入物体が存在しない状態において、マニピュレータを侵入検知手段から観測される投影面積が最小となる姿勢とし、侵入検知手段によりデータを取得し、取得されたデータから、マニピュレータを包含し侵入検知手段を頂点とする錐体形状の領域のデータを削除して、環境データとするので、マニピュレータを撤去することなく、また、複雑な信号処理を行うことなく、マニピュレータを含まないマニピュレータの周囲の環境情報を迅速、かつ、容易に取得することができる。

すなわち、本発明は、侵入物体の侵入を監視するように構成されたロボット装置において、マニピュレータの周囲の環境情報を迅速、かつ、容易に取得することができるロボット装置の制御装置及びロボット装置の制御方法を提供することができるものである。

本発明に係るロボット装置の制御装置の構成を示す模式的な側面図である。 本発明に係るロボット装置の制御装置において実施される本発明に係るロボット装置の制御方法の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

〔ロボット装置の制御装置の構成〕
図１は、本発明に係るロボット装置の制御装置の構成を示す模式的な側面図である。

本発明に係るロボット装置の制御装置が制御するロボット装置は、加工、組立、ワークハンドリング、溶接、塗装等を行うものである。このロボット装置は、図１に示すように、ロボット基台部４と、このロボット基台部４上に設置されたマニピュレータ１とを有し、このマニピュレータ１により、作業対象（ワーク）の把持、運搬、加工及び他の部材への組立などの操作が可能となされている。また、このロボット装置においては、マニピュレータ１の可動領域内には、作業のために人が侵入することが前提とされている。

マニピュレータ１は、複数のアクチュエータ（駆動装置）とリンク（剛体の構造物）とによって構成されている。すなわち、各リンク間は、回動（屈曲）、または、旋回可能な関節を介して接続されており、それぞれアクチュエータによって相対駆動されるようになっている。各アクチュエータは、制御手段を構成するロボット制御装置３によって制御される。

最も先端側のリンクの先端側（手先）には、作業対象を把持したり加工したりする先端ツール機構５が設けられている。この先端ツール機構５は、ロボット制御装置３によって制御される。
ロボット制御装置３は、マニピュレータ１の動作状態、すなわち、マニピュレータ１の各アクチュエータの移動速度及び移動方向を制御し、また、マニピュレータ１の減速、一時停止、非常停止等の動作モードを制御する。また、ロボット制御装置３は、マニピュレータ１に対する制御情報、すなわち、各関節のアクチュエータに対する動作指令情報やツール機構５に対する動作指令情報に基づいて、各関節の角度、把持情報などを取得し、マニピュレータ１の動作状態を特定することができる。

また、ロボット装置を制御するロボット制御装置３の上位制御装置として、ロボット制御装置やツール機構に指令やシーケンスを与えるために統括制御装置としてＰＬＣなどが用いられることも多く、これらを介して、マニピュレータ１やツール機構５の動作状態を取得することも可能である。

そして、本発明に係るロボット装置の制御装置においては、マニピュレータ１の可動領域を包括し可動領域よりも広い領域であって侵入物体（例えば、作業者）の侵入が可能である警戒領域が設定されている。

このロボット装置の制御装置は、警戒領域に対する侵入物体の侵入を監視する侵入検知手段となる３次元センサ６を備えている。この３次元センサ６としては、例えば、レーザレーダ等を使用することができる。この３次元センサ６は、警戒領域よりも広い計測領域Ａ内の物体までの距離を測定することができ、この測定結果に基づいて、警戒領域内の物体を３次元計測することができる。この３次元センサ６は、計測領域Ａ内に、マニピュレータ１の原点、例えば、ロボット基台部４の中央点が入るように設置する。また、３次元センサ６は、マニピュレータ１との間に周辺機器等の固定物体１０２が介在しにくいようにして、マニピュレータ１の周辺環境をなるべく高精度に取得できるようにするため、マニピュレータ１の上方に設置することが好ましい。

３次元センサ６による計測結果を示す計測データは、制御手段を構成する安全監視装置７に送られる。この安全監視装置は、３次元センサ６から送られた計測データと、ロボット制御装置３から送られるマニピュレータ１に対する制御情報（関節角情報や把持情報等）とに基づいて、侵入物体とマニピュレータ１との間の距離を算出する。そして、安全監視装置は、侵入物体とマニピュレータ１との間が所定の距離以下となっている場合には、ロボット制御装置３に対して、減速や非常停止を指示する動作指令を送る。ロボット制御装置３は、安全監視装置７から動作指令が送られると、この動作指令に従って、マニピュレータ１の動作を減速させたり、または、停止させる。

なお、ロボット制御装置３と安全監視装置７とは、統合制御装置８によって制御されるようにしてもよい。

〔ロボット装置の制御方法〕
本発明に係るロボット装置の制御方法は、本発明に係るロボット装置の制御装置を動作させることによって実施される。このロボット装置の制御方法は、定期的に、例えば、ロボット装置の通常の運転に先だって、１日に１回、あるいは、数回実施することが望ましい。

このロボット装置の制御方法において、ロボット制御装置３は、警戒領域内のマニピュレータ１の周囲の環境データの取得を行うため、警戒領域内に侵入物体が存在しない状態において、マニピュレータ１を３次元センサ６から観測される投影面積が最小となる姿勢とし、３次元センサ６によりデータを取得し、取得されたデータから、マニピュレータ１を包含し３次元センサ６を頂点とする錐体形状の領域のデータを削除して、環境データとする。

すなわち、ロボット制御装置３は、マニピュレータ１を含まないマニピュレータ１の周辺の環境情報を取得するときには、まず、マニピュレータ１の姿勢を、３次元センサ６から観測される投影面積が最小となる姿勢、例えば、マニピュレータ１を直線状として、マニピュレータ１の先端部を３次元センサ６に向けた姿勢とする。このとき、３次元センサ６により取得されるデータにおいて、マニピュレータ１が占めるエリアが最小化される。

そして、マニピュレータ１を包含し３次元センサ６を頂点とする錐体形状の領域、すなわち、３次元センサ６の計測原点からマニピュレータ１の原点までの線分を軸とする錐体形状（円錐や四角錐など）を設定する。この錐体形状の頂角は、直線状となっているマニピュレータ１の外形を包括する範囲のうち、最小の角度、または、最小の角度に若干の余裕分を加えた角度に設定する。

なお、３次元センサ６は、必ずしもマニピュレータ１の直上位置に設置されているわけではない。３次元センサ６がマニピュレータ１の斜め上方に設置されている場合には、マニピュレータ１を包含する錐体形状は、傾斜した錐体形状（斜円錐や斜四角錐など）として設定される。

そして、この状態において３次元センサ６により取得されるデータから、マニピュレータ１を包含する錐体形状の領域のデータを削除する。なお、このようなデータの削除は、当該の領域内のデータを、床面の高さデータに置換することによって行ってもよい。この処理により、マニピュレータ１を含まず、かつ、周辺の情報を極力失わずに、環境情報を取得することができる。

このような環境情報の取得は、例えば、日々の作業開始に先だって行い、そのたびに更新することが望ましい。そして、作業開始後には、更新された環境情報を用いて、ロボット制御装置３及び安全監視装置７により、マニピュレータ１の制御が行われる。すなわち、環境情報は、周辺機器等の固定物体１０２と侵入物体との区別、分離のための基礎データとして利用される。

なお、３次元センサ６を複数個所に設置している場合においても、マニピュレータ１を、各３次元センサ６について順次同様の動作をさせ、データ取得を繰り返すことにより、同様の環境情報を取得することができる。

図２は、本発明に係るロボット装置の制御装置において実施される本発明に係るロボット装置の制御方法の手順を示すフローチャートである。

このロボット装置の制御装置において、作業開始指令が発せられたときには、ロボット制御装置３は、図２に示すように、ステップｓｔ１で制御を開始し、ステップｓｔ２で、カウンタ値ｉを１とする。次に、ステップｓｔ３に進み、マニピュレータ１の先端部をｉ番目の３次元センサ６に向ける位置及び姿勢とする。

そして、ステップｓｔ４に進み、ｉ番目の３次元センサ６によりデータを取得する。ステップｓｔ５に進み、３次元センサ６により取得されたデータから、マニピュレータ１を包含する錐体形状の領域のデータを削除する。次に、ステップｓｔ６に進み、ステップｓｔ５で処理されたデータを環境情報として保存（記録）し、最新のデータに更新する。

次のステップｓｔ７では、カウンタ値ｉが設置されている３次元センサ６の数以上であるかを判別する。カウンタ値ｉが３次元センサ６の数以上であればステップｓｔ９に進み、カウンタ値ｉが３次元センサ６の数以上でなければステップｓｔ８に進む。ステップｓｔ８では、カウンタ値ｉを１増加させ、すなわち、ｉ＝ｉ＋１として、ステップｓｔ３に戻る。すなわち、３次元センサ６が複数設置されている場合には、各３次元センサ６に対して、ステップｓｔ３乃至ステップｓｔ６のシーケンスが繰り返される。３次元センサ６が１個のみ設置されている場合には、ステップｓｔ３乃至ステップｓｔ６のシーケンスが一度だけ実行された後、ステップｓｔ９に進むことになる。

ステップｓｔ９では、マニピュレータ１を初期状態に復帰させて作業開始に備え、ステップｓｔ１０に進み、処理を終了する。

なお、この実施の形態においては、マニピュレータ１を１台有するロボット装置を制御対象としているが、本発明は、複数のマニピュレータ１を有するロボット装置、または、複数のロボット装置を制御対象としてもよい。すなわち、ロボット装置は、同一のセル（同一領域）において、複数台が同時に稼働する場合がある。このような場合には、安全監視装置７が複数台のロボット制御装置３、もしくは、これらを統括管理する制御装置からデータを取得して、前述の実施の形態と同様にして、周辺環境のデータを取得するようにしてもよい。

また、この実施の形態においては、侵入検知手段となる３次元センサ６として、レーザレーダ（レーザレンジファインダ）を例示しているが、侵入検知手段となるセンサとしては、赤外線飛行時間計測方式の３次元距離測定装置や、ステレオカメラ、マイクロ波センサ、超音波センサなどを使用することができる。

本発明は、ロボット装置の制御装置及びロボット装置の制御方法に適用され、ロボット装置のマニピュレータの可動領域に人などが侵入した場合の保安、安全の向上を図ったロボット装置の制御装置及びロボット装置の制御方法に適用される。

１ マニピュレータ
３ ロボット制御装置
４ ロボット基台部
５ 先端ツール機構
６ ３次元センサ
７ 安全監視装置
１０２ 固定物体

Claims (2)

1. マニピュレータを備えたロボット装置の動作を制御するためのロボット装置の制御装置であって、
   前記マニピュレータの可動領域を包括し該可動領域よりも広い領域であって、侵入物体の侵入が可能である警戒領域に対する前記侵入物体の侵入を監視する侵入検知手段と、
   前記マニピュレータの動作を制御する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、前記警戒領域内の前記マニピュレータの周囲の環境データの取得を行うため、前記警戒領域内に侵入物体が存在しない状態において、前記マニピュレータを前記侵入検知手段から観測される投影面積が最小となる姿勢とし、前記侵入検知手段によりデータを取得し、取得されたデータから、前記マニピュレータを包含し前記侵入検知手段を頂点とする錐体形状の領域のデータを削除して、環境データとする
   ことを特徴とするロボット装置の制御装置。
2. マニピュレータを備えたロボット装置の動作を制御するためのロボット装置の制御方法であって、
   前記マニピュレータの可動領域を包括し該可動領域よりも広い領域であって、侵入物体の侵入が可能である警戒領域に対する前記侵入物体の侵入を監視する侵入検知手段を用い、
   前記警戒領域内の前記マニピュレータの周囲の環境データの取得を行うときには、前記警戒領域内に侵入物体が存在しない状態において、前記マニピュレータを前記侵入検知手段から観測される投影面積が最小となる姿勢とし、前記侵入検知手段によりデータを取得し、取得されたデータから、前記マニピュレータを包含し前記侵入検知手段を頂点とする錐体形状の領域のデータを削除して、環境データとする
   ことを特徴とするロボット装置の制御方法。

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