【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動作業教示システムに関し、さらに詳しくは、部品の組立若しくは分解及び搬送作業を行う装置の位置の教示だけでなく、作用力も併せて教示する自動作業教示システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動組立システムや分解、搬送システムにおいては、多軸のマニピュレータを用いて教示作業ティーチング作業を行って、ロボットの動作位置を記憶する方法にて自動組立などの作業を行わせる方式が主流である。その際、多軸マニピュレータの先端位置を手動動作させたり、ジョグ動作指令のような手動指令により動作させ、その部品に適する組立、分解、及び搬送などの作業を行えるようにマニピュレータ先端部分の移動や姿勢を変化させて作業動作軌跡上の各経由位置を記憶させ、その位置を高精度に教示しようとするシステムが従来の自動組立システムの考え方である。
しかし、高精度に位置決めを行っても、従来の単純な部品を用いた組立作業だけなら対応の可能性があるが、高精度な嵌め合い作業、成形部品などの部品精度のばらつきが大きい場合、分解作業のような部品形状が変形したものへの作業、或いは決められた動作での作業に対しては、部品の変形の度合いによっては作業が不可能となる場合が発生してしまう。そのような場合には、作業を行う際に発生する嵌め込み時の力や挿入時の力、及び引き抜き時の力などの、作業時に作用する力を計測して制御する必要性が発生する。
このような力を考慮した従来技術として特許第２５２０００６号公報においては、ロボットアーム自体を一種のバネと表現してバネ定数と定義し、その仮想的なバネ中心位置、実際のアーム位置、及びそのロボットアームに固定され作業対象物に作用している力およびトルクを計測するセンサを備え、ロボットアームの位置姿勢を変化させた際、作業対象物に接触していないときは外力が発生していないので位置姿勢だけを教示することができ、作業対象物に接触している時は、指定されたバネ定数とバネ変位に応じた力・トルクが発生し、仮想的なバネ中心位置姿勢を変化することにより、発生する力・トルクの教示と位置姿勢の教示が可能としている。
また、同一出願人よりハンドリング装置の発明として、特願２００１−３７７２７３公報が既に出願されている。
【特許文献１】特許第２５２０００６号公報
【特許文献２】特願２００１−３７７２７３公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際の組立、分解、及び搬送においては、どのように把持できているかが重要な問題であり、従来のロボットアームマニピュレータ装置により再現できる位置姿勢と、ロボットアームの動作により加えられる力とトルクを教示をするには、部品の把持ができていることを前提にロボットアームへのみ教示が行われている。そのような従来の方式では、様々な部品に対して把持可能なハンドを部品毎に提供し、作業が可能な位置姿勢、力・トルクを部品毎に教示する必要がある。また同じ部品であっても、従来では一般的でない分解という作業も現在は要求されており、同一の部品であっても、組立作業とは全く別の動作が必要になると同時に、部品の変形などによる形状変化などによる把持の不具合にも対応しなくてはならない。従って、従来の自動システムにおける把持を行うハンドの構成のように、部品が破壊しない程度の把持力ではあるが、可能なかぎり大きな把持力で把持を行っていたため、形状が変化した部品や分解などの作業を行うことは困難であった。つまり、従来のようにマニピュレータだけへの教示や、部品毎のハンドの開発や把持教示を別々におこなっていては、コストが高くなり、分解作業などが困難になるといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑み、教示システムと多種部品の把持が可能な形態変化ハンドを用いることにより、マニピュレータへの教示とハンドへの力の教示を同時に行うことが可能になり、部品の種類や状態によらない最も適した作業動作を再現できる自動作業装置の教示システムを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、部品の組立若しくは分解及び搬送作業を行う装置であって、前記組立、分解、及び搬送作業に必要な方向へ移動できる複数の自由度を有するマニピュレータ装置と、該マニピュレータ装置に搭載され作業対象部品を把持するハンドと、前記作業対象部品の変位を計測する計測手段と、前記マニピュレータ装置、ハンド、及び計測手段を制御する制御演算装置と、を備え、前記制御演算装置は、前記計測手段により計測した作業対象部品の変位に基づいて前記ハンドを動作させて変位を補正した後、前記マニピュレータ装置が前記ハンドを移動する際、前記作業対象部品の組立、分解、及び搬送の各作業動作と同じ方向、姿勢、及び発生力を再現させるように前記マニピュレータ装置を制御することを特徴とする。
本発明の自動作業教示システムは、マニピュレータ装置、ハンド、計測手段、及び制御演算装置により構成されている。そして、制御演算装置は作業台に載置された作業対象部品が正しく置かれているか計測手段により計測し、所定の位置から変位している場合は、ハンドに対してその位置を補正するように制御する。そして、変位が補正されると、マニピュレータ装置により作業対象部品を移動させるように制御するわけであるが、その際本発明では、移動するだけでなくハンドで把持した作業対象部品の方向、姿勢、及び発生力を教示して記憶するところに大きな特徴がある。
かかる発明によれば、マニピュレータ装置により作業対象部品を移動させる際、把持した作業対象部品の方向、姿勢、及び発生力を教示して記憶するので、多種部品に対応できるフレキシビリティを持つことができ、部品毎の装置開発が必要でなくなり開発コストを抑えられ、しかも、同一システムの作業を行えるので、装置の省スペース化を実現することができる。
請求項２は、前記マニピュレータ装置に搭載されているハンドの部品把持を行う把持爪先は、該把持爪先の角度と位置を変位させる角度・位置変位手段を備え、該角度・位置変位手段により前記ハンドの爪形態を変化させることを特徴とする。
作業対象部品の形状は多岐にわたる。例えば、方形や円形といったさまざまな形の部品を把持しなければならない。それに対応するためには、ハンドの把持爪先は、その爪先の角度と位置が自由に変化する必要がある。本発明ではこれに対応するために、ハンドに角度・位置変位手段を備えたところが特徴である。
かかる発明によれば、ハンドの爪先が移動し、角度と位置を変えられるので、様々な形状をした部品を安定して把持することができる。
【０００５】
請求項３は、前記マニピュレータ装置に搭載されているハンドの爪先に、把持を行う方向に加わる爪先力の計測、及び把持を行う方向に対して直交する方向の力を測定する力センサを搭載したことを特徴とする。
本発明の大きな特徴は、把持する力を計測することである。把持する力は把持する方向と、その方向に対して垂直の方向に加わる力を知ることが重要である。そこで本発明では、それらの方向の力を測定するセンサを備えた。
かかる発明によれば、ハンドの爪先に把持方向に加わる力と把持方向と垂直な力を検出するセンサを搭載することにより、部品を把持した際の把持力と部品を挿入や引き抜き時の作業力を計測することができる。
請求項４は、前記マニピュレータ装置に搭載されているハンドの爪先の把持接触する部分の面に、把持した部品の接触量の測定、接触面積の変化量の測定、及び前記把持した部品との滑りを計測する接触覚センサを搭載したことを特徴とする。
ハンド爪先の部品と接触する部分が最も把持力を把握するためには重要な部分である。そこで本発明では、その部分に把持した部品の接触面積、その変化量、及び滑り量を測定できる接触覚センサを搭載する。
かかる発明によれば、ハンドの爪先の把持接触する部分に接触覚センサを搭載することにより、部品を把持して作業動作をしたときに作業力に対して把持部品のずれや接触面積の変化の測定を可能にするとともに、安定把持の条件を判断することができる。
【０００６】
請求項５は、前記マニピュレータ装置に搭載されているハンドに、把持部先端方向の対象部品や形状などを撮像するＣＣＤカメラを搭載したことを特徴とする。
ハンドが把持する対象部品の形状は、予め画像認識してその形状を判断する必要がある。そのためには、ＣＣＤカメラにより対象部品を撮像し、その画像から対象部品が何で、どのような形状をしているかを認識するのが確実である。
かかる発明によれば、ハンドの先端方向を撮像できるＣＣＤカメラを搭載することにより、教示を行う作業対象部品の種別を判断し、その部品に適した組立動作と搬送動作、分解動作などを選択することができる。
請求項６は、前記マニピュレータ装置及び該マニピュレータ装置に搭載されたハンドで作用や作業を行うことが可能な部品固定箇所を設け、該部品固定箇所と部品の間に６軸方向の成分の力を検出可能な６軸力検出センサを搭載したことを特徴とする。
マニピュレータ装置に搭載されたハンドで作用や作業を行う場合、その対象部品を固定する台が必要である。そして、その台に載置した対象部品と台の間に対象部品にかかる力を計測できるセンサを備える。そのとき、力の方向が前後、左右、上下の６軸方向を計測できるものが好ましい。
かかる発明によれば、部品固定箇所に６軸力検出センサを搭載することにより、固定された部品を作業する際に加える作業力を検出することができる。
請求項７は、前記部品固定箇所に、前記マニピュレータ装置によって作業動作を再現するハンドの位置及び姿勢を測定する変位センサを搭載したことを特徴とする。
部品固定台にかかる力の他に、ハンドの動きを観測してそれを教示する必要がある。そのためにハンドの位置及び姿勢を測定する変位センサを部品固定台に搭載する。
かかる発明によれば、部品固定箇所にマニピュレータ装置に搭載されたハンドの位置姿勢を測定可能な変位センサを搭載したことにより、固定された部品に対して作業動作を行ったときの接触面部分の変形量と滑り量を測定することができる。
【０００７】
請求項８は、前記部品固定箇所に、前記マニピュレータ装置によって作業動作を再現するハンドの爪先と対象部品との接触状態及び前記爪先の接触面形状変化などを撮像・観察するＣＣＤカメラを搭載したことを特徴とする。
ハンドと部品との接触面積及び接触圧はセンサにより測定することができるが、ハンドの爪先と対象部品の接触状態及び爪先の接触面形状変化などはセンサにより測定することは難しい。そこで本発明では、部品固定台にそれらの状態を撮像するＣＣＤカメラを備え、その画像から画像認識して状態を把握する。
かかる発明によれば、部品固定箇所にマニピュレータ装置に搭載されたハンド爪先と対象部品との接触状態や爪先接触面形状変化などを撮像・観察することにより、爪先接触面材料の変形により把持状態にあるハンドが移動したのか、爪先接触面と部品との滑りによりハンドの移動が発生しているのかを判断することができる。
請求項９は、前記制御演算装置は、前記ハンドに搭載されたＣＣＤカメラにより対象部品の種類を判断し、該判断された種類の部品に適する作業動作を前記マニピュレータ装置及び該マニピュレータ装置に搭載されたハンドにより行う場合、前記ハンド側に搭載してある把持方向力の情報、把持と直交する方向力の情報、固定された部品に加わる６軸力の情報、ハンドの位置・姿勢情報、及びハンド爪先の接触状態や形状変化の画像情報を同時に取り込んで前記マニピュレータ装置及びハンドを制御することを特徴とする。
本発明の制御演算装置は、前記全てのセンサ及びＣＣＤカメラからの情報を同時に取り込み、その情報から総合的に判断してマニピュレータ装置及びハンドを制御する。
かかる発明によれば、ハンド側と部品固定部側の各種センサ情報を同時に取り込むことにより、同時系列上でハンドの移動と把持力と部品に加わる作業力が計測できるので、部品毎の作業による把持力と作業力を教示することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明の教示によって行われる自動組立や分解の一例を示す構成図である。この構成では６自由度のマニピュレータ装置１ａ、１ｂを２台設置し、各マニピュレータ装置の先端にはハンド２ａ、２ｂが設置してあり、作業対象部品３に対して、組立動作や分解動作、搬送動作などの作業に必要な任意の範囲で移動可能なマニピュレータであり、そのマニピュレータの先端部分にハンドを搭載するものである。ハンド２ａ、２ｂはマニピュレータ１ａ、１ｂにより任意の位置に移動することができる。実際の分解動作を例にとり動作の説明を行う。例えば、ハンド２ａを移動し教示されたデータをもとに位置決め動作を行い、分解対象部品３の把持を行う。把持を行った後、分解を行うものである。分解動作はハンド２ａのセンサ情報をフィードバックして行い、市場で数年使用されて劣化が激しい部品や変形などをしている部品に対しても、再生可能な部品がある限り、力制御、位置制御により分解動作制御を行い、再生部品を良好な状態で取り外しを行う。
前記作業をマニピュレータなどにより実施するために、動作情報をマニピュレータに指示しなくてはならない。そこで、本発明の自動作業教示システムによって教示を行うものである。図２は、本発明の実施形態に係る自動作業教示システムの構成図である。この自動作業教示システムは、例えば６自由度を持つマニピュレータ装置４と、そのマニピュレータ装置４の先端にはハンド５が搭載されている。作業教示を行う対象の部品６は部品搬送装置７により搬送されてきて、部品固定台８に取りつけられるものとする。そして、固定された部品に対してマニピュレータ装置４により移動可能となっているハンド５が部品把持可能な箇所まで移動し、部品を把持し、対象部品６を組み立てる動作と分解する動作と搬送する動作の方向に移動するようにマニピュレータ装置４に指令する。実際には作業対象部品６が固定されているため、ハンド５の移動は発生せずに部品に組立、分解、搬送などを行うときと同様に力がハンド５と部品６に発生することになる。
【０００９】
図３は本発明のハンド５の構成を示す側面図である。ハンド本体９の内部に図示しないモータなどのアクチュエータを内蔵しており、そのアクチュエータによりハンド爪ガイド１０を可動することにより、ハンド爪１１を移動することが可能になる。ハンド爪内部には力センサ１２が内蔵されており、把持を行う際の把持力の計測と、部品を把持した状態での組立時の挿入力と分解時の引き抜き力のような把持方向に垂直な力の測定が行える。またハンド爪先の部品との接触部分には、接触覚センサ１３が搭載されており、部品を把持したときの接触面積や接触面と部品との滑りを計測できるものである。
図４は本発明のハンド５の構成を示す上面図である。ハンド内部には作業対象部品の判別を行うためのＣＣＤカメラ１４がハンド内部に内蔵されている。また、ハンドは爪先の形態を変化させることにより様々な形状の部品の把持を可能とする。図４は３つの爪先が平行チャック動作が可能なハンドであり、図５は円形の部品を芯出しして把持可能な３つ爪が１２０゜間隔に配置されたハンドであり、ハンド内部のアクチュエータの駆動により爪先形態を変化させることができ、角状部品や円形状部品、異型部品などの様々な形状の部品を形態変化による行うことができる。
【００１０】
図６は図４、図５の機能を有しているハンドを図２に示す自動作業教示システムに搭載し、ハンドの計測機能を追加した構成図である。同じ構成要素には同じ参照番号が付されているので、重複する説明は省略する。教示を行う対象の部品固定側に、マニピュレータ装置４の作業動作によりハンド５の変動や移動が発生した場合に、その変位を計測する非接触変位計１５と、部品を把持したときの把持接触面の状態を観察するＣＣＤカメラ１６を設置し、これにより部品と把持接触面の状態を撮像し、ハンド接触面の弾性変形と部品との滑りのの分離を行い、安定把持の状態かどうか判断する。部品固定台８と部品６の間には６軸力覚センサ１７が設置され、マニピュレータ装置４から部品に加わる力を計測できる。前記の変位情報と撮像情報、力覚情報をハンド側の把持力情報、作業力情報、接触覚情報と総合してハンド５による安定把持での作業を行うマニピュレータ側、ハンド側の力の教示を行う。
図７は、本発明の自動作業教示システムのシステム構成図である。本システムは、６自由度マニピュレータ装置４とハンド５で構成されたハンドマニピュレータ装置１８と、計測部１９と制御演算装置２０とで構成されている。制御演算装置２０はコンピュータ２１内部にマニピュレータ用パルス発生器２２と、ハンド用パルス発生器２３が搭載されている。また、センサ入力用としてＡＤ変換器２４とＣＣＤカメラ入力用のフレームグラバ２５が搭載されている。マニピュレータ装置４は制御部演算装置２０に搭載されたマニピュレータ用パルス発生器２２を介してマニピュレータ用モータアンプ２６と接続されたマニピュレータ用サーボモータ２７が複数台で駆動している。本実施例の構成においては、図示しないが６台のサーボモータが搭載されたマニピュレータ装置で構成されており、６自由度の動作を再現できる。同様にハンド５は制御部演算装置２０に搭載されたハンド用パルス発生器２３を介してハンド用モータアンプ２８と接続されたハンド用サーボモータ２９が複数台で駆動している。本実施例の構成においては、図示しないが３台のサーボモータが搭載されたハンドで構成されており、ハンド爪先の形態変化動作と把持動作が可能になる。また、ハンド５はハンド内部にＣＣＤカメラ３１、ハンド爪内部に力覚センサ３０、ハンド爪先接触面部分に接触覚センサ３２が設置されており、制御部演算装置２０に搭載されたＡＤ変換器２４とフレームグラバ２５により撮像情報と力覚情報、接触覚情報を得ることができる。また、計測部１９においてはレーザ変位計３３と６軸力覚センサ３４、ＣＣＤカメラ３５が設置されており、制御演算装置２０に搭載されたＡＤ変換器２４とフレームグラバ２５により撮像情報、６軸力覚情報、変位情報を得ることができる。
【００１１】
図８は、本発明の実際の教示方法を示したフローチャートである。このフローチャートでは、作業教示対象の部品が部品固定部に固定された状態にあるところから説明する。まず、ハンド内部にあるＣＣＤカメラで撮像可能な箇所へとハンド５をマニピュレータ装置４により移動させる（Ｓ１）。その後ハンド内部のＣＣＤカメラ１４で撮像し（Ｓ２）、部品の種別を判断する（Ｓ３）。次に部品の種別が円形部品の場合は１２０゜に３爪で把持できるよう形態変化し、角状部品のときは平行状態へと形態変化する（Ｓ４）。そして、対象部品を把持できる箇所までハンドを移動させ（Ｓ５）、部品を把持する（Ｓ６）。部品は固定されているので、把持する際に部品に対してバランスが悪い場合には偏った力出力が６軸力覚センサから得られる。６軸力覚センサの値がＯＫになるまで繰り返し調節を行い（Ｓ７）、６軸力覚センサの値がＯＫになると、ハンドを組立作業方向への移動指令をマニピュレータに与える（Ｓ８）。その際、組立力が発生する把持力まで指令して（Ｓ９）、把持力や作業力、接触覚、などセンサ情報を得つつ力データが組立に耐えうる値になって把持部分に滑りが発生するまで指令し（Ｓ１０）、滑り発生直前の力情報を教示データとしてハンド５とマニピュレータ４の動作に反映させる（Ｓ１１）。
これにより、本構成の教示システムにおいては、部品の種類が多数の場合でも部品に対する組立方法や分解方向、搬送方向が既知のものとして対応可能になる。
【００１２】
【発明の効果】
以上記載のごとく請求項１の発明によれば、マニピュレータ装置により作業対象部品を移動させる際、把持した作業対象部品の方向、姿勢、及び発生力を教示して記憶するので、多種部品に対応できるフレキシビリティを持つことができ、部品毎の装置開発が必要でなくなり開発コストを抑えられ、しかも、同一システムの作業を行えるので、装置の省スペース化を実現することができる。
また請求項２では、ハンドの爪先が移動し、角度と位置を変えられるので、様々な形状をした部品を安定して把持することができる。
また請求項３では、ハンドの爪先に把持方向に加わる力と把持方向と垂直な力を検出するセンサを搭載することにより、部品を把持した際の把持力と部品を挿入や引き抜き時の作業力を計測することができる。
また請求項４では、ハンドの爪先の把持接触する部分に接触覚センサを搭載することにより、部品を把持して作業動作をしたときに作業力に対して把持部品のずれや接触面積の変化の測定を可能にするとともに、安定把持の条件を判断することができる。
【００１３】
また請求項５では、ハンドの先端方向を撮像できるＣＣＤカメラを搭載することにより、教示を行う作業対象部品の種別を判断し、その部品に適した組立動作と搬送動作、分解動作などを選択することができる。
また請求項６では、部品固定箇所に６軸力検出センサを搭載することにより、固定された部品を作業する際に加える作業力を検出することができる。
また請求項７では、部品固定箇所にマニピュレータ装置に搭載されたハンドの位置姿勢を測定可能な変位センサを搭載したことにより、固定された部品に対して作業動作を行ったときの接触面部分の変形量と滑り量を測定することができる。
また請求項８では、部品固定箇所にマニピュレータ装置に搭載されたハンド爪先と対象部品との接触状態や爪先接触面形状変化などを撮像・観察することにより、爪先接触面材料の変形により把持状態にあるハンドが移動したのか、爪先接触面と部品との滑りによりハンドの移動が発生しているのかを判断することができる。
また請求項９では、ハンド側と部品固定部側の各種センサ情報を同時に取り込むことにより、同時系列上でハンドの移動と把持力と部品に加わる作業力が計測できるので、部品毎の作業による把持力と作業力を教示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の教示によって行われる自動組立や分解の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る自動作業教示システムの構成図である。
【図３】本発明のハンド５の構成を示す側面図である。
【図４】本発明のハンド５の構成を示す上面図である。
【図５】本発明の円形の部品を芯出しして把持可能な３つ爪が１２０゜間隔に配置されたハンド５の構成を示す上面図である。
【図６】本発明の図４、図５の機能を有しているハンドを図２に示す自動作業教示システムに搭載し、ハンドの計測機能を追加した構成図である。
【図７】本発明の自動作業教示システムのシステム構成図である。
【図８】本発明の実際の教示方法を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１９ 計測部、２０ 制御演算装置、２１ コンピュータ、２２ マニピュレータ用パルス発生器、２３ ハンド用パルス発生器、２４ ＡＤ変換器、２５ フレームグラバ、２６ マニピュレータ用モータアンプ、２７ マニピュレータ用サーボモータ、３３ レーザ変位計、３４ ６軸力覚センサ、３５ ＣＣＤカメラ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an automatic work teaching system, and more particularly, to an automatic work teaching system that teaches not only the position of a device that performs assembly or disassembly and transport of parts, but also the acting force.
[0002]
[Prior art]
In conventional automatic assembly systems, disassembly, and transport systems, the mainstream method is to perform teaching work using a multi-axis manipulator and perform work such as automatic assembly by storing the operating position of the robot. is there. At that time, the tip position of the multi-axis manipulator is manually operated or operated by a manual command such as a jog operation command, and the manipulator tip portion is moved or moved so that work such as assembly, disassembly, and conveyance suitable for the part can be performed. The concept of a conventional automatic assembly system is to change the posture, store each via position on the work motion trajectory, and teach the position with high accuracy.
However, even if positioning is performed with high precision, there is a possibility that only conventional assembly work using simple parts can be handled, but if there is large variation in precision of parts such as high-precision fitting work, molded parts, In some cases, such as disassembly work, which is performed on a part whose shape is deformed, or work performed in a predetermined operation, cannot be performed depending on the degree of deformation of the part. In such a case, it is necessary to measure and control a force acting at the time of work, such as a force at the time of fitting, a force at the time of insertion, and a force at the time of pulling, which are generated at the time of performing the work.
In Japanese Patent No. 2520006 as a prior art in consideration of such a force, the robot arm itself is expressed as a kind of spring and defined as a spring constant, and the virtual spring center position, the actual arm position, and the spring constant are defined. Equipped with a sensor that is fixed to the robot arm and measures the force and torque acting on the work object. When the position and orientation of the robot arm is changed, no external force is generated when the robot arm is not in contact with the work object Therefore, it is possible to teach only the position and orientation, and when it is in contact with the work object, a force and torque according to the specified spring constant and spring displacement are generated, and the virtual spring center position and orientation changes Thus, the teaching of the generated force / torque and the teaching of the position and orientation can be performed.
Japanese Patent Application No. 2001-377273 has already been filed as an invention of a handling device by the same applicant.
[Patent Document 1] Japanese Patent No. 2520006 [Patent Document 2] Japanese Patent Application No. 2001-377273
[Problems to be solved by the invention]
However, in actual assembling, disassembling, and transporting, how to grasp is an important issue.The position and orientation that can be reproduced by the conventional robot arm manipulator device, and the force and torque applied by the operation of the robot arm Is taught only to the robot arm on the premise that the component can be grasped. In such a conventional method, it is necessary to provide a hand capable of gripping various components for each component, and to teach the position and orientation, force, and torque at which work can be performed for each component. In addition, even the same parts are now required to be disassembled, which is not common in the past. Even for the same parts, operations that are completely different from assembly work are required, and at the same time, deformation of parts, etc. It is necessary to cope with the trouble of gripping due to the change in shape due to. Therefore, similar to the configuration of a hand that grips in a conventional automatic system, the gripping force is such that the parts do not break, but the gripping is performed with the greatest possible gripping force, so that parts whose shape has changed or disassembly Was difficult to do. That is, if the teaching to only the manipulator, the development of the hand for each component, and the teaching of the grip are separately performed as in the related art, there is a problem that the cost increases and the disassembling operation becomes difficult.
In view of the above problem, the present invention makes it possible to simultaneously teach a manipulator and a force to a hand by using a teaching system and a shape-changing hand capable of gripping various kinds of parts, and the types of parts It is an object of the present invention to provide a teaching system for an automatic working device capable of reproducing the most suitable working operation irrespective of the state or state.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the problem, the present invention is directed to an apparatus for performing assembling or disassembling and transporting parts, and a plurality of degrees of freedom capable of moving in a direction required for the assembling, disassembling and transporting work. A manipulator device having a hand, a hand mounted on the manipulator device and gripping a work target component, a measuring unit for measuring a displacement of the work target component, a control arithmetic device for controlling the manipulator device, the hand, and the measurement unit; The control operation device, after correcting the displacement by operating the hand based on the displacement of the work target component measured by the measuring means, when the manipulator device moves the hand, the work target Controls the manipulator device so that it reproduces the same direction, posture, and generated force as the work operations of assembling, disassembling, and transporting parts And wherein the Rukoto.
The automatic work teaching system according to the present invention includes a manipulator device, a hand, a measuring unit, and a control operation device. Then, the control arithmetic unit measures by a measuring means whether or not the work target component placed on the work table is correctly placed, and when displaced from a predetermined position, corrects the position with respect to the hand. Control. Then, when the displacement is corrected, the manipulator device controls the work target component to be moved.In this case, in the present invention, not only the movement but also the direction, posture, and There is a great feature in teaching and generating power.
According to this invention, when the work target component is moved by the manipulator device, the direction, the posture, and the generated force of the gripped work target component are taught and stored, so that it is possible to have flexibility that can handle various types of components. In addition, since the development of the device for each component is not required, the development cost can be reduced and the operation of the same system can be performed, so that the space of the device can be saved.
According to a second aspect of the present invention, a gripping toe for gripping parts of a hand mounted on the manipulator device includes an angle / position displacing means for displacing an angle and a position of the gripping toe, and the hand is moved by the angle / position displacing means. Characterized in that the nail shape is changed.
The shape of the work target component varies widely. For example, it is necessary to hold various shaped parts such as a square and a circle. In order to cope with this, the angle and position of the gripping toe of the hand need to be freely changed. In order to cope with this, the present invention is characterized in that the hand is provided with angle / position displacement means.
According to this invention, the toe of the hand moves and the angle and position can be changed, so that components having various shapes can be stably gripped.
[0005]
According to a third aspect of the present invention, a toe of a hand mounted on the manipulator device is provided with a force sensor for measuring a toe force applied in a gripping direction and measuring a force in a direction orthogonal to the gripping direction. It is characterized by the following.
A major feature of the present invention is to measure a gripping force. It is important to know the holding force and the force applied in the direction perpendicular to the holding direction. Therefore, the present invention includes a sensor for measuring the force in those directions.
According to the invention, by mounting a sensor that detects a force applied in the gripping direction and a force perpendicular to the gripping direction to the toe of the hand, the gripping force when gripping the component and the working force when inserting and extracting the component. Can be measured.
The measurement of the contact amount of the grasped part, the measurement of the change amount of the contact area, and the sliding with the grasped part on the surface of the gripping contact portion of the toe of the hand mounted on the manipulator device. It is characterized by having a tactile sensor that measures
The part in contact with the part of the hand toe is the most important part for grasping the gripping force most. Therefore, in the present invention, a contact sensor that can measure the contact area, the amount of change, and the amount of slip of the gripped component is mounted on the portion.
According to the invention, the touch sensor is mounted on a portion of the toe of the hand that grips and makes contact, so that when a component is gripped and a work operation is performed, a shift of the grip component and a change in a contact area with respect to a working force are performed. The measurement can be performed, and the conditions for stable gripping can be determined.
[0006]
A fifth aspect of the present invention is characterized in that a hand mounted on the manipulator device is equipped with a CCD camera for imaging a target component, a shape, and the like in the direction of the gripping portion tip.
The shape of the target component held by the hand needs to be image-recognized in advance to determine the shape. For this purpose, it is certain that an image of the target component is taken by a CCD camera, and from the image, what the target component is and what shape it has are recognized.
According to this invention, by mounting a CCD camera capable of capturing the direction of the tip of the hand, the type of the work target component to be taught is determined, and an assembling operation, a transport operation, a disassembling operation, and the like suitable for the component are selected. be able to.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a component fixing portion capable of performing an operation or work with the manipulator device and a hand mounted on the manipulator device, and a force of a component in six axial directions is applied between the component fixing portion and the component. A six-axis force detection sensor capable of detection is mounted.
When an operation or operation is performed by a hand mounted on a manipulator device, a base for fixing the target component is required. Further, a sensor that can measure a force applied to the target component is provided between the target component mounted on the table and the table. At this time, it is preferable that the direction of the force can be measured in six axial directions of front and rear, left and right, and up and down.
According to this invention, by mounting the six-axis force detection sensor at the part fixing part, it is possible to detect the working force applied when working the fixed part.
A seventh aspect of the present invention is characterized in that a displacement sensor for measuring a position and a posture of a hand for reproducing a work operation by the manipulator device is mounted on the part fixing part.
In addition to the force applied to the component mount, it is necessary to observe the movement of the hand and teach it. For this purpose, a displacement sensor for measuring the position and posture of the hand is mounted on the component fixing stand.
According to this invention, by mounting the displacement sensor capable of measuring the position and orientation of the hand mounted on the manipulator device at the component fixing portion, the contact surface portion when performing a work operation on the fixed component is mounted. The amount of deformation and slip can be measured.
[0007]
According to a ninth aspect of the present invention, a CCD camera for imaging and observing a contact state between a toe of a hand and a target component for reproducing a work operation by the manipulator device and a change in a contact surface shape of the toe is mounted on the part fixing portion. It is characterized by.
The contact area and contact pressure between the hand and the component can be measured by a sensor, but it is difficult to measure the contact state between the toe of the hand and the target component, the change in the contact surface shape of the toe, and the like by the sensor. Therefore, in the present invention, a CCD camera is provided on the component fixing base to capture the state, and the state is grasped by image recognition from the image.
According to this invention, by capturing and observing the state of contact between the toe of the hand mounted on the manipulator device and the target component or the change in the shape of the toe contact surface at the part fixing position, the toe contact surface is deformed to a grip state. It can be determined whether a certain hand has moved or whether the movement of the hand has occurred due to slippage between the toe contact surface and the component.
According to a ninth aspect of the present invention, the control arithmetic unit determines a type of a target component by a CCD camera mounted on the hand, and performs a work operation suitable for the determined type of component on the manipulator device and the manipulator device. When performing with a hand, information on the gripping direction force mounted on the hand side, information on the directional force orthogonal to the gripping, information on the 6-axis force applied to the fixed parts, the position / posture information of the hand, and the hand It is characterized in that the manipulator device and the hand are controlled by simultaneously capturing image information of the contact state and shape change of the toe.
The control arithmetic unit of the present invention simultaneously takes in information from all the sensors and the CCD camera, and controls the manipulator device and the hand by comprehensively judging from the information.
According to this invention, the movement of the hand, the gripping force, and the working force applied to the component can be measured in a simultaneous sequence by simultaneously capturing various types of sensor information on the hand side and the component fixing unit side. Can teach power and working power.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail using embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are not merely intended to limit the scope of the present invention but are merely illustrative examples unless otherwise specified. .
FIG. 1 is a block diagram showing an example of automatic assembly and disassembly performed according to the teachings of the present invention. In this configuration, two manipulator devices 1a and 1b having six degrees of freedom are installed, and hands 2a and 2b are installed at the tip of each manipulator device. The manipulator is movable in an arbitrary range necessary for operations such as operations, and a hand is mounted on a tip portion of the manipulator. The hands 2a, 2b can be moved to any positions by the manipulators 1a, 1b. The operation will be described by taking an actual disassembling operation as an example. For example, the hand 2a is moved to perform a positioning operation based on the taught data, and the disassembly target component 3 is gripped. After gripping, disassembly is performed. The disassembly operation is performed by feeding back the sensor information of the hand 2a, and even if a part that has been used for several years in the market and is severely degraded or deformed, as long as there is a reproducible part, force control, position The disassembly operation is controlled by the control, and the recycled parts are removed in a good state.
In order to perform the above-mentioned operation using a manipulator or the like, the operation information must be instructed to the manipulator. Therefore, the teaching is performed by the automatic work teaching system of the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of the automatic work teaching system according to the embodiment of the present invention. In this automatic work teaching system, for example, a manipulator device 4 having six degrees of freedom and a hand 5 is mounted on the tip of the manipulator device 4. It is assumed that the component 6 to be taught for operation is transported by the component transport device 7 and attached to the component fixing stand 8. Then, the hand 5 movable by the manipulator device 4 with respect to the fixed component moves to a position where the component can be gripped, grips the component, assembles the target component 6, disassemble and transports the component. To the manipulator device 4 to move in the direction of. Actually, since the work target component 6 is fixed, the hand 5 does not move, and a force is generated in the hand 5 and the component 6 in the same manner as when assembling, disassembling, transporting, or the like into the component. .
[0009]
FIG. 3 is a side view showing the configuration of the hand 5 of the present invention. An actuator such as a motor (not shown) is built in the hand main body 9, and the hand pawl 11 can be moved by moving the hand pawl guide 10 by the actuator. A force sensor 12 is built in the hand claw to measure a gripping force when gripping, and to be perpendicular to a gripping direction such as an insertion force at the time of assembling while a component is gripped and a pulling force at the time of disassembly. Force measurement. In addition, a contact sensor 13 is mounted on the contact portion of the hand toe with the component, and can measure a contact area when the component is gripped and a slip between the contact surface and the component.
FIG. 4 is a top view showing the configuration of the hand 5 of the present invention. A CCD camera 14 for determining a work target component is built in the hand. In addition, the hand can grip components having various shapes by changing the form of the toe. FIG. 4 shows a hand in which three toes can perform a parallel chucking operation, and FIG. 5 shows a hand in which three parts capable of centering and holding a circular component are arranged at 120 ° intervals. By changing the shape of the toe, the parts having various shapes such as a square part, a circular part, and a deformed part can be changed by the form change.
[0010]
FIG. 6 is a configuration diagram in which a hand having the functions of FIGS. 4 and 5 is mounted on the automatic work teaching system shown in FIG. 2 and a measurement function of the hand is added. The same components are denoted by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. A non-contact displacement meter 15 for measuring a displacement or movement of the hand 5 due to a work operation of the manipulator device 4 on a fixed side of a component to be taught, and a gripping contact surface when gripping the component. A CCD camera 16 for observing the state of the component is installed, thereby imaging the state of the component and the gripping contact surface, separating elastic deformation of the hand contact surface and slippage between the component and judging whether or not the gripping state is stable. . A six-axis force sensor 17 is provided between the component fixing stand 8 and the component 6 and can measure a force applied to the component from the manipulator device 4. The displacement information, the imaging information, and the haptic information are integrated with the hand-side gripping force information, the working force information, and the touch sensation information to teach the manipulator-side and hand-side forces that perform the work with stable gripping by the hand 5. Do.
FIG. 7 is a system configuration diagram of the automatic work teaching system of the present invention. This system includes a hand manipulator device 18 including a six-degree-of-freedom manipulator device 4 and a hand 5, a measurement unit 19, and a control operation device 20. The control arithmetic unit 20 has a manipulator pulse generator 22 and a hand pulse generator 23 mounted inside a computer 21. Further, an AD converter 24 and a frame grabber 25 for CCD camera input are mounted for sensor input. The manipulator device 4 is driven by a plurality of manipulator servomotors 27 connected to a manipulator motor amplifier 26 via a manipulator pulse generator 22 mounted on the control unit computing device 20. Although not shown, the configuration of the present embodiment includes a manipulator device equipped with six servomotors, and can reproduce an operation with six degrees of freedom. Similarly, the hand 5 is driven by a plurality of hand servomotors 29 connected to a hand motor amplifier 28 via a hand pulse generator 23 mounted on the controller arithmetic unit 20. In the configuration of the present embodiment, although not shown, it is composed of a hand on which three servomotors are mounted, and the shape changing operation and the gripping operation of the hand tip can be performed. The hand 5 has a CCD camera 31 inside the hand, a force sensor 30 inside the hand claw, and a contact sensor 32 on the contact surface of the hand tip, and an AD converter 24 mounted on the control unit arithmetic unit 20. With the frame grabber 25, imaging information, force sense information, and touch sense information can be obtained. In the measuring section 19, a laser displacement meter 33, a 6-axis force sensor 34, and a CCD camera 35 are installed. The AD converter 24 and the frame grabber 25 mounted on the control arithmetic unit 20 provide image information, 6-axis information. Force information and displacement information can be obtained.
[0011]
FIG. 8 is a flowchart showing the actual teaching method of the present invention. In this flowchart, the description will be made from the state where the component to be taught for work is fixed to the component fixing unit. First, the hand 5 is moved by the manipulator device 4 to a location inside the hand where an image can be taken by the CCD camera (S1). Thereafter, an image is taken by the CCD camera 14 inside the hand (S2), and the type of the component is determined (S3). Next, when the type of the component is a circular component, the shape is changed so as to be gripped by three claws at 120 °, and when the type is a square component, the shape is changed to a parallel state (S4). Then, the hand is moved to a position where the target component can be gripped (S5), and the component is gripped (S6). Since the component is fixed, a biased force output is obtained from the six-axis force sensor when the component is not well balanced when gripped. The adjustment is repeatedly performed until the value of the 6-axis force sensor becomes OK (S7), and when the value of the 6-axis force sensor becomes OK, a command to move the hand in the assembly work direction is given to the manipulator (S8). At that time, a command is issued to the gripping force at which the assembling force is generated (S9), and the force data becomes a value that can withstand assembly while obtaining sensor information such as the gripping force, the working force, and the sense of contact, and slipping occurs in the gripping portion. Command (S10), and the force information immediately before the occurrence of the slip is reflected as teaching data on the operation of the hand 5 and the manipulator 4 (S11).
As a result, the teaching system of the present configuration can cope with a case where the assembling method, the disassembling direction, and the transport direction for the component are known even when there are many types of components.
[0012]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, when the work target component is moved by the manipulator device, the direction, the posture, and the generated force of the gripped work target component are taught and stored. Since it is possible to have flexibility, it is not necessary to develop a device for each component, the development cost can be reduced, and the same system can be operated, so that the space of the device can be saved.
According to the second aspect, the tip of the hand moves and the angle and the position can be changed, so that components having various shapes can be stably gripped.
According to the third aspect of the present invention, a sensor for detecting a force applied in the gripping direction and a force perpendicular to the gripping direction is mounted on the toe of the hand, so that the gripping force when gripping the component and the working force when inserting and pulling out the component. Can be measured.
According to a fourth aspect of the present invention, a touch sensor is mounted on a portion of the toe of the hand that makes a gripping contact, so that when the component is gripped and a work operation is performed, a shift of the gripped component and a change in the contact area with respect to the working force are performed. The measurement can be performed, and the conditions for stable gripping can be determined.
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, a type of a work target component to be taught is determined by mounting a CCD camera capable of capturing an image of the tip direction of the hand, and an assembling operation, a transport operation, a disassembling operation, and the like suitable for the component are selected. be able to.
According to the sixth aspect, by mounting the six-axis force detection sensor at the component fixing portion, it is possible to detect the working force applied when working the fixed component.
According to a seventh aspect of the present invention, a displacement sensor capable of measuring the position and orientation of a hand mounted on the manipulator device is mounted at a component fixing portion, so that a contact surface portion when a work operation is performed on the fixed component is performed. The amount of deformation and slip can be measured.
According to the eighth aspect, the state of contact between the toe of the hand mounted on the manipulator device at the part fixing position and the target part, or the change in the shape of the toe contact surface is imaged and observed, so that the state of the toe contact surface is changed to the grip state. It is possible to determine whether a certain hand has moved or whether the movement of the hand has occurred due to slippage between the toe contact surface and the component.
According to the ninth aspect of the present invention, by simultaneously acquiring various types of sensor information on the hand side and the component fixing unit side, the hand movement, the gripping force, and the work force applied to the component can be measured in a simultaneous sequence. Can teach power and working power.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of automatic assembly and disassembly performed according to the teachings of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of an automatic work teaching system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a side view showing a configuration of a hand 5 of the present invention.
FIG. 4 is a top view showing a configuration of a hand 5 of the present invention.
FIG. 5 is a top view showing a configuration of a hand 5 according to the present invention in which three claws capable of centering and holding a circular component are arranged at 120 ° intervals.
6 is a configuration diagram in which a hand having the functions of FIGS. 4 and 5 of the present invention is mounted on the automatic work teaching system shown in FIG. 2 and a hand measurement function is added.
FIG. 7 is a system configuration diagram of the automatic work teaching system of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart showing an actual teaching method of the present invention.
[Explanation of symbols]
19 measuring unit, 20 control arithmetic unit, 21 computer, 22 pulse generator for manipulator, 23 pulse generator for hand, 24 AD converter, 25 frame grabber, 26 motor amplifier for manipulator, 27 servo motor for manipulator, 33 laser displacement Total, 346 6-axis force sensor, 35 CCD camera
