JP7030518B2 - 産業用遠隔操作ロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、マスタ装置及びスレーブアームを備えた産業用遠隔操作ロボットシステムに関する。

従来、マスタ装置と、マスタ装置の操作に応じて動作するスレーブアームとを備えた遠隔操作ロボットシステムが知られている。マスタ装置としては、マニピュレータ、操作レバー、操作ボタンなどが利用されることがある。このような遠隔操作ロボットシステムにおいて、マスタ装置としてのマニピュレータの姿勢にスレーブアームの姿勢を従わせるように構成されたものがある。特許文献１では、この種の技術が開示されている。

特許文献１には、医療用マスタースレーブ式マニュピュレータであって、マスタ装置として携帯型アーム操作部を備えたものが示されている。この携帯型アーム操作部は、オペレータが肩に掛けるベルトが付帯した操作テーブルと、操作テーブルに設けられたディスプレイと、操作テーブルに設けられた複数の小型のマスタアームとを備えている。これらのマスタ操作アームの先端部には、当該マスタアームによって操作される処置具の先端部に設けられた把持鉗子と対応した把持鉗子が装備されている。

特開平７－１９４６０９号公報

上記特許文献１に記載の医療用マニピュレータは、マニピュレータ及びその手先部に装着された鉗子が動作するものであり、産業用ロボットと比較して動作速度は低く且つ動作範囲も狭い。従って、医療用マニピュレータでは、仮にマスタ装置を操作するオペレータとマニピュレータとが近接していても、オペレータの安全性は損なわれない。しかし、産業用ロボットでは、ロボットの動作領域に人間が不用意に侵入すると人間とロボットとが衝突するおそれがある。そこで、産業用ロボットの運転中に人間が当該ロボットの動作領域（例えば、安全柵内）に侵入すれば、ロボットが非常停止するようになっている。

とはいえ、産業用遠隔操作ロボットシステムにおいても、オペレータが、スレーブアームに近づいて当該スレーブアームの動作を確認しながらマスタ装置を操作することが好適な状況が発生し得る。そこで、本発明では、産業用遠隔操作ロボットシステムにおいて、オペレータがスレーブアームの動作領域内でマスタ装置を操作することを可能とする技術を提案する。

本発明の一態様に係る遠隔操作ロボットシステムは、
オペレータの操作を受け付けるマスタ装置と、
予め記憶されたタスクプログラムに基づいて動作する自動モードと前記マスタ装置が受け付けたオペレータの操作に基づいて動作する手動モードとを含む複数の制御モードを有するスレーブアームと、
前記複数の制御モードのなかから選択された一つで前記スレーブアームを動作させる制御装置と、
前記スレーブアームの動作領域への侵入者を検出する侵入者検出装置と、
前記侵入者が前記マスタ装置を携帯した前記オペレータであるか否かを識別する侵入者識別情報を取得する侵入者識別情報取得装置と、
前記侵入者検出装置及び前記侵入者識別情報取得装置から取得した情報に基づいて、前記スレーブアームの動作を抑制する動作抑制装置とを備え、
前記動作抑制装置は、前記スレーブアームが前記自動モードのときに侵入者が検出されると前記スレーブアームの動作を減速又は停止させるように前記制御装置へ指令を出力する第１の処理を行い、前記スレーブアームが前記手動モードのときに侵入者が検出されると、前記侵入者が前記オペレータ以外であれば前記スレーブアームの動作を減速又は停止させるように前記制御装置へ指令を出力する第２の処理を行い、前記侵入者が前記オペレータであれば前記第２の処理は行わずに前記スレーブアームの動作を前記マスタ装置が受け付けた操作の通りに継続させることを特徴としている。

上記遠隔操作ロボットシステムによれば、マスタ装置を携帯したオペレータがスレーブアームの動作領域に侵入しても、スレーブアームは動作を継続する。よって、オペレータはスレーブアームの動作領域内でマスタ装置を操作することができる。通常、マスタ装置を携帯したオペレータは、スレーブアームの動きを監視しながらマスタ装置を操作しているので、スレーブアームの動きを予測することができ、また、マスタ装置を操作してスレーブアームと自身との衝突を回避することが可能である。

また、上記遠隔操作ロボットシステムでは、スレーブアームが自動モードで動作しているときは、スレーブアームの動作領域への侵入者が誰であっても、スレーブアームの動作が抑制される。従って、スレーブアームとその動作領域への侵入者との衝突を防止することができる。

本発明の産業用遠隔操作ロボットシステムによれば、オペレータがスレーブアームの動作領域内でマスタ装置を操作することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る遠隔操作ロボットシステムの概略構成を示す平面図である。 遠隔操作ロボットシステムの制御系統の構成を示すブロック図である。 スレーブアームの制御系統の構成を示すブロック図である。 変形例に係る侵入者識別情報取得装置を備えた遠隔操作ロボットシステムの制御系統の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

〔遠隔操作ロボットシステム１００〕
図１は本発明の一実施形態に係る遠隔操作ロボットシステム１００の概略構成を示す平面図、図２は遠隔操作ロボットシステム１００の制御系統の構成を示すブロック図である。図１及び図２に示すように、遠隔操作ロボットシステム１００は、マスタースレーブ方式のロボットシステムであって、スレーブアーム１と、マスタ装置２０と、入力装置７と、出力装置４と、状況取得装置５と、侵入者検出装置９３と、侵入者識別情報取得装置９４と、動作抑制装置９５と、システム１００を包括的に制御する制御ユニット６とを備えている。

本実施形態に係るスレーブアーム１は、自動モード、手動モード、及び、修正自動モードの３つの制御モードを有する。これら複数の制御モードのうち選択された一つで動作が制御されるように、スレーブアーム１の制御モードを切り替えることができる。

本明細書では、スレーブアーム１が、予め設定されたタスクプログラムに従って動作する制御モードを「自動モード」と称する。自動モードでは、従来のティーチングプレイバックロボットと同様に、オペレータによるマスタ装置２０の操作なしに、スレーブアーム１が所定の作業を自動的に行う。

また、本明細書では、スレーブアーム１が、マスタ装置２０が受け付けたオペレータの操作に基づいて動作する制御モードを「手動モード」と称する。マスタ装置２０は、オペレータがマスタ装置２０を直接的に動かすことによって入力した操作を受け付けることができる。なお、手動モードでは、マスタ装置２０が受け付けたオペレータの操作や、この操作に基づいて動作しているスレーブアーム１の動きが、自動的に修正されてもよい。

また、本明細書では、スレーブアーム１が、マスタ装置２０が受け付けたオペレータの操作によって逐次修正されながら予め設定されたタスクプログラムに従って動作する制御モードを「修正自動モード」と称する。修正自動モードでは、予め設定されたタスクプログラムに従って動作しているスレーブアーム１の動きが、マスタ装置２０が受け付けたオペレータの操作に基づいて修正される。

以下、遠隔操作ロボットシステム１００の各構成要素について詳細に説明する。

〔スレーブアーム１〕
図２に示すように、スレーブアーム１は、複数のリンク１１ａ～１１ｆの連接体と、これを支持する基台１５とから構成された、複数の関節ＪＴ１～ＪＴ６を有する多関節ロボットアームである。より詳しくは、第１関節ＪＴ１では、基台１５と、第１リンク１１ａの基端部とが、鉛直方向に延びる軸回りに回転可能に連結されている。第２関節ＪＴ２では、第１リンク１１ａの先端部と、第２リンク１１ｂの基端部とが、水平方向に延びる軸回りに回転可能に連結されている。第３関節ＪＴ３では、第２リンク１１ｂの先端部と、第３リンク１１ｃの基端部とが、水平方向に延びる軸回りに回転可能に連結されている。第４関節ＪＴ４では、第３リンク１１ｃの先端部と、第４リンク１１ｄの基端部とが、第４リンク１１ｄの長手方向に延びる軸回りに回転可能に連結されている。第５関節ＪＴ５では、第４リンク１１ｄの先端部と、第５リンク１１ｅの基端部とが、第４リンク１１ｄの長手方向と直交する軸回りに回転可能に連結されている。第６関節ＪＴ６では、第５リンク１１ｅの先端部と第６リンク１１ｆの基端部とが、捻れ回転可能に連結されている。そして、第６リンク１１ｆの先端部にはメカニカルインターフェースが設けられている。このメカニカルインターフェースには、作業内容に対応したエンドエフェクタ１２（図１、参照）が着脱可能に装着される。

図３はスレーブアーム１の制御系統の構成を示すブロック図である。この図では、モータ制御部１６を中心とした具体的な電気的構成が示されている。図３に示すように、スレーブアーム１の各関節ＪＴ１～ＪＴ６には、それが連結する２つの部材を相対的に回転させるアクチュエータの一例としての駆動モータＭ１～Ｍ６が設けられている。駆動モータＭ１～Ｍ６は、例えば、モータ制御部１６によってサーボ制御されるサーボモータである。また、各駆動モータＭ１～Ｍ６には、その回転位置を検出するための位置センサＥ１～Ｅ６と、その回転を制御する電流を検出するための電流センサＣ１～Ｃ６とが設けられている。位置センサＥ１～Ｅ６は、例えば、エンコーダ、レゾルバ、パルスジェネレータなどの回転位置を検出できるものであればよい。なお、上記の駆動モータＭ１～Ｍ６、位置センサＥ１～Ｅ６、及び電流センサＣ１～Ｃ６の記載では、各関節ＪＴ１～ＪＴ６に対応してアルファベットに添え字の１～６が付されている。以下では、関節ＪＴ１～ＪＴ６のうち任意の関節を示す場合には添え字を省いて「ＪＴ」と称し、駆動モータＭ、位置センサＥ、及び電流センサＣについても同様とする。

駆動モータＭ、位置センサＥ、及び電流センサＣは、モータ制御部１６と電気的に接続されている。本実施形態に係るモータ制御部１６は、１台で複数の駆動モータＭをサーボ制御できるものであるが、各駆動モータＭに対応するモータ制御部１６が設けられていてもよい。

モータ制御部１６には、電源３２から電力供給路３４を介して電力が供給される。電力供給路３４には、電源３２からモータ制御部１６への電力の供給と供給遮断とを切り替える接続器３３が設けられている。接続器３３は、制御ユニット６からの非常停止信号を受けて開状態となり、電源３２からモータ制御部１６への電力供給が遮断される。

モータ制御部１６では、後述する制御ユニット６（より詳細には、スレーブ制御部６１）より取得した位置指令値やサーボゲイン等に基づいて駆動指令値（電流指令値）を生成し、駆動指令値に対応した駆動電流を駆動モータＭへ供給する。駆動モータＭの出力回転角は位置センサＥによって検出され、モータ制御部１６へフィードバックされる。なお、モータ制御部１６とスレーブ制御部６１との機能が、単一の回路又は単一の演算装置によって実現されていてもよい。

制御ユニット６（より詳細には、スレーブ制御部６１）からモータ制御部１６へ位置指令値が入力されると、入力された位置指令値は減算器３１ｂのプラス側の入力に与えられる。この減算器３１ｂのマイナス側の入力には、位置センサＥで検出された回転角を表す信号（位置現在値）が与えられる。減算器３１ｂでは、位置指令値から回転角が減算される。減算器３１ｂの出力は係数器３１ｃに与えられ、ここで位置ゲインＫｐで増幅されてから、減算器３１ｅの＋入力に与えられる。この減算器３１ｅの－入力には、位置センサＥからの回転角が微分器３１ｄで微分されたものが与えられる。減算器３１ｅの出力は係数器３１ｆに与えられ、ここで速度ゲインＫｖで増幅されてから、減算器３１ｇの＋入力に与えられる。この減算器３１ｇの－入力には、電流センサＣからの電流値が与えられる。減算器３１ｇの減算出力が駆動指令値として増幅回路３１ｈへ入力され、増幅された駆動指令値と対応する駆動電流が駆動モータＭへ供給される。

〔マスタ装置２０〕
マスタ装置２０は、オペレータの操作を受け付ける手段である。本実施形態に係る遠隔操作ロボットシステム１００では、マスタ装置２０として可搬性の操作盤２が用いられている。操作盤２には、スレーブアーム１の位置や姿勢に係る操作を受け付けるジョイスティック２７が設けられている。本実施形態では、スレーブアーム１の位置や姿勢に係る操作を受け付ける操作具としてジョイスティック２７を採用しているが、ジョイスティック２７に代えて又は加えて、例えば、マニピュレータ、タッチパネル、キー、レバー、ボタン、スイッチ、ダイヤルなどの既知の操作具が用いられてよい。

上記の操作盤２には、入力装置７の一部として、スレーブアーム１を強制的に非常停止させる指令を受け付ける非常停止ボタン２８と、スレーブアーム１の制御モードの切り替え操作を受け付ける制御モード切替スイッチ２９とが設けられている。操作盤２には、上記以外の入力装置７が設けられていてもよい。

また、操作盤２には、出力装置４の一部として、ディスプレイ装置４１及びスピーカ（図示略）が搭載されている。

マスタ装置２０は、制御ユニット６と無線で通信可能に接続されている。マスタ装置２０は、オペレータによる各種操作具の操作を受け付け、受け付けた操作を制御ユニット６へ入力する。

〔入力装置７〕
入力装置７は、マスタ装置２０と共に作業空間外に設置され、操作者からの操作指示を受け付け、受け付けた操作指示を制御ユニット６に入力する入力手段である。入力装置７では、スレーブアーム１の位置や姿勢に係る操作以外の操作が入力される。入力装置７には、制御モード切替スイッチ２９や、非常停止ボタン２８など、スレーブアーム１の位置や姿勢を除く操作指令を入力する１以上の操作入力具が含まれる。１以上の操作入力具には、例えば、タッチパネル、キー、レバー、ボタン、スイッチ、ダイヤルなどの既知の操作入力具が含まれていてよい。また、入力装置７として、ペンダントやタブレットなどの携帯端末が用いられてもよい。

〔状況取得装置５〕
状況取得装置５は、スレーブアーム１の作業空間内における状況を示す状況情報を取得する手段である。状況情報は、作業空間内におけるスレーブアーム１の位置及び姿勢等、或いはスレーブアーム１を取り巻く周囲の状況を認識するために利用する情報を含む。より具体的には、状況情報は、例えば、作業空間内におけるスレーブアーム１の位置及び姿勢、スレーブアーム１とワークとの位置関係、又はスレーブアーム１と組付部品を組付ける被組付部品との位置関係等、作業空間内においてスレーブアーム１の状況及びスレーブアーム１の周囲の状況を認識可能とするために必要な情報が含まれる。

状況取得装置５は、例えば、センサ、カメラ装置５１（図１、参照）、通信器、エンコーダ等によって実現できる。センサとしては、例えば、ワーク（組付部品）又は被組付部品までの距離又は位置を計測するためのレーザーセンサ、又はレーダーセンサなどが例示できる。更には、複数の撮像装置から得られた画像データを用いてスレーブアーム１からその周囲の物体までの距離を計測するセンサであるステレオカメラなども例示できる。通信器としては、例えば、組付部品又は被組付部品、或いは作業空間内の所定位置に設置されたセンサ及び撮像装置からの情報を取得する通信器等が挙げられる。エンコーダとしては、例えば、スレーブアーム１の移動量又は位置を検知できるエンコーダが例示できる。

状況取得装置５は状況情報を逐次取得しており、取得された状況情報は、後述する制御ユニット６に入力され、制御ユニット６においてスレーブアーム１の動作制御に利用される。更には、制御ユニット６は、状況情報を出力装置４において出力させるように制御する構成としてもよい。状況取得装置５は、スレーブアーム１に取り付けられていてもよいし、作業空間内の適切な位置に取り付けられていてもよい。また、取り付けられる状況取得装置５の数は１つであってもよいし複数であってもよい。適切に状況情報を取得できる位置に適切な個数の状況取得装置５が取り付けられていればよく、取り付け位置及び取り付け個数は任意である。

〔出力装置４〕
出力装置４は、制御ユニット６から送信された情報を出力するものである。出力装置４は、マスタ装置２０を操作しているオペレータから視認しやすい位置に設置される。出力装置４には、少なくともディスプレイ装置４１が含まれており、更に、プリンタやスピーカや警報灯などが含まれていてもよい。ディスプレイ装置４１では、制御ユニット６から送信された情報が表示出力される。例えば、スピーカでは、制御ユニット６から送信された情報が音として出力される。また、例えば、プリンタでは、制御ユニット６から送信された情報が紙などの記録媒体に印字出力される。

〔記憶装置８〕
記憶装置８には、スレーブアーム１の制御に用いられる各種タスクプログラムが記憶されている。タスクプログラムは、作業ごとの動作フローとして作成されていてよい。タスクプログラムは、例えば、ティーチングにより作成され、スレーブアーム１の識別情報とタスクとに対応付けられて記憶装置８に格納される。なお、記憶装置８は制御ユニット６から独立して記載されているが、制御ユニット６が備える記憶装置が記憶装置８としての機能を担ってもよい。

また、記憶装置８には、予め作成された動作シーケンス情報が記憶されている。動作シーケンス情報とは、作業空間内でスレーブアーム１によって実施される一連の作業工程を規定した動作シーケンスに関する情報である。この動作シーケンス情報では、作業工程の動作順と、スレーブアーム１の制御モードとが対応付けられている。また、この動作シーケンス情報では、各作業工程に対しスレーブアーム１にその作業を自動的に実行させるためのタスクプログラムが対応づけられている。但し、動作シーケンス情報が、各作業工程に対しスレーブアーム１にその作業を自動的に作業を実行させるためのプログラムを含んでいてもよい。

〔制御ユニット６〕
図２に示すように、制御ユニット６には、スレーブアーム１と、マスタ装置２０と、出力装置４と、状況取得装置５と、入力装置７と、記憶装置８と、動作抑制装置９５とが有線又は無線で通信可能に接続されている。

制御ユニット６は、いわゆるコンピュータであって、ＣＰＵ等の演算処理部と、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部を有している（いずれも図示せず）。記憶部には、制御ユニット６が実行する制御プログラムや、各種固定データ等が記憶されている。演算処理部は、例えば、入力装置７、出力装置４、記憶装置８などの外部装置とデータの送受信を行う。また、演算処理部は、各種センサからの検出信号の入力や各制御対象への制御信号の出力を行う。制御ユニット６では、記憶部に記憶されたプログラム等のソフトウェアを演算処理部が読み出して実行することにより、システム１００の各種動作を制御するための処理が行われる。なお、制御ユニット６は単一のコンピュータによる集中制御により各処理を実行してもよいし、複数のコンピュータの協働による分散制御により各処理を実行してもよい。また、制御ユニット６は、マイクロコントローラ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等から構成されていてもよい。

制御ユニット６は、機能ブロックとして、ホスト制御部６０と、スレーブ制御部６１と、受信部６３と、出力制御部６４と、修正部６５とを備えている。図２では、これらの機能ブロックが１つの制御ユニット６にまとめて示されているが、各機能ブロック又は複数の機能ブロックの組み合わせが独立した１以上のコンピュータによって実現されていてもよい。この場合、これらの機能ブロックのうち一部が作業空間に配置され、残部が作業外空間に配置されていてもよい。

スレーブ制御部６１は、スレーブアーム１の動作を制御する。スレーブ制御部６１は、自動モードのときは、記憶装置８に記憶されたタスクプログラムを読み出してこのタスクプログラムに従って位置指令値を生成し、位置指令値やサーボゲイン等をスレーブアーム１のモータ制御部１６へ与える。また、スレーブ制御部６１は、手動モードのときは、マスタ装置２０が受け付け、受信部６３で受信した操作情報に基づいて位置指令値を生成し、位置指令値やサーボゲイン等をスレーブアーム１のモータ制御部１６へ与える。また、スレーブ制御部６１は、修正自動モードのときは、記憶装置８に記憶されたタスクプログラムを読み出してこのタスクプログラムと修正部６５から取得した修正指令値とに基づいて位置指令値（又は修正された位置指令値）を生成し、位置指令値やサーボゲイン等をモータ制御部１６へ与える（図３、参照）。なお、修正自動モードのときに、修正部６５から修正指令値が与えられなければ、修正指令値はゼロとして演算される。

受信部６３は、制御ユニット６の外部から送信された入力信号を受信する。受信部６３によって受信する入力信号として、例えば、マスタ装置２０である操作盤２から送信された信号、入力装置７から送信された信号、状況取得装置５から送信された状況情報等が挙げられる。

出力制御部６４は、出力装置４を制御し、オペレータに通知される情報を出力装置４へ出力する。例えば、出力装置４は、動作シーケンスのうち選択部分を開始するときに、対象となるスレーブアーム１を識別する情報と、スレーブアーム１の制御モードの選択の入力を促す情報とをディスプレイ装置４１に出力する。また、例えば、出力装置４は、スレーブアーム１の制御モードが手動モード及び修正自動モードのときに、マスタ装置２０に操作されるスレーブアーム１の状況情報や動作状況をディスプレイ装置４１に出力する。また、例えば、出力装置４は、システム１００に不具合が発生したときにスピーカやディスプレイ装置４１に警報を出力する。

修正部６５は、スレーブアーム１の制御モードが修正自動モードであるときに、マスタ装置２０が受け付けた操作に基づいて、スレーブアーム１の動きを修正する。例えば、オペレータがジョイスティック２７を動かすことによりジョイスティック２７の位置及び姿勢が変化すると、マスタ装置２０はこの位置及び姿勢の変位を修正指示として受け付け、制御ユニット６へ入力する。スレーブアーム１の制御モードが修正自動モードであるときに、受信部６３が修正指示信号を受信すると、修正部６５が修正指示信号に基づいて修正指令値を生成する。修正指示信号から修正指令値を求める演算式又はマップは予め記憶されている。このような修正指令値は、例えば、ジョイスティック２７の位置及び姿勢の変化量に比例した値であってよい。生成された修正指令値はスレーブ制御部６１へ伝達され、スレーブ制御部６１から修正された位置指令値がモータ制御部１６へ出力される（図３、参照）。

ホスト制御部６０は、記憶装置８に記憶された動作シーケンス情報を読み出し、この動作シーケンス情報に沿ってスレーブアーム１、マスタ装置２０、出力装置４、及び状況取得装置５が動作するように、スレーブ制御部６１、マスタ制御部６２、出力制御部６４、修正部６５に指令を出力する。

〔遠隔操作ロボットシステム１００の動作〕
続いて、上記構成の遠隔操作ロボットシステム１００の動作の一例を説明する。ここでは、遠隔操作ロボットシステム１００を自動車組立ラインに構築し、スレーブアーム１に自動車のボディにシートを取り付ける作業を行わせる事例に当てはめて、システム１００の動作の流れを説明する。但し、本発明に係る遠隔操作ロボットシステム１００は、このような自動車組立ラインに限定されず、各種製造設備において広く適用させることができる。

記憶装置８に記憶された自動車のボディへのシート取付作業の動作シーケンス情報は、コンテナからシートを取り出す部品取出タスクＴ１、シートをボディの取付位置近傍まで搬送する部品搬送タスクＴ２、及び、取付位置近傍にあるシートを取付位置へ取り付ける部品取付タスクＴ３からなり、これらのタスクＴ１～Ｔ３をこの順に繰り返し実行する。この動作シーケンスのうち、部品取出タスクＴ１及び部品搬送タスクＴ２は、スレーブアーム１が自動モードで動作する「自動部分」である。動作シーケンスのうち自動部分には、制御モードとして自動モードが対応付けられている。また、動作シーケンスのうち、部品取付タスクＴ３は、スレーブアーム１が自動モード、手動モード、及び、修正自動モードから選択された制御モードで動作する「選択部分」である。動作シーケンスのうち選択部分には特定の制御モードは対応付けられておらず、制御モードが選択可能となっている。

初めに、制御ユニット６は、記憶装置８に記憶された所定の動作シーケンス情報を読み出し、この動作シーケンス情報に沿ってシステム１００の制御を開始する。

先ず、制御ユニット６は、記憶装置８から部品取出タスクＴ１のタスクプログラムを読み出して実行する。次いで、制御ユニット６は、部品搬送タスクＴ２のタスクプログラムを読み出して実行する。部品取出タスクＴ１及び部品搬送タスクＴ２では、制御ユニット６は自動モードでスレーブアーム１の動作を制御する。

部品搬送タスクＴ２が終了すると、制御ユニット６は、次の部品取付タスクＴ３の制御モードの選択をオペレータに促すための選択画面をディスプレイ装置４１に表示させる。併せて、制御ユニット６は、制御モードが選択されようとしているスレーブアーム１の状況情報をディスプレイ装置４１に出力させる。ここで、ディスプレイ装置４１に表示出力される状況情報に、映されているスレーブアーム１の識別情報や、次に行うプロセスの内容などが含まれていてもよい。

オペレータは、ディスプレイ装置４１に表示されたスレーブアーム１の状況情報を視認して、３つの制御モードのうち１つを選択する。オペレータによる制御モードの選択は、マスタ装置２０又は入力装置７によって受け付けられ、制御ユニット６へ入力される。

上記において、自動モードが選択されると、制御ユニット６は、記憶装置８から部品取付タスクＴ３のタスクプログラムを読み出して、自動モードでスレーブアーム１の動作を制御する。また、手動モードが選択されると、制御ユニット６は手動モードでスレーブアーム１の動作を制御する。或いは、修正自動モードが選択されると、制御ユニット６は修正自動モードでスレーブアーム１の動作を制御する。

また、上記において、手動モード及び修正自動モードのうちいずれかが選択されると、制御ユニット６は、そのプロセスに亘ってスレーブアーム１の状況情報をディスプレイ装置４１に表示出力させる。以上説明したように、制御ユニット６は動作シーケンスに沿って作業工程を順次進行させる。

〔侵入者検出装置９３〕
侵入者検出装置９３は、スレーブアーム１の動作領域に侵入した、オペレータを含む侵入者を検出する装置である。本実施形態において、侵入者検出装置９３は、ライトカーテン９３Ａにより構成されている。但し、侵入者検出装置９３は、ライトカーテン９３Ａに限定されず、例えば、スレーブアーム１の動作領域を撮像する複数のカメラ装置５１と、カメラ装置５１で撮像された画像を解析して侵入者を検出する画像解析装置（図示略）とから構成されていてもよい。

図１に示すように、スレーブアーム１の動作領域は安全柵９０によって囲まれている。安全柵９０は、スレーブアーム１の動作領域の周囲四方のうち三方を囲むフェンス９１と、スレーブアーム１の動作領域の周囲四方のうち残りの一方を囲むライトカーテン９３Ａとから成る。但し、安全柵９０は、スレーブアーム１の動作領域の周囲四方がライトカーテンによって形成されたものであってもよい。侵入者は、ライトカーテン９３Ａを横切ってスレーブアーム１の動作領域へ侵入することができる。

ライトカーテン９３Ａは、発光部９３１と、受光部９３２とを含む。発光部９３１から発された光は受光部９３２で受光される。受光部９３２は、光を受光しないこと、即ち、光がライトカーテン９３Ａを通過する物体によって遮られたことによって、物体の通過を検出する。ライトカーテン９３Ａは、動作抑制装置９５と通信可能に有線又は無線で接続されている。ライトカーテン９３Ａは、物体の通過が検出されると、侵入者検出信号を動作抑制装置９５へ出力する。

なお、本実施形態においては、安全柵９０によって囲まれた範囲をスレーブアーム１の動作領域と規定しているが、スレーブアーム１の動作領域はそれよりも小さい領域であってもよい。例えば、スレーブアーム１の可動領域又は作業領域にエンドエフェクタ１２及びワークが到達できる領域を加えた領域が、スレーブアーム１の動作領域として規定されてもよい。又は、スレーブアーム１の制限領域或いは運転領域が、スレーブアーム１の動作領域として規定されてもよい。上記のように、スレーブアーム１の動作領域が安全柵９０で囲まれた範囲よりも小さく規定される場合には、侵入者検出装置９３として、動作領域の周囲を囲むライトカーテンや、動作領域を監視するカメラや、動作領域に敷き詰められた圧電センサなどが利用されてもよい。

〔侵入者識別情報取得装置９４〕
侵入者識別情報取得装置９４は、スレーブアーム１の動作領域への侵入者がマスタ装置２０を携帯したオペレータであるか否かを識別する侵入者識別情報を取得するものである。本実施形態に係る侵入者識別情報取得装置９４は、ＲＦＩＤを利用している。ＲＦＩＤは、ＲＦタグ９４１と、ＲＦタグ９４１が保持する情報を読み出すリーダ９４２とから構成されている。

ＲＦタグ９４１は、マスタ装置２０（操作盤２）に設けられている。ＲＦタグ９４１には、固有のＩＤ情報が記憶されている。なお、ＲＦタグ９４１に代えて、内蔵したメモリのデータを非接触で読み書きすることのできる他の情報媒体が用いられてもよい。

リーダ９２は、ライトカーテン９３Ａの近傍に設けられている。このリーダ９４２は、電波（電磁波）を用いて、ライトカーテン９３Ａを横切るマスタ装置２０に設けられたＲＦタグ９４１が保持するデータを非接触で読み出すことができる。リーダ９４２は、動作抑制装置９５と通信可能に有線又は無線で接続されている。リーダ９４２は、ＲＦタグ９４１から読み出したＩＤ情報（侵入者識別情報）を動作抑制装置９５へ出力する。

〔動作抑制装置９５〕
動作抑制装置９５は、侵入者検出装置９３及び侵入者識別情報取得装置９４から取得した情報に基づいて、条件に応じてスレーブアーム１の動作を抑制するものである動作抑制装置９５は、いわゆるコンピュータであって、ＣＰＵ等の演算処理部と、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部を有している（いずれも図示せず）。或いは、動作抑制装置９５は、ＣＰＵ等の演算処理部と、非常停止回路とから構成されている。動作抑制装置９５は、制御ユニット６、接続器３３、侵入者検出装置９３、及び侵入者識別情報取得装置９４と、有線又は無線で通信可能に接続されている。

動作抑制装置９５は、侵入者検出装置９３からの侵入者検出信号を受けて、スレーブアーム１の動作領域（本実施形態では、安全柵９０内）に侵入者があったことを検知する。動作抑制装置９５は、侵入者があったことを検知すると、侵入者識別情報取得装置９４を動作させ、侵入者識別情報取得装置９４から侵入者識別情報を取得する。動作抑制装置９５は、取得した侵入者識別情報に基づいて、侵入者がオペレータであるか否かを判断する。

ここで、動作抑制装置９５は、リーダ９４２がＲＦタグ９４１からＩＤ情報（侵入者識別情報）の読み出しに成功し、そのＩＤ情報が予め記憶されたスレーブアーム１（又は、スレーブアーム１を操作可能なマスタ装置２０）のＩＤ情報と一致する場合、侵入者がマスタ装置２０を携帯したオペレータであると判断する。また、動作抑制装置９５は、リーダ９４２がＲＦタグ９４１からＩＤ情報の読み出しに成功し、ＩＤ情報が予め記憶されたスレーブアーム１（又は、スレーブアーム１を操作可能なマスタ装置２０）のＩＤ情報と一致しない場合、侵入者がオペレータ以外であると判断する。また、動作抑制装置９５は、リーダ９４２が所定時間にわたりＩＤ情報の読み出しに成功しない場合、侵入者がオペレータ以外であると判断する。

続いて、動作抑制装置９５は、条件に応じて次の処理を行う。次表１には、動作抑制装置９５の採る次の処理が、条件ごとに示されている。表１では、列のヘッダはスレーブアーム１の動作領域への侵入者（オペレータ、オペレータ以外）を、行のヘッダはスレーブアーム１の制御モード（自動モード、手動モード、修正自動モード）をそれぞれ表している。

表１に示すように、スレーブアーム１が自動モードのときは、侵入者がオペレータであってもオペレータ以外であっても、スレーブアーム１の動作を抑制する。ここで、動作抑制装置９５は、接続器３３に非常停止信号を出力し、接続器３３を供給遮断状態とさせる。その結果、電源３２からモータ制御部１６への電力供給が停止し、スレーブアーム１を非常停止させることができる。なお、上述の通り、本実施形態に係る動作抑制装置９５では、スレーブアーム１の動作抑制を非常停止で実現しているが、動作抑制の態様はこれに限定されない。スレーブアーム１の動作抑制は、動作の減速、動作の停止（つまり、動作の速度がゼロ）、及び、非常停止のうち予め動作抑制装置９５に設定されたいずれかで実現されてよい。或いは、動作抑制装置９５が、スレーブアーム１の制御モードや状況取得装置５から取得した状況情報などの複数の情報に基づいて、動作抑制の態様を上記複数の態様の中から自動的に選択するようにしてもよい。スレーブアーム１の動作を減速させたり、動作を停止させたりする場合には、動作抑制装置９５は制御ユニット６へスレーブアーム１の動作を停止又は減速させるように指令を出力する。

また、スレーブアーム１が手動モード又は修正自動モードのときは、侵入者がオペレータであればスレーブアーム１の動作を継続させ、侵入者がオペレータ以外であればスレーブアーム１の動作を抑制する。ここで、動作抑制装置９５は、スレーブアーム１の動作を抑制するときは、上記と同様に、スレーブアーム１を非常停止させる処理を行う。また、動作抑制装置９５は、スレーブアーム１の動作を継続させる際には、処理を行わず、スレーブアーム１の動作領域への侵入者の監視を継続する。なお、動作抑制装置９５は、スレーブアーム１の動作を継続させる際に、スレーブアーム１の手先部の最大移動速度が安全速度以下（例えば、２５０ｍｍ／ｓ以下）に制限させるように指令を制御ユニット６へ与えてもよい。

以上説明した通り、本実施形態に係る産業用遠隔操作ロボットシステム１００は、オペレータの操作を受け付けるマスタ装置２０と、予め記憶されたタスクプログラムに基づいて動作する自動モードとマスタ装置２０が受け付けたオペレータの操作に基づいて動作する手動モードとを含む複数の制御モードを有するスレーブアーム１と、複数の制御モードのなかから選択された一つでスレーブアーム１を動作させる制御ユニット６（制御装置）と、スレーブアーム１の動作領域への侵入者を検出する侵入者検出装置９３と、侵入者がマスタ装置２０を携帯したオペレータであるか否かを識別する侵入者識別情報を取得する侵入者識別情報取得装置９４と、侵入者検出装置９３及び侵入者識別情報取得装置９４から取得した情報に基づいて、スレーブアーム１の動作を抑制する動作抑制装置９５とを備えている。

そして、動作抑制装置９５は、スレーブアーム１が自動モードのときに侵入者が検出されるとスレーブアーム１の動作を抑制し、スレーブアーム１が手動モードのときに侵入者が検出されると侵入者がオペレータであればスレーブアーム１の動作を継続させ、侵入者がオペレータ以外であればスレーブアーム１の動作を抑制する。

更に、上記のシステム１００では、複数の制御モードが、マスタ装置２０が受け付けたオペレータの操作によって逐次修正されながらタスクプログラムに基づいて動作する修正自動モードを更に含んでいる。そして、動作抑制装置９５は、スレーブアーム１が修正自動モードのときに侵入者が検出されると侵入者がオペレータであればスレーブアーム１の動作を継続させ、侵入者がオペレータ以外であればスレーブアーム１の動作を抑制する。

上記遠隔操作ロボットシステム１００によれば、マスタ装置２０を携帯したオペレータがスレーブアーム１の動作領域に侵入しても、スレーブアーム１は動作を継続する。よって、オペレータはスレーブアーム１の動作領域内でマスタ装置２０を操作することができる。通常、マスタ装置２０を携帯したオペレータは、スレーブアーム１の動きを監視しながらマスタ装置２０を操作しているので、スレーブアーム１の動きを予測することができ、また、マスタ装置２０を操作してスレーブアーム１と自身との衝突を回避することが可能である。よって、マスタ装置２０を携帯したオペレータの安全性は確保される。

更に、上記遠隔操作ロボットシステム１００では、スレーブアーム１が自動モードで動作しているときは、スレーブアーム１の動作領域への侵入者が誰であっても、スレーブアーム１は動作を抑制する。従って、スレーブアーム１とその動作領域への侵入者との衝突を防止することができる。

加えて、上記遠隔操作ロボットシステム１００では、オペレータは、作業内容やスレーブアーム１の状況に応じて自動モードと手動モードと修正自動モードとから、スレーブアーム１の制御モードを選択することができる。制御モードの選択はオペレータの判断で行うことが可能である。例えば、脆弱な部品を把持、精密な嵌め合い、正確な位置決めや軸合わせなどの作業は、スレーブアーム１の動きにオペレータの操作を反映させることのできる手動モード又は修正自動モードで行われることが好適である。このような作業において、例えば、スレーブアーム１を完全に自動で動作させると不具合の発生が予想されるような場合には、修正自動モードが選択されるとよい。修正自動モードでは、スレーブアーム１の自動的な動作を基調としつつ、オペレータの操作でその動作を修正することができるので、手動モードと比較してオペレータの負荷は小さく、且つ、作業効率の低下を抑えることができる。このように、本システム１００によれば、オペレータが作業ごとに複数の制御モードのなかから状況に応じた適切な制御モードを選択することによって、止まらないロボットシステムを実現することができる。

また、上記の産業用遠隔操作ロボットシステム１００では、侵入者識別情報取得装置９４は、マスタ装置２０に設けられたＲＦタグ９４１と、ＲＦタグ９４１の情報を読み出して動作抑制装置９５へ出力するリーダ９４２とを含んでいる。

これにより、マスタ装置２０を携帯したオペレータが何ら特別な操作をすることなく、動作抑制装置９５へ侵入者識別情報が送られ、動作抑制装置９５では自動的に侵入者を識別する処理が行われる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

例えば、上記実施形態において、侵入者識別情報取得装置９４としてＲＦＩＤを利用しているが、侵入者識別情報取得装置９４はこれに限定されない。例えば、図４に示すように、侵入者識別情報取得装置９４は、マスタ装置２０である操作盤２に設けられた識別ボタン９７と、この識別ボタンが押されると操作盤２から動作抑制装置９５へマスタ装置２０のＩＤ情報（侵入者識別情報）を送信出力する識別情報出力装置９８とから構成されていてもよい。ここで、動作抑制装置９５は、識別情報出力装置９８から侵入者識別情報を受信して、予め記憶されたスレーブアーム１（又は、スレーブアーム１を操作可能なマスタ装置２０）のＩＤ情報と比較し、侵入者がオペレータかオペレータ以外かを判断する。

上記変形例では、侵入者識別情報取得装置９４は、マスタ装置２０に設けられた識別ボタン９７と、識別ボタン９７が操作されたときにマスタ装置２０の識別情報を動作抑制装置９５へ出力する識別情報出力装置９８とを含んでいる。

このように侵入者識別情報取得装置９４を単純な構成とすることができ、また、オペレータが意識的に侵入者識別情報を動作抑制装置９５へ与えることができる。

以上の説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

１ ：スレーブアーム
２ ：操作盤
４ ：出力装置
５ ：状況取得装置
６ ：制御ユニット
７ ：入力装置
８ ：記憶装置
１１ａ～１１ｆ ：リンク
１５ ：基台
１６ ：モータ制御部
２０ ：マスタ装置
２７ ：ジョイスティック
２８ ：非常停止ボタン
２９ ：制御モード切替スイッチ
４１ ：ディスプレイ装置
６０ ：ホスト制御部
６１ ：スレーブ制御部
６３ ：受信部
６４ ：出力制御部
６５ ：修正部
９０ ：安全柵
９３ ：侵入者検出装置
９３Ａ ：ライトカーテン
９４ ：侵入者識別情報取得装置
９４１ ：ＲＦタグ
９４２ ：リーダ
９５ ：動作抑制装置
９７ ：識別ボタン
９８ ：識別情報出力装置
１００ ：遠隔操作ロボットシステム

Claims (4)

1. オペレータの操作を受け付けるマスタ装置と、
   予め記憶されたタスクプログラムに基づいて動作する自動モードと前記マスタ装置が受け付けたオペレータの操作に基づいて動作する手動モードとを含む複数の制御モードを有するスレーブアームと、
   前記複数の制御モードのなかから選択された一つで前記スレーブアームを動作させる制御装置と、
   前記スレーブアームの動作領域への侵入者を検出する侵入者検出装置と、
   前記侵入者が前記マスタ装置を携帯した前記オペレータであるか否かを識別する侵入者識別情報を取得する侵入者識別情報取得装置と、
   前記侵入者検出装置及び前記侵入者識別情報取得装置から取得した情報に基づいて、前記スレーブアームの動作を抑制する動作抑制装置とを備え、
   前記動作抑制装置は、
   前記スレーブアームが前記自動モードのときに侵入者が検出されると前記スレーブアームの動作を減速又は停止させるように前記制御装置へ指令を出力する第１の処理を行い、
   前記スレーブアームが前記手動モードのときに侵入者が検出されると、前記侵入者が前記オペレータ以外であれば前記スレーブアームの動作を減速又は停止させるように前記制御装置へ指令を出力する第２の処理を行い、前記侵入者が前記オペレータであれば前記第２の処理は行わずに前記スレーブアームの動作を前記マスタ装置が受け付けた操作の通りに継続させる、
   遠隔操作ロボットシステム。
2. 前記複数の制御モードは、前記マスタ装置が受け付けたオペレータの操作によって逐次修正されながら前記タスクプログラムに基づいて動作する修正自動モードを更に含み、
   前記動作抑制装置は、前記スレーブアームが前記修正自動モードのときに侵入者が検出されると、前記侵入者が前記オペレータ以外であれば前記スレーブアームの動作を減速又は停止させるように前記制御装置へ指令を出力する第３の処理を行い、前記侵入者が前記オペレータであれば前記第３の処理は行わずに前記スレーブアームの動作を修正された前記タスクプログラムの通りに継続させる、
   請求項１に記載の遠隔操作ロボットシステム。
3. 前記侵入者識別情報取得装置は、前記マスタ装置に設けられたＲＦタグと、前記ＲＦタグの情報を読み出して前記動作抑制装置へ出力するリーダとを含む、
   請求項１又は請求項２に記載の遠隔操作ロボットシステム。
4. 前記侵入者識別情報取得装置は、前記マスタ装置に設けられた識別ボタンと、前記識別ボタンが操作されたときに前記マスタ装置の識別情報を前記動作抑制装置へ出力する識別情報出力装置とを含む、
   請求項１又は請求項２に記載の遠隔操作ロボットシステム。
   

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