JP2007274091A - ロボットに用いられる情報通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットの配置されたセンサからのセンサ信号の送受信を行い、送受信に配線や無線通信を用いずに、配線引き廻しや無線通信による制約を無くして通信を行い、且つユーザに動作状態を提示する情報通信システムを提供する。
【解決手段】分離されたセンサ信号送信装置１とセンサ信号受信装置２間がフルカラーの光学的信号で通信され、送信装置１はセンサ信号を受けて、センサ識別信号に基づく色信号と、センサの出力信号値に基づく輝度信号からなり、光情報信号を生成し、カラーＬＥＤ１３から光情報信号によるユーザが動作状態を認識可能な光束を照射し、離間配置される受信装置２では、撮像部２１により撮像された光情報信号を含む画像データから画像処理部２２が抽出した色情報（色信号）と輝度情報（輝度信号）に対してセンサ信号解析部２３がセンサ３の識別信号と出力値（センサ量）を生成するロボットに用いられる情報通信システムである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットの構成部位間で情報信号を光学的信号に変換して通信を行うロボットに用いられる情報通信システムに関する。

従来、製造業を始めとして、工業ロボットにより製造組み立て及び、検査を行う自動化が進んでいる。また近年、工業ロボットとは用途が異なる介護援助や人による作業の補助を行う支援用ロボットなど、これまで人的な行為や人的なサービスに頼っていた業界においてもロボット化の実現が期待されている。

これらのロボットにおいて、的確な動作を行うためには、種々のセンサを搭載して、動作に関する情報を得て制御しなければならない。例えば、家庭やオフィス又は公共設備内で活動するロボット、すなわち「人と共存するロボット」においては、単なる機械的な動作だけではなく、ユーザ（サービスを受ける側又は操作者）にもロボットの動作状態を視覚又は音声等により直感的に認識できることが重要となる。例えば、ユーザからロボットヘの物品の受け渡しを行う作業においては、ユーザは、物品を手渡しでロボットの把持部に渡した後、その物品から手を離す際に、ロボットが物品を確実に受け取っているか否かを迅速に認識する必要がある。

ロボットの把持部が受け渡しの動作を行うためには、例えば、把持する際に物品を壊さないように堅さや形状に応じて把持部を動作させるためのセンサ等、それぞれの動作に応じて複数のセンサが必要となる。また、センサにより動作の開始及び終了が監視され、その状態をユーザに知らしめる提示機構も必要となっている。

それらのセンサから出力されたセンサ信号を制御部やインターフェースに個々に送出するために、多数の信号線が設けられている。これらの信号線は、例えば、把持部が関節を有するアームの先端に設けられていれば、アームの内外に沿って付設するように配線される。

これらの多数の信号線を設けた場合、アームが太くなり、また信号線による重量の増加に耐えるように強度も必要となっている。また、アームが関節を有して屈曲したり、又は伸縮する構造であれば、アーム動作や信号線の断線防止等を考慮しなくてはならないため、信号線の引き廻しが難しくなり、構成も複雑化する。

このような問題を解決するものとして、特許文献１には、ロボットの主制御装置と各種機器とを接続する信号線を減じて省線化を図った制御システムが提案されている。
この特許文献１においては、一本の信号線上を伝搬される信号の周波数帯域を複数に分割して、それぞれに異なる周波数帯域をその信号線に接続する複数の機器に割り当てる技術が開示されている。この技術によれば、各機器は、それぞれに周波数帯域が異なっている信号が入力するため、独立して制御することができる。
特開２００５−９４７４４号公報

前述したように、ロボットには多数のセンサを各構成部位に設ける必要があるが、それらのセンサと、センサ信号を受ける制御部（センサ信号処理装置）とを接続する配線の難しさが問題となっている。

特許文献１による技術では、信号の周波数帯を複数に分割すれば、信号線の省線化は実現するが、少なからず信号線が残っている。従って、多関節のアームの先端に設けた構成部位にセンサを設けた場合には、配線の引き廻しの技術は以前と同様に問われている。即ち、関節が多くなるほど駆動の度に配線に負荷が掛かり断線等の問題も考慮しなくてはならない。また、アームに対して異なる機能を持つ構成部位が着脱により交換可能な構成であれば、信号線の途中にコネクタ等を設ける必要があり、センサ信号の減衰の問題も発生する。

この問題解決のために、信号線に替わって無線機器を搭載して構成部位間で無線信号による通信を行おうとすると、使用場所の環境や状況に応じてロボットを稼働できない場合がある。例えば、限られた区域内で多数の無線通信を行おうとした場合、混信や干渉により正確な通信が行われない虞がある。従って、周波数帯を複数に分割して、それぞれに異なる周波数帯を割り付けて使用しなければならないため、同時に稼働できるロボット数が制限される。

また、ロボットが介護支援用ロボットであれば、稼働場所に病院等の医療施設が含まれるため、電磁波の発生源となれば医療機器に影響して稼働させることはできない。また、医療機器に影響せずに使用できる無線は極限られたものであり、実用的ではない。家庭内においても、電子レンジ等の高周波を発生する器具に無線制御のロボットが近づいた場合、無線信号にその高周波が重畳したり干渉したりして正確な通信が行われない虞がある。

そこで本発明では、ロボットの構成部位に送信装置と受信装置が分離されて配置され、送受信装置間の情報信号を光学的信号に変換して通信を行い、且つ動作状態をユーザに提示可能なるロボットに用いられる情報通信システムを提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、ロボットに設けられた少なくとも１つのセンサから得られた稼働に必要な情報からなるセンサ信号を受信し、該センサ信号を出力したセンサを識別するための識別情報に基づき生成した色信号とセンサ出力値に基づき生成した輝度信号とを含む光情報信号を出力するセンサ信号処理部と、上記センサ処理部が出力した上記光情報信号に基づく無色又は有色の光束と予め定めた基準となる基準光束を同時又は個別に照射する発光部とを有する送信装置と、上記送信装置が照射した光束及び基準光束を撮像する撮像部と、上記撮像部により生成された画像データから上記色信号及び上記輝度信号を抽出する画像処理部と、上記色信号及び上記輝度信号から上記センサの上記識別情報及び上記センサ出力値を解析して出力する信号解析部とを有する受信装置と、で構成されるロボットに用いられる情報通信システムを提供する。

本発明によれば、ロボットの構成部位間で情報信号を光学的信号に変換して通信を行い、且つロボットの状態をユーザに提示するロボットに用いられる情報通信システム及びこの情報通信システムを搭載するロボットを提供することができる。ロボットの動作状態を通信に用いている発光部の発光状態により、ユーザはセンサ信号を直感的かつ迅速に知覚することができる。

本発明は、センサ信号送信装置とセンサ信号受信装置とが分離され、光学的な通信より情報が送受信されているため、装置間で配線を設ける必要がなく、配線の断線による障害が発生しない。また本発明は、光学的な通信を用いているため、センサ信号送信装置とセンサ信号受信装置を繋ぐロボットの構成部位に対する配線の引き廻しも無くなり、可動部や関節を有する構成部位であれば、簡易な構成となる。さらに本発明は無線通信に比べて、ロボットの稼働する場所やロボット数等が制限されない。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るロボットに用いられる情報通信システムの構成例を示している。
この情報通信システムは、ロボットに搭載され、大別すると、作業等を行うための可動部に設けられるセンサ信号送信装置１と、可動部を固定するロボット本体内に設けられるセンサ信号受信装置２とで構成される。センサ信号送信装置１は、ロボットの可動部に設けられている少なくとも１つ以上のセンサ３に信号線で接続されている。

センサ信号送信装置１は、センサ３が出力したセンサ信号を後述する光情報信号に変換するセンサ信号処理部１１と、光情報信号を光束として照射する、つまり発光するフルカラー発光ダイオード（以下、カラーＬＥＤと称する）１３と、センサ信号処理部１１から出力されたセンサ出力値をカラーＬＥＤ１３のダイナミックレンジに適合させるための可変抵抗１２と、光情報信号の基準となる光束を照射する基準用ＬＥＤ１４と、これらの構成部位に駆動電源を供給する電源１５とで構成される。

これらの構成のうち、カラーＬＥＤ１３は、発光により有色又は無色の光束を照射し、基準用ＬＥＤ１４は、基準となる予め定められた色と輝度値の光束を照射し、これらのＬＥＤにより発光部を構成する。センサ信号処理部１１は、センサ３から受信したセンサ信号に基づき、出力したセンサ３を識別するセンサ識別信号を生成し、そのセンサ識別信号とセンサ信号の出力値に基づき、カラーＬＥＤ１３へ送出する光情報信号（センサ識別信号を色信号、センサ出力値を輝度信号）を生成する。ここでは、光情報信号は、センサ識別信号を示す色信号と、センサ出力値を示す輝度信号からなる。勿論、光情報信号に対しては、これらのセンサ識別信号やセンサ出力値以外の情報信号であっても同様に扱うことができる。また、本実施形態では、ＬＥＤが連続的な発光状態又は未発光状態を例として説明するが、カラーＬＥＤ１３を間欠的（パルス間隔）に発光させて、パルス数や１パルスの間隔を変化させることで情報量を増やすこともできる。例えば、モールス符号のように、長短の信号を組み合わせて定義することにより、送信される光束に対して情報量を増やすことができる。

カラーＬＥＤ１３は、少なくとも３色（赤：Ｒ、緑：Ｇ、青：Ｂ）のＬＥＤで構成される一般的なフルカラーである。ロボットに好適するように構成した情報通信システムによっては、ＬＥＤに高輝度ＬＥＤを用いることもできる。

本実施形態において、送信する光束で表現できるセンサ識別可能数（センサ数）は、カラーＬＥＤ１３で表現できる色数と同じになる。つまり、３色のＬＥＤを用いた場合で個別の単なる発光であれば、３つのセンサ識別数となる。一方、同時に複数のセンサを組み合わせて発光させた場合は、発光色を混ぜた色の光束が照射されることとなる。例えば、３個のセンサ３を組み合わせて発光させた場合は、各３色の発光／未発光の組み合わせから、２^３＝８個のセンサが識別可能となる。

さらに、基準用ＬＥＤ１４は、稼働するロボットの周囲の光環境例えば、蛍光灯照明下又は白熱灯照明下など、照明環境の違いによるカラーＬＥＤ１３の照射する光束の色認識及び輝度認識に生じさせる問題を解決するために用いられる。この基準用ＬＥＤ１４は、カラーＬＥＤ１３の近傍に配置される。２つのカラーＬＥＤ１３と基準用ＬＥＤ１４における光束間の相対値を後述する画像処理部２２で算出し、受光したカラーＬＥＤ１３から照射された光束に対して、相対値により補正処理を行う。この基準用ＬＥＤ１４が照射する光束の種類は、一定輝度を持つ白色の光束又は、一定輝度を持ち且つカラーＬＥＤ１３が照射する光束と同じ色を持つ光束とする。また、表示できるセンサの出力値に対するダイナミックレンジとピッチの可変範囲は、可変抵抗１２の性能に依存する。センサの出力値の可変は、可変抵抗１２における抵抗素子に限定されるものではなく、電流値が変更できればよく、例えば、可変インピーダンス回路等を用いてもよい。

次に、センサ信号受信装置２について説明する。
このセンサ信号受信装置２は、ＣＣＤ等の固体撮像素子（画像センサ）からなり、センサ３からの光束を受光し光電変換により画像データを生成する撮像部２１と、画像データからカラーＬＥＤ１３の色情報（色信号）と輝度情報（輝度信号）を抽出する画像処理部２２と、色情報と輝度情報からセンサ３の識別信号とセンサ３の出力値（センサ量）を解析出力するセンサ信号解析部２３と、解析して出力されたセンサ３の識別信号とセンサ３の出力値を予め設定した記憶領域（テーブルやファイル等）に関連づけて格納するセンサ信号格納部２４とで構成される。

この構成において、カラーＬＥＤ１３及び基準用ＬＥＤ１４からなる発光部は、撮像部２１の撮像素子の撮像面と直線的で且つ遮光物無しで対向することが好ましい。但し、光束を遮光しない部材、例えば光学レンズ系やファイバーケーブル等で照射された光束が撮像面に到達するのであれば介在することに問題はない。

このように構成されたセンサ信号受信装置２において、まず、撮像部２１は、カラーＬＥＤ１３と基準用ＬＥＤ１４が同時又は個別に照射した光束を撮像して画像データを生成する。画像処理部２２により、その画像データからカラーＬＥＤ１３と基準用ＬＥＤ１４における相対値が算出されて、画像処理部２２内のメモリに保持される。次に、センサ３からのセンサ信号に基づき生成された光情報信号によりカラーＬＥＤ１３が発光して、照射された光束が撮像部２１により撮像され、光情報信号を含む画像データが生成され、画像処理部２２に取り込まれる。画像処理部２２では、画像データに対して、保持されている相対値により補正処理が施される。補正処理された画像データから光情報信号が取り出されて、各色に分離された色情報（色信号）と、それらの色毎に輝度情報（輝度信号）が得られる。これらの色信号と輝度信号は、センサ信号解析部２３により、複数のセンサの識別情報とセンサの出力値に変換される。得られたセンサの識別情報とセンサの出力値は、センサ信号格納部２４に格納される。これらのセンサの識別情報と出力値は、適宜、図示しないロボット制御部に読み出されて、センサ３が設けられている可動部の駆動制御（フィードバック制御）に用いられる。

図２には、本実施形態の情報通信システムをロボットに搭載した一例を示している。
本実施形態の情報通信システムは、ロボット３０における物品距離計測用センサに利用される。このロボット３０は、マニピュレータ付きロボットに構成され、先端側を３次元に移動可能なアーム３４が備えられている。このアーム３４は、基端側がロボット胴体側に取り付けられて固定され、先端側には、物品３３を把持できるハンド部３５が取り付けられている。ハンド部３５には、指に相当する少なくとも２本のバーからなる把持部３６が設けられている。この把持部３６の先端には距離センサ３１ａ，３１ｂが設けられ、手のひらに相当するハンド部３５のバー付け根部分には少なくとも１つの距離センサ３２が設けられている。これらの距離センサ３１ａ，３１ｂ，３２は、物品３３を把持する際に、物品３３とハンド部３５との距離を計測し、その計測信号に基づきロボット制御部（図示せず）がハンド部３５の把持状態をリアルタイムで把握して、把持動作を制御する。このロボット３０は、ハンド部３５を用いて、台等に載置されて静止状態にある物品であっても、移動体上例えば、ベルトコンベヤー上に載置されて移動する物品に対しても把持状態を把握して同様に把持することが可能に構成されている。

本実施形態の情報通信システムにおけるセンサ信号送信装置１は、ハンド部３５に搭載され、センサ信号受信装置２は、ロボット胴体側に搭載されている。
これらのうち、センサ信号送信装置１は、ハンド部３５内にセンサ信号処理部１１と可変抵抗１２と電源１５が搭載される。これらの構成部位は、個別に又は一体的なユニットとして搭載される。センサ信号処理部１１は、距離センサ３１ａ，３１ｂ，３２を含むセンサ３と配線により接続される。また、カラーＬＥＤ１３及び基準用ＬＥＤ１４は、発光した光束が外部に照射されるように発光部分がハンド部外装に設けられている。

また、ロボット胴体の上側には、ヘッド部３０ａが回動自在に取り付けられている。このヘッド部３０ａには、目として機能するＣＣＤ等からなる撮像素子を備える撮像部３４が、撮像部３４の撮像視野（画角）を上下に移動させる図示しない移動機構に取り付けられて設けられている。この撮像部３４は、前述したセンサ信号受信装置２の撮像部２１と共有させてもよい。センサ信号受信装置２における画像処理部２２とセンサ信号解析部２３とセンサ信号格納部２４とは、ロボット胴体内に搭載されている。これらの情報通信システムの構成部位は、ロボットを構成するための構成部位とは独立して設けてもよいし、兼用できる部分においては、機能を共有してもよい。例えば、ロボットの目として機能する撮像部３４を撮像部２１と兼用させて、さらに画像処理部２２を撮像部３４の画像処理を行う図示しないロボット画像処理部に兼用させてもよい。尚、ロボットに実装されるセンサの箇所や個数は検出する対象に応じて異なっているため、情報通信システムの構成は適宜設計する。

このような情報通信システムについて、ロボットの動作に従って行われる通信について説明する。
事前に、光信号のキャリブレーションを行う．センサ信号処理部１１では、基準となる値を有する輝度信号及び、予め設定された色信号を生成して、カラーＬＥＤ１３と基準用ＬＥＤ１４とをそれぞれ発光させる。撮像部２１は、各ＬＥＤから照射された光束を撮像して、画像データを生成し相対値を算出して保持する。また，その他の初期化作業があれば、適宜実施する。

作業時に、このロボット３０に対して、近傍に位置するユーザ等から物品３３を把持するように指示が出される。この指示を受けて、まず、ロボット３０のヘッド部３０ａは、ハンド部３５を向き、移動機構により撮像部２１（撮像部３４）の撮像範囲内のなるべく中央にカラーＬＥＤ１３及び基準用ＬＥＤ１４が位置するように設定される。

次に、ロボット３０は、ハンド部３５を物品３３に対して、ある程度の距離（距離センサにおける計測可能範囲内）に近づけた後、ハンド部３５に設けられている距離センサ３１ａ，３１ｂ，３２による計測を行う。距離センサ３１ａ，３１ｂ，３２から計測結果である距離信号（距離情報）がセンサ信号として、それぞれにセンサ信号処理部１１に送出される。

センサ信号処理部１１では、受信した距離信号に対して、出力した距離センサ３１ａ，３１ｂ，３２を認識する識別信号を生成して付随させる。続いて、その識別信号をカラーＬＥＤ１３に対する色信号に変換し、距離信号の大きさに応じた出力値を持つ輝度信号に変換して光情報信号を生成し、カラーＬＥＤ１３に出力する。但し、輝度信号については、途中、可変抵抗１２を通過させてカラーＬＥＤ１３のダイナミックレンジに合うように調整して、カラーＬＥＤ１３に出力する。カラーＬＥＤ１３は、色信号により指定された色のＬＥＤが輝度信号の値に応じた明るさ（輝度）で発光して、光束を外部に照射する。

この構成において、例えば、距離センサ３１ｂが赤色光のカラーＬＥＤに対応づけられているとする。この距離センサ３１ｂは、接近する把持部３６と物品３３との間を計測した距離に応じて距離信号の値（センサ信号の出力値）を変化させる。この距離信号の変化により、カラーＬＥＤは輝度が段階的又はリニアに変化した赤色光を発光する。また、２つ以上の距離センサを用いて計測している場合には、各距離センサが計測した距離信号がそれぞれ出力される。これらの距離信号の大きさによる輝度値がそれぞれに求められる。カラーＬＥＤ１３は、それらのセンサに対してＬＥＤの発光する色が対応づけられている。従って、各センサにより対応づけられた色のＬＥＤが同時にそれぞれの輝度値で発光して、各色の光束が混合（加算）するように外部に照射される。

次に、センサ信号受信装置２の撮像部２１は、カラーＬＥＤ１３から照射された光束を撮像して、距離情報等を含む画像データを生成する。生成された画像データは、画像処理部２２に取り込まれ、保持されている相対値により補正処理が施される。補正処理された画像データから、各色に分離された色信号と、それらの色毎に輝度信号が求められる。これらの色信号と輝度信号は、センサ信号解析部２３により、センサの識別情報とセンサによる距離信号に変換され、センサ信号格納部２４に一旦格納される。

ロボット３０の図示しないロボット制御部は、センサ信号格納部２４から距離センサ３１ｂの識別情報と距離信号を読み出して、距離センサ３１ｂが設けられた把持部３６に対して、距離信号（距離情報）に応じた動きを行うように、図示しない把持部駆動部に制御信号を送出する。

また、ロボットが分離された構成であっても、配線をする必要がなく通信を行うこともできる。さらに、それぞれのロボットに情報通信システムを搭載すれば、間に遮光物が無く、近距離であれば、ロボット間で相互に通信を行い、同時に一つのことを実行することも可能であり、ロボット間に主従関係を構築することも可能である。

以上のように第１の実施形態による情報通信システムは、センサ信号送信装置とセンサ信号受信装置とが分離され、光学的な通信より情報が送受信されているため、装置間で配線を設ける必要がなく、配線の断線による障害が発生しない。また、センサ信号送信装置とセンサ信号受信装置を繋ぐアーム等の構成部位に対する配線の引き廻しも無くなるため、アームであれば関節構成が容易になり、軽量化及び細径化が実現できる。

さらに、光学的通信であるため、無線通信に比べて、使用する場所や状況の制限が緩和される。例えば、医療施設であっても医療機器に悪影響を及ぼさない。また、限られた領域内であっても無線周波数帯域の割り当てや混信等がないため、同時に稼働できるロボット数が制限されず、所望するロボット数を稼働することができる。また、家庭内で稼働させても、電子レンジ等の高周波を発生する器具に影響されず、正確な通信が行われ、指示通りに正常に稼働させることができる。

次に、第２の実施形態について説明する。
図３は、第２の実施形態に係る回転バルブ開閉等の作業を行うロボットに用いられる情報通信システムの構成例を示している。尚、図３に示す構成部位で前述した図２に示した構成部位と同等の構成部位には同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
ロボットの作業の内には、回転バルブを回転させて開閉する作業や水道の蛇口を廻して開け閉めする作業がある。このような回転を伴う動作は、ロボットのアーム等の先端又は、その先端に取り付けられているハンド部に回転する機構を備えて実現することが考えられる。図３に示すロボット３０は、アーム部３４の先端に歯車等を用いて構成される回転機構３７が設けられ、その回転機構３７に取り付けられたハンド部３５が回転可能な構成となっている。ハンド部３５には、指として機能するバー形状の複数の把持部３６が設けられている。これらの把持部３６は、バルブ４２のハンドルを把持した際に、ハンドル部分があたる箇所には、力覚センサ４１ａ，４１ｂ，…が設けられている。これらの力覚センサ４１ａ，４１ｂは、センサ信号送信装置１のセンサ信号処理部１１に接続されている。力覚センサ４１ａ，４１ｂで検出されたセンサ信号は、前述した第１の実施形態と同様に、カラーＬＥＤ１３からセンサ信号に基づく色と輝度による光束が撮像部２１に照射される。ハンドルを回転させている際には、これらの力覚センサ４１ａ，４１ｂは、把持部３６によりハンドルに押圧されている。力覚センサ４１ａ，４１ｂにより計測される把持部３６に掛かる反力に基づき、ロボット制御部がバルブ４２の全閉状態を判定する。

このようなハンド部３５に設けられるカラーＬＥＤ１３及び基準用ＬＥＤ１４は、共にセンサ信号受信装置２の撮像部２１に発光した光束を照射する必要がある。従って、ハンド部３５が回転した場合であっても、少なくとも作業終了時には撮像部２１の撮像視野範囲内（画角範囲内）にＬＥＤの発光部分が入っていなければならない。この構成を実現するためには２つの手法が考えられる。

まず第１には、図３（ａ）に示すように、ハンド部２５がバルブ開閉作業を終了して回転が停止した際に、カラーＬＥＤ１３及び基準用ＬＥＤ１４の発光部分が撮像部２１の画角範囲内にあるように設定する。つまり、ロボットがバルブ閉め作業をするときには、閉め始めよりも閉め終わりを確認することが重要である。従って、バルブ４２の全開から全閉（又は全閉から全開）までハンドルが何回転するかが分かっていれば、ハンド部３５の停止位置を予測して設定することができる。バルブ４２は、ハンドルが２回転半で全開から全閉する構成であったとする。

例えば、作業開始状態において、バルブ４２が全開であり、撮像部２１がハンドルの上方（真上）から見下ろして撮像するように配置されているものとする。バルブ４２を全閉する作業では、必要であれば、作業開始前にカラーＬＥＤ１３及び基準用ＬＥＤ１４による相対値を求め保持する。まず、カラーＬＥＤ１３及び基準用ＬＥＤ１４の発光部分が下方（真下）になるようにハンド部３５の向きを調整して、ハンドルを把持して作業を開始する。バルブ４２が全閉となった際には、カラーＬＥＤ１３及び基準用ＬＥＤ１４の発光部分が上向きで停止し、撮像部２１の画角内で照射された光束を撮像することができる。

この時、力覚センサ４１ａ，４１ｂは、把持部３６によりハンドルに押圧されている。全閉作業終了前で撮像部２１の画角内にカラーＬＥＤ１３が入れば、力覚センサ４１ａ，４１ｂにより計測される把持部３６に掛かる反力を通信することができ、ロボット制御部の判断によりバルブ４２の全閉状態を判定することができる。

第２に、ハンド部３５が回転して、どの位置にあっても撮像部２１の画角内にカラーＬＥＤ１３及び基準用ＬＥＤ１４の発光部分が入るように、複数組のカラーＬＥＤ１３及び基準用ＬＥＤ１４をハンド部３５の周囲に配置する。例えば、撮像部２１が１２０°の範囲で撮像可能であれば、３組のカラーＬＥＤ１３及び基準用ＬＥＤ１４の発光部分をハンド部３５の外装に均等に配置すればよい。この例では、複数個のカラーＬＥＤ１３及び基準用ＬＥＤ１４を必要とするが、１組のカラーＬＥＤ１３及び基準用ＬＥＤ１４で実現することも可能である。

図３（ｂ）に示すように、カラーＬＥＤ１３及び基準用ＬＥＤ１４の発光部分をハンド部内に設けて、照射方向の前方に光束を複数に分配する分配部４３を設けて、分配された各光束をそれぞれに光ファイバ４４で導き、ハンド部３５の外装周囲に設けられた発光窓４５から外部に照射する構成であってもよい。

尚、本実施形態では、カラーＬＥＤ１３及び基準用ＬＥＤ１４を１組として複数組のＬＥＤを又は発光窓を設ける例で説明したが、基準用ＬＥＤ１４については、相対値を算出するために用いているため、少なくとも１個が設けられていればよい。また、本実施形態では、ハンド部３５の回転動作を例として説明したが、この他にも、回動動作及び振れ動作を含む。また、ハンド部３５のみの動作だけではなく、アーム３４が回転動作、回動動作及び振れ動作についても同等に作用して光束の遮光による問題を解決する。

以上のように本実施形態によれば、前述した第１の実施形態の効果に加えて、ハンド部が回転する作業を行った場合でも、センサ信号送信装置のカラーＬＥＤ及び基準用ＬＥＤが照射した光束を受光して、センサ信号を受信することができる。また、ハンド部の外装周囲に複数のカラーＬＥＤ及び基準用ＬＥＤを設けてもよいし、１組のカラーＬＥＤ及び基準用ＬＥＤを備える構成であっても、作業開始位置を設定したり、光束を分配する機能を持たせることにより、実現することができる。

また、一般的に回転させるバルブや回転可能なハンド部の位置と姿勢を計測する場合には、モデル登録等が必要となるが、本実施形態によれば、発光部の配置されている位置で位置情報を獲得することができるため、必ずしもモデル登録等は必要でなくなり、その手間を省略することができる。

次に、第３の実施形態について説明する。
本実施形態は、ロボットとユーザ間で互いに関わり合いがある作業を行う場合に用いられる。例えば、図４に示すようなユーザ５３がロボット３０のハンド部３５に物品５２を渡す作業においては、ユーザ５３はハンド部３５が物品５２を確実に把持したか否かを確認した後、手を物品５２から離す必要がある。しかし、一般的にロボット３０は、指のように機能する把持部３６の形状が人間のものとは異なっている。外見が変わらず、無表情且つ無反応であるため、ユーザは把持状態を確認することが難しい。

本実施形態では、ユーザ５３は、把持部３６に設けられた接触センサ５１ａ，５１ｂの把持完了状態をセンサ信号送信装置１のカラーＬＥＤ１３の発光色により判断するシステムである。例えば、接触センサ５１ａにおけるオン（把持完了）を示すセンサ信号を赤色の光束として照射するカラーＬＥＤ、同様に接触センサ５１ｂおけるオン（把持完了）を示すセンサ信号を青色の光束として照射するカラーＬＥＤに設定する。

このような設定により、把持部３６が把持動作中はカラーＬＥＤ１３から光束は照射されない。何れか一方、例えば、接触センサ５１ａがオン（把持完了）したならば、赤色光のＬＥＤのみが発光するため、カラーＬＥＤ１３は、赤色に発光する。その後、接触センサ５１ｂがオン（把持完了）したならば、青色光のＬＥＤが発光するため、赤色光と青色光が混ざり、カラーＬＥＤ１３は紫色光が発光する。従って、ユーザは、把持部３６の把持開始時には、ハンド部３５の発光部分では発光されず、把持状態に至に従い、赤色光又は青色光に発光する。さらに、完全に把持部３６に物品５２が把持された状態となれば、紫光に切り替わる。ユーザは、この発光した光束の色変化により、ロボットのハンド部により物品の把持が完了したことを判断することができる。

以上のように本実施形態によれば、前述した第１の実施形態で得られる効果に加えて、ユーザは、直視しているハンド部に設けられたカラーＬＥＤにおける発光色の変化により、ロボット側に指示した作業が完了したことを直感的に把握することができる。本実施形態は、センサ信号を音声に変換したり、ロボット本体側に表示部を設ける構成に比べて、より迅速に作業状態を確認することができる。また本実施形態では、カラーＬＥＤによる光束の照射は、センサ信号の送信に用いている一過程であり、視認のために設けたものではないため、コストも発生していない。

次に、第４の実施形態について説明する。
本実施形態は、異なる作業を行う複数種のハンド部がアーム先端に着脱可能に装着され、用途に応じてハンド部の取り替えができるように構成されたロボットに情報通信システムを搭載した例である。

図５（ａ）に示すように、ロボット３０には、力覚センサを設けたハンド部３５が装着されている。この構成では、前述した第２，３の実施形態のロボット構成と同様に、バルブのハンドルを把持して操作したり、物品等を把持してユーザとの間又は、ロボットとの間で受け渡しに用いられたりする。一方、図５（ｂ）に示すような複数の距離センサを設けたハンド部３７が装着されたならば、ロボットが物品を把持して搬送する構成である。

以上のように本実施形態によれば、前述した第１の実施形態で得られる効果に加えて、作業に応じて好適な機能を有するハンド部を選択して交換可能な汎用性を有しているロボットに容易に適用することができる。本実施形態の情報通信システムは、センサ信号送信装置とセンサ信号受信装置が別体であり、装置間で光学的通信を行っているため、ハンド部が交換されても、交換作業に伴う配線作業も不要であり、センサ信号受信装置のソフトウエア的な設定項目を変更するだけで対応することができる。勿論、作業の効率化を図るために、ハンド部における設定項目を変更するプログラムを着脱自在な記録媒体に記録しておき、ハンド部の交換時に記録媒体を図示しない入力部に装着して読み出し、自動的に設定項目を変更する仕様に構成することもできる。また、本実施形態では、光学的な通信であり、無線通信を使用していないため、ハンド部交換による周波数帯域の割り当ての再設定も必要がなく、簡単に交換ができる。また信号線では必要であったコネクタを設ける必要がなく、センサ信号の減衰の問題も回避することができる。

尚、本発明は前述した各実施形態の構成に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して実施することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々に変形された発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係るロボットに用いられる情報通信システムの構成例を示す図である。 第１の実施形態の情報通信システムを距離センサを有するロボットに搭載した一例を示す図である。 第２の実施形態の情報通信システムを力覚センサを有するロボットに搭載した一例を示す図である。 第３の実施形態の情報通信システムを接触センサを有するロボットに搭載した一例を示す図である。 第４の実施形態の情報通信システムを交換可能なハンド部を有するロボットに搭載した一例を示す図である。

符号の説明

１…センサ信号送信装置、２…センサ信号受信装置、３…センサ、１１…センサ信号処理部、１２…可変抵抗、１３…フルカラー発光ダイオード（カラーＬＥＤ）、１４…基準用ＬＥＤ、１５…電源、２１…画像センサ、２２…画像処理部、２３…センサ信号解析部、２４…センサ信号格納部。

Claims (8)

1. ロボットに設けられた少なくとも１つのセンサから得られた稼働に必要な情報からなるセンサ信号を受信し、該センサ信号を出力したセンサを識別するための識別情報に基づき生成した色信号とセンサ出力値に基づき生成した輝度信号とを含む光情報信号を出力するセンサ信号処理部と、
   上記センサ処理部が出力した上記光情報信号に基づく無色又は有色の光束と予め定めた基準となる基準光束を同時又は個別に照射する発光部と、を有する送信装置と、
   上記送信装置が照射した光束及び基準光束を撮像する撮像部と、
   上記撮像部により生成された画像データから上記色信号及び上記輝度信号を抽出する画像処理部と、
   上記色信号及び上記輝度信号から上記センサの上記識別情報及び上記センサ出力値を解析して出力する信号解析部と、を有する受信装置と、
   で構成されることを特徴とするロボットに用いられる情報通信システム。
2. 上記センサ信号送信装置の上記発光部は、
   上記ロボットの上記センサの近傍で発光部分が露出するように配置され、上記光情報信号に基づく少なくとも３色の光束を個々又は同時に発光して、無色又は有色の光束として外部に照射する第１の発光部と、
   上記第１の発光部と隣接して設けられ、予め設定された色光及び輝度値による基準光束を指示により外部に照射する第２の発光部と、で構成されることを特徴とする請求項１に記載のロボットに用いられる情報通信システム。
3. 上記受信装置の上記画像処理部は、
   上記送信装置の稼働に先立って、上記第１の発光部が照射した光束と、上記第２の発光部が照射した上記基準光束とから上記ロボットの周囲の光環境による該光束への影響を排除するための相対値を算出保持し、上記撮像部により生成された画像データに対して上記相対値による補正処理を行う機能を有することを特徴とする請求項２に記載のロボットに用いられる情報通信システム。
4. 上記センサ信号送信装置の上記発光部は、
   上記センサが設けられたロボットの可動部が動作した際に、上記撮像部の画角内に１つが存在するように、該センサの近傍に複数個が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のロボットに用いられる情報通信システム。
5. 上記センサ信号送信装置の上記発光部は、
   上記センサが設けられたロボットの可動部が動作した際に、上記撮像部の画角内に１つが存在するように該センサ近傍の該可動部外装周囲に設けられる複数の発光窓と、
   上記可動部内に上記発光部が設けられ、該発光部が照射した光束を複数に分配する分配手段と、
   上記分配手段に分配された光束を上記発光窓のそれぞれに導く導光部材と、をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のロボットに用いられる情報通信システム。
6. 上記センサ信号送信装置の上記第１の発光部は、
   上記光情報信号に基づき、少なくとも３色の光束を個々又は同時に、且つ連続的又は任意の間隔を空けて間欠的に発光して、無色又は有色の光束を外部に照射することを特徴とする請求項２に記載のロボットに用いられる情報通信システム。
7. 上記受信装置の上記撮像部には、
   上記ロボットに備えられる稼働時に目として機能するロボット撮像部が用いられることを特徴とする請求項１に記載のロボットに用いられる情報通信システム。
8. 上記センサ信号送信装置の上記第１の発光部において、
   １つの可動状態を複数のセンサにより検出するように構成される上記ロボットの上記可動部にそれぞれに異なる色光を発光する複数の発光部が配置され、上記可動部の可動状態に追従して変化を検出するセンサのセンサ信号に基づき、該変化に従って上記発光部を発光させて、発光部分が異なる色光に変化して可動状態を提示することを特徴とする請求項２に記載のロボットに用いられる情報通信システム。

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