JP2019188556A - センサコントローラ、ロボットシステム、センサ制御方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】生産性を高めるようロボットシステムを動作させるセンサコントローラを提供する。【解決手段】センサコントローラ（４０）は、センサ部（２２）による検知結果に基づいて所定の信号をロボットシステム（１）の可動機械制御部（３１）に送信する信号制御部（４１）を備えており、前記信号制御部は、センサ部が可動機械部（２０）の端部に取り付けられたエンドエフェクタ（工具２１）の周辺に設定した第２監視領域に物体が侵入したことを検知した場合は前記可動機械部の動作を停止するための信号を前記可動機械制御部に送信し、センサ部が前記第２監視領域よりも前記エンドエフェクタからの距離が遠い領域を含む第１監視領域に物体が侵入したことを検知した場合は該物体を回避するよう前記可動機械部を動作させるための信号を前記可動機械制御部に送信する。【選択図】図１

Description

本発明はセンサの検知結果に基づいてロボットシステムの可動機械部が動作の停止または回避動作を実行するための所定の信号を送信するセンサコントローラ等に関する。

限られた作業領域内でロボットシステムと人とが作業を実施する場合に、センサを用いてロボットシステムから人を防護するための技術が知られている。例えば、特許文献１には工具が配置された可動機械部品上で防護領域を用いて危険領域を監視する距離センサが開示されている。

特開２０１７−０７８７０７号公報（２０１７年４月２７日公開）

上述のような従来技術は、防護領域および危険領域に対する物体の侵入を検知してロボットの危険な動きを止めること、およびロボットに迂回させることが可能であった。しかしながら、特許文献１に記載の技術は、侵入した物体の位置または方向等に基づいた適切な回避動作を実施させることができないという問題があった。具体的には、侵入した物体が工具に近いか遠いかに応じて、停止か回避かを選択して実行することができないという問題があった。

本発明の一態様は、生産性を高めるようロボットシステムを動作させるセンサコントローラを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るセンサコントローラは、ロボットシステムの可動機械部に取り付けられたセンサ部からの入力を受け付けるセンサコントローラであって、前記センサ部は、対象物の３次元位置を検出し、前記可動機械部の端部に取り付けられたエンドエフェクタの周辺に設定した第２監視領域、および前記第２監視領域よりも前記エンドエフェクタからの距離が遠い領域を含む第１監視領域に対する物体の侵入を検知し、前記センサコントローラは、前記センサ部による検知結果に基づいて所定の信号を前記可動機械部の動作を制御する可動機械制御部に送信する信号制御部を備えており、前記信号制御部は、前記第２監視領域に前記物体が侵入したことを検知した場合は、前記可動機械部の動作を停止するための信号を前記可動機械制御部へ送信し、前記第１監視領域に前記物体が侵入したことを検知した場合は、該物体を回避するよう前記可動機械部を動作させるための信号を前記可動機械制御部へ送信する。

前記の構成によれば、ロボットシステムは第２監視領域に物体が侵入した場合は可動機械部の動作を停止し、さらに第１監視領域に物体が侵入した場合は該物体を回避するよう可動機械部を動作させることができる。これにより、例えば限られた作業領域内でロボットシステムとユーザとが作業を実施する場合に、ロボットシステムの可動機械部にユーザが接触することを抑制できる。また、ユーザを回避するように可動機械部を動作させることができるので、ユーザの作業を停滞させることなく、全体の生産性を高めることができる。これにより、生産性を高めるようロボットシステムを動作させることができるセンサコントローラを提供できるという効果を奏する。

前記一側面に係るセンサコントローラにおいて、前記第２監視領域は、前記エンドエフェクタの周囲を囲むように設定されており、前記第１監視領域は、前記第２監視領域のさらに周囲を囲むように設定されてもよい。この構成によれば、ロボットシステムは物体がエンドエフェクタの周囲に接近したことを、第１監視領域にて検知した後さらに第２監視領域にて検知することができる。これにより、例えば物体が第１監視領域にのみ侵入した場合は可動機械部に回避のみを行わせることができる。さらに物体が第１監視領域から第２監視領域に侵入した場合は可動機械部に回避を行わせた後、動作を停止させることができる。すなわち、ロボットシステムは可動機械部の回避および停止を段階的に実行させることができる。

前記一側面に係るセンサコントローラにおいて、前記第１監視領域に前記物体が侵入したことを検知した場合は、該物体が侵入した位置および３次元空間上の該物体の移動方向を示す信号を前記可動機械制御部へ送信してもよい。この構成によれば、ロボットシステムは第１監視領域に物体が侵入した場合は該物体が侵入した位置および３次元空間上の移動方向から回避するように可動機械部を動作させることができる。

前記一側面に係るセンサコントローラにおいて、前記センサ部は、少なくとも前記第１監視領域を監視する第１受光素子と、少なくとも前記第２監視領域を監視する第２受光素子を含む受光部を備えてもよい。この構成によれば、センサコントローラは、第１受光素子および第２受光素子のいずれかが物体を検知すると、検知した受光素子に対応する監視領域にて物体の侵入を検知したことを示す所定の信号を可動機械制御部に送信することができる。

前記一側面に係るセンサコントローラにおいて、前記センサコントローラは、前記センサ部が前記物体を検知した位置の時間的な変化から該物体の速度を決定し、決定した該速度を示す信号を前記可動機械制御部へ送信してもよい。この構成によれば、センサコントローラは、監視領域に侵入した物体の速度を示す信号を可動機械制御部へ送信できる。これにより、例えばロボットシステムは物体の速度以上の動作速度で可動機械部を回避させることができる。

前記一側面に係るセンサコントローラにおいて、前記信号制御部は、前記エンドエフェクタの種類または大きさに応じて、前記第１監視領域と前記第２監視領域との境界を変更してもよい。この構成によれば、ロボットシステムはエンドエフェクタの種類または大きさに応じて可動機械部を適切に停止または回避させることができる。

本発明の一側面に係るロボットシステムは、前記一側面に係るセンサコントローラと、前記可動機械部の動作を制御する可動機械制御部と、を備えているロボットシステムであって、前記可動機械制御部は、前記可動機械部の動作を停止するための信号を受信すると該可動機械部の動作を停止させ、前記物体を回避するよう前記可動機械部を動作させるための信号を受信すると該可動機械部に回避動作を実行させてもよい。この構成によれば、前記態様１と同様の作用効果を奏する。

前記一側面に係るロボットシステムにおいて、前記可動機械制御部は、前記第１監視領域に侵入した前記物体の位置または３次元空間上の移動方向に基づいて、前記回避動作を実行する方向を決定してもよい。この構成によれば、ロボットシステムは第１監視領域に侵入した物体の位置または移動方向に基づいて決定した回避方向に可動機械部を動作させることができる。これにより、例えば物体から常に遠ざかる方向に可動機械部を動作させることができる。

前記一側面に係るロボットシステムにおいて、前記可動機械制御部は、前記センサコントローラが決定した前記物体の速度に応じた動作速度で前記可動機械部を動作させてもよい。この構成によれば、ロボットシステムは物体の速度に応じた動作速度で可動機械部を動作させることができる。これにより、例えば可動機械部の動作速度を物体の速度以上の大きさとし、物体が可動機械部に接触することを抑制することができる。

本発明の一側面に係るセンサ制御方法は、ロボットシステムの可動機械部に取り付けられたセンサ部からの入力を受け付けるセンサ制御方法であって、前記センサ部は、対象物の３次元位置を検出し、前記可動機械部の端部に取り付けられたエンドエフェクタの周辺に設定した第２監視領域、および前記第２監視領域よりも前記エンドエフェクタからの距離が遠い領域を含む第１監視領域に対する物体の侵入を検知し、前記センサ制御方法は、前記センサ部による検知結果に基づいて所定の信号を前記可動機械部の動作を制御する可動機械制御部に送信する信号制御ステップを有しており、前記信号制御ステップは、前記第２監視領域に前記物体が侵入したことを検知した場合は、前記可動機械部の動作を停止するための信号を前記可動機械制御部へ送信するステップと、前記第１監視領域に前記物体が侵入したことを検知した場合は、該物体を回避するよう前記可動機械部を動作させるための信号を前記可動機械制御部へ送信するステップと、を含む方法である。この構成によれば、前記態様１と同様の作用効果を奏する。

本発明の一態様によれば、生産性を高めるようロボットシステムを動作させるセンサコントローラを提供することができる。

本発明の構成例に係るロボットシステムの要部構成を示すブロック図である。 本発明の適用例に係るロボットシステムの概要を示す模式図であり、（ａ）はロボットシステムの適用場面の一例を模式的に例示し、（ｂ）は可動機械部が物体の侵入動作方向に応じて回避動作を実行する概要を示す。 本発明の構成例に係るロボットシステムにおいてセンサ部が監視するエリア１およびエリア２を側面から示した模式図である。 本発明の構成例に係るロボットシステムにおいてセンサ部が監視するエリア１およびエリア２を上下方向から示した模式図である。 本発明の構成例に係るロボットシステムが実行する処理の流れの一例を示すフローチャートである。

§１ 適用例
まず、図２の（ａ）を用いて、本発明が適用される場面の一例について説明する。図２の（ａ）は、適用例に係るロボットシステム１の適用場面の一例を模式的に例示する。本適用例に係るロボットシステム１は、可動機械部２０を動作させて各種作業を実行するシステムである。

図２に示されるとおり、ロボットシステム１は可動機械部２０を備えており、可動機械部２０には工具２１、および複数のセンサ２２１が配置されている。工具２１は可動機械部２０の端部に固定された道具（エンドエフェクタ）であり、ロボットシステム１は、工具２１を用いて材料の把持や加工といった各種作業を実行する。以下の説明において、ロボットシステム１が工具２１を用いて各種作業を実行する領域を作業領域と呼称する。すなわち、作業領域は、工具２１の周囲に設定される。工具２１は、例えばロボットハンドの形状を備えており、作業対象物（ワーク）を把持することができる。工具２１は、作業の目的に応じて交換可能な構成であってもよい。

複数のセンサ２２１は可動機械部２０に、例えばその上下軸に垂直な平面上に取り付けられ、工具２１の周辺に設定したエリア２、およびエリア２よりも工具２１からの距離が遠い領域を含むエリア１に対する物体の侵入を検知する。図示の例において、個々のセンサ２２１が監視する領域はセンサを頂点とする円錐状に設定され、複数のセンサ２２１によって設定された複数の領域は、互いに一部が重畳している。複数のセンサ２２１が監視する領域のうち、エリア１およびエリア２の振り分けについては後述する。

図２の（ｂ）を用いて、本適用例に係るロボットシステム１が実行する回避動作について説明する。図２の（ｂ）は、可動機械部２０が物体の侵入した位置および移動方向に応じて回避動作を実行する概要を示す模式図である。

図示の例は、ユーザの手が複数のセンサ２２１が監視する領域の外側から工具２１に向かって近づく状態を示している。複数のセンサ２２１の少なくともいずれかにおいて、エリア２よりも工具２１からの距離が遠いエリア１にユーザの手が侵入したことを検知すると、ロボットシステム１はユーザの手が侵入した位置および３次元空間上の移動方向を取得する。そして、ユーザの手が侵入した位置および３次元空間上の移動方向に基づいて回避方向を決定し、該回避方向に向けて可動機械部２０を動作させる。図示の例によれば、ロボットシステム１は、ユーザの手がエリア１に侵入した位置および移動方向から遠ざかるように、可動機械部２０を動作（移動）させる。すなわち、紙面右下からユーザの手が左上へ移動して工具２１に向かう場合、ロボットシステム１はユーザの手から遠ざかるように、可動機械部２０を紙面左上に移動させる。このようにして、適用例に係るロボットシステム１は、複数のセンサ２２１による検知結果に基づいて、物体を回避するよう可動機械部２０を動作させることができる。

図２の（ｂ）の状態からユーザの手が工具２１にさらに接近すると、複数のセンサ２２１の少なくともいずれかにおいて、エリア２にユーザの手が侵入したことを検知する。この場合、ロボットシステム１は、可動機械部２０の動作を停止させる。すなわち、本適用例に係るロボットシステム１は、エリア１に対する物体の侵入を検知すると可動機械部２０に該物体を回避する動作を実行させ、エリア２に対する物体の侵入を検知すると可動機械部２０の動作を停止させる。また、エリア１はエリア２よりも工具２１からの距離が遠い領域を含むので、工具２１に向かって近づく物体は、はじめにエリア１にて検知された後、エリア２にてさらに検知される。換言すれば、ロボットシステム１は、物体の接近に応じて回避と停止とを段階的に実行することができる。

ロボットシステム１において、停止より先に回避を実行するのはいくつかのメリットがある。可動機械部２０を停止させた場合、該可動機械部２０は直前までの動作に応じた惰性にしたがってわずかに移動する。このとき、可動機械部２０が周辺機器等に接触するおそれがあるので先に回避を実行することが好ましい。例えば、ロボットシステム１とユーザが、同じエリアで協働して作業を行う場合、ユーザの作業を妨げないよう可動機械部２０を回避させると、作業効率がよい。

§２ 構成例
以下、本発明の一実施形態について、図１、および図３〜図５を用いて詳細に説明する。

（ロボットシステムの構成）
本発明の一態様に係るロボットシステム１の概要および構成について、図１を用いて説明する。図１は、ロボットシステム１の要部構成の一例を示すブロック図である。ロボットシステム１は、記憶部１０、可動機械部２０、制御部３０、およびセンサコントローラ４０を備えている。また、記憶部１０は動作プログラム１１を備えており、可動機械部２０は、工具２１およびセンサ部２２を備えている。センサ部２２は複数のセンサ２２１を含んでおり、制御部３０は可動機械制御部３１を備え、センサコントローラ４０は信号制御部４１を備えている。

ロボットシステム１は、可動機械制御部３１の指示にしたがって可動機械部２０を動作させることができる。ロボットシステム１は、例えば動作プログラム１１にしたがって可動機械部２０を動作させることによって製造作業等を実行する産業用ロボットである。

記憶部１０は、ロボットシステム１にて扱う各種データを保持することができる。図示の例において、記憶部１０は、動作プログラム１１を少なくとも備えている。動作プログラム１１は、ロボットシステム１の動作に必要な処理が記述されたプログラムである。動作プログラム１１は制御部３０の可動機械制御部３１によって読み出され、可動機械制御部３１は記述内容にしたがって各部を動作させることができる。

可動機械部２０は、ロボットシステム１が作業に用いる部位である。可動機械部２０は、例えば、複数の関節部を備えるフレキシブルアームであってもよい。可動機械部２０は、可動機械制御部３１の制御にしたがって動作することができる。

工具２１は、可動機械部２０の端部に取り付けられた、各種作業を実行するための道具（エンドエフェクタ）である。

センサ部２２は、可動機械部２０に取り付けられ、所定の検出間隔ごとに対象物の３次元位置を検出する。図示の例において、センサ部２２は２つのセンサ２２１を備えているが、センサ２２１は１つであってもよいし３つ以上であってもよい。センサ部２２は、工具２１の周辺に設定したエリア２（第２監視領域）および該エリア２よりも工具２１からの距離が遠い領域を含むエリア１（第１監視領域）に対する物体の侵入を検知すると、検知結果をセンサコントローラ４０へ送信する。

センサ２２１は、センサ部２２に設けられたセンサの１つであり、エリア１およびエリア２の少なくともいずれかを監視する。センサ２２１は、対象物の３次元位置を検出することが可能なセンサであれば、どのようなセンサを用いてもよい。なお、以下の説明では、ＴｏＦ（Time of Flight）原理に基づいて対象物までの距離を計測する光学式距離センサを用いた場合について示す。例えばセンサ２２１は、複数の受光素子を有するマルチピクセル型の受光部を備える光学式距離センサである。この場合、センサ２２１は少なくともエリア１を監視する第１受光素子と、少なくともエリア２を監視する第２受光素子を含む受光部を備えている光学式距離センサであってもよい。センサ２２１は、第１受光素子で物体の侵入を検知した場合はエリア１に物体が侵入した旨を検知結果として外部に送信する一方、第２受光素子で物体の侵入を検知した場合はエリア２に物体が侵入した旨を検知結果として外部に送信してもよい。

制御部３０は、ロボットシステム１の各部を統括して制御する。制御部３０は、動作プログラム１１にしたがって可動機械部２０を動作させるよう、可動機械制御部３１に指示することができる。

可動機械制御部３１は、可動機械部の動作を制御する。具体的には、可動機械制御部３１は、制御部３０の指示にしたがって、動作プログラム１１から可動機械部２０の動作に関するプログラムを取得し、取得したプログラムを用いて当該可動機械部２０を動作させる。可動機械制御部３１は、センサ部２２による検知結果に基づいて信号制御部４１から送信された信号を受信すると、受信した信号の内容に応じて可動機械部２０の動作を切り替える。

可動機械制御部３１は、信号制御部４１から可動機械部２０の動作を停止するための信号を受信した場合、該可動機械部２０の動作を停止させる。一方、可動機械制御部３１は、信号制御部４１からエリア１に侵入した物体を回避するよう可動機械部２０を動作させるための信号を受信した場合、該物体を回避するよう該可動機械部２０を動作させる。可動機械制御部３１は、エリア１に侵入した物体を回避するよう可動機械部２０を動作させるための信号として、例えばセンサ部２２による該物体の検出位置、移動方向、および物体の速度を信号制御部４１から受信してもよい。この場合、可動機械制御部３１は、物体の検出位置および移動方向から回避の方向および大きさ（移動距離）を決定し、物体の速度から回避の動作速度を決定してもよい。

センサコントローラ４０は、ロボットシステム１の可動機械部２０に取り付けられたセンサ部２２からの入力を受け付ける。センサコントローラ４０は、センサ部２２に含まれるセンサ２２１が監視領域に対する物体の侵入を検知した場合に、該センサ部２２を介して検知結果を受信し、信号制御部４１へ送信する。センサコントローラ４０は、制御部３０と一体に構成されてもよい。

信号制御部４１は、センサ部２２による検知結果に基づいて所定の信号を可動機械制御部３１に送信する。具体的には、信号制御部４１はセンサ２２１における検知結果をセンサ部２２およびセンサコントローラ４０を介して取得する。信号制御部４１は、取得した検知結果がエリア１に対する物体の侵入を示すものであった場合、該物体を回避するよう可動機械部２０を動作させるための信号を可動機械制御部３１へ送信する。一方、取得した検知結果がエリア２に対する物体の侵入を示すものであった場合、信号制御部４１は可動機械部２０の動作を停止するための信号を可動機械制御部３１へ送信する。

信号制御部４１は、センサ部２２が検知結果に応じて送信した信号を受信すると、受信した信号から、センサ部２２が検知した物体の位置に関する情報を取得する。信号制御部４１は、センサ部２２が直前の測定でも物体の侵入を検知していた場合は、該測定に関する過去の履歴を用いて、該物体の移動方向および速度を算出してもよい。ここで、過去の履歴は信号制御部４１に保存されていてもよいし、記憶部１０に保存されたものであってもよいし、通信等によって外部から取得したものであってもよい。なお、物体の移動方向は、センサ部２２が物体を検知した位置の時間的な変化、すなわち直前の測定で検知した物体の位置から今回の測定で検知した位置までの変位量から算出することができる。また、物体の速度は、物体の位置の変位量および測定の時間差（＝検出間隔）から算出することができる。

信号制御部４１は、エリア１に侵入した物体を回避するよう可動機械部２０を動作させるための信号として、例えば該物体がエリア１に存在することを示す情報、該物体の検出位置、移動方向、および速度を可動機械制御部３１に送信する。物体の速度は、物体の位置の変位量等から算出したものであってもよいし、回避速度を決定する上で問題のない範囲で適当に設定した規定値であってもよい。

信号制御部４１は、可動機械部２０の動作を停止するための信号として、例えば該物体がエリア２に存在することを示す情報、該物体の検出位置、移動方向、および速度を可動機械制御部３１に送信する。

（エリア１およびエリア２の位置関係について）
本構成例に係るロボットシステム１において、センサ部２２が監視を行うエリア１およびエリア２の位置関係について、図３および図４を用いて説明する。図３は、ロボットシステム１においてセンサ部２２が監視するエリア１およびエリア２を側面から示した模式図である。図４は、ロボットシステム１においてセンサ部２２が監視するエリア１およびエリア２を上下方向から示した模式図である。

図３において、可動機械部２０に取り付けられた複数のセンサ２２１のそれぞれが監視する領域を示す円錐のうち、工具２１を含む、点線の内側の領域がエリア２である。一方、円錐状の領域のうち、点線の外側の領域がエリア１である。すなわち、エリア２は工具２１の周囲を囲むように設定されており、エリア１は、エリア２のさらに周囲を囲むように設定されている。図示の例において、エリア１とエリア２との間の境界を示す点線は円錐の中心を通る上下軸と、工具２１から上下方向に所定の距離を置いて離れた位置に設けられた水平線とによって構成されている。

可動機械部２０に取り付けられた工具２１の大きさに応じて、工具２１が大きいほど、エリア２を大きく設定してもよい。この場合、制御部３０は、取り付けられている工具２１の種類または大きさの情報を信号制御部４１に送信する。信号制御部４１は、工具２１の種類または大きさに応じて、エリア２とエリア１の境界を設定する。

なお、エリア１とエリア２との間の境界は、工具２１との位置関係以外の要素を考慮して設定してもよい。例えば、工具２１が高温の場合や尖った形状を備えている場合は、エリア２がより広い範囲となるように境界を設定してもよい。この場合、ロボットシステム１は工具２１の種類または大きさに応じて可動機械部２０を適切に停止または回避させることができる。

図４は、図３で示したエリア１およびエリア２について、上下方向から見た場合を示している。なお、個々のセンサ２２１による監視領域について、図３では円錐としたが、図４では４×４の領域に分割された四角錐として示している。図示の例において、個々のセンサ２２１は、４×４の領域のそれぞれを、各領域に対応する受光素子を用いて監視している。すなわち、センサ２２１は、４×４の受光素子を用いて領域を監視している。そして、図４では８つのセンサ２２１が工具２１を取り囲むように配置されており、センサ２２１による監視領域は、一部が隣接する別のセンサ２２１による監視領域と重畳している。なお、個々のセンサ２２１による監視領域は四角錐の形状をしているので、ロボットシステム１の上下方向の変化に応じて領域の大きさが変化する。すなわち、図４に４×４の領域で示した監視領域は、上下方向の変化に応じて拡大または縮小される。例えば、センサ２２１により近い位置では、監視領域が隣接する別のセンサ２２１による監視領域と重畳することがない。

図示の例では、個々のセンサ２２１が４×４の受光素子を用いて監視する４×４の領域のうち、点線の外側に配置された２×４の監視領域がエリア１を監視する領域を示し、点線の内側に配置された２×４の監視領域がエリア２を監視する領域を示す。換言すれば、センサ２２１は、エリア１を監視する第１受光素子と、エリア２を監視する第２受光素子を含む受光部を備えている。このとき１つのセンサ２２１は、自身の監視領域において物体の侵入を検知した場合に、検知した受光素子の位置に応じて、エリア１で検知したかエリア２で検知したかを区別して外部へ出力することができる。

図３および図４で示したようにエリア１をエリア２の外側に設定することにより、本構成例に係るロボットシステム１は、可動機械部２０についてまずは回避を行わせ、物体が工具２１にさらに接近した場合は該可動機械部２０を停止させることができる。

なお、図示の例では１つのセンサ２２１が複数の受光素子を備えており、複数のセンサ２２１のそれぞれがエリア１およびエリア２を監視する構成であったが、これに限定されなくてもよい。例えば、エリア１のみ監視するセンサ２２１とエリア２のみ監視するセンサ２２１とを組み合わせて図４と同様の監視を行わせてもよい。また、１つの受光素子しか持たないセンサ２２１を４×４の行列状に配置して図４と同様の監視を行わせてもよい。

（処理の流れ）
本構成例に係るロボットシステム１が実行する処理の流れについて、図５を用いて説明する。図５は、ロボットシステム１が実行する処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、ロボットシステム１は、図５のフローチャートに示す一連の処理について、センサ部２２の検出間隔ごとに繰り返し実行するものとする。

まず、信号制御部４１は、センサ部２２に含まれる複数のセンサ２２１のいずれかがエリア２に対する物体の侵入を検知したか否かを判定する（Ｓ１）。検知しなかったと判定した場合（Ｓ１でＮＯ）、信号制御部４１は、複数のセンサ２２１のいずれかがエリア１に対する物体の侵入を検知したか否かを判定する（Ｓ２）。一方、Ｓ１にて検知したと判定した場合（Ｓ１でＹＥＳ）、信号制御部４１は可動機械部２０の動作を停止させるための信号（例えば検知した物体がエリア２に存在することを示す信号）を可動機械制御部３１へ送信し、可動機械制御部３１は、可動機械部２０の動作を停止させる（Ｓ３）。その後、一連の処理を終了する。

Ｓ２において、信号制御部４１がエリア１に対する物体の侵入を検知したと判定した場合（Ｓ２でＹＥＳ）、信号制御部４１は、センサ部２２より受信した信号から、検知した物体の位置に関する情報を取得する（Ｓ４）。その後、処理はＳ５へ進む。一方、検知しなかったと判定した場合（Ｓ２でＮＯ）、一連の処理を終了する。

Ｓ５において、信号制御部４１は、記憶部１０等に保存された過去の履歴を参照して、複数のセンサ２２１による直前の測定でも物体の侵入を検知していたか否かを判定する（Ｓ５：信号制御ステップ）。検知していたと判定した場合（Ｓ５でＹＥＳ）、信号制御部４１は、直前の測定で検知した位置と今回の測定で検知した位置との変位量から物体の移動方向を算出し、さらに測定の時間差を用いて検知した物体の速度を算出する。そして、検知した物体がエリア１に存在すること、検知した物体の位置、移動方向、および速度に関する情報を可動機械制御部３１へ送信する（Ｓ６：信号制御ステップ）。その後、処理はＳ７へ進む。一方、直前の測定で検知していなかったと判定した場合（Ｓ５でＮＯ）、信号制御部４１は、検知した物体がエリア１に存在すること、および検知した物体の位置に関する情報を可動機械制御部３１へ送信した後、処理はＳ７へ進む。

Ｓ７において、可動機械制御部３１は、物体がエリア１に存在することを示す信号を受けとると、信号制御部４１から受信した、検知した物体の位置を用いて、可動機械部２０が回避動作として実行する回避の方向、大きさ、および速度を決定する（Ｓ７）。なお、Ｓ６で検知した物体の移動方向および速度を算出済みである場合、可動機械制御部３１は算出された物体の移動方向および速度を用いて回避の方向および速度を決定してもよい。例えば、可動機械制御部３１は、検知した物体の位置から離れる方向に可動機械部２０を移動させてもよい。例えば、可動機械制御部３１は、検知した物体の移動方向と同じ方向に可動機械部２０を移動させてもよい。その後、可動機械制御部３１は、Ｓ７で決定した方向、大きさ、および速度を用いて可動機械部２０を動作させ、回避を実行する（Ｓ８）。その後、一連の処理を終了する。

以上の処理によって、本構成例に係るロボットシステム１はエリア２に物体が侵入した場合は可動機械部２０の動作を停止し、さらにエリア１に物体が侵入した場合は該物体を回避するよう可動機械部２０を動作させることができる。これにより、例えば限られた作業領域内でロボットシステム１とユーザとが作業を実施する場合に、ロボットシステム１の可動機械部２０にユーザが接触することを抑制できる。また、ユーザを回避するように可動機械部２０を動作させることができるので、ユーザの作業を停滞させることなく、全体の生産性を高めることができる。これにより、生産性を高めるようロボットシステム１を動作させることができるという効果を奏する。

§３ 変形例
前記構成例において、可動機械制御部３１はエリア１に侵入した物体の位置、移動方向、および速度に基づいて決定した回避方向に可動機械部２０を動作させる構成であった。しかしながら可動機械制御部３１は、例えば予め設定された回避エリアに向けて可動機械部２０を動作させる構成であってもよい。ここで、回避エリアはユーザが立ち入る可能性が低い所定の領域であればどのように設定されてもよい。例えば上下方向についてユーザが届かない高さに設定されてもよい。また、回避エリアへの移動後に、所定時間が経過した後、またはエリア１に侵入した物体が移動して該エリア１から離れた場合、可動機械制御部３１は可動機械部２０を回避エリアから元の位置に移動させ、さらに回避前の動作を再開させてもよい。

なお、センサ部２２は、エリア１を監視するセンサ２２１とエリア２を監視するセンサ２２１とを別々に備えてもよい。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係るセンサコントローラ（４０）は、ロボットシステム（１）の可動機械部（２０）に取り付けられたセンサ部（２２）からの入力を受け付けるセンサコントローラであって、前記センサ部は、対象物の３次元位置を検出し、前記可動機械部の端部に取り付けられたエンドエフェクタ（工具２１）の周辺に設定した第２監視領域、および前記第２監視領域よりも前記エンドエフェクタからの距離が遠い領域を含む第１監視領域に対する物体の侵入を検知し、前記センサコントローラは、前記センサ部による検知結果に基づいて所定の信号を前記可動機械部の動作を制御する可動機械制御部（３１）に送信する信号制御部を備えており、前記信号制御部は、前記第２監視領域に前記物体が侵入したことを検知した場合は、前記可動機械部の動作を停止するための信号を前記可動機械制御部へ送信し、前記第１監視領域に前記物体が侵入したことを検知した場合は、該物体を回避するよう前記可動機械部を動作させるための信号を前記可動機械制御部へ送信する、構成である。

前記の構成によれば、ロボットシステムは第２監視領域に物体が侵入した場合は可動機械部の動作を停止し、さらに第１監視領域に物体が侵入した場合は該物体を回避するよう可動機械部を動作させることができる。これにより、例えば限られた作業領域内でロボットシステムとユーザとが作業を実施する場合に、ロボットシステムの可動機械部にユーザが接触することを抑制できる。また、ユーザを回避するように可動機械部を動作させることができるので、ユーザの作業を停滞させることなく、全体の生産性を高めることができる。これにより、生産性を高めるようロボットシステムを動作させることができるセンサコントローラを提供できるという効果を奏する。

本発明の態様２に係るセンサコントローラ（４０）は、前記態様１において、前記第２監視領域は、前記エンドエフェクタ（工具２１）の周囲を囲むように設定されており、前記第１監視領域は、前記第２監視領域のさらに周囲を囲むように設定されている、構成としてもよい。

前記の構成によれば、ロボットシステムは物体がエンドエフェクタの周囲に接近したことを、第１監視領域にて検知した後さらに第２監視領域にて検知することができる。これにより、例えば物体が第１監視領域にのみ侵入した場合は可動機械部に回避のみを行わせることができる。さらに物体が第１監視領域から第２監視領域に侵入した場合は可動機械部に回避を行わせた後、動作を停止させることができる。すなわち、ロボットシステムは可動機械部の回避および停止を段階的に実行させることができる。

本発明の態様３に係るセンサコントローラ（４０）は、前記態様１または２において、前記第１監視領域に前記物体が侵入したことを検知した場合は、該物体が侵入した位置および３次元空間上の該物体の移動方向を示す信号を前記可動機械制御部（３１）へ送信する、構成としてもよい。

前記の構成によれば、ロボットシステムは第１監視領域に物体が侵入した場合は該物体が侵入した位置および３次元空間上の移動方向から回避するように可動機械部を動作させることができる。

本発明の態様４に係るセンサコントローラ（４０）は、前記態様１から３のいずれかにおいて、前記センサ部（２２）は、少なくとも前記第１監視領域を監視する第１受光素子と、少なくとも前記第２監視領域を監視する第２受光素子を含む受光部を備えている、構成としてもよい。

前記の構成によれば、センサコントローラは、第１受光素子および第２受光素子のいずれかが物体を検知すると、検知した受光素子に対応する監視領域にて物体の侵入を検知したことを示す所定の信号を可動機械制御部に送信することができる。

本発明の態様５に係るセンサコントローラ（４０）は、前記態様１から４のいずれかにおいて、前記センサコントローラは、前記センサ部（２２）が前記物体を検知した位置の時間的な変化から該物体の速度を決定し、決定した該速度を示す信号を前記可動機械制御部（３１）へ送信する、構成としてもよい。

前記の構成によれば、センサコントローラは、監視領域に侵入した物体の速度を示す信号を可動機械制御部へ送信できる。これにより、例えばロボットシステムは物体の速度以上の動作速度で可動機械部を回避させることができる。

本発明の態様６に係るセンサコントローラ（４０）は、前記態様１から５のいずれかにおいて、前記信号制御部（４１）は、前記エンドエフェクタ（工具２１）の種類または大きさに応じて、前記第１監視領域と前記第２監視領域との境界を変更する、構成としてもよい。

前記の構成によれば、ロボットシステムはエンドエフェクタの種類または大きさに応じて可動機械部を適切に停止または回避させることができる。

本発明の態様７に係るロボットシステムは、前記態様１から６のいずれかのセンサコントローラ（４０）と、前記可動機械部（２０）の動作を制御する可動機械制御部（３１）と、を備えているロボットシステムであって、前記可動機械制御部は、前記可動機械部の動作を停止するための信号を受信すると該可動機械部の動作を停止させ、前記物体を回避するよう前記可動機械部を動作させるための信号を受信すると該可動機械部に回避動作を実行させる、構成としてもよい。前記の構成によれば、前記態様１と同様の作用効果を奏する。

本発明の態様８に係るロボットシステム（１）は、前記態様７において、前記可動機械制御部（３１）は、前記第１監視領域に侵入した前記物体の位置または３次元空間上の移動方向に基づいて、前記回避動作を実行する方向を決定する、構成としてもよい。

前記の構成によれば、ロボットシステムは第１監視領域に侵入した物体の位置または方向に基づいて決定した回避方向に可動機械部を動作させることができる。これにより、例えば物体から常に遠ざかる方向に可動機械部を動作させることができる。

本発明の態様９に係るロボットシステム（１）は、前記態様７または８において、前記可動機械制御部（３１）は、前記センサコントローラ（４０）が決定した前記物体の速度に応じた動作速度で前記可動機械部（２０）を動作させる、構成としてもよい。

前記の構成によれば、ロボットシステムは物体の速度に応じた動作速度で可動機械部を動作させることができる。これにより、例えば可動機械部の動作速度を物体の速度以上の大きさとし、物体が可動機械部に接触することを抑制することができる。

本発明の態様１０に係るセンサ制御方法は、ロボットシステム（１）の可動機械部（２０）に取り付けられたセンサ部（２２）からの入力を受け付けるセンサ制御方法であって、前記センサ部は、対象物の３次元位置を検出し、前記可動機械部の端部に取り付けられたエンドエフェクタ（工具２１）の周辺に設定した第２監視領域、および前記第２監視領域よりも前記エンドエフェクタからの距離が遠い領域を含む第１監視領域に対する物体の侵入を検知し、前記センサ制御方法は、前記センサ部による検知結果に基づいて所定の信号を前記可動機械部の動作を制御する可動機械制御部（３１）に送信する信号制御ステップ（Ｓ５、Ｓ６）を有しており、前記信号制御ステップは、前記第２監視領域に前記物体が侵入したことを検知した場合は、前記可動機械部の動作を停止するための信号を前記可動機械制御部へ送信するステップ（Ｓ３）と、前記第１監視領域に前記物体が侵入したことを検知した場合は、該物体を回避するよう前記可動機械部を動作させるための信号を前記可動機械制御部へ送信するステップ（Ｓ５、Ｓ６）と、を含む方法である。前記の構成によれば、前記態様１と同様の作用効果を奏する。

〔ソフトウェアによる実現例〕
センサコントローラ４０の制御ブロック（信号制御部４１）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、センサコントローラ４０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１つ以上のプロセッサ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。

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。

１ ロボットシステム
１０ 記憶部
１１ 動作プログラム
２０ 可動機械部
２１ 工具（エンドエフェクタ）
２２ センサ部
２２１ センサ
３０ 制御部
３１ 可動機械制御部
４０ センサコントローラ
４１ 信号制御部

Claims (11)

1. ロボットシステムの可動機械部に取り付けられたセンサ部からの入力を受け付けるセンサコントローラであって、
   前記センサ部は、
   対象物の３次元位置を検出し、
   前記可動機械部の端部に取り付けられたエンドエフェクタの周辺に設定した第２監視領域、および前記第２監視領域よりも前記エンドエフェクタからの距離が遠い領域を含む第１監視領域に対する物体の侵入を検知し、
   前記センサコントローラは、前記センサ部による検知結果に基づいて所定の信号を前記可動機械部の動作を制御する可動機械制御部に送信する信号制御部を備えており、
   前記信号制御部は、
   前記第２監視領域に前記物体が侵入したことを検知した場合は、前記可動機械部の動作を停止するための信号を前記可動機械制御部へ送信し、
   前記第１監視領域に前記物体が侵入したことを検知した場合は、該物体を回避するよう前記可動機械部を動作させるための信号を前記可動機械制御部へ送信する、ことを特徴とするセンサコントローラ。
2. 前記第２監視領域は、前記エンドエフェクタの周囲を囲むように設定されており、
   前記第１監視領域は、前記第２監視領域のさらに周囲を囲むように設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサコントローラ。
3. 前記第１監視領域に前記物体が侵入したことを検知した場合は、該物体が侵入した位置および３次元空間上の該物体の移動方向を示す信号を前記可動機械制御部へ送信する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のセンサコントローラ。
4. 前記センサ部は、少なくとも前記第１監視領域を監視する第１受光素子と、少なくとも前記第２監視領域を監視する第２受光素子を含む受光部を備えている、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のセンサコントローラ。
5. 前記センサコントローラは、前記センサ部が前記物体を検知した位置の時間的な変化から該物体の速度を決定し、決定した該速度を示す信号を前記可動機械制御部へ送信する、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のセンサコントローラ。
6. 前記信号制御部は、前記エンドエフェクタの種類または大きさに応じて、前記第１監視領域と前記第２監視領域との境界を変更する、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のセンサコントローラ。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のセンサコントローラと、
   前記可動機械部の動作を制御する可動機械制御部と、を備えているロボットシステムであって、
   前記可動機械制御部は、
   前記可動機械部の動作を停止するための信号を受信すると該可動機械部の動作を停止させ、
   前記物体を回避するよう前記可動機械部を動作させるための信号を受信すると該可動機械部に回避動作を実行させる、ことを特徴とするロボットシステム。
8. 前記可動機械制御部は、前記第１監視領域に侵入した前記物体の位置または３次元空間上の移動方向に基づいて、前記回避動作を実行する方向を決定する、ことを特徴とする請求項７に記載のロボットシステム。
9. 前記可動機械制御部は、前記センサコントローラが決定した前記物体の速度に応じた動作速度で前記可動機械部を動作させる、ことを特徴とする請求項７または８に記載のロボットシステム。
10. ロボットシステムの可動機械部に取り付けられたセンサ部からの入力を受け付けるセンサ制御方法であって、
    前記センサ部は、
    対象物の３次元位置を検出し、
    前記可動機械部の端部に取り付けられたエンドエフェクタの周辺に設定した第２監視領域、および前記第２監視領域よりも前記エンドエフェクタからの距離が遠い領域を含む第１監視領域に対する物体の侵入を検知し、
    前記センサ制御方法は、前記センサ部による検知結果に基づいて所定の信号を前記可動機械部の動作を制御する可動機械制御部に送信する信号制御ステップを有しており、
    前記信号制御ステップは、
    前記第２監視領域に前記物体が侵入したことを検知した場合は、前記可動機械部の動作を停止するための信号を前記可動機械制御部へ送信するステップと、
    前記第１監視領域に前記物体が侵入したことを検知した場合は、該物体を回避するよう前記可動機械部を動作させるための信号を前記可動機械制御部へ送信するステップと、を含むことを特徴とするセンサ制御方法。
11. 請求項１から６のいずれか１項に記載のセンサコントローラとしてコンピュータを機能させるためのセンサ制御プログラムであって、前記信号制御部としてコンピュータを機能させるためのセンサ制御プログラム。

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