特許 7418119 ロボットシステムの制御方法、ロボットシステム、ロボットシステムを用いた物品の製造方法、制御プログラム及び記録媒体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-11

(45)【発行日】2024-01-19

(54)【発明の名称】ロボットシステムの制御方法、ロボットシステム、ロボットシステムを用いた物品の製造方法、制御プログラム及び記録媒体

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/06 20060101AFI20240112BHJP

   B25J 13/08 20060101ALI20240112BHJP

   B25J 5/00 20060101ALI20240112BHJP

【ＦＩ】

B25J19/06

B25J13/08 Z

B25J5/00 A

【請求項の数】 27

(21)【出願番号】P 2019230522

(22)【出願日】2019-12-20

(65)【公開番号】P2021098248

(43)【公開日】2021-07-01

【審査請求日】2022-12-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126240

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 琢磨

(74)【代理人】

【識別番号】100223941

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 佳子

(74)【代理人】

【識別番号】100159695

【弁理士】

【氏名又は名称】中辻 七朗

(74)【代理人】

【識別番号】100172476

【弁理士】

【氏名又は名称】冨田 一史

(74)【代理人】

【識別番号】100126974

【弁理士】

【氏名又は名称】大朋 靖尚

(72)【発明者】

【氏名】元長 優作

【審査官】國武 史帆

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００６／０４３３９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１０３３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０４０６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０４２９０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００ － ２１／０２

Ｇ０５Ｂ ９／００ － ９／０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットと、
作業者を検出するセンサと、
前記ロボットを制御する制御装置と、を備えたロボットシステムの制御方法であって、
前記制御装置は、
前記センサにより第２エリアより前記ロボットに近い第１エリアにて前記作業者を検出した場合、前記ロボットの所定部位を前記作業者に接近させるように制御し、前記センサにより前記第２エリアにおいて前記作業者を検出した場合、前記ロボットが実行している作業を継続する、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項2】

請求項１に記載の制御方法において、
前記制御装置は、
前記第１エリアにおいて前記作業者を検出した場合、前記作業を中断して前記所定部位を前記作業者に接近させる、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項3】

請求項１または２に記載の制御方法において、
前記制御装置は、
前記ロボットを力制御することで前記所定部位を前記作業者に接近させる、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記制御装置は、
前記センサにより前記第１エリアおよび前記第２エリアよりも前記ロボットに近い第３エリアにおいて前記作業者を検出した場合、前記ロボットを停止させる、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項5】

請求項４に記載の制御方法において、
前記制御装置は、
前記第１エリア、前記第２エリア、前記第３エリアにおいて前記作業者を検出していない場合、前記作業を、前記第２エリアにおいて前記作業者を検出した状態で実行する速度よりも速い速度で前記作業を実行する、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記制御装置は、
前記作業者が、前記ロボットから前記第２エリアよりも遠い位置に存在し、前記第１エリアおよび前記第２エリアにおいて前記作業者を検出していない場合、前記作業を、前記第２エリアにおいて前記作業者を検出した状態で実行する速度よりも速い速度で前記作業を実行する、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記第１エリアは、前記作業者が移動でき、前記ロボットと前記作業者とが協働できるエリアである、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記制御装置は、
前記所定部位を前記作業者に接近させる場合、前記所定部位の速度を所定値以下にして接近させる、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記制御装置は、
前記作業者の第１部位に前記所定部位が接近するように前記ロボットを制御する、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項10】

請求項９に記載の制御方法において、
前記第１部位は、前記作業者の手である、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記制御装置は、
前記所定部位を前記作業者に接近させる場合、前記作業者の第２部位に前記所定部位が接近しないように前記ロボットを制御する、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項12】

請求項１１に記載の制御方法において、
前記制御装置は、
前記所定部位が前記第２部位に所定値以下まで接近した場合、前記所定部位の接近を中断する、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項13】

請求項１１または１２に記載の制御方法において、
前記第２部位は、前記作業者の頭部である、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項14】

請求項１から１３のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記制御装置は、
所定条件を満たした状態で前記第１エリアにて前記作業者を検出した場合、前記所定部位を前記作業者に接近させる、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項15】

請求項１４に記載の制御方法において、
前記制御装置は、
前記所定条件を満たしていない状態で、前記第１エリアにて前記作業者を検出した場合、前記ロボットの動作を制限した状態で前記作業を継続する、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項16】

請求項１４または１５に記載の制御方法において、
前記制御装置は、
前記作業として前記ロボットにより対象物の加工を実行し、前記所定条件は前記作業者に受け渡す物品が製造された場合である、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項17】

請求項１６に記載の制御方法において、
前記制御装置は、
前記所定部位を前記作業者に接近させることで前記物品を前記作業者に受け渡す、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項18】

請求項１７に記載の制御方法において、
前記ロボットには力センサが設けられており、
前記制御装置は、
前記力センサに基づき、前記物品の受け渡しが為されたか否かを判定する、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項19】

請求項１から１８のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記ロボットは移動でき、
前記制御装置は、
前記ロボットを移動させることで前記所定部位を前記作業者に接近させる、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項20】

請求項４または５に記載の制御方法において、
前記ロボットは移動でき、
前記第１エリアと前記第２エリアと前記第３エリアは前記ロボットと共に移動する、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項21】

請求項２０に記載の制御方法において、
前記制御装置は、
前記ロボットを移動させることで前記所定部位を前記作業者に接近させる場合、前記ロボットの移動によって前記第３エリアに前記作業者が位置しないように、前記ロボットを制御する、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項22】

請求項１から２１のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記ロボットシステムは台車を備えており、
前記制御装置は、
前記所定部位により、前記台車を前記作業者に接近させる、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項23】

請求項１から２２のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記センサは光センサまたは撮像装置であり、前記所定部位はエンドエフェクタである、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項24】

ロボットと、
作業者を検出するセンサと、
前記ロボットを制御する制御装置と、を備えたロボットシステムであって、
前記制御装置は、
前記センサにより第２エリアより前記ロボットに近い第１エリアにて前記作業者を検出した場合、前記ロボットの所定部位を前記作業者に接近させるように制御し、前記センサにより前記第２エリアにおいて前記作業者を検出した場合、前記ロボットが実行している作業を継続する、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項25】

請求項２４に記載のロボットシステムを用いて物品の製造を行うことを特徴とする物品の製造方法。

【請求項26】

請求項１から２５のいずれか１項に記載の制御方法をコンピュータにより実行可能な制御プログラム。

【請求項27】

請求項２６に記載の制御プログラムを格納した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、作業効率の向上を目的に工場においてロボット装置が用いられている。中でもロボット装置の周囲の安全性を確保することで、作業者と協働して作業を行うことが可能な協働ロボットの需要が高まっている。このような協働ロボットは、ロボット装置と作業者との間で、物品の製造を行うためのワークといった物の受け渡し等、ロボット装置と作業者とがやりとりを行う作業がある。上記のような作業を行う際、下記の特許文献１では、ロボット装置により、センサが設けられている受渡部にワーク一度載置し、受渡部から作業者がワークを受け取っている。また、作業者が受渡部からワークを取り出す際、受渡部のセンサが作業者を検知し、ロボット装置の動作を制限している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－１８０７２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら特許文献１に記載の方法では、ロボット装置によりワークを一度受渡部に載置してから作業者が受け取っているため、作業効率が落ちるという課題がある。

【0005】

また、受渡部でしかワークを受け取ることができないため、作業中の作業者の移動量が多くなり、さらに作業効率が落ちてしまう。

【0006】

上記課題を鑑み、本願発明は、作業効率を向上させるロボットシステムの制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために本発明においては、ロボットと、作業者を検出するセンサと、前記ロボットを制御する制御装置と、を備えたロボットシステムの制御方法であって、前記制御装置は、前記センサにより第２エリアより前記ロボットに近い第１エリアにて前記作業者を検出した場合、前記ロボットの所定部位を前記作業者に接近させるように制御し、前記センサにより前記第２エリアにおいて前記作業者を検出した場合、前記ロボットが実行している作業を継続する、ことを特徴とする制御方法を採用した。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、作業効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態におけるロボットシステム１００の概略図である。

【図2】実施形態におけるロボットシステム１００の制御ブロック図である。

【図3】実施形態におけるフローチャートである。

【図4-1】図３における状態図である。

【図4-2】図３における状態図である。

【図5】実施形態の変形例における状態図である。

【図6】実施形態におけるロボットシステム１００の概略図である。

【図7】実施形態におけるフローチャートである。

【図8】図７における状態図である。

【図9】実施形態におけるロボットシステム１００の概略図である。

【図10】実施形態におけるフローチャートである。

【図11】図１０における状態図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す構成はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。

【0011】

（第１の実施形態
図１は、本実施形態におけるロボットシステム１００を示した概略図である。図１（ａ）はＸＹＺ座標系のＸＺ平面の平面図である。図１（ｂ）はＸＹＺ座標系のＹＺ平面の平面図である。なお以下の図面において、図中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚはロボットシステム１００全体の座標系を示す。一般に、ロボット装置を用いたロボットシステムでは、ＸＹＺ３次元座標系は、設置環境全体のグローバル座標系の他に、制御の都合などによって、ロボットハンド、指部などに関して適宜ローカル座標系を用いる場合がある。本実施形態ではロボットシステム１００全体の座標系をＸＹＺ、ローカル座標系をｘｙｚで表すものとする。

【0012】

図１に示すように、ロボットシステム１００は、多関節のロボットアーム本体２００、ロボットハンド本体３００、ロボット装置全体の動作を制御する制御装置４００を備えている。また、制御装置４００に教示データを送信する教示装置としての外部入力装置５００を備えている。外部入力装置５００の一例としてティーチングペンダントが挙げられ、作業者６００がロボットアーム本体２００やロボットハンド本体３００の位置を指定するのに用いる。

【0013】

本実施形態では、エンドエフェクタとしてロボットアーム本体２００の先端部に設けられるものが、ロボットハンド本体３００である場合について説明するが、これに限定するものではなく、ツール等であってもよい。

【0014】

ロボットアーム本体２００のリンク２０１は、基台２１０に設けられている。またロボットアーム本体２００は、複数の関節、例えば３つの関節（３軸）を有している。ロボットアーム本体２００は、各関節Ｊ１～Ｊ３を各回転軸まわりにそれぞれ回転駆動させる複数（３つ）のモータ２１１～２１３を有している。

【0015】

また、モータ２１１～２１３を制御するためのアームモータドライバ２４０を基台２１０の内部に備えている。なお、本実施形態では基台２１０にアームモータドライバ２４０が設けられる形態を例に取り説明するが、各モータ２１１～２１３、または制御装置４００にアームモータドライバ２４０が設けられていても良い。

【0016】

ロボットアーム本体２００は、複数のリンク２０１、２０２、ロボットハンド本体３００が各関節Ｊ１～Ｊ３で回転可能に連結されている。ロボットアーム本体２００の基端側となる基台２１０から、先端側となるロボットハンド本体３００に向かって、リンク２０１、２０２が順に直列に連結されている。

【0017】

同図より、ロボットアーム本体２００の基台２１０とリンク２０１はＸ軸周りの矢印方向で回転する関節Ｊ１で接続されている。リンク２０１は不図示の伝達機構によりモータ２１１の回転が伝達され、図の矢印方向のＸ軸周りに回転することができる。

【0018】

ロボットアーム本体２００のリンク２０１とリンク２０２はＹ軸周りの矢印方向で回転する関節Ｊ２で接続されている。リンク２０２は不図示の伝達機構によりモータ２１２の回転が伝達され、図の矢印方向のＹ軸周りに回転することができる。

【0019】

ロボットアーム本体２００のリンク２０２とロボットハンド本体３００はＸＺ平面の所定の軸周りの矢印方向で回転する関節Ｊ３で接続されている。ロボットハンド本体３００は不図示の伝達機構によりモータ２１３の回転が伝達され、図の矢印方向の軸周りに回転することができる。

【0020】

ロボットハンド本体３００は、部品やツール等の対象物を把持するものである。本実施形態のロボットハンド本体３００は不図示の駆動機構により指部を開閉し、作業台７００に載置されたワークＷの把持ないし開放を行う。ワークＷをロボットアーム本体２００に対して相対的に変位させないように把持できれば良い。

【0021】

以上によりロボットアーム本体２００は、可動範囲の中であれば、任意の３次元位置で任意の３方向の姿勢に、ロボットアーム本体２００のエンドエフェクタ（ロボットハンド本体３００）を所定の方向に向けることができる。ロボットアーム本体２００によりロボットハンド本体３００を任意の位置に動作させ、所望の作業を行わせることができる。所望の作業とは例えば、ワークＷを把持し、所定のワークに組み付け、物品の製造、ワークＷを作業者６００に渡す等の作業である。

【0022】

つまり、ロボットハンド本体３００が物体を把持している状態であるか物体を把持していない状態であるかにかかわらず、エンドエフェクタであるロボットハンド本体３００を手先という。

【0023】

なおロボットハンド本体３００は、例えば空気圧駆動のエアハンドなどのエンドエフェクタ等であっても良い。またロボットハンド本体３００は、リンク２０２に対してビス止めなどの半固定的な手段によって装着されるか、あるいは、ラッチ止めなどの着脱手段によって装着可能であるものとする。特に、ロボットハンド本体３００が着脱可能である場合は、ロボットアーム本体２００を制御して、ロボットアーム本体２００自身の動作によって供給位置に配置された複数種類のロボットハンド本体３００を着脱ないし交換する方式も考えられる。

【0024】

次に、本実施形態におけるエリアセンサ８００について、図１（ａ）（ｂ）を用いて説明する。図１（ｂ）より、エリアセンサ８００は、非接触且つリアルタイムで、ロボットアームシステム１００の周囲の作業者６００の位置を検出し、制御装置４００へ作業者６００の位置情報を送信する。

【0025】

エリアセンサ８００は、図１（ｂ）エリア８０１～８０３をカバーできるように放射状に不可視の光を出力しており、出力された光を作業者６００が遮ることで作業者６００の位置を検出する。

【0026】

また、エリアセンサ８００は検出した作業者６００の位置に基づいて、作業者６００がエリア８０１～８０３の内どのエリアに存在しているのか判定し、判定した結果を制御装置４００に送信する。本実施形態ではエリアセンサ８００により作業者６００がどのエリアに存在するか判定するが、制御装置４００により判定させても良い。また本実施形態ではエリア８０１をロボットシステム１００を停止させるエリア、エリア８０２を作業者６００とロボットシステム１００とが協働するエリア、エリア８０３を作業者６００を検出するエリアとして処理する。各エリアの詳細に関しては後述する。

【0027】

図２は、本実施形態におけるロボットシステム１００の構成を示すブロック図である。制御装置４００は、コンピュータで構成されており、制御部（処理部）としてのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）４０１を備えている。

【0028】

また制御装置４００は、記憶部として、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）４０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）４０３、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）４０４を備えている。また、制御装置４００は、記録ディスクドライブ４０５を備え、バス４１０、各種のインタフェース４０６～４０９、４１１～４１３を介して各機器と通信可能に接続される。

【0029】

ＣＰＵ４０１には、ＲＯＭ４０２、ＲＡＭ４０３、ＨＤＤ４０４、記録ディスクドライブ４０５、各種のインタフェース４０６～４０９、４１１～４１３が、バス４１０を介して接続されている。

【0030】

ＲＯＭ４０２には、ＣＰＵ４０１に、演算処理を実行させるためのプログラム４３０が格納されている。ＣＰＵ４０１は、ＲＯＭ４０２に記録（格納）されたプログラム４３０に基づいてロボット制御方法の各工程を実行する。

【0031】

ＲＡＭ４０３は、ＣＰＵ４０１の演算処理結果等、各種データを一時的に記憶する記憶装置である。ＨＤＤ４０４は、ＣＰＵ４０１の演算処理結果や外部から取得した各種データ等を記憶する記憶装置である。

【0032】

記録ディスクドライブ４０５は、記録ディスク４３１に記録された各種データやプログラム等を読み出すことができる。

【0033】

外部入力装置５００はインタフェース４０６に接続されている。ＣＰＵ４０１はインタフェース４０６及びバス４１０を介して外部入力装置５００からの教示データの入力を受ける。

【0034】

アームモータドライバ２４０は、インタフェース４０９に接続されている。ＣＰＵ４０１は、各関節の指令値のデータを所定時間間隔でバス４１０及びインタフェース４０９を介してアームモータドライバ２４０に出力する。

【0035】

同様にロボットハンド本体３００の駆動を行う不図示のモータおよびモータドライバも、インタフェース４１１に接続され、バス４１０を介してＣＰＵ４０１と通信可能に設けられている。ＣＰＵ４０１は、各指部の指令値のデータを所定時間間隔でバス４１０及びインタフェース４１１を介してロボットハンド本体３００に出力する。

【0036】

インタフェース４０７には、モニタ４２１が接続されており、モニタ４２１には、ＣＰＵ４０１の制御の下、各種画像が表示される。インタフェース４０８は、書き換え可能な不揮発性メモリや外付けＨＤＤ等の記憶部である外部記憶装置４２２が接続されている。

【0037】

なお本実施形態では、コンピュータ読み取り可能な記録媒体がＨＤＤ４０４であり、ＨＤＤ４０４にプログラム４３０が格納される場合について説明するが、これに限定するものではない。プログラム４３０は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。

【0038】

例えば、プログラム４３０を供給するための記録媒体としては、ＲＯＭ４０２、記録ディスク４３１、外部記憶装置４２２等を用いてもよい。具体例を挙げて説明すると、記録媒体として、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、磁気テープ、不揮発性メモリ、ＲＯＭ等を用いることができる。

【0039】

また説明は省略するが、各関節Ｊ１～Ｊ３には、各関節の回転位置を検出するエンコーダと、各関節にかかるトルクを検出するトルクセンサとが一体となったセンサ部２２１～２２３が設けられている。上述したセンサ部２２１～２２３は、インタフェース４１３及びバス４１０を介してＣＰＵ４０１と通信可能な構成となっている。ＣＰＵ４０１は、各センサ部２２１～２３３からの検出値を用いて、各リンクの位置をフィードバック制御することができる。またトルクセンサにより作業者の６００がロボットアーム本体２００またはロボットハンド本体３００に接触した際に各関節にかかるトルクを検出することで、作業者６００との接触を検出することができる。

【0040】

次に本実施形態における制御フローについて図３、図４を用いて詳述する。図３は本実施形態における制御フローを表したフローチャートである。図４は図３のフローチャートの各ステップにおけるロボットシステム１００と作業者６００の状態図である。実施形態ロボットシステム１００は、作業者６００の位置によって作業１、作業２を選択的に実行する。作業１は、ワークＷを組立て、もしくはツールなどにより加工し、物品Ｍを製造する作業である。作業２は、製造した物品Ｍを作業者６００に受け渡す作業である。また図３を用いて述べる制御フローは、ロボットシステム１００がワークＷに対して組立てや加工などを行い物品Ｍの製造を行っている最中に実行されるものとする。

【0041】

図３より、まずＳ１０１にてエリア８０１に作業者６００が存在しているかどうか検出する。エリア８０１はロボットシステム１００のすぐ近くのエリアであるため、ロボットシステム１００の動作によっては作業者６００に危険が及ぶ場合がある。そのためＳ１０１：ＹＥＳにより、エリア８０１にて作業者６００の検出がされた場合は、Ｓ１０２に進み、即座にロボットシステム１００を停止し、ロボットシステム１００による作業を中止する（図４－１（ａ））。これにより作業者６００の安全を確保する。

【0042】

Ｓ１０１：ＮＯより、エリア８０１にて作業者６００が検出されなければ、Ｓ１０３に進み、エリア８０２に作業者６００が存在しているかどうか検出する。エリア８０２は、作業者６００の安全が確保されつつ、ロボットシステム１００と作業者６００とが協働するエリアである。よってＳ１０３：ＹＥＳより、エリア８０２にて作業者６００を検出するとＳ１０４に進む。

【0043】

Ｓ１０４では、作業者６００に受け渡す物品Ｍが出来ているか判定する。Ｓ１０４：ＮＯより物品Ｍが無い場合は後述するＳ１０８に進む。Ｓ１０４：ＹＥＳより物品Ｍが出来ている場合はＳ１０５に進む。

【0044】

Ｓ１０５では、ロボットハンド本体３００により物品Ｍを把持し、ロボットシステム１００の各関節を所定の速度で動作させ、作業者６００にロボットシステム１００の所定の部位となるロボットハンド本体３００を接近させる（図４－１（ｂ））。また、接近を行う際はセンサ部２２１～２２３のトルクセンサの検出値を各関節の制御にフィードバックする力制御を実行する。こうすることでエリア８０２のどの位置に作業者６００が存在していても物品Ｍを受け渡すことができる。受け渡しの際は、所定の条件、例えばセンサ部２２１～２２３のトルクセンサにて物品Ｍを作業者６００が受け取ろうとするときに生じる力の変化を検出することで物品Ｍの受け渡しがなされたかどうか判定する。

【0045】

作業者６００へ物品Ｍの受け渡しが行われた、と判定するとＳ１０６に進み、現在時点の製造が完了した物品Ｍを全て作業者６００に受け渡したかどうか判定する。Ｓ１０６：ＮＯであれば、Ｓ１０５の直前に戻り、物品Ｍの受け渡しを継続する。Ｓ１０６：ＹＥＳであればＳ１１０に進む。

【0046】

Ｓ１０３：ＮＯより、エリア８０２にて作業者６００が検出されなければ、Ｓ１０７に進み、エリア８０３に作業者６００が存在しているかどうか検出する。Ｓ１０７：ＹＥＳよりエリア８０３で作業者６００を検出すれば、Ｓ１０８に進む。

【0047】

エリア８０３は、ロボットシステム１００に対して、ロボットシステム１００が作業者６００の検出を行うことができる範囲の内、作業者６００と協働を行うエリアよりも遠いエリアである。よって、作業者６００が比較的近い位置にはいるが、作業者６００とは協働することができないアリアとなる。そのため、Ｓ１０８では作業者６００の安全性を確保しつつワークＷの作業を進めて効率化をはかるべく、ロボットアーム本体２００の各関節を所定の速度以下で動作させワークＷに対する組立てや加工を行う（図４－２（ｃ））。同様にＳ１０４：ＮＯであればＳ１０８にて所定の速度以下で各関節を動作させ、ワークＷに対する作業を行う。Ｓ１０４に進んでいる時点で、エリアセンサ８００が作業者６００を検出できるエリア内に作業者６００が存在していると判定できるため、作業者６００の安全性を確保しつつワークＷの作業を行わせる。

【0048】

所定の速度とは万が一作業者６００にロボットアーム本体２００およびロボットハンド本体３００が接触しても作業者６００に危険が及ぶことが低減された速度である。こうすることで、作業者６００の安全性を確保しつつ、ワークＷに対する作業を行うことができる。そしてＳ１１０に進む。

【0049】

Ｓ１０７：ＮＯよりエリア８０３にて作業者６００が検出されなければ、エリア８０１、８０２、８０３で作業者６００が存在していないと判定でき、Ｓ１０９に進む。Ｓ１０９では、ロボットシステム１００の周りにおいて、作業者６００が存在していないと判定できるため、ワークＷに対する作業を所定の速度よりも高速で各関節を動作させて実行する（図４－２（ｄ））。各エリアにおいて作業者６００が存在していないため、作業者６００の安全を確保されており、ロボットシステム１００を高速で動作させることが可能となる。そしてＳ１１０に進む。

【0050】

Ｓ１１０では、あらかじめ定められた所定数、物品Ｍを製造したか判定する。所定数製造していなければ、Ｓ１１０：ＮＯよりＳ１０１の直前に戻り再度作業者６００の検出およびワークＷに対する作業を実行する。

【0051】

所定数、物品Ｍの製造が行われていれば、Ｓ１１０：ＹＥＳよりＳ１１１に進む。Ｓ１１１では物品Ｍが所定数、作業者６００に受け渡されたかどうか判定する。受け渡されていなければＳ１１１：ＮＯより、Ｓ１０１の直前に戻り、作業者６００の検出および物品Ｍの受け渡しを行う。所定数、物品Ｍを作業者６００に受け渡していればＳ１１１：ＹＥＳより制御フローを終了する。

【0052】

以上、本実施形態では、物品Ｍを受け渡すエリア（協働を行うエリア）となるエリア８０２のどの場所に作業者６００が居ても物品Ｍを受け渡すことができる。よってロボット装置と作業者とがやりとりを行う作業の作業効率を向上させることができる。また、ロボットハンド本体３００が作業者６００に接近するため、ワークの受け渡しに関して作業者６００の移動を低減することができ、さらに作業効率を向上させることができる。

【0053】

また、作業者６００がロボットシステム１００に比較的近い位置かつ、協働を行うことができない位置に居ても、ロボットシステム１００の動作速度を低減させることで、ワークＷに対する作業を行うことができ、作業効率を向上させることができる。

【0054】

また、ロボットシステム１００を停止させるエリア、ロボットシステム１００と作業者６００との協働を行うエリア、ロボットシステム１００の動作を制限させてワークＷに対する作業を行うエリア、とエリアを複数設定している。このようにエリアを複数用意することで、作業者６００が存在する場所に合わせて適切な動作をロボットシステム１００に行わせることができ、作業者６００の安全の確保及び作業効率の向上を図ることができる。

【0055】

また本実施形態の変形例を図５に示す。図５のロボットシステム１００は、所定数物品Ｍを載置することが可能な台車９００を備えている。図５（ａ）より、ロボットアーム本体２００は、上述したように作業者６００の安全が確保されている場合、ワークＷに対する作業を行う。そして、製造された物品Ｍは台車９００に載置していく。

【0056】

そして、所定数物品Ｍが台車９００に載置され、作業者６００をエリア８０２にて検出すると、図５（ｂ）のようにロボットアーム本体２００が台車９００を作業者６００に向けて接近させる。こうすることで、製造された物品Ｍをまとめて作業者６００に受け渡すことができるので、さらなる作業効率の向上を図ることが可能となる。

【0057】

台車９００に荷重を検出できるセンサを搭載し、制御装置４００と無線通信可能に構成することで、物品Ｍの有無を検出して制御装置４００に送信することができ、物品Ｍの受け渡しが実行されたかを確認することができる。また、台車９００に受渡完了スイッチを搭載し、物品Ｍの受け渡しが完了すれば、作業者６００に受渡完了スイッチを押下させることで、物品Ｍの受け渡しの実行を確認しても良い。

【0058】

図３のフローチャートを用いて説明すると、Ｓ１０４にて物品Ｍが所定数、台車９００に載置されたか確認する。そして、Ｓ１０５にて台車９００を作業者６００に接近させておく。そしてＳ１０６にて物品Ｍの受け渡しが完了したかを、上述したセンサ、または受渡完了スイッチの押下により確認する。以上より台車９００を用いて物品Ｍの受渡の確認を行うことが可能となる。

【0059】

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、光学式のエリアセンサを用いて作業者の検出を行っていたがこれに限られない。例えば、撮像装置などを用いたビジョンセンサでも本発明は適用可能である。以下で詳述する。

【0060】

以下では、第１の実施形態とは異なるハードウェアや制御系の構成の部分について図示し説明する。また、第１の実施形態と同様の部分については上記と同様の構成ならびに作用が可能であるものとし、その詳細な説明は省略するものとする。

【0061】

図６は本実施形態におけるロボットシステム１００の概略図を示している。図６（ａ）はＸＹＺ座標系のＸＺ平面の平面図である。図６（ｂ）はＸＹＺ座標系のＹＺ平面の平面図である。第１の実施形態と異なる点は、ビジョンセンサ８１０が設けられている点である。

【0062】

図６（ａ）より、ビジョンセンサ８１０は、パン・チルト・ズームが可能なパンチルトカメラである。ビジョンセンサ８１０は、不図示の撮像部を、パン方向、チルト方向に駆動させることで撮像視点を変更し、作業者６００の検出を行うことができる。また画像処理により３次元計測を行うことで、作業者６００との距離を測定できるものとする。

【0063】

図６（ｂ）より、ビジョンセンサ８１０は、ロボットアーム２００に設けられており、エリア８０１～８０３における作業者６００の位置をリアルタイムで検出する。さらに画像処理を行うことで作業者６００の頭部や手の位置を検出し、制御装置４００へ送信するセンサである。

【0064】

次に本実施形態における制御フローについて図７、図８を用いて詳述する。図７は本実施形態における制御フローを表したフローチャートである。第１の実施形態と異なる点はＳ１０５の代わりにＳ２０５のステップが設計されている点である。図８はＳ２０５における状態図である。以下説明の簡略化のため、Ｓ２０５のみを詳述する。

【0065】

Ｓ２０５では、ビジョンセンサ８１０により、作業者６００の手の位置を検出する。そして作業者６００の手の近傍に物品Ｍが接近するようにロボットアーム本体２００を制御する（図８）。

【0066】

こうすることで、作業者６００が受け取りやすい位置に物品Ｍを接近させることができる。さらに、手を検出して接近させるので、作業者６００の頭部を避けてロボットハンド本体３００を作業者６００に接近させることができる。さらに作業者６００の安全を確保するならば、作業者６００の頭部もしくは顔を常に検出しておき、手が作業者６００の頭部もしくは顔に対して所定の距離以下まで接近した場合には、物品Ｍの受け渡しを中断する。これにより作業者６００の安全を確保することができる。

【0067】

（第３の実施形態）
上述した第１の実施形態、第２の実施形態では、ロボットアーム本体２００が伸長することで作業者６００に物品Ｍの受け渡しを行ったがこれに限られない。例えば、ロボットアーム本体２００にホイール等の移動機構を設け、ロボットアーム本体２００そのものが作業者６００に接近し、ワークの受け渡しを行ってもかまわない。以下で詳述する。

【0068】

以下では、第１の実施形態、第２の実施形態とは異なるハードウェアや制御系の構成の部分について図示し説明する。また、第１の実施形態、第２の実施形態と同様の部分については上記と同様の構成ならびに作用が可能であるものとし、その詳細な説明は省略するものとする。

【0069】

図９は本実施形態におけるロボットシステム１００の概略図を示している。図９（ａ）はＸＹＺ座標系のＸＺ平面の平面図である。図９（ｂ）はＸＹＺ座標系のＹＺ平面の平面図である。第１の実施形態と異なる点は、ロボットアーム本体２００にホイール２３０が設けられている点と、ビジョンセンサ８２０、ビジョンセンサ８２０が監視するエリア８０４が設けられている点である。

【0070】

図８（ａ）（ｂ）より、ビジョンセンサ８２０はビジョンセンサ８２０と同様に、パン・チルト・ズームが可能なパンチルトカメラである。ビジョンセンサ８２０は、不図示の撮像部を、パン方向、チルト方向に駆動させることで撮像視点を変更し、作業者６００の検出を行うことができる。また画像処理により３次元計測を行うことで、作業者６００との距離を測定できるものとする。エリア８０４は、ロボットアーム本体２００に対してエリア８０１～８０３よりも外側のエリアである。

【0071】

ホイール２３０は不図示のモータが設けられており、モータによりホイール２３０が駆動されることで、ロボットアーム本体２００が自走する。

【0072】

ここで、ロボットシステム２００によりワークＷへの作業中、エリア８０２に作業者６００の侵入が無く、所定数、物品Ｍの製造が完了し、台車９００に載置され、残す作業は、物品Ｍを作業者６００に受け渡す作業である場合を考える。その際、エリア８０２に作業者６００が侵入するのを待つよりかは、エリア８０４で作業者６００に受渡を行った方が良い。以下では、エリア８０４での物品Ｍの受け渡しについて詳述する。

【0073】

図１０は本実施形態における制御フローを表したフローチャートである。前提として、所定数、物品Ｍの製造が完了し、台車９００に載置され、残す作業は、物品Ｍを作業者６００に受け渡す作業であるものとする。

【0074】

まずＳ３０１より、ビジョンセンサ８２０により、エリア８０４に作業者６００が存在するかどうか判定する。エリア８０４に作業者６００が存在していない場合は、Ｓ３０１：ＮＯより、Ｓ３０２に進み、その場で所定時間待機し、再度Ｓ３０１にて作業者６００の検出を行う。

【0075】

エリア８０４で作業者６００を検出すれば、Ｓ３０１：ＹＥＳより、Ｓ３０３に進み、ロボットアーム本体２００を、ホイール２３０を用いて、作業者６００に接近させる。その際、ロボットハンド本体３００により台車９００もロボットアーム本体２００と共に作業者６００に接近させる。図１１はＳ３０３における状態図である。

【0076】

ロボットアーム本体２００と台車９００を接近させる際は、万が一作業者に接触しても怪我がないよう、所定の速度以下で接近させる。また、ビジョンセンサ８１０を用いて、接近により、作業者６００がエリア８０２に存在するように接近させ、エリア８０１に作業者６００が存在しないようにする。

【0077】

そしてＳ３０４で、製造した物品Ｍが全て作業者Ｍに受けわたされたか判定する。判定の方法は第１の実施形態と同様である。Ｓ３０４：ＮＯであれば、Ｓ３０５に進み、作業者６００の近辺で所定時間待機し、再度Ｓ３０４の直前まで戻り、物品Ｍが受け渡されたか判定する。

【0078】

物品Ｍが全て作業者６００に受け渡されれば、Ｓ３０４：ＹＥＳより、Ｓ３０６に進み、ワークＷの加工を行う作業台７００の近辺まで、ロボットアーム本体２００と台車９００とを戻し、フローを終了する。

【0079】

以上本実施形態により、さらに早く物品Ｍの受け渡しを作業者６００に行うことができるため、作業の効率化を図ることができる。また、複数のセンサを用いて作業者６００の検出を行うため、早めに作業者６００を検出することで、作業者６００の待ち時間が少ない、スムーズな受渡を実現できる。

【0080】

上述した種々の実施形態の処理手順は具体的には制御装置４００により実行されるものとして説明した。しかし、上述した機能を実行可能なソフトウェアの制御プログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体を外部入力装置５００に搭載させて実施しても良い。

【0081】

従って上述した機能を実行可能なソフトウェアの制御プログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体、通信装置は本発明を構成することになる。

【0082】

また、上記実施形態では、コンピュータで読み取り可能な記録媒体がＲＯＭ或いはＲＡＭであり、ＲＯＭ或いはＲＡＭに制御プログラムが格納される場合について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。

【0083】

本発明を実施するための制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。例えば、制御プログラムを供給するための記録媒体としては、ＨＤＤ、外部記憶装置、記録ディスク等を用いてもよい。

【0084】

（その他の実施形態）
また上述した種々の実施形態では、ロボットアーム本体２００が複数の関節を有する多関節ロボットアームを用いた場合を説明したが、関節の数はこれに限定されるものではない。ロボット装置の形式として、垂直多軸構成を示したが、パラレルリンク型など異なる形式の関節においても上記と同等の構成を実施することができる。

【0085】

また上述した種々の実施形態は、制御装置に設けられる記憶装置の情報に基づき、伸縮、屈伸、上下移動、左右移動もしくは旋回の動作またはこれらの複合動作を自動的に行うことができる機械に適用可能である。

【0086】

なお本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されない。例えば本発明のロボットシステムをアミューズメント分野で適用することも可能である。

【符号の説明】

【0087】

１００ ロボットシステム
２００ ロボットアーム本体
２０１～２０２ リンク
２１０ 基台
２１１～２１３ モータ
２２１～２２３ センサ
２３０ ホイール
３００ ロボットハンド本体
４００ 制御装置
５００ 外部入力装置
６００ 作業者
７００ 作業台
８００ エリアセンサ
８０１、８０２、８０３、８０４ エリア
９００ 台車

【図1】

【図2】

【図3】

【図4-1】

【図4-2】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】