JP2013226602A

JP2013226602A - 産業用機械システム

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Publication number: JP2013226602A
Application number: JP2012098432A
Authority: JP
Inventors: Takamichi Komatsu; 嵩宙小松; Naoto Masunaga; 直人増永
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2013-11-07

Abstract

【課題】複数の産業機械が複数の作業位置で協調動作を行う産業機械システムにおいて、効率よく協調座標系を切り替えることができるロボット制御装置を提供する。
【解決手段】複数の産業機械が複数の位置関係をとりうる産業機械システムにおいて、ロボット制御装置は、協調座標系を表現する協調原点データと作業方向データの組み合わせを複数個記憶する協調座標系データ記憶部を備え、教示プログラムとして記憶する情報の一部として、予め協調座標系データ記憶部に記憶された作業位置ごとの協調座標系データの中で、どの協調座標系データを使用するかについての情報を定義しておくことで、複数の作業位置での作業においても、適切な協調座標系で協調動作を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１の産業用機械と第２の産業用機械を、作業者による教示情報に基づいて協調して動作させる産業用機械システムに関するものである。

近年、産業用機械システムに対して、より多種多様で、かつ、複雑なワークへの作業の対応が求められている。特に、多品種少量生産への適用や、設備装置の設置の抑制のため、ワークごとに固有の治具を用いないで、複数の産業用機械がそれぞれ作業用ツールやワークを把持し、協調して動作する産業用機械システムが導入されている場合が多い。

図１３は、複数の産業用機械を組み合わせた産業用機械システムの一例を示す図である。この例において、作業ツール２０４を把持している第１の産業用機械であるマニピュレータ２０１は、第２の産業用機械であるポジショナ２０２に固定されるワークＷに対して、作業を行う。ポジショナ２０２は、第３の産業用機械である自走式移動装置２０３に固定されており、自走式移動装置２０３を駆動することで、ポジショナ２０２の位置を移動させることが可能である。

このシステムでは、ポジショナ２０２の位置が図中の矢印Ａで示す位置において、ワークＷがポジショナ２０２に固定される。そして、矢印Ｂの方向に自走式移動装置２０３を動作させてポジショナ２０２の位置を移動させ、ポジショナ２０２を所定の位置に位置決めした後、マニピュレータ２０１は、ポジショナ２０２に固定されたワークＷに対して、ポジショナ２０２との協調動作を用いた作業を行う。

ここで、協調動作とは、ワークＷが固定されているポジショナ２０２の回転中心を座標原点とする協調座標系において、マニピュレータ２０１とポジショナ２０２とを連携させて動作を行うことである。なお、マニピュレータ２０１とポジショナ２０２の両者を動作させながらでも、協調座標系上において一定の速度や補間形態を保ちながら作業を行うことが可能である。そのため、ポジショナ２０２を動作させながら作業を行わなければならないワークＷに対しては極めて有効な動作である。

このポジショナ２０２の協調座標系を生成するためには、マニピュレータ２０１とポジショナ２０２との姿勢を含む相対位置の情報が必要である。

しかし、従来は、このポジショナ２０２に対する協調座標系を１つしか有することができなかった。そのため、ワーク毎に異なる作業位置を設定しており、協調動作を行わせるためには、作業位置を切り替えるたびに、マニピュレータ２０１とポジショナ２０２の相対位置情報を更新し、協調座標系を再生成する必要があった。

この問題を解決する方法として、教示プログラムの教示データとして登録されている命令により、第１の産業用機械と第２の産業用機械との相対位置情報を切り替え、切り替えた情報から、協調原点データと作業方向データを計算し、自動運転中で協調座標系を切り替えることで、複数の作業位置での協調動作を実現する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３８６６６１７号公報

しかし、従来の方法では、１つの教示プログラムの中で教示データの一部である命令を用いて複数の協調座標系を切り替えるため、１つの教示プログラムの命令位置の前後によって動作が全く異なってしまう。そのため、教示者は、命令の位置を意識して作業を行う必要があり、作業効率が悪くなってしまうという問題があった。

また、マニピュレータとポジショナの位置関係を複数とりうる必要がある場合は、教示プログラムそのものを分けた方が、管理が容易である。そのため、１つの教示プログラムの中で座標系を切り替える必要性はあまり重要ではなく、教示プログラムで作業内容や使用する座標系を管理できる方が重要である。

そこで、本発明は、複数の作業位置を取り得る複数の産業用機械間において、それぞれの作業位置に適した協調動作をさせるため、協調動作を産業用機械に行わせるために必要となる協調原点データと作業方向データを予め複数個記憶しておく。また、教示プログラムの情報の一部として教示プログラムの中で使用する協調座標系を定義しておく。これらにより、協調動作を用いる教示プログラムの教示作業効率の向上と、作業内容と使用する協調座標系の管理を教示プログラムの単位で容易にするロボット制御装置を提供することを目的とする。

なお、協調原点データとは、マニピュレータ座標系から見たポジショナの回転中心位置のデータである。また、作業方向データとは、マニピュレータ座標系から見たポジショナのＸ方向とＹ方向とＺ方向の単位ベクトルである。

上記課題を解決するために、本発明の産業用機械システムは、第１の産業用機械と、前記第１の産業用機械に対する作業位置を複数位置とりうる第２の産業用機械とを、作業者による教示情報に基づいて協調して動作させる産業用機械システムであって、複数の教示プログラムを記憶する記憶部と、複数の教示プログラムの中から１つの教示プログラムを選択する選択部を備え、各教示プログラムは、使用する産業用機械の組み合わせに関する情報と、作業位置を複数位置とりうる前記第２の産業用機械の各作業位置に対応した協調座標系に関する情報を有し、前記記憶部に記憶されている複数の教示プログラムの中から実行する教示プログラムを選択して切り替えることで、使用する産業用機械の組み合わせと前記第２の産業用機械の協調座標系を切り替え、複数の作業位置で協調動作を行うものである。

また、本発明の産業用機械システムは、複数の産業用機械を有し、１つの産業用機械と、前記１つの産業用機械に対する作業位置を複数位置とりうる他の産業用機械とを、作業者による教示情報に基づいて協調して動作させる産業用機械システムであって、複数の教示プログラムを記憶する記憶部と、複数の教示プログラムの中から１つの教示プログラムを選択する選択部を備え、各教示プログラムは、使用する産業用機械の組み合わせに関する情報と、作業位置を複数位置とりうる前記他の産業用機械の各作業位置に対応した協調座標系に関する情報を有し、前記記憶部に記憶されている複数の教示プログラムの中から実行する教示プログラムを選択して切り替えることで、使用する産業用機械の組み合わせと前記他の産業用機械の協調座標系を切り替え、複数の作業位置で協調動作を行うものである。

また、本発明の産業用機械システムは、上記に加えて、協調座標系は、１つの産業用機械の座標系から見た他の産業用機械の座標系であり、前記協調座標系は、協調原点データと作業方向データを有するものである。

また、本発明の産業用機械システムは、上記に加えて、協調原点データは、１つの産業用機械の座標系から見た他の産業用機械の座標系の中心位置のデータであり、作業方向データは、前記１つの産業用機械の座標系から前記他の産業用機械の座標系のＸ方向とＹ方向とＺ方向の単位ベクトルである。

また、本発明の産業用機械システムは、上記に加えて、産業用機械は産業用機械移動装置に載置され、前記産業用機械は、動作プログラムに基づいて、前記産業用機械移動装置により作業位置が移動されるものである。

また、本発明の産業用機械システムは、上記に加えて、産業用機械は、多関節型の産業用ロボットあるいはポジショナである。

以上のように、本発明は、教示プログラムの情報の一部として教示プログラム内で使用する協調座標系の情報を定義することで、教示者は、教示プログラム内での作業は固有の協調座標系にて作業を行うことが可能となるため、作業効率の向上と教示プログラムの管理が容易となる効果が期待できる。

（ａ）本発明の実施の形態１における産業機械システムの外観を示す図（ｂ）本発明の実施の形態１における産業機械システムの概略構成を示す図（ａ）本発明の実施の形態１におけるワーク据え付け／取り外し時のマニピュレータとポジショナの位置関係を示す図（ｂ）本発明の実施の形態１におけるワークＷａに対する作業を行うときのマニピュレータとポジショナの位置関係を示す図（ｃ）本発明の実施の形態１におけるワークＷｂに対する作業を行うときのマニピュレータとポジショナの位置関係を示す図本発明の実施の形態１における作業ツールとポジショナの位置関係を示す図本発明の実施の形態１における協調座標系を示す図本発明の実施の形態１における教示プログラムの構成を示す図本発明の実施の形態１における教示プログラムの基本属性情報の設定画面を示す図本発明の実施の形態１における協調動作の軌跡を示す図本発明の実施の形態１におけるプレイバック動作時のフローチャート本発明の実施の形態１における自動運転時のフローチャート（ａ）本発明の実施の形態１の２軸のポジショナへの適用を示す図（ｂ）本発明の実施の形態１を２台のマニピュレータでの協調動作への適用を示す図本発明の実施の形態２における産業機械システムの概略構成を示す図本発明の実施の形態２における教示プログラムの基本属性情報の設定画面を示す図従来の産業機械システムにおける課題を説明するための図

以下、本発明の実施の形態について、図１から図１２を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１における、マニピュレータ１０１とポジショナ１０２とを用いて協調して動作を行わせる産業機械システムの一例を示す図である。図１（ａ）は、産業機械システムの外観を示す図である。図１（ｂ）は、産業機械システムの概略構成を示す図である。

図１の産業機械システムは、マニピュレータ１０１と、ポジショナ１０２と、自走式移動装置１０３と、マニピュレータ１０１とポジショナ１０２の動作を制御する制御装置１１１と、マニピュレータ１０１やポジショナ１０２に関する教示作業やプレイバック動作の運転制御を行うためのティーチペンダント１２１と、自走式移動装置１０３の動作を制御する外部制御装置（図示せず）等で構成される。

ポジショナ１０２は、自走式移動装置１０３の可動部に固定されている。自走式移動装置１０３を駆動することで、ポジショナ１０２の位置を移動させることが可能である。

マニピュレータ１０１には、溶接トーチやハンド開閉装置など、産業機械システムの使用目的に応じて用いられる作業ツール１０４が取り付けられている。

図１に示す産業機械システムでは、ポジショナ１０２が図２（ａ）に示す位置にある状態でワークＷがポジショナ１０２に据付される。その後、自走式移動装置１０３を作業位置に駆動させ、すなわち、ポジショナ１０２を作業位置に移動させ、マニピュレータ１０１とポジショナ１０２を協調動作させながらワークＷに対して各種作業を行う。その後、自走式移動装置１０３を駆動させてポジショナ１０２を再び図２（ａ）に示す位置に移動させ、作業が完了したワークＷがポジショナ１０２から取り外される。産業機械システムは、例えばこのような作業工程を行うことを目的としている。

また、作業位置は、ワークの形状や作業内容に応じて、図２（ｂ）や図２（ｃ）に示すように、適切な位置に位置決めされる。作業位置の例として、図２（ｂ）に示すように、形状の大きいワークＷａは、マニピュレータ１０１との距離をある程度とった位置に位置決めされる。形状の小さいワークＷｂは、図２（ｃ）に示すように、マニピュレータ１０１との距離が近い位置に位置決めされる。

本実施の形態１では、図２（ｂ）に示すポジショナ１０２の位置を作業位置１とし、図２（ｃ）に示すポジショナ１０２の位置を作業位置２とし、以降の説明を行う。また、図２（ｂ）において、Σｒとは、マニピュレータ１０１の据付基準位置を座標原点とするマニピュレータ座標系である。また、Ｘｒ、Ｙｒ、Ｚｒは、マニピュレータ座標系ΣｒのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を表現する単位ベクトルである。また、Σｗ１とは、作業位置１におけるポジショナ１０２の回転中心Ｏｗ１を座標原点とする協調座標系であり、Ｘｗ１、Ｙｗ１、Ｚｗ１は、協調座標系Σｗ１のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を表現する単位ベクトルである。

同様に、図２（ｃ）において、Σｗ２とは、作業位置２におけるポジショナ１０２の回転中心Ｏｗ２を座標原点とする協調座標系であり、Ｘｗ２、Ｙｗ２、Ｚｗ２は、協調座標系Σｗ２のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を表現する単位ベクトルである。

それぞれの作業位置における協調座標系Σｗ１や協調座標系Σｗ２をマニピュレータ座標系Σｒで表現する方法については、後述する。

次に、図１に示す制御装置１１１について説明する。制御装置１１１は、外部の機器であるティーチペンダント１２１や外部制御装置（図示せず）、または、外部から入出力によってプレイバック動作や作業ワークの指示を行うための外部起動装置（図示せず）との通信を行う外部機器通信部１１２と、マニピュレータ１０１の動作の制御を行うためにＣＰＵやメモリなどによって構成される演算部１１３と、教示者が教示した内容を教示プログラムとして複数個記憶するための教示データ記憶部１１４と、ポジショナ１０２の協調座標系を算出するために必要となるマニピュレータ１０１の位置データとポジショナ１０２の回転角度データを複数個記憶するための位置データ記憶部１１５と、位置データ記憶部１１５に記憶された複数個の位置データから算出されるマニピュレータ１０１とポジショナ１０２との間の協調座標系を表現するための協調原点データと作業方向データの組を複数個記憶する協調座標系データ記憶部１１６と、演算部１１３によって算出された位置にマニピュレータ１０１に取り付けられた作業ツール１０４の作業点を位置決め制御する制御駆動部１１７と、ポジショナ１０２を位置決め制御する制御駆動部１１８を備えている。

なお、協調原点データとは、マニピュレータ座標系Σｒから見たポジショナ１０２の回転中心位置のデータである。また、作業方向データとは、マニピュレータ座標系Σｒから見たポジショナ１０２のＸ方向とＹ方向とＺ方向の単位ベクトルである。

次に、図１（ｂ）に示すティーチペンダント１２１について説明する。ティーチペンダント１２１は、制御装置１１１と通信を行う通信部１２２と、各種設定データを表示するデータ表示部１２３と、各種データを設定するデータ設定部１２４と、マニピュレータ１０１などを作業者が任意の位置に移動操作するための機器操作部１２５と、制御装置１１１の教示データ記憶部１１４に記憶される教示プログラムから任意のファイルを選択してプレイバック動作を起動するためのプレイバック動作起動部１２６を備えている。

次に、以上の構成を用いて、複数の作業位置におけるポジショナ１０２の協調座標系を設定する方法について説明する。

まず、自走式移動装置１０３によりポジショナ１０２を図２（ｂ）に示す作業位置１に移動させた状態において、マニピュレータ１０１とポジショナ１０２の相対位置関係を調べる。そのため、ポジショナ１０２の回転平面上に基準点Ｐ１を設け、マニピュレータ１０１の先端に取り付けられた作業ツール１０４の姿勢を、ポジショナ１０２の回転平面に対して垂直となるように固定したままの状態で、図３に示すように基準点Ｐ１をとるようにマニピュレータ１０１とポジショナ１０２を動作させる。この状態において、この基準点Ｐ１をとることができる位置のマニピュレータ１０１の据付中心位置を原点としたマニピュレータ座標系Σｒでの作業ツール１０４の先端の座標（Ｘｒ１１、Ｙｒ１１、Ｚｒ１１）と、ポジショナ１０２の所定の角度基準位置からの回転角度である角度φ１１を、位置データ記憶部１１５に、位置データ１１５ａとして記憶する。

同様に、基準点Ｐ１をとることができるマニピュレータ１０１の位置とポジショナ１０２の角度を、位置データ１１５ｂ（Ｘｒ１２、Ｙｒ１２、Ｚｒ１２、φ１２）、位置データ１１５ｃ（Ｘｒ１３、Ｙｒ１３、Ｚｒ１３、φ１３）として記憶する。

次に、自走式移動装置１０３によりポジショナ１０２を図２（ｃ）に示す作業位置２に移動させた状態において、作業位置１と同様の作業を作業位置２に関しても行う。そして、作業位置２におけるポジショナ１０２との相対位置関係を求めるための位置データ１１５ｄ（Ｘｒ２１、Ｙｒ２１、Ｚｒ２１、φ２１）、位置データ１１５ｅ（Ｘｒ２２、Ｙｒ２２、Ｚｒ２３、φ２２）、位置データ１１５ｆ（Ｘｒ２３、Ｙｒ２３、Ｚｒ２３、θ２３）として位置データ記憶部１１５に記憶させておく。

以上では、複数の作業位置における協調座標系を生成するための位置データの取得方法について説明した。次に、取得した位置データを用いて、複数の協調座標系を生成する方法について説明する。

まず、図２（ｂ）に示す作業位置１におけるポジショナ１０２の協調座標系を生成する方法について説明する。図４に示すように、位置データ記憶部１１５に記憶した位置データ１１５ａ、位置データ１１５ｂ、位置データ１１５ｃの３点の位置データの情報から、ポジショナ１０２の回転中心の座標（Ｘｗ１＿ｏ、Ｙｗ１＿ｏ、Ｚｗ１＿ｏ）を求めることができる。この座標が作業位置１におけるポジショナ１０２の協調原点データＯｗ１となる。

次に、協調原点データＯｗ１を通り、３点の位置データから求めることができる平面に対する法線ベクトルを求め、その単位ベクトルとしたものが作業位置１におけるポジショナ１０２の協調座標系のＺ軸を表現するＺ軸ベクトルＺｗ１となる。

また、協調原点データＯｗ１を通り１点目の位置データ１１５ａに向かう単位ベクトルが、作業位置１におけるポジショナ１０２の協調座標系のＸ軸を表現するＸ軸ベクトルＸｗ１となる。また、Ｚ軸ベクトルＺｗ１とＸ軸ベクトルＸｗ１との外積として求まるベクトルが、ポジショナ１０２の協調座標系のＹ軸を表現するＹ軸ベクトルＹｗ１となる。この協調座標系Σｗ１を表現するための３ベクトル（Ｘｗ１、Ｙｗ１、Ｚｗ１）が、作業位置１におけるポジショナ１０２との作業方向データＶｗ１となる。

以上より、図２（ｂ）に示す作業位置１におけるポジショナ１０２の協調座標系を表現する協調原点データＯｗ１と作業方向データＶｗ１とを算出することができた。従って、これらのデータを、協調座標系データ１１６ａとして、協調座標系データ記憶部１１６に保存する。なお、協調座標系データは、マニピュレータ座標系Σｒを基準とする値である。

また、協調座標系を保存するときに、座標系も、名称として、“作業位置１”と座標系の名称を登録しておく。このようにしておくことで、後でこの座標系データが何を示すデータであるかを容易に確認することができる。

同様の作業を、図２（ｃ）に示す作業位置２についても行い、作業位置２の協調座標系を表現する協調原点データＯｗ２と作業方向データＶｗ２を算出し、これらのデータを協調座標系データ１１６ｂとして協調座標系データ記憶部１１６に保存する。また、この協調座標系の名称を“作業位置２”として登録しておく。

次に、生成した協調座標系を使用して、作業位置１および作業位置２での教示プログラムを作成する方法について説明する。

本実施の形態１における制御装置１１１で使用する教示プログラムは、図５に示すように、基本属性情報部と、教示データ部によって構成される。また、基本属性情報部は、さらに、機器組み合わせ情報部と協調データ情報部によって構成される。基本属性情報部では、制御装置１１１で駆動可能な機器の中でどの機器を駆動するプログラムにするか、また、協調動作を使用する場合はどの複数個生成された協調座標系の中でどの座標系を使用するかを設定する。

ティーチペンダント１２１により教示プログラムの新規作成を行うと、データ表示部１２３には、図６に示すように、基本属性情報部を設定する画面が表示される。本実施の形態１では、まず、使用する機器として、マニピュレータ１０１とポジショナ１０２を使用するので、両方の機器を使用すると設定する。また、使用する協調座標系として、使用する機器としてポジショナ１０２を使用するため、予め生成されている“作業位置１“の協調座標系と“作業位置２“の協調座標系を選択することが可能となる。ここでは、作業位置１での教示プログラムを作成するため、“作業位置１“を選択する。

この後、作業者が教示プログラムを作成するが、この教示プログラムの作成中にティーチペンダント１２１の機器操作部１２５により協調動作を行った場合、この協調動作は、作業位置１で生成された協調座標系を用いる。例えば、協調動作にてポジショナ１０２を回転させた場合、作業ツール１０４の協調座標系上での位置が一定となるように、マニピュレータ１０１に取り付けられた作業ツール１０４は、図７に示すように、ポジショナ１０２につれて動作することになる。

教示データとして、作業位置１での作業を行うために教示された教示位置や、各教示された位置で実行される各種命令などが登録される。教示データの登録が終了すると、この教示プログラム１１４ａは、教示データ記憶部１１４に記憶される。

次に、図２（ｃ）に示す作業位置２での教示プログラムの作成方法について説明する。作業位置２での教示プログラムを作成する場合も、作業位置１の場合と同様、基本属性情報部の内容を設定する。しかし、作業位置２での作業は、協調座標系として“作業位置２“の協調座標系を選択する点が、作業位置１の場合の作業とは異なる。

以降の作業は、作業位置１での作業と同じであるので、説明を省略する。作業位置２での教示作業が終了すると、この教示プログラム１１４ｂは教示データ記憶部１１４に記憶される。

次に、記憶された教示データをプレイバック動作する方法について、作業位置１での教示プログラム１１４ａを例として、図８を用いて説明する。ティーチペンダント１２１のプレイバック動作起動部１２６、あるいは、制御装置１１１に取り付けられた外部起動装置（図示せず）によりプレイバック動作が開始されると、まず、教示プログラムの読み出しをオープンする処理が行われる（ＳＴＥＰ１２）。ここでは、教示プログラム１１４ａが、教示データ記憶部１１４から読み出される。

次に、読み出した教示プログラムより、機器組み合わせ情報の読み出し処理が行われ（ＳＴＥＰ１３）、使用する機器を駆動する準備が行われる。なお、教示プログラム１１４ａでは、マニピュレータ１０１とポジショナ１０２が設定されている。そのため、この処理によってマニピュレータ１０１とポジショナ１０２を駆動することが可能となる。

次に、協調座標系情報の読み出し処理が行われる（ＳＴＥＰ１４）。この処理によって、教示プログラムで使用する座標系が設定されることになる。教示プログラム１１４ａでは、作業位置１と名称付けられた協調座標系を使用すると設定されているため、制御装置１１１の演算部１１３は、協調座標系データ記憶部１１６より、“作業位置１“と名称付けられた協調座標系データ１１６ａを読み出し、演算のパラメータとして設定する。

以上が、教示プログラム１１４ａの基本属性情報部の読み出し処理となり、以降は教示データ部を参照して処理を行っていく。教示データの処理では、まず、教示データ部より命令の読み出し（ＳＴＥＰ１５）と命令実行処理実行（ＳＴＥＰ１７）を、教示データが終了するまで（ＳＴＥＰ１６でＹｅｓ判定となるまで）繰り返し行う。

ここで、マニピュレータ１０１とポジショナ１０２を協調動作させる命令を読み出した場合は、次の流れで処理を行う。

先ず、マニピュレータ座標系Σｒで表現された教示データを、一般的に知られている座標変換によって、協調座標系Σｗ１に変換する。次に、教示データとして記憶されている移動速度や補間形態などから、協調座標系Σｗ１上にて、マニピュレータ１０１に取り付けられた作業ツール１０４の先端の動作軌跡を算出する。次に、算出された軌跡を再びマニピュレータ座標系Σｒにて変換し、マニピュレータ１０１およびポジショナ１０２を、変換した軌跡で動作するように駆動する。

このような処理を行うことで、作業ツール１０４が協調座標系上にて所定の速度や補間形態で動作を行うように、マニピュレータ１０１およびポジショナ１０２を動作させることが可能となる。

また、ＳＴＥＰ１６にてＹｅｓ判定となり、プログラム終了となった場合は、教示プログラム１１４ａのファイルクローズ処理（ＳＴＥＰ１８）が行われ、プレイバック動作が終了となる（ＳＴＥＰ１９）。

以上が、記憶された教示データをプレイバック動作する方法であった。

次に、これらの内容を用いて、図２（ｂ）に示す作業位置１での作業と、図２（ｃ）に示す作業位置２での作業とを、自動で切り替えて行う方法について説明する。

本実施の形態１では、作業位置１での作業を行う教示プログラム１１４ａと、作業位置２での作業を行う教示プログラム１１４ｂと、作業位置１および作業位置２での作業を切り替えるなど全体の作業工程を管理する教示プログラム１１４ｃを用いて行う。なお、教示プログラム１１４ｃは、機器を駆動せず、協調動作も使用しないプログラムである。

では、本実施の形態１の作業工程全体の処理の流れを、図８および図９のフローチャートを用いて説明する。まず、図９にて自動運転が開始されると（ＳＴＥＰ２１）、教示プログラム１１４ｃがオープンされ、図８のフローチャートで示した基本属性情報部の読み出し処理が行われる。基本属性情報部の処理が完了すると、教示データの実行処理に移る。

教示プログラム１１４ｃでは、まず、外部制御装置に対して、外部機器通信部１１２を通じてワーク据付位置への動作指令を行い（ＳＴＥＰ２２）、ワーク据付位置への移動が完了するまで待機する。外部制御装置は、制御装置１１１の外部機器通信部１１２を介して指令を受けたら、自走式移動装置１０３をワーク据付位置に位置決め制御を行う。位置決めが完了したら制御装置１１１に対して完了通知を行う。

自走式移動装置１０３の移動が完了すると、ＳＴＥＰ２３の判定にてＹｅｓ判定となり、次は、ワーク据付が完了するまで待機する（ＳＴＥＰ２４）。ここで作業者は、ワーク据付位置にてワークの据付作業を実施する。据付が完了したら、外部起動装置を通じて外部機器通信部１１２に対して据え付けたワークの種類と据え付けが完了したことを制御装置１１１に対して通知する。

以降の処理は、据え付けられたワークによって処理が異なるため、据え付けられたワークが、ワークＷａの場合と、ワークＷｂの場合とに分けて説明する。

先ず、ワークＷａの場合について説明する。

据え付けられたワークがワークＷａの場合、ＳＴＥＰ２５の判定にてＹｅｓ判定となる。ＳＴＥＰ２５にてＹｅｓ判定となった場合は、ＳＴＥＰ２６の処理となり、自走式移動装置を作業位置１に位置決めするよう、外部機器通信部１１２を通じて作業位置１への動作指令を行い（ＳＴＥＰ２６）、作業位置１への移動が完了するまで待機する。外部制御装置は、制御装置１１１から指令を受けたら、自走式移動装置１０３、すなわち、ポジショナ１０２を作業位置１に位置決めするように制御を行う。位置決めが完了したら制御装置１１１に対して完了通知を行い、ＳＴＥＰ２７の判定にてＹｅｓ判定となる。

ＳＴＥＰ２７の判定にてＹｅｓ判定となると、ＳＴＥＰ２８の処理となり、現在処理を行っている教示プログラム１１４ｃとは異なる教示プログラムを呼び出す命令にて教示プログラム１１４ａが呼び出され、実行権が教示プログラム１１４ａに移る。

教示プログラム１１４ａが呼び出されたときの処理については、図８のフローチャートを用いて説明する。教示プログラム１１４ａが呼び出されると、機器組み合わせ情報と、協調座標系情報が読み出される。ここで、作業位置１における協調座標系データ１１６ａが演算のパラメータとして設定され、作業位置１においてマニピュレータ１０１とポジショナ１０２とが協調動作を行うことが可能となる。

以降は、図８のフローチャートに示すように、教示プログラム１１４ａの作業内容が完了するまで教示データの処理が行われる。

作業内容がすべて完了し、図８のＳＴＥＰ１６にてプログラム終了となると、教示プログラムのクローズ処理が行われ（ＳＴＥＰ１８）、再び教示プログラム１１４ｃに実行権が移り、図９のＳＴＥＰ２８の処理が完了したことになる。また、このとき、教示プログラム１１４ｃの基本属性情報部が再び読み出され、使用する機器の組み合わせ情報や協調座標系情報は、教示プログラム１１４ｃのものとなる。すなわち、使用する機器の組み合わせ情報は無く、また、協調座標系情報も無い状態となる。

ＳＴＥＰ２８の処理が完了すると、自走式移動装置１０３に対して、再びワーク据付位置への移動指令を行い、ワークの取り外し完了を待つ（ＳＴＥＰ３３〜ＳＴＥＰ３５）。作業者がワークの取り外しを完了すると、自動運転を終了するか継続するかの判断となり、終了する場合はＳＴＥＰ３７となり自動運転が終了となる。一方、継続を選択した場合は再びＳＴＥＰ２２へと処理が戻る。

次に、ワークＷｂの場合について説明する。

据え付けられたワークがワークＷｂの場合、ＳＴＥＰ２５の判定にてＮｏ判定となり、ＳＴＥＰ２９の判定にてＹｅｓ判定となる。ＳＴＥＰ２９にてＹｅｓ判定となった場合はＳＴＥＰ３０の処理となり、自走式移動装置１０３を作業位置２に位置決めするよう外部機器通信部１１２を通じて、作業位置２への動作指令を行い（ＳＴＥＰ３０）、作業位置２への移動が完了するまで待機する。外部制御装置は、指令を受けたら、自走式移動装置１０３、すなわち、ポジショナ１０２を作業位置２に位置決めする制御を行う。位置決めが完了したら、制御装置１１１に対して完了通知を行い、ＳＴＥＰ３１の判定にてＹｅｓ判定となる。

ＳＴＥＰ３１の判定にてＹｅｓ判定となると、ＳＴＥＰ３２の処理となり、現在処理を行っている教示プログラム１１４ｃとは異なる教示プログラムを呼び出す命令にて教示プログラム１１４ｂが呼び出され、実行権が教示プログラム１１４ｂに移る。

教示プログラム１１４ｂが呼び出されたときの処理の流れについては、前述の教示プログラム１１４ａが呼び出されたときと同様であるので、詳細な説明は省略する。しかし、教示プログラム１１４ａのときと異なる点としては、協調座標系情報が読み出されることにより作業位置２における協調座標系データ１１６ｂが演算のパラメータとして設定され、作業位置２においてマニピュレータ１０１とポジショナ１０２とが協調動作を行うことが可能となる。

作業位置２での作業内容がすべて完了し、図８のＳＴＥＰ１６にてプログラム終了となると、教示プログラムのクローズ処理が行われ（ＳＴＥＰ１８）、再び教示プログラム１１４ｃに実行権が移り、図９のＳＴＥＰ２８の処理が完了したことになる。また、このとき、教示プログラム１１４ｃの基本属性情報部が再び読み出され、使用する機器の組み合わせ情報や協調座標系情報は教示プログラム１１４ｃのものとなる。以降の処理についても、ワークＷａの場合と同様であるため、説明を省略する。

次に、本実施の形態１の作用について説明する。

本実施の形態１では、予め、複数の作業位置においてマニピュレータ１０１とポジショナ１０２とで協調動作を行うために必要となる「協調原点データ」と「作業方向データ」の組によって構成される協調座標系情報を記憶しておき、教示プログラムの情報として使用する協調座標系を選択することで、教示プログラムと使用する協調座標系との関係付けがされている。そのため、教示プログラムを開くことで、その作業位置に適した協調座標系を自動で設定することができ、教示中に協調動作を用いて教示作業を行うことが可能となり、教示作業を効率よく行うことができる。

また、教示内容と協調座標系を関連付けることで、異なる作業位置での作業内容をそれぞれ別の教示プログラムとして記憶しておくことが可能であるので、作業内容を教示プログラム単位で管理することが可能となる。

また、記憶する協調座標系には座標系の名称を設けることが可能である。従って、教示者が協調座標系情報を後から確認したときでも、容易に識別することが可能である。

また、自動運転時のプレイバック動作においても、教示プログラムを別の教示プログラムから呼び出した場合であっても、呼び出した教示プログラムに応じて使用する協調座標系を切り替えることが可能であるため、効率よく自動運転を行うことが可能となる。

なお、本実施の形態１では、１つの制御装置１１１にてマニピュレータ１０１とポジショナ１０２を駆動制御し、協調動作をおこなう例を示した。しかし、２つの制御装置を通信線によって接続し、位置情報と指令情報を通信線による通信によって制御装置間で共有することで、マニピュレータ１０１とポジショナ１０２をそれぞれ別の制御装置で駆動制御するようにしてもよい。

また、本実施の形態１では、１軸のポジショナ１０２とマニピュレータ１０１とを協調動作させる形態を説明した。しかし、図１０（ａ）に示すように、１軸のポジショナ１０２を複数個組み合わせて構成される２軸以上のポジショナと協調動作をさせるようにしてもよい。

また、マニピュレータ１０１とポジショナ１０２との協調動作だけではなく、図１０（ｂ）に示すように、マニピュレータ１０１同士の協調動作を行うようにしてもよい。

（実施の形態２）
図１１は、本実施の形態２における、マニピュレータ１０１とポジショナ１０２とポジショナ１０２ａを用いて協調して動作を行わせる産業機械システムの一例を示す図である。本実施の形態２において、実施の形態１と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態１と異なる点は、ポジショナ１０２と自走式移動装置１０３と同様の設備として、ポジショナ１０２ａと自走式移動装置１０３ａも備えている点である。

本実施の形態２の産業機械システムは、１つのポジショナ１０２を用いて行う実施の形態１での作業を、ポジショナ１０２やポジショナ１０２ａといった複数のポジショナを用いて行う。そして、作業中でないポジショナは、ワークの据付やワークの取り外し作業を作業者が行うことで、自動運転の効率化を図ることを目的としている。つまり、実施の形態１で示した“作業位置１”と“作業位置２“に加えて、新たなポジショナ１０２ａと自走式移動装置１０３ａで行う“作業位置３”と“作業位置４”をとる。

マニピュレータ１０１とポジショナ１０２ａとの間で協調座標系を生成するため、実施の形態１と同様に、協調座標系を算出するための位置データの取得や、協調座標系の算出を行う。

実施の形態１と同様の手順で作業位置３の協調座標系を表現する協調原点データＯｗ３と作業方向データＶｗ３を算出し、これらのデータを協調座標系データ１１６ｃとして協調座標系データ記憶部１１６に保存する。また、この協調座標系の名称を“作業位置３”として登録しておく。

また、作業位置４の協調座標系を表現する協調原点データＯｗ４と作業方向データＶｗ４を算出し、これらのデータを協調座標系データ１１６ｄとして協調座標系データ記憶部１１６に保存する。また、この協調座標系の名称を“作業位置４”として登録しておく。

次に、マニピュレータ１０１と新たなポジショナ１０２ａとで作業を行う教示プログラムを作成する。

ティーチペンダント１２１により教示プログラムの新規作成を行うと、データ表示部１２３には、図１２に示すように、基本属性情報部の内容を設定する画面が表示される。本実施の形態２では、ポジショナ１０２ａを追加しているため、図１２に示すように、ポジショナ２という項目が追加されている。まず、使用する機器としてマニピュレータ１０１と追加したポジショナ２（ポジショナ１０２ａ）を使用するので、両者を設定する。予め記憶されている協調座標系としては、“作業位置１“、“作業位置２“、“作業位置３“、“作業位置４“が存在する。そして、マニピュレータ１０１とポジショナ１０２ａとで使用可能な協調座標系は“作業位置３“または、“作業位置４“のどちらかが設定可能となる。同様に、マニピュレータ１０１とポジショナ１０２を使用する場合は“作業位置１“または、“作業位置２“の協調座標系を選択することが可能となる。

ここでは、実施の形態１と同様に、作業位置３での作業を行う教示プログラム１１４ｄと作業位置４での作業を行う教示プログラム１１４ｅを作成し、教示データ記憶部１１４に記憶する。

次に、本実施の形態２において、作成した協調座標系を切り替える方法について、図８のフローチャートを用いて説明する。ここでは、例として、教示プログラム１１４ａを開いたときと、教示プログラム１１４ｄを開いたときを用いて説明する。

先ず、教示プログラム１１４ａの場合について説明する。

教示プログラム１１４ａを開いた場合（ＳＴＥＰ１２）、まず、機器組み合わせ情報を読み出すことで、マニピュレータ１０１とポジショナ１０２が駆動機器として設定される。

また、協調座標系情報を読み出すことで協調座標系データ記憶部１１６より作業位置１での協調座標系のデータである協調座標系データ１１６ａが読み出され、演算パラメータとして設定される。

以降はマニピュレータ１０１とポジショナ１０２とで教示プログラム１１４ａに記憶されている教示データに基づいて、マニピュレータ１０１とポジショナ１０２との協調動作など、作業位置１での作業を行う。

次に、教示プログラム１１４ｄの場合について説明する。

教示プログラム１１４ｄを開いた場合（ＳＴＥＰ１２）、まず、機器組み合わせ情報を読み出すことで、マニピュレータ１０１とポジショナ１０２ａが駆動機器として設定される。また、協調座標系情報を読み出すことで、協調座標系データ記憶部１１６より作業位置３での協調座標系のデータである協調座標系データ１１６ｃが読み出され、演算パラメータとして設定される。

以降はマニピュレータ１０１とポジショナ１０２ａとで教示プログラム１１４ｄに記憶されている教示データに基づいて、マニピュレータ１０１とポジショナ１０２ａとの協調動作など、作業位置３での作業を行う。

以上、異なる機器の組み合わせにおいて、協調座標系を、教示プログラムを開くことで切り替える方法について説明した。本実施の形態２における自動運転においても、実施の形態１と同様に、教示プログラムを呼び出すことで使用する協調座標系を切り替えることが可能である。

次に、本実施の形態２の作用について説明する。

本実施の形態２では、予め複数の機器の組み合わせにおける複数の作業位置において、マニピュレータ１０１とポジショナ１０２、または、マニピュレータ１０１とポジショナ１０２ａとで、協調動作を行うために必要となる「協調原点データ」と「作業方向データ」の組によって構成される協調座標系情報を記憶しておき、教示プログラムの情報として使用する協調座標系を選択することで、教示プログラムと使用する協調座標系の関係付けを行っている。

そのため、複数の機器を用いた複雑な産業機械システムにおいても、教示プログラムによって使用する協調座標系を切り替えることが可能となり、より自動運転の効率を上げることが可能となる。

本発明によれば、協調座標系を教示プログラム単位で切り替えることができ、例えば複数の産業機械が複数の作業位置にて協調動作を行う産業機械システム等に用いるロボット制御装置として産業上有用である。

１０１マニピュレータ
１０２ポジショナ
１０３自走式移動装置
１０４作業ツール
１１１制御装置
１１２外部機器通信部
１１３演算部
１１４教示データ記憶部
１１５位置データ記憶部
１１６協調座標系データ記憶部
１１７制御駆動部
１１８制御駆動部
１２１ティーチペンダント
１２２通信部
１２３データ表示部
１２４データ設定部
１２５機器操作部
１２６プレイバック動作起動部

Claims

第１の産業用機械と、前記第１の産業用機械に対する作業位置を複数位置とりうる第２の産業用機械とを、作業者による教示情報に基づいて協調して動作させる産業用機械システムであって、
複数の教示プログラムを記憶する記憶部と、
複数の教示プログラムの中から１つの教示プログラムを選択する選択部を備え、
各教示プログラムは、使用する産業用機械の組み合わせに関する情報と、作業位置を複数位置とりうる前記第２の産業用機械の各作業位置に対応した協調座標系に関する情報を有し、
前記記憶部に記憶されている複数の教示プログラムの中から実行する教示プログラムを選択して切り替えることで、使用する産業用機械の組み合わせと前記第２の産業用機械の協調座標系を切り替え、複数の作業位置で協調動作を行う産業用機械システム。
複数の産業用機械を有し、１つの産業用機械と、前記１つの産業用機械に対する作業位置を複数位置とりうる他の産業用機械とを、作業者による教示情報に基づいて協調して動作させる産業用機械システムであって、
複数の教示プログラムを記憶する記憶部と、
複数の教示プログラムの中から１つの教示プログラムを選択する選択部を備え、
各教示プログラムは、使用する産業用機械の組み合わせに関する情報と、作業位置を複数位置とりうる前記他の産業用機械の各作業位置に対応した協調座標系に関する情報を有し、
前記記憶部に記憶されている複数の教示プログラムの中から実行する教示プログラムを選択して切り替えることで、使用する産業用機械の組み合わせと前記他の産業用機械の協調座標系を切り替え、複数の作業位置で協調動作を行う産業用機械システム。
協調座標系は、１つの産業用機械の座標系から見た他の産業用機械の座標系であり、前記協調座標系は、協調原点データと作業方向データを有する請求項１または２記載の産業用機械システム。
協調原点データは、１つの産業用機械の座標系から見た他の産業用機械の座標系の中心位置のデータであり、作業方向データは、前記１つの産業用機械の座標系から前記他の産業用機械の座標系のＸ方向とＹ方向とＺ方向の単位ベクトルである請求項３記載の産業用機械システム。
産業用機械は産業用機械移動装置に載置され、前記産業用機械は、動作プログラムに基づいて、前記産業用機械移動装置により作業位置が移動される請求項１から４のいずれか１項に記載の産業用機械システム。
産業用機械は、多関節型の産業用ロボットあるいはポジショナである請求項１から５のいずれか１項に記載の産業用機械システム。