JP2015000455A - ロボット装置及びロボット装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】実際の作業中に起こり得る位置姿勢誤差に対応しながらも、コスト増を招くことなくタクトタイムを短縮できるロボット装置を提供する。
【解決手段】ロボット本体と、センサと、制御部と、を備え、制御部は、作業対象物が供給された際に、複数の作業部位のうちの一部の作業部位に対して、センサにより得られた計測値に基づいて、エンドエフェクタを移動させることにより一部の作業部位に位置決めして作業させ、位置決めしたエンドエフェクタの位置姿勢を基準位置姿勢として設定し(第1の位置決め工程)、複数の作業部位のうちの一部の作業部位以外の残部の作業部位に対して、基準位置姿勢から次の作業部位までのオフセット量を算出し、エンドエフェクタを基準位置姿勢からオフセット量だけずらした位置姿勢に移動させることにより残部の作業部位に位置決めして作業させる(第2の位置決め工程)。
【選択図】図4
【解決手段】ロボット本体と、センサと、制御部と、を備え、制御部は、作業対象物が供給された際に、複数の作業部位のうちの一部の作業部位に対して、センサにより得られた計測値に基づいて、エンドエフェクタを移動させることにより一部の作業部位に位置決めして作業させ、位置決めしたエンドエフェクタの位置姿勢を基準位置姿勢として設定し(第1の位置決め工程)、複数の作業部位のうちの一部の作業部位以外の残部の作業部位に対して、基準位置姿勢から次の作業部位までのオフセット量を算出し、エンドエフェクタを基準位置姿勢からオフセット量だけずらした位置姿勢に移動させることにより残部の作業部位に位置決めして作業させる(第2の位置決め工程)。
【選択図】図4
Description
本発明は、複数の関節が制御されることにより駆動する多関節アームを利用するロボット装置及びロボット装置の制御方法に関する。
従来、多関節ロボット(以下、アームと呼ぶ)の先端部にハンドが設けられて構成される産業用のロボット装置では、例えばハンドに力覚センサが設けられており、ハンドによるワーク取得の際に、力覚センサによりハンドのワークへの接触力を検出している。そして、ロボット装置の制御装置では、検出された接触力を小さくする方向にアームを移動するように軌道を補正する力制御(インピーダンス制御)を行うことにより、アームの位置姿勢を制御する手法が普及している。
しかしながら、力覚センサを用いた力制御では、制御帯域が低いため動作速度を上げると加速度まで検出され、振動を生ずる等で動作が不安定になってしまい、動作速度を上げることは困難であった。そのため、ハンドとワークとの位置誤差を低減するために力制御を利用すると、力制御を実行する工程でタクトタイムが増加してしまい、全体の作業時間が増加してしまうという問題があった。
上述した問題点を解決するために、力制御を、ロボットのワークへの接近動作と、ワークへの押し付け動作とに分類して、各動作で異なる制御を実行する技術が開発されている(特許文献1参照)。この技術では、力制御のうち、ワークからロボットへの負荷力が所定の値を超えるまでは接近動作中とみなして高速の動作を行わせ、負荷力が所定の値を超えた時は押し付け動作中とみなして力制御を行わせる。この技術によれば、ロボットのワークへの接近から押し付けまでの一連の力制御のうち、作業時間の大半を占める接近動作が高速化されるので、全動作で力制御を実行する場合に比べてタクトタイムを短縮させることができる。
また、上述した作業時間の増加という問題点を解決するために、ロボットへの教示時に力覚センサの計測値が目標値となるように動作を修正しながら、ロボットに測定棒を測定穴に差し込む動作を行わせる技術が開発されている(特許文献2参照)。この技術では、2つの測定穴についてそれぞれ差し込み動作が完了すると、その時のロボットの軸パラメータを正規時の軸パラメータと比較して、治具とロボット間のねじれ、傾き、各方向の誤差を把握する。そして、原位置姿勢を修正する補正値を求め、この補正値によりロボットの教示データを修正する。この方法を用いることにより、各誤差を補正した位置姿勢へ高速に位置姿勢制御のみを用いて動作させることができるので、全体の作業時間を短縮することができる。
しかしながら、特許文献1に記載された制御方法では、力制御の接近動作のみの作業時間を短縮しているが、力制御の押し付け動作については作業時間を短縮していないので、全体のタクトタイムを短縮するのは困難である。また、特許文献2に記載された制御方法では、教示時に位置姿勢の誤差を補正するため、実際の作業中に起こる可能性のある位置姿勢誤差に対しては対応できず、また教示時に専用の冶具が必要となりコストが増加してしまうという問題があった。
本発明は、実際の作業中に起こり得る位置姿勢誤差に対応しながらも、コスト増を招くことなくタクトタイムを短縮できるロボット装置及びロボット装置の制御方法を提供することを目的とする。
本発明のロボット装置は、多関節アームと、前記多関節アームに支持されると共に、互いに既知の位置姿勢関係で配置された複数の作業部位を有する作業対象物の前記作業部位に対して作業可能なエンドエフェクタとを有するロボット本体と、前記エンドエフェクタの前記作業対象物に対する接触圧及び位置姿勢の少なくとも一方を計測可能なセンサと、前記センサにより得られた計測値に基づいて、前記ロボット本体の位置姿勢を制御可能な制御部と、を備え、前記制御部は、前記作業対象物が供給された際に、前記複数の作業部位のうちの一部の作業部位に対して、前記センサにより得られた計測値に基づいて、前記エンドエフェクタを移動させることにより前記一部の作業部位に位置決めして作業させ、位置決めした前記エンドエフェクタの位置姿勢を基準位置姿勢として設定し、前記複数の作業部位のうちの前記一部の作業部位以外の残部の作業部位に対して、前記基準位置姿勢から次の作業部位までのオフセット量を算出し、前記エンドエフェクタを前記基準位置姿勢から前記オフセット量だけずらした位置姿勢に移動させることにより前記残部の作業部位に位置決めして作業させることを特徴とする。
また、本発明のロボット装置は、多関節アームと、前記多関節アームに支持されると共に、基準部位及び前記基準部位に対して既知の位置姿勢関係で配置された複数の作業部位を有する作業対象物の前記作業部位に対して作業可能なエンドエフェクタとを有するロボット本体と、前記エンドエフェクタの前記作業対象物に対する接触圧及び位置姿勢の少なくとも一方を計測可能なセンサと、前記センサにより得られた計測値に基づいて、前記ロボット本体の位置姿勢を制御可能な制御部と、を備え、前記制御部は、前記作業対象物が供給された際に、前記基準部位に対して、前記センサにより得られた計測値に基づいて、前記エンドエフェクタを移動させることにより前記基準部位に位置決めし、位置決めした前記エンドエフェクタの位置姿勢を基準位置姿勢として設定し、前記複数の作業部位に対して、前記基準位置姿勢から次の作業部位までのオフセット量を算出し、前記エンドエフェクタを前記基準位置姿勢から前記オフセット量だけずらした位置姿勢に移動させることにより前記複数の作業部位に位置決めして作業させることを特徴とする。
また、本発明は、多関節アームと、前記多関節アームに支持されると共に、互いに既知の位置姿勢関係で配置された複数の作業部位を有する作業対象物の前記作業部位に対して作業可能なエンドエフェクタとを有するロボット本体と、前記エンドエフェクタの前記作業対象物に対する接触圧及び位置姿勢の少なくとも一方を計測可能なセンサと、前記センサにより得られた計測値に基づいて、前記ロボット本体の位置姿勢を制御可能な制御部と、を備えるロボット装置の制御方法において、前記制御部が、前記作業対象物が供給された際に、前記複数の作業部位のうちの一部の作業部位に対して、前記センサにより得られた計測値に基づいて、前記エンドエフェクタを移動させることにより前記一部の作業部位に位置決めして作業させ、位置決めした前記エンドエフェクタの位置姿勢を基準位置姿勢として設定する第1の位置決め工程と、前記制御部が、前記複数の作業部位のうちの前記一部の作業部位以外の残部の作業部位に対して、前記基準位置姿勢から次の作業部位までのオフセット量を算出し、前記エンドエフェクタを前記基準位置姿勢から前記オフセット量だけずらした位置姿勢に移動させることにより前記残部の作業部位に位置決めして作業させる第2の位置決め工程と、を備えることを特徴とする。
また、本発明は、多関節アームと、前記多関節アームに支持されると共に、基準部位及び前記基準部位に対して既知の位置姿勢関係で配置された複数の作業部位を有する作業対象物の前記作業部位に対して作業可能なエンドエフェクタとを有するロボット本体と、前記エンドエフェクタの前記作業対象物に対する接触圧及び位置姿勢の少なくとも一方を計測可能なセンサと、前記センサにより得られた計測値に基づいて、前記ロボット本体の位置姿勢を制御可能な制御部と、を備えるロボット装置の制御方法において、前記制御部が、前記作業対象物が供給された際に、前記基準部位に対して、前記センサにより得られた計測値に基づいて、前記エンドエフェクタを移動させることにより前記基準部位に位置決めし、位置決めした前記エンドエフェクタの位置姿勢を基準位置姿勢として設定する第1の位置決め工程と、前記制御部が、前記複数の作業部位に対して、前記基準位置姿勢から次の作業部位までのオフセット量を算出し、前記エンドエフェクタを前記基準位置姿勢から前記オフセット量だけずらした位置姿勢に移動させることにより前記複数の作業部位に位置決めして作業させる第2の位置決め工程と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、制御部が、一部の作業部位に対しては、計測値に基づいてエンドエフェクタを位置決めして作業させ、残部の作業部位に対しては、基準位置姿勢から算出したオフセット量に基づいてエンドエフェクタを位置決めして作業させる。このため、残部の作業部位に対しては、センサによる計測が不要になるので、一部の作業部位に比べて短時間で位置決めできるようになる。従って、全ての位置決めにおいて力制御を利用する場合に比べて、全体のタクトタイムを短縮することができる。しかも、誤差補正ための教示を行う必要が無いので、実際の作業に対応して高精度な位置決めを実現できると共に、教示のための専用の治具は不要でありコスト増加を防止できる。
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
[第1実施形態]
図3に示すように、ロボットシステム10は、ロボット装置1と、ロボット装置1に作業対象物5を供給するワーク供給装置4とを備えている。また、図1に示すように、ロボット装置1は、ロボット本体2と、ロボット本体2を制御する制御装置3と、を備えている。
図3に示すように、ロボットシステム10は、ロボット装置1と、ロボット装置1に作業対象物5を供給するワーク供給装置4とを備えている。また、図1に示すように、ロボット装置1は、ロボット本体2と、ロボット本体2を制御する制御装置3と、を備えている。
ロボット本体2は、6軸の垂直多関節アーム(以下、アームと呼ぶ)20と、ハンド(エンドエフェクタ)22と、力覚センサ(センサ)21と、を有している。本実施形態では、アーム20として6軸の垂直多関節アームを適用しているが、軸数は用途や目的に応じて適宜変更してもよい。
また、本実施形態では、エンドエフェクタとしてハンド22を適用しているが、これには限られず、ワーク(部材)52に対して作業可能なツールの全般を含めることができる。このため、例えば、作業対象物に対して溶接を施す溶接ツールや、作業対象物のボルトを締めるドライバツールや、作業対象物に穿孔するドリルツールを適用することができる。また、本明細書中で、エンドエフェクタとはアーム20の最先端のリンクより先に装着された全てのツールを含む趣旨であり、例えば、上述したハンド22に他のツールを把持させた場合はハンド22の他に当該ツールもエンドエフェクタに含むものとする。
アーム20は、7つのリンク61〜67と、各リンク61〜67を揺動又は回動可能に連結する6つの関節71〜76とを備えている。各リンク61〜67としては、長さが固定されたものを採用している。但し、例えば、直動アクチュエータにより伸縮可能なリンクを採用してもよい。各関節71〜76には、図2に示すように、各関節71〜76を各々駆動するモータ80と、モータ80の回転角度を検知するエンコーダ81と、制御装置3と信号を送受信してモータ80及びエンコーダ81を制御するモータ制御部82とが設けられている。
ハンド22は、アーム20の先端リンク67に力覚センサ21を介して取り付けられて支持され、アーム20の動作により位置及び姿勢の少なくとも一自由度が調整されるようになっている。ハンド22は、2本の指23と、これら指23の間隔を開閉可能に支持するハンド本体24とを備え、指23同士が接近する閉動作によりワーク52を把持可能になっている。
力覚センサ21は、先端リンク67とハンド22との間に介在されており、指23の先端へのワーク52からの接触圧を計測可能になっている。先端リンク67と力覚センサ21とハンド22とは直列に連結されている。尚、本実施形態では力覚センサ21及びハンド22を直列に連結しているが、これには限られず、例えば力覚センサ及びハンドを一体化した力覚センサ一体型のハンドであってもよい。また、力覚センサ21は、X軸、Y軸、Z軸の3次元直交座標系におけるZ軸の並進方向の力Fzと、X軸回りのモーメントMxと、Y軸回りのモーメントMyとを検出する3軸の力覚センサとしている。但し、力覚センサ21としては3軸のものに限られず、例えば6軸のものであってもよい。
図2に示すように、制御装置3は、コンピュータにより構成され、ロボット本体2を制御するようになっている。制御装置3を構成するコンピュータは、例えばCPU30と、データを一時的に記憶するRAM31と、各部を制御するためのプログラムを記憶するROM32と、ロボット本体2と通信可能にする入出力インタフェース回路(I/F)33とを備えている。
ROM32は、ロボット制御プログラム32aや、その他のCPU30が行うワーク52の位置姿勢演算に関する演算プログラム等を保存している。ロボット制御プログラム32aは、ロボット専用のプログラミング言語を用いたロボット動作プログラムであり、ロボット本体2に対してどのような動きをさせるかを指示するようになっている。ROM32に記憶されたデータは、CPU30からの書き込みや消去を除き、制御装置3の電源がオフ状態にされても保持されるようになっている。
RAM31は、制御モデル31a等のCPU30にて処理中のデータを一時的に記憶するようになっている。制御モデル31aは、ロボット本体2の構成情報や、ロボット本体2とロボット本体2が移動する目標位置姿勢(以下、基準位置姿勢とも呼ぶ)との相対位置姿勢情報が記録されているモデルのデータである。即ち、CPU30がロボット本体2に何らかの動作を行わせる際は、ロボット制御プログラム32aで、位置姿勢制御や力制御等の制御方法や速度等のパラメータと、制御モデル31aに登録された目標位置姿勢と、を一緒にプログラムし、動作の指示を行う。
CPU30は、ロボット制御部34を備えており、該ロボット制御部34は、軌道生成部35と、軌道補正部36と、制御モデル更新部37とを備えている。軌道生成部35は、ロボット制御プログラム32aに記録されている情報を元に、制御モデル31aを用いてロボット本体2の軌道を生成するようになっている。軌道補正部36は、力制御時に、軌道生成部35で作成した軌道を補正するようになっている。制御モデル更新部37は、力制御終了時に、制御モデル31aの目標位置姿勢をエンコーダ81から取得した現在位置姿勢に基準位置姿勢として更新するようになっている。尚、ロボット制御部34は、本発明の制御部に相当し、力覚センサ21により得られた計測値に基づいて、ロボット本体2の位置姿勢を制御可能になっている。
CPU30によりロボット本体2を制御する方法としては、力覚センサ21を使用しない位置姿勢制御と、力覚センサ21を利用する力制御(インピーダンス制御)とがある。位置姿勢制御は、力制御に比べてロボット本体2の移動速度が高速な制御であり、力制御は、実際の位置姿勢と目標位置姿勢とに誤差があった場合に補正可能な制御である。
CPU30は、位置姿勢制御によりロボット本体2を制御する際は、位置姿勢制御を行う旨をロボット制御プログラム32aに記載し、軌道生成部35により制御モデル31a及びロボット制御プログラム32aに基づき目標位置姿勢までの軌道を生成する。そして、CPU30は、生成した軌道をロボット制御部34からモータ制御部82に送信する。モータ制御部82は、受信した軌道とエンコーダ81から取得した現在位置姿勢とを用いて、モータ80を制御する。
CPU30は、力制御によりロボット本体2を制御する際は、力制御を行う旨をロボット制御プログラム32aに記載し、上述した位置姿勢制御と同様の方法で軌道を生成しモータ制御部82に送信する。モータ制御部82はモータ80を制御する。この時、力覚センサ21が外力を計測し、軌道補正部36は力の大きさ及び方向に基づき軌道生成部35で作成した軌道を補正し、補正した軌道をモータ制御部82に送信する。モータ制御部82は、補正された軌道を元にモータ80を制御し力制御を実施する。
ここで、力制御の実施により、制御モデル31aに記録されていた目標位置姿勢と力制御後の現在位置姿勢とがずれてしまうことがある。このため、力制御終了後、制御モデル更新部37が、制御モデル31aの目標位置姿勢をエンコーダ81から取得した現在位置姿勢に基準位置姿勢として更新する。制御モデル更新部37が目標位置姿勢を更新するか否かは、ロボット制御プログラム32aによって指定することができ、更新をしないように指示することも可能である。
本実施形態では、作業対象物5は、水平な積載台50と、該積載台50に垂直に固定された支持柱51と、該支持柱51に嵌合されて積層された複数のワーク52とを備えている。各ワーク52は、いずれも同じ幅を有する環状であり、このため積層した際には最上位置のワーク52の位置姿勢を基準として、最下位置のワーク52まで各ワーク52の上下方向のオフセット量(位置姿勢関係)を既知にして配置されることになる。また、ワーク供給装置4は、作業対象物5が載置された供給台40を水平移動することにより、作業対象物5をハンド22の作業範囲内に供給するようになっている。尚、ワーク供給装置4が作業対象物5を供給する際の位置精度は余り大きくないため、最初の1個のワーク52は力制御で取得するようにしている。これに対し、作業対象物5における各ワーク52同士は、支持柱51により高精度に位置決めされている。
ここで、本実施形態でのハンド22が、作業対象物5を取得する手順の概略を説明する。作業対象物5のワーク52は縦に複数積まれ、ハンド22がワーク52を上から順に取得していく。全てのワーク52が取得されてから、ワーク供給装置4によって次の作業対象物5がワーク52を積層された状態で供給される。ここで、上記のような作業対象物5の供給方法にすると、作業対象物5は供給される度に供給位置が異なってしまう。このため、ハンド22を位置姿勢制御により移動させると、供給位置の誤差のために、ハンド22が支持柱51に接触してしまったり、ワーク52を取得できない場合がある。また、ハンド22がワーク52を取得できたとしても、把持位置がずれた状態で取得してしまい、取得したワーク52を使用した次の嵌合工程や、受け渡し工程に支障を来してしまう可能性がある。
そこで、供給位置の誤差に合わせてハンド22の位置を補正するために、力覚センサ21を用いた力制御を行う。ここで、想定している目標位置姿勢にロボット本体2が向った際にハンド22の中心と作業対象物5とがずれてしまうのは、ワーク供給装置4によって作業対象物5が供給される時の位置誤差による。図3に示すように、目標位置姿勢(制御モデル31a)へ向かった時のハンド22aを想像線で示し、その時の最上位置のワーク52を取得できる位置姿勢のハンド22を実線で示す。
ワーク供給装置4によって作業対象物5が供給された後、ワーク52を最初に取得に行く時にのみ、ワーク52とハンド22との中心位置誤差を補正するようにし、低速の力制御を利用してワーク52を適正に把持するようにする。
取得完了後に、その時点での目標位置姿勢(制御モデル31a)を、図3中、想像線で示すハンド22aの位置姿勢から、実線の現在位置姿勢に更新する。そして、次のワーク52を取得する際には、該ワーク52は直前に取得したワーク52の位置よりもワーク52の高さ(幅)分だけ低い位置にある。このため、更新した制御モデル31aである目標位置姿勢に対しワーク52の高さ分だけオフセットを与えて、高速な位置姿勢制御のみで取得しに行くことが可能になる。
次に、上述したロボットシステム10により、作業対象物5のワーク52を順次取得させる作業の手順を、図4に示すフローチャートに沿って説明する。
まず、図3に示すように、制御装置3は、ワーク供給装置4により、ハンド22の作業範囲内に作業対象物5を供給する。そして、ロボット制御部34は、作業対象物5が供給されて1回目の作業であるか否か、即ち、取得するワーク52がその作業対象物5の1個目(一部の作業部位)であるか否かを判断する(ステップS1)。ここでの判断は、各作業対象物5からワーク52をいくつ取得したかを示すワーク取得数カウンタにより判断される。作業対象物5の最上位置より下側のワーク52、即ち上から2個目以下のワーク52は、本発明の一部の作業部位以外の残部の作業部位に相当する。
ロボット制御部34は、作業対象物5が供給されて1回目の作業であるかと判断した場合は、力制御により低速でロボット本体2を移動させ、ハンド22を最上位置のワーク52を把持可能な位置姿勢に移動させる。これにより、位置決めされたハンド22により、ワーク52が取得される(ステップS2)。この時は、例えば、図3に示すように、ロボット制御部34は、ハンド22a(想像線で示す)が最上位置のワーク52の近傍に位置するまでは、位置姿勢制御により高速で移動させる。そして、ロボット制御部34は、ハンド22(実線で示す)を最上位置のワーク52を把持する位置まで、力制御により低速で移動させる。
制御モデル更新部37は、制御モデル31aの目標位置姿勢をエンコーダ81から取得した現在位置姿勢に更新する(ステップS3)。これらステップS2及びステップS3が、本発明の第1の位置決め工程に相当する。
ワーク52を1個取得したので、ロボット制御部34はワーク取得数カウンタをアップし(ステップS4)、取得作業を一旦終了する。尚、ワーク取得数カウンタは、RAM31に記憶されている。但し、ワーク52の数量を管理するためには、メモリ内のワーク取得数カウンタを利用することには限られず、例えば、外部センサを用いて作業対象物5でのワーク52の残数を管理する等してもよい。
一方、ステップS2において、ロボット制御部34が、作業対象物5が供給されて1回目の作業でないと判断した場合は、次に取得するワーク52が基準位置姿勢に対してどれくらいずれているかを算出する(ステップS5)。このずれている量はオフセット量であり、既知のワーク52の厚さと、ワーク取得数カウンタが示す既に取得したワーク52の個数との積で求められる。あるいは、既に取得したワーク52の個数ではなく、作業対象物5におけるワーク52の残数に基づいて算出するようにしてもよい。そして、ロボット制御部34は、位置姿勢制御により高速でロボット本体2を移動させ、ハンド22を所望のワーク52を把持可能な位置姿勢に移動させる。これにより、位置決めされたハンド22により、ワーク52が取得される(ステップS6)。これらステップS5及びステップS6が、本発明の第2の位置決め工程に相当する。
更に、ロボット制御部34は、作業対象物5の全てのワーク52が取得されたか否かを判断する(ステップS7)。ロボット制御部34が、作業対象物5の全てのワーク52は取得されていないと判断した場合は、ワーク取得数カウンタをアップし(ステップS4)、取得作業を一旦終了する。
一方、ロボット制御部34が、作業対象物5の全てのワーク52が取得されていると判断した場合は、ワーク取得数カウンタをリセットし(ステップS8)、当該作業対象物5からの取得作業を終了する。
上述したように、本実施形態のロボットシステム10によれば、ロボット制御部34は、最上位置のワーク52に対しては、力覚センサ21の計測値に基づいてハンド22を位置決めして把持して取得する。これに対し、ロボット制御部34は、上から2個目以下のワーク52に対しては、1個目のワーク52の位置である基準位置姿勢から算出したオフセット量に基づいて、ハンド22を位置決めして把持して取得する。
このため、上から2個目以下のワーク52に対しては、力覚センサ21による計測が不要になるので、1個目のワーク52に比べて短時間で位置決めできるようになる。従って、全ての位置決めにおいて力制御を利用する場合に比べて、全体のタクトタイムを短縮することができる。しかも、誤差補正ための教示を行う必要が無いので、実際の作業に対応して高精度な位置決めを実現できると共に、教示のための専用の治具は不要でありコスト増加を防止できる。
また、本実施形態のロボットシステム10によれば、ワーク供給装置4を備えているので、ロボット装置1に対して作業対象物5を供給する作業を自動化することができる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係るロボットシステム10について説明する。
次に、本発明の第2実施形態に係るロボットシステム10について説明する。
第2実施形態では、第1実施形態と比較して、図5に示すように、作業対象物105は、扁平な直方体形状で、上面(第1の面)105aに6個の垂直な断面円形状の穴部152が形成されている。即ち、各穴部152は、互いに既知の位置姿勢関係で配置されている。各穴部152には、丸棒形状の嵌合部材151が嵌合可能になっており、ハンド22は、嵌合部材151を把持して、各穴部152に嵌合するものとしている。
本実施形態では、第1実施形態と比較して作業対象物105が異なることから、ロボット制御部34における処理が異なるが、ハード構成は第1実施形態と同様であるので、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
ここで、本実施形態でのハンド22が、作業対象物105を取得する手順の概略を説明する。作業対象物105の穴部152の相対的な嵌合位置精度は比較的高い。これに対し、想定している目標位置姿勢にロボット本体2が向った際にハンド22の中心と作業対象物105とがずれてしまうのは、ワーク供給装置4によって作業対象物105が供給される時の位置誤差による。一度供給された作業対象物105は、ロボット本体2やその他搬送装置によって移動されない限り位置は変わらない。
作業対象物105の6箇所の穴部152にそれぞれ嵌合部材151を嵌合させる時、作業対象物105とハンド22との並進方向の誤差を補正するため、いずれかの角部に位置する穴部152で力制御により生成した軌道に補正をかけながら嵌合を実施する。その後、嵌合終了後の現在位置姿勢から嵌合位置姿勢の目標値を記録している制御モデル31aを更新する。更に、回転方向の誤差を補正するため、最初の穴部152と対角に位置する穴部152において力制御により生成した軌道に補正をかけながら嵌合を実施する。これら対角に位置する2つの穴部152は、本発明の一部の作業部位及び少なくとも2つの穴部に相当する。
そして、最初の穴部152で更新した制御モデル31aに対し、次の穴部152の嵌合終了後の現在位置姿勢から嵌合位置姿勢の目標位置姿勢を記録している制御モデル31aを更新する。2回の力制御により並進方向及び回転方向の誤差を考慮した制御モデル31aにより、残り4箇所の穴部152の嵌合に関しては更新した制御モデル31aに対しそれぞれの嵌合位置姿勢の相対位置姿勢をオフセット量として目標位置姿勢に設定する。これにより、残り4箇所の穴部(残部の作業部位)152については、位置姿勢制御のみで嵌合することが可能になる。これら残り4箇所の穴部152は、本発明の少なくとも2つ穴部以外の残部の穴部に相当する。
次に、上述したロボットシステム10により、作業対象物105の穴部152に嵌合部材151を順次嵌合させる作業の手順を、図6に示すフローチャートに沿って説明する。
まず、図5に示すように、制御装置3は、ワーク供給装置4により、ハンド22の作業範囲内に作業対象物105を供給する。そして、ロボット制御部34は、設定ファイルをROM32から読み込む(ステップS11)。この設定ファイルは、並進方向誤差を補正する嵌合や回転方向誤差を補正する嵌合が何回目の嵌合か、総嵌合数、複数ある嵌合位置姿勢の目標位置姿勢が、嵌合回数毎に設定されたファイルであり、ROM32に記憶されている。本実施形態では、1回目の嵌合時に並進方向誤差を補正した嵌合を行い、2回目の嵌合時に回転方向誤差を補正した嵌合を行い、総嵌合数は6として設定している。
そして、ロボット制御部34は、今から実行する嵌合作業が並進方向誤差を補正する嵌合作業か否かを判断する(ステップS12)。ここでの判断は、当該作業対象物105での嵌合作業の完了回数を示す嵌合完了数カウンタにより判断される。尚、嵌合完了数カウンタは、RAM31に記憶されている。但し、嵌合部材151が嵌合された数を管理するためには、メモリ内の嵌合完了数カウンタを利用することには限られず、例えば、外部センサを用いて作業対象物105で実際に嵌合されている嵌合部材151の数を管理する等してもよい。
ロボット制御部34は、今から実行する嵌合作業が並進方向誤差を補正する嵌合作業であると判断した場合は、力制御により低速でロボット本体2を移動させ、ハンド22を角部の穴部152に移動させ、嵌合部材151を嵌合する(ステップS13)。この時は、例えば、図5(b)に示すように、ロボット制御部34は、ハンド22b(想像線で示す)が目標の穴部152の近傍に位置するまでは、位置姿勢制御により高速で移動させる。そして、ロボット制御部34は、ハンド22(実線で示す)が把持した嵌合部材151が穴部152に嵌合する位置まで、力制御により低速で移動させる。
制御モデル更新部37は、制御モデル31aの目標位置姿勢をエンコーダ81から取得した現在位置姿勢に更新する(ステップS14)。これにより、並進方向誤差の補正された制御モデル31aが生成される。これらステップS13及びステップS14が、本発明の第1の位置決め工程に相当する。
嵌合部材151を1個嵌合したので、ロボット制御部34は嵌合完了数カウンタをアップする(ステップS15)。ここで、ロボット制御部34は、作業対象物105の全ての穴部152への嵌合が完了したか否かを判断する(ステップS16)。ロボット制御部34が、作業対象物105の全ての穴部152への嵌合が完了したと判断した場合は、嵌合完了数カウンタをリセットし(ステップS17)、当該作業対象物105からの取得作業を終了する。
ロボット制御部34が、作業対象物105の全ての穴部152への嵌合が完了していないと判断した場合は、再度、ロボット制御部34は、今から実行する嵌合作業が並進方向誤差を補正する嵌合作業か否かを判断する(ステップS12)。
一方、ステップS12において、ロボット制御部34は、今から実行する嵌合作業が並進方向誤差を補正する嵌合作業ではないと判断した場合は、今から実行する嵌合作業が回転方向誤差を補正する嵌合作業か否かを判断する(ステップS18)。ここでの判断は、当該作業対象物105での嵌合完了数カウンタにより判断される。ロボット制御部34は、今から実行する嵌合作業が回転方向誤差を補正する嵌合作業であると判断した場合は、並進方向誤差を補正する場合と同様に、ステップS13及びS14の処理を実行する。これにより、並進方向誤差及び回転方向誤差を補正した制御モデル31aを生成することができる。尚、本実施形態では、回転方向誤差を補正する場合について説明しているが、これには限られず、例えば、作業対象物105が冶具等によって回転方向誤差が抑えられる場合は、ステップS18を省略することで、タクトタイムの短縮を図ることができる。
ロボット制御部34は、今から実行する嵌合作業が回転方向誤差を補正する嵌合作業ではないと判断した場合は、次に嵌合する穴部152が基準位置姿勢に対してどれくらいずれているかを算出する(ステップS19)。このずれている量はオフセット量であり、制御モデル31aと既知の位置姿勢関係から算出される。そして、ロボット制御部34は、位置姿勢制御により高速でロボット本体2を移動させ、ハンド22により嵌合部材151を所望の穴部152に嵌合させる(ステップS20)。これらステップS19及びステップS20が、本発明の第2の位置決め工程に相当する。その後は、嵌合部材151を1個嵌合したので、ロボット制御部34は嵌合完了数カウンタをアップし(ステップS15)、以下、上述と同様に手順を進める。
上述したように、本実施形態のロボットシステム10によれば、力制御により位置決めを行う2箇所の穴部152以外の穴部152に対しては、力覚センサ21による計測が不要になる。このため、第1実施形態と同様に、全ての位置決めにおいて力制御を利用する場合に比べて、全体のタクトタイムを短縮することができる。
また、本実施形態のロボットシステム10によれば、作業対象物105の並進方向誤差及び回転方向誤差の両方を力制御により補正しているので、これら並進方向誤差及び回転方向誤差を持ち得る作業対象物105の位置姿勢を短時間で補正することができる。
上述した第1及び第2実施形態では、作業対象物5,105の実際の作業部位であるワーク52あるいは穴部152に作業を行うことにより基準位置姿勢を取得して、他のワーク52あるいは穴部152の位置姿勢を算出する場合について説明している。しかしながら、これには限られず、例えば、作業対象物5,105のワーク52あるいは穴部152以外の部位を基準部位として、該基準部位から基準位置姿勢を取得してワーク52あるいは穴部152の位置姿勢を算出するようにしてもよい。
この場合、第1実施形態の作業対象物5では、例えば、支持柱51の先端を基準部位とし、指23の先端を支持柱51の先端に当接あるいは挟持させることで基準位置姿勢を取得するようにできる。あるいは、支持柱51ではなく、積載台50の一部を基準部位としてもよい。
また、第2実施形態の作業対象物105では、例えば、作業対象物5の上面105aに対して交差する側面105b,105cを基準面(第2の面、基準部位)にすることができる。各穴部152は、互いの位置姿勢及び側面105b、105cに対する位置姿勢関係が、いずれも既知となるようにする。これにより、ハンド22を側面105b,105cに力制御を用いて接触させ、接触したことを検知したタイミングで制御モデル31aの目標位置姿勢を補正し、更新した制御モデル31aを用いてそれぞれの嵌合を実施することができる。
また、上述した第1及び第2実施形態では、作業対象物5,105として、積層した環状のワーク52あるいは配列された穴部152を有するものついて説明しているが、これには限られず、他の形状の作業対象物であってもよい。
また、上述した第1及び第2実施形態では、力制御を実行するために力覚センサ21を用いた場合について説明しているが、これには限られない。例えば、センサとしてカメラを適用し、撮像画像のパターンマッチング処理の結果に基づいてハンド22を高精度に位置決めするようにしてもよい。
尚、以上述べた第1及び第2実施形態の各処理動作は具体的にはロボット制御部34により実行されるものである。従って上述した機能を実現するソフトウェアのプログラムを記録した記録媒体をロボット制御部34に供給し、ロボット制御部34を構成するCPU30が記録媒体に格納されたプログラムを読み出し実行することによって達成されるようにしてもよい。この場合、記録媒体から読み出されたプログラム自体が上述した各実施の形態の機能を実現することになり、ロボット制御プログラム自体及びそのプログラムを記録した記録媒体は本発明を構成することになる。
また、第1及び第2実施形態では、コンピュータ読み取り可能な記録媒体がROM32であり、ROM32にプログラムが格納される場合について説明したが、これに限定するものではない。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。例えば、プログラムを供給するための記録媒体としては、HDD、外部記憶装置、記録ディスク等を用いてもよい。
1…ロボット装置、2…ロボット本体、3…制御装置、4…ワーク供給装置(供給装置)、5,105…作業対象物、10…ロボットシステム、20…多関節アーム、21…力覚センサ(センサ)、22…ハンド(エンドエフェクタ)、34…ロボット制御部(制御部)、50…積層台(基準部位)、51…支持柱(基準部位)、52…ワーク(作業部位)、105a…上面(第1の面)、105b,105c…側面(第2の面、基準部位)、151…嵌合部材、152…穴部(作業部位)
Claims (19)
- 多関節アームと、前記多関節アームに支持されると共に、互いに既知の位置姿勢関係で配置された複数の作業部位を有する作業対象物の前記作業部位に対して作業可能なエンドエフェクタとを有するロボット本体と、
前記エンドエフェクタの前記作業対象物に対する接触圧及び位置姿勢の少なくとも一方を計測可能なセンサと、
前記センサにより得られた計測値に基づいて、前記ロボット本体の位置姿勢を制御可能な制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記作業対象物が供給された際に、前記複数の作業部位のうちの一部の作業部位に対して、前記センサにより得られた計測値に基づいて、前記エンドエフェクタを移動させることにより前記一部の作業部位に位置決めして作業させ、位置決めした前記エンドエフェクタの位置姿勢を基準位置姿勢として設定し、
前記複数の作業部位のうちの前記一部の作業部位以外の残部の作業部位に対して、前記基準位置姿勢から次の作業部位までのオフセット量を算出し、前記エンドエフェクタを前記基準位置姿勢から前記オフセット量だけずらした位置姿勢に移動させることにより前記残部の作業部位に位置決めして作業させる、
ことを特徴とするロボット装置。 - 前記作業対象物は、前記既知の位置姿勢関係で積層された複数の部材であり、
前記作業部位は、前記部材において前記エンドエフェクタにより把持される部位であり、
前記制御部は、
前記作業対象物が供給された際に、前記複数の部材のうちの最上位置の部材の前記作業部位に対して、前記計測値に基づいて、前記エンドエフェクタを移動させることにより前記作業部位に位置決めして、前記作業部位を把持して移動させ、位置決めした前記エンドエフェクタの位置姿勢を基準位置姿勢として設定し、
前記最上位置の部材よりも下側の部材の前記作業部位に対して、前記エンドエフェクタを前記基準位置姿勢から前記オフセット量だけずらした位置姿勢に移動させることにより前記下側の部材の前記作業部位に位置決めして、前記作業部位を把持して移動させる、
ことを特徴とする請求項1記載のロボット装置。 - 前記作業対象物は、第1の面に配置された複数の穴部を有し、
前記作業部位は、前記穴部であり、
前記エンドエフェクタは、前記穴部に嵌合可能な嵌合部材を把持可能であり、
前記制御部は、
前記作業対象物が供給された際に、前記複数の穴部のうちの少なくとも2つの穴部に対して、前記計測値に基づいて、前記エンドエフェクタを移動させることにより、前記嵌合部材を前記少なくとも2つの穴部に嵌合させて位置決めし、位置決めした前記エンドエフェクタの位置姿勢を基準位置姿勢として設定し、
前記複数の穴部のうちの前記少なくとも2つの穴部以外の残部の穴部に対して、前記エンドエフェクタを前記基準位置姿勢から前記オフセット量だけずらした位置姿勢に移動させることにより、前記嵌合部材を前記残部の穴部に嵌合させる、
ことを特徴とする請求項1記載のロボット装置。 - 多関節アームと、前記多関節アームに支持されると共に、基準部位及び前記基準部位に対して既知の位置姿勢関係で配置された複数の作業部位を有する作業対象物の前記作業部位に対して作業可能なエンドエフェクタとを有するロボット本体と、
前記エンドエフェクタの前記作業対象物に対する接触圧及び位置姿勢の少なくとも一方を計測可能なセンサと、
前記センサにより得られた計測値に基づいて、前記ロボット本体の位置姿勢を制御可能な制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記作業対象物が供給された際に、前記基準部位に対して、前記センサにより得られた計測値に基づいて、前記エンドエフェクタを移動させることにより前記基準部位に位置決めし、位置決めした前記エンドエフェクタの位置姿勢を基準位置姿勢として設定し、
前記複数の作業部位に対して、前記基準位置姿勢から次の作業部位までのオフセット量を算出し、前記エンドエフェクタを前記基準位置姿勢から前記オフセット量だけずらした位置姿勢に移動させることにより前記複数の作業部位に位置決めして作業させる、
ことを特徴とするロボット装置。 - 前記作業対象物は、前記既知の位置姿勢関係で積層された複数の部材と、前記複数の部材を支持する積載台及び支持柱とを有し、
前記作業部位は、前記部材において前記エンドエフェクタにより把持される部位であり、
前記基準部位は、前記積載台及び支持柱の一部であり、
前記制御部は、
前記作業対象物が供給された際に、前記基準部位に対して、前記計測値に基づいて、前記エンドエフェクタを移動させることにより前記基準部位に位置決めし、位置決めした前記エンドエフェクタの位置姿勢を基準位置姿勢として設定し、
最上位置の部材から最下位置の部材まで順に前記作業部位に対して、前記エンドエフェクタを前記基準位置姿勢から前記オフセット量だけずらした位置姿勢に移動させることにより前記作業部位に位置決めして、前記作業部位を把持して移動させる、
ことを特徴とする請求項4記載のロボット装置。 - 前記作業対象物は、第1の面に配置された複数の穴部と、前記第1の面と交差して配置された第2の面とを有し、
前記作業部位は、前記穴部であり、
前記基準部位は、前記第2の面であり、
前記エンドエフェクタは、前記穴部に嵌合可能な嵌合部材を把持可能であり、
前記制御部は、
前記作業対象物が供給された際に、前記第2の面に対して、前記計測値に基づいて、前記エンドエフェクタを移動させることにより前記第2の面に位置決めし、位置決めした前記エンドエフェクタの位置姿勢を基準位置姿勢として設定し、
前記複数の穴部に対して、前記エンドエフェクタを前記基準位置姿勢から前記オフセット量だけずらした位置姿勢に移動させることにより、前記嵌合部材を前記複数の穴部に嵌合させる、
ことを特徴とする請求項4記載のロボット装置。 - 前記センサは力覚センサであり、インピーダンス制御により前記エンドエフェクタを位置決めする、
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のロボット装置。 - 前記センサはカメラであり、撮像画像のパターンマッチング処理の結果に基づいて前記エンドエフェクタを位置決めする、
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のロボット装置。 - 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の前記ロボット装置と、
前記ロボット装置に前記作業対象物を供給する供給装置と、を備える、
ことを特徴とするロボットシステム。 - 多関節アームと、前記多関節アームに支持されると共に、互いに既知の位置姿勢関係で配置された複数の作業部位を有する作業対象物の前記作業部位に対して作業可能なエンドエフェクタとを有するロボット本体と、
前記エンドエフェクタの前記作業対象物に対する接触圧及び位置姿勢の少なくとも一方を計測可能なセンサと、
前記センサにより得られた計測値に基づいて、前記ロボット本体の位置姿勢を制御可能な制御部と、を備えるロボット装置の制御方法において、
前記制御部が、前記作業対象物が供給された際に、前記複数の作業部位のうちの一部の作業部位に対して、前記センサにより得られた計測値に基づいて、前記エンドエフェクタを移動させることにより前記一部の作業部位に位置決めして作業させ、位置決めした前記エンドエフェクタの位置姿勢を基準位置姿勢として設定する第1の位置決め工程と、
前記制御部が、前記複数の作業部位のうちの前記一部の作業部位以外の残部の作業部位に対して、前記基準位置姿勢から次の作業部位までのオフセット量を算出し、前記エンドエフェクタを前記基準位置姿勢から前記オフセット量だけずらした位置姿勢に移動させることにより前記残部の作業部位に位置決めして作業させる第2の位置決め工程と、を備える、
ことを特徴とするロボット装置の制御方法。 - 前記作業対象物は、前記既知の位置姿勢関係で積層された複数の部材であり、
前記作業部位は、前記部材において前記エンドエフェクタにより把持される部位であり、
前記制御部が、前記第1の位置決め工程において、前記複数の部材のうちの最上位置の部材の前記作業部位に対して、前記計測値に基づいて、前記エンドエフェクタを移動させることにより前記作業部位に位置決めして、前記作業部位を把持して移動させ、
前記制御部が、前記第2の位置決め工程において、前記最上位置の部材よりも下側の部材の前記作業部位に対して、前記エンドエフェクタを前記基準位置姿勢から前記オフセット量だけずらした位置姿勢に移動させることにより前記下側の部材の前記作業部位に位置決めして、前記作業部位を把持して移動させる、
ことを特徴とする請求項10記載のロボット装置の制御方法。 - 前記作業対象物は、第1の面に配置された複数の穴部を有し、
前記作業部位は、前記穴部であり、
前記エンドエフェクタは、前記穴部に嵌合可能な嵌合部材を把持可能であり、
前記制御部が、前記第1の位置決め工程において、前記複数の穴部のうちの少なくとも2つの穴部に対して、前記計測値に基づいて、前記エンドエフェクタを移動させることにより、前記嵌合部材を前記少なくとも2つの穴部に嵌合させ、
前記制御部が、前記第2の位置決め工程において、前記複数の穴部のうちの前記少なくとも2つの穴部以外の残部の穴部に対して、前記エンドエフェクタを前記基準位置姿勢から前記オフセット量だけずらした位置姿勢に移動させることにより、前記嵌合部材を前記残部の穴部に嵌合させる、
ことを特徴とする請求項10記載のロボット装置の制御方法。 - 請求項10乃至12のいずれか1項に記載のロボット装置の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのロボット制御プログラム。
- 請求項13に記載のロボット装置の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのロボット制御プログラムが記録されたコンピュータが読み取り可能な記録媒体。
- 多関節アームと、前記多関節アームに支持されると共に、基準部位及び前記基準部位に対して既知の位置姿勢関係で配置された複数の作業部位を有する作業対象物の前記作業部位に対して作業可能なエンドエフェクタとを有するロボット本体と、
前記エンドエフェクタの前記作業対象物に対する接触圧及び位置姿勢の少なくとも一方を計測可能なセンサと、
前記センサにより得られた計測値に基づいて、前記ロボット本体の位置姿勢を制御可能な制御部と、を備えるロボット装置の制御方法において、
前記制御部が、前記作業対象物が供給された際に、前記基準部位に対して、前記センサにより得られた計測値に基づいて、前記エンドエフェクタを移動させることにより前記基準部位に位置決めし、位置決めした前記エンドエフェクタの位置姿勢を基準位置姿勢として設定する第1の位置決め工程と、
前記制御部が、前記複数の作業部位に対して、前記基準位置姿勢から次の作業部位までのオフセット量を算出し、前記エンドエフェクタを前記基準位置姿勢から前記オフセット量だけずらした位置姿勢に移動させることにより前記複数の作業部位に位置決めして作業させる第2の位置決め工程と、を備える、
ことを特徴とするロボット装置の制御方法。 - 前記作業対象物は、前記既知の位置姿勢関係で積層された複数の部材と、前記複数の部材を支持する積載台及び支持柱とを有し、
前記作業部位は、前記部材において前記エンドエフェクタにより把持される部位であり、
前記基準部位は、前記積載台及び支持柱の一部であり、
前記制御部が、前記第1の位置決め工程において、前記基準部位に対して、前記計測値に基づいて、前記エンドエフェクタを移動させることにより前記基準部位に位置決めし、
前記制御部が、前記第2の位置決め工程において、最上位置の部材から最下位置の部材まで順に前記作業部位に対して、前記エンドエフェクタを前記基準位置姿勢から前記オフセット量だけずらした位置姿勢に移動させることにより前記作業部位に位置決めして、前記作業部位を把持して移動させる、
ことを特徴とする請求項15記載のロボット装置の制御方法。 - 前記作業対象物は、第1の面に配置された複数の穴部と、前記第1の面と交差して配置された第2の面とを有し、
前記作業部位は、前記穴部であり、
前記基準部位は、前記第2の面であり、
前記エンドエフェクタは、前記穴部に嵌合可能な嵌合部材を把持可能であり、
前記制御部が、前記第1の位置決め工程において、前記作業対象物が供給された際に、前記第2の面に対して、前記計測値に基づいて、前記エンドエフェクタを移動させることにより前記第2の面に位置決めし、
前記制御部が、前記第2の位置決め工程において、前記複数の穴部に対して、前記エンドエフェクタを前記基準位置姿勢から前記オフセット量だけずらした位置姿勢に移動させることにより、前記嵌合部材を前記複数の穴部に嵌合させる、
ことを特徴とする請求項15記載のロボット装置の制御方法。 - 請求項15乃至17のいずれか1項に記載のロボット装置の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのロボット制御プログラム。
- 請求項18に記載のロボット装置の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのロボット制御プログラムが記録されたコンピュータが読み取り可能な記録媒体。
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