WO2006043396A1

WO2006043396A1 - ロボット装置

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Publication number: WO2006043396A1
Application number: PCT/JP2005/017738
Authority: WO
Inventors: Yuji Adachi; Yasunao Okazaki; Katsuhiko Asai; Kazuo Yokoyama
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2006-04-27
Also published as: CN100556623C; US7539558B2; US7778732B2; US20080161970A1; US20090125145A1; JP3927994B2; JPWO2006043396A1; CN101039779A

Abstract

　作業用ロボットアーム（１）と、人や動物や移動体を認識する物体認識部（４）を備え、ロボット機構部（８９９）の一部を用いた遮蔽動作で、前記物体認識部（４）で認識された物体を遮り、前記作業用ロボットアーム（１）で作業を行うことにより、能動的にロボット機構部の作業空間（３）を確保して作業を安全に継続して行うことができる。

Description

明細書

ロボッ卜装置

技術分野

[0001] 本発明は、家庭に代表されるような人の生活空間において、人と共存して作業を行うロボット装置に関するものである。

背景技術

[0002] 従来、ロボットの安全作業方法としては、ロボットの作業空間全体を完全にカバーで覆レ、、人とロボットとを完全に隔離して、人とロボットとの共存を許さない方式が多レ、。また、人と作業ロボットの共存を許容するものとしては、産業用ロボット分野において、以下に示すいくつかの従来例がある。（例えば、特許文献 1、特許文献 2、特許文献 3、特許文献 4参照。 )

図 19は、従来例 1として、前記特許文献 1に記載された従来のロボット用安全装置を示すものである。

[0003] 図 19において、産業用ロボット 101の周囲には安全マット 102が敷かれている。作業者が教示のために産業用ロボット 101に近づくと、作業者の重量によって安全マツト 102の電極スィッチが〇Nして作業者の接近を検知し、ケーブル 103を通じて制御装置 104に人の接近が通知される。接近を検知すると、制御装置 104は動作速度軌道を低速として、ロボット 101のアームの接触時の衝撃を抑え、安全な教示作業を実現していた。

[0004] 図 20は、従来例 2として、前記特許文献 2に記載された従来の触覚センサをもつ口ボット用制御装置を示すものである。

[0005] 図 20において、多関節アーム型のロボット 111は、アーム部 112に複数の触覚センサ 113を有している。ロボット 111は複数の関節を持ち、作業によって、直接作業に関わる関節と直接作業に関わらない関節とに大別される。ロボット 111は触覚センサ（接触センサ） 113で接触を検知時に、直接作業に関わらない関節には、接触部分から遠ざかり回避動作する重み付けを行い、直接作業に関わる関節には作業重視の重み付けを行う。そして、全体として接触部分から遠ざかる運動成分を持たすことで回避動作を行いながらの作業を実現していた。なお、図 20において、 110は視覚システム、 133は接触制御器、 134は作業指令部、 135は作業制御器、 136は動作選択器、 137は動作変換器、 138は線形関係生成器である。

[0006] 図 21は、従来例 3として、前記特許文献 3に記載された従来の自律移動装置のブロック図を示すものである。

[0007] 図 21において、自律移動ロボット 121において、走行方向に障害物を検出するための超音波センサ 122と、人から放射される赤外線を検出する赤外線センサ 123を有する。自律移動ロボット 121は、障害物センサ 121で障害物を検出時には、赤外線センサ 123で人の判別を行レ、、人の場合は、待機動作を一定時間行ったのち人がいなくならなければ、回避動作を行う。また、人でない場合は、障害物回避動作をすぐに行い、移動という作業を実現していた。

[0008] また、図 22A及び図 22Bは、従来例 4として、特許文献 4に記載された従来のロボット用安全装置を示すものである。

[0009] 図 22A及び図 22Bにおいて、ロボットは、ロボット用安全装置 156の右側 156Rに存在する。ロボット動作時には、人がスィッチ 160を押すことにより、図 22Aのように、人側 156Lの遮蔽板 152が上昇してロボット側 156Rの遮蔽板 158は下降する。しかし、人力ワーク 153を交換する場合は、人がスィッチ 160を押すことにより、図 22B のように、ロボット側 156Rの遮蔽板 158が上昇し、人側 156Lの遮蔽板 152が下降する。このように、人力 Sスィッチ 160を押すことにより、ロボット側 156Rの遮蔽板 158 が上昇するため、ロボットは、遮蔽板 158によりワーク 153に対する作業が行えなくなり、ワーク 153に対する作業を停止することになる。

[0010] 特許文献 1：特開昭 59 _ 102595号公報 (代表図）

特許文献 2 :特開 2003— 89091号公報（第 4頁、図 1)

特許文献 3 :特開平 9一 198412号公報 (第 6頁、図 1)

特許文献 4 :特開 2002— 283277号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0011] 工場に代表される特定場所でのロボット作業においては、ロボットの作業空間と人の行動空間は、概して分離できる環境にあり、ロボットの作業空間と人の行動空間とをカバーで完全に空間を隔離すれば、安全作業は容易に実現できる。一方、ロボットの作業空間と人の行動空間の一部の共有が発生する場合においても、前記従来例 1、従来例 2、従来例 3を適用して安全な作業は十分可能である。

[0012] し力ながら、家庭に代表されるような人の生活環境では、生活環境をロボットの作業空間と人の行動空間の 2つにカバーで完全に隔離してしまうことは概して難しい。例えば家庭内でのロボットの家事支援作業を想定した場合、ロボットの作業空間と人の行動空間の大部分は共有される。そのため、前記従来例 1、従来例 2、従来例 3をそのまま適用して安全に作業を行うことは困難である。家庭を代表例として、以下にその理由を個別に述べる。

[0013] 前記従来例 1では、基本的に教示作業時のみに有効である。定常作業時には、口ボット作業空間と人の行動空間は共有しないとして設計されており高速動作を行う。ロボットの作業空間内への人の侵入はセンサで検知してロボットがすぐ停止する構成となっている。

[0014] しかしながら、ロボットの作業空間と人の行動空間の大部分を共有する家庭環境では、人の移動、ロボットの移動により、人の行動空間とロボットの作業空間が頻繁に交錯する。そのため、従来例 1をそのまま適用した場合は、低速動作による作業効率低下や停止による作業の中断が頻繁に発生して作業に支障をきたすという課題がある

[0015] 前記従来例 2では、ロボットアーム部の接触センサで人の接触部分を検知する。そして、接触センサの入力を基準として、ロボット全体として接触部分力遠ざかる運動成分を持つように、ロボットの各関節に指令値を振り分けて、接触回避動作を行いながら作業を実現する。

[0016] しかしながら、ロボットの作業空間と人の行動空間の大部分を共有する家庭環境においては、従来例 2をそのまま適用した場合は、また、人の接触に対してロボット側が受動的に回避行動を取るだけであり、人の接触に対して常にロボットが逃げる形になりかねず、作業空間を確保してきちんと作業を行うことが考慮されていないと言える。そのため、接触に対する安全はある程度確保できると思われる力 S、家事支援などの口ボット作業効率を低下させる課題がある。

[0017] 前記従来例 3では、人を検知した自律移動装置は、待機動作又は、人を回避して移動を行う。

[0018] しかしながら、ロボットの作業空間と人の行動空間の大部分を共有する家庭環境では、従来例 3をそのまま適用した場合は、常に人に対して受動的に回避行動を取るだけであり、受動的行動だけでは移動作業において十分な作業効率を実現できない課題がある。

[0019] 前記従来例 4では、ワーク 153を置く作業をする場合、人力 Sスィッチ 160を押すことにより、人側 156Lの遮蔽板 152 (緑）を下降しかつロボット側 156Rの遮蔽板 158を上昇させるため、ロボットはワーク 153に対する作業を停止した状態で人がワーク 15 3を置く作業を行うようにしている。よって、ロボットに何らかの不具合が起こった場合でも、ロボット側 156Rの遮蔽板 158があるために、人とロボットとは接触しないようにしている。

[0020] しかしながら、ロボットの作業空間と人の行動空間の大部分を共有する家庭環境における作業では、大きく空間を遮って作業を行うと、人の行動を大きく制限し実用的ではない。

[0021] 従って、本発明の目的は、前記従来の課題を解決するもので、家庭に代表されるようなロボット機構部の作業空間と人の行動空間の大部分を共有する環境において、作業効率を確保しつつ安全にロボット作業を実現するロボット装置を提供することである。

課題を解決するための手段

[0022] 上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

[0023] 本発明の第 1態様によれば、ロボットアームと、前記ロボットアームが取り付けられたロボット本体とを有するロボット機構部と、

移動体又は動物又は人の 3つの物体のうちいずれか又は複数の物体を認識する物体認識部と、

前記ロボット機構部の一部を用いて遮蔽動作を行わせることにより、前記物体認識部で認識された前記物体のロボット機構部の作業空間への侵入を遮りつつ、前記口ボット機構部の前記ロボットアームによる作業を行わせるように前記ロボット機構部を制御する制御部とを備え、

前記制御部は、前記物体認識部で認識された前記物体と前記ロボット機構部の作業空間との相対位置関係に応じて、前記遮蔽動作を行う位置や前記遮蔽動作の種類を変えて前記遮蔽動作を行うように前記ロボット機構部を制御するロボット装置を提供する。

[0024] 本発明の第 2態様によれば、ロボットアームと、前記ロボットアームが取り付けられたロボット本体と、前記ロボット本体を移動させる移動機構とを有するロボット機構部と、移動体又は動物又は人の 3つの物体のうちいずれか又は複数の物体を認識する物体認識部と、

前記ロボット機構部の一部を用いて遮蔽動作を行わせることにより、前記物体認識部で認識された前記物体のロボット機構部の作業空間への侵入を遮りつつ、前記口ボット機構部の前記ロボットアームによる作業又は前記移動機構による作業又は前記ロボットアームと前記移動機構の協調作業を行わせるように前記ロボット機構部を制御する制御部とを備えるロボット装置を提供する。

[0025] 本構成によって、物体認識部によって人は認識され、例えば、ロボット機構部の作業空間が人の行動空間と交錯する認識される場合に、人に対してロボット機構部の一部を用いて遮蔽動作を行うことにより、ロボット機構部の作業空間が人の行動空間と交錯するのを受動的ではなく能動的に必要に応じて防ぐことができ、ロボット機構部の作業空間を確保して、安全に作業を行うことができる。

発明の効果

[0026] 本発明のロボット装置によれば、産業用ロボットの安全カバーに代表されるような口ボット機構部の作業空間と人の行動空間とを完全に遮断する遮蔽専用の部材を使用するのではなぐロボット機構部の一部を使用して、必要に応じて、人を遮り、能動的にロボット機構部の作業空間を確保するため、家庭のようなロボット装置と人が共存する環境において、ロボット装置がロボット機構部の作業空間を確保して、安全に作業を行うことができる。

図面の簡単な説明本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、

[図 1A]図 1Aは、本発明の第 1実施形態におけるロボット装置の作業及び遮蔽動作の概念図であり、

[図 1B]図 1Bは、本発明の第 1実施形態におけるロボット装置のブロック図であり、 [図 1C]図 1Cは、本発明の第 1実施形態におけるロボット装置において、ロボットの作業範囲に 1. 3倍、 1. 5倍、 2倍の安全率をかけた範囲をロボット機構部の作業空間とする場合の説明図であり、

[図 2]図 2は、本発明の第 1実施形態におけるロボット装置において、人とロボット機構部の作業空間との関係に基づく遮蔽動作を説明する説明図であり、

[図 3]図 3は、本発明の第 3実施形態におけるロボット装置において、人とロボット機構部の作業空間との関係に基づく遮蔽動作を説明する説明図であり、

[図 4]図 4は、本発明の第 1実施形態におけるロボット装置において、人とロボット機構部の作業空間との関係に基づく遮蔽動作を説明する説明図であり、

[図 5A]図 5Aは、本発明の第 1実施形態の別の変形例におけるロボット装置での危険度に基づく遮蔽動作の制御方法を説明するための表を示す図であり、

[図 5B]図 5Bは、本発明の第 1実施形態の別の変形例におけるロボット装置においてロボットの作業対象の大きさや重量などの物性で危険度を設定して、危険度に基づく遮蔽動作の制御方法を説明するための表を示す図であり、

[図 6A]図 6Aは、本発明の第 1実施形態におけるロボット装置において、人とロボット機構部の作業空間との関係に基づく遮蔽動作を説明する説明図であり、

[図 6B]図 6Bは、本発明の第 1実施形態におけるロボット装置において、人とロボット機構部の作業空間との関係に基づく遮蔽動作を説明する説明図であり、

[図 6C]図 6Cは、本発明の第 1実施形態におけるロボット装置において、人とロボット機構部の作業空間との関係に基づく遮蔽動作を説明する説明図であり、

[図 6D]図 6Dは、本発明の第 1実施形態におけるロボット装置において、人とロボット機構部の作業空間との関係に基づく遮蔽動作を説明する説明図であり、

[図 6E]図 6Eは、本発明の第 1実施形態におけるロボット装置の遮蔽動作の変形例にかかるデータベースを説明するための説明図であり、

園 7]図 7は、本発明の第 1実施形態におけるロボット装置においてロボット機構部の作業空間から物が飛び出す状態（ロボットアームの手で把持された包丁で野菜を切る場合に野菜の切れ端が飛び散る状態）を説明する説明図であり、

園 8]図 8は、本発明の第 1実施形態におけるロボット装置においてロボット機構部の作業空間から物が飛び出す別の状態（ロボットアームの手で把持されたやかんからお湯を入れ物に注レ、だ場合に水滴が飛び散る状態）を説明する説明図であり、園 9]図 9は、本発明の第 1実施形態の変形例におけるロボット装置において、人が座っていて、何か高いところの物を取るために人が立ち上がるという行動を予測手段で予測することを説明するための説明図であり、

[図 10]図 10は、本発明の第 1実施形態におけるロボット装置において、野球のボールがロボット機構部の作業空間に飛んで来る場合のボールの軌道の予測を説明するための説明図であり、

園 11]図 11は、本発明の第 1実施形態のさらに別の変形例におけるロボット装置での遮蔽動作を説明するための説明図であり、

[図 12A]図 12Aは、本発明の第 1実施形態のさらに別の変形例におけるロボット装置において、人とロボット機構部の作業空間との関係に基づく遮蔽動作を説明する説明図であり、

園 12B]図 12Bは、本発明の第 1実施形態のさらに別の変形例におけるロボット装置において、人とロボット機構部の作業空間との関係に基づく遮蔽動作を説明する説明図であり、

園 12C]図 12Cは、本発明の第 1実施形態のさらに別の変形例におけるロボット装置において、人とロボット機構部の作業空間との関係に基づく遮蔽動作を説明する説明図であり、

[図 12D]図 12Dは、本発明の第 1実施形態のさらに別の変形例におけるロボット装置において、人とロボット機構部の作業空間との関係に基づく遮蔽動作を説明する説明図であり、

[図 13]図 13は、本発明の第 2実施形態におけるロボット装置の作業及び遮蔽動作の概念図であり、

[図 14]図 14は、本発明の第 3実施形態におけるロボット装置の作業及び遮蔽動作の概念図であり、

[図 15]図 15は、本発明の第 4実施形態のロボット装置の作業概念図であり、

[図 16]図 16は、本発明の第 4実施形態のロボット装置の作業概念図であり、

[図 17]図 17は、本発明の第 4実施形態の変形例のロボット装置の作業概念図であり

[図 18A]図 18Aは、本発明の第 1〜第 4実施形態の変形例のロボット装置の揺動動作の概念図であり、

[図 18B]図 18Bは、本発明の第 1〜第 4実施形態の変形例のロボット装置の揺動動作の概念図であり、

[図 19]図 19は、従来例 1のロボット用安全装置の図であり、

[図 20]図 20は、従来例 2の触覚センサをもつロボット用制御装置の図であり、

[図 21]図 21は、従来例 3の自律移動装置のブロック図であり、

[図 22A]図 22Aは、従来例 4のロボット用安全装置を示す図であり、

[図 22B]図 22Bは、従来例 4のロボット用安全装置を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0028] 本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。

[0029] 以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。

[0030] 本発明の第 1態様によれば、ロボットアームと、前記ロボットアームが取り付けられたロボット本体とを有するロボット機構部と、

[0031] 本発明の第 2態様によれば、ロボットアームと、前記ロボットアームが取り付けられたロボット本体と、前記ロボット本体を移動させる移動機構とを有するロボット機構部と、移動体又は動物又は人の 3つの物体のうちいずれか又は複数の物体を認識する物体認識部と、

[0032] 本発明の第 3態様によれば、前記ロボット機構部は少なくとも 2つのロボットアームを有し、

前記制御部は、前記ロボット機構部の一部による前記遮蔽動作が、前記ロボット機構部の前記 2つのロボットアームのうちの前記作業を行う一方のロボットアームによる遮蔽動作又は前記作業を行わない他方のロボットアームによる遮蔽動作であるように前記ロボット機構部を制御する第 1又は 2の態様に記載のロボット装置を提供する。

[0033] 本発明の第 4態様によれば、前記制御部は、前記ロボット機構部の一部による前記遮蔽動作が、旋回機構又は前記移動機構による前記ロボット機構部の方向転換であるように前記ロボット機構部を制御する第 2の態様に記載のロボット装置を提供する。

[0034] 本発明の第 5態様によれば、前記制御部は、前記物体認識部で認識された前記物体と前記ロボット機構部の作業空間との位置関係に応じて、前記遮蔽動作の位置や速度や柔軟性を変更するように前記ロボット機構部を制御する第 1の態様に記載の口ボット装置を提供する。

[0035] 本発明の第 6態様によれば、前記物体認識部で認識された前記物体の動作を予測する予測手段をさらに備え、

前記予測手段によって予測された前記物体の位置を用いて、前記制御部は、前記遮蔽動作の位置や速度や柔軟性を変更するように前記ロボット機構部を制御する第

1の態様に記載のロボット装置を提供する。

[0036] 本発明の第 7態様によれば、前記制御部は、前記ロボット作業の危険度に応じて前記遮蔽動作の位置や速度や柔軟性を変更するように前記ロボット機構部を制御する第 5又は 6の態様に記載のロボット装置を提供する。

[0037] 本発明の第 8態様によれば、前記制御部は、前記遮蔽動作が、前記物体の移動方向を誘導する動作であるように前記ロボット機構部を制御する第 1〜第 6のいずれか

1つの態様に記載のロボット装置を提供する。

[0038] 本発明の第 9態様によれば、前記ロボット機構部に行わせる作業内容の情報と当該作業内容に対応する継続性の有無の情報とを関係付けて記憶させたデータべ一スをさらに備えて、

前記制御部により、前記データベースの情報を読み出して、それぞれの作業内容の継続性の必要性にっレ、て判断し、継続性の必要のある作業内容を前記ロボット機構部に行わせるとき、継続性の必要の無い作業内容とは異なる遮蔽動作を行わせるように前記ロボット機構部を制御する第 1〜第 8のいずれ力 1つの態様に記載のロボット装置を提供する。

[0039] 以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

[0040] (第 1実施形態）

図 1A及び図 1Bは、本発明の第 1実施形態におけるロボット装置の作業概念図及びブロック図である。

[0041] 図 1 A及び図 1Bにおいて、ロボット装置の作業をするロボットアームを作業用ロボットアーム 1とする。ロボット装置は、作業用ロボットアーム（第 1ロボットアーム） 1と作業用ロボットアーム 1とは別の第 2ロボットアーム 7とをロボット本体 899Aに有するロボット機構部 899と、作業用ロボットアーム 1を駆動させる第 1ロボットアーム駆動部 901と、第 2ロボットアーム 7を駆動させる第 2ロボットアーム駆動部 907と、ロボット機構部 8 99に備えられてロボット本体 899Aを移動させる移動機構 11を駆動する移動機構駆動部 911と、移動体又は動物又は人の 3つの物体のうちいずれか又は複数の物体を認識する物体認識部 4と、物体認識部 4での認識結果が入力されるとともに、第 1ロボットアーム駆動部 901と第 2ロボットアーム駆動部 907と移動機構駆動部 911とをそれぞれ独立して動作制御する制御部 900とを備えて構成している。なお、 902は制御部 900と接続されて、第 1ロボットアーム駆動部 901と第 2ロボットアーム駆動部 907と移動機構駆動部 911とをそれぞれ独立して駆動するための動作プログラムが記憶されるとともに、第 1ロボットアーム駆動部 901と第 2ロボットアーム駆動部 907と移動機構駆動部 911との駆動情報及び物体認識部 4での認識情報などを記憶するデータベースである。

[0042] 作業用ロボットアーム 1は、制御部 900による第 1ロボットアーム駆動部 901の駆動により、作業対象物体 2に対して作業を行う。説明のため、作業対象物体 2の一例としてフライパン 2を考え、作業用ロボットアーム 1がフライパン 2を持って揺動させる家事支援作業を、ロボット装置の作業の一例として述べる。例えば、ロボット装置がフライパン 2で野菜の炒め物をする場合に、フライパン 2を先端の手 laで把持した作業用口ボットアーム 1を第 1ロボットアーム駆動部 901により揺動駆動させてフライパン 2を上下左右に振って中の材料を力き混ぜて炒める効果を発揮できる。このように作業用口ボットアーム 1とフライパン 2は、上下左右一定範囲において移動して動作を行い、その作業に必要な領域が点線で示したロボット機構部 899の作業空間（以下、「ロボット作業空間」と略す。） 3となる。

[0043] ロボット作業空間 3は、基本的にはロボット機構部 899の作業の内容によって、大きさや形状が変わる。基本的には、ロボット作業空間 3は、作業でロボット機構部 899が動きうる空間を示し、ロボット機構部 899の向き、ロボットアーム 1等の位置、速度、角速度、 1貫性モーメント、作業特有のパラメータなどによって、空間的に重み付けをしてもよレ、。例えば、可操作度と呼ばれる関節速度を用いて実現しうる手先速度で空間的な重み付けを持ったものとしてもよレ、。

[0044] 具体例としては、ある時点でロボットアーム 1とフライパン 2が作業を行う上で移動する領域 (作業範囲）をロボット作業空間 3としてもよぐまたロボットアーム 1が可動な範囲（作業範囲）においてロボットアーム 1とフライパン 2が動きうる範囲（作業範囲）全体をロボット作業空間 3としてもよい。また、ロボット機構部 899がある方向に速度を持つている場合には、ある時点から規定された時間（例えば 1秒）後までの間に到達可能な範囲（作業範囲）を、同様にロボット作業空間 3としてもよい。また、前記作業範囲 3 Rに対して、図 1Cに示すように、安全率 (例えば 1. 3倍、 1. 5倍、 2倍）をかけた範囲をロボット作業空間 3として定義してもよい。

[0045] 前記安全率の決定方法の一例としては、ロボット作業空間 3におけるロボットアーム 1と作業対象 (例えばフライパン）の運動エネルギーを利用して安全率を決定することが考えられる。すなわち、ロボットアーム 1の移動速度が高速であれば、ロボットァーム 1の接触時の衝撃も大きいので、例えば、ある低速速度でロボットアーム 1が移動する場合の運動エネルギーの値を基準値として、運動エネルギー値がその基準値以下であれば、安全率は 1、その基準値を超えれば、基準値となる運動エネルギー値に対しての比率をそのまま安全率とする方法である。

[0046] なお、ロボット作業の例としてフライパン 2を持って揺動させる作業を示したが、作業用ロボットアーム 1を用いて作業するものであれば、任意の動作でもよい。また、作業用ロボットアーム 1は、垂直多関節型、水平多関節型、平行リンク型などで構成するようにしてもよい。また、作業用ロボットアーム 1の先端には手 laとしてエンドェフエクタを設けてもよく、その機構は、吸着型、メカニカルなハンドなどとしてもよぐ作業に応じて交換できるものでもよい。

[0047] また、前記したように、ロボット装置は、移動体又は動物又は人の 3つのうちいずれか又は複数を認識する物体認識部 4を有している。ここで言う移動体とは、開閉するドアや、ボール、車など、動きを伴う物体を指す。説明のため、以下では、認識対象物体を人 5として説明する。

[0048] なお、物体認識部 4としては、 CCDカメラ、又は赤外線カメラなど撮像素子を用いたものを用いてもよぐ画像処理を行うことで人や動物や移動体を測定してもよい。また、物体認識部 4としては、レーザレンジファインダや赤外線を用いた測距離センサなどを用いた認識としてもよレ、。また、物体認識部 4として、力センサや光電センサなどを用いてもよぐ一種類のセンサだけでなぐ複数のセンサの融合による認識としてもよい。物体認識部 4は、図 1A及び図 1Bに示したようにロボット機構部 899の一部に備えられていてもよまたロボット機構部 899が配置されている部屋の上方の天井 8 00等に備えられて、物体認識部 4としてのセンサ 4A (図 2参照）からの情報を無線又は有線によりロボット機構部 899の制御部 900に与える形としてもよい。

[0049] 認識対象物体 2の移動する空間を行動空間 6と定義する。認識対象物体 2を人 5とした場合は、人 5の行動空間（以下、人行動空間と略す。）6となる。例えば、人 5の速度から単位時間に移動できる範囲を基準として人行動空間 6と定義してもよい。具体的には、ある時点で人 5の体の一部が到達可能な範囲を人行動空間 6と定義してもよぐまた人 5がある方向に速度を持っている場合には、ある時点から規定された時間（例えば 1秒)後までの間に到達可能な範囲をすベて人行動空間 6としてもよい。またその範囲に対して安全率 (例えば 1. 2倍）をかけた範囲を人行動空間 6として定義してもよい。

[0050] また、人行動空間 6も同様に、人 5の進行方向、位置、速度、加速度、慣性モーメントなどのパラメータメータを用いて移動のしゃすさなどから人行動空間 6を定義してもよい。

[0051] ロボット機構部 899は、ロボット作業空間 3において、例えば野菜を炒める作業におレ、てフライパン 2を持って揺動動作を行うが、作業用ロボットアーム 1やフライパン 2に人 5が接触すると危険である。そのため、人 5の安全を確保しつつロボット作業遂行のためには、ロボット作業空間 3と人行動空間 6が空間的に交錯しないことが必要となる。そのため、ロボット機構部 899は、制御部 900の制御の下に、ロボット作業空間 3で作業を行いつつ、ロボット作業空間 3と人行動空間 6を遮る遮蔽動作を行う。本第 1実施形態では、遮蔽動作を行うロボット機構部 899の一部を、作業用ロボットアーム 1以外のロボット機構部 899の一部とし、具体的にはロボットアーム 7である場合について説明する。すなわち、第 1実施形態では、制御部 900の制御の下に、第 1ロボットァーム駆動部 901の駆動によりロボット作業空間 3内で作業用ロボットアーム 1で作業を行いつつ、第 2ロボットアーム駆動部 907の駆動により第 2ロボットアーム 7でロボット作業空間 3と人行動空間 6を遮る遮蔽動作を行う。

[0052] なお、上記作業用ロボットアーム 1以外のロボット機構部 899としては、ロボットァーム型でなくとも、ロボット機構部 899に取付けた可動の遮蔽板を操作して遮蔽動作をさせる機構などとしてもよぐロボット作業空間 3と人行動空間 6を遮る遮蔽効果を持つような機構であればよい。また、上記遮蔽機構は、ロボット機構部 899の本体に直接取り付けなくとも、ロボット機構部 899が配置されている部屋の壁や天井に遮蔽機構が取り付けられて、ロボット機構部 899の制御部 900の制御により駆動されて遮蔽動作を行う場合でもよレ、。いずれにしても、従来のロボット等においては、人とロボット機構部 899を遮蔽する場合もカバーで単に空間を遮って作業を行うのに対し、本発明の第 1実施形態及び他の実施形態では、単に空間を遮るのではなぐ作業内容や人 5の位置に応じて、制御部 900の制御により第 2ロボットアーム駆動部 907を駆動してロボットアーム 7や遮蔽機構を動力てロボット作業空間 3と人行動空間 6を遮り、口ボット作業空間 3での作業と安全を確保する動作を行い、作業を継続することが特徴である。

[0053] ロボット機構部 899は、物体認識部 4での認識情報、データベース 902に記憶された情報、ロボット機構部 899で行われる作業などに基づいて、人行動空間 6が、ロボット作業空間 3に近づかないように、制御部 900の制御により第 2ロボットアーム駆動部 907を駆動して、ロボットアーム 7を用いて遮蔽動作を行う。ロボットアーム 7の遮蔽動作は、人 5の移動方向又は人 5とロボット作業空間 3とを結ぶ最短直線に交差する方向沿いの上下方向に若しくは左右方向に、又は、人 5の進行方向に対して前後する方向にロボットアーム 7を揺動させるものであり、その揺動速度、揺動幅などは、物体認識部 4での認識情報、データベース 902に記憶された情報、ロボット機構部 899 で行われる作業などに基づいて予め決められてデータベース 902に記憶されていることが望ましい。例えば、人行動空間 6とロボット作業空間 3とが大きく離れているときは、揺動速度は遅く揺動幅を小さくしておき、人行動空間 6とロボット作業空間 3とが接近するにつれて、揺動速度は速く揺動幅を大きくするなど、複数種類の揺動動作を人行動空間 6とロボット作業空間 3との距離に応じて制御部 900で適宜選択して行えるようにしてもよレ、。

[0054] 具体的には、まず、ロボット機構部 899は、ロボット作業空間 3で作業中、又はロボット作業空間 3で作業を行う前と作業中に、物体認識部 4で人 5の人行動空間 6を認識する。人行動空間 6は、常に静止しているとは限らず、人 5の移動に応じて移動する。 [0055] そのため、物体認識部 4での認識情報を基に、制御部 900の制御により第 2ロボットアーム駆動部 907を駆動して、ロボット作業空間 3に人行動空間 6が近づかないように、人 5の移動に応じてロボットアーム 7を動力して、人の移動を妨げるように遮る動作 (遮蔽動作)を行う。そのような遮蔽動作としては、物体認識部 4での認識情報を基に制御部 900の制御により第 2ロボットアーム駆動部 907を駆動し、ロボット作業空間 3と人行動空間 6の領域の中間部分にロボット機構部 899を位置させた状態で、ロボットアーム 7 (具体的には、ロボットアーム 7の先端の手 7aと第 1腕 7b)をロボット作業空間 3の境界に対して人 5側すなわち人行動空間 6側に位置させて、図 1Aに示すように、人 5が接近する方向と交差する方向沿いにロボットアーム 7 (具体的には、ロボットアーム 7の先端の手 7aと第 1腕 7bと第 2腕 7c)を揺動させる。

[0056] 以上のように構成することで、ロボットアーム 7の遮蔽動作により人 5の進行を妨げることができて、人行動空間 6がロボット作業空間 3に近づくことを防ぐことができる。

[0057] 遮蔽動作のより具体的な例として図 2〜図 5Bを用いて説明する。

[0058] 第 1実施形態では、認識対象物体が人 5であるとし、遮蔽機構もロボットアーム 7を例として説明する。

[0059] 図 2〜図 5Bは、遮蔽動作手法の概念図であり、ロボット作業空間 3と人 5の人行動空間 6の相対位置関係を示している。相対位置関係としたのは、後述するようにロボット機構部 899が移動機構 11を有している場合には、ロボット機構部 899のロボット作業空間 3自体も移動するためである。

[0060] ロボット作業空間 3と人行動空間 6は交錯しないように動作を行われなければならなレ、。

[0061] (I) 遮蔽動作の具体例として図 2のように、ロボット作業空間 3と人行動空間 6がそれぞれ球体として近似できると仮定する。

[0062] まず、ロボット機構部 899が位置する部屋又は空間において、物体認識部 4 (さらには、部屋の天井に配置したカメラなどの物体認識部 4A)によりロボット機構部 899の座標位置及び人 5の座標位置を認識するとともに、データベース 902からロボット機構部 899が行うべき作業を読み出してロボット作業空間 3を決定する。このとき、ロボット作業空間 3の重心と半径をそれぞれ Gl l、 Rl l、人行動空間 6の重心と半径を G 21、 R21とする。

[0063] 次いで、ロボット作業空間 3と人行動空間 6が十分な距離があるか否力を制御部 90 0で判断する。具体的には、前記認識情報を基に、両方の重心（Gl l， G12)を結ぶ直線 L1と円周（Rl l， R12)とのそれぞれの交点を（Al , B1)とし、線分 Al—B1が、予め決められた基準距離より大きいか否力を判断する。図 2に示すように、ロボット作業空間 3と人行動空間 6が十分な距離がある場合、すなわち、線分 A1— B1が基準距離より大きいと制御部 900で判断した場合には、制御部 900による第 2ロボットァーム駆動部 907の駆動により、線分 A1—B1の間で遮蔽動作を行ってもよい。より具体的には、制御部 900による第 2ロボットアーム駆動部 907の駆動により、線分 Al— B 1の中間を一定比（例として 2： 1)になる位置 C1にロボットアーム 7を位置させて遮蔽動作を行ってもよレ、。このようにすることで、ロボット作業空間 3と人行動空間 6の中間で遮蔽動作が確実に行われるので、人 5と遮蔽動作を行うロボットアーム 7とが接触する可能性がなぐ人 5に対して安全にロボットアーム 7による遮蔽動作を行うことができる。

[0064] (II) また、図 3に示すように、ロボット作業空間 3と人行動空間 6が近い場合、すなわち、線分 A1—B1が基準距離以下であると制御部 900で判断した場合には、線分 A1— B1間ではなぐ交点 B1よりも人側の人行動空間 6の重心 G21と交点 A1との間の線分 A1—G21の間において、制御部 900による第 2ロボットアーム駆動部 907の駆動により、ロボットアーム 7による前記遮蔽動作を行ってもよい。より具体的には、線分 Al— G21の間において、制御部 900による第 2ロボットアーム駆動部 907の駆動により、常に一定比（例として 2： 1)になる位置 C1にロボットアーム 7を位置させて前記遮蔽動作を行うようにするなどである。ただし、この場合、ロボット作業空間 3と人行動空間 6が接近しているので、ロボットアーム 7が人行動空間 6に入って遮ることとなり、場合によってはロボットアーム 7が人 5と接触する可能性も有する。

[0065] (III) また、図 4に示すように、ロボット作業空間 3と人行動空間 6がさらに接近している場合、すなわち、線分 A1— B1が、基準距離より大幅に小さい近接警告距離以下であると制御部 900で判断した場合には、制御部 900による第 2ロボットアーム駆動部 907の駆動により、ロボットアーム 7が人 5に接触することも容認して、人 5に力を加えながら人行動空間 6のロボット作業空間 3側への移動を妨げて、人 5を停止させる Ι」卸を行うこともできる。

[0066] 前記した図 2〜図 4に示す (1)、（11)、（III)のいずれの場合も、人 5に接触する可能性のあるロボットアーム 7においては、ロボットアーム 7に人 5が接触しても、怪我等せずに、人 5に対する安全性が守られるように、ロボットアーム 7の表面の柔軟性をより柔らかくしてコンプライアンスを持たせるような構成としてもよレ、。例えば、人 5とロボットアーム 7との距離が近いときには、コンプライアンス制御を用いて、人 5とロボットァーム 7とが接触してもロボットアーム 7がばね性を持った形にすることによって、人に優しい制御ができる。また、ロボットアーム 7の人 5との接触部に、力センサ等のセンサを配置してもよぐまた、ロボットアーム 7の関節部の入出力関係から、ロボットアーム 7と人 5との接触を推定してもよい。なお、力センサ等のセンサを配置する場合、センサにより人と接触したことを検出したとき、ロボットアーム 7の動作を停止させる場合もある力記述しているコンプライアンス制御によって、人から力に応じてばねやダンパーを持った形で安全にロボットアーム 7が人に接触するので、人に危害を加えることはなレ、。

[0067] 前記したように、図 2〜図 4の方法を行うことによって、人 5がロボット作業空間 3に侵入することを確実に回避することができる。

[0068] 以下に、より具体的な実例を基に説明する。

[0069] (i-a) 例えば、ロボットアーム 1の手 laで包丁を持って野菜などの食材の切断などの作業を行っている場合で、かつ、人 5がロボットアーム 1から十分に離れた位置に居る場合、すなわち、線分 A1—B1が基準距離より大きいと制御部 900で判断した場合には、制御部 900の制御により第 2ロボットアーム駆動部 907を駆動して、ロボット作業空間 3と人行動空間 6との間でロボットアーム 7による遮蔽動作を行って、人 5に対して遮蔽動作を行っていることを示す（図 6A参照）と同時に、図 7に示すように、口ボットアーム 1による包丁での作業領域から、野菜の切れ端が飛ぶ可能性がある場合には、その野菜の切れ端が飛ぶ可能性のある範囲 3Gへの人 5の進路を遮るように、制御部 900の制御により第 2ロボットアーム駆動部 907を駆動して遮蔽動作を行う。この遮蔽動作は、ロボットアーム 7の高さと位置も、野菜の切れ端が飛ぶ可能性がある高さと位置を考慮して動作させるのが好ましい。野菜の切れ端が飛ぶ可能性があるか否かは、ロボットアーム 1による作業を行わせるとき、作業内容により、ロボット作業空間 3の外側に、さらに安全な予備範囲を設定するか否かを予め決めてデータべ一ス 902に記憶させておけばよレ、。そして、データベース 902からロボット機構部 899が行うべき作業を読み出すとき、安全な予備範囲を設定することが指示されているときには、ロボット作業空間 3を安全な予備範囲が設定された範囲として定義すればよい

[0070] (II— a) 人 5に対して遮蔽動作を行っているにもかかわらず、人 5がロボット作業空間 3に近づいてきたことを物体認識部 4により検出した場合（図 6B参照）には、制御部 900の制御により第 2ロボットアーム駆動部 907を駆動して、人 5の人行動空間 6の内部にロボットアーム 7を移動させて遮蔽動作を行うようにする（図 6C。このようにすることで、ロボットアーム 7が邪魔になり、人 5がロボット作業空間 3側に進みづらくなるので、人 5がロボット作業空間 3に近づくのを、より効果的に防ぐことができる。

[0071] (III -a) そして、人 5のロボット作業空間 3への接近が十分に近い状態になった場合、すなわち、線分 Al— B1が、基準距離より大幅に小さい近接警告距離以下であると制御部 900で判断した場合（図 6D参照）は、ロボットアーム 7が人 5に接触する形で遮り、人 5がロボット作業空間 3へ進めなくすることで、安全な作業を実現できる。

[0072] ここで、具体的な数値例としては、まな板の上で包丁で作業をする場合、ロボット作業範囲は直径 lmの範囲、それに対して材料が飛び散ることを考慮した領域が直径 2 mの範囲、人の作業範囲が半径 lmの場合には人の作業領域がロボット作業領域から 30cm (直径 1. 6mの範囲）に入ったところを近接警告領域としてもよい。

[0073] また、前記 (I)、 (II)、 (III)のそれぞれの場合の揺動動作の揺動速度や振幅など、揺動動作の具体的な数値例を以下の通りである。 (I)範囲 3Gの領域の境で野菜の切れ端が飛ぶあたりにおいて、左右に、振幅 50cmで周波数 1Hz程度でロボットァーム 7を揺動させてもよレ、。（II)人が近づきに《するため、例えば視界を遮るように顔の前面で振幅 30cmで周波数 2Hz程度で上下にロボットアーム 7を揺動させてもよい。（III)の場合は、ロボットアーム 7の揺動範囲は、人と接触するため人と相対的に停止して、人に衝撃を与えなレ、ようなコンプライアンス的な制御でロボットアーム 7から人に力をカ卩えて対応するようにしてもょレ、。

[0074] また、野菜の飛び散り以外にも、図 8に示すように、ロボットアーム 1の手 laで把持されたやかんからお湯を入れ物に注いだ場合に水滴が飛び散る場合も、同様に遮蔽動作を行うようにすればょレ、。

[0075] 上述した例では、ロボットが作業を行っている空間に対して、人が近づいてきた場合にその距離に応じた遮蔽動作を行う例を示したが、次に、作業内容に応じて遮蔽動作を切り替える例を示す。ロボット作業においては、作業の継続性が重要な作業がある。例えば、料理における加熱作業である。料理における加熱作業において継続性が重要な理由は、継続できずに間欠的に加熱をした場合は、食材の加熱不足や加熱過剰が起こり、食材の味を損なってしまうためである。そこで、作業内容 (継続性 )に応じて遮蔽作業を切り替えるようにすればよい。継続性の必要な作業の具体例として、以下に、ロボットによる野菜炒め作業を示し、その作業手順を示す。（図 6E参照 )。説明の簡単化のため、野菜炒め作業の作業ステップは 3個のステップより構成することにする。ステップ S1 :食材を準備する（洗う、切る等）。このステップ S1の作業については継続性は必要ではない。ステップ S2 :食材を加熱する。このステップ S2は、前記した理由力継続性が必要である。ステップ S3 :盛り付ける。このステップ S3の作業については継続性は必要ではなレ、。これらの情報をデータベース 902に記録するときの例が図 6Eである。

[0076] このように、ロボット作業を、あらかじめ、一定ステップに分割し、継続作業が必要なものは、ひとかたまりのステップ（本例ではステップ S2)とする。

[0077] そして、食材を切る作業であるステップ S1の作業中に、例えば、図 6Dのように人 5 が接近してロボットアーム 7が人 5に接触する形で遮蔽する場合は、コンプライアンス性を高くして、ロボットアーム 7に対する人 5の接触力に応じて、ロボット作業空間 3での作業スピードを変化させる。つまり、ロボットアーム 7に対する人 5の接触力が高いときには、ロボット作業空間 3での作業スピードを下げる一方、ロボットアーム 7に対する人 5の接触力が低いときには、接触力が高いときよりも、ロボット作業空間 3での作業スピードを上げる。ロボットアーム 7に対する人 5の接触力が高いか否かは、例えば、ロボットアーム 7に取付ける接触センサなどにより検出して、検出結果に基づき、制御部 900がロボット作業空間 3での作業スピードを制御すればよい。

[0078] 食材を加熱する作業であるステップ S2の作業中に、例えば、図 6Dのように人 5が接近してロボットアーム 7が人 5に接触する形で遮蔽する場合は、ステップ S2の作業の継続性が高い（継続性が必要である）ので、ロボットアーム 7から人 5に加える力をステップ S1より高くして（コンプライアンス性を低くして）遮蔽し、一連のステップ S2の動作が完了するまで、そのような遮蔽状態を継続する。

[0079] 盛り付け作業であるステップ S3での作業中に、例えば、図 6Dのように人 5が接近してロボットアーム 7が人 5に接触する形で遮蔽する場合は、ステップ S1と同様に遮蔽する。

[0080] 以上のように、作業内容 (継続性）に応じて、遮蔽動作を変化させることで、確実に作業を完了させることができる。

[0081] このように、ロボット作業を行なわせるためには、データベース 902には、それぞれの作業内容の情報と当該作業内容に対応する継続性の有無の情報とを関係付けて記憶させ、制御部 900により、データベース 902の情報を読み出して、それぞれの作業内容の継続性の必要性について判断し、前記制御部 900により、前記データべ一ス 902の情報を読み出して、それぞれの作業内容の継続性の必要性について判断し、継続性の必要のある作業内容を前記ロボット機構部 899に行わせるとき、継続性の必要の無い作業内容とは異なる遮蔽動作を行わせるように前記ロボット機構部 89 9を制御するようにすればょレ、。

[0082] また、前記第 1実施形態の変形例として、制御部 900に接続され、かつ、人行動空間 6の大きさや形状を予測する予測手段 910をさらに備えて、予測手段 910を用いて、人行動空間 6の大きさや形状を予測するようにしてもよい。

[0083] 例えば、人 5が、これからどのように動くかとか、どんな動作をするかによって、人 5とロボット作業空間 3との相対関係は大きく変わる。しかし、物体認識部 6から得られた認識データや、蓄積したデータベース 902に基づいて予測手段 910により人 5の行動を予測し、その予測に応じた相対関係を基にして、制御部 900による第 2ロボットァーム駆動部 907の駆動により第 2ロボットアーム 107での遮蔽動作を行うことで、より安全な作業が行える。より具体的には、図 9に示すように、人 5Aが座っていて、何か高いところの物を取るために人 5Aが立ち上がる（図 9の人 5Bの状態となる）という行動を予測手段 910で予測できていれば、人 5の上方の空間も人 5の人行動空間 6として物体認識部 4で認識させることができ、より安全性が向上した作業を行える。より具体的には、人 5Aが椅子に座って静止いる場合を例に挙げる。人 5Aの上方には開閉扉 800Aのついた棚 800があるとする。ロボット機構部 899の作業がその扉 800Aを開けて中の物を取り出すことである場合、現在は人 5Aが座って静止しているので扉 800Aを開閉しても安全上問題はなレ、。し力ながら、もし、人 5Aが立ち上がった場合（図 9の人 5Bの状態となる場合）には、扉 800Aが人 5Bの頭に当たって危険である。この場合、人 5Aが立ち上がるという行動の可能性のあることを予測し、人 5Aが立ち上がれないように遮蔽動作を行う（たとえば、図 9に示すように、人 5Aの上方をロボットアーム 7により遮蔽する）必要がある。以上のように、人の行動可能範囲、行動予測を行って人遮蔽動作を決定してレ、く。

また、図 10に示すように、認識対象物体が野球のボール 40であり、ロボット作業空間 3にボール 40が飛んで来るので、ボール 40を遮る場合を例に挙げる。カメラ等の物体認識部 4でボール 40の移動軌跡 40Aを認識し、どちら側に重力が働レ、てレ、るかというデータを用いてボール 40の移動軌跡 40Aを予測手段 910で予測することで、ロボットアーム 7をどの位置にどの角度で持っていけばよいかを正しく予測でき、制御部 900による第 2ロボットアーム駆動部 907の駆動により、ロボットアーム 7による遮蔽動作が行える。ここで、予測手段 910による予測は、以下のようにして行われる。すなわち、図 10に示すように、認識対象物体がボール 40である場合、たとえば物体認識部 4としてカメラを用いた場合、微小時間で連続した 2つの画像を撮影し、予めわかつている背景物 41の大きさとボール 40の移動距離のずれを比較することで、ボール 4 0の大きさや速度、高さがわかる。この結果から、重力方向を考慮することで、何秒後にどの位置にボール 40が移動できるかを事前に推定することが容易になる。そして、その推定結果を用いて、現在のロボット作業空間 3に対して遮る動作を制御部 900で生成していくことで、より確実な遮蔽動作を行うことができる。また、ロボットアーム 7による遮蔽動作を、ある程度、大きな範囲で揺れ動かすようにすれば、より大きな空間を遮ることとなり、ボール 40の移動軌跡 40Aのずれにも対応できる。 [0085] 以上のように、ロボット作業空間 3の認識を行い、予測を行う予測手段 910を第 1実施形態に用いることで、よりよい作業が行える。

[0086] 図 5Aは、本発明の第 1実施形態の別の変形例として、作業対象の危険度を考慮した遮蔽動作の制御方法の概念図である。図 2〜図 4では遮蔽動作の基準が位置等の機構的パラメータであつたが、危険度という新たな概念を導入しての遮蔽動作の制御方法を示す。

[0087] 簡単な例として、フライパンに代えてロボットアーム 1の手 laで把持された鍋を、ガス台から、テーブルへ搬送する場合を考える。同じ作業でも、鍋が冷たい場合と、加熱後の熱い鍋の場合では、人 5に対する危険度は異なる。当然、鍋が熱いほうが危険である。そのため、ロボット作業空間 3と人 5との距離が同じで、同じ作業おいても危険度が異なり、危険度小の場合には、人 5のロボット作業空間 3に対する距離は小さくてもよいが、危険度大の場合にはより遠くに人 5を遠ざける必要が生じる。

[0088] また、同じ搬送作業でも、遮る対象の人 5は、ある程度道理をわきまえて行動する大人の場合に比べて、子供や赤ちゃんなどの場合には危険となる。そのため、作業内容と認識対象に応じて危険度を設定する。その危険度の設定例を図 5Aに示す。家庭のような人とロボット装置の共存するような環境においては、危険度に応じて遮蔽動作を決定することが望ましぐ例えば、この危険度が高いほど、ロボットアーム 7を人 5側に近づけて遮蔽動作をさせるという形にしてもよい。

[0089] 例えば、図 5Aのように、危険度を設定する、認識対象が大人でかつ冷たい鍋のときが一番危険度が小さいとしたときの危険度を 100として、認識対象が大人と子供、作業対象が熱い鍋と冷たい鍋のときでそれぞれ表の数値であるとする。すなわち、認識対象が大人でかつ熱い鍋のときは危険度が 150、認識対象が子供でかつ冷たい鍋のときは危険度が 130、認識対象が子供でかつ熱い鍋のときは危険度が 200とする。そして、危険度 100のときの人 5のロボット作業空間 3に対して危険度をかけた数値を、最終のロボット作業空間 3の大きさとする。例えば、認識対象が子供でかつ熱い鍋のときは危険度が 200であるため、この場合のロボット作業空間 3の大きさは、危険度 100のときの人 5のロボット作業空間 3に対して危険度の 200をかけた数値の大きさのロボット作業空間 3、すなわち、危険度 100のロボット作業空間 3の 2倍の大きさのロボット作業空間 3とする。そうすることで、人 5の近づける領域を小さくしたロボット遮蔽動作を実現できる。同様に、人行動空間 6を危険度に応じて大きくすることでも、同様の遮蔽動作を実現できる。

[0090] 同様に、ロボットの作業対象の大きさや重量などの物性で危険度を設定してもよい。例えば、図 5Bのように果物をロボットの手に把持して、ロボットアームで搬送している場合について、果物の重量と硬度をパラメータとして 2次元的に危険度を設定する。ロボットの作業対象 (例えば搬送対象物）の重量が大きい場合には、運動エネルギ一が大きいとともに接触時の衝撃が大きぐ危険である。また、ロボットの作業対象 (例えば搬送対象物）が硬ければ、人にぶっかった時に怪我をする危険が高くなる。この危険度が高い場合に、危険度が低い場合に対して、作業空間 3に対する人 5の距離をより遠ざけるようにしてもよい。また、危険度が高いほど、ロボットアームの動作速度を低減させてもよい。また、危険度が高いほど、人に接触したときのロボットアームのコンプライアンス制御におけるパネやダンパー項を大きくして、柔軟性を持たしてもよい。

[0091] 例えば、図 5Bのように、危険度を設定する、作業対象の重量が軽くかつ作業対象の硬度が柔らかいときの危険度が一番小さいとしたときの危険度を 100として、作業対象の重量が重いときと軽いとき、硬度が柔ら力いときと硬いときでそれぞれ表の数値であるとする。すなわち、作業対象の重量が重くかつ作業対象の硬度が柔らかいときは危険度が 150、作業対象の重量が軽くかつ作業対象の硬度が硬いときは危険度が 120、作業対象の重量が重くかつ作業対象の硬度が硬いときは危険度が 200とする。そして、危険度 100のときの人 5のロボット作業空間 3に対して危険度をかけた数値を、最終のロボット作業空間 3の大きさとする。例えば、作業対象の重量が重くかつ作業対象の硬度が硬いときは危険度が 200であるため、この場合のロボット作業空間 3の大きさは、危険度 100のときの人 5のロボット作業空間 3に対して危険度の 200 をかけた数値の大きさのロボット作業空間 3、すなわち、危険度 100のロボット作業空間 3の 2倍の大きさのロボット作業空間 3とする。そうすることで、人 5の近づける領域を小さくしたロボット遮蔽動作を実現できる。同様に、人行動空間 6を危険度に応じて大きくすることでも、同様の遮蔽動作を実現できる。 [0092] 本具体例では、重量と硬度の 2つのパラメータより危険度を決定したが、パラメータ数は作業内容や状況によって 1つ以上のパラメータで決定されてもよい。

[0093] 図 11及び図 12A〜図 12Dは、本発明の第 1実施形態のさらに別の変形例として、遮蔽動作が、物体の移動方向を誘導する動作である場合の概念図である。図 2〜図 4では遮蔽動作によって認識物体である人 5を遮り、人行動空間 6がロボット作業空間 3に接近する時には、ロボットアーム 7によって、人 5との接触も許容して人 5を停止させるようにしている。これに対して、第 1実施形態のこの変形例では、認識物体である人 5を停止させるのではなぐ人 5の移動方向を変えることによって、作業安全性を確保しつつ作業を実行するものである。

[0094] 認識物体として人 5を例にして説明する。

[0095] 人 5がロボット作業空間 3に接近して来た場合（図 12A参照）、制御部 900による第 2ロボットアーム駆動部 907の駆動により、ロボットアーム 7を用いて遮蔽すると同時に、ロボットアーム 7を位置 A10力ら位置 Al lの方向へ移動させる。又は、空間的に、口ボットアーム 7を位置 A10から位置 Al lに向けて壁を作るような平面的な動作をさせる（具体的には、手 7aと第 1腕 7bとの間は屈曲させずに一直線状に位置させた状態で、第 1腕 7bと第 2腕 7cとの間を屈曲させることにより、手 7aと第 1腕 7bとを直線的に進退させる動作を行わせる）（図 12B参照）。人 5は、ロボットアーム 7を目で見て認識する力ロボットアーム 7が位置 A10から位置 Al lの方向へ移動する。又は、ロボットアーム 7の揺動動作が壁のような平面を形成するように認識するので、反射行動的に、位置 B10から位置 B11の方へ進行方向を変える（図 12C及び図 12D参照）。このように、人 5に対して動作の方向を変えるように誘導動作を行うことで、ロボットアーム 7と人 5との接触を回避して、より安全な作業を実現できる。

[0096] なお、物体認識部 4によって認識される物体を人としたが動物、他のロボットや掃除ロボットなどの自走器具などの移動体などとしてもよい。動物の例としては、ペットとして一般に家庭で飼われている犬や猫などとしてもよ犬や猫がロボット機構部 899 のロボット作業空間 3内に立ち入れないように遮る動作なども含まれる。移動体の例としては、冷蔵庫や部屋の開閉のために使われるドアがある。ドアが開いたときに、ロボット作業空間 3と交錯する場合には、ドアの位置や動作を物体認識部 4で認識して、ドアの開閉空間がロボット作業空間 3と重ならないように遮蔽動作で遮ることで、確実に作業を行うことができる。また、もう 1つの移動体の例として、野球のボールがある。野球のボールが近づいてくるのを認識した場合、その軌道を遮ることで、作業空間内への侵入を防ぐことができる。

[0097] なお、本第 1実施形態では、作業用ロボットアーム 1とロボットアーム 7は別の機構として表現したが作業用ロボットアーム 1が冗長な自由度を持っている場合には、作業用ロボットアーム 1が作業に使わない冗長自由度でロボットアーム 1を遮蔽動作に使用してもよい。また、双腕型のロボットにおいては、作業が片方のロボットアームで済む場合は、もう一方のロボットアームを遮蔽動作として用いてもよぐまた 3本目の別のアームを設けて、双腕で作業、もうひとつで遮蔽動作を行ってもよい。

[0098] 力かる構成によれば、作業用ロボットアーム 1で作業するロボット機構部 899において、人 (認識対象物体） 5を認識する物体認識部 4を設け、ロボットアーム（ロボット機構の一部） 7で遮蔽動作を行うことで、物体認識部 4で認識された人 5の人行動空間（認識対象物体の行動空間） 6をロボット側から能動的に近づかないように制御でき、作業用ロボットアーム 1で安全な作業を行うことができる。

[0099] (第 2実施形態）

図 13は、本発明の第 2実施形態のロボット装置の作業概念図である。図 13において、図 1A〜図 11と同じ構成要素については同じ符号を用い、それらの説明等については省略する。

[0100] 図 13において、ロボット装置は、ロボット機構部 899のロボット本体 899Aを移動させる移動機構 11を備える。本第 2実施形態では車輪型の移動機構 11を例として説明を行う。移動機構 11は、ロボット機構部 899のロボット本体 899Aに固定されたケ一シング 11Aと、ケーシング 11Aに回転自在に支持された 2対の車輪 12と、 2対の車輪 12を正逆回転駆動させるモータなどの移動機構駆動部 911とによって構成されて、ロボット機構部 899の進退移動動作を行うことができる。そして、作業内容としては、フライパン 2を移動機構 11の上部に積んで、搬送作業を行うものとする。ロボット機構部 899に人 5が接近すると、ロボット作業空間 3と人行動空間 6との重なりが生じる。その際には、移動機構 11による搬送作業を停止又は低速化する必要が生じ、搬送作業の効率が落ちてしまう。なお、例えば、移動機構 11が前進する場合は、移動機構 1

1自身とその進行方向をロボット作業空間 3としてもよい。

[0101] なお、説明のために、移動機構 11は車輪機構としたが、脚式機構、クローラ機構、レール等の軌道を移動するものとしてもよレ、。

[0102] 第 1実施形態と同様に、本第 2実施形態でも、遮蔽動作を行うロボット機構部 899の一部がロボットアーム 7である場合を例として示す。また、第 1実施形態と同様に、物体認識部 4の認識対象物体も人 5である場合を例として示す。

[0103] ロボット機構部 899は、人行動空間（認識対象物体の行動（動作)空間） 6が、ロボット作業空間 3に近づかないように、ロボットアーム（ロボット機構部 899の一部） 7を用いて遮蔽動作を行う。

[0104] まず、ロボット機構部 899は、物体認識部 4で人 5の人行動空間 6を認識する。人行動空間 6は、常に静止しているとは限らず、人 5の移動に応じて移動する。そのため、ロボット作業空間 3に人行動空間（認識対象物体の行動空間） 6が近づかないように、制御部 900による第 2ロボットアーム駆動部 907の駆動により、人 5の移動に応じて口ボットアーム（ロボット機構部 899の一部） 7を動かして、人の移動を妨げて遮る。遮蔽動作としては、制御部 900による第 2ロボットアーム駆動部 907の駆動により、ロボット作業空間 3と人行動空間 6の領域の中間部分にロボットアーム 7の少なくとも先端側の部分を位置させる。以上のように構成することで、人 5の進行を妨げて、人行動空間 6がロボット作業空間 3に近づくことを防ぐことができる。

[0105] なお、遮蔽動作については第 1実施形態の遮蔽動作と同じである。

[0106] 力かる構成によれば、移動機構 11を備えたロボット機構部 899で、物体認識部 4を設け、ロボットアーム（ロボット機構部 899の一部） 7で遮蔽動作を行うことで、物体認識部 4で認識された人行動空間（認識対象物体の行動空間） 6をロボット側から能動的に制御でき、移動機構 11で安全な搬送作業を行うことができる。

[0107] 具体的な例としては、お盆の上に載せた食べ物（例えばご飯と味噌汁と漬物）をあるテーブルへ搬送するような給仕作業をする場合であって、人 5が近づいて移動機構 11が進行方向に進めない場合などには、人 5の進路を片方のロボットアームで妨げて移動機構 11の進路を確保した上で、移動機構 11により移動して給仕する作業力 Sこれに当たる。

[0108] (第 3実施形態）

図 14は、本発明の第 3実施形態のロボット装置の作業概念図である。図 14において、図 1A〜図 13と同じ構成要素については、同じ符号を用い、それらの説明を省略する。

[0109] 図 14において、ロボット装置には、作業用ロボットアーム 1と作業用移動機構 11が備えられており、説明のため第 2実施形態と同様に、移動機構 11は車輪型として説明を行う。作業用移動機構 11は、制御部 900による移動機構駆動部 911の駆動により 4つの車輪 12によって移動動作を行うことができ、作業内容としては、制御部 900 による第 1ロボットアーム駆動部 901の駆動によりフライパン 2を作業用ロボットアーム 1の手 laで把持して上方向に移動させながら、移動機構 11でロボット本体 899Aが移動しながら所定の棚 (非図示）に置くような作業を例として示す。この作業は、制御部 900による第 1ロボットアーム駆動部 901と移動機構駆動部 911との協調駆動により、作業用ロボットアーム 1の動きによる動作と移動機構 11による移動動作の 2つを協調させた形の協調動作によって実現される動作である。作業に使用する自由度が第 1実施形態や第 2実施形態よりも多くなるため、ロボット作業空間 3は、作業用ロボットアーム 1のみの作業のためのロボット作業空間（第 1実施形態のロボット作業空間） 3、移動機構 11のためのロボット作業空間（第 2実施形態のロボット作業空間） 3に比べて大きいものとなる。作業の内容は、移動機構 11と作業用ロボットアーム 1の協調作業であればよい。

[0110] 第 1実施形態と同様に、本第 3実施形態でも、遮蔽動作を行うロボット機構部 899の一部がロボットアーム 7である場合を例として示す。また、第 1実施形態と同様に、物体認識部 4の認識対象も人 5である場合を例として示す。

[0111] ロボット機構部 899は、人行動空間 (認識対象物体の行動（動作)空間） 6が、ロボット作業空間 3に近づかないように、ロボットアーム（ロボット機構部 899の一部） 7を用いて遮蔽動作を行う。

[0112] まず、ロボット機構部 899は、物体認識部 4で人 5の人行動空間 6を認識する。人行動空間 6は、常に静止しているとは限らず、人 5の移動に応じて移動する。そのため、ロボット作業空間 3に人行動空間（認識対象物体の行動空間） 6が近づ力ないように、制御部 900による第 2ロボットアーム駆動部 907の駆動により、人 5の移動に応じて口ボットアーム（ロボット機構部 899の一部） 7を動かして、人の移動を妨げて遮る。遮蔽動作としては、制御部 900による第 2ロボットアーム駆動部 907の駆動により、ロボット作業空間 3と人行動空間 6の領域の中間部分にロボットアーム 7の少なくとも先端側の部分を位置させる。以上のように構成することで、人 5の進行を妨げて、人行動空間 6がロボット作業空間 3に近づくことを防ぐことができる。

[0113] 力かる構成によれば、作業用ロボットアーム 1と作業用移動機構 11を備え、物体認識部 4を有するロボットにおいて、ロボットアーム（ロボット機構部 899の一部） 7で遮蔽動作を行うことで、物体認識部 4で認識された人 5の人行動空間 6をロボット側から能動的に制御でき、作業用ロボットアーム 1と作業用移動機構 11との協調動作によって安全な作業を行うことができる。

[0114] (第 4実施形態）

図 15、図 16、図 17は、本発明の第 4実施形態のロボット装置の作業概念図である。図 15、図 16、図 17において、図 1A〜図 14と同じ構成要素については、同じ符号を用い、それらの説明を省略する。

[0115] 図 15において、ロボット機構部 899は、作業用ロボットアーム 1と作業用移動機構 1 1を備える。ロボット作業空間 3においてロボット機構部 899は、作業用ロボットアーム 1を用いて、一例として、包丁を用いたりんごの皮むき作業を行うとする。ロボット機構部 899が作業を遂行するためには、ロボット作業空間 3を確保し、ロボット作業空間 3 と人 5の人行動空間 6との交錯を排除する必要がある。第 1〜3実施形態で示した方法では、ロボットアーム 7 (ロボット機構部 899の一部）を用いて、人 5の人行動空間 6 を遮って、人 5の人行動空間 6の移動を妨げる形としている。このような第 1〜3実施形態による方法も有効ではあるが、本第 4実施形態では、ロボット機構部 899の作業空間 3を、ロボットアーム 7以外のロボット機構部 899の一部で遮りながら人 5を遠ざけるという形での作業実現の方法を示す。

[0116] なお、本第 4実施形態でも、物体認識部 4の認識対象が人 5である場合を例として示す。 [0117] 図 15に示すように人 5がロボット機構部 899に接近して来た場合、図 16に示すように、移動機構 (例えば車輪機構であれば車輪 12) 11を用いて、制御部 900により移動機構駆動部 911の駆動でケーシング 11 Aに対して車輪 12の一部又は全部の方向を変えて車輪 12を回転駆動することにより、移動機構 11とともにロボット機構部 89 9のロボット本体 899Aが旋回して、ロボット作業空間 3と人行動空間（認識対象物体の行動空間） 6との中間部に、ロボット機構部 899の本体部 899A (図 15〜図 16では胴体部（ロボット機構部 899の一部） 14)を位置させて、ロボット機構部 899の一部の胴体部 14で人 5を遮る。図 17本遮蔽動作では、人行動空間 6とロボット作業空間 3とを、ロボット機構部 899の一部の胴体部 14で遮る動作で、ロボット作業空間 3を人行動空間 ₆から遠ざけることで、ロボット作業を継続できる。

[0118] また、図 17に示すように、作業用移動機構 11による旋回動作を用いなくても、ロボット本体 899Aの下部とケーシング 11 Aとの間に、ケーシング 11 Aに対して旋回可能な旋回関節機構 13を設けるとともに、旋回関節機構 13を駆動させる旋回関節機構駆動部 913を設けるようにすれば、制御部 900の制御により旋回関節機構駆動部 91 3を駆動して旋回関節機構 13により、ケーシング 11Aに対してロボット機構部 899を旋回させることができて、ロボット作業空間 3と人行動空間 6を、ロボット機構部 899の移動機構 11のロボット本体 899Aが配置されていない部分（ロボット機構部 899の一部）で遮ることができる。すなわち、ここでは、移動機構 11のケーシング 11Aの一端側に配置されたロボット本体 899A力図 15に示すように、ケーシング 11Aの他端側 (図 15の右側）に向いてロボット作業空間 3で作業を行っているとする。このとき、本遮蔽動作では、人行動空間 6とロボット作業空間 3とを、旋廻関節機構 13によるロボット本体 899Aの旋回によって、図 17に示すように、移動機構 11のケーシング 11A の一端側のロボット本体 899Aが他端側（図 15の右側）とは反対側（図 15の左側）に向いて、人 5とは、反対側のロボット作業空間 3で作業を行うようにする。このようにすれば、移動機構 11のケーシング 11 Aの他端側（ロボット機構部 899の一部）で人 5がロボット作業空間 3に近づくのを妨げることができて、ロボット作業空間 3を人行動空間 6から遠ざけることで、ロボット作業を継続できる。

[0119] 力かる構成によれば、ロボット作業空間 3が移動しても作業を継続できるような作業の場合には、第 1実施形態、第 2実施形態、第 3実施形態の構成において、移動機構 11による旋回、又は、旋回関節機構 13による旋回を用いて、胴体部 14や移動機構 11のロボット本体 899Aが配置されていない部分などのロボット機構部 899の一部を用いて、ロボット作業空間 3と人行動空間 6を遮り、作業を実現できる。また、ロボットアーム 1， 7のような遮蔽手段による遮りと、旋回動作による遮りを同時に行うことによつてより、安全作業になる効果を上げることも可能である。

[0120] 本発明は前記した実施形態に限られるものではなぐその他、種々の態様で実施することができる。例えば、ロボットアーム 7又は 1を揺動して遮蔽動作を行わせるとき、手 7aと第 1腕 7bと第 2腕 7cとを用いて揺動するものに限らず、図 18Aに示すように、手 7aだけを揺動させて遮蔽動作を行わせたり、図 18Bに示すように、第 1腕 7bと第 2腕 7cとの肘の部分を揺動させて遮蔽動作を行わせることもできる。

[0121] なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

産業上の利用可能性

[0122] 本発明のロボット装置によれば、ロボットの機構部の一部を使用して、人を遮り、能動的にロボットの作業空間を確保することができるため、人とロボットが空間を共有するような環境の中で、ロボットが安全作業を行うことを可能であり、家庭用ロボットの分野でのロボットの制御方法として有用である。

[0123] 本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとつては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおレ、て、その中に含まれると理解されるべきである。

Claims

請求の範囲

[1] ロボットアームと、前記ロボットアームが取り付けられたロボット本体とを有するロボット機構部と、

前記制御部は、前記物体認識部で認識された前記物体と前記ロボット機構部の作業空間との相対位置関係に応じて、前記遮蔽動作を行う位置や前記遮蔽動作の種類を変えて前記遮蔽動作を行うように前記ロボット機構部を制御するロボット装置。

[2] ロボットアームと、前記ロボットアームが取り付けられたロボット本体と、前記ロボット本体を移動させる移動機構とを有するロボット機構部と、

前記ロボット機構部の一部を用いて遮蔽動作を行わせることにより、前記物体認識部で認識された前記物体のロボット機構部の作業空間への侵入を遮りつつ、前記口ボット機構部の前記ロボットアームによる作業又は前記移動機構による作業又は前記ロボットアームと前記移動機構の協調作業を行わせるように前記ロボット機構部を制御する制御部とを備えるロボット装置。

[3] 前記ロボット機構部は少なくとも 2つのロボットアームを有し、

前記制御部は、前記ロボット機構部の一部による前記遮蔽動作が、前記ロボット機構部の前記 2つのロボットアームのうちの前記作業を行う一方のロボットアームによる遮蔽動作又は前記作業を行わない他方のロボットアームによる遮蔽動作であるように前記ロボット機構部を制御する請求項 1又は 2に記載のロボット装置。

[4] 前記制御部は、前記ロボット機構部の一部による前記遮蔽動作が、旋回機構又は前記移動機構による前記ロボット機構部の方向転換であるように前記ロボット機構部を制御する請求項 2に記載のロボット装置。

[5] 前記制御部は、前記物体認識部で認識された前記物体と前記ロボット機構部の作業空間との位置関係に応じて、前記遮蔽動作の位置や速度や柔軟性を変更するように前記ロボット機構部を制御する請求項 1に記載のロボット装置。

[6] 前記物体認識部で認識された前記物体の動作を予測する予測手段をさらに備え、前記予測手段によって予測された前記物体の位置を用いて、前記制御部は、前記遮蔽動作の位置や速度や柔軟性を変更するように前記ロボット機構部を制御する請求項 1に記載のロボット装置。

[7] 前記制御部は、前記ロボット作業の危険度に応じて前記遮蔽動作の位置や速度や柔軟性を変更するように前記ロボット機構部を制御する請求項 5又は 6に記載のロボット装置。

[8] 前記制御部は、前記遮蔽動作が、前記物体の移動方向を誘導する動作であるように前記ロボット機構部を制御する請求項 1から請求項 6のいずれ力 1つに記載のロボット装置。

[9] 前記ロボット機構部に行わせる作業内容の情報と当該作業内容に対応する継続性の有無の情報とを関係付けて記憶させたデータベースをさらに備えて、

前記制御部により、前記データベースの情報を読み出して、それぞれの作業内容の継続性の必要性にっレ、て判断し、継続性の必要のある作業内容を前記ロボット機構部に行わせるとき、継続性の必要の無い作業内容とは異なる遮蔽動作を行わせるように前記ロボット機構部を制御する請求項 1から請求項 8のいずれ力 4つに記載のロボッ卜装置。