JP6836557B2 - 人間協調ロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、人間協調ロボットシステムに関するものである。

従来、ロボットと人間とが作業空間を共有する人間協調ロボットシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この人間協調ロボットシステムにおいては、ロボットが動作状態を検出する力センサ等の各種センサを備え、各種センサにより検出されるロボットの動作状態に関連する物理量が第１閾値以上かつ第２閾値未満である場合に、ロボットに退避動作を行わせ、物理量が第２閾値以上である場合にはロボットを急停止させる。

特開２０１６−６４４７４号公報

しかしながら、特許文献１の人間協調ロボットシステムにおいては、退避動作を行わせる意図でユーザがロボットを押す場合に、不慣れなユーザはロボットが停止するほど大きな力で押す可能性があり、ロボットが停止した場合にユーザは力が足りないと勘違いしてさらに大きな力で押すことがある。このような場合には、ロボットにかかる負荷が過大となり、ロボットが故障する原因となる。
本発明は、ユーザが不慣れな場合であっても、ロボットに過大な負荷がかかることを防止することができる人間協調ロボットシステムを提供することを目的としている。

本発明の一態様は、ロボットと、該ロボットを制御する制御装置とを備え、前記ロボットが、該ロボットに加わる外力を検出するセンサを備え、前記制御装置が、検出された前記外力が第１閾値以上である場合に前記ロボットの動作を停止し、検出された前記外力が、前記第１閾値を超える第２閾値以上である場合に警告を行う人間協調ロボットシステムである。

本態様によれば、ロボットと作業者とが作業空間を共有する場合において、作業者がロボットを押すことによりロボットに外力が作用すると、外力がセンサによって検出され、ロボットが検出された外力に対応した動作を行う。検出された外力が第１閾値以上となる場合には、制御装置がロボットの動作を停止させる。ロボットを押圧しているにも関わらずロボットが停止したときには、慣れている作業者であれば、力のかけすぎであることを認識できる。

これに対して不慣れな作業者の場合に、ロボットが停止したのは力が足りないからであると勘違いすることがあり、その場合には作業者により、より大きな外力がロボットに加えられる。この場合において、本態様によれば、センサにより検出された外力が第１閾値を超える第２閾値以上となった場合に、制御装置により警告が発せられる。警告が発せられることにより、作業者が不慣れな場合であっても、何らかの不都合が発生していることを認識させることができ、それ以上の外力が作業者によってロボットに加えられることを防止することができる。

上記態様においては、前記センサにより検出された前記外力が前記第１閾値より小さい第３閾値以上第１閾値未満である場合に、前記制御装置が、前記外力を低減する方向に前記ロボットを退避動作させてもよい。
この構成により、作業者はロボットに対し第３閾値以上第１閾値未満の外力を加えることによって、ロボットに退避動作をさせることができ、外力の方向にロボットを移動させることができる。そして、外力が第１閾値以上となったときに、ロボットを停止させることができる。

また、上記態様においては、前記警告が、前記ロボットを振動的に動作させることであってもよい。
この構成により、外力が第２閾値以上となったときに、ロボットが振動的に動作させられる。ロボットを一方向に押圧している場合に、ロボットが振動的に動作することは通常では考えられないため、何らかの不具合が発生しているものと作業者に警告することができる。警告を受けた作業者は、それ以上の外力でロボットを押し続けることを止めるため、ロボットに過大な外力がかかることを防止することができる。また、ロボットの動作によって警告することで、警報装置等の設備を新たに設ける必要がなく簡易である。

また、上記態様においては、前記制御装置が、警報装置を備え、前記警告が、前記警報装置を作動させることにより行われてもよい。
この構成により、外力が第２閾値以上となったときに、制御装置が警報装置を作動させて警告を行うことができる。

本発明によれば、ユーザが不慣れな場合であっても、ロボットに過大な負荷がかかることを防止することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る人間協調ロボットシステムを示す全体構成図である。 図１の人間協調ロボットシステムの制御装置を説明するブロック図である。 図２の制御装置の判定部による判定手順を説明するフローチャートである。 図１の人間協調ロボットシステムのロボットに加わる外力の大きさとロボットの動作との関係を示すグラフである。 図１の人間協調ロボットシステムにおいてロボットに第２閾値以上の外力が作用したときの警告動作を説明する図である。 図１の人間協調ロボットシステムの変形例を示す全体構成図である。 図６の人間協調ロボットシステムの制御装置を説明するブロック図である。

本発明の一実施形態に係る人間協調ロボットシステム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る人間協調ロボットシステム１は、図１に示されるように、ロボット２と作業者（人間）と作業空間を共有する環境で動作するシステムであり、ロボット２とロボット２を制御する制御装置（制御部）３とを備えている。

ロボット２は、例えば、図１に示されるように、６軸の多関節型ロボットである。ロボット２は６個の関節軸に設けられたサーボモータ（図示略）によって、所望の位置および姿勢に動作させることができる。
また、ロボット２は動作状態を検出する各種センサ４を備えている。センサ４には、例えば、ロボット２に作用する外力Ｆを検出するセンサ４、ロボット２の各関節軸に作用するトルクを検出するトルクセンサ（図示略）、ロボット２の加速度を検出する加速度センサ（図示略）、サーボモータの回転位置を検出するエンコーダ（図示略）等が含まれる。各センサ４は、ロボット２に内蔵されていてもよいし、ロボット２の外部に取り付けられていてもよい。

制御装置３は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭならびに表示装置および入力装置等の外部装置との間で信号またはデータを送受信するインタフェース等のハードウェア構成を有するコンピュータである。
制御装置３は、図２に示されるように、動作プログラムを記憶する記憶部５と、ロボット２に備えられた各種センサ４により検出された情報に基づいて、ロボット２に作用する外力Ｆを算出する外力算出部６と、算出された外力Ｆが、第３閾値Ｔｈ３以上第１閾値Ｔｈ１未満であるか、第１閾値Ｔｈ１以上第２閾値Ｔｈ２未満であるか、または第２閾値Ｔｈ２以上であるか否かを判定する判定部７と、動作プログラムまたは判定の結果に基づいて、ロボット２を動作させる指令を生成する指令生成部８とを備えている。第２閾値Ｔｈ２は、ロボット２に損傷が与えられる外力Ｆよりも十分に小さい値に設定されている。

指令生成部８は、動作プログラムに基づく指令を生成してロボット２を通常動作させている状態で、図３に示されるように、センサ４により検出された情報に基づいて外力Ｆが検出されたか否かを判定し（ステップＳ１）、外力Ｆが検出された場合には、外力Ｆが第３閾値Ｔｈ３以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。

図３および図４に示されるように、外力Ｆが第３閾値Ｔｈ３未満である場合には、動作プログラムに基づく通常動作を継続する指令が生成される（ステップＳ３）。判定部７による判定の結果、外力Ｆが第３閾値Ｔｈ３以上である場合には第１閾値Ｔｈ１以上であるか否か判定され（ステップＳ４）、第１閾値Ｔｈ１未満である場合には、「急停止」に比べてより長い停止時間をかけてロボット２を停止させるか、外力Ｆが小さくなる方向にロボット２を退避動作させる指令を生成する（ステップＳ５）。

判定部７による判定の結果、外力Ｆが第１閾値Ｔｈ１以上である場合には第２閾値Ｔｈ２以上であるか否かが判定され（ステップＳ６）、第２閾値Ｔｈ２未満である場合には、指令生成部８は、ロボット２を「急停止」、すなわち、短時間に停止させる指令を生成する（ステップＳ７）。

そして、判定部７による判定の結果、外力Ｆが第２閾値Ｔｈ２以上である場合には（ステップＳ６）、指令生成部８は、警告を行う指令を生成する（ステップＳ８）。
本実施形態においては、指令生成部８は、サーボモータを振動的に動作させることにより、ロボット２の機体を振動させることにより、ロボット２に接触して、ロボット２を押している作業者に警告を行う指令を生成する。

このように構成された本実施形態に係る人間協調ロボットシステム１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る人間協調ロボットシステム１において、制御装置３は予め教示された動作プログラムに基づいてロボット２を動作させることにより、作業者と共有した作業空間において作業をしている。

この状態において、作業者は何らかの理由によりロボット２を退避させたいときにロボット２の表面を手で、退避させたい方向に直接押す。慣れた作業者である場合には、どの程度の力で押せばロボット２に退避動作させることができるかを認識しており、各種センサ４により検出される外力Ｆが第３閾値Ｔｈ３以上第１閾値Ｔｈ１未満である場合に、ロボット２は退避動作させられる。

作業者がロボット２に退避動作させようとしたにもかかわらず、外力Ｆが第１閾値Ｔｈ１以上第２閾値Ｔｈ２未満となった場合には制御装置３はロボット２を急停止させる。慣れた作業者である場合には、ロボット２が急停止することにより、加えた外力Ｆが大きすぎたことを認識できる。しかしながら、不慣れな作業者である場合には、ロボット２が急停止したときに、加えている外力Ｆが足りないと勘違いし、さらに大きな外力Ｆを加えてしまうことが考えられる。

本実施形態においては、図５に示されるように、このように停止しているロボット２に作業者がさらに大きな外力を加えることにより、外力Ｆが第２閾値Ｔｈ２以上となった場合に、制御装置３がロボット２を振動的に動作させることによって警告する。これにより、作業者が接触しているロボット２の機体が振動するので、作業者は、操作が誤っているものと認識することができる。
すなわち、作業者が不慣れな場合であっても、ロボット２に過大な負荷がかかることを防止することができるという利点がある。

また、本実施形態においては、制御装置３が、ロボット２を振動的に動作させることにより接触している作業者に警告を与えることとしたので、特別な警報装置を設置する必要がないという利点もある。

なお、本実施形態に係る人間協調ロボットシステム１においては、制御装置３が、ロボット２を振動的に動作させることにより接触している作業者に警告を与える場合を例示したが、これに代えて、図６および図７に示されるように、警報装置９を用意し、警報装置９の作動により警告を与えることにしてもよい。
警報装置９としては、音声を発生するスピーカ、光を点滅あるいは転倒させるライトあるいは警告を表示する表示装置等の任意の警報装置を採用してもよい。

１ 人間協調ロボットシステム
２ ロボット
３ 制御装置（制御部）
４ センサ
９ 警報装置
Ｆ 外力
Ｔｈ１ 第１閾値
Ｔｈ２ 第２閾値
Ｔｈ３ 第３閾値

Claims (4)

1. ロボットと、
   該ロボットを制御する制御装置とを備え、
   前記ロボットが、該ロボットに加わる外力を検出するセンサを備え、
   前記制御装置が、検出された前記外力が第１閾値以上である場合に前記ロボットの動作を停止し、検出された前記外力が、前記第１閾値を超える第２閾値以上である場合に警告を行う人間協調ロボットシステム。
2. 前記センサにより検出された前記外力が前記第１閾値より小さい第３閾値以上第１閾値未満である場合に、前記制御装置が、前記外力を低減する方向に前記ロボットを退避動作させる請求項１に記載の人間協調ロボットシステム。
3. 前記警告が、前記ロボットを振動的に動作させることである請求項１または請求項２に記載の人間協調ロボットシステム。
4. 前記制御装置が、警報装置を備え、
   前記警告が、前記警報装置を作動させることにより行われる請求項１または請求項２に記載の人間協調ロボットシステム。

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