JP6351900B2 - ロボット制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、人と作業空間を共有しつつ動作するロボット制御装置に関する。

近年、作業者とロボットとが安全柵で仕切られることなく作業空間を共有した人協調ロボットシステムの開発が進められている。人協調ロボットシステムでは、作業者がロボットの可動範囲に侵入するおそれがあり、両者の衝突を防ぐために作業者及びロボットの位置及び速度に基づいて両者が衝突するおそれを判定し、衝突し得る場合にはロボットの動作を停止させるように動作を制限することで安全性を担保している。ところで、作業者とロボットとが近い位置に存在するほど、又は両者が高速で移動しているほど両者は衝突しやすい。そのため、両者がより遠い位置に存在する段階、又は両者がより低速で移動している段階においてロボットの動作制限を設定すべきである。しかしながら、両者が衝突しないように、ロボットと作業者とが接近する都度、動作を停止していては作業効率が低下する。そのため、作業者への安全性と作業効率とを両立させるための取り組みがなされている。

従来技術の一例である特許文献１には、作業者がロボット動作に介入する度にロボットが動作を停止し作業効率が低下するといった課題に対して、作業者とロボットの双方の現在位置及び移動速度をもとに作業者とロボットの双方の将来位置を予測し、その予測値に基づいてロボットと作業者の接触可能性を判断することで、将来的に作業者とロボットとの接触の可能性がないと判断される場合にはロボットの動作を停止させないようにすることが開示されている。

特開２０１０−１２０１３９号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、作業者の作業内容によっては作業者が作業で利用しない範囲までも過剰に侵入検知範囲として設定される。そのため、作業効率が低下する、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、作業者とロボットとが作業空間を共有しつつ作業を行う際に、高い作業効率を維持しつつ両者の衝突のおそれを低下させたロボット制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、予め作業内容が設定された一つ以上の作業工程を行う作業者と作業空間を共有して動作するロボットを制御するロボット制御装置であって、前記ロボットの位置及び姿勢であるロボット制御状態を計測するロボット制御状態計測部と、前記作業工程の開始から終了までの前記作業者の作業動作で、前記作業者の身体が占有する空間を包含した領域を作業工程毎に記憶し、前記作業者が現在行っている前記作業工程を指定する作業工程指定信号に基づき、前記作業者の現在の作業工程に対応した作業領域を設定する作業領域設定部と、前記作業領域及び前記ロボット制御状態をもとに前記ロボットへの動作指令を生成するロボット指令生成部とを備え、前記ロボット指令生成部は、前記ロボットが前記作業領域内に存在するか否かによって、前記ロボットへの動作指令を変更することを特徴とする。

本発明によれば、作業者とロボットとが作業空間を共有しつつ作業を行う際に、高い作業効率を維持しつつ両者の衝突のおそれを低下させたロボット制御装置を得ることができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかるロボット制御装置を備えるロボットシステム及び該ロボットシステムが適用される作業現場の一例を示す模式図 図１に示すロボット制御装置の一構成例を示すブロック図 図２に示すロボット指令生成部の一構成例を示すブロック図 実施の形態１においてロボットと作業者が作業空間を共有して作業を行う作業現場を示す模式図 実施の形態２にかかるロボット制御装置の一構成例を示すブロック図 図５に示すロボット指令生成部の一構成例を示すブロック図 実施の形態２においてロボットと作業者が作業空間を共有して作業を行う作業現場を示す模式的な俯瞰図を示す図 実施の形態３にかかるロボット制御装置の一構成例を示すブロック図 実施の形態３においてロボットと作業者が作業空間を共有して作業を行う作業現場を示す模式的な俯瞰図を示す図 実施の形態４にかかるロボット制御装置を備えるロボットシステム及び該ロボットシステムが適用される作業現場の一例を示す模式図 図１０に示すロボット制御装置の一構成例を示すブロック図 実施の形態４において設定される作業者の身体計測点の一例を示す図 図１１に示すロボット指令生成部の一構成例を示すブロック図 実施の形態５にかかるロボット制御装置の一構成例を示すブロック図 図１４に示す作業領域設定部の一構成例を示すブロック図 実施の形態６にかかるロボット制御装置の一構成例を示すブロック図

以下に、本発明の実施の形態にかかるロボット制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるロボット制御装置１を備えるロボットシステム及び該ロボットシステムが適用される作業現場の一例を示す模式図である。図１に示すロボット制御装置１は、ロボット２に接続され、ロボット関節角度計測装置３からのロボット関節角信号３ａ及び作業工程指定装置５からの作業工程指定信号５ａをもとに、ロボット２に対して動作指令を出力する。また、図１に示す作業現場には、作業台６が配され、作業者７が存在し、ロボット２は作業者７と作業空間を共有して動作する。

図２は、図１に示すロボット制御装置１の一構成例を示すブロック図である。図２に示すロボット制御装置１は、ロボット位置及び姿勢であるロボット制御状態情報１０２ａを計測するロボット制御状態計測部１０２と、作業工程の開始から終了までの作業者７の作業動作であって、作業者７の身体が占有する空間を包含した領域を作業領域として記憶し、作業者７が現在行っている作業工程を指定する作業工程指定信号５ａに基づいて作業者７の現在の作業工程に対応した作業領域を設定して作業領域情報１０４ａを出力する作業領域設定部１０４と、作業領域情報１０４ａ及びロボット制御状態情報１０２ａをもとにロボット２への動作指令１０５ａを生成するロボット指令生成部１０５とを備える。

ロボット制御装置１は、図示しない記憶部に作業者７の作業工程毎に作業者７の作業領域データを記憶している。

ここで、作業工程は、作業者７の一連の作業を、作業内容に応じて分割したものである。作業工程の分割点には、作業者７の位置の変化点、作業で使用する工具及び部品の位置の変化点、作業における使用身体部位の変化点及び作業者７の作業動作の不連続点を例示することができる。また、作業工程は、作業現場で既に使用されている作業者７の作業工程表に合わせて分割されてもよいし、作業工程毎に所要作業時間を設定することにより分割してもよい。また、作業工程には作業者７が作業を行わないといった設定をしてもよく、その作業工程に対応した作業領域は空集合で設定される。

ロボット制御装置１は、予め作業内容が設定された、分割された１つ以上の作業工程に対して、該作業工程において作業者７が身体部位により占有する空間領域を作業領域データとして予め記憶している。この作業領域データは、作業工程毎に作業者７の動作範囲を想定して予めＣＡＤ（Computer Aided Design）上で作成してもよいし、作業者７が実際に作業工程を行う際の作業者７の動作を予め計測することで作成してもよい。

ロボット２は複数のアームを備え、各アームの結合点である各関節には、関節角度を制御する駆動装置を備え、ロボット制御装置１からの動作指令に応じて、様々な位置及び姿勢をとることが可能である。ここで、駆動装置には、サーボモータ若しくはステッピングモータに代表される電動モータ、又は空気圧若しくは油圧を利用したシリンダを例示することができるが、駆動装置はこれらに限定されるものではない。

また、図１に示すロボットシステムは、現在時刻でのロボット２の関節角度を計測するロボット関節角度計測装置３を備える。ロボット関節角度計測装置３には、エンコーダを例示することができ、ロボット２の各アームの関節の各々に設けられている。又は、ロボット関節角度計測装置３にはカメラをはじめとする画像センサを例示することができ、このような画像センサを用いてロボット２の各関節角度を計測してもよい。

作業工程指定装置５は、ロボット制御装置１に記憶されている作業工程データの中から作業者７が現在実行中の作業工程を指定する作業工程指定信号５ａを出力する。作業工程指定装置５にはデジタルスイッチを例示することができ、このデジタルスイッチは作業者７によって切換え可能である。このとき、デジタルスイッチは分割された作業工程の数だけ指定できるようにボタンが配置されていてもよいし、作業工程データにおいて予め作業工程に実行順を設定することにより、デジタルスイッチが作業工程の実行順を操作するようにボタンが配置されていてもよい。また、作業工程指定信号５ａの伝送形式は有線であっても無線であってもよく、伝送形式が無線伝送である場合には、ロボット制御装置１に無線受信部が設けられていればよい。

また、ロボット制御装置１に記憶されている作業工程データに対して、１つ以上の作業工程を判別するための付加情報として、作業環境又は作業者の部位で作業工程毎に相違となる作業者位置、作業者姿勢、使用工具位置、使用工具姿勢、部品位置、部品姿勢のうち、少なくともいずれか１つが予め作業工程と対応して記憶されている場合には、作業工程指定装置５は、対応する作業工程判定用データを取得可能なセンサであり、計測した結果及び作業工程判定用データをもとに作業工程指定信号５ａを出力すればよい。ここで、作業工程判定用データを取得可能なセンサには、ＲＧＢ−Ｄ（Red Green Blue-Depth）センサ及びレンジセンサを例示することができるが、作業工程判定用データを取得可能なセンサは、これらに限定されるものではない。また、これらのセンサの検出不可領域の補償及び検出精度の向上を目的として、マットスイッチ、ライトカーテン、レーザーセンサといったセンサを併用してもよい。

ロボット制御状態計測部１０２は、ロボット関節角度計測装置３から入力されるロボット関節角信号３ａに含まれるロボット２の各関節における角度情報をもとにロボット２の各関節における角速度を演算する。各関節における角速度は、対応した関節角度の時間差分値をとることにより演算可能である。また、各関節における角速度の時間差分値に対してフィルタ処理を行うと、ノイズ除去を行うことができる。フィルタ処理のフィルタにはローパスフィルタを例示することができる。

ロボット制御装置１は、ロボット２の筺体データを保持し、ロボット制御状態計測部１０２ではロボット２の各関節における関節角度と各関節における角速度とをもとに、ロボット２の位置及び姿勢であるロボット制御状態情報１０２ａを演算することが可能である。

作業領域設定部１０４は、ロボット制御装置１に記憶されている作業領域データから作業工程指定信号５ａにより指定された、作業者７の現在の作業工程に対応した作業領域情報１０４ａを出力する。

図３は、図２に示すロボット指令生成部１０５の一構成例を示すブロック図である。図３に示すロボット指令生成部１０５は、ロボット２が作業領域情報１０４ａの作業領域内に侵入しているか否かの侵入判定信号１０６ａを出力する侵入判定部１０６と、侵入判定信号１０６ａに基づき、ロボット２が作業領域情報１０４ａの作業領域内に侵入していないと判定した場合には、第１の制御モードである非侵入時制御モードによりロボット２への動作指令１０５ａを出力し、ロボット２が作業領域情報１０４ａの作業領域内に侵入していると判定した場合には、第２の制御モードである侵入時制御モードによりロボット２への動作指令１０５ａを出力する動作指令出力部１０７とを備える。

侵入判定部１０６は、ロボット制御状態情報１０２ａ及び作業領域情報１０４ａに基づいて、ロボット２の作業領域情報１０４ａへの侵入判定信号１０６ａを出力する。侵入判定では、ロボットハンドに代表されるロボット２の筺体の一部を判定点と設定し、その判定点が作業領域情報１０４ａの内部に存在するか否かを判定すればよい。

動作指令出力部１０７における第１の制御モードである非侵入時制御モードでは、ロボット動作軌道に従って動作指令１０５ａを出力する。ロボット動作軌道は、ロボット２を構成する各アームの関節角度の指令値履歴であり、ロボット２が行う作業内容により予め教示されている。ロボット２がロボット動作軌道に従って動作している際に、作業領域情報１０４ａの作業領域内へ侵入すると、侵入判定部１０６では、侵入判定信号１０６ａが変化することで第２の制御モードである侵入時制御モードに移行する。また、ロボット２が作業領域情報１０４ａの作業領域内へ侵入しないように、ロボット２をこの作業領域内に侵入する前に停止させるように動作を制御してもよい。

動作指令出力部１０７における第２の制御モードである侵入時制御モードでは、ロボット２に対して停止指令を出力する。

図４は、本実施の形態においてロボット２と作業者７が作業空間を共有して作業を行う作業現場を示す模式図である。図４（ａ）には作業現場の側面図を示し、図４（ｂ）には作業現場の俯瞰図を示す。図４において、ロボット２及び作業者７は、共有作業空間である作業台６上の空間において作業を行う。ロボット２は、予め設定されたロボット動作軌道に従って動作し、その際に作業者７は一時的にロボット２の可動範囲に侵入する。

一般的な作業現場では、図４に示すように、ロボット２と作業者７とは安全柵１０により分離され、インターロック又はライトカーテンといった侵入検知装置１１の信号をもとに作業者７の侵入を検知すると、作業台６は作業者７の作業空間として設定され、ロボット２は動作を停止し、作業者７の侵入を検知しなくなったときにロボット２は動作を再開することで作業者７及びロボット２が作業空間を共有している。しかしながら、このような作業現場では、ロボット２は共有作業空間への作業者７の侵入に対して過剰に反応して停止してしまい、作業効率が低いという問題があった。一例として、図４において、ロボット２が作業対象物８２に対して作業を行っている際に、作業者７が作業対象物８１を作業台６上の作業対象物８２の隣に搬送する場合には、作業者７とロボット２とは、独立して作業できるにも関わらず、侵入検知装置１１が作業者７の侵入を検知するためにロボット２は作業の途中で不必要に停止してしまい、結果として作業効率が低下する。

しかしながら、上記説明した本実施の形態によれば、作業者７の作業工程に応じて作業者７の作業領域を設定し、その作業領域に基づいてロボット２への動作制限範囲を狭くすることができる。そのため、ロボット２の停止頻度を抑制することができ、結果として作業者７とロボット２との協調作業効率の向上が可能である。また、本実施の形態では上記したように作業領域が設定されていればよく、安全柵１０及び侵入検知装置１１が設けられていてもよい。

実施の形態２．
本実施の形態においては、ロボット制御装置内のロボット指令生成部がロボット２を作業領域から退避させるように動作する形態について説明する。図５は、本実施の形態にかかるロボット制御装置１Ａの一構成例を示すブロック図である。図５に示すロボット制御装置１Ａは、図２に示すロボット指令生成部１０５に代えてロボット指令生成部１０５Ａを備える。

図６は、図５に示すロボット指令生成部１０５Ａの一構成例を示すブロック図である。図６に示すロボット指令生成部１０５Ａは、退避動作軌道生成部１０８を備え、図３に示す動作指令出力部１０７に代えて動作指令出力部１０７Ａを備える。

退避動作軌道生成部１０８は、ロボット制御状態情報１０２ａに基づいて、現在のロボット２の制御状態から予め設定されたロボット２の退避点での制御状態までの退避動作軌道情報１０８ａを生成する。ここで、退避点は、ロボット２が作業者７の作業を阻害しないように、設定された作業とは別に一時的に移動する空間点であり、作業者７の作業内容及び予め設定された作業領域を考慮して設定される１つ以上の空間点である。

退避点までの退避動作軌道情報１０８ａは、現在のロボット制御状態情報１０２ａと退避点でのロボット２が備える各アームの関節角度の変化量とを時間に対して線形補間で作成すればよい。

動作指令出力部１０７Ａは、ロボット制御状態情報１０２ａと作業領域情報１０４ａと侵入判定信号１０６ａと退避動作軌道情報１０８ａとに基づいてロボット２への動作指令１０５ａを出力する。

動作指令出力部１０７Ａは、侵入判定信号１０６ａによりロボット２が作業領域情報１０４ａの作業領域内に侵入していないと判定した場合には、第１の制御モードである非侵入時制御モードによりロボット２への動作指令１０５ａを出力し、ロボット２が作業領域情報１０４ａの作業領域内に侵入していると判定した場合には、第２の制御モードである侵入時制御モードによりロボット２への動作指令１０５ａを出力する。

動作指令出力部１０７Ａにおける第１の制御モードである非侵入時制御モードは、実施の形態１における動作指令出力部１０７と同様であるため、説明を省略する。

動作指令出力部１０７Ａにおける第２の制御モードである侵入時制御モードは、退避動作軌道情報１０８ａに従ってロボット２への動作指令１０５ａを出力する。ここで、退避点が複数設定されている場合には、複数の退避動作軌道情報１０８ａから１つを選択する。退避動作軌道の選択方法の一例は、作業工程毎に予め使用する退避点が指定されていてもよい。又は、現在のロボット制御状態情報１０２ａ及び作業領域情報１０４ａの関係から、退避動作軌道情報１０８ａに従って最短距離若しくは最短時間でロボット２が作業領域情報１０４ａの作業領域の外へ離脱可能な退避点が選択されてもよい。又は、ロボット２が作業領域情報１０４ａの作業領域の外へ離脱するまでに、この作業領域内に侵入しているロボット２の筺体部分の体積が最も小さくなるように退避点が選択されてもよい。又は、ロボット２が作業領域情報１０４ａの作業領域の外へ離脱するまでに、この作業領域内に侵入しているロボット２のロボットハンドに代表される特定の部分の体積が最も小さくなるように退避点が選択されてもよい。

さらには、退避点の選択時に、ロボット２に予め設定されているロボット動作軌道に従って作業を進める方向若しくは作業を戻す方向に動作させたときに、上述の退避動作軌道情報１０８ａの選択方法に則して評価した結果、いずれの退避動作軌道情報１０８ａに従って作業領域情報１０４ａの作業領域の外へ離脱するよりも、ロボット動作軌道に従ってこの作業領域情報１０４ａの外へ離脱する方が適している場合には、このロボット動作軌道に従ってロボット２への動作指令１０５ａを出力してもよい。

また、動作指令出力部１０７Ａは、ロボット２を退避動作軌道情報１０８ａに従って退避点へ移動させている時に、ロボット２が作業領域情報１０４ａの作業領域の外に離脱したと判定される場合にはロボット２を退避点まで移動させる前に停止させるように設定してもよい。

図７は、本実施の形態においてロボット２と作業者７が作業空間を共有して作業を行う作業現場を示す模式的な俯瞰図を示す図である。図７は、図４に示す作業現場と同様であり、同様の構成については同一符号を付してその説明を省略する。

図７（ａ）から（ｃ）では、作業者７が作業対象物８１を作業対象物８２に組み付ける作業を行うために共有作業空間内に侵入する。図７（ａ）では、作業者７は、作業対象物８１を搬送して作業台６の上に置かれた作業対象物８２に接近しており、ロボット２は、作業対象物８２に対して作業を行っている。また、図７（ａ）には、破線矢印により作業者７の現作業工程予定経路１２を示している。

図７（ｂ），（ｃ）では、図７（ａ）の状態から、作業者７が作業対象物８２に接近している。図７（ｂ）では、侵入検知装置１１が作業者７の侵入を検知した際に、ロボット２は作業対象物８２に接近した状態で動作を停止させてしまい、作業者７が作業対象物８２に対して作業を行うための作業範囲を確保することができないおそれがある。このとき、作業者７はロボット２の存在が障害となり作業対象物８１と作業対象物８２との組み付け作業を行うことができず、作業者７はロボット２の動作を優先して待機し、又はロボット２の自動運転を強制的に停止させてジョグ運転によりロボット２を作業の障害とならない位置まで移動させるかを行う必要があり、いずれも作業効率が低下するといった問題がある。

しかしながら、本実施の形態においては、作業者７が作業対象物８２へ接近する際に作業領域を設定し、ロボット２をこの作業領域から退避させるように動作指令１０５ａを出力することで、ロボット２のこの作業領域への過度な接近及び作業の妨害を防ぐことができ、結果として作業者７の待機動作、及びジョグ運転によるロボット２の移動作業が不要となるため、作業者７とロボット２との協調作業効率を向上させることができる。

実施の形態３．
本実施の形態においては、ロボットが作業者の現在の作業工程の次の作業領域から予め退避するように動作する形態について説明する。

図８は、本実施の形態にかかるロボット制御装置１Ｂの一構成例を示すブロック図である。図８では、図２に示す構成と同様の構成については同一符号を付してその説明を省略する。図８に示すロボット制御装置１Ｂは、図２に示す作業領域設定部１０４に代えて作業領域設定部１０４Ｂを備え、ロボット指令生成部１０５に代えてロボット指令生成部１０５Ｂを備える。

作業領域設定部１０４Ｂでは、作業工程における作業領域に加えて次の作業工程の順番を合わせて記憶しており、現在の作業者７の作業工程に対応した作業領域情報１０４ａの作業領域に加えて次の作業工程に対応した次作業領域情報１０４ｂの作業領域を設定して出力し、ロボット指令生成部１０５Ｂは、作業領域情報１０４ａと、次作業領域情報１０４ｂと、ロボット制御状態情報１０２ａとに基づいて、ロボット２が次作業領域情報１０４ｂの作業領域内には侵入していないが作業領域情報１０４ａの作業領域内に侵入している場合と、ロボット２が作業領域情報１０４ａの作業領域内には侵入していないが次作業領域情報１０４ｂの作業領域内に侵入している場合と、ロボット２が作業領域情報１０４ａ及び次作業領域情報１０４ｂのいずれの作業領域内にも侵入していない場合とにより、ロボット２への動作指令１０５ａの生成方法を変更する。

動作指令１０５ａの生成方法には、ロボット２が次作業領域情報１０４ｂには侵入していないが作業領域情報１０４ａの作業領域内に侵入している場合には実施の形態１における第２の制御モードである侵入時制御モードの停止指令をロボット２に出力し、ロボット２が作業領域情報１０４ａの作業領域内には侵入していないが次作業領域情報１０４ｂの作業領域内に侵入している場合にはロボット２に実施の形態２における第２の制御モードである侵入時制御モードの退避指令を出力し、ロボット２が作業領域情報１０４ａ及び次作業領域情報１０４ｂのいずれの作業領域内にも侵入していない場合には、実施の形態１における第１の制御モードである非侵入時制御モードの動作指令を出力する方法を例示することができる。

図９は、本実施の形態においてロボット２と作業者７が作業空間を共有して作業を行う作業現場を示す模式的な俯瞰図を示す図である。図９は、図４に示す作業現場と同様であり、同様の構成については同一符号を付してその説明を省略する。図９においては、作業台６上に作業対象物８２及び作業対象物８３が配置され、矩形の作業台６の一辺に向かい合った作業台６１が設置され、作業台６１上に作業対象物８１及び作業対象物８４が配置されている。ただし、図９は、作業現場の一例を示すものであって、作業現場の配置及び作業者７の作業内容はこれに限定されるものではない。

図９（ａ）から（ｃ）の各々では、図９（ａ）から（ｂ）、図９（ｂ）から（ｃ）へと、作業者７が作業工程に従って作業を進めている。図９（ａ）から（ｃ）には、現在の作業工程に対応した現作業工程予定経路１２と、現在の作業工程に対応した現作業領域１４と、次作業工程に対応した次作業工程予定経路１３と、次作業工程に対応した次作業領域１５とが示されている。現作業領域１４及び次作業領域１５は、作業者７が対応する作業を行う際にロボット２の侵入を禁止するために使用者により設定される領域である。現作業領域１４及び次作業領域１５は、作業者７が対象作業を繰り返し行う際の作業動作のばらつきを考慮して、作業者７が対象作業を行う間の作業者７の身体占有領域よりも広く設定されることが好ましい。図９（ａ）から（ｃ）に至る過程で作業工程が変化しているために、図９（ａ）における次作業領域１５は図９（ｂ）における現作業領域１４となり、次作業領域１５は新たに設定される領域である。これは、図９（ｂ）及び図９（ｃ）における現作業領域１４及び次作業領域１５についても同様である。

図９（ａ）から（ｃ）における作業工程は次のように設定されている。まずロボット２が作業対象物８２に対する加工作業と作業対象物８３に対する加工作業とを行う。次に、作業者７が作業対象物８１をロボット２による加工が終了した作業対象物８２と組み付けて作業対象物８５に加工する作業を行う。この作業者７の組み付け作業と並行して、又はこの組み付け作業に続いて、ロボット２が作業対象物８３に加工作業を行う。次に、作業者７は、ロボット２による加工が終了した作業対象物８３を作業対象物８４と組み付けるために運搬する。そのため、まず、作業者７は、図９（ａ）に示す位置から、作業台６と作業台６１との間の作業台６１に隣接する作業地点に移動して作業対象物８１を取得する作業工程を行うので、この作業工程に対応する現作業領域１４は、少なくとも、現在の位置の作業者７と作業対象物８１とを含むように設定される。また、図９（ａ）において、作業対象物８１を取得する作業工程の次作業工程は、取得した作業対象物８１を作業台６に向かって作業対象物８２に組み付ける作業である。そのため、図９（ａ）において、次作業工程に対応する次作業領域１５は、作業対象物８１及び作業対象物８２を含むように設定される。このとき、図９（ａ）において、ロボット２は、現作業領域１４内には侵入していないものの、次作業領域１５内に侵入しているので、ロボット２には実施の形態２における第２の制御モードである侵入時制御モードの退避指令が出力され、現作業領域１４内には侵入しない範囲で次作業領域１５の外へ退避する。

本実施の形態によれば、ロボット２は作業者７の動作のみから予測される移動経路では考慮することができない、作業工程に応じた作業者７の将来動作で占有する作業領域に対して、現在の作業工程の次の作業領域から予め退避することができ、ロボット２が作業者７の次作業領域情報１０４ｂの作業領域内に侵入することを防止することができる。作業者７の現在の動作の流れのみから作業者７の移動経路を予測する場合、作業工程に応じて現在の動作の流れからは予測できない作業者７の動作が発生すると、移動経路の予測が困難となる。本実施の形態によれば、作業者７の作業工程に応じて急に動作方向を変えるなど、現在の動作の流れからは予測できない動作が発生しても、予測が可能となる。

実施の形態４．
図１０は、本実施の形態にかかるロボット制御装置１Ｃを備えるロボットシステム及び該ロボットシステムが適用される作業現場の一例を示す模式図である。図１０に示すロボットシステムでは、図１に示すロボットシステムに対して作業者計測装置４が追加されている。図１０では、図１に示す構成と同様の構成については同一符号を付してその説明を省略する。

図１１は、図１０に示すロボット制御装置１Ｃの一構成例を示すブロック図である。図１１に示すロボット制御装置１Ｃでは、図２に示すロボット制御装置１に対して作業者計測部１０１が追加されている。作業者計測部１０１は、作業者位置及び姿勢である作業者７の状態を計測して作業者状態情報１０１ａを出力する。ロボット指令生成部１０５Ｃは、作業者状態情報１０１ａと作業領域情報１０４ａとロボット制御状態情報１０２ａとをもとに、ロボット２への動作指令１０５ａを生成する。なお、図１１では、図２に示す構成と同様の構成については同一符号を付してその説明を省略する。

作業者計測装置４は、作業者７における１つ以上の身体部位を身体計測点として計測し位置情報４ａを出力するセンサ装置である。位置情報４ａは、一定の周期でロボット制御装置１Ｃへ出力される。ここで、作業者計測装置４には、実施の形態１における作業工程判定用データを取得可能なセンサと同様に、ＲＧＢ−Ｄセンサ及びレンジセンサを例示することができるが、作業者計測装置４は、これらに限定されるものではない。

本実施の形態において、作業者７の身体計測点は、作業者７の姿勢が検出できるように設定される。図１２は、本実施の形態において設定される作業者７の身体計測点の一例を示す図である。図１２に示す作業者７の身体計測点には、頭部７０１、頸部７０２、肩部７０３、脊柱部７０４、臀部７０５、膝部７０６、足首部７０７、肘部７０８、手首部７０９、手先部７１０及び足先部７１１が設定される。そして、頭部７０１と頸部７０２との間に骨部７２１が設定され、頸部７０２と肩部７０３との間に骨部７２２が設定され、肩部７０３と脊柱部７０４との間に骨部７２３が設定され、脊柱部７０４と臀部７０５との間に骨部７２４が設定され、臀部７０５と膝部７０６との間に骨部７２５が設定され、膝部７０６と足首部７０７との間に骨部７２６が設定され、足首部７０７と足先部７１１との間に骨部７２７が設定され、肩部７０３と肘部７０８との間に骨部７２８が設定され、肘部７０８と手首部７０９との間に骨部７２９が設定され、手首部７０９と手先部７１０との間に骨部７３０が設定されている。

図１２に示すように作業者７の身体が人体骨格モデルで表されることで、作業者計測装置４で計測された身体計測点の位置情報４ａに基づいて作業者７の姿勢を検出することができる。

ただし、身体計測点はこれらに限定されるものではなく、作業者７の作業内容に応じて、図１２に示す身体計測点の一部が選択されてもよいし、図１２に示す身体計測点以外の身体計測点が追加されてもよい。

また、一般的な現場に設置されている他のセンサ、すなわちマットスイッチ、ライトカーテン、レーザーセンサといった既存のセンサからの信号を、作業者７の位置情報４ａの精度向上及び作業者計測装置４における作業者７の位置の検出不可領域の補償を目的として併用してもよい。

図１３は、図１１に示すロボット指令生成部１０５Ｃの一構成例を示すブロック図である。図１３に示すロボット指令生成部１０５Ｃは、図６に示すロボット指令生成部１０５Ａの動作指令出力部１０７Ａに代えて動作指令出力部１０７Ｃを備える。動作指令出力部１０７Ｃは、作業者状態情報１０１ａとロボット制御状態情報１０２ａと作業領域情報１０４ａと侵入判定信号１０６ａと退避動作軌道情報１０８ａとに基づいてロボット２への動作指令１０５ａを出力する。なお、図１３では、図６に示す構成と同様の構成については同一符号を付してその説明を省略する。また、本実施の形態においては、退避動作軌道生成部１０８は設けられていなくてもよい。

動作指令出力部１０７Ｃは、侵入判定信号１０６ａに基づき、ロボット２が作業領域情報１０４ａの作業領域内に侵入していないと判定した場合には、第１の制御モードである非侵入時制御モードによりロボット２への動作指令１０５ａを出力し、ロボット２が作業領域情報１０４ａの作業領域内に侵入していると判定した場合には、第２の制御モードである侵入時制御モードによりロボット２への動作指令１０５ａを出力する。

ここで、動作指令出力部１０７Ｃにおける第１の制御モードである非侵入時制御モードでは、実施の形態１の動作指令出力部１０７の非侵入時制御モードと同様であるため説明を省略する。また、動作指令出力部１０７Ｃにおける第２の制御モードである侵入時制御モードでは、動作指令出力部１０７Ａにおける第２の制御モードに対して、作業者状態情報１０１ａ及びロボット制御状態情報１０２ａに基づいてロボット２の動作速度に制限値が設定される。一例として、現在時刻における作業者７とロボット２との最も近い距離に基づいて、両者の距離が近いほどロボット２の動作速度の制限値が低く設定されればよい。又は、最も近い距離における作業者７とロボット２の相対速度に基づいて、相対速度が速いほどロボット２の動作速度の制限値が低く設定されていてもよい。

本実施の形態によれば、ロボット２が設定された作業者７の作業領域情報１０４ａの作業領域内に侵入した際においても、ロボット制御装置１Ｃは、現在のロボット２と作業者７の位置関係をもとに両者の衝突を回避しつつロボット２を作業領域情報１０４ａの作業領域外に退避させることが可能である。

実施の形態５．
本実施の形態においては、作業者状態情報１０１ａが作業領域設定部に入力される形態について説明する。図１４は、本実施の形態にかかるロボット制御装置１Ｄの一構成例を示すブロック図である。なお、図１４では、図１１に示す構成と同様の構成については同一符号を付してその説明を省略する。図１４に示すロボット制御装置１Ｄは、図１１に示すロボット制御装置１Ｃの作業領域設定部１０４に代えて作業領域設定部１０４Ｄを備える。

図１５は、図１４に示す作業領域設定部１０４Ｄの一構成例を示すブロック図である。図１５に示す作業領域設定部１０４Ｄは、作業領域記憶部１０９と、作業領域修正部１１０と、作業領域出力部１１１とを備える。作業領域記憶部１０９は、予め記憶された作業領域データを修正できるように、作業領域データを複製した修正用作業領域データを記憶し、記憶した修正用作業領域データから、作業工程指定信号５ａで指定された作業者７の作業工程に対応した修正用作業領域情報１０９ａを出力する。作業領域修正部１１０は、修正用作業領域情報１０９ａ及び作業者状態情報１０１ａを統計的に比較することにより、修正用作業領域情報１０９ａを、実際の作業者７の作業動作で使用される範囲との差が小さくなるように適応した作業領域に修正して修正作業領域情報１１０ａを出力する。作業領域出力部１１１は、修正作業領域情報を作業領域情報１０４ａとして出力する。そして、作業領域記憶部１０９は、修正作業領域情報１１０ａにより対応する修正用作業領域データを修正する。

本実施の形態によれば、ロボット制御装置１Ｄは、予め設定された作業者７の作業領域情報１０４ａの作業領域を作業者７の実際の作業動作で計測された作業者状態情報１０１ａにより修正する。そのため、作業領域情報１０４ａの作業領域を作業者毎に異なる作業時の動作軌道又は動作範囲に合わせて再設定することが可能である。

実施の形態６．
本実施の形態においては、動作指令１０５ａがロボット制御状態計測部に入力される形態について説明する。図１６は、本実施の形態にかかるロボット制御装置１Ｅの一構成例を示すブロック図である。図１６に示すロボット制御装置１Ｅは、図２に示すロボット制御装置１のロボット制御状態計測部１０２に代えてロボット制御状態計測部１０２Ｅを備える。ロボット制御状態計測部１０２Ｅには、ロボット関節角信号３ａに代えて動作指令１０５ａが入力される。

本実施の形態によれば、ロボットシステムからロボット関節角度計測装置３を除くことができ、小型化及び低コスト化が可能である。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ ロボット制御装置、２ ロボット、３ ロボット関節角度計測装置、３ａ ロボット関節角信号、４ 作業者計測装置、４ａ 位置情報、５ 作業工程指定装置、５ａ 作業工程指定信号、６，６１ 作業台、７ 作業者、１０
安全柵、１１ 侵入検知装置、１２ 現作業工程予定経路、１３ 次作業工程予定経路、１４ 現作業領域、１５ 次作業領域、８１，８２，８３，８４，８５ 作業対象物、１０１ 作業者計測部、１０１ａ 作業者状態情報、１０２，１０２Ｅ ロボット制御状態計測部、１０２ａ ロボット制御状態情報、１０４，１０４Ｂ，１０４Ｄ 作業領域設定部、１０４ａ 作業領域情報、１０４ｂ 次作業領域情報、１０５，１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃ ロボット指令生成部、１０５ａ 動作指令、１０６ 侵入判定部、１０６ａ 侵入判定信号、１０７，１０７Ａ，１０７Ｃ 動作指令出力部、１０８ 退避動作軌道生成部、１０８ａ 退避動作軌道情報、１０９ 作業領域記憶部、１０９ａ 修正用作業領域情報、１１０ 作業領域修正部、１１０ａ 修正作業領域情報、１１１ 作業領域出力部、７０１ 頭部、７０２ 頸部、７０３ 肩部、７０４ 脊柱部、７０５ 臀部、７０６ 膝部、７０７ 足首部、７０８ 肘部、７０９ 手首部、７１０ 手先部、７１１ 足先部、７２１，７２２，７２３，７２４，７２５，７２６，７２７，７２８，７２９，７３０ 骨部。

Claims (7)

1. 予め作業内容が設定された一つ以上の作業工程を行う作業者と作業空間を共有して動作するロボットを制御するロボット制御装置であって、
   前記ロボットの位置及び姿勢であるロボット制御状態を計測するロボット制御状態計測部と、
   前記作業工程の開始から終了までを通して、前記作業者の作業動作で、前記作業者の身体が占有する空間を包含した領域を示すデータを作業工程毎に予め記憶し、前記データと前記作業者が現在行っている前記作業工程を指定する作業工程指定信号とに基づき、前記作業者の現在の作業工程に対応した作業領域を設定する作業領域設定部と、
   前記作業領域及び前記ロボット制御状態をもとに前記ロボットへの動作指令を生成するロボット指令生成部とを備え、
   前記ロボット指令生成部は、前記ロボットが前記作業領域内に存在するか否かによって、前記ロボットへの動作指令を変更することを特徴とするロボット制御装置。
2. 前記ロボット指令生成部は、前記ロボットが前記作業領域内に存在する場合は、前記ロボットへの動作指令を、前記ロボットが前記作業領域外に退避するように出力することを特徴とする請求項１に記載のロボット制御装置。
3. 予め作業内容が設定された一つ以上の作業工程を行う作業者と作業空間を共有して動作するロボットを制御するロボット制御装置であって、
   前記ロボットの位置及び姿勢であるロボット制御状態を計測するロボット制御状態計測部と、
   前記作業工程の開始から終了までの前記作業者の作業動作で、前記作業者の身体が占有する空間を包含した領域を作業工程毎に記憶し、前記作業者が現在行っている前記作業工程を指定する作業工程指定信号に基づき、前記作業者の現在の作業工程に対応した作業領域を設定する作業領域設定部と、
   前記作業領域及び前記ロボット制御状態をもとに前記ロボットへの動作指令を生成するロボット指令生成部とを備え、
   前記ロボット指令生成部は、前記ロボットが前記作業領域内に存在するか否かによって、前記ロボットへの動作指令を変更し、
   前記作業領域設定部は、作業工程における前記作業領域に加え次の作業工程の順番を合わせて記憶しており、現在の前記作業者の作業工程に対応した前記作業領域に加え、現在の作業工程から次の工程先の作業工程に対応した次作業領域を設定し、
   前記ロボット指令生成部は、前記ロボットが前記作業領域内に侵入している場合と、前記作業領域内に侵入しておらず、前記次作業領域内に侵入している場合で、前記作業領域及び前記次作業領域からの退避方法を変更することを特徴とするロボット制御装置。
4. 前記ロボット指令生成部は、前記ロボットが前記作業領域内に侵入しておらず、前記次作業領域内に侵入している場合に、前記作業領域内に侵入しない範囲で前記次作業領域外に退避することを特徴とする請求項３に記載のロボット制御装置。
5. 予め作業内容が設定された一つ以上の作業工程を行う作業者と作業空間を共有して動作するロボットを制御するロボット制御装置であって、
   前記作業者の位置及び姿勢である作業者状態を計測する作業者計測部と、
   前記ロボットの位置及び姿勢であるロボット制御状態を計測するロボット制御状態計測部と、
   前記作業工程の開始から終了までを通して、前記作業者の作業動作で、前記作業者の身体が占有する空間を包含した領域を示すデータを作業領域として予め記憶し、前記データと前記作業者が現在行っている前記作業工程を指定する作業工程指定信号とに基づき、前記作業者の現在の作業工程に対応した前記作業領域を設定する作業領域設定部と、
   前記作業領域と前記作業者状態と前記ロボット制御状態をもとに前記ロボットへの動作指令を生成するロボット指令生成部とを備え、
   前記ロボット指令生成部は、前記ロボットが前記作業領域に侵入しているか否かの判定により前記ロボットへの動作指令を変更することを特徴とするロボット制御装置。
6. 前記作業領域設定部は、作業領域修正部を備え、
   前記作業領域修正部は、前記作業工程指定信号により指定された前記作業工程に対応した前記作業領域と、前記作業者計測部から入力された前記作業者状態をもとに記憶されている前記作業領域を修正することを特徴とする請求項５に記載のロボット制御装置。
7. 前記ロボット制御状態計測部は、前記ロボット指令生成部から出力される前記ロボットへの動作指令をもとに前記ロボット制御状態を計測することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のロボット制御装置。

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