JP4427905B2 - ロボット監視システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はロボット監視システムに関し、特に、周辺構造物が存在する環境の中でロボットを作動させる場合に、周辺構造物との衝突の危険があるロボットの部位を位置調整および撮影状態調整可能な監視カメラによって撮影し、撮像を監視表示装置に表示するロボット監視システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のロボット監視システムにおいては、ロボットが動作する際に周辺構造物と衝突する恐れがある場合、通常、以下の方法で衝突や接近を検出した後、ロボットの減速、停止、動作変更を行って衝突を回避している。すなわち、
▲１▼ 衝突あるいは接近を検出するセンサをロボットに設置する。
▲２▼ 監視カメラあるいは直接目視により、人間がロボットの動作を監視する。
▲３▼ ロボットおよび周辺構造物の設計データ（外形寸法データ）とロボットの動作状態から衝突や接近を推定する。
【０００３】
ロボットにセンサを設置する方法は、環境条件から使用可能なセンサがない場合があったり、センサの検出範囲に制約がある等の問題点がある。同様に、環境条件から人間が入れない場所では、直接目視による監視も実施できない。監視カメラは環境条件に強いセンサであるが、視野に限りがあるため適切な位置を監視していないと監視もれが出る恐れがある。可動雲台によって監視位置を調整する場合でも、雲台操縦者の技能や判断に負うところが大きく、充分な監視が行われるとは限らない。また、ロボットおよび周辺構造物の設計データと、ロボットの動作状態とからの衝突あるいは接近の推定は、計算機の性能向上に伴い、ロボットと周囲の構造全体にわたって行うことができるようになったが、設計データと実際との間の誤差により、推定に誤差が発生するという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を解決すべくなされたものであって、ロボットと周辺構造物の衝突や接近を監視カメラによる監視で行う際、適切な監視位置の設定が困難であることによる監視もれが発生しないように、監視カメラを適切な監視位置に設定することにより、ロボットと周辺構造物との衝突を防止できるロボット監視システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するために、本発明は、ロボットを撮影する監視カメラと、前記ロボットの状態を検出するロボット状態検出装置と、前記ロボットの状態に基づいて周辺構造物との衝突をシミュレートするシミュレーション装置と、前記シミュレーション装置のシミュレーション結果に基づいて、前記監視カメラを制御し撮影状態を調節するための制御装置とを備えてなるものである。
【０００６】
このような構成によれば、例えば、ロボットと周辺構造物との衝突が予測されるような場合に、その箇所などを監視カメラで詳細に撮影するなどして注意を集中させることができ、もって、例えばロボットと周辺構造物との衝突を防止することができる。
【０００７】
また、本発明は、周辺構造物が存在する環境の中でロボットを作動させる場合に、周辺構造物との衝突の危険があるロボットの部位を位置調整および撮影状態調整可能な監視カメラ装置によって撮影し、撮像を監視表示装置に表示するロボット監視システムにおいて、作動されるロボットの姿勢を検出するロボット状態検出装置と、ロボットと周辺構造物とに関する外形寸法データと位置データとに基づいてロボットの外形を擬似的に拡大し、拡大されたロボットの動作をシミュレートすることにより、拡大されたロボットと周辺構造物との擬似衝突個所を検出し、実際にロボットを作動させる場合に、ロボット状態検出装置によって検出されるロボットの姿勢に基づいて、外形が擬似的に拡大されたロボットと周辺構造物とが擬似衝突する個所を指示するシミュレーション装置と、シミュレーション装置からの擬似衝突個所の位置に関する指示に基づいて、監視カメラが擬似衝突個所を衝突危険個所として最適に撮影できるように監視カメラの位置および撮影状態を調節する制御装置とを備える。
【０００８】
このような構成によれば、シミュレーション装置は、外形を擬似的に拡大したロボットの動作をシミュレートすることにより、拡大されたロボットと周辺構造物との擬似衝突個所を検出でき、実際の作動時に、擬似衝突個所に基づいて、どの個所が周辺構造物のどこに衝突する危険があるかを予想することができる。そこで、実際にロボットを作動させる場合に、ロボット状態検出装置によって検出されるロボットの姿勢に基づいて、シミュレーション装置は、予想した擬似衝突個所を指示する。この指示に基づいて、制御装置は衝突危険個所を最適に撮影できるように監視カメラの位置および撮影状態を自動的に調節させる。
【０００９】
また、本発明において、前記ロボットは、関節で接続された複数のリンクを具備する多関節のロボットアームであって、前記監視カメラは、一端が基準点に取り付けられたリンクのほぼ中央に取り付けられている。したがって、上側と下側とに周辺構造物がある場合に、前記監視カメラは上側または下側を同じ条件で監視可能であり、上側または下側のうち、どちら側でも衝突する危険が大きいと決定されれば、そちら側を好適な条件で監視できることとなる。
【００１０】
さらに、本発明において、前記シミュレーション装置は、擬似的に拡大されたロボットと、周辺構造物との擬似衝突個所を検出する場合、擬似衝突個所の数と、配置された監視カメラの台数とが同一数になるまで、ロボットの外形を許可された範囲内で擬似的に拡大する。したがって、配置されている監視カメラの全部を、ロボットの衝突する危険がある個所にそれぞれ対応させて監視することができ、監視漏れが自動的に防止される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１.
以下、本発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明のロボット監視システムの実施の形態を示す構成図、図２は、図１のロボット監視システムの動作を説明するためのフローチャート、図３は、本発明のロボット監視システムのもう一つの実施の形態を示す構成図である。図１ないし図３のロボット監視システム１００，１０１においては、周辺構造物９０，９１，９２がある環境の中で多関節のロボットアーム１０，１１を駆動制御するものとする。
【００１２】
図１において示されるロボットアーム１０は、関節J１,J2,J3と、それらによって接続されたリンクL1,L2,L3と、リンクL3の先端に取り付けられたロボットハンドHDとを有している。ロボット状態検出装置２０は、ロボットアーム１０の関節J１,J2,J3、リンクL1,L2,L3、および、ロボットハンドHDの位置や姿勢を検出する。雲台３０は、制御信号CNの指示に基づいて、監視部位を最適に監視できる位置に移動し、その雲台３０に搭載された監視カメラ４０は、制御信号CNの指示に基づいて、監視状態を最適に設定する。この場合、監視カメラ４０が撮影した映像は、モニタテレビ５０に表示され、監視員６０の監視に提供される。監視状態制御装置（請求項の制御装置）７０は、与えられる命令CMに従って、ロボットアーム１０の衝突の危険のある部位を監視カメラ４０がその視線上に捉え、その部位に対して適切なズーム・フォーカス状態になるように制御信号CNを雲台３０およびその上に搭載された監視カメラ４０に与える。
【００１３】
動作シミュレーション装置（請求項のシミュレーション装置）８０は、ロボットアーム１０に必要な動作シミュレーションを行わせ、ロボットアーム１０が配置された環境における周辺構造物９０に衝突する危険がないか否かを検出する。検出した結果に基づき、ロボットアーム１０の実際の作動時に、衝突危険個所を監視カメラ４０が最適に撮影するように、監視状態制御装置７０に命令CNを与える。これらの実行のために、動作シミュレーション装置８０は、周辺構造物の設計データと、周辺構造物に対するロボットアーム１０の基準点（例えば、回転はするが周辺構造物に対しての位置は変更しない関節J1）の位置データと、ロボットアームの外形に関する設計データと、ロボットアームの外形について段階的に擬似的な拡大あるいは縮小（拡大幅を小さくするの意味で用いる）を行うための拡大設定値および縮小設定値と、ロボットアーム１０を擬似的に拡大あるいは縮小できる限界である拡大最大設定値および縮小最小設定値とを記憶している。
【００１４】
次に、動作シミュレーション装置８０が監視状態制御装置７０に与える命令CMの内容について図２を参照して説明する。動作シミュレーション装置８０は、先ず、ロボットアーム１０の設計データに基づく外形に対して、標準の拡大設定値を与え、外形が標準拡大されたロボットアーム１０に必要な動作シミュレーションを実行させる（ステップS1）。この動作シミュレーションによって、ロボットアーム１０と周辺構造物９０との間に擬似的な衝突が発生する場合がある（発生しない場合もある）。そこで、この擬似衝突個所（以降、衝突個所と略記する）の数と、設置されている監視カメラ４０の台数とを比較し（図１の例においては、監視カメラ４０の台数は１台である）、衝突個所の数が設置されている監視カメラ４０の数よりも多いか否かを判断する（ステップS2）。
【００１５】
判断の結果、衝突個所の数が監視カメラ４０の台数より多くなければ、衝突個所の数が監視カメラ４０の数よりも少ないか否かを判断する（ステップS3）。その結果、衝突個所の数が監視カメラ４０の台数より少なくなければ、衝突個所の数が監視カメラ４０の台数と同じであると見なす。したがって、現在設置されている監視カメラ４０で該当する衝突個所の全部を監視可能であるので、それぞれに対応する監視カメラ４０によって最適に監視させる命令CMを構成する（ステップS4）。このことによって、実際にロボットアーム１０を駆動させる場合には、構成された命令CMが監視状態制御装置７０に与えられるので、衝突の発生する危険の大きい個所の全部が監視カメラ４０に捉えられることとなる。
【００１６】
ステップS2において、衝突個所の数が監視カメラ４０の台数より多ければ、ロボットアーム１０の外形の寸法を縮小設定値だけ縮小し、拡大量を少なくする（ステップS5）。縮小した結果が縮小最小値設定値以上であるか否かを判断する（ステップS6）。もしも、縮小した結果が縮小最小値設定値以上でない場合には、現在配置されている監視カメラ４０だけでは監視しきれないので、異常と見なし、その旨を表示して終了する。しかし、縮小した結果が縮小最小値設定値以上である場合には、ステップS1に戻り、衝突個所の数と監視カメラ４０の台数とが一致するように、許された範囲内（縮小最小値設定値以上で拡大最大設定値以下である）でロボットアームの外形寸法の拡大および縮小を繰り返す。
【００１７】
ステップS3において、衝突個所の数が監視カメラ４０の台数よりも少ない場合には、ロボットアーム１０の外形の寸法を拡大設定値だけ拡大する（ステップS8）。拡大した結果が拡大最大設定値以下であるか否かを判断する（ステップS9）。もしも、拡大した結果が拡大最大設定値以下でない場合には、現状のロボットアーム１０の作動においては、周辺構造物９０との接近（衝突危険個所）はないので、監視カメラ４０および雲台３０を適宜な配置として終了する。しかし、ステップS9において、もしも、拡大した結果が拡大最大設定値以下である場合には、ステップS1に戻り、衝突個所の数と監視カメラの３０の台数とが一致するように、許された範囲内でロボットアームの外形の拡大および縮小を繰り返す。
【００１８】
このように、通常の場合、動作シミュレーション装置８０は、ロボットアーム１０を作動させたときに衝突の危険のある個所の数と、監視カメラ４０の数とが合致するように、許された範囲内でロボットアームの外形の擬似的な拡大および縮小を繰り返すので、結果的には、衝突の危険があって、監視が必要となる部位の数は、配置されている監視カメラの台数と同じになり、配置されている監視カメラ４０を全部使用して、能率的に監視が必要な個所を監視することができるようになる。また、これらの作業は、動作シミュレーション装置８０等によって自動的に行われるので、環境条件に影響されることなく、人間の判断に依存することもなく、衝突危険個所が正確にモニタテレビ５０に表示される。
【００１９】
したがって、監視員６０は、監視が必要な個所の全てを監視カメラ４０からのモニタテレビ５０の映像によって、漏れなく監視することができ、ロボットアーム１０の制御プログラムが現状でよいのか変更すべきかを容易に判断できる。ロボットアーム１０の制御プログラムに不都合があれば、これを変更した後に、再度、動作シミュレーション装置８０によって、ロボットアーム１０の動作シミュレーションを行えばよく、ロボットアーム１０が実際の作動中に周辺構造物９０と衝突するのを確実に回避することができる。なお、図１においては、見やすくするために、雲台３０および監視カメラ４０は、一組のみ示しているが、動作の説明においては一般的なように複数組あることを前提としている。
【００２０】
実施の形態２.
図３は、本発明のロボットアーム制御監視システムの他の実施の形態を示す構成図である。この例において、ロボットアーム１１は、図１のロボットアーム１０とほぼ同じ構成であるが、一方の関節J1が基準点に取り付けられたリンクL1のほぼ中央には、一台の雲台付監視カメラ３４が装着されている。この場合、周辺構造物９１，９２は、上下の両方にあるので、雲台付監視カメラ３４によって周辺構造物９１，９２との関係を同時に監視することは不可能である。
【００２１】
動作シミュレーション装置８０（図１参照）は、ロボット状態検出装置２０（図１参照）を介してロボットアーム１１の姿勢を参照しつつ監視すべき一方の周辺構造物を自動的に決定する。すなわち、ロボットアーム１１に所定の拡大設定値を与え、拡大したロボットアーム１１を駆動することをシミュレートした場合に、周辺構造物９１との衝突が発生するならば、ロボットアーム１１の上側を、周辺構造物９２との衝突が発生するならば、ロボットアーム１１の下側を、それぞれ雲台付監視カメラ３４によって監視するようにする。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のロボット監視システムは、以上において説明したように構成されているので、ロボットが周辺構造物に衝突するような事態を未然に防止することが容易となる。
【００２３】
また、本発明において、さらにシミュレーション装置は、外形を擬似的に拡大したロボットの動作をシミュレートすることにより、拡大されたロボットと周辺構造物との擬似衝突個所を検出でき、実際の作動時に、どの個所が周辺構造物のどこと衝突する危険があるかを予想することができる。そこで、実際にロボットを作動させる場合に、ロボット状態検出装置によって検出されるロボットの姿勢に基づいて、シミュレーション装置は、予想した衝突危険個所を指示する。この指示に基づいて、監視状態制御装置は、監視カメラ装置が衝突危険個所を最適に撮影できるように監視カメラ装置の位置および撮影状態を自動的に調節することができる。
【００２４】
また、ロボットが関節で接続された複数のリンクを具備する多関節のロボットアームであれば、一端が基準点に取り付けられたリンクのほぼ中央に監視カメラ装置を取り付ける。したがって、上側と下側とに周辺構造物がある場合に、前記監視カメラ装置は、上側または下側を同じような条件で監視可能となる。さらに、前記シミュレーション装置は、擬似的に拡大されたロボットと周辺構造物との衝突個所を検出する場合、衝突個所の数と、配置された監視カメラ装置の台数とが同一数になるまで、ロボットの外形寸法を擬似的に拡大することにより、配置されている監視カメラ装置の全部をロボットの衝突する危険がある個所にそれぞれ対応させて能率的に監視を行うことができ、監視漏れが自動的に防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロボット監視システムの実施の形態１を示す構成図である。
【図２】図１のロボット監視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。
【図３】本発明のロボット監視システムの実施の形態２を示す構成図である。
【符号の説明】
１０，１１ ロボットアーム、２０ ロボット状態検出装置、３０ 雲台、３４ 雲台付カメラ、４０ 監視カメラ、５０ モニタテレビ、６０ 監視員、７０ 監視状態制御装置、８０ 動作シミュレーション装置、９０，９１，９２ 周辺構造物、１００，１０１ ロボット監視システム。

Claims (3)

1. 周辺構造物が存在する環境の中でロボットを作動させる場合に、周辺構造物との衝突の危険がある前記ロボットの部位を位置調整および撮影状態調整可能な監視カメラによって撮影し、撮像を監視表示装置に表示するロボット監視システムにおいて、
   前記ロボットの姿勢を検出するロボット状態検出装置と、
   前記ロボットと周辺構造物とに関する外形寸法データと位置データとに基づいて前記ロボットの外形を擬似的に拡大し、拡大された前記ロボットの動作をシミュレートすることにより、拡大された前記ロボットと周辺構造物との擬似衝突個所を検出し、前記ロボットを作動させる場合に、前記ロボット状態検出装置によって検出される前記ロボットの姿勢に基づいて、外形が擬似的に拡大された前記ロボットと周辺構造物とが擬似衝突する個所を指示する動作シミュレーション装置と、
   前記動作シミュレーション装置からの擬似衝突個所の位置に関する指示に基づいて、前記監視カメラが擬似衝突個所を衝突危険個所として最適に撮影できるように前記監視カメラの位置および撮影状態を調節する制御装置とを備えることを特徴とするロボット監視システム。
2. 請求項１に記載のロボット監視システムにおいて、
   前記ロボットは、関節で接続された複数のリンクを具備する多関節のロボットアームであって、前記監視カメラは、一端が基準点に取り付けられたリンクの中央に取り付けられていることを特徴とするロボット監視システム。
3. 請求項１または請求項２に記載のロボット監視システムにおいて、
   前記シミュレーション装置は、擬似的に拡大されたロボットと、周辺構造物との擬似衝突個所を検出する場合、擬似衝突個所の数と、配置された監視カメラの台数とが同一数になるまで、ロボットの外形を許可された範囲内で擬似的に拡大することを特徴とするロボット監視システム。

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