JP2019098421A - 電子機器、制御装置および制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器としての機能を確保しつつ安全性を確保する。【解決手段】接触センサ（１ａ，１ｂ，１ｃ・・・）と駆動装置（４ａ，４ｂ，４ｃ・・・）とは、駆動装置（４ａ，４ｂ，４ｃ・・・）の動作により相対位置が変化しないように設置されており、記憶装置（３）には、接触センサ（１ａ，１ｂ，１ｃ・・・）と駆動装置（４ａ，４ｂ，４ｃ・・・）との対応関係が記憶されており、制御装置（２）は、接触センサ（１ａ，１ｂ，１ｃ・・・）の中から物体の接触を検知した接触センサ（１ａ）を特定し、上記対応関係を参照して、特定された接触センサ（１ａ）に対応する駆動装置（４ａ）を特定し、特定した駆動装置（４ａ）の動作を停止させる。【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器、制御装置および制御プログラムに関する。

従来、頭部、腕部および脚部などの複数の可動部を有する人型のロボットが、多数、開発されている。このようなロボットは、特定の可動部を駆動させている場合にユーザが触れると、指を挟むなど、ユーザに危害が与えられる恐れがある。そこで、ロボットの可動部を停止させるための様々な技術が提案されている。

特許文献１には、人間の安全性を確保しつつ、ロボットによる作業の作業効率の低下を抑制して生産性をより向上することの可能なロボットが開示されている。

特開２０１７−６１０２６号公報（２０１７年３月３０日公開）

従来技術によるロボットの可動部の停止技術は、ロボット全体の動きをすべて停止させるものである。このような技術を、可動部の動きによってその機能を発揮するロボットに採用した場合、ロボットは、完全に動作を停止させるので、ロボットの機能を全く発揮することができなくなる。

本発明の一態様は、上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、電子機器としての機能を確保しつつ安全性を確保することができる電子機器などを実現することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る電子機器は、物体の接触または接近を検知する少なくとも１つの検知装置と、少なくとも１つの駆動装置と、記憶装置と、上記駆動装置の動作を制御する制御装置と、を備えた電子機器であって、上記検知装置と上記駆動装置とは、当該駆動装置の動作により相対位置が変化しないように設置されており、上記記憶装置には、上記検知装置と上記駆動装置との対応関係が記憶されており、上記制御装置は、上記少なくとも１つの検知装置の中から物体の接触を検知した検知装置を特定し、上記対応関係を参照して、特定された検知装置に対応する所定の駆動装置を特定し、特定した所定の駆動装置の動作を停止させる構成である。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る制御装置は、物体の接触または近接を検知する少なくとも１つの検知装置と、少なくとも１つの駆動装置と、記憶装置と、を備えた電子機器の制御装置であって、上記検知装置と上記駆動装置とは、当該駆動装置の動作により相対位置が変化しないように設置されており、上記記憶装置には、上記検知装置と上記駆動装置との対応関係が記憶されており、上記制御装置は、上記少なくとも１つの検知装置の中から物体の接触を検知した検知装置を特定する検知装置特定部と、上記対応関係を参照して、特定された検知装置に対応する所定の駆動装置を特定し、特定した所定の駆動装置の動作を停止させる駆動装置制御部と、を備えている構成である。

本発明の一態様によれば、電子機器としての機能を確保しつつ安全性を確保することができるという効果を奏する。

本発明の実施の一形態に係るロボット（電子機器）の要部構成を示すブロック図である。 上記ロボットの特徴的な動作の流れを示すフローチャートである。 （ａ）は、上記ロボットにおける接触センサのセンサ配置の一例を示す図であり、（ｂ）は、上記ロボットを手に把持した状態の一例を示す図である。 （ａ）は、上記ロボットにおける接触センサのセンサ配置の別の例を示す図であり、（ｂ）は、上記ロボットを手に把持した状態の別の例を示す図である。 （ａ）は、上記ロボットにおける接触センサのセンサ配置のさらに別の例を示す図であり、（ｂ）は、上記ロボットを手に把持した状態のさらに別の例を示す図である。

〔ロボットの要部構成〕
まず、図１を参照して本発明の実施の一形態に係るロボット（電子機器）１０の要部構成について説明する。以下では、本発明の実施の一形態に係る電子機器の一例としてロボットを例示して説明するが、本発明を適用可能な電子機器は、ロボットに限定されない。複数の可動部を駆動する駆動装置と、複数の接触センサ（検知装置）とを備える電子機器であれば、どのような電子機器であっても良い。

また、ここでは、本発明の実施の一形態に係るロボット１０の形状が人間の身体のような外観を有する場合（すなわち、人間型ロボット）を例に挙げて説明する。すなわち、ロボット１０は、頭、腕、手および足などの可動部をそれぞれ個別に動かすことにより、ユーザに対して１または複数の姿勢（ポーズ）の変更およびジェスチャ（コミュニケーション動作）などを行うことが可能である。なお、ロボット１０の形状は、人間型に限定されず、猫型、犬型などの動物型であってもよいし、昆虫型、蜘蛛型、ムカデ型およびヘビ型などであってもよい。

図１に示すように、ロボット１０は、複数の接触センサ（検知装置）１ａ〜１ｃ・・・（以下、これらを代表して接触センサ１と称する）、制御装置２、記憶装置３、および複数の駆動装置４ａ〜４ｃ・・・（以下、これらを代表して駆動装置４と称する）を備える。

接触センサ１は、ユーザの手などの物体の接触を検知するセンサである。本実施形態では、接触センサ１は静電容量センサであるが、この例に限定されるものではない。接触センサ１として、圧力センサ、光センサなどを使用することもできる。なお、静電容量センサは、静電容量センサとユーザの手との間に間隔が空いていても、手の存在を検出することができる。つまり、接触センサ１は、ユーザの手などの物体の接近（ユーザの手が検出範囲内に入った状態）を検出するものとも言える。

制御装置２は、接触センサ１の動作を制御したり、駆動装置４の動作を制御したりする装置であり、センサ制御部（検知装置特定部）２１および駆動装置制御部２２を備える。

センサ制御部２１は、複数の接触センサ１ａ〜１ｃ・・・のそれぞれの動作を統括的に制御するものであり、特に、複数の接触センサ１ａ〜１ｃ・・・の中から物体の接触を検知した接触センサ、および物体の接触を検知していない接触センサを特定する機能を有する。

駆動装置制御部２２は、複数の駆動装置４ａ〜４ｃ・・・のそれぞれの動作およびその停止を統括的に制御するものであり、特に、記憶装置３から読み出したテーブル情報における接触センサ１ａ〜１ｃ・・・と駆動装置４ａ〜４ｃ・・・との対応関係を参照して、センサ制御部２１により物体の接触を検知したと特定された接触センサに対応する駆動装置を特定し、特定した駆動装置の動作を停止させる。なお、上記特定された接触センサは、上記対応する駆動装置の動作により上記駆動装置に対する相対位置が変化しないようになっている。

記憶装置３には、特定の接触センサと、その接触センサが物体の接触を検知した場合に動作を停止させる駆動装置と、の対応関係等を示すテーブル情報などが記録されている。駆動装置制御部２２は、上記テーブル情報を参照して、動作を停止させる駆動装置を決定する。また、駆動装置制御部２２は、動作を停止させる駆動装置以外の駆動装置の動作を停止させずに継続させるようになっている。これにより、すべての駆動装置の動作を停止させる形態と比較して、ロボット１０としての機能を確保することができる。

また、駆動装置制御部２２は、駆動装置が複数存在している場合に、特定された接触センサに最も近い位置にある駆動装置の動作を停止させても良い。ある接触センサに最も近い位置にある駆動装置の動作は、例えば、接触センサに接触するユーザの指などを挟むといったようにユーザに危害を与える可能性がある。よって、上記構成によれば、ロボット１０の安全性を確保することができる。駆動装置４ａ〜４ｃ・・・のそれぞれは、ロボット１０の頭、腕、手および足などの可動部を動作させたり、その動作を停止させたりする装置である。

上述した構成によれば、ロボット１０において、所定の駆動装置の動作時に接触センサと所定の駆動装置との相対位置は変化しない。そして、所定の駆動装置に対応する接触センサに物体が接触または接近すると当該駆動装置の動作が停止される。このため、物体が接触または近接した状態で駆動装置を駆動することが好ましくない位置に物体が接触または近接した状態において、駆動装置を動作停止させることができる。例えば、駆動装置を駆動させると挟まれてしまうような位置にユーザの指が接触したときに駆動装置を動作停止して、指の挟み込みを未然に防ぐことも可能である。

これに対し、例えロボット１０の腕の先端等のように、駆動装置（ロボットの肩関節等の駆動装置）の駆動時に、該駆動装置との相対位置が変化する部位に接触センサを設けた場合、腕がどの位置に動いているかによって、駆動装置の駆動が停止されるタイミングが変わってしまう。例えば、ロボット１０の腕が上方に掲げられており、ロボット１０の腕と胴体とでユーザが指を挟んだりする危険がないような状況でも、腕の先端にユーザが触れたときに駆動装置の駆動が停止される。危険な状況ではないにもかかわらず駆動装置の駆動を停止することは、ロボットの自然な動作の妨げとなり、また不要なタイミングでの駆動停止となるためユーザの満足度を低下させるおそれもある。

また、上述した構成のロボット１０によれば、すべての駆動装置の駆動を一律に停止するのではなく、特定された接触センサに対応する特定の駆動装置の駆動のみを停止する。このため、ロボットとしての機能を確保しつつ安全性を確保することができる。

〔ロボットの特徴的な動作〕
次に、図２に基づき、ロボット１０の特徴的な動作の流れを説明する。ステップＳ（以下、「ステップ」を省略する）１０１では、ロボット１０が動作中の状態であり、Ｓ１０２に進む。

Ｓ１０２では、センサ制御部２１が、特定の接触センサがセンサ制御部２１に物体の検知を通知したかどうかを確認する。その結果、通知があった場合は、Ｓ１０３に進み、通知がなかった場合は、Ｓ１０２に戻る。

Ｓ１０３では、駆動装置制御部２２が、接触センサの近辺の関節（例えば、駆動装置４ａ）が駆動中か否かを確認する。その結果、駆動装置４ａが駆動中の場合は、Ｓ１０４に進み、動作を停止している場合は、Ｓ１０２に戻る。

Ｓ１０４では、駆動装置制御部２２が、駆動装置４ａの動作を停止させてＳ１０５に進む。または、駆動装置４ａがモータの場合、そのトルクをＯＦＦするか、可動部を安全な方向に動作させる。このとき、駆動装置４ａ以外の駆動装置４ｂ、４ｃ・・・は継続駆動される。

Ｓ１０５では、センサ制御部２１が、接触センサの検知が解除されたか否かを確認する。その結果、接触センサの検知が解除されている場合は、Ｓ１０６に進み、接触センサの検知が解除されていない場合は、Ｓ１０５に戻る。Ｓ１０６では、動作が停止されていた（モータのトルクがＯＦＦにされていた、または、退避していた）駆動装置４ａの駆動を再開して、Ｓ１０２に戻る。

〔ロボットの動作の具体例〕
図３の（ａ）に示す例では、ロボット１０の胴体の両側部に接触センサ１ａが配置されている様子が示されている。この例において、図３の（ｂ）に示すように、ユーザの手でロボット１０の胴体の両側部を挟み込むように把持した場合、肩関節（駆動装置４ａ）が駆動すると、ユーザの指が胴体と腕の付け根とで挟まれる可能性がある。このため、このケースでは、ユーザの指が、胴体と腕の付け根とで挟まれないようにするために、駆動装置４ａの駆動を停止させる。

次に、図４の（ａ）に示す例では、ロボット１０の胴体の付け根の上脚部の側面に接触センサ１ｂが配置された様子が示されている。この例において、図４の（ｂ）に示すように、ユーザの手でロボット１０の上脚部を挟み込むように把持した場合、脚関節（駆動装置４ｂまたは４ｃ）が駆動すると、ユーザの指が上脚部と下脚部との関節部に挟まれる可能性がある。このため、このケースでは、ユーザの指が、上脚部と下脚部との関節部に挟まれないようにするために、駆動装置４ｂおよび４ｃの駆動を停止させる。

次に、図５の（ａ）は、ロボット１０の胴体の両側部に接触センサ１ａが配置され、かつロボット１０の胴体の付け根の上脚部の側面に接触センサ１ｂが配置された様子が示されている。この例において、図５の（ｂ）に示すように、ユーザの手でロボット１０の胴体の両側部を挟み込み、かつ上脚部を挟み込むように把持した場合、肩関節（駆動装置４ａ）および脚関節（駆動装置４ｂまたは４ｃ）が駆動すると、ユーザの指が、胴体と腕の付け根とで挟まれたり、上脚部と下脚部との関節部に挟まれたりする可能性がある。このため、このケースでは、ユーザの指が、胴体と腕の付け根とで挟まれたり、上脚部と下脚部との関節部に挟まれたりすることがないようにするために、駆動装置４ａ〜４ｃの駆動を停止させる。

以上の例では、接触センサ１ａ〜１ｃを、ロボット１０の胴体の両側部、および胴体の付け根の上脚部の側面に配置した例を示したが、接触センサの配置位置はこの例に限定されない。また、以上の例では、肩関節や脚関節の動作を停止する例を示したが、特定の接触センサによる接触の検知に伴って、動作を停止する関節は、肩関節や脚関節に限定されず、任意の関節に適用することができる。

〔ソフトウェアによる実現例〕
ロボット１０における制御装置２の制御ブロック（特にセンサ制御部２１および駆動装置制御部２２）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、制御装置２は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば少なくとも１つのプロセッサ（制御装置）を備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な少なくとも１つの記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る電子機器（ロボット１０）は、物体の接触または接近を検知する少なくとも１つの検知装置（接触センサ１ａ，１ｂ，１ｃ・・・）と、少なくとも１つの駆動装置（４ａ，４ｂ，４ｃ）と、記憶装置（３）と、上記駆動装置の動作を制御する制御装置（２）と、を備えた電子機器であって、上記検知装置と上記駆動装置とは、当該駆動装置の動作により相対位置が変化しないように設置されており、上記記憶装置には、上記検知装置と上記駆動装置との対応関係が記憶されており、上記制御装置は、上記少なくとも１つの検知装置の中から物体の接触を検知した検知装置を特定し、上記対応関係を参照して、特定された検知装置に対応する所定の駆動装置を特定し、特定した所定の駆動装置の動作を停止させる構成である。

上記構成によれば、電子機器において、所定の駆動装置の動作時に検知装置と所定の駆動装置との相対位置は変化しない。そして、所定の駆動装置に対応する検知装置に物体が接触または接近すると当該駆動装置の動作が停止される。このため、物体が接触または近接した状態で駆動装置を駆動することが好ましくない位置に物体が接触または近接した状態において、駆動装置を動作停止させることができる。例えば、駆動装置を駆動させると挟まれてしまうような位置にユーザの指が接触したときに駆動装置を動作停止して、指の挟み込みを未然に防ぐことも可能である。

これに対し、例えばロボットの腕の先端等のように、駆動装置（ロボットの肩関節等の駆動装置）の駆動時に、該駆動装置との相対位置が変化する部位に検知装置を設けた場合、腕がどの位置に動いているかによって、駆動装置の駆動が停止されるタイミングが変わってしまう。例えば、ロボットの腕が上方に掲げられており、ロボットの腕と胴体とでユーザが指を挟んだりする危険がないような状況でも、腕の先端にユーザが触れたときに駆動装置の駆動が停止される。危険な状況ではないにもかかわらず駆動装置の駆動を停止することは、ロボットの自然な動作の妨げとなり、また不要なタイミングでの駆動停止となるためユーザの満足度を低下させるおそれもある。

また、上記構成によれば、すべての駆動装置の駆動を一律に停止するのではなく、特定された検知装置に対応する特定の駆動装置の駆動のみを停止する。このため、電子機器としての機能を確保しつつ安全性を確保することができる。

本発明の態様２に係る電子機器は、上記態様１において、上記制御装置は、動作を停止させる駆動装置以外の駆動装置の動作を停止させずに継続させることが好ましい。上記構成によれば、すべての駆動装置の動作を停止させる形態と比較して、電子機器としての機能を確保することができる。

本発明の態様３に係る電子機器は、上記態様１または２において、上記駆動装置が複数存在している場合に、上記制御装置は、上記特定された検知装置に最も近い位置にある駆動装置の動作を停止させても良い。ある検知装置に最も近い位置にある駆動装置の動作は、例えば、検知装置に接触するユーザの指などを挟むといったようにユーザに危害を与える可能性がある。よって、上記構成によれば、電子機器の安全性を確保することができる。

本発明の態様４に係る制御装置は、物体の接触または近接を検知する少なくとも１つの検知装置と、少なくとも１つの駆動装置と、記憶装置と、を備えた電子機器の制御装置であって、上記検知装置と上記駆動装置とは、当該駆動装置の動作により相対位置が変化しないように設置されており、上記記憶装置には、上記検知装置と上記駆動装置との対応関係が記憶されており、上記制御装置は、上記少なくとも１つの検知装置の中から物体の接触を検知した検知装置を特定する検知装置特定部（センサ制御部２１）と、上記対応関係を参照して、特定された検知装置に対応する所定の駆動装置を特定し、特定した所定の駆動装置の動作を停止させる駆動装置制御部（２２）と、を備えている構成である。上記構成によれば、電子機器としての機能を確保しつつ安全性を確保することができる制御装置を実現することができる。

本発明の各態様に係る制御装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記制御装置が備える各部（ソフトウェア要素）として動作させることにより上記制御装置をコンピュータにて実現させる制御装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１ａ〜１ｃ 接触センサ（検知装置）
２ 制御装置
３ 記憶装置
４ａ〜４ｃ 駆動装置
１０ ロボット（電子機器）
２１ センサ制御部（検知装置特定部）
２２ 駆動装置制御部

Claims (5)

1. 物体の接触または接近を検知する少なくとも１つの検知装置と、少なくとも１つの駆動装置と、記憶装置と、上記駆動装置の動作を制御する制御装置と、を備えた電子機器であって、
   上記検知装置と上記駆動装置とは、当該駆動装置の動作により相対位置が変化しないように設置されており、
   上記記憶装置には、上記検知装置と上記駆動装置との対応関係が記憶されており、
   上記制御装置は、
   上記少なくとも１つの検知装置の中から物体の接触を検知した検知装置を特定し、
   上記対応関係を参照して、特定された検知装置に対応する所定の駆動装置を特定し、特定した所定の駆動装置の動作を停止させることを特徴とする電子機器。
2. 上記制御装置は、動作を停止させる駆動装置以外の駆動装置の動作を停止させずに継続させることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 上記駆動装置が複数存在している場合に、
   上記制御装置は、
   上記特定された検知装置に最も近い位置にある駆動装置の動作を停止させることを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器。
4. 物体の接触または近接を検知する少なくとも１つの検知装置と、少なくとも１つの駆動装置と、記憶装置と、を備えた電子機器の制御装置であって、
   上記検知装置と上記駆動装置とは、当該駆動装置の動作により相対位置が変化しないように設置されており、
   上記記憶装置には、上記検知装置と上記駆動装置との対応関係が記憶されており、
   上記制御装置は、
   上記少なくとも１つの検知装置の中から物体の接触を検知した検知装置を特定する検知装置特定部と、
   上記対応関係を参照して、特定された検知装置に対応する所定の駆動装置を特定し、特定した所定の駆動装置の動作を停止させる駆動装置制御部と、を備えていることを特徴とする制御装置。
5. 請求項４に記載の制御装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムであって、上記検知装置特定部および上記駆動装置制御部としてコンピュータを機能させるための制御プログラム。

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