JP2002066978A - 人間共存型ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安全性及び経済性のいずれにおいても優れ、
信頼性の高い制御手段を備えた、取り扱いの容易な人間
共存型ロボットを提供する。 【解決手段】 動作中に人間と接触する可能性のある関
節部を有する人間共存型ロボットにおいて、関節部１１
及び関節部１１近傍に設けられた導電部と、この導電部
に接続され、導電部に人間が接触したことを検知したと
き検知信号を送出する接触センサ１３ａと、この接触セ
ンサ１３ａから送出される検知信号を受けたとき、人間
に危害が加わらないよう駆動部を制御して危険回避動作
をさせる制御手段とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、人間共存型ロボ
ットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロボットは主に産業用に生産、使
用され、産業用ロボットにおいては、人間と稼働中のロ
ボットとの接触による事故を未然に防ぐ目的から、作業
領域が人間と隔てられていた。このため、ロボットの作
業領域内に人間の立ち入りが許されるのは完全にロボッ
トを停止させている時のみであり、ロボットが停止して
いない場合、人間はロボットの作業領域内に立ち入るこ
とができないシステムで運用されていた。

【０００３】しかし近年では、産業以外の分野にもロボ
ット技術が応用され、人間がペットとすることを目的と
したペットロボットや、社会的弱者の自立や介護者の負
担の軽減を目的とした介護ロボット、或いは福祉ロボッ
トと呼ばれるロボットも開発され始め、大きく期待され
ている分野である。このように、人間の作業領域にロボ
ットを組み込み、人間とロボットとが作業領域を共有す
ることで生活をより豊かにしようする動向がある。

【０００４】そこで重要となってくることは、ペットロ
ボットや福祉ロボット等のこれら人間共存型ロボットが
使用者に受容されることである。ロボットの動作が使用
者に不安を覚えさせたり、不快感を与えるようでは、ロ
ボットが長期間にわたって使用されることは難しくな
る。すなわち、実用化に際し、ロボットが停止している
時のみならずロボットの作業中においても、使用者の安
全性が保障され得るような、ロボットの制御手段の開発
が必要とされている。また、信頼性及び経済性のいずれ
においても優れ、取り扱いの容易な人間共存型ロボット
が強く求められている。

【０００５】ところで、これまでロボットの作業中にお
ける使用者のための安全対策としては、使用者が誤って
ロボットの関節部に指等身体の一部を挟んでしまわない
ように、関節部の隙間を小さくしたり、万一挟んでしま
ってもロボットのケーシングが外れるようにしたりする
ことで対応してきた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た技術はいずれも完全とはいえない。前者の場合、関節
部の隙間を小さくするには限界があり、小さくした関節
部の隙間にも依然、指等身体の一部を挟んでしまう可能
性を残している。すなわち、この方法では、関節部のよ
うな可動する隙間を僅かでも有していれば、安全性に欠
いたものであるといえる。また、後者の場合には、外れ
たケーシングを元の機構に納めるための何らかの手段が
必要となり、ロボットとして必ずしも取り扱いに優れた
ものとはいえなかった。

【０００７】一方、上記したように人間共存型ロボット
が使用者に長期的に受容されるためには、関節部に係る
安全性に加え、ロボットの動作や形状等に関する検討も
必要である。例えば、使用者がペットロボットを抱きか
かえる場合、人間と接触した状態でもロボットが高速に
動き続ければ、使用者はロボットに対し恐怖心を抱くこ
とになってしまう。このようなロボットによる使用者へ
の心理的影響を少なくするためには、人間との接触状態
によってロボットの動作を切り替える等の対策が望まれ
る。

【０００８】そこで、各関節部にそれぞれスイッチを設
け、スイッチが作動すると同時にロボットを停止させる
ということも考えられる。しかし、それだけは充分な安
全対策とはいえない。なぜなら、関節部のどこにスイッ
チを取り付けるのか、といった取付位置の問題、及びス
イッチング動作には方向性を伴うが、使用者が誤って触
れるときの方向に合致していなければ機能せず、合致さ
せるには幾通りもの場合が考えられ、その全てに対応で
きるものにならないといった方向性の問題がある。その
結果、一関節部に多数のスイッチを搭載することとな
り、スイッチの密度の点や、コストが嵩み過ぎてしまう
点でも問題となる。

【０００９】本発明は、上記したようなあらゆる問題を
解決するものであり、その目的は、安全性及び経済性の
いずれにおいても優れ、信頼性の高い制御手段を備え
た、取り扱いの容易な人間共存型ロボットを提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明において、請求項
１に係る発明は、動作中に人間と接触する可能性のある
関節部を有する人間共存型ロボットにおいて、前記関節
部及び関節部近傍に設けられた導電部と、この導電部に
接続され、導電部に人間が接触したことを検知したとき
検知信号を送出する接触センサと、この接触センサから
送出される検知信号を受けたとき、人間に危害が加わら
ないよう駆動部を制御して危険回避動作をさせる制御手
段とが設けられたことを特徴としている。危険回避動作
をさせる制御手段としては、起動、停止及びそのロボッ
トの形態に対応した基本動作、すなわち例えばロボット
の形態が犬である場合には歩いたり止まったり、立った
り座ったり、首を傾げたり尻尾を振ったりといった動作
をさせるための基本制御パターンを記憶している主制御
部に、新たに上記危険回避動作用の制御パターンを記憶
させることで構成しても、或いは上記主制御部とは別に
設けた危険回避動作専用の制御部で構成してもよい。上
記各制御部は、例えばＣＰＵとメモリで構成される。こ
の発明によれば、使用者が誤って指等身体の一部をロボ
ットの関節部に挟みそうになった場合でも、接触センサ
によりロボットと人間との接触が検知され、けがや事故
が未然に防止される。

【００１１】請求項２に係る発明は、動作中に人間と接
触する可能性のある関節部を有する人間共存型ロボット
において、前記関節部及び関節部近傍に設けられた第１
導電部と、この第１導電部に接続され、第１導電部に人
間が接触したことを検知したとき検知信号を送出する第
１接触センサと、この第１接触センサから送出される検
知信号を受けたとき、人間に危害が加わらないよう駆動
部を制御して危険回避動作をさせる第１制御手段と、前
記第１導電部が設けられた箇所以外の箇所に設けられた
第２導電部と、この第２導電部に接続され、第２導電部
に人間が接触したことを検知したとき検知信号を送出す
る第２接触センサと、この第２接触センサから送出され
る検知信号を受けたとき、駆動部を制御して前記第１制
御手段の制御による動作とは異なる動作をさせる第２制
御手段と、を備えたことを特徴としている。第１制御手
段及び第２制御手段としては、起動、停止及びそのロボ
ットの形態に対応した基本動作、すなわち例えばロボッ
トの形態が犬である場合には歩いたり止まったり、立っ
たり座ったり、首を傾げたり尻尾を振ったりといった動
作をさせるための基本制御パターンを記憶している主制
御部に、新たに危険回避動作用の第１制御パターン及び
第１制御手段による動作とは異なる動作用の第２制御パ
ターンをそれぞれ記憶させることで構成しても、或いは
上記主制御部とは別に設けた危険回避動作専用の第１制
御部と第１制御手段による動作とは異なる動作専用の第
２制御部とで構成してもよい。上記各制御部は、例えば
ＣＰＵとメモリで構成される。この発明によれば、人間
との接触部位によってその部位に対応した動作をロボッ
トに行わせることができる。例えば、使用者が関節部に
触れた場合はロボットを停止させるなどの危険回避動作
を行わせ、また、使用者がロボットを抱き上げるなどし
てロボットの腹部に使用者が触れた場合はロボットの動
作を緩慢にさせるなど、ロボットの接触部位に応じた適
切な動作をさせることができる。

【００１２】請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
記載の制御手段による危険回避動作は、パワーダウン、
パワーオフ、ブレーキング、又は接触位置までの逆転、
のいずれかの動作を行うことを特徴としている。この発
明によれば、使用者が誤って指等身体の一部をロボット
の関節部に挟みそうになった場合でも、接触センサによ
り人間との接触が検知され、ロボットの動作を緩めた
り、停止させたり、或いは、安全が確保できるまでロボ
ットの動作を戻したりし得る。

【００１３】請求項４に係る発明は、請求項１、２又は
３に記載の人間共存型ロボットにおいて、前記導電部
は、樹脂等の絶縁体の上にメッキ、導電性塗料、若しく
は金属箔被覆のいずれかが施された導電体、又は金属、
によって形成され、前記接触センサに接続されているこ
とを特徴としている。

【００１４】請求項５に係る発明は、請求項１乃至４に
記載の人間共存型ロボットにおいて、前記接触センサ
は、近接配置された一対の誘導体間における抵抗値の変
化を検知することで、人間との接触を検知することを特
徴としている。

【００１５】請求項６に係る発明は、請求項１乃至４に
記載の人間共存型ロボットにおいて、前記接触センサ
は、導電部に人間が触れたことによるインピーダンスの
変化を検知することで、人間との接触を検知することを
特徴としている。

【００１６】請求項７に係る発明は、請求項１乃至４に
記載の人間共存型ロボットにおいて、前記接触センサ
は、導電部を発振させるとともに、導電部に人間が触れ
たことによる周波数の変化を検知することで、人間との
接触を検知することを特徴としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１８】図１は、本発明に係る人間共存型ロボット
における、一実施形態としてのペットロボットを示した
模式図である。

【００１９】人間共存型ロボット１は、頭部２、頸部
３、胴体部４、脚部５、及び尾部６とによって構成され
ている。また、頭部２と頸部３、胴体部４と頸部３、脚
部５、及び尾部６、がそれぞれ関節部１１において回動
自在に取り付けられている。これにより、ペットとして
親しまれている犬や猫と同様の、四足歩行型のロボット
の形態をとっている。

【００２０】この人間共存型ロボット１は、関節部１１
及び関節部１１近傍に設けられた第１導電部と、この第
１導電部に接続され、第１導電部に人間が接触したこと
を検知したとき検知信号を送出する第１接触センサ１３
ａと、この第１接触センサ１３ａから送出される検知信
号を受けたとき、人間に危害が加わらないよう駆動部を
制御して危険回避動作をさせる第１制御手段と、前記第
１導電部が設けられた箇所以外の箇所に設けられた第２
導電部と、この第２導電部に接続され、第２導電部に人
間が接触したことを検知したとき検知信号を送出する第
２接触センサ１３ｂ又は第３接触センサ１３ｃと、これ
ら第２接触センサ１３ｂ又は第３接触センサ１３ｃから
送出される検知信号を受けたとき、駆動部を制御して前
記第１制御手段の制御による動作とは異なる動作をさせ
る第２制御手段と、を備えたものである。ここで、第１
導電部とは導電性関節部１２であり、第２導電部とは導
電性頭頂部２１、導電性背部４１及び導電性腹部４２で
ある。

【００２１】胴体部４内には駆動機構、制御回路、及び
バッテリが搭載された駆動部（図示省略）が設けられ、
脚部５を始め頭部２及び頸部３又は尾部６を宛ら動物の
ように動かす設定がなされている。ロボットの動作に関
しては後に詳述するが、例えば、ロボットの頭部２に人
間が触れるとロボットは「撫でられた」と判断し、喜び
を表現するというようなことである。また、この胴体部
４内の駆動部には金属製の部品が多く用いられている
が、これらは樹脂製のケーシングよって被覆され、金属
類は露呈していない。また、関節部１１のケーシングは
簡単に指等身体の一部が入らないよう隙間の小さな構造
としている。

【００２２】しかしながら、この人間共存型ロボット１
において、関節部１１に僅かでも隙間が存在すれば指を
挟んでしまう可能性があると考えられる。そこで、胴体
部４と頸部３、脚部５、及び尾部６の関節部１１、並び
に頭部２と頸部３の関節部１１、脚部５の関節部１１、
とそれぞれの近傍には導電性塗料が塗布され、導電部と
しての導電性関節部１２としている。これら関節部１１
及び関節部１１近傍の導電性関節部１２は、胴体部４内
にある第１接触センサ１３ａにリード線によって接続さ
れている。また、導電性塗料が塗布された、胴体部４の
導電性背部４１及び頭部２の導電性頭頂部２１はそれぞ
れ第２接触センサ１３ｂに同様にして接続されている。
更に、導電性塗料が塗布された胴体部４の導電性腹部４
２は、第３接触センサ１３ｃに接続されている。上記第
１乃至第３接触センサ１３ａ、１３ｂ、１３ｃは個々に
独立しており、導電性関節部１２、導電性頭頂部２１、
導電性背部４１、及び導電性腹部４２はそれぞれが相互
に絶縁されている。

【００２３】また、図１の実施例では接触センシングの
方式として、インピーダンスの変化を検知するものを採
用しており、導電性関節部１２、導電性頭頂部２１、導
電性背部４１、又は導電性腹部４２を発振回路によって
発振させ、人間との接触による発振の減衰を検知してい
る。なお、接触センシングは上記した方式に限らず、例
えば、ＰＬＬ発振回路で発振させ、人間が接触するとき
の周波数変化を検知する方式を用いてもよい。

【００２４】第１制御手段及び第２制御手段としては、
起動、停止及びそのペットロボットの形態に対応した基
本動作、すなわち例えばペットロボットの形態が犬であ
る場合には歩いたり止まったり、立ったり座ったり、首
を傾げたり尻尾を振ったりといった動作をさせるための
基本制御パターンを記憶している前記駆動部の制御回路
に、新たに危険回避動作用の第１制御パターン及び第１
制御手段による動作とは異なる動作用の第２制御パター
ンをそれぞれ記憶させることで構成している。制御回路
は例えばＣＰＵとメモリで構成されている。

【００２５】次に、上記構成における人間共存型ロボッ
ト１の動作について説明する。

【００２６】前述したように本実施形態における人間共
存型ロボット１は、人間がこれをペットとすることを目
的として作られている。

【００２７】今、人間共存型ロボット１と人間とが接近
し、身体の一部がロボットの関節部１１及び関節部１１
近傍における導電性関節部１２のいずれかに接触したと
すると、第１接触センサ１３ａが作動する。本実施例で
は、第１接触センサ１３ａが作動した場合、ロボットは
危険回避動作をするように設定されている。第１接触セ
ンサ１３ａが人間との接触を検知することにより、被接
触部位となった関節部１１及び関節部１１の駆動電源は
切断され、ロボットは停止する。ここでは危険回避動作
として上記したような単純なパワーオフ動作としている
が、これに限らず、パワーダウンやブレーキング又は接
触位置までの逆転でもよい。ここで接触位置までの逆転
とは、駆動機構によりロボットを制止後、ロボット本体
が停止し始めるまでの動作の逆転であり、オーバランに
対する措置である。

【００２８】一方、導電性関節部１２を除いたロボット
の他の部位に人間が接触した場合には、ロボットは第２
制御手段により上記危険回避動作とは異なる動作を行
う。胴体部４の導電性背部４１や導電性頭頂部２１に人
間が接触した場合、本実施例では、ロボットは「撫でら
れた」又は「叩かれた」と判断し、それぞれに相応しい
喜びや怒りのポーズをとるように設定されている。すな
わち、撫でられていれば「喜ぶ」、叩かれていれば「怒
る」反応を見せる。本例における第２接触センサ１３ｂ
では人間と、ロボットの導電性頭頂部２１や導電性背部
４１との接触時間を検知し、接触時間が長ければ「撫で
られた」、短ければ「叩かれた」とロボットの制御手段
が判断し、それぞれ「喜ぶ」又は「怒る」反応を見せる
ものである。

【００２９】また、胴体部４の導電性腹部４２に人間が
触れた場合には、ロボットが人間に「抱き上げられた」
と判断し、ロボットの動作を緩めるよう設定されてい
る。更に、他のセンサ、例えばＣＣＤカメラを頭部２の
目２２に搭載したり、マイク等のセンサ出力と、上記い
ずれかの接触センサ或いは別途新たに設けた接触センサ
とを組み合わせたりすることによって、ペットロボット
をより表現豊かにさせることもできる。

【００３０】なお、図１では、指等身体の一部を挟むお
それがあると考えられる各関節部１１及び関節部１１近
傍、並びに頭部２や胴体部４の一部に導電性塗料を施し
ているが、当然、ロボットのケーシング自体を金属製に
したり、導電性塗料の塗布やメッキ処理を、ケーシング
全体に施したりすることで、ロボットのあらゆる箇所に
おいて人間との接触を検知するようにし、接触箇所に応
じた動作をとらせてもよい。

【００３１】上記の実施の形態では、危険回避動作と、
この危険回避動作とは異なる動作とを行わせる場合につ
いて説明しているが、危険回避動作のみを行わせるだけ
でもよい。その場合は、関節部１１及び関節部１１近傍
にのみ導電部を設けるとともに、この導電部に対応する
接触センサ（上記実施の形態における第１接触センサ１
３ａに相当）のみを設ける。

【００３２】以上、本発明を、人間共存型ロボット１の
うちペットロボットに適用する場合について説明した
が、本発明はこれと同様の対策が要望されるロボットに
も広く適用できるものであり、上記ペットロボットに限
るものではない。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
関節部及び関節部近傍に導電部を設け、接触センサを接
続させるといった非常に簡単な構成で信頼性及び経済性
に優れた安全対策を備える人間共存型ロボットの提供を
可能としている。

【００３４】更に、前記導電部が設けられた箇所以外の
箇所として、頭頂部や腹部、背部にも導電部を設け、そ
れぞれの部位に適した動作となるよう、動作ごとに独立
した接触センサを別途備えた場合は、人間の接触したロ
ボットの部位により、ロボットとしての最適な動作に切
り替えることができ、使用者はロボットとのインタラク
ティブ性を高めることができる。また、導電部を設ける
箇所は任意であるため、検知領域も任意に設定でき多様
な制御を行うことができる。

【００３５】一方で、上記したセンサを用いた制御手段
は、必要領域において確実に作動するものであるためセ
ンサの誤検知に基づく誤った機械装置の動作停止がな
い。従って安全を確保しつつ、無意味な動作を排除する
ことができ、ロボットとしての完成度の点でも優れてい
る。

【００３６】その上、上記したような制御手段を備えた
ロボットとすることにより、使用者がロボットに接触し
た際の安全性の維持及びロボットによる使用者への心理
的影響の軽減を可能にし、長期的に受容され得る人間共
存型ロボットの提供を実現できる。

【００３７】また、本発明は、上記ペットロボットのみ
ならず福祉、医療分野等において、人間と共存して様々
な作業を行うロボットの安全性を高めることができ、福
祉や医療分野の発展に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施形態の一例を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１ 人間共存型ロボット １１ 関節部 １２ 導電性関節部 １３ａ 第１接触センサ １３ｂ 第２接触センサ １３ｃ 第３接触センサ ２ 頭部 ２１ 導電性頭頂部 ２２ 目 ３ 頸部 ４ 胴体部 ４１ 導電性背部 ４２ 導電性腹部 ５ 脚部 ６ 尾部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動作中に人間と接触する可能性のある関
   節部を有する人間共存型ロボットにおいて、 前記関節部及び関節部近傍に設けられた導電部と、 この導電部に接続され、導電部に人間が接触したことを
   検知したとき検知信号を送出する接触センサと、 この接触センサから送出される検知信号を受けたとき、
   人間に危害が加わらないよう駆動部を制御して危険回避
   動作をさせる制御手段とが設けられたことを特徴とする
   人間共存型ロボット。
2. 【請求項２】 動作中に人間と接触する可能性のある関
   節部を有する人間共存型ロボットにおいて、 前記関節部及び関節部近傍に設けられた第１導電部と、 この第１導電部に接続され、第１導電部に人間が接触し
   たことを検知したとき検知信号を送出する第１接触セン
   サと、 この第１接触センサから送出される検知信号を受けたと
   き、人間に危害が加わらないよう駆動部を制御して危険
   回避動作をさせる第１制御手段と、 前記第１導電部が設けられた箇所以外の箇所に設けられ
   た第２導電部と、 この第２導電部に接続され、第２導電部に人間が接触し
   たことを検知したとき検知信号を送出する第２接触セン
   サと、 この第２接触センサから送出される検知信号を受けたと
   き、駆動部を制御して前記第１制御手段の制御による動
   作とは異なる動作をさせる第２制御手段と、 を備えたことを特徴とする人間共存型ロボット。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の制御手段による
   危険回避動作は、パワーダウン、パワーオフ、ブレーキ
   ング、又は接触位置までの逆転、のいずれかであること
   を特徴とする人間共存型ロボット。
4. 【請求項４】 前記導電部は、樹脂等の絶縁体にメッ
   キ、導電性塗料、若しくは金属箔被覆のいずれかが施さ
   れた導電体、又は金属、によって形成されたものである
   請求項１、２又は３に記載の人間共存型ロボット。
5. 【請求項５】 前記接触センサは、近接配置された一対
   の誘導体間における抵抗値の変化を検知することで、人
   間との接触を検知することを特徴とする請求項１乃至４
   に記載の人間共存型ロボット。
6. 【請求項６】 前記接触センサは、導電部に人間が接触
   したことによるインピーダンスの変化を検知すること
   で、人間との接触を検知することを特徴とする請求項１
   乃至４に記載の人間共存型ロボット。
7. 【請求項７】 前記接触センサは、導電部を発振させる
   とともに、導電部に人間が接触したことによる周波数の
   変化を検知することで、人間との接触を検知することを
   特徴とする請求項１乃至４に記載の人間共存型ロボッ
   ト。