JP3927994B2 - ロボット装置 - Google Patents

Description

本発明は、家庭に代表されるような人の生活空間において、人と共存して作業を行うロボット装置に関するものである。

従来、ロボットの安全作業方法としては、ロボットの作業空間全体を完全にカバーで覆い、人とロボットとを完全に隔離して、人とロボットとの共存を許さない方式が多い。また、人と作業ロボットの共存を許容するものとしては、産業用ロボット分野において、以下に示すいくつかの従来例がある。（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照。）
図１９は、従来例１として、前記特許文献１に記載された従来のロボット用安全装置を示すものである。

図１９において、産業用ロボット１０１の周囲には安全マット１０２が敷かれている。作業者が教示のために産業用ロボット１０１に近づくと、作業者の重量によって安全マット１０２の電極スイッチがＯＮして作業者の接近を検知し、ケーブル１０３を通じて制御装置１０４に人の接近が通知される。接近を検知すると、制御装置１０４は動作速度軌道を低速として、ロボット１０１のアームの接触時の衝撃を抑え、安全な教示作業を実現していた。

図２０は、従来例２として、前記特許文献２に記載された従来の触覚センサをもつロボット用制御装置を示すものである。

図２０において、多関節アーム型のロボット１１１は、アーム部１１２に複数の触覚センサ１１３を有している。ロボット１１１は複数の関節を持ち、作業によって、直接作業に関わる関節と直接作業に関わらない関節とに大別される。ロボット１１１は触覚センサ（接触センサ）１１３で接触を検知時に、直接作業に関わらない関節には、接触部分から遠ざかり回避動作する重み付けを行い、直接作業に関わる関節には作業重視の重み付けを行う。そして、全体として接触部分から遠ざかる運動成分を持たすことで回避動作を行いながらの作業を実現していた。なお、図２０において、１１０は視覚システム、１３３は接触制御器、１３４は作業指令部、１３５は作業制御器、１３６は動作選択器、１３７は動作変換器、１３８は線形関係生成器である。

図２１は、従来例３として、前記特許文献３に記載された従来の自律移動装置のブロック図を示すものである。

図２１において、自律移動ロボット１２１において、走行方向に障害物を検出するための超音波センサ１２２と、人から放射される赤外線を検出する赤外線センサ１２３を有する。自律移動ロボット１２１は、障害物センサ１２１で障害物を検出時には、赤外線センサ１２３で人の判別を行い、人の場合は、待機動作を一定時間行ったのち人がいなくならなければ、回避動作を行う。また、人でない場合は、障害物回避動作をすぐに行い、移動という作業を実現していた。

また、図２２Ａ及び図２２Ｂは、従来例４として、特許文献４に記載された従来のロボット用安全装置を示すものである。

図２２Ａ及び図２２Ｂにおいて、ロボットは、ロボット用安全装置１５６の右側１５６Ｒに存在する。ロボット動作時には、人がスイッチ１６０を押すことにより、図２２Ａのように、人側１５６Ｌの遮蔽板１５２が上昇してロボット側１５６Ｒの遮蔽板１５８は下降する。しかし、人が、ワーク１５３を交換する場合は、人がスイッチ１６０を押すことにより、図２２Ｂのように、ロボット側１５６Ｒの遮蔽板１５８が上昇し、人側１５６Ｌの遮蔽板１５２が下降する。このように、人がスイッチ１６０を押すことにより、ロボット側１５６Ｒの遮蔽板１５８が上昇するため、ロボットは、遮蔽板１５８によりワーク１５３に対する作業が行えなくなり、ワーク１５３に対する作業を停止することになる。

特開昭５９−１０２５９５号公報（代表図） 特開２００３−８９０９１号公報（第４頁、図１） 特開平９−１９８４１２号公報（第６頁、図１） 特開２００２−２８３２７７号公報

工場に代表される特定場所でのロボット作業においては、ロボットの作業空間と人の行動空間は、概して分離できる環境にあり、ロボットの作業空間と人の行動空間とをカバーで完全に空間を隔離すれば、安全作業は容易に実現できる。一方、ロボットの作業空間と人の行動空間の一部の共有が発生する場合においても、前記従来例１、従来例２、従来例３を適用して安全な作業は十分可能である。

しかしながら、家庭に代表されるような人の生活環境では、生活環境をロボットの作業空間と人の行動空間の２つにカバーで完全に隔離してしまうことは概して難しい。例えば家庭内でのロボットの家事支援作業を想定した場合、ロボットの作業空間と人の行動空間の大部分は共有される。そのため、前記従来例１、従来例２、従来例３をそのまま適用して安全に作業を行うことは困難である。家庭を代表例として、以下にその理由を個別に述べる。

前記従来例１では、基本的に教示作業時のみに有効である。定常作業時には、ロボット作業空間と人の行動空間は共有しないとして設計されており高速動作を行う。ロボットの作業空間内への人の侵入はセンサで検知してロボットがすぐ停止する構成となっている。

しかしながら、ロボットの作業空間と人の行動空間の大部分を共有する家庭環境では、人の移動、ロボットの移動により、人の行動空間とロボットの作業空間が頻繁に交錯する。そのため、従来例１をそのまま適用した場合は、低速動作による作業効率低下や停止による作業の中断が頻繁に発生して作業に支障をきたすという課題がある。

前記従来例２では、ロボットアーム部の接触センサで人の接触部分を検知する。そして、接触センサの入力を基準として、ロボット全体として接触部分から遠ざかる運動成分を持つように、ロボットの各関節に指令値を振り分けて、接触回避動作を行いながら作業を実現する。

しかしながら、ロボットの作業空間と人の行動空間の大部分を共有する家庭環境においては、従来例２をそのまま適用した場合は、また、人の接触に対してロボット側が受動的に回避行動を取るだけであり、人の接触に対して常にロボットが逃げる形になりかねず、作業空間を確保してきちんと作業を行うことが考慮されていないと言える。そのため、接触に対する安全はある程度確保できると思われるが、家事支援などのロボット作業効率を低下させる課題がある。

前記従来例３では、人を検知した自律移動装置は、待機動作又は、人を回避して移動を行う。

しかしながら、ロボットの作業空間と人の行動空間の大部分を共有する家庭環境では、従来例３をそのまま適用した場合は、常に人に対して受動的に回避行動を取るだけであり、受動的行動だけでは移動作業において十分な作業効率を実現できない課題がある。

前記従来例４では、ワーク１５３を置く作業をする場合、人がスイッチ１６０を押すことにより、人側１５６Ｌの遮蔽板１５２（緑）を下降しかつロボット側１５６Ｒの遮蔽板１５８を上昇させるため、ロボットはワーク１５３に対する作業を停止した状態で人がワーク１５３を置く作業を行うようにしている。よって、ロボットに何らかの不具合が起こった場合でも、ロボット側１５６Ｒの遮蔽板１５８があるために、人とロボットとは接触しないようにしている。

しかしながら、ロボットの作業空間と人の行動空間の大部分を共有する家庭環境における作業では、大きく空間を遮って作業を行うと、人の行動を大きく制限し実用的ではない。

従って、本発明の目的は、前記従来の課題を解決するもので、家庭に代表されるようなロボット機構部の作業空間と人の行動空間の大部分を共有する環境において、作業効率を確保しつつ安全にロボット作業を実現するロボット装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の第１態様によれば、ロボットアームと、前記ロボットアームが取り付けられたロボット本体とを有するロボット機構部と、
移動体又は動物又は人の３つの物体のうちいずれか又は複数の物体を認識する物体認識部と、
前記ロボット機構部の一部を用いて遮蔽動作を行わせることにより、前記物体認識部で認識された前記物体のロボット機構部の作業空間への侵入を遮りつつ、前記ロボット機構部の前記ロボットアームによる作業を行わせるように前記ロボット機構部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記物体認識部で認識された前記物体と前記ロボット機構部の作業空間との相対位置関係に応じて、前記遮蔽動作を行う位置や前記遮蔽動作の種類を変えて前記遮蔽動作を行うように前記ロボット機構部を制御するロボット装置を提供する。

本発明の第２態様によれば、ロボットアームと、前記ロボットアームが取り付けられたロボット本体と、前記ロボット本体を移動させる移動機構とを有するロボット機構部と、
移動体又は動物又は人の３つの物体のうちいずれか又は複数の物体を認識する物体認識部と、
前記ロボット機構部の一部を用いて遮蔽動作を行わせることにより、前記物体認識部で認識された前記物体のロボット機構部の作業空間への侵入を遮りつつ、前記ロボット機構部の前記ロボットアームによる作業又は前記移動機構による作業又は前記ロボットアームと前記移動機構の協調作業を行わせるように前記ロボット機構部を制御する制御部とを備えるロボット装置を提供する。

本構成によって、物体認識部によって人は認識され、例えば、ロボット機構部の作業空間が人の行動空間と交錯する認識される場合に、人に対してロボット機構部の一部を用いて遮蔽動作を行うことにより、ロボット機構部の作業空間が人の行動空間と交錯するのを受動的ではなく能動的に必要に応じて防ぐことができ、ロボット機構部の作業空間を確保して、安全に作業を行うことができる。

本発明のロボット装置によれば、産業用ロボットの安全カバーに代表されるようなロボット機構部の作業空間と人の行動空間とを完全に遮断する遮蔽専用の部材を使用するのではなく、ロボット機構部の一部を使用して、必要に応じて、人を遮り、能動的にロボット機構部の作業空間を確保するため、家庭のようなロボット装置と人が共存する環境において、ロボット装置がロボット機構部の作業空間を確保して、安全に作業を行うことができる。

本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。

本発明の第１態様によれば、ロボットアームと、前記ロボットアームが取り付けられたロボット本体とを有するロボット機構部と、
移動体又は動物又は人の３つの物体のうちいずれか又は複数の物体を認識する物体認識部と、
前記ロボット機構部の一部を用いて遮蔽動作を行わせることにより、前記物体認識部で認識された前記物体のロボット機構部の作業空間への侵入を遮りつつ、前記ロボット機構部の前記ロボットアームによる作業を行わせるように前記ロボット機構部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記物体認識部で認識された前記物体と前記ロボット機構部の作業空間との相対位置関係に応じて、前記遮蔽動作を行う位置や前記遮蔽動作の種類を変えて前記遮蔽動作を行うように前記ロボット機構部を制御するロボット装置を提供する。

本発明の第２態様によれば、ロボットアームと、前記ロボットアームが取り付けられたロボット本体と、前記ロボット本体を移動させる移動機構とを有するロボット機構部と、
移動体又は動物又は人の３つの物体のうちいずれか又は複数の物体を認識する物体認識部と、
前記ロボット機構部の一部を用いて遮蔽動作を行わせることにより、前記物体認識部で認識された前記物体のロボット機構部の作業空間への侵入を遮りつつ、前記ロボット機構部の前記ロボットアームによる作業又は前記移動機構による作業又は前記ロボットアームと前記移動機構の協調作業を行わせるように前記ロボット機構部を制御する制御部とを備えるロボット装置を提供する。

本発明の第３態様によれば、前記ロボット機構部は少なくとも２つのロボットアームを有し、
前記制御部は、前記ロボット機構部の一部による前記遮蔽動作が、前記ロボット機構部の前記２つのロボットアームのうちの前記作業を行う一方のロボットアームによる遮蔽動作又は前記作業を行わない他方のロボットアームによる遮蔽動作であるように前記ロボット機構部を制御する第１又は２の態様に記載のロボット装置を提供する。

本発明の第４態様によれば、前記制御部は、前記ロボット機構部の一部による前記遮蔽動作が、旋回機構又は前記移動機構による前記ロボット機構部の方向転換であるように前記ロボット機構部を制御する第２の態様に記載のロボット装置を提供する。

本発明の第５態様によれば、前記制御部は、前記物体認識部で認識された前記物体と前記ロボット機構部の作業空間との位置関係に応じて、前記遮蔽動作の位置や速度や柔軟性を変更するように前記ロボット機構部を制御する第１の態様に記載のロボット装置を提供する。

本発明の第６態様によれば、前記物体認識部で認識された前記物体の動作を予測する予測手段をさらに備え、
前記予測手段によって予測された前記物体の位置を用いて、前記制御部は、前記遮蔽動作の位置や速度や柔軟性を変更するように前記ロボット機構部を制御する第１の態様に記載のロボット装置を提供する。

本発明の第７態様によれば、前記制御部は、前記ロボット作業の危険度に応じて前記遮蔽動作の位置や速度や柔軟性を変更するように前記ロボット機構部を制御する第５又は６の態様に記載のロボット装置を提供する。

本発明の第８態様によれば、前記制御部は、前記遮蔽動作が、前記物体の移動方向を誘導する動作であるように前記ロボット機構部を制御する第１〜第６のいずれか１つの態様に記載のロボット装置を提供する。

本発明の第９態様によれば、前記ロボット機構部に行わせる作業内容の情報と当該作業内容に対応する継続性の有無の情報とを関係付けて記憶させたデータベースをさらに備えて、
前記制御部により、前記データベースの情報を読み出して、それぞれの作業内容の継続性の必要性について判断し、継続性の必要のある作業内容を前記ロボット機構部に行わせるとき、継続性の必要の無い作業内容とは異なる遮蔽動作を行わせるように前記ロボット機構部を制御する第１〜第８のいずれか１つの態様に記載のロボット装置を提供する。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の第１実施形態におけるロボット装置の作業概念図及びブロック図である。

図１Ａ及び図１Ｂにおいて、ロボット装置の作業をするロボットアームを作業用ロボットアーム１とする。ロボット装置は、作業用ロボットアーム（第１ロボットアーム）１と作業用ロボットアーム１とは別の第２ロボットアーム７とをロボット本体８９９Ａに有するロボット機構部８９９と、作業用ロボットアーム１を駆動させる第１ロボットアーム駆動部９０１と、第２ロボットアーム７を駆動させる第２ロボットアーム駆動部９０７と、ロボット機構部８９９に備えられてロボット本体８９９Ａを移動させる移動機構１１を駆動する移動機構駆動部９１１と、移動体又は動物又は人の３つの物体のうちいずれか又は複数の物体を認識する物体認識部４と、物体認識部４での認識結果が入力されるとともに、第１ロボットアーム駆動部９０１と第２ロボットアーム駆動部９０７と移動機構駆動部９１１とをそれぞれ独立して動作制御する制御部９００とを備えて構成している。なお、９０２は制御部９００と接続されて、第１ロボットアーム駆動部９０１と第２ロボットアーム駆動部９０７と移動機構駆動部９１１とをそれぞれ独立して駆動するための動作プログラムが記憶されるとともに、第１ロボットアーム駆動部９０１と第２ロボットアーム駆動部９０７と移動機構駆動部９１１との駆動情報及び物体認識部４での認識情報などを記憶するデータベースである。

作業用ロボットアーム１は、制御部９００による第１ロボットアーム駆動部９０１の駆動により、作業対象物体２に対して作業を行う。説明のため、作業対象物体２の一例としてフライパン２を考え、作業用ロボットアーム１がフライパン２を持って揺動させる家事支援作業を、ロボット装置の作業の一例として述べる。例えば、ロボット装置がフライパン２で野菜の炒め物をする場合に、フライパン２を先端の手１ａで把持した作業用ロボットアーム１を第１ロボットアーム駆動部９０１により揺動駆動させてフライパン２を上下左右に振って中の材料をかき混ぜて炒める効果を発揮できる。このように作業用ロボットアーム１とフライパン２は、上下左右一定範囲において移動して動作を行い、その作業に必要な領域が点線で示したロボット機構部８９９の作業空間（以下、「ロボット作業空間」と略す。）３となる。

ロボット作業空間３は、基本的にはロボット機構部８９９の作業の内容によって、大きさや形状が変わる。基本的には、ロボット作業空間３は、作業でロボット機構部８９９が動きうる空間を示し、ロボット機構部８９９の向き、ロボットアーム１等の位置、速度、角速度、慣性モーメント、作業特有のパラメータなどによって、空間的に重み付けをしてもよい。例えば、可操作度と呼ばれる関節速度を用いて実現しうる手先速度で空間的な重み付けを持ったものとしてもよい。

具体例としては、ある時点でロボットアーム１とフライパン２が作業を行う上で移動する領域（作業範囲）をロボット作業空間３としてもよく、またロボットアーム１が可動な範囲（作業範囲）においてロボットアーム１とフライパン２が動きうる範囲（作業範囲）全体をロボット作業空間３としてもよい。また、ロボット機構部８９９がある方向に速度を持っている場合には、ある時点から規定された時間（例えば１秒）後までの間に到達可能な範囲（作業範囲）を、同様にロボット作業空間３としてもよい。また、前記作業範囲３Ｒに対して、図１Ｃに示すように、安全率（例えば１．３倍、１．５倍、２倍）をかけた範囲をロボット作業空間３として定義してもよい。

前記安全率の決定方法の一例としては、ロボット作業空間３におけるロボットアーム１と作業対象（例えばフライパン）の運動エネルギーを利用して安全率を決定することが考えられる。すなわち、ロボットアーム１の移動速度が高速であれば、ロボットアーム１の接触時の衝撃も大きいので、例えば、ある低速速度でロボットアーム１が移動する場合の運動エネルギーの値を基準値として、運動エネルギー値がその基準値以下であれば、安全率は１、その基準値を超えれば、基準値となる運動エネルギー値に対しての比率をそのまま安全率とする方法である。

なお、ロボット作業の例としてフライパン２を持って揺動させる作業を示したが、作業用ロボットアーム１を用いて作業するものであれば、任意の動作でもよい。また、作業用ロボットアーム１は、垂直多関節型、水平多関節型、平行リンク型などで構成するようにしてもよい。また、作業用ロボットアーム１の先端には手１ａとしてエンドエフェクタを設けてもよく、その機構は、吸着型、メカニカルなハンドなどとしてもよく、作業に応じて交換できるものでもよい。

また、前記したように、ロボット装置は、移動体又は動物又は人の３つのうちいずれか又は複数を認識する物体認識部４を有している。ここで言う移動体とは、開閉するドアや、ボール、車など、動きを伴う物体を指す。説明のため、以下では、認識対象物体を人５として説明する。

なお、物体認識部４としては、ＣＣＤカメラ、又は赤外線カメラなど撮像素子を用いたものを用いてもよく、画像処理を行うことで人や動物や移動体を測定してもよい。また、物体認識部４としては、レーザレンジファインダや赤外線を用いた測距離センサなどを用いた認識としてもよい。また、物体認識部４として、力センサや光電センサなどを用いてもよく、一種類のセンサだけでなく、複数のセンサの融合による認識としてもよい。物体認識部４は、図１Ａ及び図１Ｂに示したようにロボット機構部８９９の一部に備えられていてもよく、またロボット機構部８９９が配置されている部屋の上方の天井８００等に備えられて、物体認識部４としてのセンサ４Ａ（図２参照）からの情報を無線又は有線によりロボット機構部８９９の制御部９００に与える形としてもよい。

認識対象物体２の移動する空間を行動空間６と定義する。認識対象物体２を人５とした場合は、人５の行動空間（以下、人行動空間と略す。）６となる。例えば、人５の速度から単位時間に移動できる範囲を基準として人行動空間６と定義してもよい。具体的には、ある時点で人５の体の一部が到達可能な範囲を人行動空間６と定義してもよく、また人５がある方向に速度を持っている場合には、ある時点から規定された時間（例えば１秒）後までの間に到達可能な範囲をすべて人行動空間６としてもよい。またその範囲に対して安全率（例えば１．２倍）をかけた範囲を人行動空間６として定義してもよい。

また、人行動空間６も同様に、人５の進行方向、位置、速度、加速度、慣性モーメントなどのパラメータメータを用いて移動のしやすさなどから人行動空間６を定義してもよい。

ロボット機構部８９９は、ロボット作業空間３において、例えば野菜を炒める作業においてフライパン２を持って揺動動作を行うが、作業用ロボットアーム１やフライパン２に人５が接触すると危険である。そのため、人５の安全を確保しつつロボット作業遂行のためには、ロボット作業空間３と人行動空間６が空間的に交錯しないことが必要となる。そのため、ロボット機構部８９９は、制御部９００の制御の下に、ロボット作業空間３で作業を行いつつ、ロボット作業空間３と人行動空間６を遮る遮蔽動作を行う。本第１実施形態では、遮蔽動作を行うロボット機構部８９９の一部を、作業用ロボットアーム１以外のロボット機構部８９９の一部とし、具体的にはロボットアーム７である場合について説明する。すなわち、第１実施形態では、制御部９００の制御の下に、第１ロボットアーム駆動部９０１の駆動によりロボット作業空間３内で作業用ロボットアーム１で作業を行いつつ、第２ロボットアーム駆動部９０７の駆動により第２ロボットアーム７でロボット作業空間３と人行動空間６を遮る遮蔽動作を行う。

なお、上記作業用ロボットアーム１以外のロボット機構部８９９としては、ロボットアーム型でなくとも、ロボット機構部８９９に取付けた可動の遮蔽板を操作して遮蔽動作をさせる機構などとしてもよく、ロボット作業空間３と人行動空間６を遮る遮蔽効果を持つような機構であればよい。また、上記遮蔽機構は、ロボット機構部８９９の本体に直接取り付けなくとも、ロボット機構部８９９が配置されている部屋の壁や天井に遮蔽機構が取り付けられて、ロボット機構部８９９の制御部９００の制御により駆動されて遮蔽動作を行う場合でもよい。いずれにしても、従来のロボット等においては、人とロボット機構部８９９を遮蔽する場合もカバーで単に空間を遮って作業を行うのに対し、本発明の第１実施形態及び他の実施形態では、単に空間を遮るのではなく、作業内容や人５の位置に応じて、制御部９００の制御により第２ロボットアーム駆動部９０７を駆動してロボットアーム７や遮蔽機構を動かしてロボット作業空間３と人行動空間６を遮り、ロボット作業空間３での作業と安全を確保する動作を行い、作業を継続することが特徴である。

ロボット機構部８９９は、物体認識部４での認識情報、データベース９０２に記憶された情報、ロボット機構部８９９で行われる作業などに基づいて、人行動空間６が、ロボット作業空間３に近づかないように、制御部９００の制御により第２ロボットアーム駆動部９０７を駆動して、ロボットアーム７を用いて遮蔽動作を行う。ロボットアーム７の遮蔽動作は、人５の移動方向又は人５とロボット作業空間３とを結ぶ最短直線に交差する方向沿いの上下方向に若しくは左右方向に、又は、人５の進行方向に対して前後する方向にロボットアーム７を揺動させるものであり、その揺動速度、揺動幅などは、物体認識部４での認識情報、データベース９０２に記憶された情報、ロボット機構部８９９で行われる作業などに基づいて予め決められてデータベース９０２に記憶されていることが望ましい。例えば、人行動空間６とロボット作業空間３とが大きく離れているときは、揺動速度は遅く揺動幅を小さくしておき、人行動空間６とロボット作業空間３とが接近するにつれて、揺動速度は速く揺動幅を大きくするなど、複数種類の揺動動作を人行動空間６とロボット作業空間３との距離に応じて制御部９００で適宜選択して行えるようにしてもよい。

具体的には、まず、ロボット機構部８９９は、ロボット作業空間３で作業中、又はロボット作業空間３で作業を行う前と作業中に、物体認識部４で人５の人行動空間６を認識する。人行動空間６は、常に静止しているとは限らず、人５の移動に応じて移動する。

そのため、物体認識部４での認識情報を基に、制御部９００の制御により第２ロボットアーム駆動部９０７を駆動して、ロボット作業空間３に人行動空間６が近づかないように、人５の移動に応じてロボットアーム７を動かして、人の移動を妨げるように遮る動作（遮蔽動作）を行う。そのような遮蔽動作としては、物体認識部４での認識情報を基に制御部９００の制御により第２ロボットアーム駆動部９０７を駆動し、ロボット作業空間３と人行動空間６の領域の中間部分にロボット機構部８９９を位置させた状態で、ロボットアーム７（具体的には、ロボットアーム７の先端の手７ａと第１腕７ｂ）をロボット作業空間３の境界に対して人５側すなわち人行動空間６側に位置させて、図１Ａに示すように、人５が接近する方向と交差する方向沿いにロボットアーム７（具体的には、ロボットアーム７の先端の手７ａと第１腕７ｂと第２腕７ｃ）を揺動させる。

以上のように構成することで、ロボットアーム７の遮蔽動作により人５の進行を妨げることができて、人行動空間６がロボット作業空間３に近づくことを防ぐことができる。

遮蔽動作のより具体的な例として図２〜図５Ｂを用いて説明する。

第１実施形態では、認識対象物体が人５であるとし、遮蔽機構もロボットアーム７を例として説明する。

図２〜図５Ｂは、遮蔽動作手法の概念図であり、ロボット作業空間３と人５の人行動空間６の相対位置関係を示している。相対位置関係としたのは、後述するようにロボット機構部８９９が移動機構１１を有している場合には、ロボット機構部８９９のロボット作業空間３自体も移動するためである。

ロボット作業空間３と人行動空間６は交錯しないように動作を行われなければならない。

（Ｉ） 遮蔽動作の具体例として図２のように、ロボット作業空間３と人行動空間６がそれぞれ球体として近似できると仮定する。

まず、ロボット機構部８９９が位置する部屋又は空間において、物体認識部４（さらには、部屋の天井に配置したカメラなどの物体認識部４Ａ）によりロボット機構部８９９の座標位置及び人５の座標位置を認識するとともに、データベース９０２からロボット機構部８９９が行うべき作業を読み出してロボット作業空間３を決定する。このとき、ロボット作業空間３の重心と半径をそれぞれＧ１１、Ｒ１１、人行動空間６の重心と半径をＧ２１、Ｒ２１とする。

次いで、ロボット作業空間３と人行動空間６が十分な距離があるか否かを制御部９００で判断する。具体的には、前記認識情報を基に、両方の重心（Ｇ１１，Ｇ１２）を結ぶ直線Ｌ１と円周（Ｒ１１，Ｒ１２）とのそれぞれの交点を（Ａ１，Ｂ１）とし、線分Ａ１−Ｂ１が、予め決められた基準距離より大きいか否かを判断する。図２に示すように、ロボット作業空間３と人行動空間６が十分な距離がある場合、すなわち、線分Ａ１−Ｂ１が基準距離より大きいと制御部９００で判断した場合には、制御部９００による第２ロボットアーム駆動部９０７の駆動により、線分Ａ１−Ｂ１の間で遮蔽動作を行ってもよい。より具体的には、制御部９００による第２ロボットアーム駆動部９０７の駆動により、線分Ａ１−Ｂ１の中間を一定比（例として２：１）になる位置Ｃ１にロボットアーム７を位置させて遮蔽動作を行ってもよい。このようにすることで、ロボット作業空間３と人行動空間６の中間で遮蔽動作が確実に行われるので、人５と遮蔽動作を行うロボットアーム７とが接触する可能性がなく、人５に対して安全にロボットアーム７による遮蔽動作を行うことができる。

（ＩＩ） また、図３に示すように、ロボット作業空間３と人行動空間６が近い場合、すなわち、線分Ａ１−Ｂ１が基準距離以下であると制御部９００で判断した場合には、線分Ａ１−Ｂ１間ではなく、交点Ｂ１よりも人側の人行動空間６の重心Ｇ２１と交点Ａ１との間の線分Ａ１−Ｇ２１の間において、制御部９００による第２ロボットアーム駆動部９０７の駆動により、ロボットアーム７による前記遮蔽動作を行ってもよい。より具体的には、線分Ａ１−Ｇ２１の間において、制御部９００による第２ロボットアーム駆動部９０７の駆動により、常に一定比（例として２：１）になる位置Ｃ１にロボットアーム７を位置させて前記遮蔽動作を行うようにするなどである。ただし、この場合、ロボット作業空間３と人行動空間６が接近しているので、ロボットアーム７が人行動空間６に入って遮ることとなり、場合によってはロボットアーム７が人５と接触する可能性も有する。

（ＩＩＩ） また、図４に示すように、ロボット作業空間３と人行動空間６がさらに接近している場合、すなわち、線分Ａ１−Ｂ１が、基準距離より大幅に小さい近接警告距離以下であると制御部９００で判断した場合には、制御部９００による第２ロボットアーム駆動部９０７の駆動により、ロボットアーム７が人５に接触することも容認して、人５に力を加えながら人行動空間６のロボット作業空間３側への移動を妨げて、人５を停止させる制御を行うこともできる。

前記した図２〜図４に示す（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）のいずれの場合も、人５に接触する可能性のあるロボットアーム７においては、ロボットアーム７に人５が接触しても、怪我等せずに、人５に対する安全性が守られるように、ロボットアーム７の表面の柔軟性をより柔らかくしてコンプライアンスを持たせるような構成としてもよい。例えば、人５とロボットアーム７との距離が近いときには、コンプライアンス制御を用いて、人５とロボットアーム７とが接触してもロボットアーム７がばね性を持った形にすることによって、人に優しい制御ができる。また、ロボットアーム７の人５との接触部に、力センサ等のセンサを配置してもよく、また、ロボットアーム７の関節部の入出力関係から、ロボットアーム７と人５との接触を推定してもよい。なお、力センサ等のセンサを配置する場合、センサにより人と接触したことを検出したとき、ロボットアーム７の動作を停止させる場合もあるが、記述しているコンプライアンス制御によって、人から力に応じてばねやダンパーを持った形で安全にロボットアーム７が人に接触するので、人に危害を加えることはない。

前記したように、図２〜図４の方法を行うことによって、人５がロボット作業空間３に侵入することを確実に回避することができる。

以下に、より具体的な実例を基に説明する。

（Ｉ−ａ） 例えば、ロボットアーム１の手１ａで包丁を持って野菜などの食材の切断などの作業を行っている場合で、かつ、人５がロボットアーム１から十分に離れた位置に居る場合、すなわち、線分Ａ１−Ｂ１が基準距離より大きいと制御部９００で判断した場合には、制御部９００の制御により第２ロボットアーム駆動部９０７を駆動して、ロボット作業空間３と人行動空間６との間でロボットアーム７による遮蔽動作を行って、人５に対して遮蔽動作を行っていることを示す（図６Ａ参照）と同時に、図７に示すように、ロボットアーム１による包丁での作業領域から、野菜の切れ端が飛ぶ可能性がある場合には、その野菜の切れ端が飛ぶ可能性のある範囲３Ｇへの人５の進路を遮るように、制御部９００の制御により第２ロボットアーム駆動部９０７を駆動して遮蔽動作を行う。この遮蔽動作は、ロボットアーム７の高さと位置も、野菜の切れ端が飛ぶ可能性がある高さと位置を考慮して動作させるのが好ましい。野菜の切れ端が飛ぶ可能性があるか否かは、ロボットアーム１による作業を行わせるとき、作業内容により、ロボット作業空間３の外側に、さらに安全な予備範囲を設定するか否かを予め決めてデータベース９０２に記憶させておけばよい。そして、データベース９０２からロボット機構部８９９が行うべき作業を読み出すとき、安全な予備範囲を設定することが指示されているときには、ロボット作業空間３を安全な予備範囲が設定された範囲として定義すればよい。

（ＩＩ−ａ） 人５に対して遮蔽動作を行っているにもかかわらず、人５がロボット作業空間３に近づいてきたことを物体認識部４により検出した場合（図６Ｂ参照）には、制御部９００の制御により第２ロボットアーム駆動部９０７を駆動して、人５の人行動空間６の内部にロボットアーム７を移動させて遮蔽動作を行うようにする（図６Ｃ。このようにすることで、ロボットアーム７が邪魔になり、人５がロボット作業空間３側に進みづらくなるので、人５がロボット作業空間３に近づくのを、より効果的に防ぐことができる。

（ＩＩＩ−ａ） そして、人５のロボット作業空間３への接近が十分に近い状態になった場合、すなわち、線分Ａ１−Ｂ１が、基準距離より大幅に小さい近接警告距離以下であると制御部９００で判断した場合（図６Ｄ参照）は、ロボットアーム７が人５に接触する形で遮り、人５がロボット作業空間３へ進めなくすることで、安全な作業を実現できる。

ここで、具体的な数値例としては、まな板の上で包丁で作業をする場合、ロボット作業範囲は直径１ｍの範囲、それに対して材料が飛び散ることを考慮した領域が直径２ｍの範囲、人の作業範囲が半径１ｍの場合には人の作業領域がロボット作業領域から３０ｃｍ（直径１．６ｍの範囲）に入ったところを近接警告領域としてもよい。

また、前記（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）のそれぞれの場合の揺動動作の揺動速度や振幅など、揺動動作の具体的な数値例を以下の通りである。（Ｉ）範囲３Ｇの領域の境で野菜の切れ端が飛ぶあたりにおいて、左右に、振幅５０ｃｍで周波数１Ｈｚ程度でロボットアーム７を揺動させてもよい。（ＩＩ）人が近づきにくくするため、例えば視界を遮るように顔の前面で振幅３０ｃｍで周波数２Ｈｚ程度で上下にロボットアーム７を揺動させてもよい。（ＩＩＩ）の場合は、ロボットアーム７の揺動範囲は、人と接触するため人と相対的に停止して、人に衝撃を与えないようなコンプライアンス的な制御でロボットアーム７から人に力を加えて対応するようにしてもよい。

また、野菜の飛び散り以外にも、図８に示すように、ロボットアーム１の手１ａで把持されたやかんからお湯を入れ物に注いだ場合に水滴が飛び散る場合も、同様に遮蔽動作を行うようにすればよい。

上述した例では、ロボットが作業を行っている空間に対して、人が近づいてきた場合にその距離に応じた遮蔽動作を行う例を示したが、次に、作業内容に応じて遮蔽動作を切り替える例を示す。ロボット作業においては、作業の継続性が重要な作業がある。例えば、料理における加熱作業である。料理における加熱作業において継続性が重要な理由は、継続できずに間欠的に加熱をした場合は、食材の加熱不足や加熱過剰が起こり、食材の味を損なってしまうためである。そこで、作業内容（継続性）に応じて遮蔽作業を切り替えるようにすればよい。継続性の必要な作業の具体例として、以下に、ロボットによる野菜炒め作業を示し、その作業手順を示す。(図６Ｅ参照）。説明の簡単化のため、野菜炒め作業の作業ステップは３個のステップより構成することにする。ステップＳ１：食材を準備する（洗う、切る等）。このステップＳ１の作業については継続性は必要ではない。ステップＳ２：食材を加熱する。このステップＳ２は、前記した理由から継続性が必要である。ステップＳ３：盛り付ける。このステップＳ３の作業については継続性は必要ではない。これらの情報をデータベース９０２に記録するときの例が図６Ｅである。

このように、ロボット作業を、あらかじめ、一定ステップに分割し、継続作業が必要なものは、ひとかたまりのステップ（本例ではステップＳ２）とする。

そして、食材を切る作業であるステップＳ１の作業中に、例えば、図６Ｄのように人５が接近してロボットアーム７が人５に接触する形で遮蔽する場合は、コンプライアンス性を高くして、ロボットアーム７に対する人５の接触力に応じて、ロボット作業空間３での作業スピードを変化させる。つまり、ロボットアーム７に対する人５の接触力が高いときには、ロボット作業空間３での作業スピードを下げる一方、ロボットアーム７に対する人５の接触力が低いときには、接触力が高いときよりも、ロボット作業空間３での作業スピードを上げる。ロボットアーム７に対する人５の接触力が高いか否かは、例えば、ロボットアーム７に取付ける接触センサなどにより検出して、検出結果に基づき、制御部９００がロボット作業空間３での作業スピードを制御すればよい。

食材を加熱する作業であるステップＳ２の作業中に、例えば、図６Ｄのように人５が接近してロボットアーム７が人５に接触する形で遮蔽する場合は、ステップＳ２の作業の継続性が高い（継続性が必要である）ので、ロボットアーム７から人５に加える力をステップＳ１より高くして（コンプライアンス性を低くして）遮蔽し、一連のステップＳ２の動作が完了するまで、そのような遮蔽状態を継続する。

盛り付け作業であるステップＳ３での作業中に、例えば、図６Ｄのように人５が接近してロボットアーム７が人５に接触する形で遮蔽する場合は、ステップＳ１と同様に遮蔽する。

以上のように、作業内容（継続性）に応じて、遮蔽動作を変化させることで、確実に作業を完了させることができる。

このように、ロボット作業を行なわせるためには、データベース９０２には、それぞれの作業内容の情報と当該作業内容に対応する継続性の有無の情報とを関係付けて記憶させ、制御部９００により、データベース９０２の情報を読み出して、それぞれの作業内容の継続性の必要性について判断し、前記制御部９００により、前記データベース９０２の情報を読み出して、それぞれの作業内容の継続性の必要性について判断し、継続性の必要のある作業内容を前記ロボット機構部８９９に行わせるとき、継続性の必要の無い作業内容とは異なる遮蔽動作を行わせるように前記ロボット機構部８９９を制御するようにすればよい。

また、前記第１実施形態の変形例として、制御部９００に接続され、かつ、人行動空間６の大きさや形状を予測する予測手段９１０をさらに備えて、予測手段９１０を用いて、人行動空間６の大きさや形状を予測するようにしてもよい。

例えば、人５が、これからどのように動くかとか、どんな動作をするかによって、人５とロボット作業空間３との相対関係は大きく変わる。しかし、物体認識部６から得られた認識データや、蓄積したデータベース９０２に基づいて予測手段９１０により人５の行動を予測し、その予測に応じた相対関係を基にして、制御部９００による第２ロボットアーム駆動部９０７の駆動により第２ロボットアーム１０７での遮蔽動作を行うことで、より安全な作業が行える。より具体的には、図９に示すように、人５Ａが座っていて、何か高いところの物を取るために人５Ａが立ち上がる（図９の人５Ｂの状態となる）という行動を予測手段９１０で予測できていれば、人５の上方の空間も人５の人行動空間６として物体認識部４で認識させることができ、より安全性が向上した作業を行える。より具体的には、人５Ａが椅子に座って静止いる場合を例に挙げる。人５Ａの上方には開閉扉８００Ａのついた棚８００があるとする。ロボット機構部８９９の作業がその扉８００Ａを開けて中の物を取り出すことである場合、現在は人５Ａが座って静止しているので扉８００Ａを開閉しても安全上問題はない。しかしながら、もし、人５Ａが立ち上がった場合（図９の人５Ｂの状態となる場合）には、扉８００Ａが人５Ｂの頭に当たって危険である。この場合、人５Ａが立ち上がるという行動の可能性のあることを予測し、人５Ａが立ち上がれないように遮蔽動作を行う（たとえば、図９に示すように、人５Ａの上方をロボットアーム７により遮蔽する）必要がある。以上のように、人の行動可能範囲、行動予測を行って人遮蔽動作を決定していく。

また、図１０に示すように、認識対象物体が野球のボール４０であり、ロボット作業空間３にボール４０が飛んで来るので、ボール４０を遮る場合を例に挙げる。カメラ等の物体認識部４でボール４０の移動軌跡４０Ａを認識し、どちら側に重力が働いているかというデータを用いてボール４０の移動軌跡４０Ａを予測手段９１０で予測することで、ロボットアーム７をどの位置にどの角度で持っていけばよいかを正しく予測でき、制御部９００による第２ロボットアーム駆動部９０７の駆動により、ロボットアーム７による遮蔽動作が行える。ここで、予測手段９１０による予測は、以下のようにして行われる。すなわち、図１０に示すように、認識対象物体がボール４０である場合、たとえば物体認識部４としてカメラを用いた場合、微小時間で連続した２つの画像を撮影し、予めわかっている背景物４１の大きさとボール４０の移動距離のずれを比較することで、ボール４０の大きさや速度、高さがわかる。この結果から、重力方向を考慮することで、何秒後にどの位置にボール４０が移動できるかを事前に推定することが容易になる。そして、その推定結果を用いて、現在のロボット作業空間３に対して遮る動作を制御部９００で生成していくことで、より確実な遮蔽動作を行うことができる。また、ロボットアーム７による遮蔽動作を、ある程度、大きな範囲で揺れ動かすようにすれば、より大きな空間を遮ることとなり、ボール４０の移動軌跡４０Ａのずれにも対応できる。

以上のように、ロボット作業空間３の認識を行い、予測を行う予測手段９１０を第１実施形態に用いることで、よりよい作業が行える。

図５Ａは、本発明の第１実施形態の別の変形例として、作業対象の危険度を考慮した遮蔽動作の制御方法の概念図である。図２〜図４では遮蔽動作の基準が位置等の機構的パラメータであったが、危険度という新たな概念を導入しての遮蔽動作の制御方法を示す。

簡単な例として、フライパンに代えてロボットアーム１の手１ａで把持された鍋を、ガス台から、テーブルへ搬送する場合を考える。同じ作業でも、鍋が冷たい場合と、加熱後の熱い鍋の場合では、人５に対する危険度は異なる。当然、鍋が熱いほうが危険である。そのため、ロボット作業空間３と人５との距離が同じで、同じ作業おいても危険度が異なり、危険度小の場合には、人５のロボット作業空間３に対する距離は小さくてもよいが、危険度大の場合にはより遠くに人５を遠ざける必要が生じる。

また、同じ搬送作業でも、遮る対象の人５は、ある程度道理をわきまえて行動する大人の場合に比べて、子供や赤ちゃんなどの場合には危険となる。そのため、作業内容と認識対象に応じて危険度を設定する。その危険度の設定例を図５Ａに示す。家庭のような人とロボット装置の共存するような環境においては、危険度に応じて遮蔽動作を決定することが望ましく、例えば、この危険度が高いほど、ロボットアーム７を人５側に近づけて遮蔽動作をさせるという形にしてもよい。

例えば、図５Ａのように、危険度を設定する、認識対象が大人でかつ冷たい鍋のときが一番危険度が小さいとしたときの危険度を１００として、認識対象が大人と子供、作業対象が熱い鍋と冷たい鍋のときでそれぞれ表の数値であるとする。すなわち、認識対象が大人でかつ熱い鍋のときは危険度が１５０、認識対象が子供でかつ冷たい鍋のときは危険度が１３０、認識対象が子供でかつ熱い鍋のときは危険度が２００とする。そして、危険度１００のときの人５のロボット作業空間３に対して危険度をかけた数値を、最終のロボット作業空間３の大きさとする。例えば、認識対象が子供でかつ熱い鍋のときは危険度が２００であるため、この場合のロボット作業空間３の大きさは、危険度１００のときの人５のロボット作業空間３に対して危険度の２００をかけた数値の大きさのロボット作業空間３、すなわち、危険度１００のロボット作業空間３の２倍の大きさのロボット作業空間３とする。そうすることで、人５の近づける領域を小さくしたロボット遮蔽動作を実現できる。同様に、人行動空間６を危険度に応じて大きくすることでも、同様の遮蔽動作を実現できる。

同様に、ロボットの作業対象の大きさや重量などの物性で危険度を設定してもよい。例えば、図５Ｂのように果物をロボットの手に把持して、ロボットアームで搬送している場合について、果物の重量と硬度をパラメータとして２次元的に危険度を設定する。ロボットの作業対象（例えば搬送対象物）の重量が大きい場合には、運動エネルギーが大きいとともに接触時の衝撃が大きく、危険である。また、ロボットの作業対象（例えば搬送対象物）が硬ければ、人にぶつかった時に怪我をする危険が高くなる。この危険度が高い場合に、危険度が低い場合に対して、作業空間３に対する人５の距離をより遠ざけるようにしてもよい。また、危険度が高いほど、ロボットアームの動作速度を低減させてもよい。また、危険度が高いほど、人に接触したときのロボットアームのコンプライアンス制御におけるバネやダンパー項を大きくして、柔軟性を持たしてもよい。

例えば、図５Ｂのように、危険度を設定する、作業対象の重量が軽くかつ作業対象の硬度が柔らかいときの危険度が一番小さいとしたときの危険度を１００として、作業対象の重量が重いときと軽いとき、硬度が柔らかいときと硬いときでそれぞれ表の数値であるとする。すなわち、作業対象の重量が重くかつ作業対象の硬度が柔らかいときは危険度が１５０、作業対象の重量が軽くかつ作業対象の硬度が硬いときは危険度が１２０、作業対象の重量が重くかつ作業対象の硬度が硬いときは危険度が２００とする。そして、危険度１００のときの人５のロボット作業空間３に対して危険度をかけた数値を、最終のロボット作業空間３の大きさとする。例えば、作業対象の重量が重くかつ作業対象の硬度が硬いときは危険度が２００であるため、この場合のロボット作業空間３の大きさは、危険度１００のときの人５のロボット作業空間３に対して危険度の２００をかけた数値の大きさのロボット作業空間３、すなわち、危険度１００のロボット作業空間３の２倍の大きさのロボット作業空間３とする。そうすることで、人５の近づける領域を小さくしたロボット遮蔽動作を実現できる。同様に、人行動空間６を危険度に応じて大きくすることでも、同様の遮蔽動作を実現できる。

本具体例では、重量と硬度の２つのパラメータより危険度を決定したが、パラメータ数は作業内容や状況によって１つ以上のパラメータで決定されてもよい。

図１１及び図１２Ａ〜図１２Ｄは、本発明の第１実施形態のさらに別の変形例として、遮蔽動作が、物体の移動方向を誘導する動作である場合の概念図である。図２〜図４では遮蔽動作によって認識物体である人５を遮り、人行動空間６がロボット作業空間３に接近する時には、ロボットアーム７によって、人５との接触も許容して人５を停止させるようにしている。これに対して、第１実施形態のこの変形例では、認識物体である人５を停止させるのではなく、人５の移動方向を変えることによって、作業安全性を確保しつつ作業を実行するものである。

認識物体として人５を例にして説明する。

人５がロボット作業空間３に接近して来た場合（図１２Ａ参照）、制御部９００による第２ロボットアーム駆動部９０７の駆動により、ロボットアーム７を用いて遮蔽すると同時に、ロボットアーム７を位置Ａ１０から位置Ａ１１の方向へ移動させる。又は、空間的に、ロボットアーム７を位置Ａ１０から位置Ａ１１に向けて壁を作るような平面的な動作をさせる（具体的には、手７ａと第１腕７ｂとの間は屈曲させずに一直線状に位置させた状態で、第１腕７ｂと第２腕７ｃとの間を屈曲させることにより、手７ａと第１腕７ｂとを直線的に進退させる動作を行わせる）（図１２Ｂ参照）。人５は、ロボットアーム７を目で見て認識するが、ロボットアーム７が位置Ａ１０から位置Ａ１１の方向へ移動する。又は、ロボットアーム７の揺動動作が壁のような平面を形成するように認識するので、反射行動的に、位置Ｂ１０から位置Ｂ１１の方へ進行方向を変える（図１２Ｃ及び図１２Ｄ参照）。このように、人５に対して動作の方向を変えるように誘導動作を行うことで、ロボットアーム７と人５との接触を回避して、より安全な作業を実現できる。

なお、物体認識部４によって認識される物体を人としたが動物、他のロボットや掃除ロボットなどの自走器具などの移動体などとしてもよい。動物の例としては、ペットとして一般に家庭で飼われている犬や猫などとしてもよく、犬や猫がロボット機構部８９９のロボット作業空間３内に立ち入れないように遮る動作なども含まれる。移動体の例としては、冷蔵庫や部屋の開閉のために使われるドアがある。ドアが開いたときに、ロボット作業空間３と交錯する場合には、ドアの位置や動作を物体認識部４で認識して、ドアの開閉空間がロボット作業空間３と重ならないように遮蔽動作で遮ることで、確実に作業を行うことができる。また、もう１つの移動体の例として、野球のボールがある。野球のボールが近づいてくるのを認識した場合、その軌道を遮ることで、作業空間内への侵入を防ぐことができる。

なお、本第１実施形態では、作業用ロボットアーム１とロボットアーム７は別の機構として表現したが作業用ロボットアーム１が冗長な自由度を持っている場合には、作業用ロボットアーム１が作業に使わない冗長自由度でロボットアーム１を遮蔽動作に使用してもよい。また、双腕型のロボットにおいては、作業が片方のロボットアームで済む場合は、もう一方のロボットアームを遮蔽動作として用いてもよく、また３本目の別のアームを設けて、双腕で作業、もうひとつで遮蔽動作を行ってもよい。

かかる構成によれば、作業用ロボットアーム１で作業するロボット機構部８９９において、人（認識対象物体）５を認識する物体認識部４を設け、ロボットアーム（ロボット機構の一部）７で遮蔽動作を行うことで、物体認識部４で認識された人５の人行動空間（認識対象物体の行動空間）６をロボット側から能動的に近づかないように制御でき、作業用ロボットアーム１で安全な作業を行うことができる。

（第２実施形態）
図１３は、本発明の第２実施形態のロボット装置の作業概念図である。図１３において、図１Ａ〜図１１と同じ構成要素については同じ符号を用い、それらの説明等については省略する。

図１３において、ロボット装置は、ロボット機構部８９９のロボット本体８９９Ａを移動させる移動機構１１を備える。本第２実施形態では車輪型の移動機構１１を例として説明を行う。移動機構１１は、ロボット機構部８９９のロボット本体８９９Ａに固定されたケーシング１１Ａと、ケーシング１１Ａに回転自在に支持された２対の車輪１２と、２対の車輪１２を正逆回転駆動させるモータなどの移動機構駆動部９１１とによって構成されて、ロボット機構部８９９の進退移動動作を行うことができる。そして、作業内容としては、フライパン２を移動機構１１の上部に積んで、搬送作業を行うものとする。ロボット機構部８９９に人５が接近すると、ロボット作業空間３と人行動空間６との重なりが生じる。その際には、移動機構１１による搬送作業を停止又は低速化する必要が生じ、搬送作業の効率が落ちてしまう。なお、例えば、移動機構１１が前進する場合は、移動機構１１自身とその進行方向をロボット作業空間３としてもよい。

なお、説明のために、移動機構１１は車輪機構としたが、脚式機構、クローラ機構、レール等の軌道を移動するものとしてもよい。

第１実施形態と同様に、本第２実施形態でも、遮蔽動作を行うロボット機構部８９９の一部がロボットアーム７である場合を例として示す。また、第１実施形態と同様に、物体認識部４の認識対象物体も人５である場合を例として示す。

ロボット機構部８９９は、人行動空間（認識対象物体の行動（動作）空間）６が、ロボット作業空間３に近づかないように、ロボットアーム（ロボット機構部８９９の一部）７を用いて遮蔽動作を行う。

まず、ロボット機構部８９９は、物体認識部４で人５の人行動空間６を認識する。人行動空間６は、常に静止しているとは限らず、人５の移動に応じて移動する。そのため、ロボット作業空間３に人行動空間（認識対象物体の行動空間）６が近づかないように、制御部９００による第２ロボットアーム駆動部９０７の駆動により、人５の移動に応じてロボットアーム（ロボット機構部８９９の一部）７を動かして、人の移動を妨げて遮る。遮蔽動作としては、制御部９００による第２ロボットアーム駆動部９０７の駆動により、ロボット作業空間３と人行動空間６の領域の中間部分にロボットアーム７の少なくとも先端側の部分を位置させる。以上のように構成することで、人５の進行を妨げて、人行動空間６がロボット作業空間３に近づくことを防ぐことができる。

なお、遮蔽動作については第１実施形態の遮蔽動作と同じである。

かかる構成によれば、移動機構１１を備えたロボット機構部８９９で、物体認識部４を設け、ロボットアーム（ロボット機構部８９９の一部）７で遮蔽動作を行うことで、物体認識部４で認識された人行動空間（認識対象物体の行動空間）６をロボット側から能動的に制御でき、移動機構１１で安全な搬送作業を行うことができる。

具体的な例としては、お盆の上に載せた食べ物（例えばご飯と味噌汁と漬物）をあるテーブルへ搬送するような給仕作業をする場合であって、人５が近づいて移動機構１１が進行方向に進めない場合などには、人５の進路を片方のロボットアームで妨げて移動機構１１の進路を確保した上で、移動機構１１により移動して給仕する作業がこれに当たる。

（第３実施形態）
図１４は、本発明の第３実施形態のロボット装置の作業概念図である。図１４において、図１Ａ〜図１３と同じ構成要素については、同じ符号を用い、それらの説明を省略する。

図１４において、ロボット装置には、作業用ロボットアーム１と作業用移動機構１１が備えられており、説明のため第２実施形態と同様に、移動機構１１は車輪型として説明を行う。作業用移動機構１１は、制御部９００による移動機構駆動部９１１の駆動により４つの車輪１２によって移動動作を行うことができ、作業内容としては、制御部９００による第１ロボットアーム駆動部９０１の駆動によりフライパン２を作業用ロボットアーム１の手１ａで把持して上方向に移動させながら、移動機構１１でロボット本体８９９Ａが移動しながら所定の棚（非図示）に置くような作業を例として示す。この作業は、制御部９００による第１ロボットアーム駆動部９０１と移動機構駆動部９１１との協調駆動により、作業用ロボットアーム１の動きによる動作と移動機構１１による移動動作の２つを協調させた形の協調動作によって実現される動作である。作業に使用する自由度が第１実施形態や第２実施形態よりも多くなるため、ロボット作業空間３は、作業用ロボットアーム１のみの作業のためのロボット作業空間（第１実施形態のロボット作業空間）３、移動機構１１のためのロボット作業空間（第２実施形態のロボット作業空間）３に比べて大きいものとなる。作業の内容は、移動機構１１と作業用ロボットアーム１の協調作業であればよい。

第１実施形態と同様に、本第３実施形態でも、遮蔽動作を行うロボット機構部８９９の一部がロボットアーム７である場合を例として示す。また、第１実施形態と同様に、物体認識部４の認識対象も人５である場合を例として示す。

ロボット機構部８９９は、人行動空間（認識対象物体の行動（動作）空間）６が、ロボット作業空間３に近づかないように、ロボットアーム（ロボット機構部８９９の一部）７を用いて遮蔽動作を行う。

まず、ロボット機構部８９９は、物体認識部４で人５の人行動空間６を認識する。人行動空間６は、常に静止しているとは限らず、人５の移動に応じて移動する。そのため、ロボット作業空間３に人行動空間（認識対象物体の行動空間）６が近づかないように、制御部９００による第２ロボットアーム駆動部９０７の駆動により、人５の移動に応じてロボットアーム（ロボット機構部８９９の一部）７を動かして、人の移動を妨げて遮る。遮蔽動作としては、制御部９００による第２ロボットアーム駆動部９０７の駆動により、ロボット作業空間３と人行動空間６の領域の中間部分にロボットアーム７の少なくとも先端側の部分を位置させる。以上のように構成することで、人５の進行を妨げて、人行動空間６がロボット作業空間３に近づくことを防ぐことができる。

かかる構成によれば、作業用ロボットアーム１と作業用移動機構１１を備え、物体認識部４を有するロボットにおいて、ロボットアーム（ロボット機構部８９９の一部）７で遮蔽動作を行うことで、物体認識部４で認識された人５の人行動空間６をロボット側から能動的に制御でき、作業用ロボットアーム１と作業用移動機構１１との協調動作によって安全な作業を行うことができる。

（第４実施形態）
図１５、図１６、図１７は、本発明の第４実施形態のロボット装置の作業概念図である。図１５、図１６、図１７において、図１Ａ〜図１４と同じ構成要素については、同じ符号を用い、それらの説明を省略する。

図１５において、ロボット機構部８９９は、作業用ロボットアーム１と作業用移動機構１１を備える。ロボット作業空間３においてロボット機構部８９９は、作業用ロボットアーム１を用いて、一例として、包丁を用いたりんごの皮むき作業を行うとする。ロボット機構部８９９が作業を遂行するためには、ロボット作業空間３を確保し、ロボット作業空間３と人５の人行動空間６との交錯を排除する必要がある。第１〜３実施形態で示した方法では、ロボットアーム７（ロボット機構部８９９の一部）を用いて、人５の人行動空間６を遮って、人５の人行動空間６の移動を妨げる形としている。このような第１〜３実施形態による方法も有効ではあるが、本第４実施形態では、ロボット機構部８９９の作業空間３を、ロボットアーム７以外のロボット機構部８９９の一部で遮りながら人５を遠ざけるという形での作業実現の方法を示す。

なお、本第４実施形態でも、物体認識部４の認識対象が人５である場合を例として示す。

図１５に示すように人５がロボット機構部８９９に接近して来た場合、図１６に示すように、移動機構（例えば車輪機構であれば車輪１２）１１を用いて、制御部９００により移動機構駆動部９１１の駆動でケーシング１１Ａに対して車輪１２の一部又は全部の方向を変えて車輪１２を回転駆動することにより、移動機構１１とともにロボット機構部８９９のロボット本体８９９Ａが旋回して、ロボット作業空間３と人行動空間（認識対象物体の行動空間）６との中間部に、ロボット機構部８９９の本体部８９９Ａ（図１５〜図１６では胴体部（ロボット機構部８９９の一部）１４）を位置させて、ロボット機構部８９９の一部の胴体部１４で人５を遮る。図１７本遮蔽動作では、人行動空間６とロボット作業空間３とを、ロボット機構部８９９の一部の胴体部１４で遮る動作で、ロボット作業空間３を人行動空間６から遠ざけることで、ロボット作業を継続できる。

また、図１７に示すように、作業用移動機構１１による旋回動作を用いなくても、ロボット本体８９９Ａの下部とケーシング１１Ａとの間に、ケーシング１１Ａに対して旋回可能な旋回関節機構１３を設けるとともに、旋回関節機構１３を駆動させる旋回関節機構駆動部９１３を設けるようにすれば、制御部９００の制御により旋回関節機構駆動部９１３を駆動して旋回関節機構１３により、ケーシング１１Ａに対してロボット機構部８９９を旋回させることができて、ロボット作業空間３と人行動空間６を、ロボット機構部８９９の移動機構１１のロボット本体８９９Ａが配置されていない部分（ロボット機構部８９９の一部）で遮ることができる。すなわち、ここでは、移動機構１１のケーシング１１Ａの一端側に配置されたロボット本体８９９Ａが、図１５に示すように、ケーシング１１Ａの他端側（図１５の右側）に向いてロボット作業空間３で作業を行っているとする。このとき、本遮蔽動作では、人行動空間６とロボット作業空間３とを、旋廻関節機構１３によるロボット本体８９９Ａの旋回によって、図１７に示すように、移動機構１１のケーシング１１Ａの一端側のロボット本体８９９Ａが他端側（図１５の右側）とは反対側（図１５の左側）に向いて、人５とは、反対側のロボット作業空間３で作業を行うようにする。このようにすれば、移動機構１１のケーシング１１Ａの他端側（ロボット機構部８９９の一部）で人５がロボット作業空間３に近づくのを妨げることができて、ロボット作業空間３を人行動空間６から遠ざけることで、ロボット作業を継続できる。

かかる構成によれば、ロボット作業空間３が移動しても作業を継続できるような作業の場合には、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態の構成において、移動機構１１による旋回、又は、旋回関節機構１３による旋回を用いて、胴体部１４や移動機構１１のロボット本体８９９Ａが配置されていない部分などのロボット機構部８９９の一部を用いて、ロボット作業空間３と人行動空間６を遮り、作業を実現できる。また、ロボットアーム１，７のような遮蔽手段による遮りと、旋回動作による遮りを同時に行うことによってより、安全作業になる効果を上げることも可能である。

本発明は前記した実施形態に限られるものではなく、その他、種々の態様で実施することができる。例えば、ロボットアーム７又は１を揺動して遮蔽動作を行わせるとき、手７ａと第１腕７ｂと第２腕７ｃとを用いて揺動するものに限らず、図１８Ａに示すように、手７ａだけを揺動させて遮蔽動作を行わせたり、図１８Ｂに示すように、第１腕７ｂと第２腕７ｃとの肘の部分を揺動させて遮蔽動作を行わせることもできる。

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明のロボット装置によれば、ロボットの機構部の一部を使用して、人を遮り、能動的にロボットの作業空間を確保することができるため、人とロボットが空間を共有するような環境の中で、ロボットが安全作業を行うことを可能であり、家庭用ロボットの分野でのロボットの制御方法として有用である。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。
図１Ａは、本発明の第１実施形態におけるロボット装置の作業及び遮蔽動作の概念図である。 図１Ｂは、本発明の第１実施形態におけるロボット装置のブロック図である。 図１Ｃは、本発明の第１実施形態におけるロボット装置において、ロボットの作業範囲に１．３倍、１．５倍、２倍の安全率をかけた範囲をロボット機構部の作業空間とする場合の説明図である。 図２は、本発明の第１実施形態におけるロボット装置において、人とロボット機構部の作業空間との関係に基づく遮蔽動作を説明する説明図である。 図３は、本発明の第３実施形態におけるロボット装置において、人とロボット機構部の作業空間との関係に基づく遮蔽動作を説明する説明図である。 図４は、本発明の第１実施形態におけるロボット装置において、人とロボット機構部の作業空間との関係に基づく遮蔽動作を説明する説明図である。 図５Ａは、本発明の第１実施形態の別の変形例におけるロボット装置での危険度に基づく遮蔽動作の制御方法を説明するための表を示す図である。 図５Ｂは、本発明の第１実施形態の別の変形例におけるロボット装置においてロボットの作業対象の大きさや重量などの物性で危険度を設定して、危険度に基づく遮蔽動作の制御方法を説明するための表を示す図である。 図６Ａは、本発明の第１実施形態におけるロボット装置において、人とロボット機構部の作業空間との関係に基づく遮蔽動作を説明する説明図である。 図６Ｂは、本発明の第１実施形態におけるロボット装置において、人とロボット機構部の作業空間との関係に基づく遮蔽動作を説明する説明図である。 図６Ｃは、本発明の第１実施形態におけるロボット装置において、人とロボット機構部の作業空間との関係に基づく遮蔽動作を説明する説明図である。 図６Ｄは、本発明の第１実施形態におけるロボット装置において、人とロボット機構部の作業空間との関係に基づく遮蔽動作を説明する説明図である。 図６Ｅは、本発明の第１実施形態におけるロボット装置の遮蔽動作の変形例にかかるデータベースを説明するための説明図である。 図７は、本発明の第１実施形態におけるロボット装置においてロボット機構部の作業空間から物が飛び出す状態（ロボットアームの手で把持された包丁で野菜を切る場合に野菜の切れ端が飛び散る状態）を説明する説明図である。 図８は、本発明の第１実施形態におけるロボット装置においてロボット機構部の作業空間から物が飛び出す別の状態（ロボットアームの手で把持されたやかんからお湯を入れ物に注いだ場合に水滴が飛び散る状態）を説明する説明図である。 図９は、本発明の第１実施形態の変形例におけるロボット装置において、人が座っていて、何か高いところの物を取るために人が立ち上がるという行動を予測手段で予測することを説明するための説明図である。 図１０は、本発明の第１実施形態におけるロボット装置において、野球のボールがロボット機構部の作業空間に飛んで来る場合のボールの軌道の予測を説明するための説明図である。 図１１は、本発明の第１実施形態のさらに別の変形例におけるロボット装置での遮蔽動作を説明するための説明図である。 図１２Ａは、本発明の第１実施形態のさらに別の変形例におけるロボット装置において、人とロボット機構部の作業空間との関係に基づく遮蔽動作を説明する説明図である。 図１２Ｂは、本発明の第１実施形態のさらに別の変形例におけるロボット装置において、人とロボット機構部の作業空間との関係に基づく遮蔽動作を説明する説明図である。 図１２Ｃは、本発明の第１実施形態のさらに別の変形例におけるロボット装置において、人とロボット機構部の作業空間との関係に基づく遮蔽動作を説明する説明図である。 図１２Ｄは、本発明の第１実施形態のさらに別の変形例におけるロボット装置において、人とロボット機構部の作業空間との関係に基づく遮蔽動作を説明する説明図である。 図１３は、本発明の第２実施形態におけるロボット装置の作業及び遮蔽動作の概念図である。 図１４は、本発明の第３実施形態におけるロボット装置の作業及び遮蔽動作の概念図である。 図１５は、本発明の第４実施形態のロボット装置の作業概念図である。 図１６は、本発明の第４実施形態のロボット装置の作業概念図である。 図１７は、本発明の第４実施形態の変形例のロボット装置の作業概念図である。 図１８Ａは、本発明の第１〜第４実施形態の変形例のロボット装置の揺動動作の概念図である。 図１８Ｂは、本発明の第１〜第４実施形態の変形例のロボット装置の揺動動作の概念図である。 図１９は、従来例１のロボット用安全装置の図である。 図２０は、従来例２の触覚センサをもつロボット用制御装置の図である。 図２１は、従来例３の自律移動装置のブロック図である。 図２２Ａは、従来例４のロボット用安全装置を示す図である。 図２２Ｂは、従来例４のロボット用安全装置を示す図である。

Claims (8)

1. ロボットアームと、前記ロボットアームが取り付けられたロボット本体とを有するロボット機構部と、
   移動体又は動物又は人の３つの物体のうちいずれか又は複数の物体を遮蔽対象の物体として認識する物体認識部と、
   前記ロボット機構部の一部を用いて遮蔽動作を行わせることにより、前記物体認識部で認識された前記物体のロボット機構部の作業空間への侵入を遮りつつ、前記ロボット機構部の前記ロボットアームによる作業を行わせるように前記ロボット機構部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記物体認識部で認識された前記物体と前記ロボット機構部の作業空間との相対位置関係に応じて、前記物体認識部で認識された前記遮蔽対象の物体と前記ロボットアームとの距離を変化させて前記遮蔽動作を行うように前記ロボット機構部を制御するロボット装置。
2. ロボットアームと、前記ロボットアームが取り付けられたロボット本体と、前記ロボット本体を移動させる移動機構とを有するロボット機構部と、
   移動体又は動物又は人の３つの物体のうちいずれか又は複数の物体を認識する物体認識部と、
   前記ロボット機構部の一部を用いて遮蔽動作を行わせることにより、前記物体認識部で認識された前記物体のロボット機構部の作業空間への侵入を遮りつつ、前記ロボット機構部の前記ロボットアームによる作業又は前記移動機構による作業又は前記ロボットアームと前記移動機構の協調作業を行わせるように前記ロボット機構部を制御する制御部とを備えるロボット装置。
3. 前記ロボット機構部は少なくとも２つのロボットアームを有し、
   前記制御部は、前記ロボット機構部の一部による前記遮蔽動作が、前記ロボット機構部の前記２つのロボットアームのうちの前記作業を行う一方のロボットアームによる遮蔽動作又は前記作業を行わない他方のロボットアームによる遮蔽動作であるように前記ロボット機構部を制御する請求項１又は２に記載のロボット装置。
4. 前記制御部は、前記ロボット機構部の一部による前記遮蔽動作が、旋回機構又は前記移動機構による前記ロボット機構部の方向転換であるように前記ロボット機構部を制御する請求項２に記載のロボット装置。
5. 前記制御部は、前記物体認識部で認識された前記遮蔽対象の物体と前記ロボット機構部の作業空間との位置関係に応じて、前記遮蔽動作の速度や柔軟性を変更するように前記ロボット機構部を制御する請求項１に記載のロボット装置。
6. 前記物体認識部で認識された前記物体の動作を予測する予測手段をさらに備え、
   前記予測手段によって予測された前記物体の位置を用いて、前記制御部は、前記遮蔽動作の位置や速度や柔軟性を変更するように前記ロボット機構部を制御する請求項１に記載のロボット装置。
7. 前記制御部は、前記ロボット作業の危険度に応じて前記遮蔽動作の位置や速度や柔軟性を変更するように前記ロボット機構部を制御する請求項５又は６に記載のロボット装置。
8. 前記ロボット機構部に行わせる作業内容の情報と当該作業内容に対応する継続性の有無の情報とを関係付けて記憶させたデータベースをさらに備えて、
   前記制御部により、前記データベースの情報を読み出して、それぞれの作業内容の継続性の必要性について判断し、継続性の必要のある作業内容を前記ロボット機構部に行わせるとき、継続性の必要の無い作業内容とは異なる遮蔽動作を行わせるように前記ロボット機構部を制御する請求項１から請求項７のいずれか１つに記載のロボット装置。

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