JP2010023183A

JP2010023183A - 自走ロボット制御システム

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Publication number: JP2010023183A
Application number: JP2008187627A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Hashimoto; 良樹橋本; Tomoki Oya; 智樹大家; Tetsuo Matsudaira; 哲郎松平
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2008-07-18
Filing date: 2008-07-18
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2028-07-18
Also published as: JP5192309B2

Abstract

【課題】常時有線接続することなく安全性を確保した自走ロボット用の自走ロボット制御システムを提供する。
【解決手段】本発明による自走ロボット制御システム１０００は、人間の立入りを許容する第一領域４３０と、人間の立入りを許容しない第二領域４４０とを有し、自走ロボット１００と、自走ロボット１００が第一領域４３０に存在するときに、自走ロボット１００の動作を強制制御させる強制制御指令を、自走ロボット１００に有線で与えることができる指令装置２００と、自走ロボット１００が第二領域４４０から第一領域４３０へ移動するときに、自走ロボット１００と指令装置２００との有線接続を自動的に確立し、自走ロボット１００が第一領域４３０から第二領域４４０へ移動するときに、自走ロボット１００と指令装置２００との有線接続を自動的に切り離すことができる接続機構２７０と、を具備することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、自走ロボット制御システムに関する。さらに詳細には、自走ロボットの動作を強制制御させるための自走ロボット制御システムに関する。

一般にロボットは、人間が近づいた場合にその人間の安全性が保たれるよう緊急停止する安全信号を処理できる必要がある。そのため、従来のロボットはロボットを非常停止させる非常停止スイッチの状態を常に制御装置によりモニタし、確実にロボットを停止させることが可能となっている。一方、無人搬送台車などの走行部とロボットアームなどの作業部とにより構成されバッテリを搭載することにより自走して作業する自走ロボットが開発されている（特許文献１参照）。

しかしながら、自走ロボットはその機能上移動して作業を行うため、安全性を確保するため外部の制御装置と常時有線により連結しておくことは困難であり、自走ロボットは別途安全装置を備える必要があった。そのため、従来の自走ロボットの安全装置として、ロボットアームを駆動させる電源をロボットアームの作業箇所にのみに設置し、その電源からの給電を非常停止スイッチ等により容易に遮断可能として安全性を確保した自走ロボットがある（特許文献２参照）。

特開昭６２−１０７６０３号公報特開平５−５７６６９号公報

特許文献１に記載される自走ロボットのように、ロボットがバッテリを搭載して自走式となった場合、自走ロボットは有線接続によって安全信号を処理する機能か、または、安全規格に準拠する無線機器によって無線接続して安全信号を処理する機能を持つ必要がある。しかしながら、有線接続するケーブルにより自走ロボットの作業範囲が限定されるという課題があった。一方、無線機を搭載する場合においても国別によって安全規格に準拠する無線機の使用周波数帯域が異なるため、それぞれの国に合わせた無線機を搭載する必要があり、無線機を導入することは容易ではないという課題があった。

特許文献２に記載される自走ロボットについては、電源が設置された作業箇所においてのみロボットアームを稼動することが可能となっているので、作業箇所毎に電源を設ける必要がありコストがかかるという課題があった。また、電源が設置された作業箇所のみにおいてロボットアームの作業が可能であるので、ロボットアームの作業可能範囲が限定されるという課題があった。

本発明は、上記の課題に鑑み、常時有線接続することなく安全性を確保した自走ロボット用の自走ロボット制御システムを提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、作業部、走行部並びに該作業部および該走行部を制御する制御部を備える自走ロボットの、該作業部および該走行部の少なくとも一方の動作を強制制御させるための自走ロボット制御システムにおいて、前記自走ロボットが前記作業部および前記走行部により作業および走行を行う作業領域は、人間の立入りを許容する第一領域と、人間の立入りを許容しない第二領域とを有し、前記自走ロボットが前記第一領域に存在するときに、前記作業部および前記走行部の少なくとも一方の動作を強制制御させる強制制御指令を、前記自走ロボットに有線で与えることができる指令装置と、前記自走ロボットが前記第二領域から前記第一領域へ移動するときに、前記自走ロボットと前記指令装置との有線接続を自動的に確立することができると共に、前記自走ロボットが前記第一領域から前記第二領域へ移動するときに、前記自走ロボットと前記指令装置との有線接続を自動的に切り離すことができる接続機構と、を具備することを特徴とする自走ロボット制御システムを提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の自走ロボット制御システムにおいて、前記接続機構は、前記指令装置が有する第一コネクタと、前記自走ロボットが有する第二コネクタであって該第一コネクタに脱離自在に接続される第二コネクタと、該第一コネクタを前記第二領域の予め定めた位置に支持する支持体とを具備し、前記自走ロボットの前記制御部は、予め教示された走行プログラムに従い前記走行部を制御して、前記自走ロボットの走行動作により、前記第二領域から前記第一領域へ移動する直前に該第二コネクタを該第一コネクタに接続させて前記有線接続を確立させ、前記第一領域から前記第二領域へ移動した直後に該第二コネクタを該第一コネクタから脱離させて前記有線接続を切り離させる、自走ロボット制御システムを提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の自走ロボット制御システムにおいて、前記接続機構は、前記第一コネクタおよび前記第二コネクタの少なくとも一方の位置を画像で検出する視覚センサを具備し、前記自走ロボットの前記制御部は、該視覚センサが検出した該位置のデータに基づいて、前記有線接続の確立又は切り離しを実行するように前記走行部を制御する、自走ロボット制御システムを提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の自走ロボット制御システムにおいて、前記第二領域から前記第一領域への前記自走ロボットの移動を選択的に許容する障害部をさらに具備し、該障害部は、前記指令装置が前記強制制御指令を出力しているときに、前記第二領域から前記第一領域への前記自走ロボットの移動を許容しない、自走ロボット制御システムを提供する。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の自走ロボット制御システムにおいて、前記自走ロボットの前記制御部は、前記指令装置の前記強制制御指令に従い、前記作業部および前記走行部の少なくとも一方の動作を強制制御する、自走ロボット制御システムを提供する。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の自走ロボット制御システムにおいて、前記指令装置の前記強制制御指令は、前記作業部および前記走行部の少なくとも一方の動作を強制停止させる停止指令であり、前記自走ロボットの前記制御部は、前記指令装置の前記停止指令に従い、前記作業部および前記走行部の少なくとも一方の動作を強制停止する、自走ロボット制御システムを提供する。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の自走ロボット制御システムにおいて、前記自走ロボットは、前記指令装置の前記停止指令に従い、前記作業部および前記走行部の少なくとも一方への給電を遮断する、自走ロボット制御システムを提供する。

請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７の何れか一項に記載の自走ロボット制御システムにおいて、前記自走ロボットは、さらに、バッテリと前記バッテリ用の充電回路と、を具備し、前記指令装置は、さらに、電力を供給する給電装置を具備し、前記充電回路は、前記第一コネクタと前記第二コネクタとが前記有線接続が確立されている場合に、前記給電装置から供給される電力により前記バッテリを充電する、自走ロボット制御システムを提供する。

本発明に係る、自走ロボット制御システムによれば、人間が進入可能な領域（人間の立入りを許容する第一領域）では自走ロボットと指令装置とが有線接続されているので安全性を確保することができる。一方、人間が進入できない領域（人間の立入りを許容しない第二領域）では、自走ロボットと指令装置とは有線接続されておらず、人への危害も無いため、安全信号をモニタする必要がなく、有線接続により作業範囲が限定されることがない。本発明では、自走ロボットが第二領域から第一領域まで移動するときに、自走ロボットと指令装置との有線接続を自動的に確立することができる共に、自走ロボットが第一領域から第二領域へ移動するときに、自走ロボットと指令装置との有線接続を自動的に切り離すことができる接続機構を具備する。そのため、本発明を適用することにより、自走ロボットに安全信号用の無線機器を搭載せず、常時安全信号に関する通信を行わなくても、自走ロボットの安全性を確保できるようになる。また、自走ロボットと指令装置とが有線接続している間に自走ロボットのバッテリを充電回路により充電できるので、第二領域内における自走ロボットの動作可能時間を延長することができる。

本発明による実施形態について、図を用いて説明する。まず、本発明による安全システム１０００（自走ロボット制御システム）について図１および図２を用いて説明する。図１は、本発明による安全システムの概略構成を示す側面図である。図２は本発明による安全システムの概略構成を示す平面図であり、図２（ａ）は安全システムにおいて自走ロボットがロボット動作非制限領域（第二領域）からロボット動作制限領域（第一領域）まで移動する前の状態を示す図であり、図２（ｂ）は自走ロボットがロボット動作制限領域に移動した後の状態を示す図である。

安全システム１０００は、自走する自走ロボット１００と、自走ロボット１００と有線接続した場合に、自走ロボット１００を強制的に制御可能となるステーション２００（指令装置）とから構成されている。

安全システム１０００が対象とする区域は、第一の仕切２１０および第二の仕切２２０によって区画されている。第一の仕切２１０は、自走ロボット１００が進入することのないロボット非動作領域４１０と、自走ロボット１００が進入して動作する可能性のあるロボット動作可能領域４２０（作業領域）とを区画している。

ロボット動作可能領域４２０は、さらに第二の仕切２２０により区画されている。第二の仕切２２０は、人間３００が進入する可能性があり自走ロボット１００の動作に制限を加える必要のあるロボット動作制限領域４３０（第一領域）と、人間３００が進入することがなく自走ロボット１００の動作を制限しないロボット動作非制限領域４４０（第二領域）とを区画している。ロボット動作非制限領域４４０は人間３００と自走ロボット１００との接触が全くないようにする。

第一の仕切２１０および第二の仕切２２０は一定の高さを有する緩衝材により構成された柵であり、自走ロボット１００は柵を乗り越えて移動することはない。また、第一の仕切２１０および第二の仕切２２０は緩衝材により構成されているので、自走ロボット１００がぶつかった場合でもその衝撃は緩衝される。第一の仕切２１０によって自走ロボット１００がロボット非動作領域４１０に進入することはないため、ロボット非動作領域４１０の内部にいる人間３００は常に安全な状態である。第一の仕切２１０の一部には人間が出入りするための扉２１２（図２参照）が配置されており、扉２１２は開けられた場合にフェンス信号（人間が所定の場所に進入した場合に状態が変化する信号）を発信するようになっている。

第二の仕切２２０には、自走ロボット１００がロボット動作制限領域４３０とロボット動作非制限領域４４０とを移動する経路２２４（図２参照）が設けられている。また、経路２２４には後述するステーション２００のステーション制御部２５０の指示により自動的に開閉可能な自動扉２２２が設けられている。さらに、自動扉２２２はステーション制御部２５０の要求に応じて扉の状態を示す扉状態信号を送信する機能を有する。第二の仕切２２０に設けられた自動扉２２２が開くことにより、自走ロボット１００は経路２２４を自走してロボット動作制限領域４３０およびロボット動作非制限領域４４０間の往来が可能となっている。すなわち、第二の仕切２２０は自走ロボット１００の移動を選択的に許容する障害部の役割を果たす。

次に、自走ロボット１００について説明する。自走ロボット１００は、走行部１１０、作業部１２０、ロボット制御部１３０（制御部）、バッテリ１４０およびロボット側接続手段１５０（接続機構の一部）を備えている。走行部１１０は自走ロボット１００の自走を実現する装置であり、本実施形態の自走ロボット１００の走行部１１０は無人搬送台車である。自走ロボット１００はロボット制御部１３０が走行部１１０に動作を指示することにより移動可能となっている。

作業部１２０はワークを運搬するアーム１２２を有するロボットアームである。作業部１２０は作業用ケーブル１２４によりロボット制御部１３０に接続されており、ロボット制御部１３０からの指示により作業を行う。

ロボット制御部１３０は走行部１１０、作業部１２０および後述するロボット側接続手段１５０を制御する機器である。すなわち、ロボット制御部１３０はソフトウェア、プログラムによって走行部１１０や作業部１２０を制御する制御回路である。ロボット制御部１３０はＣＰＵ、データメモリおよびインタフェイス等を備えた周知のものでよく、故にその詳細な説明は省略する。ロボット制御部１３０は、さらに外部（例えばステーション２００）より入力された信号を受信して処理する信号処理回路１３２を備えている。信号処理回路１３２は外部より受信した信号を処理して、処理した信号をロボット制御部１３０に送信する。ロボット制御部１３０は信号処理回路１３２から受信した信号に基づいて、走行部１１０や作業部１２０を制御する。例えば、信号処理回路１３２がステーション２００より安全信号（強制制御指令の一例、停止指令）を受信した場合に安全信号をロボット制御部１３０に送信して、ロボット制御部１３０は受信した安全信号に基づいて走行部１１０や走行部１２０を強制停止するよう制御する。

また、ロボット制御部１３０は、ステーション２００の位置（後述するステーション側接続手段２３０を含む）とステーション２００を起点として自走ロボットが移動した経路とをデータメモリに記憶している。ロボット制御部１３０がステーション２００を起点として移動した経路を逆に進むよう走行部１１０に指示することにより自走ロボット１００をステーション２００に近接させることが可能になっている。

自走ロボット１００は、バッテリ１４０とそのバッテリを充電する充電回路１４２とを備えている。自走ロボット１００が有する他の構成要素、移動部１１０、作業部１２０およびロボット制御部１３０は、バッテリ１４０から電力を供給されることにより動作可能となっている。すなわち、自走ロボット１００は、バッテリ１４０を搭載しているので、ロボット動作可能領域４２０においては、外部電源と接続することなく自走可能または作業可能になっている。

ロボット側接続手段１５０は、後述するステーション２００のステーション側接続手段２３０と有線接続可能な機器であり、自走ロボット１００とステーション２００との有線接続を自動的に確立または自動的に解除する接続機構２７０の一部である。ロボット側接続手段１５０は信号処理部１３２に接続している。ロボット側接続手段１５０は、自走ロボット１００がロボット動作非制限領域４４０からロボット動作制限領域４３０まで移動するときに、自動的にステーション側接続手段２３０と有線接続できるよう構成されている。ロボット側接続手段１５０の構成およびロボット側接続手段１５０とステーション側接続手段２３０とが自動的に有線接続を確立または切り離す手順については後述する。

次に、安全システム１０００のステーション２００（指令装置）について説明する。ステーション２００は、自走ロボット１００と有線接続した場合に自走ロボット１００を制御可能となる装置であり、ステーション２００は、自走ロボット１００のロボット側接続手段１５０と有線接続するステーション側接続手段２３０（接続機構２７０の一部）、安全信号を入力するための安全スイッチ２４０、ステーション２００に入力された信号をモニタし、ステーション２００に接続された外部機器を制御するステーション制御部２５０、安全スイッチ２４０および第一の仕切２１０の扉２１２と接続するケーブル２４２、自走ロボット１００の通過を検知するロボット通過検知センサ２４４、電力を供給する給電装置２６０とから構成されている。本実施形態において、ステーション２００のステーション制御部２５０とステーション側接続手段２３０とはロボット動作非制限領域４４０内であって、自走ロボット１００がロボット動作制限領域４３０に移動する際に必ず経由する経路２２４の近傍に配置されている。

ステーション側接続手段２３０は、自走ロボット１００がロボット動作制限領域４３０内に移動する場合に、自走ロボット１００のロボット側接続手段１５０と有線接続する機器であり、接続機構２７０の一部である。ステーション側接続手段２３０は自走ロボット１００のロボット側接続手段１５０と同じ高さの位置に配置されている。自走ロボット１００がステーション側接続手段２３０に近接することにより接続可能となっている。接続するための構成および接続の手順は後述する。ステーション側接続手段２３０はステーション制御部２５０と接続されており、ステーション制御部２５０は、ロボット側接続手段１５０およびステーション側接続手段２３０が有線接続した場合、ステーション側接続手段２３０を経由して自走ロボット１００を制御することが可能となる。

安全スイッチ２４０は、ステーション２００が安全信号を自走ロボット１００に送信するためのトリガであって、本実施形態では人間３００が安全に行動できるロボット非動作領域４１０に配置されている。安全スイッチ２４０とステーション制御部２５０とは信号伝達ケーブル２４２により有線接続されており、ステーション制御部２５０は安全スイッチ２３０が押し下げられたか否かを常にモニタしている。ステーション制御部２５０は安全スイッチ２３０が押し下げられたと判定した場合に、安全信号を自走ロボット１００に送信する。すなわち、人間３００が安全スイッチを押し下げることにより、ステーション制御部２５０は自走ロボット１００に安全信号を送信して自走ロボット１００は強制的に停止する。安全スイッチ２３０と自走ロボット１００とは物理的に離れているので、自走ロボット１００とステーション２００とが有線接続されている場合、人間３００は安全な状態で自走ロボット１００を停止できる。

また、前述したように第一の仕切２１０の扉２１２はフェンス信号が出力可能であり、扉２１２とステーション制御部２５０とは信号伝達ケーブル２４２により有線接続されている。扉２１２は、扉が開けられたことを検知してフェンス信号を、信号伝達ケーブル２４２を経由してステーション制御部２５０に送信する。ステーション制御部２５０はフェンス信号が入力されたか否かをモニタしており、ステーション制御部２５０は、第一の仕切２１０から、ロボット動作制限領域４３０に人間が進入したかもしれないことを示すフェンス信号が入力されたと判定した場合に自走ロボット１００に対して安全信号を送信する。そのため、人間３００が不用意にロボット動作制限領域４３０に進入した場合においても、ステーション２００と有線接続している自走ロボット１００を停止させることができる。

ステーション制御部２５０は、前述のように、ケーブルにより有線接続された安全スイッチ２４０やセンサなどから入力される信号をモニタして、ステーション制御部２５０と接続している機器を制御する機器である。ステーション制御部２５０は制御回路であり、ＣＰＵ、データメモリおよびインタフェイス等を備えた周知のものでよく、故にその詳細な説明は省略する。ステーション制御部２５０は、前述のように信号伝達ケーブル２４２により接続された安全スイッチ２４０や第一の仕切２１０の扉２１２からの信号をモニタすることにより、安全信号を自走ロボット１００に送信する、すなわち自走ロボット１００を強制的に停止するよう指示する機能を有する。また、ステーション制御部２５０は、ステーション側接続手段２３０とロボット側接続手段１５０とが正常に接続され所定の信号を受信したか否かを判定する機能も有する。ステーション制御部２５０が接続手段の正常接続を判定する方法については後述する。

ステーション制御部２５０は、さらに、第二の仕切２２０に設けられた自動扉２２２とロボット通過検知センサ２４４とに接続している。ステーション制御部２５０は自動扉２２２から扉の開閉状態を示す扉状態信号を受信する。また、自動扉２２２の開閉を指示する。ロボット通過検知センサ２４４は、自走ロボット１００の通過を検知するセンサであり、自走ロボット１００の通過を示す通過検知信号をステーション制御部２５０に送信する。ステーション制御部２５０はロボット通過検知センサ２４４と接続しているので、ステーション制御部２５０は通過検知信号を受信した場合、その通過検知信号の内容に応じて自動扉２２２に対して開閉を指示することが可能となっている。ロボット通過検知センサ２４４は、例えば、視覚センサを用いて自走ロボット１００を撮像した画像を入手して自走ロボット１００通過を検知してもよい。また、ロボット通過検知センサ２４４は、ライトカーテンを経路２２４に設けて自走ロボット１００が通過することによりライトカーテンが遮断されたことを計測することにより、自走ロボット１００が通過したことを検知してもよい。ロボット通過検知センサ２４４は、経路２２４の床面に複数のボタンを設けボタン上を自走ロボット１００が通過してボタンを自重により押下げることにより、自走ロボット１００が経路２２４を通過してロボット動作非制限領域４４０に移動したことを検知してもよい。

次に、ステーション２００のステーション側接続手段２３０と自走ロボット１００のロボット側接続手段１５０との接続する構成（接続機構２７０）について図３を用いて説明する。図３はステーション２００のステーション側接続手段２３０と自走ロボット１００のロボット側接続手段１５０とが有線接続するための構成を示す図である。図３は理解を容易にするために、それぞれの接続手段を誇張し拡大して示している。また有線接続に関係しない部分は省略した。

まず、ステーション側接続手段２３０について説明する。ステーション側接続手段２３０は、ステーション制御部２５０からの信号を伝達する接続ケーブル２３２、ロボット側接続手段１５０と機械的に嵌合するステーション側嵌合部２３４、ロボット側接続手段１５０と電気的に接続するステーション側コネクタ２３６（第一コネクタ）およびステーション側嵌合部２３４およびステーション側コネクタ２３６を支持する支持体２３９を有している。

接続ケーブル２３２の一方の端部はステーション制御部２５０に接続しており、他方の端部はステーション側嵌合部２３４に接続している。接続ケーブル２３２は、バネやコイルように巻線形となっており伸縮自在となっている。そのため、有線接続を確立する際のステーション側嵌合部２３４の位置は固定されているが、有線接続後はステーション側嵌合部２３４とステーション制御部２５０との距離は可変である。また、ステーション側嵌合部２３４の下側には支持体２３９が設けられており、支持体２３９はステーション側嵌合部２３４が所定の高さに配置されるよう、ステーション側嵌合部２３４を支持している。

ステーション側嵌合部２３４は、断面がＴ字形の部材であり、端部には上下に突出した突出部２３８を有している。ステーション側嵌合部２３４はロボット側接続手段１５０と嵌合して突出部２３８が引掛ることにより、ステーション側接続手段２３０とロボット側接続手段１５０とが容易に切り離されることがなくなる。ステーション側嵌合部２３４の端部には、容易に繰り返し脱着することが可能なコネクタであるステーション側コネクタ２３６（第一コネクタ）が配置されており、ステーション側嵌合部２３４がロボット側接続手段１５０と嵌合した場合、自走ロボット１００と電気的に接続するように構成されている。

次に、ロボット側接続手段１５０について説明する。ロボット側接続手段１５０は、ステーション側接続手段２３０と機械的に嵌合するロボット側嵌合部１５２、ステーション側接続手段２３０と電気的に接続するロボット側コネクタ１５４、ロボット制御部１３０の指示によりロボット側嵌合部１５２を動かす駆動部１５６およびステーション側コネクタ２３６の位置を撮像する視覚センサ１５８を有している。ロボット側嵌合部１５２は、断面がＬ字形の部材であり、ロボット側嵌合部１５２の端部にはステーション側嵌合部２３４の突出部２３８に引掛ける引掛部１５３を有している。ロボット側嵌合部１５２は二つの部材からなり、ロボット側接続手段１５０の上下に配置されている。二つの部材は上側を上側ロボット側嵌合部１５２ａ、下側を下側ロボット側嵌合部１５２ｂとし、それぞれの引掛部１５３ａ、１５３ｂが対向するよう配置されている。ロボット側嵌合部１５２は、ロボット制御部１３０が駆動部１５６に指示することにより上下に動作可能となっており、ステーション側嵌合部２３４を挟み込むことができる。また、自走ロボット１００は、ロボット側嵌合部１５２とステーション側嵌合部２３４とが嵌合した場合、ステーション２００に嵌合が完了したことを示す嵌合状態信号を発信できる。

ロボット側コネクタ１５４は、ステーション側コネクタ２３６と対向する位置に配置されており、自走ロボット１００がステーション２００に向かって近づくことにより、ステーション側コネクタ２３６と接続して通電可能な状態、すなわちロボット側接続手段１５０とステーション側接続手段２３０とが有線接続された状態となる。

ロボット側接続手段１５０には、ステーション側コネクタ２３６の位置を撮像する視覚センサ１５８が設けられている。自走ロボット１００は、ステーション側接続手段２３０に近接した場合、視覚センサ１５８から入手した画像データを基にして正確なステーション側コネクタ２３６の位置を求め、その位置データに従って自走ロボット１００はステーション側接続手段２３０に向けて自走する。自走ロボット１００が視覚センサ１５８を用いて正確にステーション側接続手段２３０に向かって自走することによりロボット側コネクタ１５４とステーション側コネクタ２３６が接続することができる。

それぞれのコネクタが接続した後にロボット側嵌合部１５２が動作し嵌合すれば、それぞれのコネクタは外れることはなく、ステーション制御部２５０からの信号を確実に自走ロボット１００に送信することが可能となる。接続ケーブル２３２は自走ロボット１００の動きに合わせて伸張できるので、嵌合後は、自走ロボット１００がロボット動作制限領域４３０に移動した場合においても有線接続している状態を保つことができる。すなわち、ステーション２００は、自走ロボット１００がロボット動作制限領域４３０内において移動または作業を行う場合でも、有線接続により自走ロボット１００を強制的に制御することが可能となる。

次に、図４および図５を用いて、本発明による自走ロボット１００がロボット動作制限領域４３０とロボット動作非制限領域４４０との間を移動する際に、自走ロボット１００とステーション２００とが自動的に有線接続を確立、またその有線接続を切り離す手順について説明する。

まず、図４を用いて自走ロボット１００がロボット動作制御領域４３０に進入する際の手順、とくにステーション制御部２５０が正常に接続されたか否かを判定する方法について説明する。図４は自走ロボット１００がロボット動作制御領域４３０に進入する際に、自走ロボット１００がステーション２００と有線接続を確立する手順、ステップＳ１０１からステップＳ１０４を示す図である。

ステップＳ１０１は、自走ロボット１００がロボット動作非制限領域４４０に存在し、自走ロボット１００とステーション２００とは有線接続していない状態を示している。図に示すように、ロボット側接続手段１５０のロボット側嵌合部１５２は開けられた状態となっており、ロボット側コネクタ１５４は外部に露出されている。一方、ステーション２００のステーション制御部２５０は、安全スイッチ２４０と第一の仕切２１０とからの安全信号、自動扉２２２からの扉状態信号およびステーション側接続手段２３０からの信号をモニタしている状態である。また、自走ロボット１００がロボット動作制限領域４３０に進入するための自動扉２２２は閉じている状態である。

次に、ステップＳ１０２について説明する。自走ロボット１００は、ロボット動作制限領域４４０からロボット動作制限領域４３０へ移動するという動作プログラムに従い、ステーション２００に向かって自走し、ステーション２００に近接する。そして自走ロボット１００は視覚センサ１５８を利用してステーション側コネクタ２３６とロボット側コネクタ１５４とが接続する位置へ移動する。なお、本実施形態では自走ロボット１００は前述したように、ロボット制御部１３０が記憶するステーション２００の位置情報に基づいて近接している。

ステップＳ１０３について説明する。自走ロボット１００は、視覚センサ１５８を用いてステーション側コネクタ２３６の位置を確認しつつ移動し、ロボット側コネクタ１５４とステーション側コネクタ２３６とを接続させる。接続した後、自走ロボット１００は駆動部１５６を用いてロボット側嵌合部１５２を移動させ、ステーション側嵌合部２３４との嵌合を完了させる。嵌合が完了した時点で、ステーション側コネクタ２３６から接続ケーブル２３２を経由して嵌合が完了したことを示す嵌合状態信号がステーション制御部２５０に送信される。ステーション制御部２５０は嵌合状態信号を受信した場合、ステーション制御部２５０がモニタしている安全信号を受信していない状態（安全スイッチ２４０が押し下げられておらず、第一の仕切２１０の扉２１２がフェンス信号をステーション制御部２５０に入力していない状態）であることを確認する。ステーション制御部２５０はロボット側嵌合部１５２とステーション側嵌合部２３４が嵌合したこと、および安全スイッチ２４０から安全信号を受信していない状態であることを確認することにより、自走ロボット１００とステーション２００とが正常に有線接続が確立されたと判定して自動扉２２２に開けることを指示する。すなわち、ステーション制御部２５０に安全信号が入力されている場合は、安全信号により自走ロボットが強制的に停止されているのみならず、ステーション制御部２５０により自動扉２２２を開けられることはない。

ステップＳ１０４について説明する。自走ロボット１００がステーション２００と有線接続した後、ロボット制御部１３０は接続ケーブル２３２を介してステーション制御部２５０からの安全信号をモニタすることが可能となる。また、ステーション制御部２５０から扉状態信号を受信することにより、自動扉２２２の開閉状態を確認可能となる。ロボット制御部１３０は、ロボット側接続手段１５０とステーション側接続手段２３０との嵌合が完了していること、ステーション２００から安全信号が入力されていない状態であること、自動扉２２２が開いていることを確認する。ロボット制御部１３０の確認後、自走ロボット１００は走行部１２０により自走を開始し、ロボット動作制限領域４３０に進入する。図４のステップ１０４は自走ロボット１００が有線接続によりステーション２００からの安全信号をモニタしつつ、ロボット動作制限領域４３０の内部に進入している状態を示している。

次に、図５を用いて自走ロボット１００がロボット動作制限領域４３０からロボット動作非制限領域４４０まで移動する流れについて説明する。図５は自走ロボット１００がロボット制限領域４３０からロボット非制限領域４４０にまで移動する際に有線接続を切り離す手順であるステップＳ２０１からステップＳ２０３を示す図である。

ステップＳ２０１は、自走ロボット１００がロボット動作制限領域４３０内に存在する状態であり、自走ロボット１００とステーション２００とが有線接続されている状態を示している。自走ロボット１００がロボット動作制限領域４３０内に存在する場合、自動扉２２２は開いているものとする。

次に、自動扉２２２を閉めるタイミングと、自走ロボット１００とステーション２００と切り離す動作について説明する。ステップＳ２０２は、自走ロボット１００が経路２２４を通過し、自走ロボット１００がロボット動作非制限領域４４０に移動した状態を示している。ロボット通過検知センサ２４４は、自走ロボット１００がロボット動作制限領域４３０からロボット動作非制限領域４４０に通過したことを検知し、自走ロボット１００がロボット動作非制限領域４４０へ通過したことを示す通過検知信号を送信する。ステーション制御部２５０はその通過検知信号を受信し、自走ロボット１００がロボット動作非制限領域４４０へ移動したと判定し、自動扉２２２を閉じる指示をする。自動扉２２２は閉じた後、ステーション制御部２５０に扉が閉じている状態を示す扉状態信号を送信する。自走ロボット１００のロボット制御部１３０はステーション制御部２５０を経由して扉状態信号を受信し、自動扉２２２が閉じたことを確認する。自走ロボット１００のロボット制御部１３０は自動扉２２２が閉じたことを確認した後、ロボット側接続手段１５０のロボット側嵌合部１５２を動作させステーション側嵌合部２３４との嵌合を解除する。

ステップＳ２０３にて、自走ロボット１００のロボット制御部１３０は嵌合が解除されたことを確認したのち、自走してステーション２００から離れる方向に移動して、ロボット側コネクタ１５４とステーション側コネクタ２３６との接続を切り離す。切り離しに先立ちステーションコネクタ２３６やステーション側嵌合部２３４は支持体２３９により所定の位置に固定的に配置された状態となっている。有線接続を切り離した後、自走ロボット１００はロボット動作非制限領域４４０において自動的に走行し作業を行う。

以上、図４および図５を用いて本発明による自走ロボット１００がロボット動作制限領域４３０とロボット動作非制限領域４４０との間を移動する際に、自走ロボット１００とステーション２００とが自動的に有線接続を確立、またその有線接続を切り離す手順について説明した。上述のように自走ロボット１００はロボット動作制限領域４３０に移動する際、ステーション２００と自動的に有線接続を確立する。そのため、人間３００は、ロボット制限領域４３０に移動した自走ロボット１００を、自走ロボット１００から離れた場所にある安全スイッチ２４０を用いて非常停止させることが可能となり、人間３００の安全を保つことができる。一方、自走ロボット１００は人間３００と接触することがないロボット動作非制限領域４４０内においては、ステーション２００と有線接続していないので、移動範囲を限定されることなく移動および作業が可能となる。

本実施形態では、自走ロボット１００とステーション２００とが有線接続されることにより安全信号を送受信する安全システム１０００について述べた。しかしながら、有線接続されることにより送受信される信号は安全信号に限られず、自走ロボット１００の移動や作業を制御する信号であっても構わない。また、有線接続により送受信される信号は、人間３００が自走ロボット１００を遠隔地から操作する信号や自走ロボット１００を教示するための信号であってもよい。

接続される接続ケーブル２３２は、電力を送る電力線であっても構わない。接続ケーブル２３２が電力線である場合は、ステーション２００と自走ロボット１００とが有線接続されている間、充電回路１４２によってステーション２００の給電装置２６０からの電力をバッテリ１４０に充電可能となる。また、ステーション２００と自走ロボット１００とが接続されている間は、自走ロボット１００はバッテリ１４０の電力を利用せず、ステーション２００の給電装置２６０から送られる電力を利用して動作してもよい。ステーション２００から送られる信号を送る接続ケーブル２３２と電力を送る電力線と並列して設けることにより、安全信号をモニタしつつバッテリ１４０を充電するようにしてもよい。有線接続されている間、バッテリ１４０を充電することにより、有線接続されていないとき（すなわち、ロボット動作非制限領域４４０に自走ロボットが存在するとき）の自走ロボット１００の動作可能時間を延長することができる。

当該技術分野における当業者にとって明らかであるように、上記説明は、本発明がどのように実施されるかを示した実施例としてのみ解釈されるべきである。また、本発明は、主旨を逸脱しない範囲において当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変更を加えた態様により実施できるものである。例えば、本実施形態においては第一の仕切２１０および第二の仕切２２０を、一定の高さを有する緩衝材を用いて構成している。しかしながら、自立ロボット１００の進入を妨げるものであれば、車輪止めや頑丈な塀により構成されていても構わない。

また、自走ロボット１００とステーション２００が有線接続する際、ロボット側接続手段１５０のロボット側嵌合部１５２が駆動部１５６により移動することにより、ステーション側接続手段２３０のステーション側嵌合部２３４と嵌合するよう構成されていたが、逆の構成でも構わない。すなわち、ステーション側嵌合部２３４が挟み込む形状であり（Ｌ字形）駆動部を有し、ロボット側嵌合部１５２が挟み込まれる形状（Ｔ字形）とすることによりステーション側嵌合部２３４がロボット側嵌合部１５２を挟み込むことにより嵌合して、有線接続を確立しても構わない。また、伸縮可能な接続ケーブル２３２は自走ロボット１００に設けられてもよい。

また、自走ロボット１００の信号処理回路１３２は、外部より安全信号を受信した際に、ロボット制御部１３０を介さず直接安全信号を走行部１１０や作業部１２０に送信してもよい。その場合、走行部１１０または作業部１２０は、信号処理回路１３２から受信した安全信号により停止可能、例えば、バッテリ１４０から切り離すよう構成しておく。ロボット制御部１３０を介さないため、処理の遅延により非常停止が遅れることを防ぐ効果がある。

本実施形態においては、自走ロボット１００の走行部１１０は車輪により移動する無人搬送台車であるが、走行部１１０は例えば多足型の歩行ロボットであっても構わない。自走ロボット１００の作業領域は必ずしも平坦な床であるとは限らず、例えば危険な崖である場合がある。そのため、作業領域の状況にあわせて具体的な走行部１１０は変更可能となっている。

また、安全スイッチ２３０は、安全信号を発信するトリガであるため、人が通過したことを検知する赤外線センサまたは人感センサであってもよい。

本実施形態のステーション２００は、自走ロボット１００とステーション２００との有線接続を切り離す際、自走ロボット１００がロボット動作非制限領域４４０に移動したか否かを、ロボット通過検知センサ２４２からの信号を基に判定していた。しかしながら、自走ロボット１００自身が自己の位置を随時記録している場合、自走ロボット１００がステーション制御部２５０に位置を示す信号を入力することにより、ステーション制御部２５０がその信号に基づいて自走ロボットがロボット動作非制限領域４４０に移動したか否かを判定しても構わない。

本実施形態において、ステーション側コネクタ２３６とロボット側コネクタ１５４とを接続する際に、視覚センサ１５８を用いて直接ステーション側コネクタ２３６の位置を判定して、自走ロボットが移動することにより接続していた。しかしながら、各コネクタの高さ方向の位置は略等しいため、水平方向の位置を検知すれば接続することができる。そこで、床面にステーション側コネクタ２３６の水平方向の位置を示す目印を付け、その目印を自走ロボット１００が備えるセンサにより検知することにより、間接的にステーション側コネクタ２３６の位置を把握するようにしても構わない。

本実施形態の自走ロボット１００は、繰り返し蓄電可能なバッテリ１４０を搭載しているが、自走ロボット１００はバッテリ１４０の代わりに交換可能な電池を搭載して、自走ロボット１００は電池から供給される電力により動作してもよい。

本発明は、自走ロボット１００の動作する領域を二つ分け、一つは人間に接触の可能性がある領域(ロボット動作制限領域４３０、第一領域)、もう一つは人間との接触の危険がない領域（ロボット動作非制限領域４４０、第二領域）とした。この二つの領域間には物理的な緩衝材による仕切が設けられ、自走ロボット１００がロボット動作制限領域４３０に入るためには、それぞれの領域をつなぐ経路において、ステーション２００と通信を行い、安全信号の有無や有線接続がされているか否かを確認して接続する。本発明は、安全信号を確実に自走ロボット１００に送信する必要のある領域（ロボット動作制限領域４３０）では自走ロボット１００とステーション２００とが有線接続されているので安全性を確保することができる。一方、人間が進入しないため安全信号を自走ロボット１００に送る必要のない領域（ロボット動作非制限領域４４０）に自走ロボット１００が存在する場合は、自走ロボット１００は常時安全信号をモニタする必要がなく、自走ロボット１００とステーション２００とは有線接続されていない。そのため、自走ロボット１００は常時安全信号をモニタする必要がなく、接続されたケーブルにより作業範囲が限定されることがない。本発明を適用することにより、自走ロボットに安全信号用無線機器を搭載せず、常時安全信号に関する通信を行わなくても、自走ロボットの安全性を確保できるようになった。

本発明による自走ロボットを用いた安全システム（自走ロボット制御システム）の概略構成の一例を示す側面図である。本発明による安全システムの概略構成の一例を示す平面図であり、図２（ａ）は自走ロボットがロボット動作制限領域に移動する前の状態を示す図であり、図２（ｂ）は自走ロボットがロボット動作制限領域に移動した後の状態を示す図である。ステーションのステーション側接続手段と自走ロボットのロボット側接続手段とが接続するための構成を示す図である。本発明による安全システムの自走ロボットがロボット動作非制限領域からロボット動作制限領域まで移動する際に、自走ロボットがステーションとの有線接続を確立する手順を示す図である。本発明による自走ロボットがロボット動作制限領域からロボット動作非制限領域まで移動する際に、自走ロボットがステーションとの有線接続を切り離す手順を示す図である。

符号の説明

１００自走ロボット
１１０走行部
１２０作業部
１２２アーム
１３０ロボット制御部
１３２信号処理部
１４０バッテリ
１４２充電回路
１５０ロボット側接続手段（接続機構の一部）
１５２ロボット側嵌合部
１５３引掛部
１５４ロボット側コネクタ（第二コネクタ）
１５６駆動部
１５８視覚センサ
２００ステーション（指令装置）
２１０第一の仕切
２１２扉
２２０第二の仕切
２２２自動扉
２２４経路
２３０ステーション側接続手段（接続機構の一部）
２３２接続ケーブル
２３４ステーション側嵌合部
２３６ステーション側コネクタ（第一コネクタ）
２３８突出部
２３９支持体
２４０安全スイッチ
２４２信号伝達ケーブル
２４４ロボット通過検知センサ
２５０ステーション制御部
２６０給電装置
２７０接続機構
３００人間
４１０ロボット非動作領域
４２０ロボット動作可能領域
４３０ロボット動作制限領域
４４０ロボット動作非制限領域
１０００安全システム

Claims

作業部、走行部並びに該作業部および該走行部を制御する制御部を備える自走ロボットの、該作業部および該走行部の少なくとも一方の動作を強制制御させるための自走ロボット制御システムにおいて、
前記自走ロボットが前記作業部および前記走行部により作業および走行を行う作業領域は、人間の立入りを許容する第一領域と、人間の立入りを許容しない第二領域とを有し、
前記自走ロボットが前記第一領域に存在するときに、前記作業部および前記走行部の少なくとも一方の動作を強制制御させる強制制御指令を、前記自走ロボットに有線で与えることができる指令装置と、
前記自走ロボットが前記第二領域から前記第一領域へ移動するときに、前記自走ロボットと前記指令装置との有線接続を自動的に確立することができると共に、前記自走ロボットが前記第一領域から前記第二領域へ移動するときに、前記自走ロボットと前記指令装置との有線接続を自動的に切り離すことができる接続機構と、
を具備することを特徴とする自走ロボット制御システム。
前記接続機構は、前記指令装置が有する第一コネクタと、前記自走ロボットが有する第二コネクタであって該第一コネクタに脱離自在に接続される第二コネクタと、該第一コネクタを前記第二領域の予め定めた位置に支持する支持体とを具備し、前記自走ロボットの前記制御部は、予め教示された走行プログラムに従い前記走行部を制御して、前記自走ロボットの走行動作により、前記第二領域から前記第一領域へ移動する直前に該第二コネクタを該第一コネクタに接続させて前記有線接続を確立させ、前記第一領域から前記第二領域へ移動した直後に該第二コネクタを該第一コネクタから脱離させて前記有線接続を切り離させる、請求項１に記載の自走ロボット制御システム。
前記接続機構は、前記第一コネクタおよび前記第二コネクタの少なくとも一方の位置を画像で検出する視覚センサを具備し、前記自走ロボットの前記制御部は、該視覚センサが検出した該位置のデータに基づいて、前記有線接続の確立又は切り離しを実行するように前記走行部を制御する、請求項２に記載の自走ロボット制御システム。
前記第二領域から前記第一領域への前記自走ロボットの移動を選択的に許容する障害部をさらに具備し、該障害部は、前記指令装置が前記強制制御指令を出力しているときに、前記第二領域から前記第一領域への前記自走ロボットの移動を許容しない、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の自走ロボット制御システム。
前記自走ロボットの前記制御部は、前記指令装置の前記強制制御指令に従い、前記作業部および前記走行部の少なくとも一方の動作を強制制御する、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の自走ロボット制御システム。
前記指令装置の前記強制制御指令は、前記作業部および前記走行部の少なくとも一方の動作を強制停止させる停止指令であり、
前記自走ロボットの前記制御部は、前記指令装置の前記停止指令に従い、前記作業部および前記走行部の少なくとも一方の動作を強制停止する、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の自走ロボット制御システム。
前記自走ロボットは、前記指令装置の前記停止指令に従い、前記作業部および前記走行部の少なくとも一方への給電を遮断する、請求項６に記載の自走ロボット制御システム。
前記自走ロボットは、さらに、バッテリと前記バッテリ用の充電回路と、を備え、
前記指令装置は、さらに、電力を供給する給電装置を備え、
前記充電回路は、前記第一コネクタと前記第二コネクタとが前記有線接続が確立されている場合に、前記給電装置から供給される電力により前記バッテリを充電する、
請求項１から請求項７の何れか一項に記載の自走ロボット制御システム。