JP7629777B2

JP7629777B2 - ロボットの制御方法

Info

Publication number: JP7629777B2
Application number: JP2021053700A
Authority: JP
Inventors: 勝彦馬場
Original assignee: Ｓｋソリューション株式会社
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2025-02-14
Anticipated expiration: 2039-02-20
Also published as: JP2020131369A; JP7064458B2; JP2021100785A

Description

本発明は、ロボットの可動範囲内の人や物などの物体とロボットのアームの先端に設けられたエンドエフェクターとの干渉を回避するためのロボットの制御方法に関するものである。

ロボットは、製造業等において産業用ロボットとして従来より幅広く利用されてきている。特に近年においては、労働人口の減少を補うために工場内で作業者と協力して働く協働ロボットが注目されている。

このロボットにおいては、ロボットの可動範囲内の人や物などの物体と衝突すると、人を損傷させてしまったり、物やロボットが破損してしまうおそれがあるため、その衝突を回避する制御が必要となる（たとえば、特許文献１参照。）。

特開２００４－１２１７号公報

ロボットには、アームの先端にエンドエフェクターが設けられ、エンドエフェクターで各種の作業を行うように制御されるものがある。このロボットにおいては、アームの先端に設けられたエンドエフェクターが広い範囲で素早く動き回ることもあり、また、エンドエフェクターの形状も必ずしも滑らかな形状とは限られない。

一方、ロボットの可動範囲内の人やその人と共に移動する物は、俊敏に移動することもあり、また、ロボットのエンドエフェクターとの衝突によって、人の目や口などの身体を重度に損傷させてしまったり、物の商品価値が損なわれる状態にまで破損させてしまうおそれがある。

そのため、アームの先端にエンドエフェクターが設けられたロボットにおいては、エンドエフェクターと人や物などの物体との干渉を回避することが課題となる。

そこで、請求項１に係る本発明では、ロボットの可動範囲内の人や物などの物体とロボットのアームの先端に設けられたエンドエフェクターとの干渉を回避するロボットの制御方法において、エンドエフェクターと物体との接近を検出するための接近センサーと、接近センサーのセンシング方向を移動させるための移動機構と、エンドエフェクターの動作（エンドエフェクターの進行方向及び移動速度）を検出するための動作センサーとを有し、動作センサーの検出値からエンドエフェクターの進行方向及び移動速度を求め、エンドエフェクターの進行方向に接近センサーのセンシング方向を向けるように移動機構によって接近センサーをエンドエフェクターの移動速度よりも速く移動させ、接近センサーでエンドエフェクターと物体との接近を検出し、接近センサーの検出値に基づいてエンドエフェクターの動作を制御し、しかも、前記物体の位置を認識する認識センサーの検出値に基づいて物体がロボットの可動領域に進入したことを認識した場合に、前記移動機構によって接近センサーのセンシング方向をエンドエフェクターの進行方向に向けるように制御することにした。

また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記接近センサーの検出値からエンドエフェクターと物体との相対距離を求め、相対距離が第１の所定距離未満の場合は、エンドエフェクターの動作を低速にし、相対距離が第２の所定距離（第１の所定距離よりも近接した距離）未満の場合にエンドエフェクターを停止する制御を行うことにした。

そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。

すなわち、本発明では、ロボットの可動範囲内の人や物などの物体とロボットのアームの先端に設けられたエンドエフェクターとの干渉を回避するロボットの制御方法において、エンドエフェクターと物体との接近を検出するための接近センサーの検出値に基づいてエンドエフェクターの動作を制御することにしているために、エンドエフェクターと人や物などの物体との干渉を回避することができる。

特に、前記エンドエフェクターの動作を検出するための動作センサーの検出値からエンドエフェクターの進行方向を求め、エンドエフェクターの進行方向に接近センサーのセンシング方向を向けて接近センサーでエンドエフェクターと物体との接近を検出し、接近センサーの検出値に基づいてエンドエフェクターの動作を制御することにしているために、エンドエフェクターと人や物などの物体との干渉を精度良く回避することができる。

また、前記接近センサーの検出値からエンドエフェクターと物体との相対加速度を求め、相対加速度に応じてエンドエフェクターの動作を制御することにした場合には、素早く動作するエンドエフェクターと俊敏に移動する物体（人）との干渉をより一層精度良く回避することができる。

また、前記物体の位置を認識する認識センサーの検出値に基づいて、接近センサーのセンシング方向をエンドエフェクターの進行方向に向けるように制御することにした場合には、人や物などの物体とエンドエフェクターとの接近を早期に検出することができ、物体とエンドエフェクターとの干渉を良好に回避することができる。

ロボットを示す説明図。同構成図。

以下に、本発明に係るロボットの制御方法の具体的な構成について図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、ロボット１は、工場等の作業空間２に設置されており、可動するアーム３の先端にエンドエフェクター４が取付けられている。なお、一般的にアーム３は、多軸で構成され所定範囲内で自在に稼働するようになっているが、これに限られず、一定範囲内で一定方向への動作を行うものであってもよい。また、エンドエフェクター４は、ロボット１の作業内容に応じて１種類又は複数種類の動作を行う各種のものが含まれる。

作業空間２の天井には、ロボット１と作業者５や物６などの物体７を認識するための認識センサー８が設けられている。なお、認識センサー８は、ロボット１や物体７を認識することができればよく、カメラ等の撮像手段でもよく、レーザーや音波などを用いたセンサーや電磁波等を用いた検出手段であってもよい。また、ロボット１と物体７とを同時に認識できる１台の装置に限られず、複数台の装置でロボット１と物体７とを同時に又は別々に認識できるものであってもよい。

また、ロボット１のエンドエフェクター４には、エンドエフェクター４と物体７との接近を検出するための接近センサー９が移動機構10を介して設けられている。なお、接近センサー９は、エンドエフェクター４と物体７との接近を検出することができればよく、エンドエフェクター４と物体７との相対的な距離を計測できる距離センサーが好適である。接近センサー９は、検出範囲が予め定まっており特定の方向において検出が可能な指向性を有している。また、移動機構10は、エンドエフェクター４に対して接近センサー９のセンシング方向（指向方向）を移動させることができればよく、構造は限定されないが、エンドエフェクター４の動作速度よりも速く動作する構造とするのが好ましい。

さらに、ロボット１のエンドエフェクター４には、エンドエフェクター４の動作（移動方向や移動速度など）を検出するための動作センサー11が設けられている。なお、動作センサー11は、エンドエフェクター４の移動方向や移動速度などの動作を直接的又は計算によって間接的に検出することができればよく、たとえば、加速度センサーとジャイロセンサーとの組合せなどが好適である。

そして、図２に示すように、ロボット１（アーム３、エンドエフェクター４）や認識センサー８や接近センサー９や移動機構10や動作センサー11は、コントローラー12に接続されている。コントローラー12は、認識センサー８や接近センサー９や動作センサー11からの検出値に基づいてロボット１や移動機構10を駆動制御するためのプログラムに従って制御するようになっている。なお、コントローラー12は、１台の装置で構成する場合に限られず、複数台の装置で個別に制御を行うように分散させて構成してもよい。

コントローラー12は、認識センサー８でロボット１や物体７を認識し、必要に応じて警報音や警告灯などによって報知する。たとえば、コントローラー12は、認識センサー８で認識される領域を、作業空間２の全体の領域である作業領域と、ロボット１が可動する可動領域と、ロボット１のエンドエフェクター４から所定距離内の危険領域とに分け、各領域ごとに異なる報知を行う。

また、コントローラー12は、接近センサー９でエンドエフェクター４と物体７との接近を検出し、接近センサー９の検出値に基づいてロボット１（エンドエフェクター４）の動作を制御する。たとえば、コントローラー12は、接近センサー９の検出値からエンドエフェクター４と物体７との相対距離を求め、相対距離が第１の所定距離未満となった場合には報知を行うとともにエンドエフェクター４の動作を低速にし、相対距離が第２の所定距離（第１の所定距離よりも近接した距離）未満となった場合にはエンドエフェクター４の動作を停止する。

このエンドエフェクター４と物体７との接近による制御においては、エンドエフェクター４と物体７との相対距離に応じてエンドエフェクター４の動作を制御する場合に限られず、エンドエフェクター４と物体７との相対距離の時間的変化から算出される相対速度や相対加速度や相対加加速度などに応じてエンドエフェクター４の動作を制御することもできる。このように、時間的変化が加味される相対速度や相対加速度などのほうが共に移動するエンドエフェクター４と物体７との干渉を精度良く検出することができ、特に、相対加速度等の高次の加速度の場合には機敏で動作の予測が困難な人（作業者５）に対しても柔軟に対応することができる。

さらに、エンドエフェクター４と物体７との接近による制御において、コントローラー12は、動作センサー11の検出値からエンドエフェクター４の進行方向を求めるとともに、そのエンドエフェクター４の進行方向と接近センサー９のセンシング方向とが一致するように移動機構10を駆動制御する。そして、コントローラー12は、エンドエフェクター４の進行方向に接近センサー９のセンシング方向を向けた状態で接近センサー９でエンドエフェクター４と物体７との接近を検出し、その接近センサー９の検出値に基づいてエンドエフェクター４の動作を制御する。

その際に、コントローラー12は、常時、エンドエフェクター４の進行方向と接近センサー９のセンシング方向とを一致させてもよく、また、認識センサー８でロボット１や物体７の位置や距離を認識し、必要に応じてエンドエフェクター４の進行方向と接近センサー９のセンシング方向とを一致させてもよい。たとえば、認識センサー８によって物体７が可動領域に進入したことを認識した場合にだけエンドエフェクター４の進行方向と接近センサー９のセンシング方向とを一致させるように移動機構10を制御してもよい。また、認識センサー８によって物体７の動きを時系列的に追跡し、物体７がエンドエフェクター４に近接していることを認識した場合にエンドエフェクター４の進行方向と接近センサー９のセンシング方向とを一致させるように移動機構10を制御してもよい。

以上に説明したように、上記ロボット１は、ロボット１の可動範囲内の人（作業者５）や物６などの物体７とロボット１のアーム３の先端に設けられたエンドエフェクター４との干渉を回避するように制御されており、エンドエフェクター４と物体７との接近を検出するための接近センサー９の検出値に基づいてエンドエフェクター４の動作を制御するように構成している。

そのため、上記構成のロボット１では、エンドエフェクター４と人（作業者５）や物６などの物体７との干渉を回避することができ、ロボット１との衝突によって人（作業者５）が損傷したり物６やロボット１が破損してしまうのを防止することができる。

また、上記ロボット１は、エンドエフェクター４の動作を検出するための動作センサー11の検出値からエンドエフェクター４の進行方向を求め、エンドエフェクター４の進行方向に接近センサー９のセンシング方向を向けて接近センサー９でエンドエフェクター４と物体７との接近を検出し、接近センサー９の検出値に基づいてエンドエフェクター４の動作を制御する構成となっている。

そのため、上記構成のロボット１では、エンドエフェクター４と人（作業者５）や物６などの物体７との干渉を精度良く回避することができ、ロボット１との衝突によって人（作業者５）が損傷したり物６やロボット１が破損してしまうのをより確実に防止することができる。

また、上記ロボット１は、接近センサー９の検出値からエンドエフェクター４と物体７との相対加速度を求め、相対加速度に応じてエンドエフェクター４の動作を制御する構成となっている。

そのため、上記構成のロボット１では、素早く動作するエンドエフェクター４と俊敏かつ予測困難に移動する物体７（特に人（作業者５））との干渉をより一層精度良く回避することができる。

また、上記ロボット１は、物体７の位置を認識する認識センサー８の検出値に基づいて、接近センサー９のセンシング方向をエンドエフェクター４の進行方向に向けるように制御する構成となっている。

そのため、上記構成のロボット１では、人や物などの物体７とエンドエフェクター４との接近を早期に検出することができ、物体７とエンドエフェクター４との干渉を良好に回避することができる。

１ロボット２作業空間
３アーム４エンドエフェクター
５作業者６物
７物体８認識センサー
９接近センサー 10 移動機構
11 動作センサー 12 コントローラー

Claims

ロボットの可動範囲内の人や物などの物体とロボットのアームの先端に設けられたエンドエフェクターとの干渉を回避するロボットの制御方法において、
エンドエフェクターと物体との接近を検出するための接近センサーと、接近センサーのセンシング方向を移動させるための移動機構と、エンドエフェクターの動作（エンドエフェクターの進行方向及び移動速度）を検出するための動作センサーとを有し、
動作センサーの検出値からエンドエフェクターの進行方向及び移動速度を求め、エンドエフェクターの進行方向に接近センサーのセンシング方向を向けるように移動機構によって接近センサーをエンドエフェクターの移動速度よりも速く移動させ、接近センサーでエンドエフェクターと物体との接近を検出し、接近センサーの検出値に基づいてエンドエフェクターの動作を制御し、
しかも、前記物体の位置を認識する認識センサーの検出値に基づいて物体がロボットの可動領域に進入したことを認識した場合に、前記移動機構によって接近センサーのセンシング方向をエンドエフェクターの進行方向に向けるように制御することを特徴とするロボットの制御方法。
前記接近センサーの検出値からエンドエフェクターと物体との相対距離を求め、相対距離が第１の所定距離未満の場合は、エンドエフェクターの動作を低速にし、相対距離が第２の所定距離（第１の所定距離よりも近接した距離）未満の場合にエンドエフェクターを停止する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のロボットの制御方法。