作业区域推断装置、控制装置、控制系统、作业区域推断方法及程序与流程

本发明涉及一种作业区域推断装置、控制装置、控制系统、作业区域推断方法及程序。

背景技术：

先前，已经知道有工厂的生产线(例如，参照专利文献1)。

专利文献1的生产线是用于车辆的组装工序等之中，包括搬运车辆的车辆用输送机(conveyer)、使作业者沿车辆的搬运方向移动的作业者用输送机、对作业者用输送机进行控制的控制器、以及安装在作业者身上的传感器。传感器具有检测作业者的方向及作业者的移动的加速度的功能。而且，控制器构成为根据作业者的方向及移动的加速度，对作业者用输送机的运转方向及运转速度进行控制。由此，几乎不会强迫作业者以行走方式的移动，所以能够减轻作业者的行走疲劳。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2004-230541号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

因此，在工厂的生产线等之中，在产业机械及作业者进行作业的状况下，会期望推断作业者进行作业的区域。例如，如果能够推断作业者进行作业的区域，就可以一面抑制对作业者造成妨碍的(产业机械的动作与作业者的动作发生干扰)状况，一面扩大产业机械的作业区域，所以能够确保安全性，并且提高生产率。

本发明是为了解决所述问题而开发的，本发明的目的在于提供一种能够推断作业者进行作业的区域的作业区域推断装置、控制装置、控制系统、作业区域推断方法及程序。

解决问题的技术手段

本发明的作业区域推断装置是推断作业者进行作业的区域的装置，包括：方向获取部，获取作业者的方向信息；以及作业区域运算部，根据方向信息及作业者的人体模型，运算可预测作业者的动作的区域。

通过如上所述而构成，根据反映出作业者的意图的信息即方向信息，来推断可预测动作的区域，借此能够以高精度推断作业者进行作业的区域。

在所述作业区域推断装置中，也可以是：包括根据方向信息及人体模型，运算作业者的活动区域的活动区域运算部，作业区域运算部构成为根据活动区域，运算可预测作业者的动作的区域。

在所述作业区域推断装置中，也可以是：方向信息包括作业者的躯体的方向信息及作业者的头部的方向信息，作业区域运算部根据躯体的方向信息及头部的方向信息，权重评价可预测作业者的动作的区域内的动作可能性。

在所述作业区域推断装置中，也可以包括状态获取部，所述状态获取部是获取作业者的位置信息及姿势信息中的至少任一者。

在包括所述状态获取部的作业区域推断装置中，状态获取部也可以构成为获取加速度数据、角速度数据、速度数据、角加速度数据、压力数据及磁性数据之中的至少一个，并利用所述获取到的数据算出位置信息及姿势信息中的至少任一者。

在包括所述状态获取部的作业区域推断装置中，方向获取部也可以构成为根据位置信息及姿势信息中的至少任一者以及人体模型，运算方向信息。

在包括所述状态获取部的作业区域推断装置中，也可以包括人体模型运算部，所述人体模型运算部是利用位置信息及姿势信息中的至少任一者运算人体模型。

在所述作业区域推断装置中，也可以包括记录有人体模型的人体模型记录部。

本发明的控制装置包括所述作业区域推断装置、以及对控制对象进行控制的控制部。

在所述控制装置中，控制部也可以构成为使控制对象在可预测作业者的动作的区域的外侧运行。

在所述控制装置中，也可以是：方向信息包括作业者的躯体的方向信息及作业者的头部的方向信息，作业区域运算部构成为根据躯体的方向信息及头部的方向信息，权重评价可预测作业者的动作的区域内的动作可能性，控制部构成为使控制对象在动作可能性为规定值以上的区域的外侧运行。再者，规定值例如是经预先设定的值，是判断为动作可能性大的边界值。

本发明的控制系统包括所述控制装置、以及安装在作业者身上的检测装置。

在所述控制系统中，也可以是：检测装置构成为检测加速度数据、角速度数据、速度数据、角加速度数据、压力数据及磁性数据之中的至少一个，作业区域推断装置包含获取作业者的位置信息及姿势信息中的至少任一者的状态获取部，状态获取部构成为获取检测装置的检测结果，并利用所述获取到的检测结果，算出位置信息及姿势信息中的至少任一者。

本发明的作业区域推断方法是推断作业者进行作业的区域的方法，包括如下步骤：获取作业者的方向信息；以及根据方向信息及作业者的人体模型，运算可预测作业者的动作的区域。

本发明的程序是用于使计算机执行所述作业区域推断方法的程序。

发明的效果

根据本发明的作业区域推断装置、控制装置、控制系统、作业区域推断方法及程序，可以推断作业者进行作业的区域。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的控制系统的构成的硬件(hardware)框图。

图2是图1的控制系统中的控制装置的功能框图。

图3是用于说明本实施方式的控制系统的动作的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的一个实施方式进行说明。

首先，参照图1及图2，对本发明的一个实施方式的控制系统100的构成进行说明。

控制系统100如图1所示，包括对机器人50进行控制的控制装置1、以及安装在作业者身上的检测装置2。所述控制系统100构成为例如，在工厂的生产线等之中推断作业者的作业区域(可预测动作的区域)，并根据所述作业者的作业区域对机器人50进行控制。再者，机器人50是例如设置在工厂的生产线等之中的机械手(robotarm)，是本发明的“控制对象”的一例。

检测装置2安装在作业者的各部位上，各检测装置2是为了检测关于所安装的部位的动作而设置。再者，在图1中表示了两个检测装置2，但是也可以设置更多的检测装置2，以检测作业者的全身的动作。作为对作业者安装检测装置2的安装位置的一例，是头部、两肩部、两臂部(上臂、前臂、手)、背部、腰部及两腿部(大腿、小腿、脚)。

所述检测装置2包括检测加速度数据的加速度传感器2a、检测角速度数据的角速度传感器2b、以及将加速度传感器2a及角速度传感器2b的检测结果输出至控制装置1的输出部2c。再者，检测装置2例如是以无线方式连接于控制装置1，但也可以通过有线方式而连接于控制装置1。

控制装置1构成为获取作业者的方向信息，并根据所述方向信息及人体模型，推断作业者的作业区域。并且，控制装置1构成为根据作业者的方向信息(躯体及头部的方向信息)，推断作业区域内的动作可能性大的区域。而且，控制装置1构成为使机器人50在作业者的动作可能性大的区域的外侧运行。再者，所谓作业者的人体模型，例如，是指将作业者的身体的各部位的相关尺寸形成为数据库的模型。

控制装置1包括中央处理器(centralprocessingunit，cpu)11、只读存储器(readonlymemory，rom)12、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)13及输入输出部14。cpu11构成为根据rom12中所存储的程序12a等，来执行运算处理。rom12是非易失性存储器，存储着程序12a或执行所述程序12a时所使用的设定值等。再者，在程序12a中包含机器人50的控制程序等。ram13是易失性存储器，具有暂时存储cpu11的运算结果或检测装置2的检测结果等的功能。在输入输出部14上，连接着多个检测装置2、机器人50、以及用于进行控制装置1的设定变更等的工具装置(tooldevice)60等。

并且，控制装置1如图2所示，包括作业者信息获取部21、人体模型运算部22、人体模型记录部23、方向运算部24、活动区域运算部25、作业者用的作业区域运算部26、机器人信息获取部27、机器人动作运算部28、机器人50用的作业区域运算部29及机器人控制部30。再者，作业者信息获取部21、人体模型运算部22、方向运算部24、活动区域运算部25、作业区域运算部26、机器人信息获取部27、机器人动作运算部28、作业区域运算部29及机器人控制部30是通过cpu11执行程序12a来实现。并且，人体模型记录部23是由rom12的存储区域的一部分所构成。

并且，利用作业者信息获取部21、人体模型运算部22、人体模型记录部23、方向运算部24、活动区域运算部25及作业区域运算部26，构成推断作业者的作业区域的作业区域推断部40。再者，作业区域推断部40是本发明的“作业区域推断装置”的一例。

作业者信息获取部21构成为被输入各检测装置2的检测结果。即，作业者信息获取部21随时间经过而获取作业者的各部位的加速度数据及角速度数据。而且，作业者信息获取部21构成为利用所述加速度数据及角速度数据算出位置信息及姿势信息。即，作业者信息获取部21随时间经过而获取关于作业者的每个部位的位置信息及姿势信息。再者，位置信息是例如三维坐标的坐标值，姿势信息是例如相对于各坐标轴的旋转角。并且，作业者信息获取部21是本发明的“状态获取部”的一例。

人体模型运算部22是为了根据作业者信息获取部21所获取的位置信息及姿势信息，运算作业者的人体模型而设置。所述人体模型运算部22通过根据作业者的各部位的位置信息及姿势信息的随时间经过的变化，算出各部位的尺寸，来制作人体模型。再者，也可以设为在利用人体模型运算部22进行人体模型的运算时，促使作业者进行规定的动作。

在人体模型记录部23中，记录有作业者的人体模型。在所述人体模型记录部23中，既可以记录有人体模型运算部22的运算结果即人体模型，也可以记录有作业者利用工具装置60而输入的人体模型。即，在本实施方式中，将人体模型记录至人体模型记录部23的方法有两个，可以利用任一方法进行记录。

方向运算部24是为了根据作业者信息获取部21所获取的位置信息及姿势信息、以及记录于人体模型记录部23中的人体模型，运算作业者的方向信息而设置。在所述方向信息中，例如，包含作业者的躯体的方向信息及作业者的头部的方向信息。再者，所谓躯体的方向，例如，是指躯体的正面所朝向的方向，可以利用位置及姿势的随时间经过的变化，追踪所述方向上的变化。同样地，所谓头部的方向，例如，是指头部的正面所朝向的方向，可以利用位置及姿势的随时间经过的变化，追踪所述方向上的变化。再者，方向运算部24是本发明的“方向获取部”的一例。

活动区域运算部25是为了运算作业者的活动区域而设置。所述活动区域运算部25构成为根据方向运算部24所运算出的作业者的方向信息、以及记录于人体模型记录部23中的人体模型，来运算作业者的活动区域。再者，所谓活动区域，是围绕着作业者的周围的规定区域，是作业者能够使身体从当前的状态移动的区域。例如，当肩部经固定时，臂部的活动区域是伸长臂部而够得到的范围。

作业区域运算部26是为了运算作业者的作业区域，并且推断所述作业区域内的动作可能性大的区域而设置。例如，作业区域运算部26构成为将活动区域运算部25所运算出的活动区域推断为作业区域。并且，作业区域运算部26构成为根据方向运算部24所运算出的作业者的方向信息(躯体及头部的方向信息)，权重评价作业区域内的动作可能性。而且，作业区域运算部26将权重值(动作可能性)为规定值以上的区域，推断为动作可能性大的区域。再者，规定值是例如经预先设定的值，是判断为动作可能性大的边界值。作为权重评价的具体例，由于在作业者的头部所朝向的方向侧的区域内进行作业的可能性大，所以提高所述区域的权重值，并且越远离所述区域，越降低权重值。

对机器人信息获取部27，从机器人50输入各种信息50a。各种信息50a是例如关于机器人50的位置信息、速度信息、加速度信息及路径信息等，通过设置在机器人50上的传感器(图略)来检测。

机器人动作运算部28是为了运算机器人50的动作信息而设置。所述机器人动作运算部28例如，根据机器人信息获取部27所获取的各种信息50a、以及对机器人50进行控制的控制程序，运算机器人50的动作信息。

作业区域运算部29是为了运算机器人50的作业区域(可预测动作的区域)而设置。所述作业区域运算部29构成为例如根据机器人动作运算部28的运算结果，运算机器人50的作业区域。

机器人控制部30是为了对机器人50输出动作命令而设置。所述机器人控制部30构成为禁止机器人50进入至作业者的作业区域内的动作可能性大的区域，而使机器人50在动作可能性大的区域的外侧运行。例如，机器人控制部30在作业者的动作可能性大的区域与机器人50的作业区域不发生干扰(不重合)的情况下，使机器人50根据控制程序而运行，在作业者的动作可能性大的区域与机器人50的作业区域发生干扰(重合)的情况下，使机器人50停止而不进入至作业者的动作可能性大的区域。再者，机器人控制部30是本发明的“控制部”的一例。

-控制系统的动作-

其次，参照图3，对本实施方式的控制系统100的动作进行说明。在所述动作中，包含利用控制装置1的作业区域推断方法。

再者，以下的各步骤是通过cpu11(参照图1)执行程序12a(参照图1)来进行。即，程序12a是用于使控制装置1(参照图1)执行以下各步骤的程序，存储在控制装置1可读取的记录介质即rom12(参照图1)中。

并且，在人体模型记录部23(参照图2)中预先记录有作业者的人体模型。所述人体模型既可以通过人体模型运算部22(参照图2)来记录，也可以利用工具装置60(参照图2)来记录。并且，在作业者的各部位安装有检测装置2。

首先，在图3的步骤s1中，判断作业者与机器人50(参照图2)的合作动作是否已开始。例如，当作业者操作了开始按钮(图略)时，判断为合作动作已开始。而且，当判断为合作动作已开始时，转移至步骤s2。另一方面，当判断为合作动作没有开始时，重复进行步骤s1。即，控制装置1进行待机，直到合作动作开始为止。

其次，在步骤s2中，利用作业者信息获取部21(参照图2)，获取关于作业者的每个部位的位置信息及姿势信息。具体来说，根据从各检测装置2输入的加速度数据及角速度数据，计算出各部位的位置信息及姿势信息。

其次，在步骤s3中，利用方向运算部24(参照图2)，运算作业者的方向信息。具体来说，根据作业者的位置信息及姿势信息以及记录于人体模型记录部23中的人体模型，运算作业者的躯体及头部的方向信息。

其次，在步骤s4中，利用活动区域运算部25(参照图2)，运算作业者的活动区域。具体来说，根据作业者的方向信息及人体模型，运算作业者的活动区域。

其次，在步骤s5中，利用作业区域运算部26(参照图2)，运算作业者的作业区域，并且推断作业区域内的动作可能性大的区域。具体来说，将活动区域推断为作业区域。然后，根据躯体及头部的方向信息，权重评价作业区域内的动作可能性。例如，对于头部所朝向的方向侧的区域提高权重值，并且越远离所述区域，权重值设定得越低。而且，将权重值为规定值以上的区域推断为动作可能性大的区域。

其次，在步骤s6中，通过机器人信息获取部27(参照图2)，获取机器人50的各种信息50a(参照图2)。接着，在步骤s7中，通过机器人动作运算部28(参照图2)，运算机器人50的动作信息。然后，在步骤s8中，通过作业区域运算部29(参照图2)，运算机器人50的作业区域。

接着，在步骤s9中，通过机器人控制部30(参照图2)，对机器人50进行控制。所述机器人控制部30使机器人50在作业者的动作可能性大的区域的外侧运行。具体来说，根据在步骤s5中算出的作业者的动作可能性大的区域、以及在步骤s8中算出的机器人50的作业区域，判断作业者的动作可能性大的区域与机器人50的作业区域是否会发生干扰。然后，当判断为作业者的动作可能性大的区域与机器人50的作业区域不会发生干扰时，使机器人50根据控制程序而运行。另一方面，当判断为作业者的动作可能性大的区域与机器人50的作业区域会发生干扰时，则例如使机器人50停止，以使机器人50不进入至作业者的动作可能性大的区域。

其次，在步骤s10中，判断作业者与机器人50的合作动作是否已结束。例如，当作业者操作了结束按钮(图略)时，判断为合作动作已结束。然后，当判断为合作动作已结束时，转移至结束。另一方面，当判断为合作动作没有结束时，则返回至步骤s2。

-效果-

在本实施方式中，如上所述，设置有运算作业者的方向信息的方向运算部24、根据所述方向信息及人体模型而运算作业者的活动区域的活动区域运算部25、以及根据活动区域而运算作业者的作业区域的作业区域运算部26。借由如上所述而构成，通过根据反映出作业者的意图的信息即方向信息推断作业区域，能够以高精度推断作业者的作业区域。

并且，在本实施方式中，作业区域运算部26构成为根据方向信息来推断作业区域内的动作可能性大的区域，并且，设置有使机器人50在作业者的动作可能性大的区域的外侧运行的机器人控制部30。借由如上所述而构成，可以在机器人50及作业者合作进行作业的状况下，抑制机器人50与作业者发生碰撞，所以能够使安全性提高。并且，可以使机器人50尽量接近作业者，所以能够扩大机器人50的作业区域，因而能够使生产率提高。

-其它实施方式-

再者，此次揭示的实施方式在所有方面均为例示，而不成为限定性解释的根据。因此，本发明的技术范围并非只通过所述实施方式来解释，而是根据权利要求的内容来界定。并且，在本发明的技术范围内，包含与权利要求同等的涵义及范围内的所有变更。

例如，在本实施方式中，揭示了机器人50为机械手的示例，但是并不限于此，控制对象也可以是搬运零件的搬运装置等。即，控制对象例如是产业机械。

并且，在本实施方式中，揭示了利用多个检测装置2检测作业者的全身的动作的示例，但是并不限于此，也可以设为只检测作业者的局部(例如，上半身)的动作。

并且，在本实施方式中，揭示了通过cpu11执行程序12a，来实现作业者信息获取部21、人体模型运算部22、方向运算部24、活动区域运算部25、作业者用的作业区域运算部26、机器人信息获取部27、机器人动作运算部28、机器人50用的作业区域运算部29及机器人控制部30的示例，但是并不限于此，也可以分别利用硬件来构成作业者信息获取部、人体模型运算部、方向运算部、活动区域运算部、作业者用的作业区域运算部、机器人信息获取部、机器人动作运算部、机器人用的作业区域运算部及机器人控制部。

并且，在本实施方式中，揭示了根据加速度数据及角速度数据，算出位置信息及姿势信息的示例，但是并不限于此，也可以设为根据速度数据、角加速度数据、压力数据及磁性数据等，算出位置信息及姿势信息。即，揭示了检测装置2检测加速度数据及角速度数据的示例，但是并不限于此，检测装置只要构成为检测加速度数据、角速度数据、速度数据、角加速度数据、压力数据及磁性数据之中的至少一个即可。

并且，在本实施方式中，揭示了作业者信息获取部21获取加速度数据及角速度数据，并利用所述加速度数据及角速度数据算出位置信息及姿势信息的示例，但是并不限于此，只要作业者信息获取部获取加速度数据、角速度数据、速度数据、角加速度数据、压力数据及磁性数据之中的至少一个，并利用所述获取到的数据算出位置信息及姿势信息中的至少任一者即可。

并且，在本实施方式中，揭示了人体模型运算部22根据位置信息及姿势信息运算作业者的人体模型的示例，但是并不限于此，人体模型运算部也可以设为根据位置信息或姿势信息，运算作业者的人体模型。

并且，在本实施方式中，揭示了在控制装置1上设置人体模型运算部22，并且能够从工具装置60输入人体模型而构成的示例，但是并不限于此，如果设置有人体模型运算部22，则也可以设为无法从工具装置60输入人体模型，如果能够从工具装置60输入人体模型，则也可以不设置人体模型运算部22。

并且，在本实施方式中，揭示了设置人体模型记录部23的示例，但是并不限于此，如果能够从外部得到作业者的人体模型，也可以不设置人体模型记录部。

并且，在本实施方式中，揭示了方向运算部24根据作业者的位置信息及姿势信息及人体模型运算作业者的方向信息的示例，但是并不限于此，方向运算部也可以设为根据作业者的位置信息或姿势信息以及人体模型来运算作业者的方向信息，还可以设为无论人体模型如何，都根据位置信息及姿势信息中的至少任一者来运算作业者的方向信息。并且，如果设置有获取作业者的方向信息的方向获取部，则也可以不设置方向运算部及作业者信息获取部。

并且，在本实施方式中，揭示了方向运算部24运算作业者的躯体的方向信息及作业者的头部的方向信息的示例，但是并不限于此，方向运算部也可以设为只运算作业者的躯体的方向信息。

并且，在本实施方式中，揭示了设置活动区域运算部25的示例，但是并不限于此，也可以不设置活动区域运算部。在所述情况下，作业区域运算部也可以设为根据作业者的方向信息及人体模型来推断作业区域。

并且，在本实施方式中，揭示了作业区域运算部26将活动区域推断为作业区域的示例，但是并不限于此，作业区域运算部也可以设为将仅从活动区域中预先设定的范围程度宽广的区域推断为作业区域，还可以设为将仅从活动区域中预先设定的范围程度狭窄的区域推断为作业区域。

并且，在本实施方式中，揭示了作业区域运算部26推断作业区域内的动作可能性大的区域的示例，但是并不限于此，也可以设为作业区域运算部不推断作业区域内的动作可能性大的区域。在所述情况下，机器人控制部也可以设为使机器人在作业者的作业区域的外侧运行。

并且，在本实施方式中，揭示了设置机器人动作运算部28及作业区域运算部29的示例，但是并不限于此，当在控制装置的rom中预先记录有机器人的动作信息及作业区域时，也可以不设置机器人动作运算部及作业区域运算部。在所述情况下，可以省略图3的流程图中的步骤s7及s8。

并且，在本实施方式中，揭示了在控制装置1的rom12中记录有机器人50的控制程序的示例，但是并不限于此，也可以在控制装置的rom中不记录机器人的控制程序。即，也可以设为针对自主运行的机器人，控制装置禁止所述机器人进入至作业者的动作可能性大的区域。在所述情况下，只要设为利用机器人的各种信息运算动作信息，并且运算机器人的作业区域，当作业者的动作可能性大的区域与机器人的作业区域发生干扰时，对机器人输入停止命令等即可。

并且，在本实施方式中，揭示了当作业者的动作可能性大的区域与机器人50的作业区域发生干扰时，机器人控制部30使机器人50停止的示例，但是并不限于此，也可以设为当作业者的动作可能性大的区域与机器人的作业区域发生干扰时，使机器人在作业者的动作可能性大的区域的外侧进行其它作业。

并且，在本实施方式中，揭示了当操作了开始按钮时，判断为合作动作已开始的示例，但是并不限于此，还可以设为当作业者进入至规定的区划时，判断为合作动作开始。同样地，揭示了当操作了结束按钮时，判断为合作动作结束的示例，但是并不限于此，还可以设为当作业者从规定的区划退出时，判断为合作动作结束。

并且，在本实施方式的流程图中，揭示了运算作业者的作业区域之后，运算机器人50的作业区域的示例，但是并不限于此，还可以同时运算作业者的作业区域及机器人的作业区域，也可以设为运算机器人的作业区域之后，运算作业者的作业区域。即，图3的流程图是一例，而并不限定于所述顺序。

产业上的可利用性

本发明能够用于作业区域推断装置、控制装置、控制系统、作业区域推断方法及程序。

符号的说明

1：控制装置(计算机)

2：检测装置

12a：程序

21：作业者信息获取部(状态获取部)

22：人体模型运算部

23：人体模型记录部

24：方向运算部(方向获取部)

25：活动区域运算部

26：作业区域运算部

30：机器人控制部(控制部)

40：作业区域推断部(作业区域推断装置)

50：机器人(控制对象)

100：控制系统