JP2014188642A - Robot and robot control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロボットおよびロボット制御方法に関するものである。 The present invention relates to a robot and a robot control method.
従来、ロボットアームを有するロボットが知られている。ロボットアームの先端の腕部には、エンドエフェクタとして、例えば、ハンドが装着される。そして、ロボットは、ロボットアームのハンド(把持部)により移動対象物を把持し、その移動対象物を目標位置に移動させる。この場合、例えば、ハンドにより把持した移動対象物をもう一つの移動対象物に形成された穴に挿入する作業等を行う。なお、この場合は穴の位置が目標位置であるが、作業内容によって目標位置は異なる。 Conventionally, a robot having a robot arm is known. For example, a hand is attached to the arm portion at the tip of the robot arm as an end effector. Then, the robot grips the moving object with the hand (gripping unit) of the robot arm, and moves the moving object to the target position. In this case, for example, an operation of inserting the moving object gripped by the hand into a hole formed in another moving object is performed. In this case, the hole position is the target position, but the target position differs depending on the work content.
特許文献1に記載されたロボットでは、作業対象物を目標位置である穴に移動させて挿入する際、まずは、位置制御により、教示により設定された軌道で、ロボットアームの先端に把持された作業対象物を穴の近傍まで移動させ、その穴に倣い作業で目標位置を探索できるようにする。そして、この後、位置制御から力制御に切り換え、倣い作業による探索で作業対象物を穴に挿入できる位置まで移動させ、その穴に挿入する。 In the robot described in Patent Document 1, when a work object is moved and inserted into a hole which is a target position, first, the work held by the tip of the robot arm in a trajectory set by teaching by position control. The object is moved to the vicinity of the hole, and the target position can be searched by following the hole. Then, after switching from position control to force control, the work object is moved to a position where it can be inserted into the hole by the search by the copying work, and inserted into the hole.
しかしながら、特許文献1に記載のロボットでは、途中に他の物体があると、移動対象物がその物体に衝突し、これにより、移動対象物が破損、損傷したり、また、移動対象物を目標位置に移動させることができないという問題がある。
本発明の目的は、ロボットアームの先端を目標位置に移動させる動作を含む作動を容易かつ的確に行うことができるロボットおよびロボット制御方法を提供することにある。
However, in the robot described in Patent Document 1, if there is another object on the way, the moving object collides with the object, thereby causing the moving object to be damaged or damaged, or to target the moving object. There is a problem that it cannot be moved to a position.
An object of the present invention is to provide a robot and a robot control method capable of easily and accurately performing an operation including an operation of moving the tip of a robot arm to a target position.
ロボットアームの先端を目標位置に移動させる動作を含む作動を安全かつ的確に行うことができるロボットおよびロボット制御方法を提供することは、本発明に係わる下記より達成される。
(適用例1)
本発明に係わるロボットは、ロボットアームと前記ロボットアームの先端に設置された力覚センサーとを備えて前記先端を目標位置に移動させる動作を含む作動を行う本体部と、
第1撮像装置が撮像した画像データを取得する撮像部と、
前記画像データおよび前記力覚センサーの検出結果に基づいて、前記本体部の作動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記画像データに前記目標位置の撮像情報が含まれるか否かを判別し、
前記画像データに前記目標位置の撮像情報が含まれる場合は前記画像データに基づく位置制御を行う第1制御モードに設定し、前記目標位置の撮像情報が含まれない場合は前記力覚センサーの検出結果に基づく力制御を行う第2制御モードに設定する、ことを特徴とする。
Providing a robot and a robot control method capable of safely and accurately performing an operation including an operation of moving the tip of the robot arm to a target position is achieved from the following according to the present invention.
(Application example 1)
A robot according to the present invention includes a main body that includes a robot arm and a force sensor installed at a tip of the robot arm and performs an operation including an operation of moving the tip to a target position;
An imaging unit that acquires image data captured by the first imaging device;
A control unit for controlling the operation of the main body based on the image data and the detection result of the force sensor,
The control unit determines whether the image data includes imaging information of the target position;
When the image data includes imaging information of the target position, the first control mode for performing position control based on the image data is set. When the imaging information of the target position is not included, detection of the force sensor It is characterized by setting to the 2nd control mode which performs force control based on a result.
これにより、撮像部が取得した画像データに目標位置の撮像情報が含まれている場合は、前記画像データに基づいて位置制御を行って、ロボットアームの先端を他の物体に衝突させることなく移動させることができる。また、例えば、撮像装置と目標位置との間に障害物が介在し、目標位置の撮像情報が含まれていない場合は、力覚センサーの検出結果に基づいた力制御を行って、安全にロボットアームの先端を移動させることができる。これらによって、他の物体に衝突させることなく安全かつ的確に、ロボットアームの先端を目標位置に移動させる動作を含む作動を行うことができる。 Thus, when the image data acquired by the imaging unit includes imaging information of the target position, the position control is performed based on the image data, and the robot arm moves without colliding with another object. Can be made. Further, for example, when an obstacle is interposed between the imaging device and the target position and the imaging information of the target position is not included, force control based on the detection result of the force sensor is performed, and the robot is safely The tip of the arm can be moved. Accordingly, it is possible to perform an operation including an operation of moving the tip of the robot arm to the target position safely and accurately without causing a collision with another object.
(適用例2)
本発明本発明に係わるロボットでは、ロボットアームと前記ロボットアームの先端に設置された力覚センサーとを備えて前記先端を目標位置に移動させる動作を含む作動を行う本体部と、
第1撮像部が撮像した画像データを取得する撮像部と、
前記画像データおよび前記力覚センサーの検出結果に基づいて、前記本体部の作動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記画像データに前記目標位置の撮像情報が含まれるか否かと前記先端から前記目標位置までの距離が閾値以下であるか否かとを判別し、
前記画像データに前記目標位置の撮像情報が含まれる場合と前記先端から前記目標位置までの距離が閾値より大きい場合は前記画像データに基づく位置制御を行う第1制御モードに設定し、前記目標位置の撮像結果が含まれない且つ前記目標位置までの距離が閾値以下の場合は前記力覚センサーの検出結果に基づく力制御を行う第2制御モードに設定する、ことを特徴とする。
(Application example 2)
In the robot according to the present invention, a main body unit including a robot arm and a force sensor installed at the tip of the robot arm, and performing an operation including an operation of moving the tip to a target position;
An imaging unit that acquires image data captured by the first imaging unit;
A control unit for controlling the operation of the main body based on the image data and the detection result of the force sensor,
The controller determines whether the image data includes imaging information of the target position and whether a distance from the tip to the target position is equal to or less than a threshold;
When the image data includes imaging information of the target position and when the distance from the tip to the target position is greater than a threshold value, the first control mode is set to perform position control based on the image data, and the target position Is not included, and when the distance to the target position is equal to or smaller than a threshold value, a second control mode in which force control based on the detection result of the force sensor is performed is set.
これにより、撮像部が取得した画像データに目標位置の撮像情報が含まれている場合と前記先端から前記目標位置までの距離が閾値より大きい場合は、前記画像データに基づいて位置制御を行って、ロボットアームの先端を他の物体に衝突させることなく移動させることができる。また、例えば、前記先端から前記目標位置までの距離の閾値を予め設定しておけば、前記目標位置の撮像結果が含むまたは含まれないに関係なく他の物体に衝突させずに移動させることができる。これらによって、安全かつ的確に、ロボットアームの先端を目標位置に他の物体に衝突させることなく移動させる動作を含む作動を行うことができる。 As a result, when the image data acquired by the imaging unit includes imaging information of the target position and when the distance from the tip to the target position is larger than the threshold, position control is performed based on the image data. The tip of the robot arm can be moved without colliding with another object. Further, for example, if a threshold value of the distance from the tip to the target position is set in advance, the object can be moved without colliding with other objects regardless of whether or not the imaging result of the target position is included. it can. Accordingly, it is possible to perform an operation including an operation of moving the tip of the robot arm to the target position without colliding with another object safely and accurately.
(適用例3)
本発明本発明に係わるロボットでは、前記作動において、前記ロボットアームの力覚センサーを介して設置された把持部が移動対象物を把持し、
前記制御部が前記第2制御モードに設定して、前記移動対象物を倣いながら前記目標位置へ移動させることが好ましい。
これにより、力覚センサーを用いた力制御によって、移動対象物を前記目標位置に倣いながら移動できるので、その際の衝撃を小さくすることができ、安全かつ的確に、移動対象物を目標位置に移動させることができる。
(Application example 3)
In the robot according to the present invention, in the operation, a gripping unit installed via a force sensor of the robot arm grips a moving object,
It is preferable that the control unit sets the second control mode to move to the target position while following the moving object.
As a result, the moving object can be moved while following the target position by force control using a force sensor, so that the impact at that time can be reduced, and the moving object can be brought to the target position safely and accurately. Can be moved.
(適用例4)
本発明本発明に係わるロボットでは、前記撮像部は定位置に設置された前記第1撮像装置が撮像した画像データを取得することが好ましい。
これにより、定位置に設置された前記第1撮像装置が安定して撮像することができるので、安全かつ的確に、ロボットアームの先端を目標位置に他の物体に衝突させることなく移動させる動作を含む作動を行うことができる。
(Application example 4)
In the robot according to the present invention, it is preferable that the imaging unit acquires image data captured by the first imaging device installed at a fixed position.
As a result, the first imaging device installed at a fixed position can stably capture an image, so that the operation of moving the tip of the robot arm to the target position without colliding with another object can be performed safely and accurately. Including operations can be performed.
(適用例5)
本発明本発明に係わるロボットでは、前記撮像部は前記第1撮像装置とともに、前記ロボットアームに設けられて前記ロボットアームとともに移動可能な第2撮像装置が撮像した画像データを取得することが好ましい。
これにより、移動可能な第2撮像装置が撮像することができるので、様々な角度からの撮像情報を含む画像データを取得できるので、安全かつ的確に、ロボットアームの先端を目標位置に他の物体に衝突させることなく移動させる動作を含む作動を行うことができる。
(Application example 5)
In the robot according to the present invention, it is preferable that the image pickup unit obtains image data picked up by the second image pickup device provided in the robot arm and movable with the robot arm together with the first image pickup device.
As a result, the movable second imaging device can take an image, and image data including imaging information from various angles can be acquired. Therefore, the tip of the robot arm can be safely and accurately placed on the target position with another object. It is possible to perform operations including an operation of moving without causing a collision.
(適用例6)
本発明本発明に係わるロボットでは、前記制御部は、前記第1撮像装置または前記第2撮像装置が撮像した画像データに前記目標位置の撮像情報が含まれるか否かを判別し、
前記画像データに前記目標位置の撮像情報が含まれる場合は前記画像データに基づく位置制御を行う第1制御モードに設定し、前記目標位置の撮像情報が含まれない場合は前記力覚センサーの検出結果に基づく力制御を行う第2制御モードに設定することが好ましい。
これにより、定位置に設置された前記第1撮像装置が安定して撮像した撮像情報または移動可能な第2撮像装置が撮像した様々な角度からの撮像情報のいずれかを含む画像データを取得できるので、安全かつ的確に、ロボットアームの先端を目標位置に他の物体に衝突させることなく移動させる動作を含む作動を行うことができる。
(Application example 6)
In the robot according to the present invention, the control unit determines whether the image data captured by the first imaging device or the second imaging device includes imaging information of the target position.
When the image data includes imaging information of the target position, the first control mode for performing position control based on the image data is set. When the imaging information of the target position is not included, detection of the force sensor It is preferable to set to the 2nd control mode which performs force control based on a result.
Thereby, it is possible to acquire image data including either imaging information stably imaged by the first imaging device installed at a fixed position or imaging information from various angles captured by the movable second imaging device. Therefore, it is possible to perform an operation including an operation of moving the tip of the robot arm to the target position without colliding with another object safely and accurately.
(適用例7)
本発明本発明に係わるロボットでは、前記本体部は、複数の前記ロボットアームを含み、
前記第2の撮像装置は、いずれかの前記ロボットアームに設けられていることが好ましい。
これにより、第2の撮像装置をから様々な角度で目標位置を含む撮像情報を取得し、これに基づいて位置制御を行って、他の物体に衝突させることなくロボットアームの先端を移動させることができる。
(Application example 7)
In the robot according to the present invention, the main body includes a plurality of the robot arms,
It is preferable that the second imaging device is provided in any one of the robot arms.
As a result, the imaging information including the target position is obtained from the second imaging device at various angles, and position control is performed based on the acquired imaging information to move the tip of the robot arm without causing collision with other objects. Can do.
(適用例8)
本発明本発明に係わるロボットでは、前記本体部と前記制御部と前記撮像装置とが別体でそれぞれ設置され且つケーブルによって互いの間が配線される、または前記本体部と制御部とが一体で設置され、別体で設置される前記撮像装置との間がケーブルによって配線される、または前記本体部と前記撮像装置とが一体で設置され、別体で設置される前記制御部との間がケーブルによって配線される、または前記本体部と前記制御部と前記撮像装置とが一体で形成される、のいずれか一つであることが好ましい。
これにより、本体部と制御部と撮像装置をロボットの設置環境あるいは利用状況に好適な構成にすることができる。
(Application example 8)
In the robot according to the present invention, the main body unit, the control unit, and the imaging device are separately provided and wired between each other by a cable, or the main body unit and the control unit are integrated. Installed and wired between the imaging device installed separately and by a cable, or installed between the main unit and the imaging device integrally, and between the control unit installed separately. It is preferable that any one of wiring by a cable or the body part, the control part, and the imaging device are integrally formed.
Accordingly, the main body unit, the control unit, and the imaging device can be configured to be suitable for the installation environment or usage situation of the robot.
(適用例9)
本発明本発明に係わるロボット制御方法は、撮像部が撮像装置によって撮像した画像データを取得する画像データ取得手段と、
前記画像データに目標位置の撮像情報が含まれる場合に制御部が第1制御モードに設定し、前記画像データに前記目標位置の撮像情報が含まれない場合に前記制御部が第2制御モードに設定する制御モード選択手段と、
ロボットアームと前記ロボットアームの先端に設置された力覚センサーとを備えた本体部において、前記制御部が第1制御モードに設定した場合は前記画像データによる位置制御に基づいて前記本体部の作動を制御し、前記制御部が第2制御モードに設定した場合は前記力覚センサーの検出結果に基づく位置制御に基づいて前記本体部の作動を制御する制御手段と、
前記本体部の作動が前記第1制御モードに設定されると、前記ロボットアームの力覚センサーを介して設置された把持部に把持された移動対象物を前記画像データによる位置制御に基づきながら前記目標位置へ移動する第1の移動手段と、
前記本体部の作動が前記第2制御モードに設定されると、前記把持部に把持された前記移動対象物を倣いながら前記目標位置へ移動する第2の移動手段と、を有する。
。
(Application example 9)
The robot control method according to the present invention includes an image data acquisition means for acquiring image data captured by an imaging unit by an imaging unit;
When the image data includes imaging information of the target position, the control unit sets the first control mode. When the image data does not include imaging information of the target position, the control unit enters the second control mode. Control mode selection means to be set;
In a main body provided with a robot arm and a force sensor installed at the tip of the robot arm, the operation of the main body is performed based on position control based on the image data when the control unit is set to the first control mode. Control means for controlling the operation of the main body based on position control based on the detection result of the force sensor when the control unit is set to the second control mode;
When the operation of the main body is set to the first control mode, the moving object gripped by the gripping portion installed via the force sensor of the robot arm is controlled based on the position control based on the image data. First moving means for moving to a target position;
And second movement means for moving to the target position while following the moving object gripped by the gripper when the operation of the main body is set to the second control mode.
.
これにより、これにより、撮像部が取得した画像データに目標位置の撮像情報が含まれている場合は、前記画像データに基づいて位置制御を行って、ロボットアームの先端を他の物体に衝突させることなく移動させることができる。また、例えば、撮像装置と目標位置との間に障害物が介在し、目標位置の撮像情報が含まれていない場合は、力覚センサーの検出結果に基づいた力制御を行って、安全にロボットアームの先端を移動させることができる。これらによって、他の物体に衝突させることなく移動させても安全かつ的確に、ロボットアームの先端を目標位置に移動させる動作を含む作動を行うことができる。 Thereby, when the imaging data of the target position is included in the image data acquired by the imaging unit, position control is performed based on the image data, and the tip of the robot arm collides with another object. It can be moved without Further, for example, when an obstacle is interposed between the imaging device and the target position and the imaging information of the target position is not included, force control based on the detection result of the force sensor is performed, and the robot is safely The tip of the arm can be moved. By these, even if it moves without making it collide with another object, the operation | movement including the operation | movement which moves the front-end | tip of a robot arm to a target position safely and accurately can be performed.
以下、ロボット、ロボット制御方法および本発明に係わる制御部を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明のロボットの第1実施形態における本体部を正面側から見た斜視図である。図2は、図1に示すロボットの本体部を背面側から見た斜視図である。図3は、図1に示すロボットの本体部および撮像装置の概略図である。図4は、図1に示すロボットの本体部および撮像装置の概略図である。図5は、図1に示すロボットのブロック図である。図6は、図1に示すロボットの制御部のブロック図である。図7は、図1に示すロボットの制御部の制御動作を示すフローチャートである。
なお、以下では、説明の都合上、図1〜図4中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。また、図1〜図4中の基台側を「基端」、その反対側を「先端」と言う。また、図1では、リストの先端面の構成を示すため、把持部の図示を省略し、図2もそれに合わせた。
Hereinafter, a robot, a robot control method, and a control unit according to the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view of the main body of the robot according to the first embodiment of the present invention as viewed from the front side. FIG. 2 is a perspective view of the main body of the robot shown in FIG. 1 as viewed from the back side. FIG. 3 is a schematic diagram of the main body and the imaging device of the robot shown in FIG. FIG. 4 is a schematic diagram of the main body and the imaging device of the robot shown in FIG. FIG. 5 is a block diagram of the robot shown in FIG. FIG. 6 is a block diagram of the controller of the robot shown in FIG. FIG. 7 is a flowchart showing the control operation of the controller of the robot shown in FIG.
In the following, for convenience of explanation, the upper side in FIGS. 1 to 4 is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side is referred to as “lower” or “lower”. Moreover, the base side in FIGS. 1-4 is called "base end", and the opposite side is called "tip". Further, in FIG. 1, in order to show the configuration of the front end surface of the wrist, the illustration of the grip portion is omitted, and FIG.
図1〜図3に示すロボット100は、本体部10と、本体部10の作動を制御する制御部20(図4、図5参照)と、定位置に設置される撮像装置71とを有している。本体部10と、制御部20と、撮像装置71とは、それぞれ、電気的に接続されている。また、制御部20は、例えば、CPU(Central Processing Unit)が内蔵されたパーソナルコンピューター(PC)等で構成することができる。なお、本体部10と制御部20とにより、ロボットが構成されるが、その本体部10と制御部20とは、一体であってもよく、また、別体であってもよい。さらに、撮像装置71と本体部10と制御部20とが一体であってもよく、撮像装置71のみが別体であってもよい。なお、制御部20については、後で詳述する。
The
本体部10は、基台11と、4本の腕部12、13、14、15と、リスト16と、6つの駆動源401、402、403、404、405、406とを有するロボットアーム31を備えている。この本体部10は、基台11と、腕部12、13、14、15と、リスト16とが基端側から先端側に向ってこの順に連結された垂直多関節(6軸)ロボットの本体である。垂直多関節ロボットでは、基台11と、腕部12〜15と、リスト16とを総称して「アーム」と言うこともでき、腕部12を「第1腕部」、腕部13を「第2腕部」、腕部14を「第3腕部」、腕部15を「第4腕部」、リスト16を「第5腕部、第6腕部」と分けて言うことができる。リスト16にはエンドエフェクタ等を取り付けることができる。
The
図3に示すように、腕部12〜15、リスト16は、それぞれ、基台11に対し独立して変位可能に支持されている。この腕部12〜15、リスト16の長さは、それぞれ、特に限定されないが、図示の構成では、腕部12〜14の長さが、他の腕部15およびリスト16よりも長く設定されている。なお、例えば、第3腕部14の長さを第1腕部12および第2腕部13の長さよりも短くしてもよい。
As shown in FIG. 3, the
基台11と第1腕部12とは、関節171を介して連結されている。そして、第1腕部12は、基台11に対し、鉛直方向と平行な第1回転軸O1を回転中心とし、その第1回転軸O1回りに回動自在となっている。第1回転軸O1は、基台11の設置面である床101の上面の法線と一致している。この第1回転軸O1回りの回動は、第1駆動源401の駆動によりなされる。また、第1駆動源401はモーター401Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター401Mは電気的に接続されたモータードライバー301を介して制御部20により制御される。第1駆動源401はモーター401Mとともに設けた減速機(図示せず)によってモーター401Mからの駆動を伝達されても良く、また、減速機が省略されていてもよい。
The
第1腕部12と第2腕部13とは、関節172を介して連結されている。そして、第2腕部13は、第1腕部12に対し、水平方向と平行な第2回転軸O2を軸中心として回動自在となっている。第2回転軸O2は、第1回転軸O1と直交している。この第2回転軸O2回りの回動は、第2駆動源402の駆動によりなされる。また、第2駆動源402はモーター402Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター402Mは電気的に接続されたモータードライバー302を介して制御部20により制御される。第2駆動源402はモーター402Mの他に設けた減速機(図示せず)によってモーター402Mからの駆動を伝達されても良く、また、減速機が省略されていてもよい。なお、第2回転軸O2は、第1回転軸O1に直交する軸と平行であってもよい。
The
第2腕部13と第3腕部14とは、関節173を介して連結されている。そして、第3アーム腕部、第2アーム腕部対して水平方向と平行な回転軸O3を回転中心とし、その第3回転軸O3回りに回動可能となっている。第3回転軸O3は、第2回転軸O2と平行である。この第3回転軸O3回りの回動は、第3駆動源403の駆動によりなされる。また、第3駆動源403は、モーター403Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター403Mは電気的に接続されたモータードライバー303を介して制御部20により制御される。第3駆動源403はモーター403Mの他に減速機(図示せず)も設けてモーター403Mからの駆動を伝達されても良く、また、減速機が省略されていてもよい。
The
第3腕部14と第4腕部15とは、関節174を介して連結されている。そして、第4腕部15は、第3腕部14(基台11)に対し、第3腕部14の中心軸方向と平行な第4回転軸O4を回転中心とし、その第4回転軸O4回りに回動自在となっている。第4回転軸O4は、第3回転軸O3と直交している。この第4回転軸O4回りの回動は、第4駆動源404の駆動によりなされる。また、第4駆動源404は、モーター404Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター404Mは電気的に接続されたモータードライバー304を介して制御部20により制御される。第4駆動源404はモーター404Mとともに設けた減速機(図示せず)によってモーター404Mからの駆動を伝達されてもよく、また、減速機が省略されていてもよい。なお、第4回転軸O4は、第3回転軸O3に直交する軸と平行であってもよい。
The
第4腕部15とリスト16とは、関節175を介して連結されている。そして、リスト16は、第4腕部15に対して水平方向(y軸方向)と平行な第5回転軸O5を回転中心とし、その第5回転軸O5回りに回動自在となっている。第5回転軸O5は、第4回転軸O4と直交している。この第5回転軸O5回りの回動は、第5駆動源405の駆動によりなされる。また、第5駆動源405は、モーター405Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター405Mは電気的に接続されたモータードライバー305を介して制御部20により制御される。第5駆動源405はモーター405Mとともに設けた減速機(図示せず)によってモーター405Mからの駆動を伝達されてもよく、また、減速機が省略されていてもよい。また、リスト16は、関節(ジョイント)176を介して、第5回転軸O5と垂直な第6回転軸O6を回転中心とし、その第6回転軸O6回りにも回動自在となっている。回転軸O6は、回転軸O5と直交している。この第6回転軸O6回りの回動は、第6駆動源406駆動によりなされる。また、第6駆動源406の駆動は、モーター406Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター406Mは電気的に接続されたモータードライバー306を介して制御部20により制御される。第6駆動源406はモーター406Mの他に減速機(図示せず)も設けてモーター406Mからの駆動を伝達されても良く、また、減速機が省略されていてもよい。なお、第5回転軸O5は、第4回転軸O4に直交する軸と平行であってもよく、また、第6回転軸O6は、第5回転軸O5に直交する軸と平行であってもよい。
The
駆動源401〜406には、それぞれのモーターまたは減速機に、第1角度センサー411、第2角度センサー412、第3角度センサー413、第4角度センサー414、第5角度センサー415、第6角度センサー416が設けられている。これらの角度センサーとして、エンコーダ、ロータリーエンコーダ等が用いることができる。これらの角度センサー411〜416により、それぞれ、駆動源401〜406のモーターあるいは減速機の回転軸の回転角度を検出する。この駆動源401〜406のモーターとしては、それぞれ、特に限定されず、例えば、ACサーボモーター、DCサーボモーター等のサーボモーターを用いるのが好ましい。また、前記各ケーブルは、それぞれ、本体部10を挿通していてもよい。
The driving
本体部10は、制御部20と電気的に接続されている。すなわち、駆動源401〜406、角度センサー411〜416は、それぞれ、制御部20と電気的に接続されている。
そして、制御部20は、腕部12〜15、リスト16をそれぞれ独立して作動させることができる、すなわち、モータードライバー301〜306を介して、駆動源401〜406をそれぞれ独立して制御することができる。この場合、制御部20は、角度センサー411〜416により検出を行い、その検出結果に基づいて、駆動源401〜406の駆動、例えば、角加速度、角速度、回転角度等をそれぞれ制御する。この制御プログラムは、制御部20に内蔵された記録媒体に予め記憶されている。
The
And the
図1、図2に示すように、基台11は、本体部10が垂直多関節ロボットの本体の場合、当該垂直多関節ロボットの最も下方に位置し、設置スペースの床101に固定される部分である。この固定方法としては、特に限定されず、例えば、図1、図2に示す本実施形態では、複数本のボルト111による固定方法を用いている。なお、基台11の設置スペースでの固定箇所としては、床の他に、設置スペースの壁や天井とすることもできる。
As shown in FIGS. 1 and 2, when the
基台11は、中空の基台本体(ハウジング)112を有している。基台本体112は、円筒状をなす円筒状部113と、当該円筒状部113の外周部に一体的に形成された、箱状をなす箱状部114とに分けることができる。そして、このような基台本体112には、例えば、モーター401Mやモータードライバー301〜306が収納されている。
腕部12〜15は、それぞれ、中空の腕部本体2と、駆動機構3と、封止手段4とを有している。なお、以下では、説明の都合上、第1腕部12が有する腕部本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「腕部本体2a」、「駆動機構3a」、「封止手段4a」と言い、第2腕部13が有する腕部本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「腕部本体2b」、「駆動機構3b」、「封止手段4b」と言い、第3腕部14が有する腕部本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「腕部本体2c」、「駆動機構3c」、「封止手段4c」と言い、第4腕部15が有する腕部本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「腕部本体2d」、「駆動機構3d」、「封止手段4d」と言うことがある。
The
Each of the
また、関節171〜176は、それぞれ、回動支持機構(図示せず)を有している。この回動支持機構は、互いに連結された2本の腕部のうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構、互いに連結された基台11と第1腕部12のうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構、互いに連結された第4腕部15と第5リスト16のうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構である。互いに連結された第4腕部15と第5腕部(リスト)16とを一例とした場合、回動支持機構は、リスト16を第4腕部15に対し回動させることができる。また、各回動支持機構は、それぞれ、対応するモーターの回転速度を所定の減速比で減速して、その駆動力を対応する腕部、リスト16のリスト本体161、支持リング162に伝達する減速機(図示せず)を有している。
Each of the
第1腕部12は、基台11の上端部(先端部)に水平方向に対し傾斜した姿勢で連結されている。この第1腕部12では、駆動機構3aがモーター402Mを有しており、腕部本体2a内に収納している。また、腕部本体2a内は、封止手段4aにより気密封止されている。
第2腕部13は、第1腕部12の先端部に連結されている。この第2腕部13では、駆動機構3bがモーター403Mを有しており、腕部本体2b内に収納している。また、腕部本体2a内は、封止手段4bにより気密封止されている。
第3腕部14は、第2腕部13の先端部に連結されている。この第3腕部14では、駆動機構3cがモーター404Mを有しており、腕部本体2c内に収納している。また、腕部本体2c内は、封止手段4cにより気密封止されている。
The
The
The
第4腕部15は、第3腕部14の先端部に、その中心軸方向と平行に連結されている。この腕部15では、駆動機構3dがモーター405M、406Mを有しており、腕部本体2d内に収納している。また、腕部本体2d内は、封止手段4dにより気密封止されている。
第4腕部15の先端部(基台11と反対側の端部)には、リスト16が連結されている。ロボットアーム31のリスト16には、その先端(第4腕部15と反対側の端部)に、エンドエフェクタとして、本実施形態では、例えば、腕時計等のような精密機器を把持する把持部(ハンド)91(図3、図4参照)が着脱自在に装着される。把持部91としては、特に限定されないが、本実施形態では、把持部91は、2本の指部17、18と、指部)17、18を駆動する2つの駆動源(図示せず)とを有している。各駆動源の作動は、制御部20により制御される。なお、把持部91の指部の本数は、2本に限定されず、3本以上であってもよい。
The
A
このロボット00は、制御部20により、本体部10(腕部12〜15、リスト16、把持部91等)、撮像装置71の作動を制御することにより、把持部91で第1移動作業対象物である移動対象物41(図3、図4参照)を把持(支持)し、移動対象物41の挿入部42を作業台61上に載置された第2移動対象物である挿入対象物51に設けられた挿入箇所である穴52に挿入する動作、すなわち、組立作業を行う。なお、穴52の位置がこの移動における目標位置である。また、図示の構成では、作業台61の上面には、挿入対象物51に対応する凹部が形成されており、挿入対象物51は、その凹部内に配置されることで、作業台61の上面と、挿入対象物51の上面とは、段差のない連続面が形成されている。なお、作業台61の上面に前記凹部が形成されておらず、挿入対象物51は、その作業台61の上面に載置されていてもよいことは、言うまでもない。
なお、移動対象物41の形状、挿入対象物51の形状は、それぞれ、特に限定されないが、本実施形態では、代表的に、移動対象物41、挿入対象物51の穴52の形状をそれぞれ円筒状、挿入対象物51の全体形状を直方体状とした場合を図示して説明する。
The robot 00 controls the operation of the main body unit 10 (
The shape of the moving object 41 and the shape of the
また、挿入対象物51に形成された穴52には、貫通穴と、貫通していない穴、すなわち、有底の穴(凹部)とが含まれるが、本実施形態では、代表的に、有底の穴を図示して説明を行う。また、移動対象物41は、その穴52に挿入部42のみが挿入されてもよく、また、移動対象物41全体が挿入されてもよい。また、穴が貫通穴の場合は、移動対象物41は、その貫通穴を通過してしまってもよい。また、挿入対象物51に設けられた挿入箇所は、穴に限定されるものでもない。
In addition, the
また、本体部10が行う作業としては、移動対象物41の挿入部42を挿入対象物51の穴52に挿入する移動に限定されない。他の作業の例としては、例えば、把持部91により移動対象物を把持し、その移動対象物を、他の対象物に当接させる作業、他の対象物の近傍に並べる作業、他の対象物に接着剤で接着する作業、目的位置への移動する作業や、目的位置にある作業対象物を他の目的位置に移動する作業や、目的位置にある例えばボルトを締結する作業等が挙げられる。すなわち、本体部10が行う作業には、その把持部91(ロボットアーム31の先端)を目標位置に移動させる動作を有する各作業が含まれる。
Further, the work performed by the
リスト16は、円筒状をなすリスト本体(第6腕部)161と、リスト本体161と別体で構成され、当該リスト本体161の基端部に設けられ、リング状をなす支持リング(第5腕部)162とを有している。
リスト本体161の先端面163は、平坦な面となっており、その先端面163は、把持部91(92)等が装着される装着部となる。また、リスト本体161は、関節176を介して、第4腕部15の駆動機構3dに連結されており、当該駆動機構3dのモーター406Mの駆動により、回転軸O6回りに回動する。
支持リング162は、関節175を介して、第4腕部15の駆動機構3dに連結されており、当該駆動機構3dのモーター405Mの駆動により、リスト本体161ごと回転軸O5回りに回動する。
The
The
The
また、図3〜図5に示すように、本体部10は、ロボットアーム31のリスト16の先端部(リスト16と把持部91との間)に設けられた力覚センサー81を有している。なお、力覚センサー81は、前記の位置に限らず、例えば、把持部91の基端部等に設けられていてもよい。
力覚センサー81は、把持部91が把持した移動対象物41を介して受ける反力等の力やモーメントを検出するものである。この力覚センサー81としては、特に限定されず、各種のものを用いることができるが、その1例としては、例えば、互いに直交する3軸の各軸方向の力および各軸回りのモーメントを検出する6軸力センサー等が挙げられる。なお、以下では、力とモーメントとを含めて力と言う。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
The
力覚センサー81の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、力覚センサー81は、平面視で、すなわち図3中の左右方向から見て、円形をなしている。
この力覚センサー81の検出結果、すなわち、力覚センサー81から出力される信号は、制御部20に入力され、制御部20は、力覚センサー81の検出結果に基づいて、所定処理を行い、本体部10の作動を制御する。
The shape of the
The detection result of the
第1撮像装置71は、定位置に設置されている(図3、図4参照)。この第1撮像装置71は、撮像素子を有し、本体部10が作業する領域、すなわち、可動範囲を撮像することができるようになっており、ロボットアーム31の把持部91が把持した移動対象物41、作業台61上の挿入対象物51等、特に、挿入対象物51やその近傍を撮像する。第1撮像装置71により撮像し、取得された画像データは、ロボット制御部20に入力され、ロボット制御部20は、前記画像データ(画像データから得られる撮像情報を含む)に基づいて、所定処理を行い、本体部10の作動を制御する。
また、第1撮像装置71は、本体部10から所定距離離間した位置に設置されている。これにより、本体部10が作動しても第1撮像装置71は、通常において定位置にあり、制御部(制御手段)20は、位置関係を容易に把握して、各処理を行うことができる。
The
Further, the
次に、図1、図2、図5、図6を参照し、制御部20の構成について説明する。
制御部20は、本体部10全体、すなわち、第1駆動源401、第2駆動源402、第3駆動源403、第4駆動源404、第5駆動源405、第6駆動源406、リスト16に装着された把持部91の駆動源、第1撮像装置71等の作動をそれぞれ制御する装置である。
Next, the configuration of the
The
図1、図2、図5に示すように、制御部20は、第1駆動源401の作動を制御する第1駆動源制御部201と、第2駆動源402の作動を制御する第2駆動源制御部202と、第3駆動源403の作動を制御する第3駆動源制御部203と、第4駆動源404の作動を制御する第4駆動源制御部204と、第5駆動源405の作動を制御する第5駆動源制御部205と、第6駆動源406の作動を制御する第6駆動源制御部206とを有している。
As shown in FIGS. 1, 2, and 5, the
ここで、制御部20は、第1撮像装置71により撮像して取得された画像データや本体部10が行う処理の内容に基づいてリスト16の先端部の目標位置、すなわち、リスト16に装着された把持部91の目標位置を求め、その目標位置に把持部91を移動させるための軌道を生成する。そして、制御部20は、その生成した軌道に沿って把持部91(リスト16)が移動するように、各駆動源401〜406の回転角度を所定の制御周期ごとに測定し、この測定結果に基づいて演算した値をそれぞれ各駆動源401〜406の位置指令Pcとして駆動源制御部201〜206に出力する。なお、前記および以下では、「値が入力、出力」等と表記しているが、これは、「その値に対応する信号が入力、出力」の意味である。
Here, the
第1駆動源制御部201には、第1駆動源401の位置指令Pcの他、第1角度センサー411から検出信号が入力される。第1駆動源制御部201は、第1角度センサー411の検出信号から算出される第1駆動源401の回転角度(位置フィードバック値Pfb)が位置指令Pcになり、かつ、後述する角速度フィードバック値ωfbが後述する角速度指令ωcになるように、各検出信号を用いたフィードバック制御によって第1駆動源401を駆動する。
In addition to the position command Pc of the
すなわち、第1駆動源制御部201の第1減算器(図示せず)には、位置指令Pcが入力され、また、後述する位置フィードバック値Pfbが入力される。第1駆動源制御部201では、第1角度センサー411から入力されるパルス数がカウントされるとともに、そのカウント値に応じた第1駆動源401の回転角度が位置フィードバック値Pfbとして第1減算器に出力される。第1減算器は、これら位置指令Pcと位置フィードバック値Pfbとの偏差(第1駆動源401の回転角度の目標値から位置フィードバック値Pfbを減算した値)を出力する。
That is, a position command Pc is input to a first subtracter (not shown) of the first drive
また、第1駆動源制御部201は、第1減算器から入力された偏差と、予め定められた係数である比例ゲイン等を用いた所定の演算処理を行うことで、その偏差に応じた第1駆動源401の角速度の目標値を演算する。そして、その第1駆動源401の角速度の目標値(指令値)を示す信号を角速度指令(第1角速度指令)ωcとして第2減算器(図示せず)に出力する。なお、ここでは、本実施形態では、フィードバック制御として、比例制御(P制御)がなされるが、これに限定されるものではない。
In addition, the first drive
また、第1駆動源制御部201は、第1角度センサー411から入力されるパルス信号の周波数に基づいて、第1駆動源401の角速度が算出され、その角速度が角速度フィードバック値ωfbとして第2減算器に出力される。
第2減算器には、角速度指令ωcが入力され、また、角速度フィードバック値ωfbが入力される。第2減算器は、これら角速度指令ωcと角速度フィードバック値ωfbとの偏差(第1駆動源401の角速度の目標値から角速度フィードバック値ωfbを減算した値)を出力する。
The first drive
The second subtracter receives an angular velocity command ωc and an angular velocity feedback value ωfb. The second subtracter outputs a deviation between the angular velocity command ωc and the angular velocity feedback value ωfb (a value obtained by subtracting the angular velocity feedback value ωfb from the target value of the angular velocity of the first drive source 401).
また、第1駆動源制御部201は、第2減算器から入力された偏差と、予め定められた係数である比例ゲイン、積分ゲイン等を用い、積分を含む所定の演算処理を行うことで、その偏差に応じた第1駆動源401の角加速度(トルク)の目標値を演算する。そして第1駆動源制御部201は、その第1駆動源401の角加速度の目標値(指令値)を示す信号を角加速度指令(トルク指令)として生成する。なお、ここでは、本実施形態では、フィードバック制御として、PI制御がなされるが、これに限定されるものではない。
第1駆動源制御部201は、その角加速度指令に基づいて、第1駆動源401の駆動信号(駆動電流)を生成し、モータードライバー301を介してモーター401Mに供給する。
Further, the first drive
The first drive
このようにして、第1駆動源401の角加速度、すなわち、トルクがその目標値と可及的に等しくなり、かつ、位置フィードバック値Pfbが位置指令Pcと可及的に等しくなるとともに、角速度フィードバック値ωfbが角速度指令ωcと可及的に等しくなるように、フィードバック制御がなされ、第1駆動源401の駆動電流が制御される。
なお、第2駆動源制御部202〜第6駆動源制御部206については、それぞれ、前記第1駆動源制御部201と同様であるので、その説明は省略する。
In this way, the angular acceleration, that is, the torque of the
Note that the second drive
また、図6に示すように、制御部20は、記憶部21と、画像判別部22と、距離判別部23と、制御モード設定部24とを有している。記憶部21には、各種のプログラムや各種のデータ等が記憶される。制御部20は、第1撮像装置71により撮像して得られた画像データ、力覚センサー81の検出結果等に基づいて、本体部10の作動を制御する。
前述したように、ロボット100は、制御部20により、本体部10(腕部12〜15、リスト16、把持部91、92等)、撮像装置71の作動を制御することにより、把持部91で移動対象物41を把持し、移動対象物41の挿入部42を作業台61上に載置された挿入対象物51の穴52に挿入する組立作業を行う。この組立作業の際は、撮像装置71により移動対象物41および挿入対象物51、特に、挿入対象物51およびその近傍を撮像し、画像データ(画像データから得られる画像を含む)を取得し、その画像データに基づいて、移動対象物41の挿入部42および挿入対象物51の穴52の位置、姿勢等を特定し、位置制御を行ったり、また、力覚センサー81の検出結果に基づいて力制御を行って、第1ロボットアーム31、把持部91を作動させ、移動対象物41の挿入部42を挿入対象物51の穴52に挿入する。
As shown in FIG. 6, the
As described above, the
すなわち、制御部20は、本体部10の制御モードとして、画像データに基づく位置制御を行って、本体部10の作動を制御し、把持部91(ロボットアーム31の先端)を目標位置に向わせる第1制御モードと、力覚センサー81の検出結果に基づく力制御を行って、本体部10の作動を制御し、把持部91(ロボットアーム31の先端)を目標位置に向わせる第2制御モードとを有している。そして、画像データに基づいて、制御モードを第1制御モードと第2制御モードとのいずれか一方に設定する。この制御モードの設定の見直しは、逐次行われる。
That is, the
まずは、第1撮像装置71により撮像を行い、画像データを取得し、画像判別部22は、画像データから得られる撮像画像(第1撮像装置71の撮像領域)に穴52(目標位置)が写っているか否かを判別する。この撮像画像に穴52が写っているか否かの判別においては、撮像画像において穴52を特定できる場合を「撮像情報が含まれる」とし、穴52を特定できない場合を「撮像情報が含まれていない」とする。この撮像画像における穴52の特定は、挿入対象物51または穴52の基準画像として、例えば、CADで作成した挿入対象物51または穴52の画像(以下、「CAD画像」とも言う)を用意し、そのCAD画像と前記撮像画像とのマッチング処理等で行うことができる。なお、例えば、図4に示すように、第1撮像装置71と穴52との間に障害物62が介在している場合には、その障害物62により穴52が隠れてしまい、撮像画像に穴52が写らない。
そして、制御モード設定部24は、画像に穴52が写っている場合は、制御モードを第1の制御モードに設定する。制御部20は、画像データに基づく位置制御を行って、移動対象物41を穴52に移動させる。これにより、他の物体に衝突させることなく移動対象物41(把持部91)を移動させることができる。
First, imaging is performed by the
Then, when the
また、制御モード設定部24は、画像に穴52が写っていない場合は、制御モードを第2の制御モードに設定する。制御部20は、その後、移動対象物41の挿入部42の先端を穴52に続く面、すなわち、図示の構成では、挿入対象物51の上面または作業台61の上面に接触させる。移動対象物41を挿入対象物51の上面または作業台61の上面に接触させる際は、力制御を行っているので、移動対象物41が破損、損傷してしまうことを防止することができる。そして、制御部20は、力覚センサー81の検出結果に基づく力制御を行って、移動対象物41の挿入部42を挿入対象物51の上面または作業台61の上面に接触させつつ移動対象物41をその上面に沿って移動させ、穴52に移動させる。これにより、安全に移動対象物41(把持部91)を移動させることができる。すなわち、移動対象物41の移動中に、その移動対象物41が何かに衝突したとしても移動対象物41が破損、損傷してしまうことを防止することができる。
力制御としては、例えば、インピーダンス制御等が挙げられる。なお、力制御では、例えば、所定の閾値を超える力が把持部91(移動対象物41)に加わらないような制御がなされる。
The control mode setting unit 24 sets the control mode to the second control mode when the
Examples of the force control include impedance control. In the force control, for example, control is performed such that a force exceeding a predetermined threshold is not applied to the grip portion 91 (the moving object 41).
また、制御モードが第1制御モードに設定された状態で、移動対象物41が穴52に接近した場合は、制御モードを第2制御モードに設定する。この場合、まずは、距離判別部23は、移動対象物41と穴52(目標位置)との距離L(図3参照)が予め設定された閾値以下であるか否かを判別する。
なお、前記距離Lは、移動対象物41の予め定められた代表点と、穴52の予め定められた代表点との距離とする。移動対象物41の代表点としては、例えば、移動対象物41の挿入部42の先端面の中心とする。また、穴52の代表点としては、例えば、穴52の開口53の中心とする。なお、距離Lは、例えば、第1撮像装置71により取得された画像データから得られる画像から求めることができる。
Further, when the moving object 41 approaches the
The distance L is a distance between a predetermined representative point of the moving object 41 and a predetermined representative point of the
そして、制御モード設定部24は、距離Lが閾値以下の場合は、制御モードを第2制御モードに設定する。その後、移動対象物41の挿入部42の先端を穴52に続く面、すなわち、図示の構成では、挿入対象物51の上面または作業台61の上面に接触させる。移動対象物41を挿入対象物51の上面または作業台61の上面に接触させる際は、力制御を行っているので、移動対象物41が破損、損傷してしまうことを防止することができる。
And the control mode setting part 24 sets a control mode to a 2nd control mode, when the distance L is below a threshold value. Thereafter, the tip of the
制御部20は、力制御により移動対象物41の挿入部42を穴52に挿入する作業を行う。この作業では、把持部91が把持した移動対象物41の挿入部42を挿入対象物51の上面または作業台61の上面に接触させつつ移動対象物41をその上面に沿って移動させる走査(探索)を行う。そして、前記走査の際、力覚センサー81により力の検出を行い、力覚センサー81の検出結果に基づいて穴52の位置を特定する。なお、穴52の位置では、力覚センサー81の検出値が変化するので、それにより、穴52の位置を特定することができる。そして、移動対象物41の挿入部42を挿入対象物51の穴52に挿入する。なお、この動作は、画像に穴52の撮像情報が含まれていない場合も同様である。
このようにして、画像に穴52の撮像情報が含まれている場合は、移動対象物41を位置制御により他の物体に衝突させることなく穴52の近傍まで移動させることができ、そこから力制御により、的確に穴52まで移動させ、その穴52に挿入することができる。
The
In this way, when the imaging information of the
前記距離Lの閾値は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、1mm以上、50mm以下であることが好ましく、3mm以上、10mm以下であることがより好ましい。閾値が前記下限値よりも小さいと、他の条件によっては、位置制御で距離Lを閾値以下にすることが困難であり、また、閾値が前記上限値よりも大きいと、他の条件によっては、力制御で移動対象物41を穴52に移動させ挿入する時間が長くかかる。
The threshold value of the distance L is not particularly limited and is appropriately set according to various conditions, but is preferably 1 mm or more and 50 mm or less, and more preferably 3 mm or more and 10 mm or less. If the threshold value is smaller than the lower limit value, depending on other conditions, it is difficult to make the distance L less than or equal to the threshold value by position control, and if the threshold value is larger than the upper limit value, depending on other conditions, It takes a long time to move and insert the moving object 41 into the
次に、図7に示すフローチャートに基づき、移動対象物41の挿入部42を挿入対象物51の穴52に挿入する作業における制御部20の制御動作について説明する。
図7に示すように、まず、第2撮像装置71により撮像し、画像データを取得する(画像データ取得手段)(ステップS101)。
次いで、画像データを処理し(ステップS102)、画像データから得られる画像に穴52が写っているか否かを判別する(ステップS103)。
ステップS103において、画像に穴52が写っている場合は、移動対象物41と穴52(目標位置)との距離Lが閾値以下であるか否かを判断する(ステップS104)。
Next, based on the flowchart shown in FIG. 7, the control operation of the
As shown in FIG. 7, first, an image is captured by the
Next, the image data is processed (step S102), and it is determined whether or not the
In step S103, when the
ステップS104において、距離Lが閾値以下ではない場合は、制御モードを第1制御モードに設定し(ステップS105)、画像データに基づいて位置制御を行い、移動対象物41を穴52に向けて移動させる動作を行う(第1の移動手段)(ステップS106)。そして、ステップS101に戻り、再度、ステップS101以降を実行する。
また、ステップS104において、距離Lが閾値以下の場合は、制御モードを第2制御モードに設定し(ステップS107)、力覚センサー81により力の検出を行い、その検出結果に基づく力制御を行い、移動対象物41の挿入部42の先端を挿入対象物51の上面または作業台61の上面に接触させ(ステップS108)、ステップS109に進む。
If the distance L is not less than or equal to the threshold value in step S104, the control mode is set to the first control mode (step S105), position control is performed based on the image data, and the moving object 41 is moved toward the
In step S104, when the distance L is equal to or smaller than the threshold value, the control mode is set to the second control mode (step S107), the force is detected by the
また、ステップS103において、画像に穴52が写っていない場合は、制御モードを第2制御モードに設定し(ステップS107)、力覚センサー81により力の検出を行い、その検出結果に基づく力制御を行い、移動対象物41の挿入部42の先端を挿入対象物51の上面または作業台61の上面に接触させ(第2の移動手段)(ステップS108)、ステップS109に進む。
If the
次いで、力制御により移動対象物41の挿入部42を挿入対象物51の穴52に挿入する作業を行う(第2の移動手段)(ステップS109)。
次いで、移動対象物41の挿入部42を挿入対象物51の穴52に挿入する作業が完了したか否かを判断する(ステップS110)。
ステップS110において、移動対象物41の挿入部42を挿入対象物51の穴52に挿入する作業が完了していない場合は、ステップS101に戻り、再度、ステップS101以降を実行する。そして、前記作業が完了した場合は、このプログラムを終了する。
Next, an operation of inserting the
Next, it is determined whether or not the operation of inserting the
In step S110, when the operation of inserting the
以上説明したように、このロボット100によれば、第1撮像装置71により取得された画像データから得られる画像に穴52の撮像情報が含まれている場合は、位置制御を行って、他の物体に衝突させることなく移動対象物41を移動させることができ、また、穴52の撮像情報が含まれていない場合は、力制御行って、安全に移動対象物41を移動させることができる。これにより、安全、迅速かつ確実に、移動対象物41を穴52まで移動させ、その穴52に挿入する作業を行うことができる。
As described above, according to the
<第2実施形態>
図8は、本発明に係わるロボットの第2実施形態における本体部の概略図である。図9は、第2実施形態における制御部のブロック図である。図10は、第2実施形態における制御部の制御動作を示すフローチャートである。
以下、第2実施形態について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
Second Embodiment
FIG. 8 is a schematic view of the main body in the second embodiment of the robot according to the present invention. FIG. 9 is a block diagram of a control unit in the second embodiment. FIG. 10 is a flowchart showing the control operation of the control unit in the second embodiment.
Hereinafter, the second embodiment will be described with a focus on the differences from the first embodiment described above, and the description of the same matters will be omitted.
なお、以下では、説明の都合上、図8中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。また、図8中の基台側を「基端」、その反対側を「先端」と言う。
図8および図9に示すように、第2実施形態のロボット100は、ロボットアーム31のリスト16に設置された第2撮像装置72を有している。この第2撮像装置72は、ロボットアーム31とともに移動可能である。なお、第2撮像装置72については、第1撮像装置71と同様であるので、その説明は省略する。
In the following, for convenience of explanation, the upper side in FIG. 8 is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side is referred to as “lower” or “lower”. Further, the base side in FIG. 8 is referred to as “base end”, and the opposite side is referred to as “tip”.
As shown in FIGS. 8 and 9, the
制御部20は、第1撮像装置71、第2撮像装置72により撮像して得られた画像データ、力覚センサー81の検出結果等に基づいて、本体部10の作動を制御する。第1撮像装置71により撮像して得られた画像データと、第2撮像装置により撮像して得られた画像データとでは、第1撮像装置71により撮像して得られた画像データを優先的に用いる。定位置に置かれた第1撮像装置71の画像データの方が精度が良く、これにより、より確実に、移動対象物41に穴52に移動させることができる。
The
また、画像判別部22は、第2撮像装置72により取得された画像データに基づいて、その画像データから得られる画像に穴52(目標位置)が写っているか否かを判別する。そして制御モード設定部24は、第1撮像装置71により取得された画像データから得られる画像と、撮像装置72により取得された画像データから得られる画像との少なくとも一方に穴52の撮像情報が含まれている場合は、制御モードを第1制御モードに設定し、いずれの画像にも穴52の撮像情報が含まれていない場合は、制御モードを第2制御モードに設定する。
Further, the
また、制御部20は、第1撮像装置71により取得された画像データから得られる画像に穴52の撮像情報が含まれていない場合は、ロボットアーム31を作動させ、第2撮像装置72の姿勢を調整することで、可能な限り、第2撮像装置72により取得された画像データから得られる撮像画像に穴52の撮像情報が含まれるようにする。これにより、位置制御を行うことができ、その位置制御を行うことにより、他の物体に衝突させることなく移動対象物41(把持部91)を移動させることができる。
In addition, when the image obtained from the image data acquired by the
次に、図10に示すフローチャートに基づき、移動対象物41の挿入部42を挿入対象物51の穴52に挿入する作業における制御部20の制御動作について説明する。
図10に示すように、まず、第1撮像装置71、第2撮像装置72により撮像し、それぞれ、画像データを取得する(ステップS201)。
次いで、各画像データを処理し(ステップS202)、第1撮像装置71により取得された画像データから得られる画像に穴52の撮像情報が含まれているか否かを判別する(ステップS203)。
ステップS203において、第1撮像装置71により取得された画像に穴52の撮像情報が含まれている場合は、移動対象物41と穴52(目標位置)との距離Lが閾値以下であるか否かを判断する(ステップS204)。
Next, based on the flowchart shown in FIG. 10, the control operation of the
As shown in FIG. 10, first, the first
Next, each image data is processed (step S202), and it is determined whether or not the imaging information of the
In step S203, when the image acquired by the
ステップS204において、距離Lが閾値以下ではない場合は、制御モードを第1制御モードに設定し(ステップS205)、第1撮像装置71により取得された画像データに基づいて位置制御を行い、移動対象物41を穴52に向けて移動させる動作を行う(ステップS206)。そして、ステップS201に戻り、再度、ステップS201以降を実行する。
In step S204, when the distance L is not less than or equal to the threshold value, the control mode is set to the first control mode (step S205), the position control is performed based on the image data acquired by the
また、ステップS204において、距離Lが閾値以下の場合は、制御モードを第2制御モードに設定し(ステップS208)、力覚センサー81により力の検出を行い、その検出結果に基づく力制御を行い、移動対象物41の挿入部42の先端を挿入対象物51の上面または作業台61の上面に接触させ(ステップS209)、ステップS210に進む。
また、ステップS203において、第1撮像装置71により取得された画像に穴52の撮像情報が含まれていない場合は、第2撮像装置72により取得された画像データから得られる画像に穴52の撮像情報が含まれているか否かを判別する(ステップS207)。
If the distance L is equal to or smaller than the threshold value in step S204, the control mode is set to the second control mode (step S208), the force is detected by the
If the image acquired by the
ステップS207において、第2撮像装置72により取得された画像に穴52の撮像情報が含まれている場合は、ステップS204に進み、前述したように以降の処理を行う。なお、この場合は、位置制御は、第2撮像装置72により取得された画像データに基づいて行う。
また、ステップS207において、第2撮像装置72により取得された画像に穴52の撮像情報が含まれていない場合は、制御モードを第2制御モードに設定し(ステップS208)、力覚センサー81により力の検出を行い、その検出結果に基づく力制御を行い、移動対象物41の挿入部42の先端を挿入対象物51の上面または作業台61の上面に接触させ(ステップS209)、ステップS210に進む。
In step S207, when the image acquired by the
In step S207, when the image acquired by the
次いで、力制御により移動対象物41の挿入部42を挿入対象物51の穴52に挿入する作業を行う(ステップS210)。
次いで、移動対象物41の挿入部42を挿入対象物51の穴52に挿入する作業が完了したか否かを判断する(ステップS211)。
ステップS211において、移動対象物41の挿入部42を挿入対象物51の穴52に挿入する作業が完了していない場合は、ステップS201に戻り、再度、ステップS201以降を実行する。そして、前記作業が完了した場合は、このプログラムを終了する。
このロボット100によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
なお、本実施例では、第1撮像装置71を省略してもよい。
Next, an operation of inserting the
Next, it is determined whether or not the operation of inserting the
In step S211, when the operation of inserting the
According to this
In the present embodiment, the
<第3実施形態>
図11は、本発明のロボットの第3実施形態における本体部の概略図である。図12は、本発明のロボットの第3実施形態における制御部の主要部のブロック図である。
以下、第3実施形態について、前述した第2実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
なお、以下では、説明の都合上、図11中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。また、図11中の基台側を「基端」、その反対側を「先端」と言う。
<Third Embodiment>
FIG. 11 is a schematic view of a main body in a third embodiment of the robot of the present invention. FIG. 12 is a block diagram of the main part of the control unit in the third embodiment of the robot of the present invention.
Hereinafter, the third embodiment will be described with a focus on differences from the second embodiment described above, and description of similar matters will be omitted.
In the following, for convenience of explanation, the upper side in FIG. 11 is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side is referred to as “lower” or “lower”. Further, the base side in FIG. 11 is referred to as “base end”, and the opposite side is referred to as “tip”.
図11および図12に示すように、第3実施形態のロボット100では、本体部10は、基台11と、4本の腕部12、13、14、15と、リスト(リンク)16と、6つの駆動源401、402、403、404、405、406(図1参照)とを有するロボットアーム31と、基台11と、4本の腕部12、13、14、15と、リスト(リンク)16と、6つの駆動源401、402、403、404、405、406(図1参照)とを有するロボットアーム32とを備えている。なお、ロボットアーム31とロボットアーム32とは、左右対称であり、その構成は、同様であるので、ロボットアーム32についての説明は、省略する。
As shown in FIGS. 11 and 12, in the
また、ロボットアーム32のリスト16には、その先端(第4腕部15と反対側の端部)に、エンドエフェクタとして、把持部92が着脱自在に装着される。把持部92については、把持部91と同様であるので、その説明は、省略する。
また、本体部10は、ロボットアーム32のリスト16の先端(リスト16と把持部92との間)に設けられた力覚センサー82を有している。なお、力覚センサー82は、前記の位置に限らず、例えば、把持部92の基端部等に設けられていてもよい。力覚センサー82については、力覚センサー81と同様であるので、その説明は、省略する。
In addition, a
Further, the
また、第2撮像装置72は、ロボットアーム31のリスト16に設けられており、把持部92により移動対象物41を把持する。これにより、第2撮像装置72の姿勢の調整の際の制約を減少させることができる。
なお、第2撮像装置72をロボットアーム32のリスト16に設け、ハンド91により挿入物41を把持してもよい。
このロボット100によれば、前述した第2実施形態と同様の効果が得られる。
なお、本実施形態では、2つのロボットアーム31、32は、互いに離間しているが、本発明では、これに限定されず、例えば、2つのロボットアーム31、32の基端部等が互いに連結していてもよい。1例としては、本体部が、胴部等を有し、2つのロボットアームが、それぞれ、その胴部に連結している構成等が挙げられる。
The
Note that the
According to this
In the present embodiment, the two
以上、本発明のロボットおよびロボット制御方法を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
また、各駆動源のモーターとしては、それぞれ、前記サーボモーターの他、例えば、ステッピングモーター等が挙げられる。また、モーターとしてステッピングモーターを用いる場合は、角度センサーとして、例えば、ステッピングモーターへ入力する駆動パルスの数を計測することで、モーターの回転角度を検出するものを用いてもよい。
As described above, the robot and the robot control method of the present invention have been described based on the illustrated embodiment, but the present invention is not limited to this, and the configuration of each unit is an arbitrary configuration having the same function. Can be substituted. In addition, any other component may be added to the present invention.
Further, the present invention may be a combination of any two or more configurations (features) of the above embodiments.
In addition to the servo motor, examples of the motor of each drive source include a stepping motor. Moreover, when using a stepping motor as a motor, you may use what detects the rotation angle of a motor by measuring the number of the drive pulses input into a stepping motor as an angle sensor, for example.
また、各角度センサーの方式は、それぞれ、特に限定されず、例えば、光学式、磁気式、電磁式、電気式等が挙げられる。
また、前記実施形態では、本体部は、複数の腕部の隣り合う前記腕部同士を連結してなるロボットアームを1つ有する単腕ロボットの本体部、ロボットアームを2つ有する双腕ロボットの本体部であるが、本発明では、これに限定されず、例えば、ロボットアームを3つ以上有する本体部であってもよい。
In addition, the method of each angle sensor is not particularly limited, and examples thereof include an optical method, a magnetic method, an electromagnetic method, and an electric method.
Moreover, in the said embodiment, a main-body part is the body part of the single arm robot which has one robot arm formed by connecting the said arm parts which adjoin each other, and the double-arm robot which has two robot arms. Although it is a main-body part, in this invention, it is not limited to this, For example, the main-body part which has three or more robot arms may be sufficient.
また、前記実施形態では、ロボットアームの回転軸の数は、6つであるが、本発明では、これに限定されず、ロボットアームの回転軸の数は、例えば、3つ、4つ、5つまたは7つ以上でもよい。すなわち、本実施形態では、リストが2本の腕部を有しているので、ロボットアームの腕部の本数は、6本であるが、本発明では、これに限定されず、ロボットアームの腕部の本数は、例えば、3本、4本、5本または7本以上でもよい。
また、本発明では、本体部は、アーム型ロボット(ロボットアーム)に限定されず、他の形式のロボット、例えば、脚部を有する脚式歩行(走行)ロボット等であってもよい。
In the embodiment, the number of rotation axes of the robot arm is six. However, the present invention is not limited to this, and the number of rotation axes of the robot arm is three, four, five, for example. It may be one or seven or more. That is, in this embodiment, since the list has two arm portions, the number of arm portions of the robot arm is six. However, the present invention is not limited to this, and the arm of the robot arm is not limited thereto. The number of parts may be, for example, 3, 4, 5 or 7 or more.
In the present invention, the main body is not limited to an arm type robot (robot arm), but may be another type of robot, such as a legged walking (running) robot having legs.
10……本体部 101……床 11……基台 111……複数本のボルト 112……基台本体 113……円筒状部 114……箱状部 12、13、14、15……腕部 16……リスト 161……リスト本体 162……支持リング 163……先端面 171、172、173、174、175、176……関節 17、18……指部 2、2a、2b、2c、2d……腕部本体 3、3a、3b、3c、3d……駆動機構 4、4a、4b、4c、4d……封止手段 20……制御部 21……記憶部 22……画像判別部 23……距離判別部 24……制御モード設定部 100……ロボット 31、32……ロボットアーム 41……移動対象物 42……挿入部 51……挿入対象物 52……穴 53……開口 61……作業台 62……障害物 71、72……撮像装置 81、82……力覚センサー 91、92……把持部 O1、O2、O3、O4、O5、O6……回転軸 S101〜S110、S201〜S211……ステップ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
第1撮像装置が撮像した画像データを取得する撮像部と、
前記画像データおよび前記力覚センサーの検出結果に基づいて、前記本体部の作動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記画像データに前記目標位置の撮像情報が含まれるか否かを判別し、
前記画像データに前記目標位置の撮像情報が含まれる場合は前記画像データに基づく位置制御を行う第1制御モードに設定し、前記目標位置の撮像情報が含まれない場合は前記力覚センサーの検出結果に基づく力制御を行う第2制御モードに設定する、ことを特徴とするロボット。 A main body that includes a robot arm and a force sensor installed at a tip of the robot arm, and performs an operation including an operation of moving the tip to a target position;
An imaging unit that acquires image data captured by the first imaging device;
A control unit for controlling the operation of the main body based on the image data and the detection result of the force sensor,
The control unit determines whether the image data includes imaging information of the target position;
When the image data includes imaging information of the target position, the first control mode for performing position control based on the image data is set. When the imaging information of the target position is not included, detection of the force sensor A robot is set to a second control mode for performing force control based on a result.
第1撮像部が撮像した画像データを取得する撮像部と、
前記画像データおよび前記力覚センサーの検出結果に基づいて、前記本体部の作動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記画像データに前記目標位置の撮像情報が含まれるか否かと前記先端から前記目標位置までの距離が閾値以下であるか否かとを判別し、
前記画像データに前記目標位置の撮像情報が含まれる場合と前記先端から前記目標位置までの距離が閾値より大きい場合は前記画像データに基づく位置制御を行う第1制御モードに設定し、前記目標位置の撮像結果が含まれない且つ前記目標位置までの距離が閾値以下の場合は前記力覚センサーの検出結果に基づく力制御を行う第2制御モードに設定する、ことを特徴とするロボット。 A main body that includes a robot arm and a force sensor installed at a tip of the robot arm, and performs an operation including an operation of moving the tip to a target position;
An imaging unit that acquires image data captured by the first imaging unit;
A control unit for controlling the operation of the main body based on the image data and the detection result of the force sensor,
The controller determines whether the image data includes imaging information of the target position and whether a distance from the tip to the target position is equal to or less than a threshold;
When the image data includes imaging information of the target position and when the distance from the tip to the target position is greater than a threshold value, the first control mode is set to perform position control based on the image data, and the target position The robot is set to a second control mode in which force control based on the detection result of the force sensor is performed when the imaging result is not included and the distance to the target position is equal to or less than a threshold value.
前記制御部が前記第2制御モードに設定して、前記移動対象物を倣いながら前記目標位置へ移動させる請求項1または2に記載のロボット。 In the operation, a gripping unit installed via a force sensor of the robot arm grips a moving object,
The robot according to claim 1, wherein the control unit is set to the second control mode and moves to the target position while following the moving object.
前記画像データに前記目標位置の撮像情報が含まれる場合は前記画像データに基づく位置制御を行う第1制御モードに設定し、前記目標位置の撮像情報が含まれない場合は前記力覚センサーの検出結果に基づく力制御を行う第2制御モードに設定する、請求項5に記載のロボット。 The control unit determines whether or not imaging information of the target position is included in image data captured by the first imaging device or the second imaging device,
When the image data includes imaging information of the target position, the first control mode for performing position control based on the image data is set. When the imaging information of the target position is not included, detection of the force sensor The robot according to claim 5, wherein the robot is set to a second control mode for performing force control based on the result.
前記第2の撮像装置は、いずれかの前記ロボットアームに設けられている請求項5または6に記載のロボット。 The main body includes a plurality of the robot arms,
The robot according to claim 5 or 6, wherein the second imaging device is provided on any one of the robot arms.
請求項1ないし7のいずれか1項に記載のロボット。 The main body unit, the control unit, and the imaging device are separately installed and wired between each other by a cable, or the main body unit and the control unit are installed integrally and installed separately. The imaging device is wired with a cable, or the main body unit and the imaging device are installed integrally, and the control unit installed separately is wired with a cable, or the main body Part, the control unit, and the imaging device are integrally formed.
The robot according to any one of claims 1 to 7.
前記画像データに目標位置の撮像情報が含まれる場合に制御部が第1制御モードに設定し、前記画像データに前記目標位置の撮像情報が含まれない場合に前記制御部が第2制御モードに設定する制御モード選択手段と、
ロボットアームと前記ロボットアームの先端に設置された力覚センサーとを備えた本体部において、前記制御部が第1制御モードに設定した場合は前記画像データによる位置制御に基づいて前記本体部の作動を制御し、前記制御部が第2制御モードに設定した場合は前記力覚センサーの検出結果に基づく位置制御に基づいて前記本体部の作動を制御する制御手段と、
前記本体部の作動が前記第1制御モードに設定されると、前記ロボットアームの力覚センサーを介して設置された把持部に把持された移動対象物を前記画像データによる位置制御に基づきながら前記目標位置へ移動する第1の移動手段と、
前記本体部の作動が前記第2制御モードに設定されると、前記把持部に把持された前記移動対象物を倣いながら前記目標位置へ移動する第2の移動手段と、を有するロボットの制御方法。 Image data acquisition means for acquiring image data captured by the imaging device by the imaging device;
When the image data includes imaging information of the target position, the control unit sets the first control mode. When the image data does not include imaging information of the target position, the control unit enters the second control mode. Control mode selection means to be set;
In a main body provided with a robot arm and a force sensor installed at the tip of the robot arm, the operation of the main body is performed based on position control based on the image data when the control unit is set to the first control mode. Control means for controlling the operation of the main body based on position control based on the detection result of the force sensor when the control unit is set to the second control mode;
When the operation of the main body is set to the first control mode, the moving object gripped by the gripping portion installed via the force sensor of the robot arm is controlled based on the position control based on the image data. First moving means for moving to a target position;
And a second moving means for moving to the target position while following the moving object gripped by the gripping portion when the operation of the main body is set to the second control mode. .
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