JP5949473B2 - ロボット制御装置、ロボット制御方法、およびロボット - Google Patents

Description

本発明はロボット制御装置、ロボット制御方法、およびロボットに関する。

近年、作業員とロボットとが、同一の作業空間において同時に作業を行う協調動作ロボットが開発されている（例えば、特許文献１など参照。）。

特開２０１０−１８８５１５号公報

しかしながら、特許文献１に開示される協調動作ロボットにおいては、作業員の作業の進捗状況をロボットが把握していない場合に作業の同期をとるためには、作業員自らがロボットに働きかける必要があり、共同作業が煩雑であるという問題点があった。

本出願は、このような問題を解決するためになされたものであり、作業者の負担を大きくすること無く、共同作業を円滑に進めることが可能なロボット制御装置、ロボット制御方法、およびロボットを提供することを目的とするものである。

一実施の形態において、ロボット制御装置は、複数の作業工程から構成される一連の作業を作業者と同期して作業するロボットのロボット制御装置であって、前記作業者の状態情報を取得する作業者状態情報取得手段と、予め記録されている前記ロボットの現作業工程に対応した状態と、前記取得した作業者の状態とを比較し、前記ロボットの現作業工程に対応した状態と、前記取得した作業者の状態とが一致しない場合に、同期を取るための行動を前記ロボットに指示する制御手段と、を備えるものである。このような構成により、作業者の状態を作業者自らがロボットに積極的に教示する必要なく、ロボットが自律的に同期を取ることができる。このため、作業者の負担を大きくすること無く、共同作業を円滑に進めることができる。

また、前記作業者の状態情報は、前記作業者の作業位置情報を含むようにしてもよいし、前記作業者の作業姿勢情報を含むようにしてもよい。これらの情報は、作業者の状態を非接触により把握することができるために、作業者の作業の妨害になりにくいものである。

また、前記制御手段は、前記比較の結果、前記ロボットの現作業工程に対応した状態と、前記取得した作業者の状態とが一致しておらず、前記ロボットの現作業工程に対応した状態が、前記取得した作業者の状態に対して遅れが発生していた場合には、前記同期を取るための行動として、前記ロボットの作業が前記作業者の作業に追いついて作業の同期が取れるように前記ロボットの作業速度を上昇させる目標値を生成して、前記ロボットに指示する、ようにしてもよい。また、前記制御手段は、前記比較の結果、前記ロボットの現作業工程に対応した状態と、前記取得した作業者の状態とが一致しておらず、前記ロボットの現作業工程に対応した状態が、前記取得した作業者の状態に対して進みが発生していた場合には、前記同期を取るための行動として、前記作業者の作業が前記ロボットの作業に追いついて作業の同期が取れるように前記ロボットの作業速度を減少させる目標値を生成して、前記ロボットに指示する、ようにしてもよい。

また、他の一実施の形態において、ロボット制御方法は、複数の作業工程から構成される一連の作業を作業者と同期して作業するロボットのロボット制御方法であって、前記作業者の状態情報を取得する作業者状態情報取得ステップと、予め記録されている前記ロボットの現作業工程に対応した状態と、前記取得した作業者の状態とを比較する比較ステップと、前記比較の結果、前記ロボットの現作業工程に対応した状態と、前記取得した作業者の状態とが一致しない場合に、同期を取るための行動を前記ロボットに指示する制御ステップと、を備えるものである。このような構成により、作業者の負担を大きくすること無く、共同作業を円滑に進めることができる。

また、他の一実施の形態において、ロボットは、複数の作業工程から構成される一連の作業を作業者と同期して作業するロボットであって、前記作業者の状態情報を取得する作業者状態情報取得手段と、予め記録されている前記ロボットの現作業工程に対応した状態と、前記取得した作業者の状態とを比較し、前記ロボットの現作業工程に対応した状態と、前記取得した作業者の状態とが一致しない場合に、同期を取るための行動を前記ロボットに指示する制御手段と、を備えるものである。このような構成により、作業者の負担を大きくすること無く、共同作業を円滑に進めることができる。

本発明により、作業者の負担を大きくすること無く、共同作業を円滑に進めることが可能なロボット制御装置、ロボット制御方法、およびロボットを提供することができる。

実施の形態１に係るロボットの概略構成図である。 実施の形態１に係るロボット制御装置の概略構成図である。 実施の形態１に係るロボット制御方法の処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る作業導線と立ち位置の関係を説明するための図である。 実施の形態１に係るロボットの作業位置と作業者の作業位置・作業姿勢との対応を説明するための表である。 実施の形態１に係る作業者の作業位置とロボットの対応との対応を説明するための表である。

＜発明の実施の形態１＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
ロボット１０は、作業者と同一の作業環境において、作業者と共同して繰り返し作業を実行する。ロボット１０は、例えば、自動車の組み立てラインなどを移動しながら、作業者が必要とする部品を作業者の手元に置く部品の手元化を行う。これにより、ロボット１０は、付加価値を高める作業である正味作業に関して、作業者の正味作業率の向上に寄与することができる。このため、本実施の形態におけるロボット１０は、作業者の存在を認識する認識手段および認識ロジックに加えて、移動機構および把持（操り）機構を少なくとも備えている。

図１は、ロボットの概略構成の一例を示す。
ロボット１０は、外界センサ１１と、移動機構１２と、把持・操り機構１３と、通信機能１４（不図示）と、発声機能１５（不図示）と、を備えている。ロボット１０は、後述するロボット制御装置２０によって制御される。

外界センサ１１は、作業者の存在を認識する認識手段の一例である。外界センサ１１は、作業環境の３次元情報を取得するセンサであり、例えば、一般的なＣＣＤカメラを用いることができる。ＣＣＤカメラをロボット１０に２台搭載してステレオ構成にすることで、作業環境の３次元情報を取得することができる。なお、３次元情報を取得するためのセンサ構成はこれに限定されず、例えば、マイクロソフト（登録商標）Ｋｉｎｅｃｔデバイスのようなデプスイメージャーを用いる場合には、このようなステレオ構成を採用する必要はない。

移動機構１２は、ロボット１０を作業環境内において移動させる移動手段の一例である。移動機構１２は、例えば、ロボット１０に取り付けられた車輪および車輪を駆動するモータを含む。なお、車輪の種類などは特に限定されない。また、移動機構１２は車輪に限定されず、ロボット１０は移動機構として脚を備えるものとしてもよい。即ち、移動機構１２としては、ロボット１０の本体を移動可能な周知の移動手段を採用することができる。

把持・操り機構１３は、ワーク（対象物）を把持し、その把持したワークを操る対象物把持手段の一例である。把持・操り機構１３は、例えば、ロボット１０に取り付けられるアームと、アームの先端部取り付けられてワークを把持するハンドと、を含む。なお、アームの構成は双腕としても単腕としてもよい。また、ハンドの構成は、グリッパとしても複雑なロボットハンドとしてもよい。把持・操り機構１３は、アームおよびハンドを含む構成に限定されず、ワークを把持可能な十分な自由度および可動域を備えた周知の把持手段を採用することができる。

通信モジュール１４は、作業に関する情報を受信する通信手段の一例である。通信モジュール１４は、例えば、自動車の組み立てラインにおいて流れてくる製品情報（車両情報）を受信する。また、通信モジュール１４は、ロボット１０が異常を発見した場合に、異常の発生を緊急通報するための送信機能を備えるものとしてもよい。

発声デバイス１５は、異常発生情報を作業者に通知する異常通知手段の一例である。発声デバイス１５は、例えば、ロボット１０自身の作業が遅れていることなどの情報を、作業者に直接通知する表現手段である。発声デバイス１５は、スピーカから異常内容を発話する、または、作業者が内容を区別可能なブザー音を発生するものとしてもよい。なお、異常通知手段はこれに限定されず、多段階に表可能な表示灯が設備に設けられており、作業者はその表示変化に容易に気づくことができる場合には、異常通知手段は、その表示灯の表示を変化させるように構成してもよい。

図２は、ロボット制御装置の概略構成の一例を示す。
ロボット制御装置２０は、人認識ロジック２１および制御器２２を含む。
人認識ロジック２１は、作業者の存在を認識する認識ロジックである。外界センサ１１および人認識ロジック２１は、作業者の状態情報の一例としての、作業者の位置情報および姿勢情報を取得する。人認識ロジック２１は、外界センサ１１の検出情報から、作業環境における作業者の位置情報および姿勢情報を取得する。人認識ロジック２１は、作業環境における作業者の位置情報について、その大まかな姿勢を取得可能であればよい。また、作業者の位置情報は凡その作業位置が特定可能であればよい。また、作業者の姿勢は、例えば、立居、屈み、着席、伏臥位などのいずれの姿勢であるかを特定可能であるとよい。

制御器２２は、予め定められた所定作業工程の順序に従って、予め定められた所定行動を生成する。制御器２２は、生成した行動を実現するように、ロボット１０に対して動作指令信号を出力する。制御器２２は、通常作業時においては、現在の作業を継続すべく、外界センサ１１の検出値に基づき作業の目標値を生成する。制御器２２は、作業の遅れや進みを認識した場合には、同期を取るための行動を生成する。なお、同期を取るための行動の詳細については後述する。

なお、制御器２２は、例えば、演算処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵによって実行される演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、処理データ等を一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、を有するマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。また、これらＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭは、データバス等によって相互に接続されている。

図３は、ロボット制御装置２０によるロボット制御方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。
まず、外界センサ１１は、作業環境の３次元情報を取得する（Ｓ１０１）。そして、人認識ロジック２１は、外界センサ１１の検出情報から、作業環境における作業者の位置および姿勢を取得する（Ｓ１０２）。

制御器２２は、ロボット１０の現作業工程に対応した作業位置と、取得した作業者の作業位置とを比較し、一致するか否かを判定する（Ｓ１０３）。制御器２２は、Ｓ１０３における比較の結果、一致した場合には、ロボット１０と作業者の作業は同期が取れているものとして、現在の作業を継続すべく、外界センサ１１の検出値に基づき作業の目標値を生成する（Ｓ１０８）。

一方、制御器２２は、Ｓ１０３における比較の結果、一致しなかった場合には、ロボット１０と作業者の作業は同期が取れていないものとして、ロボット１０の作業が、作業者の作業に対して遅れが発生しているか否かを更に判定する（Ｓ１０４）。

制御器２２は、判定の結果、ロボット１０の作業位置が、作業者の作業位置に対して遅れが発生していた場合には、ロボット１０の作業が作業者の作業に追いついて作業の同期が取れるように、ロボット１０の作業速度を上昇させる目標値を生成する（Ｓ１０５）。他方で、制御器２２は、判定の結果、ロボット１０の作業位置が、作業者の作業位置に対して遅れが発生していなかった場合には、ロボット１０の作業が作業者の作業に対して進みが発生しているものとして、作業者の作業がロボット１０の作業に追いついて作業の同期が取れるように、ロボット１０の作業速度を減少させる目標値を生成する（Ｓ１０５）。

制御器２２は、生成した目標値に応じて、ロボット１０の各デバイス（外界センサ１１、移動機構１２、把持・操り機構１３など）を制御する。

このようにして、ロボット１０は、作業者の作業の状態に対して自身の作業の遅れや進みが発生しているか否かを確認し、遅れや進みが発生していた場合には、作業の同期を取るための行動を自律的に生成する。

以下、図４〜図６を参照して、上述したＳ１０３における同期判定処理と、Ｓ１０４〜Ｓ１０６における同期がとれていない場合における処理と、をより具体的に説明する。

図４は、作業環境における作業者およびロボット１０の立ち位置の関係を示す。同図に、作業者およびロボット１０の作業導線を示す。正常な通常の作業工程において、作業者は車両の左側を、ロボット１０は車両の右側をそれぞれ移動する。両者は、同一の番号により示すそれぞれの位置において同期して作業を行い、車両後方へと向かって順に移動していく。

ロボット１０および作業者が共同して作業する一連の作業は、複数の作業工程から構成される。ロボット１０は、各作業工程に対応した自身の各作業位置と、それら作業工程における作業者の各位置および姿勢と、を対応付けて予め記録している。例えば、図５の表に示すように、ロボット１０は、自身の作業工程および作業位置に加えて、各作業工程において作業者がどの位置においてどのような姿勢を取っているのかを対応付けて予め記録している。

また、ロボット１０は、ロボット１０の各作業位置と、作業者の作業位置および姿勢と、ロボット１０の各作業位置と作業者の作業位置とが所定の相対的な位置関係にある場合にロボット１０が同期を取るために起こす行動と、を対応付けて予め記録している。例えば、図６の表に示すように、ロボット１０が図４の番号３の作業位置である場合に、作業者の位置と、そのロボット１０の作業位置と作業者の位置との相対的な位置関係に応じてロボット１０が同期を取るために起こす行動と、を対応付けて予め記録している。

ロボット１０は、各作業工程において、外界センサ１１により取得した画像情報に基づいて作業者の位置や姿勢を認識する。そして、ロボット１０は、図５に示した表を参照して、ロボット１０の現作業工程に対応した作業位置と、取得した作業者の作業位置とを比較し、一致するか否かを判定する。ロボット１０は、ロボット１０および作業者の作業位置が一致しない場合に、自身の作業の遅れや進みを確認し、図６に示した表を参照して、同期を取るための行動を自律的に起こす。

なお、制御器２２は、ロボット１０および作業者の作業位置を比較した結果、図６に示すように、記憶されたいずれの作業位置にも作業者が存在しない場合、あるいは、作業者が不在である場合などには、作業者に対してアラームを発する、または、ロボット１０の管理者に対してアラームを発するなどの行動を起こすようにしてもよい。このような例外的な処理を加えることで、不慮の事態への対応が可能となる。

また、上述した例では、各作業工程において作業者の位置が異なるものとして、ロボット１０および作業者１０の作業位置の不一致に基づいて、図６に示した表を参照して、位置情報のみによりロボット１０の作業の遅れ進みを判断するものとして説明したが、本発明はこれに限定されない。作業工程において、作業者の位置は同一であるが作業姿勢のみが異なる場合においては、図５に示した表中の作業者の作業姿勢情報を用いて、ロボット１０の作業の遅れ進みを判断することが可能である。即ち、作業者の状態として、作業者位置情報のみを使用してもよいし、作業者姿勢情報のみを使用してもよいし、作業者位置情報および作業者姿勢情報を組み合わせて使用してもよい。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述した実施の形態では、外界センサ１１の一例としてＣＣＤカメラを用いる場合を例に説明したが、外界センサ１１は、作業者の存在を認識可能で、かつ、上述した程度の精度により作業者の状態情報の取得が可能な構成であれば、任意のセンサ（例えば、赤外線センサなど）に置き換えが可能である。

また、外界センサ１１は、ロボット１０に搭載するものとしてもよいし、ロボット１０の外部に設置するものとしてもよい。例えば、外界センサ１１を、対象作業工程を俯瞰する位置に設置するものとしてもよい。このような構成により、俯瞰位置から作業者の導線を観察することができ、オクリュージョンによる作業者の認識率の低下を格段に軽減することができる。

また、人認識ロジック２１は、認識した作業者の状態情報から、想定外の場所において作業者が動かない場合、または、作業者が「倒れている」ことなどを検出した場合には、作業者に異変が発生したとして異変を通報するように構成してもよい。これにより、作業者の異変発生時における非常時対応が可能となる。

また、上述した実施の形態では、ロボット１０は、作業者と同期して作業を行う場合を例に説明したが、巡回、警備を目的とするサービスを提供するロボット１０としても利用可能である。この場合、ロボット１０は、工場内の異常事態を発見・通報するシステムとしても利用可能である。即ち、日頃は作業工程に従って作業者と同期を取って作業する作業用ロボット１０として利用されるが、同時に、工場の各所での出来事をモニターする役割を備えることができる。例えば、赤外線センサをロボット１０に搭載し、異常に大きな赤外線発生源を検知した場合には、火災の可能性があると判断してアラームを発するように構成する。これにより、異常発生時における早期対処が可能になる。

１０ ロボット、
１１ 外界センサ、
１２ 移動機構、
１３ 把持・操り機構、
１４ 通信モジュール、
１５ 発声デバイス、
２０ ロボット制御装置、
２１ 人認識ロジック、
２２ 制御器

Claims (6)

1. 複数の作業工程から構成される一連の作業を作業者と同期して作業するロボットのロボット制御装置であって、
   前記作業者の状態情報を取得する作業者状態情報取得手段と、
   予め記録されている前記ロボットの現作業工程に対応した状態と、前記取得した作業者の状態とを比較し、前記ロボットの現作業工程に対応した状態と、前記取得した作業者の状態とが一致しない場合に、同期を取るための行動を前記ロボットに指示する制御手段と、
   を備え、
   前記作業者の状態情報は、前記作業者の作業姿勢情報を含むロボット制御装置。
2. 複数の作業工程から構成される一連の作業を作業者と同期して作業するロボットのロボット制御装置であって、
   前記作業者の状態情報を取得する作業者状態情報取得手段と、
   予め記録されている前記ロボットの現作業工程に対応した状態と、前記取得した作業者の状態とを比較し、前記ロボットの現作業工程に対応した状態と、前記取得した作業者の状態とが一致しない場合に、同期を取るための行動を前記ロボットに指示する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記比較の結果、前記ロボットの現作業工程に対応した状態と、前記取得した作業者の状態とが一致しておらず、前記ロボットの現作業工程に対応した状態が、前記取得した作業者の状態に対して遅れが発生していた場合には、前記同期を取るための行動として、前記ロボットの作業が前記作業者の作業に追いついて作業の同期が取れるように前記ロボットの作業速度を上昇させる目標値を生成して、前記ロボットに指示するロボット制御装置。
3. 複数の作業工程から構成される一連の作業を作業者と同期して作業するロボットのロボット制御装置であって、
   前記作業者の状態情報を取得する作業者状態情報取得手段と、
   予め記録されている前記ロボットの現作業工程に対応した状態と、前記取得した作業者の状態とを比較し、前記ロボットの現作業工程に対応した状態と、前記取得した作業者の状態とが一致しない場合に、同期を取るための行動を前記ロボットに指示する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記比較の結果、前記ロボットの現作業工程に対応した状態と、前記取得した作業者の状態とが一致しておらず、前記ロボットの現作業工程に対応した状態が、前記取得した作業者の状態に対して進みが発生していた場合には、前記同期を取るための行動として、前記作業者の作業が前記ロボットの作業に追いついて作業の同期が取れるように前記ロボットの作業速度を減少させる目標値を生成して、前記ロボットに指示するロボット制御装置。
4. 前記作業者の状態情報は、前記作業者の作業位置情報を含む、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のロボット制御装置。
5. 複数の作業工程から構成される一連の作業を作業者と同期して作業するロボットのロボット制御方法であって、
   前記作業者の状態情報を取得する作業者状態情報取得ステップと、
   予め記録されている前記ロボットの現作業工程に対応した状態と、前記取得した作業者の状態とを比較する比較ステップと、
   前記比較の結果、前記ロボットの現作業工程に対応した状態と、前記取得した作業者の状態とが一致しない場合に、同期を取るための行動を前記ロボットに指示する制御ステップと、
   を備え、
   前記作業者の状態情報は、前記作業者の作業姿勢情報を含むロボット制御方法。
6. 複数の作業工程から構成される一連の作業を作業者と同期して作業するロボットであって、
   前記作業者の状態情報を取得する作業者状態情報取得手段と、
   予め記録されている前記ロボットの現作業工程に対応した状態と、前記取得した作業者の状態とを比較し、前記ロボットの現作業工程に対応した状態と、前記取得した作業者の状態とが一致しない場合に、同期を取るための行動を前記ロボットに指示する制御手段と、
   を備え、
   前記作業者の状態情報は、前記作業者の作業姿勢情報を含むロボット。

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