CN104044142A

CN104044142A - 机器人系统以及被作业物的制造方法

Info

Publication number: CN104044142A
Application number: CN201410040757.3A
Authority: CN
Inventors: 河野大; 中村民男; 泉哲郎; 永井亮一
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2034-01-27
Also published as: JP5776716B2; US9132554B2; EP2783803A2; EP2783803A3; CN104044142B; JP2014176937A; US20140277733A1

Abstract

本发明提供机器人系统以及被作业物的制造方法，该机器人系统能够更正确地检测出被作业物的位置或姿势。机器人系统（1）包括：对工件（W）进行规定作业的机器人（10A、10B）；拍摄工件（W）的照相机（18A、18B）；对工件（W）进行照明的多个照明装置（20A、20B）；对照明装置（20A、20B）的动作进行控制的控制部（26A、26B）。控制部（26A、26B）对照明装置（20A、20B）中的至少一个照明装置的动作进行控制，以使照相机（18A、18B）接受到的光位于照相机（18A、18B）的动态范围内。

Description

机器人系统以及被作业物的制造方法

技术领域

本发明涉及机器人系统以及被作业物的制造方法。

背景技术

以往，在各种产品的生产线上使用机器人系统。例如，专利文献1、2公开了一种机器人系统：其为了用机器人把持被作业物（工件），而由照相机拍摄被作业物来识别被作业物的位置或姿势。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-188459号公报

专利文献2：日本特开2012-011501号公报

发明内容

然而，在设置有机器人系统的工厂等中，会存在包含自然光的大量的光源。除了这些大量存在的光源以外，若在利用照相机拍摄被作业物时，还使用发光装置（闪光灯），则照相机接受到超出照相机的动态范围的光，就会发生曝光过度（blown out highlights）。当发生曝光过度时，由于在拍摄图像中包含涂满白色的区域，因此有时不能适当地识别被作业物。

因此，本发明的目的是，提供能够更正确地检测出被作业物的位置或姿势的机器人系统、以及被作业物的制造方法。

本发明的一个方案的机器人系统包括：对被作业物进行规定作业的机器人；拍摄被作业物的拍摄部；对被作业物进行照明的多个照明部；以及对多个照明部的动作进行控制的控制部，控制部对多个照明部中的至少一个照明部的动作进行控制，以使拍摄部接受到的光位于拍摄部的动态范围内。

发明的效果

根据本发明，能够提供机器人系统以及被作业物的制造方法，所述机器人系统能够更正确地检测出被作业物的位置或姿势。

附图说明

图1是表示本实施方式的机器人系统的侧视图。

图2是表示本实施方式的机器人系统的框图。

图3是表示本实施方式的其他例子的机器人系统的侧视图。

图4是表示本实施方式的其他例子的机器人系统的框图。

附图标记的说明

1、2…机器人系统

10A、10B…机器人

16A、16B…机器人控制器（RC）

18A、18B…照相机

20A、20B…照明装置

22A、22B…传感器

26A、26B…控制部

100A、100B…单元

200…可编程逻辑控制器（PLC）

300…计算机（PC）

W…工件（被作业物）

具体实施方式

参照附图，说明本发明的实施方式，但以下的本实施方式是用于说明本发明的示例，并没有将本发明限定成以下内容的意图。在说明中，对于同一要素或具有同一功能的要素使用同一附图标记，并省略重复的说明。

在本实施方式的机器人系统1中，收容在各单元100A、100B内的机器人10A、10B对工件（被作业物）W进行加工或组装等各种作业。这样的机器人系统1也被称为单元生产系统。工件W相当于接受通过机器人系统1进行搬运或者组装等作业的所有物品。工件W自身能够成为被作业物，使用工件W而构成的产品或半成品、或者组合多个零件而构成的产品或半成品也能够成为被作业物。在本实施方式的机器人系统1中，通过以高密度配置对机器人10A、10B进行收容的单元100A、100B，由此可实现工件W的生产率的提高。

如图1所示，机器人系统1包括两个单元100A、100B、可编程逻辑控制器（PLC）200和计算机（PC）300。在本实施方式中，对于由相邻配置的两个单元100A、100B而构成的机器人系统1进行说明，但机器人系统1也可以由两个以上的单元构成。由于单元100A、100B的结构大致相同，因此，下面对单元100A的结构进行说明，并省略单元100B的说明。

单元100A具有：对工件W进行各种作业的机器人10A；收容机器人10A的筐体112A。筐体110A包括：载置机器人10A的矩形状的底壁部112A；立设在底壁部112A的各边上的侧壁部114A；以及设置在各侧壁部114A的上端的顶壁部116A。在由底壁部112A、侧壁部114A以及顶壁部116A构成的收容空间内，收容有机器人10A。

在底壁部112A的下表面设置有脚轮118A和制动器120A，所述脚轮118A能够使单元100A移动；所述制动器120A用于固定单元100A。在侧壁部114A中的与单元100B的筐体112B相接触的部分，形成有连通孔HA，所述连通孔HA与形成在侧壁部114B上的连通孔HB进行连接。因此，通过连通孔HA、HB连通了筐体112A的收容空间与筐体112B的收容空间。在连通孔HA、HB上，分别设置有能够对连通孔HA、HB进行开或闭的门（未图示），在单元100A、100B彼此之间没有连接时，通过该门来封闭连通孔HA、HB。

在单元100A的正面侧的侧壁部114A上，集中地配置有用于进行工件W的供给和搬出的开口部（未图示）、用于确认机器人的作业状况的监控器（未图示）、各种计量仪器（未图示）、开关（未图示）等。由此，作业者能够仅在单元100A的正面侧进行机器人系统1的操作。为了使作业者能确认筐体112A内的机器人10A的作业状况，也可以在侧壁部114A以及顶壁部116A的至少一部分上，设置用透明且耐冲击性优良的材料（例如聚碳酸酯）所形成的窗部（未图示）。

在单元100A内，配置有作业台12A、工具箱14A、机器人控制器（RC）16A、照相机18A、照明装置20A和传感器22A。在作业台12A上载置有工件W，在作业台12A上，由机器人10A对工件W进行作业。

在工具箱14A中，收容有用于通过机器人10A对工件W进行作业的工具（末端执行器），并将工具箱14A配置在作业台12A上。该工具包括机器人手、旋具、铆钉、钻头、可移动照相机等。机器人控制器16A与机器人10A、照相机18A、照明装置20A、传感器22A以及可编程逻辑控制器200进行连接，并与这些装置之间进行信息的输入输出。在本实施方式中，机器人控制器16A被配置在作业台12A的下表面，并通过电缆束24A与机器人10A连接，但也可以用无线连接机器人10A和机器人控制器16A，也可以将机器人控制器16A内置于机器人10A。

照相机18A被配置在顶壁部116A上，主要从上方拍摄作业台12A。照明装置20A被配置在顶壁部116A上。作为照明装置20A，例如可以使用发出闪光的闪光灯、连续地发出规定量的光的电灯泡、荧光灯、LED等各种光源。传感器22A被配置在顶壁部116A上的照相机18A的附近，用于检测照相机18A接受到的光的强度（例如光度、亮度、照度等）。

机器人10A也被称为机械手。将机器人10A隔着基座部122A设置在筐体110A的底壁部112A上，并配置在作业台12A的侧方。机器人10A基于从机器人控制器16A输出的动作命令而做动作。在这里，动作命令是指，使机器人做动作的程序即指令、使机器人做动作的程序的统一即任务。

机器人10A具有第一臂10A₁～第六臂10A₆。第一臂10A₁被连接在基座部122A上，将第一臂10A₁～第六臂10A₆从基端（基座部122A）侧以该顺序进行串联连接。基座部122A与第一臂10A₁的连接部、以及相邻的各臂10A₁～10A₆彼此之间的各连接部，分别作为机器人10A的关节发挥功能。

机器人10A具有多个致动器。各致动器分别与各关节相对应，并使各臂10A₁～10A₆以各个关节为中心进行摇动（参照图1的箭头）。

在位于机器人10A的前端的第六臂10A₆上，有能够拆装的机器人手等末端执行器EA。末端执行器EA由设置在第六臂10A₆内的致动器进行驱动。如图1所示，在末端执行器EA是机器人手的情况下，由致动器驱动成一对把持片相互接近或分离，从而能够把持工件W，或者变更所把持的工件W的姿势，或者搬运所把持的工件W。

可编程逻辑控制器200经由机器人控制器16A、16B来控制机器人10A、10B，并执行例如工件的组装、接合以及搬运等各种作业。计算机300对照相机18A、18B拍摄的图像进行处理，并识别工件W的位置或姿势。

接着，参照图2，对机器人系统1的系统结构进行说明。机器人系统1包括：机器人控制器16A、16B；机器人10A、10B；末端执行器EA、EB；照相机18A、18B；传感器22A、22B；照明装置20A、20B；可编程逻辑控制器200；计算机300。

机器人控制器16A具有控制部26A、通信部28A、存储部30A。控制部26A通过发出动作命令，来控制机器人10A的动作。具体而言，控制部26A经由电缆束24A与机器人10A的致动器进行连接，并根据动作命令使致动器驱动，从而控制机器人10A的动作。

控制部26A向照相机18A发出指示，使其拍摄在照相机18A的拍摄区域中所包含的拍摄对象物（例如作业台12A上的工件W）。控制部26A将传感器22A检测出的光的强度作为信号进行接收。控制部26A向照明装置20A发出指示，在利用照相机18A拍摄时进行照明。控制部26A以照相机18A能够接受所期望的光的方式，基于从传感器22A接收到的信号来控制由照明装置20A产生的光的强度。

当将来自检测出单元100A、100B彼此之间已被连接的检测传感器（未图示）的信号输入到控制部26A时，则控制部26A判断为：设定已被变更成连接了多个单元100A、100B的连接模式，并使机器人10A、末端执行器EA、照相机18A以及照明装置20A进行由该连接模式实施的动作。作为该检测传感器，能够利用用于检测出单元的侧壁部114A、114B已接触的压力传感器、用于检测出因单元的侧壁部114A、114B已接触而产生的电变化的传感器、用于检测出因单元的侧壁部114A、114B已接触而产生的温度变化的传感器等。或者，控制部26A可以以通过即插即用方式对单元100A、100B的电缆之间进行连接为契机，将设定变更为连接模式。此外，也可以用无线连接控制部26A和单元100B。

当将设定变更为连接模式时，控制部26A使分别封闭连通孔HA、HB的门敞开。由此，连通了筐体112A的收容空间与筐体112B的收容空间，能够使一方的机器人利用另一方的筐体内。即、能够扩大机器人的作业区域。

通信部28A在控制部26A和可编程逻辑控制器200之间进行通信，通信部28A将表示控制部26A的设定已被变更为连接模式的信号，发送到另一方的机器人控制器16B（控制部26B）。通信部28A在控制部26A和可编程逻辑控制器200之间进行通信，通信部28A从另一方的机器人控制器16B，接收到表示另一方的机器人控制器16B的控制部26B的设定已被变更为连接模式的信号。通信部28A、28B之间的通信可以不经由机器人控制器16A、16B的上位装置即可编程逻辑控制器200，而直接进行通信。通信部28A、28B之间的通信也可以通过有线或无线进行。

存储部30A中存储了使机器人10A、末端执行器EA、照相机18A以及照明装置20A做动作的程序即指令、该程序的统一即任务。当通过控制部26A从存储部30A读出指令或任务时，根据读出的指令或任务，使机器人10A、末端执行器EA、照相机18A或照明装置20A做动作。

然而，在设置有单元100A、100B的工厂等中，会存在包含自然光的大量的光源。例如，在图1中，荧光灯L被设置在天花板上。除了这些光源以外，由于相邻的单元100A、100B分别具有照明装置20A、20B，所以当照明装置20A、20B以相同的定时发出闪光时，照相机18A、18B接受到超出照相机18A、18B的动态范围的光，可发生曝光过度。当发生曝光过度时，由于在拍摄图像中包含涂满白色的区域，因此有时不能适当地识别工件W。下面，对于通过控制部26A、26B对照明装置20A、20B的控制进行说明。

当将控制部26A、26B的设定变更为连接模式时，控制部26A、26B对照明装置20A、20B中的至少一个照明装置的动作进行控制，以便在拍摄时使照相机18A、18B接受到的光位于照相机18A、18B的动态范围内。具体而言，控制部26A、26B可以通过调节从照明装置20A、20B的至少一方射出的光的强度，由此，在拍摄时使照相机18A、18B接受到的光位于照相机18A、18B的动态范围内。控制部26A、26B可以使照明装置20A、20B以不同的定时做动作，由此，在拍摄时使照相机18A、18B接受到的光位于照相机18A、18B的动态范围内。控制部26A、26B可以控制照明装置20A、20B中的至少一方的光的照射方向（例如使照明装置20A、20B朝向相互相反的一侧），由此，在拍摄时使照相机18A、18B接受到的光位于照相机18A、18B的动态范围内。控制部26A、26B可以根据由传感器22A、22B检测出的光的强度，从而使照明装置20A、20B中的至少一方做上述的动作。

例如，当将工件W搬运到单元100A内时，将工件W载置在作业台12A上。然后，基于控制部26A的指示，使照相机18A拍摄工件W。当用照相机18A对工件W进行拍摄后，将其图像数据发送到计算机300。计算机300对该图像数据进行图像处理，并识别照相机18A拍摄到的工件W的位置或姿势。计算机300将识别到的工件W的位置或姿势的数据发送到机器人控制器16A（通信部28A）。基于工件W的位置或姿势的上述数据，控制部26A对机器人10A和末端执行器EA进行控制，使其对工件W进行规定的作业。当作业完成后，将工件W搬出单元100A之外（例如相邻的单元100B）。这样，就进行了工件W的制造。

在以上的本实施方式中，控制部26A、26B对照明装置20A、20B中的至少一个照明装置的动作进行控制，以便在拍摄时使照相机18A、18B接受到的光位于照相机18A、18B的动态范围内。因此，在照相机18A、18B拍摄到的拍摄图像中发生曝光过度的可能性变得极低。其结果为，能够更正确地检测出工件W的位置或姿势。而且，由于不需要用遮光布来分隔利用照相机18A、18B拍摄工件的区域，所以机器人10A、10B能够在更宽的范围内做动作。

在本实施方式中，控制部26A、26B根据由传感器22A、22B检测出的光的强度，对照明装置20A、20B中的至少一方的动作进行控制。因此，根据单元100A、100B所处的环境中的亮度，能够自动地调节因照明装置20A、20B而产生的光的强度或照射定时。

以上，对本发明的实施方式进行了详细说明，但本发明并不限于上述实施方式。例如，控制部26A、26B除了对单元100A、100B所具有的照明装置20A、20B进行的控制之外，或者还可以对单元100A、100B的外部光源（例如荧光灯L）的光的强度或照射定时进行控制，来代替对单元100A、100B所具有的照明装置20A、20B进行的控制。

控制部26A、26B除了控制照明装置20A、20B之外，或者，还可以控制照相机18A、18B的快门速度，来代替对照明装置20A、20B的控制。

控制部26A、26B除了控制照明装置20A、20B之外，或者还可以代替对照明装置20A、20B的控制，在用照相机18A、18B拍摄时分别利用遮光布自动地覆盖各拍摄区域，并且在用照相机18A、18B拍摄之后自动地敞开各遮光布。

在上述实施方式中，对于机器人系统1是包括单元100A、100B的单元生产系统的情况进行了说明，但本发明也能够适用于除了单元生产系统以外的机器人系统。具体而言，如图3和图4所示，机器人系统2包括：将至少一个工件W沿规定方向进行搬运的传送带32；配置在传送带32的侧方的机器人10A；照相机18A、18B；照明装置20A、20B；以及传感器22A、22B。

在机器人系统2中，当用机器人10A对工件W进行作业时，照相机18A、照明装置20A和传感器22A用于识别工件W的位置或姿势。在机器人系统2中，在通过传送带32搬运工件W的搬运方向上，将照相机18B、照明装置20B和传感器22B配置在比照相机18A、照明装置20A、传感器22A和机器人10A更靠近上游侧。照相机18B、照明装置20B和传感器22B例如被用于检查工件W的外观等。照相机18B、照明装置20B、传感器22B和传送带32与计算机300连接。

计算机300控制照相机18B，照明装置20B和传送带32的动作。计算机300将传感器22B检测出的光的强度作为信号进行接收。

当基于计算机300的指示，使照相机18B拍摄工件W时，其图像数据被发送到计算机300。计算机300对该图像数据进行图像处理，并检查工件W是否存在不良（例如缺口、破损、裂缝等）。当计算机300对外观检查的结果是，判断为工件W是合格品时，计算机300将该判断结果发送到机器人控制器16A。当控制部26A经由通信部28A接收到该判断结果后，通过传送带32将判断为合格品的工件W搬运到机器人10A时，控制部26A向机器人10A和/或末端执行器EA发出指示，使其对该工件W进行作业。

另一方面，当计算机300对外观检查的结果是，判断为工件W是不良品时，计算机300将该判断结果发送到机器人控制器16A。控制部26A经由通信部28A接收到该判断结果后，即使通过传送带32将判断为不良品的工件W搬运到机器人10A，也不会使机器人10A和/或末端执行器EA对该工件W进行作业。

在这样的机器人系统2中，在设置有机器人系统2的工厂等中，会存在包含自然光的大量的光源。例如，在图4中，将荧光灯L设置在天花板上。除了这些光源以外，由于在传送带32的上游侧和下游侧分别设置有照明装置20A、20B，所以，在照明装置20A、20B以相同的定时发出闪光时，照相机18A、18B接受到超出照相机18A、18B的动态范围的光，由此，可发生曝光过度。

然而，在机器人系统2中，控制部26A和计算机300对照明装置20A、20B中的至少一个照明装置的动作进行控制，以便在拍摄时使照相机18A、18B接受到的光位于照相机18A、18B的动态范围内。因此，在照相机18A、18B拍摄到的拍摄图像中发生曝光过度的可能性变得极低。其结果是，在机器人系统2中，能够更正确地检测出工件W的位置或姿势。

Claims

1.一种机器人系统，其特征在于，包括：

机器人，其对被作业物进行规定的作业；

拍摄部，其拍摄所述被作业物；

多个照明部，其对所述被作业物进行照明；

控制部，其用于控制所述多个照明部的动作，

所述控制部对所述多个照明部中的至少一个照明部的动作进行控制，以使所述拍摄部接受到的光位于所述拍摄部的动态范围内。

2.如权利要求1所述的机器人系统，其特征在于：

所述控制部用于调节从所述多个照明部中的至少一个照明部射出的光的强度。

3.如权利要求1所述的机器人系统，其特征在于：

所述控制部使所述多个照明部以不同的定时做动作。

4.如权利要求1所述的机器人系统，其特征在于：

所述控制部用于控制所述多个照明部中的至少一个照明部的光的照射方向。

5.如权利要求1至4中任一项所述的机器人系统，其特征在于：

所述机器人系统还包括：对光的强度进行检测的传感器部，

所述控制部根据由所述传感器部检测出的光的强度，对所述多个照明部中的至少一个照明部的动作进行控制。

6.如权利要求1至4中任一项所述的机器人系统，其特征在于：

所述机器人系统具有多个所述机器人，

所述多个机器人分别被收容在独立的筐体内。

7.如权利要求6所述的机器人系统，其特征在于：

在所述筐体内，分别各配置有一个所述拍摄部和一个所述照明部。

8.一种被作业物的制造方法，所述方法使用权利要求1至7中任一项所述的机器人系统来制造被作业物，其特征在于，包括：

将所述被作业物搬入到所述机器人的动作区域的工序；

所述机器人对所述被作业物进行规定动作的工序；

以及将由所述机器人进行作业后的所述被作业物，从所述机器人的所述动作区域搬出的工序。