JPS59205298A - ロボツトの安全領域監視方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 ロボットアームの動作域の監視に係り、特に該動作域を
画像として監視する方法に関する。

〔発明の背景〕

ロボットアームの動作安全域の監視方法として例えば該
アームに超音波送受信器を複数取付けて他のアームの接
近を検知し他のロボットのアームとの衝突全防止するな
どの方法がある。

１だ該ロボットの周辺に柵などを設けて不用意に人間が
立入ることを防止する方式もとられている。しかしなが
らティーチング時のオペレータの安全を考慮したものは
ない。前記超音波方式はお互いに超音波送受信器を備え
ていないといけないし、超音波の使用は、設備構成が高
価になると共に、障害物の形状、色あいを判定すること
ができない。また、ロボットの安全対策を考えるときは
、対人あるいは対障害物形状をも含めて検知できないと
、真の意味での安全対策にはならないという問題があっ
た。

またロボット装置は、作業能率を上げる為には、アーム
動作の高速化が必要である。その動作は、利用方法の多
様化と共に複雑化し、また、他設備との空間の共有、ロ
ボット動作空間への人間の侵入等の機会が益々増大して
きている。これらロボット動作空間への障害物の侵入は
、ロボット制御からみた時、突発的であり予測不可能で
ある。このような観点から、ロボット制御側に障害物検
知機能をもたせること以外によい対策が考えられないの
が現状である。

〔発明の目的〕

ロボットのアーム移動予定空間の障害物の有無を画像と
して検知し、ロボットの障害物との衝突を防止すること
にある。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例について第１図、第２図により説明する
。ロボットアーム２は、ロボット１を中心に全方向に移
動するものとする。ロボットアーム２は、スケジューラ
３に従って任意の動きをするので、ロボットアーム２の
動作範囲４１内に障害物や人間が入った場合衝突事故が
発生する危険がある。本発明は、ロボットの動作範囲の
空間に障害物が侵入した場合、ロボットが安全運動を行
いうるようにコントロールすることに特徴がある。

カメラ９は、ロボットアーム２の動作範囲４１を常時撮
像し、ロボットの周辺環境データとして保存する。また
、カメラ７は、ロボットアーム２の動作方向を撮像し、
該空間４０に障害物が存在するかどうかを監視するよう
にしている。以下、本発明の装置の詳細を第２図により
説明する。

ロボットアーム２の動作範囲４１の撮像及びそのデータ
処理について説明する。環境データ処理部１５は、カメ
ラの向き制御部１７、カメラ操作部８を介してカメラ９
を領域４１を常時スキャンし、画像入力部１１により画
像メモリ１３にカメラ９よりの入力画像を書き込む。画
像データの取込毎に環境データ処理部１５は、該取込画
像データに対応する旧壌境データと比較を行い障害物が
検知された場合は、コンソール（、ＲＴＩＯにその旨を
表示しオペレータに知らせる。オペレータは、旧環境デ
ータと新規データの差異が障害物によるか否かを判定し
、該ＣＲＴより入力する。環境データ処理機構は、障害
物でないと判定された場合は、環境データファイルを新
規入力データでおきかえを行う。このように環境データ
のおきかえを行う事により微少な環境変化（例えば、時
刻の進行と共に変化する明るさ）に対して有効である。

本処理の詳ａＩ全第３図に流れ図にて示す。ロボット動
作範囲の障害物のない環境条件が常時更新されて環境デ
ータファイル１９に記憶することができ障害物検知のだ
めの基礎データとして使用することができる。

次（・こロボットのアーム２とカメラ７の相互関係につ
いて述べる。ロボットアーム２は、ロボット動作スケジ
ューラ３の情報を基にロボット動作制御機構４を介して
コントロールされる。一方カメラ７は、ロボット動作ス
ケジューラ３からの情報を基にカメラ視覚追従部５、カ
メラ操作部６を介してコントロールされ、常時、アーム
２の動作方向の前方をスキャンするように仕組まれ画像
人力部１２により画像データは画像メモリ１４に書き込
まれる。画ｒ象メモリ１４に醤き込まれた画像データは
、障害物解析部１６にとり込まれ、環境データファイル
１９のデータと比較され、アーム２移動方向の空間に障
害物の有無を検知する。本処理の詳細を第４図に流れ図
で示す。このように本発明の装置は仕組まれているので
、ロボットアーム２の動作方向の空間に障害物が侵入す
ると直ちに検知でき、アーム２の運動を減速したり、ス
トップすることができる。

また、周辺の明るさが徐々に変化する場合には環境デー
タは、常時、カメラ９からの入力におきかえられるので
障害物検知に影響することはない。

次に障害空間ファイルの構造について記述する。

障害空間ファイルは、ロボット動作全領域を基盤状に細
分し、各基盤目をメモリの１ビツトを第５図（ａ）、　
（ｂ）のように対応させる。（ａ）はロボット動作安全
領域、（ｂ）は障害空間ファイルを示す。障害発生の基
盤目に相当するピントに′１”をセットするようにする
。このようになっているのでロボットを動作させる前に
進行しようとする空間の障害物有無を確認しつつ動作を
実行することが可能であり、ロボットアームが障害物と
衝突するごとき危険がなくなる。

次に環境データの構造について述べる。環境データは、
障害空間ファイルと全く同じようにロボット動作全領域
を基盤状に細分化し、各基盤目をメモリの８ビツトに＠
６図（ａ）、　（ｂ）のように対応させである。従って
各基盤目の画１象データを濃淡画像データとして格納す
ることができる。環境データは、このような構成である
からロボット動作全領域の安全状態における環境を濃淡
画像の形態で記憶することにより、カメラ入力の濃淡画
像と比較することによシ壌境変化を検知することが可能
である。この変化が、極めて低く全体的な明るさの変化
の場合には、室内明るさの変化と判断し、部分的な大き
な変化を生じた場合、その場所に障害物侵入したものと
判断するものとする。このようであるから本発明の装置
によりロボット自体で安全を確認しつつ動作を行うこと
ができるのである。

本発明の装置では、背景と同じ色彩の障害物が、ロボッ
ト障害物が入って釆た場合の対策として次のようなこと
を考える。バックとなる部分を色彩を変更できるように
しておく。たとえば、バックスクリーンを変えるとか、
バックのみの照明を変更するとかする。この変更は、周
期的に行えるようにして、環境条件データとしては、各
バックの環境条件毎に保有するようにするものとする。

このようにすることは容易に実現可能であり、しかも、
障害物が、どのようなもの（バックの色彩と同じであっ
てもよい）でも検知可能である。尚、バックの条件の変
更は周期的に行うが、その周期は、計算処理の速度によ
り決定される。周期があまり太きいときは障害物の侵入
に対して速やかな対応ができないので実用性がない。画
像処理の主要部をハード化し処理時間の高速化により大
略０．１〜０，２秒程度が現在の技術で容易に可能であ
るから、バックの変更周ＪｊＡは、ｏ、２〜１．０秒程
度にとるのが適当である。このようＫすれば、人間の視
覚程度の認識速度で障害物を検知し、ロボットは安全運
動できる。

ロボットアームに超音波を付けて周囲の障害物を検知す
る方式があるが、この場合、相手側の障害物が、複雑な
形状をしていること及びどのような位置にあるかわから
ないなどのため、超音波装置を数多くアームに付けなけ
ればならない。従つて超音波の設備が美大となる。これ
に比べて本発明の装置では、障害物の形状を直接とらえ
ることができるため、必要最小限のカメラを設けるだけ
で争足りる。たとえば、平面上で障害物を検知するだけ
で十分機能が足りる場合は、２台のカメラを設けるだけ
でよい。立体的に障害物をとらえたい時は、カメラをち
と２台増すことにより実現でき、設備費用も大したこと
はないことが容易に理解されよう。また、あと１台カメ
ラを増やし、障害物をズームアツプしてとらえることに
より障害物の位置をより高精度に把握することができる
。

この精度向上のだめのカメラは、適当なカメラ制御機構
を有し、障害物を自動的にシーン中にとらえるように仕
組んでおき、ズームアツプをくり返し、目的の精度にな
るまでズームアンプを行う。

このように本装置は仕組んであるので障害物を立体的に
認識すると共に、障害物の位置を高精度に検知すること
も可能である。このようにすることにより障害物に対す
る精密な操作をロボットから行うことも可能である。ま
た本装置は、障害物（９） をカラーの濃淡画像（例えば、８ビット／画素×３原色
）としてとらえるので、同一形状の障害物に対してもあ
らかじめ定められた周期で色調を変えることにより別々
に認識することが可能である。

これは童識的に障害物に色彩を施し、ロボット処理をそ
れに応じて異なる動作を行わさせることができる。本装
置は、障害物に、立体的に認識できるので、多関節ロボ
ッ）Ｋ適用することによシ動的な障害物に対して、うま
く多関節アームを曲げて、目的地点にアームをもってゆ
くことができる。

このような目的を果すために超音波による方式では、ア
ーム上に美大な数の超音波送受信装置を付けなければ実
現できないが、本装置では、わずかな台数のカメラ装置
で容易に実現できる。第７図に多関節ロボットに本発明
の装置を適用した１実施例を示す。１・はロボット、２
は、多関節アーム、４２は障害物、４３は、障害物投影
を示す。ここでは、障害物を平面としてとらえているが
、前に記述したように、カメラを増やすことにより物体
４２は、立体的な位置としても検知できる。考え（１０
） 方は、平面の場合と全く同じであるのでここでは省略し
である。

本発明の装置は、従来の超音波による方式に比べて以下
のような利点がある。

（１）簡便な設備で、障害物を立体的に認識することが
できる（超音波方式では、多数の超音波送受信機をアー
ムに加える必要があり美大な設備となる）。

（２）空間全体を障害物の有無で区分けできるので、ア
ーム動作を高速動作することができる（超音波の方式で
は、障害物とある程度近づかないと検知できないので、
アームの慣性を考える高速化に制限を加える必要がある
）。

（３）障害物位置と形状を立体的に認識できるので、ア
ーム動作路を最適化することができる（超音波の方式で
は、障害物を認識してはじめて動作路の修正をするしか
方法がない）。

（４）　　障害物を形状以外に色彩により認識できるの
で、障害物の具体的な性質をも知ることができる（人間
か、その他の物体かの区別など）。

（１１） 以上のように本発明の装置では、超音波の方式に比べて
多くの長所がある。本発明の装置では、このように、障
害物に関する詳細な情報を使って、目的に応じて、ロボ
ット全安全に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の使用例と機能の１例を、第２図は、
本発明の装置の詳細構造を、第３図、第４図は処理フロ
ーを、第５図、第６図はロボットの動作安全領域、障害
空間ファイルの説明図を、第７図は関節ロボットへの本
発明の適用例を示す。 １・・・ロボット、２・・・ロボットアーム、３・・・
ロボット動作スケジューラ、４・・・ロボット動作制御
部、５・・・カメラアーム追従部、６・・・カメラ操作
部、７・・・カメラ（アーム移動方向領域撮像用）、８
・・・カメラ操作部、９・・・カメラ（ロボット全動作
領域監視用）、１０・・・コンソールＣＲＴ、１１・・
・画像入力部、１２・・・画像入力部、１３・・・画像
メモ１ハ１４・・・画像メモリ、１５・・・環境データ
処理部、１６・・・障害物解析部、１７・・・カメラ向
制御部、（１２） １８・・・障害空間ファイル、１９・・・環境データフ
ァイル、２０・・・ロボット動作スケジュー２、ロボッ
ト動作制御部間インターフェース、２１・・・ロボット
、ロボット動作制御部間インターフェース、２２・・・
ロボット動作スケジュー２、カメラアーム追従部間イン
ターフェース、２３・・・カメラアーム追従部、カメラ
操作部間インターフェース、２４・・・カメラアーム追
従部、画像入力部間インターフェース、２５・・・環境
データ処理部、カメラ向制御部間インターフェース、２
６・・・カメラ向制御部、カメラ操作部間インターフェ
ース、２７・・・障害空間ファイル、ロボット動作制御
部間インターフェース、２８・・・環境データファイル
、障害物解析部間インターフェース５，２９・・・障害
解析部、障害空間ファイル間インターフェース、３０・
・・環境データ処理部、環境データファイル間インター
フェース、３１・・・環境データ処理部、障害空間ファ
イル間インターフェース、３２・・・環境データ処理部
、画像入力部間インターフェース、３３・・・画像メモ
リ、障害物解析部間インターフェース、３４・・・力（
１３） メラ、画像入力部、３５・・・カメラ操作部、画像入力
部間インターフェース、３６・・・画像入力部、画像メ
モリ間インターフェース、３７・・・画像入力部、画像
メモリ間インターフェース、４０・・・ロボットアーム
動作方向エリア、４１・・・ロボットアーム全（１４） （ｂ） 木イ！−月４ 第　６　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　カメラによる撮像画像を利用してロボットの動作
   領域の監視をおこなう方法において、少なくとも第１の
   カメラでロボットアームの全動作領域を含む動作領域に
   ついて撮像し、他の第２のカメラで該ロボットアームを
   含む部分動作領域について撮像し、該第１のカメラによ
   る撮像データの色調をあらかじめ定めた周期で変更し、
   該第１．第２のカメラによる撮像データの差に基づいて
   障害物を検知することを特徴とするロボットの安全領域
   監視方法。