JP2021183362A - ロボットの制御装置及びロボットの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットが機械設備に接触した際に、動作を自動的に復帰させることができるロボットの制御装置を提供する。【解決手段】コントローラの判別部は、ロボットのアームに配置される接触センサからのセンサ信号に基づきアームに接触対象が接触したと判定すると（Ｓ１；ＹＥＳ）、同じくアームに配置される判別用センサ４より入力されるセンサ信号に基づいて、接触対象が人又は機械設備の何れであるかを判別する（Ｓ３）。制御部は、判別部が人と判別した場合にはロボットの動作を保護停止させ（Ｓ２）、機械設備と判別した場合にはロボット１を原位置に復帰させるように制御する（Ｓ４）。【選択図】図４

Description

本発明は、人と協働するロボットを制御する装置及び方法に関する。

近年、人手不足の解消や生産性の向上を背景として、人と協働するロボットのニーズが高まっている。しかし、ロボットの駆動力は大きいことから、安全対策として、ロボットに人が近付いた際には動作を停止させる必要がある。そこで、例えばロボットのアーム表面に感圧センサを配置して、アームが人体に接触することに基づく圧力が検出されると、ロボットの動作を停止させるといった制御が行われている。

特開２０１８−１５５７１１号公報

しかしながら、上記のような技術では、感圧センサが一定以上の圧力を検出する毎にロボットの動作を停止させるため、ロボットが例えば機械設備に接触した際には、機械設備を移動させるか、ティーチングペンダントにより手動でロボットを退避させてからロボットの動作を復帰させることになる。そのため、ロボットの動作を復帰させるまでに時間を要し、生産性を低下させる一因となってしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロボットが機械設備に接触した際に、動作を自動的に復帰させることができるロボットの制御装置及びロボットの制御方法を提供することにある。

請求項１記載のロボットの制御装置によれば、判別部は、多関節型ロボットのアームに配置される接触センサからのセンサ信号に基づきアームに接触対象が接触したと判定すると、同じくアームに配置される判別用センサより入力されるセンサ信号に基づいて、接触対象が人又は機械設備の何れであるかを判別する。判別用センサには、例えば圧力センサ（請求項２），温度センサ（請求項３），熱流センサ（請求項４）等が用いられる。そして、制御部は、判別部が人と判別した場合にはロボットの動作を停止させ、機械設備と判別した場合にはロボットを原位置に復帰させるように制御する。このように制御すれば、ロボットのアームが機械設備に接触したと判別されるとロボットが自動的に原位置に復帰するので、動作を再開させるまでに要する時間を短縮でき、生産性が大きく低下することを回避できる。

請求項２記載のロボットの制御装置によれば、判別部は、圧力センサより入力されるセンサ信号が示す圧力が上昇した後、所定以上のレベルを所定時間を超えて維持すると機械設備と判別し、センサ信号が示す圧力が上昇した後、前記所定時間以内に低下すると人と判別する。このような圧力の時間的変化に基づいて、接触対象を適切に判別できる。

請求項３記載のロボットの制御装置によれば、判別部は、温度センサより入力されるセンサ信号が示す温度が、接触対象の接触を判定した前後に亘って変化しなければ機械設備と判別し、センサ信号が示す温度が、接触を判定した前後に亘って上昇すると人と判別する。このような温度の時間的変化に基づいて、接触対象を適切に判別できる。

請求項４記載のロボットの制御装置によれば、判別部は、熱流センサより入力されるセンサ信号が示す熱流が、接触対象の接触を判定した前後に亘って上昇した後に下降すると機械設備と判別し、センサ信号が示す熱流が、接触を判定した前後に亘って上昇すると人と判別する。このような熱流の時間的変化に基づいて、接触対象を適切に判別できる。

一実施形態であり、ロボットの構成を示す斜視図 ロボットのアームに接触センサ及び判別用センサが配置されている状態を示す縦断面図及び横断面図 ロボットの制御システムを概略的に示す機能ブロック図 コントローラによる処理内容を中心に示すフローチャート 図４のステップＳ３における判別手法を説明する図

以下、一実施形態について説明する。図３はロボットの制御システムを概略的に示している。このシステムは、制御対象としてのロボット１と、このロボット１を制御するコントローラ２と、ロボット１のアームに配置される接触検知センサ３及び人／機械判別用センサ４とを備えている。

図１に示すように、ロボット１は例えば６軸の垂直多関節型ロボットであり、ロボット１では、ベース部６上にショルダ部７が垂直軸を中心として回動又は旋回可能に設けられ、そのショルダ部７の左右両端部に上方に延出される一対の下アーム部８が水平軸を中心に回動可能に連結されている。この下アーム部８の上端部に、中間アーム部９の前端部が水平軸を中心に回動可能に連結されている。

また、中間アーム部９の前端部には、前方に延びる上アーム部１０の後端部が同軸回転可能に連結されており、その上アーム部１０の前端側にはリスト部１１が水平軸を中心に回動可能に連結されている。リスト部１１の前端部にはフランジ部１２が同軸回動可能に連結され、そのフランジ部１２には、図示しないハンド等が取り付けられる。また、図示はしないが、ロボット１の内部には、各軸を駆動するためのサーボモータが組み込まれている。

接触検知センサ３及び判別用センサ４は、図１では図示しないが、図２に示すように、アーム部８の及び９の表面全周を覆うように配置されている。接触検知センサ３は、例えば特許文献１に開示されている柔軟な感圧センサ等であり、判別用センサ４も同様に柔軟な構造のセンサである。これらは積層されており、接触検知センサ３が下層側で判別用センサ４が上層側となっている。判別用センサ４としては、例えば圧力センサや温度センサ，熱流センサの何れか１つ，又は何れか２つ以上の組み合わせが用いられる。これらのセンサ３及び４が出力するセンサ信号は、コントローラ２に入力されている。

コントローラ２は、判別部２ａ及び制御部２ｂを備えている。これらは、マイクロコンピュータのハードウェア及びソフトウェアによって実現される機能部である。判別部２ａは、入力される各センサ信号に基づいて、ロボット１のアームが接触した対象が、人，機械設備の何れであるかを判別する。制御部２ｂは、判別部２ａの判別結果に基づいて、ロボット１を制御する指令を出力する。

次に、本実施形態の作用について説明する。図４に示すように、コントローラ２の判別部２ａは、制御部２ｂがロボット１の運転を開始すると、接触検知センサ３より入力されるセンサ信号に基づいて、ロボット１のアームが接触対象に接触したか否かを判断する（Ｓ１）。尚、ロボット１の運転は、例えば予め行われているティーチングに従った動作となる。コントローラ２は、ステップＳ１で接触を検知せず「ＮＯ」と判断している間にも、判別用センサ４より入力されるセンサ信号を、一定の制御周期毎にサンプリングしている。

ロボット１のアームが接触対象に接触したと判断すると（Ｓ１；ＹＥＳ）、コントローラ２の制御部２ｂは、ロボット１の動作を保護停止させる（Ｓ２）。それから、判別部２ｂは、判別用センサ４のセンサ信号に基づいて、ロボット１が接触した対象が機械／人の何れであるかを判定する（Ｓ３）。

以下、ステップＳ３における判定手法について説明する。図５に示すように、例えば判別用センサ４が圧力センサ４ａである場合、接触対象が機械設備であれば接触圧は上昇し、ロボット１が保護停止した後は、機械設備は不動であるため一定のレベルで高止まりした状態となる。一方、接触対象が人である場合も接触圧は上昇するが、ロボット１が保護停止した後は、人は通常ロボット１をよけるなどの動きをすることから、上昇した接触圧は低下するはずである。したがって、センサ信号より把握される接触圧が時間変化するパターンが上記のように相違するのに応じて、接触対象が、機械／人の何れであるかを判定する。

また、例えば判別用センサ４が温度センサ４ｂである場合、接触対象が機械設備であれば、ロボット１が保護停止する前後において温度は変化せず、略室温のレベルで一定の状態となる。一方、接触対象が人である場合、温度はロボット１が保護停止する前後に亘って上昇し、体温程度まで上昇するはずである。このように、センサ信号より把握される温度が時間変化するパターンの相違に応じて接触対象を判定する。

また、例えば判別用センサ４が熱流センサ４ｃである場合、接触対象が機械設備であれば、ロボット１が保護停止する前後において流入する熱流が急上昇した後に急低下する。一方、接触対象が人である場合、ロボット１が保護停止する前後に亘って流入する熱流はゼロから上昇し続けるはずである。このように、センサ信号より把握される流入する熱流が時間変化するパターンの相違に応じて接触対象を判定する。

ステップＳ３における判定結果が「人」であれば、ステップＳ１と同様の接触検知を行い（Ｓ５）、人が接触していることを検知している間は（ＹＥＳ）、ステップＳ２に戻り保護停止を継続する。そして、人が接触していることを検知しなくなると（ＮＯ）、ロボット１の運転を再開する。

また、ステップＳ３における判定結果が「機械」であれば、ロボット１を原位置に自動的に復帰させる（Ｓ４）。ここで、ロボット１が原位置に復帰した状態のイメージは、例えば図１に示したものであり、「Ｍ」は機械設備の一例である。

以上のように本実施形態によれば、コントローラ２の判別部２ａは、ロボット１のアームに配置される接触センサ３からのセンサ信号に基づきアームに接触対象が接触したと判定すると、同じくアームに配置される判別用センサ４より入力されるセンサ信号に基づいて、接触対象が人又は機械設備の何れであるかを判別する。制御部２ｂは、判別部２ａが人と判別した場合にはロボット１の動作を保護停止させ、機械設備と判別した場合にはロボット１を原位置に復帰させるように制御する。このように制御すれば、アームが機械設備に接触したと判別されるとロボット１が自動的に原位置に復帰するので、動作を再開させるまでに要する時間を短縮でき、生産性が大きく低下することを回避できる。

そして、判別部２ａは、判別用センサ４が圧力センサ４ａであれば、入力されるセンサ信号が示す圧力が上昇した後、所定以上のレベルを所定時間を超えて維持すると機械設備と判別し、センサ信号が示す圧力が上昇した後、前記所定時間以内に低下すると人と判別し、判別用センサ４が温度センサ４ｂであれば、入力されるセンサ信号が示す温度が、接触対象の接触を判定した前後に亘って変化しなければ機械設備と判別し、センサ信号が示す温度が、接触を判定した前後に亘って上昇すると人と判別する。また、判別用センサ４が熱流センサ４ｃであれば、入力されるセンサ信号が示す熱流が、接触対象の接触を判定した前後に亘って上昇した後に下降すると機械設備と判別し、センサ信号が示す熱流が、接触を判定した前後に亘って上昇すると人と判別する。このような圧力,温度，熱流の時間的変化に基づいて、接触対象を適切に判別できる。

（その他の実施形態）
圧力センサ４ａ，温度センサ４ｂ，熱流センサ４ｃの２つ以上を組み合わせて、接触対象を判別しても良い。この場合、判別精度を向上させることができる。
接触センサや判別用センサは、必ずしも図２に示すようにアームの全周に亘って配置する必要はない。ロボットが動作する範囲に応じて、アームが機械設備や人に接触する可能性がある部分に配置すれば良い。
６軸の垂直多関節型ロボットに限ることなく、その他４軸の水平多関節型等のロボットにも適用できる。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１はロボット、２はコントローラ、２ａは判別部、２ｂは制御部、３は接触検知センサ、４は人／機械判別用センサ、４ａは圧力センサ、４ｂは温度センサ、４ｃは熱流センサを示す。

Claims (8)

1. 多関節型のアームを備えるロボット（１）を制御するもので、
   前記アームに配置される接触センサ（３）からのセンサ信号と、同じく前記アームに配置され、接触対象の種類に応じてセンサ信号の出力状態が時間的に変化する判別用センサ（４）からのセンサ信号とが入力され、
   前記接触センサより入力されるセンサ信号に基づき前記アームに接触対象が接触したと判定すると、前記判別用センサより入力されるセンサ信号に基づいて、前記接触対象が人又は機械設備の何れであるかを判別する判別部（２ａ）と、
   この判別部が人と判別した場合には前記ロボットの動作を停止させ、前記判別部が機械設備と判別した場合には、前記ロボットを原位置に復帰させるように制御する制御部（２ｂ）とを備えるロボットの制御装置。
2. 前記判別用センサは、圧力センサ（４ａ）であり、
   前記判別部は、前記圧力センサより入力されるセンサ信号が示す圧力が上昇した後、所定以上のレベルを所定時間を超えて維持すると機械設備と判別し、
   前記センサ信号が示す圧力が上昇した後、前記所定時間以内に低下すると人と判別する請求項１記載のロボットの制御装置。
3. 前記判別用センサは、温度センサ（４ｂ）であり、
   前記判別部は、前記温度センサより入力されるセンサ信号が示す温度が、前記接触対象の接触を判定した前後に亘って変化しなければ機械設備と判別し、
   前記センサ信号が示す温度が、前記接触を判定した前後に亘って上昇すると人と判別する請求項１又は２記載のロボットの制御装置。
4. 前記判別用センサは、熱流センサ（４ｃ）であり、
   前記判別部は、前記熱流センサより入力されるセンサ信号が示す熱流が、前記接触対象の接触を判定した前後に亘って上昇した後に下降すると機械設備と判別し、
   前記センサ信号が示す熱流が、前記接触を判定した前後に亘って上昇すると人と判別する請求項１から３の何れか一項に記載のロボットの制御装置。
5. 多関節型のアームを備えるロボットを制御する際に、
   前記アームに配置される接触センサからのセンサ信号と、同じく前記アームに配置され、接触対象の種類に応じてセンサ信号の出力状態が時間的に変化する判別用センサからのセンサ信号とを用い、
   前記接触センサより入力されるセンサ信号に基づき前記アームに接触対象が接触したと判定すると、前記判別用センサより入力されるセンサ信号に基づいて、前記接触対象が人又は機械設備の何れであるかを判別し、
   人と判別した場合には前記ロボットの動作を停止させ、前記判別部が機械設備と判別した場合には、前記ロボットを原位置に復帰させるように制御するロボットの制御方法。
6. 前記判別用センサに圧力センサを用い、
   前記圧力センサより入力されるセンサ信号が示す圧力が上昇した後、所定以上のレベルを所定時間を超えて維持すると機械設備と判別し、
   前記センサ信号が示す圧力が上昇した後、前記所定時間以内に低下すると人と判別する請求項５記載のロボットの制御方法。
7. 前記判別用センサに温度センサを用い、
   前記温度センサより入力されるセンサ信号が示す温度が、前記接触対象の接触を判定した前後に亘って変化しなければ機械設備と判別し、
   前記センサ信号が示す温度が、前記接触を判定した前後に亘って上昇すると人と判別する請求項５又は６記載のロボットの制御方法。
8. 前記判別用センサに熱流センサを用い、
   前記熱流センサより入力されるセンサ信号が示す熱流が、前記接触対象の接触を判定した前後に亘って上昇した後に下降すると機械設備と判別し、
   前記センサ信号が示す熱流が、前記接触を判定した前後に亘って上昇すると人と判別する請求項５から７の何れか一項に記載のロボットの制御方法。

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