JP2010162619A - ロボット停止装置及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】非常停止の必要性を的確に検出し、ロボットの誤停止を防止する。
【解決手段】自律的に動作するロボットを停止させるロボット停止装置1であって、音声情報を検出する音声検出手段2と、物理的操作を受け付ける操作手段3と、音声検出手段2から出力される音声検出信号15が所定の音声的条件18を満たし、且つ操作手段3から出力される操作検出信号16が所定の操作的条件19を満たす場合に、停止信号17を出力する制御手段4と、停止信号17が出力された場合に、ロボットの動作を停止させる停止手段5とを備える
【選択図】図1

Description

本発明は、自律的に動作するロボットを非常時等に停止させるための技術に関する。
近年、様々な自律的動作を行うロボットが開発されている。このようなロボットは、工業用のみならず、家庭内、公共の場所等の周囲に人が存在する環境下において使用されることも多い。そのため、安全性の確保等を目的として、非常停止機能が備えられる場合がある。通常、このような非常停止機能は、ロボットの周囲の状況を検出し、その検出結果に基づいてロボットの動作を停止させる構成を備えている。
以下に、本発明と関連性のある先行技術を挙げる。特許文献1は、所定の周波数の音声信号が所定時間継続した場合に、非常停止信号として認識する構成を開示する。特許文献2は、音により異常を検出してロボットハンドを停止する構成を開示する。特許文献3は、音声又はスイッチ操作のどちらか一方を検出し、非常停止を行う構成を開示する。特許文献4は、音声により非常停止する構成を開示する。特許文献5及び6は、ロボットを音声情報により制御する構成を開示する。これらの技術により、ロボットの周囲に存在する操作者が所定の音を発する等の行為を行うことにより、ロボットの動作を停止させることが可能となる。
特許第3026276号公報 特開平9−123078号公報 特開昭62−192890号公報 特開2008−49462号公報 特開2002−199470号公報 特開2000−202790号公報
しかしながら、上記特許文献1に開示される構成においては、同一の周波数成分をもつノイズが環境に生じた場合に、操作者の意に反してロボットが停止してしまう。これと同様に、上記特許文献2〜6に開示される構成においても、設定値と同一の特性を有する音が環境に生じた場合には、操作者の意に反してロボットが停止してしまう。また、上記特許文献3においては、音声又はスイッチ操作のどちらか一方が検出された場合に非常停止されるため、たとえスイッチへの操作を不用意に行わないように注意していても、上述したような音声による誤動作を防ぐことはできない。また、このようなスイッチによる非常停止手段は、操作者による誤操作を招き易い。特に、周囲に子供等が存在する環境等では、このような問題が顕著である。
そこで、本発明は、非常停止の必要性を的確に検出し、ロボットの誤停止を防止することを目的とする。
上記課題の解決を図る本発明は、自律的に動作するロボットを停止させるロボット停止装置であって、音声情報を検出する音声検出手段と、物理的操作を受け付ける操作手段と、前記音声検出手段から出力される音声検出信号が所定の音声的条件を満たし、且つ前記操作手段から出力される操作検出信号が所定の操作的条件を満たす場合に、停止信号を出力する制御手段と、前記停止信号が出力された場合に、前記ロボットの動作を停止させる停止手段とを備えるものである。
上記本発明によれば、音声的条件及び操作的条件の両方が満たされなければ、ロボットは停止しない。例えば、ロボットは、周辺で大声が発せられただけでは停止せず、又非常停止用に設けられたスイッチ等を操作するだけでも停止しない。これにより、非常停止の必要に伴わない音声や操作によるロボットの誤停止を防止することができ、操作者の意図を確実に反映して、必要な時にだけロボットを停止させることができる。
また、前記制御手段は、前記音声的条件が満たされた後、前記操作的条件が満たされた場合に、前記停止信号を出力することが好ましい。
これにより、操作者の停止の意志をより確実に検知することができる。
また、前記制御手段は、前記音声的条件が満たされた後、所定の時間が経過するまでの間に前記操作的条件が満たされた場合に、前記停止信号を出力することが好ましい。
これにより、操作者の停止の意志によらない音声を排除して、より確実に誤動作を防止することができる。
また、前記制御手段は、前記音声検出手段により検出された音声の音量が閾値以上となった場合に、前記音声的条件を満たすと判定することが好ましい。
これにより、非常時に発生する大声等の音声により、非常停止の必要性を検知することができる。
また、前記制御手段は、前記音声検出手段により検出された音声の音量が下限閾値以下となった場合に、前記閾値が小さくなるように修正することが好ましい。更に、前記制御手段は、前記音声検出手段により検出された音声の音量が上限閾値以上となった場合に、前記閾値が大きくなるように修正することが好ましい。
これにより、周囲の雑音に応じて、音声的条件を調整することができる。
また、前記制御手段は、前記音声検出手段により検出された音声の音量が、単位時間当たりに所定値以上増加した場合に、前記音声的条件を満たすと判定してもよい。
非常事態に伴う大音量は、突発的に発生する場合が多いため、周囲の雑音が徐々に大きくなっていく場合には、たとえ音量が所定値を超えた場合であっても、非常停止が必要な状況であると判定するべきではないことが多い。従って、上記のような構成とすることにより、誤停止を防ぐことができる。
また、少なくとも、前記音声的条件のみが満たされた第1の状態と、前記音声的条件及び前記操作的条件の両方が満たされた第2の状態とを認知可能にする表示手段を更に備えることが好ましい。
これにより、操作者は、非常停止機能におけるロボットの状態を容易に把握することができ、より確実且つ安全に非常停止処置を実行することができる。
また、本発明は、自律的に動作するロボットを停止させるロボット停止方法であって、音声情報を検出するステップと、前記ロボットに対する物理的操作を検出するステップと、前記検出された音声情報が所定の音声的条件を満たし、且つ前記検出された物理的操作が所定の操作的条件を満たすか否かを判定するステップと、前記音声的条件及び前記操作的条件の両方が満たされた場合に、前記ロボットの動作を停止させるステップとを備えるものである。
本願の方法に係る発明は、上記装置によるものと同様である。
上記本発明によれば、非常停止の必要に伴わない音声や操作によるロボットの誤停止を防止することができ、操作者の意図を確実に反映して、必要な時にだけロボットを停止させることができる。
図1は、本発明の実施の形態1に係るロボット停止装置の構成を示す機能ブロック図である。 図2は、実施の形態1に係るロボット停止装置により実現されるロボットの状態遷移を示すイメージ図である。 図3は、実施の形態1における非常停止処理の制御フローの例を示すフローチャートである。 図4は、音量の時間的変化を示す音量曲線の例を示し、実施の形態1における音声的条件の充足を判定する方法を示すグラフである。 図5は、本発明の実施の形態2に係るロボット停止装置により実現されるロボットの状態遷移を示すイメージ図である。 図6は、実施の形態2における非常停止処理の制御フローの例を示すフローチャートである。 図7は、音量の時間的変化を示す音量曲線の例を示し、実施の形態2における音声的条件の充足を判定する方法を示すグラフである。 図8は、本発明の実施の形態3における非常停止処理の制御フローの例を示すフローチャートである。 図9は、音量の時間的変化を示す音量曲線の例を示し、実施の形態3における音声的条件の充足を判定する方法を示すグラフである。 図10は、本発明の実施の形態4に係るロボット停止装置の構成を示す機能ブロック図である。 図11は、実施の形態4に係るロボット停止装置により実現されるロボットの状態遷移を示すイメージ図である。 図12は、本発明の実施の形態5に係るロボット停止装置の構成を示す機能ブロック図である。 図13は、本発明の実施の形態6に係るロボット停止装置の構成を示す機能ブロック図である。
以下、本発明の実施の形態を、添付した図面を参照して説明する。尚、異なる実施例において、同一又は同様の作用効果を奏する箇所については同一の符号を付してその説明を省略する。
実施の形態1
図1は、本実施の形態に係るロボット停止装置1の機能的な構成を示している。このロボット停止装置1は、自律的動作が可能なロボットに搭載され、音声検出手段2、操作手段3、制御手段4、停止手段5を備えている。
音声検出手段2は、ロボット周辺で発生する音を電気信号に変換する機能を備えるものであり、周知のマイク21等から構成される。この音声検出手段2により生成された電気信号は、音声検出信号15として後述する制御手段4に入力される。
操作手段3は、ロボット周辺に存在する人による物理的な操作を受け付ける機械的機構であり、例えばロボット本体の一部に設けられたスイッチ31、このスイッチ31に加えられた操作を検出する電子回路等から構成される。この操作手段3により生成された電気信号は、操作検出信号16として後述する制御手段4に出力される。
制御手段4は、中央処理装置(CPU)、記憶装置(ROM,RAM等)、入出力ポート、所定のプログラム等の協働により構成され、音声検出信号15及び操作検出信号16を入力し、停止信号17を出力する。本実施の形態に係る制御手段4は、音声検出信号15が音声的条件18を満たすか否か、又操作検出信号16が操作的条件19を満たすか否かを判定する。そして、音声的条件18及び操作的条件19の両方が満たされた場合に、停止信号17を出力する。
停止手段5は、制御手段4から上記停止信号17が出力された場合に、ロボットの動作の全て又は一部を停止させるものである。この停止手段5は、例えばロボットの各種動作を実現する電子的及び機械的作用を規制する電子回路等により構成することができる。
図2は、上記構成のロボット停止装置1により実現されるロボットの状態の遷移を示している。このロボットは、ロボット停止装置1により、通常状態11、非常停止可能状態12、非常停止状態13のいずれかの状態であると認知される。
通常状態11は、ロボットが為すべき本来の動作を実行している状態であり、非常停止させる必要がないと判断できる状態である。非常停止可能状態12は、周辺状況の変化により、ロボットを非常停止させることが必要となる可能性があると判断できる状態である。非常停止状態13は、ロボットの動作がその目的の達成に関わらず停止した状態である。
本実施の形態においては、通常状態11において、上述した音声的条件18が充足した場合に、非常停止可能状態12に遷移する。この時、この状態の遷移が発生した時点からの経過時間をカウントアップする(タイマ開始)。また、通常状態11において、スイッチ31が操作されても、即ち上述した操作的条件19が充足されても、非常停止可能状態12へ遷移することはない。
非常停止可能状態12において、操作的条件19が充足した場合には、非常停止状態13に遷移する。また、非常停止可能状態12において、更に音声的条件18を充足する状況が生じたとしても、非常停止状態13に遷移することはない。
図3は、上記構成のロボット停止装置1による制御フローの例を示している。先ず、制御手段4は、音声検出手段2により音声検出信号15を入力し(S101)、ロボット周辺における音声の音量Vが、閾値音量Vよりも大きいか否かを判定する(S102)。このステップS102において、V>Vでないと判定された場合(N)には、この制御ルーチンを終了し、V>Vであると判定された場合(Y)には、タイマをスタートし、経過時間Tをカウントアップする(S103)。この時、図2で示すように、通常状態11から非常停止可能状態12に遷移する。
次いで、制御手段4は、操作検出手段3により操作検出信号16を入力し(S104)、経過時間Tが閾値時間Tより小さいか否かを判定する(S105)。このステップS105において、T<Tでない場合(N)、即ち非常停止可能状態12(図2参照)に遷移してからの経過時間が所定時間を超えタイムアウトが生じた場合には、タイマをリセット(T=0)し、この制御ルーチンを終了する。一方、T<Tであると判定された場合(Y)には、操作検出信号16に基づいて、ロボット本体等に設けられた非常停止用のスイッチ31が押されたか否かを判定する(S106)。
ステップS106において、スイッチ31が押されていないと判定された場合(N)には、ステップS104に戻り、スイッチ31が押されたと判定された場合(Y)には、停止信号17(図1参照)を停止手段5に出力する(S107)。これにより、停止手段5がロボットの動作を非常停止する(S108)。その後、制御手段4は経過時間Tをリセットし(S109)、この制御ルーチンを終了する。
図4は、音声的条件18の充足を判定する方法の例を示している。同図において、音量曲線Lは、音声検出手段2により検出された音声の音量Vの時間的変化を示している。本実施例においては、検出された音量Vが、予め設定された閾値音量Vよりも大きくなった時に、音声的条件18が満たされたと判定する。これにより、例えばロボットの近くにいる人が叫び声等を発した場合のように、ロボット周辺で大きな音が発生した場合に、ロボットは上述した非常停止可能状態12となる。そして、音声的条件18が満たされた時刻Tから、上述した経過時間Tがカウントアップされ、非常停止可能状態12は、この時刻Tからの経過時間Tが閾値時間Tを経過する迄の間持続される。そして、この非常停止可能状態12において、上述した操作的条件19が満たされた場合、即ち非常停止用のスイッチ31が押された場合等に、ロボットは非常停止状態13となる。
上記本実施の形態に係るロボット停止装置1によれば、ロボットの周辺で閾値音量V以上の音声が発生した後、閾値時間T経過以内に、非常停止用の操作手段3が操作された場合に、ロボットが非常停止される。これにより、ロボット周辺で大きな音が発生したことのみでロボットが非常停止してしまうことはなく、操作者の意に反した誤停止を確実に防止することができる。
実施の形態2
図5は、本実施の形態に係るロボット停止装置により実現されるロボットの状態の遷移を示している。本実施の形態に係るロボット停止装置は、上記実施の形態1と同様に、通常状態11から非常停止可能状態12への遷移には、音声的条件18の充足が必要であるが、この音声的条件18の判定に用いられる閾値音量Vsを、調整(変更)する機能を備えている。
図6は、本実施の形態に係るロボット停止装置による制御フローの例を示している。同図において、ステップS201〜S208の処理が、本実施の形態における特徴部分であり、ステップS101〜S109の処理は、上記実施の形態1と同様である。上記実施の形態1においては、ステップ102において、音声検出手段2により検出された音量Vが、閾値音量Vよりも大きくないと判定された場合(N)には、この制御ルーチンを終了していたが、本実施の形態においては、閾値音量Vを調整するためのステップS201〜S208が実行される。
ステップ102において、V>Vでないと判定された場合(N)には、音量Vが予め設定された下方閾値音量Vloよりも小さいか否かが判定される(S201)。この下方閾値音量Vloは、閾値音量Vの初期値V(図7参照)よりも小さい値として設定される。ステップ201において、V>Vloでないと判定された場合(N)には、ステップS101に戻る。一方、ステップS201において、V<Vloであると判定された場合(Y)には、図7に示すように、閾値音量Vを現在値よりも小さくするように下方修正する(S202)。
次いで、閾値音量Vが予め設定された下限閾値音量Vminよりも小さいか否かが判定される(S203)。このステップS203において、V<Vminではないと判定された場合(N)には、ステップS101に戻り、V<Vminであると判定された場合(Y)には、V=Vminに修正した後(S204)、ステップS101に戻る。即ち、ステップS202において下方修正された閾値音量Vが、下限閾値音量Vminよりも小さくならないように調整される。
また、上述したステップS102において、V>Vであると判定された場合(Y)には、音量Vが予め設定された上方閾値音量Vhiよりも大きいか否かが判定される(S205)。このステップS205において、V>Vhiでないと判定された場合(N)には、上述したステップS103〜S109を実行する。一方、ステップS205において、V>Vhiであると判定された場合(Y)には、図7に示すように、閾値音量Vを現在値よりも大きくするように上方修正する(S206)。
次いで、閾値音量Vが予め設定された上限閾値音量Vmaxよりも大きいか否かが判定される(S207)。このステップS207において、V>Vmaxでないと判定された場合(N)には、ステップS103へ移行する。一方、S207において、V>Vmaxであると判定された場合(Y)には、V=Vmaxに修正した後(S208)、ステップS103へ移行する。即ち、ステップS206において上方修正された閾値音量Vが、上限閾値音量Vmaxよりも大きくならないように調整される。
上記本実施の形態によれば、ロボット周辺の音的な状況に応じて、閾値音量Vsが自動的に調整される。例えば、周辺の雑音が大きい場合には、閾値音量Vsが大きくなるように修正されるため、非常停止の意志とは無関係な雑音に反応して、非常停止可能状態12になることを防止することができる。また、周辺の雑音が小さい場合には、非常停止の意思表示としての音声の発生が小さくなる傾向があるが、このような場合には閾値音量Vsが小さくなるように修正されるため、その意思表示を的確に検出することができる。更に、閾値音量Vsの範囲に上下限を設けることにより、音声検出の適正化を維持することができる。
実施の形態3
図8は、本実施の形態に係るロボット停止装置による制御フローの例を示している。同図において、ステップS302の処理が、本実施の形態における特徴部分であり、ステップS101,S103〜S109の処理は、上記実施の形態1又は2と同様である。
ステップS302は、音声的条件18の充足を判定する処理である。同図中Vは、図9に示すように、音量曲線Lにおいて単位時間当たりの音量Vの差分値を示す差分音量である。ステップS302において、差分音量Vが予め設定された閾値差分音量Vs2より大きいか否かが判定され、V>Vs2でないと判定された場合(N)には、この制御ルーチンを終了し、V>Vs2であると判定された場合(Y)には、音声的条件18が満たされたとして、ステップS103以降の処理が実行される。
このように、音量変化の差分値を参照して音声的条件18の充足を判定することにより、例えば周辺の雑音が徐々に大きくなっていく状況化では、検出された音量Vが比較的大きな値であっても、音声的条件18を満たさないと判定される。非常停止の意思表示、又は非常事態の発生に伴う音声は、突発的に発生する傾向があるため、上記のような処理を行うことにより、不要な音声を排除して、非常停止の必要性を的確に検出することが可能となる。
実施の形態4
図10は、本実施の形態に係るロボット停止装置51の機能的な構成を示している。このロボット停止装置51は、上記実施の形態1〜3に係るロボット停止装置1の構成に加え、表示手段6を備えている。
表示手段6は、制御手段4からの制御信号に基づいて、図11に示す各遷移状態、即ち通常状態11、非常停止可能状態12、非常停止状態13を、周囲に存在する人に対し認知可能にするものである。本実施の形態においては、表示手段6として緑ランプ61、黄色ランプ62、赤ランプ63を備え、通常状態11においては緑ランプ61を点灯し、非常停止可能状態12においては黄色ランプ62を点灯し、非常停止状態13においては赤乱舞63を点灯する。
これにより、操作者は、現在のロボットの状態を正確に把握することができ、ロボットの非常停止機能を確実且つ安全に使用することができる。
実施の形態5
図12は、本実施の形態に係るロボット停止装置71の機能的な構成を示している。このロボット停止装置71は、音声検出手段2として、複数のマイク21−1,21−2,・・,21−nを備えている。
このように、複数のマイク21−1,21−2,・・,21−nを備えることにより、マイクの故障に備え、確実に音声を検出することができ、非常停止機能の信頼性を向上させることができる。
実施の形態6
図13は、本実施の形態に係るロボット停止装置81の機能的な構成を示している。このロボット停止装置81は、音声検出手段2として、指向性マイク22を備えている。
指向性マイク22は、特定の方向からの音声のみを検出可能なマイクであり、周知技術により様々なものが開発されている。このような指向性マイク22を利用することにより、非常事態発生に伴う音声の検出の確からしさを向上させることができる。
1,51,71,81 ロボット停止装置
2 音声検出手段
3 操作手段
4 制御手段
5 停止手段
6 表示手段

Claims (17)

  1. 自律的に動作するロボットを停止させるロボット停止装置であって、
    音声情報を検出する音声検出手段と、
    物理的操作を受け付ける操作手段と、
    前記音声検出手段から出力される音声検出信号が所定の音声的条件を満たし、且つ前記操作手段から出力される操作検出信号が所定の操作的条件を満たす場合に、停止信号を出力する制御手段と、
    前記停止信号が出力された場合に、前記ロボットの動作を停止させる停止手段と、
    を備えるロボット停止装置。
  2. 前記制御手段は、前記音声的条件が満たされた後、前記操作的条件が満たされた場合に、前記停止信号を出力する、
    請求項1記載のロボット停止装置。
  3. 前記制御手段は、前記音声的条件が満たされた後、所定の時間が経過するまでの間に前記操作的条件が満たされた場合に、前記停止信号を出力する、
    請求項1記載のロボット停止装置。
  4. 前記制御手段は、前記音声検出手段により検出された音声の音量が閾値以上となった場合に、前記音声的条件を満たすと判定する、
    請求項1〜3のいずれか1つに記載のロボット停止装置。
  5. 前記制御手段は、前記音声検出手段により検出された音声の音量が下限閾値以下となった場合に、前記閾値が小さくなるように修正する、
    請求項4記載のロボット停止装置。
  6. 前記制御手段は、前記音声検出手段により検出された音声の音量が上限閾値以上となった場合に、前記閾値が大きくなるように修正する、
    請求項4又は5記載のロボット停止装置。
  7. 前記制御手段は、前記音声検出手段により検出された音声の音量が、単位時間当たりに所定値以上増加した場合に、前記音声的条件を満たすと判定する、
    請求項1〜3のいずれか1つに記載のロボット停止装置。
  8. 少なくとも、前記音声的条件のみが満たされた第1の状態と、前記音声的条件及び前記操作的条件の両方が満たされた第2の状態とを認知可能にする表示手段、
    を更に備える請求項1〜7のいずれか1つに記載のロボット停止装置。
  9. 自律的に動作するロボットを停止させるロボット停止方法であって、
    音声情報を検出するステップと、
    前記ロボットに対する物理的操作を検出するステップと、
    前記検出された音声情報が所定の音声的条件を満たし、且つ前記検出された物理的操作が所定の操作的条件を満たすか否かを判定するステップと、
    前記音声的条件及び前記操作的条件の両方が満たされた場合に、前記ロボットの動作を停止させるステップと、
    を備えるロボット停止方法。
  10. 前記音声的条件が満たされた後、前記操作的条件が満たされた場合に、前記ロボットの動作を停止させる、
    請求項9記載のロボット停止方法。
  11. 前記音声的条件が満たされた後、所定の時間が経過するまでの間に前記操作的条件が満たされた場合に、前記ロボットの動作を停止させる、
    請求項9記載のロボット停止方法。
  12. 検出された音声の音量が閾値以上となった場合に、前記音声的条件を満たすと判定する、
    請求項9〜11のいずれか1つに記載のロボット停止方法。
  13. 検出された音声の音量が下限閾値以下となった場合に、前記閾値が小さくなるように修正するステップ、
    を更に備える請求項12記載のロボット停止方法。
  14. 検出された音声の音量が上限閾値以上となった場合に、前記閾値が大きくなるように修正するステップ、
    を更に備える請求項12又は13記載のロボット停止方法。
  15. 前記閾値が所定範囲内に存在するように修正する、
    請求項13又は14記載のロボット停止方法。
  16. 検出された音声の音量が単位時間当たりに所定値以上増加した場合に、前記音声的条件を満たすと判定する、
    請求項9〜11のいずれか1つに記載のロボット停止方法。
  17. 少なくとも、前記音声的条件のみが満たされた第1の状態と、前記音声的条件及び前記操作的条件の両方が満たされた第2の状態とを認知可能にするステップ、
    を更に備える請求項9〜15のいずれか1つに記載のロボット停止方法。
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