特開 2022-91462 装着型ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022091462

(43)【公開日】2022-06-21

(54)【発明の名称】装着型ロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/06 20060101AFI20220614BHJP

   B25J 11/00 20060101ALI20220614BHJP

【ＦＩ】

B25J9/06 A

B25J11/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020204310

(22)【出願日】2020-12-09

(71)【出願人】

【識別番号】000005821

【氏名又は名称】パナソニックホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】特許業務法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小松 真弓

(72)【発明者】

【氏名】岡崎 安直

(72)【発明者】

【氏名】岩田 浩康

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS21

3C707BS10

3C707KS20

3C707KS23

3C707KT01

3C707KT04

3C707LT11

3C707XK06

(57)【要約】

【課題】装着型ロボットにおいて、人体の安定性の低下を抑制すること。
【解決手段】装着型ロボットは、人体に装着される多関節アームと、多関節アームの姿勢を検出するセンサと、多関節アームの先端位置を補正する制御装置と、を備え、制御装置は、センサの検出結果に基づいて、人体が揺動したか否かを判定し、人体が揺動したと判定された場合、多関節アームの先端位置の補正が前記人体に与える影響度を推定し、推定された影響度が所定値より小さい場合、多関節アームの先端位置の補正を実行する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

人体に装着される多関節アームと、
前記多関節アームの姿勢を検出するセンサと、
前記多関節アームの先端位置を補正する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記センサの検出結果に基づいて、前記人体が揺動したか否かを判定し、
前記人体が揺動したと判定された場合、前記多関節アームの先端位置の補正が前記人体に与える影響度を推定し、
推定された前記影響度が所定値より小さい場合、前記多関節アームの先端位置の補正を実行する、
装着型ロボット。

【請求項2】

前記制御装置は、
前記人体が揺動したと判定された場合、前記多関節アームが備える複数の関節部の一部の動作を制限した状態における前記多関節アームの先端位置の補正が、前記人体に与える影響度を推定する、
請求項１に記載の装着型ロボット。

【請求項3】

前記制御装置は、
推定された前記影響度が前記所定値以上である場合、動作を制限する関節部を変更した状態における前記多関節アームの先端位置の補正が、前記人体に与える影響度を再推定し、
再推定された前記影響度が前記所定値より小さい場合、前記多関節アームの先端位置の補正を実行する、
請求項２に記載の装着型ロボット。

【請求項4】

前記制御装置は、
前記人体に与える影響度を推定する際に動作を制限する関節部、および、前記人体に与える影響度を再推定する際に動作を制限する関節部を、所定の優先順にしたがって決定する、
請求項３に記載の装着型ロボット。

【請求項5】

前記所定の優先順は、前記多関節アームの先端側に配置された関節部よりも前記多関節アームの基端側に配置された関節部を優先して制限するように定められている、
請求項４に記載の装着型ロボット。

【請求項6】

前記制御装置は、
前記複数の関節部の一部の動作を制限した状態において前記多関節アームの先端位置の補正をした場合における、前記多関節アームの先端位置を算出し、
算出された前記多関節アームの先端位置が許容範囲内にあり、かつ、前記影響度が前記所定値より小さい場合、前記多関節アームの先端位置の補正を実行する、
請求項２から５の何れか１項に記載の装着型ロボット。

【請求項7】

前記センサは、ジャイロセンサである、
請求項１から６の何れか１項に記載の装着型ロボット。

【請求項8】

前記センサは、加速度センサである、
請求項１から６の何れか１項に記載の装着型ロボット。

【請求項9】

人体に装着される多関節アームの先端位置を補正するためのプログラムであって、
コンピュータに、
前記多関節アームの姿勢を検出するステップと、
検出された前記多関節アームの姿勢に基づいて、前記人体が揺動したか否かを判定するステップと、
前記人体が揺動したと判定された場合、前記多関節アームの先端位置の補正が前記人体に与える影響度を推定するステップと、
推定された前記影響度が所定値よりも小さい場合、前記多関節アームの先端位置の補正を実行するステップと、を実行させる、
プログラム。

【請求項10】

人体に装着される多関節アームの先端位置を補正するための制御方法であって、
前記多関節アームの姿勢を検出するステップと、
検出された前記多関節アームの姿勢に基づいて、前記人体が揺動したか否かを判定するステップと、
前記人体が揺動したと判定された場合、前記多関節アームの先端位置の補正が前記人体に与える影響度を推定するステップと、
推定された前記影響度が所定値よりも小さい場合、前記多関節アームの先端位置の補正を実行するステップと、を含む、
制御方法。

【請求項11】

人体に装着される装着型ロボットの姿勢を検出するセンサの検出結果を受信し、かつ、前記装着型ロボットの先端位置の補正を前記装着型ロボットに実行させる制御信号を送信する信号送受信部と、
前記制御信号を生成するコンピュータと、を備え、
前記コンピュータは、
前記センサの検出結果に基づいて、前記人体が揺動したか否かを判定し、
前記人体が揺動したと判定された場合、前記装着型ロボットの先端位置の補正が前記人体に与える影響度を推定し、
推定された前記影響度が所定値より小さい場合、前記制御信号を生成する、
制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、装着型ロボットに関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、少子高齢化の進展に伴い、建築現場でもロボットを導入し、人間の負荷を軽減しようという取り組みが進められている。例えば、特許文献１には、天井パネルの施工を行うビス打ちロボットおよび天井パネル搬送ロボットが開示されている。また、特許文献２には、台車型の移動ロボットに多関節アームを取り付けることで構成され、天井パネルのビス打ちなど内装作業を行うロボット装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－１１６５３号公報

【特許文献2】特開平５－３２１４５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、建築現場には様々な環境が存在するため、特許文献１および特許文献２に開示されている従来のロボット装置には困難な作業がある。また、建築現場においては、人とロボットが共存し、共同作業や分担作業など、協働できるようにすることがロボット装置を活用する上で有効である。人とロボットとを協働させるには、人体にアーム型ロボットを装着させることも有効である。

【0005】

人体にロボットを装着させた場合、人体が傾斜すると、ロボットが変位する。そこで、人体の傾斜に応じて、ロボットの姿勢を補正する必要が生じる。ロボットの姿勢の補正量が比較的大きい場合、ロボットの動きの変化が比較的大きくなる。よって、人体に作用する力が比較的大きくなるため、人体の安定性が低下する。

【0006】

本発明は、上述した課題を解決するもので、装着型ロボットにおいて、人体の安定性の低下を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明の装着型ロボットは、人体に装着される多関節アームと、多関節アームの姿勢を検出するセンサと、多関節アームの先端位置を補正する制御装置と、を備え、制御装置は、センサの検出結果に基づいて、人体が揺動したか否かを判定し、人体が揺動したと判定された場合、多関節アームの先端位置の補正が人体に与える影響度を推定し、推定された影響度が所定値より小さい場合、多関節アームの先端位置の補正を実行する。

【発明の効果】

【0008】

本発明の装着型ロボットによれば、人体の安定性の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態に係る装着型ロボットの概要図

【図2】装着型ロボットのブロック図

【図3】図１に示す装着型ロボットにおいて人体が傾斜した状態を示す図

【図4】制御装置が実行するプログラムのフローチャート

【図5】本発明の第２実施形態に係る装着型ロボットのブロック図

【図6】多関節アームの部分拡大図

【図7】多関節アームの部分拡大図

【図8】制御装置が実行するプログラムのフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態における装着型ロボットについて、図面を参照しながら説明する。以下では、図１における上側および下側をそれぞれ装着型ロボット１の上方および下方として説明する。

【0011】

装着型ロボット１は、人と協働して作業を行うロボットである。装着型ロボット１は、図１に示すように、装着部１０、多関節アーム２０、センサ３０、カメラ４０、および、制御装置５０を備えている。

【0012】

装着部１０は、多関節アーム２０を使用者の人体Ｈに固定するためのものである。装着部１０は、人体Ｈに着脱可能に構成されている。装着部１０は、背負部１１および複数のベルト１２を備えている。背負部１１は、直方体状に形成され、人体Ｈに背負われることで装着される。複数のベルト１２は、背負部１１を人体Ｈに固定するものである。本実施形態においてベルト１２の本数は２つであるが、これに限定されないことは言うまでもない。背負部１１の上側には、多関節アーム２０が取り付けられている。

【0013】

多関節アーム２０は、マニピュレータである。多関節アーム２０は、土台２１、複数のリンク２２，２３，２４、複数の関節部Ｊ、ハンド２５、複数の駆動部Ｍ、および、複数の角度検出部Ｅを備えている。

【0014】

なお、図１に示す関節部Ｊの個数は４つ、並びに、駆動部Ｍの個数および角度検出部Ｅの個数は５つあるが、これに限定されないことは言うまでもない。本実施形態において、第１～３の関節部Ｊ１～Ｊ３それぞれは、１つの軸線を有している。また、第４の関節部Ｊ４は、互いに直交する２つの軸線を有している。よって、多関節アーム２０は５つの自由度を有しているが、自由度がこれに限定されないことは言うまでもない。

【0015】

土台２１は、背負部１１の上面に取り付けられている。土台２１には、第１の関節部Ｊ１を介して第１のリンク２２の第１端部が接続されている。第１の関節部Ｊ１は、土台２１に対して第１のリンク２２を１つの軸線回りに回転させるように動作する。

【0016】

第１のリンク２２の第２端部には、第２の関節部Ｊ２を介して、第２のリンク２３の第１端部が接続されている。第２の関節部Ｊ２は、第１のリンク２２に対して第２のリンク２３を１つの軸線回りに回転させるように動作する。

【0017】

第２のリンク２３の第２端部には、第３の関節部Ｊ３を介して、第３のリンク２４の第１端部が接続されている。第３の関節部Ｊ３は、第２のリンク２３に対して第３のリンク２４を１つの軸線回りに回転させるように動作する。

【0018】

第３のリンク２４の第２端部には、第４の関節部Ｊ４を介して、ハンド２５が接続されている。第４の関節部Ｊ４は、第３のリンク２４に対してハンド２５を互いに直交する２つの軸線回りに回転させるように動作する。

【0019】

ハンド２５は、目的の作業のワークを把持するものである。目的の作業は、例えば建築現場で天井パネルを持ち上げる作業である。ワークは、例えば天井パネルである。

【0020】

複数の駆動部Ｍは、各関節部Ｊに配置され、各関節部Ｊに接続された部材を、軸線回りに回転させる。複数の駆動部Ｍは、制御装置５０に制御され、各関節部Ｊひいては多関節アーム２０を動作させる。駆動部Ｍは、例えばモータである。

【0021】

複数の角度検出部Ｅは、各駆動部Ｍに配置され、各駆動部Ｍの回転角度を検出する。各駆動部Ｍの回転角度は、各関節部Ｊの関節角度に相当する。

【0022】

センサ３０は、土台２１に配置され、多関節アーム２０の姿勢を検出するものである。多関節アーム２０の姿勢は、多関節アーム２０の鉛直方向に対する角度であり、具体的には、土台２１に配置された基準点Ｐを原点として鉛直方向に対して土台２１が傾斜した角度Ｃである（図３）。センサ３０は、単位時間の角度の変化量、すなわち、角速度を検出する。センサ３０は、例えばジャイロセンサである。なお、センサ３０は、重力センサ、すなわち、鉛直方向に対する角度を検出する加速度センサでもよい。センサ３０の検出結果は、制御装置５０に送信される。

【0023】

カメラ４０は、土台２１に配置され、目的の作業を行う作業箇所の画像を取得する。カメラ４０が取得した画像は、制御装置５０に送信される。

【0024】

制御装置５０は、装着型ロボット１を統括制御するコンピュータである。制御装置５０は、多関節アーム２０の動作を制御する。また、多関節アーム２０の動作の制御は、後述するように、人体Ｈが揺動したことによって生じる多関節アーム２０の姿勢の変化に応じて、多関節アーム２０の先端位置を補正することを含む。多関節アーム２０の先端位置は、基準点Ｐから見たハンド２５の位置である。以下、多関節アーム２０の先端位置を、ハンド２５の位置と記載する場合がある。

【0025】

人体Ｈの揺動は、人体Ｈが揺れ動いたり、傾斜したりすることである。多関節アーム２０の先端位置の補正とは、人体Ｈの揺動によって移動した多関節アーム２０の先端位置を人体Ｈの揺動前の位置に近づけることである。

【0026】

本実施形態において多関節アーム２０の先端位置の補正は、多関節アーム２０が動作していない場合に実行される。多関節アーム２０が動作していない場合とは、複数の関節部Ｊそれぞれが回転していない場合である。多関節アーム２０が動作していない場合に、例えば、装着型ロボット１が目的の作業を行うためにハンド２５がワークを把持し、かつ、人体Ｈが動いていない状態のとき、ハンド２５ひいてはワークは静止している。すなわち、多関節アーム２０が動作していないためにハンド２５が静止している状態で、人体Ｈが揺動したことにより、多関節アーム２０の先端位置の補正が行われた場合、ハンド２５が静止し続けるように、多関節アーム２０は動作する。

【0027】

制御装置５０は、図２に示すように、入力部５１、角度算出部５２、揺動判定部５３、補正角度算出部５４、影響度推定部５５、補正実行決定部５６、軌道生成部５７、目標角度生成部５８、目標角度加算部５９、角度誤差計算部６０、および、出力部６１を備えている。制御装置５０は、専用のハードウエアまたはソフトウェアを実行するプロセッサによって構成されている。つまり、制御装置５０は、制御装置５０の記憶領域（不図示）に予め格納されている所定のプログラムを実行することにより、角度算出部５２、揺動判定部５３、補正角度算出部５４、影響度推定部５５、補正実行決定部５６、軌道生成部５７、目標角度生成部５８、目標角度加算部５９、角度誤差計算部６０、および、出力部６１として機能する。

【0028】

入力部５１は、センサ３０の検出結果および角度検出部Ｅの検出結果を取得する。角度検出部Ｅの検出結果は、制御装置５０の記憶領域に時系列に沿って記憶される。

【0029】

角度算出部５２は、多関節アーム２０の現在の角度を算出する。多関節アーム２０の現在の角度は、多関節アーム２０の土台２１が鉛直方向に対して傾斜した角度である（図３）。角度算出部５２は、具体的には、センサ３０が検出した角速度を入力部５１から取得して、取得した角速度を積分することで、多関節アーム２０の現在の角度を算出する。

【0030】

揺動判定部５３は、多関節アーム２０が動作していない場合において人体Ｈが揺動したか否かを判定する。揺動判定部５３は、今回取得した角度検出部Ｅの検出結果と、記憶領域に記憶され前回取得した角度検出部Ｅの検出結果とを比較する。両検出結果が変化している場合、揺動判定部５３は、多関節アーム２０が動作している判定する。揺動判定部５３は、多関節アーム２０が動作していると判定した場合、多関節アーム２０の現在の角度をゼロとして補正角度算出部５４に送信する。

【0031】

一方、今回取得した角度検出部Ｅの検出結果と、記憶領域に記憶され前回取得した角度検出部Ｅの検出結果とが比較され、検出結果が変化していない場合、揺動判定部５３は、多関節アーム２０が動作していないと判定する。なお、揺動判定部５３は、今回取得した角度検出部Ｅの検出結果と、記憶領域に記憶され前回までに取得した複数の角度検出部Ｅの検出結果とを比較して、多関節アーム２０が動作していないか否かを判定してもよい。

【0032】

揺動判定部５３は、多関節アーム２０が動作していないと判定した場合、入力部５１を介してセンサ３０から送信される角速度、および、角度算出部５２から送信される多関節アーム２０の現在の角度を取得する。揺動判定部５３は、取得した角速度が所定角速度より小さい場合、人体Ｈが揺動していないと判定する。揺動判定部５３は、人体Ｈが揺動していないと判定した場合、多関節アーム２０の現在の角度をゼロとして補正角度算出部５４に送信する。

【0033】

一方、揺動判定部５３は、取得した角速度が所定角速度以上である場合、人体Ｈが揺動したと判定する。揺動判定部５３は、人体Ｈが揺動したと判定した場合、取得した多関節アーム２０の現在の角度を補正角度算出部５４に送信する。

【0034】

補正角度算出部５４は、人体Ｈの揺動に応じて多関節アーム２０の先端位置を補正するために、各関節部Ｊの関節角度を補正する補正角度を算出する。

【0035】

補正角度算出部５４は、揺動判定部５３からゼロを取得した場合、補正角度をゼロにして影響度推定部５５に送信する。補正角度がゼロである場合、各関節部Ｊの関節角度が補正されないため、多関節アーム２０の先端位置は、補正されない。補正角度算出部５４が補正角度をゼロにして送信する場合は、揺動判定部５３によって、多関節アーム２０が動作していると判定された場合、あるいは、多関節アーム２０が動作していないときに人体Ｈが揺動していないと判定された場合である。よって、多関節アーム２０が動作していると判定された場合、あるいは、多関節アーム２０が動作していないときに人体Ｈが揺動していない場合、多関節アーム２０の先端位置は、補正されない。

【0036】

一方、補正角度算出部５４は、揺動判定部５３からゼロより大きい多関節アーム２０の現在の角度を取得したことに応じて、入力部５１を介して角度検出部Ｅから現在の各関節部Ｊの関節角度を取得する。補正角度算出部５４は、取得した現在の各関節部Ｊの関節角度を用いて、運動学に基づいて、人体Ｈの揺動がない場合のハンド２５の位置を算出する。

【0037】

続けて、補正角度算出部５４は、人体Ｈが揺動した状態において、人体Ｈの揺動がない場合のハンド２５の算出された位置にハンド２５を位置させるために必要な各関節部Ｊの関節角度を、各関節部Ｊの修正角度として算出する。補正角度算出部５４は、具体的には、人体Ｈの揺動がない場合のハンド２５の算出された位置、および、取得した多関節アーム２０の現在の角度を用いて、逆運動学に基づいて、修正角度を算出する。

【0038】

さらに、補正角度算出部５４は、算出された各関節部Ｊの修正角度と、取得した現在の各関節部Ｊの関節角度との差を、各関節部Ｊの補正角度として算出し、算出した各関節部Ｊの補正角度を影響度推定部５５に送信する。

【0039】

影響度推定部５５は、ハンド２５の位置の補正が人体Ｈに与える影響度を推定する。影響度推定部５５は、具体的には、補正角度算出部５４から取得した各関節部Ｊの補正角度を用いて、各関節部Ｊの関節角度ひいては多関節アーム２０の先端位置を補正した場合における人体Ｈに加わる力を影響度として推定する。補正による多関節アーム２０の動作ひいては人体Ｈに加わる力が大きくなるにしたがって、影響度は大きくなる。各関節部Ｊの補正角度と影響度との関係は、実験等によって実測されて予め導出されている。影響度推定部５５は、取得した補正角度および推定された影響度を補正実行決定部５６に送信する。なお、影響度推定部５５は、補正角度としてゼロを取得した場合、影響度を後述する所定値より小さい値に導出する。

【0040】

補正実行決定部５６は、多関節アーム２０の先端位置を補正するか否かを決定する。補正実行決定部５６は、取得した影響度が所定値より小さい場合、多関節アーム２０の先端位置の補正を実行すると決定し、取得した補正角度を目標角度加算部５９に送信する。影響度が所定値より小さい場合、多関節アーム２０の先端位置が補正されても、人体Ｈの安定性が確保されるように、所定値は設定されている。

【0041】

一方、影響度が所定値以上である場合、多関節アーム２０の先端位置が補正されると、人体Ｈが揺動しているところに、補正によって比較的大きい力が人体Ｈに作用するため、人体Ｈの安定性が低下する。そこで、取得した影響度が所定値以上である場合、多関節アーム２０の先端位置の補正を実行しないと判定し、補正角度をゼロとして目標角度加算部５９に送信する。

【0042】

軌道生成部５７は、装着型ロボット１の電源がオンされている場合にハンド２５の目標位置および移動時間を所定のタイミング（例えば所定時間毎）にて取得する。軌道生成部５７は、ハンド２５の現在位置、並びに、取得した移動時間およびハンド２５の目標位置に基づいて、現在位置から目標位置まで移動時間で移動するハンド２５の位置の軌道を示す時系列データを生成する。ハンド２５の現在の位置は、前回取得したハンド２５の目標位置である。軌道生成部５７は、取得したハンド２５の目標位置を制御装置５０の記憶領域に時系列に沿って記憶する。

【0043】

例えば、装着型ロボット１に目的の作業を行わせる場合、ハンド２５を移動させるために前回入力されたハンド２５の目標位置とは異なるハンド２５の目標位置が入力される。目的の作業が天井パネルの持ち上げ作業である場合、例えば使用者の目標位置を設定するスイッチ（不図示）の操作によって、制御装置５０がカメラ４０を制御して、天井パネルを位置させる天井の画像を取得する。制御装置５０は、取得した画像に対して所定の画像処理を行い、天井パネルを持ち上げる位置ひいてはハンド２５の目標位置を算出する。算出されたハンド２５の目標位置は軌道生成部５７が取得する。また、移動時間は、算出されたハンド２５の目標位置と現在のハンド２５の位置との距離に基づいて算出されて、軌道生成部５７が取得する。

【0044】

一方、ハンド２５を移動させる旨の指示を制御装置５０が取得していない場合、前回入力されたハンド２５の目標位置および移動時間が繰り返し入力される。

【0045】

軌道生成部５７は、ハンド２５の現在位置からハンド２５の目標位置まで、生成した時系列データに沿って順にハンド２５の位置を、目標角度生成部５８に送信する。

【0046】

目標角度生成部５８は、軌道生成部５７から取得したハンド２５の位置を用いて、逆運動学に基づいて、各関節部Ｊについて目標角度を生成する。

【0047】

目標角度加算部５９は、生成された各関節部Ｊの目標角度に、取得した各関節部Ｊの補正角度を加算する。

【0048】

角度誤差計算部６０は、入力部５１を介して角度検出部Ｅから現在の各関節部Ｊの関節角度を取得して、各関節部Ｊについて、取得した現在の関節角度と、補正角度を加算された目標角度との差分を算出する。

【0049】

出力部６１は、角度誤差計算部６０によって算出された各関節部Ｊの差分を用いて、各駆動部Ｍについて目標とする角速度を算出する。出力部６１は、ＰＩＤ補償器を含んで構成されている。すなわち、出力部６１は、定数の対角行列である比例、微分、積分の３つのゲインを適切に調整することにより、差分をゼロに収束させるように目標とする角速度を算出する。出力部６１は、算出した角速度を制御信号として各駆動部Ｍに出力する。

【0050】

次に、図４に示されるフローチャートを参照しながら、上述した制御装置５０が実行するプログラム、および、プログラムが実行された場合の装着型ロボット１の動作について説明する。本実施形態において、プログラムは、装着型ロボット１の電源がオンされている場合に繰り返し実行される。

【0051】

揺動判定部５３は、Ｓ１０にて、多関節アーム２０が動作していないときにおいて人体Ｈが揺動したか否かを判定する。多関節アームが動作している場合、あるいは、多関節アーム２０が動作していないときにおいて人体Ｈが揺動していないことにより、センサ３０によって計測された角速度が所定角速度より小さい場合（Ｓ１０にてＮＯ）、補正角度算出部５４は、Ｓ１２にて補正角度をゼロにして、プログラムをＳ１６に進める。

【0052】

一方、多関節アーム２０が動作していないときにおいて人体Ｈが揺動したことにより、センサ３０によって計測された角速度が所定角速度以上である場合（Ｓ１０にてＹＥＳ）、補正角度算出部５４は、Ｓ１４にて、補正角度を算出する。

【0053】

続けて、影響度推定部５５は、Ｓ１６にて、影響度を推定する。さらに、補正実行決定部５６は、Ｓ１８にて、影響度が所定値以上であるか否かを判定する。人体Ｈの揺動が比較的小さいことにより、影響度が所定値より小さい場合（Ｓ１８にてＮＯ）、補正実行決定部５６は、Ｓ２０にて、補正を実行する決定をして、プログラムを終了する。

【0054】

補正が実行される場合、目標角度加算部５９が補正角度を目標角度に加算して、出力部６１は、目標角度に応じた制御信号を各関節部Ｊの駆動部Ｍに出力する。よって、多関節アーム２０が動作していない場合において人体Ｈが揺動しても、駆動部Ｍの回転角度ひいては多関節アーム２０の動作が補正されるため、ハンド２５は、目標位置からのズレが抑制された位置に到達することができる。

【0055】

一方、人体Ｈの揺動が比較的大きいことにより、影響度が所定値以上である場合（Ｓ１８にてＹＥＳ）、補正実行決定部５６は、Ｓ２２にて補正を実行しない決定をして、プログラムを終了する。

【0056】

補正が実行されない場合、目標角度加算部５９がゼロを目標角度に加算して、出力部６１は、目標角度に応じた制御信号を各関節部Ｊの駆動部Ｍに出力する。よって、駆動部Ｍの回転角度ひいては多関節アーム２０の動作が補正されないため、人体Ｈの安定性が確保される。

【0057】

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態における装着型ロボット１について、主として上述した第１実施形態とは異なる部分について、図５乃至図８を用いて説明する。第２実施形態の制御装置５０は、駆動制限部１６２および位置判定部１６３をさらに備えている（図５）。

【0058】

駆動制限部１６２は、多関節アーム２０が動作していない場合において人体Ｈが揺動したと揺動判定部５３が判定した場合、複数の関節部Ｊのうち一部の関節部Ｊの動作を制限する。駆動制限部１６２は、具体的には、影響度推定部５５によって推定された影響度が所定値以上である場合に、一部の関節部Ｊの動作を制限する。

【0059】

また、駆動制限部１６２は、動作を制限する関節部Ｊを、所定の優先順にしたがって決定する。所定の優先順は、多関節アーム２０の先端側に配置された関節部Ｊよりも多関節アーム２０の基端側に配置された関節部Ｊを優先して制限するように定められている。

【0060】

例えば、多関節アーム２０の基端側に配置された関節部Ｊである第１，２の関節部Ｊ１，Ｊ２の動作を制限した場合、多関節アーム２０の動作の補正は、第３，４の関節部Ｊ３，Ｊ４を動作させて行う。第３，４の関節部Ｊ３，Ｊ４が動作する場合、多関節アーム２０における第３の関節部Ｊ３から先端側が動作する（図６）。なお、図６において、動作前の多関節アーム２０は破線にて示され、動作後の多関節アーム２０は実線にて示されている。

【0061】

これに対して、多関節アーム２０の先端側に配置された関節部Ｊである第３，４の関節部Ｊ３，Ｊ４の動作を制限した場合、多関節アーム２０の動作の補正は、第１，２の関節部Ｊ１，Ｊ２を動作させて行う。第１，２の関節部Ｊ１，Ｊ２が動作する場合、多関節アーム２０における第３の関節部Ｊ３から基端側が動作する（図７）。なお、図７において、動作前の多関節アーム２０は破線にて示され、動作後の多関節アーム２０は実線にて示されている。

【0062】

図６および図７にて、破線にて示すようにハンド２５が上方に向けて開放する状態から、実線にて示すようにハンド２５が右上方に向けて開放する状態に多関節アーム２０を動作させる場合、多関節アーム２０における第３の関節部Ｊ３から先端側が動作した場合よりも、多関節アーム２０における第３の関節部Ｊ３から基端側が動作した場合の方が、多関節アーム２０の動作ひいては影響度が大きい。そこで、所定の優先順は、算出される影響度が小さくなるように、多関節アーム２０の先端側に配置された関節部Ｊよりも多関節アーム２０の基端側に配置された関節部Ｊを優先して制限するように定められている。

【0063】

また、第２実施形態の補正角度算出部５４は、駆動制限部１６２が関節部Ｊの一部の動作を制限した場合、動作の対象となる関節部Ｊの関節角度を補正する補正角度を算出する。

【0064】

位置判定部１６３は、駆動制限部１６２が複数の関節部Ｊの一部の動作を制限した状態において多関節アーム２０の先端位置の補正をした場合における、多関節アーム２０の先端位置が許容範囲内にあるか否かを判定する。

【0065】

位置判定部１６３は、人体Ｈが揺動する直前の多関節アーム２０の先端位置と、人体Ｈが揺動したことにより補正された多関節アーム２０の先端位置との距離を算出する。人体Ｈが揺動する直前の多関節アーム２０の先端位置は、人体Ｈが揺動していない場合、すなわち、多関節アーム２０の現在の角度をゼロとした場合における現在の各関節部Ｊの関節角度を用いて算出される位置である。

【0066】

人体Ｈが揺動すると、多関節アーム２０の先端は、揺動する直前の位置から人体Ｈの揺動角度に応じた距離移動する。ここで、補正が入ると、多関節アーム２０の先端は、人体Ｈが揺動する直前に位置していた位置に近づく。つまり、人体Ｈが揺動したことにより補正された多関節アーム２０の先端位置は、人体Ｈが揺動することによって多関節アーム２０の先端が位置することになる位置を始点として、各関節部Ｊの関節角度が補正角度を用いて補正されることで多関節アーム２０の先端が移動する先の位置である。人体Ｈが揺動することによって多関節アーム２０の先端が位置することになる位置は、多関節アーム２０の現在の角度を用いて算出される。

【0067】

人体Ｈが揺動する直前の多関節アーム２０の先端位置と、人体Ｈが揺動したことにより補正された多関節アーム２０の先端位置との距離が所定距離以下である場合、位置判定部１６３は、多関節アーム２０の先端位置が許容範囲内にあると判定する。

【0068】

一方、人体Ｈが揺動する直前の多関節アーム２０の先端位置と、人体Ｈが揺動したことにより補正された多関節アーム２０の先端位置との距離が所定距離より大きい場合、位置判定部１６３は、多関節アーム２０の先端位置が許容範囲内にないと判定する。

【0069】

次に、図８に示されるフローチャートを参照しながら、第２実施形態の制御装置５０が実行するプログラム、および、プログラムが実行された場合の装着型ロボット１の動作について説明する。第２実施形態において、プログラムは、装着型ロボット１が目的の作業を行っている場合に繰り返し実行される。

【0070】

装着型ロボット１が目的の作業を行っている場合、上述したように、出力部６１から目標とする角速度が制御信号として各関節部Ｊの駆動部Ｍに出力され、各関節部Ｊひいては多関節アーム２０が動作して、ハンド２５が目標位置に向けて移動している。

【0071】

なお、図８のフローチャートにおけるＳ１０～Ｓ２０は、図４のフローチャートにおけるＳ１０～Ｓ２０と同じである。よって、図８のフローチャートのＳ３０から説明する。

【0072】

人体Ｈの揺動が比較的大きいことにより、影響度が所定値以上である場合（Ｓ１８にてＹＥＳ）、駆動制限部１６２は、Ｓ３０にて、一部の関節部Ｊの動作を制限する。駆動制限部１６２は、所定の優先順にしたがって、複数の関節部Ｊのうち１つの関節部Ｊの動作を制限する。駆動制限部１６２は、具体的には、多関節アーム２０の最も基端側にある第１の関節部Ｊ１の動作を制限する。動作を制限された関節部Ｊを駆動する駆動部Ｍは、制御対象外となる。

【0073】

続けて、Ｓ３２にて、制御対象となる駆動部Ｍの個数が１個以上であるか否かが判定される。第１の関節部Ｊ１の動作が制限された場合、第２～第４の関節部Ｊ２～Ｊ４における駆動部Ｍが制御対象となる。第２，３の関節部Ｊ２，Ｊ３には駆動部Ｍが１つずつ配置され、第４の関節部Ｊ４には駆動部Ｍが２つ配置されているため、制御対象となる駆動部Ｍは４つである。この場合（Ｓ３２にてＹＥＳ）、位置判定部１６３は、Ｓ３４にて、一部の関節部Ｊの動作が制限された状態で、補正された多関節アーム２０の先端位置が許容範囲内であるか否かを判定する。

【0074】

多関節アーム２０の先端位置の補正において、複数の関節部Ｊの一部の動作が制限された場合は、関節部Ｊの一部の動作が制限されない場合に比べて、補正の精度が低下する。補正の精度の低下が比較的大きいことにより、ハンド２５の位置が許容範囲内にない場合（Ｓ３４にてＮＯ）、補正実行決定部５６は、Ｓ３６にて補正を実行しない決定をして、プログラムは終了する。

【0075】

一方、補正の精度の低下が比較的小さいことにより、ハンド２５の位置が許容範囲内にある場合（Ｓ３４にてＹＥＳ）、影響度推定部５５は、Ｓ３８にて、第１の関節部Ｊ１の動作が制限された状態で、影響度を再推定する。第１の関節部Ｊ１の動作が制限されたことにより、多関節アーム２０の動作は、関節部Ｊの動作が制限されない場合に比べて小さくなるため、Ｓ３８にて再推定された影響度は、Ｓ１６にて推定された影響度よりも小さくなる。

【0076】

続けて、補正実行決定部５６は、Ｓ４０にて、再推定された影響度が所定値以上であるか否かを判定する。第１の関節部Ｊ１の動作が制限されたことによって影響度の低下が比較的大きいため、再推定された影響度が所定値より小さい場合（Ｓ４０にてＮＯ）、補正実行決定部５６は、Ｓ４２にて補正を実行する決定をして、プログラムは終了する。

【0077】

一方、第１の関節部Ｊ１の動作が制限されたことによっても影響度の低下が比較的小さいため、再推定された影響度が所定値以上である場合（Ｓ４０にてＹＥＳ）、プログラムは、Ｓ３０に戻る。

【0078】

駆動制限部１６２は、Ｓ３０にて、駆動制限部１６２は、所定の優先順にしたがって、複数の関節部Ｊのうち１つの関節部Ｊの動作をさらに制限する。駆動制限部１６２は、具体的には、動作が制限されていない関節部Ｊのうち多関節アーム２０の最も基端側にある第２の関節部Ｊ２の動作を制限する。よって、第１，２の関節部Ｊ１，Ｊ２の動作が制限されるため、第３，４の関節部Ｊ３，Ｊ４における駆動部Ｍが制御対象となる。

【0079】

続けて、第１，２の関節部Ｊ１，Ｊ２の動作が制限された状態で、上述したＳ３２～３４が実行される。多関節アーム２０の先端位置が許容範囲内である場合（Ｓ３４にてＹＥＳ）、影響度推定部５５は、Ｓ３８にて、第１，２の関節部Ｊ１，Ｊ２の動作が制限された状態で影響度を再推定する。

【0080】

さらに、補正実行決定部５６は、Ｓ４０にて、第１，２の関節部Ｊ１，Ｊ２の動作が制限された状態で再推定された影響度が所定値以上であるか否かを判定する。再推定された影響度が所定値より小さい場合（Ｓ４０にてＮＯ）、補正実行決定部５６は、Ｓ４２にて補正を実行する決定をして、プログラムを終了する。

【0081】

一方、第１，２の関節部Ｊ１，Ｊ２の動作が制限されたことによっても影響度の低下が比較的小さいため、再推定された影響度が所定値以上である場合（Ｓ４０にてＹＥＳ）、プログラムは、Ｓ３０に戻る。

【0082】

このように、複数の関節部Ｊのうち１つの関節部Ｊの動作を、所定の優先順にしたがって、１つずつ制限し（Ｓ３０）、多関節アーム２０の先端位置が許容範囲内であり（Ｓ３４にてＹＥＳ）、かつ、再推定された影響度が所定値より小さくなった場合（Ｓ４０にてＮＯ）、補正を実行する決定がされる。

【0083】

また、Ｓ３０において、すべての関節部Ｊの動作を制限したことにより、制御対象となる駆動部Ｍの個数がゼロとなった場合（Ｓ３２にてＮＯ）、補正実行決定部５６は、Ｓ４４にて、補正を実行しないことを決定して、プログラムは終了する。

【0084】

このように、全ての関節部Ｊが動作した場合において推定された影響度が所定値以上である場合に、複数の関節部Ｊの一部の動作を制限した状態でハンド２５の位置の補正をした場合の影響度を推定するため、推定される影響度は抑制される。よって、影響度が抑制された補正を行うことができる。

【0085】

また、複数の関節部Ｊの一部の動作を制限した状態で補正されたハンド２５の位置が、許容範囲内にある場合に補正が実行される。よって、補正の精度の低下が抑制される。

【0086】

＜変形例＞
本発明は、これまでに説明した実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

【0087】

例えば、影響度は、多関節アーム２０の先端位置を補正した場合における人体Ｈに加わる力であるが、これに代えて、多関節アーム２０の先端位置を補正した場合における人体Ｈに加わるモーメントとしてもよい。また、影響度は、多関節アーム２０の先端位置を補正した場合における人体Ｈに加わる力およびモーメントに基づいて導出されてもよい。

【0088】

また、多関節アーム２０の先端位置を補正した場合における人体Ｈに影響する方向によって、所定値は、異なる値でもよい。所定値は、例えば、多関節アーム２０の先端位置を補正した場合における人体Ｈに加わる力が、前後方向に作用した場合より、左右方向に作用する場合の方を小さくなるように設定してもよい。

【0089】

また、所定値は、人体Ｈの揺動の大きさ、すなわち、角度算出部５２が算出した角度に応じて異なる値にしてもよい。具体的には、角度算出部５２が算出した角度が大きくなるにしたがって、所定値は、小さくなるように設定されてもよい。

【0090】

また、多関節アーム２０の先端位置の補正は、多関節アーム２０が動作している場合に実行されてもよい。これによれば、多関節アーム２０が動作しているときにおいても、推定された影響度が所定値より小さい場合に、多関節アーム２０の先端位置の補正が実行されるため、人体の安定性の低下を抑制することができる。

【0091】

また、第２実施形態の駆動制限部１６２は、全ての関節部Ｊが動作する場合の影響度が所定値以上となった場合に、Ｓ３０にて複数の関節部Ｊの一部の動作を制限するが、これに代えて、初めから、複数の関節部Ｊの一部の動作を制限して影響度を推定してもよい。

【0092】

また、第２実施形態において、制御装置５０は、位置判定部１６３を備えなくてもよい。この場合、補正されたハンド２５の位置が許容範囲内にないときにおいても、影響度が所定値より小さければ、補正を実行する決定がされる。

【0093】

また、駆動制限部１６２は、関節部Ｊを１つずつ制限するが、これに限定されず一度に複数の関節部Ｊの動作を制限してもよい。

【0094】

また、所定の優先順を、上述した順番とは逆に、多関節アーム２０の基端側に配置された関節部Ｊよりも多関節アーム２０の先端側に配置された関節部Ｊを優先して制限するように定めてもよい。

【0095】

また、駆動制限部１６２は、所定の優先順にしたがって一部の関節部Ｊの動作を制限しているが、これに代えて、所定の優先順に従わずに、ランダムに動作を制限する関節部Ｊを選択してもよい。

【0096】

また、駆動部Ｍは、モータであるが、これに代えて、ニューマチックアクチュエータ、ソレノイド又はリニアモータとしてもよいし、これらの組み合わせで構成してもよい。

【0097】

また、制御装置５０は、装着型ロボット１とは別体であってもよい。この場合、センサ３０、カメラ４０、並びに、各関節部Ｊの駆動部Ｍおよび角度検出部Ｅと、制御装置５０とは有線または無線にて通信可能に接続される。すなわち、多関節アーム２０は、制御装置５０によって遠隔操作される。この場合の制御装置５０は、例えばスマートフォンであってもよい。なお、この場合、制御装置５０の入力部５１および出力部６１は、「信号送受信部」を構成する。

【産業上の利用可能性】

【0098】

本発明は、装着型のロボットに広く利用可能である。

【符号の説明】

【0099】

１ 装着型ロボット
１０ 装着部
２０ 多関節アーム
３０ センサ
５０ 制御装置
Ｈ 人体
Ｊ 関節部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】