JP2011051056A - 吊下げ型協調作業ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】人と共存、協調する作業場所に作業ロボットを投入する場合に、作業場所の近傍の床上の障害物があっても作業ロボットを配置することができ、その作業ロボットを配置した際に作業者の安全を確保することができ、しかも高精度の位置決めも作業命令の大規模な改変も必要としない作業ロボットを提供することにある。
【解決手段】撮像手段と、可動部を逆入力可能に駆動する関節を持つ少なくとも１本の作業腕と、前記作業腕を支持する胴部と、作業場所の天井又は壁に基部を着脱可能に固定されて吊り下げられるとともに先端部で前記胴部と前記撮像手段とを支持する支持部材と、前記撮像手段が撮像した画像に基づき前記作業場所での作業対象物と当該作業ロボットとの相対位置を認識し、その相対位置に基づき前記作業対象物に対する作業を前記作業腕に行わせる作動制御手段と、前記作業が人と共存、協調して行う作業であることを認識すると、前記作業腕の関節を作動させるモータの出力を低下させる出力制御手段と、を具えてなる吊下げ型作業ロボットである。
【選択図】図１

Description

本発明は、人と共存、協調することが予定されるロボット（以下、「協調作業ロボット」と呼ぶ。）に関し、特には、ロボットの支持のためのスペースを作業場所の床に確保する必要のない吊下げ型の協調作業ロボットに関するものである。

今日の産業用ロボットの多くは、高速化され、人では為し得ない重量物の移動や組立、悪環境での作業等に使用されている。一方、ヒューマノイドロボットのような自律形ロボットも進歩してきている。

それゆえ今後は、１人ないし数人の作業者が１つの製品を作り上げるセル生産の現場等に投入することが予定される協調作業ロボットが多くなると予想され、かかる協調作業ロボットに用いる作業ロボットとしては従来、例えば特許文献１記載の双腕ロボットのように、下半身に台車を具え、その台車で作業場所内の床上を簡便に移動することで、作業腕を持つ上半身を作業台上等の作業領域の近傍の作業位置に位置させることができるものが提案されている。

特開２００７−１１８１７６号公報

しかしながら、作業位置の近傍の床上には、作業者が用いる他の作業台や、無人搬送台車の走路等の障害物が存在する場合があり、上記特許文献１に記載されたように台車で床上を移動する作業ロボットを協調作業ロボットとして用いたのでは、それらの障害物が妨げになって作業位置に上半身を移動させられず、作業位置から作業領域に作業腕を伸ばして作業を行わせるのが困難な場合がある。

このため、支持位置を作業場所の床上に確保する必要がないように吊下げ型の作業ロボットを作業位置に配置してそこから作業腕を作業領域に伸ばさせることも考えられるが、作業者との干渉に対し防護柵なしで安全を確保する本質安全設計がなされていない従来の吊下げ固定型の産業用ロボットでは、協調作業ロボットとして作業場所に投入することは作業者の安全上の問題から難しい。

しかも上記吊下げ固定型の産業用ロボットや移動型作業ロボットも含めて従来の作業ロボットでは、作業領域やワークに対するロボットの位置決めが高精度になされることを前提に作業命令がプログラミングされているため、作業位置に大まかな位置決め状態で配置して作業させようとすると作業命令の大規模な改変が必要となり極めて困難である。

ところで、人と同様に胴部の左右に双腕を具え、人との共存・協調を前提に設計されたヒューマノイド型ロボットにおいては、上記の本質安全設計の観点および動作の教示の便宜から、外力で動かせる逆入力可能な構造の関節を持つものが知られている。

それゆえこの発明は、セル生産の現場等の人と共存、協調する作業場所に作業ロボットを投入する場合に、作業場所内の作業位置の近傍の床上に障害物があっても作業ロボットを作業位置に配置して作業させることができ、かつ上述したヒューマノイド型ロボットの本質安全設計の観点に鑑みて、その作業ロボットを作業位置に防護柵なしで配置しても作業者の安全を確保することができ、しかも作業場所への投入の際に高精度な位置決めも作業命令の大規模な改変も要しない協調作業ロボットを提供することを目的としている。

この発明は、上記課題を有利に解決するものであり、この発明の吊下げ型協調作業ロボットは、撮像手段と、可動部を逆入力可能に駆動する関節を持つ少なくとも１本の作業腕と、前記作業腕を支持する胴部と、作業場所の天井又は壁に基部を着脱可能に固定されて吊り下げられるとともに先端部で前記胴部と前記撮像手段とを支持する支持部材と、前記撮像手段が撮像した画像に基づき前記作業場所での作業対象物と当該協調作業ロボットとの相対位置を認識し、その相対位置に基づき前記作業対象物に対する作業を前記作業腕に行わせる作動制御手段と、前記作業が人と共存、協調して行う作業であることを認識すると、前記作業腕の関節を作動させるモータの出力を前記作業に必要な限度内で低下させる出力制御手段と、を具えてなるものである。

かかるこの発明の吊下げ型協調作業ロボットにあっては、作業場所の天井又は壁に基部を着脱可能に固定されて吊り下げられる支持部材が、その先端部で胴部と撮像手段とを支持し、その胴部が、可動部を逆入力可能に駆動する関節を持つ少なくとも１本の作業腕を支持し、作動制御手段が、撮像手段が撮像した画像に基づき作業場所での作業対象物と当該協調作業ロボットとの相対位置を認識し、その相対位置に基づき作業対象物に対する作業を作業腕に行わせ、そして出力制御手段が、その作業が人と共存、協調して行う作業であることを認識すると、作業腕の関節を作動させるモータの出力を低下させる。

従ってこの発明の吊下げ型協調作業ロボットによれば、セル生産の現場等の人と共存、協調する作業場所に協調作業ロボットを投入する場合に、支持部材を介して胴部を天井又は壁から吊下げてその胴部および作業腕を作業場所内の作業位置に配置するので、作業位置の近傍の床上に障害物があっても協調作業ロボットの作業腕を作業位置で作業させることができ、その作業腕が、可動部を逆入力可能に駆動する関節を持ち、また出力制御手段が、作業が人と共存、協調して行う作業であることを認識すると、作業腕の関節を作動させるモータの出力を低下させるので、協調作業ロボットを作業位置に防護柵なしで配置してその作業腕と作業者との間で接触が生じても作業者の安全を確保できる本質安全設計がなされており、しかも制御手段が、撮像手段が撮像した画像に基づき作業場所での作業対象物と当該協調作業ロボットとの相対位置を認識し、その相対位置に基づき作業対象物に対する作業を作業腕に行わせるので、投入の際に高精度な位置決めも作業命令の大規模な改変も要せず協調作業ロボットに作業を行わせることができる。

なお、この発明の吊下げ型協調作業ロボットにおいては、前記作業腕は、前記胴部の両側にそれぞれ設けられていても良い。このように胴部の両側にそれぞれ作業腕を具える双腕ロボットは、双腕の協調作動により、一方の腕でワークを保持するとともに他方の腕で工具を保持して加工を行ったり、両腕でそれぞれワークを保持してそれらを組み合わせることで製品の組立てを行ったりできるので、作業内容の自由度を高めることができる。

また、この発明の吊下げ型協調作業ロボットにおいては、前記撮像手段は、前記胴部の下端部に設けられ、前記胴部を介して前記支持部材で支持されていても良い。このように撮像手段が胴部の下端部に設けられていれば、作業場所のワークや工具等を撮像してそれらの位置や種類等を同定する際に、撮像手段が作業場所に近く、しかも支持部材や胴部が撮像の妨げにならないので、ワークや工具等を鮮明にかつ容易に撮像することができる。

さらに、この発明の吊下げ型協調作業ロボットにおいては、前記支持部材は、天井または壁にあらかじめ固定された取り付け部材に前記基部を着脱可能に装着されるものであっても良い。このように天井または壁にあらかじめ取り付け部材を固定しておいて、そこに支持部材の基部を固定するようにすれば、作業場所にいる作業者だけでは人手が不足している場合に協調作業ロボットを容易に投入でき、人手が余ったら協調作業ロボットを容易に取り外して収納したり別の作業場所に回したりすることができる。

さらに、この発明の吊下げ型協調作業ロボットにおいては、前記支持部材は、天井にあらかじめ形成された装着孔に装着具を介して前記基部を着脱可能に装着されるものであっても良い。このように天井にあらかじめ装着孔を形成しておいて、そこに装着具を介して支持部材の基部を固定するようにしても、作業場所にいる作業者だけでは人手が不足している場合に協調作業ロボットを容易に投入でき、人手が余ったら協調作業ロボットを容易に取り外して収納したり別の作業場所に回したりすることができる。

さらに、この発明の吊下げ型協調作業ロボットにおいては、前記支持部材は、伸縮可能なものであっても良い。このように支持部材を手動伸縮機構または電動伸縮機構等により伸縮可能に構成すれば、作業領域の変更に応じて協調作業ロボットの作業位置の高さや水平位置を容易に変更できるので、作業内容の変更の自由度を高めることができる。

さらに、この発明の吊下げ型協調作業ロボットにおいては、前記出力制御手段は、前記撮像手段が撮像した画像と、前記作業場所に設けられた作業者検知センサの出力信号との少なくとも一方に基づき、前記作業が人と共存、協調して行う作業であることを認識するものであっても良い。このように出力制御手段が、作業が人と共存、協調して行うものであることを、撮像手段が撮像した画像と、作業場所に設けられた作業者検知センサの出力信号との少なくとも一方に基づいて認識するようにすれば、その認識を自動的に行い得るので、例えば作業が人と共存、協調して行うものであることを出力制御手段に指示して認識させるスイッチと組み合わせた場合に、作業者がそのスイッチの操作を忘れた場合でもモータの出力が低下するので作業者の安全を確保することができる。

そして、この発明の吊下げ型協調作業ロボットにおいては、前記出力制御手段は、前記撮像手段が撮像した画像と、前記作業場所に設けられた作業者検知センサの出力信号との少なくとも一方に基づき、人体の少なくとも一部が前記作業腕またはその作業腕に設けられたエンドエフェクタと干渉する可能性のある位置にあることを認識すると、その干渉の可能性がなくなるまで、前記作業腕の関節を作動させるモータの出力を制御してその関節の作動を停止させるものであっても良い。このように出力制御手段が、撮像手段が撮像した画像と、作業場所に設けられた作業者検知センサの出力信号との少なくとも一方に基づいて、人体の少なくとも一部、例えば作業者の手等が作業腕またはその作業腕に設けられたハンド等のエンドエフェクタと干渉する可能性のある位置にあることを認識し、その干渉の可能性がなくなるまで、例えばロボットを、モータドライバの電源が切られ制御部のみ電源が入った休止状態、もしくは各関節の作動停止が保証された一旦停止状態（モータのサーボロック状態を含む）等とすることにより、作業腕の関節を作動させるモータの出力を制御して関節の作動を停止させるようにすれば、作業者の安全を確保しつつ、作業者と協調作業ロボットとの間での物の受け渡し等の、作業者と作業腕等との干渉の可能性がある作業を行うことができる。

この発明の一実施例としての吊下げ型協調作業ロボットが３台で、１台の台車型協調作業ロボットおよび２人の作業者と共存、協調して作業するセル生産現場の全体を示す正面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットの主要部を示す正面図，下面図，側面図および斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットの支柱基部を天井や壁面に固定する台座を示す分解斜視図および組み立て状態の斜視図である。 上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットの制御装置の一構成例を示すブロック線図である。 上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットが視覚系によって作業テーブル等の位置を認識する方法を示す説明図である。 上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットが２台（他の２台は休止状態もしくは一旦停止状態）で、２人の作業者と共存、協調して製品の組み立てを行うセル生産現場の全体を示す正面図である。 図６に示すセル生産現場において上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットが４台で、１人の作業者と共存、協調して行う作業状況を示す正面図である。 図１に示すセル生産現場に台車型の協調作業ロボットに替えて上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットを１台追加した場合の作業状況を示す正面図である。 図８に示すセル生産現場において上記実施例の４台の吊下げ型協調作業ロボットだけで作業を行う場合の作業状況を示す正面図である。 上記実施例の１台の吊下げ型協調作業ロボットと、２台の台車型協調作業ロボットと、１人の作業者とが作業テーブルを囲んで作業する状況を示す平面図である。 この発明の他の一実施例としての吊下げ型協調作業ロボットが２台で、１人の作業者と共存、協調して作業するセル生産現場の全体を示す透視図である。 （ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットの支柱基部の支持構造の一例を示す天井の断面図、支柱上部の部分断面図および支柱上部の斜視図である。 （ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットの支柱基部の支持構造の他の一例を示す天井の断面図、支柱上部の側面図および支柱上部の斜視図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づく実施例によって詳細に説明する。ここに、図１は、この発明の一実施例としての吊下げ型協調作業ロボットが３台で、１台の台車型協調作業ロボットおよび２人の作業者と共存、協調して作業するセル生産現場の全体を示す正面図、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットの主要部を示す正面図，下面図，側面図および斜視図、そして図３（ａ）および（ｂ）は、上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットの支柱基部を天井や壁面に固定する台座を示す分解斜視図および組み立て状態の斜視図である。

図１に示すセル生産現場は、作業場所としての作業室内の床面Ｆ上に３つの机Ｔ１〜Ｔ３を配置して具えており、左右の机Ｔ１，Ｔ３には２人の作業者Ｍ１，Ｍ２がそれぞれ配置されている。また、この作業室内の天井Ｃの中央部には、上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１が２台、着脱可能に固定され、さらにここでは、天井Ｃの側部の照明器具Ｌを避けるため、この作業室内の図１では右側の壁面Ｗに、上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１が１台着脱可能に固定され、そしてこの作業室内の図１では左端の机Ｔ１の横の床面Ｆ上には、先に本願出願人が特願２００８−１３１１５９号および特願２００８−２３３５３３号にて提案した台車型協調作業ロボットＲ２が配置されている。

台車型作業ロボットＲ２は、製品Ｇ１を構成する複数種類の部品を図示しない自動搬送台車上から取り上げて机Ｔ１上の作業領域に移送するとともに、検査が済んだ製品Ｇ１を机Ｔ１上の作業領域からその自動搬送台車上に移送し、また壁面Ｗに固定された吊下げ型協調作業ロボットＲ１は、もう１種類の製品Ｇ２を構成する複数種類の部品を図示しない自動搬送台車上から取り上げて机Ｔ３上の作業領域に移送するとともに、検査が済んだ製品Ｇ２を机Ｔ３上の作業領域からその自動搬送台車上に移送する。作業者Ｍ１は、机Ｔ１上の作業領域で、製品Ｇ１を構成する複数種類の部品を図示しないパレット上の所定位置にセットして中央の机Ｔ２上の作業領域に供給するとともに、組み立てられた製品Ｇ１の検査を行い、作業者Ｍ２は、机Ｔ３上の作業領域で、製品Ｇ２を構成する複数種類の部品を図示しないパレット上にセットして中央の机Ｔ２上の作業領域に供給するとともに、組み立てられた製品Ｇ２の検査を行う。そして天井Ｃから吊り下げられた中央の２台の吊下げ型作業ロボットＲ１はそれぞれ、作業者Ｍ１，Ｍ２から供給されたパレット上の部品を机Ｔ２上の作業領域で組み合わせて製品Ｇ１，Ｇ２を組み立てる。

上記のように作業者Ｍ１，Ｍ２と共存、協調して作業を行うため、この実施例の吊下げ型作業ロボットＲ１は各々、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、頭部に位置する撮像手段としての２台のテレビカメラ２と、２本の作業腕３と、それらの作業腕３を支持する胴部４とを有する倒立状態の上半身１と、その上半身１の胴部４の上端部から上方へ延在する支持部材としての支柱５とを具えている。２台のテレビカメラ２は互いに略同一方向へ向いて一緒に支持板６に固定され、その支持板６は、支持板６を水平なピッチ軸線Ｐ１周りに揺動させる首ピッチ軸駆動機構と、その首ピッチ軸駆動機構を鉛直なヨー軸線Ｙ１周りに回動させる首ヨー軸駆動機構とを有する２自由度の首部関節７を介して胴部４の下端部に取り付けられている。そして胴部４の上端部は、ヨー軸線Ｙ１周りに胴部４を回動させる胴部ヨー軸駆動機構を有する１自由度の胴部関節８を介して支柱５の下端部に取り付けられ、これにより支柱５はその下端部で、胴部４と２台のテレビカメラ２とを支持している。

また、２本の作業腕３は、胴部４の左右両側にそれぞれ設けられ、各作業腕３は、胴部４と作業腕３の上腕３ａとの間の肩関節１０と、上腕３ａと下腕３ｂとの間の肘関節１１と、下腕３ｂと図１に示すハンド９や工具等のエンドエフェクタとの間の手首関節１２とを有して、胴部４と異なり正立状態で配置されており、肩関節１０は、図２（ａ），（ｄ）に示すように、胴部４の左右に突設された略コ字状の二個の肩ブラケット１３にそれぞれ配置され、胴部４に対し作業腕３の全体をヨー軸線Ｙ２周りに相対的に左右に回動させる肩ヨー軸駆動機構と、胴部４に対し、そのヨー軸線Ｙ２と直交するピッチ軸線Ｐ２周りに作業腕３の全体を相対的に前後に傾動させる肩ピッチ軸駆動機構とを有している。

ここで、肩ブラケット１３の肩ヨー軸駆動機構支持面は、鉛直なヨー軸線Ｙ１に対して斜め下方に１５度傾いて配置されており、このため各ヨー軸線Ｙ２は、胴部４の上下方向に対して１５度傾いて、下方へ行くほど胴部４に近くなるように延在し、それに伴い、各ヨー軸線Ｙ２と直交する各ピッチ軸線Ｐ２も、床面に対して１５度傾いている。そして、作業腕３の上腕３ａは、下に下げた状態で肘関節１１に近い部分ほど胴部４に近くなるように傾いて延在している。この構成によれば、作業者Ｍ１，Ｍ２の横に位置する肘関節１１が、作業者Ｍ１，Ｍ２から離れており、しかも横に動かないので、作業者Ｍ１，Ｍ２が作業腕３と干渉する可能性を小さくすることができる。

さらに、各肘関節１１は、上腕３ａに対し下腕３ｂを、ピッチ軸線Ｐ２に平行なピッチ軸線Ｐ３周りに上下に傾動させる肘ピッチ軸駆動機構を有し、また各手首関節１２は、下腕３ｂに対してハンド９や工具等のエンドエフェクタをピッチ軸線Ｐ４周りに相対的に上下に傾動させる手首ピッチ軸駆動機構と、そのエンドエフェクタをピッチ軸線Ｐ４と直交するヨー軸線Ｙ３周りに相対的に左右に回動させる手首ヨー軸駆動機構と、下腕３ｂに対して手首ピッチ軸駆動機構および手首ヨー軸駆動機構をその下腕３ｂに沿って延在するロール軸線Ｒ周りにねじる手首ロール軸駆動機構とを有している。この結果として各作業腕３は６自由度を有し、これらピッチ軸、ヨー軸およびロール軸駆動機構の軸配置により、２本の作業腕３は特異点がなく自由な姿勢を作ることができる。なお、上記各関節のピッチ軸、ヨー軸およびロール軸の軸駆動機構は各々、周知のように例えばサーボモータ等のモータの出力回転を例えば商品名ハーモニックドライブ等の減速機で減速して出力する、逆入力可能な回動機構で構成されている。

さらに、この実施例の吊下げ型作業ロボットＲ１は各々、図３（ａ），（ｂ）に示すように、支柱５の上端側に位置する基部を天井Ｃや壁面Ｗに固定する台座１４を具えており、この台座１４は、支柱５の基部を昇降可能に支持して台座１４に対し伸縮可能とする筒状支持部１４ａと、筒状支持部１４ａの基端部を一体的に固定されたブラケット板１４ｂと、上半身１を人手で容易に昇降させ得るように、筒状支持部１４ａ内に収容されて支柱５の基部を上半身１および支柱５の重量と概ね釣り合う力で常時上向きに附勢する図示しないバランサスプリングと、上半身１の任意の昇降位置で例えばねじ部材の手動操作により支柱５の基部を締め付けて筒状支持部１４ａに固定する図示しないストッパとを有し、そのブラケット板１４ｂの四隅付近には長孔１４ｃが形成され、またブラケット板１４ｂの中央部には図示しない配線取り回し孔が形成されている。

この台座１４を天井Ｃや壁面Ｗに着脱可能に固定するためには、図１に示すように、あらかじめ天井Ｃや壁面Ｗに、取り付け部材としての取り付け板１５を図示しないアンカーボルト等で固定しておく。この取り付け板１５の四隅付近には、雌ねじを持つねじ孔１５ａが、ブラケット板１４ｂの四隅付近の長孔１４ｃと整列するように形成され、またこの取り付け板１５の中央部には、配線取り回し孔１５ｂが形成されており、台座１４を天井Ｃや壁面Ｗに固定する際には、図３（ａ）に示すようにブラケット板１４ｂの四隅付近の長孔１４ｃにそれぞれ挿通したボルト１６を図３（ｂ）に示すように取り付け板１５の四隅付近のねじ孔１５ａに締着して、吊下げ型作業ロボットＲ１が作業に都合良さそうな位置に概ね位置するように台座１４を取り付け板１５の適当な位置に装着し、また吊下げ型作業ロボットＲ１を天井Ｃや壁面Ｗから撤去する際には、それらのボルト１６を緩めて台座１４を取り付け板１５から取り外す。

そして３台の上記吊下げ型協調作業ロボットＲ１の各々の、２台のテレビカメラ２並びに、首部関節７、胴部関節８、肩関節１０、肘関節１１および手首関節１２の軸駆動機構には図示しない電気ケーブルが接続され、この電気ケーブルは、支柱５内を通って台座１４に至り、ブラケット板１４ｂの中央部の配線取り回し孔および取り付け板１５の中央部の配線取り回し孔１５ｂを通って天井Ｃおよび壁面Ｗの裏側に敷設されて、床面Ｆ上あるいは別の部屋に置いた図示しない制御装置に接続され、これにより２台のテレビカメラ２および各関節の軸駆動機構はその制御装置により給電および作動制御される。

なお、上記電気ケーブルは、ブラケット板１４ｂの中央部の配線取り回し孔および取り付け板１５の中央部の配線取り回し孔１５ｂ付近に位置する図示しないコネクタによって分離可能とされており、吊下げ型協調作業ロボットＲ１を天井Ｃや壁面Ｗに取り付ける際には、先にロボット側のコネクタと天井Ｃや壁面Ｗ側のコネクタとを接続し、その一方、吊下げ型協調作業ロボットＲ１を撤去しておく場合は、天井Ｃや壁面Ｗ側のコネクタを取り付け板１５の配線取り回し孔１５ｂ内に入れ、その配線取り回し孔１５ｂに蓋をしておくと好ましい。

図４は、この実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１の上述した制御装置の一構成例を示すブロック線図であり、この制御装置は、各々通常のマイクロコンピュータで構成された、作動制御手段としての作業対象物認識部２１および作動制御部２２と、これも各々通常のマイクロコンピュータで構成された、出力制御手段としての作業者認識部２３および出力制御部２４とを具え、その出力制御部２４は、各関節の各軸用のモータを駆動する図示しないモータドライバ回路を有している。

ここで、作業対象物認識部２１は、２台のテレビカメラ２が撮像する画像から、机Ｔ１〜Ｔ３、その机Ｔ１〜Ｔ３上のパレットＰや作業台ＷＴ、それらパレットＰや作業台ＷＴ上の製品Ｇ１，Ｇ２およびその部品、そして作業者Ｍ１，Ｍ２を、それらの輪郭からパターンマッチング等の画像処理によって認識するとともに、それらの三次元位置を三角測量や写真測量等の方法により計測して、２本の作業腕３をそれら机Ｔ１〜Ｔ３、その机Ｔ１〜Ｔ３上のパレットＰや作業台ＷＴ、製品Ｇ１，Ｇ２およびその部品の認識した種類および計測した位置を作動制御部２２に知らせ、作動制御部はそれらの種類および位置に応じて２本の作業腕３を適宜作動させ、上述した移送や組み立てを行う作動命令を出力制御部２４に出力する。

図５は、作業対象物としての、机Ｔ１〜Ｔ３と、その机Ｔ１〜Ｔ３上のパレットＰおよび作業台ＷＴとを識別して認識するとともにそれらの作業対象物の三次元位置および姿勢を計測する方法の一例を示し、ここでは、机Ｔ１〜Ｔ３およびパレットＰの四隅付近のうち少なくとも３箇所にクロスマークＣＭを、机Ｔ１〜Ｔ３の間およびそれらとパレットＰとの間で、机Ｔ１〜Ｔ３に例示する横の間隔ａと縦の間隔ｂとの組み合わせが互いに異なるように貼り付け、また円形の作業台ＷＴ上の、その作業台ＷＴと同心の円上の互いに周方向に等間隔な３箇所にクロスマークＣＭを、複数の作業台ＷＴ間で上記円の半径が異なるように貼り付け、それら作業対象物毎に独自の配置になるように貼り付けた３箇所以上のクロスマークＣＭの組を、各机Ｔ１〜Ｔ３、各パレットＰおよび各作業台ＷＴ毎に、あらかじめ吊下げ型協調作業ロボットＲ１の２台のテレビカメラ２で真上の所定位置から一度に撮像して、クロスマークＣＭの座標の組をマーカとして作業対象物認識部２１のデータベースに取り込んでおく。なお、作業対象物としての製品Ｇ１，Ｇ２およびその部品については、各製品Ｇ１，Ｇ２およびその部品毎に、あらかじめ吊下げ型協調作業ロボットＲ１の２台のテレビカメラ２で真上の所定位置から撮像して、画像処理により輪郭形状および寸法を作業対象物認識部２１のデータベースに取り込んでおく。

そして、実際の作業の際には、作業対象物認識部２１が、吊下げ型協調作業ロボットＲ１の２台のテレビカメラ２で撮像した各クロスマークＣＭの画像から例えば三角測量の方法により計測した各クロスマークＣＭの三次元座標を３個以上のクロスマークＣＭについて組み合わせ、その座標の組をデータベース内の元のクロスマークＣＭの座標の組と比較してパターンマッチングおよびパターン変形処理により、その撮像したクロスマークＣＭの組がどの作業対象物に貼られ、元のクロスマークＣＭの組からどのように変形しているかを調べることで、作業対象物の種類を識別するとともに、２台のテレビカメラ２に対するその作業対象物の距離および姿勢を計測し、これにより、図中Ｘ，Ｙで２次元分を示す各作業対象物の３次元直角座標系を、これも図中Ｘ，Ｙで２次元分を示す吊下げ型協調作業ロボットＲ１の３次元直角座標系に変換して作動制御部２２に出力し、作動制御部２２は、あらかじめ与えられた作業命令中のその作業対象物の位置および姿勢に上記計測で求められた位置および姿勢を当てはめて作業命令を出力する。また作業対象物としての各製品Ｇ１，Ｇ２およびその部品については、作業対象物認識部２１が、吊下げ型協調作業ロボットＲ１の２台のテレビカメラ２で撮像したそれらの画像からパターンマッチングおよびパターン変形処理により、作業対象物の種類、姿勢および、吊下げ型協調作業ロボットＲ１の３次元直角座標系での３次元座標を計測して作動制御部２２に出力し、作動制御部２２は、あらかじめ与えられた作業命令中のその作業対象物の位置および姿勢に上記計測で求められた位置および姿勢を当てはめて作業命令を出力する。

また、作業者認識部２３は、図４に示すように、作業者がＯＮ／ＯＦＦ操作するとＯＮの間は協調指示信号を出力する協調指示スイッチ２５に接続されるとともに、作業者検知サンサとして例えば光カーテン２６と感圧マット２７との少なくとも一方（図１の作業場所では図示しない感圧マット）と２台のテレビカメラ２とに接続されて、それらからの情報に基づき後述のように、実行する作業が作業者Ｍ１または作業者Ｍ２（人）と共存・協調して行う作業であるか否かを認識するとともに、作業者Ｍ１または作業者Ｍ２の人体の少なくとも一部が作業腕３と干渉する可能性のある位置にあるか否かを認識し、その結果、作業者Ｍ１または作業者Ｍ２が所定の作業位置に存在し、実行する作業が作業者Ｍ１または作業者Ｍ２（人）と共存・協調して行う作業であると認識した場合には、出力制御部２４に各関節の各軸用のモータＭを駆動する駆動電流を制限させて、作動制御部２２からの作動命令を実行可能な範囲でモータＭの出力を低下させ、また作業者Ｍ１または作業者Ｍ２の人体の少なくとも一部すなわち腕や手等が作業腕３またはエンドエフェクタと干渉する可能性のある位置にある場合には、その腕や手等が作業腕３から離れるように動いて干渉の可能性がなくなるまで、出力制御部２４に各関節の各軸用のモータＭを駆動する駆動電流を止めさせて、モータＭの作動を停止させる。

ここで、光カーテン２６は、吊下げ型協調作業ロボットＲ１と作業者Ｍ１またはＭ２との間の空間を挟む位置に立設される２本の柱２６ａ，２６ｂのうち、一方の柱２６ａに横向きかつ縦並びに埋設された多数の発光素子からの検出光を、他方の柱２６ｂに横向きかつ縦並びに埋設された多数の受光素子で受光してそれらの受光素子から信号を出力するもので、何れか所定数以上の受光素子が検出光を遮られて信号を出力しなくなったら、柱２６ａ，２６ｂ間に作業者Ｍ１もしくはＭ２の人体の一部すなわち手や腕等、または吊下げ型協調作業ロボットＲ１の作業腕３もしくはそこに装着されたハンド９や工具等が侵入したと判断できる。なお、吊下げ型協調作業ロボットＲ１と作業者Ｍ１またはＭ２との間に光カーテン２６を２台並べて、それらの光カーテン２６何れの受光素子が先に検出光を遮られたかにより、それらの光カーテン２６の間に吊下げ型協調作業ロボットＲ１が進入したのか作業者Ｍ１またはＭ２が侵入したのかを識別するようにしても良い。

また、感圧マット２７は、床面Ｆ上の作業者Ｍ１および作業者Ｍ２の各作業位置に敷設され、その感圧マット２７上の物体の重量を検出して信号を出力するもので、その信号から求まる重量が一般的な作業者の最低体重に相当する値、例えば３０ｋｇＷを超えるものであれば、作業者Ｍ１または作業者Ｍ２が所定の作業位置にいて、作業が人と共存、協調して行う作業であると判断できる。

そして２台のテレビカメラ２が出力する画像情報からは、パターンマッチングおよびパターン変形処理により作業者Ｍ１および作業者Ｍ２の腕や手の存在を検出できるので、その腕や手の、ロボット３次元直角座標系における座標を前述のようにして求めることで、その腕や手と、作業腕３やハンド９等のエンドエフェクタとの距離を計測でき、この計測結果に基づき、作業者Ｍ１または作業者Ｍ２の腕や手と作業腕３やハンド９等との間の距離が所定値以下に近づいたら作業腕３の各モータＭの作動を停止させることができる。また、代わりに作業者Ｍ１および作業者Ｍ２の腕または手の甲、服の袖や手袋等に３個以上のクロスマークＣＭの組を貼り付けて、作業対象物認識部２１に認識させたと同様にして作業者認識部２３に認識させておくことで、作業者の腕や手と作業腕３やハンド９等のエンドエフェクタとの距離を計測するようにしても良い。

従って、この実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１によれば、セル生産の現場等の人と共存、協調する作業場所に協調作業ロボットを投入する場合に、支柱５を介して上半身１を天井又は壁から吊下げて胴部４および作業腕３を作業場所内の作業位置に配置するので、作業位置の近傍の床面Ｆ上に机Ｔ２，Ｔ３等の障害物があっても協調作業ロボットＲ１の作業腕３を作業位置で作業させることができ、その作業腕３が、可動部を逆入力可能に駆動する関節７，８，１０，１１，１２を持ち、また出力制御手段として、作業者認識部２３が、作業が人と共存、協調して行う作業であることを認識すると、出力制御部２４が、作業腕３の関節を作動させるモータＭの出力を低下させるので、協調作業ロボットＲ１を作業位置に防護柵なしで配置してその作業腕３と作業者Ｍ１，Ｍ２との間で接触が生じても作業者Ｍ１，Ｍ２の安全を確保できる本質安全設計がなされており、しかも作動制御手段としての作動対象物認識部２１および作動制御部２２が、撮像手段としての２台のテレビカメラ２が撮像した画像に基づき作業場所での作業対象物としての製品Ｇ１，Ｇ２およびその部品と当該協調作業ロボットＲ２との相対位置を認識し、その相対位置に基づき製品Ｇ１，Ｇ２およびその部品に対する作業を作業腕３に行わせるので、投入の際に高精度な位置決めも作業命令の大規模な改変も要せず協調作業ロボットＲ１に作業を行わせることができる。

また、この実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１によれば、作業腕３が胴部４の両側にそれぞれ設けられていることから、その双腕３の協調作動により、一方の作業腕３でワークとしての製品や部品を保持するとともに他方の作業腕３で工具を保持して加工を行ったり、両方の作業腕３でそれぞれワークとしての部品を保持してそれらを組み合わせることで製品の組立てを行ったりできるので、作業内容の自由度を高めることができる。

さらにこの実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１によれば、撮像手段としての２台のテレビカメラ２は、胴部４の下端部に設けられ、胴部４を介して支柱５で支持されていることから、作業場所のワークや工具等を撮像してそれらの位置や種類等を認識する際に、テレビカメラ２が作業場所に近く、しかも支柱５や胴部４が撮像の妨げにならないので、ワークや工具等を鮮明にかつ容易に撮像することができる。

さらにこの実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１によれば、支柱５が、天井Ｃまたは壁Ｗにあらかじめ固定された取り付け板１５に基部５ａを着脱可能に装着されるので、作業場所にいる作業者だけでは人手が不足している場合に協調作業ロボットＲ１を容易に投入でき、人手が余ったら協調作業ロボットＲ１を容易に撤去して収納したり別の作業場所に回したりすることができる。

さらにこの実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１によれば、支柱５が手動操作により伸縮可能なものであることから、作業領域の変更に応じて協調作業ロボットＲ１の作業位置の高さや水平位置を容易に変更できるので、作業内容の変更の自由度を高めることができる。

さらにこの実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１によれば、作業者認識部２３が、２台のテレビカメラ２が撮像した画像と、作業場所に設けられた作業者検知センサとしての光カーテン２６や感圧マット２７の出力信号との冗長な手段に基づき、作業が人と共存、協調して行う作業であることを認識することから、その認識を自動的にかつ確実に行い得るので、作業が人と共存、協調して行うものであることを作業者認識部２３に指示して認識させる協調指示スイッチ２５を作業者Ｍ１，Ｍ２が操作し忘れた場合でも出力制御部２４がモータＭの出力を低下させて作業者Ｍ１，Ｍ２の安全を確保することができる。

そしてこの実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１によれば、作業者認識部２３が、２台のテレビカメラ２が撮像した画像と、作業場所に設けられた作業者検知センサとしての光カーテン２６の出力信号との少なくとも一方に基づき、人体の少なくとも一部が作業腕３またはそこに設けられたハンド９等のエンドエフェクタと干渉する可能性のある位置にあることを認識すると、その干渉の可能性がなくなるまで、出力制御部２４が、作業腕３の関節を作動させるモータＭの出力を停止させるので、作業者Ｍ１，Ｍ２の安全を確保しつつ、作業者Ｍ１，Ｍ２と協調作業ロボットＲ１との間での物の受け渡し等の、作業者Ｍ１，Ｍ２と作業腕３等との干渉の可能性がある作業を行うことができる。

なお、台車型協調作業ロボットＲ２は、この実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１の上半身１と実質的に同一の上半身１をその左右の作業腕３とともに正立させ、その胴部４の下端部を、支柱５を介して手押し式の台車１７で支持したものであり、かかる台車型協調作業ロボットＲ２も、床面Ｆ上に障害物があると任意の作業場所に上半身１を配置できない点を除けば、この実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１と同様の作用効果を奏するので、セル生産の現場等の人と共存、協調する作業場所に簡便に投入し得るとともに、その作業場所で安全に作業させることができる。

図６は、上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１が２台で、２人の作業者Ｍ１，Ｍ２と共存、協調して２種類の製品Ｇ１，Ｇ２の組み立てを行うセル生産現場の全体を示す正面図であり、図７は、図６に示すセル生産現場において上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１が４台で、１人の作業者Ｍ１と共存、協調して行う作業状況を示す正面図である。

すなわち、このセル生産現場では、図６に示すように、作業場所の天井Ｃから上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１が３台吊下げられるとともに、作業場所の左側の壁面Ｗから上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１が１台吊下げられていて、それらの吊下げ型協調作業ロボットＲ１のうちの中央の２台が２人の作業者Ｍ１，Ｍ２と共存、協調して作業する状態にあり、作業者Ｍ１，Ｍ２に近い残りの２台は、モータドライバの電源が切られ各制御部２１〜２４のみ電源が入った休止状態、もしくは各関節の作動停止が保証された一旦停止状態（サーボロック状態を含む）とされて、各関節の作動を停止している。

作業者Ｍ１は、複数種類の部品を、手押し式台車ＭＷを用いて搬入し、その台車ＭＷ上のパレットから複数種類の部品ＰＴを、床面Ｆ上に配置されたベルトコンベヤＶ上へ移送する。また作業者Ｍ２は、それらの部品ＰＴから組み立てられた２種類の製品Ｇ１，Ｇ２を、ベルトコンベヤＶ上から台車ＭＷ上へ移送し、その台車ＭＷを用いて搬出する。そして作業場所の中央の２台の吊下げ型協調作業ロボットＲ１のうち左側の１台は、図では左方から右方へベルトが移動するベルトコンベヤＶ上で上記複数種類の部品ＰＴを組み合わせて２種類の製品Ｇ１，Ｇ２を組み立て、右側の１台は、それらの製品Ｇ１，Ｇ２の検査を行う。そしてその組立てや検査動作の際に各吊下げ型協調作業ロボットＲ１は、作業者Ｍ１または作業者Ｍ２の腕や手が所定距離以内に近づいたことを、２台のテレビカメラ２が撮像した画像で認識すると、作業腕３の作動を停止して、作業者Ｍ２の腕や手がその所定距離よりも離れるのを待機する。

作業者Ｍ１がこのセル生産状態から別の生産現場へ移動する必要が生じるとともに製品Ｇ１，Ｇ２の生産量の増加の必要が生じた場合には、図７に示すように、休止状態もしくは一旦停止状態とされていた残りの２台の吊下げ型協調作業ロボットＲ１も作業状態とされる。ここで、壁面Ｗから吊下げられた１台の吊下げ型協調作業ロボットＲ１は、作業者Ｍ１が別の生産現場への移動前に支柱５を水平に伸ばしておいたため、床面Ｆ上に配置されたベルトコンベヤＶに上半身１が近づけられている。

これにより、壁面Ｗから吊下げられた１台の吊下げ型協調作業ロボットＲ１は、無理なく作業者Ｍ１の代わりに、図示しない自動搬送台車から複数種類の部品ＰＴをベルトコンベヤＶ上へ移送する。また作業者Ｍ２は、それらの部品ＰＴから組み立てられた２種類の製品Ｇ１，Ｇ２を、手押し式の台車ＭＷを用いて搬出する。そして作業場所の中央の２台の吊下げ型協調作業ロボットＲ１のうち左側の１台は、図では左方から右方へベルトが移動するベルトコンベヤＶ上で上記複数種類の部品ＰＴを組み合わせて２種類の製品Ｇ１，Ｇ２を組み立て、右側の１台は、それらの製品Ｇ１，Ｇ２の検査を行う。さらに作業場所の右端の１台の吊下げ型協調作業ロボットＲ１は、作業者Ｍ２が作業の開始前に図６に示すように手を掛けて、図７に示すように支柱５を下方へ伸ばしておいたため、ベルトコンベヤＶに近い作業位置で製品Ｇ１，Ｇ２を無理なくベルトコンベヤＶ上から台車ＭＷ上へ移送する。そしてその移送動作の際に吊下げ型協調作業ロボットＲ１は、作業者Ｍ２の腕や手が所定距離以内に近づいたことを、２台のテレビカメラ２が撮像した画像で認識すると、作業腕３の作動を停止して、作業者Ｍ２の腕や手がその所定距離よりも離れるのを待機する。

従って、この実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１によれば、図６，７に示すようなセル生産現場で、作業者と共存、協調しつつ、作業者の人数の増減や生産量の増減に対応してセル生産作業を実施することができる。

図８は、図１に示すセル生産現場に台車型の協調作業ロボットに替えて上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１を１台追加した場合の作業状況を示す正面図、また図９は、図８に示すセル生産現場において上記実施例の４台の吊下げ型協調作業ロボットＲ１だけで組立作業を行う場合の作業状況を示す正面図である。

すなわち、このセル生産現場では、図８に示すように、作業場所の天井Ｃから上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１が２台吊下げられるとともに、作業場所の左側および右側の壁面Ｗから上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１が１台ずつ吊下げられていて、それらの吊下げ型協調作業ロボットＲ１のうちの中央の２台および右側の１台が、２人の作業者Ｍ１，Ｍ２と共存、協調して作業する状態にあり、左側の１台は上述した休止状態もしくは一旦停止状態とされている。またここでは、図１に示す状態から机Ｔ１が除かれ、左側の壁面Ｗに沿って部品棚Ｓが設けられている。

作業者Ｍ１は、製品Ｇ１を構成する複数種類の部品ＰＴを部品棚Ｓから取り出して図示しないパレット上の所定位置にセットし、そのパレットを中央の机Ｔ２上の作業領域に移送するとともに、検査が済んだ製品Ｇ１を机Ｔ２上の作業領域から図示しない自動搬送台車上に移送し、また右側の壁面Ｗに固定された吊下げ型協調作業ロボットＲ１は、もう１種類の製品Ｇ２を構成する複数種類の部品を図示しない自動搬送台車上から取り上げて机Ｔ３上の作業領域に移送するとともに、検査が済んだ製品Ｇ２を机Ｔ３上の作業領域からその自動搬送台車上に移送する。作業者Ｍ１は、机Ｔ２上の作業領域で、製品Ｇ１を構成する複数種類の部品を図示しないパレット上の所定位置にセットするとともに、組み立てられた製品Ｇ１の検査を行い、作業者Ｍ２は、机Ｔ３上の作業領域で、製品Ｇ２を構成する複数種類の部品を図示しないパレット上にセットするとともに、組み立てられた製品Ｇ２の検査を行う。そして天井Ｃから吊り下げられた中央の２台の吊下げ型作業ロボットＲ１のうち右側の１台は、机Ｔ３上から机Ｔ２上へ上記パレットを移送し、左側の１台は、作業者Ｍ１および右側の吊下げ型作業ロボットＲ１から供給されたパレット上の部品を机Ｔ２上の作業領域で組み合わせて製品Ｇ１，Ｇ２を組み立てる。かかる配置により、作業場所の床面Ｆ上の左側部分に例えば作業者Ｍ３や自動搬送台車等のための通路を形成することができる。

作業者Ｍ１，Ｍ２が２人ともこのセル生産状態から別の生産現場へ移動する必要が生じた場合には、図９に示すように、机Ｔ１が図１におけると同様の位置に戻され、休止状態もしくは一旦停止状態とされていた残りの１台の吊下げ型協調作業ロボットＲ１も作業状態とされる。ここで、その休止状態もしくは一旦停止状態であった、左側の壁面Ｗから吊下げられた１台の吊下げ型協調作業ロボットＲ１は、作業者Ｍ１が別の生産現場への移動前に支柱５を水平に伸ばしておいたため、戻された机Ｔ１に上半身１が近づけられている。

これにより、左側の壁面Ｗから吊下げられた１台の吊下げ型協調作業ロボットＲ１は、作業者Ｍ１の代わりに、製品Ｇ１を構成する複数種類の部品ＰＴを部品棚Ｓから取り出して、机Ｔ１上の作業領域でその複数種類の部品ＰＴを図示しないパレット上の所定位置にセットし、そのパレットを中央の机Ｔ２上の作業領域に移送するとともに、机Ｔ２上の作業領域から机Ｔ１上の作業領域へ組み立てられた製品Ｇ１を移送してその製品Ｇ１の検査を行い、検査が済んだ製品Ｇ１を机Ｔ２上の作業領域から図示しない自動搬送台車上に移送する。また右側の壁面Ｗに固定された吊下げ型協調作業ロボットＲ１は、もう１種類の製品Ｇ２を構成する複数種類の部品を図示しない自動搬送台車上から取り上げて机Ｔ３上の作業領域に移送するとともに、組み立てられた製品Ｇ２の検査を行い、検査が済んだ製品Ｇ２を机Ｔ３上の作業領域からその自動搬送台車上に移送する。そして天井Ｃから吊り下げられた中央の２台の吊下げ型作業ロボットＲ１のうち右側の１台は、机Ｔ３上の作業領域で、製品Ｇ２を構成する複数種類の部品を図示しないパレット上にセットして、机Ｔ３上から机Ｔ２上へそのパレットを移送し、左側の１台は、左側の壁面Ｗおよび右側の天井Ｃからそれぞれ吊下げられた２台の吊下げ型協調作業ロボットＲ１から供給されたパレット上の部品を机Ｔ２上の作業領域で組み合わせて製品Ｇ１，Ｇ２を組み立てる。

従って、この実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１によれば、図８，９に示すようなセル生産現場で、作業者と共存、協調しつつ、作業者の人数の増減や作業設備のレイアウトの変更に対応してセル生産作業を実施することができる。そして図９に示すように、作業場所に作業者がいず、作業者認識部２３が、作業者と共存、協調して作業を行う場合でないと認識し、吊下げ型協調作業ロボットＲ１だけで作業を行う場合には、作業者認識部２３は、出力制御部２４にモータ出力の制限を行わせず、これにより吊下げ型協調作業ロボットＲ１は、作業者と共存、協調して作業を行う場合のモータ出力の制限中よりも作業速度を速めたりより重いものを扱ったりすることができる。

図１０は、上記実施例の１台の吊下げ型協調作業ロボットＲ１と、前述した２台の台車型協調作業ロボットＲ２と、１人の作業者Ｍ４とが作業テーブルＴ４を囲んで作業する状況を示す平面図であり、このように作業テーブルＴ４が壁面Ｗに接して配置されていて、床面Ｆ上で作業テーブルＴ４と壁面Ｗとの間に作業ロボットの配置スペースが存在しない場合でも、この実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１によれば、その作業テーブルＴ４上の作業領域に２本の作業腕３を配置して、他の台車型協調作業ロボットＲ２や作業者Ｍ４と共存、協調し、工数のかかる作業を効率的に実施したり、１つの作業対象物に対して集団作業を行ったりすることができる。

図１１は、この発明の他の一実施例としての２台の吊下げ型協調作業ロボットＲ１が作業者Ｍ５と共存、協調して作業するセル生産現場の全体を示す透視図、また図１２（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記実施例の２台の吊下げ型協調作業ロボットＲ１の支柱５の支持構造の一例を示す天井Ｃの断面図、支柱上部の部分断面図および支柱上部の斜視図、そして図１３（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１の支柱５の支持構造の他の一例を示す天井Ｃの断面図、支柱上部の側面図および支柱上部の斜視図である。なお、図中先の実施例と同様の部分はそれと同一の符号にて示す。

図１１に示すセル生産現場は、床面Ｆ上に机Ｔ５を、ベルトコンベヤＶに沿わせて配置して具えており、机Ｔ５には作業者Ｍ５が配置され、作業者Ｍ５は、机Ｔ５上で複数種類の部品ＰＴを組み合わせて製品Ｇ１を組み立てて、その製品Ｇ１を箱Ｂに並べて詰める。

ベルトコンベヤＶの上方および自動搬送台車ＡＷの上方の作業位置には、この実施例の２台の吊下げ型協調作業ロボットＲ１が、作業者Ｍ５と共存、協調して作業するように配置されており、ここで、図中右側の吊下げ型協調作業ロボットＲ１は、ベルトコンベヤＶで運ばれてきた部品ＰＴを机Ｔ５上に移載し、図中左側の吊下げ型協調作業ロボットＲ１は、製品Ｇ１が詰められた箱Ｂを机Ｔ５上から自動搬送台車ＡＷ上に移載する。

かかる作業を行うこの実施例の２台の吊下げ型協調作業ロボットＲ１もそれぞれ、先の実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１と同様に、２台のテレビカメラ２、２本の作業腕３および胴部４を有する上半身１と、支柱５とを具えるとともに、それら２台のテレビカメラ２およびここでは図示しない光カーテン２６等を用いて作業者Ｍ５を認識してモータの出力低下や作動停止により作業者Ｍ５の安全を確保するここでは図示しない制御装置を具えており、支柱５を天井Ｃに着脱可能に固定する構成のみ先の実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１と異なっているので、ここでは主としてその支柱５を天井Ｃに固定する構造のみについて説明する。

すなわち、この作業場所の天井Ｃは、図１２（ａ）に示すように、床面Ｆに向いている下板３１とその上側に間隔をあけて配置されて図示しない梁材で結合された上板３２とを有する二重構造になっており、下板３１には、図１１に示すように円形の多数の装着孔３３が形成され、上板３２には、下板３１の各装着孔３３に対し上下に整列するように円形の凹部３４が形成されている。また下板３１には、図１２（ａ）に示すように、各装着孔３３に隣接して位置決めピン孔３５が形成されている。

一方、この実施例の２台の吊下げ型協調作業ロボットＲ１の支柱５の上部には、図１２（ｂ），（ｃ）に示すように、外周フランジ５ａと、その上側に隣接するボス部５ｂとが形成され、支柱５の、ボス部５ｂよりも先の上端部はボス部５ｂよりも細径に形成されており、ボス部５ｂは天井パネルＣの下板３１の装着孔３３と密に嵌合し、ボス部５ｂよりも先の上端部は天井パネルＣの上板３２の凹部３４と密に嵌合するように、それぞれ外径を設定されている。

支柱５の上部にはさらに、図１２（ｂ），（ｃ）に示すように、ボス部５ｂの上側で半径方向へ進退移動可能に支持されて半径方向外方へ突出する二つのロック爪５ｃと、それらのロック爪５ｃとそれぞれ一体をなすとともに外周フランジ５ａの下側で半径方向へ進退移動可能に支持されて半径方向外方へ突出する二つのロック解除ボタン５ｄと、それらロック爪５ｃおよびロック解除ボタン５ｄを突出方向へ常時附勢するスプリング５ｅとが設けられており、加えて、図１２（ｂ），（ｃ）に示すように、外周フランジ５ａの上面には位置決めピン５ｆが突設されている。

この実施例の２台の吊下げ型協調作業ロボットＲ１は、かかる支柱５の上部を、天井パネルＣの下板３１の多数の装着孔３３のうち、ベルトコンベヤＶの上方および自動搬送台車ＡＷの上方にそれぞれ位置する装着孔３３内に選択的に、ロック解除ボタン５ｄを押してロック爪５ｃを引っ込めた状態で差し込んで、支柱５のボス部５ｂを下板３１の装着孔３３と密に嵌合させるとともに、支柱５の上端部を上板３２の凹部３４に密に嵌合させて支柱５の傾きを防止し、外周フランジ５ａの上面を下板３１の下面に当接させて上下方向の位置決めをし、位置決めピン５ｆを位置決めピン孔３５に密に嵌合させて支柱５を回り止めし、その状態でロック解除ボタン５ｄを解放してロック爪５ｃを突出させ、下板３１の上面にロック爪５ｃを掛合させることで、天井パネルＣに固定支持される。

また、この実施例の２台の吊下げ型協調作業ロボットＲ１に対する電源供給および制御は、先の実施例におけると同様、床面Ｆ上に設けた図示しない制御装置により、その制御装置から壁面の裏側を通して天井パネルＣの裏側まで敷設した図示しない電気ケーブルおよびその端部の図示しないコネクタを介して行われる。

そして、このセル生産現場から吊下げ型協調作業ロボットＲ１を撤去する場合には、その吊下げ型協調作業ロボットＲ１を人手等で下から支持した状態で、ロック解除ボタン５ｄを押してロック爪５ｃを引っ込めれば、支柱５の上部を装着孔３３から引き抜いて吊下げ型協調作業ロボットＲ１を天井パネルＣから容易に取り外すことができる。

これにより、この実施例の２台の吊下げ型協調作業ロボットＲ１は、それぞれ天井Ｃによって支柱５の上部を着脱可能に固定支持され、その支柱５を介して上半身１ひいては胴部４を吊下げられて作業腕３を作業場所に配置し、それらの２本の作業腕３で、互いに協調作動して製品Ｇ１や箱Ｂを持ち上げ、製品Ｇ１や箱Ｂの搬送等を行うことができ、また各吊下げ型協調作業ロボットＲ１は先の実施例と同様、２台のテレビカメラ２が撮像する画像から製品Ｇ１や箱Ｂ等の種類をパターンマッチング等の画像処理によって認識するとともに、それら製品Ｇ１や箱Ｂ等の三次元位置を三角測量や写真測量等により計測して、２本の作業腕３をそれら製品Ｇ１や箱Ｂ等の認識した種類および計測した位置に応じて適宜作動させ、製品Ｇ１や箱Ｂの上記搬送等を行うことができる。

従って、この実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１によっても、先の実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１と同様、セル生産の現場等の作業者と共存、協調する作業場所に投入する場合に、支柱５を介して胴部４を吊下げて作業腕３を作業位置に配置するので、作業場所の近傍の床面Ｆ上にベルトコンベヤＶや自動搬送台車ＡＷ等の障害物があっても作業腕３を作業位置に配置して作業することができ、また、上述のように制御装置の機能に作業者Ｍ５に対する安全対策が施されているので、作業者Ｍ５は吊下げ型協調作業ロボットＲ１との協調作業を安全に行うことができ、しかもロック解除ボタン５ｄの操作で装着孔３３に対して支柱５を着脱できるので、吊下げ型協調作業ロボットＲ１を作業場所の任意の作業位置に容易に配置することができる。

なお、上記例では支柱５の上部を、ロック爪５ｃを用いて天井Ｃに取り外し可能に固定支持しているが、これに代えて、図１３（ａ），（ｂ）および（ｃ）に例示する支持構造を用いることもでき、この支持構造では、天井Ｃの下板３１に、各装着孔３３を囲繞して下板３１の下面から突出するとともに外周面に雄ねじを有するねじ部３６を形成し、そのねじ部３６と装着孔３３とにかけて軸線方向へ延在するキー溝３７を形成する一方、支柱５の上部に、下端部に内周フランジ５ｇを有するとともに内周面に雌ねじ５ｈを有する環状のナット５ｉを下から挿通して、その内周フランジ５ｇを支柱５の上部の外周フランジ５ａに掛合させ、さらに支柱５の、外周フランジ５ａの上側に隣接するボス部５ｂに軸線方向へ延在するキー５ｊを突設している。

この支持構造によれば、吊下げ型協調作業ロボットＲ１は、その支柱５の上部を、天井Ｃの下板３１の多数の装着孔３３のうち、ベルトコンベヤＶの上方および自動搬送台車ＡＷの上方にそれぞれ位置する装着孔３３内に選択的に差し込んで、支柱５のボス部５ｂを下板３１の装着孔３３と密に嵌合させるとともに、支柱５の上端部を上板３２の凹部３４に密に嵌合させて支柱５の傾きを防止し、外周フランジ５ａの上面を下板３１の装着孔３３の周囲のねじ部３６の下面に当接させて上下方向の位置決めをし、キー５ｊをキー溝３７に密に嵌合させて支柱５を回り止めし、その状態でナット５ｉの雌ねじ５ｈをねじ部３６の雄ねじに螺合させてナット５ｉを締め込むことで、天井Ｃに固定支持される。

そして、このセル生産現場から吊下げ型協調作業ロボットＲ１を撤去する場合には、その吊下げ型協調作業ロボットＲ１を人手等で下から支持した状態で、ナット５ｉを緩めれば、支柱５の上部を装着孔３３から引き抜いて吊下げ型協調作業ロボットＲ１を天井パネルＣから容易に取り外すことができる。

以上、図示例に基づき説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更することができるものであり、例えば、上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１は双腕ロボットとしたが、本発明の適用対象の吊下げ型協調作業ロボットは片腕のロボットでも良い。また、上記実施例の吊下げ型協調作業ロボットＲ１は肩ヨー軸の軸線が傾斜しているが、本発明の適用対象の吊下げ型協調作業ロボットは肩ヨー軸の軸線が鉛直方向へ延在するロボットでも良い。

さらに、吊下げ型協調作業ロボットに対する電源供給および制御は、上記実施例では床面上に設けた制御装置から電気ケーブルを介して行っているが、吊下げ型協調作業ロボットの胴部や支柱等に設けたバッテリおよび制御装置で行うようにしても良い。また、上記実施例では支柱５は台座１４にスプリングを介して伸縮可能に支持されているが、本発明の吊下げ型協調作業ロボットの支持部材は、電動アクチュエータ等によって台座から伸縮あるいは進退移動される支柱でも良く、支柱以外のものでも良い。そして、撮像手段は、上記実施例では胴部４の下端部に設けたが、胴部の前面や上端部等に設けても良く、あるいは胴部の下端部、前面および上端部等を含む二箇所以上にそれぞれ設けても良い。さらに撮像手段をハンドにも設置して、胴部に設けた撮像手段で机や作業台を認識する一方、ハンドに設けた撮像手段で部品や製品を認識するようにしても良い。

かくしてこの発明の吊下げ型協調作業ロボットによれば、セル生産の現場等の人と共存、協調する作業場所に協調作業ロボットを投入する場合に、支持部材を介して胴部を天井又は壁から吊下げてその胴部および作業腕を作業場所内の作業位置に配置するので、作業位置の近傍の床上に障害物があっても協調作業ロボットの作業腕を作業位置で作業させることができ、その作業腕が、可動部を逆入力可能に駆動する関節を持ち、また出力制御手段が、作業が人と共存、協調して行う作業であることを認識すると、作業腕の関節を作動させるモータの出力を低下させるので、協調作業ロボットを作業位置に防護柵なしで配置してその作業腕と作業者との間で接触が生じても作業者の安全を確保できる本質安全設計がなされており、しかも制御手段が、撮像手段が撮像した画像に基づき作業場所での作業対象物と当該協調作業ロボットとの相対位置を認識し、その相対位置に基づき作業対象物に対する作業を作業腕に行わせるので、投入の際に高精度な位置決めも作業命令の大規模な改変も要せず協調作業ロボットに作業を行わせることができる。

１ 上半身
２ テレビカメラ
３ 作業腕
３ａ 上腕
３ｂ 下腕
４ 胴部
５ 支柱
５ａ 外周フランジ
５ｂ ボス部
５ｃ ロック爪
５ｄ ロック解除ボタン
５ｅ スプリング
５ｆ 位置決めピン
５ｇ 内周フランジ
５ｈ 雌ねじ
５ｉ ナット
５ｊ キー
６ 支持板
７ 首部関節
８ 胴部関節
９ ハンド
１０ 肩関節
１１ 肘関節
１２ 手首関節
１３ 肩ブラケット
１４ 台座
１４ａ 筒状支持部
１４ｂ ブラケット板
１４ｃ 長孔
１５ 取り付け板
１５ａ ねじ孔
１５ｂ 配線取り回し孔
１６ ボルト
１７ 台車
２１ 作業対象物認識部
２２ 作動制御部
２３ 作業者認識部
２４ 出力制御部
２５ 協調指示スイッチ
２６ 光カーテン
２６ａ，２６ｂ 柱
２７ 感圧マット
３１ 下板
３２ 上板
３３ 装着孔
３４ 凹部
３５ ピン孔
３６ ねじ部
３７ キー溝
ＡＷ 自動搬送台車
Ｂ 箱
Ｃ 天井
ＣＭ クロスマーク
Ｆ 床面
Ｇ１，Ｇ２ 製品
Ｌ 照明器具
Ｍ モータ
Ｍ１〜Ｍ５ 作業者
ＭＷ 手押し式台車
Ｐ パレット
Ｐ１〜Ｐ４ ピッチ軸線
ＰＴ 部品
Ｒ ロール軸線
Ｒ１ 吊下げ型協調作業ロボット
Ｒ２ 台車型協調作業ロボット
Ｓ 部品棚
Ｔ１〜Ｔ５ 机
Ｗ 壁面
ＷＴ 作業台
Ｙ１〜Ｙ３ ヨー軸線
Ｖ ベルトコンベヤ

Claims (8)

1. 撮像手段と、
   可動部を逆入力可能に駆動する関節を持つ少なくとも１本の作業腕と、
   前記作業腕を支持する胴部と、
   作業場所の天井又は壁に基部を着脱可能に固定されて吊り下げられるとともに先端部で前記胴部と前記撮像手段とを支持する支持部材と、
   前記撮像手段が撮像した画像に基づき前記作業場所での作業対象物と当該協調作業ロボットとの相対位置を認識し、その相対位置に基づき前記作業対象物に対する作業を前記作業腕に行わせる作動制御手段と、
   前記作業が人と共存、協調して行う作業であることを認識すると、前記作業腕の関節を作動させるモータの出力を低下させる出力制御手段と、
   を具えてなる、吊下げ型協調作業ロボット。
2. 前記作業腕は、前記胴部の両側にそれぞれ設けられている、請求項１記載の吊下げ型協調作業ロボット。
3. 前記撮像手段は、前記胴部の下端部に設けられ、前記胴部を介して前記支持部材で支持されている、請求項１または２記載の吊下げ型協調作業ロボット。
4. 前記支持部材は、天井または壁にあらかじめ固定された取り付け部材に前記基部を着脱可能に装着されるものである、請求項１から３までの何れか１項記載の吊下げ型協調作業ロボット。
5. 前記支持部材は、天井にあらかじめ形成された装着孔に装着具を介して前記基部を着脱可能に装着されるものである、請求項１から３までの何れか１項記載の吊下げ型協調作業ロボット。
6. 前記支持部材は、伸縮可能なものである、請求項１から５までの何れか１項記載の吊下げ型協調作業ロボット。
7. 前記出力制御手段は、前記撮像手段が撮像した画像と、前記作業場所に設けられた作業者検知センサの出力信号との少なくとも一方に基づき、前記作業が人と共存、協調して行う作業であることを認識するものである、請求項１から６までの何れか１項記載の吊下げ型協調作業ロボット。
8. 前記出力制御手段は、前記撮像手段が撮像した画像と、前記作業場所に設けられた作業者検知センサの出力信号との少なくとも一方に基づき、人体の少なくとも一部が前記作業腕またはその作業腕に設けられたエンドエフェクタと干渉する可能性のある位置にあることを認識すると、その干渉の可能性がなくなるまで、前記作業腕の関節を作動させるモータの出力を制御してその関節の作動を停止させるものである、請求項１から７までの何れか１項記載の吊下げ型協調作業ロボット。

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