JP2013188815A - 制御装置及び制御方法、並びにコンピューター・プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】安全柵が不要なロボット装置がユーザーとの接触など事故を起こさないように安全対策しながら行動を制御する。
【解決手段】対象物の種類によっては、対象物が自ら衝突を予測して衝突回避行動をとることができるものや、逆に、警告信号を理解して反応するような反応行動能力が制限されたりするものがある。そこで、対象物の反応行動特性に応じて、ロボット装置１００との衝突を判別する方法や、ロボット装置１００が衝突を回避する方法を変えることによって、生産性を無駄に低下させることなく、且つ、損傷リスクを低く抑える。
【選択図】 図４

Description

本明細書で開示する技術は、ロボット装置の行動を制御する制御装置及び制御方法、並びにコンピューター・プログラムに係り、特に、安全柵が不要なロボット装置がユーザーとの接触など事故を起こさないように安全対策しながら行動を制御する制御装置及び制御方法、並びにコンピューター・プログラムに関する。

工場などに設置されるロボット装置は従来から知られている。この種のロボット装置の多くは、固定的なタスクを遂行するように設計されている。近年では、さまざまな作業を行えるロボット装置が実現しつつある。後者のロボット装置は、例えば福祉や介護、介助の分野に適用され、身体の不自由な人などユーザーの要望に応じて、所望の物体を取ってきて手渡してくれる。

ロボット装置を運用するに当たり、人との接触事故を回避するなど、安全対策が必要である。工場などでは、マニピュレーターなどのロボット装置の可動領域に人が侵入してこないよう、安全柵を設置することが一般的に行なわれている。そして、安全柵の扉の開閉状態を検出するセンサーを設け、扉が開成している状態では、ロボット装置への電源を遮断し、非常停止させることで、安全柵内に人が侵入したとしても接触事故を回避するようにしている。

しかしながら、介護、介助などの分野に適用されるロボット装置は、移動型であるとともに、ユーザーとの間で物体の授受などの物理的なインタラクションを行なうことから、安全柵で囲むような安全対策は現実的でない。また、安全規格ＩＳＯ １０２１８では、ツールセンターポイントの最大動力８０ワット以下、最大力１５０ニュートン以下のロボットは安全柵が不要であることが規定されている。

例えば、ロボットの侵入検知装置と作業者の侵入検知装置の間に挟まれた領域にロボットと作業者のどちらかが侵入したときにはロボットの動作を停止若しくは動作速度を制限して、作業者との衝突の危険を防止する、ロボット装置の安全装置について提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。

また、可動領域を包括し可動領域よりも広い警戒領域への侵入物体の侵入が検知されたときにはマニピュレーターの動作を減速させ、さらに可動領域内に侵入した侵入物体がマニピュレーターと所定距離以下になるとマニピュレーターの動作を停止させる、ロボット装置の制御装置について提案がなされている（例えば、特許文献２を参照のこと）。

また、ロボットアームが物体に近付く方向に移動する場合には、人とロボットアームとがある距離以内に接近するとロボットアームを緊急停止させるが、人とロボットアームとがある距離を越えて離れているときには、離間距離に応じてロボットアームを減速させ、しかも、ロボットアームが人から遠ざかる方向に移動する場合には、ロボットアームを停止させたり、減速させたりすることなく、そのまま動作プログラムに従った動作を継続させるロボットの干渉回避装置について提案がなされている（例えば、特許文献３を参照のこと）。

上記の先行技術はいずれも、安全対策の対象物（人、動物、物など）があらかじめ定義された監視対象領域又は距離内に侵入すると、ロボット装置の動作を減速又は停止させることにより、衝突を回避するものである。言い換えれば、想定される対象物の種類のうち、衝突により最も損傷を加えてしまうリスク（損傷リスク）のあるものに合わせて監視対象領域を設定し、衝突回避行動をとるように構成されている。

しかしながら、対象物の種類によっては、対象物が自ら衝突を予測して衝突回避行動をとるものもある。それにも拘らず、最大の損傷リスクを考慮して、一律に監視対象領域を設定したり、一様な衝突回避行動をとったりすると、損傷リスクの低い対象物にとっては過剰な安全対策となる。すなわち、ロボット装置は、損傷リスクの低い対象物に対して不必要に減速したり停止したりすることになり、生産性の低下を招来することになる。

特開２００７−２８３４５０号公報 特開２０１０−２０８００２号公報 特開２０１１−１２５９７５号公報

本明細書で開示する技術の目的は、安全柵が不要なロボット装置がユーザーとの接触など事故を起こさないように安全対策しながら、ロボット装置の行動を好適に制御することができる、優れた制御装置及び制御方法、並びにコンピューター・プログラムを提供することにある。

本明細書で開示する技術のさらなる目的は、不必要な生産性の低下を招くことなく、ユーザーとの接触など事故を起こさないように安全対策を行なうことができる、優れた制御装置及び制御方法、並びにコンピューター・プログラムを提供することにある。

本願は、上記課題を参酌してなされたものであり、請求項１に記載の技術は、
ロボット装置に衝突しようとしている対象物を検出する対象物検出部と、
検出された前記対象物の運動状態を検出する対象物運動状態検出部と、
検出された前記対象物が前記ロボット装置との衝突に関する反応行動特性を取得する反応行動特性取得部と、
検出された前記対象物の運動状態及び前記対象物の反応行動特性に基づいて、前記ロボット装置と前記対象物との衝突の有無と前記ロボット装置による衝突回避行動を判別する衝突回避行動判別部と、
判別された衝突回避行動に従って前記ロボット装置の動作を制御する動作制御部と、
を具備する制御装置である。

本願の請求項２に記載の技術によれば、請求項１に記載の制御装置は、検出された前記対象物の種類、状態、又は特性を推定する対象物推定部をさらに備えている。そして、前記反応行動特性取得部は、推定された前記対象物の種類、状態、又は特性に応じて、前記対象物が前記ロボット装置との衝突を自ら予測して回避する行動を行なうことができるかどうかに関する反応行動特性を取得するように構成されている。

本願の請求項３に記載の技術によれば、請求項２に記載の制御装置は、前記反応行動特性取得部は、対象物の種類、状態、又は特性毎の反応行動特性を蓄積する反応行動特性データベースから、検出された前記対象物の種類、状態、又は特性に適合する反応行動特性を取得するように構成されている。

本願の請求項４に記載の技術によれば、請求項１に記載の制御装置は、前記対象物に対して前記ロボット装置との衝突を警告する警告部をさらに備えている。そして、前記衝突回避行動判別部は、前記対象物の反応行動特性に基づいて、前記警告部による警告方法を判別するように構成されている。

本願の請求項５に記載の技術によれば、請求項１に記載の制御装置は、前記対象物に対して前記ロボット装置との衝突を警告する警告音を発生する警告部をさらに備えている。そして、前記衝突回避行動判別部は、検出された前記対象物が自然言語を理解できるかどうかに関する反応行動特性に基づいて、前記警告部が自然言語又はブザーのいずれの警告音を発生するかを判別するように構成されている。

本願の請求項６に記載の技術によれば、請求項１に記載の制御装置の前記衝突回避行動判別部は、前記対象物運動状態検出部による検出結果から算出される前記ロボット装置との前記対象物との相対運動と、前記対象物の反応行動特性に基づいて、前記ロボット装置が前記対象物と衝突するかどうかを判別するように構成されている。

本願の請求項７に記載の技術によれば、請求項１に記載の制御装置は、前記対象物の部位を検出する対象物部位検出部をさらに備えている。そして、前記衝突回避行動判別部は、さらに前記対象物の部位を考慮して、前記ロボット装置と前記対象物との衝突の有無を判別するように構成されている。

本願の請求項８に記載の技術によれば、請求項１に記載の制御装置の前記衝突回避行動判別部は、衝突すると判別した前記対象物が前記ロボット装置との衝突を自ら予測して回避する行動を行なうことができない反応行動特性を持つ場合には、前記対象物の反応行動特性に基づいて衝突回避行動を判別するように構成されている。

本願の請求項９に記載の技術によれば、請求項１に記載の制御装置は、前記対象物に対して前記ロボット装置との衝突を警告する警告部をさらに備えている。そして、前記衝突回避行動判別部は、衝突すると判別した前記対象物の反応行動特性に基づいて、前記ロボット装置による衝突回避動作を実行するか、又は、前記警告部による警告を行なうかを判別するように構成されている。

本願の請求項１０に記載の技術によれば、請求項９に記載の制御装置の前記衝突回避行動判別部は、前記対象物が前記警告部からの警告信号に反応できない反応行動特性を持つ場合には、前記ロボット装置による衝突回避動作を実行すると判別するように構成されている。

また、本願の請求項１１に記載の技術は、
ロボット装置に衝突しようとしている対象物を検出する対象物検出ステップと、
検出された前記対象物の運動状態を検出する対象物運動状態検出ステップと、
検出された前記対象物が前記ロボット装置との衝突に関する反応行動特性を取得する反応行動特性取得ステップと、
検出された前記対象物の運動状態及び前記対象物の反応行動特性に基づいて、前記ロボット装置と前記対象物との衝突の有無と前記ロボット装置による衝突回避行動を判別する衝突回避行動判別ステップと、
判別された衝突回避行動に従って前記ロボット装置の動作を制御する動作制御ステップと、
を有する制御方法。
である。

また、本願の請求項１２に記載の技術は、
ロボット装置に衝突しようとしている対象物を検出する対象物検出部、
検出された前記対象物の運動状態を検出する対象物運動状態検出部、
検出された前記対象物が前記ロボット装置との衝突に関する反応行動特性を取得する反応行動特性取得部、
検出された前記対象物の運動状態及び前記対象物の反応行動特性に基づいて、前記ロボット装置と前記対象物との衝突の有無と前記ロボット装置による衝突回避行動を判別する衝突回避行動判別部、
判別された衝突回避行動に従って前記ロボット装置の動作を制御する動作制御部、
としてコンピューターを機能させるようコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラムである。

本願の請求項１２に係るコンピューター・プログラムは、コンピューター上で所定の処理を実現するようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラムを定義したものである。換言すれば、本願の請求項１２に係るコンピューター・プログラムをコンピューターにインストールすることによって、コンピューター上では協働的作用が発揮され、本願の請求項１に係る制御装置と同様の作用効果を得ることができる。

本明細書で開示する技術によれば、不必要な生産性の低下を招くことなく、ユーザーとの接触など事故を起こさないように安全対策を行なうことができる、優れた制御装置及び制御方法、並びにコンピューター・プログラムを提供することができる。

本明細書で開示する技術によれば、対象物の種類や特性、状態に応じてリスクを判定して、ロボット装置にリスクに応じた衝突回避動作を行なわせることにより、安全性を向上することができる。

また、本明細書で開示する技術によれば、対象物の種類や特性、状態に応じて衝突を回避するための空間的、時間的なマージンを判定して、ロボット装置に衝突回避動作を行なわせることができるので、ロボット装置の作業停止確立を低減し、安全対策のために生産性を無駄に低下させずに済む。

また、本明細書で開示する技術によれば、対象物の種類や特性、状態に応じて衝突回避のための方法を選択するので、軽微なリスクを警告する際に周囲環境に与える刺激を軽減することができ、作業空間若しくは生活空間においてリスクに関与しない人々に対して不要な刺激をなくし、快適性を向上することができる。

本明細書で開示する技術のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

図１は、本明細書で開示する技術を適用可能なロボット装置１００の外観を示した図である。 図２は、本明細書で開示する技術を適用可能なロボット装置１００の関節自由度構成を模式的に示した図である。 図３は、図１に示したロボット装置１００の制御システムの構成を模式的に示した図である。 図４は、ロボット装置１００が対象物の反応行動特性に応じた衝突判別及び衝突回避を行なうための機能的構成を示した図である。 図５は、ロボット装置１００が対象物の反応行動特性に応じた衝突判別及び衝突回避を行なうための処理手順を示したフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本明細書で開示する技術の実施形態について詳細に説明する。

図１には、本明細書で開示する技術を適用可能なロボット装置１００の外観を示している。ロボット装置１００は、複数のリンクを関節で接続されたリンク構造体であり、各関節はアクチュエーターによって動作する。また、図２には、このロボット装置１００の関節自由度構成を模式的に示している。図示のロボット装置１００は、家庭内など時々刻々、動的に変化する周囲環境に設置され、家事や介護などの生活支援を行なうが、工場などに設置されて固定的なタスクを遂行することも可能である。

図示のロボット装置１００は、双腕型であり、また、移動手段として、ベース部に対向する２輪の駆動輪１０１Ｒ及び１０１Ｌを備えている。各駆動輪１０１Ｒ及び１０１Ｌは、それぞれピッチ回りに回転する駆動輪用アクチュエーター１０２Ｒ及び１０２Ｌによって駆動する。なお、図２中において、参照番号１５１、１５２、１５３は、実在しない劣駆動関節であり、ロボット装置１００の床面に対するＸ方向（前後方向）の並進自由度、Ｙ方向（左右方向）の並進自由度、並びに、ヨー回りの回転自由度にそれぞれ相当し、ロボット装置１００が仮想世界を動き回ることを表現したものである。

移動手段は、腰関節を介して上体に接続される。腰関節は、ピッチ回りに回転する腰関節ピッチ軸アクチュエーター１０３によって駆動する。上体は、左右２肢の腕部と、首関節を介して接続される頭部で構成される。左右の腕部は、それぞれ肩関節３自由度、肘関節２自由度、手首関節２自由度の、計７自由度とする。肩関節３自由度は、肩関節ピッチ軸アクチュエーター１０４Ｒ／Ｌ、肩関節ロール軸アクチュエーター１０５Ｒ／Ｌ、肩関節ヨー軸アクチュエーター１０６Ｒ／Ｌによって駆動する。肘関節２自由度は、肘関節ピッチ軸アクチュエーター１０７Ｒ／Ｌ、肘関節ヨー軸アクチュエーター１０８Ｒ／Ｌによって駆動する。手首関節２自由度は、手首関節ロール軸アクチュエーター１０９Ｒ／Ｌ、手首関節ピッチ軸アクチュエーター１１０Ｒ／Ｌによって駆動する。また、首関節２自由度は、首関節ピッチ軸アクチュエーター１１１、首関節ヨー軸アクチュエーター１１２によって駆動する。また、左右の腕部の先端の手関節１自由度は、手関節ロール軸アクチュエーター１１３Ｒ／Ｌによって駆動する。本実施形態では、手関節ロール軸アクチュエーター１１３Ｒ／Ｌを駆動することによって、手先による物体の把持動作を実現することができるものとする。

なお、図示のロボット装置１００は、対向２輪式の移動手段を備えているが、本明細書で開示する技術の要旨は、対向２輪式の移動手段に限定されるものではない。例えば、脚式の移動手段を備えたロボット装置、あるいは移動手段を持たないロボット装置であっても、同様に本明細書で開示する技術を適用することができる。

各軸のアクチュエーターには、関節角を計測するためのエンコーダー、トルクを発生するためのモーター、モーターを駆動するための電流制御型モーター・ドライバーの他、十分な発生力を得るための減速機が取り付けられている。また、アクチュエーターには、アクチュエーターの駆動制御を行なう制御用マイクロコンピューターが併設されている（いずれも図２には図示しない）。

ロボット装置１００のダイナミクス演算は、例えばホスト・コンピューター（図示しない）上で実行され、各関節アクチュエーターのトルク又は関節角度の制御目標値を生成する。制御目標値は、アクチュエーターに併設された制御用マイクロコンピューターに送信され、制御用マイクロコンピューター上で実行されるアクチュエーターの制御に用いられる。また、各関節アクチュエーターは、力制御方式又は位置制御方式により制御される。

また、本実施形態に係るロボット装置１００は、ツールセンターポイントの最大動力８０ワット以下、最大力１５０ニュートン以下であり、安全規格ＩＳＯ １０２１８の規定に基づき、安全柵が不要であることを想定している。

図３には、図１に示したロボット装置１００の制御システムの構成を模式的に示している。ロボット装置１００は、全体の動作の統括的制御やその他のデータ処理を行なう制御ユニット３１０と、入出力部３２０と、駆動部３３０とを備えている。以下、各部について説明する。

入出力部３２０は、入力部として、ロボット装置１００の目に相当するカメラ３２１、３次元センサー３２２、ロボット装置１００の耳に相当するマイクロフォン３２３などを備えている。また、入出力部３２０は、出力部として、ロボット装置１００の口に相当するスピーカー３２４、発光部３２５などを備えている。ここで、カメラ３２１は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などのイメージ検出素子からなる。また、３次元センサー３２２は、物体の３次元的な位置と姿勢を計測することが可能なデバイスであり、例えば、ステレオ・カメラやレーザー・レンジ・ファインダーなどで構成される。カメラ３２１や３次元センサー３２２の検出結果を認識処理することで、対象物の種類や特性、状態を推定することができる。また、ロボット装置１００は、例えばマイクロフォン３２３からのユーザーの音声入力により、タスクの指示を受けることができる。但し、ロボット装置１００は、有線、無線、あるいは記録メディアなどを介した他のタスクの指示の入力手段（図示しない）を備えていてもよい。また、ロボット装置１００は、スピーカー３２４からの警告音の発生や、発光部３２５からの光の照射により、ユーザーとの衝突回避などを目的とした警告を行なうことができる。

また、入出力部３２０は、無線通信部３２６を備えている。ロボット装置１００は、無線通信部３２６により、Ｗｉ−Ｆｉなどの通信路を介してユーザーの教示端末（タブレット端末など、図３には図示しない）などとデータ通信を行なうことができる。また、ロボット装置１００は、無線通信部３２６を介してインターネットなどの広域ネットワークに接続することが可能であり、ＳＮＳ（Ｓｏｃｉａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｓｅｒｖｉｃｅ）などのＷｅｂサイトにアクセスしたり、クラウド上に構築された各種データベースを利用したりすることが可能である。

また、入出力部３２０は、タグ読取部３２７を備えている。タグ読取部３２７が対象物に取り付けられているＲＦＩＤタグから読み取った情報に基づいて、対象物の種類や特性、状態を推定することができる（但し、対象物にＲＦＩＤタグが装着されている場合）。

駆動部３３０は、ロボット装置１００の各関節における自由度を実現するための機能モジュールであり、それぞれの関節におけるロール、ピッチ、ヨーなど軸毎に設けられた複数の駆動ユニットで構成される。各駆動ユニットは、所定軸回りの回転動作を行なうモーター３３１と、モーター３３１の回転位置を検出するエンコーダー３３２と、エンコーダー３３２の出力に基づいてモーター３３１の回転位置や回転速度を適応的に制御するドライバー３３３の組み合わせで構成される。

制御ユニット３１０は、認識部３１１と、駆動制御部３１２と、環境マップ３１３を備えている。

認識部３１１は、入出力部３２０のうちカメラ３２１や距離センサー３２２といった入力部から得られる情報に基づいて、周囲の環境の認識を行なう。例えば、認識部３１１は、カメラ３２１の位置を推定する自己位置推定処理により得られる、カメラ３２１の位置姿勢情報と、カメラ３２１の撮像画像から物体を検出する画像認識処理により得られる物体情報から、環境マップ３１３を事前に構築したり更新したりする。

駆動制御部３１２は、入出力部３２０のうち出力部や、駆動部３３０の駆動を制御する。例えば、駆動制御部３１２は、ロボット装置１００がタスクを実現するための、駆動部３３０の制御を行なう。ここで言う、ロボット装置１００が実現するタスクには、ユーザーが指示した物体の受け渡しなどのユーザーとの物理的なインタラクションが含まれ、インタラクションを実現するために、駆動輪用アクチュエーター１０２Ｒ及び１０２Ｌや腕部の各関節アクチュエーターを駆動させる。

本実施形態に係るロボット装置１００は、安全柵などに規制されず、自由に空間を移動して、身体の不自由な人などユーザーの要望に応じて、所望の物体を取ってきて手渡しするなどの生活支援に適用することができる。ロボット装置１００は、人、動物、物などの対象物と接近し、衝突する機会が増える。安全柵が不要なレベルまでアクチュエーターの出力が制限されているので、接触そのものが即危険とはならないケースも存在する。

ロボット装置１００が、特許文献１〜３に示した背景技術のように、対象物が特定領域に侵入したときや、対象物と一定距離以内になったときに、一律に動作を減速又は停止させる衝突回避動作を行なうと、損傷リスクの低い対象物にとっては過剰な安全対策であり、生産性の低下を招来することになる。

対象物の種類によっては、対象物が自ら衝突を予測して衝突回避行動をとることができるものがある。また、対象物の反応行動特性を利用して、ロボット装置１００は、音声や発光などにより警告信号を発するだけで、衝突回避行動を行なわなくても衝突しない場面もある。それにも拘わらず、ロボット装置１００が衝突回避行動を行なうと、作業時間の減少、タクトタイム増大につながり、作業効率の低下を招来する。

逆に、対象物が乳幼児（例えば５歳以下）や６５歳以上の高齢者、人以外の動物、移動物体である場合など、対象物の特性によっては、対象物自身が衝突を予測して衝突回避行動を行なったり、警告信号を理解して反応するような反応行動能力が制限されたりする場合には、ロボット装置１００は、警告や反力提示により対象物に退避を促すなど、より積極的な衝突回避行動が必要である。

また、同じ対象物（人物）であっても、体調や病状、行動内容からの不自由状態（例えば、飲酒状態、イヤホン装着状態、携帯端末の画面や書類を見ながら歩いているなど視聴覚が一時的に不自由な状態）によって、衝突に対する反応行動が通常の状態とは異なるため、ロボット装置１００はより積極的な衝突回避行動が必要である。

また、同じ人物であっても、頭部と腕や足を比較すると、衝突を回避すべき重要度や接触に対する耐力、退避行動の俊敏さは異なる。したがって、ロボット装置１００が一定の警告や動作の減速、停止を行なっても、残留する損傷リスクは部位毎に異なる。さらに、怪我した腕と健常な腕など、同じ部位でも状態によって損傷リスクは異なる。

また、同じ衝突回避行動であっても、対象物の種類や特性、状態に応じて衝突回避の効果が異なるケースがある。特に警告音による衝突回避は、対象物の種類や特性、状態に応じて有効か無効かが異なるケースがある。

例えば、言葉（自然言語）による警告については、言葉（自然言語）での警告に対する理解力は、対象物が動物の場合は人に比べて大きく制限される。また、人に対して言葉での警告を行なう場合であっても、母国語以外の言葉での警告、高齢者などの難聴者、乳幼児など言葉を十分理解できない場合には、警告は無効である。

また、言葉ではなく警告ブザーなど直感的な警告音を使用する場合、衝突に関与しないが警告音が聞こえる範囲に共存する人の快適性が損なわれる。このため、対象物の反応が言葉を理解できると予測される場合には、警告音ではなく言葉（自然言語）による声掛けで衝突回避を行なう方が、快適性において有利である。

このように、対象物の種類や特性、状態に応じて、衝突に対する反応行動特性（衝突を自ら予測して回避する行動を行なうかどうか）は異なる。反応行動特性が劣る対象物を基準にして一様な衝突回避行動をとると、反応行動特性が優れた対象物にとっては過剰な安全対策となり、生産性が低下する。逆に、反応行動特性が優れた対象物を基準にして一様な衝突回避行動をとると、反応行動特性が劣る対象物については損傷リスクが著しく高くなる。

そこで、本実施形態では、対象物の反応行動特性に応じて、ロボット装置１００との衝突を判別する方法や、ロボット装置１００が衝突を回避する方法を変えることによって、生産性を無駄に低下させることなく、且つ、損傷リスクを低く抑えるようにしている。

図４には、ロボット装置１００が対象物の反応行動特性に応じた衝突判別及び衝突回避を行なうための機能的構成を示している。

対象物検出部４０１は、カメラ３２１や３次元センサー３２２、タグ読取部３２７などからなり、対象物を捕捉する。但し、ロボット装置１００外に設置された環境カメラ（図示しない）を対象物検出部４０１として活用することもできる。環境カメラを用いることで、まだロボット装置１００の視界に入っていない段階で、対象物の種類や特性、状態を推定することができる。

対象物運動状態検出部４０２、対象物相対運動算出部４０３、対象物カテゴリー認識部４０４、対象物部位検出部４０５、状態判別部４０６、反応行動特性取得部４０７は、制御ユニット３１０内の認識部３１１に相当する。

対象物運動状態検出部４０２は、カメラ３２１による撮像画像、３次元センサー３２２による距離画像、タグ読取部３２７が対象物のＲＦＩＤから読み取った情報などに基づいて、対象物の運動状態を検出する。そして、対象物相対運動算出部４０３は、対象物運動状態検出部４０２の検出結果に基づいて、対象物のロボット装置１００に対する相対運動を算出する。

対象物カテゴリー認識部４０４は、カメラ３２１による撮像画像の画像認識結果やタグ読取部３２７が対象物のＲＦＩＤから読み取った情報などに基づいて、対象物の種類を推定する。対象物の種類として、対象物が、人、動物、物のいずれであるか、人であれば、年齢、性別、人種（使用言語）などを推定する。

対象物部位検出部４０５は、カメラ３２１による撮像画像の画像認識結果や３次元センサー３２２による距離画像に基づいて、対象物がロボット装置１００と衝突しようとしている部位を検出する。

状態判別部４０６は、カメラ３２１による撮像画像の画像認識結果やタグ読取部３２７が対象物のＲＦＩＤから読み取った情報などに基づいて、対象物の状態を判別する。例えば対象物が人の場合には、状態判別部４０６は、体調や病状、運動状態を判別する。状態判別部４０６は、対象物の画像処理結果や、ＲＦＩＤから読み取った情報の他に、ＳＮＳや電子カルテなどの外部の情報を、無線通信部３２６などを介して取得して、対象物の状態を判別するようにしてもよい。

反応行動特性取得部４０７は、衝突しようとしている対象物の反応行動特性を、状態判別部４０６による対象物の状態の判別結果に基づいて、反応行動特性データベース４１４から取得する。

反応行動特性データベース４１４には、対象物の年齢や状態（体調や病状、不自由状態（飲酒状態、イヤホン装着状態）など）に応じた反応行動特性（対象物が自ら衝突を予測して回避行動を行なうか）に関する情報を蓄積している。反応行動特性データベース４１４は、ロボット装置１００自身が備えていても、ネットワーク上のデータベース・サーバー上に構築されていてもよい。後者の場合、反応行動特性取得部４０７は、無線通信部３２６などを介して、対象物の反応行動特性を取得することができる。

動作シーケンス指示部４１２、衝突回避行動判別部４０８、動作軌道計画部４０９、関節制御部４１１は、制御部３１０内の駆動制御部３１２に相当する。

警告部４１０は、入出力部３２０内のスピーカー３２４や発光部３２５に相当する。あるいは警告部４１０は、スピーカー３２４や発光部３２５などのロボット装置１００に搭載されたデバイスではなく、ロボット装置１００外の環境に設置されたスピーカーやライトであってもよい。また、警告部４１０は、ロボット装置１００の左右の一方又は両方の腕部を用い、対象物に対して反力を提示して警告を行なうようにしてもよい。

動作シーケンス指示部４１２は、衝突回避行動判別部４０８に対して、対象物との衝突を回避するための動作シーケンスを指示する。

衝突回避行動判別部４０８は、反応行動特性取得部４０７が取得した対象物の反応行動特性に基づいて、対象物相対運動算出部４０３で算出された相対運動を行なう対象物がロボット装置１００と衝突するかどうかを判別する。また、衝突回避行動判別部４０８は、対象物がロボット装置１００と衝突すると判別したときには、ロボット装置１００が行なうべき衝突回避行動を、対象物の反応行動特性に基づいて判別する。この判別処理の際、対象物部位検出部４０５による検出結果も適宜利用して、対象物がロボット装置１００と衝突するかどうかや、衝突したときの損傷リスクを判別する。

例えば、対象物の反応行動特性が低い場合や、衝突しようとしている対象物の部位の損傷リスクが高い場合などには、衝突回避行動判別部４０８は、ロボット装置１００自らが動作の減速や停止、対象物からの退避などの衝突回避動作を行なうよう、判定する。また、対象物の反応行動特性が高い場合には、衝突回避行動判別部４０８は、警告部４１０からの警告音や光などによる警告による衝突回避行動を判定する。また、警告音に関しては、対象物の種類などに応じて、自然言語で行なうか、ブザーを鳴らすかを判定する。

動作軌道計画部４０９は、衝突回避行動判別部４０８がロボット装置１００自ら衝突回避動作を行なうと判定したことに応じて、機体の動作軌道を計画する。衝突回避に伴う動作軌道計画として、対象物から退避する動作の他に、左右の一方又は両方の腕部などの冗長自由度を用いて対象物に反力を提示する動作を挙げることができる。そして、関節制御部４１１は、計画された動作軌道を実現するための指示信号を各関節アクチュエーター１０１〜１１３駆動用のドライバー３３３に送る。また、警告部は、衝突回避行動判別部４０８が判別した警告方法に従って、スピーカー３２４から自然言語やブザーなどの警告音を音声出力したり、発光部３２５から警告光を発光したりする。

図５には、ロボット装置１００が対象物の反応行動特性に応じた衝突判別及び衝突回避を行なうための処理手順をフローチャートの形式で示している。

まず、衝突回避行動判別部４０８は、動作シーケンス指示部４１０から動作シーケンスを読み込む（ステップＳ５０１）。

対象物検出部４０１は、カメラ３２１や３次元センサー３２２、タグ読取部３２７などのデバイスを用いて、対象物の検出を行なう（ステップＳ５０２）。

そして、対象物運動状態検出部４０２は対象物の運動状態を検出し、対象物相対運動算出部４０３はこの運動状態に基づいて対象物のロボット装置１００に対する相対運動を算出する。また、対象物カテゴリー認識部４０４は対象物の種類を推定し、対象物部位検出部４０５は対象物がロボット装置１００と衝突しようとしている部位を検出し、状態判別部４０６は体調や病状、運動状態といった対象物の状態や、対象物の特性を判別する。対象物の状態判別には、ＳＮＳ／電子カルテ４０３といったＷｅｂサービスを適宜利用できるものとする。

反応行動特性取得部４０７は、反応行動特性データベース４１４から、ステップＳ５０２で検出した対象物の種類、状態、又は特性に応じた反応行動特性を取得する（ステップＳ５０３）。

次いで、衝突回避行動判別部４０８は、対象物相対運動算出部４０３が算出した対象物のロボット装置１００に対する相対運動に基づいて、ロボット装置１００が対象物と衝突するかどうかを判別する（ステップＳ５０４）。

衝突回避行動判別部４０８は、例えば、対象物とロボット装置１００が一定以内の近距離になったときや、対象物のロボット装置１００に対する相対運動の速度又は加速度ベクトルが衝突方向を向いているときには、衝突すると判別することができる。

ここで、衝突回避行動判別部４０８が対象物とロボット装置１００は衝突しないと判別したときには（ステップＳ５０４のＮｏ）、ロボット装置１００はこれまでの動作を継続しながら（ステップＳ５１０）、ステップＳ５０２に復帰する。

一方、衝突回避行動判別部４０８は、対象物とロボット装置１００が衝突すると判別したときには（ステップＳ５０４のＹｅｓ）、対象物がロボット装置１００との衝突を自ら予測して回避する行動を行なうことができる反応行動特性を持つかどうかをさらに判別する（ステップＳ５０６）。

対象物がロボット装置１００との衝突を自ら予測して回避する行動を行なうことができる反応行動特性を持つ場合には（ステップＳ５０５のＹｅｓ）、ロボット装置１００は、対象物の衝突回避行動により、自らは衝突回避行動を行なうことはなく、これまでの動作を継続しながら（ステップＳ５１０）、ステップＳ５０２に復帰する。

また、対象物がロボット装置１００との衝突を自ら予測して回避する行動を行なうことができない反応行動特性を持つ場合には（ステップＳ５０５のＮｏ）、衝突回避行動判別部４０８は、対象物が警告部４１０からの警告信号に反応できない反応行動特性を持つかどうかをさらに判別する（ステップＳ５０６）。

対象物が警告部４１０からの警告信号に反応できる場合には（ステップＳ５０６のＮｏ）、衝突回避行動判別部４０８は、ロボット装置１００が自ら動作の減速や停止、対象物からの退避といった衝突回避動作を行なうのではなく、警告部４１０から警告信号を発して対象物に衝突の回避を促し（ステップＳ５０９）、ロボット装置１００自身は、これまでの動作を継続しながら（ステップＳ５１０）、ステップＳ５０２に復帰する。

ステップＳ５０９では、警告部４１０は、スピーカー３２４からの警告音の出力や、発光部３２５からの警告光の照射などを行なう。また、警告部４１０がスピーカー３２４から警告音を出力するとき、対象物が自然言語を理解できる反応行動特性を持つ場合には自然言語による警告をアナウンスしてロボット装置１００からの退避を促し、自然言語を理解できない反応行動特性を持つ場合にはブザーを鳴らしてロボット装置１００から遠ざかるよう促す。また、警告部４１０は、警告音や光を感受できない反応行動特性を持つ対象物（例えば、視覚・聴覚不自由者、動物、センサーを持たない物体など）に対しては、ロボット装置１００の左右の一方又は両方の腕部などの冗長自由度を用いて、対象物に対して反力を提示して警告を行なうようにしてもよい。

また、対象物が警告部４１０からの警告信号に反応できない場合には（ステップＳ５０６のＹｅｓ）、衝突回避行動判別部４０８は、ロボット装置１００に自ら動作の減速や停止、対象物からの退避といった衝突回避動作を行なわせる（ステップＳ５０７）。

そして、ロボット装置１００は、ステップＳ５０１で読み込んだ動作シーケンスが終了するまで（ステップＳ５０８のＮｏ）、動作を継続しながら（ステップＳ５１０）、ステップＳ５０２に復帰する。

このように本実施形態に係るロボット装置１００は、対象物毎に損傷リスクを判断して衝突回避動作を判別するので、従来のように動作の減速や停止では回避が不十分であったリスクを適切に回避することができ、安全性が向上する。また、警告音や光を甘受できない反応行動特性を持つ対象物（例えば、視覚・聴覚不自由者、動物、センサーを持たない物体など）に対しては、反力提示による警告によって衝突回避を促すことができ、従来危険を知らせることができなかった問題を解決することができる。

また、本実施形態に係るロボット装置１００は、衝突回避する空間や時間的マージンを軽減できるので、衝突回避のための作業停止確率を低く抑えて生産性を維持することができる。ロボット装置１００は、対象物からの退避行動が不要と判別したときには、警告音や冗長自由度による反力提示を使うことで、作業を維持若しくは継続しつつ、衝突に伴う尊称を低減することができる。

また、本実施形態に係るロボット装置１００は、対象物の反応行動特性に応じて、警告音や光を用いずに損傷回避を行なうことによって、軽微なリスクに対しては、音や光による刺激を軽減することができる。したがって、同じ作業空間、生活空間において、リスクに関与しない人々に対する不要な刺激をなくし、快適性を向上することができる。

なお、本明細書の開示の技術は、以下のような構成をとることも可能である。
（１）ロボット装置に衝突しようとしている対象物を検出する対象物検出部と、
検出された前記対象物の運動状態を検出する対象物運動状態検出部と、
検出された前記対象物が前記ロボット装置との衝突に関する反応行動特性を取得する反応行動特性取得部と、検出された前記対象物の運動状態及び前記対象物の反応行動特性に基づいて、前記ロボット装置と前記対象物との衝突の有無と前記ロボット装置による衝突回避行動を判別する衝突回避行動判別部と、判別された衝突回避行動に従って前記ロボット装置の動作を制御する動作制御部と、を具備する制御装置。
（２）検出された前記対象物の種類、状態、又は特性を推定する対象物推定部をさらに備え、前記反応行動特性取得部は、推定された前記対象物の種類、状態、又は特性に応じて、前記対象物が前記ロボット装置との衝突を自ら予測して回避する行動を行なうことができるかどうかに関する反応行動特性を取得する、上記（１）に記載の制御装置。
（３）前記反応行動特性取得部は、対象物の種類、状態、又は特性毎の反応行動特性を蓄積する反応行動特性データベースから、検出された前記対象物の種類、状態、又は特性に適合する反応行動特性を取得する、上記（２）に記載の制御装置。
（４）前記対象物に対して前記ロボット装置との衝突を警告する警告部をさらに備え、前記衝突回避行動判別部は、前記対象物の反応行動特性に基づいて、前記警告部による警告方法を判別する、上記（１）に記載の制御装置。
（５）前記対象物に対して前記ロボット装置との衝突を警告する警告音を発生する警告部をさらに備え、前記衝突回避行動判別部は、検出された前記対象物が自然言語を理解できるかどうかに関する反応行動特性に基づいて、前記警告部が自然言語又はブザーのいずれの警告音を発生するかを判別する、上記（１）に記載の制御装置。
（６）前記衝突回避行動判別部は、前記対象物運動状態検出部による検出結果から算出される前記ロボット装置との前記対象物との相対運動と、前記対象物の反応行動特性に基づいて、前記ロボット装置が前記対象物と衝突するかどうかを判別する、上記（１）に記載の制御装置。
（７）前記対象物の部位を検出する対象物部位検出部をさらに備え、前記衝突回避行動判別部は、さらに前記対象物の部位を考慮して、前記ロボット装置と前記対象物との衝突の有無を判別する、上記（１）に記載の制御装置。
（８）前記衝突回避行動判別部は、衝突すると判別した前記対象物が前記ロボット装置との衝突を自ら予測して回避する行動を行なうことができない反応行動特性を持つ場合には、前記対象物の反応行動特性に基づいて衝突回避行動を判別する、上記（１）に記載の制御装置。
（９）前記対象物に対して前記ロボット装置との衝突を警告する警告部をさらに備え、前記衝突回避行動判別部は、衝突すると判別した前記対象物の反応行動特性に基づいて、前記ロボット装置による衝突回避動作を実行するか、又は、前記警告部による警告を行なうかを判別する、上記（１）に記載の制御装置。
（１０）前記衝突回避行動判別部は、前記対象物が前記警告部からの警告信号に反応できない反応行動特性を持つ場合には、前記ロボット装置による衝突回避動作を実行すると判別する、上記（９）に記載の制御装置。
（１１）ロボット装置に衝突しようとしている対象物を検出する対象物検出ステップと、検出された前記対象物の運動状態を検出する対象物運動状態検出ステップと、検出された前記対象物が前記ロボット装置との衝突に関する反応行動特性を取得する反応行動特性取得ステップと、検出された前記対象物の運動状態及び前記対象物の反応行動特性に基づいて、前記ロボット装置と前記対象物との衝突の有無と前記ロボット装置による衝突回避行動を判別する衝突回避行動判別ステップと、判別された衝突回避行動に従って前記ロボット装置の動作を制御する動作制御ステップと、を有する制御方法。
（１２）ロボット装置に衝突しようとしている対象物を検出する対象物検出部、検出された前記対象物の運動状態を検出する対象物運動状態検出部、検出された前記対象物が前記ロボット装置との衝突に関する反応行動特性を取得する反応行動特性取得部、検出された前記対象物の運動状態及び前記対象物の反応行動特性に基づいて、前記ロボット装置と前記対象物との衝突の有無と前記ロボット装置による衝突回避行動を判別する衝突回避行動判別部、判別された衝突回避行動に従って前記ロボット装置の動作を制御する動作制御部としてコンピューターを機能させるようコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラム。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本明細書で開示する技術について詳細に説明してきた。しかしながら、本明細書で開示する技術の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。

本明細書で開示する技術は、例えば生活支援ロボットに適用して、動的に変化する生活環境下において、物体の把持及びユーザーへの受け渡し動作を好適に実現することができる。勿論、工場内に配置されるような産業用ロボットにも、同様に本明細書で開示する技術を適用することができる。

要するに、例示という形態により本明細書で開示する技術について説明してきたが、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本明細書で開示する技術の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。

１００…ロボット装置
１０１…駆動輪
１０２…駆動輪用アクチュエーター
１０３…腰関節ピッチ軸アクチュエーター
１０４…肩関節ピッチ軸アクチュエーター
１０５…肩関節ロール軸アクチュエーター
１０６…肩関節ヨー軸アクチュエーター
１０７…肘関節ピッチ軸アクチュエーター
１０８…肘関節ヨー軸アクチュエーター
１０９…手首関節ロール軸アクチュエーター
１１０…手首関節ピッチ軸アクチュエーター
１１１…首関節ピッチ軸アクチュエーター
１１２…首関節ヨー軸アクチュエーター
１１３…手関節ロール軸アクチュエーター
１５１、１５２、１５３…劣駆動関節
３１０…制御ユニット
３１１…認識部
３１２…駆動制御部
３１３…環境マップ
３２０…入出力部
３２１…カメラ
３２２…３次元センサー
３２３…マイクロフォン
３２４…スピーカー
３２５…発光部
３２６…無線通信部
３２７…タグ読取部
３３０…駆動部
３３１…モーター
３３２…エンコーダー
３３３…ドライバー
４０１…対象物検出部
４０２…対象物運動状態検出部
４０３…対象物相対運動算出部
４０４…対象物カテゴリー認識部
４０５…対象物部位検出部
４０６…状態判別部
４０７…反応行動特性取得部
４０８…衝突回避行動判別部
４０９…動作軌道計画部
４１０…警告部
４１１…関節制御部
４１２…動作シーケンス指示部
４１３…ＳＮＳ／電子カルテ
４１４…反応行動特性データベース

Claims (12)

1. ロボット装置に衝突しようとしている対象物を検出する対象物検出部と、
   検出された前記対象物の運動状態を検出する対象物運動状態検出部と、
   検出された前記対象物が前記ロボット装置との衝突に関する反応行動特性を取得する反応行動特性取得部と、
   検出された前記対象物の運動状態及び前記対象物の反応行動特性に基づいて、前記ロボット装置と前記対象物との衝突の有無と前記ロボット装置による衝突回避行動を判別する衝突回避行動判別部と、
   判別された衝突回避行動に従って前記ロボット装置の動作を制御する動作制御部と、
   を具備する制御装置。
2. 検出された前記対象物の種類、状態、又は特性を推定する対象物推定部をさらに備え、
   前記反応行動特性取得部は、推定された前記対象物の種類、状態、又は特性に応じて、前記対象物が前記ロボット装置との衝突を自ら予測して回避する行動を行なうことができるかどうかに関する反応行動特性を取得する、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記反応行動特性取得部は、対象物の種類、状態、又は特性毎の反応行動特性を蓄積する反応行動特性データベースから、検出された前記対象物の種類、状態、又は特性に適合する反応行動特性を取得する、
   請求項２に記載の制御装置。
4. 前記対象物に対して前記ロボット装置との衝突を警告する警告部をさらに備え、
   前記衝突回避行動判別部は、前記対象物の反応行動特性に基づいて、前記警告部による警告方法を判別する、
   請求項１に記載の制御装置。
5. 前記対象物に対して前記ロボット装置との衝突を警告する警告音を発生する警告部をさらに備え、
   前記衝突回避行動判別部は、検出された前記対象物が自然言語を理解できるかどうかに関する反応行動特性に基づいて、前記警告部が自然言語又はブザーのいずれの警告音を発生するかを判別する、
   請求項１に記載の制御装置。
6. 前記衝突回避行動判別部は、前記対象物運動状態検出部による検出結果から算出される前記ロボット装置との前記対象物との相対運動と、前記対象物の反応行動特性に基づいて、前記ロボット装置が前記対象物と衝突するかどうかを判別する、
   請求項１に記載の制御装置。
7. 前記対象物の部位を検出する対象物部位検出部をさらに備え、
   前記衝突回避行動判別部は、さらに前記対象物の部位を考慮して、前記ロボット装置と前記対象物との衝突の有無を判別する、
   請求項１に記載の制御装置。
8. 前記衝突回避行動判別部は、衝突すると判別した前記対象物が前記ロボット装置との衝突を自ら予測して回避する行動を行なうことができない反応行動特性を持つ場合には、前記対象物の反応行動特性に基づいて衝突回避行動を判別する、
   請求項１に記載の制御装置。
9. 前記対象物に対して前記ロボット装置との衝突を警告する警告部をさらに備え、
   前記衝突回避行動判別部は、衝突すると判別した前記対象物の反応行動特性に基づいて、前記ロボット装置による衝突回避動作を実行するか、又は、前記警告部による警告を行なうかを判別する、
   請求項１に記載の制御装置。
10. 前記衝突回避行動判別部は、前記対象物が前記警告部からの警告信号に反応できない反応行動特性を持つ場合には、前記ロボット装置による衝突回避動作を実行すると判別する、
    請求項９に記載の制御装置。
11. ロボット装置に衝突しようとしている対象物を検出する対象物検出ステップと、
    検出された前記対象物の運動状態を検出する対象物運動状態検出ステップと、
    検出された前記対象物が前記ロボット装置との衝突に関する反応行動特性を取得する反応行動特性取得ステップと、
    検出された前記対象物の運動状態及び前記対象物の反応行動特性に基づいて、前記ロボット装置と前記対象物との衝突の有無と前記ロボット装置による衝突回避行動を判別する衝突回避行動判別ステップと、
    判別された衝突回避行動に従って前記ロボット装置の動作を制御する動作制御ステップと、
    を有する制御方法。
12. ロボット装置に衝突しようとしている対象物を検出する対象物検出部、
    検出された前記対象物の運動状態を検出する対象物運動状態検出部、
    検出された前記対象物が前記ロボット装置との衝突に関する反応行動特性を取得する反応行動特性取得部、
    検出された前記対象物の運動状態及び前記対象物の反応行動特性に基づいて、前記ロボット装置と前記対象物との衝突の有無と前記ロボット装置による衝突回避行動を判別する衝突回避行動判別部、
    判別された衝突回避行動に従って前記ロボット装置の動作を制御する動作制御部、
    としてコンピューターを機能させるようコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラム。
    

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