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JP7849466B2 - machine operating device - Google Patents
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machine operating device

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Description

本発明は、機械操作装置に関する。This invention relates to a machine operating device.

現在、製造業などの産業分野では、ロボット、搬送機、工作機械、機械設備などの様々な産業機械が作動している。このような産業機械には、操作部を備えたものも多く、PLC(Programmable Logic Controller)、NC(Numerical Controller)、制御盤など、各産業機械を制御する機器も操作部を備える。Currently, various industrial machines such as robots, conveyors, machine tools, and mechanical equipment are in operation in industrial sectors such as manufacturing. Many of these industrial machines are equipped with control panels, and the equipment that controls each industrial machine, such as PLCs (Programmable Logic Controllers), NCs (Numerical Controllers), and control panels, also have control panels.

産業機械の操作部は、ボタンや操作画面が多いが、操作が複雑で習熟に時間のかかることがある。音声入力インタフェースは、音声コマンドを発話するだけで目的の操作が実行できる。そのため、音声入力インタフェースを用いた操作性の向上が試みられている。音声入力インタフェースは、産業機械のドア開閉、産業機械の運転開始や一時停止、室内点消灯、切削液の使用停止、切粉の清掃など、あらゆる場面において当該産業機械に触れることなく指令することができる。また、ボタンや操作画面を直接操作する必要が無いため、例えば、試作の場合だと加工状況を見ながら操作したり、ロボットを安全柵外から操作したり、危険を感じるときにボタンに近寄るまでもなく速やかに音声で停止させることもできる。Industrial machinery controls often have numerous buttons and screens, making them complex to operate and requiring considerable time to master. Voice input interfaces allow users to perform desired operations simply by uttering voice commands. Therefore, efforts are being made to improve usability using voice input interfaces. Voice input interfaces allow for commands to be issued without touching the industrial machinery in a variety of situations, such as opening and closing doors, starting and pausing operation, turning lights on and off inside the machine, stopping the use of cutting fluid, and cleaning chips. Furthermore, because there is no need to directly operate buttons or screens, it allows for operations such as monitoring the machining progress during prototyping, operating a robot from outside a safety fence, or quickly stopping the machine by voice without having to approach a button if danger is detected.

産業機械の操作に使用する音声コマンドは、音声コマンドを使用する産業機械の種類、産業機械を設置する現場、産業機械の操作内容などにより想定することができる。そのため、想定される音声コマンドを文法(構文及び単語)で作成することができる。例えば、特許文献1参照。Voice commands used to operate industrial machinery can be anticipated based on the type of industrial machinery, the installation site, and the nature of the operation. Therefore, anticipated voice commands can be created using grammar (syntax and vocabulary). See, for example, Patent Document 1.

特開平9-325787号公報Japanese Patent Application Publication No. 9-325787

産業機械が設置される工場などの製造現場では、通常、複数の産業機械が動作している。そして、製造現場では常に騒音が発生している。そのため、音声コマンドのみで産業機械を操作する場合、音声コマンドと同時に加工音などがマイクに入力される。これが原因で、音声コマンドの認識精度が低下することがある。騒音が発生している現場においては、音声よりもジェスチャなどを撮像し、撮像した映像からコマンドを認識する方法も考えられる。このようにすることで、騒音の影響を排除することができる。しかしながら、ジェスチャのみの場合、言語より指令の表現力に限界があり、使いにくい場面がある。
そのため、製造現場において生産性と精度とを両立させた機械操作の手法が望まれている。
In manufacturing sites such as factories where industrial machinery is installed, multiple machines are typically in operation. Furthermore, noise is constantly generated in these manufacturing environments. Therefore, when operating industrial machinery using only voice commands, processing noises and other sounds are simultaneously input into the microphone. This can reduce the accuracy of voice command recognition. In noisy environments, it's possible to consider methods that use gestures to capture images and recognize commands from the captured video, rather than relying solely on voice. This would eliminate the impact of noise. However, using only gestures limits the expressive power of commands compared to language, making it impractical in certain situations.
Therefore, there is a need for machine operation methods that can achieve both productivity and precision in manufacturing sites.

本発明による機械操作装置は、工作機械やロボット等の産業機械の操作に、マイク等で検出した音声に基づく音声認識と、カメラ等で検出した画像に基づく顔(口形)乃至ジェスチャ認識を融合させることで、手動操作より生産性を向上した機械操作を行えるようにし、上記課題を解決する。The machine operation device according to the present invention solves the above problem by integrating voice recognition based on voice detected by a microphone or the like, and face (mouth shape) or gesture recognition based on images detected by a camera or the like, for the operation of industrial machines such as machine tools and robots, thereby enabling machine operation that is more productive than manual operation.

そして、本開示の一態様は、製造現場において入力された音声信号を音声認識して産業機械を操作するための操作コマンドとして利用する機械操作装置であって、音声センサにより検出された作業者が発話した音声を変換した音声信号に基づいて、所定の操作を示す第1のデータを認識する音声認識部と、撮像センサにより作業者の動きを撮像して得られた映像信号に基づいて、所定の操作を示す第2のデータを解析する映像解析部と、前記第1のデータ及び前記第2のデータに基づいて、前記産業機械を操作するための操作コマンドを決定するコマンド決定部と、前記コマンド決定部が決定した操作コマンドを処理するコマンド処理部と、を備え、作業者の作業動作及び立ち位置の少なくともいずれかに応じて実行することが危険な操作コマンドを認識した場合に、当該操作コマンドを処理対処としない、機械操作装置である。 Furthermore, one aspect of the present disclosure is a machine operating device that uses voice recognition of voice signals input at a manufacturing site as operating commands for operating industrial machinery, comprising: a voice recognition unit that recognizes first data indicating a predetermined operation based on a voice signal converted from voice uttered by a worker detected by a voice sensor; a video analysis unit that analyzes second data indicating a predetermined operation based on a video signal obtained by capturing the worker's movements with an imaging sensor; a command determination unit that determines an operating command for operating the industrial machinery based on the first data and the second data; and a command processing unit that processes the operating command determined by the command determination unit , wherein the machine operating device does not process an operating command if it recognizes that it is dangerous to execute according to at least one of the worker's work movements and standing position .

本開示の一態様により、作業の簡略化や効率化により生産性を向上するとともに、機械本体と非接触で機械操作が可能となるため、作業者の安全性を確保できるようになる。One aspect of this disclosure improves productivity by simplifying and streamlining operations, and ensures worker safety by enabling machine operation without contact with the machine itself.

本発明の一実施形態による機械操作装置の概略的なハードウェア構成図である。This is a schematic hardware diagram of a machine operating device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による機械操作装置の概略的な機能を示すブロック図である。A block diagram illustrating the schematic function of a machine operating device according to one embodiment of the present invention. 本発明の変形例による機械操作装置の概略的な機能を示すブロック図である。This block diagram shows the schematic function of a machine operating device according to a modified version of the present invention. 本発明の他の実施形態による機械操作装置の概略的な機能を示すブロック図である。This block diagram shows a schematic function of a mechanical operating device according to another embodiment of the present invention. 複数の産業機械を用いて作業する例を示す図である。This figure shows an example of using multiple industrial machines for a task.

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図1は本発明の一実施形態による機械操作装置の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。本実施形態による機械操作装置1は、工場などの製造現場に設置された産業機械2を制御する制御装置の上に実装することができる。また、機械操作装置1は、制御装置に併設されたパソコンや、制御装置と有線乃至無線のネットワークを介して接続されたフォグコンピュータ6、クラウドサーバ7などのコンピュータ上に実装することができる。以下では、本実施形態による機械操作装置1を、産業機械2を制御する制御装置上に実装した例に基づいて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Figure 1 is a schematic hardware configuration diagram showing the main components of a machine operating device according to one embodiment of the present invention. The machine operating device 1 according to this embodiment can be mounted on a control device that controls industrial machinery 2 installed in a manufacturing site such as a factory. The machine operating device 1 can also be mounted on a personal computer attached to the control device, or on a computer such as a fog computer 6 or cloud server 7 connected to the control device via a wired or wireless network. The following description will be based on an example in which the machine operating device 1 according to this embodiment is mounted on a control device that controls industrial machinery 2.

本実施形態による機械操作装置1が備えるCPU11は、機械操作装置1を全体的に制御するプロセッサである。CPU11は、バス22を介してROM12に格納されたシステム・プログラムを読み出し、該システム・プログラムに従って機械操作装置1全体を制御する。RAM13には一時的な計算データや表示データ、及び外部から入力された各種データ等が一時的に格納される。The CPU 11 in the machine operating device 1 according to this embodiment is a processor that controls the machine operating device 1 as a whole. The CPU 11 reads the system program stored in the ROM 12 via the bus 22 and controls the entire machine operating device 1 according to the system program. The RAM 13 temporarily stores temporary calculation data, display data, and various data input from external sources.

不揮発性メモリ14は、例えば図示しないバッテリでバックアップされたメモリやSSD(Solid State Drive)等で構成され、機械操作装置1の電源がオフされても記憶状態が保持される。不揮発性メモリ14には、産業機械2から取得されたデータ、インタフェース15を介して外部機器72から読み込まれた制御用プログラムやデータ、入力装置71を介して入力された制御用プログラムやデータ、ネットワーク5を介して他の装置から取得された制御用プログラムやデータ等が記憶される。不揮発性メモリ14に記憶された制御用プログラムやデータは、実行時/利用時にはRAM13に展開されても良い。また、ROM12には、公知の解析プログラムなどの各種システム・プログラムがあらかじめ書き込まれている。The non-volatile memory 14 is composed of, for example, a memory backed up by a battery (not shown) or an SSD (Solid State Drive), and its stored state is maintained even when the power to the machine operating device 1 is turned off. The non-volatile memory 14 stores data acquired from the industrial machine 2, control programs and data read from external devices 72 via the interface 15, control programs and data input via the input device 71, and control programs and data acquired from other devices via the network 5. The control programs and data stored in the non-volatile memory 14 may be expanded into the RAM 13 when executed/used. In addition, various system programs, such as known analysis programs, are pre-written in the ROM 12.

インタフェース15は、機械操作装置1のCPU11とUSB装置等の外部機器72と接続するためのインタフェースである。外部機器72側からは、例えば産業機械2の制御に用いられる制御用プログラムや設定データ等が読み込まれる。また、機械操作装置1内で編集した制御用プログラムや設定データ等は、外部機器72を介して外部記憶手段に記憶させることができる。PLC16は、ラダープログラムを実行して産業機械2及び産業機械2の周辺装置(例えば、工具交換装置や、ロボット等のアクチュエータ、産業機械2に取付けられている温度センサや湿度センサ等の複数のセンサ3)にI/Oユニット19を介して信号を出力し制御する。また、産業機械2の本体に配備された操作盤の各種スイッチや周辺装置等の信号を受け、必要な信号処理をした後、CPU11に渡す。Interface 15 is an interface for connecting the CPU 11 of the machine operation device 1 to an external device 72 such as a USB device. From the external device 72, control programs and setting data used to control the industrial machine 2 are read, for example. Control programs and setting data edited within the machine operation device 1 can also be stored in an external storage means via the external device 72. The PLC 16 executes a ladder program and outputs signals to the industrial machine 2 and its peripheral devices (for example, tool changers, actuators such as robots, and multiple sensors 3 such as temperature sensors and humidity sensors attached to the industrial machine 2) via the I/O unit 19 to control them. It also receives signals from various switches on the control panel located on the main body of the industrial machine 2 and peripheral devices, performs the necessary signal processing, and then passes them to the CPU 11.

インタフェース20は、機械操作装置1のCPUと有線乃至無線のネットワーク5とを接続するためのインタフェースである。ネットワーク5には、工作機械や放電加工機などの他の産業機械4やフォグコンピュータ6、クラウドサーバ7等が接続され、機械操作装置1との間で相互にデータのやり取りを行っている。Interface 20 is an interface for connecting the CPU of the machine operating device 1 to a wired or wireless network 5. Other industrial machines 4, such as machine tools and electrical discharge machines, as well as a fog computer 6 and a cloud server 7, are connected to the network 5, and they exchange data with the machine operating device 1.

表示装置70には、メモリ上に読み込まれた各データ、プログラム等が実行された結果として得られたデータ等がインタフェース17を介して出力されて表示される。表示装置70は、機械の状態を示すLEDインジケイターや警告ランプを備えていてもよい。また、キーボードやポインティングデバイス等から構成される入力装置71は、オペレータによる操作に基づく指令,データ等をインタフェース18を介してCPU11に渡す。The display device 70 displays data obtained as a result of the execution of various data, programs, etc., loaded into memory, which are output via the interface 17. The display device 70 may also be equipped with LED indicators and warning lamps to show the status of the machine. In addition, the input device 71, which consists of a keyboard, pointing device, etc., transmits commands, data, etc., based on the operator's operations to the CPU 11 via the interface 18.

インタフェース21は、機械操作装置1のCPU11と音声センサ73とを接続するためのインタフェースである。音声センサ73は、例えばマイクなどの集音機器であってよい。音声センサ73は、例えば入力装置71や図示しない機械操作盤、ペンダント(携帯型機械操作盤)などに取り付けられていてよい。音声センサ73が検出した作業者の発する音声は、音声信号としてCPU11に渡される。Interface 21 is an interface for connecting the CPU 11 of the machine operating device 1 with the voice sensor 73. The voice sensor 73 may be a sound-collecting device such as a microphone. The voice sensor 73 may be attached to, for example, the input device 71, a machine operating panel (not shown), a pendant (portable machine operating panel), etc. The voice emitted by the worker detected by the voice sensor 73 is passed to the CPU 11 as an audio signal.

インタフェース23は、機械操作装置1のCPU11と撮像センサ74とを接続するためのインタフェースである。撮像センサ74は、例えばカメラなどであってよい。撮像センサ74は、例えば表示装置70や図示しない機械操作盤、ペンダント(携帯型機械操作盤)などに取り付けられていてよい。また、機械の周辺を撮像できるように、機械が設置された位置の上方に取り付けられていてもよい。撮像センサ74が検出した作業者の顔や体の動きは、映像信号としてCPU11に渡される。Interface 23 is an interface for connecting the CPU 11 of the machine operating device 1 to the image sensor 74. The image sensor 74 may be, for example, a camera. The image sensor 74 may be attached to, for example, a display device 70, a machine operating panel (not shown), a pendant (portable machine operating panel), etc. It may also be attached above the position where the machine is installed so that it can capture images of the area around the machine. The movements of the worker's face and body detected by the image sensor 74 are passed to the CPU 11 as video signals.

産業機械2が備える軸を制御するための軸制御回路30はCPU11からの軸の移動指令量を受けて、軸の指令をサーボアンプ40に出力する。サーボアンプ40はこの指令を受けて、工作機械が備える軸を移動させるサーボモータ50を駆動する。軸のサーボモータ50は位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路30にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、図1のハードウェア構成図では軸制御回路30、サーボアンプ40、サーボモータ50は1つずつしか示されていないが、実際には制御対象となる産業機械2に備えられた軸の数だけ用意される。The axis control circuit 30, which controls the axes of the industrial machine 2, receives the axis movement command amount from the CPU 11 and outputs the axis command to the servo amplifier 40. The servo amplifier 40 receives this command and drives the servo motor 50 that moves the axis of the machine tool. The axis servo motor 50 has a built-in position and speed sensor, and the position and speed feedback signal from this position and speed sensor is fed back to the axis control circuit 30 to perform position and speed feedback control. Although only one axis control circuit 30, servo amplifier 40, and servo motor 50 are shown in the hardware configuration diagram of Figure 1, in reality, there are as many as the number of axes of the industrial machine 2 to be controlled.

図2は、本発明の一実施形態による機械操作装置1が備える機能を概略的なブロック図として示したものである。本実施形態による機械操作装置1が備える各機能は、図1に示した機械操作装置1が備えるCPU11がシステム・プログラムを実行し、機械操作装置1の各部の動作を制御することにより実現される。Figure 2 is a schematic block diagram showing the functions of a machine operating device 1 according to one embodiment of the present invention. Each function of the machine operating device 1 according to this embodiment is realized by the CPU 11 of the machine operating device 1 shown in Figure 1 executing a system program and controlling the operation of each part of the machine operating device 1.

本実施形態の機械操作装置1は、音声信号取得部100、音声認識部110、映像信号取得部120、映像解析部130、コマンド決定部140、コマンド処理部150、出力部160を備える。The machine operating device 1 of this embodiment includes an audio signal acquisition unit 100, an audio recognition unit 110, an audio signal acquisition unit 120, an audio analysis unit 130, a command determination unit 140, a command processing unit 150, and an output unit 160.

音声信号取得部100は、音声センサ73が検出した音声信号を取得する。そして、取得した音声信号から1回の発話として認識される音声信号を抽出する。音声センサ73が検出する音声信号は、主として作業者が発話した音声に基づくものである。音声信号取得部100は、その中から作業者の1回の発話に対応する音声信号を切り出すようにしてよい。これは、例えば音声信号が予め定めた所定のレベルLvth以下となる状態が予め定めた所定の期間Tsth以上続いたところを音声の区切りとして、音声の区切りで挟まれた所定の期間Tnth以上の音声信号を1回の発話に対応する音声信号として切り出すようにすればよい。また、音声の切り出しにその他の公知の音声信号の解析技術を用いるようにしてもよい。音声信号取得部100が切り出した音声信号は、音声認識部110に出力される。 The audio signal acquisition unit 100 acquires the audio signal detected by the audio sensor 73. It then extracts the audio signal that is recognized as a single utterance from the acquired audio signal. The audio signal detected by the audio sensor 73 is mainly based on the voice uttered by the worker. The audio signal acquisition unit 100 may extract the audio signal corresponding to a single utterance by the worker from among these. For example, this can be done by defining a point where the audio signal is below a predetermined level Lv th for a predetermined period of Ts th or more as the boundary of the audio, and extracting the audio signal that is between the boundary and remains at a predetermined level Tn th or higher for a predetermined period as the audio signal corresponding to a single utterance. Alternatively, other known audio signal analysis techniques may be used for extracting the audio. The audio signal extracted by the audio signal acquisition unit 100 is output to the speech recognition unit 110.

音声認識部110は、音声信号取得部100から入力された作業者の1回の発話に対応する音声信号に対して音声認識処理を行う。そして、認識した結果をコマンド決定部140へと出力する。音声認識処理としては、動的時間伸縮法や隠れマルコフモデル、ニューラルネットワークを用いた手法などの公知の音声認識アルゴリズムを用いればよい。音声認識部110が出力する音声信号の認識結果は、例えば当該音声信号において発話される言葉を表す文字列、及び認識結果の信頼度であってよい。この時、複数の認識結果、それぞれの認識結果の信頼度を併せて出力するようにしてもよい。また、ニューラルネットワークを用いる場合、音声信号の認識結果は、音声信号の発話の特徴を示す特徴量であってもよい。The speech recognition unit 110 performs speech recognition processing on the speech signal corresponding to a single utterance by the operator, which is input from the speech signal acquisition unit 100. The recognized result is then output to the command determination unit 140. For the speech recognition processing, any known speech recognition algorithm, such as dynamic time stretching, hidden Markov models, or neural network methods, may be used. The recognition result of the speech signal output by the speech recognition unit 110 may be, for example, a string representing the words spoken in the speech signal, and a confidence level of the recognition result. In this case, multiple recognition results and the confidence levels of each recognition result may be output together. Furthermore, when using a neural network, the recognition result of the speech signal may be a feature quantity indicating the characteristics of the utterance in the speech signal.

映像信号取得部120は、撮像センサ74が検出した音声信号を取得する。そして、取得した映像信号から作業者の発話に対応する部分の映像信号を抽出する。撮像センサ74が検出する映像信号は、作業者の顔、特に口元を撮像したものであってよい。または、撮像センサ74が検出する映像信号は、作業者の両手を含む上半身を撮像したものであってよい。映像信号取得部120は、音声信号取得部100が作業者の1回の発話に対応する音声信号を切り出した際に、その切り出した音声信号と同じタイミングで取得される映像信号を、作業者の1回の発話に対応する部分の映像信号として切り出すようにしてよい。映像信号取得部120が切り出した映像信号は、映像解析部130に出力される。The video signal acquisition unit 120 acquires the audio signal detected by the imaging sensor 74. Then, it extracts the video signal corresponding to the worker's speech from the acquired video signal. The video signal detected by the imaging sensor 74 may be an image of the worker's face, especially the mouth. Alternatively, the video signal detected by the imaging sensor 74 may be an image of the worker's upper body, including both hands. The video signal acquisition unit 120 may, when the audio signal acquisition unit 100 extracts the audio signal corresponding to a single utterance by the worker, extract the video signal acquired at the same timing as the extracted audio signal as the video signal corresponding to a single utterance by the worker. The video signal extracted by the video signal acquisition unit 120 is output to the video analysis unit 130.

映像解析部130は、映像信号取得部120から入力された作業者の1回の発話に対応する映像信号を解析する。そして、解析した結果をコマンド決定部140へと出力する。映像信号が作業者の顔、特に口元を撮像したものである場合は、映像解析処理としてAAM(Active Appearance Model)、LipNetなどの公知のアルゴリズムを用いることができる。また、映像信号が作業者の両手を含む上半身を撮像したものである場合、隠れマルコフモデルや多層ニューラルネットワークを用いた公知のジェスチャ認識アルゴリズムを用いればよい。映像解析部130が出力する映像信号の解析結果は、例えば当該映像信号から認識される口の動きを解析して得られる産業機械2の操作を表す文字列、及び解析結果の信頼度であってよい。また、作業者のジェスチャに対応する産業機械2の操作を表す文字列、及び解析結果の信頼度であってよい。いずれの場合においても、複数の解析結果、それぞれの認識結果の信頼度を併せて出力するようにしてもよい。更に、映像信号の解析結果は、映像信号から認識される口の動きに係る特徴を示す特徴量や、ジェスチャの特徴を示す特徴量であってもよい。The video analysis unit 130 analyzes the video signal corresponding to a single utterance by the worker, which is input from the video signal acquisition unit 120. The analysis results are then output to the command determination unit 140. If the video signal captures the worker's face, particularly their mouth, known algorithms such as AAM (Active Appearance Model) or LipNet can be used for video analysis processing. If the video signal captures the worker's upper body, including both hands, known gesture recognition algorithms using hidden Markov models or multilayer neural networks can be used. The video analysis results output by the video analysis unit 130 may include, for example, a string representing the operation of the industrial machine 2 obtained by analyzing the mouth movements recognized from the video signal, and a confidence level of the analysis result. Alternatively, it may include a string representing the operation of the industrial machine 2 corresponding to the worker's gesture, and a confidence level of the analysis result. In either case, multiple analysis results and the confidence levels of each recognition result may be output together. Furthermore, the analysis results of the video signal may also include feature quantities that indicate characteristics related to mouth movements recognized from the video signal, or feature quantities that indicate gesture characteristics.

コマンド決定部140は、音声認識部110から入力された音声信号の認識結果と、映像解析部130から入力された映像信号の解析結果とに基づいて、作業者による産業機械2に対する操作コマンドを決定する。そして、決定したコマンドをコマンド処理部150、及び出力部160へと出力する。コマンド決定部140は、例えば音声信号の認識結果に含まれる信頼度と、映像信号の解析結果に含まれる信頼度とを比較して、信頼度が高い方の結果に基づいて操作コマンドを決定してもよい。この時、音声信号の認識結果に含まれる信頼度と、映像信号の解析結果に含まれる信頼度とに、予め定めた所定の重みを掛け合わせてから比較するようにしてもよい。また、複数の認識結果、及び解析結果が入力された場合、同一の操作コマンドを示す認識結果、及び解析結果のそれぞれの信頼度が予め定めた所定の閾値以上である操作コマンドの内で、認識結果、及び解析結果のいずれかの信頼度が最も高い操作コマンドに決定するようにしてもよい。The command determination unit 140 determines the operation command for the industrial machine 2 to be performed by the operator based on the recognition result of the audio signal input from the speech recognition unit 110 and the analysis result of the video signal input from the video analysis unit 130. It then outputs the determined command to the command processing unit 150 and the output unit 160. The command determination unit 140 may, for example, compare the confidence level included in the audio signal recognition result with the confidence level included in the video signal analysis result and determine the operation command based on the result with the higher confidence level. In this case, the confidence level included in the audio signal recognition result and the confidence level included in the video signal analysis result may be multiplied by a predetermined weight before comparison. Furthermore, if multiple recognition results and analysis results are input, the system may determine the operation command from among those operation commands where the confidence levels of the recognition result and analysis result indicating the same operation command are above a predetermined threshold, and the operation command with the highest confidence level among the recognition result and analysis result may be selected.

より厳密に判定をする場合には、コマンド決定部140は、多層ニューラルネットワークのモデルを用いて操作コマンドを決定するようにしてもよい。この場合、例えば音声信号において発話される言葉を表す文字列、認識結果の信頼度、作業者のジェスチャに対応する産業機械2の操作を表す文字列、及び解析結果の信頼度を入力とし、操作コマンドを出力とする教師データを用いて学習を行ったモデルを作成しておく。そして、コマンド決定部140は、音声認識部110から入力された認識結果、及び映像解析部130から入力された解析結果を学習済みのニューラルネットワークへと入力し、出力された操作コマンドを作業者による産業機械2に対する操作コマンドとして決定する。For more precise determination, the command determination unit 140 may use a multilayer neural network model to determine the operation command. In this case, for example, a model is created that has been trained using training data that takes as input a string representing the words spoken in the audio signal, the confidence level of the recognition result, a string representing the operation of the industrial machine 2 corresponding to the operator's gesture, and the confidence level of the analysis result, and outputs an operation command. The command determination unit 140 then inputs the recognition result input from the speech recognition unit 110 and the analysis result input from the video analysis unit 130 into the trained neural network and determines the output operation command as the operation command for the industrial machine 2 by the operator.

多層ニューラルネットを用いた他の例としては、例えば予め音声信号の特徴量及び口の動きやジェスチャの特徴量を入力とし、操作コマンドを出力とする教師データを用いて学習を行ったモデルを作成しておく。そして、コマンド決定部140は、音声認識部110から入力された認識結果、及び映像解析部130から入力された解析結果を学習済みのニューラルネットワークへと入力し、出力された操作コマンドを作業者による産業機械2に対する操作コマンドとして決定する。Another example of using a multilayer neural network is to create a model that has been trained using training data that takes the features of the audio signal and the features of mouth movements and gestures as inputs and the operation commands as outputs. Then, the command determination unit 140 inputs the recognition results input from the speech recognition unit 110 and the analysis results input from the video analysis unit 130 into the trained neural network and determines the output operation command as the operation command for the industrial machine 2 by the operator.

コマンド処理部150は、コマンド決定部140から出力された操作コマンドに従って、該操作コマンドに対応する所定の機能を実行する。所定の機能は、制御装置が備える一般的な機能であってよい。例えば機械操作装置1の所定の画面を呼び出す機能や、所定のパラメータの設定機能、産業機械2に対する制御に係る機能などが例示される。また、PLC16を介して産業機械2の周辺装置に対して信号を送ることで、産業機械2の周りに配置される安全ドアの開閉や、室内点消灯、切削液の使用停止、切粉の清掃などの機能を実行することも考えられる。The command processing unit 150 executes a predetermined function corresponding to an operation command output from the command determination unit 140. The predetermined function may be a general function of the control device. Examples include a function to call a predetermined screen of the machine operation device 1, a function to set predetermined parameters, and a function related to the control of the industrial machine 2. Furthermore, by sending signals to peripheral devices of the industrial machine 2 via the PLC 16, functions such as opening and closing safety doors arranged around the industrial machine 2, turning lights on and off inside the building, stopping the use of cutting fluid, and cleaning chips can also be executed.

出力部160は、コマンド決定部140から出力された操作コマンドを表示装置70に対して表示出力する。出力部160は、操作コマンドを表示装置70の画面上で実行されている所定の機能の表示の邪魔にならない位置(例えば、画面の最下段の状態表示領域など)に表示するようにしてもよい。また、ダイアログなどの形で表示出力するようにしてもよい。更に、図示しないスピーカーから操作コマンドを復唱するように音声出力するようにしてもよい。出力部160は、単に決定した操作コマンドを出力するだけでなく、操作コマンドの認識処理開始、処理中、処理完了などといったように、処理のそれぞれの過程を出力するようにしてもよい。また、表示装置70にLEDや警告ランプなどの点灯を併用するようにしてもよい。出力部160は、操作コマンドをネットワーク5を介して他の産業機械4やフォグコンピュータ6、クラウドサーバ7などの上位のコンピュータに送信出力するようにしてもよい。また、不揮発性メモリ14などの上に予め設けられたログ記録領域に出力するようにしてもよい。The output unit 160 displays the operation command output from the command determination unit 140 to the display device 70. The output unit 160 may display the operation command in a position that does not interfere with the display of a predetermined function being executed on the screen of the display device 70 (for example, in the status display area at the bottom of the screen). Alternatively, it may display the command in the form of a dialog box. Furthermore, it may output the operation command as an audible message from a speaker (not shown) to repeat it. The output unit 160 may not only output the determined operation command, but also output each stage of the processing, such as the start of the operation command recognition process, processing in progress, and processing completed. Additionally, the display device 70 may be used in conjunction with the illumination of LEDs or warning lamps. The output unit 160 may transmit the operation command to a higher-level computer such as other industrial machines 4, fog computers 6, or cloud servers 7 via the network 5. Alternatively, it may output the command to a log recording area pre-provided on the non-volatile memory 14.

上記構成を備えた機械操作装置1は、取得した音声信号及び映像信号に基づいて、作業者による産業機械2に対する操作コマンドを決定する。音声信号の認識結果のみに基づいて操作コマンドを決定する場合と比較して、製造現場における騒音などが原因での認識精度の低下を映像信号により補うことができるため、操作コマンドの認識精度の向上が見込まれる。また、映像信号の解析結果のみに基づいて操作コマンドを決定する場合と比較すると、指令の表現力の限界を音声信号で補うことが期待される。The machine operating device 1, equipped with the above configuration, determines the operation command to the industrial machine 2 from the operator based on the acquired audio and video signals. Compared to determining the operation command based solely on the recognition result of the audio signal, the video signal can compensate for the decrease in recognition accuracy caused by noise in the manufacturing site, thus improving the accuracy of the operation command recognition. Furthermore, compared to determining the operation command based solely on the analysis result of the video signal, the audio signal is expected to compensate for the limitations of the expressiveness of the commands.

本実施形態による機械操作装置1の一変形例として、機械操作装置1は、作業者を認証する機能を備えていてもよい。図3は、本変形例による機械操作装置1が備える機能を概略的なブロック図として示したものである。本変形例による機械操作装置1は、更に作業者認証部170を備える。As one modification of the machine operating device 1 according to this embodiment, the machine operating device 1 may be equipped with a function for authenticating the operator. Figure 3 shows a schematic block diagram of the functions provided by the machine operating device 1 according to this modification. The machine operating device 1 according to this modification further includes an operator authentication unit 170.

作業者認証部170は、音声認識部110が認識した作業者が発話した声を検出した音声信号や、映像解析部130が解析した作業者の顔を撮像した映像信号に基づいて、作業者を認証する。機械操作装置1のRAM13乃至不揮発性メモリ14上には、作業者の認証に係る情報として、作業者の発話する声の特徴を示す特徴量や、作業者の顔の特徴を示す特徴量に対して、作業者を一意に識別する識別情報を関連付けて記憶している認証情報記憶部210が予め用意されている。作業者認証部170は、作業者が発話した際に、作業者が発話した声や、作業者の顔を撮像した映像信号から、作業者の発話する声の特徴を示す特徴量や、作業者の顔の特徴を示す特徴量を解析する。そして、認証情報記憶部210に記憶されている複数の作業者の声乃至顔の特徴量と照合して、発話している作業者がいずれの作業者であるのかを認証する。作業者認証部170は、認証した作業者の識別情報をコマンド処理部150に出力する。作業者の発話した声、作業者の顔は、一方のみを認証に用いてもよいし、双方を認証に用いるようにしてよい。The worker authentication unit 170 authenticates a worker based on the voice signal detected by the voice recognition unit 110 and the video signal of the worker's face analyzed by the video analysis unit 130. The RAM 13 to non-volatile memory 14 of the machine operation device 1 is pre-configured with an authentication information storage unit 210 that stores information related to worker authentication, associating identification information that uniquely identifies a worker with feature quantities indicating the characteristics of the worker's voice and feature quantities indicating the characteristics of the worker's face. When a worker speaks, the worker authentication unit 170 analyzes the feature quantities indicating the characteristics of the worker's voice and feature quantities indicating the characteristics of the worker's face from the voice spoken by the worker and the video signal of the worker's face. It then compares this analysis with the voice and face feature quantities of multiple workers stored in the authentication information storage unit 210 to authenticate which worker is speaking. The worker authentication unit 170 outputs the identification information of the authenticated worker to the command processing unit 150. The worker's voice and/or face may be used for authentication, either individually or in combination.

機械操作装置1のRAM13乃至不揮発性メモリ14上には、更に作業者の識別情報に対して、それぞれの作業者が実行可能な操作コマンドを関連付けた認可情報を記憶する認可情報記憶部220が用意されている。そして、コマンド処理部150は、コマンド処理部150から決定された操作コマンドが入力された際に、作業者認証部170から入力された作業者の識別情報に関連付けられている実行可能な操作コマンドを認可情報記憶部220から取得する。そして、取得した実行可能な操作コマンドの中に、決定した操作コマンドが含まれている場合は、通常通りその操作コマンドを処理する。一方で、含まれていない場合には、当該操作コマンドは作業者に認可されていない旨を出力部160に出力する。The RAM 13 or non-volatile memory 14 of the machine operating device 1 is further equipped with an authorization information storage unit 220 that stores authorization information associating each operator's executionable operation commands with the operator's identification information. When an operation command determined by the command processing unit 150 is input, the command processing unit 150 retrieves the executionable operation commands associated with the operator's identification information input from the operator authentication unit 170 from the authorization information storage unit 220. If the determined operation command is included among the retrieved executionable operation commands, the operation command is processed as usual. On the other hand, if it is not included, the command is output to the output unit 160 indicating that the operation command is not authorized for the operator.

本変形例による機械操作装置1は、作業者の職種や権限などにより実行できない操作コマンドが実行できないように制限することができる。作業者の認証は、作業者が発話した声や作業者の顔に基づいて行われるため、なりすましによる操作コマンドの実行を防止することが期待できる。例えば、他の作業者の音声を録音して悪用することを防止することができる。The machine operating device 1 in this modified version can restrict the execution of operation commands that cannot be executed depending on the operator's job title, authority, etc. Since operator authentication is performed based on the operator's voice and facial recognition, it is expected to prevent the execution of operation commands through impersonation. For example, it can prevent the misuse of recordings of other operators' voices.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
例えば、上記した変形例において認証情報記憶部210には、作業者の識別情報と関連付けて、更に作業者の用いる言語に係る情報を記憶するようにしてもよい。そして、予め音声認識部110が音声認識に用いる言語モデルを、作業者の用いる言語に応じて切り替えるようにしてもよい。このように構成することで、言語が異なる様々な作業者に対して、操作コマンドの認識精度を向上させることが可能となる。
Although embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the examples of embodiments described above, and can be implemented in various forms by making appropriate modifications.
For example, in the modified example described above, the authentication information storage unit 210 may also store information related to the language used by the worker, in association with the worker's identification information. Furthermore, the language model used by the speech recognition unit 110 for speech recognition may be switched in advance according to the language used by the worker. By configuring it in this way, it becomes possible to improve the recognition accuracy of operation commands for various workers who speak different languages.

更に、作業者が撮像センサ74の撮像領域に入った場合に、認証情報記憶部210は、自動的に作業者を認証するようにしてよい。そして、作業者が認証されていない場合に、コマンド決定部140は、操作コマンドの決定に係る処理を停止するようにしてもよい。このような構成により、作業者が産業機械2の操作を行う範囲内にいない限り、操作コマンドの入力を受け付けないようにすることができるため、他の音声を検出することによる産業機械2の誤動作を防止することができる。また、複数台の産業機械2を用いて1人の作業者が作業している場合、作業者がいずれの産業機械2の操作範囲内にいるかに応じて、操作の対象とする産業機械2を切り替えるようにすることもできる。Furthermore, the authentication information storage unit 210 may be configured to automatically authenticate the worker when the worker enters the imaging area of the imaging sensor 74. If the worker is not authenticated, the command determination unit 140 may be configured to stop the process related to determining the operation command. With this configuration, it is possible to prevent the input of operation commands unless the worker is within the operating range of the industrial machine 2, thereby preventing malfunctions of the industrial machine 2 due to the detection of other sounds. Also, if one worker is operating multiple industrial machines 2, the system can be configured to switch which industrial machine 2 the worker is operating on depending on which industrial machine 2 the worker is within the operating range of.

また、作業者の動作として、作業者の口の動きやジェスチャ以外に、例えば作業者の作業動作や立ち位置を検出して、これを操作コマンドの認識に用いるようにしてもよい。この場合、映像解析部130は、作業者がどのような作業動作をしているのか(例えば、ワークを運んでいるのか、機械の中に腕を入れているのか否かなど)といったことや、作業者が産業機械2の近傍のいずれの位置に立っているのかなどを解析する。そして、その解析結果をコマンド決定部140へと出力する。コマンド決定部140は、作業者が行っている作業動作や、立ち位置に応じて、作業者が行おうとしている操作コマンドの絞り込みを行うことで、操作コマンドの決定をする。例えば作業者が機械の安全扉の中に手を入れている状態で、安全扉を閉じる操作コマンドや、運転再開の操作コマンドを入力することは危険な行為である。このような状況において、音声認識部110がそのような音声信号を認識した場合であっても、コマンド決定部140は、危険な操作コマンドを処理対象として決定しないようにすることができる。また、工場などの製造現場には、複数の作業者が協働して作業を進めている場合もある。このような場合、作業者同士の会話を音声コマンドとして誤検出してしまう可能性がある。そのような場合に、作業者を認証した上で、作業者の動作内容から他の作業者と会話をしていると解析されている場合には、操作コマンドの入力を受け付けないようにすることも可能となる。これにより、産業機械の誤操作を抑制することが期待される。Furthermore, in addition to the worker's mouth movements and gestures, the system may also detect the worker's work actions and standing position, and use this information to recognize operation commands. In this case, the video analysis unit 130 analyzes what kind of work actions the worker is performing (for example, whether they are carrying a workpiece, putting their arm inside the machine, etc.) and where the worker is standing near the industrial machine 2. The analysis results are then output to the command determination unit 140. The command determination unit 140 determines the operation command by narrowing down the operation commands the worker is trying to perform based on the work actions the worker is performing and their standing position. For example, it is dangerous for a worker to input an operation command to close the safety door or an operation command to restart operation while their hand is inside the machine's safety door. In such a situation, even if the voice recognition unit 110 recognizes such an audio signal, the command determination unit 140 can choose not to process dangerous operation commands. Also, in manufacturing sites such as factories, multiple workers may be working together. In such cases, there is a possibility that conversations between workers may be mistakenly detected as voice commands. Therefore, after authenticating the worker, if the system analyzes the worker's actions to indicate a conversation with another worker, it can prevent the input of operation commands. This is expected to reduce errors in operating industrial machinery.

更に、上記に加えて産業機械2の動作状態を取得し、その動作状態から作業者が行おうとしている操作コマンドの絞り込みを行うことも可能である。例えば、ワークの加工が行われている状態で安全扉を開く操作コマンドが入力されることは通常あり得ない。そのため、ワークの加工中に安全扉を開く操作コマンドが認識乃至解析された場合、コマンド決定部140は、そのような操作コマンドについては決定対象として除外するようにしてもよい。Furthermore, in addition to the above, it is also possible to acquire the operating status of the industrial machine 2 and narrow down the operation command that the operator is trying to perform based on that operating status. For example, it is not usually possible for an operation command to open the safety door to be entered while the workpiece is being processed. Therefore, if an operation command to open the safety door is recognized or analyzed while the workpiece is being processed, the command determination unit 140 may exclude such an operation command from the determination target.

近傍に設置された複数台の産業機械を用いて並列して作業している場合、作業者の立ち位置やジェスチャにより操作対象とする産業機械2を決定するようにしてもよい。このように構成する場合、図4に示すように、それぞれの産業機械2を制御する制御装置とネットワークを介して接続されたコンピュータ上に機械操作装置1を実装する。作業者が発話した音声は、例えば機械操作装置1と有線/無線のネットワーク5を介して接続される音声センサ73を用いて収集すればよい。また、作業者の映像については、製造現場の天井や作業者の近傍に設置され、機械操作装置1と有線/無線のネットワーク5を介して接続される撮像センサ74や、作業者の管理対象となる産業機械4に取り付けられた撮像センサ474などを用いて収集する。When multiple industrial machines installed nearby are being used for parallel operation, the industrial machine 2 to be operated may be determined by the worker's standing position or gestures. In this configuration, as shown in Figure 4, the machine operation device 1 is implemented on a computer connected via a network to the control devices that control each industrial machine 2. The voice spoken by the worker can be collected, for example, using a voice sensor 73 connected to the machine operation device 1 via a wired/wireless network 5. In addition, the worker's video can be collected using an imaging sensor 74 installed on the ceiling of the manufacturing site or near the worker and connected to the machine operation device 1 via a wired/wireless network 5, or an imaging sensor 474 attached to the industrial machine 4 that the worker is managing.

そして、図5に例示されるように、複数台の産業機械4を用いて作業をするに際して、撮像センサ74や撮像センサ474で撮像された作業者の立ち位置や、作業者の向き(体の向きや、目線など)、作業者のジェスチャ(どの産業機械4を指さしているか、など)に基づいて複数の産業機械4の中から操作対象の産業機械4を特定し、その産業機械4に対する操作コマンドを認識及び解析するように構成すればよい。この時、作業者が発話した音声の中から産業機械4を特定する用語(特定の産業機械4でのみ実行される操作コマンド、産業機械4の名称など)も併せて検出して利用するようにしてもよい。Furthermore, as illustrated in Figure 5, when performing work using multiple industrial machines 4, the system can be configured to identify the target industrial machine 4 from among the multiple industrial machines 4 based on the worker's standing position, orientation (body direction, gaze, etc.), and gestures (which industrial machine 4 they are pointing to, etc.) captured by the image sensors 74 and 474, and to recognize and analyze the operation commands for that industrial machine 4. At this time, terms that identify the industrial machine 4 (operation commands executed only on a specific industrial machine 4, the name of the industrial machine 4, etc.) from the worker's spoken voice may also be detected and used.

1 機械操作装置
2 産業機械
4 産業機械
5 ネットワーク
6 フォグコンピュータ
7 クラウドサーバ
11 CPU
12 ROM
13 RAM
14 不揮発性メモリ
15,17,18,20,21 インタフェース
16 PLC
19 I/Oユニット
22 バス
30 軸制御回路
40 サーボアンプ
50 サーボモータ
70 表示装置
71 入力装置
72 外部機器
73 音声センサ
74 撮像センサ
100 音声信号取得部
110 音声認識部
120 映像信号取得部
130 映像解析部
140 コマンド決定部
150 コマンド処理部
160 出力部
170 作業者認証部
210 認証情報記憶部
220 認可情報記憶部
1. Machine operating device 2. Industrial machinery 4. Industrial machinery 5. Network 6. Fog computer 7. Cloud server 11. CPU
12 ROM
13 RAM
14 Non-volatile memory 15, 17, 18, 20, 21 Interface 16 PLC
19 I/O unit 22 Bus 30 Axis control circuit 40 Servo amplifier 50 Servo motor 70 Display device 71 Input device 72 External device 73 Voice sensor 74 Image sensor 100 Voice signal acquisition unit 110 Voice recognition unit 120 Video signal acquisition unit 130 Video analysis unit 140 Command determination unit 150 Command processing unit 160 Output unit 170 Worker authentication unit 210 Authentication information storage unit 220 Authorization information storage unit

Claims (6)

製造現場において入力された音声信号を音声認識して産業機械を操作するための操作コマンドとして利用する機械操作装置であって、
音声センサにより検出された作業者が発話した音声を変換した音声信号に基づいて、所定の操作を示す第1のデータを認識する音声認識部と、
撮像センサにより作業者の動きを撮像して得られた映像信号に基づいて、所定の操作を示す第2のデータを解析する映像解析部と、
前記第1のデータ及び前記第2のデータに基づいて、前記産業機械を操作するための操作コマンドを決定するコマンド決定部と、
前記コマンド決定部が決定した操作コマンドを処理するコマンド処理部と、
を備え
作業者の作業動作及び立ち位置の少なくともいずれかに応じて実行することが危険な操作コマンドを認識した場合に、当該操作コマンドを処理対処としない、
機械操作装置。
A machine operating device that uses voice recognition to process voice signals input in a manufacturing site and utilizes them as operating commands for operating industrial machinery,
A voice recognition unit recognizes first data indicating a predetermined operation based on an audio signal obtained by converting the voice spoken by the worker detected by a voice sensor.
A video analysis unit analyzes second data indicating a predetermined operation based on video signals obtained by capturing the worker's movements using an imaging sensor.
A command determination unit that determines an operation command for operating the industrial machine based on the first data and the second data,
A command processing unit that processes the operation command determined by the command determination unit,
Equipped with ,
If the system recognizes that an operation command is dangerous to execute depending on at least one of the worker's work movements and/or standing position, it will not process that operation command.
Machine operating equipment.
製造現場において入力された音声信号を音声認識して産業機械を操作するための操作コマンドとして利用する機械操作装置であって、
音声センサにより検出された作業者が発話した音声を変換した音声信号に基づいて、所定の操作を示す第1のデータを認識する音声認識部と、
撮像センサにより作業者の動きを撮像して得られた映像信号に基づいて、所定の操作を示す第2のデータを解析する映像解析部と、
前記第1のデータ及び前記第2のデータに基づいて、前記産業機械を操作するための操作コマンドを決定するコマンド決定部と、
前記コマンド決定部が決定した操作コマンドを処理するコマンド処理部と、
を備え
作業者が操作対象とする産業機械の動作状態に応じて、操作コマンドの絞り込みを行う、
機械操作装置。
A machine operating device that uses voice recognition to process voice signals input in a manufacturing site and utilizes them as operating commands for operating industrial machinery,
A voice recognition unit recognizes first data indicating a predetermined operation based on an audio signal obtained by converting the voice spoken by the worker detected by a voice sensor.
A video analysis unit analyzes second data indicating a predetermined operation based on video signals obtained by capturing the worker's movements using an imaging sensor.
A command determination unit that determines an operation command for operating the industrial machine based on the first data and the second data,
A command processing unit that processes the operation command determined by the command determination unit,
Equipped with ,
The system narrows down the available operating commands based on the operating status of the industrial machine being controlled by the operator.
Machine operating equipment.
前記第1のデータは、作業者が発話した音声及び作業者の顔に基づいて該作業者を認証する作業者認証部を更に備え、
前記コマンド処理部は、前記作業者認証部により認証された作業者に認可されていない操作コマンドの実行を禁止する、
請求項1又は2に記載の機械操作装置。
The first data further includes a worker authentication unit that authenticates the worker based on the voice spoken by the worker and the worker's face,
The command processing unit prohibits the execution of operation commands that are not authorized by the operator authenticated by the operator authentication unit.
The machine operating device according to claim 1 or 2.
認証された作業者が用いる言語に応じて、前記音声認識部が用いる言語モデルを切り替える、
請求項3に記載の機械操作装置。
The speech recognition unit switches the language model it uses depending on the language used by the authenticated worker.
The machine operating device according to claim 3.
前記コマンド決定部は、前記映像解析部による作業者の検出が行われない場合に、前記操作コマンドの決定を停止する、
請求項1又は2に記載の機械操作装置。
The command determination unit stops determining the operation command if the video analysis unit does not detect an operator.
The machine operating device according to claim 1 or 2.
前記音声認識部による認識結果及び前記映像解析部による解析結果の少なくともいずれかに基づいて、複数の産業機械の中から操作対象となる産業機械を特定する、
請求項1又は2に記載の機械操作装置。
Based on at least one of the recognition results from the voice recognition unit and the analysis results from the video analysis unit, the industrial machine to be operated is identified from among multiple industrial machines.
The machine operating device according to claim 1 or 2.
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