JP2015160271A

JP2015160271A - 制御装置、ロボット、ロボットシステムおよび制御方法

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Publication number: JP2015160271A
Application number: JP2014036401A
Authority: JP
Inventors: 武馬山崎; Takema Yamazaki
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2015-09-07

Abstract

【課題】第１の物体と第２の物体との組立の良否を迅速に把握することができる制御装置、ロボット、ロボットシステムおよび制御方法を提供すること。【解決手段】制御装置は、エンドエフェクターが装着されるロボットアームと、力検出部とを備えた、第１ワークと第２ワークとを組み立てる組立を行なうロボットを制御する。制御装置は、ロボットアームの作動を制御する制御部と、第１ワークを支持したエンドエフェクターを含む領域を撮像して、撮像データーを得る撮像部と、組立の良否判定を行なう良否判定部とを備える。制御部は、撮像データーに基づいて、第１ワークと第２ワークとの位置合わせを行なうようにロボットアームを作動させて、組立を開始し、力検出部の検出結果に基づいて、組立が現に行なわれるようにロボットアームを作動させる。良否判定部は、組立が行なわれている最中に、撮像データーに基づいて、良否判定を行なう。【選択図】図１２

Description

本発明は、制御装置、ロボット、ロボットシステムおよび制御方法に関する。

従来、先端部にロボットハンドを装着することができる多関節ロボットアームが知られている（例えば、特許文献１参照）。この多関節ロボットアームは、例えば、２つのワーク同士を組み立てる組立作業を行なうことができる。組立作業を行なう際には、ロボットハンドで２つのワークのうちの一方のワークを把持して、作業台上に固定された他方のワークに力制御を行いながら挿入し、２つのワークの組立体である完成品を得る。

力制御は、部品同士のばらつきによる微妙な位置ずれに対応して組み立てできる柔軟な制御である反面、部品の位置ずれが許容範囲を超えていた場合、ロボットがなんらかの判断をしない限り、永久に部品の挿入を試みるか、完了したつもりで作業を終了する。特許文献１に記載の多関節ロボットアームを備えるロボットシステムでは、組立作業後に、この組立が成功したのか、または、失敗したのかを判別していた、すなわち、組立の良否の判別をしていた。

しかしながら、このようなロボットシステムでは、例えば、一方のワークが組立作業中に落下したり、適正な姿勢からズレたりした場合であっても、組立作業を継続してしまう。その結果、得られた完成品は、例えば一方のワークが欠落した不良品となっている。そして、この不良品は、組立作業が完了して初めて把握される（認識される）こととなり、歩留まりが悪いという問題があった。

国際公開第９８／１７４４４号パンフレット

本発明の目的は、第１の物体と第２の物体との組立の良否を迅速に把握することができる制御装置、ロボット、ロボットシステムおよび制御方法を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明に係る適用例により達成される。
（適用例１）
本発明に係る制御装置は、エンドエフェクターとロボットアームと、前記ロボットアームと前記エンドエフェクターとの間に設けられる力検出部と、を備え、第１の物体と第２の物体とを組み立てるロボットを制御する制御装置であって、
前記ロボットアームの動きを制御する制御部と、
撮像データーを得る撮像部と、
を備え、
前記制御部は、組立開始前にエンドエフェクターを少なくとも含む領域を前記撮像部で撮像して前記ロボットアームを動作させ、組立開始後に、少なくとも前記力検出部から出力値が出力されている間前記ロボットアームを動作させ、さらに前記第１の物体と前記第２の物体の組立部を撮像することを特徴とする。

これにより、第１の物体と第２の物体との組立が完了するよりも以前に、すなわち、第１の物体と第２の物体との組立が行なわれている最中に、当該組立の良否を迅速に把握することができる。そして、良否判定が良であれば、第１の物体と第２の物体との組立体をそのまま次の工程に移行することができ、良否判定が否であれば、組立を再度行なって、組立体を得ることができ、よって、歩留まりの向上にも寄与する。

（適用例２）
本発明に係る制御装置では、前記組立の良否判定を行なう良否判定部を備え、
前記良否判定部は前記撮像データーに基づいて前記良否判定を行ない、
前記良否判定が良の場合には、前記組立が完了するまで前記組立を継続するのが好ましい。
これにより、第１の物体と第２の物体との組立をその完了まで迅速に行なうことができる。

（適用例３）
本発明に係る制御装置では、前記良否判定の結果が否の場合には、前記組立を一旦中断し、前記エンドエフェクターで前記第１の物体および前記第２の物体の少なくとも一方を支持し直し、前記組立を再開する制御を行なうのが好ましい。
これにより、第１の物体と第２の物体との組立が一旦不成功になったとしても、当該組立を成功に導くことができる。

（適用例４）
本発明に係る制御装置では、前記良否判定部は、前記第１の物体および前記第２の物体の少なくとも一方の前記エンドエフェクターに対する姿勢の変化量が閾値を超えた場合に前記良否判定を否とするのが好ましい。
これにより、良否判定を簡単かつ迅速に行なうことができる。

（適用例５）
本発明に係る制御装置では、前記第１の物体および前記第２の物体の少なくとも一方と前記エンドエフェクターの各特徴点を抽出する抽出部を備え、
前記変化量は、前記第１の物体および前記第２の物体の少なくとも一方の特徴点と、前記エンドエフェクターの特徴点との位置関係の変化であるのが好ましい。
これにより、良否判定をより簡単かつより迅速に行なうことができる。

（適用例６）
本発明に係る制御装置では、前記撮像データーには、前記第１の物体と前記第２の物体との位置合わせを行なうときに用いられる第１撮像データーと、前記第１撮像データーと異なるタイミングで得られ、前記良否判定を行なうときに用いられる第２撮像データーとが含まれるのが好ましい。
これにより、第１の物体と第２の物体との位置合わせを行なう処理と、良否判定を行なう処理との各種処理条件に適した撮像データーを用いることができる。

（適用例７）
本発明に係る制御装置では、前記撮像部は、１つのカメラで構成され、
前記カメラで前記第１撮像データーと前記第２撮像データーとを得るのが好ましい。
これにより、１つのカメラを兼用することができ、よって、カメラの設置数を抑制することができる。

（適用例８）
本発明に係る制御装置では、前記制御部は、前記ロボットアームに対してインピーダンス制御を行なうよう構成されているのが好ましい。
これにより、組立が行なわれている最中に一方の物体が他方の物体とぶつかったときにも、当該他方の物体とやわらかく接することができ、よって、各物体の損傷を防止することができる。

（適用例９）
本発明に係るロボットは、第１の物体および第２の物体の少なくとも一方を支持するエンドエフェクターが装着されるロボットアームを含むロボットであって、
前記ロボットアームと前記エンドエフェクターとの間に設けられて情報を検出する力検出部と、
前記エンドエフェクターを含む領域を撮像して、撮像データーを得る撮像部と、
前記撮像データーに基づいて前記ロボットアームを動作させて前記第１の物体と前記第２の物体との位置合わせを行ない、前記力検出部の検出結果に基づいて、前記ロボットアームを動作させて前記第１の物体と前記第２の物体との組立を行なう制御部と、
前記撮像データーに基づいて前記組立の良否判定を行なう良否判定部と、を備えることを特徴とする。

（適用例１０）
本発明に係るロボットでは、前記ロボットアームを２本備え、
一方の前記ロボットアームに装着された前記エンドエフェクターで前記第１の物体を支持し、他方の前記ロボットアームに装着された前記エンドエフェクターで前記第２の物体を支持するのが好ましい。
これにより、第１の物体と第２の物体との組立を迅速に行なうことができる。

（適用例１１）
本発明に係るロボットでは、前記力検出部は、力覚センサーで構成されているのが好ましい。
これにより、簡単な構成で、ロボットアームが受ける力を検出することができる。

（適用例１２）
本発明に係るロボットシステムは、第１の物体および第２の物体の少なくとも一方を支持するエンドエフェクターが装着される少なくとも１本のロボットアームと、
前記ロボットアームと前記エンドエフェクターとの間に設けられて前記エンドエフェクターが受ける力情報を検出する力検出部と、を備えて、
前記第１の物体と前記第２の物体を組み立てるロボットを制御する、上記制御装置と、を備えることを特徴とする。
これにより、第１の物体と第２の物体との組立が完了するよりも以前に、すなわち、第１の物体と第２の物体との組立が行なわれている最中に、当該組立の良否を迅速に把握することができる。そして、良否判定が良であれば、第１の物体と第２の物体との組立体をそのまま次の工程に移行することができ、良否判定が否であれば、組立を再度行なって、組立体を得ることができ、よって、歩留まりの向上にも寄与する。

（適用例１３）
本発明に係るロボットシステムでは、前記ロボットアームを２本備え、
一方の前記ロボットアームに装着された前記エンドエフェクターで前記第１の物体を支持し、他方の前記ロボットアームに装着された前記エンドエフェクターで前記第２の物体を支持するのが好ましい。
これにより、第１の物体と第２の物体との組立を迅速に行なうことができる。

（適用例１４）
本発明に係るロボットシステムでは、前記力検出部は、力覚センサーで構成されているのが好ましい。
これにより、簡単な構成で、ロボットアームが受ける力を検出することができる。

（適用例１５）
本発明に係る制御方法は、第１の物体および第２の物体の少なくとも一方を支持するエンドエフェクターが装着されるロボットアームを含むロボットを制御する制御方法であって、
前記第１の物体および前記第２の物体の少なくとも一方を支持した前記エンドエフェクターを含む領域を撮像した撮像データーに基づいて前記ロボットアームを動作させて前記第１の物体と前記第２の物体との位置合わせを行ない、前記ロボットアームと前記エンドエフェクターとの間に設けられた力検出部が検出する検出結果に基づいて、前記ロボットアームを動作させて前記第１の物体と前記第２の物体との組立を行なうとともに、前記撮像データーに基づいて、前記組立の良否判定を行なうことを特徴とする。
これにより、第１の物体と第２の物体との組立が完了するよりも以前に、すなわち、第１の物体と第２の物体との組立が行なわれている最中に、当該組立の良否を迅速に把握することができる。そして、良否判定が良であれば、第１の物体と第２の物体との組立体をそのまま次の工程に移行することができ、良否判定が否であれば、組立を再度行なって、組立体を得ることができ、よって、歩留まりの向上にも寄与する。

本発明に係るロボットシステム（制御装置）（第１実施形態）による第１ワークと第２ワークとの組み立て過程を順に示す側面図である。本発明に係るロボットシステム（制御装置）（第１実施形態）による第１ワークと第２ワークとの組み立て過程を順に示す側面図である。本発明に係るロボットシステム（制御装置）（第１実施形態）による第１ワークと第２ワークとの組み立て過程を順に示す側面図である。本発明に係るロボットシステム（制御装置）（第１実施形態）による第１ワークと第２ワークとの組み立て過程を順に示す側面図である。本発明に係るロボットシステム（制御装置）（第１実施形態）による第１ワークと第２ワークとの組み立て過程を順に示す側面図である。本発明に係るロボットシステム（制御装置）（第１実施形態）による第１ワークと第２ワークとの組み立て過程を順に示す側面図である。本発明に係るロボットシステム（制御装置）（第１実施形態）による第１ワークと第２ワークとの組み立て過程を順に示す側面図である。本発明に係るロボットシステム（制御装置）（第１実施形態）による第１ワークと第２ワークとの組み立て過程を順に示す側面図である。図１〜図８に示すロボットシステムのブロック図である。エンドエフェクターによる第１ワークの把持状態を示す図である。エンドエフェクターによる第１ワークの把持状態を示す図である。本発明に係るロボットシステム（制御装置）の制御プログラムを示すフローチャートである。本発明に係るロボットシステム（制御装置）（第２実施形態）による第１ワークと第２ワークとの組み立て過程を示す側面図である。図１３に示すロボットシステムのブロック図である。本発明に係るロボットシステム（制御装置）（第３実施形態）による第１ワークと第２ワークとの組み立て過程を示す側面図である。図１５に示すロボットシステムのブロック図である。本発明に係るロボット（第４実施形態）による第１ワークと第２ワークとの組み立て過程を示す正面図である。図１７に示すロボットのブロック図である。

以下、本発明に係る制御装置、ロボット、ロボットシステムおよび制御方法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〜図８は、それぞれ、本発明に係るロボットシステム（制御装置）（第１実施形態）による第１ワークと第２ワークとの組み立て過程を順に示す側面図、図９は、図１〜図８に示すロボットシステムのブロック図、図１０および図１１は、それぞれ、エンドエフェクターによる第１ワークの把持状態を示す図、図１２は、本発明に係るロボットシステム（制御装置）の制御プログラム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８中（図１３、図１５、図１７についても同様）の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言い、エンドエフェクター側を「先端」、その反対側を「基端」と言う。

図１〜図９に示すように、ロボットシステム１００は、ロボット１と制御装置１０とを備え、第１ワーク（第１の物体）２０と第２ワーク（第２の物体）３０との組立体（組立部）４０を得るのに用いられる。
まず、ロボットシステム１００の各部の構成について説明する前に、第１ワーク２０、第２ワーク３０の構成ついて説明する。

図１〜図８に示すように、第１ワーク２０は、基部２０１と、基部２０１から突出形成された突出部２０２とで構成されている。
図１０、図１１に示すように、基部２０１は、正四角柱状をなす部分である。基部２０１の４つの側面２０３には、それぞれ、マーカー２０４が付されている。各マーカー２０４は、それぞれ、側面２０３の長手方向に沿って延在しており、側面２０３の幅方向の中央部に配置されている。なお、マーカー２０４は、例えば、印刷されたものであってもよいし、シール等のように貼り付けされたものであってもよい。

突出部２０２は、基部２０１の一端面２０５から突出し、基部２０１よりも細い部分である。突出部２０２の横断面形状は、円形をなしている。なお、突出部２０２は、基部２０１と一体的に形成されたものであってもよいし、別体で構成されたものであってもよい。
また、第１ワーク２０は、組み立てられる前は、載置ボックス５０に載置されている。載置ボックス５０は、第１ワーク２０の突出部２０２が挿入される凹部５０１を有し、これにより、第１ワーク２０を起立した状態で支持することができる。このとき、基部２０１は、上方に露出する。

図１（図２〜図８も同様）に示すように、第２ワーク３０は、四角錐台形状をなす部材で構成されている。この第２ワーク３０の傾斜した４つの側面３０１のうちの１つには、凹部３０２が開口している。凹部３０２は、その中心軸が側面３０１と直交するように形成されている。図５に示すように、凹部３０２には、第１ワーク２０の突出部２０２が挿入される。そして、この挿入により、組立体４０が製造される。

また、第２ワーク３０は、床面２００に載置されており、組立に先立って準備されている。
次に、ロボットシステム１００の各部の構成について説明する。
前述したように、ロボットシステム１００は、ロボット１と、制御装置１０とを備えている。

ロボット１は、第１ワーク２０と第２ワーク３０とを組み立てる組立を行なう装置である。このロボット１は、ロボットアーム２と、力覚センサー３とを備えている。
ロボットアーム２は、複数本（本実施形態では３本）のリンク２１と、隣接するリンク２１同士を回動可能に連結する関節２２とを有する多関節ロボットアームである。
最も基端側に位置するリンク２１は、床面２００上に回動可能に支持されている。これにより、ロボット１全体が鉛直軸回りに回動することができる。

また、最も先端側に位置するリンク２１は、エンドエフェクター４が着脱自在に装着される（以下、エンドエフェクター４が装着された状態を「装着状態」と言う）。そして、この装着状態でロボット１が用いられ、エンドエフェクター４は、リンク２１の軸回りに回動することができる。
各関節２２には、それぞれ、回動駆動源としてのモーター２２１が内蔵されている。そして、各関節２２の角度、すなわち、各モーター２２１の回転数を適宜設定することにより、ロボットアーム２の姿勢を変更することができる（図１〜図８参照）。

図１に示すように、エンドエフェクター４は、第１ワーク２０を挟持する（支持する）一対の挟持片４１と、挟持片４１同士を接近・離間可能に支持する支持部４２とを有している。
図１０、図１１に示すように、各挟持片４１は、平面視で長方形をなす板部材で構成されている。また、各挟持片４１の表側の面、すなわち、外側を向く面には、それぞれ、マーカー４１１、４１２が付されている。マーカー４１１、４１２は、それぞれ、挟持片４１の長辺方向に沿って延在しており、挟持片４１の幅方向に互いに離間して配置されている。なお、マーカー４１１、４１２は、例えば、印刷されたものであってもよいし、シール等のように貼り付けされたものであってもよい。

図１０に示す状態では、第１ワーク２０のマーカー２０４がエンドエフェクター４のマーカー４１１とマーカー４１２との間に位置し、かつ、マーカー２０４がマーカー４１１とマーカー４１２に平行である。このような位置関係は、「第１ワーク２０がエンドエフェクター４に正常に挟持されている」とみなされる（判断される）。
一方、図１１に示す状態では、第１ワーク２０のマーカー２０４がエンドエフェクター４のマーカー４１１とマーカー４１２との間から外れ、さらに、マーカー２０４がマーカー４１１とマーカー４１２に対し傾斜している。このような位置関係は、「第１ワーク２０がエンドエフェクター４に正常に挟持されていない」とみなされる。

支持部４２は、例えば互いに噛み合う多数の歯車と、その駆動源としてのモーターとを有し、これらの歯車が連動して回動することにより、挟持片４１同士の接近・離間を行なうことができる。なお、支持部４２は、ロボットアーム２に装着される部分でもある。
また、本実施形態では、エンドエフェクター４は、第１ワーク２０を支持しているが、これは、第１ワーク２０が第２ワーク３０よりも小さく、支持し易いものであるためである。従って、エンドエフェクター４は、第２ワーク３０を支持することができれば、それでも構わない。

図１に示すように、ロボットアーム２の最も先端側に位置するリンク２１には、力検出部としての力覚センサー３が設置されている。装着状態で力覚センサー３は、当該リンク２１とエンドエフェクター４との間に位置し、当該リンク２１（ロボットアーム２）がエンドエフェクター４を介して受ける力やモーメント等の力情報を容易かつ確実に検出することができる。なお、以下では、力とモーメントとを含めて力と言う。

この力覚センサー３の検出結果、すなわち、力覚センサー３から出力される信号は、制御装置１０（パーソナルコンピューター１１）に入力される。そして、制御装置１０は、力覚センサー３の検出結果に基づいて所定の制御を行う。
なお、力覚センサー３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、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。

また、力覚センサー３の形状は、特に限定されないが、本実施形態では円盤状となっている。この円盤状をなす力覚センサー３は、中心軸がリンク２１の長手方向に沿っている。
図９に示すように、制御装置１０は、ロボット１と電気的に接続され、当該ロボット１を制御する装置である。制御装置１０は、パーソナルコンピューター１１と、撮像部１２としてのカメラ１２１とを有している。

パーソナルコンピューター１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１３と、メモリー（記録媒体）１４とが内蔵されている。
ＣＰＵ１３は、各種処理を実行する機能を有している。その機能としては、例えば、ロボットアーム２の作動を制御する制御部としての機能、第１ワーク２０と第２ワーク３０との組立の良否判定を行なう良否判定部としての機能、第１ワーク２０のマーカー２０４やエンドエフェクター４のマーカー４１１、４１２を抽出する抽出部としての機能等が挙げられる。

また、各種処理用の制御プログラムは、メモリー１４に記憶されている。そして、ＣＰＵ１３は、実行すべき処理に応じて、該当する制御プログラムをメモリー１４から呼び出す。
カメラ１２１は、ズーム機能を有するＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラである。カメラ１２１は、下方を向いて天井３００に支持されており、第１ワーク２０を支持したエンドエフェクター４を少なくとも含む、ロボット１の稼動領域全体を組立開始前と組立中に撮像して、撮像データーを得ることができる。

制御装置１０では、ＣＰＵ１３は、ロボットアーム２に対してインピーダンス制御を行なうことができる。「インピーダンス制御」とは、ロボットアーム２に装着されたエンドエフェクター４に外力が加わったときに、当該エンドエフェクター４があたかも稼動領域内でばねやダンパーに支持されているかのように、ロボットアーム２をふるまわせる制御方法である（坪内孝司・大隅久・米田完著、「これならできるロボット創造設計」、第１刷、講談社、２００７年２月１０日、p.p.７５−７６）。そして、このときのばね定数、ダンパーの定数、ロボットアーム２（エンドエフェクター４）の見かけの質量を全て制御プログラム（ソフトウェア）上で指定することができる。

このインピーダンス制御により、エンドエフェクター４に把持された第１ワーク２０が、床面２００上の第２ワーク３０とぶつかったときにも、当該第２ワーク３０とやわらかく接することができる。これにより、例えば、第１ワーク２０や第２ワーク３０の損傷を防止することができる。
また、ＣＰＵ１３は、撮像データーに対する画像処理を行ない、第１ワーク２０のマーカー２０４やエンドエフェクター４のマーカー４１１、４１２を抽出することができる。このような処理は、まず、撮像データーとして、濃淡画像を得る。各図では、それぞれ、第１ワーク２０のマーカー２０４と、エンドエフェクター４のマーカー４１１、４１２とが、色が濃い濃色領域となり、それ以外の部分が、色が淡い淡色領域となっている。そして、このような画像を二値化して、前記濃色領域を抽出して、マーカー２０４、４１１、４１２とする。

また、ＣＰＵ１３は、第１ワーク２０と第２ワーク３０との組立が行なわれている最中に、マーカー２０４、４１１、４１２の抽出結果に基づいて、当該組立の良否判定を行なうことができる。このような処理は、まず、組立中における、第１ワーク２０のエンドエフェクター４に対する姿勢の変化量、すなわち、第１ワーク２０の特徴点として抽出されたマーカー２０４と、エンドエフェクター４の特徴点として抽出されたマーカー４１１、４１２との位置関係がどの程度変化したのかを検出する。具体的には、マーカー２０４がマーカー４１１とマーカー４１２と間からどの程度位置ズレが生じ、どの程度マーカー４１１、４１２に対して傾いたのかを検出する。そして、この検出された変化量が閾値を超えなければ（図１０に示す状態）良否判定を「良」とし、超えた場合に（図１１に示す状態）良否判定を「否」とする。

このような良否判定をすることができる理由としては、エンドエフェクター４が第１ワーク２０を把持した直後（図２参照）の第１ワーク２０のエンドエフェクター４に対する姿勢は、第１ワーク２０の第２ワーク３０への挿入完了まで（図５参照）そのまま維持されることとなるため、図１０に示す状態で良否判定を「良」とすることができるからである。しかし、第１ワーク２０を第２ワーク３０に挿入しようとしたときに、第１ワーク２０の突出部２０２が第２ワーク３０の凹部３０２に挿入されず、側面３０１に衝突する場合がある（図６中の補助投影図参照）。この場合、第１ワーク２０のエンドエフェクター４に対する姿勢は、エンドエフェクター４が第１ワーク２０を把持した直後の姿勢から変化しているため、図１１に示す状態で良否判定を「否」とすることができるからである。

次に、第１ワーク２０と第２ワーク３０との組立用の制御プログラム（本発明に係る制御方法）について、図１〜図８、図１０および図１１を参照しつつ、図１２に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、図１に示すように、ロボット１（ロボットアーム２）は、初期状態となっており、また、第１ワーク２０および第２ワーク３０は、それぞれ、所定位置に準備されている。この状態をカメラ１２１で撮像して、第１撮像データー（撮像データー）を得、当該第１撮像データーに基づいて、ＣＰＵ１３により、第２ワーク３０の位置および姿勢を検出し（ステップＳ１）、第１ワーク２０の位置および姿勢を検出する（ステップＳ２）。

次に、ステップＳ１およびＳ２での検出結果に基づいて、ＣＰＵ１３により、第２ワーク３０に対する第１ワーク２０の最適な把持方法を選択する（ステップＳ３）。なお、把持方法は、予めメモリー１４に複数種記憶されており、これらの中から選択することができる。
次に、図２に示すように、ロボット１を作動させて、ステップＳ３で選択された把持方法でエンドエフェクター４が第１ワーク２０を把持可能な位置に、当該エンドエフェクター４を移動させ（ステップＳ４）、把持動作を行なわせる（ステップＳ５）。

次に、第１撮像データーに基づいた位置制御により、図３に示すように、第１ワーク２０と第２ワーク３０との位置合わせを行なうように、すなわち、第１ワーク２０の突出部２０２が第２ワーク３０の凹部３０２に挿入可能な位置にまで接近するようにロボット１を作動させる（ステップＳ６）。
次に、力覚センサー３の検出結果に基づいた前記インピーダンス制御（力制御）により、図４に示すように、第１ワーク２０と第２ワーク３０との組立を開始して、そのまま継続していく、すなわち、当該組立が現に行なわれるようにロボット１を作動させる（ステップＳ７）。

次に、第１ワーク２０と第２ワーク３０との組立が完了したか否かを判断する（ステップＳ８）。この判断は、例えば、ステップＳ７後にパーソナルコンピューター１１に内蔵されているタイマー（図示せず）を作動させ、第１ワーク２０の第２ワーク３０に対する挿入が完了したとみなされる時間を経過したか否かで行なわれる。なお、この挿入完了時間は、例えば実験やシミュレーション等により既知となっており、予めメモリー１４に記憶されている。

ステップＳ８の判断の結果、未だ組立が完了していないと判断されている場合には、カメラ１２１を作動させて第２撮像データー（撮像データー）を得、当該第２撮像データーに基づいて、ＣＰＵ１３により、第１ワーク２０の位置および姿勢を検出する（ステップＳ９）。
次に、ステップＳ９での検出結果に基づいて、第１ワーク２０と第２ワーク３０との組立の良否判定を行なう（ステップＳ１０）。この良否判定は、前述したように、図１０に示す状態を良否判定「良」とし、図１１に示す状態を良否判定「否」とする。

ステップＳ１０の判断の結果、良否判定が「良」の場合、組立が完了するまで当該組立を継続する。これにより、図５に示す状態となる。ステップＳ１０を実行した後、ステップＳ８に戻り、組立が完了していないと判断される、すなわち、挿入完了時間の経過を迎える。
次に、エンドエフェクター４を作動させて、第１ワーク２０を解放するとともに、ロボット１を作動させて、エンドエフェクター４を所定の退避位置まで移動させる（ステップＳ１１）。

次に、得られた第１ワーク２０と第２ワーク３０との組立体４０が良好か否かを判断する（ステップＳ１２）。この判断は、例えば、テンプレートマッチングにより行なわれる。
ステップＳ１２の判断の結果、組立体４０が良好の場合、その旨の信号を例えばモニター（図示せず）に出力して（ステップＳ１３）、オペレーター等に報知する。一方、組立体４０が不良の場合、その旨のアラーム信号（音声）を出力して（ステップＳ１４）、オペレーター等に報知する。

また、図５に示す状態とならずに、図６に示す状態となると、ステップＳ１０の判断の結果、良否判定が「否」となり、この場合、図７に示すように、ロボット１を作動させて、エンドエフェクター４に把持された第１ワーク２０を載置ボックス５０の凹部５０１上に移動させ、図８に示すように、そのまま解放する（ステップＳ１５）。これにより、第１ワーク２０が載置ボックス５０に再度載置される。

次に、このステップＳ１５が所定回数を超えたか否かを判断する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６の判断の結果、前記所定回数を超えていない場合には、ステップＳ１に戻り、以後、それより下位のステップを順次実行する。これにより、組立が一旦中断され、エンドエフェクター４で第１ワーク２０を把持し直して、第１ワーク２０と第２ワーク３０との組立を再度行なう（再開する）ことができる。一方、前記所定回数を超えた場合には、ステップＳ１４を実行する。

このように、ロボットシステム１００では、第１ワーク２０と第２ワーク３０との組立が行なわれている最中に、当該組立の良否判定を行なうことができる。これにより、組立が完了するまで、得られた組立体４０が良好なものなのか、それとも、不良なものなのかが不明となるのを防止することができる、すなわち、第１ワーク２０と第２ワーク３０との組立の良否を迅速に把握することができる。そして、良否判定が良であれば、良品の組立体４０をそのまま次の工程に移行することができ、良否判定が否であれば、組立を再度行なって、良品の組立体４０を得ることができる。これにより、組立作業のタクトタイムや歩留まりの向上に寄与する。

前述したように、カメラ１２１から得られる撮像データーとして、第１撮像データーと、第１撮像データーと異なるタイミングで得られた第２撮像データーとがある。第１撮像データーは、第１ワーク２０と第２ワーク３０との位置合わせを行なうときに用いられる撮像データーであり、第２撮像データーは、良否判定を行なうときに用いられる撮像データーである。このように、ロボットシステム１００では、第１ワーク２０と第２ワーク３０との位置合わせを行なう処理と、組立の良否判定を行なう処理との各種処理条件に適した撮像データーを用いることができる。
また、第１撮像データーと第２撮像データーとは、カメラ１２１で得られている。これにより、１つのカメラ１２１を各種処理実行時に兼用することができ、よって、カメラ１２１の設置数を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
図１３は、本発明に係るロボットシステム（制御装置）（第２実施形態）による第１ワークと第２ワークとの組み立て過程を示す側面図、図１４は、図１３に示すロボットシステムのブロック図である。
以下、これらの図を参照して本発明に係る制御装置、ロボット、ロボットシステムおよび制御方法の第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、ロボットアームの設置数が異なること以外は前記第１実施形態と同様である。

図１３、図１４に示すように、本実施形態では、ロボット１は、互いに離間して配置された２本のロボットアーム２を備えている。そして、図１３中の左側のロボットアーム２に装着されたエンドエフェクター４で第１ワーク２０を把持し、図１３中の右側のロボットアーム２に装着されたエンドエフェクター４で第２ワーク３０を把持することができる。なお、本実施形態では、第２ワーク３０は、エンドエフェクター４で支持することができる程度の大きさの柱状の部材である。
このような構成により、第１ワーク２０と第２ワーク３０との組立を行なう際に、これらのワーク同士を互いに移動させて接近させることができ、よって、その組立を迅速に行なうことができる。

＜第３実施形態＞
図１５は、本発明に係るロボットシステム（制御装置）（第３実施形態）による第１ワークと第２ワークとの組み立て過程を示す側面図、図１６は、図１５に示すロボットシステムのブロック図である。

以下、これらの図を参照して本発明に係る制御装置、ロボット、ロボットシステムおよび制御方法の第３実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、カメラの設置数が異なること以外は前記第２実施形態と同様である。
図１５、図１６に示すように、本実施形態では、撮像部１２は、カメラ１２１を第１カメラとして、その他に、第２カメラとしてのカメラ１２２と、第３カメラとしてのカメラ１２３とを有している。

カメラ１２２は、各ロボットアーム２の最も先端側に位置するリンク２１に、先端側を向くように支持されている。
また、２本のロボットアーム２の間には、作業台４００が配置されている。この作業台４００には、例えば組立体４０を載置することができる。
そして、カメラ１２３は、作業台４００上に、斜め上方を向くように支持されている。
このような構成により、組立状況に応じてカメラ１２１〜１２３のいずれかを切り換えて、ワーク同士の位置合わせや、組立の良否判定に用いることができる。

＜第４実施形態＞
図１７は、本発明に係るロボット（第４実施形態）による第１ワークと第２ワークとの組み立て過程を示す正面図、図１８は、図１７に示すロボットのブロック図である。
以下、これらの図を参照して本発明に係る制御装置、ロボット、ロボットシステムおよび制御方法の第４実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、ロボットの構成が異なること以外は前記第２実施形態と同様である。

図１７に示すように、本実施形態では、ロボット１は、胴部５と、当該胴部５に回動可能に連結された２本のロボットアーム２とを有する人間型双腕ロボットである。胴部５には、ＣＰＵ１３やメモリー１４が内蔵されている（図１８参照）。
このような構成のロボット１は、図１７中の左側のロボットアーム２に装着されたエンドエフェクター４で第１ワーク２０を把持し、図１７中の右側のロボットアーム２に装着されたエンドエフェクター４で第２ワーク３０を把持することができる。これにより、第１ワーク２０と第２ワーク３０との組立を行なう際に、これらのワーク同士を互いに移動させて接近させることができ、よって、その組立を迅速に行なうことができる。

また、胴部５の上部には、頭部に相当する部分に、撮像部１２としての２つのカメラ１２４が並設されている。これにより、ステレオ視で、第１ワーク２０と第２ワーク３０との組立状態を確認することができる。
また、胴部５の下部には、複数のキャスター６が設置されている。これにより、例えばロボット１をその背面側から（図１７中の紙面奥側から手前に向かって）押圧することにより、床面２００上を移動させることができる。
以上、本発明に係る制御装置、ロボット、ロボットシステムおよび制御方法を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、制御装置、ロボット、ロボットシステムを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。

また、本発明に係る制御装置、ロボット、ロボットシステムおよび制御方法は、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。
ロボットアームの本数は、第１実施形態では１本、第２実施形態〜第４実施形態では２本であったが、これに限定されず、３本以上であってもよい。
エンドエフェクターは、前記各実施形態では挟持によりワークを支持するよう構成されたものであるが、これに限定されず、例えば、吸着によりワークを支持するよう構成されたものであってもよい。

また、第１ワークと第２ワークとの組立の良否判定を行なうときには、前記各実施形態では第１ワークのマーカーを特徴点として抽出していたが、これに限定されず、例えば、第１ワーク自体の溝やエッジ、これらとマーカーとの組み合わせたものを特徴点として抽出してもよい。これと同様に、第１ワークと第２ワークとの組立の良否判定を行なうときには、前記各実施形態ではエンドエフェクターのマーカーを特徴点として抽出していたが、これに限定されず、例えば、エンドエフェクター自体の溝やエッジ、これらとマーカーとの組み合わせたものを特徴点として抽出してもよい。

１……ロボット２……ロボットアーム２１……リンク２２……関節２２１……モーター３……力覚センサー４……エンドエフェクター４１……挟持片４１１……マーカー４１２……マーカー４２……支持部５……胴部６……キャスター１０……制御装置１１……パーソナルコンピューター１２……撮像部１２１……カメラ１２２……カメラ１２３……カメラ１２４……カメラ１３……ＣＰＵ１４……メモリー２０……第１ワーク２０１……基部２０２……突出部２０３……側面２０４……マーカー２０５……一端面３０……第２ワーク４０……組立体５０……載置ボックス１００……ロボットシステム２００……床面３００……天井３０１……側面３０２……凹部４００……作業台５０１……凹部

Claims

エンドエフェクターとロボットアームと、前記ロボットアームと前記エンドエフェクターとの間に設けられる力検出部と、を備え、第１の物体と第２の物体とを組み立てるロボットを制御する制御装置であって、
前記ロボットアームの動きを制御する制御部と、
撮像データーを得る撮像部と、
を備え、
前記制御部は、組立開始前にエンドエフェクターを少なくとも含む領域を前記撮像部で撮像して前記ロボットアームを動作させ、組立開始後に、少なくとも前記力検出部から出力値が出力されている間前記ロボットアームを動作させ、さらに前記第１の物体と前記第２の物体の組立部を撮像することを特徴とする制御装置。
前記組立の良否判定を行なう良否判定部を備え、
前記良否判定部は前記撮像データーに基づいて前記良否判定を行ない、
前記良否判定が良の場合には、前記組立が完了するまで前記組立を継続する請求項１に記載の制御装置。
前記良否判定の結果が否の場合には、前記組立を一旦中断し、前記エンドエフェクターで前記第１の物体および前記第２の物体の少なくとも一方を支持し直し、前記組立を再開する制御を行なう請求項２に記載の制御装置。
前記良否判定部は、前記第１の物体および前記第２の物体の少なくとも一方の前記エンドエフェクターに対する姿勢の変化量が閾値を超えた場合に前記良否判定を否とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の制御装置。
前記第１の物体および前記第２の物体の少なくとも一方と前記エンドエフェクターの各特徴点を抽出する抽出部を備え、
前記変化量は、前記第１の物体および前記第２の物体の少なくとも一方の特徴点と、前記エンドエフェクターの特徴点との位置関係の変化である請求項４に記載の制御装置。
前記撮像データーには、前記第１の物体と前記第２の物体との位置合わせを行なうときに用いられる第１撮像データーと、前記第１撮像データーと異なるタイミングで得られ、前記良否判定を行なうときに用いられる第２撮像データーとが含まれる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の制御装置。
前記撮像部は、１つのカメラで構成され、
前記カメラで前記第１撮像データーと前記第２撮像データーとを得る請求項６に記載の制御装置。
前記制御部は、前記ロボットアームに対してインピーダンス制御を行なうよう構成されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の制御装置。
第１の物体および第２の物体の少なくとも一方を支持するエンドエフェクターが装着されるロボットアームを含むロボットであって、
前記ロボットアームと前記エンドエフェクターとの間に設けられて情報を検出する力検出部と、
前記エンドエフェクターを含む領域を撮像して、撮像データーを得る撮像部と、
前記撮像データーに基づいて前記ロボットアームを動作させて前記第１の物体と前記第２の物体との位置合わせを行ない、前記力検出部の検出結果に基づいて、前記ロボットアームを動作させて前記第１の物体と前記第２の物体との組立を行なう制御部と、
前記撮像データーに基づいて前記組立の良否判定を行なう良否判定部と、を備えることを特徴とするロボット。
前記ロボットアームを２本備え、
一方の前記ロボットアームに装着された前記エンドエフェクターで前記第１の物体を支持し、他方の前記ロボットアームに装着された前記エンドエフェクターで前記第２の物体を支持する請求項９に記載のロボット。
前記力検出部は、力覚センサーで構成されている請求項９または１０に記載のロボット。
第１の物体および第２の物体の少なくとも一方を支持するエンドエフェクターが装着される少なくとも１本のロボットアームと、
前記ロボットアームと前記エンドエフェクターとの間に設けられて前記エンドエフェクターが受ける力情報を検出する力検出部と、を備えて、
前記第１の物体と前記第２の物体を組み立てるロボットを制御する、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の制御装置と、を備えることを特徴とするロボットシステム。
前記ロボットアームを２本備え、
一方の前記ロボットアームに装着された前記エンドエフェクターで前記第１の物体を支持し、他方の前記ロボットアームに装着された前記エンドエフェクターで前記第２の物体を支持する請求項１２に記載のロボットシステム。
前記力検出部は、力覚センサーで構成されている請求項１２または１３に記載のロボットシステム。
第１の物体および第２の物体の少なくとも一方を支持する前記エンドエフェクターが装着されるロボットアームを含むロボットを制御する制御方法であって、
前記第１の物体および前記第２の物体の少なくとも一方を支持した前記エンドエフェクターを含む領域を撮像した撮像データーに基づいて前記ロボットアームを動作させて前記第１の物体と前記第２の物体との位置合わせを行ない、前記ロボットアームと前記エンドエフェクターとの間に設けられた力検出部が検出する検出結果に基づいて、前記ロボットアームを動作させて前記第１の物体と前記第２の物体との組立を行なうとともに、前記撮像データーに基づいて、前記組立の良否判定を行なうことを特徴とする制御方法。