WO2021033355A1 - ロボットの制御装置、ロボットの制御方法、及びプログラム - Google Patents

ロボットの制御装置、ロボットの制御方法、及びプログラム Download PDF

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reflected
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一馬 三嶋
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Omron Corp
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/40201—Detect contact, collision with human
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40202—Human robot coexistence

Definitions

  • the present invention relates to a technique for controlling a robot.
  • the radar sensor irradiates radio waves in the millimeter wave band (radar waves) and receives radio waves (reflected waves) reflected by an object existing in the irradiation range to detect the presence or absence of an object, the position of the object, and the like.
  • radar waves radio waves in the millimeter wave band
  • reflected waves radio waves
  • the reflected power when an object reflects radar waves differs depending on the material and shape of the object.
  • work equipment such as a workbench made of a material with strong reflection power (for example, metal)
  • the reflection power of the work equipment works. It may be greater than the reflex power of the person (human body). Therefore, even if the worker's arm or the like is located in the vicinity of the work equipment, the weak reflected wave from the worker's arm or the like may be buried in the strong reflected wave from the work equipment.
  • the radar sensor is installed at an inappropriate position, the above phenomenon is likely to occur. In such a case, it may not be possible to properly detect the position of the worker's arm or the like existing in the vicinity of the work equipment, and thereby the interference between the robot and the worker can be appropriately suppressed. It may disappear.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to suppress inadvertent interference between the robot and the worker when the robot and the worker work together.
  • Technology is to be provided.
  • the present invention is a robot control device that monitors a collaborative area between a robot and a worker by using a radar wave and controls the robot based on the monitoring result.
  • An object with strong reflection power that makes it difficult to properly detect the position of the worker (or a part of the worker's body) existing in the collaboration area was detected in the collaboration area.
  • a process for suppressing inadvertent interference between the robot and the operator is executed.
  • the present invention is a control device for a robot that works in collaboration with an operator.
  • the control device is generated by transmitting a radar wave to a collaborative area, which is an area where a worker and a robot collaborate to work, and reflecting the radar wave on an object in the collaborative area.
  • a radar transmission / reception unit that receives reflected waves
  • a radar data processing unit that calculates the reflected power of an object existing in the collaborative area based on the reflected waves received by the radar transmission / reception unit, and the radar data processing.
  • Control to execute an interference suppression process which is a process for suppressing interference between the robot and the worker, when an object whose reflection power calculated by the unit is equal to or higher than a predetermined threshold value exists in the collaboration area. It has a part and.
  • the "predetermined threshold” referred to here is received by the radar transmitter / receiver when, for example, a part of the worker's human body (for example, an arm) is present in the vicinity of an object having a reflection power equal to or higher than the predetermined threshold. It is a value that is assumed to be difficult to detect the position of the worker's arm or the like based on the reflected wave, and is a value that is predetermined by the fitting work based on the results of experiments and simulations.
  • a radar wave is irradiated from the radar transmitter / receiver toward the collaboration area. Then, even if the worker's arm or the like is present in the vicinity of the strong reflector, the reflected wave from the arm or the like is buried in the reflected wave from the strong reflector, so that the worker's arm or the like is buried. It may be difficult to separate the reflected wave from the arm or the like from the reflected wave from the strong reflector. In such a case, it may be difficult to detect the position of the worker's arm or the like existing in the collaboration area.
  • control device executes the interference suppression process when it is detected that the strong reflector exists in the collaborative area.
  • careless interference between the robot and the worker can be suppressed even when it is difficult to appropriately detect the position of the worker's arm or the like existing in the vicinity of the strong reflector.
  • the interference suppression process may include a process of stopping the operation of the robot. According to this, when it is difficult to appropriately detect the position of the worker's arm or the like existing in the vicinity of the strong reflector, the interference between the robot and the worker can be suppressed.
  • the interference suppression process may include a process for calling attention to the worker.
  • the process of calling attention to the worker is, for example, a process of sounding a warning sound, a process of turning on a warning light, a process of displaying a warning message, or a process of outputting a voice.
  • the work equipment as described above may have a material (for example, metal or the like) or a shape (for example, a shape in which a flat surface occupies a large proportion of the outer wall surface) in which the reflection power tends to be strong. Therefore, the radar is perpendicular to the above-mentioned work equipment (for example, a part of the radar wave emitted from the radar transmitter / receiver is perpendicular to the work equipment (the incident angle is at a right angle)). When the transmitter / receiver is installed, the reflected power of the work equipment may exceed a predetermined threshold.
  • radar transmission / reception is performed in a state of being inclined with respect to the work equipment (for example, a state in which the radar wave emitted from the radar transmission / reception unit does not hit the work equipment vertically (a state in which the incident angle is not vertical)).
  • the radar cross section (RCS: Radar cross-section) of the work equipment becomes smaller, so that the reflection power of the work equipment can be lowered below a predetermined threshold. This makes it possible to detect the position of a worker's arm or the like existing in the vicinity of the work equipment even in an environment where the work equipment as described above is arranged in the collaborative area.
  • the radar transmitter / receiver when the radar transmitter / receiver is installed in a factory or the like, it is said that the radar transmitter / receiver is installed in an appropriate state (for example, the inclination angle with respect to the work equipment, the distance from the work equipment, etc.). Not exclusively.
  • the predetermined threshold value when the work equipment used when the robot and the worker collaborate to perform work is installed in the collaborative area, the predetermined threshold value However, it may be set to a value larger than the reflected power of the work equipment when the radar transmission / reception unit is installed in an appropriate state. As a result, even if the reflected power of the work equipment exceeds a predetermined threshold due to the fact that the radar transmission / reception unit is not installed in an appropriate state, the robot and the operator are careless. Interference can be suppressed. When it is detected that a strong reflector exists in the collaborative area, if the strong reflector is the work equipment, the control unit will perform the radar transmission / reception unit in addition to the interference suppression process.
  • a process for prompting the worker to adjust the installation state of the above (hereinafter, may be referred to as “adjustment request process”) may be executed.
  • the adjustment request process is, for example, a process of displaying character information or the like prompting the worker to adjust the installation state of the radar transmission / reception unit on a display or the like, or a voice prompting the worker to adjust the installation state of the radar transmission / reception unit.
  • This is a process of outputting a message or the like from a speaker or the like.
  • the operator can adjust the installation state of the radar transmission / reception unit, so that the subsequent decrease in work efficiency can be suppressed.
  • the above-mentioned work equipment is, for example, for partitioning a workbench, a box or shelf for storing tools, a box or shelf for storing parts, an operation panel for operating various devices, and a collaboration area. Walls or fences, etc.
  • the present invention can also be regarded as a control method for a robot that works in collaboration with a worker.
  • the present invention transmits a radar wave to a collaborative area where the worker and the robot collaborate to work, and the radar wave is reflected by an object in the collaborative area.
  • a radar data processing step that calculates the reflected power of an object existing in the collaborative area based on the reflected wave received in the radar transmission / reception step, and a radar data processing step that receives the generated reflected wave.
  • Interference suppression processing that suppresses interference between the robot and the operator when an object whose reflected power calculated in the radar data processing step is equal to or greater than a predetermined threshold exists in the collaboration area. It can also be regarded as a control method of a robot having a control step for executing.
  • the present invention can also be regarded as a program for realizing such a method and a recording medium in which the program is recorded non-temporarily. It should be noted that each of the above configurations and treatments can be combined with each other as much as possible to construct the present invention.
  • the control device 1 has data (cooperation area Ac) obtained by a radar sensor 10 installed above (for example, the ceiling 5) an area (cooperation area Ac) where the robot 2 and the worker 3 collaborate with each other. It is a device that controls the robot 2 according to the position of an object existing in the robot (the position of the object, the reflected power of the object, etc.). Such a control device 1 controls the operating speed of the robot 2 or the like in a factory or the like where parts assembling work or the like is performed in collaboration with the robot 2 and the worker 3. For example, when the distance between the robot 2 and the worker 3 in the collaborative area Ac is relatively short, the control device 1 reduces the operating speed of the robot 2 or stops the operation of the robot 2.
  • the shape is made of a material having a relative permittivity larger than that of the human body of the worker 3 (for example, metal) and the radar cross section of the radar wave tends to be large (for example, the upper surface is).
  • a workbench 4 having a shape formed by a flat surface extending in the horizontal direction is installed in the collaborative area Ac, if the radar sensor 10 is not installed in an appropriate state, the workbench 4 It may be difficult for the radar sensor 10 to separate the reflected wave from the worker 3 and the reflected wave from the human body of the worker 3.
  • the radar sensor 10 is installed in a state where a part of the radar wave emitted from the radar sensor 10 hits the upper surface of the workbench 4 perpendicularly (the incident angle is vertical), the workbench 4 is installed. Since the radar cross section is relatively large, the reflection power of the workbench 4 may become excessive compared to the reflection power of the human body of the worker 3. As a result, even when the arm or the like of the worker 3 is present in the vicinity of the workbench 4, the reflected wave from the arm or the like of the worker 3 is buried in the strong reflected wave from the workbench 4, and the worker It may be difficult to properly detect the position of the arm or the like of 3.
  • the radar sensor 10 is tilted with respect to the upper surface of the workbench 4 so that the radar wave emitted from the radar sensor 10 does not hit the upper surface of the workbench 4 perpendicularly (the incident angle is not vertical). It is preferable to install it in a state. However, in factories and the like, the radar sensor 10 is not always installed in an appropriate state, and it is difficult to properly detect the position of the arm or the like of the worker 3 existing in the vicinity of the workbench 4. There is also the possibility of becoming.
  • the control device 1 in this example detects that an object having a reflection power equal to or higher than a predetermined threshold exists in the collaborative area Ac from the data obtained by the radar sensor 10, it works with the robot 2. It is characterized in that a process for suppressing interference with the person 3 (interference suppression process) is performed. As a result, the position of a part (for example, an arm) of the human body of the worker 3 existing in the collaborative area Ac due to the improper installation state of the radar sensor 10 or the like is appropriately detected. Even if a difficult situation occurs, careless interference between the robot 2 and the worker 3 can be suppressed.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the control device 1 according to the present embodiment.
  • the control device 1 includes a radar sensor 10 and a control unit 11.
  • the radar sensor 10 is, for example, a sensor that detects the position of an object existing in the target area and the reflected power of the object by using radio waves (radar waves) in the millimeter wave band.
  • the radar sensor 10 detects the position of the object, the reflected power of the object, and the like, with the collaboration area Ac between the robot 2 and the worker 3 as the target area.
  • the control unit 11 determines whether it is possible to appropriately detect the position of the arm or the like of the worker 3 existing in the collaborative area Ac based on the reflected power of the object detected by the radar sensor 10. .. Then, when it is determined that the position of the arm or the like of the worker 3 existing in the collaboration area Ac cannot be appropriately detected, the control unit 11 carelessly between the robot 2 and the worker 3. Execute a process for suppressing interference (interference suppression process).
  • the radar sensor 10 is, for example, an FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) type radar sensor.
  • the radar sensor 10 may be a radar sensor other than the FMCW type (for example, a pulse Doppler type radar sensor).
  • the radar sensor 10 in this example includes a radar transmission / reception unit 10a and a radar data processing unit 10b.
  • the radar transmission / reception unit 10a includes, for example, a synthesizer 101, a transmission antenna 102, a reception antenna 103, and a mixer 104.
  • the synthesizer 101 generates a chirp signal.
  • a chirp signal is a signal whose frequency increases or decreases with time.
  • the transmitting antenna 102 transmits a radar wave having a frequency corresponding to the chirp signal. At that time, the transmitting antenna 102 transmits a radar wave toward the collaborative area Ac.
  • the receiving antenna 103 receives the reflected wave generated by the radar wave transmitted from the transmitting antenna 102 reflected by an object in the collaborative area Ac.
  • the receiving antenna 103 may be configured to include a plurality of antennas.
  • the receiving antenna 103 may be configured to include a plurality of antennas that are arranged to be displaced in the horizontal direction and antennas that are arranged to be displaced in the vertical direction. In that case, the receiving antenna 103 can detect the position of the object existing in the collaborative area Ac in three dimensions.
  • the mixer 104 combines the chirp signal generated by the synthesizer 101 with the reflected wave signal received by the receiving antenna 103 to generate an intermediate frequency signal.
  • the intermediate frequency signal is output to the radar data processing unit 10b, which will be described later, together with the signal of the reflected wave received by the receiving antenna 103 and the like.
  • the radar transmission / reception unit 10a may have a filter for removing unnecessary signal components from the intermediate frequency signal and an A / D converter.
  • FIG. 4 shows the intensity of the reflected wave from the workbench 4 and the worker 3 when the radar wave is transmitted from the radar transmission / reception unit 10a in a state where the arm of the worker 3 is present near the upper surface of the workbench 4. It is a figure which shows the intensity of the reflected wave from the arm of.
  • FIG. 4 The horizontal axis in FIG. 4 indicates the distance from one end of the collaborative area Ac, and the vertical axis in FIG. 4 indicates the intensity of the reflected wave.
  • FIG. 4A shows a case where the radar transmission / reception unit 10a is installed in a state perpendicular to the upper surface of the workbench 4
  • FIG. 4B shows a case where the radar transmission / reception unit 10a is installed on the workbench 4 It shows the case where it is installed in an inclined state with respect to the upper surface of.
  • d1 to d2 in FIG. 4 indicate the range in which the workbench 4 is installed in the collaborative area Ac.
  • the radar transmission / reception unit 10a when the radar transmission / reception unit 10a is installed in an inclined state with respect to the upper surface of the workbench 4 ((b) in FIG. 4), the radar transmission / reception unit 10a is installed with respect to the upper surface of the workbench 4.
  • the intensity of the reflected wave from the workbench 4 (solid line in FIG. 4) is smaller than that in the case where the workbench is installed vertically ((a) in FIG. 4). This is because when the radar transmission / reception unit 10a is installed in an inclined state with respect to the upper surface of the workbench 4, the radar transmission / reception unit 10a is installed in a state perpendicular to the upper surface of the workbench 4.
  • the radar cross section of the radar wave on the upper surface of the workbench 4 becomes smaller, and the reflectance of the radar wave on the upper surface of the workbench 4 becomes smaller accordingly. Therefore, when the radar transmission / reception unit 10a is installed in an inclined state with respect to the upper surface of the workbench 4, the work is performed as compared with the case where the radar transmission / reception unit 10a is installed in a state perpendicular to the upper surface of the workbench 4. The difference between the intensity of the reflected wave from the platform 4 and the intensity of the reflected wave from the arm of the worker 3 (one-dot chain line in FIG. 4) becomes small.
  • the radar transmission / reception unit 10a when the radar transmission / reception unit 10a is installed in an inclined state with respect to the upper surface of the workbench 4, the radar transmission / reception unit 10a is installed in a state perpendicular to the upper surface of the workbench 4. It can be said that it is easy to separate the reflected wave from the workbench 4 and the reflected wave from the arm or the like of the worker 3. For this reason, in an environment where the workbench 4 is installed in the collaboration area Ac, by installing the radar transmission / reception unit 10a in a state of being inclined with respect to the upper surface of the workbench 4, the vicinity of the upper surface of the workbench 4 is provided. It becomes possible to appropriately detect the position of the arm or the like of the worker 3 existing in the.
  • the appropriate inclination angle of the radar transmission / reception unit 10a with respect to the upper surface of the workbench 4 varies depending on the material and shape of the workbench 4, the separation resolution of the radar sensor 10, the distance between the radar transmission / reception unit 10a and the workbench 4, and the like. Therefore, it is preferable to determine in consideration of those factors. Further, in an environment where a plurality of work equipments are arranged in the collaboration area Ac, radar transmission / reception is possible in a state where the reflected waves from all the work equipments and the reflected waves from the human body of the worker 3 can be separated.
  • the part 10a may be installed.
  • the location of the radar transmission / reception unit 10a is not limited to the upper part of the workbench 4, and may be on the side of the workbench 4. In short, as long as the radar transmission / reception unit 10a is installed in a state where the reflected wave from the work equipment and the reflected wave from the human body of the worker 3 existing in the vicinity of the work equipment can be separated, the radar transmission / reception The installation location of the part 10a can be changed as appropriate.
  • the radar data processing unit 10b performs detection processing of an object existing in the collaborative area Ac based on the intermediate frequency signal, the reflected wave signal, and the like output from the radar transmission / reception unit 10a. Do. For example, the radar data processing unit 10b calculates the position of an object existing in the collaborative area Ac, the reflected power of the object, and the like by analyzing the intermediate frequency signal and the reflected wave signal from the radar transmission / reception unit 10a. .. Known techniques can be used for these calculations.
  • the reflected power in this example is the intensity of the reflected wave reflected from the object toward the receiving antenna 103 (the radio wave intensity of the reflected wave received by the receiving antenna 103), and is a parameter that correlates with the radar cross section.
  • the received power when the receiving antenna 103 receives the reflected wave and the reflectance (the reflected wave of the receiving antenna 103 with respect to the transmission power when the radar wave is transmitted from the transmitting antenna 102). (Ratio to the received power when receiving) and the like may be used.
  • the control unit 11 is, for example, a computer including a processor and a memory.
  • the processor is, for example, a CPU (Central Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), or the like.
  • the memory is a computer-readable recording medium, such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), EPROM (Erasable Programmable ROM), hard disk drive (HDD, Hard Disk Drive), removable media, and the like. is there.
  • Various programs and the like are stored in the memory.
  • the processor executes the program stored in the memory, and various functional configurations are realized through the execution of this program. As a result, the control unit 11 realizes a function that meets a predetermined purpose.
  • the control unit 11 may be composed of a plurality of computers.
  • the control unit 11 in this example includes a determination unit 11a, a data output unit 11b, a robot control unit 11c, and a warning unit 11d as its functional components. These functional components are realized, for example, by the processor executing various programs stored in the memory.
  • the determination unit 11a determines whether the position of the arm or the like of the worker 3 existing in the collaboration area Ac can be appropriately detected based on the reflected power calculated by the radar data processing unit 10b. For example, the determination unit 11a first determines whether an object (strong reflector) having a reflection power equal to or higher than a predetermined threshold value exists in the collaboration area Ac.
  • the "predetermined threshold value” here means, for example, the position of the arm or the like of the worker 3 existing in the vicinity of the work equipment when the reflected power of the work equipment such as the workbench 4 becomes equal to or more than the predetermined threshold value. It is a value that is expected to be difficult to detect by the radar sensor 10.
  • the predetermined threshold is the reflected wave from the work equipment and the arm of the worker 3 existing in the vicinity of the work equipment when the reflected power of the work equipment such as the work table 4 becomes equal to or more than the predetermined threshold. It is a value that is assumed to be difficult to separate the reflected wave from the above and the like by the radar sensor 10.
  • the optimum value of such a predetermined threshold value differs depending on the material and shape of the work equipment such as the workbench 4, the separation resolution of the radar sensor 10, the distance between the radar transmission / reception unit 10a and the work equipment, and the like.
  • the separation resolution of the radar sensor 10 can be grasped in advance, when the radar sensor 10 is installed in a factory or the like, the reflection power of the work equipment such as the work table 4 or the reflection power of the arm of the worker 3 or the like Etc. may be measured, and a predetermined threshold value may be determined based on the measured values. Then, when an object having a reflection power equal to or higher than a predetermined threshold value thus determined exists in the collaborative area Ac, the determination unit 11a of the worker 3 existing in the collaborative area Ac. It is determined that the position of the arm or the like cannot be detected properly.
  • the predetermined threshold value is set in an appropriate state of the radar sensor 10 (for example, the upper surface of the workbench 4). It may be set to a value larger than the reflected power of the workbench 4 when it is installed in an inclined state with respect to the above.
  • the predetermined threshold value is set in this way, if the reflected power of the workbench 4 is equal to or higher than the predetermined threshold value, the determination unit 11a can determine that the installation state of the radar sensor 10 is not appropriate. ..
  • the data output unit 11b outputs a command to the robot control unit 11c and the warning unit 11d according to the determination result by the determination unit 11a. For example, when it is determined by the determination unit 11a that the position of the arm or the like of the worker 3 existing in the collaboration area Ac can be appropriately detected (or the installation state of the radar sensor 10 is appropriate). If it is determined), the data output unit 11b outputs a command for operating the robot 2 as usual to the robot control unit 11c described later.
  • the radar sensor 10 detects the position. If the position of the robot 2 and the position of the arm or the like of the worker 3 are relatively close (for example, if the distance between the two is less than or equal to a predetermined distance), the data output unit 11b causes the robot 2 to operate at a speed higher than usual. A command for slowing down may be output to the robot control unit 11c.
  • the "predetermined distance” here means that, for example, if the robot 2 performs a subsequent operation or the worker 3 moves from the current position, the robot 2 and the worker 3 may interfere with each other. It is the assumed distance, or the distance obtained by adding a predetermined margin to the distance, and is a distance predetermined by the fitting work based on the results of experiments and simulations.
  • the data output unit 11b outputs a command for performing the interference suppression process to the robot control unit 11c and the warning unit 11d.
  • the interference suppression process is, for example, a process of stopping the operation of the robot 2, a process of issuing a warning to the worker 3 to call attention, and the like. In this example, all of these processes may be executed as the interference suppression process, and only one of these processes may be executed as the interference suppression process.
  • the data output unit 11b gives a command to stop the operation of the robot 2. At least one of a process of outputting the above to the robot control unit 11c and a process of outputting a command for issuing a warning to call attention to the worker 3 to the warning unit 11d may be executed.
  • the determination unit 11a determines that the installation state of the radar sensor 10 is not appropriate
  • the data output unit 11b adjusts the installation state of the radar sensor 10 to the worker 3 in addition to the above processing.
  • a process of outputting a command for issuing a urging warning to the warning unit 11d may be performed.
  • the robot control unit 11c controls the robot 2 according to a command output from the data output unit 11b. For example, when a command for making the operating speed of the robot 2 slower than usual is output from the data output unit 11b, the robot control unit 11c causes the robot 2 to make the operating speed of the robot 2 slower than usual. To control. Further, when a command for stopping the operation of the robot 2 is output from the data output unit 11b, the robot control unit 11c controls the robot 2 so that the robot 2 is stopped.
  • the warning unit 11d outputs a warning according to a command output from the data output unit 11b.
  • the warning unit 11d is provided with a warning light and / or a speaker, and according to a command from the data output unit 11b, the warning light is turned on, a warning sound is emitted from the speaker, and a warning message sound is output from the speaker. To do.
  • the determination unit 11a determines that the position of the arm or the like of the worker 3 existing in the collaboration area Ac cannot be appropriately detected, the worker 3 is notified. It is possible to call attention to interference with the robot 2.
  • the warning unit 11d may output a voice message prompting the adjustment of the installation state of the radar sensor 10 from the speaker, and the radar may be used. Character information prompting the adjustment of the installation state of the sensor 10 may be displayed on a display or the like. As a result, the worker 3 can adjust the installation state of the radar sensor 10.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a flow of processing that is repeatedly executed by the control device 1 when the robot 2 and the worker 3 are working together.
  • the control device 1 executes transmission / reception processing (step S101). For example, a chirp signal is generated by the synthesizer 101 of the radar transmission / reception unit 10a, and a radar wave having a frequency corresponding to the generated chirp signal is transmitted from the transmitting antenna 102 toward the collaborative area Ac.
  • the radar wave transmitted from the transmitting antenna 102 is reflected by an object existing in the collaborative area Ac to generate a reflected wave, the reflected wave is received by the receiving antenna 103.
  • the mixer 104 generates an intermediate frequency signal by combining the radar wave transmitted from the transmitting antenna 102 and the reflected wave received by the receiving antenna 103.
  • the intermediate frequency signal generated by the mixer 104 is passed to the radar data processing unit 10b together with the signal of the reflected wave received by the receiving antenna 103 and the like.
  • the radar data processing unit 10b executes detection processing of an object existing in the collaboration area Ac based on the signal received from the radar transmission / reception unit 10a (step S102).
  • the radar data processing unit 10b exists in the collaborative area Ac by performing frequency analysis using a fast Fourier transform (FFT) or the like on an intermediate frequency signal, a reflected wave signal, or the like.
  • FFT fast Fourier transform
  • Detect information about an object That is, the radar data processing unit 10b detects the existence of an object existing in the collaborative area Ac based on the frequency distribution of the reflected wave signal and the intermediate frequency signal, and at the same time, the position (distance and orientation) of the detected object. ) Is calculated.
  • the radar data processing unit 10b calculates the reflected power of the reflected wave based on the signal received from the radar transmission / reception unit 10a.
  • a parameter that correlates with the reflected power for example, the received power or the reflectance may be calculated.
  • Known techniques can be used to calculate these parameters.
  • Information on the position and reflected power of the object detected by the above detection process is passed to the determination unit 11a of the control unit 11.
  • the determination unit 11a determines whether it is detected that an object (strong reflector) having a reflection power equal to or higher than a predetermined threshold value exists in the collaborative area Ac based on the information received from the radar data processing unit 10b. (Step S103).
  • the “predetermined threshold” here appropriately refers to the arm or the like of the worker 3 existing in the vicinity of the object. It is a value that is expected to be difficult to detect.
  • the control device 1 executes a process (normal process) for controlling the robot 2 as usual.
  • Step S107 the data output unit 11b calculates the distance between the robot 2 and the worker 3 based on the position information of the object detected by the above detection process, and determines whether the calculated distance is equal to or less than a predetermined distance. Determine. Then, if the distance between the robot 2 and the worker 3 is larger than a predetermined distance, the data output unit 11b outputs a command for operating the robot 2 at a normal operating speed to the robot control unit 11c.
  • the robot control unit 11c controls the robot 2 in order to operate the robot 2 at a normal operating speed.
  • the data output unit 11b outputs a command to the robot control unit 11c to operate the robot 2 at a speed slower than the normal operation speed.
  • the robot control unit 11c controls the robot 2 so as to operate the robot 2 at a speed slower than the normal operating speed.
  • the "predetermined distance” here means that the robot 2 and the worker 3 interfere with each other when the robot 2 performs a subsequent operation or the worker 3 moves from the current position. It is a distance that is assumed to be possible, or a distance obtained by adding a predetermined margin to the distance.
  • the radar sensor 10 detects the arm or the like of the worker 3 existing in the vicinity of the strong reflector. Therefore, it becomes difficult to detect the interference properly, so that the control device 1 executes the interference suppression process (step S107).
  • the data output unit 11b outputs a command for stopping the operation of the robot 2 to the robot control unit 11c, and a command for issuing a warning to the worker 3 to call attention to the warning unit 11d. Execute at least one of the output processes.
  • the robot control unit 11c controls the robot 2 in order to stop the operation of the robot 2. Further, when a command for issuing a warning to call attention to the worker 3 is output from the data output unit 11b to the warning unit 11d, the warning unit 11d turns on the warning light or warns from the speaker. Makes a sound or outputs a warning message from the speaker.
  • the interference suppression process is performed in this way, even if it is difficult for the radar sensor 10 to properly detect the arm or the like of the worker 3 existing in the vicinity of the strong reflector, the robot It is possible to suppress inadvertent interference between 2 and the worker 3.
  • the control device 1 determines whether the strong reflector detected in the collaborative area Ac is a work facility such as a workbench 4 after executing the interference suppression process (step S105). For example, the determination unit 11a determines whether or not the strong reflector is the work equipment by comparing the position of the strong reflector detected by the detection process with the position of the work equipment. Then, when it is determined that the strong reflector is not the work equipment (when a negative determination is made in step S105), the control device 1 temporarily exits the processing flow. On the other hand, when it is determined that the strong reflector is the work equipment (when the affirmative determination is made in step S105), the control device 1 executes the adjustment request process (step S106).
  • the data output unit 11b outputs a command to the warning unit 11d to warn the operator 3 to adjust the installation state of the radar transmission / reception unit 10a.
  • the warning unit 11d outputs a process of displaying character information or the like prompting the adjustment of the installation state of the radar transmission / reception unit 10a on a display or the like, or a voice message or the like prompting the adjustment of the installation state of the radar transmission / reception unit 10a from the speaker or the like. Execute the processing to be performed.
  • the operator can adjust the installation state of the radar transmission / reception unit 10a to an appropriate state. As a result, it is possible to suppress a subsequent decrease in work efficiency.
  • a high reflector not used in the work process is placed in the collaborative area Ac, or an object used in the work process (for example, parts, tools, parts storage box, tool storage).
  • an object used in the work process for example, parts, tools, parts storage box, tool storage.
  • a box, etc. is placed in the collaborative area Ac with a large radar cross section, it becomes difficult to properly detect the position of the worker's arm, etc., which exists in the vicinity of the object.
  • the radar sensor 10 radar transmission / reception unit 10a
  • the interference suppression process is performed, so that the interference between the robot 2 and the worker 3 can be suppressed.
  • the worker 3 can be urged to adjust the installation state of the radar transmission / reception unit 10a, so that the subsequent decrease in work efficiency can be suppressed.
  • the present invention is applied to a robot that collaborates with a worker at a manufacturing site such as a factory, but the present invention is applied to a robot that collaborates with a worker outside the manufacturing site. It is also possible to apply.
  • the present invention can be applied to a robot that works in collaboration with a worker at a medical site, a research / development site, or the like.
  • the processes and configurations described in this embodiment can be freely combined and implemented as long as there is no technical contradiction.
  • the processing described as being performed by one device may be shared and executed by a plurality of devices.
  • the process described as being performed by different devices may be performed by one device. In short, it is possible to flexibly change what kind of hardware configuration each function of the control device is realized.
  • a radar wave is transmitted to a collaborative area (Ac), which is an area where the worker (3) and the robot (2) collaborate to work, and the radar wave is within the collaborative area (Ac).
  • the robot (2) and the worker (3) A control unit (11) that executes interference suppression processing to suppress interference, and The control device (1) of the robot (2).
  • a control method for a robot (2) that works in collaboration with a worker (3) A radar wave is transmitted to a collaborative area (Ac), which is an area where the worker (3) and the robot (2) collaborate to work, and the radar wave is within the collaborative area (Ac).
  • a radar transmission / reception step (S101) that receives a reflected wave generated by reflecting on an object
  • a radar data processing step (S102) that calculates the reflected power of an object existing in the collaborative area (Ac) based on the reflected wave received in the radar transmission / reception step.
  • a control step (S103, S104) for executing an interference suppression process, which is a process for suppressing, and A method for controlling a robot (2).
  • Control device 2 Robot 3 Worker 4 Workbench (work equipment) 10 Radar sensor 10a Radar transmission / reception unit 10b Radar data processing unit 11 Control unit 11a Judgment unit 11b Data output unit 11c Robot control unit 11d Warning unit

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Abstract

本発明は、作業者と協働するロボットの制御装置である。該制御装置は、作業者とロボットとが協働する領域である協働エリアにレーダ波を送信するとともに、該レーダ波が協働エリア内の物体に反射することで生成される反射波を受信するレーダ送受信部と、レーダ送受信部によって受信される反射波に基づいて、協働エリア内に存在する物体の反射パワーを演算するレーダデータ処理部と、レーダデータ処理部によって演算される反射パワーが所定の閾値以上の物体が協働エリアに存在する場合に、ロボットと作業者との干渉を抑制するための処理である干渉抑制処理を実行する制御部と、を備える。これにより、ロボット装置ロボットと作業者とが協働する場合において、ロボットと作業者との不用意な干渉を抑制可能な技術を提供することができる。

Description

ロボットの制御装置、ロボットの制御方法、及びプログラム
　本発明は、ロボットを制御する技術に関する。
　近年、工場等の製造現場では、産業用のロボットの導入が進められている。ロボットの導入に伴い、ロボットと作業者との協働で部品の組み付け等の作業を行う工程も生じ得る。斯様な工程においては、ロボットと作業者との協働エリアを監視することで、ロボットと作業者との干渉を抑制する必要がある。斯様な要求に対し、従来では、協働エリアにおけるロボットと作業者の各々の位置等を監視し、ロボットと作業者等との距離が所定の距離以下となったときにはロボットの動作速度を遅くさせたり、ロボットの動作を停止させたりする技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２０１０－２０８００２号公報
　ここで、協働エリアにおけるロボットや作業者等の位置を検知する方法としては、レーダセンサを利用して、協働エリア内を三次元的にセンシングする方法が考えられる。レーダセンサは、例えば、ミリ波帯の電波（レーダ波）を照射して、照射範囲に存在する物体で反射された電波（反射波）を受信することで、物体の有無や物体の位置等を検出する。
　ところで、物体がレーダ波を反射する際の反射パワーは、物体の材質や形状等によって異なる。例えば、ロボットと作業者との協働エリアに反射パワーの強い材質（例えば、金属等）で形成された作業台等の作業用設備が配置される場合には、作業用設備の反射パワーが作業者（人体）の反射パワーより大きくなる可能性がある。そのため、作業用設備の近傍に作業者の腕等が位置していても、作業者の腕等からの微弱な反射波が作業用設備からの強い反射波に埋もれてしまう可能性がある。特に、レーダセンサの設置位置が不適切であると、上記のような現象が発生し易くなる。斯様な場合、作業用設備の近傍に存在する作業者の腕等の位置を適切に検知することができない可能性があり、それによってロボットと作業者との干渉を適切に抑制することができなくなる可能性がある。
　本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロボットと作業者とが協働で作業を行う場合において、ロボットと作業者との不用意な干渉を抑制可能な技術を提供することにある。
　本発明は、上記した課題を解決するために、ロボットと作業者との協働エリアを、レーダ波を利用して監視するとともに、その監視結果に基づいてロボットを制御する、ロボットの制御装置において、協働エリア内に存在する作業者（又は、作業者の人体の一部）の位置を適切に検知することが困難となる程の強い反射パワーを持つ物体が協働エリア内で検知された場合に、ロボットと作業者との不用意な干渉を抑制するための処理（干渉抑制処理）を実行するようにした。
　詳細には、本発明は、作業者と協働で作業を行うロボットの制御装置である。該制御装置は、作業者とロボットとが協働で作業を行う領域である協働エリアにレーダ波を送信するとともに、該レーダ波が前記協働エリア内の物体に反射することで生成される反射波を受信するレーダ送受信部と、前記レーダ送受信部によって受信される前記反射波に基づいて、前記協働エリア内に存在する物体の反射パワーを演算するレーダデータ処理部と、前記レーダデータ処理部によって演算される前記反射パワーが所定の閾値以上の物体が前記協働エリアに存在する場合に、前記ロボットと前記作業者との干渉を抑制するための処理である干渉抑制処理を実行する制御部と、を備える。ここでいう「所定の閾値」は、例えば、該所定の閾値以上の反射パワーを持つ物体の近傍に作業者の人体の一部（例えば、腕等）が存在すると、レーダ送受信部によって受信される反射波に基づいて作業者の腕等の位置を検知することが困難になると想定される値であり、実験やシミュレーションの結果等に基づく適合作業によって予め定められる値である。
　協働エリア内に所定の閾値以上の反射パワーを持つ物体（以下、「強反射体」と記す場合もある。）が存在する場合に、レーダ送受信部から協働エリアへ向けてレーダ波が照射されると、たとえ前記強反射体の近傍に作業者の腕等が存在していても、その腕等からの反射波が前記強反射体からの反射波に埋もれてしまうことで、作業者の腕等からの反射波と前記強反射体からの反射波とを分離することが困難になる可能性がある。斯様な場合、協働エリア内に存在する作業者の腕等の位置を検知することが困難になる可能性がある。これに対し、本発明に係る制御装置は、強反射体が前記協働エリア内に存在することが検知されると、干渉抑制処理を実行する。これにより、強反射体の近傍に存在する作業者の腕等の位置を適切に検知することが困難な場合であっても、ロボットと作業者との不用意な干渉を抑制することができる。
　本発明に係るロボットの制御装置において、前記干渉抑制処理は、前記ロボットの動作を停止させる処理を含むようにしてもよい。これによれば、強反射体の近傍に存在する作業者の腕等の位置を適切に検知することが困難な場合において、ロボットと作業者との干渉を抑制することができる。
　また、前記干渉抑制処理は、前記作業者へ注意喚起を促す処理を含むようにしてもよい。前記作業者へ注意喚起を促す処理は、例えば、警告音を鳴動させる処理、警告灯を点灯させる処理、警告メッセージを表示若しくは音声出力させる処理等である。これにより、強反射体の近傍に存在する作業者の腕等の位置を適切に検知することが困難な場合に、作業者は、協働エリアから離間する動作や、ロボットとの干渉を回避する動作等を取ることができる。その結果、ロボットと作業者との不用意な干渉を抑制することができる。
　ところで、上記した協働エリアには、ロボットや作業者が作業を行う際に使用される作業用設備が配置されることも想定される。そして、上記したような作業用設備は、反射パワーが強くなり易い材質（例えば、金属等）や形状（例えば、外壁面のうち平らな面が占める割合が大きい形状等）を有する場合もある。そのため、上記の作業用設備に対して垂直な状態（例えば、レーダ送受信部から照射されるレーダ波の一部が作業用設備に対して垂直に当たる状態（入射角が直角になる状態））でレーダ送受信部が設置されると、作業用設備の反射パワーが所定の閾値以上になってしまう可能性がある。これに対し、作業用設備に対して傾斜した状態（例えば、レーダ送受信部から照射されるレーダ波が作業用設備に対して垂直に当たらない状態（入射角が垂直にならない状態））でレーダ送受信部が設置されると、作業用設備のレーダ反射断面積（RCS: Radar cross-section）が小さくなるため、作業用設備の反射パワーを所定の閾値未満に下げることができる。これにより、上記したような作業用設備が協働エリアに配置される環境においても、作業用設備の近傍に存在する作業者の腕等の位置を検知することが可能になる。しかしながら、工場等でレーダ送受信部が設置される際には、レーダ送受信部の状態（例えば、作業用設備に対する傾斜角や、作業用設備との距離等）が適正な状態で設置されるとは限らない。
　そこで、本発明に係るロボットの制御装置では、前記ロボットと前記作業者とが協働で作業を行う際に使用される作業用設備が前記協働エリアに設置される場合に、前記所定の閾値が、前記レーダ送受信部が適正な状態で設置されている場合における前記作業用設備の反射パワーより大きな値に設定されるようにしてもよい。これにより、前記レーダ送受信部が適正な状態で設置されていないことに起因して、作業用設備の反射パワーが所定の閾値以上になる場合であっても、ロボットと作業者との不用意な干渉を抑制することができる。なお、強反射体が前記協働エリア内に存在することが検知された場合に、該強反射体が前記作業用設備であれば、制御部は、前記干渉抑制処理に加え、前記レーダ送受信部の設置状態の調整を前記作業者に促す処理（以下、「調整要求処理」と記す場合もある。）を実行するようにしてもよい。調整要求処理は、例えば、前記レーダ送受信部の設置状態の調整を前記作業者に促す文字情報等をディスプレイ等に表示させる処理、又は前記レーダ送受信部の設置状態の調整を前記作業者に促す音声メッセージ等をスピーカ等から出力する処理等である。これにより、作業者は、レーダ送受信部の設置状態を調整することができるため、その後の作業効率の低下を抑制することができる。
　なお、上記の作業用設備は、例えば、作業台、工具を収納するための箱又は棚、部品を収納するための箱又は棚、各種機器を操作するための操作パネル、協働エリアを仕切るための壁又は柵等である。
　本発明は、作業者と協働で作業を行うロボットの制御方法として捉えることもできる。例えば、本発明は、前記作業者と前記ロボットとが協働で作業を行う領域である協働エリアにレーダ波を送信するとともに、該レーダ波が前記協働エリア内の物体に反射することで生成される反射波を受信するレーダ送受信ステップと、前記レーダ送受信ステップで受信された前記反射波に基づいて、前記協働エリア内に存在する物体の反射パワーを演算するレーダデータ処理ステップと、前記レーダデータ処理ステップで演算された前記反射パワーが所定の閾値以上である物体が前記協働エリアに存在する場合に、前記ロボットと前記作業者との干渉を抑制するための処理である干渉抑制処理を実行する制御ステップと、を有する、ロボットの制御方法として捉えることもできる。また、本発明は、かかる方法を実現するためのプログラムやそのプログラムを非一時的に記録した記録媒体として捉えることもできる。なお、上記構成及び処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。
　本発明によれば、ロボットと作業者とが協働で作業を行う場合において、ロボットと作業者との不用意な干渉を抑制可能な技術を提供することができる。
本発明に係る制御装置の適用例を示す図である。 実施形態における制御装置の構成例を示すブロック図である。 レーダ送受信部の構成例を示す図である。 作業台の上面近傍に作業者の腕が存在している状態でレーダ送受信部からレーダ波を送信したときの、作業台からの反射波の強度と作業者の腕からの反射波の強度とを示す図である。 制御部の機能構成の一例を示すブロック図である。 実施形態に係る制御装置による処理フローを示すフローチャートである。
　＜適用例＞
　図１を参照して、本発明に係るロボットの制御装置の適用例について説明する。制御装置１は、ロボット２と作業者３とが協働で作業を行うエリア（協働エリアＡｃ）の上方（例えば、天井５）に設置されたレーダセンサ１０により得られるデータ（協働エリアＡｃ内に存在する物体の位置や物体の反射パワー等）に応じて、ロボット２を制御する装置である。斯様な制御装置１は、ロボット２と作業者３との協働により部品の組み付け作業等が行われる工場等において、ロボット２の動作速度等を制御する。例えば、協働エリアＡｃにおけるロボット２と作業者３との距離が比較的近い場合等に、制御装置１が、ロボット２の動作速度を低下させたり、又はロボット２の動作を停止させたりする。
　なお、図１に示すように、作業者３の人体より大きな比誘電率を有する材質（例えば、金属等）で構成され、且つレーダ波のレーダ反射断面積が大きくなり易い形状（例えば、上面が水平方向に延在する平らな面で形成された形状）を有する作業台４が協働エリアＡｃ内に設置される環境においては、レーダセンサ１０が適正な状態で設置されなければ、作業台４からの反射波と作業者３の人体からの反射波とをレーダセンサ１０によって分離することが困難になる可能性がある。例えば、レーダセンサ１０から照射されるレーダ波の一部が作業台４の上面に対して垂直に当たる状態（入射角が垂直になる状態）でレーダセンサ１０が設置されてしまうと、作業台４のレーダ反射断面積が比較的大きくなることで、作業台４の反射パワーが作業者３の人体の反射パワーに比して過大になる可能性がある。それにより、作業台４の近傍に作業者３の腕等が存在する場合であっても、作業者３の腕等からの反射波が作業台４からの強い反射波に埋もれてしまい、作業者３の腕等の位置を適切に検知することが困難になる可能性がある。よって、レーダセンサ１０から照射されるレーダ波が作業台４の上面に対して垂直に当たらない（入射角が垂直とならない）ように、作業台４の上面に対してレーダセンサ１０を傾斜させた状態で設置することが好ましい。しかしながら、工場等においては、レーダセンサ１０が必ずしも適切な状態で設置されるとは限られず、それによって作業台４の近傍に存在する作業者３の腕等の位置を適切に検知することが難しくなる可能性もある。
　これに対し、本例における制御装置１は、レーダセンサ１０により得られたデータから、所定の閾値以上の反射パワーを有する物体が協働エリアＡｃ内に存在することを検知すると、ロボット２と作業者３との干渉を抑制するための処理（干渉抑制処理）を行う点に特徴を有する。これにより、レーダセンサ１０の設置状態が適切ではないこと等に起因して、協働エリアＡｃ内に存在する作業者３の人体の一部（例えば、腕等）の位置を適切に検知することが困難な状況が発生しても、ロボット２と作業者３との不用意な干渉を抑制することができる。また、レーダセンサ１０の設置状態がたとえ適切であっても、作業工程で使用しない想定外の物品等が協働エリアＡｃ内に置かれたり、又は作業用設備の設置位置や設置方向等が変更されたりすることで、所定の閾値以上の反射パワーを有する物品の存在が検知される状態が発生しても、ロボット２と作業者３との不用意な干渉を抑制することができる。
　＜実施形態＞
　以下では、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態では、前述の図１に示したように、本発明に係る制御装置を、工場等で作業者と協働で作業を行うロボットに適用する例について述べる。
　（制御装置の概略構成）
　図２は、本実施形態における制御装置１の構成例を示すブロック図である。制御装置１は、レーダセンサ１０と制御部１１とを含んで構成される。レーダセンサ１０は、例えば、ミリ波帯の電波（レーダ波）を用いて、対象エリア内に存在する物体の位置や物体の反射パワーを検知するセンサである。本例では、レーダセンサ１０は、図１に示したように、ロボット２と作業者３との協働エリアＡｃを対象エリアとして、物体の位置や物体の反射パワー等を検知する。制御部１１は、レーダセンサ１０により検知された物体の反射パワーに基づいて、協働エリアＡｃ内に存在する作業者３の腕等の位置を適正に検知することが可能であるかを判定する。そして、協働エリアＡｃ内に存在する作業者３の腕等の位置を適切に検知することができないと判定された場合には、制御部１１は、ロボット２と作業者３との不用意な干渉を抑制するための処理（干渉抑制処理）を実行する。
　（レーダセンサの構成）
　レーダセンサ１０は、例えば、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式のレーダセンサである。なお、レーダセンサ１０は、ＦＭＣＷ方式以外のレーダセンサ（例えば、パルスドップラ方式のレーダセンサ）であってもよい。本例におけるレーダセンサ１０は、図２に示すように、レーダ送受信部１０ａとレーダデータ処理部１０ｂとを備える。
　レーダ送受信部１０ａは、例えば、図３に示すように、シンセサイザ１０１、送信アンテナ１０２、受信アンテナ１０３、ミキサ１０４を含んで構成される。シンセサイザ１０１は、チャープ信号を生成する。チャープ信号は、時間と共に周波数が増加又は減少する信号である。送信アンテナ１０２は、チャープ信号に応じた周波数のレーダ波を送信する。その際、送信アンテナ１０２は、協働エリアＡｃへ向けてレーダ波を送信する。受信アンテナ１０３は、送信アンテナ１０２から送信されたレーダ波が協働エリアＡｃ内の物体で反射することで生成される反射波を受信する。なお、受信アンテナ１０３は、複数のアンテナを含んで構成されてもよい。例えば、受信アンテナ１０３は、水平方向にずらして配置される複数のアンテナ、及び垂直方向にずらして配置されるアンテナを含んで構成されてもよい。その場合、受信アンテナ１０３は、協働エリアＡｃ内に存在する物体の位置を三次元で検知することができる。ミキサ１０４は、シンセサイザ１０１により生成されるチャープ信号と、受信アンテナ１０３により受信された反射波の信号とを組み合わせて、中間周波数信号を生成する。中間周波数信号は、受信アンテナ１０３で受信された反射波の信号等と共に後述のレーダデータ処理部１０ｂに出力される。なお、レーダ送受信部１０ａは、中間周波数信号から不要な信号成分を除去するフィルタや、Ａ／Ｄ変換器を有していてもよい。
　ところで、前述の図１に示したように、協働エリアＡｃ内に作業台４が配置される環境においては、レーダ送受信部１０ａは、作業台４の上面に対して傾斜した状態で設置されることが好ましい。ここで、レーダ送受信部１０ａが作業台４の上面に対して傾斜した状態で設置されることが望ましい理由について、図４に基づいて説明する。図４は、作業台４の上面の近傍に作業者３の腕が存在している状態でレーダ送受信部１０ａからレーダ波を送信したときの、作業台４からの反射波の強度と作業者３の腕からの反射波の強度とを示す図である。図４中の横軸は、協働エリアＡｃの一端からの距離を示し、図４中の縦軸は、反射波の強度を示す。また、図４中（ａ）は、レーダ送受信部１０ａが作業台４の上面に対して垂直な状態で設置された場合を示し、図４中（ｂ）は、レーダ送受信部１０ａが作業台４の上面に対して傾斜した状態で設置された場合を示している。なお、図４中のｄ１～ｄ２は、協働エリアＡｃのうち、作業台４が設置されている範囲を示す。
　図４に示すように、レーダ送受信部１０ａが作業台４の上面に対して傾斜した状態で設置された場合（図４中（ｂ））は、レーダ送受信部１０ａが作業台４の上面に対して垂直な状態で設置された場合（図４中（ａ））に比べ、作業台４からの反射波の強度（図４中の実線）が小さくなる。これは、レーダ送受信部１０ａが作業台４の上面に対して傾斜した状態で設置された場合は、レーダ送受信部１０ａが作業台４の上面に対して垂直な状態で設置された場合に比べ、作業台４の上面におけるレーダ波のレーダ反射断面積が小さくなり、それに伴って作業台４の上面におけるレーダ波の反射率が小さくなるためである。よって、レーダ送受信部１０ａが作業台４の上面に対して傾斜した状態で設置された場合は、レーダ送受信部１０ａが作業台４の上面に対して垂直な状態で設置された場合に比べ、作業台４からの反射波の強度と作業者３の腕からの反射波の強度（図４中の一点鎖線）との差が小さくなる。これにより、レーダ送受信部１０ａが作業台４の上面に対して傾斜した状態で設置された場合は、レーダ送受信部１０ａが作業台４の上面に対して垂直な状態で設置された場合に比べ、作業台４からの反射波と作業者３の腕等からの反射波とを分離し易いと言える。斯様な理由により、作業台４が協働エリアＡｃ内に設置される環境では、作業台４の上面に対して傾斜した状態でレーダ送受信部１０ａを設置することで、作業台４の上面近傍に存在する作業者３の腕等の位置を適切に検知することが可能になる。なお、作業台４の上面に対するレーダ送受信部１０ａの適切な傾斜角度は、作業台４の材質及び形状、レーダセンサ１０の分離分解能、レーダ送受信部１０ａと作業台４との距離等に応じて異なるため、それらの要素を考慮して決定されることが好ましい。また、協働エリアＡｃ内に複数の作業用設備が配置される環境においては、それら全ての作業用設備から反射波と作業者３の人体からの反射波と分離可能になる状態で、レーダ送受信部１０ａが設置されればよい。
　なお、レーダ送受信部１０ａの設置場所は、作業台４の上方に限定されるものではなく、作業台４の側方であってもよい。要するに、作業用設備からの反射波と該作業用設備の近傍に存在する作業者３の人体からの反射波とを分離することが可能な状態でレーダ送受信部１０ａが設置される限り、レーダ送受信部１０ａの設置場所を適宜変更することが可能である。
　ここで図３の説明に戻り、レーダデータ処理部１０ｂは、レーダ送受信部１０ａから出力される中間周波数信号や反射波の信号等に基づいて、協働エリアＡｃ内に存在する物体の検知処理を行う。例えば、レーダデータ処理部１０ｂは、レーダ送受信部１０ａからの中間周波数信号及び反射波の信号を解析することで、協働エリアＡｃ内に存在する物体の位置や、物体の反射パワー等を演算する。これらの演算には、公知の技術を用いることができる。なお、本例における反射パワーとは、物体から受信アンテナ１０３へ向けて反射される反射波の強度（受信アンテナ１０３によって受信される反射波の電波強度）であり、レーダ反射断面積に相関するパラメータである。なお、反射パワーに相関するパラメータとして、受信アンテナ１０３が反射波を受信した際の受信電力や、反射率（送信アンテナ１０２からレーダ波が送信される際の送信電力に対する、受信アンテナ１０３が反射波を受信した際の受信電力との比率）等を用いてもよい。
　（制御部の構成）
　次に、制御部１１について説明する。制御部１１は、例えば、プロセッサ及びメモリを含んで構成されるコンピュータである。プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）等である。メモリは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体であり、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ、Hard Disk Drive）、リムーバブルメディア等である。メモリには、各種プログラム等が格納される。メモリに格納されたプログラムをプロセッサが実行し、このプログラムの実行を通じて種々の機能構成が実現される。これにより、所定の目的に合致した機能を制御部１１が実現する。なお、制御部１１は複数のコンピュータによって構成されていてもよい。
　ここで、制御部１１の機能構成の一例を図５に示す。本例における制御部１１は、その機能構成要素として、判定部１１ａ、データ出力部１１ｂ、ロボット制御部１１ｃ、及び警告部１１ｄを含む。これらの機能構成要素は、例えば、プロセッサが、メモリに記憶された各種プログラムを実行することで実現される。
　判定部１１ａは、レーダデータ処理部１０ｂによって演算される反射パワーに基づいて、協働エリアＡｃ内に存在する作業者３の腕等の位置を適切に検知することができるかを判定する。例えば、判定部１１ａは、先ず、所定の閾値以上の反射パワーを有する物体（強反射体）が協働エリアＡｃ内に存在するかを判別する。ここでいう「所定の閾値」は、例えば、作業台４等の作業用設備の反射パワーが該所定の閾値以上になると、該作業用設備の近傍に存在する作業者３の腕等の位置をレーダセンサ１０によって検知することが困難になると想定される値である。言い換えると、所定の閾値は、作業台４等の作業用設備の反射パワーが該所定の閾値以上になると、作業用設備からの反射波と該作業用設備の近傍に存在する作業者３の腕等からの反射波とを、レーダセンサ１０によって分離することが困難になると想定される値である。斯様な所定の閾値の最適値は、作業台４等の作業用設備の材質及び形状、レーダセンサ１０の分離分解能、レーダ送受信部１０ａと作業用設備との距離等に応じて異なる。ただし、レーダセンサ１０の分離分解能は、予め把握可能であるため、工場等にレーダセンサ１０を設置する際に、作業台４等の作業用設備の反射パワーや作業者３の腕等の反射パワー等を実測し、それらの実測値に基づいて所定の閾値が決定されてもよい。そして、斯様にして決定される所定の閾値以上の反射パワーを有する物体が協働エリアＡｃ内に存在する場合には、判定部１１ａが、当該協働エリアＡｃ内に存在する作業者３の腕等の位置を適切に検知することができないと判定する。
　なお、前述の図１に示したように、協働エリアＡｃ内に作業台４が配置される環境においては、当該所定の閾値は、レーダセンサ１０が適正な状態（例えば、作業台４の上面に対して傾斜した状態）で設置されている場合における作業台４の反射パワーより大きな値に設定されてもよい。このように所定の閾値が設定された場合において、作業台４の反射パワーが当該所定の閾値以上であれば、判定部１１ａは、レーダセンサ１０の設置状態が適切ではないと判定することもできる。
　データ出力部１１ｂは、判定部１１ａによる判定結果に応じて、ロボット制御部１１ｃや警告部１１ｄに対する指令を出力する。例えば、判定部１１ａによって、協働エリアＡｃ内に存在する作業者３の腕等の位置を適切に検知することができると判定された場合（又は、レーダセンサ１０の設置状態が適正であると判定された場合）には、データ出力部１１ｂは、ロボット２を通常通りに動作させるための指令を、後述のロボット制御部１１ｃへ出力する。
　なお、判定部１１ａによって、協働エリアＡｃ内に存在する作業者３の腕等の位置を適切に検知することができると判定された場合であっても、レーダセンサ１０におって検知されたロボット２の位置と作業者３の腕等の位置とが比較的近ければ（例えば、双方の距離が所定の距離以下であれば）、データ出力部１１ｂは、ロボット２の動作速度を通常よりも遅くさせるための指令を、ロボット制御部１１ｃへ出力するようにしてもよい。ここでいう「所定の距離」は、例えば、ロボット２がその後の動作を行ったり、作業者３が現在の位置から移動したりすると、ロボット２と作業者３とが干渉する可能性があると想定される距離、又はその距離に所定のマージンを加算した距離であり、実験やシミュレーションの結果に基づく適合作業によって予め定められる距離である。
　また、判定部１１ａによって、協働エリアＡｃ内に存在する作業者３の腕等の位置を適切に検知することができないと判定された場合（又は、レーダセンサ１０の設置状態が適正ではないと判定された場合）には、データ出力部１１ｂは、干渉抑制処理を行うための指令を、ロボット制御部１１ｃや警告部１１ｄに出力する。干渉抑制処理は、例えば、ロボット２の動作を停止させる処理や、作業者３に対して注意喚起を促す警告を行う処理等である。なお、本例では、これらの処理の全てが干渉抑制処理として実行されてもよく、これらの処理のうちの１つのみが干渉抑制処理として実行されてもよい。よって、協働エリアＡｃ内に存在する作業者３の腕等の位置を適切に検知することができないと判定された場合には、データ出力部１１ｂは、ロボット２の動作を停止させるための指令をロボット制御部１１ｃへ出力する処理と、作業者３に対して注意喚起を促す警告を行うための指令を警告部１１ｄへ出力する処理との少なくとも一方を実行すればよい。また、判定部１１ａによって、レーダセンサ１０の設置状態が適切ではないと判定された場合には、データ出力部１１ｂは、上記の処理に加え、レーダセンサ１０の設置状態の調整を作業者３に促す警告を行うための指令を警告部１１ｄへ出力する処理を行うようにしてもよい。
　ロボット制御部１１ｃは、データ出力部１１ｂから出力される指令に従ってロボット２を制御する。例えば、ロボット２の動作速度を通常よりも遅くさせるための指令がデータ出力部１１ｂから出力された場合は、ロボット制御部１１ｃは、ロボット２の動作速度が通常よりも遅くなるように、ロボット２を制御する。また、ロボット２の動作を停止させるための指令がデータ出力部１１ｂから出力された場合は、ロボット制御部１１ｃは、ロボット２が停止するように、ロボット２を制御する。
　警告部１１ｄは、データ出力部１１ｂから出力される指令に従って警告を出力する。例えば、警告部１１ｄは、警告灯およびまたはスピーカを備え、データ出力部１１ｂからの指令に従って、警告灯を点灯させたり、スピーカから警告音を鳴動させたり、スピーカから警告メッセージの音声を出力させたりする。これにより、協働エリアＡｃ内に存在する作業者３の腕等の位置を適切に検知することができないとの判定が上記判定部１１ａによって為された場合には、作業者３に対して、ロボット２との干渉についての注意喚起を促すことができる。また、レーダセンサ１０の設置状態の調整を作業者３に促す警告を行う場合には、警告部１１ｄは、レーダセンサ１０の設置状態の調整を促す音声メッセージをスピーカから出力させてもよく、レーダセンサ１０の設置状態の調整を促す文字情報をディスプレイ等に表示させてもよい。これにより、作業者３は、レーダセンサ１０の設置状態を調整することができる。
　（制御装置の動作）
　次に、本実施例における制御装置１の動作について図６に基づいて説明する。図６は、ロボット２と作業者３とが協働で作業を行っているときに、制御装置１によって繰り返し実行される処理の流れを示すフローチャートである。
　図６の処理フローでは、先ず、制御装置１が、送受信処理を実行する（ステップＳ１０１）。例えば、レーダ送受信部１０ａのシンセサイザ１０１によってチャープ信号が生成され、生成されたチャープ信号に応じた周波数のレーダ波が協働エリアＡｃへ向けて送信アンテナ１０２から送信される。送信アンテナ１０２から送信されたレーダ波が協働エリアＡｃ内に存在する物体に反射されることによって反射波が生成されると、その反射波が受信アンテナ１０３によって受信される。そして、ミキサ１０４が、送信アンテナ１０２から送信されたレーダ波と受信アンテナ１０３で受信された反射波とを組み合わせることで、中間周波数信号を生成する。ミキサ１０４によって生成された中間周波数信号は、受信アンテナ１０３で受信された反射波の信号等と共にレーダデータ処理部１０ｂへ渡される。
　レーダデータ処理部１０ｂは、レーダ送受信部１０ａから受け取った信号に基づいて、協働エリアＡｃ内に存在する物体の検知処理を実行する（ステップＳ１０２）。例えば、レーダデータ処理部１０ｂは、中間周波数信号や反射波の信号等に対して高速フーリエ変換（FFT: Fast Fourier Transform）等を利用した周波数解析を行うことにより、協働エリアＡｃ内に存在する物体に関する情報を検出する。すなわち、レーダデータ処理部１０ｂは、反射波の信号及び中間周波数信号の周波数分布に基づいて、協働エリアＡｃ内に存在する物体の存在を検知するとともに、検知された物体の位置（距離及び方位）を演算する。また、レーダデータ処理部１０ｂは、レーダ送受信部１０ａから受け取った信号に基づいて、反射波の反射パワーを演算する。なお、反射パワーに相関するパラメータとして、例えば、受信電力又は反射率が演算されてもよい。これらのパラメータの演算には、公知の技術を用いることができる。上記した検知処理で検知された物体の位置や反射パワーに関する情報は、制御部１１の判定部１１ａへ渡される。
　判定部１１ａは、レーダデータ処理部１０ｂから受け取った情報に基づいて、所定の閾値以上の反射パワーを持つ物体（強反射体）が協働エリアＡｃ内に存在することが検知されたかを判定する（ステップＳ１０３）。ここでいう「所定の閾値」は、前述したように、所定の閾値以上の反射パワーを持つ物体が協働エリアＡｃ内に存在すると、その物体の近傍に存在する作業者３の腕等を適切に検知することが困難になると想定される値である。
　強反射体が協働エリアＡｃ内に存在することが検知されていなければ（ステップＳ１０３で否定判定）、制御装置１が、ロボット２を通常通りに制御するための処理（通常処理）を実行する（ステップＳ１０７）。例えば、データ出力部１１ｂが、上記の検知処理で検知された物体の位置情報に基づいて、ロボット２と作業者３との距離を演算し、演算された距離が所定の距離以下であるかを判別する。そして、ロボット２と作業者３との距離が所定の距離より大きければ、データ出力部１１ｂは、ロボット２を通常の動作速度で動作させるための指令を、ロボット制御部１１ｃへ出力する。これに伴い、ロボット制御部１１ｃは、ロボット２を通常の動作速度で動作させるべく、ロボット２を制御する。一方、ロボット２と作業者３との距離が所定の距離以下であれば、データ出力部１１ｂは、ロボット２を通常の動作速度より遅い速度で動作させるための指令を、ロボット制御部１１ｃへ出力する。これに伴い、ロボット制御部１１ｃは、ロボット２を通常の動作速度より遅い速度で動作させるべく、ロボット２を制御する。なお、ここでいう「所定の距離」は、前述したように、ロボット２がその後の動作を行ったり、作業者３が現在の位置から移動したりすると、ロボット２と作業者３とが干渉する可能性があると想定される距離、又はその距離に所定のマージンを加算した距離である。上記の手順で通常処理が行われると、ロボット２と作業者３との干渉を抑制しつつ、ロボット２と作業者３との協働による作業を継続することができる。
　一方、強反射体が協働エリアＡｃ内に存在することが検知された場合（ステップＳ１０３で肯定判定された場合）は、強反射体の近傍に存在する作業者３の腕等をレーダセンサ１０によって適切に検知することが困難になるため、制御装置１は、干渉抑制処理を実行する（ステップＳ１０７）。例えば、データ出力部１１ｂが、ロボット２の動作を停止させるための指令をロボット制御部１１ｃへ出力する処理と、作業者３に対して注意喚起を促す警告を行うための指令を警告部１１ｄへ出力する処理との少なくとも一方を実行する。ロボット２の動作を停止させるための指令がデータ出力部１１ｂからロボット制御部１１ｃに出力された場合には、ロボット制御部１１ｃが、ロボット２の動作を停止させるべく、ロボット２を制御する。また、作業者３に対して注意喚起を促す警告を行うための指令がデータ出力部１１ｂから警告部１１ｄに出力された場合には、警告部１１ｄが、警告灯を点灯させたり、スピーカから警告音を鳴動させたり、スピーカから警告メッセージの音声を出力させたりする。斯様にして干渉抑制処理が行われると、強反射体の近傍に存在する作業者３の腕等をレーダセンサ１０によって適切に検知することが困難な状況に陥った場合であっても、ロボット２と作業者３との不用意な干渉を抑制することができる。
　また、制御装置１は、干渉抑制処理を実行した後に、協働エリアＡｃ内で検知された強反射体が作業台４等の作業用設備であるかを判別する（ステップＳ１０５）。例えば、判定部１１ａが、上記検知処理で検知された強反射体の位置と作業用設備の位置とを比較することで、強反射体が作業用設備であるかを判別する。そして、強反射体が作業用設備ではないと判定された場合（ステップＳ１０５で否定判定された場合）には、制御装置１は、当該処理フローから一旦抜ける。一方、強反射体が作業用設備であると判定された場合（ステップＳ１０５で肯定判定された場合）には、制御装置１は、調整要求処理を実行する（ステップＳ１０６）。例えば、データ出力部１１ｂが、作業者３に対してレーダ送受信部１０ａの設置状態の調整を促す警告を行うための指令を、警告部１１ｄに出力する。その場合、警告部１１ｄは、レーダ送受信部１０ａの設置状態の調整を促す文字情報等をディスプレイ等に表示させる処理、又はレーダ送受信部１０ａの設置状態の調整を促す音声メッセージ等をスピーカ等から出力する処理等を実行する。これにより、作業者は、レーダ送受信部１０ａの設置状態を適正な状態にすべく調整することができる。その結果、その後の作業効率の低下を抑制することができる。
　本実施形態の制御装置１によれば、作業工程で使用しない高反射体が協働エリアＡｃ内に置かれたり、又は作業工程で使用する物体（例えば、部品、工具、部品収納箱、工具収納箱等）がレーダ反射断面積の大きい状態で協働エリアＡｃに置かれたりすることで、その物体の近傍に存在する作業者の腕等の位置を適切に検知することが困難な状況に陥った場合や、レーダセンサ１０（レーダ送受信部１０ａ）の設置状態が適正ではないことに起因して、協働エリアＡｃ内に存在する作業者３の腕等の位置を適切に検知することが困難な状況に陥った場合に、干渉抑制処理が行われることで、ロボット２と作業者３との干渉を抑制することができる。
　また、レーダセンサ１０（レーダ送受信部１０ａ）の設置状態が適正ではないことに起因して、協働エリアＡｃ内に存在する作業者３の腕等の位置を適切に検知することが困難な状況に陥った場合には、作業者３に対して、レーダ送受信部１０ａの設置状態の調整を促すことができるため、その後の作業効率の低下を抑制することができる。
　＜その他＞
　上記実施形態は、本発明の構成例を例示的に説明するものに過ぎない。本発明は上記の具体的な形態には限定されることはなく、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。
　例えば、上記実施形態では、工場等の製造現場において作業者と協働で作業を行うロボットに本発明を適用する例を挙げたが、製造現場以外において作業者と協働するロボットに本発明を適用することも可能である。例えば、医療現場や研究・開発現場等において作業者と協働で作業を行うロボットに、本発明を適用することも可能である。
　また、本実施形態において説明した処理や構成は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。さらに、１つの装置が行うものとして説明した処理が、複数の装置によって分担して実行されてもよい。若しくは、異なる装置が行うものとして説明した処理が、１つの装置によって実行されても構わない。要するに、制御装置の各機能をどのようなハードウェア構成で実現するかは柔軟に変更可能である。
　＜付記１＞
　（１）　作業者（３）と協働で作業を行うロボット（２）の制御装置（１）であって、
　前記作業者（３）と前記ロボット（２）とが協働で作業を行う領域である協働エリア（Ａｃ）にレーダ波を送信するとともに、該レーダ波が前記協働エリア（Ａｃ）内の物体に反射することで生成される反射波を受信するレーダ送受信部（１０ａ）と、
　前記レーダ送受信部（１０ａ）によって受信された前記反射波に基づいて、前記協働エリア（Ａｃ）内に存在する物体の反射パワーを演算するレーダデータ処理部（１０ｂ）と、
　前記レーダデータ処理部（１０ｂ）によって演算される反射パワーが所定の閾値以上である物体が前記協働エリア（Ａｃ）に存在する場合に、前記ロボット（２）と前記作業者（３）との干渉を抑制するための干渉抑制処理を実行する制御部（１１）と、
を備える、ロボット（２）の制御装置（１）。
　（２）　作業者（３）と協働で作業を行うロボット（２）の制御方法であって、
　前記作業者（３）と前記ロボット（２）とが協働で作業を行う領域である協働エリア（Ａｃ）にレーダ波を送信するとともに、該レーダ波が前記協働エリア（Ａｃ）内の物体に反射することで生成される反射波を受信するレーダ送受信ステップ（Ｓ１０１）と、
　前記レーダ送受信ステップで受信された前記反射波に基づいて、前記協働エリア（Ａｃ）内に存在する物体の反射パワーを演算するレーダデータ処理ステップ（Ｓ１０２）と、
　前記レーダデータ処理ステップで演算された前記反射パワーが所定の閾値以上である物体が前記協働エリア（Ａｃ）に存在する場合に、前記ロボット（２）と前記作業者（３）との干渉を抑制するための処理である干渉抑制処理を実行する制御ステップ（Ｓ１０３、Ｓ１０４）と、
を有する、ロボット（２）の制御方法。
１　　　制御装置
２　　　ロボット
３　　　作業者
４　　　作業台（作業用設備）
１０　　レーダセンサ
１０ａ　レーダ送受信部
１０ｂ　レーダデータ処理部
１１　　制御部
１１ａ　判定部
１１ｂ　データ出力部
１１ｃ　ロボット制御部
１１ｄ　警告部

Claims (7)

  1. 　作業者と協働で作業を行うロボットの制御装置であって、
    　前記作業者と前記ロボットとが協働で作業を行う領域である協働エリアにレーダ波を送信するとともに、該レーダ波が前記協働エリア内の物体に反射することで生成される反射波を受信するレーダ送受信部と、
    　前記レーダ送受信部によって受信された前記反射波に基づいて、前記協働エリア内に存在する物体の反射パワーを演算するレーダデータ処理部と、
    　前記レーダデータ処理部によって演算される前記反射パワーが所定の閾値以上である物体が前記協働エリアに存在する場合に、前記ロボットと前記作業者との干渉を抑制するための処理である干渉抑制処理を実行する制御部と、
    を備える、ロボットの制御装置。
  2. 　前記干渉抑制処理は、前記ロボットの動作を停止させる処理を含む、
    請求項１に記載のロボットの制御装置。
  3. 　前記干渉抑制処理は、前記作業者へ注意喚起を促す処理を含む、
    請求項１又は２に記載のロボットの制御装置。
  4. 　前記協働エリアには、前記ロボットと前記作業者とが協働で作業を行う際に使用される設備である作業用設備が設置されており、
    　前記所定の閾値は、前記レーダ送受信部が適正な状態で設置されている場合における前記作業用設備の反射パワーより大きい値に設定される、
    請求項１から３の何れか１項に記載のロボットの制御装置。
  5. 　前記レーダデータ処理部によって演算される反射パワーが所定の閾値以上である物体が前記協働エリアに存在する場合に、該物体が前記作業用設備であれば、前記制御部は、前記干渉抑制処理に加え、前記レーダ送受信部の設置状態の調整を前記作業者に促す処理を実行する、
    請求項４に記載のロボットの制御装置。
  6. 　作業者と協働で作業を行うロボットの制御方法であって、
    　前記作業者と前記ロボットとが協働で作業を行う領域である協働エリアにレーダ波を送信するとともに、該レーダ波が前記協働エリア内の物体に反射することで生成される反射波を受信するレーダ送受信ステップと、
    　前記レーダ送受信ステップで受信された前記反射波に基づいて、前記協働エリア内に存在する物体の反射パワーを演算するレーダデータ処理ステップと、
    　前記レーダデータ処理ステップで演算された前記反射パワーが所定の閾値以上である物体が前記協働エリアに存在する場合に、前記ロボットと前記作業者との干渉を抑制するための処理である干渉抑制処理を実行する制御ステップと、
    を有する、ロボットの制御方法。
  7. 　請求項６に記載のロボットの制御方法における各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
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