JP2016007648A - ロボット制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数のロボットが設置された作業スペース内で作業者が作業ごとにロボットを使い分けながら効率的に作業を行うという生産方式を実現するための技術を提供する。【解決手段】ロボット制御システムは、複数のロボットと、複数のロボットに対し無線通信により動作命令を送信可能な作業者端末と、を備える。作業者端末は、作業のために使おうとしている対象ロボットを複数のロボットのなかから識別する識別部と、ロボットの動作指示を作業者より受け付ける受付部と、受付部で動作指示を受け付けたときに、識別部により対象ロボットとして識別されているロボットに対してのみ動作命令を送信する無線通信部と、を有する。【選択図】図６

Description

本発明は、作業者が複数のロボットを用いて作業を行う生産方式に関する。

ユーザーニーズの多様化に伴い、ものづくりの現場では、多品種少量生産、短納期生産、変量生産などへの対応が迫られている。そうした環境変化の中、ベルトコンベアに沿って作業者やロボットが配置されるライン生産方式から、セル生産方式等の手組みを主体とした小規模な生産方式へとシフトする企業が多い。セル生産方式とは、作業者の作業スペースを取り囲むように、加工、組み立て、検査、梱包等の各工程の作業台を配置し、一人（又は数人）の作業者が作業台の間を移動しながら製品の製造を行う方式である。

最近では、小規模生産方式での省人化・省力化を図るため、ヒトと同等の作業が可能なマルチタスクの双腕ロボットを作業者の代わりに導入する例もある。例えば、特許文献１では、複数の作業者と複数の双腕ロボットを工程に沿って配置し、隣同士の作業者又は双腕ロボットがワークの受け渡しを行いながら、製品の製造を行う生産方式が提案されている。

国際公開第２００９／０７１５６７号

しかしながら、小規模生産方式の各工程での作業は多種多様であり、中にはヒトならではの器用な動きや高度な判断が要求されるものも含まれる。したがって、ヒトが行っていた作業を丸ごと双腕ロボットに置き換えようとした場合、多数のセンサと特殊なハンドを具備した高機能かつインテリジェントなロボットが必要となる。そのため、ロボットの開発・ティーチングに時間を要しラインの立ち上げに時間がかかる、導入コストやメンテナンスコストが大きく投資対効果が得られにくい等の課題がある。

そこで本発明者らは、ヒトをロボットに置き換えるという発想ではなく、ヒトとロボットが互いの長所を生かしながら一つの作業を協働して行うという新規な形態の生産方式を検討している。すなわち、器用な動きや臨機応変な（柔軟な）判断が必要な部分は作業者が、単純な動作や正確性が要求される動作はロボットが、それぞれ分担しつつ、作業者とロボットが同じ作業スペース内で協働作業するというものである。

例えば、製品内部にケーブルをネジ止めする作業を想定した場合、製品内部の狭い（入り組んだ）空間のなかでネジ止め対象のケーブルを位置合わせするような動きは、ロボットには不得意である。一方、ネジ止めのような単純動作についてはロボットの方が優れており、作業者の場合は斜めに挿入したりトルクを誤るなどのリスクがある。このような場合には、作業者がケーブルを位置合わせして押さえた状態で、ロボットがネジ止めを行う、というような分担を行う。

このようにヒトとロボットが互いの得意な動きを受け持ち協働作業を行うことで、作業の効率と正確性の向上が期待できる。しかも、双腕ロボットに比べて極めてシンプルなロボットでよいため、導入コストやメンテナンスコストの大幅な低減も可能である。

ヒトとロボットの協働作業を実現するためには、ヒトの動作とロボットの動作のタイミングをうまく合わせる必要がある。望ましくは、作業者側の準備が整った時に（例：ケーブルを所定の位置に合わせて固定したら）、作業者自らがロボットに対し動作命令（例：ネジ止めの実行命令）を出せるのがよい。これの実現手法としては、例えば、作業者が装着ないし携帯している端末からロボットに対し無線で命令を送ったり、ジェスチャ入力、モーション入力、音声入力などの非接触での入力デバイスにより命令を入力したりすることが考えられる。

しかしながら、このような仕組みをセル生産方式に適用しようとした場合、次のような新たな課題に直面した。セル内の複数の作業台にそれぞれの作業に特化したロボットを設置し、作業者が作業台のあいだを移動しながら、それぞれのロボットと協働作業を行うことを想定する。このとき、ユーザビリティ（操作性）と作業効率の観点からは、いずれのロボットに対しても同じやり方で動作指示を出せることが望ましい。しかし、限られたスペース内に複数のロボットが近接配置されているため、上述した無線通信や非接触入力を利用すると、作業者からの動作命令を別のロボットあるいは複数のロボットが受け取ってしまい、作業者の意図しないロボットが誤動作する可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、複数のロボットが設置された作業スペース内で作業者が作業ごとにロボットを使い分けながら効率的に作業を行うという生産方式を実現するための技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明では以下の構成を採用する。

すなわち、本発明に係るロボット制御システムは、複数のロボットが設置された作業スペース内で、作業者が作業ごとにロボットを使い分けるためのロボット制御システムであって、複数のロボットと、前記複数のロボットに対し無線通信により動作命令を送信可能な作業者端末と、を備え、前記作業者端末は、作業のために使おうとしている対象ロボットを、前記複数のロボットのなかから識別する識別部と、ロボットの動作指示を作業者より受け付ける受付部と、前記受付部で動作指示を受け付けたときに、前記識別部により対象ロボットとして識別されているロボットに対してのみ動作命令を送信する無線通信部と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、識別部により対象ロボットとして識別されているロボットに対してのみ動作命令が送信されるため、作業者の意図しないロボットの誤動作を未然に抑制することができる。また、作業者の動作指示にしたがって対象ロボットへ動作命令が無線送信されるので、作業者の所望のタイミングで対象ロボットを動作させることができ、効率的な作業が実現できる。

ここで、作業者とロボットは協働作業を行う関係にあることが好ましい。協働作業とは、一つの作業を達成するのに必要な複数の動作のうちの一部を作業者が行い、残りをロボットが行うことをいう。作業者が担当する動作とロボットが担当する動作は、同時に又は同期して行う場合と、時間的に連続して行う場合とがある。また、「対象ロボットとして識別されているロボットに対してのみ動作命令を送信する」方法としては、「対象ロボットに対して動作命令を送信し、その他のロボットに対しては動作命令を送信しない」方法でもよいし、「対象ロボットを指定する情報を組み込んだ動作命令を、すべてのロボットに対して同報送信し、ロボット側で自分への動作命令かどうかを判断する」方法でもよい。

前記複数のロボットのうちのいずれのロボットが対象ロボットとして識別されているか
を示す情報を提示する対象ロボット提示部をさらに有することが好ましい。提示された情報を見ることで、作業者は自分の意図するロボットが対象ロボットして選ばれているかどうかを確認できるため、作業の安全が担保される。

前記対象ロボット提示部は、前記複数のロボットのうちのいずれのロボットが対象ロボットとして識別されているかを示す情報を、作業者自身と作業者以外の第三者の両方が視認可能な態様で提示することが好ましい。作業者自身だけでなく、第三者も対象ロボットを視認できるようにすることで、作業の安全及びシステムの正常動作を客観的に管理・監視することができる。

前記複数のロボットのそれぞれには識別色が割り当てられており、前記対象ロボット提示部は、対象ロボットの識別色と同じ色で点灯する手段であることが好ましい。色で識別することで、直観的かつ正確にロボットを区別することができる。

前記複数のロボットのそれぞれが、識別色を表示する識別色表示部を有しており、前記作業者端末が、シースルータイプのヘッドマウントディスプレイを有しており、前記対象ロボット提示部は、対象ロボットの識別色と同じ色の画像を前記ヘッドマウントディスプレイに表示する手段、又は、作業者の視界に入るように前記ヘッドマウントディスプレイに取り付けられた対象ロボットの識別色と同じ色で発光する手段であることが好ましい。この構成によれば、作業者は、ヘッドマウントディスプレイ越しにロボットの識別色表示部を見て、ヘッドマウントディスプレイ側で表示又は発光する色と、ロボットの識別色表示部の色とを見比べるだけで、作業者端末が対象ロボットして認識しているロボットと作業者自身が意図しているロボットが一致しているかどうかを直観的かつ即座に確認することができる。

識別部による対象ロボットの識別にはどのような手法を採用してもよい。例えば、前記複数のロボットのそれぞれが、ロボットＩＤが記録されたロボット識別標識を有しており、前記作業者端末が、ロボット識別標識からロボットＩＤを読み取るリーダを有しており、前記識別部は、前記リーダの読取範囲に入ったロボット識別標識からロボットＩＤを読み取ることで、対象ロボットを識別することが好ましい。あるいは、前記作業者端末が、端末ＩＤが記録された端末識別標識を有しており、前記複数のロボットのそれぞれが、端末識別標識から端末ＩＤを読み取るリーダと、前記リーダにより読み取られた端末ＩＤで特定される作業者端末に対し、自身のロボットＩＤを通知するＩＤ通知部と、を有しており、前記識別部は、前記ＩＤ通知部よりロボットＩＤを受け取ることで、対象ロボットを識別することも好ましい。あるいは、前記識別部は、対象ロボットの複数の候補を作業者に提示し、前記複数の候補のなかから作業者に対象ロボットを選択させることで、対象ロボットを識別することもできる。「ロボット識別標識」、「端末識別標識」としては、例えば、ＩＣタグ、２次元コードなどを用いることができる。識別標識としてＩＣタグを用いた場合の「リーダ」はＲＦＩＤリーダであり、２次元コードを用いた場合の「リーダ」はカメラである。

前記複数のロボットのそれぞれが、人検知センサと、前記人検知センサにより作業者がロボットを使用し得る範囲内にいないことを検知した場合に、前記作業者端末との通信、又は、ロボットの動作を停止する制御部と、を有することが好ましい。これにより、ロボットの誤動作をより一層抑制することができ、作業の安全を担保できる。

前記複数のロボットのそれぞれは、前記作業者端末からの動作命令の受信をトリガとして、決められた動作を実行するロボットであり、前記動作指示は、対象ロボットがいずれのロボットであるかによらず、同じ操作で入力可能であることが好ましい。いずれのロボットに対しても同じ操作で動作指示を入力できることで、作業者のユーザビリティ（操作
性）及び作業効率を向上することができる。

なお、本発明は、上記構成の少なくとも一部を有するロボット制御システムとして捉えることができる。また、本発明は、上記処理の少なくとも一部を含むロボットの制御方法やロボットとの協働による生産方法、又は、かかる方法をコンピュータに実行させるためのプログラムやそのプログラムを非一時的に記憶したコンピュータ読取可能な記憶媒体として捉えることもできる。上記構成および処理の各々は技術的な矛盾が生じない限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。

本発明によれば、複数のロボットが設置された作業スペース内で作業者が作業ごとにロボットを使い分けながら効率的に作業を行うという生産方式を実現することができる。

セル生産ラインの一例を示す図。 第１実施形態の作業台の構成例を模式的に示す斜視図。 作業者端末の頭部ユニットの構成例を模式的に示す斜視図。 作業者端末の腕部ユニットの構成例を模式的に示す斜視図。 ロボット制御システムの機能ブロック図。 第１実施形態のロボット制御のシーケンス。 運用モード中の作業者の視界を示す図。 第２実施形態の作業台の構成例を模式的に示す斜視図。 第２実施形態のロボット制御のシーケンス。 第３実施形態の作業台と作業者端末（腕部ユニット）の構成例を模式的に示す斜視図。 第３実施形態のロボット制御のシーケンス。 第４実施形態における対象ロボットの選択方法を説明する図。

本発明は、限られた作業スペース内に設置された複数のロボットのなかで、作業者が所望のロボットを所望のタイミングで動作させるための技術に関し、特に、ヒトとロボットが互いの長所を生かしながら一つの作業を協働して行うという新規な形態の生産方式に好ましく利用できる。以下に述べる実施形態では、製品の組み立て、検査、梱包を行うセル生産ラインに対し、本発明を適用した例を説明する。

（セル生産ライン）
セル生産方式とは、作業者の作業スペースを取り囲むように、各作業工程に対応する複数の作業台を配置し、一人又は数人の作業者が作業台の間を移動しながら製品の製造を行う生産方式である。作業台の配置にはいくつかのバリエーションがあるが、最も一般的な形態は、作業台をＵ字型に配置する形態である。

図１は、本実施形態のロボット制御システムを適用したセル生産ラインを示す模式図である。図１はセルを上からみた上視図であり、６つの作業台１１〜１６がＵ字型に配置され、作業台１４を除く５つの作業台１１、１２、１３、１５、１６に作業者１０ａ、１０ｂの作業を補助するロボット１１ａ、１２ａ、１３ａ、１５ａ、１６ａが設置された様子を示している。

作業台１１〜１６は、それぞれ、（１）部品組み立て、（２）ケーブル結束、（３）ネジ止め、（４）検査、（５）梱包準備、（６）梱包・搬出、の各作業工程を行う場所である。このうち、（１）部品組み立て、（２）ケーブル結束、及び、（６）梱包・搬出を作
業者１０ａが担当し、（３）ネジ止め、（４）検査、及び、（５）梱包準備を作業者１０ｂが担当する。

（１）部品組み立て
作業台１１では、作業者１０ａの指示（合図）に従いロボット１１ａが部品棚から部品をピックアップし、作業者１０ａに部品を手渡す（又は、所定の位置に部品を配置する）。作業者１０ａはワークの筐体内部に部品を組み立て、そのワークを持って作業台１２へと移動する。

（２）ケーブル結束
作業台１２では、作業者１０ａの指示（合図）に従いロボット１２ａがストッカから結束バンドをピックアップし、作業者１０ａに結束バンドを手渡す。作業者１０ａはワークの筐体内部のケーブル群をまとめ、結束バンドで結束する。その後、作業者１０ａはワークを次の作業台１３へと引き渡す。

（３）ネジ止め
作業台１３では、作業者１０ｂがワークを所定の位置に配置し、ネジ止めの対象となる部品やケーブルを押さえて固定した状態で、ロボット１３ａに指示（合図）を送る。すると、ロボット１３ａが電動ドライバを垂直に降下させ、ネジ止めを行う。ネジ止め個所が複数ある場合には、同じ作業を繰り返す。

（４）検査
作業台１４では、作業者１０ｂがネジ止め後のワークを目視検査する。本例の場合、部品の組み付け、ケーブルの結束、ネジの締結、ワーク外観の汚れ・キズなどの確認を行い、問題がなければ作業台１４と作業台１５の間の完成品棚へ配置する。

（５）梱包準備
作業台１５では、作業者１０ｂが梱包箱を組み立て所定の位置に配置した後、ロボット１５ａに指示（合図）を送ると、ロボット１５ａが完成品棚からワークをピックアップし、梱包箱の中に設置するとともに、梱包部材を梱包箱の中に入れる。

（６）梱包・搬出
作業台１６では、作業者１０ａが梱包箱の上蓋片を折り曲げ固定した後、ロボット１６ａに指示（合図）を送ると、ロボット１６ａが梱包箱の上蓋をステープル止めした後、所定の搬出棚に配置する。

以上のように、二人の作業者１０ａ、１０ｂがそれぞれ作業台の間を移動しながら、必要なロボットと協働作業を行うことにより、製品の組み立てから梱包までの作業が行われる。なお、ここで説明したセル生産ラインの構成、作業台や作業者の数、作業内容、作業者とロボットの作業分担などはあくまで一例である。

ところで、上記のような生産方式を実現するにあたっては、作業者とロボットのあいだのインタラクションに関し、いくつかクリアすべき課題がある。一つ目は、作業者の指示（合図）を所望のタイミングで（つまり、作業者側の準備が整ったタイミングで）ロボットに伝達する仕組みの実現である。二つ目は、作業者が自然な動作の流れで（つまり、作業者の動きや時間のロスがほとんど無いやり方で）ロボットに対し指示を出せる操作インタフェースの実現である。これらの仕組みは、作業者とロボットが阿吽（あうん）の呼吸で協働し、高効率かつ正確な生産を実現するために重要である。そして三つ目の課題は、作業者が自分の意図するロボット（協働作業のために使おうとしている対象ロボット）に対してのみ、確実に指示を与える仕組みの実現である。もし、作業者１０ａが作業台１２
にてケーブルの結束作業を行おうとしてロボットに指示を出したときに、誤って他のロボットが動作してしまうようなことがあれば、作業のロスが生じるだけでなく、安全衛生上の問題が生じるおそれもあるからである。

本実施形態のロボット制御システムでは、これらの課題を解決するために、各作業者が無線通信機能をもつ作業者端末を使用し、ロボットに対し無線通信で動作命令（動作のトリガ）を送信する仕組みを採用するとともに、作業者端末が協働作業を行う対象ロボットを識別し、その対象ロボットに対してのみ動作命令を選択的に送信する仕組みを実現する。以下、これらの仕組みの具体的な構成について説明を行う。

＜第１実施形態＞
（作業台及びロボット）
ロボットが設置された作業台（図１の１１、１２、１３、１５、１６）の構成を説明する。図２は、作業台の構成例を模式的に示す斜視図である。

作業台２０は、金属製のパイプをジョイントで接続し、天板２１や必要な棚板を組み付けることで形成される。作業台２０の上部には水平レール２２が設けられ、この水平レール２２に対しロボット２３が取り付けられている。

本実施形態のロボット２３は、前述のように物品の受け渡しやネジ止めといった単純な補助作業を行うことができればよく、双腕ロボットのような高度な機能は必要ない。したがって、シンプルかつ低コストのロボット（例えば、１アームの多関節ロボット）を用いることができる。作業者とロボットの協働作業を実現する上では、作業者の動線及び作業スペース確保の要請から、ロボット２３を作業台２０の上部又は天井等に設置することが好ましい。この点、ロボット２３の機能（役割）及び構成をシンプルなものに限定することで、ロボット自体を軽量化できるため、作業台２０の水平レール２２や天井（不図示）へのロボット２３の設置が容易となる。

ロボット２３は識別色表示部２４を有している。図１に示す５台のロボット（１１ａ、１２ａ、１３ａ、１５ａ、１６ａ）には、ロボット同士を識別するために互いに異なる識別色が割り当てられている（例えば、赤、緑、青、マゼンタ、黄）。識別色表示部２４は、作業者が装着している作業者端末とロボット２３の間の通信が確立されたときに、当該ロボット２３に割り当てられた識別色で点灯（発光）する。詳しくは後述する。識別色表示部２４は、ＬＥＤ（発光ダイオード）で構成される発光板、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどで構成することができる。

また、作業台２０の天板２１には、ロボット識別標識としてのＩＣタグ２５が取り付けられている。ＩＣタグ２５には、当該ロボット２３に割り当てられたロボットＩＤが記録されている。ロボットＩＤも、識別色と同じく、５台のロボットを識別可能なようにロボットごとに異なるＩＤが割り当てられる。

また、作業台２０には、人検知センサ２６が設けられている。人検知センサ２６は、作業者が作業台２０の近くに（つまりロボット２３を使用し得る範囲内に）存在するか否かを検知するためのセンサである。例えば、赤外線センサ、拡散反射センサ等を用いることができる。

（作業者端末）
次に、作業者が使用する作業者端末の構成を説明する。本実施形態では、作業者が装着する（身につける）形態のウェアラブルな作業者端末を用いる。具体的には、作業者端末は、頭部に装着するヘッドマウント型の頭部ユニット（図３）、腕部に装着する腕部ユニ
ット（図４）から構成される。

（１）頭部ユニット
図３に示すように、頭部ユニット３０は、ヘルメットタイプの頭部ユニット本体３１と、頭部ユニット本体３１の前面に取り付けられたシースルータイプのヘッドマウントディスプレイ（以下単に「シースルーディスプレイ」と呼ぶ）３２とを有している。シースルータイプには、カメラの映像を映し出すことで疑似的なシースルーを実現する「ビデオシースルー」、ハーフミラー等の光学部材を用いたり透明ディスプレイを用いる方式の「光学シースルー」などがあるが、いずれの方式でもよい。なお、ディスプレイ方式ではなく、投影方式のヘッドマウントディスプレイを用いてもよい。

頭部ユニット本体３１には、電源スイッチ３３、フロントカメラ３４、ジャイロセンサ３５が設けられている。また、詳しくは図５で説明するが、頭部ユニット本体３１には、信号処理・画像処理部、中央処理装置、記憶部、無線通信部などの機能をもつコンピュータ（制御部）が内蔵されている。

電源スイッチ３３は頭部ユニット３０の電源オン／オフを切り替えるためのスイッチであり、ヘルメットの鍔部など、作業者が作業中に誤って触れない位置に配置される。フロントカメラ３４は、作業者の視線方向（頭部が向いている方向）の映像を撮影するカメラである。ビデオシースルータイプの場合には、フロントカメラ３４から取り込まれた映像がシースルーディスプレイ３２に表示される。ジャイロセンサ３５は、作業者の頭部の動きを検知するための角速度センサであり、頭頂部に取り付けられている。なお、ジャイロセンサ３５の代わりに、又は、ジャイロセンサ３５とともに、３軸の加速度センサを設けてもよい。加速度センサも頭部の動きを検知する目的で使用可能である。

シースルーディスプレイ３２には、その縁部に沿って、対象ロボット提示部３６が設けられている。対象ロボット提示部３６は、協働作業の対象となるロボット（対象ロボット）の識別色で点灯する発光体であり、例えば、ＬＥＤなどで構成される。なお、本実施形態では、シースルーディスプレイ３２と対象ロボット提示部３６を別デバイスで構成したが、シースルーディスプレイ３２の一部に識別色と同じ色の画像を表示することで、対象ロボット提示部の機能を兼用することもできる。

（２）腕部ユニット
図４に示すように、腕部ユニット４０は、作業者の前腕に装着される腕部ユニット本体４１と、腕部ユニット本体４１を固定するための固定帯４２とを有している。図４では、左腕に腕部ユニット４０を装着した様子を示しているが、右腕に装着する構成でもよい。

腕部ユニット本体４１には、電源スイッチ４３、筋電センサ４４、ＲＦＩＤリーダ４５、対象ロボット提示部４６が設けられている。また、詳しくは図５で説明するが、腕部ユニット本体４１には、信号処理部、中央処理装置、記憶部、無線通信部などの機能をもつコンピュータ（制御部）が内蔵されている。

電源スイッチ４３は腕部ユニット４０の電源オン／オフを切り替えるためのスイッチであり、腕部ユニット本体４１の内側表面など、作業者が作業中に誤って触れない位置に配置される。筋電センサ４４は、作業者の前腕の筋電位を検知するセンサであり、腕部ユニット本体４１のうち前腕の皮膚表面に接触する場所に組み込まれている。ＲＦＩＤリーダ４５は、作業台２０に取り付けられたＩＣタグ２５（図２参照）からロボットＩＤを読み取るためのセンサである。対象ロボット提示部４６は、協働作業の対象となるロボット（対象ロボット）の識別色で点灯する発光体であり、例えば、ＬＥＤなどで構成される。この対象ロボット提示部４６は、頭部ユニット３０の対象ロボット提示部３６と連動する（
同じ色で発光する）よう制御される。

固定帯４２は、前腕に巻かれる前腕帯４２ａ、上腕に巻かれる上腕帯４２ｂ、前腕帯４２ａと上腕帯４２ｂを伸縮自在に接続する接続帯４２ｃから構成される。固定帯４２は、腕部ユニット本体４１が前腕からずれないように固定する機能、腕部ユニット本体４１が正しい向きで前腕に装着されるようにする機能、腕部ユニット４０を一つしか装着できないようにする機能を兼ね備える構造である。固定帯４２により腕部ユニット４０の誤装着を物理的にできないようにすることで、本システムによるロボットとの協働作業の安全性を高めることができる。

（機能構成）
図５は、本実施形態のロボット制御システムの機能構成を示すブロック図である。図５において、図２〜図４に示した構成と同じものには同一の符号を付す。なお、ロボット制御システムは図１に示すように複数台のロボットを備えているが、図５では説明の便宜のため一台のロボット２３の構成のみ示している。

ロボット２３は、中央処理装置２３０、記憶部２３１、ドライバ部２３２、センサ部２３３、アクチュエータ部２３４、無線通信部２３５、識別色表示部２４を有している。中央処理装置２３０は、記憶部２３１に格納されたプログラムを読み込み実行することで、各種の演算処理やロボット２３の各ブロックの制御を行うプロセッサである。記憶部２３１は、ファームウェア等のプログラムや各種設定パラメータを格納する不揮発性メモリと、中央処理装置２３０のワークメモリ等として利用される揮発性メモリとを有している。

ドライバ部２３２は、センサ部２３３からのセンサ信号を入力する回路、アクチュエータ部２３４へ駆動信号を出力する回路などを備える制御回路である。センサ部２３３は、ロボット２３の制御に利用するための情報を取得するための入力デバイスである。アクチュエータ部２３４は、ロボット２３のアーム、ハンド、工具などを駆動する出力デバイスである。センサには、光センサ、音響センサ、振動センサ、温度センサ、力センサ（触覚センサ）、距離センサなど様々な種類のセンサがあり、ロボット２３の構成や作業内容などに応じて必要な数・種類のセンサが設けられる。また、アクチュエータにも、サーボモータ、リニア・アクチュエータ、ソレノイドなど様々な種類のものがあり、ロボット２３の構成や作業内容などに応じて必要な数・種類のアクチュエータが設けられる。無線通信部２３５は、作業者端末の頭部ユニット３０とのあいだで無線通信を行うためのモジュールである。

作業者端末の頭部ユニット３０は、シースルーディスプレイ３２、フロントカメラ３４、ジャイロセンサ３５、信号処理・画像処理部３００、中央処理装置３０１、記憶部３０２、無線通信部３０３、対象ロボット提示部３６を有している。信号処理・画像処理部３００は、ジャイロセンサ３５のセンサ信号及びフロントカメラ３４の画像信号を入力し、増幅、フィルタ処理、ＡＤ変換などを行う回路である。中央処理装置３０１は、記憶部３０２に格納されたプログラムを読み込み実行することで、各種の演算処理や、シースルーディスプレイ３２、無線通信部３０３、対象ロボット提示部３６などの制御を行うプロセッサである。記憶部３０２は、ファームウェア等のプログラム、作業者が設定した閾値等の設定パラメータ、ジェスチャ認識のための参照画像データ等を格納する不揮発性メモリと、中央処理装置３０１のワークメモリ等として利用される揮発性メモリとを有している。無線通信部３０３は、腕部ユニット４０および各ロボット２３とのあいだで無線通信を行うためのモジュールである。

作業者端末の腕部ユニット４０は、筋電センサ４４、ＲＦＩＤリーダ４５、信号処理部４００、中央処理装置４０１、記憶部４０２、無線通信部４０３、対象ロボット提示部４
６を有している。信号処理部４００は、筋電センサ４４のセンサ信号を入力し、増幅、フィルタ処理、ＡＤ変換などを行う回路である。中央処理装置４０１は、記憶部４０２に格納されたプログラムを読み込み実行することで、各種の演算処理や、無線通信部４０３、対象ロボット提示部４６などの制御を行うプロセッサである。記憶部４０２は、ファームウェア等のプログラム、各種の設定パラメータ等を格納する不揮発性メモリと、中央処理装置４０１のワークメモリ等として利用される揮発性メモリとを有している。無線通信部４０３は、頭部ユニット３０とのあいだで無線通信を行うためのモジュールである。

ロボット２３、頭部ユニット３０、腕部ユニット４０のあいだの無線通信には、いかなる通信方式を用いてもよい。例えば、IEEE802.11、IEEE802.15、赤外線通信などを好ましく利用できる。

（対象ロボットの識別および制御）
次に、図６のシーケンス図を参照して、本実施形態のロボット制御システムにおける対象ロボットの識別および制御の流れを説明する。以下、図１のセル生産ラインにおける三番目の作業台においてネジ止め作業を行う場合を例に挙げて説明を行う。ただし、各構成要素の符号については図２から図５で用いた符号を適宜参照することとする。

まず、作業者がネジ止め作業の作業台２０に移動し、腕部ユニット４０で作業台２０のＩＣタグ２５をタッチする（Ｓ１０）。すると、腕部ユニット４０のＲＦＩＤリーダ４５がＩＣタグ２５に記録されているロボット２３のロボットＩＤを読み取る（Ｓ４０）。腕部ユニット４０の中央処理装置４０１は、読み取ったロボットＩＤを無線通信部４０３により頭部ユニット３０に送信する（Ｓ４１）。頭部ユニット３０の中央処理装置３０１は、腕部ユニット４０から受信したロボットＩＤを記憶部３０２に保持する（Ｓ３０）。続いて、中央処理装置３０１は、無線通信部３０３により、ロボット２３へ通信接続を要求する（Ｓ３１）。このとき、要求電文のなかにＳ３０で受信したロボットＩＤを記述する。通信接続要求はセル内の複数のロボットが受信し得るが、要求電文のなかでロボットＩＤが指定されているため、各ロボットは自分への接続要求であるか否かを判断可能である。本例の場合は、ロボット２３のみが反応し、ロボット２３の中央処理装置２３０が通信接続許可を作業者端末（頭部ユニット３０）に対して返信する（Ｓ２０）。このとき、返信電文のなかにロボット２３のロボットＩＤを記述しておくことで、作業者端末（頭部ユニット３０）ではロボットＩＤで特定されるロボット２３との接続が許可されたことを認識する。作業者端末によるＳ４０およびＳ３０〜Ｓ３１の処理機能が、複数のロボットのなかから対象ロボット（作業者が作業のために使おうとしているロボット）を識別する識別部としての機能である。

続いて、頭部ユニット３０の中央処理装置３０１は、記憶部３０２からロボットＩＤに対応する識別色を読み出し、対象ロボット提示部３６をその識別色で数回点滅させた後、点灯状態にする（Ｓ３２）。また中央処理装置３０１は、無線通信部３０３により、腕部ユニット４０にロボットＩＤ又は識別色を通知する（Ｓ３３）。すると、腕部ユニット４０の中央処理装置４０１が、腕部ユニット４０に設けられた対象ロボット提示部４６をロボットＩＤに対応する識別色で数回点滅させた後、点灯状態にする（Ｓ４２）。これ以降、作業者端末は運用モードとなり、作業者による動作指示を受け付け可能な状態となる。

一方、ロボット２３の側でも、Ｓ２０で通信接続許可を返信した後、中央処理装置２３０が識別色表示部２４を自身の識別色で数回点滅させた後、点灯状態にする（Ｓ２１）。その後、ロボット２３も運用モードとなり、作業者端末からの動作命令を受信可能な状態となる。

図７は、運用モード中の作業者の視界の例であり、作業者がシースルーディスプレイ３
２越しにロボット２３の識別色表示部２４を見たときの視界を示している。例えば、ロボット２３の識別色が青色であった場合、ロボット２３の識別色表示部２４、および、シースルーディスプレイ３２の周囲（対象ロボット提示部３６）が青色に点灯していることが視認できる。また図示しないが、腕部ユニット４０の対象ロボット提示部４６も青色に点灯する。もし作業者端末の方で識別している対象ロボットと作業者が意図しているロボットが異なる場合には、作業者端末側の点灯色と視界に入るロボット側の点灯色とが一致しないので、本実施形態のような仕組みによれば、対象ロボットの識別が正しく行われているかを直観的かつ即座に確認することできる。しかも、作業者端末側の点灯色とロボット側の点灯色は、作業者以外の第三者（例えば、同じセル内の他の作業者、工場の管理者など）も見ることができるため、協働作業の安全およびシステムの正常動作を客観的に管理・監視することもできる。なお、識別色表示部２４および対象ロボット提示部３６、４６は、ロボットと作業者端末の間の無線通信が可能であることを示す通信確立表示灯としての役割も担っている。

図６に戻って、運用モードでの処理について説明する。

作業者は、作業者端末側の点灯色とロボット側の点灯色が一致していることを確認した後、ワークを作業台２０の所定の位置に配置し、ネジ止めの対象となる部品やケーブルを手で押さえて固定する（Ｓ１１）。そして、作業者が手に力をこめ前腕の筋肉を収縮させると（Ｓ１２）、腕部ユニット４０の筋電センサ４４で検知される筋電位が上昇する。腕部ユニット４０の中央処理装置４０１は、筋電位が閾値を超えた場合に「作業者からロボットの動作指示が発せられた」と理解し、頭部ユニット３０に通知する（Ｓ４３）。本実施形態では、腕部ユニット４０によるＳ４３の処理機能が、ロボットの動作指示を作業者より受け付ける受付部としての機能である。

頭部ユニット３０の中央処理装置３０１は、作業者からの動作指示を受け付けると直ぐに、ロボット２３に対し動作命令を送信する（Ｓ３４）。このとき、命令電文のなかにＳ３０で保持したロボットＩＤを記述する。動作命令はセル内の複数のロボットが受信し得るが、命令電文のなかでロボットＩＤが指定されているため、各ロボットは自分への動作命令であるか否かを判断し、自分以外への動作命令については棄却できる。

本例の場合は、ロボット２３が動作命令を受信すると、アーム先端の電動ドライバを垂直に降下させ、作業者が押さえている部品又はケーブルのネジ止めを実行する（Ｓ２２）。ネジ止め個所が複数ある場合には、Ｓ１１〜Ｓ２２で説明した処理を繰り返す。以上で、作業者とロボット２３との間の円滑な協働作業が遂行できる。

作業者が作業を終えて作業台２０の前を離れると（Ｓ１２）、人検知センサ２６により作業者の不存在（ロボット２３を使用し得る範囲内に作業者が存在しないこと）が検知される（Ｓ２３）。すると、ロボット２３の中央処理装置２３０が、無線通信を切断する旨を作業者端末に通知した後、作業者端末との通信を切断するともに、識別色表示部２４を消灯する（Ｓ２４）。一方、作業者端末も、ロボット２３との通信を切断し、対象ロボット提示部３６、４６を消灯する（Ｓ３５、Ｓ４４）。

（本実施形態の利点）
以上述べた本実施形態のロボット制御システムによれば、作業者端末により対象ロボットとして識別されているロボットに対してのみ動作命令が送信されるため、作業者の意図しないロボットの誤動作を未然に抑制することができる。また、作業者の動作指示にしたがって対象ロボットへ動作命令が無線送信されるので、作業者の所望のタイミングで対象ロボットを動作させることができ、作業者とロボットとの効率的な協働作業が実現できる。

本実施形態では、ボタンを押したりレバーを操作したりする必要がなく、筋電位により（手に力をこめるだけで）ロボットへの動作指示を出すことができる。したがって、ワークを押さえたままでも、両手が塞がった状態でも、所望のタイミングで簡単に且つ動きのロスなくロボットに合図を送ることが可能となる。しかも、いずれのロボットに対しても同じ操作で動作指示を入力できることで、作業者のユーザビリティ（操作性）及び作業効率を向上することができる。

また、人検知センサ２６を設け、作業者が作業台２０から離れた場合に無線通信を積極的に切断するようにしたので、ロボットの誤動作（意図しないロボットに対し動作命令を送出してしまうこと）をより一層抑制することができ、ヒトとロボットの協働作業の安全を担保できる。なお、作業者が作業台２０から離れた場合に無線通信を切断する代わりに、ロボット２３の動作を禁止する制御を行うことでも同じ効果が得られる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態ではロボット識別標識にＩＣタグを利用したが、第２実施形態では２次元コードを利用する点が異なる。それ以外の構成は第１実施形態と同じのため、以下、異なる構成部分を中心に説明を行う。

図８は、本実施形態の作業台の構成例を模式的に示している。第１実施形態（図２）との違いは、ＩＣタグが無い点と、代わりに、ロボット２３のロボットＩＤが記録された２次元コード２７が作業台２０又はロボット２３に貼付されている点である。作業者端末の構成については第１実施形態（図３、図４）と同じでよい（ただし、腕部ユニット４０のＲＦＩＤリーダは無くしてよい）。

図９は、本実施形態のロボット制御のシーケンスである。第１実施形態のシーケンス（図６）とは対象ロボットの識別処理だけが異なる。

まず、作業者がネジ止め作業の作業台２０に移動し、２次元コード２７を見る（Ｓ２１０）。すると、頭部ユニット３０のフロントカメラ３４で２次元コード２７の画像が取り込まれ、中央処理装置３０１が２次元コード２７からロボットＩＤを読み取る（Ｓ２３０）。中央処理装置３０１は、読み取ったロボットＩＤを記憶部３０２に保持する（Ｓ２３１）。これ以降の処理は第１実施形態（図６）と同じであるため、同一のステップ番号を付して説明を割愛する。

以上述べた第２実施形態の構成によっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。加えて、第２実施形態では２次元コードとカメラの組み合わせで対象ロボットの識別（ロボットＩＤの読み取り）を行ったので、ＩＣタグとＲＦＩＤリーダを用いる構成に比べて、（ＩＣタグのタッチが不要になる分）操作がより簡単になるとともに、（ＲＦＩＤリーダが不要になる分）腕部ユニットの重量およびコストを小さくできるという利点もある。

なお、フロントカメラ３４の視野内に別のロボットの２次元コードが写り込み、誤認識を招く可能性がある場合には、例えば、フロントカメラ３４の画像において２次元コードの縦横サイズが所定値より大きい場合にのみロボットＩＤの読み取りを実行するとか、人検知センサ２６の検知結果を組み合わせるなど、対象ロボットの識別条件を厳しくするとよい。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第１実施形態では作業台側（ロボット
側）にロボット識別標識を設け、作業者端末側にリーダを設けたが、第３実施形態では逆に、作業者端末側に端末識別標識を設け、作業台側（ロボット側）にリーダを設ける。それ以外の構成は第１実施形態と同じのため、以下、異なる構成部分を中心に説明を行う。

図１０は、本実施形態の作業台と作業者端末（腕部ユニット）の構成例を模式的に示している。第１実施形態（図２）との違いは、作業台２０にＩＣタグの代わりにＲＦＩＤリーダ２８が設置されている点と、腕部ユニット４０がＲＦＩＤリーダの代わりにＩＣタグ４７を有している点である。ＩＣタグ４７には、作業者端末を特定するための端末ＩＤが記録されている。

図１１は、本実施形態のロボット制御のシーケンスである。第１実施形態のシーケンス（図６）とは対象ロボットの識別処理だけが異なる。

まず、作業者がネジ止め作業の作業台２０に移動し、腕部ユニット４０で作業台２０のＲＦＩＤリーダ２８をタッチする（Ｓ３１０）。すると、ＲＦＩＤリーダ２８が腕部ユニット４０のＩＣタグ４７に記録されている端末ＩＤを読み取る（Ｓ３２０）。ロボット２３の中央処理装置２３０は、無線通信により、端末ＩＤで特定される作業者端末に対し通信接続を要求する（Ｓ３２１）。このとき、要求電文のなかに、Ｓ３２０で読み取った端末ＩＤと、自身のロボットＩＤとを記述する。作業者端末（頭部ユニット３０）は、接続要求を受け取ると、端末ＩＤに基づき自端末への要求であることを確認した上で、対象ロボットのロボットＩＤを認識する（Ｓ３３０）。これにより、ロボット２３と作業者端末の間での通信が確立する。これ以降の処理は第１実施形態（図６）と同じであるため、同一のステップ番号を付して説明を割愛する。なお、本実施形態において、ロボット２３によるＳ３２０〜Ｓ３２１の処理機能が、作業者端末に対し自身のロボットＩＤを通知するＩＤ通知部としての機能である。

以上述べた第３実施形態の構成によっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。加えて、第３実施形態では腕部ユニット側のＲＦＩＤリーダが不要になるので、腕部ユニットの重量およびコストを小さくできるという利点もある。

なお、第２実施形態で述べた２次元コードとカメラによる識別方法を、第３実施形態に適用してもよい。すなわち、作業者端末の頭部ユニット３０や腕部ユニット４０に端末ＩＤを記録した２次元コードを貼付しておき、作業台２０又はロボット２３に設置したカメラで２次元コードを読み取るのである。このような構成でも第３実施形態と同じ処理が可能である。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第１〜第３実施形態では自動で対象ロボットを識別したが、第４実施形態では作業者が対象ロボットを指定（選択）する構成を採用する。それ以外の構成は第１実施形態と同じのため、以下、異なる構成部分を中心に説明を行う。

作業者が対象ロボットの切り替えを指示したり、あるいは、作業者が作業台を移動したりすると、作業者端末のシースルーディスプレイ３２に図１２に示すような操作インタフェースが表示される。具体的には、使用可能な（又は通信可能な）対象ロボットの候補リスト１２０が提示され、作業者はこの候補リスト１２０のなかから使用するロボットを選択することができる。このとき、候補リスト１２０に、ロボットＩＤとともに各ロボットの識別色を提示するとよい。色別に表示することでロボットの識別が容易になり、作業者によるロボットの誤選択を減らせるからである。

候補リスト１２０からロボットを選択する操作は、フロントカメラ３４を利用したハンドジェスチャにより行う。例えば、フロントカメラ３４の視野内で手又は指を上下に動かして候補リスト１２０上のカーソル１２１を移動し対象ロボットを選択する方法、各ロボットに対応するハンドジェスチャ（例えば、ロボットＩＤが「０１」の場合は１本の指を立て、ロボットＩＤが「０２」の場合は２本の指を立てるなど）を行う方法など、どのような操作方法を用いてもよい。

なお、本実施形態ではハンドジェスチャを利用したが、ロボットの選択操作は他の方法でも構わない。例えば、ジャイロセンサ３５を利用し頭部の動き（うなずき、首振りなど）でロボットを選択する方法、筋電センサ４４を利用し前腕の動きでロボットを選択する方法でもよいし、音声入力や、ボタンによる選択などを用いてもよい。

＜その他の実施形態＞
上述した実施形態は本発明の一具体例を示したものであり、本発明の範囲をそれらの具体例に限定する趣旨のものではない。

例えば、ロボットに対する動作指示の入力方法は筋電位に限らない。例えば、頭部ユニット３０に設けられたジャイロセンサ３５を利用し、作業者の頭部の動き（うなずき、首振りなど）で動作指示を入力できるようにしてもよい。また、音声入力、唇や顎の動きによる入力、視線入力、ジェスチャ入力などを用いてもよい。また、入力の確実を担保するため、複数の入力方法を組み合わせてもよい。

上述した実施形態では、作業台の識別色表示部２４を点灯／消灯可能なデバイスで構成したが、例えば、カラーパネルのような色付き部材で識別色表示部を構成しても構わない。あるいは、ロボットや作業台の全部又は一部を識別色を呈する部材で構成してもよい。すなわち、作業者の視界に入る位置にできるだけ目立つように識別色が提示されていれば、目的を達成できる。

上述した実施形態では、対象ロボットの識別にＩＣタグや２次元コードを利用したが、他の方法を利用することもできる。例えば、作業台又はロボット本体にロボットＩＤを描画し、頭部ユニット３０のフロントカメラで取り込まれた画像を用いて、画像認識によりロボットＩＤを識別してもよい。あるいは、作業台又はロボット本体の色（識別色）や形状などの特徴に基づく物体認識により、対象ロボットを識別してもよい。

上述した実施形態では、ウェアラブルな作業者端末を例示したが、作業者端末の形態はこれに限らず、作業者が保持する（手に持つ）タイプの作業者端末でもよい。例えば、スマートフォンやタブレット端末のような携帯型コンピュータを作業者端末として利用することも好ましい。

１０ａ、１０ｂ：作業者
１１〜１６、２０：作業台
１１ａ、１２ａ、１３ａ、１５ａ、１６ａ、２３：ロボット
２４：識別色表示部
２５：ＩＣタグ
２６：人検知センサ
２７：２次元コード
２８：ＲＦＩＤリーダ
３０：頭部ユニット
３２：シースルーディスプレイ
３４：フロントカメラ
３５：ジャイロセンサ
３６：対象ロボット提示部
４０：腕部ユニット
４４：筋電センサ
４５：ＲＦＩＤリーダ
４６：対象ロボット提示部
４７：ＩＣタグ

Claims (10)

1. 複数のロボットが設置された作業スペース内で、作業者が作業ごとにロボットを使い分けるためのロボット制御システムであって、
   複数のロボットと、
   前記複数のロボットに対し無線通信により動作命令を送信可能な作業者端末と、を備え、
   前記作業者端末は、
   作業のために使おうとしている対象ロボットを、前記複数のロボットのなかから識別する識別部と、
   ロボットの動作指示を作業者より受け付ける受付部と、
   前記受付部で動作指示を受け付けたときに、前記識別部により対象ロボットとして識別されているロボットに対してのみ動作命令を送信する無線通信部と、を有する
   ことを特徴とするロボット制御システム。
2. 前記複数のロボットのうちのいずれのロボットが対象ロボットとして識別されているかを示す情報を提示する対象ロボット提示部をさらに有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のロボット制御システム。
3. 前記対象ロボット提示部は、前記複数のロボットのうちのいずれのロボットが対象ロボットとして識別されているかを示す情報を、作業者自身と作業者以外の第三者の両方が視認可能な態様で提示する
   ことを特徴とする請求項２に記載のロボット制御システム。
4. 前記複数のロボットのそれぞれには識別色が割り当てられており、
   前記対象ロボット提示部は、対象ロボットの識別色と同じ色で点灯する手段である
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載のロボット制御システム。
5. 前記複数のロボットのそれぞれが、識別色を表示する識別色表示部を有しており、
   前記作業者端末が、シースルータイプのヘッドマウントディスプレイを有しており、
   前記対象ロボット提示部は、対象ロボットの識別色と同じ色の画像を前記ヘッドマウントディスプレイに表示する手段、又は、作業者の視界に入るように前記ヘッドマウントディスプレイに取り付けられた対象ロボットの識別色と同じ色で発光する手段である
   ことを特徴とする請求項４に記載のロボット制御システム。
6. 前記複数のロボットのそれぞれが、ロボットＩＤが記録されたロボット識別標識を有しており、
   前記作業者端末が、ロボット識別標識からロボットＩＤを読み取るリーダを有しており、
   前記識別部は、前記リーダの読取範囲に入ったロボット識別標識からロボットＩＤを読み取ることで、対象ロボットを識別する
   ことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のロボット制御システム。
7. 前記作業者端末が、端末ＩＤが記録された端末識別標識を有しており、
   前記複数のロボットのそれぞれが、端末識別標識から端末ＩＤを読み取るリーダと、前記リーダにより読み取られた端末ＩＤで特定される作業者端末に対し、自身のロボットＩＤを通知するＩＤ通知部と、を有しており、
   前記識別部は、前記ＩＤ通知部よりロボットＩＤを受け取ることで、対象ロボットを識別する
   ことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のロボット制御システム。
8. 前記識別部は、対象ロボットの複数の候補を作業者に提示し、前記複数の候補のなかから作業者に対象ロボットを選択させることで、対象ロボットを識別する
   ことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のロボット制御システム。
9. 前記複数のロボットのそれぞれが、人検知センサと、前記人検知センサにより作業者がロボットを使用し得る範囲内にいないことを検知した場合に、前記作業者端末との通信、又は、ロボットの動作を停止する制御部と、を有する
   ことを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項に記載のロボット制御システム。
10. 前記複数のロボットのそれぞれは、前記作業者端末からの動作命令の受信をトリガとして、決められた動作を実行するロボットであり、
    前記動作指示は、対象ロボットがいずれのロボットであるかによらず、同じ操作で入力可能である
    ことを請求項１〜９のうちいずれか１項に記載の特徴とするロボット制御システム。