安全管理方法和安全管理系统与流程

本发明涉及一种安全管理方法以及安全管理系统。

背景技术：

以往，在机器人系统中，虽然利用安全护栏划分出机器人操作区域和作业者来往的区域，但有时为了向机器人供给工件等作业者需要频繁地进入机器人操作的区域，因此存在对物理锁进行解锁等的麻烦而导致的生产率明显降低这样的问题。

为了解决这样的问题，在机器人操作的区域对作业者进行检测的技术得到了开发(例如，参照专利文献1至专利文献3)。

专利文献1的技术是利用敷设在机器人操作区域的垫子检测作业者的体重，从而对机器人操作区域中作业者的有无、进行检测的技术。

专利文献2的技术是利用摄像机对机器人操作区域中作业者的有无进行监测的技术。

专利文献3的技术是在机器人操作区域与作业者来往的区域之间形成由双光幕隔开的公共区域，在由一个光幕检测出机器人或者作业者进入共用区域后，利用另一个光幕的检测信号来停止机器人的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5035768号公报

专利文献2：日本特表2004-530090号公报

专利文献3：日本特开2008-191823号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

然而，在专利文献1的技术中存在以下问题：需要确保敷设垫子的区域，并且无法对作业者不踏入垫子而进入垫子上方空间的情况进行检测。

在专利文献2的技术中存在以下问题：当机器人操作区域中摄像机有死角时，无法检测出进入到摄像机死角的作业者。

在专利文献3的技术中存在以下这样的问题：由于仅通过光幕检测机器人或者作业者超越了机器人操作区域或作业者来往的区域与公共区域之间的边界的情况，因此，例如在作业者的身体的一部分超过边界并进入公共区域后，无法区分是作业者的整个身体是进入了公共区域侧，还是返回了作业者来往的区域。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够在不降低机器人的生产率的同时，更可靠地确保作业者的安全性的安全管理方法以及安全管理系统。

解决问题的手段

为了实现上述目的，本发明提供以下手段。

本发明的一个方面提供一种安全管理方法，其在以作业者为主而配置的第一空间与以机器人为主而配置的第二空间之间，设置所述作业者以及所述机器人均能进入的第三空间，在所述第一空间与所述第三空间之间以及所述第二空间与所述第三空间之间，分别设置对越境进行监测的监测边界，对所述第三空间内的所述机器人或所述作业者的有无进行监测，在一方的所述监测边界的越境的监测状态与所述第三空间内的所述作业者或所述机器人的监测状态大致同时从未检测出切换到检测出时，通过检测在另一方的所述监测边界的越境，设定警戒状态以限制所述机器人动作，仅在一方的所述监测边界的越境的监测状态与所述第三空间内的所述作业者或所述机器人的监测状态大致同时从检测出切换到未检测出时，解除所述警戒状态。

根据本方面，在第一空间与第三空间之间以及第二空间与第三空间之间分别设置监测边界，对监测边界的越境以及第三空间内的机器人或作业者的有无进行监测。在主要配置在第一空间的作业者跨越(一方的)监测边界并进入第三空间的情况下，将越境的监测状态从未检测出切换到检测出，并且，在与此大致同一时刻，将第三空间内的作业者的监测状态从未检测出切换到检测出，并设定警戒状态。在该警戒状态中，若检测出第二空间与第三空间之间的(另一方的)监测边界的作业者或机器人中的任一个存在越境，则对机器人动作进行限制。

相反，在主要配置在第二空间的机器人跨越(一方的)监测边界并进入第三空间的情况下，将越境的监测状态从未检测出切换到检测出，并且，在与此大致同一时刻，将第三空间内的机器人的监测状态从未检测出切换到检测出，此时也设定警戒状态。在该警戒状态中，若检测出第一空间与第三空间之间的(另一方的)监测边界的作业者或机器人中的任一个存在越境，则对机器人的动作进行限制。

仅在引起该警戒状态的原因，即(一方的)监测边界的越境的监测状态与第三空间内的机器人或作业者的监测状态大致同时从检测出切换到未检测出时，解除警戒状态。

例如，在作业者跨越第一空间与第三空间之间的(一方的)监测边界并完全进入到第三空间内的情况下，虽然该监测边界的越境的监测状态从检测出切换到未检测出，但由于作业者的进入，第三空间维持着“检测出”的状态，因此警戒状态未被解除。在完全进入到第三空间内的作业者进入到第三空间内的死角的情况下，虽然第三空间内的作业者的监测状态从检测出切换到未检测出，但(一方的)监测边界的越境保持“未检测出”的状态而没有发生变化，因此警戒状态未被解除。

另一方面，在完全进入到第三空间内的作业者跨越(一方的)监测边界并完全退出到第一空间的情况下，在再次检测出越境后，在作业者完全退出到第一空间的时刻，越境以及第三空间内的作业者的监测状态两者均大致同时从检测出切换到未检测出，因此警戒状态被解除。

这样，根据本方面，在作业者或机器人的一方进入到第三空间的情况下，即使因死角等监测状态被切换到“未检测出”时，警戒状态也不会被解除，因此在作业者以及机器人的两方均进入第三空间的状况时，一定会对机器人的动作进行限制，但在仅一方进入的状况下，则不会对机器人的动作进行限制。即，根据本方面，能够在不降低机器人的生产率的同时，可靠地确保作业者的安全性。这里，机器人的动作的限制除了使机器人停止以外，还包括使机器人的动作速度降低。

在上述方面中，也可以为，在设定为所述警戒状态的情况下，当检测出另一方的所述监测边界的越境时停止所述机器人。

通过这样，能够更可靠地确保作业者的安全性。

在上述方面中，也可以随着时间的推移获取包含所述第三空间以及与所述第三空间邻接的所述第一空间、所述第二空间的至少一部分的图像，基于获取的任一个所述图像，对所述监测边界的越境以及所述第三空间的所述作业者或所述机器人的有无进行监测。

这样，仅利用获取的图像就能够对监测边界的越境以及第三空间内的作业者或机器人的有无进行监测，因此能够更正确地进行警戒状态的设定及解除。

在上述方面中，所述图像也可是三维的距离图像。

这样，能够容易地在任意的位置设定监测边界，并且能够容易地对设定的监测边界的越境以及第三空间内的作业者或机器人的有无进行监测。

在上述方面中，也可将设定为所述警戒状态的情况向所述作业者报告。

这样，通过将警戒状态报告给作业者，能够防止作业者无意中跨越监测边界而对机器人动作进行限制的情况。

本发明的其他方面提供一种安全管理系统，其包括：边界设定部，其对配置在以作业者为主而配置的第一空间与以机器人为主而配置的第二空间之间的第三空间以及在所述第一空间与所述第三空间之间和在所述第二空间与所述第三空间之间的监测边界进行设定，且所述作业者以及所述机器人均能进入所述第三空间；越境监测部，其对通过该边界设定部设定的各所述监测边界的越境进行监测；空间内监测部，其对通过所述边界设定部设定的所述第三空间内的所述作业者或所述机器人的有无进行监测；以及控制部，其基于所述越境监测部的输出结果、所述空间内监测部的输出结果来控制所述机器人，该控制部，在所述越境监测部监测的一方的所述监测边界的越境的监测状态与所述空间内监测部监测的所述第三空间内的所述作业者或所述机器人的监测状态大致同时从未检测出切换到检测出时，通过所述越境监测部检测在另一方的所述监测边界的越境，设定警戒状态以限制所述机器人动作，仅在所述越境监测部监测的一方的所述监测边界的越境的监测状态与所述空间内监测部监测的所述第三空间内的所述作业者或所述机器人的监测状态大致同时从检测出切换到未检测出时，解除所述警戒状态。

根据本方面，通过边界设定部在第一空间与第二空间之间设定第三空间，并且在第一空间与第三空间之间以及第二空间与第三空间之间设定监测边界。而且，通过越境监测部对2个监测边界的越境进行监测，通过空间内监测部对第三空间内的作业者或机器人的有无进行监测。在一方的监测边界的越境的监测状态与第三空间内的作业者或机器人的监测状态大致同时从未检测出切换到检测出时，通过控制部设定为警戒状态，因此之后在另一方的监测边界的越境被检测出时，机器人的动作被控制部限制。仅在一方的监测边界的越境的监测状态与第三空间内的作业者或机器人的监测状态大致同时从检测出切换到未检测出时，警戒状态被解除，因此能够更可靠地确保作业者的安全性而不降低生产率。

上述方面中，所述控制部，也可在设定为所述警戒状态的状态下，当所述越境监测部检测出另一方的所述监测边界的越境时，控制所述机器人以使所述机器人停止。

这样，能够更可靠地确保作业者的安全性。

上方面中，也可以包括拍摄部，其随着时间的推移获取包含所述第三空间以及与该第三空间邻接的所述第一空间、所述第二空间的至少一部分的图像，所述边界设定部基于所述拍摄部获取的图像所述第三空间及所述监测边界进行设定，基于由所述拍摄部取得的任一个所述图像，所述越境监测部以及所述空间内监测部对所述监测边界的越境以及所述第三空间内的所述作业者或所述机器人的有无进行监测。

这样，仅利用通过拍摄部获取的图像就能够对监测边界的越境以及第三空间内的机器人或者作业者的有无进行监测，因此能够更正确地进行警戒状态的设定及解除。

上述方面中，所述图像也可以是三维的距离图像。

这样，能够容易在任意的位置设定监测边界，并且能够容易地对设定的监测边界的越境以及第三空间内的作业者或机器人的有无进行监测。

上述方面中，也可以包括报告部，将被所述控制部设定为警戒状态的情况向所述作业者报告。

这样，通过报告部将警戒状态报告给作业者，从而能够防止作业者无意中跨越监测边界而对机器人的动作进行限制的情况。

发明的效果

根据本发明，能够实现在不降低机器人的生产率的同时，更可靠地确保作业者的安全性的效果。

附图说明

图1是示出本发明的一实施方式的安全管理系统的俯视图。

图2是示出图1的安全管理系统的侧面图。

图3是示出图1的安全管理系统的框图。

图4是对图1的安全管理系统的越境以及第三空间内物体的存在的检测进行说明的俯视图。

图5是图4的侧面图。

图6是示出图1的安全管理系统中对警戒状态以及警戒解除状态进行切换时各标志的状态的图。

图7a是示出警戒解除状态的俯视图。

图7b是示出作业者进入第三空间所引起的警戒状态的俯视图。

图8a是示出警戒解除状态的俯视图。

图8b是示出机器人进入第三空间所引起的警戒状态的俯视图。

图9a是示出作业者跨越一方的监测边界时的状态的俯视图。

图9b是示出作业者完全进入到第三空间内的状态的俯视图。

图10是示出本发明的一实施方式的安全管理方法的流程图。

图11a是示出由作业者以及机器人的各监测边界的越境引起的动作限制状态的俯视图。

图11b是示出在作业者处于第三空间内的状态下，由机器人进入到第三空间内所引起的动作限制状态的俯视图。

图11c是示出由第三空间内的作业者进入到机器人存在的第二空间所引起的动作限制状态的俯视图。

图12是示出作业者隐藏于作业台的死角时的警戒状态的俯视图。

图13是示出标志的变化的例子的时序图。

图14是具有对控制部的状态判定结果进行报告的监测器的安全管理系统的变形例。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的一实施方式的安全管理方法以及安全管理系统1进行说明。

如图1和图2所示，本实施方式的安全管理方法中，在以作业者2为主配置的第一空间r1与设置有机器人3的第二空间r2之间，设定作业者2和机器人3均能进入的第三空间r3，并且在第一空间r1与第三空间r3之间以及第二空间r2与第三空间r3之间分别设定监测边界a、b，在对监测边界a、b的越境进行监测的同时，监测第三空间r3的内部，并且基于监测结果对机器人3进行控制。

如图1至图3所示，本实施方式的安全管理系统1包括：摄像机(拍摄部)4，设置于能够将第三空间r3的整体和邻接于该第三空间r3的第一空间r1、第二空间r2的至少一部分纳入视野的位置；边界设定部5，用于设定第三空间r3以及2个监测边界a、b；越境监测部6，基于由该边界设定部5设定的2个监测边界a、b的信息和来自摄像机4的图像，对各监测边界a、b的越境进行监测；空间内监测部7，基于由边界设定部5设定的第三空间r3的信息和来自摄像机4的图像，对第三空间r3内的作业者2或者机器人3的有无进行监测；控制部8，基于来自越境监测部6以及空间内监测部7的输出结果，输出限制机器人3的动作限制指令。在图1和图2中，附图标记9是安全护栏，附图标记10是收容边界设定部5至控制部8的控制装置。

具体而言，摄像机4能够获取包含三维信息的距离图像。边界设定部5通过三维坐标对第三空间r3以及监测边界a、b进行定义。在图中所示的例子中，边界设定部5将2个监测边界a、b定义为在水平方向隔开平行间隔并在垂直方向延伸的2个平面，将第三空间r3定义为夹在2个监测边界a、b之间的长方体形状的空间。

即，如图4和图5所示，第三空间r3被定义为具有以下三维坐标的空间。

x0≤x≤x1

y0≤y≤y1

z0≤z≤z1

监测边界a被定义为具有以下三维坐标的平面。

x＝x0

y0≤y≤y1

z0≤z≤z1

监测边界b被定义为具有以下三维坐标的平面。

x＝x1

y0≤y≤y1

z0≤z≤z1

在摄像机4以规定的帧速率随时间的推移获取的各图像中，当作业者2(或机器人3)上的任意一点p0的三维坐标(xp0、yp0、zp0)满足以下的全部条件时，则判定为作业者2(或机器人3)存在于第三空间r3内。

x0≤xp0≤x1

y0≤yp0≤y1

z0≤zp0≤z1

当邻接于点p0的像素、即作业者2(或机器人3)上的任意一点p1的三维坐标(xp1、yp1、zp1)满足以下的全部条件时，由于连接点p0与点p1的直线横穿x＝x0的监测边界a，因此能够判定为作业者2(或者机器人3)跨越了一方的监测边界a。

xp1＜x0

y0≤yp1≤y1

z0≤zp1≤z1

在由摄像机4获取的图像中，当检测出被边界设定部5定义的第三空间r3内的任一个三维坐标中存在物体时，空间内监测部7判定作业者2或机器人3存在于第三空间r3内。当判定作业者2或机器人3存在于第三空间r3内时，空间内监测部7将标志f1(监测状态)设定为“on”(检测出)，当判定为不存在时，空间内监测部7将标志f1(监测状态)设定为“off”(未检测出)。

在本实施方式中，由于工作台11配置在第三空间r3内，因此将工作台11的区域从空间内监测部7对物体的监测范围中除去。即，在作业者2完全进入工作台11的范围的情况下，将第三空间r3内的标志f1设定为“off”。

当越境监测部6在通过摄像机4获取的图像中检测出在水平方向邻接的2个像素中存在物体，且邻接的2个像素夹着表示由边界设定部5定义的监测边界a、b的任一个三维坐标时，判定为作业者2或机器人3跨越了监测边界a、b。在越境监测部6判定为各监测边界a、b有跨越时，将标志f2、f3设定为“on”(检测出)，在判定为没有跨越时，将标志f2、f3设定为“off”(未检测出)。

当从空间内监测部7以及越境监测部6的标志f1、f2、f3的设定均为“off”的警戒解除状态切换到图6的编号“3”或“4”的状态时，控制部8将标志fk设定为“警戒状态”。

即，在任一个监测边界a、b的标志f2、f3及第三空间r3内的标志f3大致同时从“off”变化为“on”时，控制部8将标志fk设定为警戒状态。

当作业者2或机器人3跨越任一个监测边界a、b时，任一个监测边界a、b的标志f2、f3与第三空间r3内的标志f1大致同时发生变化。“大致同时”包含虽然状态同时变化，但由于检测的顺序、运算的延迟而导致检测时刻存在微小偏差的情况。

另一方面，如图6的编号“1”和“2”所示，仅在越境监测部6设定的一方的监测边界a(或b)的标志f2(或f3)与空间内监测部7设定的表示作业者2或机器人3是否在第三空间r3内存在的标志f1同时从“on”切换到“off”时，控制部8将标志fk设定为警戒解除状态。

如图7a和图8a所示，警戒解除状态是表示作业者2以及机器人3均未进入第三空间r3内的状态，同时，如图7b、图8b、图9a以及图9b所示，警戒状态是表示作业者2或机器人3跨越了一方的监测边界a、b并进入到第三空间r3内的状态。

在处于警戒状态的情况下，当作业者2或机器人3跨越了另一方的监测边界b(或者a)并进入到第三空间r3内时，控制部8对机器人3的动作进行限制。

在机器人3的动作限制中，除了使机器人3当场停止的情况以外，还包括降低机器人3的动作速度。

下面对使用了上述构成的本实施方式的安全管理系统1的安全管理方法进行说明。

首先，如图10所示，进行第三空间r3的设定(步骤s1)以及监测边界a、b的设定(步骤s2)，并在安全管理的开始指令信号被输入之前待机(步骤s3)。

在安全管理的开始指令信号被输入时，通过摄像机4获取图像，并且空间内监测部7以及越境监测部6基于获取的图像进行监测处理(步骤s4)。

根据监测处理的结果，在控制部8中判定是警戒解除状态、警戒状态、还是动作限制状态(步骤s5、s6、s7、s8)。

当判定为警戒解除状态时，作业者2能够自由进入第三空间r3内，并在进入的瞬间变为警戒状态。即使变为警戒状态，但只要机器人3未进入到第三空间r3内，则机器人3就能够不被限制地进行动作。并且，在作业者2进入到第三空间r3的状态下，当机器人3进入到第三空间r3时，机器人3变为动作限制状态，机器人3的动作被限制。

在安全管理的结束指令信号被输入之前，重复从步骤s4开始的工序(步骤s9)。

在这种情况下中，如图7b或者图8b所示，如果在警戒解除状态下进行任意一方的监测边界a、b的越境，则由于表示该一方存在越境的标志f2(或标志f3)和表示第三空间r3内存在物体的标志f1会大致同时从“off”变化为“on”，因此控制部8将标志fk设定为警戒状态。

在该状态下，如图11a、图11b、图11c所示，在表示另一方的越境的标志f3(或者标志f2)从off切换到on的瞬间，控制部8将标志fk切换为动作限制状态，从而对机器人3的动作进行限制。

图11a表示的是以下两种情况：在图6的编号“3”的警戒状态下，由于机器人3进入第三空间r3而标志f3从off切换到on的情况，以及在图6的编号“4”的警戒状态下，由于作业者2进入第三空间r3而标志f2从off切换到on的情况。

图11b示出了在图6的编号“5”的警戒状态下，由于机器人3进入第三空间r3，标志f3从off切换到on的情况。

由此，当处于作业者2在第三空间r3内作业的警戒状态下时，在机器人3进入第三空间r3内时，以及机器人3在第三空间r3内作业的警戒状态下作业者2进入到第三空间r3内时的这两者情况下，机器人3的动作被限制，确保了作业者2的安全。

一旦进入警戒状态，则只要引起该警戒状态的、任一个表示监测边界a、b的越境的标志f2或标志f3、以及表示第三空间r3内存在物体的标志f1的两者没有大致同时从on切换到off，则警戒状态就不会变为警戒解除状态。

即，如果作业者2跨越了监测边界a并完全进入到第三空间r3内，则标志f1变为on，标志f2、f3变为off，之后，如图12所示，如果作业者2进入到工作台11的下方，则表示第三空间r3内存在物体的标志f1也变为off，全部的标志f1、f2、f3均变为off。但是，由于此时只有标志f1从on切换到off，因此警戒状态继续，且在机器人3跨越监测边界b而进入第三空间r3时变为动作限制状态，机器人3的动作被限制。

图13中从(1)到(5)的5个情况显示了标志f1、f2、f3及fk的变化。

(1)表示作业者2身体的一部分跨越了监测边界a并进入到第三空间r3内，而后保持原样地返回第一空间r1的情况。

(2)表示机器人3的一部分跨越了监测边界b并进入到第三空间r3内，而后保持原样地返回第二空间r2的情况。

(3)表示作业者2跨越了监测边界a且暂时完全进入第三空间r3内之后，再次跨越监测边界a并返回第一空间r1的情况。

(4)表示作业者2跨越了监测边界a且暂时完全进入第三空间r3内之后，短时间内隐藏在工作台11等的死角中，而后再次跨越监测边界a并返回第一空间r1的情况。

(5)表示在作业者2身体的一部分跨越了监测边界a并进入到第三空间r3内的状态下，机器人3的一部分跨越监测边界b并进入第三空间r3内的情况。

像这样，根据本实施方式的安全管理方法以及安全管理系统1，对第三空间r3内物体的存在以及第三空间r3的2个监测边界a、b进行监测，因此，即使进入到第三空间r3的作业者2隐藏在死角中，警戒状态也不会解除，具有能够更可靠地确保作业者2的安全性这样的优点。

在只有作业者2或者机器人3的其中一方进入到第三空间r3的状况下，机器人3的动作不被限制，因此也不会降低机器人3的生产率。

在本实施方式中，虽采用的是能够获取三维信息的摄像机4，但并不限于此，也可以采用能够获取二维信息的摄像机4。同时，也可以对通过摄像机4获取的图像进行处理，从而识别作业者2或者机器人3。

关于监测边界a、b的设定以及监测也可以采用区幕(areacurtain)等传感器。

在本实施方式中，由于是在控制部8中对警戒状态、警戒解除状态以及动作限制状态进行判定，因此，例如如图14所示，也可以将其判定结果置于第一空间r1以及第三空间r3内的作业者2能够看见的位置，并利用监测器12等的报告部进行报告。由此，在机器人3进入到第三空间r3的警戒状态中，能够防止作业者2无意中进入第三空间r3而对机器人3的动作进行限制的情况于未然。报告部也可代替监测器12，采用以声音等任意的方法进行报告的部件。

在本实施方式中，虽然对机器人3设置于第二空间r2的情况进行了例示，但也可作为其替代，采用能够从第二空间r2向第三空间r3以及第一空间r1移动的移动机器人。此时，与作业者2相同，只要将机器人3设定成能够跨越2个监测边界a、b的部件即可。

在本实施方式中，在标志f1、f2、f3、fk的变化中，与警戒解除状态无关，存在第三空间r3内的标志f1未预期地从“off”变化为“on”的情况。此时，存在于第三空间r3内的物体是作业者2还是机器人3是不明确的，因此可以假定是作业者2并限制或者停止机器人3的动作。

附图标记

1安全管理系统

2作业者

3机器人

4摄像机(拍摄部)

5边界设定部

6越境监测部

7空间内监测部

8控制部

12监测器(报告部)

a、b监测边界

r1第一空间

r2第二空间

r3第三空间