JP7156397B2

JP7156397B2 - 制御装置

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Description

本発明は、ロボットのアームを構成する各関節の駆動を制御する制御装置に関する。

作業者がロボットと協働して作業を行っている時、アームが作業者に接触することにより事故が発生する可能性がある。このような事故を防止する方法として、作業者がロボットに接近した時にロボットの動作を減速させる、又は停止させる方法が提案されている（下記の特許文献１を参照）。

特開２０１０－１８８４５８号公報

しかしながら、作業者がロボットに接近するたびに、ロボットの動作を減速又は停止させると、作業効率が悪化し、生産性が大きく低下するおそれがある。

本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであり、作業者とロボットとが接近する状況になったときに、生産性を大きく低下させることなく、作業者の安全性を確保できるようにすることを目的とする。

本発明の一局面に係る制御装置は、複数の関節を有し、一方端がベースに支持され、三次元空間を自在に移動可能なアームと、前記複数の関節それぞれに設けられた、前記関節を駆動する駆動部と、を備えるロボットの動作を制御する制御装置であって、前記アームの行動計画を生成する行動計画部と、前記行動計画部により生成された行動計画に従って、前記駆動部の駆動を制御する制御部と、前記ロボットの作業環境を監視する監視部から得られる作業環境情報に基づいて、前記アームの可動範囲への侵入者を検出する検出部と、前記検出部が前記可動範囲への前記侵入者を検出した場合、前記アームが前記侵入者に接触しない範囲に、前記アームの行動禁止範囲を設定して、前記アームの行動を制限する制限部と、を備え、前記行動計画部は、前記制限部により前記行動禁止範囲が設定された場合には、前記行動禁止範囲で前記アームが行動しない計画に、行動計画を生成し直し、前記制御部は、前記行動計画部が生成し直した行動計画に従って、前記駆動部の駆動を制御する。

本発明によれば、アームの可動範囲へ人間が侵入すると、行動禁止範囲が設定され、アームの行動が制限されるので、人間とアームとの接触事故を防止することができる。また、従来のように、アームの動作を減速や停止させることはないので、生産性が大きく低下するのを回避することが可能となる。従って、生産性を大きく低下させることなく、作業者の安全性を確保することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る制御装置を含んで構成されるロボット制御システムの主要内部構成を概略的に示す機能ブロック図である。制御の対象となるロボットを模式的に示す外観図である。アームの可動範囲を説明するための説明図である。アームの行動禁止範囲を説明するための説明図である。第１実施形態に係る制御装置の制御ユニットで行われる処理動作の一例を示すフローチャートである。行動禁止範囲が段階的に切り替えられることを説明するための説明図である。行動禁止範囲が段階的に切り替えられることを説明するための説明図である。第２実施形態に係る制御装置の制御ユニットで行われる処理動作の一例を示すフローチャートである。第３実施形態に係る制御装置を含んで構成されるロボット制御システムの主要内部構成を概略的に示す機能ブロック図である。第４実施形態に係る制御装置を含んで構成されるロボット制御システムの主要内部構成を概略的に示す機能ブロック図である。

以下、本発明の一実施形態に係る制御装置について図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る制御装置を含んで構成されるロボット制御システムの主要内部構成を概略的に示す機能ブロック図である。図２は、制御の対象となるロボットを模式的に示す外観図である。

ロボット制御システム１は、ロボット１０と、ロボット１０の動作を制御する制御装置２０と、を含んで構成される。

ロボット１０は、図２に示すように、人間の腕と同様の運動機能を持つマニピュレーターで、三次元空間を自在に移動可能なアーム（ロボットアーム）１１を備え、アーム１１の一方端はベース（土台）１４に支持されている。アーム１１は、複数の関節１２Ａ乃至１２Ｄ（以降、まとめて「関節１２」とも称す）と、関節１２どうしをつなぐリンク１３Ａ乃至１３Ｃとを有する。

また、アーム１１は、その先端部１５にエンドエフェクターが着脱交換可能に構成されている。図２中では、エンドエフェクターとして、対向して配置された２つの指部３１Ａ，３１Ｂを有するハンド３１が取り付けられている。ハンド３１は、例えば、把持対象物であるワークを掴んで（ピッキング動作）、掴んだワークを任意の場所まで運ぶこと（プレース動作）に使用される。また、ハンド３１には、指部３１Ａ，３１Ｂを駆動するハンド駆動部３１Ｃが内蔵されている。

ロボット１０は、関節１２それぞれに設けられた、関節１２を駆動する駆動部（関節駆動部）１６Ａ乃至１６Ｄ（以降、まとめて「駆動部１６」とも称す）と、関節１２それぞれに設けられた、関節１２の回転角を検出する関節角検出部１７Ａ乃至１７Ｄ（以降、まとめて「関節角検出部１７」とも称す）と、を備える。また、ロボット１０の上方には、ロボット１０の作業環境を監視するカメラ３２が設置されている。なお、駆動部１６、及び関節角検出部１７としてはそれぞれ、例えば、モーター、エンコーダーが挙げられる。また、カメラ３２は、特許請求の範囲における監視部の一例である。

アーム１１の先端部１５の位置は、関節１２Ａ乃至１２Ｄすべての角度から割り出すことができる。そのため、関節角検出部１７は、アーム１１の先端部１５の位置を検出する位置検出部としての役割を果たす。なお、ロボット１０の全体を撮影するカメラ３２を、上記位置検出部として利用することも可能である。

制御装置２０は、制御ユニット２１と、操作部２２と、表示部２３と、記憶部２４と、外部インターフェイス部（外部Ｉ／Ｆ）２５と、を備える。

操作部２２は、キーボードやマウス等から構成され、制御ユニット２１にコマンドや文字を入力したり、表示部２３における画面上のポインターを操作したりする。表示部２３は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や有機ＥＬ（ＯＬＥＤ：Organic Light-Emitting Diode）ディスプレイなどの表示装置であり、制御ユニット２１からの応答やデータ結果を表示する。操作部２２は、例えば、アーム１１に行わせる作業の指示入力に用いられ、アーム１１の先端部１５の目標到達位置（例えば、ワークを掴む位置や、掴んだワークを運んで放す位置）などの指示入力に用いられる。ワークを掴む位置は、ピッキング動作の終点となり、ワークを放す位置は、プレース動作の終点になる。

記憶部２４は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの記憶装置であり、制御装置２０の動作に必要なプログラムやデータを記憶し、行動計画記憶部２４１を含む。行動計画記憶部２４１に記憶されるのは、後述する行動計画部２１２で生成されるアーム１１の行動計画である。

外部インターフェイス部２５は、外部装置と接続するためのもので、制御装置２０は、外部インターフェイス部２５を介して、ロボット１０を構成する駆動部１６及び関節角検出部１７と、カメラ３２と接続され、更に、ロボット１０を介して、ハンド駆動部３１Ｃと接続されている。

制御ユニット２１は、プロセッサー、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び専用のハードウェア回路を含んで構成される。プロセッサーは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）等である。制御ユニット２１は、制御部２１１と、行動計画部２１２と、検出部２１４と、制限部２１５と、を備えている。

制御ユニット２１は、記憶部２４に記憶されている制御プログラムに従った上記プロセッサーによる動作により、制御部２１１、行動計画部２１２、検出部２１４、及び制限部２１５として機能する。但し、制御ユニット２１等の上記の各構成は、制御ユニット２１による制御プログラムに基づく動作によらず、それぞれハードウェア回路により構成することも可能である。以下、特に触れない限り、各実施形態について同様である。

制御部２１１は、制御装置２０の全体的な動作制御を司る。制御部２１１は、操作部２２、表示部２３、記憶部２４、及び外部インターフェイス部２５と接続されており、接続されている上記各構成の動作制御や、各構成との間での信号またはデータの送受信を行う。

行動計画部２１２は、操作部２２を介してユーザーによって指示された作業を実現する計画として、アーム１１の行動計画を生成する。例えば、行動計画部２１２は、アーム１１の先端部１５の目標軌道や、目標軌道上の作業点、作業点での作業内容等を生成する。なお、目標軌道の生成には、ＲＲＴ（Rapidly exploring random tree）など、種々の生成アルゴリズムを適用することができる。

制御部２１１は、更に、行動計画部２１２により生成された行動計画に従って、駆動部１６の駆動を制御する。例えば、制御部２１１は、行動計画部２１２により生成された目標軌道（例えば、目標位置）と、アーム１１の先端部１５の位置とに基づいて、当該先端部１５を目標軌道に追従させるように、駆動部１６の駆動を制御する。なお、アーム１１の先端部１５の位置は、関節角検出部１７により検出されるすべての角度から割り出すことができる。

検出部２１４は、カメラ３２から得られる作業環境情報に基づいて、アーム１１の可動範囲Ｅ１（図３を参照）への侵入者を検出する。例えば、検出部２１４は、カメラ３２が撮影することによって得られた画像データを解析して、アーム１１以外の動く物体を、侵入者として検出する。また、検出部２１４は、カメラ３２から得られる作業環境情報に基づいて、可動範囲Ｅ１からの侵入者の退出や、侵入者の移動の有無を検出すること、侵入者の存在位置を検出することが可能である。

図３は、アーム１１の可動範囲Ｅ１を説明するための説明図である。アーム１１の可動範囲Ｅ１は、アーム１１を水平に延ばしたときの、ベース１４に支持されるアーム１１の一方端を通る鉛直軸ＶＡからエンドエフェクターであるハンド３１の先端までの範囲である。また、距離Ｄ１は、鉛直軸ＶＡから可動範囲Ｅ１の境界線までの距離を示している。

制限部２１５は、検出部２１４が可動範囲Ｅ１への侵入者を検出した場合、アーム１１が侵入者に接触しない範囲に、アーム１１の行動禁止範囲Ｅ２（図４を参照）を設定して、アーム１１の行動を制限する。

図４は、アーム１１の行動禁止範囲Ｅ２を説明するための説明図である。行動禁止範囲Ｅ２（図中斜線部）は、アーム１１が可動範囲Ｅ１へ侵入した侵入者Ｐに接触しないように、可動範囲Ｅ１の一部（侵入者Ｐの存在位置及びその周辺）を含む。また、距離Ｄ２は、鉛直軸ＶＡから行動禁止範囲Ｅ２の境界線までの距離を示し、距離Ｄ２は距離Ｄ１よりも短い。

制限部２１５により行動禁止範囲Ｅ２が設定されると、行動計画部２１２は、行動禁止範囲Ｅ２でアーム１１が行動しない計画に、行動計画を生成し直す。そして、制御部２１１は、行動計画部２１２が生成し直した行動計画に従って、駆動部１６の駆動を制御する。

次に、第１実施形態に係る制御装置２０における制御ユニット２１で行われる処理動作の一例について、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。例えば、上記処理動作は、ピッキングアンドプレース等の作業を繰り返す場合に行われる処理動作である。

制御部２１１が、行動計画部２１２により生成された行動計画に従って、駆動部１６の駆動制御を行い、ユーザーによって指示された作業を開始すると（Ｓ１）、制御部２１１は、検出部２１４が可動範囲Ｅ１への侵入者Ｐを検出したか否かを判断する（Ｓ２）。

制御部２１１が、検出部２１４が可動範囲Ｅ１への侵入者Ｐを検出したと判断した場合（Ｓ２でＹＥＳ）、制限部２１５は、アーム１１の行動禁止範囲Ｅ２を設定し、アーム１１の行動を制限し（Ｓ３）、行動計画部２１２は、行動禁止範囲Ｅ２でアーム１１が行動しない計画に、上記作業を実現するための行動計画を生成し直す（Ｓ４）。その際、行動計画部２１２は、元の行動計画を行動計画記憶部２４１に保存する。なお、行動禁止範囲Ｅ２の設定方法としては、例えば、以下の３つが挙げられる。

１．検出部２１４が、可動範囲Ｅ１への侵入者Ｐを検出すると、制限部２１５が、予め定められた行動禁止範囲Ｅ２を設定する。

２．鉛直軸ＶＡから侵入者Ｐまでの距離Ｄ３（図６Ａ及び図６Ｂを参照）に応じた、行動禁止範囲Ｅ２を予め複数用意しておき、検出部２１４が、鉛直軸ＶＡから侵入者Ｐまでの距離Ｄ３を検出し、制限部２１５が、距離Ｄ３に応じて、行動禁止範囲Ｅ２を決定して設定する。すなわち、行動禁止範囲Ｅ２は、距離Ｄ３に応じて段階的に切り替わる。

図６Ａ及び図６Ｂはそれぞれ、行動禁止範囲Ｅ２が段階的に切り替えられることを説明するための説明図である。鉛直軸ＶＡから侵入者Ｐまでの距離Ｄ３が距離Ｄ３１の時には、図６Ａに示すように、行動禁止範囲Ｅ２は、鉛直軸ＶＡから距離Ｄ２１離れた行動禁止範囲Ｅ２１となり、鉛直軸ＶＡから侵入者Ｐまでの距離Ｄ３が距離Ｄ３２（＜Ｄ３１）の時には、図６Ｂに示すように、行動禁止範囲Ｅ２は、鉛直軸ＶＡから距離Ｄ２２（＜Ｄ２１）離れた行動禁止範囲Ｅ２２となり、アーム１１の行動が許可される範囲が狭くなる。

３．検出部２１４が、侵入者Ｐの存在位置を検出し、制限部２１５が、侵入者Ｐの存在位置及びその周辺を、行動禁止範囲Ｅ２に決定して設定する。

なお、ここでは制限部２１５が行動禁止範囲Ｅ２を設定する場合について説明しているが、鉛直軸ＶＡから侵入者Ｐまでの距離Ｄ３が予め定められた閾値以下になると（すなわち、侵入者Ｐがアーム１１に接近し過ぎた場合には）、制御部２１１が、アーム１１の動作を停止させてもよい。

続いて、制御部２１１は、行動計画部２１２が生成し直した行動計画に従って、駆動部１６の駆動制御を行い、上記作業を実行し（Ｓ５）、その後、制御部２１１は、検出部２１４が可動範囲Ｅ１からの侵入者Ｐの退出を検出したか否かを判断する（Ｓ６）。

制御部２１１が、検出部２１４が可動範囲Ｅ１からの侵入者Ｐの退出を検出したと判断した場合（Ｓ６でＹＥＳ）、制限部２１５は、アーム１１の行動禁止範囲Ｅ２の設定を解除し（Ｓ７）、制御部２１１は、行動計画記憶部２４１に記憶されている元の行動計画に従って、駆動部１６の駆動制御を行い、上記作業を実行し（Ｓ８）、その後、処理はＳ２に戻る。

一方、制御部２１１が、検出部２１４が可動範囲Ｅ１からの侵入者Ｐの退出を検出していないと判断した場合（Ｓ６でＮＯ）、制御部２１１は、上記作業の全てが完了したか否かを判断する（Ｓ９）。例えば、予定されていた回数のピッキングアンドプレースが終了した場合や、把持対象物が無くなった場合、制御部２１１は、作業の全てが完了したと判断する。なお、把持対象物が無くなったか否かは、カメラ３２からの画像データを解析することによって判断することが可能である。

制御部２１１が、上記作業の全てが完了したと判断した場合（Ｓ９でＹＥＳ）、この処理動作を終了し、制御部２１１が、上記作業の全ては完了していないと判断した場合（Ｓ９でＮＯ）、処理はＳ６に戻る。

また、Ｓ２において、制御部２１１が、検出部２１４が可動範囲Ｅ１への侵入者Ｐを検出していないと判断した場合（Ｓ２でＮＯ）、制御部２１１は、上記作業の全てが完了したか否かを判断し（Ｓ１０）、制御部２１１が、上記作業の全てが完了したと判断した場合（Ｓ１０でＹＥＳ）、この処理動作を終了し、制御部２１１が、上記作業の全ては完了していないと判断した場合（Ｓ１０でＮＯ）、処理はＳ２に戻る。

上記第１実施形態によれば、アーム１１の可動範囲Ｅ１へ人間が侵入すると、行動禁止範囲Ｅ２が設定され、アーム１１の行動が制限されるので、人間とアーム１１との接触事故を防止することができる。また、従来のように、アーム１１の動作を減速や停止させるのではないので、生産性が大きく低下するのを回避することが可能となる。従って、生産性を大きく低下させることなく、作業者の安全性を確保ことが可能である。

また、アーム１１の行動を制限する際には、その旨を侵入者Ｐへ通知するのが好ましい。例えば、スピーカーを設け、行動禁止範囲Ｅ２を設定する前に、制御部２１１がスピーカーから「危険領域に作業者がいるので、ロボットの行動範囲を制限します」といった案内や「ロボットの行動範囲を制限します。都合が悪ければ、後ろに下がってください」といった案内を流す。

次に、第２実施形態に係る制御装置２０における制御ユニット２１で行われる処理動作の一例について、図７に示すフローチャートに基づいて説明する。例えば、上記処理動作は、ピッキングアンドプレース等の作業を繰り返す場合に行われる処理動作である。

制御部２１１が、行動計画部２１２により生成された行動計画に従って、駆動部１６の駆動制御を行い、ユーザーによって指示された作業を開始すると（Ｓ１１）、制御部２１１は、検出部２１４が可動範囲Ｅ１への侵入者Ｐを検出したか否かを判断する（Ｓ１２）。

制御部２１１が、検出部２１４が可動範囲Ｅ１への侵入者Ｐを検出したと判断した場合（Ｓ１２でＹＥＳ）、制御部２１１は、アーム１１の動作を一旦停止させる（Ｓ１３）。

続いて、制御部２１１は、検出部２１４が侵入者Ｐの停止を検出したか否かを判断する（Ｓ１４）。例えば、検出部２１４は、予め定められた時間継続して、侵入者Ｐの動く範囲が微小である場合、侵入者Ｐは停止していると判定する。

制御部２１１が、検出部２１４が侵入者Ｐの停止を検出したと判断した場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、制限部２１５は、検出部２１４が検出した侵入者Ｐの存在位置（すなわち、侵入者Ｐの停止位置）に基づいて、行動禁止範囲Ｅ２を決定して設定し、アーム１１の行動を制限し（Ｓ１５）、行動計画部２１２は、行動禁止範囲Ｅ２でアーム１１が行動しない計画に、上記作業を実行するための行動計画をし直す（Ｓ１６）。その際、行動計画部２１２は、元の行動計画を行動計画記憶部２４１に保存する。

続いて、制御部２１１は、行動計画部２１２が生成し直した行動計画に従って、駆動部１６の駆動制御を行い、上記作業を再開し（Ｓ１７）、その後、制御部２１１は、検出部２１４が侵入者Ｐの移動を検出したか否かを判断する（Ｓ１８）。

制御部２１１が、検出部２１４が侵入者Ｐの移動を検出したと判断した場合（Ｓ１８でＹＥＳ）、制御部２１１は、アーム１１の動作を一旦停止させ（Ｓ１９）、その後、制御部２１１は、検出部２１４が侵入者Ｐの停止を検出したか否かを判断する（Ｓ２０）。

制御部２１１が、検出部２１４が侵入者Ｐの停止を検出したと判断した場合（Ｓ２０でＹＥＳ）、処理はＳ１５に移り、制限部２１５は、検出部２１４が検出した侵入者Ｐの存在位置（停止位置）に基づいて、行動禁止範囲Ｅ２を決定して設定し（Ｓ１５）、アーム１１の行動を制限する。

一方、制御部２１１は、検出部２１４が侵入者Ｐの停止を検出していないと判断した場合（Ｓ２０でＮＯ）、検出部２１４が可動範囲Ｅ１からの侵入者Ｐの退出を検出したか否かを判断する（Ｓ２１）。

そして、制御部２１１は、検出部２１４が可動範囲Ｅ１からの侵入者Ｐの退出を検出したと判断した場合（Ｓ２１でＹＥＳ）、アーム１１の動作が一連の作業の途中であるか否かを判断する（Ｓ２２）。

例えば、ピッキングアンドプレースの作業が繰り返し行われている場合であれば、１回分のピッキングアンドプレースの動作中のとき、制御部２１１は、アーム１１の動作が一連の作業の途中であると判断する。

制御部２１１が、アーム１１の動作が一連の作業の途中でないと判断した場合（Ｓ２２でＮＯ）、制限部２１５は、アーム１１の行動禁止範囲Ｅ２の設定を解除し（Ｓ２３）、制御部２１１は、行動計画記憶部２４１に記憶されている元の行動計画に従って、駆動部１６の駆動制御を行い、上記作業を再開し（Ｓ２４）、その後、処理はＳ１２に戻る。

一方、制御部２１１が、アーム１１の動作が一連の作業の途中であると判断した場合（Ｓ２２でＹＥＳ）には、一連の作業が終了してから（Ｓ２２でＮＯ）、制限部２１５は、アーム１１の行動禁止範囲Ｅ２の設定を解除する（Ｓ２３）。

また、Ｓ２１において、制御部２１１が、検出部２１４が可動範囲Ｅ１からの侵入者Ｐの退出を検出していないと判断した場合（Ｓ２１でＮＯ）、処理はＳ２０に戻る。

また、Ｓ１８において、制御部２１１が、検出部２１４が侵入者Ｐの移動を検出していないと判断した場合（Ｓ１８でＮＯ）、制御部２１１は、上記作業の全てが完了したか否かを判断し（Ｓ２５）、制御部２１１が、上記作業の全てが完了したと判断した場合（Ｓ２５でＹＥＳ）、この処理動作を終了し、制御部２１１が、上記作業の全ては完了していないと判断した場合（Ｓ２５でＮＯ）、処理はＳ１８に戻る。

また、Ｓ１４において、制御部２１１が、検出部２１４が侵入者Ｐの停止を検出していないと判断した場合（Ｓ１４でＮＯ）、制御部２１１は、検出部２１４が可動範囲Ｅ１からの侵入者Ｐの退出を検出したか否かを判断する（Ｓ２６）。

制御部２１１が、検出部２１４が可動範囲Ｅ１からの侵入者Ｐの退出を検出したと判断した場合（Ｓ２６でＹＥＳ）、制御部２１１は、上記作業を再開し（Ｓ２７）、その後、処理はＳ１２に戻る。

一方、制御部２１１が、検出部２１４が可動範囲Ｅ１からの侵入者Ｐの退出を検出していないと判断した場合（Ｓ２６でＮＯ）、処理はＳ１４に戻る。

また、Ｓ１２において、制御部２１１が、検出部２１４が可動範囲Ｅ１への侵入者Ｐを検出していないと判断した場合（Ｓ１２でＮＯ）、制御部２１１は、上記作業の全てが完了したか否かを判断し（Ｓ２８）、制御部２１１が、上記作業の全てが完了したと判断した場合（Ｓ２８でＹＥＳ）、この処理動作を終了し、制御部２１１が、上記作業の全ては完了していないと判断した場合（Ｓ２８でＮＯ）、処理はＳ１２に戻る。

上記第２実施形態によれば、アーム１１の可動範囲Ｅ１へ人間が侵入すると、まずはアーム１１の動作を停止させるので、作業者の安全性をより確実に確保することが可能である。また、行動禁止範囲Ｅ２は侵入者Ｐの停止位置に基づいて決定されるので、行動禁止範囲Ｅ２を極力小さくすることができ、作業者の安全を確保しつつ、生産性の低下を最小限に抑えることが可能となる。

また、ここでは可動範囲Ｅ１へ人間が侵入すると、制御部２１１が、アーム１１の動作を停止させる場合について説明しているが、別の実施形態では、制御部２１１が、アーム１１の動作速度を落とすようにしてもよい。

また、更に別の実施形態では、検出部２１４は、カメラ３２から得られる作業環境情報に基づいて、可動範囲Ｅ１周辺の予め定められた注意領域への人間の侵入を検出し、検出部２１４が上記注意領域への人間の侵入を検出した場合、制御部２１１が、アーム１１の動作速度を落とすようにしてもよい。例えば、検出部２１４が注意領域への人間の侵入を検出していないときのアーム１１の動作速度よりも遅い動作速度に落とす。

図８は、第３実施形態に係る制御装置を含んで構成されるロボット制御システムの主要内部構成を概略的に示す機能ブロック図である。上記第３実施形態に係る制御装置は、図１に示した制御装置と制御ユニット２１が算出部２１６を備える点で相違する。

算出部２１６は、検出部２１４が可動範囲Ｅ１への侵入者Ｐを検出した場合、この検出時点で実行中の行動計画と侵入者Ｐの存在位置とに基づいて、アーム１１と侵入者Ｐとの接触までの猶予時間Ｔを算出する。

制限部２１５は、算出部２１６が算出した猶予時間Ｔが予め定められた時間Ｔ１（例えば、５分）以下になると、行動禁止範囲Ｅ２を設定して、アーム１１の行動を制限するが、猶予時間Ｔが予め定められた時間Ｔ１以下になるまでは、アーム１１の行動を制限しない。すなわち、可動範囲Ｅ１へ人間が侵入したとしても、時間的猶予がある場合には、制限部２１５は、アーム１１の行動を制限しない。

上記第３実施形態によれば、猶予時間Ｔが予め定められた時間Ｔ１以下になるまでに、侵入者Ｐが可動範囲Ｅ１から退出すれば、アーム１１の行動は制限されないので、生産性の低下を防止することができる。

図９は、第４実施形態に係る制御装置を含んで構成されるロボット制御システムの主要内部構成を概略的に示す機能ブロック図である。上記第４実施形態に係る制御装置は、図１に示した制御装置と制御ユニット２１が判断部２１７及び変更部２１８を備える点で相違する。

判断部２１７は、検出部２１４が可動範囲Ｅ１への侵入者Ｐを検出した場合、この検出時点で実行中の行動計画と侵入者Ｐの存在位置とに基づいて、アーム１１と侵入者Ｐとの接触の可能性の有無を判断する。

制限部２１５は、判断部２１７がアーム１１と侵入者Ｐと接触の可能性が無いと判断した場合には、行動禁止範囲Ｅ２を設定しない。

更に、判断部２１７は、アーム１１と侵入者Ｐとの接触の可能性が有ると判断した場合、この判断時点で実行中の作業とは別の作業の行動計画と侵入者Ｐの存在位置とに基づいて、当該別の作業の行動計画を実行したときのアーム１１と侵入者Ｐとの接触の可能性の有無を判断する。なお、別の作業の行動計画については、事前に生成して、行動計画記憶部２４１に保存しておけばよい。

変更部２１８は、判断部２１７が別の行動計画を実行したときのアーム１１と侵入者Ｐとの接触する可能性は無いと判断した場合、実行する作業を上記別の作業に変更する。

制限部２１５は、変更部２１８が実行する作業を変更した場合には、行動禁止範囲Ｅ２を設定しない。

上記第４実施形態によれば、行動禁止範囲Ｅ２を設定しなくても、アーム１１と侵入者Ｐとの接触の可能性が無い場合には、アーム１１の行動は制限されない。一方、アーム１１と侵入者Ｐとの接触の可能性が有る場合には、上記接触の可能性の無い別の作業への変更が行われる。従って、作業者の安全性を確保しつつ、生産性の低下を防止することができる。

また、行動禁止範囲Ｅ２や当該行動禁止範囲Ｅ２を設定するタイミングを学習する学習部を更に備え、学習部が侵入者Ｐの行動パターン等を学習し、その学習結果に基づいて、行動禁止範囲Ｅ２や当該行動禁止範囲Ｅ２を設定するタイミングを適宜調整するようにしてもよい。

本発明は上記実施の形態の構成に限られず種々の変形が可能である。また、上記実施形態では、図１乃至図９を用いて上記実施形態により示した構成及び処理は、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明を当該構成及び処理に限定する趣旨ではない。

Claims

複数の関節を有し、一方端がベースに支持され、三次元空間を自在に移動可能なアームと、
前記複数の関節それぞれに設けられた、前記関節を駆動する駆動部と、を備えるロボットの動作を制御する制御装置であって、
前記アームの行動計画を生成する行動計画部と、
前記行動計画部により生成された行動計画に従って、前記駆動部の駆動を制御する制御部と、
前記ロボットの作業環境を監視する監視部から得られる作業環境情報に基づいて、前記アームの可動範囲への侵入者を検出する検出部と、
前記検出部が前記可動範囲への前記侵入者を検出した場合、前記アームが前記侵入者に接触しない範囲に、前記アームの行動禁止範囲を設定して、前記アームの行動を制限する制限部と、を備え、
前記行動計画部は、前記制限部により前記行動禁止範囲が設定された場合には、前記行動禁止範囲で前記アームが行動しない計画に、行動計画を生成し直し、
前記制御部は、前記行動計画部が生成し直した行動計画に従って、前記駆動部の駆動を制御し、
前記検出部は、前記一方端を通る鉛直軸から前記侵入者までの距離を検出し、
前記制限部は、前記距離に応じて、前記行動禁止範囲を決定して設定する制御装置。
前記制御部は、前記距離が予め定められた閾値以下である場合、前記アームの動作を停止させる請求項１に記載の制御装置。
複数の関節を有し、一方端がベースに支持され、三次元空間を自在に移動可能なアームと、
前記複数の関節それぞれに設けられた、前記関節を駆動する駆動部と、を備えるロボットの動作を制御する制御装置であって、
前記アームの行動計画を生成する行動計画部と、
前記行動計画部により生成された行動計画に従って、前記駆動部の駆動を制御する制御部と、
前記ロボットの作業環境を監視する監視部から得られる作業環境情報に基づいて、前記アームの可動範囲への侵入者を検出する検出部と、
前記検出部が前記可動範囲への前記侵入者を検出した場合、前記アームが前記侵入者に接触しない範囲に、前記アームの行動禁止範囲を設定して、前記アームの行動を制限する制限部と、を備え、
前記行動計画部は、前記制限部により前記行動禁止範囲が設定された場合には、前記行動禁止範囲で前記アームが行動しない計画に、行動計画を生成し直し、
前記制御部は、前記行動計画部が生成し直した行動計画に従って、前記駆動部の駆動を制御し、
更に、前記制御部は、前記検出部が前記可動範囲への前記侵入者を検出した場合、前記アームの動作を中断し、前記侵入者が停止すると、前記動作を再開し、
前記検出部は、前記侵入者の停止位置を検出し、
前記制限部は、前記検出部が検出した前記侵入者の停止位置に基づいて、前記行動禁止範囲を決定して設定する制御装置。
前記検出部は、前記可動範囲からの前記侵入者の退出を検出し、
前記制限部は、前記検出部が前記可動範囲からの前記侵入者の退出を検出した場合、前記行動禁止範囲の設定を解除するが、前記アームの動作が一連の作業の途中である場合には、当該一連の作業が終了してから、前記行動禁止範囲の設定を解除する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の制御装置。
複数の関節を有し、一方端がベースに支持され、三次元空間を自在に移動可能なアームと、
前記複数の関節それぞれに設けられた、前記関節を駆動する駆動部と、を備えるロボットの動作を制御する制御装置であって、
前記アームの行動計画を生成する行動計画部と、
前記行動計画部により生成された行動計画に従って、前記駆動部の駆動を制御する制御部と、
前記ロボットの作業環境を監視する監視部から得られる作業環境情報に基づいて、前記アームの可動範囲への侵入者を検出する検出部と、
前記検出部が前記可動範囲への前記侵入者を検出した場合、前記アームが前記侵入者に接触しない範囲に、前記アームの行動禁止範囲を設定して、前記アームの行動を制限する制限部と、を備え、
前記行動計画部は、前記制限部により前記行動禁止範囲が設定された場合には、前記行動禁止範囲で前記アームが行動しない計画に、行動計画を生成し直し、
前記制御部は、前記行動計画部が生成し直した行動計画に従って、前記駆動部の駆動を制御し、
前記検出部は、前記侵入者の存在位置を検出し、
前記検出部が前記可動範囲への前記侵入者を検出した場合、当該検出時点で実行中の行動計画と前記侵入者の存在位置とに基づいて、前記アームと前記侵入者との接触までの猶予時間を算出する算出部を更に備え、
前記制限部は、前記算出部が算出した前記猶予時間が予め定められた時間以下になると、前記行動禁止範囲を設定して、前記アームの行動を制限するが、前記猶予時間が前記予め定められた時間以下になるまでは、前記アームの行動を制限しない制御装置。
複数の関節を有し、一方端がベースに支持され、三次元空間を自在に移動可能なアームと、
前記複数の関節それぞれに設けられた、前記関節を駆動する駆動部と、を備えるロボットの動作を制御する制御装置であって、
前記アームの行動計画を生成する行動計画部と、
前記行動計画部により生成された行動計画に従って、前記駆動部の駆動を制御する制御部と、
前記ロボットの作業環境を監視する監視部から得られる作業環境情報に基づいて、前記アームの可動範囲への侵入者を検出する検出部と、
前記検出部が前記可動範囲への前記侵入者を検出した場合、前記アームが前記侵入者に接触しない範囲に、前記アームの行動禁止範囲を設定して、前記アームの行動を制限する制限部と、を備え、
前記行動計画部は、前記制限部により前記行動禁止範囲が設定された場合には、前記行動禁止範囲で前記アームが行動しない計画に、行動計画を生成し直し、
前記制御部は、前記行動計画部が生成し直した行動計画に従って、前記駆動部の駆動を制御し、
更に、前記検出部は、前記侵入者の存在位置を検出し、
前記検出部が前記可動範囲への前記侵入者を検出した場合、当該検出時点で実行中の行動計画と前記侵入者の存在位置とに基づいて、前記アームと前記侵入者との接触の可能性の有無を判断する判断部を更に備え、
前記制限部は、前記判断部が前記接触の可能性が無いと判断した場合には、前記行動禁止範囲を設定せず、
前記判断部は、前記接触の可能性が有ると判断すると、当該判断時点で実行中の作業とは別の作業の行動計画と前記侵入者の存在位置とに基づいて、前記別の作業の行動計画を実行したときの前記アームと前記侵入者との接触の可能性の有無を判断し、
前記判断部が前記別の行動計画を実行したときの前記アームと前記侵入者との接触する可能性は無いと判断した場合、実行する作業を前記別の作業に変更する変更部を更に備え、
前記制限部は、前記変更部が実行する作業を変更した場合には、前記行動禁止範囲を設定しない制御装置。
前記監視部はカメラであり、
前記検出部は、前記カメラが撮影することによって得られた画像データを解析して、前記アーム以外の動く物体を、前記侵入者として検出する請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の制御装置。
前記検出部は、更に、前記監視部から得られる作業環境情報に基づいて、前記アームの可動範囲の周辺の予め定められた注意領域への人間の侵入を検出し、
前記制御部は、前記検出部が前記注意領域への人間の侵入を検出した場合、前記アームの動作速度を、当該検出部が当該注意領域への人間の侵入を検出していないときの前記アームの動作速度よりも遅い動作速度に落とす請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の制御装置。