人間協調ロボットシステム
【課題】人間がロボットに接触しうる環境においても人間の安全を確保する。
【解決手段】ロボット（２）と人間（１）とが領域を共有して協調作業を行う人間協調ロボットシステムにおいて、ロボットの先端に取付けられた作業機器（３）に設置されるかまたはロボットに設置された力センサ（４）を具備し、力センサの検出値が所定の値を超えた場合には記ロボットを停止または力センサの検出値が小さくなるようにロボットの動作を制御するようになっており、ロボットは、人間から力センサの設置位置よりも遠位に位置する第一ロボット部位（６）と、力センサの設置位置よりも人間に対して近位に位置する第二ロボット部位（７）とを含んでおり、ロボットシステムは、ロボットが人間に最も接近した場合においても人間による第一ロボット部位への接触を防止するように人間の作業領域を制限する制限部（５）を具備する。
【解決手段】ロボット（２）と人間（１）とが領域を共有して協調作業を行う人間協調ロボットシステムにおいて、ロボットの先端に取付けられた作業機器（３）に設置されるかまたはロボットに設置された力センサ（４）を具備し、力センサの検出値が所定の値を超えた場合には記ロボットを停止または力センサの検出値が小さくなるようにロボットの動作を制御するようになっており、ロボットは、人間から力センサの設置位置よりも遠位に位置する第一ロボット部位（６）と、力センサの設置位置よりも人間に対して近位に位置する第二ロボット部位（７）とを含んでおり、ロボットシステムは、ロボットが人間に最も接近した場合においても人間による第一ロボット部位への接触を防止するように人間の作業領域を制限する制限部（５）を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットと人間とが同じ作業空間を同時に共有して協調作業を行う人間協調ロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生産現場において人間とロボットとを混在して配置し、生産作業を分割して、人間とロボットとに分担させる人間協調ロボットシステムが開発されている。そのような人間協調ロボットシステムには、生産のランニングコストを削減すると共に生産効率を向上させるのに期待されている。
【０００３】
しかしながら、人間協調ロボットシステムにおいては、ロボットが人間に衝突したり、ロボットのアーム間に人間の指が挟込まれる等の危険性がある。特に、ロボットが高速で動作可能であったり、ロボットの出力が大きい場合には、人間はロボットから過大な力を受ける可能性がある。従って、このような危険性に対する安全対策が人間協調ロボットシステムに求められている。
【０００４】
従来のロボットシステムは、ロボットが周辺に衝突したときにロボットのマニピュレータ部に発生する異常トルクに基づいて衝突を検出する衝突検出機能が備わっている。この衝突検出機能により衝突が検出されると、ロボットの動作を停止する等の衝突力を軽減する制御が行われ、それにより、ロボットおよびロボットに取付けられた機器ならびに周辺機器が破損するのを最小限に抑えている。
【０００５】
しかしながら、人間とロボットとの間の衝突を検出するために衝突検出機能を使用する場合には、人間の安全を確保するために衝突の感度を高くする必要がある。このため、ロボットの各部に設けられたギアや減速機等の摩擦トルクを高精度で推定することが求められる。ところが、摩擦トルクは外気温やロボットの動作状態で変動するので、摩擦トルクを高精度で推定することは難しい。従って、ロボットの各マニピュレータ部のトルクから人間とロボットとの間の衝突を高精度で検出して人間に危害が及ばないようにすることは困難であった。
【０００６】
また、特許文献１から特許文献４には、物体を運搬する運搬ロボットが開示されている。このような運搬作業は、寸法の大きな運搬物や重い運搬物を運搬するときに人間とロボットとが運搬物の両端を担持する協調作業である。そして、ロボットと運搬物との間に設けられた力センサは、協調作業を行う人間が加える力の方向を検出し、ロボットがその方向へ運搬を補助する。これら特許文献１から特許文献４に開示される手法では、運搬物を介して人間とロボットとの間に発生する発生力を検出し、その発生力が所定の値を越えないようにロボットを制御することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３０９９０６７号
【特許文献２】特許第４１６８４４１号
【特許文献３】特開２００８−２１３１１９号公報
【特許文献４】特開２００９−３４７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、運搬物を介することなしに人間がロボットに直接的に接触する場合には人間とロボットとの間に発生する力は検出されない。また、力を検出する力センサをロボットのアームとハンドとの間などに取付けた場合であっても、センサが検出できないロボットのアーム部分に人間が接触したことは検出できない。このため、従来技術において人間とロボットとが直接接触する可能性がある場合には、安全な協調作業が可能なロボットシステムを提供することはできなかった。
【０００９】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、人間とロボットとの間に接触が起こりうる環境においても人間の安全を確保することのできる人間協調ロボットシステム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】
【００１０】
前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、ロボットと人間とが領域を共有して協調作業を行う人間協調ロボットシステムにおいて、前記ロボットの先端に取付けられた作業機器に設置されるかまたは前記ロボットに設置された力センサを具備し、該力センサの検出値が所定の値を超えた場合には前記ロボットを停止または前記力センサの検出値が小さくなるように前記ロボットの動作を制御するようになっており、前記ロボットは、前記人間から前記力センサの設置位置よりも遠位に位置する第一ロボット部位と、前記力センサの設置位置よりも前記人間に対して近位に位置する第二ロボット部位とを含んでおり、さらに、前記ロボットシステムは、前記ロボットが前記人間に最も接近した場合においても前記人間による動作中の前記ロボットの前記第一ロボット部位への接触を防止するように前記人間の作業領域を制限する制限部を具備する、ことを特徴とする人間協調ロボットシステムが提供される。
【００１１】
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記力センサが前記ロボットと前記作業機器との間に設置された。
【００１２】
３番目の発明によれば、１番目発明において、前記ロボットは基台と、前記作業機器を取付けるための作業機器取付部とを含んでおり、前記力センサが前記作業機器取付部と前記ロボットの前記基台との間に設置されている。
【００１３】
４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、前記制限部は、前記第二ロボット部位が通過可能な少なくとも一つの開口部が形成された安全柵である。
【００１４】
５番目の発明によれば、４番目の発明において、前記安全柵は、前記ロボットが前記人間に最も接近した場合における前記力センサの位置に設置されるか、または前記力センサの位置よりも前記人間に近位の位置に設置されている。
【００１５】
６番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、前記制限部は、前記人間が前記第一ロボット部位に接近するのを検出するエリアセンサであり、該エリアセンサの二次元検出領域には、前記第二ロボット部位が通過可能な少なくとも一つの検出無効領域が形成されている。
【００１６】
７番目の発明によれば、６番目の発明において、前記エリアセンサの前記二次元検出領域は、前記ロボットが前記人間に最も接近した場合における前記力センサの位置に設定されるか、または前記力センサの位置よりも前記人間に近位の位置に設定されている。
【００１７】
８番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、前記制限部が、前記ロボット、前記作業機器または前記力センサ上に設置されている。
【００１８】
９番目の発明によれば、８番目の発明において、前記制限部が板状部材である。
【００１９】
１０番目の発明によれば、９番目の発明において、前記板状部材が、前記力センサの設置位置に設置されるか、または前記力センサの設置位置よりも前記人間に近位の位置に設置されている。
【００２０】
１１番目の発明によれば、８番目の発明において、前記制限部が、前記人間が前記第一ロボット部位に接近するのを検出するエリアセンサである。
【００２１】
１２番目の発明によれば、１１番目の発明において、前記エリアセンサが、前記力センサの設置位置に設置されるか、または前記力センサの設置位置よりも前記人間に近位の位置に設置されている。
【発明の効果】
【００２２】
１番目の発明においては、制限部が設けられているので、人間は、動作中のロボットの力センサよりも人間に近位に位置するロボットの部位（第二ロボット部位）のみに接触できる。また、力センサに基づく制御によって、人間と第二ロボット部位とが接触するときに、人間がロボットから過大な力を受けるのを回避することができ、人間がロボットのあらゆる部位から過大な力を受けるのを避けられる。従って、人間とロボットとの間に接触が起こりうる環境においても人間の安全を確保した協調作業を行うことができる。
【００２３】
２番目の発明において、力センサをロボットと作業機器との間に設置した場合には、ロボットの本体が第一ロボット部位となり、作業機器が第二ロボット部位になる。人間は作業機器にのみ接触できるので、人間の安全を確保した協調作業を行うことができる。
【００２４】
３番目の発明において、力センサを作業機器取付部とロボットの基台との間に設置する場合には、第一ロボット部位は人間から遠位の場所に設定されるので、制限部を人間から遠位の位置に設置できるようになる。それゆえ、人間の作業領域を広く確保でき、人間の作業性を損なうことなしに、安全な協調作業を行うことができる。
【００２５】
４番目の発明においては、開口部が形成された安全柵を制限部として使用している。従って、人間は第二ロボット部位にのみ物理的に接触できる。このため、過大な力を発生させうる第一ロボット部位から人間を確実に分離することができる。
【００２６】
５番目の発明において、ロボットが人間に最も接近した場合における力センサの位置に安全柵を設置した際には、人間が第一ロボット部位に接触するのを防止できる。そのような力センサの位置よりも人間に近位の位置に安全柵を設置した際には、不具合によりロボットが所定の位置よりも人間側に接近した場合であっても、人間が第一ロボット部位に接触するのを避けられる。
【００２７】
６番目の発明においては、人間とロボットとは検出領域の検出無効領域のみを通じて互いに接触できるので、ロボットの第一ロボット部位の領域と人間の領域とを確実に分離することができる。また、検出無効領域を自由に設定できるエリアセンサを用いた場合には、人間とロボットとの協調作業の場所を変更したり、周辺環境に干渉しないように検出領域を変更することにより、協調作業の自由度を向上させられる。
【００２８】
７番目の発明においては、ロボットが人間に最も接近した場合における力センサの位置にエリアセンサを設置した際には、動作中のロボットの第一ロボット部位と人間とが接触するのを防止できる。そのような力センサの位置よりも人間に近位の位置にエリアセンサを設置した際には、不具合によりロボットが所定の位置よりも人間側に接近した場合であっても、人間が動作中のロボットの第一ロボット部位に接触するのを避けられる。
【００２９】
８番目の発明においては、制限部をロボット、作業機器または力センサ上に搭載することにより、ロボットの位置・姿勢によらずに動作中のロボットの第一ロボット部位と人間とが接触するのを防止できる。その結果、より自由度の高い人間協調ロボットシステムを提供できる。
【００３０】
９番目の発明においては、第一ロボット部位の領域と人間の領域とを物理的に確実に分離できる。
【００３１】
１０番目の発明においては、力センサの位置に板状部材を設置した場合には、第一ロボット部位と人間とが接触するのを防止できる。力センサの位置よりも人間に近位の位置に板状部材を設置した場合には、不具合によりロボットが所定の位置よりも人間側に接近した場合であっても、人間が第一ロボット部位に接触するのを避けられる。
【００３２】
１１番目の発明においては、エリアセンサを用いているので、周辺環境との干渉が生じないように検出エリアを容易に最適化できる。さらに、ロボット動作に応じて検出エリアを動的に変更することもでき、従って、人間協調ロボットシステムの自由度を向上させられる。
【００３３】
１２番目の発明においては、力センサの位置にエリアセンサを設置した場合には、動作中のロボットの第一ロボット部位と人間とが接触するのを防止できる。力センサの位置よりも人間に近位の位置にエリアセンサを設置した場合には、不具合によりロボットが所定の位置よりも人間側に接近した場合であっても、人間が動作中のロボットの第一ロボット部位に接触するのを避けられる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第一の実施形態における人間協調ロボットシステムの側面図である。
【図２】一つの実施形態における人間協調ロボットシステムの部分斜視図である。
【図３】図２に示される人間協調ロボットシステムの側面図である。
【図４】本発明の第二の実施形態における人間協調ロボットシステムの側面図である。
【図５】他の実施形態における人間協調ロボットシステムの側面図である。
【図６】本発明の第三の実施形態における人間協調ロボットシステムの斜視図である。
【図７】本発明の第四の実施形態における人間協調ロボットシステムの側面図である。
【図８】さらに他の実施形態における人間協調ロボットシステムの部分斜視図である。
【図９】本発明の第五の実施形態における人間協調ロボットシステムの斜視図である。
【図１０】本発明の第六の実施形態における人間協調ロボットシステムの側面図である。
【図１１】図１０に示される人間協調ロボットシステムの変更例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明の第一の実施形態における人間協調ロボットシステムの側面図である。図１に示される人間協調ロボットシステムでは、協調して作業を行うために人間１とロボット２とが互いに近位の位置に在る。図１に示される実施形態においては、ロボット２は垂直多関節型マニピュレータであり、その基台は床部Ｌに固定されている。
【００３６】
図１に示されるように、ロボット２の一部には力センサ４が取付けられており、力センサ４は図示しない制御装置に接続されている。人間１とロボット２とが接触したときに力センサ４の検出値が所定の閾値を越えると、制御装置は、ロボット２を停止するか、または力センサ４の検出値が小さくなるようにロボット２を動作させる。このようにして、力センサ４は、ロボット２が人間１に対して過大な力を発生するのを制限する。
【００３７】
ここで、人間１から見て力センサ４よりも遠位に位置するロボット２の部分を第一ロボット部位６、力センサ４よりも人間１に近位に位置するロボット２の部分を第二ロボット部位７と呼ぶ。第二ロボット部位７は、力センサ４によって過大な力が人間１に対して発生しないように制限されている部位であり、人間１に対して危害を及ぼさない。
【００３８】
これに対し、第一ロボット部位６と人間１とが接触した場合には、人間１は第一ロボット部位６から過大な力を受ける可能性がある。特に、ロボット２が高速動作可能な場合、またはロボット２の出力が大きい場合には、人間１はさらに過大な力をロボット２から受ける。
【００３９】
このため、本発明においては、人間１の作業領域を制限する制限部５が人間１とロボット２との間に設けられている。この制限部５によって、人間１と動作中のロボットの第一ロボット部位６とは互いに接触しないようにされると共に、人間１は、人間１に危害を及ぼさない第二ロボット部位７のみに接触できる。従って、本発明においては、人間１と動作中のロボットの第一ロボット部位６との接触を制限する制限部５と、第二ロボット部位７が過大な力を発生させないようにする力センサ４とによって、ロボット２のあらゆる部位から過大な発生力を受けることなしに、人間１はロボット２との安全な協調作業を行うことができる。
【００４０】
人間１と動作中のロボットの第一ロボット部位６との接触を制限する制限部５は様々な形態をなすことができる。図２は、一つの実施形態における人間協調ロボットシステムの部分斜視図である。図２においては、制限部５が安全柵５０である。
【００４１】
図２に示されるように、ロボット２には作業機器３が取付けられており、力センサ４はロボット２と作業機器３との間に配置されている。作業機器３は、ロボット２に取付けられて作業を行う機器である。作業機器３は、部品の把持などハンドリングを行うハンド用途、ネジ締め、接着剤塗布、挿入作業または溶接を行う組み立て用途、レーザポインタによる人間１への作業指示、人間１に対する補助作業を行う補助作業用途もしくは治具用途などを有する。
【００４２】
図２においては、第二ロボット部位７は作業機器３であり、第一ロボット部位６は作業機器３を除いたロボット２本体である。制限部５である安全柵５０は、人間１と第一ロボット部位６との間の接触を制限する。図示されるように、安全柵５０には開口部１５が形成されている。開口部１５は、人間１と第二ロボット部位７とが接触しうる最小限の寸法である。人間１および第二ロボット部位７（作業機器３）は、この開口部１５を通じて互いに接触し、また、人間１は開口部１５を越えて第一ロボット部位６に接触することはできない。
【００４３】
このように、ロボット２と作業機器３との間に力センサ４が設置されているので、人間１とロボット２とが協調作業を行う際に、第二ロボット部位７としての作業機器３は人間１に過大な力を与えない。そして、制限部５としての安全柵５０が配置されているので、人間１は、過大な力を受ける可能性のある第一ロボット部位６に直接的に接触することはない。人間１は、開口部１５を通った第二ロボット部位７にのみ接触でき、従って、安全な協調作業を行うことが可能となる。
【００４４】
実際には、人間１とロボット２とが協調作業を行う際に、人間１とロボット２とが接触する必要性のある部位は作業機器３のみであることが多い。図２に示される実施形態においては、人間１に対する接触が作業機器３のみに限定されるので、必要最小限の制限で安全な協調作業を行うことが可能となる。
【００４５】
図３は、図２に示される人間協調ロボットシステムの側面図である。図３においては、ロボット２がそのアームを水平方向に限界まで延ばしている。その結果、アームの先端に取付けられた作業機器３は安全柵５０の開口部１５を越えて人間１に最も接近している。図３に実線で示されるように、安全柵５０は、ロボット２のアームが水平方向に延びたときにロボット２の力センサ４に対応した位置に設置されている。また、図３において破線で示される安全柵５１は、力センサ４に対応した位置よりもさらに人間に接近した位置に設置されている。
【００４６】
図３に実線で示されるように、安全柵５０が力センサ４に対応する位置に設置される場合には、第一ロボット部位６が安全柵５を越えて人間１の作業領域に侵入することは無い。従って、人間１と第一ロボット部位６とが接触するのを完全に防止できる。
【００４７】
また、図３に破線で示されるように、安全柵５１が力センサ４に対応する位置よりも人間１に接近した位置に設置される場合には、ロボット２の不具合が原因で通常のストロークを超えてロボット２が人間１に接近したとしても、力センサ４の位置が安全柵５１を超えることはない。従って、ロボット２に不具合が起きた場合であっても、人間１と第一ロボット部位６との接触が回避され、安全な協調作業を行うことが可能である。
【００４８】
図４は、本発明の第二の実施形態における人間協調ロボットシステムの側面図である。図４においては、作業機器３はロボット２の先端に設けられた作業機器取付部１０に取付けられている。また、ロボット２は、床部Ｌに設置された基台１１上に設置されており、力センサ４１は、基台１１と作業機器取付部１０との間に配置されている。
【００４９】
図４においては、安全柵５０の少なくとも一部分を人間１から遠ざかる方向に傾斜させられる。それゆえ、第二の実施形態においては、図３に示される場合と比較すると、安全柵５０の少なくとも一部分は人間１からより遠位に位置することになる。その結果、第二の実施形態においては、人間１の作業領域をより広く確保することが可能である。
【００５０】
図５は、他の実施形態における人間協調ロボットシステムの側面図である。図５においては、力センサ４２が、作業機器３に内蔵されている。図５における安全柵５０は、ロボット２がそのアームを水平方向に限界まで延ばしたときの力センサ４２に対応した位置に設置されている。このため、力センサ４がロボット２と作業機器３との間に設置されている場合と比較すると、第一ロボット部位６の領域をより大きく確保することができる。ロボット２の動作可能範囲はより広くなるので、ロボット動作の自由度を低下させることなしに、人間１とロボット２との協調作業を行うことが可能となる。
【００５１】
図６は、本発明の第三の実施形態における人間協調ロボットシステムの斜視図である。図６においては、安全柵５０の代わりに、エリアセンサ８が制限部５として配置されている。エリアセンサ８は例えば光カーテンやレーザ光を走査して物体を検出するレーザスキャナセンサであり、レーザ光等を発して反射から物体侵入を検出するためのセンサヘッド８ａと、センサヘッド８ａにより形成される二次元の検出領域８ｂとを含んでいる。図６に示される検出領域８ｂは、人間１とロボット２との間を仕切る鉛直面である。
【００５２】
図６におけるセンサヘッド８ａは、人間１およびロボット２の上方に設置されている。ただし、センサヘッド８ａは周辺環境などに応じて人間１およびロボット２の下方および／または側方に設けられていてもよい。さらに、複数のエリアセンサ８を設置するようにしてもよく、その場合には、より細かな検出領域を画定することができる。
【００５３】
図６に示されるように、検出領域８ｂには必要最小限の検出無効領域１２が含まれている。このような検出無効領域１２においては人間１およびロボット２の作業機器３等が進入したとしても、センサヘッド８ａによって検出されないものとする。図６においては、単一の検出無効領域１２が、検出領域８ｂにおいてロボット２の作業機器３に対応する場所から床部まで下方に延びている。ただし、検出無効領域１２の形状は図６の内容に制限されず、第二ロボット部位７が通過できるあらゆる形状の検出無効領域１２を採用してもよい。
【００５４】
図６においては、第二ロボット部位７、例えば作業機器３が検出領域８ｂの検出無効領域１２を通じて人間１の作業領域に進入する。次いで、人間１が第二ロボット部位７に接触して、協調作業を行うことができる。
【００５５】
また、検出領域８ｂを自由に設定可能なエリアセンサ８を採用してもよい。この場合には、生産ラインに応じて変化する周辺環境に対して検出領域８ｂおよび検出無効領域１２を自由に変更できる。つまり、ロボット２の姿勢および協調作業の内容に応じて柔軟にかつ動的に検出無効領域１２を設定することができる。
【００５６】
さらに、検出無効領域１２の有効／無効を切替えることにより、人間１とロボット２とが分離された領域で独立して一時的に作業するように変更することも可能である。さらに、人間１やロボット２もしくは作業機器３の位置を監視するカメラ（図示しない）を設けてもよい。このカメラにより、人間１と第一ロボット部位６とが接触するのを監視できるので、カメラを制限部５またはエリアセンサ８の代わりに利用できる。
【００５７】
図３を再び参照して分かるように、エリアセンサ８の検出領域８ｂが安全柵５０の代わりになるように、エリアセンサ８を設置してもよい。また、エリアセンサ８の検出領域８１ｂが安全柵５１の代わりになるように、エリアセンサ８を設置することも可能である。検出領域８１ｂが安全柵５１の代わりになるようにエリアセンサ８を設置した場合には、検出領域８１ｂは力センサ４よりも人間１により近位の位置になる。従って、検出領域８１ｂに検出遅れが生じた場合またはロボット２に不具合が生じた場合であっても、人間１と動作中のロボット２との接触を確実に防止することができる。
【００５８】
図７は、本発明の第四の実施形態における人間協調ロボットシステムの側面図である。図７においては、制限部５としてフランジ９がロボット２の一部分に直接的に取付けられている。フランジ９は、作業機器３に取付けられてもよく、また力センサ４に直接的に取付けられてもよい。なお、力センサ４はロボット２と作業機器３との間だけでなく、ロボット２の他の場所に取付けられてもよい。
【００５９】
図７に示される実施形態においては、フランジ９はロボット２の動作に追従して移動する。従って、ロボット２の位置および姿勢に関わらずに、人間１と第一ロボット部位６との間の接触を確実に防止することができ、また、ロボットシステムの自由度を高めることも可能である。
【００６０】
さらに、図７に示されるように、フランジ９を力センサ４に設置する場合には、人間１がフランジ９を越えて第一ロボット部位６に接触するのを回避できる。また、同様な形状のフランジ９２ｂを力センサ４よりも人間１に近い部位、例えば作業機器３に設置する場合には、人間１と第一ロボット部位６との接触をより確実に回避することが可能となる。
【００６１】
図８はさらに他の実施形態における人間協調ロボットシステムの部分斜視図である。図８においては、フランジ９の具体例として、略円形の板状部材９１が示されている。
【００６２】
この場合には、板状部材９１によって人間１は第一ロボット部位６から物理的に確実に隔離され、人間１は第二ロボット部位７にのみ接触可能となる。前述したように第二ロボット部位７は力センサ４によって、人間１に過大な力がかからないように制御されている。このため、板状部材９１と力センサ４とによって、人間１はロボット２と安全に協調作業を行うことができる。
【００６３】
前述したように、板状部材９１は、人間１と第一ロボット部位６との接触を防止できる限り、作業機器３上に設置してもよく、また力センサ４上に設置してもよい。さらに、力センサ４をロボット２の一部に設置してもよく、また作業機器３の内部に設置することも可能である。
【００６４】
図９は、本発明の第五の実施形態における人間協調ロボットシステムの斜視図である。図９においては、エリアセンサ９２が、人間１が第一ロボット部位６に接触できないようにする制限部５としての役目を果たす。そして、エリアセンサ９２はロボット２の先端付近に取付けられたセンサヘッド９２ａと、センサヘッド９２ａにより形成された二次元の検出領域９２ｂとを含んでいる。
【００６５】
図９に示される実施形態においては、センサヘッド９２ａはロボット２と作業機器３の間に設置された力センサ４上に設けられている。ただし、センサヘッド９２ａは作業機器３上に設置してもよく、またはロボット２の他の部分に設置してもよい。さらに、複数のセンサヘッド９２ａを設置して、より細かな検出領域９２ｂを画定することも本発明の範囲に含まれる。
【００６６】
人間１が第一ロボット部位６（ロボット２本体）に接触しようとする場合には、エリアセンサ９２が人間１と第一ロボット部位６とが接近するのを検出する。これにより、制御装置（図示しない）はロボット２が停止または退避行動をとるよう制御する。それゆえ、人間１が第一ロボット部位６と接触して過大な力を受けることはない。
【００６７】
また、検出領域９２ｂを自由に設定可能なエリアセンサ９２を採用してもよい。この場合には、生産ラインに応じて変化する周辺環境に対して検出領域９２ｂを自由に変更できる。
【００６８】
図７を再び参照して分かるように、エリアセンサ９２の検出領域９２ｂがフランジ９の代わりになるように、センサヘッド９２ａを作業機器３に設置してもよい。また、センサヘッド９２ａを力センサ４上に設置することも可能である。センサヘッド９２ａを作業機器３上に設置した場合には、検出領域９２ｂは力センサ４よりも人間１により近位の位置になる。従って、検出領域９２ｂに検出遅れが生じた場合またはロボット２に不具合が生じた場合であっても、人間１と動作中のロボット２との接触を確実に防止することができる。
【００６９】
前述した実施形態におけるロボット２は、その基台１１が床部Ｌに固定された垂直多関節型マニピュレータである。しかしながら、他の形態のロボット２、例えば水平多関節型ロボットまたはパラレルリンク構造のロボットを採用してもよい。
【００７０】
図１０は本発明の第六の実施形態における人間協調ロボットシステムの側面図である。図１０におけるロボット２は、その基台１１が床部Ｌ上を摺動可能な走行台車１３上に配置されている。図１０において、ロボット２と作業機器３との間に配置された力センサ４が過大な力を検出したり、制限部５により、人間１が第一ロボット部位６に接触したのを検出した場合には、ロボット２のアーム部だけでなく、走行台車１３も停止または後退動作を取るように制御する。従って、第六の実施形態においても、人間１とロボット２とが安全な協調作業を行うことが可能となる。なお、安全柵５の代わりに、前述したのと同様な壁状物および／またはエリアセンサを採用してもよい。
【００７１】
さらに、図１１は、図１０に示される人間協調ロボットシステムの変更例を示す図である。図１１に示されるように、ロボット２のアームの代わりに、鉛直方向に延びる延長部１４を備えた走行台車１３を含むロボット２を採用してもよい。この場合には、延長部１４の先端に作業機器３が取付けられていて、力センサ４は作業機器３と延長部１４との間に配置されている。このような場合であっても、前述したのと同様な効果が得られるのは明らかであろう。
【符号の説明】
【００７２】
１ 人間
２ ロボット
３ 作業機器
４、４１、４２ 力センサ
５ 制限部
６ 第一ロボット部位
７ 第二ロボット部位
８ エリアセンサ
８ａ センサヘッド
８ｂ 検出領域
９ フランジ
１０ 作業機器取付部
１１ 基台
１２ 検出無効領域
１３ 走行台車
１４ 延長部
１５ 開口部
５０、５１ 安全柵
８１ａ センサヘッド
８１ｂ 検出領域
９１ 板状部材
９２ エリアセンサ
９２ａ センサヘッド
９２ｂ 検出領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットと人間とが同じ作業空間を同時に共有して協調作業を行う人間協調ロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生産現場において人間とロボットとを混在して配置し、生産作業を分割して、人間とロボットとに分担させる人間協調ロボットシステムが開発されている。そのような人間協調ロボットシステムには、生産のランニングコストを削減すると共に生産効率を向上させるのに期待されている。
【０００３】
しかしながら、人間協調ロボットシステムにおいては、ロボットが人間に衝突したり、ロボットのアーム間に人間の指が挟込まれる等の危険性がある。特に、ロボットが高速で動作可能であったり、ロボットの出力が大きい場合には、人間はロボットから過大な力を受ける可能性がある。従って、このような危険性に対する安全対策が人間協調ロボットシステムに求められている。
【０００４】
従来のロボットシステムは、ロボットが周辺に衝突したときにロボットのマニピュレータ部に発生する異常トルクに基づいて衝突を検出する衝突検出機能が備わっている。この衝突検出機能により衝突が検出されると、ロボットの動作を停止する等の衝突力を軽減する制御が行われ、それにより、ロボットおよびロボットに取付けられた機器ならびに周辺機器が破損するのを最小限に抑えている。
【０００５】
しかしながら、人間とロボットとの間の衝突を検出するために衝突検出機能を使用する場合には、人間の安全を確保するために衝突の感度を高くする必要がある。このため、ロボットの各部に設けられたギアや減速機等の摩擦トルクを高精度で推定することが求められる。ところが、摩擦トルクは外気温やロボットの動作状態で変動するので、摩擦トルクを高精度で推定することは難しい。従って、ロボットの各マニピュレータ部のトルクから人間とロボットとの間の衝突を高精度で検出して人間に危害が及ばないようにすることは困難であった。
【０００６】
また、特許文献１から特許文献４には、物体を運搬する運搬ロボットが開示されている。このような運搬作業は、寸法の大きな運搬物や重い運搬物を運搬するときに人間とロボットとが運搬物の両端を担持する協調作業である。そして、ロボットと運搬物との間に設けられた力センサは、協調作業を行う人間が加える力の方向を検出し、ロボットがその方向へ運搬を補助する。これら特許文献１から特許文献４に開示される手法では、運搬物を介して人間とロボットとの間に発生する発生力を検出し、その発生力が所定の値を越えないようにロボットを制御することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３０９９０６７号
【特許文献２】特許第４１６８４４１号
【特許文献３】特開２００８−２１３１１９号公報
【特許文献４】特開２００９−３４７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、運搬物を介することなしに人間がロボットに直接的に接触する場合には人間とロボットとの間に発生する力は検出されない。また、力を検出する力センサをロボットのアームとハンドとの間などに取付けた場合であっても、センサが検出できないロボットのアーム部分に人間が接触したことは検出できない。このため、従来技術において人間とロボットとが直接接触する可能性がある場合には、安全な協調作業が可能なロボットシステムを提供することはできなかった。
【０００９】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、人間とロボットとの間に接触が起こりうる環境においても人間の安全を確保することのできる人間協調ロボットシステム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】
【００１０】
前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、ロボットと人間とが領域を共有して協調作業を行う人間協調ロボットシステムにおいて、前記ロボットの先端に取付けられた作業機器に設置されるかまたは前記ロボットに設置された力センサを具備し、該力センサの検出値が所定の値を超えた場合には前記ロボットを停止または前記力センサの検出値が小さくなるように前記ロボットの動作を制御するようになっており、前記ロボットは、前記人間から前記力センサの設置位置よりも遠位に位置する第一ロボット部位と、前記力センサの設置位置よりも前記人間に対して近位に位置する第二ロボット部位とを含んでおり、さらに、前記ロボットシステムは、前記ロボットが前記人間に最も接近した場合においても前記人間による動作中の前記ロボットの前記第一ロボット部位への接触を防止するように前記人間の作業領域を制限する制限部を具備する、ことを特徴とする人間協調ロボットシステムが提供される。
【００１１】
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記力センサが前記ロボットと前記作業機器との間に設置された。
【００１２】
３番目の発明によれば、１番目発明において、前記ロボットは基台と、前記作業機器を取付けるための作業機器取付部とを含んでおり、前記力センサが前記作業機器取付部と前記ロボットの前記基台との間に設置されている。
【００１３】
４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、前記制限部は、前記第二ロボット部位が通過可能な少なくとも一つの開口部が形成された安全柵である。
【００１４】
５番目の発明によれば、４番目の発明において、前記安全柵は、前記ロボットが前記人間に最も接近した場合における前記力センサの位置に設置されるか、または前記力センサの位置よりも前記人間に近位の位置に設置されている。
【００１５】
６番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、前記制限部は、前記人間が前記第一ロボット部位に接近するのを検出するエリアセンサであり、該エリアセンサの二次元検出領域には、前記第二ロボット部位が通過可能な少なくとも一つの検出無効領域が形成されている。
【００１６】
７番目の発明によれば、６番目の発明において、前記エリアセンサの前記二次元検出領域は、前記ロボットが前記人間に最も接近した場合における前記力センサの位置に設定されるか、または前記力センサの位置よりも前記人間に近位の位置に設定されている。
【００１７】
８番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、前記制限部が、前記ロボット、前記作業機器または前記力センサ上に設置されている。
【００１８】
９番目の発明によれば、８番目の発明において、前記制限部が板状部材である。
【００１９】
１０番目の発明によれば、９番目の発明において、前記板状部材が、前記力センサの設置位置に設置されるか、または前記力センサの設置位置よりも前記人間に近位の位置に設置されている。
【００２０】
１１番目の発明によれば、８番目の発明において、前記制限部が、前記人間が前記第一ロボット部位に接近するのを検出するエリアセンサである。
【００２１】
１２番目の発明によれば、１１番目の発明において、前記エリアセンサが、前記力センサの設置位置に設置されるか、または前記力センサの設置位置よりも前記人間に近位の位置に設置されている。
【発明の効果】
【００２２】
１番目の発明においては、制限部が設けられているので、人間は、動作中のロボットの力センサよりも人間に近位に位置するロボットの部位（第二ロボット部位）のみに接触できる。また、力センサに基づく制御によって、人間と第二ロボット部位とが接触するときに、人間がロボットから過大な力を受けるのを回避することができ、人間がロボットのあらゆる部位から過大な力を受けるのを避けられる。従って、人間とロボットとの間に接触が起こりうる環境においても人間の安全を確保した協調作業を行うことができる。
【００２３】
２番目の発明において、力センサをロボットと作業機器との間に設置した場合には、ロボットの本体が第一ロボット部位となり、作業機器が第二ロボット部位になる。人間は作業機器にのみ接触できるので、人間の安全を確保した協調作業を行うことができる。
【００２４】
３番目の発明において、力センサを作業機器取付部とロボットの基台との間に設置する場合には、第一ロボット部位は人間から遠位の場所に設定されるので、制限部を人間から遠位の位置に設置できるようになる。それゆえ、人間の作業領域を広く確保でき、人間の作業性を損なうことなしに、安全な協調作業を行うことができる。
【００２５】
４番目の発明においては、開口部が形成された安全柵を制限部として使用している。従って、人間は第二ロボット部位にのみ物理的に接触できる。このため、過大な力を発生させうる第一ロボット部位から人間を確実に分離することができる。
【００２６】
５番目の発明において、ロボットが人間に最も接近した場合における力センサの位置に安全柵を設置した際には、人間が第一ロボット部位に接触するのを防止できる。そのような力センサの位置よりも人間に近位の位置に安全柵を設置した際には、不具合によりロボットが所定の位置よりも人間側に接近した場合であっても、人間が第一ロボット部位に接触するのを避けられる。
【００２７】
６番目の発明においては、人間とロボットとは検出領域の検出無効領域のみを通じて互いに接触できるので、ロボットの第一ロボット部位の領域と人間の領域とを確実に分離することができる。また、検出無効領域を自由に設定できるエリアセンサを用いた場合には、人間とロボットとの協調作業の場所を変更したり、周辺環境に干渉しないように検出領域を変更することにより、協調作業の自由度を向上させられる。
【００２８】
７番目の発明においては、ロボットが人間に最も接近した場合における力センサの位置にエリアセンサを設置した際には、動作中のロボットの第一ロボット部位と人間とが接触するのを防止できる。そのような力センサの位置よりも人間に近位の位置にエリアセンサを設置した際には、不具合によりロボットが所定の位置よりも人間側に接近した場合であっても、人間が動作中のロボットの第一ロボット部位に接触するのを避けられる。
【００２９】
８番目の発明においては、制限部をロボット、作業機器または力センサ上に搭載することにより、ロボットの位置・姿勢によらずに動作中のロボットの第一ロボット部位と人間とが接触するのを防止できる。その結果、より自由度の高い人間協調ロボットシステムを提供できる。
【００３０】
９番目の発明においては、第一ロボット部位の領域と人間の領域とを物理的に確実に分離できる。
【００３１】
１０番目の発明においては、力センサの位置に板状部材を設置した場合には、第一ロボット部位と人間とが接触するのを防止できる。力センサの位置よりも人間に近位の位置に板状部材を設置した場合には、不具合によりロボットが所定の位置よりも人間側に接近した場合であっても、人間が第一ロボット部位に接触するのを避けられる。
【００３２】
１１番目の発明においては、エリアセンサを用いているので、周辺環境との干渉が生じないように検出エリアを容易に最適化できる。さらに、ロボット動作に応じて検出エリアを動的に変更することもでき、従って、人間協調ロボットシステムの自由度を向上させられる。
【００３３】
１２番目の発明においては、力センサの位置にエリアセンサを設置した場合には、動作中のロボットの第一ロボット部位と人間とが接触するのを防止できる。力センサの位置よりも人間に近位の位置にエリアセンサを設置した場合には、不具合によりロボットが所定の位置よりも人間側に接近した場合であっても、人間が動作中のロボットの第一ロボット部位に接触するのを避けられる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第一の実施形態における人間協調ロボットシステムの側面図である。
【図２】一つの実施形態における人間協調ロボットシステムの部分斜視図である。
【図３】図２に示される人間協調ロボットシステムの側面図である。
【図４】本発明の第二の実施形態における人間協調ロボットシステムの側面図である。
【図５】他の実施形態における人間協調ロボットシステムの側面図である。
【図６】本発明の第三の実施形態における人間協調ロボットシステムの斜視図である。
【図７】本発明の第四の実施形態における人間協調ロボットシステムの側面図である。
【図８】さらに他の実施形態における人間協調ロボットシステムの部分斜視図である。
【図９】本発明の第五の実施形態における人間協調ロボットシステムの斜視図である。
【図１０】本発明の第六の実施形態における人間協調ロボットシステムの側面図である。
【図１１】図１０に示される人間協調ロボットシステムの変更例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明の第一の実施形態における人間協調ロボットシステムの側面図である。図１に示される人間協調ロボットシステムでは、協調して作業を行うために人間１とロボット２とが互いに近位の位置に在る。図１に示される実施形態においては、ロボット２は垂直多関節型マニピュレータであり、その基台は床部Ｌに固定されている。
【００３６】
図１に示されるように、ロボット２の一部には力センサ４が取付けられており、力センサ４は図示しない制御装置に接続されている。人間１とロボット２とが接触したときに力センサ４の検出値が所定の閾値を越えると、制御装置は、ロボット２を停止するか、または力センサ４の検出値が小さくなるようにロボット２を動作させる。このようにして、力センサ４は、ロボット２が人間１に対して過大な力を発生するのを制限する。
【００３７】
ここで、人間１から見て力センサ４よりも遠位に位置するロボット２の部分を第一ロボット部位６、力センサ４よりも人間１に近位に位置するロボット２の部分を第二ロボット部位７と呼ぶ。第二ロボット部位７は、力センサ４によって過大な力が人間１に対して発生しないように制限されている部位であり、人間１に対して危害を及ぼさない。
【００３８】
これに対し、第一ロボット部位６と人間１とが接触した場合には、人間１は第一ロボット部位６から過大な力を受ける可能性がある。特に、ロボット２が高速動作可能な場合、またはロボット２の出力が大きい場合には、人間１はさらに過大な力をロボット２から受ける。
【００３９】
このため、本発明においては、人間１の作業領域を制限する制限部５が人間１とロボット２との間に設けられている。この制限部５によって、人間１と動作中のロボットの第一ロボット部位６とは互いに接触しないようにされると共に、人間１は、人間１に危害を及ぼさない第二ロボット部位７のみに接触できる。従って、本発明においては、人間１と動作中のロボットの第一ロボット部位６との接触を制限する制限部５と、第二ロボット部位７が過大な力を発生させないようにする力センサ４とによって、ロボット２のあらゆる部位から過大な発生力を受けることなしに、人間１はロボット２との安全な協調作業を行うことができる。
【００４０】
人間１と動作中のロボットの第一ロボット部位６との接触を制限する制限部５は様々な形態をなすことができる。図２は、一つの実施形態における人間協調ロボットシステムの部分斜視図である。図２においては、制限部５が安全柵５０である。
【００４１】
図２に示されるように、ロボット２には作業機器３が取付けられており、力センサ４はロボット２と作業機器３との間に配置されている。作業機器３は、ロボット２に取付けられて作業を行う機器である。作業機器３は、部品の把持などハンドリングを行うハンド用途、ネジ締め、接着剤塗布、挿入作業または溶接を行う組み立て用途、レーザポインタによる人間１への作業指示、人間１に対する補助作業を行う補助作業用途もしくは治具用途などを有する。
【００４２】
図２においては、第二ロボット部位７は作業機器３であり、第一ロボット部位６は作業機器３を除いたロボット２本体である。制限部５である安全柵５０は、人間１と第一ロボット部位６との間の接触を制限する。図示されるように、安全柵５０には開口部１５が形成されている。開口部１５は、人間１と第二ロボット部位７とが接触しうる最小限の寸法である。人間１および第二ロボット部位７（作業機器３）は、この開口部１５を通じて互いに接触し、また、人間１は開口部１５を越えて第一ロボット部位６に接触することはできない。
【００４３】
このように、ロボット２と作業機器３との間に力センサ４が設置されているので、人間１とロボット２とが協調作業を行う際に、第二ロボット部位７としての作業機器３は人間１に過大な力を与えない。そして、制限部５としての安全柵５０が配置されているので、人間１は、過大な力を受ける可能性のある第一ロボット部位６に直接的に接触することはない。人間１は、開口部１５を通った第二ロボット部位７にのみ接触でき、従って、安全な協調作業を行うことが可能となる。
【００４４】
実際には、人間１とロボット２とが協調作業を行う際に、人間１とロボット２とが接触する必要性のある部位は作業機器３のみであることが多い。図２に示される実施形態においては、人間１に対する接触が作業機器３のみに限定されるので、必要最小限の制限で安全な協調作業を行うことが可能となる。
【００４５】
図３は、図２に示される人間協調ロボットシステムの側面図である。図３においては、ロボット２がそのアームを水平方向に限界まで延ばしている。その結果、アームの先端に取付けられた作業機器３は安全柵５０の開口部１５を越えて人間１に最も接近している。図３に実線で示されるように、安全柵５０は、ロボット２のアームが水平方向に延びたときにロボット２の力センサ４に対応した位置に設置されている。また、図３において破線で示される安全柵５１は、力センサ４に対応した位置よりもさらに人間に接近した位置に設置されている。
【００４６】
図３に実線で示されるように、安全柵５０が力センサ４に対応する位置に設置される場合には、第一ロボット部位６が安全柵５を越えて人間１の作業領域に侵入することは無い。従って、人間１と第一ロボット部位６とが接触するのを完全に防止できる。
【００４７】
また、図３に破線で示されるように、安全柵５１が力センサ４に対応する位置よりも人間１に接近した位置に設置される場合には、ロボット２の不具合が原因で通常のストロークを超えてロボット２が人間１に接近したとしても、力センサ４の位置が安全柵５１を超えることはない。従って、ロボット２に不具合が起きた場合であっても、人間１と第一ロボット部位６との接触が回避され、安全な協調作業を行うことが可能である。
【００４８】
図４は、本発明の第二の実施形態における人間協調ロボットシステムの側面図である。図４においては、作業機器３はロボット２の先端に設けられた作業機器取付部１０に取付けられている。また、ロボット２は、床部Ｌに設置された基台１１上に設置されており、力センサ４１は、基台１１と作業機器取付部１０との間に配置されている。
【００４９】
図４においては、安全柵５０の少なくとも一部分を人間１から遠ざかる方向に傾斜させられる。それゆえ、第二の実施形態においては、図３に示される場合と比較すると、安全柵５０の少なくとも一部分は人間１からより遠位に位置することになる。その結果、第二の実施形態においては、人間１の作業領域をより広く確保することが可能である。
【００５０】
図５は、他の実施形態における人間協調ロボットシステムの側面図である。図５においては、力センサ４２が、作業機器３に内蔵されている。図５における安全柵５０は、ロボット２がそのアームを水平方向に限界まで延ばしたときの力センサ４２に対応した位置に設置されている。このため、力センサ４がロボット２と作業機器３との間に設置されている場合と比較すると、第一ロボット部位６の領域をより大きく確保することができる。ロボット２の動作可能範囲はより広くなるので、ロボット動作の自由度を低下させることなしに、人間１とロボット２との協調作業を行うことが可能となる。
【００５１】
図６は、本発明の第三の実施形態における人間協調ロボットシステムの斜視図である。図６においては、安全柵５０の代わりに、エリアセンサ８が制限部５として配置されている。エリアセンサ８は例えば光カーテンやレーザ光を走査して物体を検出するレーザスキャナセンサであり、レーザ光等を発して反射から物体侵入を検出するためのセンサヘッド８ａと、センサヘッド８ａにより形成される二次元の検出領域８ｂとを含んでいる。図６に示される検出領域８ｂは、人間１とロボット２との間を仕切る鉛直面である。
【００５２】
図６におけるセンサヘッド８ａは、人間１およびロボット２の上方に設置されている。ただし、センサヘッド８ａは周辺環境などに応じて人間１およびロボット２の下方および／または側方に設けられていてもよい。さらに、複数のエリアセンサ８を設置するようにしてもよく、その場合には、より細かな検出領域を画定することができる。
【００５３】
図６に示されるように、検出領域８ｂには必要最小限の検出無効領域１２が含まれている。このような検出無効領域１２においては人間１およびロボット２の作業機器３等が進入したとしても、センサヘッド８ａによって検出されないものとする。図６においては、単一の検出無効領域１２が、検出領域８ｂにおいてロボット２の作業機器３に対応する場所から床部まで下方に延びている。ただし、検出無効領域１２の形状は図６の内容に制限されず、第二ロボット部位７が通過できるあらゆる形状の検出無効領域１２を採用してもよい。
【００５４】
図６においては、第二ロボット部位７、例えば作業機器３が検出領域８ｂの検出無効領域１２を通じて人間１の作業領域に進入する。次いで、人間１が第二ロボット部位７に接触して、協調作業を行うことができる。
【００５５】
また、検出領域８ｂを自由に設定可能なエリアセンサ８を採用してもよい。この場合には、生産ラインに応じて変化する周辺環境に対して検出領域８ｂおよび検出無効領域１２を自由に変更できる。つまり、ロボット２の姿勢および協調作業の内容に応じて柔軟にかつ動的に検出無効領域１２を設定することができる。
【００５６】
さらに、検出無効領域１２の有効／無効を切替えることにより、人間１とロボット２とが分離された領域で独立して一時的に作業するように変更することも可能である。さらに、人間１やロボット２もしくは作業機器３の位置を監視するカメラ（図示しない）を設けてもよい。このカメラにより、人間１と第一ロボット部位６とが接触するのを監視できるので、カメラを制限部５またはエリアセンサ８の代わりに利用できる。
【００５７】
図３を再び参照して分かるように、エリアセンサ８の検出領域８ｂが安全柵５０の代わりになるように、エリアセンサ８を設置してもよい。また、エリアセンサ８の検出領域８１ｂが安全柵５１の代わりになるように、エリアセンサ８を設置することも可能である。検出領域８１ｂが安全柵５１の代わりになるようにエリアセンサ８を設置した場合には、検出領域８１ｂは力センサ４よりも人間１により近位の位置になる。従って、検出領域８１ｂに検出遅れが生じた場合またはロボット２に不具合が生じた場合であっても、人間１と動作中のロボット２との接触を確実に防止することができる。
【００５８】
図７は、本発明の第四の実施形態における人間協調ロボットシステムの側面図である。図７においては、制限部５としてフランジ９がロボット２の一部分に直接的に取付けられている。フランジ９は、作業機器３に取付けられてもよく、また力センサ４に直接的に取付けられてもよい。なお、力センサ４はロボット２と作業機器３との間だけでなく、ロボット２の他の場所に取付けられてもよい。
【００５９】
図７に示される実施形態においては、フランジ９はロボット２の動作に追従して移動する。従って、ロボット２の位置および姿勢に関わらずに、人間１と第一ロボット部位６との間の接触を確実に防止することができ、また、ロボットシステムの自由度を高めることも可能である。
【００６０】
さらに、図７に示されるように、フランジ９を力センサ４に設置する場合には、人間１がフランジ９を越えて第一ロボット部位６に接触するのを回避できる。また、同様な形状のフランジ９２ｂを力センサ４よりも人間１に近い部位、例えば作業機器３に設置する場合には、人間１と第一ロボット部位６との接触をより確実に回避することが可能となる。
【００６１】
図８はさらに他の実施形態における人間協調ロボットシステムの部分斜視図である。図８においては、フランジ９の具体例として、略円形の板状部材９１が示されている。
【００６２】
この場合には、板状部材９１によって人間１は第一ロボット部位６から物理的に確実に隔離され、人間１は第二ロボット部位７にのみ接触可能となる。前述したように第二ロボット部位７は力センサ４によって、人間１に過大な力がかからないように制御されている。このため、板状部材９１と力センサ４とによって、人間１はロボット２と安全に協調作業を行うことができる。
【００６３】
前述したように、板状部材９１は、人間１と第一ロボット部位６との接触を防止できる限り、作業機器３上に設置してもよく、また力センサ４上に設置してもよい。さらに、力センサ４をロボット２の一部に設置してもよく、また作業機器３の内部に設置することも可能である。
【００６４】
図９は、本発明の第五の実施形態における人間協調ロボットシステムの斜視図である。図９においては、エリアセンサ９２が、人間１が第一ロボット部位６に接触できないようにする制限部５としての役目を果たす。そして、エリアセンサ９２はロボット２の先端付近に取付けられたセンサヘッド９２ａと、センサヘッド９２ａにより形成された二次元の検出領域９２ｂとを含んでいる。
【００６５】
図９に示される実施形態においては、センサヘッド９２ａはロボット２と作業機器３の間に設置された力センサ４上に設けられている。ただし、センサヘッド９２ａは作業機器３上に設置してもよく、またはロボット２の他の部分に設置してもよい。さらに、複数のセンサヘッド９２ａを設置して、より細かな検出領域９２ｂを画定することも本発明の範囲に含まれる。
【００６６】
人間１が第一ロボット部位６（ロボット２本体）に接触しようとする場合には、エリアセンサ９２が人間１と第一ロボット部位６とが接近するのを検出する。これにより、制御装置（図示しない）はロボット２が停止または退避行動をとるよう制御する。それゆえ、人間１が第一ロボット部位６と接触して過大な力を受けることはない。
【００６７】
また、検出領域９２ｂを自由に設定可能なエリアセンサ９２を採用してもよい。この場合には、生産ラインに応じて変化する周辺環境に対して検出領域９２ｂを自由に変更できる。
【００６８】
図７を再び参照して分かるように、エリアセンサ９２の検出領域９２ｂがフランジ９の代わりになるように、センサヘッド９２ａを作業機器３に設置してもよい。また、センサヘッド９２ａを力センサ４上に設置することも可能である。センサヘッド９２ａを作業機器３上に設置した場合には、検出領域９２ｂは力センサ４よりも人間１により近位の位置になる。従って、検出領域９２ｂに検出遅れが生じた場合またはロボット２に不具合が生じた場合であっても、人間１と動作中のロボット２との接触を確実に防止することができる。
【００６９】
前述した実施形態におけるロボット２は、その基台１１が床部Ｌに固定された垂直多関節型マニピュレータである。しかしながら、他の形態のロボット２、例えば水平多関節型ロボットまたはパラレルリンク構造のロボットを採用してもよい。
【００７０】
図１０は本発明の第六の実施形態における人間協調ロボットシステムの側面図である。図１０におけるロボット２は、その基台１１が床部Ｌ上を摺動可能な走行台車１３上に配置されている。図１０において、ロボット２と作業機器３との間に配置された力センサ４が過大な力を検出したり、制限部５により、人間１が第一ロボット部位６に接触したのを検出した場合には、ロボット２のアーム部だけでなく、走行台車１３も停止または後退動作を取るように制御する。従って、第六の実施形態においても、人間１とロボット２とが安全な協調作業を行うことが可能となる。なお、安全柵５の代わりに、前述したのと同様な壁状物および／またはエリアセンサを採用してもよい。
【００７１】
さらに、図１１は、図１０に示される人間協調ロボットシステムの変更例を示す図である。図１１に示されるように、ロボット２のアームの代わりに、鉛直方向に延びる延長部１４を備えた走行台車１３を含むロボット２を採用してもよい。この場合には、延長部１４の先端に作業機器３が取付けられていて、力センサ４は作業機器３と延長部１４との間に配置されている。このような場合であっても、前述したのと同様な効果が得られるのは明らかであろう。
【符号の説明】
【００７２】
１ 人間
２ ロボット
３ 作業機器
４、４１、４２ 力センサ
５ 制限部
６ 第一ロボット部位
７ 第二ロボット部位
８ エリアセンサ
８ａ センサヘッド
８ｂ 検出領域
９ フランジ
１０ 作業機器取付部
１１ 基台
１２ 検出無効領域
１３ 走行台車
１４ 延長部
１５ 開口部
５０、５１ 安全柵
８１ａ センサヘッド
８１ｂ 検出領域
９１ 板状部材
９２ エリアセンサ
９２ａ センサヘッド
９２ｂ 検出領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットと人間とが領域を共有して協調作業を行う人間協調ロボットシステムにおいて、
前記ロボットの先端に取付けられた作業機器に設置されるかまたは前記ロボットに設置された力センサを具備し、該力センサの検出値が所定の値を超えた場合には前記ロボットを停止または前記力センサの検出値が小さくなるように前記ロボットの動作を制御するようになっており、
前記ロボットは、前記人間から前記力センサの設置位置よりも遠位に位置する第一ロボット部位と、前記力センサの設置位置よりも前記人間に対して近位に位置する第二ロボット部位とを含んでおり、
さらに、前記ロボットシステムは、前記ロボットが前記人間に最も接近した場合においても前記人間による動作中の前記ロボットの前記第一ロボット部位への接触を防止するように前記人間の作業領域を制限する制限部を具備する、ことを特徴とする人間協調ロボットシステム。
【請求項２】
前記力センサが前記ロボットと前記作業機器との間に設置された、ことを特徴とする請求項１に記載の人間協調ロボットシステム。
【請求項３】
前記ロボットは基台と、前記作業機器を取付けるための作業機器取付部とを含んでおり、前記力センサが前記作業機器取付部と前記ロボットの前記基台との間に設置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の人間協調ロボットシステム。
【請求項４】
前記制限部は、前記第二ロボット部位が通過可能な少なくとも一つの開口部が形成された安全柵である、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の人間協調ロボットシステム。
【請求項５】
前記安全柵は、前記ロボットが前記人間に最も接近した場合における前記力センサの位置に設置されるか、または前記力センサの位置よりも前記人間に近位の位置に設置されている、ことを特徴とする請求項４に記載の人間協調ロボットシステム。
【請求項６】
前記制限部は、前記人間が前記第一ロボット部位に接近するのを検出するエリアセンサであり、該エリアセンサの二次元検出領域には、前記第二ロボット部位が通過可能な少なくとも一つの検出無効領域が形成されている、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の人間協調ロボットシステム。
【請求項７】
前記エリアセンサの前記二次元検出領域は、前記ロボットが前記人間に最も接近した場合における前記力センサの位置に設定されるか、または前記力センサの位置よりも前記人間に近位の位置に設定されている、ことを特徴とする請求項６に記載の人間協調ロボットシステム。
【請求項８】
前記制限部が、前記ロボット、前記作業機器または前記力センサ上に設置されている、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の人間協調ロボットシステム。
【請求項９】
前記制限部が板状部材である、ことを特徴とする請求項８に記載の人間協調ロボットシステム。
【請求項１０】
前記板状部材が、前記力センサの設置位置に設置されるか、または前記力センサの設置位置よりも前記人間に近位の位置に設置されている、ことを特徴とする請求項９に記載の人間協調ロボットシステム。
【請求項１１】
前記制限部が前記人間が前記第一ロボット部位に接近するのを検出するエリアセンサである、ことを特徴とする請求項８に記載の人間協調ロボットシステム。
【請求項１２】
前記エリアセンサが、前記力センサの設置位置に設置されるか、または前記力センサの設置位置よりも前記人間に近位の位置に設置されている、ことを特徴とする請求項１１に記載の人間協調ロボットシステム。
【請求項１】
ロボットと人間とが領域を共有して協調作業を行う人間協調ロボットシステムにおいて、
前記ロボットの先端に取付けられた作業機器に設置されるかまたは前記ロボットに設置された力センサを具備し、該力センサの検出値が所定の値を超えた場合には前記ロボットを停止または前記力センサの検出値が小さくなるように前記ロボットの動作を制御するようになっており、
前記ロボットは、前記人間から前記力センサの設置位置よりも遠位に位置する第一ロボット部位と、前記力センサの設置位置よりも前記人間に対して近位に位置する第二ロボット部位とを含んでおり、
さらに、前記ロボットシステムは、前記ロボットが前記人間に最も接近した場合においても前記人間による動作中の前記ロボットの前記第一ロボット部位への接触を防止するように前記人間の作業領域を制限する制限部を具備する、ことを特徴とする人間協調ロボットシステム。
【請求項２】
前記力センサが前記ロボットと前記作業機器との間に設置された、ことを特徴とする請求項１に記載の人間協調ロボットシステム。
【請求項３】
前記ロボットは基台と、前記作業機器を取付けるための作業機器取付部とを含んでおり、前記力センサが前記作業機器取付部と前記ロボットの前記基台との間に設置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の人間協調ロボットシステム。
【請求項４】
前記制限部は、前記第二ロボット部位が通過可能な少なくとも一つの開口部が形成された安全柵である、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の人間協調ロボットシステム。
【請求項５】
前記安全柵は、前記ロボットが前記人間に最も接近した場合における前記力センサの位置に設置されるか、または前記力センサの位置よりも前記人間に近位の位置に設置されている、ことを特徴とする請求項４に記載の人間協調ロボットシステム。
【請求項６】
前記制限部は、前記人間が前記第一ロボット部位に接近するのを検出するエリアセンサであり、該エリアセンサの二次元検出領域には、前記第二ロボット部位が通過可能な少なくとも一つの検出無効領域が形成されている、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の人間協調ロボットシステム。
【請求項７】
前記エリアセンサの前記二次元検出領域は、前記ロボットが前記人間に最も接近した場合における前記力センサの位置に設定されるか、または前記力センサの位置よりも前記人間に近位の位置に設定されている、ことを特徴とする請求項６に記載の人間協調ロボットシステム。
【請求項８】
前記制限部が、前記ロボット、前記作業機器または前記力センサ上に設置されている、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の人間協調ロボットシステム。
【請求項９】
前記制限部が板状部材である、ことを特徴とする請求項８に記載の人間協調ロボットシステム。
【請求項１０】
前記板状部材が、前記力センサの設置位置に設置されるか、または前記力センサの設置位置よりも前記人間に近位の位置に設置されている、ことを特徴とする請求項９に記載の人間協調ロボットシステム。
【請求項１１】
前記制限部が前記人間が前記第一ロボット部位に接近するのを検出するエリアセンサである、ことを特徴とする請求項８に記載の人間協調ロボットシステム。
【請求項１２】
前記エリアセンサが、前記力センサの設置位置に設置されるか、または前記力センサの設置位置よりも前記人間に近位の位置に設置されている、ことを特徴とする請求項１１に記載の人間協調ロボットシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−４０６２６（Ｐ２０１２−４０６２６Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８２３１４（Ｐ２０１０−１８２３１４）
【出願日】平成２２年８月１７日（２０１０．８．１７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２２年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「戦略的先端ロボット要素技術開発プロジェクト、人間・ロボット協調型セル生産組立システム（次世代産業用ロボット分野）、（先進工業国対応型セル生産組立システムの開発）」に係る委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１７日（２０１０．８．１７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２２年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「戦略的先端ロボット要素技術開発プロジェクト、人間・ロボット協調型セル生産組立システム（次世代産業用ロボット分野）、（先進工業国対応型セル生産組立システムの開発）」に係る委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
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