JP2014176917A

JP2014176917A - ロボット装置

Info

Publication number: JP2014176917A
Application number: JP2013051636A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Shioda; 晃大塩田; Takeshi Okawa; 健大川; Toshiaki Ikeda; 敏章池田
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2014-09-25
Anticipated expiration: 2033-03-14
Also published as: EP2783802A3; JP5672322B2; US20140277732A1; US9327405B2; EP2783802A2; CN104044146A

Abstract

【課題】効率よく線状体の組み付け作業を行う。
【解決手段】ケーブル１００の組み付け作業を行うロボット装置１は、一端が固定されたケーブル１００を把持する把持部１２と、把持部１２がケーブル１００を把持した状態でケーブル１００の他端側を案内領域Ｒ内に案内するアーム本体１１と、アーム本体１１に設けられ、ケーブル１００の他端側と把持部１２との当接を検出する力センサ１３と、力センサ１３によってケーブル１００の他端側と把持部１２との当接が検出されたときに、案内領域Ｒを撮像するカメラ３０と、カメラ３０によって撮像された画像に基づいてケーブル１００の他端の姿勢を検出する画像処理部５３と、を備え、画像処理部５３によって検出されたコネクタ１０１の姿勢に応じてケーブル１００の組み付け作業を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボット装置に関する。

近年、組み立て作業の様々な工程において、ロボット装置を用いる比率が高まってきている。例えば、特許文献１には、ケーブルの先端をコネクタに接続するロボット装置が開示されている。特許文献１に記載されたロボット装置は、カメラによって撮像された画像を処理することによってコネクタの位置を把握し、コネクタにケーブルを接続している。

特許４６５０４１１号

ここで、線状体の組み付け作業を行うロボット装置の分野においては、線状体の端部を素早く把握し、効率よく線状体の組み付け作業を行うことが求められている。

そこで、本発明は、効率よく線状体の組み付け作業を行うことができるロボット装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るロボット装置は、線状体の組み付け作業を行うロボット装置である。このロボット装置は、把持部、アーム本体、力センサ、カメラ、及び、画像処理部を備える。把持部は、一端が固定された線状体を把持する。アーム本体は、把持部が線状体を把持した状態で線状体の他端側を所定の案内領域内に案内する。力センサは、アーム本体に設けられ、線状体の他端側と把持部との当接を検出する。カメラは、力センサによって線状体の他端側と把持部との当接が検出されたときに、案内領域内を撮像する。画像処理部は、カメラによって撮像された画像に基づいて線状体の他端の姿勢を検出する。ロボット装置は、画像処理部によって検出された線状体の他端の姿勢に応じて、線状体の組み付け作業を行う。

本発明によれば、効率よく線状体の組み付け作業を行うことができる。

一実施形態に係るロボット装置を上方から見た概略構成を示す図である。図１の制御部の詳細を示す機能ブロック図である。案内領域とコネクタとの位置関係を示す図である。把持部とコネクタとが当接した状態を示す図である。コネクタの組み付け手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示すように、ロボット装置１は、装置１１０の組み立て作業を行うロボットである。本実施形態では、特に、一端が装置１１０の本体部に固定されたケーブル（線状体）１００の他端を、ロボット装置１によって組み付ける構成について説明する。ロボット装置１は、誘導アーム１０、作業アーム２０、カメラ３０、胴体部４０、及び、制御部５０を含んで構成される。

誘導アーム１０は、アーム本体１１、把持部１２、及び、力センサ１３を含んで構成される。アーム本体１１は、複数の関節を有するアームである。アーム本体１１の基端部は、胴体部４０に接続される。アーム本体１１の先端部には、把持部１２が取り付けられる。アーム本体１１は、各関節を揺動させることで、先端部に取り付けられた把持部１２を、３次元方向の任意の位置に移動させることができる。把持部１２は、ケーブル１００を把持する。

力センサ１３は、アーム本体１１の先端部に設けられ、把持部１２に加わる力を検出する。より詳細には、力センサ１３は、把持部１２に加わる力のうち、アーム本体１１によって動かされる把持部１２のスライド方向とは逆向きの力を検出する。

カメラ３０は、胴体部４０に取り付けられ、所定の案内領域Ｒ（図３参照）内を撮像する。案内領域Ｒについて、詳しくは後述する。なお、カメラ３０を胴体部４０に取り付けるものとしたが、胴体部４０以外にも、例えば、アーム本体１１の先端部近傍に取り付ける等、適宜の場所に取り付けることができる。

作業アーム２０は、ケーブル１００の他端に取り付けられたコネクタ１０１を把持し、例えば、装置１１０の所定の個所に接続する等、ケーブル１００の他端の組み付け作業を行う。

胴体部４０は、誘導アーム１０の基端部、及び、作業アーム２０の基端部をそれぞれ揺動可能に支持する。

制御部５０は、誘導アーム１０及び作業アーム２０の駆動を制御する。具体的には、制御部５０は、誘導アーム１０及びカメラ３０を用いて、ケーブル１００の他端に取り付けられたコネクタ１０１を検出する。そして、制御部５０は、作業アーム２０を用いて、コネクタ１０１を装置１１０の所定の個所に接続する等の組み付け作業を行う。制御部５０は、機能的には図２に示すように、誘導アーム制御部５１、当接判断部５２、画像処理部５３、及び、作業アーム制御部５４を含んで構成される。なお、制御部５０は、物理的には、ＣＰＵ及びメモリ等を備えるコンピュータシステムによって構成される。

誘導アーム制御部５１は、誘導アーム１０の駆動を制御する。具体的には、誘導アーム制御部５１は、ケーブル１００の一端近傍の部位（装置１１０に接続された側の端部近傍の部位）を把持するようにアーム本体１１及び把持部１２を制御する。なお、把持部１２によって把持するケーブル１００の位置（アーム本体１１を動かす位置）は、装置１１０に対するケーブル１００の固定位置を予め把握しておくことにより、推定することができる。なお、ケーブル１００の他端の位置は、ケーブル１００に付いた癖等によってケーブル１００毎に異なっており、正確に推定することは困難である。

誘導アーム制御部５１は、アーム本体１１及び把持部１２を制御し、把持部１２によってケーブル１００を把持した状態でケーブル１００の他端側に向けて把持部１２を所定の軌跡でスライドさせ、所定の案内領域Ｒ内にケーブル１００の他端（コネクタ１０１）を案内する。ここで、案内領域Ｒについて説明する。ケーブル１００の長さは、予め規格或は設計等で定められており、ケーブル１００を把持した状態で把持部１２を所定の軌跡でケーブル１００の他端までスライドさせると、ケーブル１００の他端は所定の領域内に位置する。本実施形態では、図３に示すように、把持部１２を所定の軌跡でスライドさせた場合におけるケーブル１００の他端の位置を含む領域を、案内領域Ｒとする。

但し、ケーブル１００の長さは、公差等によってばらつきが生じている場合がある。ケーブル１００の長さにばらつきが生じている場合、把持部１２を所定の軌跡でスライドさせたときのケーブル１００の他端の位置にもばらつきが生じる。案内領域Ｒは、ケーブル１００の長さにばらつきがある場合であっても、これらのケーブル１００の他端の位置を含むように、予め設定される。

また、誘導アーム制御部５１は、把持部１２を所定の軌跡でスライドさせる際に、コネクタ１０１が設けられたケーブル１００の他端近傍では、把持部１２をスライドさせる速度が遅くなるようにアーム本体１１を制御する。例えば、誘導アーム制御部５１は、ケーブル１００の他端に把持部１２が近づくに従って徐々にスライドの速度を落とす、或は、ある程度までケーブル１００の他端に近づいたときに把持部１２の速度を所定速度に落とす等、ケーブル１００の一端側よりも他端側において、把持部１２をスライドさせる速度が遅くなるようにアーム本体１１を制御する。

また、誘導アーム制御部５１は、当接判断部５２から、把持部１２がケーブル１００の他端までスライドされた旨の通知を受け取ると、把持部１２のスライドを停止させる。

当接判断部５２は、力センサ１３によって検出される把持部１２に加わる力に基づいて、把持部１２がケーブル１００の他端までスライドされたか否かを判断する。ケーブル１００の他端にはコネクタ１０１が設けられている。このため、図４に示すように、ケーブル１００を把持した状態で把持部１２をケーブル１００の他端側に向けてスライドさせると、把持部１２がコネクタ１０１に当接する。

この当接により、把持部１２に対し、把持部１２のスライド方向とは逆向きの大きな力が加わる。当接判断部５２は、把持部１２に対してスライド方向とは逆向きの大きな力が加わったことが力センサ１３によって検出されたきに、把持部１２がコネクタ１０１に当接した、即ち、ケーブル１００の他端まで把持部１２がスライドされたものとして判断する。

当接判断部５２は、ケーブル１００の他端まで把持部１２がスライドされたものとして判断した場合、誘導アーム制御部５１及び画像処理部５３に対して、ケーブル１００の端部まで把持部１２がスライドされた旨の通知を行う。

画像処理部５３は、当接判断部５２から、ケーブル１００の他端まで把持部１２がスライドされた旨の通知を受け取ると、カメラ３０によって撮像された案内領域Ｒを含む画像に基づいて、コネクタ１０１の姿勢を検出する。このコネクタ１０１の姿勢の検出には、既存の画像処理技術を用いることができる。ここでは、コネクタ１０１の傾斜、コネクタ１０１の回転状態等を検出することができる。

作業アーム制御部５４は、作業アーム２０の駆動を制御する。具体的には、作業アーム制御部５４は、画像処理部５３によって検出されたコネクタ１０１の姿勢に基づいて、コネクタ１０１を把持するように作業アーム２０を制御する。そして、作業アーム制御部５４は、コネクタ１０１を装置１１０の所定の個所に接続する等の組み付け作業を行うように作業アーム２０を制御する。

次に、ケーブル１００の他端に設けられたコネクタ１０１の組み付け作業の手順について説明する。図５に示すように、まず、誘導アーム制御部５１は、ケーブル１００の一端近傍の部位が把持部１２によって把持されるように誘導アーム１０を制御する（ステップＳ１０１）。次に、誘導アーム制御部５１は、アーム本体１１を制御し、ケーブル１００を把持した状態でケーブル１００の他端側に向けて把持部１２を所定の軌跡でスライドさせる（ステップＳ１０２）。これにより、案内領域Ｒ内にケーブル１００の他端（コネクタ１０１）が案内される。

次に、当接判断部５２は、力センサ１３の検出結果に基づいて、把持部１２がコネクタ１０１に当接したか否かを判断する（ステップＳ１０３）。把持部１２がコネクタ１０１に当接していないと判断された場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、誘導アーム制御部５１は、上述のステップＳ１０２の処理を行う。一方、把持部１２がコネクタ１０１に当接した、即ち、ケーブル１００の端部まで把持部１２がスライドされたと判断された場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、画像処理部５３は、カメラ３０によって撮像された画像に基づいて、コネクタ１０１の姿勢を検出する（ステップＳ１０４）。

次に、作業アーム制御部５４は、画像処理部５３によって検出されたコネクタ１０１の姿勢に基づいて、コネクタ１０１を把持するように作業アーム２０を制御し、ケーブル１００の他端の組み付け作業を行う（ステップＳ１０５）。

本実施形態は以上のように構成され、ロボット装置１は、把持部１２によってケーブル１００を把持した状態で把持部１２をスライドさせることによってケーブル１００のコネクタ１０１を案内領域Ｒ内に案内する。そして、ロボット装置１は、力センサ１３によって把持部１２とコネクタ１０１との当接が検出されたときに、カメラ３０によって撮像された画像に基づいてコネクタ１０１の姿勢を検出する。ロボット装置１は、検出されたコネクタ１０１の姿勢に基づいて作業アーム２０によってコネクタ１０１を把持し、ケーブル１００の他端の組み付け作業を行う。このように、把持部１２をスライドさせることで案内領域Ｒ内にケーブル１００のコネクタ１０１を案内することができ、案内領域Ｒの画像に基づいてコネクタ１０１の姿勢を容易に検出することが可能となる。

例えば、把持部１２を用いてコネクタ１０１を案内領域Ｒに案内しない場合には、コネクタ１０１の位置が不明であるため、案内領域Ｒよりも広い領域を撮像し、広範囲の画像に基づいてコネクタ１０１を探すといった処理が必要となる。これに対し、本実施形態では、上述したように案内領域Ｒの画像に基づいてコネクタ１０１の姿勢を検出することができるため、画像処理を短時間で行うことができる。

このように、本実施形態に係るロボット装置１では、効率よくケーブル１００の組み付け作業を行うことができる。

誘導アーム制御部５１は、把持部１２を所定の軌跡でスライドさせる際に、コネクタ１０１が設けられたケーブル１００の他端近傍では、把持部１２をスライドさせる速度が遅くなるようにアーム本体１１を制御する。これにより、把持部１２がコネクタ１０１に当接したときに、コネクタ１０１に加わる力が小さくなり、コネクタ１０１がケーブル１００の他端から脱落したり、コネクタ１０１が破損したりするといった不具合の発生を抑制することができる。

ロボット装置１は作業アーム２０を備えているので、コネクタ１０１の姿勢が検出された後、作業アーム２０によってコネクタ１０１を把持して素早くケーブル１００の組み付け作業を行うことができる。また、誘導アーム１０の把持部１２によってケーブル１００が把持された状態で、作業アーム２０によってコネクタ１０１を把持することができるので、コネクタ１０１の位置ずれが生じることがなく、作業アーム２０によって容易にコネクタ１０１を把持することができる。このように、コネクタ１０１の位置を検出するために用いられる誘導アーム１０と、ケーブル１００の組み付け作業を行う作業アーム２０とを備えることで、ロボット装置１は、より一層効率よくケーブル１００の組み付け作業を行うことができる。

力センサ１３の検出結果を用いて、ケーブル１００の他端に設けられたコネクタ１０１に把持部１２が当接したことを検出する。このように、把持部１２がコネクタ１０１に当接したことを力センサ１３によって検出することで、把持部１２がケーブル１００の他端までスライドされたことを容易に検出することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ケーブル１００の他端に設けられたコネクタ１０１に把持部１２が当接したことを検出するものとしたが、コネクタ１０１以外にも、ケーブル１００の他端に凸部等を設けておき、この凸部等と把持部１２とが当接したことを検出する等、適宜の凸部等を設けてケーブル１００の他端まで把持部１２がスライドされたことを検出してもよい。

また、把持部１２をスライドさせる速度を、ケーブル１００の他端側では遅くするものとしたが、例えば遅い速度で把持部１２をスライドさせる場合等、一定速度で把持部１２をスライドさせてもよい。

作業アーム２０を用いてケーブル１００の他端の組み付け作業を行うものとしたが、作業アーム２０を設けなくてもよい。この場合、ケーブル１００の他端を検出した後、誘導アーム１０を移動させてケーブル１００の他端の位置を所定位置に揃える作業、或は、ケーブル１００を一旦、所定の位置に置き、誘導アーム１０の把持部１２でコネクタ１０１を把持し直して所定の位置にケーブル１００の他端を設置する等、誘導アーム１０によってケーブル１００の組み付け等の作業を行うこともできる。

把持部１２によってケーブル１００が把持されているか否かを検出するセンサを設けてもよい。この場合には、把持部１２による把持の失敗時等に、素早く把持動作をやり直すことができる。

ロボット装置１は、ケーブル１００の組み付け作業を行う場合を例に説明したが、ケーブル１００以外の線状体（例えば、ホース等）の組み付け作業を行うこともできる。

１…ロボット装置、１０…誘導アーム、１１…アーム本体、１２…把持部、１３…力センサ、２０…作業アーム、３０…カメラ、５３…画像処理部、１００…ケーブル（線状体）、１０１…コネクタ。

Claims

線状体の組み付け作業を行うロボット装置であって、
一端が固定された前記線状体を把持する把持部と、
前記把持部が前記線状体を把持した状態で前記線状体の他端側を所定の案内領域内に案内するアーム本体と、
前記アーム本体に設けられ、前記線状体の他端側と前記把持部との当接を検出する力センサと、
前記力センサによって前記線状体の他端側と前記把持部との当接が検出されたときに、前記案内領域内を撮像するカメラと、
前記カメラによって撮像された画像に基づいて前記線状体の他端の姿勢を検出する画像処理部と、を備え、
前記画像処理部によって検出された前記線状体の他端の姿勢に応じて前記線状体の組み付け作業を行うロボット装置。
前記アーム本体は、前記線状体の一端側よりも他端側において、前記把持部をスライドさせる速度を遅くする、請求項１に記載のロボット装置。
前記画像処理部によって検出された前記線状体の他端の姿勢に基づいて前記線状体の他端を把持し、前記線状体の組み付け作業を行う作業アームを更に備える、請求項１又は２に記載のロボット装置。
前記線状体の他端には、コネクタが設けられ、
前記力センサは、前記コネクタと前記把持部との当接を検出する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボット装置。
前記アーム本体は、前記把持部を前記線状体の他端側に向けて所定の軌跡でスライドさせて、前記線状体の他端側を前記所定の案内領域内に案内する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のロボット装置。