JP2006350620A - 自動組立システムにおける組立機構の動作教示方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】部品把持手段22を備える組立機構20を用いて複数の部品10を順次組みつけて所定の組立対象物を構成する自動組立システムにおいて、前記組立機構の動作を教示する方法であって、各部品10の組み付け時の動きを定義するステップと、定義した各部品10の動きが実現されるように、組立機構20の動作を決定するステップとを含む。
【選択図】図1
Description
したがって、このような部品組立用ロボットの動作プログラムの生成に上記従来技術を適用しようとすると、3D−CADの操作者が各部品の寸法、姿勢、およびロボットアームによる当該部品の把持位置を考慮してロボットアームの動きを逆算せねばならず、このため、動作定義の負担が極めて大きくなるとともに、その動作定義の確実性にも問題を生じる。
すなわち、本発明は、部品把持手段を備える組立機構を用いて複数の部品を順次組みつけて所定の組立対象物を構成する自動組立システムにおいて、前記組立機構の動作を教示する方法であって、前記各部品の組み付け時の動きを定義するステップと、前記定義した各部品の動きが実現されるように、前記組立機構の動作を決定するステップと、を含むことによって上記の課題を達成している。
さらに、本発明によれば、多種多様な組立対象物の組立にも対応し易くなるので、結果的に、ロボット等の自動組立機構の導入を促して、効率的生産に寄与することができる。
ここでは、組立機構の代表例として、アーム21の先端にハンド22を取付けたロボット20を示しているが、本発明に適用する組立機構はこのロボット20に限定されない。
ロボット20は、図1(a)に示す部品配置場所におかれた部品10群中から次に組み付けるべき所定の部品10を把持し、その部品10を図1(b)に示す組み付け初期位置まで移動した後、図1(c)に示す組立途中の構成物30に組み付けるという動作を繰り返し実行するものである。
したがって、まず各部品10の組付け時の動きを定義し、ついで、その定義した部品10の動作が実現されるようにロボット20の動作を決定する、という主従関係に基づいてシステムを構成すれば、効率的にロボット20ヘの動作教示を行うことが可能になる。
ステップ101
「各部品寸法と組立図の電子データを用意」
通常の機械設計においても同様に実施されることである。
「3D−CADにて、組立時の各部品の動きを定義」
組立対象物の組立手順をディスプレイ41上で視覚的に決定する。例えば、ある部品10(A部品という)を別の部品10(B部品という)に組み付ける場合、組み付け前のA部品およびB部品の初期状態(初期位置および初期姿勢)を定義して、組み付け時のA部品の移動軌跡、および必要に応じて姿勢の変化を定め、最後に組み付け完了状態を定義する。あるいは、前記初期状態と組み付け完了状態のみを定義し、その途中の移動軌跡と姿勢の変化は計算機によって自動的に決定する。なお、上記A部品の初期位置は、図1(b)の部品10の位置に対応する。
「ロボットハンド22による各部品の把持部位を設定」
各部品10は、ロボットアーム21の先端にあるロボットハンド22で把持されて組み付けられる。組み付けに際しては、各部品10について適切な把持部位を設定する必要がある。
例えば、A部品をB部品に組み付ける場合、A部品におけるB部品との結合面をロボットハンド22が把持していると、その組み付けが不可能になる。したがって、ロボットハンド22は、A部品を無理なくB部品に組み付けでき、かつA部品が所定の姿勢となる部位を把持しなければならない。
そこで、上記のような条件が満たされる適切な把持部位を設定する。
「各部品の動きをアニメーションで確認」
ステップ102で動きが定義され、ステップ103で把持部位が設定された各部品10について、ロボットハンド22で把持した状態での動きをディスプレイ41上で三次元的に表示し、各部品10の動きについての問題点の有無や、組立効率の良否等を確認する。部品10の動きをこのように三次元的に表示することによって、その動きの状態を簡便に確認することができる。
「修正要?」
ステップ104での確認結果に基づいて、各部品10の動きについての修正の要、不要を判断する。そして、修正の必要がある場合には修正を実行する。
「各部品の動きを実現するためのロボットの動作を計算」
上記のようにして各部品10についての把持位置、姿勢、並びに組立時の各部品10の動きが定義されるので、組立作業時のロボットアーム21の動作を決定することができる。
すなわち、各部品10についての把持位置と姿勢、および動きに基づいてロボットハンド22の動きが規定されるので、このロボットハンド22の動きに基づいてロボットアーム21の動きが決定される。
上記のようにロボットアーム21の動きを決定する手法は、ロボットハンド22の動きを結果的に実現するためのロボットアーム21の駆動アクチュエータの操作量を決定するという、いわゆる「逆運動学」の手法に対応するものである。この「逆運動学」に基づく解法は一般に知られており、例えば、松日楽、大明:「わかりやすいロボットシステム入門」、p.93、オーム社、ISBN4−274−08685−2に示されている。
「ロボットプログラムを自動生成」
ロボットアーム21の動きが規定されているため、その動きを実現するための動作プログラムを容易に自動生成することができる。
ロボット20のアーム21の本数は1本でもよい。しかし、複数本のアーム21を備える図示の多関節ロボット20は、例えば持ち替えによって部品姿勢の変更を容易に行うことが可能であり、また、組立途中の構成物30のある部位を保持しながら別の部品を組み付けるといったより高度な組立作業にも対応することが可能になる。
ここで、ある部品10の組み付けは、組み付け対象物(他部品10または組立途中の構成物30)から至近距離となる形態で該部品10の初期位置を決定し、その初期位置から所定の経路を通って上記部品10を移動させる行為と言える。そして、上記初期位置からの部品10の組み付け動作を実現するロボット20の動作プログラムが上述のプログラム生成手順によって効率的に生成されることになる。
まず、図3に示すように前提となる事項を定義しておく必要がある。すなわち、まずはロボットハンド21の可動範囲を設定し、その可動範囲内で部品10の把持および組み付けを行う(ステップ201)。次に、各部品10の把持前の配置を設定する(ステップ202)。これは、部品10毎に在処を決めても良いし、全部品10の存在エリアのみ設定し、画像認識その他の手段によって個々の部品の在処をその存在エリアが設定される都度検出するようにしてもよい。さらに、組立を行う空間を別途設定する(ステップ203)。ここでは、部品組み付けを実施するために十分な領域を確保しておくことが重要である。
ステップ301
「部品の位置、姿勢を計測」
図1(a)の部品置き場所に置かれた各部品10につき、まずは把持前の位置および姿勢を画像処理等の手段によって計測する。
「ロボットハンドによって部品を所定姿勢にて把持」
計測した把持前の部品10の位置および姿勢のデータを基に、図2のステップ103で設定された各部品10の所定把持部位を所定姿勢で把持する。
「部品と、これを把持したハンドとの相対位置を計測」
部品10と該部品10を把持したロボットハンド22との相対的位置関係を、画像処理等の手段によって計測する。
「部品とハンドとの相対位置の規定値と実測値の誤差分を補正」
部品10とロボットハンド22の相対位置は、図2のステップ103の処理で規定されている。しかし、実際に部品10を把持した場合の上記相対位置は、上記規定された相対位置からずれている可能性が高い。そこで、ステップ303で計測した実際の相対位置を上記規定の相対位置と比較して、その誤差を定量化する。この誤差は、三次元的な位置および角度として与えられる。
「部品を、組み付け対象物に組み付ける際の初期位置まで移動」
組み付けるべき部品10を前記部品置き場所から図1(b)の初期位置まで移動する。その際、移動後の部品10の位置を図2のステップ102で定義された当該部品10の初期位置に合わせるためには、ステップ304で計測した誤差分を補正量としてロボットアームの動きに反映させればよい。
「自動生成されたプログラムにしたがって組み付け」
図2のステップ107において自動生成される動作プログラムにしたがってロボットアーム21を動作させて、部品10の組み付けを実行する。このとき、実際の部品10の動きが規定したとおりとなるように、部品とこれを把持したハンドとの位置誤差、つまり、ステップ304で計測した誤差を上記プログラムの補正量として用いる。
「全ての部品組み付け完了の判定」
全ての部品10の組み付けが完了していれば組付け操作を終了し、完了していなければ次の部品について同様な操作を繰り返す。
20 ロボット
21 アーム
22 ハンド
30 組立途中の構成物
40 コントローラ
41 ディスプレイ
Claims (6)
- 部品把持手段を備える組立機構を用いて複数の部品を順次組みつけて所定の組立対象物を構成する自動組立システムにおいて、前記組立機構の動作を教示する方法であって、
前記各部品の組み付け時の動きを定義するステップと、
前記定義した各部品の動きが実現されるように、前記組立機構の動作を決定するステップと、
を含むことを特徴とする自動組立システムにおける組立機構の動作教示方法。 - 前記各部品の組み付け時の動きを定義するステップは、前記各部品の寸法とそれらの部品の組立図を含む電子データを使用した三次元CADによって前記各部品の組み付け時の動きを定義することを特徴とする請求項1に記載の自動組立システムにおける組立機構の動作教示方法。
- 前記各部品の組み付け時の動きを定義するステップは、前記組立機構の部品把持手段による前記各部品に対しての把持位置と、前記各部品の組付け前の姿勢および位置と、前記各部品の組付け完了後の姿勢および位置と、前記各部品の移動経路と、を定義することを特徴とする請求項1または2に記載の自動組立システムにおける組立機構の動作教示方法。
- 前記組立機構の部品把持手段による前記各部品に対しての実際の把持位置を計測するステップと、前記定義された把持位置に対する前記実際の把持位置の誤差を得るステップとを更に含み、
前記組立機構の動作を決定するステップは、前記誤差を補正量として前記組立機構の動作を決定することを特徴とする請求項3に記載の自動組立システムにおける組立機構の動作教示方法。 - 前記各部品は、前記組立機構によって所定の部品配置場所から順次所定の
組付け初期位置まで移動された後、その初期位置から所定の経路を通って組みつけられ、
前記各部品の組み付け時の動きを定義するステップは、前記所定の組付け初期位置以降の前記各部品の動きを定義し、前記部品配置場所から前記組付け初期位置までの前記組立機構の動作は前記各部品の動きに基づくことなく任意に設定されること特徴とする請求項1に記載の自動組立システムにおける組立機構の動作教示方法。 - 前記組立機構として、アームと該アームの先端に設けたハンドとを備えるロボット使用することを特徴とする請求項1に記載の自動組立システムにおける組立機構の動作教示方法。
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