JP2011167831A - 加工システム及び加工方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】加工機12が取り付けられたロボット11は、ワーク2の加工対象の目標位置41までの移動動作と、加工対象に対する加工動作とを行う。ロボット移動機構14は、ロボット11を、搬送台車18により搬送されているワーク2と並走するように移動させる。ロボット制御装置17は、同期センサ15の検出結果を用いてロボット移動機構14の移動を制御し、視覚センサ13又は同期センサ15の検出結果を用いてロボット11の位置決め制御を実行する。
【選択図】図1
Description
加工装置のアームは、移動動作をすることによって、ワーク内の加工対象に加工機の先端を近接させる。すると、加工装置の加工機は、加工対象に対して、ボルト締めや溶接等の加工動作をする。
ところが、アームを移動させて加工機の先端位置を目標位置に近接させる制御(以下、「位置決め制御」と称する)では、アームの先端又は加工機に取り付けられたカメラ等が視覚センサとして用いられ、当該視覚センサにより検出された加工対象の情報が、フィードバック情報として用いられている。
このため、加工機による加工動作の最中やその直前においては、視覚センサが加工対象を検出できない場合がある。
このような場合には、有効なフィードバック情報が得られず、位置決め制御の精度が悪化する。位置決め制御の精度の悪化は、加工機の先端の位置と加工対象の位置との誤差が大きくなることを意味するため、加工機による加工精度の悪化も招く。
搬送されるワーク(例えば実施形態におけるワーク2)の加工対象(例えば実施形態における目標位置41の加工対象)に対して所定の加工を行う加工システム(例えば実施形態における加工システム1)において、
前記ワークを搬送する搬送手段(例えば実施形態における搬送台車18)と、
前記ワークの前記加工対象までの移動動作と、前記加工対象に対する加工動作とを行う加工手段(例えば実施形態における加工機12が取り付けられたロボット11)と、
前記加工手段を、前記搬送手段により搬送されている前記ワークと並走するように移動させる移動手段(例えば実施形態におけるロボット移動機構14)と、
前記加工手段に取り付けられて、前記加工対象の位置を検出する加工対象検出手段(例えば実施形態における視覚センサ13)と、
前記移動手段に取り付けられて、前記搬送手段の特定位置を検出する搬送検出手段(例えば実施形態における同期センサ15)と、
前記搬送検出手段の検出結果を用いて前記移動手段の移動を制御し、前記加工対象検出手段又は前記搬送検出手段の検出結果を用いて前記加工手段の移動動作を制御する制御手段(例えば実施形態におけるロボット制御装置17)と、
を備えることを特徴とする。
即ち、例えば加工手段による加工動作の最中やその直前において、加工対象検出手段の検出結果が得られない場合や、得られたとしても精度の悪い検出結果である場合、加工対象検出手段に代えて、搬送検出手段の検出結果を用いて、加工手段の位置決め制御を実行することができる。
これにより、加工手段による加工動作の最中やその直前においても、加工手段の位置決め制御の精度が向上し、ひいては加工手段の加工精度も向上する。
前記制御手段は、所定の条件が満たされた場合、前記加工手段の移動動作の制御に用いる情報を、前記加工対象検出手段と前記搬送検出手段とのうちの一方の検出結果から他方の検出結果に切り替える切替手段(例えば実施形態におけるフィードバック切替部64)を有する、
ようにすることができる。
前記切替手段は、前記加工手段の移動動作の制御に前記加工対象検出手段の検出結果が用いられている状態で、前記所定の条件として、前記加工対象検出手段が検出不能であるという条件が満たされた場合、前記加工手段の移動動作の制御に用いる情報を、前記搬送検出手段の検出結果に切り替える、
ようにすることができる。
即ち、例えば加工手段による加工動作の最中やその直前において、加工対象検出手段の検出結果が得られない場合や、得られたとしても精度の悪い検出結果である場合、加工対象検出手段に代えて、搬送検出手段の検出結果を用いて、加工手段の位置決め制御を実行することができる。
これにより、加工手段による加工動作の最中やその直前においても、加工手段の位置決め制御の精度が向上し、ひいては加工手段の加工精度も向上する。
図1は、本発明の一実施形態に係る加工システム1の概略外観構成を示す側面図である。
例えば、加工システム1は、自動車の生産ラインのうち連続搬送ラインに配設され、連続搬送されている自動車のボディ等をワーク2として、ワーク2に対して、溶接やボルト締め等の各種加工を行う。
アーム22は、多関節マニュピュレータとして構成されている。即ち、アーム22は、関節31a乃至31dと、連結部材32a乃至32eと、各関節31a乃至31dを回転させるサーボモータ(図示せず)と、サーボモータの位置、速度、電流等の各種状態を検出する検出器(図示せず)と、を備える。
各サーボモータによる各関節31a乃至31dの回転動作と、それらの回転動作に連動する各連結部材32a乃至32eの移動動作との組み合わせにより、アーム22の全体の動作、即ちロボット11の全体の動作が実現される。
視覚センサ13は、加工機12の先端の方向に対して、画角の範囲内にある被写体を撮影する。以下、視覚センサ13により撮影された被写体の画像を、「撮影画像」と称する。
後述するロボット制御装置17は、撮影画像の画像データに対して画像処理を施すことで、視覚センサ13の位置を原点とする座標系(以下、「カメラ座標系」と称する)における目標位置41の座標を容易に求めることができる。なお、以下、カメラ座標系における目標位置41の座標を、「視覚センサ位置」と称する。
同期センサ15による検出位置の座標は、特に限定されないが、本実施形態では、ロボット移動機構14の所定位置を原点とする座標系、例えばロボットベース21の中心位置を原点とする座標系(以下、「ロボット座標系」と称する)が採用されている。
換言すると、本実施形態では、同期センサ15は、ロボット移動機構14(ロボットベース21)からみた搬送台車18(検出対象物51)の相対位置の座標(以下、「同期センサ位置」と称する)を検出する。
同期センサ15により検出された同期センサ位置は、後述するロボット制御装置17に供給され、ロボット移動機構14を搬送台車18と同期して移動させる制御(以下、「搬送台車18との同期制御」と称する)において、フィードバック情報として用いられる。
さらに、同期センサ位置は、必要に応じて、ロボット11の位置決め制御のフィードバック情報として用いられる。位置決め制御の詳細については、図2以降の図面を参照して後述する。
ロボット制御装置17はまた、加工機12に対する加工条件を変更する制御や、加工機12の加工動作の制御を実行する。加工条件とは、例えば、加工機12が溶接機である場合には溶接に必要な電流等の条件をいう。
図2は、ロボット制御装置17の機能的構成例を示す機能ブロック図である。
即ち、ロボット移動機構制御部62は、同期センサ位置が一定となるように、ロボット移動機構14のT方向の移動動作を制御する。
例えば、フィードバック切替部64は、デフォルトとして、視覚センサ位置取得部63から視覚センサ位置を入力し、フィードバック情報としてロボット位置制御部65に供給する。
その後、所定の切替条件が満たされた場合、例えば加工機12による加工動作の直前等において、視覚センサ13の撮影画像内に目標位置41の加工対象が含まれなくなった場合、フィードバック切替部64は、入力を視覚センサ位置取得部63側から同期センサ位置取得部61側に切り替える。
そして、フィードバック切替部64は、同期センサ位置取得部61から同期センサ位置を入力し、フィードバック情報としてロボット位置制御部65に供給する。
即ち、ロボット位置制御部65は、フィードバック情報から、加工機12の先端の位置と目標位置41との偏差を求め、この偏差を無くすように、ロボット11(より正確にはアーム22)の移動動作を制御する。
即ち、ロボット位置制御部65は、視覚センサ位置に基づいて、T方向、B方向、及びH方向の全ての方向の偏差を求める。そして、ロボット位置制御部65は、当該偏差に基づいて、T方向、B方向、及びH方向の全ての方向の移動指令を生成し、ロボット駆動装置16に供給する制御を、ロボット11の位置決め制御として実行する。
移動指令が供給されたロボット駆動装置16は、上述したように、この移動指令に従って、ロボット11を移動させることによって、加工機12の先端を目標位置41に近接させる。
即ち、本実施形態では、デフォルトのロボット11の位置決め制御として、視覚センサ13の撮影画像から得られる視覚センサ位置をフィードバック情報として用いる制御(以下、「視覚サーボ制御」と称する)が採用されている。
このような視覚サーボ制御の結果、上述の偏差が無くなると、ロボット位置制御部65による視覚サーボ制御は停止し、ロボット11の移動動作が一旦停止する。
この場合、ロボット11からみてワーク2が相対的に静止しているならば、視覚サーボ制御の結果として、加工機12の先端の位置と目標位置41とは略一致している。ロボット移動機構14に対する、搬送台車18との同期制御は継続しているため、ロボット11からみてT方向についてのワーク2の相対的な動きは無いとみなしてよい。しかしながら、搬送台車18により搬送されているワーク2は、ロボット11からみてB方向又はY方向に揺れる場合がある
そこで、フィードバック情報として同期センサ位置が供給されている場合、ロボット位置制御部65は、B方向及びH方向のロボット11の位置決め制御を実行することによって、B方向又はY方向のワーク2の揺れに起因する誤差を補正する。
即ち、ロボット位置制御部65は、同期センサ位置に基づいて、B方向及びH方向の偏差を求める。そして、ロボット位置制御部65は、当該偏差に基づいて、B方向及びH方向の移動指令を生成し、ロボット駆動装置16に供給する制御を、ロボット11の位置決め制御として実行する。
移動指令が供給されたロボット駆動装置16は、上述したように、この移動指令に従って、ロボット11を移動させることによって、加工機12の先端を目標位置41に近接させる。
図3は、ロボット制御装置17のハードウェアの構成例を示すブロック図である。
通信部109は、視覚センサ13との間で行う通信と、ロボット移動機構14との間で行う通信と、同期センサ15との間で行う通信と、ロボット駆動装置16との間で行う通信と、インターネットを含むネットワークを介して他の装置(図示せず)との間で行う通信と、をそれぞれ制御する。なお、これらの通信は、図1の例では有線通信とされているが、無線通信であってもよい。
詳細には、図5において、上から順に、搬送台車18の動作期間、ロボット移動機構14の動作期間、ロボット移動機構14の移動の制御に同期センサ15の同期センサ位置が用いられる期間、加工機12が取り付けられたロボット11の動作期間、ロボット11の位置決め制御に同期センサ15の同期センサ位置が用いられる期間、及び、ロボット11の位置決め制御に視覚センサ13の視覚センサ位置が用いられる期間のそれぞれを示すタイミングチャートが図示されている。
例えば図5の例では、時刻t1にロボット移動処理が開始する。
即ち、CPU101は、同期センサ位置が予め設定された規定位置となるように、ロボット移動機構14のT方向の移動動作の制御を実行する。
ステップS2の判定手法は、特に限定されないが、本実施形態では、同期センサ位置が規定位置を維持するようになったとき、追跡が完了したと判定する手法が採用されている。
即ち、ステップS1,S2NOのループ処理が繰り返されることで、CPU101の制御の下、ロボット移動機構14による搬送台車18の追跡が行われる。
即ち、CPU101は、同期センサ位置が規定位置を維持するように、ロボット移動機構14のT方向の移動動作の制御を開始する。
切替条件は特に限定されないが、本実施形態では、視覚センサ位置から同期センサ位置への切替条件として、上述の如く、視覚センサ13の撮影画像に目標位置41の加工対象が含まれなくなったこと、即ち視覚センサ位置を求めることができなくなったこと、という条件が採用されている。
従って、視覚センサ13の撮影画像に目標位置41の加工対象が含まれており、視覚センサ位置を求めることができる間は、ステップS6においてNOであると判定されて、処理はステップS7に進む。
ステップS7の判定条件は特に限定されないが、本実施形態では、ワーク2の加工対象に対する加工機12の加工動作が終了して、加工機12の先端の位置がデフォルトの位置に戻ったとき、ロボット11の位置決め制御も終了したと判定される。
従って、加工機12の加工動作が開始する前又は加工動作が継続中の場合には、ステップS7においてNOであると判定されて、処理はステップS5に戻り、それ以降の処理が繰り返される。
即ち、加工機12の加工動作が開始する前であって、視覚センサ13の撮影画像に目標位置41の加工対象が含まれており、視覚センサ位置を求めることができる間は、ステップS5,S6NO,S7NOのループ処理が繰り返されて、ロボット11の位置決め制御として、T方向、B方向、及びH方向の全方向についての視覚センサ位置を用いた視覚サーボ制御が実行される。
例えば図5の例では、ロボット11についてのタイミングチャートのうち、「移動」と記述されている時刻t2乃至t3の期間において、ロボット11の位置決め制御として、T方向、B方向、及びH方向の全方向についての視覚センサ位置を用いた視覚サーボ制御が実行される。
このような視覚サーボ制御の結果、上述の偏差が無くなると、視覚サーボ制御は停止し、ロボット11の移動動作が一旦停止する。
例えば図5の例では、ロボット11についてのタイミングチャートのうち、「加工」と記述されている時刻t3乃至t4の期間において、加工機12の加工動作が行われる。
ステップS8において、CPU101は、フィードバック情報を、視覚センサ位置から同期センサ位置に切り替える。
そして、処理はステップS5に戻され、それ以降の処理が繰り返される。
従って、視覚センサ13の撮影画像に目標位置41の加工対象が含まれておらず、視覚センサ位置を求めることができない間は、ステップS5,S6NO,S7NOのループ処理が繰り返されて、B方向及びH方向についての同期センサ位置を用いたロボット11の位置決め制御が実行される。
ここで、図5の例では、ワーク2には2つの加工対象が存在するものとされている。このため、時刻t4において、1つ目の加工対象に対する加工機12の加工動作が終了すると、ロボット11についてのタイミングチャートのうち、「移動」と記述されている時刻t4乃至t6の期間において、ロボット11は、加工機12の先端を2つ目の加工対象の目標位置41に近接させるように、移動動作をする。
ただし、時刻t5までの間は、加工機12の先端の位置は、2つ目の加工対象の目標位置41から大きくずれているため、視覚センサ13の撮影画像には2つ目の加工対象は含まれておらず、視覚センサ位置を求めることができない。
従って、時刻t5までの間は、ステップS5,S6NO,S7NOのループ処理が繰り返されて、B方向及びH方向についての同期センサ位置を用いたロボット11の位置決め制御が実行される。
ステップS8において、CPU101は、フィードバック情報を、同期センサ位置から視覚センサ位置に再度切り替える。
そして、処理はステップS5に戻され、それ以降の処理が繰り返される。即ち、ステップS5,S6NO,S7NOのループ処理が繰り返されて、ロボット11の位置決め制御として、T方向、B方向、及びH方向の全方向についての視覚センサ位置を用いた視覚サーボ制御が実行される。
このような視覚サーボ制御の結果、図5の例では時刻t6に、上述の偏差が無くなり、視覚サーボ制御は停止し、ロボット11の移動動作が一旦停止する。
ステップS8において、CPU101は、フィードバック情報を、視覚センサ位置から同期センサ位置に切り替える。
そして、処理はステップS5に戻され、それ以降の処理が繰り返される。即ち、時刻t6乃至時刻t7までの加工動作の最中においては、ワーク2のB方向又はH方向の揺れ分を補正するために、B方向及びH方向についての同期センサ位置を用いたロボット11の位置決め制御が実行される。
上述したように、図5の例では、ワーク2には2つの加工対象が存在するものとされている。このため、時刻t7において、2つ目の加工対象に対する加工機12の加工動作が終了すると、ワーク2全体に対する加工動作も終了することになる。
そこで、ロボット11についてのタイミングチャートのうち、「移動」と記述されている時刻t7乃至t8の期間において、ロボット11は、加工機12の先端をデフォルトの位置に戻すように、移動動作をする。
従って、時刻t8までの間は、当然ながら、視覚センサ13の撮影画像には加工対象は含まれておらず、視覚センサ位置を求めることができない。このため、時刻t8までの間も、ステップS5,S6NO,S7NOのループ処理が繰り返されて、B方向及びH方向についての同期センサ位置を用いたロボット11の位置決め制御が実行される。
ステップS9において、CPU101は、ロボット移動機構14に対する、搬送台車18との同期制御を終了させる。
ステップS10において、CPU101は、ロボット移動機構14をデフォルト位置に移動させる制御を実行する。
これにより、ロボット移動処理は終了となる。
ロボット制御装置17は、視覚センサ13の検出結果のみならず、同期センサ15の検出結果も用いて、ロボット11の位置決め制御を実行することができる。
即ち、例えば加工機12による加工動作の最中やその直前において、視覚センサ13の検出結果が得られない場合や、得られたとしても精度の悪い検出結果である場合、ロボット制御装置17は、視覚センサ13に代えて、同期センサ15の検出結果を用いて、ロボット11の位置決め制御を実行することができる。
これにより、加工機12による加工動作の最中やその直前においても、ロボット11の位置決め制御の精度が向上し、ひいては加工機12の加工精度も向上する。
2 ワーク
11 ロボット
12 加工機
13 視覚センサ
14 ロボット移動機構
15 同期センサ
16 ロボット駆動装置
17 ロボット制御装置
18 搬送台車
21 ロボットベース
22 アーム
41 目標位置
61 同期センサ位置取得部
62 ロボット移動機構制御部
63 視覚センサ位置取得部
64 フィードバック切替部
65 ロボット位置制御部
66 加工制御部
Claims (4)
- 搬送されるワークの加工対象に対して所定の加工を行う加工システムにおいて、
前記ワークを搬送する搬送手段と、
前記ワークの前記加工対象までの移動動作と、前記加工対象に対する加工動作とを行う加工手段と、
前記加工手段を、前記搬送手段により搬送されている前記ワークと並走するように移動させる移動手段と、
前記加工手段に取り付けられて、前記加工対象の位置を検出する加工対象検出手段と、
前記移動手段に取り付けられて、前記搬送手段の特定位置を検出する搬送検出手段と、
前記搬送検出手段の検出結果を用いて前記移動手段の移動を制御し、前記加工対象検出手段又は前記搬送検出手段の検出結果を用いて前記加工手段の移動動作を制御する制御手段と、
を備える加工システム。 - 前記制御手段は、所定の条件が満たされた場合、前記加工手段の移動動作の制御に用いる情報を、前記加工対象検出手段と前記搬送検出手段とのうちの一方の検出結果から他方の検出結果に切り替える切替手段を有する、
請求項1に記載の加工システム。 - 前記切替手段は、前記加工手段の移動動作の制御に前記加工対象検出手段の検出結果が用いられている状態で、前記所定の条件として、前記加工対象検出手段が検出不能であるという条件が満たされた場合、前記加工手段の移動動作の制御に用いる情報を、前記搬送検出手段の検出結果に切り替える、
請求項2に記載の加工システム。 - 搬送されるワークの加工対象に対して所定の加工を行う加工システムの加工方法において、
前記ワークを搬送する搬送手段と、
前記ワークの前記加工対象までの移動動作と、前記加工対象に対する加工動作とを行う加工手段と、
前記加工手段を、前記搬送手段により搬送されている前記ワークと並走するように移動させる移動手段と、
前記加工手段に取り付けられて、前記加工対象の位置を検出する加工対象検出手段と、
前記移動手段に取り付けられて、前記搬送手段の特定位置を検出する搬送検出手段と、
を備える前記加工システムが、
前記搬送検出手段の検出結果を用いて前記移動手段の移動を制御するステップと、
前記加工対象検出手段又は前記搬送検出手段の検出結果を用いて前記加工手段の移動動作を制御するステップと、
を含む加工方法。
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