JP2007260839A - 産業用ロボット装置および同ロボット装置を用いたワーク位置決め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、コスト負担を抑えた構造で、正規位置からずれたロケータの位置補正が行なえる産業用ロボット装置および同ロボット装置を用いたワーク位置決め装置を提供する。
【解決手段】本発明は、ワーク保持時、所定の姿勢で保ち続けている動作アーム部７の各駆動モータ１３ａ〜１３ｅのトルク値Ｔ１を検出し、該トルク値Ｔ１と所定の姿勢を保つための駆動モータの目標トルク値Ｔ０との差から、ロケータ１５の位置が正規位置からずれているかを判定し、ずれがあると、各駆動モータを制御して、ロケータ１５の位置ずれを補正する。これにより、別途、外的環境に影響されやすいセンサーを用いずに、ロケータ１５の位置ずれが抑えられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばワークを所定の作業姿勢に保持する産業用ロボット装置および同ロボット装置を用いたワーク位置決め装置に関する。

自動車（車両）の生産工場では、種々のワーク形状に迅速に対応できるとの配慮から、複数の産業用ロボット装置を使用したワーク位置決め装置を用いて、自動車用ワーク、多くは車体を構成するパネル材を所定の作業姿勢に保持させて、同パネル材に、他のパネル材や部品などを組み付ける作業が進められている。

こうした産業用ロボット装置の多くは、高精度な位置決めが行えるよう、各動作軸の駆動にサーボモータ（駆動モータ）を採用した動作アーム部を用い、その異なる複数の動作方向に動作可能な先端部に、パネル部材（ワーク）を保持するロケータおよびクランプを装着する構造が用いられる。そして、ロボット制御部で、各産業用ロボット装置の動作アーム部の各サーボモータを制御して、各産業用ロボット装置のロケータを目標のワーク保持地点へ導いた後、同ロボット制御部により、該ロケータおよびクランプでパネル材の各部を保持させたり、所定の姿勢を保ち続けるよう各サーボモータを目標トルク値に制御したりすることによって、パネル材が所定の３次元的な作業姿勢で保持されるようにしてある。

こうしたパネル材の保持は、パネル材を支える産業用ロボット装置の１つでも、ロケータのワークに対する沿い方が異なると、予め想定してある各産業用ロボット装置に配分される重量バランスがくずれて、ある産業用ロボット装置に余計に重量が加わるような偏りが生ずる。特に同挙動は、ワークとなるパネル材の重量が重かったり、形状が複雑であったり、保持しづらい形状であったり、何らかの要因で部品精度が変化する場合に発生しやすい。

このような場合、産業用ロボット装置の動作アーム部は、ワークの重量に見合った目標トルク値で、定姿勢を保っているので、偏る重量の影響で、それ以上の重量が動作アーム部の各動作軸に作用するようになる。

このため、ロケータは、実際には、重量の負担増の影響で生じる動作アーム部の各動作軸の撓みにより、正規位置からずれるという問題が起きる。

こうした問題が生じると、ワークの位置決め精度が低下している状況に気が付かないまま、保持されたワークに対して組付作業が行なわれるので、以後の作業工程に影響を及ぼす。特に同問題は、複数の産業用ロボット装置を用いて、複雑な形状を呈した大形のパネル材を保持するときなどで生じやすい。

この対策として、特許文献１に示されるような動作アーム部の動作軸に傾斜計や歪ゲージを設けて、動作軸に生ずる歪みを検出し、同歪みからロケータ位置のずれを求め、同ずれを補正するようアーム駆動モータを制御する技術が提案されている。
特開平８−１５０５８０号公報

ところが、単に作業用ロボット装置の動作軸を構成する軸部材に、歪みを検出するセンサー（傾斜計、歪みゲージなど）を設けたのでは、センサーは、外部（外気）にさらされるために、例えばスポット溶接作業の工程であれば火花にさらされ例えばスパッタが付着したり、熱により悪影響を受けたり、また、溶剤を取り扱う工程であれば、溶剤の雰囲気にさらされたりする。

センサーを取り付けて補正する技術は、こうした外的影響に対する対策を、別途、施さないと、信頼性が確保され得ない。このため、同技術だと、別途、信頼性を確保する手立てが求められるので、産業用ロボット装置は、コスト的な負担が強いられる。

そこで、本発明の目的は、コスト負担を抑えた構造で、正規位置からずれたロケータの補正が行なえる産業用ロボット装置および同ロボット装置を用いたワーク位置決め装置を提供する。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、ワーク保持時、所定の姿勢で保ち続けている動作アーム部の各駆動モータのトルク値を検出し、該トルク値と所定の姿勢を保つための駆動モータの目標トルク値との差から、ロケータの位置が正規位置からずれているかを判定し、ずれがあると、各駆動モータを制御して、ロケータの位置ずれを補正する構成とした。これで、別途、外的環境に影響されやすいセンサーを用いずに、ロケータの位置ずれが抑えられるようにした。

請求項２に記載の発明は、さらにトルク値と目標トルク値との差の結果から、簡単にロケータの位置ずれが補正されるよう、補正手段として、目標トルク値と検出されたトルク値との差から誤差を求め、同誤差を解消するように、各駆動モータを、誤差が生じる方向とは逆方向へ駆動させる構成を採用した。

請求項３に記載の発明は、さらに補正手段として、トルク値の差と位置ずれとの間の相関関係が予め設定され、該相関関係を用いて、ロケータの位置ずれを補正することとした。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の産業用ロボット装置を複数備え、当該ロボット装置によりワークの各部を保持して、当該ワークを３次元的に所定の作業姿勢に保持させてなるワーク位置決め装置とした。

請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の発明によれば、駆動モータのトルク値を用いて、ずれたロケータ治具を補正するという、別途、外的環境に影響されやすいセンサーを用いない、コスト負担を抑えた構造で、ロケータの位置ずれを防ぐことができる。特に重量の偏りが生じやすい複数の産業用ロボット装置を用いて、ワークを３次元的に所定の姿勢に保持するワーク位置決め装置には有効である。

請求項２に記載の発明によれば、さらに駆動モータのトルク値を用いて、簡単にロケータの位置ずれの補正ができる。

請求項３に記載の発明によれば、さらに、簡単にロケータの位置ずれの補正ができる。

［一実施形態］
以下、本発明を図１および図２に示す一実施形態にもとづいて説明する。

図１はワーク位置決め装置１の全体の概略構成を示している。ワーク位置決め装置１には、例えばワークＰが配置されるワークセット部２の周りに、複数台、例えば５台の産業用ロボット装置３ａ〜３ｅ（Ｎｏ．１〜５）を据付けた構造が用いられている。

産業用ロボット装置３ａ〜３ｅには、いずれも同じ構造が用いられている（Ｎｏ．１だけは全体を図示し、他のＮｏ．２〜５は大部分を省略して図示してある）。Ｎｏ．１の産業用ロボット装置３ａを代表して、ロボット装置の構造を説明すると、同ロボット装置３ａは、例えば、レール５上を移動可能なベース部６に、例えば５つの方向の動作軸ａ〜ｅをもつ動作アーム部７を組み付けた構造が用いられている。例えば動作アーム７には、ベース部６に前後方向に傾動可能に組み付けたコラム部８、同コラム部８の上部に旋回可能に組み付けた進退駆動用のシリンダ部１０、同シリンダ部１０の先端部に軸心回りに回動可能に組み付けたアーム部１１、同アーム部１１の先端部に前後方向に傾動および左右方向に移動可能に組み付けたＬ字形のロケータ装着部１２を有した構造が用いてある。つまり、ロケータ装着部１２は、ベース部６に設定された横向きの動作軸ａを支点に前後に傾動可能、コラム部８に設定された縦向きの動作軸ｂを支点に旋回可能、シリンダ部１０に設定された軸心方向にならう動作軸ｃを支点にシリンダ部１０の軸心回りに回動可能、アーム部１１に設定されたアーム直径向きの動作軸ｄを支点に前後に回動可能、同じくアーム部１１に設定された前後向きの動作軸ｅを支点に左右に回動可能となっている（異なる複数の動作方向に動作可能）。この回動の実現のため、ベース部６にはコラム駆動用のサーボモータ１３ａ（本願の駆動モータに相当）が組み付き、コラム部８には旋回用のサーボモータ１３ｂ（本願の駆動モータに相当）が組み付き、シリンダ部１０にはアーム回動用のサーボモータ１３ｃ（本願の駆動モータに相当）が組み付き、アーム部１１には装着部駆動用の２種類のサーボモータ１３ｄ、１３ｅ（本願の駆動モータに相当）を組み込んだモータユニット１３ｆが組み付いている。

このロケータ装着部１２（動作アーム部７の先端部）には、ワークＰを支えるのに適したロケータ１５が装着されている。ここでは例えば車体側部を構成するサイドパネルアウタを保持するロケータであって、例えば複雑な形状を呈したサイドパネルアウタの縁部を局部的に支えるのに適したロケータ１５が装着されている。具体的にはロケータ１５には、ワークの縁部、ここではサイドパネルアウタの縁部の両側に形成されるフランジ部を支えるのに適した構造が用いられている。例えばロケータ１５には、横向きのスライドシリンダ装置１５ａに、基準側の爪部１６ａと、該爪部１６ａに接離方向に移動可能な可動側の爪部１６ｂとを組み合わせたロケータユニットが用いられている。但し、爪部１６ａの先端部には、例えばサイドパネルアウタの縁部に形成される両側のフランジ部のうちの片側を下側から支えるのに適した支え部が形成され、爪部１６ｂの先端部には、残る反対側のフランジ部を下側から支えるのに適した支え部が形成してある。なお、爪部１６ａには、駆動シリンダで駆動されるクランプ１６ｃ（挟持爪）が組み合っていて、支えた片側のフランジ部を爪部１６ａと共同して挟持できるようにしてある。

一方、図中２０は、例えばマイクロコンピュータを有して構成されるロボット制御部を示している。このロボット制御部２０には、上記産業用ロボット３ａ、同ロボット装置３ａと同構造の産業用ロボット装置３ｂ〜３ｅの各可動機器がそれぞれ接続されている。ロボット制御部２０には、
ａ．予め設定されているワークＰ（サイドパネルアウタ）の３次元的な保持姿勢情報にしたがい、各産業用ロボット装置３ａ〜３ｅのロケータ１５を所定の保持位置にそれぞれ導く機能。

ｂ．ロケータ１５およびクランプ１６ｃにより、フランジ部を把持（保持）させる機能。

ｃ．予め設定された目標トルク値Ｔ０にしたがい、各サーボモータ１３ａ〜１３ｅを制御して、ワークや動作アーム部７を所定の保持姿勢（作業姿勢）に保ち続ける機能（本願の姿勢制御手段に相当）。

が設定されていて、ワークセット部２上のワークＰ（サイドパネルアウタ）を産業用ロボット３ａ〜３ｅの駆動アーム部先端で下側から支えて、同ワークＰが所定の姿勢である３次元的な作業姿勢に保たれ続けるようにしている。

またロボット制御部２０には、
ｄ．ワークＰ（サイドパネルアウタ）の保持時、各サーボモータ３ａ〜３ｆに供給される電力から、それぞれ現地点のトルク値Ｔ１を検出する機能（本願のモータトルク検出手段に相当）。

ｅ．目標トルク値Ｔ０と検出したトルク値Ｔ１とを対比する機能（本願の判定手段に相当）。

ｆ．両トルク値の差から、ある産業用ロボット装置のロケータ位置が正規位置からずれているか否かを判定する機能（本願の判定手段に相当）。

ｇ．両トルク値の差から、例えばマップを用いて、誤差（重量増が招く撓み）を求める機能（本願の補正手段に相当）。

ｈ．誤差を解消するのに必要なトルクにより（マップで算出）、誤差を検出した部位の各駆動モータ３ａ〜３ｅを、誤差が生じる方向とは逆方向へ駆動させる機能（本願の補正手段に相当）。

が設定されていて、たとえ産業用ロボット装置のロケータ位置が、加わる重量の影響によりずれても、自動的にロケータ位置のずれが補正されるようにしている。

図２には、こうしたロケータ１５の位置ずれ補正の制御フローチャートが示されている。同フローチャートを参照して、ワークＰであるサイドパネルアウタを所定の姿勢で位置決め保持する場合を例に挙げて、位置ずれ補正を説明する。

まず、ロボット制御部２０からの指令により、各産業用ロボット装置３ａ〜３ｅの各駆動モータ１３ａ〜１３ｅが、予め設定された３次元的な保持姿勢情報にしたがい駆動される。また、ロボット制御部２０からの指令により、レール５上を移動する。これにより、動作アーム部７の各部が可動して、ロボット先端部に有るロケータ１５（開き状態）を、予め設定してある各保持位置、例えばＬ１〜Ｌ５に到達させる（ステップＳ１）。

すると、ワークセット部２へ向かうワークＰ、すなわちサイドパネルアウタは、例えば内側のフランジ部が、基準側の爪部１６ａにガイドされながら、同爪部１６ａの先端部に載る。それに伴い、外側のフランジ部も可動側の爪部１６ｂの先端部に載る。

サイドパネルアウタが各産業用ロボット装置３ａ〜３ｅのロケータ１５に載ったことが確認されたら、ロボット制御部２０の指令により、各産業用ロボット装置３ａ〜３ｅの各ロケータ１５の可動側の爪部１６ｂが接近したり、同じくクランプ１６ｃ(挟持爪)が移動したりして、サイドパネルアウタの外周各部が把持される。これにより、サイドパネルアウタは、複数の産業用ロボット装置３ａ〜３ｅによって、所定の作業姿勢に位置決め保持される（ステップＳ２）。

このとき各駆動モータ１３ａ〜１３ｅは、ロボット制御部２０により、産業用ロボット装置３ａ〜３ｅに配分されるワークＰの重量を支えるのに適した目標トルク値Ｔ０を保つように制御される。

ワークＰの位置決め保持が行なわれたら、ロボット制御部２０は、各産業用ロボット装置３ａ〜３ｅの各サーボモータ１３ａ〜１３ｅに供給される電力、特に電流値から、現在の各サーボモータ１３ａ〜１３ｅのトルク値Ｔ１を検出し、ワーク保持の制御のための目標トルク値Ｔ０と対比する（ステップＳ４）。

このとき、各産業用ロボット装置３ａ〜３ｅ共、ロケータ１５のワークに対する沿い方が、適正に行なわれると、検出されるトルク値Ｔ１としては、目標トルク値Ｔ０に相当するトルク値が検出されるだけで、目標トルク値Ｔ０とは差がない。このことは、ロボット制御装置２０では、重量の偏りの影響を受けずにロケータ位置が正規位置に有ると判断し、ワーク、すなわちサイドアウタパネルを当初のまま、位置決め保持し続ける。

一方、産業用ロボット装置３ａ〜３ｅの１つでも、ロケータ１５のワークに対する沿い方が異なると、予め想定してある各産業用ロボット装置３ａ〜３ｅに配分される重量バランスがくずれ、ある産業用ロボット装置に余計に重量が加わる挙動が生ずる（ワークの重量、ワークの形状などが関係する）。

受けもつ重量に過大な偏りが生じると、重量負担が強いられる産業用ロボット装置のロケータ１５は、実際には正規な位置にはない。すなわち、ロケータ位置は、偏る重量で動作アーム部７の動作軸ａ〜ｅに生ずる撓みにより、正規位置からずれる挙動を生ずる。

このことは、サイドアウタパネルは、複数の産業用ロボット装置３ａ〜３ｅで所定の作業姿勢に保持されているように見えるが、実際には、ロケータ１５が正規位置からずれているので、設定されている作業姿勢とは、異なる姿勢で保持されている。

ここで、重量が増加するということは、その分、産業用ロボット装置の動作アーム部７は、負担が増え、負荷の増大を伴い、サーボモータ１３ａ〜１３ｅはトルク値が増す挙動を示す。つまり、検出されるトルク値Ｔ１は、目標トルク値Ｔ０より大きい値のトルク値が検出される。

ロボット制御部２０は、この挙動からロケータ位置ずれが生じていると判定し、ステップＳ５へ進む。

ここで、図２中の示されるマップのように、トルク差と撓み量との間の相関関係を予めロボット制御部２０に記憶させておき、ロボット制御部２０は、ステップＳ６に示されるように位置ずれ生じていると判定したサーボモータ１３ａ〜１３ｅを、撓みを戻すのに必要な補正トルク（マップのよる）で、撓み量分、誤差が生じる方向とは逆方向へ駆動させる。すると、位置ずれが生じていた産業用ロボット装置のロケータ１５は、正規位置に戻る（位置ずれ解消）。

つまり、ロケータに掛かる負荷に対して、個々のロボット固有のバネ定数をもった撓みが生ずるため、あらかじめ負荷と感知したトルク、撓み量を定量的に測定しておき、その特性を制御部内に持ち位置補正を行う。

なお、トルク差と撓み量との間の相関関係を示したマップは、トルク差が小さい領域では撓み量の変化量は大きく、トルク差が大きい領域では撓み量の変化量は小さく設定されている。

こうしたロケータ位置の補正により、どのような重量物のワークでも、どのような形状のワークでも、組立作業に適した所定の姿勢に高精度に位置決められる。

このようなトルク値を用いてロケータ位置を補正する構造は、外的環境（位置決め後に行なわれる溶接作業など）に影響されやすい歪ゲージや傾斜計などといったセンサーを用いずに、ロケータ１５の位置ずれの検出から補正までができる。

それ故、安価なコストで高精度なワークの位置決めができる。特に複数の産業用ロボット装置３ａ〜３ｅを用いて、ワークを所定の姿勢に保持する治具装置には有効である。

しかも、位置ずれの補正は、目標トルク値Ｔ０と検出トルク値Ｔ１とのトルク差を解消するよう、サーボモータを、誤差が生じる方向とは逆方向へ駆動させるだけなので、簡単である。

なお、本発明は上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。例えば一実施形態では、ワークとして、サイドパネルアウタを用いたが、むろん他の部材でも構わない。

本発明の一実施形態に係る産業用ロボット装置およびワーク位置決め装置の概略的な構成を示す図。 同装置のずれを補正する制御を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１…ワーク位置決め装置、３ａ〜３ｅ…産業用ロボット装置、７…動作アーム部、１３ａ〜１３ｅ…サーボモータ（駆動モータ）、２０…ロボット制御部（姿勢制御手段、モータトルク検出手段、判定手段、補正手段）、ａ〜ｅ…動作軸、Ｐ…ワーク。

Claims (4)

1. ワークを保持するロケータと、
   前記ロケータを目標の地点に導くための、それぞれ駆動モータにより複数の異なる動作方向に動作可能な動作アーム部と、
   前記各駆動モータを予め設定された目標トルク値により制御して、前記動作アーム部の所定の姿勢に保ち続ける姿勢制御を行なう姿勢制御手段と、
   ワーク保持時、所定の姿勢で保ち続けている前記動作アーム部の各駆動モータのトルク値を検出するモータトルク値検出手段と、
   前記目標トルク値と前記検出されたトルク値との差から、前記ロケータの位置が正規位置からずれているかを判定する判定手段と、
   前記ずれがあると判定されると、前記各駆動モータを制御して、前記ロケータの位置ずれを補正する補正手段と
   を具備したことを特徴とする産業用ロボット装置。
2. 前記補正手段は、前記目標トルク値と前記検出されたトルク値との差から誤差を求め、同誤差を解消するように、前記各駆動モータを、誤差が生じる方向とは逆方向へ駆動させてなることを特徴とする請求項１に記載の産業用ロボット装置。
3. 前記補正手段は、前記トルク値の差と前記位置ずれとの間の相関関係が予め設定され、該相関関係を用いて、前記ロケータの位置ずれが補正されるようにしてある。
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の産業用ロボット装置。
4. 請求項１ないし請求項３にいずれか一つに記載の産業用ロボット装置を複数備え、当該ロボット装置によりワークの各部を保持して、当該ワークを３次元的に所定の作業姿勢に保持させる構成としてあることを特徴とするワーク位置決め装置。

Images