特開 2025-4765 協働ロボットを動作させる方法及びこの方法を実行するための協働ロボット

(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】P2025004765

(43)【公開日】2025-01-15

(54)【発明の名称】協働ロボットを動作させる方法及びこの方法を実行するための協働ロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/08 20060101AFI20250107BHJP

   B25J 19/06 20060101ALI20250107BHJP

【ＦＩ】

B25J13/08 A

B25J19/06

【審査請求】有

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024101304

(22)【出願日】2024-06-24

(31)【優先権主張番号】10 2023 116 771.5

(32)【優先日】2023-06-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】522224955

【氏名又は名称】ニューラ ロボティクス ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】ＮＥＵＲＡ ＲＯＢＯＴＩＣＳ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】ダーヴィト レーガー

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS00

3C707CY00

3C707KT03

3C707KT05

3C707KT15

3C707LV02

3C707MS08

3C707MS27

(57)【要約】      （修正有）

【課題】人間と機械との間のインタラクション、特に機械側からの人間とのインタラクションに関して改善する協働ロボットを提供する。
【解決手段】協働ロボット（１）がカメラ（１４）により空間領域（１６）を監視し、協働ロボット（１）は、カメラ（１４）と固定された幾何学的関係にあるプロジェクタ（１３）により、カメラ（１４）によって監視される空間領域（１６）の少なくとも１つの部分領域である投影領域（１５）に情報を投影する。カメラ（１４）とプロジェクタ（１３）は、互いに固定された幾何学的関係で共通の部品内又は上に配置されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

協働ロボット（１、２）を動作させる方法であって、前記協働ロボット（１、２）がカメラ（１４、３１）により空間領域（１６）を監視し、前記協働ロボット（１、２）は、前記カメラ（１４、３１）と固定された幾何学的関係にあるプロジェクタ（１３、３２）により、前記カメラ（１４、３１）によって監視される前記空間領域（１６）の少なくとも１つの部分領域である投影領域（１５）に情報を投影する、方法。

【請求項2】

前記協働ロボット（１、２）の動作中、前記カメラ（１４、３１）と前記プロジェクタ（１３、２３）とは、プロジェクタ（１３、３２）とカメラ（１４、３１）との間の前記固定された幾何学的関係を定義するために前記カメラ（１４、３１）と前記プロジェクタ（１３、３２）が固定配置されている、前記協働ロボット（１、２）に可動に配置された部品と一緒に動かされることを特徴とする、
請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記協働ロボット（１、２）を制御することによって、前記プロジェクタ（１３、２３）の動作パラメータ又は映像データをカメラ映像のデータに基づいて適合させる、並びに／或いは前記カメラ（１４、３１）の動作データ又は映像データを、前記プロジェクタ（１３、３２）によって投影される情報に基づいて適合させることを特徴とする、
請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記協働ロボット（１、２）を制御することによって、前記ロボット（１、２）、及び／又は前記カメラ（１４、３１）と前記プロジェクタ（１３、３２）とが配置されている前記ロボット（１、２）の可動部品の移動が行われた場合でも、前記プロジェクタ（１３、３２）が前記情報を投影するピント及び／又は場所が維持されるように、前記プロジェクタ（１３、３２）の動作パラメータが変更されることを特徴とする、
請求項２又は３に記載の方法。

【請求項5】

前記協働ロボット（１、２）を制御することによって、前記カメラ（１４、３１）によって監視される空間領域に前記プロジェクタ（１３、３２）によって投影される映像及び／又は構造化された光線の評価に基づいて、前記カメラ（１４、３１）の前記映像の映像評価の較正又は精密化が行われることを特徴とする、
請求項３又は４に記載の方法。

【請求項6】

前記プロジェクタ（１３、３２）が投影する前記情報は、前記協働ロボット（１、２）の間近に迫ったアクションに関する情報を含むことを特徴とする、
請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記プロジェクタ（１３、３２）が投影する前記情報は、前記協働ロボット（１、２）と共同作業する人間の同僚によって次に行われるアクションに関する情報を含むことを特徴とする、
請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記プロジェクタ（１３、３２）が投影する前記情報は、安全関連の情報を含むことを特徴とする、
請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記プロジェクタ（１３、３２）が投影する前記情報は、カメラ映像の評価結果に依存することを特徴とする、
請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか一項に記載の方法を実行するための協働ロボット（１、２）であって、前記協働ロボット（１、２）は、空間領域（１６）を監視するためのカメラ（１４、３１）と、前記カメラ（１４、３１）によって監視される前記空間領域（１６）の少なくとも１つの部分領域である投影領域（１５）に情報を投影するように設計及び設定されているプロジェクタ（１３、３２）とを備え、前記カメラ（１４、３１）と前記プロジェクタ（１３、３２）とは、互いに固定された幾何学的関係で共通の部品内又は上に配置されている、協働ロボット（１、２）。

【請求項11】

前記共通の部品は、前記協働ロボット（１、２）に取り外し可能に取り付けられるモジュール（３０）であることを特徴とする、
請求項１０に記載の協働ロボット（１、２）。

【請求項12】

前記協働ロボット（１、２）の制御器が存在し、前記制御器は、前記プロジェクタ（１３、３２）の動作パラメータ又は映像データをカメラ映像のデータに基づいて適合させる、並びに／或いは前記カメラ（１４、３１）の動作データ又は映像データを前記プロジェクタ（１３、３２）によって投影される情報に基づいて適合させるように設計及び設定されていることを特徴とする、
請求項１０又は１１に記載の協働ロボット（１、２）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、協働ロボットとその動作に関する。

【背景技術】

【0002】

ロボットの使用は、製造の多くの分野において著しい生産性向上をもたらした。ロボットによって完全に自動で実行できるプロセスの他に、人間とロボットが共同で作業しなければならない、物理的に直接相互作用するタスクが依然として多数ある。このようなインタラクションを可能にすると同時に、人間の負傷のリスクを最小限に抑えるために、通常、人間が危険にさらされるリスクが認識される場合にロボットをスイッチオフするか、又は少なくともその動きを停止させるセンサ系を装備した協働ロボットが使用される。例えば、協働ロボットは、予期せぬ接触が発生した場合、又は監視される空間内に人間が検出される場合に、自動的にスイッチオフすることができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

当然のことながら、人間と機械の共同作業の効率を高めるための、特にそのようなスイッチオフの必要性を可能な限り回避しようとする努力がなされている。これに決定的に寄与するのは、人間と機械との間に、しかし理想的には機械と人間との間にもインタラクションが可能になり、それにより人間が協働ロボットによる間近に迫ったアクションに先手を打って反応できる、又は自身のアクションを開始できるということである。しかし、これまでのところ、機械と人間との間のインタラクションは初歩的なものにすぎず、あまり具体的ではなく、例えば音響信号によって行われるが、音響信号は、騒々しい作業環境において、又は聴覚保護が義務付けられている場合にはかき消されることが多く、聴覚のない人々や聴覚障害のある人々には知覚可能でなく、そのため、既知の協働ロボットでは、これらの人々は作業を片づけることができない可能性がある。警告ランプの使用も知られているが、警告ランプは少なくとも一時的に注意を本来の作業プロセスから逸らせてロボットに向けることを必要とし、更に、ロボットが現在行っていることについて比較的抽象的な情報しか提供できない。

【0004】

したがって、本発明の課題は、人間と機械との間のインタラクションを、特に機械側からの人間とのインタラクションに関して改善する協働ロボットを動作させる方法、及びこの方法を実行するための協働ロボットを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題は、請求項１の特徴を有する方法、及び請求項１０の特徴を有する協働ロボットによって解決される。本発明の有利な発展形態は、それぞれの従属請求項の主題である。

【0006】

協働ロボットを動作させるための本発明による方法では、協働ロボットは、カメラにより空間領域を監視し、カメラと固定された幾何学的関係にあるプロジェクタにより、カメラによって監視される空間領域の少なくとも１つの部分領域である投影領域に情報を投影する。その場合、プロジェクタとカメラとの間に可能な限り小さい距離を選択すること、及びこれらを同じ方向に向けることが特に有利であり得る。

【0007】

カメラとプロジェクタとの固定された幾何学的関係と、カメラの監視領域と重複し、プロジェクタがその情報を投影する投影領域とによって、協働ロボットの動作中に、通常、カメラによって監視される領域の少なくとも一部である関連する作業領域に、プロジェクタによってコンテキスト関連情報をいつでも投影することが可能になり、それによりロボットから人間への視覚的コミュニケーションチャネルが開かれる。

【0008】

この視覚的コミュニケーションチャネルは、ワークフローにおいて、特に、合間にロボットを観察することによってロボットが何らかの警告信号を発しているかどうかを確認しなくても、関連する作業領域、したがってロボットの人間の同僚がその注意を集中させることができる領域にも投影が行われるため、非常に効果的に利用できる。

【0009】

特に有利には、協働ロボットの動作中、カメラとプロジェクタとが、プロジェクタとカメラとの間の固定された幾何学的関係を定義するためにカメラとプロジェクタが固定配置されている、協働ロボットに可動に配置された部品と一緒に動かされる場合、人間の同僚の注意をそれぞれ作業プロセスに関連する箇所に集中させることができる。これは、特に、好ましくは少なくとも１つのツール収容部を有するロボットのヘッドであることができ、更に、ツール収容部、グリッパ、又は別のツールを装備したロボットアームであることもできる。特に非常に複雑なワークフロー、又は対象物に対して様々な方向から様々な作業ステップを実行する必要がある場合、関連する作業領域を様々な視点から表示、及び情報を様々な方向に投影できるようにするために動かすことができるアームにカメラとプロジェクタを一緒に配置することも考えられる。

【0010】

この方法において、協働ロボットを制御することによって、プロジェクタの動作パラメータ又は映像データをカメラ映像のデータに基づいて適合させる、並びに／或いはカメラの動作データ又は映像データを、プロジェクタによって投影される情報に基づいて適合させる場合が特に好ましい。カメラとプロジェクタとの間の固定された空間関係によって、これは著しく簡単になる。

【0011】

例えば、そのように動作する協働ロボットを、カメラ映像を評価することによって人間の同僚の「肩をすくめる」ジェスチャを識別し、それに対する反応として人間の同僚が次にしなければならないことの命令をプロジェクタによって投影するようにプログラミングすることができる。

【0012】

方法の一実施形態は、協働ロボットを制御することによって、協働ロボット、及び／又はカメラとプロジェクタとが配置されている協働ロボットの可動部品の移動が行われた場合、並びに／或いは移動が行われている間でも、プロジェクタが情報を投影するピント及び／又は場所が維持されるように、プロジェクタの動作パラメータが変更されることを企図する。すなわち、例えば、このような移動の結果として、文字情報の投影が傾斜面へ行われ、それにより、文字が歪んだり、及び／又はぼやけたりした場合、協働ロボットの制御はカメラ映像を解析することによってこの問題を認識し、それに対応してプロジェクタの投影光学系を調整することによって解消する。

【0013】

本方法の別の有利な実施形態によれば、協働ロボットを制御することによって、カメラによって監視される空間領域にプロジェクタによって投影される映像及び／又は構造化された光線の評価に基づいて、カメラの映像の映像評価の較正又は精密化（Ｖｅｒｆｅｉｎｅｒｕｎｇ）が行われることが企図されている。例えば、対応する映像又は構造化された光がプロジェクタによって投影される場合に、このようにして、具体的にカメラの較正を行うことができる。この方法は、更に、２Ｄカメラで撮影された映像に３Ｄ情報を付与するために使用することができる。

【0014】

方法の第１の有利な変形形態では、プロジェクタが投影する情報は、例えば協働ロボットが次にどの物体を掴むのか、又は協働ロボットが次に作業空間のどの領域に移動するのかなどの、協働ロボットの間近に迫ったアクションに関する情報を含む。それによって、協働ロボットの人間の同僚は、協働ロボットとの接触を回避するためにどこに移動すべきか、又は移動すべきでないのかという情報を早期に受け取ることができる。すなわち、人間の同僚は協働ロボットの意図に関する情報を受け取る。

【0015】

方法の第２の有利な変形形態では、プロジェクタが投影する情報は、協働ロボットと共同作業する人間の同僚によって次に行われるアクションに関する情報を含む。このことは、人間の同僚への要求を軽減し、人間の同僚をより柔軟に、必要に応じて、様々なタスクを実行する協働ロボットのアシスタントとして使用できるようにする。

【0016】

この方法の第３の有利な変形形態では、プロジェクタが投影する情報は安全関連の情報を含む。例えば、協働ロボットの人間の同僚に立ち入りが許されていないまさにその領域に、協働ロボットがカメラデータを評価することによって人間の同僚の危険な領域への接近を確認した場合に、視覚的な警告信号を継続的又は的確に投影することができる。後者は、プロジェクタが投影する情報がカメラ映像の評価の結果に依存する方法の一例である。

【0017】

本発明による方法を実行するための協働ロボットは、空間領域を監視するためのカメラと、カメラによって監視される空間領域の少なくとも１つの部分領域である投影領域に情報を投影するように設計及び設定されたプロジェクタとを備える。その場合、カメラとプロジェクタは互いに固定された幾何学的関係にあり、共通の部品内又は上に配置されている。

【0018】

共通の部品は、協働ロボットのアーム又はヘッドであることができる。有利な変形形態では、共通の部品が協働ロボットに取り外し可能に取り付けられるモジュールであることが企図されている。取り付けは、例えば、ネジ、磁石、スナップ接続などによって行うことができる。

【0019】

好ましくは、更に、協働ロボットの制御器が存在し、この制御器は、詳細に上述された方法を実行できるようにするために、プロジェクタの動作パラメータ又は映像データをカメラ映像のデータに基づいて適合させる、並びに／或いはカメラの動作データ又は映像データをプロジェクタによって投影される情報に基づいて適合させるように設計及び設定されている。

【0020】

特に好ましくは、表面構造を良好に認識でき、プロジェクタの動作のためにこれらの情報を考慮できるようにするために、カメラは３Ｄカメラとして設計されている。
本発明は、例示的実施形態を示す図をもとにして以下に詳しく説明される。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第１の実施形態による協働ロボットのヘッドを示す図である。

【図2a】本発明の第２の実施形態による協働ロボットのアームを示す図である。

【図2b】本発明を実現するために協働ロボットに後付けされるモジュールを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１は協働ロボット１のヘッド１０を示し、ヘッドの下側には下向きのツールホルダ１１が配置されている。ヘッド１０に固定的に接続され、例えば側方に配置された突出部１２の下側には、プロジェクタ１３及びカメラ１４、例えば３Ｄカメラがあり、これらは、突出部１２に設置されているため、固定された幾何学的関係で、かつ可能な限り互いに近づけて配置されている。

【0023】

更に、図１において、プロジェクタ１３の投影領域１５、すなわちこのプロジェクタが情報を投影する領域、及びカメラ１４によって監視される空間領域１６が、本来、それぞれ円錐形の領域の断面の図示によって示され、それによりプロジェクタ１３がカメラ１４によって監視される空間領域１６の部分領域にプロジェクタの情報を投影することが明らかになる。

【0024】

図２ａは協働ロボット２のアーム２０を示し、アームにはツール収容部２２を有するヘッド２１が回転可能に配置されている。ツール収容部２２のシャフトには、図２ｂに示されるモジュール３０が取り外し可能に配置されている。

【0025】

図２ｂからわかるように、特に３Ｄカメラとして設計されたカメラ３１とプロジェクタ３２とが、プロジェクタ３２がカメラによって監視される空間領域の少なくとも１つの部分領域である投影領域に情報を投影するように、互いに固定された幾何学的関係でモジュール３０に配置されている。モジュールは、その湾曲した装着面３３により、協働ロボット１、２の異なる箇所に取り外し可能に取り付けることができるため、協働ロボット１、２に後付けするのに良好に適している。モジュール３０内には、内部にあるために図２ｂには見えないが、プロジェクタの動作パラメータ又は映像データをカメラ映像のデータに基づいて適合させる、並びに／或いはカメラの動作データ又は映像データを、プロジェクタによって投影される情報に基づいて適合させる協働ロボットの制御器を配置することができ、更に、モジュール３０は、その内部に配置された、例えば充電式電池又はバッテリの形態の別個のエネルギー供給器を有することもできる。

【符号の説明】

【0026】

１，２…協働ロボット
１０…ヘッド
１１…ツールホルダ
１２…突出部
１３，３２…プロジェクタ
１４，３１…カメラ
１５…投影領域
１６…空間領域
２０…アーム
２１…ヘッド
２２…ツール収容部
３０…モジュール
３３…装着面

【図1】

【図2a】

【図2b】

【手続補正書】

【提出日】2024-10-04

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

協働ロボット（１、２）を動作させる方法であって、前記協働ロボット（１、２）がカメラ（１４、３１）により空間領域（１６）を監視し、前記協働ロボット（１、２）は、前記カメラ（１４、３１）と固定された幾何学的関係にあるプロジェクタ（１３、３２）により、前記カメラ（１４、３１）によって監視される前記空間領域（１６）の少なくとも１つの部分領域である投影領域（１５）に情報を投影する、方法。

【請求項2】

前記協働ロボット（１、２）の動作中、前記カメラ（１４、３１）と前記プロジェクタ（１３、２３）とは、プロジェクタ（１３、３２）とカメラ（１４、３１）との間の前記固定された幾何学的関係を定義するために前記カメラ（１４、３１）と前記プロジェクタ（１３、３２）が固定配置されている、前記協働ロボット（１、２）に可動に配置された部品と一緒に動かされることを特徴とする、
請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記協働ロボット（１、２）を制御することによって、前記プロジェクタ（１３、２３）の動作パラメータ又は映像データをカメラ映像のデータに基づいて適合させる、並びに／或いは前記カメラ（１４、３１）の動作データ又は映像データを、前記プロジェクタ（１３、３２）によって投影される情報に基づいて適合させることを特徴とする、
請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記協働ロボット（１、２）を制御することによって、前記協働ロボット（１、２）、及び／又は前記カメラ（１４、３１）と前記プロジェクタ（１３、３２）とが配置されている前記協働ロボット（１、２）の可動部品の移動が行われた場合でも、前記プロジェクタ（１３、３２）が前記情報を投影するピント及び／又は場所が維持されるように、前記プロジェクタ（１３、３２）の動作パラメータが変更されることを特徴とする、
請求項２に記載の方法。

【請求項5】

前記協働ロボット（１、２）を制御することによって、前記カメラ（１４、３１）によって監視される空間領域に前記プロジェクタ（１３、３２）によって投影される映像及び／又は構造化された光線の評価に基づいて、前記カメラ（１４、３１）の前記映像の映像評価の較正又は精密化が行われることを特徴とする、
請求項３に記載の方法。

【請求項6】

前記プロジェクタ（１３、３２）が投影する前記情報は、前記協働ロボット（１、２）の間近に迫ったアクションに関する情報を含むことを特徴とする、
請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記プロジェクタ（１３、３２）が投影する前記情報は、前記協働ロボット（１、２）と共同作業する人間の同僚によって次に行われるアクションに関する情報を含むことを特徴とする、
請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記プロジェクタ（１３、３２）が投影する前記情報は、安全関連の情報を含むことを特徴とする、
請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記プロジェクタ（１３、３２）が投影する前記情報は、カメラ映像の評価結果に依存することを特徴とする、
請求項１に記載の方法。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか一項に記載の方法を実行するための協働ロボット（１、２）であって、前記協働ロボット（１、２）は、空間領域（１６）を監視するためのカメラ（１４、３１）と、前記カメラ（１４、３１）によって監視される前記空間領域（１６）の少なくとも１つの部分領域である投影領域（１５）に情報を投影するように設計及び設定されているプロジェクタ（１３、３２）とを備え、前記カメラ（１４、３１）と前記プロジェクタ（１３、３２）とは、互いに固定された幾何学的関係で共通の部品内又は上に配置されている、協働ロボット（１、２）。

【請求項11】

前記共通の部品は、前記協働ロボット（１、２）に取り外し可能に取り付けられるモジュール（３０）であることを特徴とする、
請求項１０に記載の協働ロボット（１、２）。

【請求項12】

前記協働ロボット（１、２）の制御器が存在し、前記制御器は、前記プロジェクタ（１３、３２）の動作パラメータ又は映像データをカメラ映像のデータに基づいて適合させる、並びに／或いは前記カメラ（１４、３１）の動作データ又は映像データを前記プロジェクタ（１３、３２）によって投影される情報に基づいて適合させるように設計及び設定されていることを特徴とする、
請求項１０に記載の協働ロボット（１、２）。

【外国語明細書】