JP2014176922A - ロボットシステムおよび被加工物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】
ワークハンドリング作業の効率向上が図られたロボットシステム及び被加工物の製造方法を提供する。
【解決手段】
ロボットシステム1においては、第1のカメラ122Rを有する右アーム120Rと、第2のカメラ122Lを有する左アーム120Lと、アーム120R、120Lによって保持されるべきワークWを複数収納するストッカ300と、アーム120R、120Lを有する双腕ロボット100を制御するロボットコントローラ20とを備えており、上述したように、ロボットコントローラ200は、それぞれがカメラを備える右アーム120Rと左アーム120Lとを協調させて、ワークの形状認識および保持状態の検出を効率よくおこない、ワークハンドリング作業の効率向上を実現している。
【選択図】図1
ワークハンドリング作業の効率向上が図られたロボットシステム及び被加工物の製造方法を提供する。
【解決手段】
ロボットシステム1においては、第1のカメラ122Rを有する右アーム120Rと、第2のカメラ122Lを有する左アーム120Lと、アーム120R、120Lによって保持されるべきワークWを複数収納するストッカ300と、アーム120R、120Lを有する双腕ロボット100を制御するロボットコントローラ20とを備えており、上述したように、ロボットコントローラ200は、それぞれがカメラを備える右アーム120Rと左アーム120Lとを協調させて、ワークの形状認識および保持状態の検出を効率よくおこない、ワークハンドリング作業の効率向上を実現している。
【選択図】図1
Description
本発明は、ロボットシステムおよび被加工物の製造方法に関する。
近年、ストッカ内にランダムに収納された(いわゆる、バラ積みされた)ボルト等の同一形状のワークをストッカから取り出してハンドリングさせるビンピッキング技術が種々提案されている。
かかる技術では、ストッカ内のワークの形状認識(3次元的な位置及び姿勢の認識)をおこなった後、その認識結果に基づき、保持すべきワークが決定されてストッカから取り出される。
ただし、ビンピッキングにおいては、ストッカ内でワーク同士が複雑に重なり合い、ワークの保持される部位が埋没する等の理由で、適切な状態でワークを保持できない事態が生じうる。その結果、保持したワークを適切な保持状態で次工程に送ることができず、ワークハンドリング作業の精度が低下する虞がある。
そのため、形状センサによるストッカ内のワークの形状認識とは別に、保持したワークの保持状態が適切であるか否かを検出する必要がある。
発明者らは、鋭意研究の末、形状センサによるストッカ内のワークの形状認識と保持したワークの保持状態の検出とを効率よくおこなう技術を見出した。
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、ワークハンドリング作業の効率向上が図られたロボットシステム及び被加工物の製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係るロボットシステムは、第1のセンサを有する第1のロボットと、第2のセンサを有する第2のロボットと、第1のロボットおよび第2のロボットによって保持されるべきワークを複数収納するストッカと、第1のロボットおよび第2のロボットを制御する制御装置とを備え、制御装置が、第1のロボットがワークを保持したときに、第1のセンサにストッカ内のワークの形状を認識させるとともに、第2のセンサに第1のロボットが保持したワークの保持状態を検出させる。
本発明に係る被加工物の製造方法は、上記ロボットシステムを用いて得られたワークを用いて、被加工物を得る。
本発明によれば、ワークハンドリング作業の効率向上が図られたロボットシステム及び被加工物の製造方法が提供される。
以下、添付図面を参照しつつ、実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
図1に示すように、ロボットシステム1は、双腕ロボット100と、双腕ロボットを制御するロボットコントローラ200と、ストッカ300とを備えており、ストッカ300内のワークWが双腕ロボット100により1つずつ把持(保持)されるように構成されている。
双腕ロボット100とロボットコントローラ200は、相互通信可能にケーブルハーネス2で接続されている。なお、双腕ロボット100とロボットコントローラ200を無線で接続してもよいし、ロボットコントローラ200を双腕ロボット100に内蔵してもよい。
双腕ロボット100は、基台101と、胴体110と、右アーム(第1のロボット)120Rおよび左アーム(第2のロボット)120Lとを有する。以下の説明における「上下」は、基台101が水平面上に設置された場合の方向を意味する。
胴体110は、基台101の上端部に取り付けられている。胴体110は、基台101に内蔵されたアクチュエータ11により駆動され、鉛直な軸線L1を中心に旋回する。
胴体110の上端部には、アーム120L、120Rを支持するアーム支持部110aが形成されている。アーム支持部110aは、水平に横たわる円柱状の外形を呈する。アーム支持部110aの中心軸線L2は、胴体110の旋回軸線L1に対し平面視で一方側にずれている。以下の説明における「前後左右」は、旋回軸線L1に対し中心軸線L2がずれている方を前方とした場合の方向を意味する。
2本のアーム120L,120Rは、アーム支持部110aの両端部にそれぞれ取り付けられている。各アーム120L、120Rは、4つの軸線(L3〜L6)周りに回動可能な多関節構造を有しており、いずれも上述した軸線L1、L2を含めて6自由度の移動が可能となっている。
各アーム120R、120Lは、図2に示すように、その先端に保持装置121R、121Lをそれぞれ備えている。
保持装置121R、121Lは、それぞれ一対の指部材123R、123Lを有している。各指部材123R、123Lは、その延在方向が、保持装置121R、121Lの延在方向と平行になるように取り付けられている。また、各指部材123R、123Lは、アクチュエータによって互いの間隔を拡縮して開閉可能に構成されている。なお、保持装置121R、121Lは、アクチュエータによって、その延在方向に沿う軸線周りに回動可能に構成されている。このような指部材123R、123Lの開閉動作や保持装置121R、121Lの回動も、ロボットコントローラ200によって制御される。
保持装置121R、121Lには、それぞれカメラ122R、122Lが取り付けられている。すなわち、右アーム120Rの保持装置121Rには、第1のカメラ122Rが取り付けられ、左アーム120Lの保持装置121Lには、第2のカメラ122Lが取り付けられている。カメラ122R、122Lは、その撮像軸が、保持装置121R、121Lの延在方向と平行になるように取り付けられている。そのため、保持装置121R、121Lの延在方向、各指部材123R、123Lの延在方向、カメラ122R、122Lの撮像軸は互いに平行になっている。
カメラ122R、122Lは、三次元カメラであり、画像(画素配置データ)および画像上の距離情報を得ることができる。カメラ122R、122Lには、図示しないカメラコントローラが内蔵されており、このカメラコントローラにより、撮像した画像の解析処理がおこなわれる。この画像の解析処理には、後述するストッカ300内のワークWの形状認識およびワークW1の把持状態の検出が含まれる。
ストッカ300は、金属や樹脂等で形成された箱であり、内部には複数のワークWが無作為に配置(バラ積み)されている。ストッカ300にバラ積みされるワークWは、図1では立方体状として示しているが、その他の形状(ボルト状や棒状、球状など)であってもよい。また、ワークWは、数十個や数百個が多段に積まれることもあるが、実施形態では、説明および図示の便宜上、一段もしくは二段に積まれた数個のワークWのみを示している。さらに、ストッカ300は、仕切部302により、右アーム120Rで把持されるべきワークWと、左アーム120Lで把持されるべきワークWとを分けて収容されてもよい。右アーム120Rで把持されるべきワークWと、左アーム120Lで把持されるべきワークWとは、同じ寸法形状のワークであっても、異なる寸法形状のワークであってもよい。
以下、上述したロボットシステム1を用いて、ワークWをハンドリングする作業(ワークハンドリング作業)の手順について説明する。
まず、ロボットコントローラ200は、右アーム120Rおよび左アーム120Lを制御して、図3に示す配置を取り得る。
図3に示す配置では、右アーム120Rは、計測位置(P11)に配置される。この計測位置は、ストッカ300上において、第1のカメラ122Rがストッカ300内を撮像してワークWの形状認識する位置である。
計測位置では、第1のカメラ122Rが下側にあるストッカ300を向くように、右アーム120Rの保持装置121Rは鉛直下方に向けられ、それにより、指部材123Rも鉛直下方を向いている。その結果、図3のように、右アーム120Rの保持装置121Rがワークを把持している場合には、保持装置121RはワークW1を上方から把持し、ワークW1は下垂するようにして支えられる。
ワークWの形状認識とは、たとえば、撮像により得た画像および距離情報から、ストッカ300に収容されている複数のワークWの形状や向き、高さを検出し、さらに、その検出結果に基づき、右アーム120Rによって次に把持すべき候補(ワーク候補)を選択する処理である。この形状認識の結果は、ロボットコントローラ200に送られる。
一方、図3に示す配置では、左アーム120Lは、把持状態確認位置(P22)に配置される。この把持状態確認位置は、第2のカメラ122Lが、計測位置に配置された右アーム120Rが把持するワークW1を撮像して、把持状態を確認する位置である。具体的には、左アーム120Lは、第2のカメラ122LがワークW1と同じ高さ位置となり、かつ、水平方向に延在する第2のカメラ122LがワークW1側を向くように配置される。
ワークW1の把持状態の検出とは、撮像により得た画像および距離情報から、ワークW1がどのような状態で保持装置121Rに把持されているかを検出する処理であり、たとえば、把持されている位置や姿勢(傾き角)を検出する。必要に応じて、検出した位置や姿勢に基づき、ワークW1の把持状態の合否判定をおこなってもよい。この把持状態の検出結果も、ロボットコントローラ200に送られる。
図3に示す配置において、右アーム120Rが把持するワークW1の把持状態の検出が完了すると、図4に示すように、右アーム120Rは、ワークW1を把持した状態で、計測位置(P11)から整列待機位置(P13)まで移送される。この整列待機位置は、次のタクトにおいて、ワークW1を所定のステージ400上に整列するために待機する位置である。このとき、左アーム120Lは、右アーム120Rが計測位置(P11)から整列待機位置(P13)まで移送されている間に、ストッカ300内で把持すべきワーク候補がすでに決まっている場合にはその把持動作をおこなう。
その次に、ロボットコントローラ200は、右アーム120Rおよび左アーム120Lを制御して、図5に示す配置を取り得る。
図5に示す配置では、図3とは反対に、右アーム120Rが把持状態確認位置(P12)に配置され、左アーム120Lが計測位置(P21)に配置される。
すなわち、右アーム120Rは、把持状態確認位置において、第1のカメラ122Rが、計測位置に配置された左アーム120Lが把持するワークW1を撮像して、把持状態を確認する。具体的には、右アーム120Rは、第1のカメラ122RがワークW1と同じ高さ位置となり、かつ、水平方向に延在する第1のカメラ122RがワークW1側を向くように配置される。この把持状態の検出結果も、ロボットコントローラ200に送られる。
左アーム120Lは、計測位置において、ストッカ300上において、第2のカメラ122Lがストッカ300内のワークWの形状を認識する。この形状認識の結果は、ロボットコントローラ200に送られる。このとき、第2のカメラ122Lが下側にあるストッカ300を向くように、左アーム120Lの保持装置121Lは鉛直下方に向けられ、それにより、指部材123Lも鉛直下方を向いている。その結果、図5のように、左アーム120Lの保持装置121Lがワークを把持している場合には、保持装置121LはワークW1を上方から把持し、ワークW1は下垂するようにして支えられる。
図5に示す配置において、左アーム120Lが把持するワークW1の把持状態の検出が完了すると、図6に示すように、今度は左アーム120Lが、ワークW1を把持した状態で、計測位置(P21)から整列待機位置(P23)まで移送される。そして、左アーム120Lは、その次のタクトにおいて、ワークW1を所定のステージ400上に整列する。このとき、右アーム120Rは、左アーム120Lが計測位置から整列待機位置まで移送されている間に、ストッカ300内で把持すべきワーク候補がすでに決まっている場合にはその把持動作をおこなう。
上述したロボットシステム1においては、上述した配置に各アーム120R、120Lを配置できるため、図7のフロー図に沿ったワークハンドリング作業を実行可能である。なお、図7のフロー図において、左から右に向かって連なる各ブロックは実行されるタクトを示しており、上段が右アーム120R(図7では「ロボットR」)のタクト、下段が左アーム120L(図7では「ロボットL」)のタクトを示している。
そして、図7のフロー図から明らかなように、各アーム120R、120Lにより、ワークの整列作業は5工程のサイクルでおこなわれる。すなわち、ある整列作業から数えて、次の整列作業までのタクト数が5である。5工程のサイクルとなるのは、図3の配置および図5の配置で示したように、一方のアームのカメラがストッカ300内のワークの形状を認識する作業と、他方のアームのカメラが、一方のアームが保持するワークの保持状態を検出する作業とを、同時に実行できるためである。
以上で説明したように、ロボットシステム1においては、第1のカメラ(第1のセンサ)122Rを有する右アーム(第1のロボット)120Rと、第2のカメラ(第2のセンサ)122Lを有する左アーム(第2のロボット)120Lと、アーム120R、120Lによって保持されるべきワークWを複数収納するストッカ300と、アーム120R、120Lを有する双腕ロボット100を制御するロボットコントローラ(制御装置)20とを備えており、上述したように、ロボットコントローラ200は、それぞれがカメラを備える右アーム120Rと左アーム120Lとを協調させて、ワークの形状認識および保持状態の検出を効率よくおこない、ワークハンドリング作業の効率向上を実現している。
一方、従来のロボットシステムでは、ワークハンドリング作業の効率が十分ではなかった。図8、9を参照しつつ、従来のワークハンドリング作業について説明する。
従来のワークハンドリング作業においては、ストッカ300内のワークWは、まず、ロボットシステムのカバー等に固定されたカメラ201により、形状認識がおこなわれる。形状認識が完了すると、右アーム202が、把持待機位置(P1)に移動する。そして、ワークWの把持動作を終えると、把持待機位置(P1)に戻ってくる。次に、ステージ(仮置台)203の置くための待機位置(P2)に移動して、把持したワークW1をステージ203に置く。このステージ203の上には、カメラ201とは別のカメラ204が設けられており、このカメラ204によりワークW1単体での形状認識をおこなう。それにより、ワークW1の正確な形状認識がおこなわれる。
この形状認識が完了すると、左アーム205が、把持待機位置(P3)に移動する。そして、ワークW1の把持動作を終えると、把持待機位置(P3)に戻ってくる。最後に、整列ステージ206の整列して置くための待機位置(P4)に移動して、把持したワークW1をステージ206に置く。左アーム5は、ワークW1の整列作業を終えると、整列待機位置(P4)に戻ってくる。
以上のような従来のワークハンドリング作業は、図9のフロー図のように表される。図9のフロー図において、左から右に向かって連なる各ブロックは実行されるタクトを示しており、上段が右アーム202(図9では「ロボットR」)のタクト、中段がカメラ201、204のタクト、下段が左アーム205(図9では「ロボットL」)のタクトを示している。
そして、図9のフロー図から明らかなように、各アーム202、205により、ワークの整列作業は6工程のサイクルでおこなわれる。すなわち、ある整列作業から数えて、次の整列作業までのタクト数が6である。
上述したロボットシステム1は、5工程のサイクルで整列作業を実行できるため、6工程のサイクルで整列作業が実行される従来のロボットシステムに比べて、ワークハンドリング作業の効率が向上しているということができる。
その上、ロボットシステム1は、従来のロボットシステムで用いられる仮置台を必要とはしないため、省スペース化も図られている。ロボットシステム1において、仮置台を必要としないのは、一方のアームが把持した状態で、他方のアームのカメラがその把持状態を検出するためである。
なお、アーム120R、120Lは、検出されたワークW1の把持状態に基づき、ワークW1の補正(位置補正、姿勢補正)をした上で、ステージ400に整列することができる。
続いて、ロボットシステム1が、ワークハンドリング作業として、アーム120R、120Lで2つのワークW1を組み合わせた上で、ステージ400上に整列させる作業を実行する態様について、図10〜18を参照しつつ説明する。図18は、工程フローをまとめた表であり、図10〜17はその各工程におけるアーム120R、120Lの状態を示した図である。
図10に示すように、工程1では、右アーム120Rは計測位置(P11)に配置されてストッカ300内のワークWの形状認識をおこない、また、左アーム120Lも計測位置(P21)に配置されてストッカ300内のワークWの形状認識をおこなう。その結果、ストッカ300内の複数のワークWの中から、右アーム120Rおよび左アーム120Lにより次に把持されるべきワーク候補W2が決定される。
図11に示すように、工程2では、右アーム120Rはワーク候補W2を保持装置121Rで把持し、また、左アーム120Lは把持状態確認位置(P22)に移動する。
図12に示すように、工程3では、右アーム120Rは計測位置(P11)に戻ってストッカ300内のワークWの形状認識を再度おこない、また、把持状態確認位置(P22)に配置されている左アーム120Lは、右アーム120Rが把持しているワークW1の把持状態を検出する。
図13に示すように、工程4では、右アーム120Rは把持状態確認位置(P12)に移動し、また、左アーム120Lは、工程1において決定したワーク候補W2を保持装置121Lで把持する。
図14に示すように、工程5では、把持状態確認位置(P12)に配置されている右アーム120Rは、左アーム120Lが把持しているワークW1の把持状態を検出し、また、左アーム120Lは、計測位置(P21)に配置されてストッカ300内のワークWの形状認識を再度おこなう。
図15に示すように、工程6では、右アーム120Rの保持装置121Rと左アーム120Lの保持装置121Lとを向かい合わせにして接近させ、それぞれが把持するワークW1同士を互いに組み付けて、部品W3を得る。なお、組み付ける際には、すでに検出されている把持状態に基づき、ワークW1の補正(位置補正、姿勢補正)をおこなってもよい。この場合には、ワークW1の保持状態が適切でない場合であっても再保持することなく精度よく組み付けることが可能である。そのため、保持状態が適切でない場合に再保持する態様に比べて時間短縮が図られる。なお、このような補正は、ワークの位置および姿勢の少なくとも一方であればよい。
図16に示すように、工程7では、右アーム120Rは工程3において決定したワーク候補W2を保持装置121Rで把持し、また、左アーム120Lは部品W3をステージ(完成品置き場)400の所定の位置に載置する。
図17に示すように、工程8では、右アーム120Rは計測位置(P11)に配置されてストッカ300内のワークWの形状認識を再度おこない、また、左アーム120Lは把持状態確認位置(P22)においてアーム120Rが把持しているワークW1の把持状態を検出する。
以降、工程4から工程8を繰り返すことで、部品W3の整列作業が連続しておこなうことができる。
図10〜18で示したようなワークハンドリング作業においても、図14(工程5)および図17(工程8)の配置で示したように、一方のアームのカメラがストッカ300内のワークの形状を認識する作業と、他方のアームのカメラが、一方のアームが保持するワークの保持状態を検出する作業とを、同時に実行する。
すなわち、ロボットシステム1においては、図10〜18で示したようなワークハンドリング作業であっても、それぞれがカメラを備える右アーム120Rと左アーム120Lとが協調して、ワークの形状認識および保持状態の検出を効率よくおこなうことで、ワークハンドリング作業の効率向上が実現されている。
また、ロボットシステム1を用いて得られたワークWを用いて被加工物を得る被加工物の製造方法においても、同様の効果が得られる。被加工物としては、ロボットシステム1により搬送あるいは組付などの加工を受けるワークWを用いたあらゆる物品またはワークW自身が該当し得る。たとえば、被加工物としてはボルト等の部品や自動車等の組立体が含まれる。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して適用可能である。
たとえば、カメラ122R、122Lは、ストッカ300内のワークWの形状の認識および保持されたワークW1の保持状態の検出ができるセンサであれば、三次元カメラに限らず、公知の二次元カメラや三次元センサ等でもよい。なお、二次元カメラを用いる場合には、保持装置121R、121Lを回動させることで、二次元カメラであってもワークW1の保持状態を三次元的(立体的)に検出することができる。
また、上述した実施形態では、右アームを第1のロボット、左アームを第2のロボットとして説明したが、反対の対応関係(右アームが第2のロボット、左アームが第1のロボット)であってもよい。保持装置10は、ワークWを保持できるものであれば、一対の指部材10Aを含むもの、指部材が揺動してワークWを掴むもの、エアや電磁力によりワークWを吸着するものなどであってもよい。
1…ロボットシステム、100…双腕ロボット、120R、120L…アーム、121R、121L…保持装置、122R、122L…カメラ、123R、123L…指部材、200…ロボットコントローラ、300…ストッカ、400…ステージ、W、W1、W2…ワーク、W3…部品。
Claims (4)
- 第1のセンサを有する第1のロボットと、
第2のセンサを有する第2のロボットと、
前記第1のロボットおよび第2のロボットによって保持されるべきワークを複数収納するストッカと、
前記第1のロボットおよび前記第2のロボットを制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置が、
前記第1のロボットが前記ワークを保持したときに、前記第1のセンサに前記ストッカ内のワークの形状を認識させるとともに、前記第2のセンサに前記第1のロボットが保持したワークの保持状態を検出させる
ロボットシステム。 - 前記制御装置は、
前記第2のロボットが前記ワークを保持したときには、前記第2のセンサに前記ストッカ内のワークの形状を認識させるとともに、前記第1のセンサに前記第2のロボットが保持したワークの保持状態を検出させる、請求項1に記載のロボットシステム。 - 前記制御装置は、保持状態が検出されたワークを、前記第1のロボットおよび前記第2のロボットそれぞれに保持させた後、各ワークの位置および姿勢の少なくとも一方を補正して互いに組み合わせる、請求項2に記載のロボットシステム。
- 請求項1−3に記載のロボットシステムを用いて得られたワークを用いて被加工物を得る、被加工物の製造方法。
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