JP2020049623A - 安全制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 人の頭部を機械から確実かつ効率的に保護する安全制御システムを提供する。【解決手段】 ロボット１００を安全に制御するための安全制御システム１において、作業者Ｐの頭部Ｈの位置を検出する頭部位置検出手段としてのＵＷＢセンサＵＳ１およびＵＳ２と、ＵＷＢセンサＵＳ１およびＵＳ２により検出された頭部Ｈの位置から所定の頭部安全距離αを設定するとともに、頭部安全距離αに基づいて、頭部の周りに頭部保護領域ＨＰを設定する頭部保護領域設定手段Ｓ４と、頭部保護領域設定手段Ｓ４で設定された頭部保護領域ＨＰとロボット１００の位置情報に基づいて、ロボット１００のアーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３が頭部Ｈに接触するのを回避するようロボット１００を制御する制御手段としてのロボットコントローラ１１０およびプログラマブルコントローラ１３０とを設ける。【選択図】 図１

Description

本発明は、機械を安全に制御するための安全制御システムに関する。

装置が人と協働して作業を行うシステムとして、例えば特開２００６−４３８６２号公報に示すものでは、同公報の段落［００１５］〜［００３１］および図１〜図３に記載されるように、装置（１）の位置検出器（１５ａ〜１５ｆ）と、位置検出器（１５ａ〜１５ｆ）が出力する位置情報に基づいて、装置（１）の動作領域（１１）を算出する動作領域算出手段（１６）と、動作領域（１１）として、警報領域（１２）、減速運転領域（１３）および停止領域（１４）を設定する動作領域設定手段（１７）と、作業者（５）の体に取り付けた発信機（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）と、装置（１）に設けられ、発信機（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）から発信された信号を受信する受信機（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）と、受信機（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）の出力信号を演算処理することにより、作業者（５）の装置（１）に対する位置を検出する位置検出手段（２１）と、位置検出手段（２１）の出力信号を演算処理することにより、作業者（５）の動作領域（１９）を設定する作業者用動作領域設定手段（２２）と、動作領域設定手段（１７）で設定された装置（１）の各動作領域（１２、１３、１４）と作業者用動作領域設定手段（２２）で設定された作業者（５）の動作領域（１９）との位置関係に基づいて、いずれかの動作領域（１２、１３、１４）を選択する動作領域選択手段（２３）とを備えている。

上記システムにおいては、動作領域設定手段（１７）で設定された装置（１）の各動作領域（１２、１３、１４）と、作業者用動作領域設定手段（２２）で設定された作業者（５）の動作領域（１９）との位置関係に基づいて（すなわち、各動作領域の重なり具合に応じて）、動作領域選択手段（２３）により装置（１）の動作領域が選択され、装置（１）が警報を発したり、減速運転を行ったり、一時停止したりするようになっている。

しかしながら、上記公報に記載のものでは、作業者（５）の動作領域（１９）を設定するのに、発信機（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）から発信された信号を受信機（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）で受信し、受信機（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）の出力信号を位置検出手段（２１）で演算処理して作業者（５）の装置（１）に対する位置を検出し、位置検出手段（２１）の出力信号を作業者用動作領域設定手段（２２）で演算処理するようにしている。このため、処理が面倒であり、作業者の特定の部位を装置から確実に保護する観点からは必ずしも効率的なシステムとはいえない。

本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、人の頭部を機械から確実かつ効率的に保護することができる安全制御システムを提供することにある。

本発明は、機械を安全に制御するための安全制御システムにおいて、人の頭部の位置を検出する頭部位置検出手段と、頭部位置検出手段により検出された頭部の位置から所定の頭部安全距離を設定するとともに、頭部安全距離に基づいて頭部の周りに頭部保護領域を設定する頭部保護領域設定手段と、頭部保護領域設定手段で設定された頭部保護領域と機械の位置情報に基づいて、機械の可動部が頭部に接触するのを回避するよう機械を制御する制御手段とを備えている。

本発明においては、まず、頭部位置検出手段により人の頭部の位置が検出される。次に、頭部保護領域設定手段により、検出された頭部の位置から所定の頭部安全距離が設定されるとともに、頭部安全距離に基づいて頭部保護領域が設定される。次に、設定された頭部保護領域と機械の位置情報に基づいて、制御手段により、機械の可動部が頭部に接触するのを回避するよう機械が制御される。

このように、本発明によれば、まず、人の頭部の位置を検出して頭部保護領域が設定され、次に、頭部保護領域と機械の位置情報に基づいて機械が制御されるので、頭部を機械から確実かつ効率的に保護できるようになる。

本発明では、機械に対する頭部の相対位置を検出する相対位置検出手段をさらに備えている。

本発明では、機械の危険領域に侵入体が侵入したことを検知する侵入体検知手段をさらに備えている。

本発明において、制御手段は、人が機械の危険領域の外側にいるときは機械の可動部を相対的に高出力で運転し、人が機械の危険領域の内側にいるときは機械の可動部を相対的に低出力で運転するように制御している。

本発明では、人の頭部以外の他部位の位置を検出する他部位位置検出手段と、他部位位置検出手段により検出された他部位の位置から所定の他部位安全距離を設定するとともに、他部位安全距離に基づいて他部位の周りに他部位保護領域を設定する他部位保護領域設定手段とをさらに備え、制御手段が、他部位保護領域設定手段で設定された他部位保護領域と機械の位置情報に基づいて、機械の可動部が他部位に接触するのを回避するよう機械を制御するとともに、他部位安全距離が頭部安全距離よりも短く設定されている。

以上のように、本発明によれば、まず、人の頭部の位置を検出して頭部保護領域が設定され、次に、頭部保護領域と機械の位置情報に基づいて機械が制御されるので、頭部を機械から確実かつ効率的に保護できるようになる。

本発明の第１の実施例による安全制御システムの全体斜視図である。 前記安全制御システム（図１）の概略ブロック構成図である。 前記安全制御システム（図１）の制御フローの一例を示すフローチャートである。 前記安全制御システム（図１）の制御フローの一例を示すフローチャートである。 前記安全制御システム（図１）において、作業者の頭部保護領域の設定の仕方の一例を説明するための図である。 前記安全制御システム（図１）において、作業者の頭部保護領域の設定の仕方の一例を説明するための図である。 本発明の第２の実施例による安全制御システムの全体斜視図である。 前記安全制御システム（図７）の概略ブロック構成図である。 前記安全制御システム（図７）において、作業者の頭部保護領域の設定の仕方の一例を説明するための図であって、前記第１の実施例の図５に相当している。 前記安全制御システム（図７）において、作業者の頭部保護領域の設定の仕方の一例を説明するための図であって、前記第１の実施例の図６に相当している。 本発明の第３の実施例による安全制御システムの全体斜視図である。 前記安全制御システム（図１１）の概略ブロック構成図である。 本発明の第４の実施例による安全制御システムの全体斜視図である。 前記安全制御システム（図１３）の概略ブロック構成図である。 前記安全制御システム（図１３）の制御フローの一例を示すフローチャートである。 前記安全制御システム（図１３）の制御フローの一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
＜第１の実施例＞
図１ないし図６は、本発明の第１の実施例による安全制御システムを説明するための図である。ここでは、機械として、垂直多関節ロボットを例にとる。

図１において、本実施例による安全制御システム１は、ロボット１００を安全に制御するためのものであって、作業者Ｐの近傍でロボット１００が協働作業を行う際に、作業者Ｐのとくに頭部Ｈを効果的に保護するためのシステムである。同図に示すように、ロボット１００は、アーム（可動部）１０１、１０２と、アーム１０２の先端に取り付けられたエンドエフェクタ（可動部）１０３とを有しており、エンドエフェクタ１０３をテーブルＴに対して繰り返し接近・離反させることにより作業を行っている。ロボット１００の側方には、ロボットコントローラ１１０が配置されている。ロボットコントローラ１１０には、ロボット１００の動作状態やエンドエフェクタ１０３の可動中心（ＴＣＰ: Tool Center Point）等のリアルタイム情報が常時入力されている。なお、アーム１０１の基端軸の中心位置Ｏ_Ｒを中心として床面上に描いた半径Ｌの円の領域が危険領域として設定されており、半径Ｌとしては例えば２ｍに設定される。

作業者Ｐの頭部Ｈ（好ましくは頭頂部）には、ＵＷＢ（Ultra Wide Band: 超広帯域無線通信）タグＵ_Ｔが取り付けられている。ＵＷＢタグＵ_Ｔは作業者Ｐの例えば作業帽やヘルメット等に固定されている。作業者Ｐの上方には、ＵＷＢタグＵ_Ｔから発信されたＵＷＢ信号Ｕ_１、Ｕ_２をそれぞれ受信するＵＷＢセンサ１（Ｕ_Ｓ１）（頭部位置検出手段）およびＵＷＢセンサ２（Ｕ_Ｓ２）（頭部位置検出手段）が所定の間隔を隔てて設置されている。本安全制御システム１においては、ＵＷＢタグＵ_Ｔから発信されたＵＷＢ信号Ｕ_１、Ｕ_２の各ＵＷＢセンサＵ_Ｓ１およびＵ_Ｓ２に対する入射角度や到達時間差に基づいてＵＷＢタグＵ_Ｔ（したがって作業者Ｐの頭部Ｈ）のリアルタイムの三次元位置を測距する。

作業者Ｐの上方には、３D LiDAR（Light Detection And Ranging: 光検知・測距）１０が設置されている。３D LiDAR１０は、下方のテーブルＴに向けてレーザーパルス１０_１を出射し、戻ってくるレーザーパルスを受信する。本安全制御システム１においては、３D LiDAR１０で受信されたレーザーパルスに基づいて、テーブルＴの近傍領域の３Ｄイメージを作成する。すなわち、テーブルＴの近傍において作業者Ｐの手部ｈおよびロボット１００のエンドエフェクタ１０３のリアルタイム画像が作成される。これにより、作業中の作業者Ｐの手部ｈおよびロボット１００のエンドエフェクタ１０３の位置関係が分かるようになっている。

危険領域の上方には、プロジェクタ１１が設置されている。プロジェクタ１１は、作業者Ｐの周囲の領域、例えば危険領域にプロジェクションマッピングを行うものであって、例えば黄色光や赤色光等の光１１_１を照射することにより、危険領域に侵入する侵入者Ｉの注意を喚起する。さらに、危険領域の上方には、２Ｄカメラ１２が設置されている。２Ｄカメラ１２は、危険領域に侵入する侵入者Ｉを検知するためのものである。

次に、安全制御システム１の概略ブロック構成を図２に示す。
同図に示すように、安全制御システム１は、各種プログラミングやデータ入力、出力表示等を行うパソコン（ＰＣ）１００と、これに接続されたプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）１３０およびロボットコントローラ（ＲＣ）１１０とを備えている。ＰＬＣ１３０／ＲＣ１１０には、ロボット制御プログラムが格納される。また、ＰＬＣ１３０およびＲＣ１１０には、ＵＷＢセンサ１（Ｕ_Ｓ１）、ＵＷＢセンサ２（Ｕ_Ｓ２）、３D LiDAR１０、プロジェクタ１１、２Ｄカメラ１２、アクチュエータやモータを含むロボット駆動部１４０およびランプ／ブザー１５０が接続されている。

図３および図４は、安全制御システム１の制御フローの一例を示している。
プログラムがスタートすると、図３のステップＳ１において、ロボット制御プログラムを読み込む。次に、ステップＳ２において、スタート／リセットボタンがＯＮされるのを待つ。ステップＳ２でスタート／リセットボタンがＯＮされれば、ステップＳ３に移行する。

ステップＳ３では、頭部位置の検出を行う。この場合には、作業者Ｐ（図１）の頭部Ｈに取り付けられたＵＷＢタグＵ_Ｔから発信されるＵＷＢ信号Ｕ_１、Ｕ_２をＵＷＢセンサＵ_Ｓ１およびＵ_Ｓ２により受信し、ＵＷＢ信号Ｕ_１、Ｕ_２のＵＷＢセンサＵ_Ｓ１およびＵ_Ｓ２に対する入射角度や到達時間差に基づいて、ＵＷＢタグＵ_Ｔ（したがって作業者Ｐの頭部Ｈ、正確には頭部Ｈの頭頂部）のリアルタイムの三次元位置を測距する。これにより、作業者Ｐの頭部Ｈの位置が検出される。次に、ステップＳ４では、ステップＳ３で検出された頭部Ｈの位置情報に基づいて、頭部保護領域Ｈ_Ｐを設定する。

頭部保護領域Ｈ_Ｐの設定について、図５および図６を用いて説明する。
図５は、図１から作業者Ｐの頭部Ｈを取り出して示す図であって、頭部Ｈの頭頂部にＵＷＢタグＵ_Ｔが取り付けられた状態が示されている。上述したように、ＵＷＢタグＵ_Ｔから発信されたＵＷＢ信号Ｕ_１、Ｕ_２を受信して処理することにより、まず、ＵＷＢタグＵ_Ｔの三次元位置、したがって頭部Ｈの頭頂部の三次元位置が検出される（図３のステップＳ３）。なお、図５中には、ＵＷＢタグＵ_Ｔの三次元直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ）が記されているが、この座標系は、ロボット１００の三次元直交座標系を所定方向に所定距離だけ平行移動したものに相当している。したがって、この場合、頭部Ｈの頭頂部の三次元位置は、ロボット１００の三次元直交座標系を用いて表すことが可能である。

次に、頭部Ｈを球体と仮定し、頭頂部の位置から内方、つまりｚ軸のマイナス方向に距離ｄだけ離れた位置に頭部Ｈの中心Ｏ_Ｐがあると推定する。なお、この例では、簡略化のために、ｘ、ｙ軸方向へのずれは無視する。そして、図５中の二点鎖線で示すように、点Ｏ_Ｐを中心としかつ半径Ｒ（＝ｄ＋α）の球面を描く。ここで、距離ｄに加える距離αは、頭部Ｈの個体差および測定誤差等を考慮しつつ頭部Ｈの周囲に頭部保護領域を設定するための頭部安全距離であって、例えば数十ｃｍ（一例として２０〜３０ｃｍ程度）に設定される（図５では図示の便宜上、距離αを小さめに記載している（図１についても同様））。これにより、図６に示すように、点Ｏ_Ｐを中心としかつ半径Ｒの球面で囲まれた斜線領域（三次元空間領域）が頭部保護領域Ｈ_Ｐとして設定される（図１参照）。

次に、図３のステップＳ５において、ロボット１００の可動部、すなわち、アーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３がロボット１００の稼動時に頭部保護領域Ｈ_Ｐと干渉するか否か、すなわち、アーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３が頭部保護領域Ｈ_Ｐの外縁と接触するか否か、または頭部保護領域Ｈ_Ｐの内部まで進入するか否かを判断する。ステップＳ５において、干渉すると判断されれば、ステップＳ６に移行する。ステップＳ６では、ディスプレイに警告メッセージを表示させたり、警告灯を点灯させたりする警告表示を行う。ステップＳ６での処理後、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２でスタート／リセットボタンがＯＮされれば、再びステップＳ３〜ステップＳ５の処理を行う。

ステップＳ５において、アーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３がロボット１００の稼動時に頭部保護領域Ｈ_Ｐと干渉しないと判断されれば、ステップＳ７に移行して、ロボット１００の運転を開始する。次に、ステップＳ８では、作業者Ｐの頭部Ｈの位置の検出を行い、これに続いてステップＳ９では、ステップＳ８で検出された頭部Ｈの位置情報に基づいて、頭部保護領域Ｈ_Ｐを設定する。ステップＳ８、Ｓ９の各処理は、上述したステップＳ３、Ｓ４の各処理と同様である。

次に、ステップＳ１０では、ロボット１００のアーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３がロボット１００の稼動中に頭部保護領域Ｈ_Ｐと干渉するか否か、すなわち、アーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３が頭部保護領域Ｈ_Ｐの外縁と接触するか否か、または頭部保護領域Ｈ_Ｐの内部まで進入するか否かを判断する。ステップＳ１０において、干渉しないと判断されれば、ステップＳ８に戻り、ステップＳ８〜ステップＳ１０の処理を繰り返す。すなわち、ロボット１００の稼動中には、常時、作業者Ｐの頭部Ｈの位置が検出されてリアルタイムの三次元位置が測距されるとともに、その測距結果に基づいてリアルタイムの頭部保護領域Ｈ_Ｐが設定されており、ロボット１００の稼動中にアーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３が頭部保護領域Ｈ_Ｐと干渉しない限り、ロボット１００の運転が継続して行われることになる。

ステップＳ１０において、アーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３が頭部保護領域Ｈ_Ｐと干渉すると判断されれば、プログラムは図４のステップＳ１１に移行する。ステップＳ１１では、ロボット１００の運転を停止させる。

次に、ステップＳ１２では、スタート／リセットボタンがＯＮされるのを待つ。スタート／リセットボタンがＯＮされれば、ステップＳ１３に移行して、作業者Ｐの頭部Ｈの位置を検出し、次に、ステップＳ１４では、ステップＳ１３で検出された頭部Ｈの位置情報に基づいて、頭部保護領域Ｈ_Ｐを設定する。ステップＳ１３、Ｓ１４の各処理は、上述したステップＳ３、Ｓ４の各処理と同様である。

次に、ステップＳ１５では、ロボット１００のアーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３がロボット１００の稼動時に頭部保護領域Ｈ_Ｐと干渉するか否か、すなわち、アーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３が頭部保護領域Ｈ_Ｐの外縁と接触するか否か、または頭部保護領域Ｈ_Ｐの内部まで進入するか否かを判断する。ステップＳ１５において、干渉すると判断されれば、ステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６では、ディスプレイに警告メッセージを表示させたり、警告灯を点灯させたりする警告表示を行う。ステップＳ１６での処理後、ステップＳ１２に戻り、ステップＳ１２でスタート／リセットボタンがＯＮされれば、再びステップＳ１３〜ステップＳ１５の処理を行う。

ステップＳ１５において、アーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３がロボット１００の稼動時に頭部保護領域Ｈ_Ｐと干渉しないと判断されれば、ステップＳ１７に移行して、ロボット１００の運転を再開する。運転再開後、プログラムは図３のステップＳ８に戻る。そして、ステップＳ１０においてアーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３が頭部保護領域Ｈ_Ｐと干渉すると判断されない限り、ステップＳ８〜ステップＳ１０の処理が繰り返されて、ロボット１００の運転が継続して行われる。

ここで、図１に示したように、アーム１０１の基端軸の中心位置Ｏ_Ｒを中心として床面上に描いた半径Ｌの円の領域を危険領域として設定したが、この危険領域内に例えば侵入者Ｉが侵入したとき、この侵入は、危険領域の上方に設置された２Ｄカメラ１２により検知される。上述したフローチャートでは、侵入者Ｉを検知した場合の制御についてまで触れていないが、この場合、例えば次のような制御を行うようにしてもよい。すなわち、侵入者Ｉが危険領域の外側にいるときはロボット１００の可動部（アーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３）を相対的に高出力で運転（例えば高速運転／大トルクで運転）し、侵入者Ｉが危険領域内にいるときはロボット１００の可動部を相対的に低出力で運転（例えば中・低速運転／中・小トルクで運転）するように制御する。さらに、侵入者Ｉが危険領域内にいてロボット１００に接近する場合には、侵入者Ｉとロボット１００の距離に応じて可動部の速度をリニアに（つまり距離に比例して）または段階的に（つまりステップ状に）減速させるように制御する。これにより、安全性を確保しつつ、作業効率（例えば生産効率）を低下させることなく、効率よくロボット１００を稼動できるようになる。

また、ロボット１００の稼動時には、３D LiDAR１０を用いて作成された作業者Ｐの手部ｈおよびロボット１００のエンドエフェクタ１０３のリアルタイム画像を解析することにより、エンドエフェクタ１０３が手部ｈと接触するか否かについても判断するようにしてもよく、その場合、接触すると判断された際に、エンドエフェクタ１０３を減速運転に切り替えたり、または停止させたりするようにしてもよい。

このように本実施例によれば、まず、作業者Ｐの頭部Ｈの位置を検出して頭部保護領域Ｈ_Ｐが設定され、次に、頭部保護領域Ｈ_Ｐとロボット１００の可動部、つまりアーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３の位置情報に基づいて、アーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３が頭部保護領域Ｈ_Ｐと干渉しないようにロボット１００が制御される、すなわち、ロボット１００の運転開始前には警告表示を行い、ロボット１００の稼動中にはロボット１００を停止させるので、アーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３が頭部Ｈと接触するのを確実に回避でき、頭部Ｈをロボット１００から確実かつ効率的に保護できるようになる。

さらに、本実施例によれば、作業者Ｐの頭部Ｈの頭頂部の三次元位置は、ロボット１００の三次元直交座標系を用いて表すことが可能であり、そのため、製造／組立等のラインの組み替え等の際には、ロボット１００の可動部の位置データを変更することなく、作業者Ｐの頭部保護領域Ｈ_Ｐの位置をロボット１００に認識させれば足りるので、ラインの組み換え等を容易に行えるようになる。

＜第２の実施例＞
図７ないし図１０は、本発明の第２の実施例による安全制御システムを説明するための図である。これらの図において、前記第１の実施例と同一符号は同一または相当部分を示している。

この第２の実施例では、図７に示すように、作業者Ｐの頭部Ｈ（例えば左右の側頭部）に２つのＵＷＢタグＵ_Ｔ１、Ｕ_Ｔ２が取り付けられている点、侵入者Ｉを検知するのに２Ｄカメラではなくレーザースキャナ１５を設置している点、テーブルＴの近傍領域において作業者Ｐの手部ｈとロボット１００のエンドエフェクタ１０３の位置関係を示す画像を３D LiDAR１０ではなく２Ｄカメラ１２で取得するようにしている点が前記第１の実施例とは異なっている。このため、図８に示すように、ＰＬＣ１３０およびＲＣ１１０には、新たにレーザースキャナ１５が接続されている。また、図７に示すように、ＵＷＢセンサ１（Ｕ_Ｓ１）は、ＵＷＢタグＵ_Ｔ１、Ｕ_Ｔ２から発信されたＵＷＢ信号Ｕ_１、Ｕ_１’を受信しており、ＵＷＢセンサ２（Ｕ_Ｓ２）は、ＵＷＢタグＵ_Ｔ１、Ｕ_Ｔ２から発信されたＵＷＢ信号Ｕ_２、Ｕ_２’を受信している。したがって、本安全制御システム１においては、ＵＷＢタグＵ_Ｔ１、Ｕ_Ｔ２から発信されたＵＷＢ信号Ｕ_１、Ｕ_１’、 Ｕ_２、Ｕ_２’のＵＷＢセンサＵ_Ｓ１およびＵ_Ｓ２に対する入射角度や到達時間差に基づいてＵＷＢタグＵ_Ｔ１、Ｕ_Ｔ２（したがって作業者Ｐの両側頭部）のリアルタイムの三次元位置を測距する。なお、前記第１の実施例で設置されていたプロジェクタ１１は省略されているが、これは設置するようにしてもよい。

本実施例による安全制御システム１の制御フローは、前記第１の実施例と同様であるが、前記第１の実施例の図３、図４中のステップＳ３、Ｓ８、Ｓ１３における頭部位置の検出の仕方、およびステップＳ４、Ｓ９、Ｓ１４における頭部保護領域の設定の仕方が前記第１の実施例とは異なっている。

本実施例による頭部保護領域Ｈ_Ｐの設定の仕方について、図９および図１０を用いて説明する。
図９は、図７から作業者Ｐの頭部Ｈを取り出して示す図であって、頭部Ｈの左右２個所（ここでは両側頭部）の位置にそれぞれＵＷＢタグＵ_Ｔ１、Ｕ_Ｔ２が取り付けられた状態が示されている（実線で示されたＵＷＢタグＵ_Ｔ１、Ｕ_Ｔ２参照）。上述したように、ＵＷＢタグＵ_Ｔ１から発信されたＵＷＢ信号Ｕ_１、Ｕ_２を受信して処理することにより、ＵＷＢタグＵ_Ｔ１の三次元位置、したがって一方の側頭部の三次元位置が検出され、同様に、ＵＷＢタグＵ_Ｔ２から発信されたＵＷＢ信号Ｕ_１’、Ｕ_２’を受信して処理することにより、ＵＷＢタグＵ_Ｔ２の三次元位置、したがって他方の頭頂部の三次元位置が検出される。なお、図９中には、ＵＷＢタグＵ_Ｔ１、Ｕ_Ｔ２の三次元直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ）が記されているが、この座標系は、ロボット１００の三次元直交座標系を所定方向に所定距離だけ平行移動したものに相当しており、そのため、前記第１の実施例と同様に、頭部Ｈの両側頭部の三次元位置は、ロボット１００の三次元直交座標系を用いて表すことが可能である。

次に、頭部Ｈを球体と仮定したとき、球面上で相対する２個所の三次元位置が測距されたことになるので、これに基づいて、頭部Ｈの中心Ｏ_Ｐ１および仮想半径ｄを求めることができる。そして、図９中の二点鎖線で示すように、点Ｏ_Ｐ１を中心としかつ半径Ｒ（＝ｄ＋α）の球面を描く。ここで、仮想半径ｄに加える距離αは、前記第１の実施例の場合と同様に、頭部Ｈの個体差および測定誤差等を考慮しつつ頭部Ｈの周囲に頭部保護領域を設定するための頭部安全距離であって、例えば数十ｃｍ（一例として２０〜３０ｃｍ程度）に設定される（図９では図示の便宜上、距離αを小さめに記載している（図７についても同様））。これにより、図１０に示すように、点Ｏ_Ｐ１を中心としかつ半径Ｒの球面で囲まれた斜線領域（三次元空間領域）が頭部保護領域Ｈ_Ｐとして設定される（図７参照）。

なお、図９中に一点鎖線で示すように、ＵＷＢタグＵ_Ｔ１、Ｕ_Ｔ２が同図中の実線位置よりも若干頭頂部寄りの位置に配置されていた場合には、これらのＵＷＢタグＵ_Ｔ１、Ｕ_Ｔ２からＵＷＢセンサＵ_Ｓ１、ＵＷＢセンサＵ_Ｓ２に向けて発信される各ＵＷＢ信号がなす角度θを求めることにより、中心Ｏ_Ｐ１を求めることが可能である。

また、ロボット１００の稼動時には、２Ｄカメラ１２で撮影された作業者Ｐの手部ｈおよびロボット１００のエンドエフェクタ１０３のリアルタイム画像を解析することにより、エンドエフェクタ１０３が手部ｈと接触するか否かについても判断するようにしてもよく、その場合、接触すると判断された際に、エンドエフェクタ１０３を減速運転に切り替えたり、または停止させたりするようにしてもよい。

このように本実施例によれば、前記第１の実施例と同様に、まず、作業者Ｐの頭部Ｈの位置を検出して頭部保護領域Ｈ_Ｐが設定され、次に、頭部保護領域Ｈ_Ｐとロボット１００の可動部、つまりアーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３の位置情報に基づいて、アーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３が頭部保護領域Ｈ_Ｐと干渉しないようにロボット１００が制御されるので、アーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３が頭部Ｈと接触するのを確実に回避でき、頭部Ｈをロボット１００から確実かつ効率的に保護できるようになる。しかも、本実施例によれば、頭部Ｈの２個所の位置を検出するので、正確に頭部保護領域Ｈ_Ｐを設定できるようになる。

さらに、本実施例によれば、作業者Ｐの頭部Ｈの両側頭部の三次元位置は、ロボット１００の三次元直交座標系を用いて表すことが可能であり、そのため、製造／組立等のラインの組み替え等の際には、ロボット１００の可動部の位置データを変更することなく、作業者Ｐの頭部保護領域Ｈ_Ｐの位置をロボット１００に認識させれば足りるので、ラインの組み換え等を容易に行えるようになる。

＜第３の実施例＞
図１１および図１２は、本発明の第３の実施例による安全制御システムを説明するための図である。これらの図において、前記第１、第２の実施例と同一符号は同一または相当部分を示している。

前記第２の実施例では、テーブルＴの近傍領域において作業者Ｐの手部ｈとロボット１００のエンドエフェクタ１０３の位置関係を示すデータを２Ｄカメラ１２で撮影した画像から取得するようにした例を示したが、この第３の実施例では、手部ｈ（または手部ｈに装着した手袋）にＲＦＩＤタグＲ_ｆｔを、エンドエフェクタ１０３にＲＦＩＤタグアンテナＲ_ｆａをそれぞれ取り付け、ＲＦＩＤタグアンテナＲ_ｆａによりＲＦＩＤタグＲ_ｆｔを検知することにより、ＲＦＩＤタグＲ_ｆｔの位置（したがって手部ｈ）の位置を検出している。このため、図１２に示すように、ＰＬＣ１３０およびＲＣ１１０には、新たにＲＦＩＤタグアンテナＲ_ｆａが接続されている。

本実施例による安全制御システム１の制御フローは、前記第２の実施例と同様であって、頭部位置の検出の仕方や頭部保護領域の設定の仕方についても同様である。したがって、本実施例によれば、前記第２の実施例と同様に、まず、作業者Ｐの頭部Ｈの位置を検出して頭部保護領域Ｈ_Ｐが設定され、次に、頭部保護領域Ｈ_Ｐとロボット１００のアーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３の位置情報に基づいて、アーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３が頭部保護領域Ｈ_Ｐと干渉しないようにロボット１００が制御されるので、アーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３が頭部Ｈと接触するのを確実に回避でき、頭部Ｈをロボット１００から確実かつ効率的に保護できるようになる。しかも、本実施例によれば、頭部Ｈの２個所の位置を検出するので、頭部Ｈの動きに応じてより正確に頭部保護領域Ｈ_Ｐを設定できるようになる。

さらに、本実施例によれば、作業者Ｐの頭部Ｈの両側頭部の三次元位置は、ロボット１００の三次元直交座標系を用いて表すことが可能であり、そのため、製造／組立等のラインの組み替え等の際には、ロボット１００の可動部の位置データを変更することなく、作業者Ｐの頭部保護領域Ｈ_Ｐの位置をロボット１００に認識させれば足りるので、ラインの組み換え等を容易に行えるようになる。

また、ロボット１００の稼動時には、ＲＦＩＤタグアンテナＲ_ｆａでＲＦＩＤタグＲ_ｆｔの位置を検出することにより、エンドエフェクタ１０３が手部ｈと接触するか否かについても判断することができ、その場合、接触すると判断された場合に、エンドエフェクタ１０３を減速運転に切り替えたり、または停止させたりすることが可能である。これにより、頭部Ｈのみならず、手部ｈについても確実かつ効率的に保護できるようになる。

＜第４の実施例＞
図１３ないし図１６は、本発明の第４の実施例による安全制御システムを説明するための図である。これらの図において、前記第１ないし第３の実施例と同一符号は同一または相当部分を示している。

前記第３の実施例では、テーブルＴの近傍領域においてロボット１００のエンドエフェクタ１０３に対する作業者Ｐの手部ｈの相対位置を検出する際に、エンドエフェクタ１０３側のＲＦＩＤタグアンテナＲ_ｆａが手部ｈ側のＲＦＩＤタグＲ_ｆｔを検知することでＲＦＩＤタグＲ_ｆｔの位置（したがって手部ｈ）の位置を検出するようにした例を示したが、この第４の実施例では、手部ｈ（または手部ｈに装着した手袋の例えば甲部分）にＵＷＢタグＵ_Ｔ３を取り付け、ＵＷＢタグＵ_Ｔ３から発信されたＵＷＢ信号Ｕ_３、Ｕ_３’をそれぞれＵＷＢセンサＵ_Ｓ１、Ｕ_Ｓ２（他部位位置検出手段）で受信するようにしている。本安全制御システム１においては、ＵＷＢタグＵ_Ｔ３から発信されたＵＷＢ信号Ｕ_３、Ｕ_３’のＵＷＢセンサＵ_Ｓ１およびＵ_Ｓ２に対する入射角度や到達時間差に基づいてＵＷＢタグＵ_Ｔ３（したがって作業者Ｐの手部ｈ、正確には手部ｈの甲部分）のリアルタイムの三次元位置を測距する。また、安全制御システム１の制御ブロック構成は図１４に示すとおりである。

次に、安全制御システム１の制御フローの一例について、図１５および図１６を用いて説明する。
プログラムがスタートすると、図１５のステップＴ１において、ロボット制御プログラムを読み込む。次に、ステップＴ２において、スタート／リセットボタンがＯＮされるのを待つ。ステップＴ２でスタート／リセットボタンがＯＮされれば、ステップＴ３に移行する。

ステップＴ３では、頭部位置の検出を行う。この場合には、作業者Ｐ（図１３）の頭部Ｈの２個所の位置（例えば両側頭部の位置）に取り付けられたＵＷＢタグＵ_Ｔ１、Ｕ_Ｔ２からそれぞれ発信されるＵＷＢ信号Ｕ_１、Ｕ_２およびＵ_１’、Ｕ_２’をＵＷＢセンサＵ_Ｓ１およびＵ_Ｓ２により受信し、ＵＷＢ信号Ｕ_１、Ｕ_１’およびＵ_２、Ｕ_２’のＵＷＢセンサＵ_Ｓ１およびＵ_Ｓ２に対する入射角度や到達時間差に基づいて、ＵＷＢタグＵ_Ｔ１、Ｕ_Ｔ２（したがって作業者Ｐの頭部Ｈ、正確には頭部Ｈの両側頭部）のリアルタイムの三次元位置を測距する。これにより、作業者Ｐの頭部Ｈの両側頭部の位置が検出される。次に、ステップＴ４では、ステップＴ３で検出された頭部Ｈの位置情報に基づいて、頭部保護領域Ｈ_Ｐを設定する。

頭部保護領域Ｈ_Ｐの設定については、前記第２の実施例の図９、図１０に示したものと同様である。すなわち、ＵＷＢタグＵ_Ｔ１から発信されたＵＷＢ信号Ｕ_１、Ｕ_２を受信して処理することにより、ＵＷＢタグＵ_Ｔ１の三次元位置、したがって一方の側頭部の三次元位置が検出され、同様に、ＵＷＢタグＵ_Ｔ２から発信されたＵＷＢ信号Ｕ_１’、Ｕ_２’を受信して処理することにより、ＵＷＢタグＵ_Ｔ２の三次元位置、したがって他方の側頭部の三次元位置が検出される。次に、頭部Ｈを球体と仮定したとき、球面上で相対する２個所の三次元位置が測距されたことになるので、これに基づいて、頭部Ｈの中心Ｏ_Ｐ１および仮想半径が求まる。そして、頭部Ｈの個体差および測定誤差等を考慮しつつ頭部Ｈの周囲に頭部保護領域を設定するための頭部安全距離αを設定するとともに、この距離αを加味した三次元空間領域を頭部保護領域Ｈ_Ｐとして設定する（図１３参照）。

次に、図１５のステップＴ５において、手部位置の検出を行う。この場合には、作業者Ｐ（図１３）の手部ｈに取り付けられたＵＷＢタグＵ_Ｔ３から発信されるＵＷＢ信号Ｕ_３、Ｕ_３’をＵＷＢセンサＵ_Ｓ１およびＵ_Ｓ２により受信し、ＵＷＢ信号Ｕ_３、Ｕ_３’のＵＷＢセンサＵ_Ｓ１およびＵ_Ｓ２に対する入射角度や到達時間差に基づいて、ＵＷＢタグＵ_Ｔ３（したがって作業者Ｐの手部ｈ、正確には手部ｈの甲部分）のリアルタイムの三次元位置を測距する。これにより、作業者Ｐの手部ｈの位置が検出される。次に、ステップＴ６では、ステップＴ５で検出された手部ｈの位置情報に基づいて、手部保護領域ｈ_Ｐを設定する。

手部保護領域ｈ_Ｐの設定については、上述したように、ＵＷＢタグＵ_Ｔ３から発信されたＵＷＢ信号Ｕ_３、Ｕ_３’を受信して処理することにより、まず、ＵＷＢタグＵ_Ｔ３の三次元位置、つまり手部ｈ（正確には手部ｈの甲部分）の三次元位置が検出される（図１５のステップＴ５）。次に、手部ｈを球体と仮定したとき、球面上の三次元位置が測距されたことになるので、図５と同様の手法で、手部ｈの中心および仮想半径を求めることができる。そして、手部ｈの個体差および測定誤差等を考慮しつつ手部ｈの周囲に手部保護領域を設定するための手部安全距離（他部位安全距離）βを設定する。この手部安全距離βとしては、例えば数ｃｍ〜数十ｃｍ（一例として５〜１０ｃｍ程度）に設定される。手部安全距離βは頭部安全距離αよりも小さくなっている。次に、仮想半径に手部安全距離βを加味した三次元空間領域を手部保護領域ｈ_Ｐとして手部ｈの周りに設定する（図１３参照）。

次に、ステップＴ７において、ロボット１００の可動部、つまりアーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３がロボット１００の稼動時に頭部保護領域Ｈ_Ｐまたは手部保護領域ｈ_ｐと干渉するか否か、すなわち、アーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３が頭部保護領域Ｈ_Ｐまたは手部保護領域ｈ_ｐの外縁と接触するか否か、または頭部保護領域Ｈ_Ｐまたは手部保護領域ｈ_ｐの内部まで進入するか否かを判断する。ステップＴ７において、干渉すると判断されれば、ステップＴ８に移行する。ステップＴ８では、ディスプレイに警告メッセージを表示させたり、警告灯を点灯させたりする警告表示を行う。ステップＴ８での処理後、ステップＴ２に戻り、ステップＴ２でスタート／リセットボタンがＯＮされれば、再びステップＴ３〜ステップＴ７の処理を行う。

ステップＴ７において、アーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３がロボット１００の稼動時に頭部保護領域Ｈ_Ｐまたは手部保護領域ｈ_ｐと干渉しないと判断されれば、ステップＴ９に移行して、ロボット１００の運転を開始する。次に、ステップＴ１０では、作業者Ｐの頭部Ｈの位置の検出を行い、これに続いてステップＴ１１では、ステップＴ１０で検出された頭部Ｈの位置情報に基づいて、頭部保護領域Ｈ_Ｐを設定する。ステップＴ１０、Ｔ１１の各処理は、上述したステップＴ３、Ｔ４の各処理と同様である。

次に、ステップＴ１２では、作業者Ｐの手部ｈの位置の検出を行い、これに続いてステップＴ１３では、ステップＴ１２で検出された手部ｈの位置情報に基づいて、手部保護領域ｈ_Ｐを設定する。ステップＴ１２、Ｔ１３の各処理は、上述したステップＴ５、Ｔ６の各処理と同様である。

次に、図１６のステップＴ１４では、ロボット１００のアーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３がロボット１００の稼動中に頭部保護領域Ｈ_Ｐまたは手部保護領域ｈ_ｐと干渉するか否か、すなわち、アーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３が頭部保護領域Ｈ_Ｐまたは手部保護領域ｈ_ｐの外縁と接触するか否か、または頭部保護領域Ｈ_Ｐまたは手部保護領域ｈ_ｐの内部まで進入するか否かを判断する。ステップＴ１４において、干渉しないと判断されれば、図１５のステップＴ１０に戻り、ステップＴ１０〜ステップＴ１４の処理を繰り返す。すなわち、ロボット１００の稼動中には、常時、作業者Ｐの頭部Ｈおよび手部ｈの位置が検出されてそれぞれのリアルタイムの三次元位置が測距されるとともに、それらの測距結果に基づいてリアルタイムの頭部保護領域Ｈ_Ｐおよび手部保護領域ｈ_ｐが設定されており、ロボット１００の稼動中にアーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３が頭部保護領域Ｈ_Ｐまたは手部保護領域ｈ_ｐと干渉しない限り、ロボット１００の運転が継続して行われることになる。

ステップＴ１４において、アーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３が頭部保護領域Ｈ_Ｐまたは手部保護領域ｈ_ｐと干渉すると判断されれば、ステップＴ１５に移行する。ステップＴ１５では、ロボット１００の運転を停止させる。

次に、ステップＴ１６では、スタート／リセットボタンがＯＮされるのを待つ。スタート／リセットボタンがＯＮされれば、ステップＴ１７に移行して、作業者Ｐの頭部Ｈの位置を検出し、次に、ステップＴ１８では、ステップＴ１７で取得された頭部Ｈの位置情報に基づいて、頭部保護領域Ｈ_Ｐを設定する。ステップＴ１７、Ｔ１８の各処理は、上述したステップＴ３、Ｔ４の各処理と同様である。

次に、ステップＴ１９では、作業者Ｐの手部ｈの位置の検出を行い、これに続いてステップＴ２０では、ステップＴ１９で取得された手部ｈの位置情報に基づいて、手部保護領域ｈ_Ｐを設定する。ステップＴ１９、Ｔ２０の各処理は、上述したステップＴ５、Ｔ６の各処理と同様である。

次に、ステップＴ２１では、ロボット１００のアーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３がロボット１００の稼動時に頭部保護領域Ｈ_Ｐまたは手部保護領域ｈ_ｐと干渉するか否か、すなわち、アーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３が頭部保護領域Ｈ_Ｐまたは手部保護領域ｈ_ｐの外縁と接触するか否か、または頭部保護領域Ｈ_Ｐまたは手部保護領域ｈ_ｐの内部まで進入するか否かを判断する。ステップＴ２１において、干渉すると判断されれば、ステップＴ２２に移行する。ステップＴ２２では、ディスプレイに警告メッセージを表示させたり、警告灯を点灯させたりする警告表示を行う。ステップＴ２２での処理後、ステップＴ１６に戻り、ステップＴ１６でスタート／リセットボタンがＯＮされれば、再びステップＴ１７〜ステップＴ２１の処理を行う。

ステップＴ２１において、アーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３がロボット１００の稼動時に頭部保護領域Ｈ_Ｐまたは手部保護領域ｈ_ｐと干渉しないと判断されれば、ステップＴ２３に移行して、ロボット１００の運転を再開する。運転再開後、プログラムは図１５のステップＴ１０に戻る。そして、ステップＴ１４においてアーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３が頭部保護領域Ｈ_Ｐまたは手部保護領域ｈ_ｐと干渉すると判断されない限り、ステップＴ１０〜ステップＴ１４の処理が繰り返されて、ロボット１００の運転が継続して行われる。

このように本実施例によれば、まず、作業者Ｐの頭部Ｈおよび手部ｈの位置を検出して頭部保護領域Ｈ_Ｐおよび手部保護領域ｈ_ｐが設定され、次に、頭部保護領域Ｈ_Ｐおよび手部保護領域ｈ_ｐとロボット１００の可動部、つまりアーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３の位置情報に基づいて、アーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３が頭部保護領域Ｈ_Ｐおよび手部保護領域ｈ_ｐと干渉しないようにロボット１００が制御される、すなわち、ロボット１００の運転開始前には警告表示を行い、ロボット１００の稼動中にはロボット１００を停止させるので、アーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３が頭部Ｈ、手部保護領域ｈ_ｐと接触するのを確実に回避でき、頭部Ｈ、手部ｈをロボット１００から確実かつ効率的に保護できるようになる。しかも、本実施例によれば、頭部Ｈに関しては２個所の位置を検出するので、正確に頭部保護領域Ｈ_Ｐを設定できるようになる。

さらに、本実施例によれば、作業者Ｐの頭部Ｈの両側頭部の三次元位置は、ロボット１００の三次元直交座標系を用いて表すことが可能であり、そのため、製造／組立等のラインの組み替え等の際には、ロボット１００の可動部の位置データを変更することなく、作業者Ｐの頭部保護領域Ｈ_Ｐおよび手部保護領域ｈ_ｐの位置をロボット１００に認識させればよいので、ラインの組み換え等を容易に行えるようになる。

しかも、本実施例によれば、手部安全距離βが頭部安全距離αよりも小さく設定されているので、ロボット１００の可動部が手部ｈに接近して作業を行うことができるとともに、手部ｈに接近したことでロボット１００の運転が頻繁に停止するいわゆるチョコ停止を防止でき、これにより、ロボット１００の作業効率を向上できる。逆の言い方をすれば、頭部安全距離αが手部安全距離βよりも大きく設定されているので、頭部Ｈにロボット１００の可動部が衝突または接触するのを確実に回避でき、頭部Ｈをロボット１００からより確実に保護できるようになる。

〔第１の変形例〕
前記第１ないし第４の実施例では、作業者Ｐの頭部Ｈの位置を検出するのに、２つのＵＷＢセンサＵ_Ｓ１、Ｕ_Ｓ２を用いた例を示したが、ＵＷＢセンサは３つ（またはそれ以上）設置するようにしてもよく、これにより、一層高精度の位置検出が可能になる。

〔第２の変形例〕
前記第１ないし第４の実施例では、ＵＷＢタグＵ_Ｔ、Ｕ_Ｔ１、Ｕ_Ｔ２、Ｕ_Ｔ３およびＵＷＢセンサＵ_Ｓ１、Ｕ_Ｓ２を用いて、作業者Ｐの頭部Ｈ、手部ｈの位置を検出するようにした例を示したが、本発明の適用はこれに限定されない。その他のセンサ（例えば高精度レーザー距離センサ等）を用いてもよく、あるいはカメラと画像処理装置を併用するようにしてもよい。

〔第３の変形例〕
前記第１ないし第４の実施例では、頭部保護領域Ｈ_Ｐとして球状領域を用いた例を示したが、本発明の適用はこれに限定されない。球状領域以外の三次元空間領域（例えば多数の微小平面からなる球面状空間または回転楕円状空間等）を用いるようにしてもよい。

〔第４の変形例〕
前記第１ないし第４の実施例では、頭部Ｈの中心Ｏ_Ｐ、Ｏ_Ｐ１を求めることで中心Ｏ_Ｐ、Ｏ_Ｐ１の回りの球状領域を頭部保護領域Ｈ_Ｐとして設定した例を示したが、本発明の適用はこれに限定されない。頭部Ｈの中心Ｏ_Ｐを求めることなく、ＵＷＢタグＵ_Ｔ、Ｕ_Ｔ１、Ｕ_Ｔ２の三次元位置、つまり頭部Ｈの頭頂部、両側頭部の三次元位置を基準とし、その周囲に頭部Ｈの個体差および測定誤差等を考慮した大きさの三次元空間領域を想定して、これを頭部保護領域Ｈ_Ｐに設定するようにしてもよい。

〔第５の変形例〕
前記第１の実施例の図３、図４および前記第４の実施例の図１５、図１６で示したフローチャートは、制御フローの一例を示しており、その他の制御フローを採用するようにしてもよい。例えば、前記第４の実施例においては、図１６のステップＴ１４、Ｔ１５に示すように、ロボット１００の可動部が手部保護領域ｈ_ｐと干渉すると判断された場合に、頭部保護領域Ｈ_Ｐとの干渉の場合と同様にして、ロボット１００をすぐに停止させるようにした例を示したが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、ロボット１００の可動部が手部保護領域ｈ_ｐと干渉する場合にロボット１００を停止させるのではなく、減速運転させるようにしてもよく、あるいは、ロボット１００の可動部が手部保護領域ｈ_Ｐの外縁と接触するだけの場合には、ロボット１００を通常運転させ、ロボット１００の可動部が手部保護領域ｈ_Ｐの内部まで進入する場合に限って、ロボット１００を減速運転または停止させるようにしてもよく、種々のやり方が考えられる。

〔第６の変形例〕
前記第１ないし第４の実施例では、頭部Ｈの頭頂部、両側頭部の三次元位置の検出の際に使用される三次元直交座標系として、ロボット１００の三次元直交座標系を所定方向に所定距離だけ平行移動したものを用いることにより、作業者Ｐの頭部保護領域Ｈ_Ｐの位置をロボット１００に認識させるようにした例を示したが、本発明の適用はこれに限定されない。頭部Ｈの頭頂部、両側頭部の位置とロボット１００のアーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３の位置を３D LiDAR１０や２Ｄカメラ１２等でそれぞれ検出することにより、ロボット１００に対する頭部Ｈの相対位置を検出し、作業者Ｐの頭部保護領域Ｈ_Ｐの位置をロボット１００に認識させるようにしてもよい。また、ロボット１００の原点位置に別のＵＷＢタグ（図示せず）を取り付け、当該ＵＷＢタグから発信されたＵＷＢ信号を同じＵＷＢセンサＵ_Ｓ１、Ｕ_Ｓ２を用いて受信することにより、ロボット１００の三次元直交座標系に対する頭部Ｈの位置を検出するようにしてもよい。あるいは、ロボット１００のアーム１０１、１０２、エンドエフェクタ１０３の各位置にそれぞれＵＷＢタグ（図示せず）を取り付け、これらのＵＷＢタグから発信されたＵＷＢ信号を同じＵＷＢセンサＵ_Ｓ１、Ｕ_Ｓ２を用いて受信することにより、ロボット１００に対する頭部Ｈの相対位置を検出するようにしてもよい。

〔第７の変形例〕
前記第１ないし第４の実施例では、危険領域内に侵入者（つまり人）Ｉが侵入した例を示したが、２Ｄカメラ１２、レーザースキャナ１５による検知は、人に限らず物（例えばＡＧＶ(Automated Guided Vehicle: 無人搬送車)等）も可能である。この場合、例えばＡＧＶにＵＷＢタグを取り付けておくことにより、侵入体が人ではないことがロボット１００側で識別できるので、ＡＧＶの接近によってはロボット１００の運転速度を減速させる必要がなくなり、これにより、作業効率を低下させることなく、ロボット１００を稼動できるようになる。このようにして、侵入体が人か物かに応じて適切な制御が行える。

＜第８の変形例＞
前記第２ないし第４の実施例では、危険領域内への侵入者Ｉの侵入をレーザースキャナ１５により検知するようにした例を示したが、レーザースキャナは侵入者Ｉまでの距離を測定することができるので、レーザースキャナ１５を採用することにより、侵入者Ｉとロボット１００との距離に応じてロボット１００を効率よく運転（例えばリニアに減速したり、段階的に減速したりする等）できるようになる。また、一般にレーザースキャナは安全機器なので、侵入者ＩにもＵＷＢタグを付けてこれをＵＷＢセンサＵ_Ｓ１、Ｕ_Ｓ２で検出するようにすれば、レーザースキャナ１５の正常動作時にＵＷＢセンサＵ_Ｓ１、Ｕ_Ｓ２が反応しない場合にＵＷＢセンサＵ_Ｓ１、Ｕ_Ｓ２が故障していることが分かり、ＵＷＢセンサＵ_Ｓ１、Ｕ_Ｓ２の故障診断を行えるようになって、より安全な制御システムを構築できる。なお、ＵＷＢセンサＵ_Ｓ１、Ｕ_Ｓ２に他の安全機器を組み合わせるようにしてもよい。

＜第９の変形例＞
前記第１および第２の実施例では、３D LiDAR１０や２Ｄカメラ１２を採用したが、これらの代わりに３Ｄカメラやステレオカメラ等を採用するようにしてもよい。また、前記第１の実施例では３D LiDAR１０により、前記第２の実施例では２Ｄカメラ１２により、前記第３の実施例ではＲＦＩＤタグＲ_ｆｔおよびＲＦＩＤタグアンテナＲ_ｆａにより、作業者Ｐの手部ｈとロボット１００のエンドエフェクタ１０３の位置関係を検出するようにした例を示したが、これら３D LiDAR１０、２Ｄカメラ１２、またはＲＦＩＤタグＲ_ｆｔおよびＲＦＩＤタグアンテナＲ_ｆａのいずれかを用いて、作業者Ｐの手部ｈの位置を直接検出するようにしてもよい。

＜第１０の変形例＞
前記第４の実施例では、作業者Ｐの頭部Ｈ以外の他部位の位置を検出する例として、作業者Ｐの手部ｈを検出するようにしたものを示したが、本発明は手部ｈ以外の体の部位の位置を検出するものにも同様に適用可能である。また、前記第４の実施例では、手部保護領域ｈ_ｐとして、球状領域を用いた例を示したが、本発明の適用はこれに限定されない。球状領域以外の三次元空間領域（例えば多数の微小平面からなる球面状空間または回転楕円状空間等）を用いるようにしてもよい。

＜第１１の変形例＞
前記第１ないし第４の実施例では、作業者Ｐの体に取り付けるＵＷＢタグを作業者Ｐの体の部位の位置検出のみに使用した例を示したが、ＵＷＢタグから発信されるＵＷＢ信号に作業者ＰのＩＤ情報（例えば作業の熟練度のデータ等）を重畳するようにしてもよく、その場合には、作業者Ｐのレベルに応じて効率よくロボット１００の運転を制御できるようになる。

〔その他の変形例〕
上述した実施例および各変形例はあらゆる点で本発明の単なる例示としてのみみなされるべきものであって、限定的なものではない。本発明が関連する分野の当業者は、本明細書中に明示の記載はなくても、上述の教示内容を考慮するとき、本発明の精神および本質的な特徴部分から外れることなく、本発明の原理を採用する種々の変形例やその他の実施例を構築し得る。

〔他の適用例〕
前記実施例および前記各変形例では、本発明による安全制御システムが適用される機械として、垂直多関節ロボットを例にとって説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。本発明による安全制御システムは、その他のロボット、例えば水平多関節ロボットやスカラロボット等にも適用でき、さらには、パワーショベル等の産業車両にも適用できる。

本発明は、人の頭部を機械から確実に保護するための安全制御システムに有用である。

１： 安全制御システム

１００： ロボット（機械）
１０１、１０２： アーム（可動部）
１０３： エンドエフェクタ（可動部）

１１０： ロボットコントローラ（制御手段）
１３０： プログラマブルコントローラ（制御手段）

Ｕ_Ｓ１： ＵＷＢセンサ１（頭部位置検出手段／他部位位置検出手段）
Ｕ_Ｓ２： ＵＷＢセンサ２（頭部位置検出手段／他部位位置検出手段）
１０： ３D LiDAR（相対位置検出手段）
１２： ２Ｄカメラ（相対位置検出手段／侵入体検知手段）
Ｒ_ｆａ： ＲＦＩＤタグアンテナ（他部位位置検出手段）
１５： レーザースキャナ（侵入体検知手段）

Ｓ４、Ｓ９、Ｓ１５、Ｔ４、Ｔ１１、Ｔ１９： 頭部保護領域設定手段
Ｔ６、Ｔ１３、Ｔ２１： 手部保護領域設定手段（他部位保護領域設定手段）

Ｐ： 作業者（人）
Ｉ： 侵入者（侵入体）

Ｈ： 頭部
α： 頭部安全距離
Ｈ_Ｐ： 頭部保護領域

ｈ： 手部
β： 手部安全距離（他部位安全距離）
ｈ_Ｐ： 手部保護領域

特開２００６−４３８６２号公報（段落［００１５］〜［００３１］および図１〜図３参照）

Claims (5)

1. 機械を安全に制御するための安全制御システムにおいて、
   人の頭部の位置を検出する頭部位置検出手段と、
   前記頭部位置検出手段により検出された頭部の位置から所定の頭部安全距離を設定するとともに、前記頭部安全距離に基づいて頭部の周りに頭部保護領域を設定する頭部保護領域設定手段と、
   前記頭部保護領域設定手段で設定された前記頭部保護領域と機械の位置情報に基づいて、機械の可動部が頭部に接触するのを回避するよう機械を制御する制御手段と、
   を備えた安全制御システム。
2. 請求項１において、
   機械に対する頭部の相対位置を検出する相対位置検出手段をさらに備えた、
   ことを特徴とする安全制御システム。
3. 請求項１において、
   機械の危険領域に侵入体が侵入したことを検知する侵入体検知手段をさらに備えた、
   ことを特徴とする安全制御システム。
4. 請求項１において、
   前記制御手段は、人が機械の危険領域の外側にいるときは機械の可動部を相対的に高出力で運転し、人が機械の前記危険領域の内側にいるときは機械の可動部を相対的に低出力で運転するように制御している、
   ことを特徴とする安全制御システム。
5. 請求項１において、
   人の頭部以外の他部位の位置を検出する他部位位置検出手段と、
   前記他部位位置検出手段により検出された他部位の位置から所定の他部位安全距離を設定するとともに、前記他部位安全距離に基づいて他部位の周りに他部位保護領域を設定する他部位保護領域設定手段とをさらに備え、
   前記制御手段が、前記他部位保護領域設定手段で設定された前記他部位保護領域と機械の位置情報に基づいて、機械の可動部が他部位に接触するのを回避するよう機械を制御するとともに、前記他部位安全距離が前記頭部安全距離よりも短く設定されている、
   ことを特徴とする安全制御システム。

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