JP2017144492A - 衝撃予測装置、衝撃予測システム、制御装置、衝撃予測方法及び衝撃予測プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】産業用ロボット等の制御対象と、作業者等の対象者とが協調して作業を行うに際し、制御対象と作業者との接触の恐れがある区域での安全性を確保することが可能な衝撃予測装置、制御装置、衝撃予測システム、衝撃判定方法及び衝撃予測プログラムを提供する。
【解決手段】衝撃予測装置１は、制御対象の仕様に関する仕様情報を記録している仕様記録部を備えている。衝撃予測装置１は、対象者の身体の測定対象部位の測定結果に基づいて対象者の動作を演算し（Ｓ４０１〜Ｓ４０５）、また制御対象の動作を演算する（Ｓ４０６〜Ｓ４０８）。そして、衝撃予測装置１は、対象者の動作、制御対象の動作、及び仕様録部に記録されている仕様情報に基づいて、制御対象が対象者に接触した場合に制御対象が対象者に与える衝撃の程度を示す衝撃度を演算し（Ｓ４１１）、演算結果に基づいて制御対象を制御する（Ｓ４１２）。
【選択図】図８

Description

本発明は、制御対象が接触により対象者に与える衝撃を予測する衝撃予測装置、そのような衝撃予測装置の予測結果に基づいて制御対象を制御する制御装置、そのような衝撃予測装置を備える衝撃予測システム、そのような衝撃予測装置を用いた衝撃予測方法、及びそのような衝撃予測装置を実現するための衝撃予測プログラムに関する。

工場等の様々な作業現場においては、産業用ロボット等の機械と人とが協調して作業を行っている。機械と人との協調作業において、人が機械に衝突する際の衝撃度を検知することは、安全上重要な問題である。従来の機械においては、機械の変位、過トルク、過電流等の状態を衝突後に検知することにより、実際の衝突を検知している。このような手法では、人体に負荷がかかった状態になって初めて衝突を検知することになるため、人体に痛みが生じる等、危険が伴う恐れがある。

機械が衝突した場合の衝撃を測定する方法は、例えば特許文献１に開示されている。また、衝突後にロボットを制御する方法は、例えば特許文献２に開示されている。

ところで、従来は、定格出力が８０Ｗを超える産業用ロボットは、物理的な安全柵で囲い、作業者と隔離する必要があった。このような８０Ｗ規制が２０１３年１２月に緩和され、一定の条件を満たせば８０Ｗを超える産業用ロボットでも安全柵無しで作業者と協調することが可能となった。

特開２００９−１０１４５７号公報 特開２００７−２６５２８号公報

８０Ｗ規制の緩和に伴い、産業用ロボットと人とが協調する上で、安全性の確保が、より重要な課題となっている。なお、安全性の確保が重要な課題であることは、８０Ｗ以下の産業用ロボットについても同様である。

しかしながら、特許文献１及び特許文献２は、産業用ロボット等の機械と人との衝突についての技術を開示するものではない。また、従来のように、衝突後に衝撃度を検知する方法では、機械と人との衝突の恐れがある区域に適用する際には十分な安全性を確保しなければならない。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、人の動作及び機械の動作、並びに機械の仕様に基づいて、機械が人に接触した際の衝撃度を演算することにより、機械と人とが接触する前に衝撃を予測することが可能な衝撃予測装置の提供を主たる目的とする。

また、本発明は、本発明に係る衝撃予測装置の衝撃の予測結果に基づいて制御対象を制御する制御装置の提供を他の目的とする。

また、本発明は、本発明に係る衝撃予測装置を備える衝撃予測システムの提供を他の目的とする。

また、本発明は、本発明に係る衝撃予測装置を用いた衝撃予測方法の提供を更に他の目的とする。

また、本発明は、本発明に係る衝撃予測装置を実現する衝撃予測プログラムの提供を更に他の目的とする。

上記課題を解決するために、本願記載の衝撃予測装置は、制御対象が接触により対象者に与える衝撃を予測する衝撃予測装置であって、前記制御対象の仕様に関する仕様情報を取得する仕様取得部と、前記対象者の身体の測定対象部位の測定結果に基づいて前記対象者の動作を示す対象者動作情報を取得する対象者動作取得部と、前記制御対象の動作を示す制御対象動作情報を取得する制御対象動作取得部と、前記対象者動作取得部が取得した対象者動作情報及び前記制御対象動作取得部が取得した制御対象動作情報、並びに前記仕様取得部が取得した仕様情報に基づいて、前記制御対象が前記対象者に接触した場合に前記制御対象が前記対象者に与える衝撃の程度を示す衝撃度を演算する衝撃度演算部とを備えることを特徴とする。

また、前記衝撃予測装置において、前記対象者動作取得部は、複数の前記対象者の対象者動作情報を取得し、前記衝撃度演算部は、接触する前記対象者を特定することを特徴とする。

また、前記衝撃予測装置において、前記仕様取得部は、仕様情報として、前記制御対象を構成する部位についての形状に関する情報、材質に関する情報、及び動作に関する情報のうちの少なくとも一を取得することを特徴とする。

また、前記衝撃予測装置において、前記対象者動作取得部は、前記対象者の身体の測定対象部位の位置情報及び姿勢情報の少なくとも一に基づいて、演算された対象者動作情報を取得することを特徴とする。

また、前記衝撃予測装置において、前記対象者動作取得部の取得に係る位置情報及び姿勢情報の少なくとも一は、前記対象者の身体の測定対象部位の速度、加速度、角速度、角加速度、圧力及び磁気のうちの少なくとも一に基づいて演算された情報であることを特徴とする。

また、前記衝撃予測装置において、前記対象者動作取得部が取得する演算された対象者動作情報は、前記対象者の演算対象部位の速度又は加速度であることを特徴とする。

また、前記衝撃予測装置において、前記衝撃度演算部が演算した衝撃度に基づいて、前記制御対象を制御する制御命令を出力する制御対象制御部を備えることを特徴とする。

また、前記衝撃予測装置において、前記制御対象制御部は、動作の継続、動作の停止、動作速度の減速、接触回避動作の実施、又は衝撃度の低減動作の実施をさせる制御命令を出力することを特徴とする。

さらに、本願記載の制御装置は、制御対象を制御する制御装置であって、前記衝撃予測装置から、前記衝撃度演算部が演算した衝撃度の入力を受け付ける入力部と、前記入力部が受け付けた衝撃度に基づいて、前記制御対象を制御する制御命令を出力する制御対象制御部とを備えることを特徴とする。

また、前記制御装置において、前記制御対象制御部は、動作の継続、動作の停止、動作速度の減速、接触回避動作の実施、又は衝撃度の低減動作の実施をさせる制御命令を出力することを特徴とする。

さらに、本願記載の衝撃予測システムは、対象者が装着可能な装着装置と、制御に基づいて動作する制御対象と、前記衝撃予測装置とを備え、前記装着装置は、前記対象者の身体の測定対象部位を測定する測定部を備え、前記制御対象は、動作に関する情報を出力する出力部を備え、前記衝撃予測装置が備える対象者動作取得部は、前記装着装置の測定部による測定結果に基づく対象者動作情報を取得し、前記衝撃予測装置が備える制御対象動作取得部は、前記制御対象から出力された動作に関する情報に基づく制御対象動作情報を取得することを特徴とする。

さらに、本願記載の衝撃予測方法は、制御対象が接触により対象者に与える衝撃を予測する衝撃予測方法であって、仕様取得部が、前記制御対象の仕様に関する仕様情報を取得するステップと、対象者動作取得部が、前記対象者の身体の測定対象部位の測定結果に基づいて前記対象者の動作を示す対象者動作情報を取得するステップと、制御対象動作取得部が、前記制御対象の動作を示す制御対象動作情報を取得するステップと、衝撃度演算部が、前記対象者動作取得部が取得した対象者動作情報及び前記制御対象動作取得部が取得した制御対象動作情報、並びに前記仕様取得部が取得した仕様情報に基づいて、前記制御対象が前記対象者に接触した場合に前記制御対象が前記対象者に与える衝撃の程度を示す衝撃度を演算するステップとを含むことを特徴とする。

さらに、本願記載の衝撃予測プログラムは、コンピュータに、制御対象が接触により対象者に与える衝撃を予測させる衝撃予測プログラムであって、コンピュータに、前記制御対象の仕様に関する仕様情報を取得するステップと、前記対象者の身体の測定対象部位の測定結果に基づいて前記対象者の動作を示す対象者動作情報を取得するステップと、前記制御対象の動作を示す制御対象動作情報を取得するステップと、取得した対象者動作情報及び取得した制御対象動作情報、並びに取得した仕様情報に基づいて、前記制御対象が前記対象者に接触した場合に前記制御対象が前記対象者に与える衝撃の程度を示す衝撃度を演算するステップとを実行させることを特徴とする。

本願記載の衝撃予測装置、制御装置、衝撃予測システム、衝撃予測方法及び衝撃予測プログラムは、対象者の動作及び制御対象の動作、並びに制御対象の仕様情報に基づいて、制御対象が対象者に接触した場合に制御対象が対象者に与える衝撃の程度を示す衝撃度を演算することができる。

本発明は、対象者の身体の測定部位の測定結果に基づく対象者の動作及び制御対象の動作、並びに制御対象の仕様に関する仕様情報に基づいて、制御対象が対象者に接触した場合に制御対象が対象者に与える衝撃の程度を示す衝撃度を演算する。これにより、作業者が制御対象と接触する前に衝撃度を予測することができるので、衝撃度に応じた制御対象の制御等の対応が可能となるため、作業者と制御対象とが協調作業を行う上での安全性を向上させることが可能である等、優れた効果を奏する。

本願記載の衝撃予測システムの一例を概念的に示す説明図である。 本願記載の衝撃予測システムが備える衝撃予測装置及びその他の各種装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 本願記載の衝撃予測装置が備えるロボット仕様記録部の記録内容の一例を概念的に示す説明図である。 本願記載の衝撃予測システムが備える衝撃予測装置及びその他の各種装置の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。 本願記載の衝撃予測システムが備える衝撃予測装置のロボット仕様記録処理の一例を示すフローチャートである。 本願記載の衝撃予測システムが備える衝撃予測装置の第１人体モデル記録処理の一例を示すフローチャートである。 本願記載の衝撃予測システムが備える衝撃予測装置の第２人体モデル記録処理の一例を示すフローチャートである。 本願記載の衝撃予測システムが備える衝撃予測装置の衝撃予測処理の一例を示すフローチャートである。 本願記載の衝撃予測システムの他のシステム構成例における各種装置の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を具現化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

＜システム構成＞
先ず、本願記載の衝撃予測システムの概要について説明する。図１は、本願記載の衝撃予測システムの一例を概念的に示す説明図である。本願記載の衝撃予測システムは、制御対象として、所定の制御命令に従って作業する作業ロボット（以下、ロボットという）２を備え、ロボット２と協調して作業者（対象者）が作業するＦＡ（Factory Automation）システム等のシステムに適用される。作業者は、身体の様々な測定対象部位、例えば、頭部、上腕、前腕、胸部、腹部、大腿、下腿等の測定対象部位に加速度センサ、ジャイロセンサ等の各種慣性センサを備える装着装置３を装着する。各種慣性センサを備える装着装置３は、対象者の身体の測定対象部位を測定し、測定した結果を示す各種測定情報を出力する。装着装置３に取り付けるセンサとしては、加速度センサ、ジャイロセンサ等の慣性センサの他、磁気センサ、圧力センサ等のセンサを用いることができる。複数の作業者が作業する場合、衝撃予測の対象となるそれぞれの作業者が、これらの装着装置３を装着する。なお、図１では、理解を容易にするため、装着装置３を装着した作業者において、慣性センサが位置する部位を白丸で示している。

更に、衝撃予測システムは、装着装置３及びロボット２からそれぞれ出力される各種情報を取得し、作業者とロボット２とが接触した際の衝撃を予測する衝撃予測装置１を備えている。衝撃予測装置１は、例えば、ロボット２を制御する制御用コンピュータ等のコンピュータを用いて構成されている。そして、衝撃予測装置１は、無線又は有線の通信方法により、構内ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信網を介して間接的に、又は直接に、装着装置３及びロボット２と通信可能に接続されており、各種情報及び信号の通信を行う。

なお、ここでは説明の便宜上、ロボット２と衝撃予測装置１とを別体の異なる装置として記載しているが、衝撃予測装置１は、ロボット２に組み込まれた装置であっても良い。また、その場合、ロボット２の動作を制御する制御回路の一部に衝撃予測装置１として機能する回路又はプログラムを組み込むようにしても良い。更に、ロボット２は複数であっても良く、その場合、それぞれのロボット２に衝撃予測装置１が組み込まれていても良い。

＜装置構成＞
次に、本願記載の衝撃予測システムが備える各種装置の構成例について説明する。図２は、本願記載の衝撃予測システムが備える衝撃予測装置１及びその他の各種装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。衝撃予測装置１は、制御部１０及び記録部１１を備え、更に他の装置とのインターフェースとして、測定情報取得部１２、ロボット用入出力部１３及び情報入力部１４を備えている。

制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ及びレジスタ等のメモリを用いて構成されており、各種命令を実行することにより、装置全体を制御し、また、ロボット２に対して制御命令を出力する。

記録部１１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）等の不揮発メモリと、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発メモリと、ハードディスクドライブ、半導体メモリ等の記録媒体とを備えており、各種プログラム及び情報等のデータを記録している。また、記録部１１の記録領域には、制御用コンピュータ等のコンピュータを本発明に係る衝撃予測装置１として機能させる衝撃予測プログラムＰＧが記録されている。

更に、記録部１１の記録領域の一部は、各作業者の身体の形状を模式化した人体モデルを記録する人体モデル記録部１１ａ、ロボット２の仕様を示す仕様情報を記録するロボット仕様記録部１１ｂ等のデータベースとして用いられている。人体モデルとは、各作業者の身体について、上腕、前腕、大腿、下腿等の各種部位の長さ等の数値を用いて模式化した数値モデルである。人体モデル記録部１１ａには、作業者を特定する作業者特定情報（作業者ＩＤ）に対応付けてそれぞれの作業者に関する人体モデルが記録される。なお、衝撃予測装置１が備える記録部１１の記録領域の一部を人体モデル記録部１１ａとして用いるのではなく、各種情報を記録するサーバコンピュータ等の記録装置を衝撃予測装置１に接続し、衝撃予測装置１に接続した記録装置の記録領域の一部を人体モデル記録部１１ａ、ロボット仕様記録部１１ｂ等のデータベースとして用いても良い。即ち、人体モデル記録部１１ａ、ロボット仕様記録部１１ｂ等のデータベースは、衝撃予測装置１が備える制御部１０にてアクセスし、記録及び読取可能な状態であれば、様々な形態に設計することが可能である。

図３は、本願記載の衝撃予測装置１が備えるロボット仕様記録部１１ｂの記録内容の一例を概念的に示す説明図である。ロボット仕様記録部１１ｂには、ロボット２の仕様に関する情報が、図中「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」として示したロボット２の部位毎に記録されている。ロボット２の仕様に関する仕様情報としては、リンク長さ等の部位の形状に関する情報、重量、反発係数等の部位の材質に関する情報、可動域、最高速度等の動作に関する情報等の各種情報が記録されている。

図２のブロック図に戻り、測定情報取得部１２は、各装着装置３から測定した結果を示す測定情報等の各種情報を取得するインターフェースである。ロボット用入出力部１３は、ロボット２から各種情報を取得し、各種命令を出力するインターフェースである。情報入力部１４は、例えば人体モデルを示す情報、ロボット２の仕様に関する仕様情報等の各種情報の入力に用いられる各種装置と通信するためのインターフェースである。なお、これらのインターフェースは、必ずしもそれぞれ個別のデバイスとして存在する必要は無く、適宜共通化することも可能であり、また、一つの装置に対して異なる情報を入出力するための複数のデバイスを備えさせることも可能である。例えば通信網を介して他の装置と情報の送受信を行う場合、通信網に接続する一つのデバイスを備えていれば良く、また、ロボット２から位置情報、姿勢情報、その他の情報を取得するデバイスと、ロボット２に命令を出力するデバイスとの双方を備えさせることも可能である。更に、情報入力部１４は、タブレット型コンピュータ等の装置を用いた情報入力装置から人体モデル、仕様情報等の各種情報の入力を受け付けても良く、各種半導体メモリ等の携帯型記録媒体から各種情報の入力を受け付けても良い等、適宜設計することが可能である。

そして、制御用コンピュータ等のコンピュータは、記録部１１に記録された各種プログラム、例えば衝撃予測プログラムＰＧを読み取り、読み取った衝撃予測プログラムＰＧに含まれる仕様情報の取得、対象者動作情報の取得、制御対象動作情報の取得、衝撃度の演算等の各種ステップを制御部１０の制御にて実行することにより、衝撃予測装置１として機能する。

ロボット２は、装置全体を制御する制御部、作業を行うアーム部等の動作部、位置、姿勢等の動作を測定するセンサ部、衝撃予測装置１と通信する入出力部等の各種構成を備えている。

装着装置３は、加速度センサ、ジャイロセンサ等の動作に関する情報を検出するセンサ類を用いた測定部、その他出力部等の各種構成を備えている。装着装置３に取り付けるセンサとしては、加速度センサ、ジャイロセンサの他、磁気センサ、圧力センサ等の各種センサを用いることができる。そして、装着装置３は、速度、角速度、加速度、角加速度、圧力、磁気等の物理量を測定部にて測定し、測定した結果を作業者の動作に関する測定結果を示す生データ等の測定情報として、出力部から衝撃予測装置１へ出力する。衝撃予測装置１は、速度、角速度、加速度、角加速度、圧力、磁気等の物理量を示す測定情報を測定情報取得部１２にて取得し、取得した測定情報に基づいて算出される位置情報、姿勢情報等の状態情報を取得する。例えば、加速度センサが測定した加速度を２回積分することにより位置情報を算出することができる。なお、速度、角速度、加速度、角加速度、圧力、磁気等の物理量を示す測定情報に基づく、位置情報、姿勢情報等の状態情報の算出は、装着装置３及び衝撃予測装置１のどちらで演算するようにしても良い。

図４は、本願記載の衝撃予測システムが備える衝撃予測装置１及びその他の各種装置の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。衝撃予測装置１は、衝撃予測プログラムＰＧ等の各種プログラムを実行することにより、制御部１０の制御に基づき、人体状態取得部１０ａ、人体モデル演算部１０ｂ、人体モデル取得部１０ｃ、人体動作演算部１０ｄ、人体動作取得部（対象者動作取得部）１０ｅ、ロボット動作演算部１０ｆ、ロボット動作取得部（制御対象動作取得部）１０ｇ、接近部位判定部１０ｈ、ロボット仕様取得部１０ｉ、衝撃度演算部１０ｊ、ロボット制御部（制御対象制御部）１０ｋ等の各種演算を実行する演算部としての機能を実現する。なお、これら各種機能を実現する様々な演算部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration ）、ＶＬＳＩ（Very Large Scale Integration）等の半導体チップを用いたそれぞれ専用の回路として実装することも可能である。

人体状態取得部１０ａは、測定情報取得部１２が装着装置３から取得した速度、角速度、加速度、角加速度、圧力、磁気等の物理量を示す測定情報に基づいて、測定対象部位の位置情報、姿勢情報等の状態情報を演算により求めて取得する。なお、装着装置３から位置情報、姿勢情報等の状態情報が出力され、測定情報取得部１２が状態情報を取得する場合、制御部１０の人体状態取得部１０ａは、取得した状態情報を以降の演算に用いる情報としてそのまま取得する。

人体モデル演算部１０ｂは、人体状態取得部１０ａが取得した位置情報、姿勢情報等の各種状態情報に基づいて、作業者の身体の形状を模式化した人体モデルを算出する演算を実行する。作業者が装着した装着装置３の測定に基づく各種状態情報に基づく人体モデルの算出は、先行する様々な技術を用いて行うことができる。例えば、「金杉洋、柴崎亮介、“ウェアラブルセンサによる人体動作の計測と解析”、日本写真測量学会、平成１７年度年次学術講演会論文集、pp.199-202、2005.06 」に記載されている方法を適用することが可能である。

人体モデル取得部１０ｃは、人体モデル記録部１１ａに記録されている人体モデルを取得する処理を実行する。

人体動作演算部１０ｄは、人体モデル取得部１０ｃが取得した状態情報及び人体モデル記録部１１ａから人体モデル取得部１０ｃが取得した人体モデルに基づいて、作業者の手、足等の身体の演算対象部位の動作を算出する演算を実行する。演算対象部位の動作は、例えば、演算対象部位の位置、動作方向、所定時間後の予測位置、予測動作方向等の動作を示す人体動作情報（対象者動作情報）として算出される。

人体動作取得部１０ｅは、人体動作演算部１０ｄが演算した人体動作情報を取得する処理を実行する。

ロボット動作演算部１０ｆは、ロボット状態取得部１３ａとして機能するロボット用入出力部１３を介してロボット２と通信を行う。そして、ロボット動作演算部１０ｆは、ロボット２から各部位の位置、姿勢等の状態を示すロボット状態情報の入力を受け付け、受け付けた入力に基づきロボット２の動作を算出する演算を実行する。

ロボット動作取得部１０ｇは、ロボット動作演算部１０ｆが演算したロボット２の動作を示すロボット動作情報（制御対象動作情報）を取得する処理を実行する。

接近部位判定部１０ｈは、人体動作演算部１０ｄの演算結果である作業者の動作及びロボット動作演算部１０ｆの演算結果であるロボット２の動作に基づいて、作業者の各部位及びロボット２の各部位について、接近状況を判定する。接近状況の判定とは、接近している又は接近すると予測される作業者及び作業者の部位並びにロボット２の部位の特定、接近している部位間の相対速度、接触の予測、接触の際の部位間の相対速度等の状況の導出である。

ロボット仕様取得部１０ｉは、ロボット仕様記録部１１ｂに記録されている仕様情報を取得する処理を実行する。

衝撃度演算部１０ｊは、接近部位判定部１０ｈの演算結果である接近状況及びロボット仕様記録部１１ｂに記録されているロボット２の各部位の仕様情報に基づいて、ロボット２が接触により対象者に与える衝撃を衝撃度として算出する演算を実行する。衝撃度は、ロボット２が作業者に接触した際に作業者に与える圧力、力、最大伝達エネルギー、運動エネルギー等の項目に基づいて算出される。従って、例えば、ロボット２と作業者との接触の際の相対速度が速いほど、またロボット２の部位の重量が大きいほど、衝撃度は大きな値として算出される。

ロボット制御部１０ｋは、衝撃度演算部１０ｊによる衝撃度の算出結果に基づいて、ロボット２を制御する方法を導出する演算を実行し、演算結果となるロボット２の制御方法を示す制御命令を出力する。制御命令の出力は、ロボット制御命令出力部１３ｂとして機能するロボット用入出力部１３を介したロボット２への出力として実行される。ロボット２を制御する方法は、例えば、算出した衝撃度を、予め複数段階に設定されている所定の閾値と比較することにより導出される。例えば、衝撃度が所定の第１閾値未満であれば、接触しても問題なしと判断し、ロボット２の動作を継続させるように制御する。衝撃度が第１閾値以上で、かつ所定の第２閾値未満であれば、衝撃度を緩和する動作を行うようにロボット２を制御する。更に、衝撃度が第２衝撃値以上であれば、ロボット２の動作を停止又は接触しないように動作の軌道を修正するように制御する。なお導出される制御方法は例示したこれらの制御に限らず衝撃度の算出結果に応じて適宜設定される。即ち、ロボット制御部１０ｋは、動作の継続、動作の停止、動作速度の減速、接触回避動作の実施、衝撃度の低減動作等の制御方法を導出し、導出した制御方法の実施をさせる制御命令を出力する。

このようにロボット２と作業者とが接触するか否かを判定するだけで無く、接触する可能性がある場合であっても、衝撃度が低ければロボット２の動作を停止しないような制御を行う。これにより、本願記載の衝撃予測装置１は、安全性を維持しながらも、必要以上にロボット２の動作を停止させる必要が無いため、安全性及び生産性の双方を向上させることが可能である。

情報入力部１４は、外部の装置である人体モデル入力装置４から、各作業者の人体モデルの入力を受け付ける人体モデル入力部１４ａとして機能し、受け付けた人体モデルを人体モデル記録部１１ａに記録する。また、情報入力部１４は、外部の装置であるロボット仕様入力装置５から、ロボット２の仕様情報の入力を受け付けるロボット仕様入力部１４ｂとして機能し、受け付けた仕様情報をロボット仕様記録部１１ｂに記録する。

＜処理構成＞
以上の様に構成された本願記載の衝撃予測システムが備える衝撃予測装置１の様々な処理について説明する。図５は、本願記載の衝撃予測システムが備える衝撃予測装置１のロボット仕様記録処理の一例を示すフローチャートである。ロボット仕様記録処理は、仕様情報を記録しているロボット仕様入力装置５から仕様情報の入力を受け付けてロボット仕様記録部１１ｂに記録する処理である。

衝撃予測装置１が備える制御部１０は、衝撃予測プログラムＰＧ等の各種プログラムを実行することにより、ロボット仕様記録処理を実行する。衝撃予測装置１の制御部１０は、ロボット仕様入力装置５からロボット仕様入力部１４ｂにより仕様情報の入力を受け付け（Ｓ１０１）、受け付けた仕様情報をロボット仕様記録部１１ｂに記録する（Ｓ１０２）。ステップＳ１０２では、ロボット２の部位の形状に関する情報、材質に関する情報、動作に関する情報等の仕様情報を、部位毎に記録する。なお、使用するロボット２が複数である場合、ロボット２及び部位毎に仕様情報を記録する。

このようにして、ロボット仕様記録処理が実行される。

図６は、本願記載の衝撃予測システムが備える衝撃予測装置１の第１人体モデル記録処理の一例を示すフローチャートである。第１人体モデル記録処理は、装着装置３を装着した作業者が動作を行い、動作に基づく情報を取得し、取得した情報から演算される人体モデルを、人体モデル記録部１１ａに記録する処理である。

衝撃予測装置１が備える制御部１０は、衝撃予測プログラムＰＧ等の各種プログラムを実行することにより、第１人体モデル記録処理を実行する。衝撃予測装置１の制御部１０は、作業者が装着している装着装置３から測定情報取得部１２により作業者の動作を測定した結果として測定情報を取得する（Ｓ２０１）。ステップＳ２０１の測定情報の取得とは、装着装置３として各種慣性センサを装着した作業者が所定の基準動作を行い、作業者が基準動作を行ったことにより測定される測定対象部位の速度、角速度、加速度、角加速度、圧力、磁気等の物理量の少なくとも一つを示す測定情報を測定情報取得部１２が取得する処理である。

制御部１０は、人体状態取得部１０ａにより、測定情報取得部１２が取得した測定情報に基づいて、測定対象部位の位置情報、姿勢情報等の状態情報を演算により求めて取得する（Ｓ２０２）。ステップＳ２０２は、測定情報取得部１２が取得した対象者の動作を測定した測定情報に基づいて、対象者の位置情報及び姿勢情報のうち少なくとも一方を状態情報として演算する処理である。

制御部１０は、人体モデル演算部１０ｂの演算により、取得した状態情報に基づいて、作業者の身体の形状を模式化した人体モデルを算出（演算）する（Ｓ２０３）。

そして、制御部１０は、算出した人体モデルを、動作を行った作業者を特定する作業者特定情報に対応付けて人体モデル記録部１１ａに記録する（Ｓ２０４）。

このようにして、第１人体モデル記録処理が実行される。

図７は、本願記載の衝撃予測システムが備える衝撃予測装置１の第２人体モデル記録処理の一例を示すフローチャートである。第２人体モデル記録処理は、予め演算された人体モデルを記録している人体モデル入力装置４から、人体モデルの入力を受け付けて人体モデル記録部１１ａに記録する処理である。

衝撃予測装置１が備える制御部１０は、衝撃予測プログラムＰＧ等の各種プログラムを実行することにより、第２人体モデル記録処理を実行する。衝撃予測装置１の制御部１０は、人体モデル入力装置４から人体モデル入力部１４ａにより人体モデル及び対応する作業者特定情報の入力を受け付ける（Ｓ３０１）。そして、制御部１０は、受け付けた人体モデルを作業者特定情報に対応付けて人体モデル記録部１１ａに記録する（Ｓ３０２）。

このようにして、第２人体モデル記録処理が実行される。

なお、モデル記録部１１ａにモデル情報を記録する処理としては、第１人体モデル記録処理及び第２人体モデル記録処理のうちのいずれを用いても良く、更に他の方法を用いるようにしても良い。

図８は、本願記載の衝撃予測システムが備える衝撃予測装置１の衝撃予測処理の一例を示すフローチャートである。衝撃予測処理は、制御対象が接触により対象者に与える衝撃を予測する処理である。衝撃予測装置１が備える制御部１０は、衝撃予測プログラムＰＧ等の各種プログラムを実行することにより、衝撃予測処理を実行する。衝撃予測装置１の制御部１０は、作業者の動作状態を算出する処理と、ロボット２の動作状態を算出する処理とを並列処理として実行する。即ち、制御部１０は、一方の処理として、装着装置３が作業者の動作を測定した測定結果を示す測定情報を測定情報取得部１２にて取得し（Ｓ４０１）、人体状態取得部１０ａにて、取得した測定情報に基づいて、位置情報、姿勢情報等の人体の状態を示す人体状態情報を演算により求めて取得する（Ｓ４０２）。更に、制御部１０は、人体モデル取得部１０ｃにより、人体モデル記録部１１ａから人体モデルを取得する（Ｓ４０３）。更に、制御部１０は、人体動作演算部１０ｄにより、取得した人体状態情報及び人体モデルに基づいて、作業者（人体）の演算対象部位の動作を演算し（Ｓ４０４）、人体動作取得部１０ｅにより、演算対象部位の動作を示す人体動作情報を取得する（Ｓ４０５）。動作情報に基づく演算対象部位の動作状態の算出は、作業者毎に行われる。

また、制御部１０は、他方の処理として、ロボット状態取得部１３ａにてロボット２から各部位の位置、姿勢等のロボットの状態を示すロボット状態情報を取得する（Ｓ４０６）。更に、制御部１０は、ロボット動作演算部１０ｆにより、取得したロボット状態情報に基づいて、ロボット２の動作を演算し（Ｓ４０７）、ロボット動作取得部１０ｇにより、ロボット２の動作を示すロボット動作情報を取得する（Ｓ４０８）。

並列処理後、制御部１０は、接近部位判定部１０ｈにより、人体動作情報及びロボット動作情報に基づいて、作業者毎の各部位及びロボット２の各部位について、接近状況を判定し、作業者及びロボット２が接触するか否かを判定する（Ｓ４０９）。

ステップＳ４０９において、作業者及びロボット２が接触すると判定した場合（Ｓ４０９：ＹＥＳ）、制御部１０は、ロボット仕様取得部１０ｉにより、ロボット仕様記録部１１ｂからロボット２の各部位の仕様情報を取得し（Ｓ４１０）、衝撃度演算部１０ｊにより、接近状況及び仕様情報に基づいて作業者とロボット２との衝撃度を演算する（Ｓ４１１）。ステップＳ４１１では、作業者毎の各部位及びロボット２の各部位の接近状況、並びにロボット仕様記録部１１ｂに記録されているロボット２の各部位の仕様情報に基づいて衝撃度を演算する。衝撃度の演算は、接触が予測される作業者の特定、作業者及びロボット２の接触部位並びにロボット２が接触により対象者に与える衝撃を数値化した衝撃度の導出として実行される。即ち、ステップＳ４１１では、衝撃度の演算として、ロボット２が接触により作業者に与える衝撃を予測する。なお、ステップＳ４０９において、作業者及びロボット２が接触しないと判定した場合（Ｓ４０９：ＮＯ）、制御部１０は、作業者の動作状態を算出する処理及びロボット２の動作状態を算出する処理の並列処理を再度実行する。

衝撃度を演算後、制御部１０は、ロボット制御部１０ｋにより、衝撃度に基づいてロボット２の任意制御を実行する（Ｓ４１２）。ステップＳ４１２の任意制御とは、ステップＳ４１１にて演算した衝撃度に基づいて、ロボット２に対し、動作の継続、動作の停止、動作速度の減速、接触回避動作の実施、衝撃度の低減動作等の予め設定されている所定の制御を実施することを示す。ロボット制御部１０ｋは、衝撃度に基づいて任意制御となる制御方法を導出し、導出した制御方法を実施をさせる制御命令を、ロボット制御命令出力部１３ｂを介してロボット２へ出力する。

そして、制御部１０は、衝撃予測処理を終了するか否かを判定する（Ｓ４１３）。例えば、作業者が作業を終了し、衝撃予測処理を終了させる所定の操作を行った場合、操作を受け付けた制御部１０は、衝撃予測処理を終了すると判定する。

ステップＳ４１３において、衝撃予測処理を終了すると判定した場合（Ｓ４１３：ＹＥＳ）、制御部１０は、衝撃予測処理を終了する。ステップＳ４１３において、衝撃予測処理を終了しないと判定した場合（Ｓ４１３：ＮＯ）、制御部１０は、作業者の動作状態を算出する処理及びロボット２の動作状態を算出する処理の並列処理を再度実行する。

このようにして、衝撃予測処理が実行される。衝撃予測装置１は、対象者の動作及びロボット２の動作、並びにロボット２の仕様に基づいて、制御対象が接触により対象者に与える衝撃を予測する。これにより、作業者がロボット２と接触する前に衝撃を予測することができるので、衝撃に応じて、ロボット２の動作の継続、衝撃緩和動作、停止、接触回避動作、情報収集等の任意制御が可能となる。従って、衝撃予測装置１は、安全性を維持しながらも、必要以上にロボット２の動作を停止させる必要が無いため、安全性及び生産性の双方を向上させることが可能である。

本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、他のいろいろな形態で実施することが可能である。そのため、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。更に、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

例えば、前記実施形態では、ロボットの動作を演算する際にロボットの動作情報を取得したが、本発明はこれに限らず、予めプログラミングされている制御命令に基づいてロボット２の動作を演算する等、様々な形態に展開することが可能である。

また、例えば、前記実施形態では、衝撃を数値化した衝撃度としてスカラー量を用いる形態を示したが、本発明はこれに限らず、衝撃度としてベクトル量を用いる等、様々な形態に展開することが可能である。

また、前記実施形態では、衝撃予測装置１が、人体モデル演算部１０ｂ、人体動作演算部１０ｄ、ロボット動作演算部１０ｆ等の様々な演算部により、各種演算を実施する形態を示したが、本発明はこれに限るものではない。即ち、これらの演算機能の一部を他の装置に備えさせ、衝撃予測装置１は、他の装置から各種演算結果を取得し、衝撃度演算部１０ｊにより、衝撃度の演算を実行する等、様々な形態に展開することが可能である。

また、前記実施形態では、衝撃予測装置１がロボット２を制御する形態を示したが、本発明はこれに限らず、衝撃を予測する衝撃予測装置１とは別に、ロボット２を制御する装置を設けるようにする等、様々な形態に展開することも可能である。

＜他のシステム構成例＞
衝撃予測装置１とは別に、ロボット２を制御する制御装置６を設けたシステム構成例について説明する。なお、制御装置６を備えていない前述のシステム構成例と同様の構成については、前述のシステムに関する説明を参照するものとし、その説明を省略する。

図９は、本願記載の衝撃予測システムの他のシステム構成例における各種装置の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。制御装置６は、例えば、ロボット２を制御する制御コンピュータ等の装置を用いて形成されており、衝撃予測装置１及びロボット２と接続されている。

衝撃予測装置１は、制御装置６との通信インターフェースとして、制御装置用出力部１５を備えている。また、制御装置６は、衝撃予測装置１との通信インターフェースとなる入力部６０、ロボット２を制御するロボット制御部（制御対象制御部）６１等の各種構成を備えている。

そして、衝撃予測装置１は、衝撃度演算部１０ｊにより予測した衝撃度を制御装置６へ出力する。制御装置６は、入力部６０から衝撃度の入力を受け付け、ロボット制御部６１により、衝撃度に基づきロボット２の制御を判断する。そして、制御装置６は、衝撃度に基づきロボット２を任意制御する制御命令を、ロボット制御部６１からロボット２へ出力する。ロボット２へ出力する制御命令は、ロボット２に対し、動作の継続、動作の停止、動作速度の減速、接触回避動作の実施、衝撃度の低減動作等の予め設定されている所定の制御を実施させる命令である。即ち、制御装置６が備えるロボット制御部６１が、衝撃予測装置１が備えるロボット制御部１０ｋと同様の機能を実現する。

このように、本願記載の衝撃予測システムは、様々なシステム構成に展開することが可能である。

１ 衝撃予測装置
１０ 制御部
１０ａ 人体状態取得部
１０ｂ 人体モデル演算部
１０ｃ 人体モデル取得部
１０ｄ 人体動作演算部
１０ｅ 人体動作取得部（対象者動作取得部）
１０ｆ ロボット動作演算部
１０ｇ ロボット動作取得部（制御対象動作取得部）
１０ｈ 接近部位判定部
１０ｉ ロボット仕様取得部（仕様取得部）
１０ｊ 衝撃度演算部
１０ｋ ロボット制御部（制御対象制御部）
１１ 記録部
１１ａ 人体モデル記録部
１１ｂ ロボット仕様記録部
１２ 測定情報取得部
１３ ロボット用入出力部
１３ａ ロボット状態取得部
１３ｂ ロボット制御命令出力部
１４ 情報入力部
１４ａ 人体モデル入力部
１４ｂ ロボット仕様入力部
１５ 制御装置用出力部
２ ロボット（制御対象）
３ 装着装置
４ 人体モデル入力装置
５ ロボット仕様入力装置
６ 制御装置
６０ 入力部
６１ ロボット制御部（制御対象制御部）
ＰＧ 衝撃予測プログラム

Claims (13)

1. 制御対象が接触により対象者に与える衝撃を予測する衝撃予測装置であって、
   前記制御対象の仕様に関する仕様情報を取得する仕様取得部と、
   前記対象者の身体の測定対象部位の測定結果に基づいて前記対象者の動作を示す対象者動作情報を取得する対象者動作取得部と、
   前記制御対象の動作を示す制御対象動作情報を取得する制御対象動作取得部と、
   前記対象者動作取得部が取得した対象者動作情報及び前記制御対象動作取得部が取得した制御対象動作情報、並びに前記仕様取得部が取得した仕様情報に基づいて、前記制御対象が前記対象者に接触した場合に前記制御対象が前記対象者に与える衝撃の程度を示す衝撃度を演算する衝撃度演算部と
   を備えることを特徴とする衝撃予測装置。
2. 請求項１に記載の衝撃予測装置であって、
   前記対象者動作取得部は、複数の前記対象者の対象者動作情報を取得し、
   前記衝撃度演算部は、接触する前記対象者を特定する
   ことを特徴とする衝撃予測装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の衝撃予測装置であって、
   前記仕様取得部は、
   仕様情報として、前記制御対象を構成する部位についての形状に関する情報、材質に関する情報、及び動作に関する情報のうちの少なくとも一を取得する
   ことを特徴とする衝撃予測装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の衝撃予測装置であって、
   前記対象者動作取得部は、
   前記対象者の身体の測定対象部位の位置情報及び姿勢情報の少なくとも一に基づいて、演算された対象者動作情報を取得する
   ことを特徴とする衝撃予測装置。
5. 請求項４に記載の衝撃予測装置であって、
   前記対象者動作取得部の取得に係る位置情報及び姿勢情報の少なくとも一は、前記対象者の身体の測定対象部位の速度、加速度、角速度、角加速度、圧力及び磁気のうちの少なくとも一に基づいて演算された情報である
   ことを特徴とする衝撃予測装置。
6. 請求項４又は請求項５に記載の衝撃予測装置であって、
   前記対象者動作取得部が取得する演算された対象者動作情報は、前記対象者の演算対象部位の速度又は加速度である
   ことを特徴とする衝撃予測装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の衝撃予測装置であって、
   前記衝撃度演算部が演算した衝撃度に基づいて、前記制御対象を制御する制御命令を出力する制御対象制御部を備える
   ことを特徴とする衝撃予測装置。
8. 請求項７に記載の衝撃予測装置であって、
   前記制御対象制御部は、
   動作の継続、動作の停止、動作速度の減速、接触回避動作の実施、又は衝撃度の低減動作の実施をさせる制御命令を出力する
   ことを特徴とする衝撃予測装置。
9. 制御対象を制御する制御装置であって、
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の衝撃予測装置から、前記衝撃度演算部が演算した衝撃度の入力を受け付ける入力部と、
   前記入力部が受け付けた衝撃度に基づいて、前記制御対象を制御する制御命令を出力する制御対象制御部と
   を備えることを特徴とする制御装置。
10. 請求項９に記載の制御装置であって、
    前記制御対象制御部は、
    動作の継続、動作の停止、動作速度の減速、接触回避動作の実施、又は衝撃度の低減動作の実施をさせる制御命令を出力する
    ことを特徴とする制御装置。
11. 対象者が装着可能な装着装置と、
    制御に基づいて動作する制御対象と、
    請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の衝撃予測装置と
    を備え、
    前記装着装置は、
    前記対象者の身体の測定対象部位を測定する測定部を備え、
    前記制御対象は、
    動作に関する情報を出力する出力部を備え、
    前記衝撃予測装置が備える対象者動作取得部は、前記装着装置の測定部による測定結果に基づく対象者動作情報を取得し、
    前記衝撃予測装置が備える制御対象動作取得部は、前記制御対象から出力された動作に関する情報に基づく制御対象動作情報を取得する
    ことを特徴とする衝撃予測システム。
12. 制御対象が接触により対象者に与える衝撃を予測する衝撃予測方法であって、
    仕様取得部が、前記制御対象の仕様に関する仕様情報を取得するステップと、
    対象者動作取得部が、前記対象者の身体の測定対象部位の測定結果に基づいて前記対象者の動作を示す対象者動作情報を取得するステップと、
    制御対象動作取得部が、前記制御対象の動作を示す制御対象動作情報を取得するステップと、
    衝撃度演算部が、前記対象者動作取得部が取得した対象者動作情報及び前記制御対象動作取得部が取得した制御対象動作情報、並びに前記仕様取得部が取得した仕様情報に基づいて、前記制御対象が前記対象者に接触した場合に前記制御対象が前記対象者に与える衝撃の程度を示す衝撃度を演算するステップと
    を含むことを特徴とする衝撃予測方法。
13. コンピュータに、制御対象が接触により対象者に与える衝撃を予測させる衝撃予測プログラムであって、
    コンピュータに、
    前記制御対象の仕様に関する仕様情報を取得するステップと、
    前記対象者の身体の測定対象部位の測定結果に基づいて前記対象者の動作を示す対象者動作情報を取得するステップと、
    前記制御対象の動作を示す制御対象動作情報を取得するステップと、
    取得した対象者動作情報及び取得した制御対象動作情報、並びに取得した仕様情報に基づいて、前記制御対象が前記対象者に接触した場合に前記制御対象が前記対象者に与える衝撃の程度を示す衝撃度を演算するステップと
    を実行させることを特徴とする衝撃予測プログラム。

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