JP2000006069A - ロボットの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】搬送中のワークにロボットのエンドエフェクタ
が最短時間で到達できるように制御するロボットの制御
方法を提供する。搬送速度の変動に応じて、ロボットの
動作を修正するロボットの制御方法を提供する。 【解決手段】 搬送装置（１）の搬送速度を計測し、ワ
ーク（２）の位置と姿勢を計測し、前記搬送速度とワー
ク（２）の位置およびロボット（４）の姿勢を基に、ワ
ーク（２）とロボット（４）に取り付けたエンドエフェ
クタ（５）が最短時間で出会える地点を計算し、ロボッ
ト（４）のエンドエフェクタ（５）を前記地点に向けて
動作させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、搬送装置の機側に
配置されて、前記搬送装置によって搬送されているワー
クに対して所定の作業を行うロボットの制御方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ベルトコンベアのような搬送装
置で搬送されるワークをロボットで取り上げるための制
御方法として、特開昭６０−２１７０８５号公報に開示
されている方法があった。これは、次のような方法であ
る。ベルトコンベアの上であって、ロボットの設置場所
に対して上流側にあたる所定の位置に視覚装置を備え、
前記視覚装置で前記ベルトコンベア上を搬送されるワー
クの位置と向きと速度を計測し、計測した前記ワークの
位置と向きと速度から、所定の時間（ｔ秒とする）後の
前記ワークの位置と向きを計算し、前記ロボットがｔ秒
後に前記位置で前記ワークを掴むように制御する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
制御方法では、次のような問題がある。第１に、ワーク
が視覚装置の下を通過してから、所定の時間（ｔ秒）の
経過後にロボットがワークを掴むようにしているので、
制御開始時のロボットのアームの位置や姿勢の条件によ
っては、ｔ秒間にワークを掴める位置まで移動できず、
ワークを掴み損ねると言う問題がある。逆に、姿勢の条
件によってはもっと早いタイミングでワークを掴める場
合もあるが、この場合でも、ロボットはｔ秒が経過する
までワークを掴めない。言い換えれば、ワークを掴み損
ねることがないように、最悪の条件に合わせて、ロボッ
トのスケジュールとコンベアの速度を決定しているの
で、ロボット作業の能率が悪いという問題がある。第２
に、この従来の制御方法では、ワークが視覚装置の下を
通過してから、ロボットがワークを掴むまでの間、つま
りｔ秒後までは、コンベアが一定の速度で移動すること
を前提条件にしているが、現実のコンベアは滑り等の原
因により、移動速度が変化するので、計算によって求め
たｔ秒後の位置と実際の位置に誤差が生じ、正確にワー
クを掴めないという問題がある。そこで、本発明は搬送
中のワークにロボットのエンドエフェクタが最短時間で
到達できるように制御するロボットの制御方法を提供す
るものである。また、ワークの搬送速度の変動に応じ
て、ロボットの動作を修正するロボットの制御方法を提
供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、本発明は搬送装置の搬送速度を計測し、前記ワー
クの位置と姿勢を計測し、前記搬送速度と前記ワークの
位置および前記ロボットの姿勢を基に、前記ワークと前
記ロボットに取り付けたエンドエフェクタが最短時間で
出会える地点を計算し、前記ロボットの前記エンドエフ
ェクタを前記地点に向けて動作させるものである。ま
た、前記搬送装置の搬送距離を周期的に計測し、その度
に前記ワークと前記ロボットに取り付けたエンドエフェ
クタが最短時間で出会える地点を計算して修正し、前記
ロボットの前記エンドエフェクタを修正した前記地点に
向けて動作させるものである。また、前記ワークの位置
を視覚センサを用いて計測するものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例を示す搬送
装置とロボットの平面配置図であり、図２は本発明の実
施例を示すフローチャートであり、図３は視覚センサで
捉えたワークの画像を示す説明図であり、図４は搬送対
象のワークの位置を示す前記ロボットを基準とする座標
を説明する説明図である。以下、図に従って本発明の実
施例を説明する。図１において、１は、例えばベルトコ
ンベアのような搬送装置であり、ワーク２を図の左側か
ら右側へ搬送する装置である。３はエンコーダであり、
搬送装置１の図示しない駆動軸に取り付けられて、前記
駆動軸の回転角度を計測する装置である。エンコーダ３
の計測値から、搬送装置１上のワーク２の移動速度、す
なわち搬送速度、およびワーク２の移動距離、すなわち
搬送距離を求めることができる。４はロボットであり、
垂直軸Ｓ回りに自在に旋回する。ロボット４は前後およ
び上下に揺動するアーム４ａを備え、アーム４ａの先端
にはエンドエフェクタ５が直交３軸回りに回動自在に取
付けられている。このように構成されているので、ロボ
ット４は、垂直軸Ｓの回転およびアーム４ａの前後およ
び上下の揺動によって任意の姿勢を取ることができる。
また前記直交３軸の回動によって、エンドエフェクタ５
の方向、傾きを任意に決める事ができる。６はロボット
４の制御盤である。また、ロボット４は搬送装置１の機
側に配置され、搬送装置１上を搬送されて来るワーク２
をエンドエフェクタ５で掴んで、図示しない別の装置ま
で運ぶものである。７は視覚センサであり、搬送装置１
の上流側に、搬送装置１を見下ろすように配置されてい
る。７ａは視覚センサ７の視野を示す。視覚センサ７は
例えばＣＣＤカメラと画像処理装置を組み合わせて、前
記ＣＣＤカメラで捉えた対象物の画像を解析して、前記
対象物の位置と姿勢を計測する装置である。視覚センサ
７とエンコーダ３の信号線は、それぞれロボットの制御
盤６に接続されている。

【０００６】次に、図２および図３に従って、ロボット
４の制御方法を説明する。図２ににおいて、ステップＳ
１は、搬送装置１の搬送速度を算出する段階であり、時
刻ｔａにおけるエンコーダ３の出力Ｃａと、時刻ｔｂに
おけるエンコーダ３の出力Ｃｂから、搬送装置１の移送
速度Ｖを次式によって求める。

【０００７】 Ｖ＝Ｋｃ＊（Ｃｂ−Ｃａ）／（ｔｂ−ｔａ） （式１）

【０００８】ここで、Ｋｃはエンコーダ３の１パルスあ
たりの搬送装置１の移送距離を示す係数であり、搬送装
置１の機械的構成によって決まる定数である。ワーク２
が視覚センサ７の視野７ａに入って来ると、ステップＳ
２を実行する。ステップＳ２は、ワーク２の位置と姿勢
を求める段階である。図３に示すように、視覚センサ７
はワーク２の画像を基に、視覚センサ７の視野７ａに固
定された座標系によるワーク２の重心の座標Ｇ（Ｘ₀ ，
Ｙ₀ ）を求める。またワーク２の正規の姿勢に対する角
度θも算出する。次のステップＳ３では、ロボット４の
先端に取り付けたエンドエフェクタ５がワーク２を掴む
位置を求める。エンドエフェクタ５に固定された点であ
って、ワーク２を掴む時の位置合わせの基準となる点を
エンドエフェクタ５の基準点と言うことにする。つま
り、このエンドエフェクタ５の向きを角度θ分だけ修正
し、エンドエフェクタ５の基準点をワーク２の重心と一
致させれば、エンドエフェクタ５はワーク２を正しく掴
める訳である。図４ではこのワーク２を掴む位置を求め
る方法を説明するために、搬送装置１とワーク２とロボ
ット４の位置関係を、ロボット４の旋回軸Ｓを原点とす
る直交座標系で表示している。図４において、半径Ｌａ
と半径Ｌｂはエンドエフェクタ５の基準点の到達限界を
示す。つまり、エンドエフェクタ５の基準点は半径Ｌａ
と半径Ｌｂの間で動作する。今、ステップＳ３の制御を
始める時点において、ワーク２は座標Ａｏ( ｐ，ｑ）で
示す位置にある。ここで使う座標系はロボット４の旋回
軸Ｓを原点とし、搬送装置１の移送方向に平行な軸をＸ
軸とする直交座標系である。視覚センサ７は搬送装置１
およびロボット４に対して固定されているから、スッテ
プＳ２で求めた視覚センサ７の視野７ａに固定された座
標系によるワーク２の座標を前記直交座標系に変換する
のは容易である。またこの時の搬送装置１の搬送速度は
ステップＳ１で求めたＶであるから、ｔ秒後のワーク２
の位置を示す座標はＡｔ（ｐ＋Ｖ＊ｔ，ｑ）で得られ
る。また、ステップＳ３を開始する時点において、ロボ
ット１の旋回軸の角度をαとし、旋回軸の角速度をωと
すると、ｔ秒後の旋回軸の角度はα＋ω＊ｔである。こ
こで、エンドエフェクタ６の基準点の旋回軸Ｓまわりの
回転半径をＲとすると、エンドエフェクタ６の基準点の
座標はＥｔ（Ｒ＊ｃｏｓ（α＋ω＊ｔ），Ｒ＊ｓｉｎ
（α＋ω＊ｔ））で得られる。点Ａと点Ｅの座標が一致
する点を求めるのであるから、次式が得られる。

【０００９】 ｐ＋Ｖ＊ｔ＝Ｒ＊ｃｏｓ（α＋ω＊ｔ） （式２）

【００１０】 ｑ＝Ｒ＊ｓｉｎ（α＋ω＊ｔ） （式３）

【００１１】式２と式３からＲを消去すると、次式が得
られる。

【００１２】 ｐ＋Ｖ＊ｔ＝ｑ／ｔａｎ（α＋ω＊ｔ） （式４）

【００１３】式４を解いて得られるｔの解をｔ１とする
と、ワーク２とエンドエフェクタ６が最短時間で出会え
る点の座標はＡｂ（ｐ＋Ｖ＊ｔ１，ｑ）で得られる。こ
の点にエンドエフェクタ５の基準点を持ってきた時の、
基準点の旋回軸Ｓまわりの回転半径Ｒｂは次式で得られ
る。

【００１４】 Ｒｂ＝ｑ／ｓｉｎ（α＋ω＊ｔ１） （式５）

【００１５】Ｒｂの値はロボット４の動作範囲で制限さ
れるから、Ｌａ＜Ｒｂ＜Ｌｂでなければならない。Ｒｂ
がＬａ＜Ｒｂ＜Ｌｂの条件を満たさないときは、「異
常」として図示しない上位の制御装置に信号を送り、所
定の異常処理のシーケンスを実行する。ここで、ｔ１秒
の間にロボット１のアームの各軸を操作して、エンドエ
フェクタ６の旋回軸Ｓ回りの回転半径がＲｂになるよう
な姿勢を取れるか否かと言う問題が残っている。一般に
垂直多関節ロボットにおいては、旋回軸の回転速度はア
ームの各揺動軸に比べて、同等かむしろ低速に設定され
ている。また、旋回軸の回転角度がアームの各揺動軸に
比べて大きい。従って、エンドエフェクタ５とワーク２
を最短時間で出会わせる問題を考える時は、旋回軸の動
作時間がクリティカルな問題になる。つまり、実用上は
旋回軸の動作が間に合えば、アームの各揺動 軸の動作
は当然に間に合うと考えてよい。このようにして、ワー
ク２とエンドエフェクタ５が最短時間で出会える点の座
標Ａｂと時間ｔ１が決まるので、ｔ１秒後にエンドエフ
ェクタ５の基準点が１秒後に点Ａｂに来るように、ロボ
ット４に指令する。つまり、点Ａｂを移動目標とする動
作指令をロボット４に与える。

【００１６】ステップＳ４は、エンドフェクタ５を点Ａ
ｂに向けて動かし始めたあと、搬送装置１の搬送距離を
周期的に計測して、エンドエフェクタ５の動作の目標を
修正する段階である。ステップＳ４の制御の詳細は次の
ようなものである。ステップＳ３が終了して、エンドエ
フェクタ５が点Ａｂに向かって動作を開始したら、周期
Ｔ秒（但しＴ＜ｔ１）で周期的にエンコーダ２の出力パ
ルスＣＴｍを取り込む、次にステップＳ１で計測した搬
送装置１の移送速度Ｖから計算した、同じ時刻のパルス
の値ＣＴｃを用いて目標Ａｂの修正量ΔＸを次式で求め
る。

【００１７】 ΔＸ＝（ＣＴｍ−ＣＴｃ）＊Ｋｃ （式６）

【００１８】この修正量を用いて、エンドエフェクタ５
の移動目標をＡｂ’（ｐ＋ＣＶ＊ｔ１＋ΔＸ，ｑ）に変
更する。以上のように、周期Ｔ秒ごとに搬送装置１の搬
送距離を測定し、当初に計測した速度から求めた搬送距
離と比較して、その差に応じて、移動目標を修正する。
以上の演算と制御は制御盤６によって行われる。実施例
の説明においては、搬送装置上のワークを掴み上げて移
載するロボットに本発明を適用した例を示したが、搬送
装置上のワークに対して、何らかの作業、例えば塗装、
糊付け、組立、加工などを行うロボット一般に本発明を
適用できることは言うまでもない。また、ワークの位置
および姿勢を検出するセンサは視覚センサに限られな
い、同様の機能を持つセンサであれば他の形式のセンサ
であってもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、エ
ンドエフェクタが最短時間でワークに出会うようにロボ
ットを制御するので、ロボットの動作に無駄がなく、ロ
ボットの作業の能率が向上するいう効果がある。また、
搬送装置の速度の変化に応じて、ロボットの移動目標を
修正するので、ロボットがワークを逃すことがないとい
う効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す搬送装置とロボットの平
面配置図である。

【図２】本発明の実施例を示すフローチャートである。

【図３】視覚センサで捉えたワークの画像の説明図であ
る。

【図４】図４は搬送対象のワークの位置を示す前記搬送
ロボットを基準とする座標を説明する説明図である。

【符号の説明】

１：搬送装置 ２：ワーク ３：エンコーダ ４：ロボット ４ａ：アーム ５：エンドエフェクタ ６：制御盤 ７：視覚センサ ７ａ：視覚センサの視野

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークを搬送する搬送装置の近傍に配置
   されて、前記搬送装置によって搬送されているワークに
   対して所定の作業を行うロボットの制御方法において、
   前記搬送装置の搬送速度を計測し、前記ワークの位置を
   計測し、前記搬送速度と前記ワークの位置および前記ロ
   ボットの姿勢を基に、前記ワークと前記ロボットに取り
   付けたエンドエフェクタが最短時間で出会える地点を計
   算し、前記エンドエフェクタが前記地点に向かうように
   前記ロボットを動作させることを特徴とするロボットの
   制御方法。
2. 【請求項２】 前記搬送装置の搬送速度の変動を周期的
   に計測し、その度に前記ワークと前記ロボットの前記エ
   ンドエフェクタが最短時間で出会える地点を計算して修
   正し、前記エンドエフェクタが修正した前記地点に向か
   うように前記ロボットを動作させることを特徴とする請
   求項１に記載のロボットの制御方法。
3. 【請求項３】 前記ワークの位置を視覚センサを用いて
   計測することを特徴とする請求項１または請求項２に記
   載のロボットの制御方法。
4. 【請求項４】 前記搬送装置の搬送速度を前記搬送装置
   の駆動軸に連結したエンコーダを用いて計測することを
   特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のロ
   ボットの制御方法。