JP7350297B2 - 制御装置、制御方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、制御装置、制御方法およびプログラムに関する。

従来、ロボットの作業環境監視装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

このロボットの作業環境監視装置は、ロボットの作業領域を撮像するカメラと、カメラによる撮像結果に基づいて移動物体を検出するコンピュータとを備えている。コンピュータは、移動物体を検出した場合に、その移動物体がロボットに近接するときに、ディスプレイに警告を発するとともに、ロボットを停止するなどの対応処理を行うように構成されている。

特開平５－２６１６９２号公報

ここで、ロボットの作業領域への人の進入が検出された場合に、ロボットのタスク（作業）を一時的に中断させるとともに、ロボットの作業領域から人が退出した場合に、ロボットのタスクを再開させることが考えられる。しかしながら、ロボットの作業領域に進入した人により、たとえばワークの位置などが調整されると、ロボットがタスクを再開するのが困難になるおそれがある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ロボットの作業領域に人が進入してタスクの実行が中断された場合に、タスクを適切に再開させることが可能な制御装置、制御方法およびプログラムを提供することである。

本発明による制御装置は、タスクを行うロボットを制御するものであり、ロボットにタスクを実行させる前に初期化処理を行う初期化処理実行部と、初期化処理が行われた後にロボットにタスクを繰り返し実行させるタスク実行部と、ロボットがタスクを繰り返し実行しているときに、ロボットの作業領域に人が進入した場合に、再初期化処理を行う再初期化処理実行部とを備える。タスク実行部は、ロボットの作業領域に人が進入した場合にタスクの実行を中断させるとともに、再初期化処理が行われた後にロボットにタスクを繰り返し実行させるように構成されている。再初期化処理は、再キャリブレーションおよびロボットの移動軌跡の再設定を含む。再初期化処理が行われる場合には、再キャリブレーションおよびロボットの移動軌跡の再設定が必要性に応じて選択的に行われる。

このように構成することによって、ロボットの作業領域に人が進入してタスクの実行が中断された場合に、再初期化処理が行われることにより、タスクを適切に再開させることができる。

本発明による制御方法は、タスクを行うロボットを制御するものであり、ロボットにタスクを実行させる前に初期化処理を行うステップと、初期化処理が行われた後にロボットにタスクを繰り返し実行させるステップと、ロボットがタスクを繰り返し実行しているときに、ロボットの作業領域に人が進入した場合に、タスクの実行を中断させるとともに、再初期化処理を行うステップと、再初期化処理が行われた後にロボットにタスクを繰り返し実行させるステップとを備える。再初期化処理は、再キャリブレーションおよびロボットの移動軌跡の再設定を含む。再初期化処理が行われる場合には、再キャリブレーションおよびロボットの移動軌跡の再設定が必要性に応じて選択的に行われる。

本発明によるプログラムは、ロボットにタスクを実行させる前に初期化処理を行う手順と、初期化処理が行われた後にロボットにタスクを繰り返し実行させる手順と、ロボットがタスクを繰り返し実行しているときに、ロボットの作業領域に人が進入した場合に、タスクの実行を中断させるとともに、再初期化処理を行う手順と、再初期化処理が行われた後にロボットにタスクを繰り返し実行させる手順と、をコンピュータに実行させるためのものである。再初期化処理は、再キャリブレーションおよびロボットの移動軌跡の再設定を含む。再初期化処理が行われる場合には、再キャリブレーションおよびロボットの移動軌跡の再設定が必要性に応じて選択的に行われる。

本発明の制御装置、制御方法およびプログラムによれば、ロボットの作業領域に人が進入してタスクの実行が中断された場合に、タスクを適切に再開させることができる。

本実施形態によるロボット制御システムの概略構成を示したブロック図である。 本実施形態のロボット制御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２の再初期化処理を説明するためのフローチャートである。 本実施形態の変形例によるロボット制御システムの概略構成を示したブロック図である。

以下、本発明の一実施形態を説明する。

まず、図１を参照して、本発明の一実施形態による制御装置１を備えるロボット制御システム１００の構成について説明する。

ロボット制御システム１００は、たとえば工場の生産現場に適用されるものであり、生産現場においてロボット２に所定のタスク（作業）を実行させるように構成されている。ロボット制御システム１００では、ロボット２が柵などによって仕切られておらず、人がロボット２の作業領域にアクセス可能になっている。このロボット制御システム１００は、図１に示すように、制御装置１と、ロボット２と、撮像装置３とを備えている。

制御装置１は、タスクを行うロボット２を制御するように構成されている。制御装置１は、ロボット２にタスクを実行させる前に初期化処理を行い、初期化処理が行われた後にロボット２にタスクを繰り返し実行させるように構成されている。制御装置１は、初期化処理によって得られた情報を用いてロボット２にタスクを実行させるようになっている。

タスクは、ロボット２が単独で行う作業であり、たとえば地点Ｐ１のワークＷを地点Ｐ２のトレイＴに移動させる作業である。すなわち、タスクが繰り返し実行されることにより、地点Ｐ１に順次送られてくるワークＷが、ロボット２により地点Ｐ２のトレイＴに順次移動されるようになっている。初期化処理は、たとえば、撮像装置３の座標系をロボット２の座標系に変換するためのキャリブレーション、ワークやトレイの認識、ワークやトレイの位置および姿勢の認識、および、ロボット２の移動軌跡の設定を含んでいる。そして、初期化処理が行われる場合には、キャリブレーション、ワークやトレイの認識、ワークやトレイの位置および姿勢の認識、および、ロボット２の移動軌跡の設定の全てが行われるようになっている。

この制御装置１は、演算部１１と、記憶部１２と、入出力部１３とを含んでいる。演算部１１は、記憶部１２に記憶されたプログラムなどに基づいて演算処理を実行することにより、制御装置１を制御するように構成されている。記憶部１２にはプログラムなどが記憶されている。このプログラムの一例としては、ロボット２にタスクを実行させるためのプログラム、ロボット２の初期化処理を実行させるためのプログラム、および、ロボット２の再初期化処理を実行させるためのプログラムなどがある。入出力部１３には、ロボット２および撮像装置３などが接続されている。なお、演算部１１が記憶部１２に記憶されたプログラムを実行することにより、本発明の「初期化処理実行部」、「タスク実行部」および「再初期化処理実行部」が実現される。また、制御装置１は、本発明の「コンピュータ」の一例である。

ロボット２は、たとえば、ベースに設けられた多軸アームと、多軸アームの先端に設けられたエンドエフェクタとしてのハンドとを有する。このロボット２は、ハンドによってワークを保持し、その保持したワークを搬送するように構成されている。

撮像装置３は、ロボット２の作業領域を撮像するように構成され、ロボット２の作業領域に対する人の入出などを検出するために設けられている。ロボット２の作業領域は、ロボット２の周囲を取り囲む領域であり、作業時に移動するロボット２およびそのロボット２に保持されるワークが通過する領域が含まれている。撮像装置３による撮像結果は、制御装置１に入力されるようになっている。このため、制御装置１は、撮像装置３の撮像結果などに基づいて、ロボット２を制御するように構成されている。

ここで、制御装置１は、ロボット２にタスクを繰り返し実行させているときに、撮像装置３の撮像結果に基づいてロボット２の作業領域への人の進入が検出された場合に、ロボット２のタスクの実行を中断させるように構成されている。その後、制御装置１は、撮像装置３の撮像結果に基づいてロボット２の作業領域からの人の退出が検出された場合に再初期化処理を行い、再初期化処理が行われた後にロボット２にタスクを繰り返し実行させるように構成されている。制御装置１は、再初期化処理によって更新された情報を用いてロボット２にタスクを実行させるようになっている。

再初期化処理は、たとえば、撮像装置３の座標系をロボット２の座標系に変換するための再キャリブレーション、ワークやトレイの再認識、ワークやトレイの位置および姿勢の再認識、および、ロボット２の移動軌跡の再設定を含んでいる。そして、再初期化処理が行われる場合には、再キャリブレーション、ワークやトレイの再認識、ワークやトレイの位置および姿勢の再認識、および、ロボット２の移動軌跡の再設定が必要性に応じて選択的に行われるようになっている。

－ロボット制御システムの動作－
次に、図２および図３を参照して、本実施形態によるロボット制御システム１００の動作について説明する。なお、以下の各ステップは制御装置１によって実行される。

まず、図２のステップＳ１において、ロボット２のタスクの実行開始指示を受け付けたか否かが判断される。そして、タスクの実行開始指示を受け付けたと判断された場合には、ステップＳ２に移る。その一方、タスクの実行開始指示を受け付けていないと判断された場合には、ステップＳ１が繰り返し行われる。すなわち、制御装置１は、タスクの実行開始指示を受け付けるまで待機する。

次に、ステップＳ２において、ロボット２の初期化処理が行われる。具体的には、撮像装置３の座標系をロボット２の座標系に変換するためのキャリブレーション、ワークやトレイの認識、ワークやトレイの位置および姿勢の認識、および、ロボット２の移動軌跡の設定が行われる。

次に、ステップＳ３において、ロボット２にタスクを実行させる。このとき、初期化処理時に認識されたワークやトレイに関する情報、初期化処理時に認識されたワークやトレイの位置および姿勢に関する情報、および、初期化処理時に設定されたロボット２の移動軌跡に関する情報が利用される。なお、後述するステップＳ７において再初期化処理が行われている場合には、その再初期化処理時に更新（再計算）された情報を利用してタスクが実行される。

たとえば、タスクが地点Ｐ１のワークＷを地点Ｐ２のトレイＴに移動させるものである場合には、初期化処理時に、地点Ｐ１のワークＷに関する情報、そのワークＷの位置および姿勢に関する情報、地点Ｐ２のトレイＴに関する情報、そのトレイＴの位置および姿勢に関する情報、および、地点Ｐ１およびＰ２の間における障害物に関する情報が撮像装置３の撮像結果を用いて算出される。そして、ワークＷに関する情報やワークＷの位置および姿勢に関する情報などに基づいて、ロボット２のハンドがワークＷをピックするピック位置などが算出される。また、トレイＴに関する情報やトレイＴの位置および姿勢に関する情報などに基づいて、ロボット２のハンドがワークＷをプレイスするプレイス位置などが算出される。また、ピック位置およびプレイス位置や障害物に関する情報などに基づいて、ロボット２の移動軌跡が算出される。つまり、この場合のロボット２のタスクの１サイクルは、ハンドのピック位置への移動、ピック位置でのハンドによるワークＷのピック、ハンドのピック位置からプレイス位置への移動、および、プレイス位置でのハンドによるワークＷのプレイスによって構成されており、タスクの実行の際にそれらが順に行われる。

次に、ステップＳ４において、撮像装置３の撮像結果に基づいてロボット２の作業領域への人の進入が検出されたか否かが判断される。そして、ロボット２の作業領域への人の進入が検出されたと判断された場合には、ステップＳ５に移る。その一方、ロボット２の作業領域への人の進入が検出されていないと判断された場合（ロボット２の作業領域に人が存在しない場合）には、ステップＳ８に移る。

次に、ステップＳ５において、ロボット２によるタスクの実行が中断される。そして、たとえば、ロボット２の作業領域に進入した人とロボット２とが干渉（衝突）するのを回避するために、ロボット２を所定の退避位置に退避させる。

次に、ステップＳ６において、撮像装置３の撮像結果に基づいてロボット２の作業領域からの人の退出が検出されたか否かが判断される。そして、ロボット２の作業領域からの人の退出が検出されたと判断された場合には、ステップＳ７に移る。その一方、ロボット２の作業領域からの人の退出が検出されていないと判断された場合（ロボット２の作業領域に人が存在する場合）には、ステップＳ５に戻る。すなわち、ロボット２の作業領域から人が退出するまで、ロボット２を退避位置に待機させる。

次に、ステップＳ７において、ロボット２の再初期化処理が行われる。再初期化処理は、タスクを適切に再開させるために行われる。

この再初期化処理では、まず、図３のステップＳ１１において、キャリブレーションを再度行う必要があるか否かが判断される。たとえば、ロボット２の作業領域の明るさが変更された場合、ロボット２のベースの位置が変更された場合、および、撮像装置３の位置が変更された場合に、再キャリブレーションが必要であると判断される。そして、再キャリブレーションが必要であると判断された場合には、ステップＳ１２に移る。その一方、再キャリブレーションが必要ではないと判断された場合には、ステップＳ１３に移る。

次に、ステップＳ１２において、再キャリブレーション、ワークやトレイの再認識、ワークやトレイの位置および姿勢の再認識、および、ロボット２の移動軌跡の再設定が行われる。すなわち、初期化処理と同様の処理が行われることにより、ロボット２の座標系と撮像装置３の座標系との位置合わせがやり直されるとともに、タスクの実行の際に利用される各情報が更新される。その後、エンドに移る（図２のステップＳ８に移る）。

また、ステップＳ１３において、ワークやトレイの再認識を行う必要があるか否かが判断される。たとえば、ワークやトレイが変更された場合に、ワークやトレイの再認識が必要であると判断される。そして、ワークやトレイの再認識が必要であると判断された場合には、ステップＳ１４においてワークやトレイの再認識が行われることにより、ワークやトレイに関する情報が更新され、ステップＳ１５に移る。その一方、ワークやトレイの再認識が必要ではないと判断された場合には、ステップＳ１５に移る。

次に、ステップＳ１５において、ワークやトレイの位置および姿勢の再認識を行う必要があるか否かが判断される。たとえば、ワークやトレイの位置および姿勢が調整された場合に、ワークやトレイの位置および姿勢の再認識が必要であると判断される。そして、ワークやトレイの位置および姿勢の再認識が必要であると判断された場合には、ステップＳ１６においてワークやトレイの位置および姿勢の再認識が行われることにより、ワークやトレイの位置および姿勢に関する情報が更新され、ステップＳ１７に移る。その一方、ワークやトレイの位置および姿勢の再認識が必要ではないと判断された場合には、ステップＳ１７に移る。

次に、ステップＳ１７において、ロボット２の移動軌跡の再設定を行う必要があるか否かが判断される。たとえば、現在の移動軌跡に障害物が置かれた場合に、ロボット２の移動軌跡の再設定が必要であると判断される。そして、ロボット２の移動軌跡の再設定が必要であると判断された場合には、ステップＳ１８においてロボット２の移動軌跡の再設定が行われることにより、ロボット２の移動軌跡に関する情報が更新され、エンドに移る。その一方、ロボット２の移動軌跡の再設定が必要ではないと判断された場合には、エンドに移る。

次に、図２のステップＳ８において、ロボット２のタスクの実行終了指示を受け付けたか否かが判断される。そして、タスクの実行終了指示を受け付けたと判断された場合には、タスクの実行が終了され、エンドに移る。その一方、タスクの実行終了指示を受け付けていないと判断された場合には、ステップＳ３に戻る。すなわち、制御装置１は、タスクの実行終了指示を受け付けるまで、ロボット２にタスクを繰り返し実行させる。

－効果－
本実施形態では、上記のように、制御装置１は、初期化処理が行われた後にロボット２にタスクを繰り返し実行させる。制御装置１は、ロボット２がタスクを繰り返し実行しているときに、ロボット２の作業領域に人が進入した場合に、タスクの実行を中断させるとともに、再初期化処理を行う。制御装置１は、再初期化処理が行われた後にロボット２にタスクを繰り返し実行させる。このように構成することによって、ロボット２の作業領域に人が進入してタスクの実行が中断された場合に、再初期化処理が行われることにより、タスクを適切に再開させることができる。すなわち、ロボット２の作業領域に進入した人により、ロボット２の作業領域内において変更が加えられても、再初期化処理が行われるので、その変更に対応することができる。

また、本実施形態では、再初期化処理時に再キャリブレーションが不要な場合に、再キャリブレーションが行われないことによって、再初期化処理に要する時間の短縮を図ることができる。なお、ロボット２の作業領域に進入した人により、ロボット２の作業領域の明るさが変更された場合、ロボット２のベースの位置が変更された場合、および、撮像装置３の位置が変更された場合には、再キャリブレーションが行われることから、ロボット２の座標系と撮像装置３の座標系との位置合わせをし直すことができる。

また、本実施形態では、再初期化処理時にワークやトレイの再認識が不要な場合に、ワークやトレイの再認識が行われないことによって、再初期化処理に要する時間の短縮を図ることができる。なお、ロボット２の作業領域に進入した人により、ワークやトレイが変更された場合には、その変更されたワークやトレイの再認識が行われることから、ワークやトレイの変更に対応することができる。

また、本実施形態では、再初期化処理時にワークやトレイの位置および姿勢の再認識が不要な場合に、ワークやトレイの位置および姿勢の再認識が行われないことによって、再初期化処理に要する時間の短縮を図ることができる。なお、ロボット２の作業領域に進入した人により、ワークやトレイの位置および姿勢が調整された場合には、その調整されたワークやトレイの位置および姿勢の再認識が行われることから、ワークやトレイの位置および姿勢の調整に対応することができる。

また、本実施形態では、再初期化処理時にロボット２の移動軌跡の再設定が不要な場合に、ロボット２の移動軌跡の再設定が行われないことによって、再初期化処理に要する時間の短縮を図ることができる。なお、ロボット２の作業領域に進入した人により、現在の移動軌跡に障害物が置かれた場合には、ロボット２の移動軌跡の再設定が行われることから、移動軌跡を変更して障害物を回避させることができる。

－他の実施形態－
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、ロボット２がワークを搬送する例を示したが、これに限らず、ロボットがワークに対して加工などを行うようにしてもよい。すなわち、上記実施形態では、ロボット２が多軸アームおよびハンドを有する例を示したが、これに限らず、ロボットの構造はどのようなものであってもよい。

また、上記実施形態では、撮像装置３の撮像結果に基づいてロボット２の作業領域に対する人の入出が検出される例を示したが、これに限らず、電波センサ（図示省略）の検出結果に基づいてロボットの作業領域に対する人の入出が検出されるようにしてもよい。また、上記実施形態において、撮像装置３は、エリアセンサやラインセンサであってもよいし、イベントカメラであってもよい。さらに、複数のセンサを適宜組み合わせて、複数のセンサの検出結果に基づいてロボットの作業領域に対する人の入出が検出されるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、ロボット制御システム１００に１つの撮像装置３が設けられ、その撮像装置３により、人体が検知されるとともに、ワークの位置が認識される例を示したが、これに限らず、図４に示す変形例によるロボット制御システム１００ａのように、複数の撮像装置３ａおよび３ｂが設けられ、撮像装置３ａにより人体が検知されるとともに、撮像装置３ｂによりワークの位置が認識されるようにしてもよい。すなわち、人体検知用の撮像装置３ａと、ワーク位置認識用の撮像装置３ｂとが別々に設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、ロボット２の作業領域からの人の退出が検出された場合に、再キャリブレーション、ワークやトレイの再認識、ワークやトレイの位置および姿勢の再認識、および、ロボット２の移動軌跡の再設定が必要性に応じて選択的に行われる例を示したが、これに限らず、ロボットの作業領域からの人の退出が検出された場合に、再キャリブレーション、ワークやトレイの再認識、ワークやトレイの位置および姿勢の再認識、および、ロボットの移動軌跡の再設定が必要性の有無にかかわらず全て行われるようにしてもよい。

また、上記実施形態において、再キャリブレーション、ワークやトレイの再認識、ワークやトレイの位置および姿勢の再認識、および、ロボット２の移動軌跡の再設定の必要性の有無は、たとえば、撮像装置３の撮像結果に基づいて判断されるようにしてもよい。

また、上記実施形態において、ロボット２の作業領域への人の進入が検出された場合に、タスクの１サイクルの途中であっても即時にタスクを中断するようにしてもよいし、タスクの１サイクルが完了してからタスクを中断するようにしてもよい。

本発明は、タスクを行うロボットを制御する制御装置、制御方法およびプログラムに利用可能である。

１ 制御装置（コンピュータ）
２ ロボット
３、３ａ、３ｂ 撮像装置
１１ 演算部
１２ 記憶部
１３ 入出力部
１００、１００ａ ロボット制御システム

Claims (3)

1. タスクを行うロボットを制御する制御装置であって、
   前記ロボットにタスクを実行させる前に初期化処理を行う初期化処理実行部と、
   初期化処理が行われた後に前記ロボットにタスクを繰り返し実行させるタスク実行部と、
   前記ロボットがタスクを繰り返し実行しているときに、前記ロボットの作業領域に人が進入した場合に、再初期化処理を行う再初期化処理実行部とを備え、
   前記タスク実行部は、前記ロボットの作業領域に人が進入した場合にタスクの実行を中断させるとともに、再初期化処理が行われた後に前記ロボットにタスクを繰り返し実行させるように構成され、
   再初期化処理は、再キャリブレーションおよび前記ロボットの移動軌跡の再設定を含み、
   再初期化処理が行われる場合には、再キャリブレーションおよび前記ロボットの移動軌跡の再設定が必要性に応じて選択的に行われることを特徴とする制御装置。
2. タスクを行うロボットを制御する制御方法であって、
   前記ロボットにタスクを実行させる前に初期化処理を行うステップと、
   初期化処理が行われた後に前記ロボットにタスクを繰り返し実行させるステップと、
   前記ロボットがタスクを繰り返し実行しているときに、前記ロボットの作業領域に人が進入した場合に、タスクの実行を中断させるとともに、再初期化処理を行うステップと、
   再初期化処理が行われた後に前記ロボットにタスクを繰り返し実行させるステップとを備え、
   再初期化処理は、再キャリブレーションおよび前記ロボットの移動軌跡の再設定を含み、
   再初期化処理が行われる場合には、再キャリブレーションおよび前記ロボットの移動軌跡の再設定が必要性に応じて選択的に行われることを特徴とする制御方法。
3. ロボットにタスクを実行させる前に初期化処理を行う手順と、
   初期化処理が行われた後に前記ロボットにタスクを繰り返し実行させる手順と、
   前記ロボットがタスクを繰り返し実行しているときに、前記ロボットの作業領域に人が進入した場合に、タスクの実行を中断させるとともに、再初期化処理を行う手順と、
   再初期化処理が行われた後に前記ロボットにタスクを繰り返し実行させる手順と、
   をコンピュータに実行させ、
   再初期化処理は、再キャリブレーションおよび前記ロボットの移動軌跡の再設定を含み、
   再初期化処理が行われる場合には、再キャリブレーションおよび前記ロボットの移動軌跡の再設定が必要性に応じて選択的に行われる、
   プログラム。

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