JP2009196040A - ロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】セル生産方式の製品生産に適用可能なロボットシステムを提供する。
【解決手段】物を掴むための手ユニット１２３ｃを有するロボット１２０と、ロボット１２０の操作者１１の動作を検出する検出部１１０と、ロボット１２０の動作を制御するロボット制御部１３０とを備え、検出部１１０は、操作者１１の手に取り付けられ、該操作者１１の手にかかる圧力を検出する第１圧力検出部１１１を有し、ロボット制御部１３０は、第１圧力検出部１１１により検出される圧力と同じ圧力が手ユニット１２３ｃにかかる状態で、ロボット１２０が検出部１１０により検出された動作と同じ動作を行うよう手ユニット１２３ｃの動作を制御する動作指令生成部１３１を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットシステムに関し、特にマスタ・スレーブ型のロボットを備えるロボットシステムに関する。

電気的あるいは磁気的な作用を用いて人間と似たような動作を行う装置としてロボットがある。このようなロボットは、人間の代わりに作業を行う、又は人間の作業を補助するために利用されることが多い。ロボットに関する技術としては、例えば特許文献１に記載の技術がある。

特許文献１に記載のロボットは、マスタ・スレーブ型のロボットを備えるロボットシステムを開示するものである。具体的には、ロボットを操作する操作者（マスタ）の手に装着される３次元操作グローブと、３次元操作グローブにより操作されるロボットアーム及びロボットハンドを持つロボット（スレーブ）とを備えるロボットシステムを開示するものである。このロボットシステムでは、ロボットアーム及びロボットハンドが操作者の腕及び手の動きを忠実に再現する。
特開２００５−４６９３１号公報

ところで、特許文献１には、如何にしてロボットシステムを製品の生産に用いるかについての開示はない。しかしながら、特許文献１に記載のロボットシステムをセル生産方式の製品生産に用いようとした場合、様々な問題が生じる。すなわち、セル生産方式の製品生産では作業者一人が製品を組み立てるため、部品にかけるべき力も多様化するが、特許文献１に記載のロボットシステムでは、操作者による実際の物への力のかけ具合がロボットに伝わらない。従って、例えば部品を掴むときに部品に力を加え過ぎて部品が破損したり、逆に部品に加える力が足りなくて部品を落としたりするという事態が多発する。

そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、セル生産方式の製品生産に適用可能なロボットシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のロボットシステムは、物を掴むための手ユニットを有するロボットと、前記ロボットを操作する操作者の動作を検出する動作検出手段と、前記ロボットの動作を制御するロボット制御手段とを備え、前記動作検出手段は、前記操作者の手に取り付けられ、該操作者の手にかかる圧力を検出する第１圧力検出手段を有し、前記ロボット制御手段は、前記第１圧力検出手段により検出される圧力と同じ圧力が前記手ユニットにかかる状態で、前記動作検出手段により検出された動作と同じ動作を前記ロボットが行うよう前記手ユニットの動作を制御する動作制御手段を有することを特徴とする。

ここで、前記手ユニットは、前記操作者の片方の手の２本の指と同じ長さを持ち、部品を把持するための２つの指状部と、前記操作者の片方の手の掌と同じ長さを持ち、前記２つの指状部が連結される掌状部とから構成され、前記第１圧力検出手段は、前記操作者の指に取り付けられ、前記動作制御手段は、前記第１圧力検出手段により検出される圧力と同じ圧力が前記指状部にかかる状態で前記手ユニットの動作を制御してもよい。

これによって、操作者の手にかかる圧力が検出され、ロボットの手ユニットにかかる圧力もこれと同じような圧力となるようにロボットの動作が制御される。従って、操作者による実際の物への力のかけ具合をロボットに伝えることができるので、セル生産方式の製品生産に適用可能なロボットシステムを実現することができる。

また、前記ロボットは、前記手ユニットに取り付けられ、該手ユニットにかかる圧力を検出する第２圧力検出手段を有し、前記ロボット制御手段は、さらに、前記第１圧力検出手段により検出される圧力と前記第２圧力検出手段により検出される圧力との差が閾値を超えているか否かを判定する判定手段と、前記圧力の差が閾値を超えていると判定されたときに前記動作検出手段により検出された動作に補正を加え、前記ロボットが補正の加えられた動作を行うよう前記手ユニットの動作を制御する補正手段とを有してもよい。

また、前記動作検出手段は、さらに、前記操作者の手に取り付けられ、該操作者の手の位置を検出する第１位置検出手段を有し、前記ロボットは、さらに、前記手ユニットの位置を検出する第２位置検出手段を有し、前記判定手段は、前記第１位置検出手段により検出される位置と前記第２位置検出手段により検出される位置との差が閾値を超えているか否かを判定し、前記補正手段は、前記位置の差が閾値を超えていると判定されたときに前記動作検出手段により検出された動作に補正を加え、前記ロボットが補正の加えられた動作を行うよう前記手ユニットの動作を制御してもよい。

このとき、前記補正手段は、前記圧力又は位置の差が閾値を超えていると判定されたときに、前記圧力又は位置の差が小さくなるよう補正を加えることが好ましい。

これによって、ロボットが操作者と同じ動作を行っていないことを検知し、それに対応することができるので、高確率でロボットの作業ミスを回避し、確実に製品を組み立てることが可能なロボットシステムを実現することができる。

また、本発明は、ロボットを操作する操作者の動作を検出する動作検出ステップと、前記ロボットの動作を制御するロボット制御ステップとを含み、前記動作検出ステップでは、前記操作者の手にかかる圧力を検出し、前記ロボット制御ステップでは、前記動作検出ステップにより検出される圧力と同じ圧力が前記ロボットの物を掴むための手ユニットにかかる状態で、前記動作検出ステップにより検出された動作と同じ動作を前記ロボットが行うよう前記手ユニットの動作を制御することを特徴とするロボット制御方法とすることもできる。

これによって、セル生産方式の製品生産に適用可能なロボット制御方法を実現できる。
また、本発明は、ロボットを用いて部品を組み合わせ製品の生産を行う製品生産システムであって、物を掴むための手ユニットを有するロボットと、前記ロボットを操作する操作者の動作を検出する動作検出手段と、前記ロボットの動作を制御するロボット制御手段と、前記操作者及びロボットのそれぞれに同一種の部品を供給する部品供給手段とを備え、前記動作検出手段は、前記操作者の手に取り付けられ、該操作者の手にかかる圧力を検出する第１圧力検出手段を有し、前記ロボット制御手段は、前記第１圧力検出手段により検出される圧力と同じ圧力が前記手ユニットにかかる状態で、前記動作検出手段により検出された動作と同じ動作を前記ロボットが行うよう前記手ユニットの動作を制御する動作制御手段を有し、前記部品供給手段は、前記手ユニットと部品との位置関係が前記操作者の手と部品との位置関係と同じになるよう部品を供給することを特徴とする製品生産システムとすることもできる。

これによって、セル生産方式において操作者の動きに連動してロボットに同一の作業を行わせる形で製品を生産する。従って、生産すべき製品の種類が変わった場合でも生産プログラム等の生産条件を変更する作業が必要ないので、安価で容易に複数種の製品の生産をおこなうことができる。

また、製品生産に複雑な構造を必要としないマスタ・スレーブ型のロボットが用いられるため、容易に製品の大量生産をおこなうことができる。

また、本発明は、ロボットを用いて部品を組み合わせ製品の生産を行う製品生産方法であって、ロボットを操作する操作者の動作を検出する動作検出ステップと、前記ロボットの動作を制御するロボット制御ステップと、前記操作者及びロボットのそれぞれに同一種の部品を供給する供給ステップとを含み、前記動作検出ステップでは、前記操作者の手にかかる圧力を検出し、前記ロボット制御ステップでは、前記動作検出ステップにより検出される圧力と同じ圧力が前記ロボットの物を掴むための手ユニットにかかる状態で、前記動作検出ステップにより検出された動作と同じ動作を前記ロボットが行うよう前記手ユニットの動作を制御し、前記供給ステップでは、前記手ユニットと部品との位置関係が前記操作者の手と部品との位置関係と同じになるよう部品を供給することを特徴とする製品生産方法とすることもできる。

これによって、安価で容易に複数種の製品の生産をおこなうことが可能な製品生産方法を実現できる。

本発明によれば、セル生産方式の製品生産に適用可能なロボットシステムを実現することができる。

以下、本発明の実施の形態における製品生産システムについて、図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態の製品生産システムの概略構成を示す図である。
本実施の形態の製品生産システムは、複数のロボットを用いて部品を組み合わせセル生産方式の製品生産を行うシステムであって、ロボットシステム１０及び部品供給部２０から構成される。

ロボットシステム１０は、ロボットを操作する操作者（作業者）１１が行う製品の組立作業に協調して操作者１１と同様の作業を行うマスタ・スレーブ型のロボット１２０を複数備える。各ロボット１２０の周囲には、操作者１１が作業を行う環境と全く同じ環境が作られている。製品の組立作業とは、具体的に、部品の基板への実装あるいは装着、及び部品の組立等一般の組立作業である。

部品供給部２０は、操作者１１及び複数のロボット１２０のそれぞれに同一種の部品を供給する。部品供給部２０は、操作者１１及び複数のロボット１２０のそれぞれに設けられ、ロボット１２０の物を掴むための手ユニットと部品との位置関係と、操作者１１の手と部品との位置関係とが同じになるように部品を供給する。

図２は、ロボットシステム１０の概略構成を示す図である。
ロボットシステム１０は、検出部１１０、複数のロボット１２０及びそれに対応する複数のロボット制御部１３０から構成される。

検出部１１０は、操作者１１の手に取り付けられ、操作者１１の手及び腕の動作を検出する。ロボット制御部１３０は、対応するロボット１２０が検出部１１０により検出された動作と同一の動作を操作者１１と同時に行うように、ロボット１２０の動作を制御する。

図３は、検出部１１０を構成するグローブの詳細な構成（片方のグローブの詳細な構成）を示す図である。

検出部１１０は、操作者１１の手に装着され、操作者１１の手の位置や操作者１１の手にかかる圧力（負荷）を検出する一対のグローブ１１０ａから構成される。グローブ１１０ａには、第１圧力検出部１１１、指曲げ検出部１１２、第１位置方向検出部１１３及びこれらとロボット制御部１３０とを接続する配線１１５が埋め込まれている。

第１圧力検出部１１１は、例えば圧力センサ等であり、操作者１１の指先の表面に位置し、作業に際して手で部品を掴むとき等の物と接するときに操作者１１の指先にかかる圧力を検出する。

第１位置方向検出部１１３は、例えば３次元位置方向センサであり、操作者１１の手首付近に位置し、該操作者１１の手の位置及び手首の角度を検出する。手首の角度検出には、例えばジャイロセンサ等が用いられる。

指曲げ検出部１１２は、操作者１１の各指の関節毎に設けられ、各指の曲げ量を検出する。

第１圧力検出部１１１、指曲げ検出部１１２及び第１位置方向検出部１１３による圧力及び角度の検出結果は、ロボット１２０の動作の指令値としてリアルタイムにシリアル通信でロボット制御部１３０に送られる。ロボット制御部１３０は、送られてきた指令値を基にロボット１２０に操作者１１と同じ動作を行わせる。

図４は、ロボット１２０の詳細な構成及びその駆動機構を示す図である。
ロボット１２０は、操作者１１の腕と手の動きを忠実に再現する６軸ロボットであり、胴ユニット１２１、頭部ユニット１２２及び２つの腕ユニット１２３から構成される。

胴ユニット１２１は、操作者１１の胴に対応して設けられたユニットである。胴ユニット１２１は、モータＭ９を駆動することにより、１つの軸の回りに回転させることができるようにされている。胴ユニット１２１には、モータＭ１〜９及び認識カメラ１２２ａ等の駆動を制御する制御部が配設されている。

頭部ユニット１２２は、操作者１１の頭に対応して設けられたユニットであり、胴ユニット１２１の上部に連結される。頭部ユニット１２２は、モータＭ１及びＭ２をそれぞれ駆動することにより、直交する２つの軸の回りに独立に回転させることができるようにされている。頭部ユニット１２２には、操作者１１の目に対応して、ロボット１２０の周囲を撮像する上下左右動作可能なＣＣＤあるいはＭＯＳ型の複眼の認識カメラ１２２ａが配設されている。認識カメラ１２２ａの焦点は認識対象の位置にあわせられ、例えばロボット１２０の作業状況等が確認される。

各腕ユニット１２３は、上腕ユニット１２３ａ、前腕ユニット１２３ｂ及び手ユニット１２３ｃから構成され、胴ユニット１２１の両側部に連結される。

上腕ユニット１２３ａは、操作者１１の上腕に対応して設けられたユニットであり、前腕ユニット１２３ｂと連結され前腕ユニット１２３ｂを所定の位置に移動させる。上腕ユニット１２３ａは、モータＭ３及びＭ４をそれぞれ駆動することにより、直交する２つの軸の回りに独立に回転させることができるようにされている。上腕ユニット１２３ａは、操作者１１の片腕の上腕と略同じ長さを持つ。

前腕ユニット１２３ｂは、操作者１１の前腕に対応して設けられたユニットであり、手ユニット１２３ｃ及び上腕ユニット１２３ａと連結され手ユニット１２３ｃを所定の位置に移動させる。前腕ユニット１２３ｂは、モータＭ５及びＭ６をそれぞれ駆動することにより、直交する２つの軸の回りに独立に回転させることができるようにされている。前腕ユニット１２３ｂは、操作者１１の片腕の前腕と略同じ長さを持ち、手ユニット１２３ｃの掌状部が連結される。

手ユニット１２３ｃは、操作者１１の手に対応して設けられた、部品を掴むためのユニットである。手ユニット１２３ｃは、モータＭ７及びＭ８を駆動することにより、直交する２つの軸の回りに独立に回転させることができるようにされている。手ユニット１２３ｃの表面は、弾性体により構成されている。

図５は、手ユニット１２３ｃの斜視図である。
手ユニット１２３ｃは、操作者１１の片手の５本の指と略同じ長さを持ち、部品を把持するための５本の指状部２００と、操作者１１の片手の掌と略同じ長さを持ち、５本の指状部２００が連結される掌状部２０１とから構成される。手ユニット１２３ｃには、第２圧力検出部２０２及び第２位置方向検出部２０３が取り付けられている。指状部２００の関節部２０４にはモータが取り付けられており、指状部２００は関節部２０４毎に曲がるように構成されている。

第２圧力検出部２０２は、手ユニット１２３ｃの各指状部２００の先で部品と接する部分に取り付けられ、手ユニット１２３ｃが部品を掴むとき等の物と接するときに手ユニット１２３ｃの各指状部２００の先にかかる圧力を検出する。

第２位置方向検出部２０３は、手ユニット１２３ｃの位置、具体的には手ユニット１２３ｃの掌状部２０１の位置と、前腕ユニット１２３ｂ及び手ユニット１２３ｃがなす角度とを検出する。

図６は、ロボットシステム１０の機能的な構成を示すブロック図である。
ロボット制御部１３０は、動作指令生成部１３１、判定部１３２及び補正部１３３から構成される。

動作指令生成部１３１は、本発明の動作制御手段の一例であり、検出部１１０の検出結果に基づいてロボット１２０に対する動作指令を生成し、この動作指令により手ユニット１２３ｃの動作を制御する。具体的に、動作指令生成部１３１は、第１圧力検出部１１１により検出される圧力と同じ圧力が手ユニット１２３ｃの各指状部２００の先にかかる状態で、指曲げ検出部１１２及び第１位置方向検出部１１３により検出された操作者１１の動作と同じ動作をロボット１２０が行うよう手ユニット１２３ｃを動作させる動作指令を生成し、この動作指令により手ユニット１２３ｃの動作を制御する。すなわち、ロボット制御部１３０には、操作者１１が装着した検出部１１０から得られる手の位置及び手首の角度になるように、ロボット制御部１３０に指令データを送り、操作者１１が作業を行っている位置に基づき、ロボット１２０を正確にロボット１２０が動作している作業環境の中で、動作させる。また、操作者１１がグローブ１１０ａを使用して作業を行う場合には、グローブ１１０ａから検出される圧力を、ロボット制御部１３０に送り、そのデータを指令値にして、ロボット制御部１３０は、第２圧力検出部２０２から検出される圧力が前記指令値に合致するように制御を行っている。しかしながら、ロボット制御部１３０が操作者１１の動作で検出される手の位置及び手首の角度や各指の曲げ量やグローブ１１０ａで検出できる圧力に近づくように制御を行っても、実際のロボット１２０の動作、具体的には挿入作業や組立作業等のためのロボット１２０の動作において、位置ズレや抉れ等によって、ロボット１２０の手の位置及び手首の角度や手ユニット１２３ｃで検出される圧力が、操作者１１の手の位置や手首の角度、グローブ１１０ａで検出される圧力と異なった値になる場合があり、そのような場合には、補正された動作を行うものとし、ロボット１２０を操作者１１の作業に近づけるように動作を行う。

判定部１３２は、検出部１１０の第１圧力検出部１１１により検出される圧力と、ロボット１２０の第２圧力検出部２０２により検出される圧力との差が閾値を超えているか否かを判定する。同様に、判定部１３２は、検出部１１０の第１位置方向検出部１１３により検出される位置と、ロボット１２０の第２位置方向検出部２０３により検出される位置との差が閾値を超えているか否かを判定する。さらに、判定部１３２は、第１位置方向検出部１１３により検出される位置が所定の領域内にあるか否かを判定する。

補正部１３３は、判定部１３２により圧力の差又は位置の差が閾値を超えていると判定されたとき、圧力又は位置の差が小さくなるよう動作指令生成部１３１により生成された動作指令を補正して新たな動作指令を生成し、新たな動作指令により手ユニット１２３ｃの動作を制御する。すなわち、補正部１３３は、検出部１１０により検出された操作者１１の動作に補正を加え、ロボット１２０が補正の加えられた動作を行うよう手ユニット１２３ｃの動作を制御する。

次に、上記構成を有するロボットシステム１０の動作について説明する。図７は、同ロボットシステム１０の動作を示すフローチャートである。

まず、製品の組立作業を開始するに際して操作者１１は所定の棒を握る等により操作者１１の手が動作の原点にあることをロボット１２０に教示する。

次に、検出部１１０は、部品供給部２０により供給された部品を用いて製品の組立作業を行うに際して操作者１１の手がどの位置にあり、手首がどれぐらい曲がっているのかを第１位置方向検出部１１３により検出させる（ステップＳ３０１）。

次に、検出部１１０は、製品の組立作業を行うに際して操作者１１の指がどれぐらい曲がっているのかを指曲げ検出部１１２により検出させる（ステップＳ３０２）。

次に、検出部１１０は、操作者１１が製品の組立作業を行うに際して操作者１１の指先が感じている圧力を第１圧力検出部１１１により検出させる（ステップＳ３０３）。

次に、検出部１１０は、検出された操作者１１の手の位置、手首の角度、指の曲げ量及び指先にかかっている圧力を示す操作者検出データをロボット制御部１３０に送信する（ステップＳ３０４）。

ここで、操作者１１が部品を落とす等の不測の問題が発生した場合、操作者１１は例えば検出部１１０に設けられたリセットボタンを押し、操作者検出データがロボット制御部１３０に送信されないようにし、ロボット１２０を動作の原点に戻させる。そして、部品を拾い上げる等し、発生した問題を解決した後、操作者１１の手が動作の原点にあることをロボット１２０に教示し、作業を再開する。

次に、ロボット制御部１３０は、送信された操作者検出データに示される操作者１１の手の位置が所定の領域内にあるか否かを判定部１３２により判定させる（ステップＳ３０５）。具体的に、ロボット制御部１３０は、操作者１１の手の位置が製品の組立作業を行う環境内にあるか否かを判定させる。

次に、ロボット制御部１３０は、判定部１３２により操作者１１の手の位置が所定の領域内にあると判定された場合（ステップＳ３０５でＹｅｓ）、送信された操作者検出データに基づいてロボット１２０に対する動作指令を動作指令生成部１３１に生成させる（ステップＳ３０６）。具体的に、ロボット制御部１３０は、第１圧力検出部１１１により検出される圧力と同じ圧力が手ユニット１２３ｃの各指状部２００の先にかかる状態で、指曲げ検出部１１２及び第１位置方向検出部１１３により検出された操作者１１の動作と同じ動作をロボット１２０が行うよう手ユニット１２３ｃを動作させる動作指令を生成させる。

次に、ロボット制御部１３０は、動作指令生成部１３１により生成された動作指令をロボット１２０に送信する（ステップＳ３０７）。

次に、ロボット１２０は、送信された動作指令に従って各モータを駆動し、操作者１１の手及び腕の動作を再現する（ステップＳ３０８）。具体的に、ロボット１２０は、操作者１１の手にかかる圧力と同じ圧力が手ユニット１２３ｃにかかる状態で、手ユニット１２３ｃを操作者１１の手の位置と同じ位置に移動させ、前腕ユニット１２３ｂ及び手ユニット１２３ｃがなす角度を操作者１１の手首の角度と同じとし、指状部２００の関節部２０４の曲げ角度を操作者１１の指の関節の曲げ角度と同じとする。

次に、ロボット１２０は、ロボット１２０の手ユニット１２３ｃが実際どの位置にあるかを第２位置方向検出部２０３により検出させる（ステップＳ３０９）。

次に、ロボット１２０は、ロボット１２０の手ユニット１２３ｃの指状部２００の先が実際感じている圧力を第２圧力検出部２０２により検出させる（ステップＳ３１０）。

次に、ロボット１２０は、検出されたロボット１２０の手ユニット１２３ｃの位置及び指状部２００の先にかかる圧力を示すロボット検出データをロボット制御部１３０に送信する（ステップＳ３１１）。

次に、ロボット制御部１３０は、送信された操作者検出データに示される位置とロボット検出データに示される位置との差を導出し、導出された位置の差が閾値を超えているか否かを判定部１３２により判定させる。同様に、ロボット制御部１３０は、送信された操作者検出データに示される圧力とロボット検出データに示される圧力との差を導出し、導出された圧力の差が閾値を超えているか否かを判定部１３２により判定させる（ステップＳ３１２）。

次に、ロボット制御部１３０は、判定部１３２により位置又は圧力の差が閾値を超えていると判定された場合（ステップＳ３１２でＹｅｓ）、動作指令生成部１３１により生成された動作指令を補正部１３３により補正させ、新たな動作指令を生成させる（ステップＳ３１３）。具体的に、ロボット制御部１３０は、操作者１１の動作と異なる所定の動作を行うように指示する動作指令、つまり操作者検出データに示される圧力とロボット検出データに示される圧力との差、又は操作者検出データに示される位置とロボット検出データに示される位置との差が小さくなる動作を行うように指示する動作指令を生成させる。

ここで、圧力の差又は位置の差が小さくなる動作とは、例えば、ロボット１２０が既に行っている動作（検出部１１０により検出された操作者１１の動作と同一の動作）に、腕ユニット１２３（手ユニット１２３ｃ）を所定の方向に少しだけ動かすという所定の動作を加えた動作である。操作者１１が部品又はその一部を穴に入れるという動作を行っており、ロボット１２０が操作者１１と同じように部品又はその一部を穴に入れることができない場合、判定部１３２により位置又は圧力の差が閾値を超えていると判定される。しかし、ロボット１２０の腕ユニット１２３（手ユニット１２３ｃ）を所定の方向に動かすという動作を加えることにより、ロボット１２０は操作者１１と同じように部品又はその一部を穴に入れることができる。

次に、ロボット制御部１３０は、補正部１３３により生成された新たな動作指令をロボット１２０に送信する（ステップＳ３１４）。

最後に、ロボット１２０は、送信された動作指令に従って各モータを駆動し、操作者１１の動作と異なる補正された動作を行う（ステップＳ３１５）。

以上のように本実施の形態のロボットシステム１０によれば、製品の組立作業を行うに際して操作者１１の指先にかかる圧力が検出され、ロボット１２０の手ユニット１２３ｃの指状部２００の先もこれと同じような圧力となるようにロボット１２０の動作が制御される。従って、操作者１１による実際の物への力のかけ具合をロボット１２０に伝えることができ、例えば部品を掴むときに部品に力を加え過ぎて部品が破損したり、逆に部品に加える力が足りなくて部品を落としたりするという事態等を回避することができる。その結果、様々な問題を発生させること無くセル生産方式の製品生産に適用可能なロボットシステムを実現することができる。

また、本実施の形態のロボットシステム１０によれば、ロボット制御部１３０は、操作者検出データに示される位置とロボット検出データに示される位置との差、又は操作者検出データに示される圧力とロボット検出データに示される圧力との差が閾値を超えていると判定された場合、自立的に動作指令を補正して操作者１１と異なる動作をロボット１２０に行わせる。従って、ロボット１２０が操作者１１と同じ動作を行っていないことを検知して、それに対応することができるので、高確率でロボット１２０の作業ミスを回避し、製品を確実に組み立てることが可能なロボットシステムを実現することができる。

また、本実施の形態の製品生産システムによれば、セル生産方式においてマスタとしての操作者１１の動きに連動して複数のマスタ・スレーブ型のロボット１２０に同一の作業を同時に行わせる形で製品が生産される。従って、生産すべき製品の種類が変わった場合でも生産プログラム等の生産条件を変化させる作業が必要ないので、安価で容易に複数種の製品の生産をおこなうことができる。

また、本実施の形態の製品生産システムによれば、製品生産に複雑な構造を必要としないマスタ・スレーブ型のロボット１２０が用いられる。従って、容易に製品の大量生産をおこなうことができる。実際の動作の中では、操作者１１をマスタにして、スレーブであるロボット１２０を複数台設けることで、生産の作業性も大幅に向上させることができ、また従来のスレーブとしてのロボットに対する複雑な教示作業も必要ないので、安定した組立作業等を行うことができる。

以上、本発明のロボットシステムについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。

例えば、上記実施の形態において、第２圧力検出部及び第２位置方向検出部はロボットに設けられるとした。しかし、ロボットとは別の場所に第２圧力検出部及び第２位置方向検出部が設けられてもよい。例えば、ロボットの作業環境の中に第２圧力検出部及び第２位置方向検出部が設けられてもよい。

また、上記実施の形態において、判定部は位置又は圧力の差が閾値を超えているか否かを判定するとした。しかし、判定部は、検出部の第１位置方向検出部により検出される角度と、ロボットの第２位置方向検出部により検出される角度との差が閾値を超えているか否かを判定してもよい。この場合、補正部は、判定部により角度の差が閾値を超えていると判定されたとき、角度の差が小さくなるよう動作指令生成部により生成された動作指令を補正して新たな動作指令を生成し、新たな動作指令により手ユニットの動作を制御する。

また、上記実施の形態において、ロボットの手ユニットには５本の指状部が設けられるとしたが、部品を把持するための少なくとも２本の指状部が設けられればこれに限られず、例えば３本又は４本の指状部しか設けられなくてもよいし、６本の指状部が設けられてもよい。

また、上記実施の形態において、ロボットは６軸ロボットであるとしたが、これに限られず、例えばロボットは４軸、５軸又は７軸ロボットであってもよい。

また、上記実施の形態において、第１圧力検出部、指曲げ検出部及び第１位置方向検出部はグローブに取り付けられるとしたが、図８に示されるように、それぞれ個別に操作者の手に取り付けられてもよい。

また、上記実施の形態において、判定部により位置又は圧力の差が閾値を超えていると判定されたとき、補正部は圧力の差又は位置の差が小さくなる動作を行うように指示する動作指令を生成するとしたが、補正部はロボットの動作を停止するように指示する動作指令を生成してもよい。

さらに、上記実施の形態において、ロボット１２０及び検出部１１０を図９に示すような形態としてもよい。すなわち、腕ユニット１２３と、腕ユニット１２３を支持するために作業台に設けられた支持棒１４０とからロボット１２０を構成し、グローブ１１０ａと、第２位置方向検出部１４１（本発明の第３位置検出手段の一例）とから検出部１１０を構成してもよい。この場合、腕ユニット１２３は、第１腕ユニット１２３ｄ、第２腕ユニット１２３ｅ、第３腕ユニット１２３ｆ及び手ユニット１２３ｃから構成される。第１腕ユニット１２３ｄ、第２腕ユニット１２３ｅ及び第３腕ユニット１２３ｆは互いに連結され、その一端が支持棒１４０と連結され他端が手ユニット１２３ｃと連結されて、手ユニット１２３ｃを所定の位置に移動させる。一方、第２位置方向検出部１４１は、互いに連結された第１腕ユニット１４１ｄ、第２腕ユニット１４１ｅ及び第３腕ユニット１４１ｆと、それらを支持するために作業台に設けられた支持棒１４３とから構成される。検出部１１０の第１腕ユニット１４１ｄ、第２腕ユニット１４１ｅ及び第３腕ユニット１４１ｆは、それぞれロボット１２０の第１腕ユニット１２３ｄ、第２腕ユニット１２３ｅ及び第３腕ユニット１２３ｆと略同じ形態（長さ及び形状等）を有し、その一端はグローブ１１０ａに連結され、他端は支持棒１４３に連結される。検出部１１０の第１腕ユニット１４１ｄ、第２腕ユニット１４１ｅ及び第３腕ユニット１４１ｆには、各腕ユニットの動作角度を検出できるセンサが設けられており、自身の形態（位置及び角度等）が検出される。これによって、操作者１１の手の位置及び手首の角度が検出される。

図９に示すロボットシステムにおいては、操作者１１はグローブ１１０ａを装着した状態で、組立作業等の作業が行われる。操作者１１の第２位置方向検出部１４１の重量は極めて軽く、操作者１１は、グローブ１１０ａを装着して作業を行った場合においても、その作業は第２位置方向検出部１４１の影響を何ら受けない。ロボット１２０の動作は、第２位置方向検出部１４１から検出される各センサのデータに基づき、第２位置方向検出部１４１により検出される位置と同じ位置に第１腕ユニット１２３ｄ、第２腕ユニット１２３ｅ及び第３腕ユニット１２３ｆのそれぞれを移動させるように動作指令生成部で腕ユニット１２３の動作を制御し、ロボット１２０の動作を忠実に制御することで行われる。第２位置方向検出部１４１を構成する第１腕ユニット１４１ｄ、第２腕ユニット１４１ｅ及び第３腕ユニット１４１ｆの形態を、ロボット１２０を構成する第１腕ユニット１２３ｄ、第２腕ユニット１２３ｅ及び第３腕ユニット１２３ｆで再現することにより、操作者１１の手の位置及び手首の角度をロボット１２０の手ユニット１２３ｃで再現するので、操作者１１の作業動作をさらに確実に再現でき、操作者１１の作業に従う安定した動作をロボット１２０に行わせることができる。また、第２位置方向検出部１４１がグローブ１１０ａとは別に設けられるため、グローブ１１０ａに第１位置方向検出部１１３を設けなくても、正確な操作者１１の作業位置を検出することができる。以上のように、ロボット１２０の腕ユニット１２３と同等の軽量化した第１腕ユニット１４１ｄ、第２腕ユニット１４１ｅ及び第３腕ユニット１４１ｆを用いることで、操作者１１の動作位置を正確に検出することができ、操作者１１の動作をより安定してロボット１２０に再現させることができ、その効果は絶大なるものがある。

また、上記実施の形態において、操作者１１の手が動作の原点にあることをロボットに教示する原点教示装置として所定の棒を例示した。しかし、原点教示装置は、図９に示すように、操作者１１の手型がとられた治具１４４であってもよい。この場合には、操作者１１の手が板の手型の上に置かれたときに原点が教示される。

本発明は、ロボットシステムに利用でき、特にマスタ・スレーブ型のロボットを用いたセル生産方式の製品生産等に利用することができる。

本発明の実施の形態における製品生産システムの概略構成を示す図である。 同実施の形態のロボットシステムの概略構成を示す図である。 同実施の形態の検出部を構成するグローブの詳細な構成を示す図である。 同実施の形態のロボットの詳細な構成及びその駆動機構を示す図である。 同実施の形態のロボットの手ユニットの斜視図である。 同実施の形態のロボットシステムの機能的な構成を示すブロック図である。 同実施の形態のロボットシステムの動作を示すフローチャートである。 同実施の形態の検出部の構成の変形例を示す図である。 同実施の形態のロボットシステムの構成の変形例を示す図である。

符号の説明

１０ ロボットシステム
１１ 操作者
２０ 部品供給部
１１０ 検出部
１１０ａ グローブ
１１１ 第１圧力検出部
１１２ 指曲げ検出部
１１３ 第１位置方向検出部
１１５ 配線
１２０ ロボット
１２１ 胴ユニット
１２２ 頭部ユニット
１２２ａ 認識カメラ
１２３ 腕ユニット
１２３ａ 上腕ユニット
１２３ｂ 前腕ユニット
１２３ｃ 手ユニット
１２３ｄ、１４１ｄ 第１腕ユニット
１２３ｅ、１４１ｅ 第２腕ユニット
１２３ｆ、１４１ｆ 第３腕ユニット
１３０ ロボット制御部
１３１ 動作指令生成部
１３２ 判定部
１３３ 補正部
１４０、１４３ 支持棒
１４１ 第２位置方向検出部
１４４ 治具（原点教示装置）
２００ 指状部
２０１ 掌状部
２０２ 第２圧力検出部
２０３ 第２位置方向検出部
２０４ 関節部

Claims (12)

1. 物を掴むための手ユニットを有するロボットと、
   前記ロボットを操作する操作者の動作を検出する動作検出手段と、
   前記ロボットの動作を制御するロボット制御手段とを備え、
   前記動作検出手段は、前記操作者の手に取り付けられ、該操作者の手にかかる圧力を検出する第１圧力検出手段を有し、
   前記ロボット制御手段は、前記第１圧力検出手段により検出される圧力と同じ圧力が前記手ユニットにかかる状態で、前記動作検出手段により検出された動作と同じ動作を前記ロボットが行うよう前記手ユニットの動作を制御する動作制御手段を有する
   ことを特徴とするロボットシステム。
2. 前記ロボットは、前記手ユニットに取り付けられ、該手ユニットにかかる圧力を検出する第２圧力検出手段を有し、
   前記ロボット制御手段は、さらに、
   前記第１圧力検出手段により検出される圧力と前記第２圧力検出手段により検出される圧力との差が閾値を超えているか否かを判定する判定手段と、
   前記圧力の差が閾値を超えていると判定されたときに前記動作検出手段により検出された動作に補正を加え、前記ロボットが補正の加えられた動作を行うよう前記手ユニットの動作を制御する補正手段とを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記動作検出手段は、さらに、前記操作者の手に取り付けられ、該操作者の手の位置を検出する第１位置検出手段を有し、
   前記ロボットは、さらに、前記手ユニットの位置を検出する第２位置検出手段を有し、
   前記判定手段は、前記第１位置検出手段により検出される位置と前記第２位置検出手段により検出される位置との差が閾値を超えているか否かを判定し、
   前記補正手段は、前記位置の差が閾値を超えていると判定されたときに前記動作検出手段により検出された動作に補正を加え、前記ロボットが補正の加えられた動作を行うよう前記手ユニットの動作を制御する
   ことを特徴とする請求項２に記載のロボットシステム。
4. 前記補正手段は、前記圧力又は位置の差が閾値を超えていると判定されたときに、前記圧力又は位置の差が小さくなるよう補正を加える
   ことを特徴とする請求項３に記載のロボットシステム。
5. 前記手ユニットは、前記操作者の片方の手の２本の指と同じ長さを持ち、部品を把持するための２つの指状部と、前記操作者の片方の手の掌と同じ長さを持ち、前記２つの指状部が連結される掌状部とから構成され、
   前記第１圧力検出手段は、前記操作者の指に取り付けられ、
   前記動作制御手段は、前記第１圧力検出手段により検出される圧力と同じ圧力が前記指状部にかかる状態で前記手ユニットの動作を制御する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のロボットシステム。
6. 前記ロボットは、前記手ユニットを所定の位置に移動させるための腕ユニットを有し、
   前記動作検出手段は、さらに、前記腕ユニットと同じ長さを有し、前記第１圧力検出手段が一端に取り付けられ、自身の位置を検出することが可能な第３位置検出手段を有し、
   前記動作制御手段は、前記第３位置検出手段により検出される位置と同じ位置に前記腕ユニットを移動させるように前記腕ユニットの動作を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載のロボットシステム。
7. ロボットを操作する操作者の動作を検出する動作検出ステップと、
   前記ロボットの動作を制御するロボット制御ステップとを含み、
   前記動作検出ステップでは、前記操作者の手にかかる圧力を検出し、
   前記ロボット制御ステップでは、前記動作検出ステップにより検出される圧力と同じ圧力が前記ロボットの物を掴むための手ユニットにかかる状態で、前記動作検出ステップにより検出された動作と同じ動作を前記ロボットが行うよう前記手ユニットの動作を制御する
   ことを特徴とするロボット制御方法。
8. 前記ロボットは、前記手ユニットを所定の位置に移動させるための腕ユニットを有し、
   前記動作検出ステップでは、さらに、前記腕ユニットと同じ長さを有し、前記操作者の手にかかる圧力を検出する第１圧力検出手段が一端に取り付けられた第３位置検出手段に自身の位置を検出させ、
   前記ロボット制御ステップでは、前記第３位置検出手段により検出される位置と同じ位置に前記腕ユニットを移動させるように前記腕ユニットの動作を制御する
   ことを特徴とする請求項７に記載のロボット制御方法。
9. ロボットを用いて部品を組み合わせ製品の生産を行う製品生産システムであって、
   物を掴むための手ユニットを有するロボットと、
   前記ロボットを操作する操作者の動作を検出する動作検出手段と、
   前記ロボットの動作を制御するロボット制御手段と、
   前記操作者及びロボットのそれぞれに同一種の部品を供給する部品供給手段とを備え、
   前記動作検出手段は、前記操作者の手に取り付けられ、該操作者の手にかかる圧力を検出する第１圧力検出手段を有し、
   前記ロボット制御手段は、前記第１圧力検出手段により検出される圧力と同じ圧力が前記手ユニットにかかる状態で、前記動作検出手段により検出された動作と同じ動作を前記ロボットが行うよう前記手ユニットの動作を制御する動作制御手段を有し、
   前記部品供給手段は、前記手ユニットと部品との位置関係が前記操作者の手と部品との位置関係と同じになるよう部品を供給する
   ことを特徴とする製品生産システム。
10. 前記ロボットは、前記手ユニットを所定の位置に移動させるための腕ユニットを有し、
    前記動作検出手段は、さらに、前記腕ユニットと同じ長さを有し、前記第１圧力検出手段が一端に取り付けられ、自身の位置を検出することが可能な第３位置検出手段を有し、
    前記動作制御手段は、前記第３位置検出手段により検出される位置と同じ位置に前記腕ユニットを移動させるように前記腕ユニットの動作を制御する
    ことを特徴とする請求項９に記載の製品生産システム。
11. ロボットを用いて部品を組み合わせ製品の生産を行う製品生産方法であって、
    ロボットを操作する操作者の動作を検出する動作検出ステップと、
    前記ロボットの動作を制御するロボット制御ステップと、
    前記操作者及びロボットのそれぞれに同一種の部品を供給する供給ステップとを含み、
    前記動作検出ステップでは、前記操作者の手にかかる圧力を検出し、
    前記ロボット制御ステップでは、前記動作検出ステップにより検出される圧力と同じ圧力が前記ロボットの物を掴むための手ユニットにかかる状態で、前記動作検出ステップにより検出された動作と同じ動作を前記ロボットが行うよう前記手ユニットの動作を制御し、
    前記供給ステップでは、前記手ユニットと部品との位置関係が前記操作者の手と部品との位置関係と同じになるよう部品を供給する
    ことを特徴とする製品生産方法。
12. 前記ロボットは、前記手ユニットを所定の位置に移動させるための腕ユニットを有し、
    前記動作検出ステップでは、さらに、前記腕ユニットと同じ長さを有し、前記操作者の手にかかる圧力を検出する第１圧力検出手段が一端に取り付けられた第３位置検出手段に自身の位置を検出させ、
    前記ロボット制御ステップでは、前記第３位置検出手段により検出される位置と同じ位置に前記腕ユニットを移動させるように前記腕ユニットの動作を制御する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の製品生産方法。

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