JP2021053743A - 制御装置、制御方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】作業者との共同作業時に、作業者に応じた適切な動作をロボットに行わせることが可能な制御装置を提供する。【解決手段】制御装置は、作業者とともに共同作業を行うロボットを制御する。制御装置は、作業者との共同作業をロボットに実行させるための動作プログラムに基づいてロボットを制御する。制御装置は、共同作業時の作業者の動作を算出し、算出された作業者の動作に基づいて動作プログラムを補正する。【選択図】図２

Description

本発明は、制御装置、制御方法およびプログラムに関する。

従来、作業者とともに共同作業を行うロボットの制御装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１の制御装置は、カメラによる撮像結果に基づいて作業者の行動を推定し、その作業者の行動に応じてロボットを動作させるように構成されている。たとえば、組立対象品にユニットを実装する場合には、ロボットによりユニットが実装位置に移動された後に、ロボットおよび作業者によりねじ締めが行われてユニットが組立対象品に取り付けられる。次に、ロボットによりケーブルが組立対象品における所定位置に持ち込まれ、そのケーブルを作業者が受け取り、作業者によりケーブルがユニットに接続される。

そして、ロボットによりユニットが実装位置に移動されるときに、ロボットまたはユニットの作業領域または稼働領域に作業者が入っている場合には、ロボットが減速または停止される。同様に、ロボットによりケーブルが所定位置に移動されるときに、ロボットの作業領域または稼働領域に作業者が入っている場合には、ロボットが減速または停止される。これにより、ロボットおよびユニットが作業者に衝突するのを抑制することが可能である。

特開２０１８−６２０１６号公報

しかしながら、上記した従来の制御装置では、ロボットに作業者との共同作業を行わせることが可能であるが、ロボットの作業領域または稼働領域に作業者が入っているか否かに基づいてロボットが制御されており、作業者の動作について十分に考慮されておらず、この点について改善の余地がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、作業者との共同作業時に、作業者に応じた適切な動作をロボットに行わせることが可能な制御装置、制御方法およびプログラムを提供することである。

本発明による制御装置は、作業者とともに共同作業を行うロボットを制御するものであり、作業者との共同作業をロボットに実行させるための動作プログラムが記憶された記憶部と、共同作業時に動作プログラムに基づいてロボットを制御する制御部と、共同作業時の作業者の動作を算出する算出部と、算出部により算出された作業者の動作に基づいて動作プログラムを補正する補正部とを備える。

このように構成することによって、作業者の動作に基づいて、作業者と共同作業を行うロボットの動作を補正することにより、作業者に応じた適切な動作をロボットに行わせることができる。

本発明による制御方法は、作業者とともに共同作業を行うロボットを制御するものであり、作業者との共同作業をロボットに実行させるための動作プログラムに基づいてロボットを制御するステップと、共同作業時の作業者の動作を算出するステップと、算出された作業者の動作に基づいて動作プログラムを補正するステップとを備える。

本発明によるプログラムは、コンピュータに、作業者との共同作業をロボットに実行させるための動作プログラムに基づいてロボットを制御する手順と、共同作業時の作業者の動作を算出する手順と、算出された作業者の動作に基づいて動作プログラムを補正する手順と、を実行させるためのものである。

本発明の制御装置、制御方法およびプログラムによれば、作業者との共同作業時に、作業者に応じた適切な動作をロボットに行わせることができる。

本実施形態によるロボット制御システムの概略構成を示したブロック図である。 本実施形態のロボット制御システムの動作を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を説明する。

まず、図１を参照して、本発明の一実施形態による制御装置１を備えるロボット制御システム１００の構成について説明する。

ロボット制御システム１００は、たとえば工場の生産現場に適用されるものであり、生産現場においてロボット２に作業者との共同作業を実行させるように構成されている。ロボット制御システム１００では、ロボット２が柵などによって仕切られておらず、人がロボット２にアクセス可能になっている。このロボット制御システム１００は、図１に示すように、制御装置１と、ロボット２と、撮像装置３とを備えている。

制御装置１は、ロボット２を含むロボット制御システム１００を制御するように構成されている。具体的には、制御装置１は、撮像装置３の撮像結果に基づいて、作業者との共同作業をロボット２に行わせるように構成されている。

共同作業とは、作業者およびロボット２によって協力して行われるものであり、作業者が分担する作業とロボット２が分担する作業とを含んでいる。具体例として、共同作業は、ロボット２が第１トレイからワークをピックして所定位置に搬入する作業と、作業者が所定位置のワークに対して加工する作業と、ロボット２が加工されたワークを搬出して第２トレイにプレイスする作業とによって構成されている。共同作業は、たとえば繰り返し実行される。

また、制御装置１は、演算部１１と、記憶部１２と、入出力部１３とを含んでいる。演算部１１は、記憶部１２に記憶されたプログラムなどに基づいて演算処理を実行することにより、制御装置１を制御するように構成されている。記憶部１２には、ロボット２を制御するための動作プログラムなどが記憶されている。動作プログラムは、作業者との共同作業をロボット２に行わせるための基準プログラムと、その基準プログラムを作業者に応じて調整するための調整用データとを含んでいる。基準プログラムは作業者にかかわらず共用され、調整用データは作業者毎に設定されている。すなわち、記憶部１２には、各作業者用の動作プログラムが記憶されている。入出力部１３には、ロボット２および撮像装置３などが接続されている。なお、演算部１１が記憶部１２に記憶されたプログラムを実行することにより、本発明の「制御部」、「算出部」および「補正部」が実現される。また、制御装置１は、本発明の「コンピュータ」の一例である。

ロボット２は、制御装置１によって制御され、作業者との共同作業を行うように構成されている。たとえば、ロボット２は、多軸アームと、多軸アームの先端に設けられたエンドエフェクタとしてのハンドとを有する。多軸アームは、ハンドを移動させるために設けられ、ハンドは、ワークを保持するために設けられている。

撮像装置３は、作業者およびロボット２による共同作業が行われる作業領域を撮像するように構成されている。この作業領域は、共同作業を行う作業者およびロボット２の周囲を取り囲む領域であり、共同作業時において作業者、ロボット２およびワークが通過する領域を含む領域である。撮像装置３は、共同作業を行う作業者を識別するとともに、共同作業時の作業者の動作を算出するために設けられている。撮像装置３の撮像結果は、制御装置１に出力されるようになっている。

ここで、制御装置１は、共同作業時における作業者の動作を算出するとともに、その算出結果に基づいて共同作業を行うロボット２の動作を補正するように構成されている。作業者の動作の算出、および、ロボット２の動作の補正は、作業者毎に行われるとともに、共同作業が実行される度に行われる。すなわち、制御装置１は、共同作業時の作業者の動作に基づいて、その作業者と共同作業を行うロボット２の動作を学習するように構成されている。

具体的には、制御装置１は、撮像装置３の撮像結果に基づいて、ロボット２と共同作業を行う作業者を識別するように構成されている。たとえば、制御装置１は、撮像装置３の撮像結果から作業者の顔を検出し、その検出結果を記憶部１２に記憶された作業者の顔画像のデータベースと照合することにより、作業者を識別するように構成されている。なお、記憶部１２には、データベースに登録された各作業者用の動作プログラムが記憶されている。

そして、制御装置１は、識別された所定の作業者との共同作業をロボット２に行わせる場合に、所定の作業者用の動作プログラムを読み出して、その動作プログラムに基づいてロボット２を動作させるように構成されている。所定の作業者用の動作プログラムには、ロボット２に基準の動作（初期設定での動作）を行わせるための基準プログラムと、所定の作業者用の調整用データとが含まれている。所定の作業者は、ロボット２との共同作業を行う作業者であり、たとえば記憶部１２のデータベースに登録された作業者のいずれかである。

また、制御装置１は、共同作業時における撮像装置３の撮像結果に基づいて、共同作業を行う所定の作業者の動作を算出するように構成されている。すなわち、共同作業時における所定の作業者の位置（占有空間）の経時変化が算出される。そして、制御装置１は、算出された所定の作業者の動作を記憶部１２に記憶し、記憶部１２に蓄積された所定の作業者の動作に基づいて、所定の作業者用の調整用データを算出するように構成されている。つまり、所定の作業者の動作が算出される度に、所定の作業者用の調整用データが補正される。

このような、所定の作業者の動作の算出、および、所定の作業者用の調整用データの補正は、所定の作業者およびロボット２による共同作業が実行される度に行われる。このため、共同作業時の所定の作業者の動作が蓄積されることにより、所定の作業者の動作の特徴（傾向）が現れることから、その所定の作業者の動作の特徴に応じてロボット２の動作が補正されることによって、所定の作業者との共同作業を行うロボット２の動作を所定の作業者に応じた適切なものにすることが可能である。

たとえば、所定の作業者の移動軌跡の特徴に応じて、所定の作業者との干渉（衝突）が抑制されるように、ロボット２の移動軌跡が調整される。また、所定の作業者の移動速度の特徴に応じて、共同作業が円滑に進むように、ロボット２の移動速度が調整される。

−ロボット制御システムの動作−
次に、図２を参照して、本実施形態によるロボット制御システム１００の動作について説明する。なお、以下の各ステップは制御装置１によって実行される。

まず、図２のステップＳ１において、共同作業の開始指示を受け付けたか否かが判断される。そして、共同作業の開始指示を受け付けたと判断された場合には、ステップＳ２に移る。その一方、共同作業の開始指示を受け付けていないと判断された場合には、ステップＳ１が繰り返し行われる。すなわち、制御装置１は、共同作業の開始指示を受け付けるまで待機する。

次に、ステップＳ２において、撮像装置３による共同作業の作業領域の撮像が開始される。そして、共同作業を行う作業者が作業領域に入り、その作業者が撮像装置３によって撮像される。撮像装置３の撮像結果は、制御装置１に入力される。

次に、ステップＳ３において、撮像装置３の撮像結果に基づいて、共同作業を行う作業者が識別される。たとえば、撮像装置３の撮像結果から作業者の顔が検出され、その検出結果が記憶部１２のデータベースと照合されることにより、共同作業を行う作業者が識別される。

次に、ステップＳ４において、識別された所定の作業者用の動作プログラムが読み出される。所定の作業者用の動作プログラムは、共用される基準プログラムと、所定の作業者用の調整用データとを含み、共同作業時に所定の作業者に応じた動作をロボット２にさせるためのものである。

次に、ステップＳ５において、所定の作業者用の動作プログラムが実行されることにより、所定の作業者との共同作業をロボット２に行わせる。共同作業を行うロボット２の動作は、所定の作業者用の調整用データにより、所定の作業者の動作の特徴に応じて調整されている。すなわち、共同作業を行うロボット２の動作は、ロボット２の基準の動作（初期設定での動作）から所定の作業者用に変更されている。所定の作業者およびロボット２による共同作業時には、撮像装置３により作業領域が撮像されており、共同作業を行う所定の作業者が撮像されている。

次に、ステップＳ６において、１回の共同作業が終了された後に、共同作業時における撮像装置３の撮像結果に基づいて、共同作業を行っているときにおける所定の作業者の動作が算出される。すなわち、撮像装置３の撮像結果に基づいて、１回の共同作業が開始されてから終了されるまでの所定の作業者の動作が算出される。

次に、ステップＳ７において、算出された所定の作業者の動作が記憶部１２に記憶される。このため、記憶部１２には、所定の作業者が共同作業を行ったときの動作履歴が蓄積される。

次に、ステップＳ８において、記憶部１２に蓄積された所定の作業者の動作に基づいて、所定の作業者用の調整用データが算出されて更新される。すなわち、ステップＳ６で算出された所定の作業者の動作により、所定の作業者用の調整用データが補正される。つまり、所定の作業者の動作によって所定の作業者用の動作プログラムが補正される。これにより、所定の作業者の動作の特徴に応じて、動作プログラムが補正されることから、次回の所定の作業者との共同作業時のロボット２の動作が補正される。

次に、ステップＳ９において、共同作業の終了指示を受け付けたか否かが判断される。そして、共同作業の終了指示を受け付けたと判断された場合には、ロボット２および撮像装置３が停止され、エンドに移る。その一方、共同作業の終了指示を受け付けていないと判断された場合には、ステップＳ４に戻り、共同作業が繰り返し行われる。

−効果−
本実施形態では、上記のように、共同作業時の所定の作業者の動作に基づいて、その所定の作業者との次回の共同作業時のロボット２の動作を補正することによって、所定の作業者に応じた適切な動作をロボット２に行わせることができる。これにより、ロボット２との共同作業を行う作業者が変更された場合にも、各作業者に応じてロボット２を適切に動作させることができる。その結果、作業者の動作の特徴を十分に考慮した上でロボット２を動作させることができるので、作業者とロボット２とが共同作業を行う環境下における安全性の向上を図ることができる。

たとえば、所定の作業者の移動軌跡の特徴に応じて、所定の作業者との干渉が抑制されるようにロボット２の移動軌跡が調整されることにより、共同作業時にロボット２が所定の作業者と干渉するのを抑制することができる。また、所定の作業者の移動速度の特徴に応じて、共同作業が円滑に進むようにロボット２の移動速度が調整されることにより、共同作業が円滑に行われるので、安全性の向上を図ることができる。

また、所定の作業者の習熟度が向上し、共同作業における所定の作業者が行う作業の作業時間が短くなった場合には、その所定の作業者の習熟度の向上に応じて、所定の作業者との共同作業時のロボット２の動作が補正されることにより、共同作業の作業時間の短縮を図るとともに、共同作業時において所定の作業者が不必要に待機する待機時間の発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、所定の作業者の動作を蓄積することによって、所定の作業者の動作の特徴の推定精度の向上を図ることができる。

−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、ロボットがワークを搬送する例を示したが、これに限らず、ロボットがワークに対して加工などを行うようにしてもよい。すなわち、上記実施形態では、ロボット２が多軸アームおよびハンドを有する例を示したが、これに限らず、ロボットの構造はどのようなものであってもよい。

また、上記実施形態では、作業者の顔によって作業者が識別される例を示したが、これに限らず、作業者が保有するカード（図示省略）によって作業者が識別されるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、撮像装置３を用いて作業者の動作が算出される例を示したが、これに限らず、撮像装置およびイベントカメラを用いて作業者の動作が算出されるようにしてもよいし、撮像装置および電波センサを用いて作業者の動作が算出されるようにしてもよい。

また、上記実施形態において、作業者の動作に加えて、作業者の身体的特徴（たとえば、身長、利き手、手足の長さなど）を考慮して、その作業者用の調整用データが補正されるようにしてもよい。

また、上記実施形態において、記憶部１２に蓄積された過去の作業者の動作から外れ値を除外するようにしてもよい。このように構成すれば、作業者の動作の特徴の推定精度をより向上させることができる。

また、上記実施形態において、算出された所定の作業者の動作が、記憶部１２に蓄積された過去の所定の作業者の動作の特徴と大きく異なる場合に、警告を発するようにしてもよい。

また、上記実施形態において、撮像装置３の撮像結果から作業者の顔を検出し、その検出結果をデータベースと照合して該当する作業者が存在しなかった場合には、共同作業を初めて行う作業者としてデータベースに登録するようにしてもよい。このように、共同作業を初めて行う作業者の場合には、動作プログラムの基準プログラムを読み出して実行することにより、ロボット２では基準の動作（初期設定での動作）が行われるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、作業者が識別され、各作業者の動作に基づいて各作業者用の動作プログラムが補正される例を示したが、これに限らず、作業者が識別されないようにしてもよい。この場合には、各作業者に共通の動作プログラムを、作業者の動作（１つの作業における時系列での体の位置姿勢の推移、すなわち体の占有空間の経時変化）に基づいて、その作業の実行中に補正するようにしてもよい。たとえば、作業者の動きと干渉しないようにロボットの行動計画が最適になるように動作プログラムが補正される。すなわち、共同作業時の作業者の動作に応じて、その共同作業におけるその後のロボットの動作が即時に補正される。つまり、上記した図２のフローチャートにおけるステップＳ３およびＳ７が省略され、共同作業の実行時に作業者の動作の算出および動作プログラムの補正が繰り返し行われるようにしてもよい。

また、上記実施形態において、作業者の作業速度に応じてロボットの作業速度を調整するようにしてもよい。たとえば、各作業工程を担当している作業者の作業速度に合わせて、工程全体でロボットが担っている業務の処理速度を調整するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、所定の作業者との共同作業時に、所定の作業者用の動作プログラムが用いられる例を示したが、これに限らず、所定の作業者との共同作業時に、所定の作業者以外の作業者用の動作プログラムが用いられるようにしてもよい。たとえば、各作業者の動作を比較し、同じ身体的特徴を有する作業者のグループから最も作業効率が高い作業者を選択し、その作業者用の動作プログラムに基づいてロボットを動作させるようにしてもよい。この場合には、作業者がロボットの動きに合わせる必要があることから、作業者の習熟度の向上を図ることが可能である。

本発明は、作業者とともに共同作業を行うロボットを制御する制御装置、制御方法およびプログラムに利用可能である。

１ 制御装置（コンピュータ）
２ ロボット
３ 撮像装置
１１ 演算部
１２ 記憶部
１３ 入出力部
１００ ロボット制御システム

Claims (3)

1. 作業者とともに共同作業を行うロボットを制御する制御装置であって、
   作業者との共同作業を前記ロボットに実行させるための動作プログラムが記憶された記憶部と、
   共同作業時に前記動作プログラムに基づいて前記ロボットを制御する制御部と、
   共同作業時の作業者の動作を算出する算出部と、
   前記算出部により算出された作業者の動作に基づいて前記動作プログラムを補正する補正部とを備えることを特徴とする制御装置。
2. 作業者とともに共同作業を行うロボットを制御する制御方法であって、
   作業者との共同作業を前記ロボットに実行させるための動作プログラムに基づいて前記ロボットを制御するステップと、
   共同作業時の作業者の動作を算出するステップと、
   算出された作業者の動作に基づいて前記動作プログラムを補正するステップとを備えることを特徴とする制御方法。
3. コンピュータに、
   作業者との共同作業をロボットに実行させるための動作プログラムに基づいて前記ロボットを制御する手順と、
   共同作業時の作業者の動作を算出する手順と、
   算出された作業者の動作に基づいて前記動作プログラムを補正する手順と、
   を実行させるためのプログラム。

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