JP2016193471A - ロボット - Google Patents

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浩之 川田
Hiroyuki Kawada
浩之 川田
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セイコーエプソン株式会社
Seiko Epson Corp
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Abstract

【課題】対象物を安定かつ破壊することなく移動させることができるロボットを提供する。【解決手段】本発明のロボットは、第1エンドエフェクターを有する第1アームと、第2エンドエフェクターを有する第2アームと、を備え、前記第1エンドエフェクターで対象物を把持し、かつ、前記第2エンドエフェクターに前記対象物を載置して移動させる。【選択図】図4

Description

本発明は、対象物を移動させるロボットに関する。
従来、2個のハンドでワークを持ち替えるロボットが知られている(特許文献1、参照)。特許文献1において、ワークを持ち替える際に、2個のハンドの双方でワークが把持されることとなる。
特開2012−196768号公報
特許文献1のように2個のハンドの双方でワークを把持した状態でワークを移動させることは困難であった。例えば、ワークを安定して把持できる箇所を2箇所確保することが難しい形状のワークを把持する場合、2個のハンドの双方でワークを把持することによって却って移動中のワークを不安定にしてしまうという問題があった。また、強度が弱いワークを把持する場合には、2個のハンドによってワークを引っ張ったり圧縮したりねじったりすることにより、ワークを破壊してしまうという問題があった。
上記課題の少なくとも一つを解決するため、本発明のロボットは、第1エンドエフェクターを有する第1アームと、第2エンドエフェクターを有する第2アームと、を備え、第1エンドエフェクターで対象物を把持し、かつ、第2エンドエフェクターに対象物を載置して移動させる。第1エンドエフェクター第2エンドエフェクター
前記の構成において、第1エンドエフェクターで対象物を把持するが、第2エンドエフェクターで対象物を把持することなく、対象物を載置して移動させるため、対象物を破壊することを抑制できる。また、単一のエンドエフェクターで対象物を把持するよりも安定して対象物を移動させることができる。
また、第1エンドエフェクターで対象物を吸着してもよい。この場合も、第2エンドエフェクターで対象物を吸着することなく、対象物を載置して移動させるため、対象物を破壊することを抑制できる。
また、第1エンドエフェクターで対象物を移動させる際に、対象物が載置された第2エンドエフェクターを移動させてもよい。すなわち、第1エンドエフェクターによる対象物の移動に追従するように、第2エンドエフェクターも移動させることにより、第2エンドエフェクターに対象物を載置した状態を維持して対象物を移動させることができる。
(1A)はロボットの正面図、(1B)はハンドの斜視図である。 ロボットシステムのブロック図である。 (3A)は運搬処理のフローチャート、(3B)はワーク種の表である。 (4A),(4B)はワークの斜視図、(4C)は移動処理のフローチャート、(4D),(4E)はワークの正面図である。 (5A)は移動処理のフローチャート、(5B),(5C)はワークの正面図である。 (6A),(6B)はワークの斜視図、(6C)は移動処理のフローチャート、(6D),(6E)はワークの正面図である。 (7A),(7B)はワークの斜視図、(7C)は移動処理のフローチャート、(7D),(7E)はワークの正面図である。 (8A),(8B)はワークの正面図、(8C)は移動処理のフローチャート、(8D),(8E)はワークの正面図である。 (9A)は移動処理のフローチャート、(9B)〜(9C)はワークの正面図である。 (10A),(10B)はハンドの斜視図である。 (11A)〜(11C)はワークの斜視図である。 (12A)はワークの正面図、(12B),(12C)はワークの斜視図である。
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら以下の順に説明する。
なお、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
(1)ロボットシステムの構成:
(2)運搬処理:
(2−1)メインフロー:
(2−2)把持容易物の移動処理:
(2−3)軟質物の移動処理:
(2−4)錘状物の移動処理:
(2−5)硬質積層物の移動処理:
(2−6)球状物の移動処理:
(2−7)薄膜の移動処理
(3)他の実施形態:
(1)ロボットシステムの構成:
図1Aは、本発明の一実施形態にかかるロボットシステム1の正面図である。ロボットシステム1は、ロボット10と撮像部20とメインコントローラーMCとを含む。メインコントローラーMCはロボット10と撮像部20と通信可能に接続されている。この接続は、例えば、イーサネット(登録商標)やUSB(Universal Serial Bus)等の有線通信規格、Wi−Fi(登録商標)等の無線通信規格に準じる。メインコントローラーMCはロボット10を制御するためのコンピューターである。撮像部20は、紙面左側のカメラCMaと紙面右側のカメラCMbとを備えている。撮像部20は、カメラCMa,CMbによって撮像した画像をメインコントローラーMCに出力する。
図1Aに示すように、本実施形態のロボット10は、いわゆる双腕ロボットである。ロボット10は、胴体部14とアームコントローラーACと紙面左側のアーム11a(第1アーム)と紙面右側のアーム11b(第2アーム)と紙面左側のハンド12aと紙面右側のハンド12bとを備えている。胴体部14に対してアーム11aとアーム11bとが連結され、さらにアーム11a,11bのそれぞれにハンド12a,12bが装着されている。つまり、ロボット10は、エンドエフェクターとしてのハンド12a,12bを有する2本のアーム11a,11bを備える。また、アーム11a,11bとハンド12a,12bとの間に力覚センサーPa,Pbが備えられている。力覚センサーPa,Pbについては後述する。アーム11a,11bは、例えば7軸の回転軸を備えており、当該回転軸を回転させることにより、ハンド12a,12bを任意の位置および姿勢に移動させることができる。ハンド12a,12bは、エンドエフェクターの一種である。
紙面左側のハンド12aは、ハンドコントローラーHCaと基部121aと指部G1,G2とを備える。基部121aは、アーム11aの先端(胴体部14の反対側の端部)と連結している。基部121aに対して複数(本実施形態では2本)の指部G1,G2が連結されており、指部G1,G2が互いの距離を小さくするように移動してワークを挟み込むことにより、対象物としてのワークを把持する。なお、指部G1,G2は、必ずしもワークを挟み込んで把持しなくてもよく、例えば指部G1,G2のうち一方のみをワークに接触させてワークを押す等の動作を行うことが可能となっている。ワークWを把持する指部G1,G2の数は3本以上であってもよい。
図1Bは、紙面右側のハンド12bの斜視図である。ハンド12bは、基部121bと載置部J1,J2とを備える。載置部J1,J2は、円錐状に形成されており、頂点がアーム11bの先端側を向くように基部121bに対して固定されている。載置部J1,J2は、必ずしも基部121bに対して固定されていなくてもよく、指部G1,G2と同様に基部121bに対して移動可能に構成されてもよい。
図2は、ロボットシステム1の機能ブロック図である。メインコントローラーMCは、CPUとRAM等を備えるコンピューターであり、これらのハードウェア資源がプログラムと協働することにより、制御部CUを実現する。メインコントローラーMCは、記録媒体MMを備えており、記録媒体MMに動作シナリオSN(SN1〜SN6)が記録されている。動作シナリオSNは、ステップごとにアーム11a,11bとハンド12a,12bとを制御するための制御目標を示す。本実施形態の制御部CUは、位置制御と力制御を実行し、動作シナリオSNの各ステップにおいてアーム11a,11bの制御目標として位置制御目標と力制御目標とが定義されている。また、動作シナリオSNの各ステップにおいてハンド12aの制御目標として指部G1,G2の位置の目標である指位置目標が定義されている。
ここで、位置制御と力制御とについて説明する。アームコントローラーACは、モーターMTと力覚センサーPa,PbとエンコーダーENと接続している。モーターMTは、アーム11a,11bにおける7軸のそれぞれに対応して備えられており、当該7軸のそれぞれを回転駆動させる。エンコーダーENは、各モーターMTの駆動状態(回転数、回転速度)を計測する。メインコントローラーMCは、各モーターMTの駆動状態とハンド12a,12bの位置と姿勢と移動速度との対応関係を規定したテーブル(不図示)を参照して、動作シナリオSNにおいて現在実行中のステップの位置制御目標として規定されているハンド12a,12bの位置と姿勢と移動速度とに対応する各モーターMTの目標の駆動状態を取得する。制御部CUは、エンコーダーENが計測したモーターMTの現在の駆動状態に基づくフィードバック制御を行うことにより、当該現在の駆動状態が目標の駆動状態へと近づくような位置制御を実現する。
力覚センサーPa,Pbは、例えばアーム11a,11bとハンド12a,12bとの連結部位に備えられており、力覚センサーPa,Pbに作用する並進荷重とトルク(ねじり荷重)とを計測する。力覚センサーPa,Pbが計測した並進荷重とトルクはハンド12a,12bに作用する並進荷重とトルクと見なすことができる。メインコントローラーMCは、動作シナリオSNにおいて現在実行中のステップの力制御目標として規定されている力覚センサーPa,Pbの目標の荷重とトルクとを取得する。制御部CUは、力覚センサーPa,Pbが計測した現在の荷重に基づくフィードバック制御を行うことにより、当該現在の荷重が目標の荷重へと近づくような力制御を実現する。
制御部CUは、上述した位置制御と力制御とによってモーターMTの制御データを生成し、当該制御データをアームコントローラーACに出力する。アームコントローラーACは、制御データに基づいてモーターMTの駆動信号(例えばPWMパルス)を生成する。
紙面左側のハンド12aは、ハンドコントローラーHCaとアクチュエーターAAと触覚センサーTSを備えている。アクチュエーターAAは、指部G1,G2を駆動させるための駆動素子であり、ハンド12aの基部121aに備えられている。制御部CUは、動作シナリオSNにおいて現在実行中のステップの制御目標として規定されている指位置目標を取得し、当該指位置目標が示す位置に指部G1,G2が移動するようにハンドコントローラーHCaに制御データを出力する。ハンドコントローラーHCaは、制御データに基づいてアクチュエーターAAの駆動信号を生成する。これにより、動作シナリオSNのステップごとにワークを把持したり、ワークを解放したりすることができる。触覚センサーTSは、指部G1,G2の少なくとも一方の先端(図1Aにおいて不図示)に備えられており、弾性変形が可能な変形部を有する。制御部CUは、触覚センサーTSの変形部がワークに接触した際の変形量と荷重の大きさとに基づいてワークの硬さを認識する。
一方、紙面右側のハンド12bは、ハンドコントローラーHCaとアクチュエーターAAとを備えておらず、載置部J1,J2は基部121bに対して移動不能となっている。ただし、アーム11bが駆動することにより、ハンド12bの載置部J1,J2の位置と姿勢を任意に変化させることができる。
動作シナリオSNのステップの順に、以上説明したアーム11a,11bの制御とハンド12aの制御とを実行することにより、メインコントローラーMCはロボット10に対して一連の作業を行わせることができる。本実施形態において、ワークを作業台からピックアップして当該ワークを作業台の別の位置に運搬する作業を行わせることができる。
(2)運搬処理:
(2−1)メインフロー:
以下、制御部CUの機能を処理の流れとともに説明する。図3AはメインコントローラーMCの制御部CUが実行する運搬処理(メインフロー)のフローチャートである。運搬処理は、作業台上にワークWが置かれている状況で実行される処理である。
まず、制御部CUは、ワークを認識する(ステップS100)。具体的に、制御部CUは、ワークの位置と形状と硬さとを認識する。制御部CUは、撮像部20が撮像した画像を画像認識することにより、ワークの位置と形状とを認識する。また、制御部CUは、触覚センサーTSからの出力信号に基づいてワークの硬さを認識する。
次に、制御部CUは、動作モードの試行順を設定する(ステップS120)。具体的に、制御部CUは、ステップS100におけるワークの認識結果に基づいて、ワークが該当する可能性が高いワーク種の順に動作モードの試行順を設定する。例えば、ワークの形状や硬さを示す複数の測定値から、ワークが該当する可能性を示す指標値を導出する関数をワーク種ごと用意し、当該導出した指標値が大きい順に動作モードの試行順を設定してもよい。
図3Bは、ワーク種の一覧表である。同図に示すように、本実施形態においては、ワーク種として、把持容易物と軟質物と錘状物と硬質積層物と球状物と薄膜とが定義されている。また、ワーク種のそれぞれに対応して動作モードM1〜M6が規定されている。すなわち、ロボット10は、対象物としてのワークWを移動させるための第1アームと第2アームの動作モードとして、第1動作モードと第2動作モードとを含む動作モードM1〜M6を有する。図3Bの例では、ワークが錘状物に該当する可能性が最も高く、錘状物に対応する動作モードM3の試行順が1に設定されている。
次に、制御部CUは、試行カウンタNを1に設定する(ステップS130)。試行カウンタNは、現在、試行しようとしている動作モードM1〜M6の試行順を意味する自然数である。次に、制御部CUは、試行順がN番目の動作モードM1〜M6で移動処理をロボット10に実行させる(ステップS140)。制御部CUは、試行順がN番目の動作モードM1〜M6に対応する動作シナリオSN1〜SN6に基づいてロボット10を制御する。これにより、ロボット10は、試行順がN番目の動作モードM1〜M6で移動処理を実行できる。なお、制御部CUは、認識したワークの位置や形状に応じて、動作シナリオSN1〜SN6の目標位置を設定する。ワークの認識結果とワーク種ごとの移動処理については後述し、メインフローの説明を続行する。
次に、制御部CUは、移動が成功したか否かを判定する(ステップS150)。制御部CUは、目標の運搬先までワークが到達できた場合に、移動が成功したと判定する。一方、目標の運搬先までワークが到達する前に異常を検出した場合、または、所定のタイムアウト期間が経過するまでに目標の運搬先までワークが到達できなかった場合に、移動が成功しなかった(移動が失敗した)と判定する。
移動が成功したと判定しなかった場合(ステップS150:N)、制御部CUは、試行カウンタNに1を加算する(ステップS170)。そして、制御部CUは、ステップS140に戻る。これにより、制御部CUは、ステップS140において次にワークが該当する可能性が高いワーク種に対応する動作モードM1〜M6で移動処理を行うことができる。図3Bの例において、ロボット10は、試行順が1番の動作モードM3(第1動作モード)での対象物の移動を失敗した場合に、試行順が2番の動作モードM5(第2動作モード)で対象物を移動させることができる。
一方、移動が成功したと判定した場合(ステップS150:Y)、制御部CUは、ワークを作業台に置く(ステップS160)。すなわち、ロボット10は、目標の運搬先にワークを置く。これにより、運搬処理が完了する。なお、ステップS170において試行カウンタNが所定値(例えば4)となった場合に、ワークの移動が不可能であるとして運搬処理を中止してもよい。
以下、ワークの認識結果とワーク種ごとの移動処理について順に説明する。
(2−2)把持容易物の移動処理:
図4A,4Bは、把持容易物に該当するワークWの例を示す斜視図である。同図において、x軸,y軸は作業台の表面と平行かつ互いに直交する方向の軸であり、z軸は作業台の表面に直交する方向の軸である。作業台の表面は水平面であり、z軸は鉛直方向の軸である。また、鉛直方向の下方に重力が作用する。
例えば、ステップS120において、硬さがしきい値以上であり、x軸,y軸,z軸のいずれの方向の長さもしきい値以上であり、かつ、作業台に接する面以外に互いに平行となっている2面を有するワークWが把持容易物に該当する可能性が高いと判定される。
ある程度面積が大きい2平行面が存在すれば、当該2平行面を指部G1,G2にて挟み込んでワークWを安定して把持できるからである。また、ある程度硬さが大きければ、指部G1,G2にて把持した際の変形を抑制でき、ワークWを安定して把持できるからである。硬さのしきい値は、指部G1,G2がワークWに加える荷重の大きさやワークWの質量が大きいほど大きく設定されてもよい。x軸,y軸,z軸方向の長さのしきい値は、指部G1,G2が把持する際の接触部分の大きさが大きいほど大きく設定されてもよい。例えば、金属部品や硬質プラスチック部品や木製部品等が把持容易物に該当する。
図4Aのような直方体は、互いに平行な3組の平行面で構成され把持容易物に該当する可能性が高い。図4Bのような円柱も、当該円柱の側面のうち直径を挟んで対向する部分であれば、指部G1,G2は互いに平行な面を構成するため把持容易物に該当する可能性が高い。また、当該円柱の互いに平行な面間の距離が、指部G1,G2同士の離間可能な距離よりも大きい場合に、制御部CUは、把持容易物に該当する可能性が高いと判定しないようにしてもよい。制御部CUは、以上説明した把持容易物に該当するための条件のうち、満足する項目の数が多いほど把持容易物に該当する可能性が高いと判定する。
図4Cは、動作モードM1において行われる把持容易物の移動処理のフローチャートである。動作モードM1は、当該動作モードM1に対応する動作シナリオSN1に基づいて実行される。まず、ロボット10は、ワークWの重心Vからずれた位置を第1ハンドとしてのハンド12aによって把持する(ステップS11)。ワークWの重心Vは、所定方向(例えばz軸方向)から撮像したワークWの幾何学的な重心であってもよい。ワークWの重心Vからずれた位置を把持するとは、指部G1,G2を接続する直線がワークWの重心Vを通過しないことであってもよい。
図4D,4Eは、図4Cの移動処理におけるワークWの様子を示す模式図である。
図4D,4Eにおいて指部G1,G2とワークWとの接触部分をハッチングで示す(図5B,5Cも同様)。指部G1,G2を接続する直線の方向(紙面奥行き方向)はx軸方向であることとする。
次に、ロボット10は、第1ハンドとしてのハンド12aを上方に移動させる(ステップS12)。ハンド12aはワークWを把持しているため、図4Eに示すように、ワークWのうち、少なくとも重心Vよりも指部G1,G2側が上方に持ち上げられることとなり、ワークWと作業台との間に隙間が形成されることとなる。なお、指部G1,G2とワークWとの摩擦力の方がワークWの質量よりも大きい場合には、ワークW全体が作業台から上方に持ち上げられることとなるが、この場合もワークWと作業台との間に隙間が形成されることには相違ない。
次に、制御部CUは、ワークWの下方に形成された隙間を認識する(ステップS13)。具体的に、制御部CUは、撮像部20が撮像した画像に基づいて隙間を認識する。なお、作業台の表面近傍に形成される隙間を明瞭に認識できるように、作業台の表面に平行な光軸を有するカメラが備えられてもよい。さらに、作業台の表面近傍に移動可能となるように、カメラがアーム11a,11bやハンド12a,12b等の可動部に備えられてもよい。
次に、ロボット10は、第2ハンドとしてのハンド12bの載置部J1,J2をワークWの下方に形成された隙間に進入させる(ステップS14)。具体的に、ロボット10は、y軸方向において、載置部J1,J2と指部G1,G2とが重心Vを挟む位置となるように、載置部J1,J2をワークWの下方の隙間に進入させる。図4Eの例では、載置部J1,J2(円形断面を図示)がx軸方向に進入している。また、載置部J1,J2が進入する方向は、図1Bに示す載置部J1,J2の高さ方向Hである。図4Eに示すように、ロボット10は、載置部J1,J2が双方ともワークWの下面に摺接するように、載置部J1,J2を隙間に進入させる。
次に、制御部CUは、載置部J1,J2がワークWの下方に形成された隙間に規定量だけ進入したか否かを判定する(ステップS15)。例えば、制御部CUは、撮像部20がワークWを上方から撮像した画像において、載置部J1,J2がワークWによって遮蔽されている長さに基づいて隙間に対する載置部J1,J2の進入量を取得してもよい。ここで、規定量とは、載置部J1,J2の進入方向におけるワークWの幅に対して所定の比率(例えば50%)を乗算した長さであってもよい。
載置部J1,J2がワークWの下方に形成された隙間に規定量だけ進入したと判定しなかった場合(ステップS15:N)、ステップS14に戻る。すなわち、ロボット10は、載置部J1,J2が隙間に規定量だけ進入するまで、載置部J1,J2の進入を継続する。
載置部J1,J2がワークWの下方に形成された隙間に規定量だけ進入したと判定した場合(ステップS15:Y)、ロボット10は、第1ハンドとしてのハンド12aと第2ハンドとしてのハンド12bとを上方に平行移動させる(ステップS17)。これにより、ロボット10は、載置部J1,J2上にワークWを載置した状態で、ワークWを上方に持ち上げることができる。
次に、ロボット10は、ワークWが搬送先に到達するまで、第1ハンドとしてのハンド12aと第2ハンドとしてのハンド12bとを搬送先に平行移動させる(ステップS18)。これにより、ロボット10は、第1エンドエフェクターとしてのハンド12aで対象物としてのワークWを把持し、かつ、第2エンドエフェクターとしてのハンド12bに対象物としてのワークWを載置して移動させることができる。また、第2アームのハンド12bの載置部J1,J2にワークWを載置した状態において、ワークWは載置部J1,J2によって鉛直方向の下方から支持されることとなる。さらに、ロボット10は、第1エンドエフェクターとしてのハンド12aで対象物としてのワークWを移動させる際に、ワークWが載置された第2エンドエフェクターとしてのハンド12bを移動させることとなる。ここで、平行移動させるとは、図4Eにて矢印で示すように、ハンド12aの移動ベクトルDと、ハンド12bの移動ベクトルDとが一致することを意味する。
以上説明した本実施形態の構成において、ハンド12aでワークWを把持するが、もう一方のハンド12bでワークWを把持することなく、ワークWを載置して移動させるため、ワークWを破壊することを抑制できる。また、単一のハンド12aでワークWを把持するより安定してワークWを移動させることができる。また、ハンド12aが把持によってワークWに作用させる上方への力が作用点と、ハンド12bが載置部J1,J2の載置によってワークWに作用させる上方への力の作用点とが重心Vを挟むため、重心Vを中心にワークWを回転しにくくすることができる。
(2−3)軟質物の移動処理:
例えば、ステップS120において、硬さがしきい値未満であり、x軸,y軸,z軸のいずれの方向の長さもしきい値以上であるワークWが軟質物に該当する可能性が高いと判定される。例えば、蒟蒻や豆腐やロールケーキや魚の切り身等の食材や軟質のスポンジ等が軟質物に該当する。
図5Aは、動作モードM2において行われる軟質物の移動処理のフローチャートである。動作モードM2は、当該動作モードM2に対応する動作シナリオSN2に基づいて実行される。まず、ロボット10は、ワークWの重心Vからずれた位置を第1ハンドとしてのハンド12aによって把持する(ステップS21)。ステップS21は、図4BのステップS11とほぼ同様である。例えば、指部G1,G2によってワークWが撓む量を抑制するために、ワークWの幅が最も狭くなる部分を指部G1,G2によって把持してもよい。次に、ロボット10は、ロボット10は、第2ハンドとしてのハンド12bの載置部J1,J2をワークWの下方に進入させる(ステップS24)。ステップS24において、ロボット10は、載置部J1,J2をx軸方向に移動させ、載置部J1,J2と指部G1,G2とが重心Vを挟む位置となるように、載置部J1,J2をワークWの下方の隙間に進入させる。
図5B,5Cは、図5Aの移動処理におけるワークWの様子を示す模式図である。図5Bに示すように、ワークWと作業台の境界面において、載置部J1,J2をx軸方向において水平に移動させることにより、載置部J1,J2をワークWの下方に進入させることができる。軟質物は、容易に変形できるため、もともとワークWの下方に隙間が存在しない場合でも、載置部J1,J2がワークWの下方に進入できる。
次に、制御部CUは、載置部J1,J2がワークWの下方に規定量だけ進入したか否かを判定する(ステップS25)。例えば、ステップS25にて設定される軟質物についての規定量は、図4CのステップS15にて設定される把持容易物の規定量よりも大きい値であってもよい。
載置部J1,J2がワークWの下方に規定量だけ進入したと判定しなかった場合(ステップS25:N)、ステップS24に戻る。すなわち、ロボット10は、載置部J1,J2がワークWの下方に規定量だけ進入するまで、載置部J1,J2の進入を継続する。
載置部J1,J2がワークWの下方に規定量だけ進入したと判定した場合(ステップS25:Y)、ロボット10は、第1ハンドとしてのハンド12aと第2ハンドとしてのハンド12bとを上方に平行移動させる(ステップS27)。これにより、ロボット10は、載置部J1,J2上にワークWを載置した状態で、ワークWを上方に持ち上げることができる。
次に、ロボット10は、ワークWが搬送先に到達するまで、第1ハンドとしてのハンド12aと第2ハンドとしてのハンド12bとを搬送先に平行移動させる(ステップS28)。ハンド12aでワークWを把持するが、もう一方のハンド12bでワークWを把持することなく、ワークWを載置して移動させるため、軟質物であるワークWを破壊することを抑制できる。また、単一のハンド12aでワークWを把持するより安定してワークWを移動させることができる。
(2−4)錘状物の移動処理:
図6A,6Bは、錘状物に該当するワークWの例を示す斜視図である。例えば、図6Aは円錐状のワークWを示し、図6Bは三角錐状のワークWを示す。
例えば、ステップS120において、硬さがしきい値以上であり、かつ、水平方向のいずれの方向から見ても輪郭が三角形に近い形状のワークWが把持容易物に該当する可能性が高いと判定される。水平方向のいずれの方向から見ても輪郭が三角形に近いと、指部G1,G2にて挟み込むことができる2平行面が存在しないこととなり、ワークWを安定して把持できなくなる。
図6Cは、動作モードM3において行われる錘状物の移動処理のフローチャートである。動作モードM3は、当該動作モードM3に対応する動作シナリオSN3に基づいて実行される。まず、ロボット10は、ワークWの重心Vよりも高い位置を第1ハンドとしてのハンド12aによって水平に押す(ステップS31)。
図6D,6Eは、図6Cの移動処理におけるワークWの様子を示す模式図である。図6Cにおいて、ロボット10は、ハンド12aの指部G1をワークWに当接させることにより、ワークWをy軸方向に押している。これにより、ワークWと作業台との接触面のうちy軸方向の端部を中心にワークWが回転することとなる。なお、ワークWが回転すればよく、ロボット10はハンド12aにおける指部G1以外の部分でワークWを押してもよい。さらに、ロボット10は、ワークWの回転軸(x軸方向の軸)を中心とする円周方向にワークWを押してもよい。本実施形態において、ロボット10は、y軸方向における重心Vの位置が、y軸方向におけるワークWの回転軸の位置rを超えないように指部G1によってワークWを回転させる。すなわち、ロボット10は、指部G1に対してワークWの回転反力(重力の分力)が作用する範囲で指部G1によってワークWを回転させる。
次に、制御部CUは、ワークWの下方に形成された隙間を認識する(ステップS33)。図6Eに示すように、y軸方向において回転軸の位置rを挟んだ両側のそれぞれに隙間が形成されることとなる。次に、ロボット10は、第2ハンドとしてのハンド12bの載置部J1,J2をワークWの下方に形成された隙間に進入させる(ステップS34)。具体的に、ロボット10は、載置部J1,J2をx軸方向に移動させ、回転軸の位置rの両側に形成された隙間のそれぞれに載置部J1,J2を進入させる。
次に、制御部CUは、載置部J1,J2がワークWの下方に形成された隙間に規定量だけ進入したか否かを判定する(ステップS35)。載置部J1,J2がワークWの下方に形成された隙間に規定量だけ進入したと判定しなかった場合(ステップS35:N)、ステップS34に戻る。すなわち、ロボット10は、載置部J1,J2が隙間に規定量だけ進入するまで、載置部J1,J2の進入を継続する。
載置部J1,J2がワークWの下方に形成された隙間に規定量だけ進入したと判定した場合(ステップS35:Y)、ロボット10は、第1ハンドとしてのハンド12aと第2ハンドとしてのハンド12bとを上方に平行移動させる(ステップS37)。これにより、ロボット10は、載置部J1,J2上にワークWを載置した状態で、ワークWを上方に持ち上げることができる。
次に、ロボット10は、ワークWが搬送先に到達するまで、第1ハンドとしてのハンド12aと第2ハンドとしてのハンド12bとを搬送先に平行移動させる(ステップS38)。これにより、ロボット10は、第1ハンドとしてのハンド12aの指部G1と、第2ハンドとしてのハンド12bの載置部J1,J2とによってワークWを3方向から支持した状態でワークWを移動させることができる。
(2−5)硬質積層物の移動処理:
図7A,7Bは、硬質積層物に該当するワークWの例を示す斜視図である。図7AはL字状に折り曲げられた板状のワークWを示し、図7Bは平面板状のワークWを示す。
例えば、ステップS120において、硬さがしきい値以上であり、かつ、厚みがしきい値以下の薄い複数のワークWが鉛直方向に連続して検出された場合には、硬質積層物に該当する可能性が高いと判定される。また、平面視におけるワークWの輪郭に互いに平行な2辺が含まれている場合に、硬質積層物に該当する可能性が高いと判定される。
図7Cは、動作モードM4において行われる硬質積層物の移動処理のフローチャートである。動作モードM4は、当該動作モードM4に対応する動作シナリオSN4に基づいて実行される。まず、ロボット10は、最も上のワークWを第1ハンドとしてのハンド12aによって水平に押す(ステップS41)。
図7D,7Eは、図7Cの移動処理における図7AのワークWの様子を示す模式図である。図7Cにおいて、ロボット10は、ハンド12aの指部G1を最も上のワークWに当接させることにより、ワークWをy軸方向に押している。ロボット10は、最も上のワークWの重心Vが下方のワークWと重なった状態を維持する範囲内で最も上のワークWを水平に押す。
次に、制御部CUは、ワークWの下方に形成された隙間を認識する(ステップS43)。図7Eに示すように、最も上のワークWのうち、他のワークWと重なっていない部分の下方に隙間が形成されることとなる。次に、ロボット10は、第2ハンドとしてのハンド12bの載置部J1,J2をワークWの下方に形成された隙間に進入させる(ステップS44)。具体的に、ロボット10は、載置部J1,J2をx軸方向に移動させ、最も上のワークWの下方に形成された隙間に載置部J1,J2を進入させる。
次に、制御部CUは、載置部J1,J2がワークWの下方に形成された隙間に規定量だけ進入したか否かを判定する(ステップS45)。載置部J1,J2がワークWの下方に形成された隙間に規定量だけ進入したと判定しなかった場合(ステップS45:N)、ステップS44に戻る。すなわち、ロボット10は、載置部J1,J2が隙間に規定量だけ進入するまで、載置部J1,J2の進入を継続する。
載置部J1,J2がワークWの下方に形成された隙間に規定量だけ進入したと判定した場合(ステップS45:Y)、ロボット10は、載置部J1,J2の反対側の位置を第1ハンドとしてのハンド12aによって把持する(ステップS46)。載置部J1,J2の反対側とは、重心Vの位置を挟んで載置部J1,J2の反対側の位置である。また、ロボット10は、平面視において互いに平行な2辺を指部G1,G2によって水平方向に挟むように最も上のワークWを把持する。
次に、ロボット10は、第1ハンドとしてのハンド12aと第2ハンドとしてのハンド12bとを上方に平行移動させる(ステップS47)。これにより、ロボット10は、載置部J1,J2上にワークWを載置した状態で、ワークWを上方に持ち上げることができる。
次に、ロボット10は、ワークWが搬送先に到達するまで、第1ハンドとしてのハンド12aと第2ハンドとしてのハンド12bとを搬送先に平行移動させる(ステップS48)。ここで、硬質積層物は鉛直方向の厚みが薄いため、ワークWを把持する指部G1,G2との摩擦力(接触面積)を大きく確保できず、安定して把持できない。これに対して、第1ハンドとしてのハンド12aで把持するだけでなく、第2ハンドとしてのハンド12bの載置部J1,J2によってワークWを鉛直方向の下方から支持するため、安定してワークWを移動させることができる。
(2−6)球状物の移動処理:
図8A,8Bは、球状物に該当するワークWの例の正面図である。図8Aは球状(真球)のワークWを示し、図8Bは楕円体のワークWを示す。例えば、ステップS120において、平面視および水平視のいずれにおいても輪郭形状が円形または楕円形となっているワークWが球状物に該当する可能性が高いと判定される。
図8Cは、動作モードM5において行われる球状物の移動処理のフローチャートである。動作モードM5は、当該動作モードM5に対応する動作シナリオSN5に基づいて実行される。まず、制御部CUは、ワークWの下方の隙間を認識する(ステップS53)。
図8D,8Eは、図8Cの移動処理における図8AのワークWの様子を示す模式図である。図8Dに示すように、y軸方向において、ワークWの最下点の両側のそれぞれに隙間が形成されている。次に、ロボット10は、第2ハンドとしてのハンド12bの載置部J1,J2をワークWの下方に形成された隙間に進入させる(ステップS54)。具体的に、ロボット10は、載置部J1,J2をx軸方向に移動させ、ワークWの最下点の両側に形成されている隙間のそれぞれに載置部J1,J2を進入させる。なお、載置部J1,J2の間隔はy軸方向におけるワークWの直径の長さよりも小さいこととする。
次に、制御部CUは、載置部J1,J2がワークWの下方の隙間に規定量だけ進入したか否かを判定する(ステップS55)。載置部J1,J2がワークWの下方の隙間に規定量だけ進入したと判定しなかった場合(ステップS55:N)、ステップS54に戻る。すなわち、ロボット10は、載置部J1,J2が隙間に規定量だけ進入するまで、載置部J1,J2の進入を継続する。
載置部J1,J2がワークWの下方の隙間に規定量だけ進入したと判定した場合(ステップS55:Y)、ロボット10は、載置部J1,J2を傾けて第1ハンドとしてのハンド12aに当接するまでワークWを転がす(ステップS56)。すなわち、ロボット10は、載置部J1,J2の先端(x軸方向所定距離以内)の上方にハンド12a(指部G1)を移動させ、その後、載置部J1,J2の先端の位置を維持し、載置部J1,J2の基部121b側を上方に持ち上げるようにハンド12bの姿勢を変化させることにより、載置部J1,J2の先端側にワークWを転がす。これにより、載置部J1,J2の先端付近に移動したハンド12aの指部G1にワークWを当接させることができる。
次に、ロボット10は、第1ハンドとしてのハンド12aと第2ハンドとしてのハンド12bとを上方に平行移動させる(ステップS57)。これにより、ロボット10は、載置部J1,J2上にワークWを載置した状態で、ワークWを上方に持ち上げることができる。
次に、ロボット10は、ワークWが搬送先に到達するまで、第1ハンドとしてのハンド12aと第2ハンドとしてのハンド12bとを搬送先に平行移動させる(ステップS58)。第1ハンドとしてのハンド12aの指部G1と、第2ハンドとしてのハンド12bの載置部J1,J2とによってワークWを3方向(鉛直方向の下方を含む)から支持するため、指部G1,G2によって把持が困難な球状または楕円体のワークWも安定して移動させることができる。
(2−7)薄膜の移動処理
例えば、ステップS120において、鉛直方向の厚みがしきい値以下であり、かつ、硬さがしきい値未満であるワークWが薄膜に該当する可能性が高いと判定される。図9Aは、動作モードM6において行われる薄膜の移動処理のフローチャートである。動作モードM6は、当該動作モードM6に対応する動作シナリオSN6に基づいて実行される。まず、ロボット10は、ワークWの端部を第1ハンドとしてのハンド12aで把持して摘み上げる(ステップS61)。なお、薄膜を移動する場合、先端が尖った指部G1,G2を有するハンド12aを用いるのが望ましく、動作モードM6を実行するにあたりハンド12aが交換されていることとする。
図9B,9Cは、図9Aの移動処理におけるワークWの様子を示す模式図である。図9Bに示すように、ロボット10は、第1ハンドとしてのハンド12aの指部G1,G2で、ワークWのx軸方向およびy軸方向の方向の端部を摘んだ状態で当該指部G1,G2を上方に移動させることにより、ワークWの端部を摘み上げる。
次に、制御部CUは、ワークWの下方の隙間を認識する(ステップS63)。
図9Cに示すように、y軸方向の端部にてワークWを上方に摘み上げているため、当該端部からy軸方向のもう一方の端部に向けてなだらかに下降するようにワークWが変形し、当該変形したワークWに対応した形状の隙間が作業台との間に形成される。
次に、ロボット10は、第2ハンドとしてのハンド12bの載置部J1をワークWの下方に形成された隙間に進入させる(ステップS64)。具体的に、ロボット10は、載置部J1をx軸方向に移動させ、ワークWの下方に形成されている隙間に載置部J1,J2を進入させる。例えば、y軸方向におけるワークWの重心Vを挟む位置に載置部J1,J2を進入させる。
次に、制御部CUは、載置部J1,J2がワークWの下方の隙間に規定量だけ進入したか否かを判定する(ステップS65)。載置部J1,J2がワークWの下方の隙間に規定量だけ進入したと判定しなかった場合(ステップS65:N)、ステップS54に戻る。すなわち、ロボット10は、載置部J1,J2が隙間に規定量だけ進入するまで、載置部J1,J2の進入を継続する。
載置部J1,J2がワークWの下方の隙間に規定量だけ進入したと判定した場合(ステップS65:Y)、ロボット10は、第1ハンドとしてのハンド12aと第2ハンドとしてのハンド12bとを上方に平行移動させる(ステップS67)。これにより、ロボット10は、載置部J1,J2上にワークWを載置した状態で、ワークWを上方に持ち上げることができる。
次に、ロボット10は、ワークWが搬送先に到達するまで、第1ハンドとしてのハンド12aと第2ハンドとしてのハンド12bとを搬送先に平行移動させる(ステップS68)。第1ハンドとしてのハンド12aで把持するだけでなく、第2ハンドとしてのハンド12bの載置部J1,J2によってワークWを鉛直方向の下方から支持するため、薄膜のワークWも安定して移動させることができる。また、ハンド12aを把持する荷重を軽減できるため、薄膜のワークWの破壊を抑制できる。
以上説明した各種動作モードM1〜M6では、ワークWが置かれた作業台とワークWとの間に形成した隙間に第2エンドエフェクターとしてのハンド12bの載置部J1,J2を進入させることにより、載置部J1,J2にワークWを載置することができる。そして、最初から隙間が形成されている場合も含め、各種動作モードM1〜M6では、隙間の形成方法が異なる。これにより、各ワーク種に適した方法によって載置部J1,J2上にワークWを載置するための隙間を形成することができる。
(3)他の実施形態:
前記実施形態において、載置部J1,J2は基部121bに対して移動不能に固定されていたが、載置部J1,J2が基部121bに対して移動可能に連結されてもよい。例えば、ロボット10は、ワークWの形状や、各移動処理におけるステップS13,S33,S43,S43,S53にて認識した隙間の形状に応じて載置部J1,J2間の間隔を調整してもよい。
図10A,10Bは、他の実施形態にかかる載置部Jを示すハンド12bの斜視図である。載置部は必ずしも2個備えられなくてもよく、図10Aのようにハンド12bの基部121bに対して単一の載置部Jのみが連結されてもよい。錘状物と球状物とを除き、単一の載置部J上にワークWを載置することができる。また、図10Bのように載置部Jは板状であってもよい。板状の載置部Jの上にワークWを載置することによりワークWの底面を安定して支持できる。また、ワークWが軟らかくても、板状の載置部J上に重心Vが位置するようにすることにより、載置部J上においてワークWを安定して移動させることができる。
また、ロボット10の第1エンドエフェクターは必ずしもワークWを把持可能なハンドでなくてもよく、ワークWを吸着可能なエンドエフェクターであってもよい。この構成において、第1エンドエフェクターで対象物としてのワークWを吸着し、かつ、第2エンドエフェクター(例えば図1B,10A,10Bのハンド21b)に対象物を載置して移動させてもよい。この場合、第1エンドエフェクターでワークWを吸着するが、第2エンドエフェクターでワークWを把持することなく、ワークWを載置して移動させるため、ワークWを破壊することを抑制できる。また、単一のエンドエフェクターでワークWを吸着するよりも安定してワークWを移動させることができる。
図11A〜11Cは、把持容易物に該当するワークWの例を示す。図11Aは、図4Aの直方体状のワークWを、yz軸方向の長方形の平面の対角線方向に切断した5面体のワークWを示す。このようなワークWも、ロボット10は、互いに平行な三角形状の2平面を指部G1,G2でx軸方向に把持した状態で、載置部J1,J2でワークWを下方から支持することにより、ワークWを移動させてもよい。図11BのワークWも互いに平行な2平面を有するため、ロボット10は、当該2平面を指部G1,G2でx軸方向に把持した状態で、載置部J1,J2でワークWを下方から支持することにより、ワークWを移動させてもよい。なお、図11BのワークWが積層されていた場合、ロボット10は、図11BのワークWを硬質積層物に該当するとして、図7Cの移動処理を行ってもよい。
図11Cは、図6Aに示す円錐状のワークWが倒れた状態を示す。この場合、図6EのようにワークWを傾けて隙間を形成することが困難となるため、ロボット10は、ワークWを錘状物ではなく把持容易物と見なして移動処理を行ってもよい。すなわち、ロボット10は、ワークWの円形状の底面を水平かつ直径方向(x軸方向)に指部G1,G2で挟んで把持した状態で、載置部J1,J2でワークWを下方から支持することにより、ワークWを移動させてもよい。
図12A〜12Cは、ワークWの例を示す。図12Aは、紐状のワークWをロボット10が移動させている様子を示す。例えば、可撓性を有するケーブルやワイヤーや紐が紐状のワークWに該当する。このようなワークWについては、指部G1,G2によってワークWを把持するとともに、載置部J1,J2によってワークWを下方から支持することにより、ワークWを安定して移動させることができる。特に、載置部J1,J2によってワークWを支持することにより、指部G1,G2からワークWの端部が垂れ下がる長さを抑制することができ、ワークWを上方に持ち上げる高さを抑制でき、作業効率を向上させることができる。ワークWは可撓性を有するため、例えば軟質物と同様の手順(図5C)で、載置部J1,J2上にワークWを載置することができる。
図12Bは、枠状のワークWをロボット10が移動させている様子を示す。例えば、パッキンのように可撓性を有するワークWや、額縁や窓枠のようにほぼ剛体のワークWが、枠状のワークWに該当する。このようなワークWについても、指部G1,G2によってワークWを把持するとともに、載置部J1,J2によってワークWを下方から支持することにより、ワークWを安定して移動させることができる。特に、可撓性を有する枠状のワークWについては、図12Bのように、枠を構成する1個の辺を指部G1,G2によって挟み込んで把持するのが望ましい。これにより、指部G1,G2の把持力によってワークWが撓むことを抑制でき、安定してパッキン等のワークWを移動させることができる。また、パッキン等のワークWは可撓性を有するため、例えば軟質物と同様の手順(図5C)で、載置部J1,J2上にワークWを載置することができる。
一方、ほぼ剛体の枠状のワークWについては、図12Bのように指部G1,G2によって把持してもよいし、指部G1,G2によって互いに平行な2辺を外側から挟み込んで把持してもよい。また、ほぼ剛体の枠状のワークWについては、例えば把持容易物と同様の手順(図4E)で、載置部J1,J2上にワークWを載置することができる。なお、枠状のワークWは、必ずしも矩形枠状でなくてもよく、多角形枠状であってもよいし、円環状であってもよいし、楕円環状であってもよい。
図12Cは、剛体部分Wa1,Wa2と可撓部分Wbとを有するワークWをロボット10が移動させている様子を示す。剛体部分Wa1,Wa2はほぼ剛体であり、可撓部分Wbは可撓性を有する。例えば、液晶モジュールやバッテリー等の剛体部分Wa1,Wa2を、フレキシブル基板等の可撓部分Wbによって接続することにより、ワークWが形成される。このようなワークWについては、指部G1,G2によってワークWを構成するいずれかの剛体部分Wa1,Wa2の一方を把持するとともに、剛体部分Wa1,Wa2のうち把持していない方を載置部J1,J2によって下方から支持することにより、ワークWを安定して移動させることができる。特に、載置部J1,J2によってワークWを支持することにより、剛体部分Wa1,Wa2のうち把持していない方が垂れ下がることを抑制することができ、ワークWを上方に持ち上げる高さを抑制でき、作業効率を向上させることができる。ワークWは全体として可撓性を有するため、例えば軟質物と同様の手順(図5C)で、載置部J1,J2上にワークWを載置することができる。
なお、剛体部分Wa1,Wa2は必ずしも2個でなくてもよく、N個(Nは3以上の自然数)の剛体部分Waを、(N−1)個の可撓部分Wbによって直列に接続することにより形成されたワークWをロボット10が移動させてもよい。さらに、3個以上の剛体部分Waを、可撓部分Wbによって直列以外の形状(例えばL字状)に接続することにより形成されたワークWをロボット10が移動させてもよい。さらに、剛体部分Waは、必ずしも矩形板状でなくてもよく、例えば直方体や立方体であってもよい。一方、可撓部分Wbは、必ずしもフレキシブル基板のように薄板状でなくてもよく、ケーブルやワイヤーや紐のように線状であってもよい。
本発明において、左右のエンドエフェクターの形状や構造が異なり得るが、ワークWの位置や姿勢に応じて、作業がし易くなるように左右のエンドエフェクターをアームに対して付け替えてもよい。むろん、ロボット10は、動作モードに応じてエンドエフェクターを付け替えてもよい。さらに、ロボット10全体が水平面上において180度回転することにより、エンドエフェクターの左右の位置を入れ替えてもよい。さらに、ロボット10は、少なくとも2本のアーム(2個のエンドエフェクター)を備えていればよく、3本以上のアームを備えたロボット10においても本発明を適用可能である。
1…ロボットシステム、10…ロボット、11a,11b…アーム、12a,12b…ハンド、14…胴体部、20…撮像部、121a…基部、121b…基部、AA…アクチュエーター、AC…アームコントローラー、CMa,CMb…カメラ、CU…制御部、D…移動ベクトル、EN…エンコーダー、G1,G2…指部、HCa…ハンドコントローラー、J1,J2…載置部、M1〜M6…動作モード、MC…メインコントローラー、MM…記録媒体、MT…モーター、N…試行カウンタ、Pa,Pb…力覚センサー、TS…触覚センサー、V…重心、W…ワーク

Claims (7)

  1. 第1エンドエフェクターを有する第1アームと、
    第2エンドエフェクターを有する第2アームと、を備え、
    前記第1エンドエフェクターで対象物を把持し、かつ、前記第2エンドエフェクターに前記対象物を載置して移動させる、
    ロボット。
  2. 第1エンドエフェクターを有する第1アームと、
    第2エンドエフェクターを有する第2アームと、を備え、
    前記第1エンドエフェクターで対象物を吸着し、かつ、前記第2エンドエフェクターに前記対象物を載置して移動させる、
    ロボット。
  3. 第1エンドエフェクターを有する第1アームと、
    第2エンドエフェクターを有する第2アームと、を備え、
    前記第1エンドエフェクターで対象物を移動させる際に、前記対象物が載置された第2エンドエフェクターを移動させる、
    ロボット。
  4. 前記対象物を移動させるための前記第1アームと前記第2アームの動作モードとして、第1動作モードと第2動作モードとを有する、
    請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のロボット。
  5. 前記第1動作モードと前記第2動作モードとでは、前記対象物が載置された載置面と前記対象物との間に形成した隙間に前記第2エンドエフェクターを進入させることにより、前記第2エンドエフェクターに前記対象物を載置し、
    前記第1動作モードと前記第2動作モードとでは、前記隙間の形成方法が異なる、
    請求項4に記載のロボット。
  6. 前記第1動作モードで前記対象物の移動に失敗した場合、前記第2動作モードで前記対象物を移動させる、
    請求項4または請求項5のいずれかに記載のロボット。
  7. 前記第2エンドエフェクターに前記対象物を載置した状態において、前記対象物は前記第2エンドエフェクターによって鉛直方向の下方から支持される、
    請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のロボット。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2019142583A1 (ja) * 2018-01-19 2019-07-25 ソニー株式会社 ロボット装置及び電子機器の製造方法

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