JP2021008005A - ロボット制御装置、ロボット制御方法、及び、ロボット制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】人とロボットとの共同作業における作業効率を向上させる。【解決手段】作業員と協働するロボットを制御するロボット制御装置であって、ロボット自体の移動又はロボットが有する可動部の移動を制御する制御部を備え、制御部は、ロボット自体又はロボットの可動部の目標点への移動を実行させる場合に、目標点への移動の開始の前兆を示す前兆動作として、ロボット自体又はロボットの可動部を、動作の開始点から目標点へ向かう方向とは異なる方向に設定されている経由点を経由させてから目標点へ移動させる。【選択図】図１

Description

本発明は、産業用ロボットの制御装置に関する。

ファクトリーオートメーション（ＦＡ）などの分野において、人との共同作業を前提とする協働ロボットが導入されつつある。協働ロボットの導入により、人手不足の解消、生産性の向上等が期待されている。

特開２０１７−０９４４０９号公報

しかしながら、例えば、協働ロボットが動作を開始した場合に、作業員の動作とのタイミング合わなかったり、両者が衝突したりすることで、作業が遅延したり一時停止してしまったりして効率が低下するおそれがある。

本発明は、人とロボットとの共同作業における作業効率を向上させることができるロボット制御装置、ロボット制御方法、及び、ロボット制御プログラムを提供することを課題とする。

本発明の態様の一つは、作業員と協働するロボットを制御するロボット制御装置である。ロボット制御装置は、ロボット自体の移動又はロボットが有する可動部の移動を制御する制御部を備える。制御部は、ロボット自体又は可動部の目標点への移動を実行させる場合に、目標点への移動の開始の前兆を示す前兆動作として、ロボット自体又は可動部を、動作の開始点から目標点へ向かう方向とは異なる方向に設定されている経由点を経由させてから目標点へ移動させる。ロボットの可動部は、例えば、アームである。ただし、ロボットの可動部はこれに限定されない。

本発明の態様の一つによれば、ロボット又はロボットの可動部が目標点への移動を開始する場合には、ロボット又はロボットの可動部は、まず、動作の開始点から当該目標点へ向かう方向とは異なる方向に設定されている経由点へと向かい、当該経由点を経由してから目標点へと向かう。これによって、当該ロボットとともに作業を行う作業員であって、目標点付近に位置する作業員が、ロボット又はロボットの可動部が目標点へ向かって動き出すことを予測しやすくなり、ロボット又はロボットが目標点へ移動してくることに対する準備を行うことができる。また、ロボット又はロボットの可動部が経由点を経由して目標点へ移動することで、目標点に達するまでの時間的余裕が生まれ、例えば、作業員がロボットの動き出しに気付くのが遅くなっても、ロボット又はロボットの可動部の目標点への移動に対する体勢を整える時間を確保することができる。これによって、ロボットの動作と作業員の動作とのタイミングが合わなかったり、ロボットと作業員とが衝突したりすることによって発生する損失時間を低減することができ、作業効率が向上する。

本発明の態様の一つでは、制御部は、経由点を、動作の開始点を中心点として、動作の開始点と目標点とを結ぶ線分に対して所定の閾値以上の角度をなす位置に設定してもよい。これによって、ロボット又はロボットの可動部が目標点へ向かう方向とは異なる方向に
向かって動き出すので、前兆動作と目標点へ向かう動作との違いが明確となり、前兆動作が行われていることが認知されやすくなる。

本発明の態様の一つでは、制御部は、経由点を、動作の開始点を通り、動作の開始点と目標点とを結ぶ線分に直交する平面を挟んで、目標点とは反対側に設定してもよい。これによって、前兆動作と目標点へ向かう動作との違いがより明確となり、前兆動作が行われていることが認知されやすくなる。

本発明の態様の一つでは、制御部は、センサの検知値に基づいて、ロボット周辺の障害物の存在を検出し、障害物の位置に応じて、複数の経由候補点から経由点を選択するようにしてもよい。または、制御部は、センサの検知値に基づいて、ロボット周辺の障害物の存在を検出し、障害物の位置に応じて、動的に経由点を決定するようにしてもよい。障害物は、例えば、作業員、他のロボット、作業台等である。これによって、ロボット周辺に存在する障害物に応じて経由点を柔軟に設定することができ、ロボット又はロボットの可動部と障害物とが干渉することを回避することができる。

本発明の態様の一つでは、制御部は、ロボットが静止状態から目標点への移動を行う場合に、前兆動作を行わせるようにしてもよい。ロボットが静止状態の場合には、共に作業する作業員の注意がロボットから外れている場合が多い。その為、ロボットが静止状態から動き出す場合に前兆動作を行わせることで、共に作業する作業員の注意をロボットに向けさせることができ、当該作業員がロボット又はロボットの可動部の動作に合わせるための時間を確保することができる。

本発明の態様の一つでは、制御部は、前兆動作として、ロボット自体又は可動部を、動作の開始点から経由点を経由させ、一旦動作の開始点に戻してから、目標点へ移動させるようにしてもよい。ロボット又はロボットの可動部が経由点から動作の開始点に戻るので、前兆動作と目標点へ向かうという本来の動作との境界が明確になり、例えば目標点付近に位置する作業員がロボット又はロボットの可動部が目標点へ向かってくることを予測しやすくなる。

本発明は、上記処理の少なくとも一部を含む制御方法、または、かかる方法を実現するためのプログラムやそのプログラムを非一時的に記録した記録媒体として捉えることもできる。なお、上記手段および処理の各々は可能な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、人とロボットとの共同作業における作業効率を向上させることができる。

図１は、第１実施形態に係るロボット制御システムのシステム構成の一例を示す図である。 図２は、第１実施形態に係るロボット制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 図３は、ロボット制御装置の機能構成の一例を示す図である。 図４は、ロボットの経路情報の一例を示す図である。 図５は、前兆動作がある場合のロボットの移動経路の一例を示す図である。 図６は、前兆動作がある場合のロボットの移動経路の一例を示す図である。 図７は、前兆動作がある場合のロボットの移動経路の一例を示す図である。 図８は、ロボット制御装置の動作制御部の前兆動作の付随制御の処理のフローチャートの一例である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。

＜適用例＞
人間は、所定の動作を行う前に当該所定の動作が行われることを示す前兆動作を行うことが多い。例えば、ボールを投げるという動作の前には、振りかぶるという前兆動作がある。例えば、椅子に座った状態から起立するという動作の前には、重心移動という前兆動作がある。すなわち、人間同士の共同作業では、互いの前兆動作によって所定の動作の開始を予測することができるため、互いの作業の邪魔にならないように動くことができ、作業員同士の衝突等によって作業が一旦停止したり、互いの動作タイミングがずれることで作業が遅れたりすることを抑制できる。

一方、ロボットは、消費電力等の観点から余計な動きをしないように設計されることが多い。そのため、人とロボットとが共同作業する場合において、ロボットは前兆動作を行わないため、例えば、ロボットが静止状態から動作を開始する場合に、共に作業する作業員はロボットの動き出しを予測できずにロボットと作業員とが衝突したり、動作のタイミングがずれたりする可能性がある。

そこで、本発明の態様の一つでは、人と共同作業を行う協働ロボットに、共同作業に係る動作の前に前兆動作を行わせる。共同作業における或る目的の達成に寄与する動作を、以降、本動作（original operation）、と称する。本動作には、例えば、作業対象物を目標位置に移動させる、所定の位置にある対象物を加工する、等がある。また、本動作には、協働ロボット自体が所定の地点から別の地点へと移動して作業対象物を運ぶことが含まれてもよい。本発明の態様の一つでは、移動を伴う本動作を前提とする。本明細書において、ロボットと称する場合には協働ロボットを示していることとする。

前兆動作は、当該前兆動作の実行の有無が当該前兆動作に対応する本動作の目的の達成に影響しない動作である。前兆動作は、例えば、本動作に含まれる移動の方向とは別の方向に設定されている経由点を経由させること等である。本発明の態様の一つでは、前兆動作は、少なくとも移動を含むこととする。

ロボットは、ロボット制御装置によって制御されており、ロボット制御装置からの指令に従って動作を行う。本発明の態様の一つでは、ロボット制御装置が、ロボットに本動作に含まれる移動を行わせる際に、経由点を決定し、当該経由点を経由して本動作に含まれる移動の目標点へ向かう移動経路を生成し、当該経路での移動をロボットに実行させる。

ロボットに前兆動作を行わせることによって、共に作業を行う作業員は、ロボットが本動作を開始することを予測でき、ロボットの動作に合わせて作業員が作業を行うことができる。これによって、例えば、ロボットと作業員との衝突又は衝突のおそれがなくなり、ロボットの動作と作業員の動作とのずれが少なくなったりして、１つの作業対象物に係る処理におけるロスタイムを削減できたり、単位時間当たりに処理可能な対象物の数が増えたりして、作業効率が向上する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るロボット制御システムのシステム構成の一例を示す図である。ロボット制御システム１００は、作業員と共同作業を行うロボットの制御を行うシステムである。

ロボット制御システム１００は、ロボット制御装置１、ロボット２、センサ３、設定装置４を含む。例えば、ロボット制御装置１とロボット２とは同じ筐体に搭載されており、当該筐体内においてケーブル等で直接接続されている。ただし、これに限られず、ロボット制御装置１とロボット２とはそれぞれ異なる場所に存在し、ネットワークを通じて間接的に接続されているのであってもよい。

ロボット２は、第１実施形態では、垂直多関節ロボットを想定する。ただし、これに限定されない。ロボット２は、複数の関節２１、２２と、複数のアーム２３と、を備える。関節２１は、例えば、当該関節２１に接続されているアーム２３のひねりの動きを制御する。関節２２は、例えば、当該関節２２の両端に接続されている２つのアーム２３の角度、すなわち、ロボット２の曲げの動きを制御する。各関節には、モータが内蔵されており、当該モータには回転位置検出センサが内蔵されているので、現在の回転角度が把握可能となっている。関節の回転角度を位置ともいう。回転位置検出センサは、ロータリエンコーダとも呼ばれる。

ロボット２の先端は、フランジ面２４である。フランジ面２４は、ツールが取り付けられるように形成されている。ツールには、例えば、ドリル、吸着器、二指ハンド等の種類がある。ロボット２は、ツールの種類を変えることで、様々な種類の処理を行うことができる。以下、フランジ面２４を、単に、フランジ２４と称する。

第１実施形態では、ロボット２は垂直多関節ロボットであることが想定されているので、可動部は関節２１、関節２２、及びアーム２３となり、フランジ２４がロボット２の移動を考える場合の中心点となる。すなわち、第１実施形態では、ロボット２の移動という場合にはフランジ２４の移動とそれに伴って変化する各関節２１、２２の位置を示すこととなる。

アームの長さ等のロボット２の仕様が既知であれば、各関節２１、２２の回転角度が決まると、ロボット２の姿勢が一意に決定される。また、フランジ２４の位置を決めると、各関節２１、２２の回転角度を決めることができる。

すなわち、ロボット２をフランジ２４が所定の位置にある目標の姿勢にさせることは、各関節２１、２２の回転角度を、ロボット２が目標の姿勢となるような目標値にすることである。各関節２１、２２の回転角度を目標値にするための方法として、例えば、ＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御、Ｐ制御、ＰＩ制御等がある。各関節２１、２２の回転角度の制御の機能は、例えば、各関節２１、２２のモータに内蔵されており、ロボット制御装置１は、各関節２１、２２のモータに対して目標値となる回転角度を与える。

すなわち、ロボット制御装置１は、ロボット２に所定の動作を実行させる場合には、当該動作における各時刻において、ロボット２の各関節２１、２２へ位置の目標値を与えることになる。動作における各時刻とは、所定間隔の時間周期のことである。

センサ３は、例えば、画像センサ、赤外線センサ、レーザセンサ等である。センサ３は、例えば、ロボット２のフランジ２４、各関節２１、２２等の所定の位置に設置されている。ただし、これに限られず、センサ３は、ロボット２を測定可能なようにロボット２の周囲に設置されていてもよい。センサ３は、例えば、ロボット制御装置１とケーブル等で直接接続されてもよいし、無線通信によって接続されていてもよいし、ネットワークを介して接続されていてもよい。

センサ３の検知値は、ロボット制御装置１へ送信される。ロボット制御装置１は、センサ３の検知値に基づいて、ロボット２の周囲に存在する障害物の存在を検知し、障害物を回避するように移動経路を生成する。障害物には、例えば、作業員、作業台、他のロボット等が含まれる。

設定装置４は、ロボット制御装置１とネットワークを通じて接続されている。例えば、設定装置４は、ロボット制御装置１を制御する装置である。例えば、オペレータは設定装置４を操作し、ネットワークを通じて、ロボット制御装置1に対してロボット２の動作に
関する設定を行ったり、ロボット制御装置１からロボット２の設定状態を取得したりする。ただし、これに限られず、設定装置４は、ロボット制御装置１と、例えばケーブル等で直接接続されてもよい。

第１実施形態では、ロボット制御装置１は、ロボット２に対して、本動作を開始する前に前兆動作を実行させる。ロボット２に実行させる前兆動作は、第１実施形態では、フランジ２４を動作の開始点から見て本動作に含まれる移動の目標点へ向かう方向とは異なる方向に設定された経由点を経由する動作である。第１実施形態では、ロボット制御装置１は、ロボット２のフランジ２４が、経由点に達すると、当該経由点から本動作に含まれる移動の目標点へ移動するように移動経路を生成し、当該移動経路に従ってロボット２の各関節２１、２２を制御することによって、前兆動作及び本動作に含まれる移動を実行させる。

ロボット２とともに作業を行う作業員は、通常、本動作に含まれる移動の目標点付近に存在することが多い。したがって、経由点を経由させてロボット２のフランジ２４を目標点へ移動させることによって、ロボット２とともに作業を行う作業員に、ロボット２の本動作の開始を予測させることができる。また、経由点が本動作に含まれる移動の目標点への方向とは異なる方向に設定されているので、前兆動作と本動作とを区別しやすい。また、このような前兆動作によって本動作に含まれる目標点への移動までのある程度の時間を確保できるので、共に作業を行う作業員は、ロボット２の本動作に続く自身の動作の準備の時間を確保することができる。

（ロボット制御装置の構成）
図２は、第１実施形態に係るロボット制御装置１のハードウェア構成の一例を示す図である。ロボット制御装置１は、例えば、ハードウェア構成要素として、プロセッサ１０１、記憶部１０２、ネットワークインタフェース１０３、ロボットインタフェース１０４を備える。

プロセッサ１０１は、ロボット制御装置１が行う制御を司る演算装置である。プロセッサ１０１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算処理装置によって
実現することができる。

ロボットインタフェース１０４は、ロボット２とのインタフェースである。ネットワークインタフェース１０３は、例えば、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークにロボット制御装置１を接続させるためのインタフェースである。ネットワークインタフェース１０３は、例えば、ロボット２とは別の位置に設置されているセンサや、ロボット制御装置１の上位装置である設定装置４との通信に用いられる。ネットワークインタフェース１０３は、例えば、無線ＬＡＮ等の無線通信に対応する回路であってもよい。

記憶部１０２は、例えば、主記憶装置と補助記憶装置を含む。主記憶装置は、プロセッサ１０１によって実行されるプログラムや、当該プログラムが利用するデータが展開されるメモリである。補助記憶装置は、プロセッサ１０１において実行されるプログラムや、
当該制御プログラムが利用するデータが記憶される装置である。補助記憶装置には、プロセッサ１０１によって実行されるプログラムをアプリケーションとしてパッケージ化したものを記憶してもよい。また、これらのアプリケーションを実行するためのオペレーティングシステムを記憶してもよい。補助記憶装置に記憶されたプログラムが主記憶装置にロードされ、プロセッサ１０１によって実行されることで、後述の機能構成要素の処理が行われる。

主記憶装置は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）を含んでもよい。また、補助記憶装置は、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM）やハード
ディスクドライブ（ＨＤＤ、Hard Disk Drive）を含んでもよい。さらに、補助記憶装置
は、リムーバブルメディア、すなわち可搬記録媒体を含んでもよい。リムーバブルメディアは、例えば、ＳＤカード、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、あるいは、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）のようなディスク記録媒体である。なお、ロボット制御装置１のハードウェア構成は、図２に示されるものに限定されない。なお、設定装置４も、汎用のコンピュータ、専用のコンピュータであって、ロボット制御装置１のハードウェア構成と同様に、プロセッサ、記憶部、ネットワークインタフェースを備える。設定装置４は、さらに、キーボード、マウス等の入力装置とディスプレイ等の出力装置も備える。

図３は、ロボット制御装置１の機能構成の一例を示す図である。ロボット制御装置１は、機能構成要素として、動作制御部１１、経路生成部１２、経路情報データベース（ＤＢ）１３、動作ＤＢ １４を備える。これらの機能構成要素それぞれの処理は、プロセッサ１０１が記憶部１０２に記憶されるプログラムを実行することによって達成される。

動作制御部１１は、ロボット２の動作の制御を行う。例えば、開始条件が満たされた場合に、動作制御部１１は、本動作の開始をロボット２に指示する。本動作の開始条件は予め設定されており、例えば、ロボット制御装置１へ上位装置又は作業員から本動作の開始指示が入力されること、所定の他の本動作が終了したこと、周期的な開始タイミングになること、等である。本動作の開始条件は、後述の動作情報ＤＢ １４に保持されている。

動作制御部１１は、本動作の開始前に実行する前兆動作を決定する。第１実施形態では、前兆動作は、ロボット２（フランジ２４）の動作の開始点から本動作に含まれる移動の目標点への方向とは異なる方向に設定された経由点を経由する動作である。本動作に含まれる移動の目標点は、後述の動作情報ＤＢ １４に保持されている。本動作に複数の移動が含まれる場合には、最初の移動の目標点が採用される。

ロボット２（フランジ２４）の動作の開始点は、第１実施形態では、ロボット２（フランジ２４）の現在位置であるとする。ただし、ロボット２（フランジ２４）の動作の開始点は、ロボット２（フランジ２４）の現在位置に限定されず、本動作の開始点が定義されている場合には、本動作の開始点であってもよい。本動作の開始点が動作の開始点に設定されており、且つ、現在位置が本動作の開始点でない場合には、例えば、動作制御部１１は、ロボット２（フランジ２４）を、まず現在位置から本動作の開始点に移動させ、その後、前兆動作を経て本動作を行わせるように制御してもよい。

第１実施形態では、動作制御部１１は前兆動作の決定処理として、経由点を決定する。経由点は、ロボット２（フランジ２４）の動作の開始点から本動作に含まれる移動の目標点への方向とは異なる方向に設定される。このとき、動作制御部１１は、センサ３の検知値に基づいてロボット２の周辺に存在する障害物を検知し、障害物の位置に応じて経由点を決定する。経由点は、例えば、予め設定されている経由点の候補の中から選択されてもよいし、動的に決定されてもよい。経由点の候補は、例えば、後述の経路情報ＤＢ １３
に保持されている。経由点の動的な決定方法は、例えば、動作開始点から所定の範囲内でランダムに決定する方法や、経由点の履歴等に基づいて決定する方法、その他公知の決定方法のいずれであってもよく、特定の決定方法に限定されない。いずれの場合にも、経由点は、ロボット２（フランジ２４）の動作の開始点から本動作に含まれる移動の目標点への方向とは異なる方向にあり、障害物との干渉がない位置に決定される。

経由点を決定すると、動作制御部１１は、ロボット２（フランジ２４）が、動作の開始点、経由点、本動作に含まれる移動の目標点の順で経由し、且つ、検知された障害物を回避する経路の生成を経路生成部１２に依頼し、当該経路情報を取得する。ロボット２の経路情報を取得すると、動作制御部１１は、ロボット２へ動作の指示を行う。

経路生成部１２は、動作制御部１１からの指示に従って、ロボット２（フランジ２４）の経路を生成する。経路生成部１２には、動作制御部１１から、ロボット２（フランジ２４）の動作の開始点、経由点、本動作に含まれる移動の目標点、検知された障害物の位置の情報が入力される。経路生成部１２は、ロボット２（フランジ２４）が動作の開始点、経由点、本動作に含まれる移動の目標点の順に移動し、且つ、障害物を回避するように、ロボット２（フランジ２４）の移動経路を取得する。

ロボット２（フランジ２４）の移動経路の取得方法には、例えば、予め設定されている複数の移動経路の候補の中から、フランジ２４の動作の開始点、経由点、本動作に含まれる移動の目標点、障害物の位置に応じた移動経路を選択する方法と、動的に決定する方法とがある。フランジ２４の移動経路の算出方法は、周知の経路算出方法のいずれであってもよく特定の方法に限定されない。フランジ２４の移動経路の候補は、後述の経路情報ＤＢ １３に保持されている。

例えば、経由点が予め設定されている経由点の候補の中から選択される場合には、移動経路も予め設定されている移動経路の候補の中から選択されるようにしてもよい。例えば、経由点が動的に決定される場合には、移動経路も動的に決定されてもよい。

フランジ２４の移動経路が決まると、例えば、各時刻における各関節２１、２２の位置も決まる。経路生成部１２は、例えば、まず、フランジ２４の移動経路を求め、各時刻におけるフランジ２４の位置から、各時刻における各関節２１、２２の位置（回転角度）を決定する。経路生成部１２は、例えば、各時刻における各関節２１、２２の位置をロボット２の経路情報として動作制御部１１に出力する。

経路情報ＤＢ １３、動作情報ＤＢ １４は、例えば、ロボット制御装置１の記憶部１０２内に生成されるデータべースである。経路情報ＤＢ １３には、予め決定されているロボット２（フランジ２４）の経由点の候補及びフランジ２４の移動経路の候補が複数保持されている。また、動的に決定された経由点と移動経路との履歴情報が保持されて、当該履歴情報が経由点及び移動経路の候補として用いられてもよい。

動作情報ＤＢ １４には、本動作に含まれる移動の目標点の位置情報、目標点において行われる処理の内容等の情報が含まれている。動作情報ＤＢ １４には、例えば、本動作の開始点の位置情報が含まれていてもよい。

なお、図３に示されるロボット制御装置１の機能構成は一例であって、これに限られない。また、ロボット制御装置１の各機能構成要素の処理は、別々の独立したコンピュータによって実行されてもよい。また、ロボット制御装置１の各機能構成要素は、例えば、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）のような回路によって実現されてもよい。

図４は、ロボット２の経路情報の一例を示す図である。図４に示されるようなデータがロボット２の経路情報として経路情報ＤＢ １３に保持されている。ロボット２の経路情報は、例えば、各関節２１、２２の位置の時系列データとして表現される。各時刻間の時間間隔は、例えば、０．０５秒〜１秒の間のいずれかの値である。

各関節の位置は角度で示される。図４では、関節の位置を示す値は、０度から３６０度の角度を０〜１０２３段階表記に変換した値で示されている。フランジ２４の位置もロボット２の経路情報として含まれてもよいが、フランジ２４の位置は各関節２１、２２の位置から一意に決定されるため、ロボット２の経路情報として含まれなくともよい。

なお、図４に示されるロボット２の経路情報は一例であって、ロボット２の経路情報には、例えば、各関節２１、２２の角速度の時系列データが含まれてもよい。

図５、図６、及び図７は、前兆動作がある場合のロボット２の移動経路の一例を示す図である。Ａ点は動作の開始点、Ｂ点は本動作に含まれる移動の目標点、Ｃ点は経由点を示す。また、図５、図６、及び、図７中の円は障害物を示す。障害物には、例えば、作業員、他のロボット、作業台、作業の対象物以外の素材等がある。図５〜図７では、比較のため、前兆動作がない場合のロボット２の移動経路も示されている。図５〜図７における点線は、前兆動作がない場合の移動経路を示す。図５〜図７における実線は、前兆動作がある場合の移動経路を示す。なお、図５〜図７で実線及び点線で示されるロボット２の移動経路は、フランジ２４の移動経路である。

図５には、動的に経由点が決定される場合のロボット２の移動経路の一例が示される。まず、前兆動作がない本動作の移動では、動作の開始点Ａから本動作に含まれる移動の目標点Ｂへ障害物と干渉しないように、例えば、図中の点線のような移動経路が生成される。

なお、実際には、フランジ２４の先にツールが存在し、フランジ２４からロボット２の筐体の方向には複数の関節２１、関節２２、アーム２３が存在する。このため、フランジ２４が障害物と干渉しないように移動経路が決定される際には、関節２１、関節２２、アーム２３それぞれについても、障害物と干渉するか否かが考慮されて、各時刻におけるフランジ２４の位置に応じた位置が決定される。また、フランジ２４（中心点）の位置情報は、中心点の座標（三次元）だけでなく、ロボット２の姿勢（三次元）も含まれるので、図５は６次元空間における中心点の位置を示している。したがって、図５における各障害物の範囲は、物体が三次元空間内で占有する空間を示すのではなく、障害物とロボット２とが干渉する際の、ロボット２の位置（フランジ２４）の位置の範囲を示す。

次に、前兆動作がある場合の移動経路において、例えば、経由点Ｃは、経由点の設定条件に従って、フランジ２４が届く範囲内で設定される。経由点の設定条件の一つに、例えば、経由点の設定は、動作の開始点Ａと本動作に含まれる移動の目標点Ｂとを結ぶ線分ＡＢ上を除くこと、すなわち、経由点は、動作の開始点Ａから見て、本動作に含まれる移動の目標点Ｂへの方向とは異なる方向に設定すること、がある。この経由点の設定条件の一つによって、本動作とは異なる前兆動作が開始されることを認識しやすくなる。

また、経由点の設定条件の一つには、例えば、経由点を、動作の開始点Ａと本動作に含まれる移動の目標点Ｂとの線分ＡＢに直交し、動作の開始点Ａを通る面を挟んで、本動作に含まれる移動の目標点Ｂの反対側に設定することがある。この経由点の設定条件の一つによって、本動作の移動の方向と前兆動作の移動の方向との違いがより明確になるので、共に作業する作業員がロボット２の前兆動作が開始されたことをより認識しやすくなる。また、経由点の設定条件の一つに、例えば、経由点を動作の開始点Ａから所定距離以上離
れた位置に設定することが含まれてもよい。経由点を動作の開始点Ａからより遠ざけた位置に設定すると、前兆動作が大振りになり、前兆動作をより認識しやすくなる。また、経由点の設定条件の一つとして、動作の開始点Ａと本動作に含まれる移動の目標点Ｂとの線分ＡＢよりも、本動作に含まれる移動の目標点Ｂと経由点Ｃとの線分ＢＣの方が大きい（線分ＡＢ＜線分ＢＣ）、すなわち、本動作に含まれる移動の目標点Ｂからの距離が動作の開始点Ａよりも経由点Ｃの方が遠いことがあってもよい。

また、経由点の設定条件の一つは、例えば、障害物との位置関係、ロボット２のアームの長さ等を考慮して設定されてもよい。より詳細には、経由点の設定条件の一つには、障害物から所定距離以上とすること、動作の開始点Ａから見て障害物とは異なる方向に設定すること等があってもよい。例えば、図５に示される位置に障害物５１が存在する場合には、動作の開始点Ａから見て障害物５１とは異なる方向に、障害物５１とは所定の距離以上離れた位置に経由点Ｃが設定される。

また、経由点Ｃから本動作に含まれる移動の目標点Ｂまでの経路において、動作の開始点Ａを通過してもよいし、通過しなくてもよい。なお、動作の開始点Ａ→経由点Ｃ→本動作に含まれる移動の目標点の移動経路が作成される場合には、前兆動作と本動作の移動とが一つの移動として捉えられるので、前兆動作と本動作との境界は明確でない。一方、動作の開始点Ａ→経由点Ｃ→動作の開始点Ａの移動を前兆動作、動作の開始点Ａ→本動作に含まれる移動の目標点Ｂの移動を本動作と定義することもでき、この場合には、前兆動作と本動作とをつなげるため、前兆動作と本動作との境界で位置、角度、速度等が一致するように境界条件が設定される。境界条件は、位置情報、角度情報、速度、角速度等のパラメータによって予め決定される。

図５では、前兆動作がある場合の移動経路は、線分ＡＢと直交し点Ａを通る面の点Ｂとは反対側であって、障害物５１とは干渉しない位置に経由点Ｃが設定されている。また、図５に示される前兆動作がある場合の移動経路は、経由点Ｃから本動作に含まれる移動の目標点までの移動において動作の開始点Ａを通過しない。なお、図５に示される経由点Ｃを通過する前兆動作がある場合の移動経路は一例であって、動作の開始点Ａ、経由点Ｃ、本動作に含まれる移動の目標点Ｂを通過し、障害物と干渉しない経路であれば如何様な経路であってもよい。

図６は、経由点が予め設定されている複数の経由点の候補から決定される場合のロボット２の移動経路の一例である。図６では、経由点の候補として予め点Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が設定されている。点Ｃ１〜Ｃ３の位置情報は経路情報ＤＢ １３に格納されている。経由点が予め設定されている複数の経由点の候補から決定される場合でも、上述のような経由点の設定条件が満たされるように経由点が設定される。図６に示される例では、図６に示される位置に障害物５１が存在するので、障害物５１から所定距離以上にある点Ｃ１が経由点に選ばれている。

図７は、予め１つの経由点の候補に対して当該経由点の候補に至るまでの複数の点と経由順とが設定されている場合のロボット２の移動経路の一例である。図７では、経由点の候補として点Ｃが設定されており、点Ｃに付随して、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、点Ｇが、点Ｄ→点Ｅ→点Ｆ→点Ｇの経由順で設定されている。点Ｃを経由する場合には、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、点Ｇの順で経由するように移動経路が作成される。このように、１つの経由点の候補に対して複数の点と経由順とが予め設定されていることによって、動作の開始点Ａから経由点Ｃまでの経路が固定化される。例えば、動作の開始点Ａ及び本動作に含まれる移動の目標点Ｂが固定されている場合には、前兆動作の移動の経路が固定化される可能性が高く、前兆動作の移動の経路が固定化されると、前兆動作の開始がより認識されやすくなる。なお、複数の経由点の候補と、各候補について複数の点と経由順とが設定されていてもよ
い。

（処理の流れ）
図８は、ロボット制御装置１の動作制御部１１の前兆動作の付随制御の処理のフローチャートの一例である。前兆動作の付随制御の処理は、本動作に前兆動作を付随させる処理である。図８に示される処理は、ロボット制御装置１及びロボット２が稼働中、繰り返し実行される。図８に示される処理の実行主体は実際にはプロセッサ１０１であるが、便宜上、機能構成要素である動作制御部１１を主体として説明する。

ＯＰ１０１では、動作制御部１１は、開始条件が満たされた否かを判定する。開始条件が満たされた場合には（ＯＰ１０１：ＹＥＳ）、処理がＯＰ１０２に進む。開始条件が満たされていない場合には（ＯＰ１０１：ＮＯ）、図８に示される処理が終了する。

ＯＰ１０２では、動作制御部１１は、ロボット２が静止状態であるか否かを判定する。ロボット２が静止状態であるか否かは、例えば、ロボット２の位置情報（各関節２１、２２の位置情報）の履歴において、直近の所定期間の変化が所定値未満であるか否かによって判定される。ロボット２が静止状態である場合には（ＯＰ１０２：ＹＥＳ）、処理がＯＰ１０３に進む。ロボット２が静止状態でない場合には（ＯＰ１０２：ＮＯ）、図８に示される処理が終了する。

ＯＰ１０３では、動作制御部１１は、センサ３の検知値を取得し、ロボット２の周辺の障害物の存在の検知を行う。ＯＰ１０４では、動作制御部１１は、経由点を決定する。経由点は、上述の設定条件に従って設定される。ＯＰ１０５では、動作制御部１１は、経路生成部１２に、動作の開始点→経由点→本動作に含まれる移動の目標点となるロボット２（アーム２３）の移動経路の生成を依頼し、取得する。

ＯＰ１０６では、動作制御部１１は、取得した移動経路に従って、ロボット２の移動の制御処理を行う。具体的には、移動経路の情報にしたがって、各時刻に各関節２１、２２の位置情報をロボット２の各関節２１、２２に送信する。ロボット２（フランジ２４）が本動作に含まれる移動の目標点に到達すると、図８に示される処理が終了する。なお、動作制御部１１の前兆動作の付随制御の処理は、図８に示される処理に限定されず、実施の形態に応じて適宜変更可能である。例えば、図８ではＯＰ１０２においてロボット２が静止状態であることが判定され、ロボット２が静止状態となるまでは経由点が決定されず、前兆動作が行われないが、これに限定されず、ロボット２が静止状態であるか否かにかかわらず、経由点が決定され、前兆動作が行われるようにしてもよい。すなわち、ＯＰ１０２の処理は省略されてもよい。

<第１実施形態の作用効果＞
第１実施形態では、ロボット制御装置１は、ロボット２に、静止状態からの移動を伴う動作の開始前に、前兆動作を行わせる。前兆動作は、第１実施形態では、ロボット２の動作の開始点から本動作に含まれる移動の目標点への方向とは異なる方向に位置する経由点を経由する動作である。このような前兆動作をロボット２に行わせることによって、ロボット２とともに作業を行う作業員、特に、本動作に含まれる移動の目標点付近に位置する作業員がロボット２が本動作に含まれる移動の目標点への移動を行うことを予測しやすくなり、作業員がロボット２の動作に合わせて作業を行いやすくなる。また、本来余計な処理として扱われる動作である前兆動作をあえてロボット２に行わせることで、本動作に含まれる移動の目標点までの移動時間を本動作のみの場合よりも長くとれるので、作業員はロボット２との共同作業への準備時間を確保することができる。これによって、ロボット２と作業員との共同作業の効率が向上する。また、ロボット２の本動作に含まれる移動の目標点への移動を作業員が予測しやすくなることによって、ロボット２と作業員との衝突
等を予防することができる。

また、前兆動作は、第１実施形態では、動作の開始点と本動作に含まれる移動の目標点を結ぶ線分と直交し、動作の開始点を含む面を挟んで、本動作に含まれる移動の目標点の反対側に設定された経由点を経由する。このような前兆動作によって、本動作の移動の方向と前兆動作の移動の方向との違いがより明確になるので、前兆動作が開始されたことをより認識しやすくなる。

また、第１実施形態では、ロボット制御装置１は、センサ３の検知値からロボット２の周辺の障害物を検知し、障害物の位置に応じて、経由点を設定する。これによって、ロボット２が障害物に干渉する可能性を低減することができる。

第１実施形態では、ロボット２の静止状態から移動を伴う本動作が開始される場合に前兆動作をロボット２に行わせる。ロボット２が静止状態から動き出す場合には、共に作業する作業員がロボット２の動きを検知することが遅れる可能性が高く、これによって、作業が遅延する可能性が高い。静止状態から動き出す場合にロボット２に前兆動作を行わせることによって、共に作業する作業員がロボット２の動き出しの検知が遅れた場合でも、ロボット２が本動作に含まれる移動の目標点に達するまでに作業員に準備をさせる時間を確保できるので、作業の遅延を抑制することができる。

＜その他＞
上記実施形態は、本発明の構成例を例示的に説明するものに過ぎない。本発明は上記の具体的な形態には限定されることはなく、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、第１実施形態では、ロボット制御装置１は、経由点の設定の前にロボット２周辺の障害物の検知を行うが、これに限定されない。例えば、ロボット制御装置１は、ロボット２の動作中、所定の周期で周辺の障害物の検知を行い。リアルタイムに検知された障害物の位置に応じて、ロボット２の移動経路を変更してもよい。このとき、障害物のリアルタイムな検知結果に応じて、経由点の位置も変更されてもよい。

第１実施形態では、ロボット２は垂直多関節ロボットであることが想定されたが、第１実施形態において説明された技術が適用できるロボットは垂直多関節ロボットに限定されない。例えば、ロボット２自身が移動して作業の対象物を移動させるような運搬を行うロボットにも適用可能である。

＜プロセッサ＞
上記実施形態において、ロボット制御装置１は、ＣＰＵを備え、主記憶装置内にプログラムから展開された命令を実行することによって、説明された処理を実行する。ＣＰＵは、ＭＰＵ（Microprocessor）、プロセッサとも呼ばれる。ＣＰＵは、単一のプロセッサに限定される訳ではなく、マルチプロセッサ構成であってもよい。また、単一のソケットで接続される単一のＣＰＵがマルチコア構成を有していても良い。上記各部の少なくとも一部の処理は、ＣＰＵ以外のプロセッサ、例えば、Digital Signal Processor(DSP)、Graphics Processing Unit（GPU）、数値演算プロセッサ、ベクトルプロセッサ、画像処理プロセッサ等の専用プロセッサで行われても良い。また、上記各部の少なくとも一部の処理は、集積回路（ＩＣ）、その他のディジタル回路であっても良い。また、上記各部の少なくとも一部にアナログ回路が含まれても良い。集積回路は、ＬＳＩ、Application Specific
Integrated Circuit（ASIC）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）を含む。Ｐ
ＬＤは、例えば、Field-Programmable Gate Array(FPGA)を含む。上記各部は、プロセッ
サと集積回路との組み合わせであっても良い。組み合わせは、例えば、マイクロコントロ
ーラ（ＭＣＵ）、ＳｏＣ（System-on-a-chip），システムＬＳＩ、チップセットなどと呼ばれる。

＜記録媒体＞
コンピュータその他の機械、装置（以下、コンピュータ等）に上記いずれかの機能を実現させるプログラムをコンピュータ等が読み取り可能な記録媒体に記録することができる。コンピュータ等に、この記録媒体のプログラムを読み込ませて実行させることにより、その機能を提供させることができる。

ここで、コンピュータ等が読み取り可能な記録媒体とは、データやプログラム等の情報を電気的、磁気的、光学的、機械的、または化学的作用によって蓄積し、コンピュータ等から読み取ることができる非一時的な記録媒体をいう。このような記録媒体のうちコンピュータ等から取り外し可能なものとしては、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク、ＤＡＴ、８ｍｍテープ、フラッシュメモリなどのメモリカード等がある。また、コンピュータ等に固定された記録媒体としてハードディスク、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）等がある。さらに、ＳＳＤ（Solid State Drive）は、コンピュータ等から取り外し可能な記録媒体としても、コ
ンピュータ等に固定された記録媒体としても利用可能である。

＜付記１＞
作業員と協働するロボット（２）を制御するロボット制御装置（１）であって、
前記ロボット自体（２）の移動又は前記ロボット（２）が有する可動部（２３）の移動を制御する制御部（１０１）を備え、
前記制御部（１０１）は、前記ロボット自体（２）又は前記可動部（２３）の目標点への移動を実行させる場合に、前記目標点への移動の開始の前兆を示す前兆動作として、前記ロボット自体（２）又は前記可動部（２３）を、動作の開始点から前記目標点へ向かう方向とは異なる方向に設定されている経由点を経由させてから前記目標点へ移動させる、ロボット制御装置（１）。
＜付記２＞
作業員と協働するロボット（２）を制御するロボット制御装置（１）が、
前記ロボット自体（２）の移動又は前記ロボット（２）が有する可動部（２３）の移動を制御し、
前記制御において、前記ロボット自体（２）又は前記可動部（２３）の目標点への移動を実行させる場合に、前記目標点への移動の開始の前兆を示す前兆動作として、前記ロボット自体（２）又は前記可動部（２３）を、動作の開始点から前記目標点へ向かう方向とは異なる方向に設定されている経由点を経由させてから前記目標点へ移動させる、
ロボット制御方法。
＜付記３＞
作業員と協働するロボット（２）を制御するロボット制御装置（１）に、
前記ロボット自体（２）の移動又は前記ロボット（２）が有する可動部（２３）の移動を制御させ、
前記制御において、前記ロボット自体（２）又は前記可動部（２３）の目標点への移動を実行させる場合に、前記目標点への移動の開始の前兆を示す前兆動作として、前記ロボット自体（２）又は前記可動部（２３）を、動作の開始点から前記目標点へ向かう方向とは異なる方向に設定されている経由点を経由させてから前記目標点へ移動させる、
ロボット制御プログラム。

１ ：ロボット制御装置
２ ：ロボット
３ ：センサ
１１ ：動作制御部
１２ ：経路生成部
２１ ：関節
２２ ：関節
２３ ：アーム
２４ ：フランジ面
１００ ：ロボット制御システム
１０１ ：プロセッサ
１０２ ：記憶部
１０３ ：ネットワークインタフェース
１０４ ：ロボットインタフェース

Claims (10)

1. 作業員と協働するロボットを制御するロボット制御装置であって、
   前記ロボット自体の移動又は前記ロボットが有する可動部の移動を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、前記ロボット自体又は前記可動部の目標点への移動を実行させる場合に、前記目標点への移動の開始の前兆を示す前兆動作として、前記ロボット自体又は前記可動部を、動作の開始点から前記目標点へ向かう方向とは異なる方向に設定されている経由点を経由させてから前記目標点へ移動させる、
   ロボット制御装置。
2. 前記制御部は、前記経由点を、前記動作の開始点を中心点として、前記動作の開始点と前記目標点とを結ぶ線分に対して所定の閾値以上の角度をなす位置に設定する、
   請求項１に記載のロボット制御装置。
3. 前記制御部は、前記経由点を、前記動作の開始点を通り、前記動作の開始点と前記目標点とを結ぶ線分に直交する平面を挟んで、前記目標点とは反対側に設定する、
   請求項２に記載のロボット制御装置。
4. 前記制御部は、
   センサの検知値に基づいて、前記ロボット周辺の障害物の存在を検出し、
   前記障害物の位置に応じて、複数の経由候補点から前記経由点を選択する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のロボット制御装置。
5. 前記制御部は、
   センサの検知値に基づいて、前記ロボット周辺の障害物の存在を検出し、
   前記障害物の位置に応じて、動的に前記経由点を決定する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のロボット制御装置。
6. 前記制御部は、前記ロボットが静止状態から前記目標点への移動を行う場合に、前記前兆動作を行わせる、
   請求項１から５のいずれか一項に記載のロボット制御装置。
7. 前記制御部は、前記前兆動作として、前記ロボット自体又は前記可動部を、前記動作の開始点から前記経由点を経由させ、一旦前記動作の開始点に戻してから、前記目標点へ移動させる、
   請求項１から６のいずれか一項に記載のロボット制御装置。
8. 作業員と協働するロボットを制御するロボット制御装置が、
   前記ロボット自体の移動又は前記ロボットが有する可動部の移動を制御し、
   前記制御において、前記ロボット自体又は前記可動部の目標点への移動を実行させる場合に、前記目標点への移動の開始の前兆を示す前兆動作として、前記ロボット自体又は前記可動部を、動作の開始点から前記目標点へ向かう方向とは異なる方向に設定されている経由点を経由させてから前記目標点へ移動させる、
   ロボット制御方法。
9. 作業員と協働するロボットを制御するロボット制御装置に、
   前記ロボット自体の移動又は前記ロボットが有する可動部の移動を制御させ、
   前記制御において、前記ロボット自体又は前記可動部の目標点への移動を実行させる場合に、前記目標点への移動の開始の前兆を示す前兆動作として、前記ロボット自体又は前
   記可動部を、動作の開始点から前記目標点へ向かう方向とは異なる方向に設定されている経由点を経由させてから前記目標点へ移動させる、
   ロボット制御プロブラム。
10. 請求項１から７のいずれか一項に記載のロボット制御装置と、
    前記ロボット制御装置によって制御されるロボットと、
    を備えるシステム。

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