JP2017013198A - 部品の製造方法およびロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ツールの自動交換時の停止時間を短縮することを目的とする。【解決手段】 アーム先端の電気接続部に、ツールの電気接続部を接続する工程と、製造工程に応じた前記ツールの初期化処理の情報に基づいて前記ツールの初期化処理を実行する工程と、前記製造工程を実行する工程と、を有する。【選択図】 図４

Description

本発明は、着脱可能なツールを用いた部品の製造方法および、ロボット装置に関する。

近年の市場の変化、ニーズの多様化に柔軟に対応するために、多品種少量生産向けの生産システムの必要性が高まっている。それにより、生産システムは生産品種に合わせてロボットアームの先端に取り付けられるツールを交換する必要がある。また、ツールはロボットによる生産中に、生産工程に応じて自動交換され制御されることがある。自動交換する際には、これらツールとロボットアーム先端に設けたツール着脱部とが電気的に切断されるため、ツールの初期化処理が必要となる。つまり、これらツールをロボットアーム先端に設けたツールを交換する度に、ツールの初期化処理を行なわなければならない。

従来、ツールの初期化処理はツールを交換するステーションにて行われる。このためツールの交換ステーションにおけるロボットの停止時間が長くなる。このため、生産効率が悪化するという問題がある。

この対策として、ツールの交換完了と同時に次の移動位置へロボットを移動させながらツールの初期化処理を並行して行い、ツールの交換ステーションにおける初期化処理によるロボットの停止時間を削減する技術が提案されている（特許文献１）。

特開２００６−０５１５４８

しかし、特許文献１は、ツールの初期化処理を全て行うものである。初期化処理の種類が増加した場合、ツールの次の移動位置への移動時間内に初期化処理が完了せずにロボットの停止時間が増加してしまい、製造効率が悪化するという問題がある。

本発明はこの事情に鑑みてなされたものであり、ツールの初期化処理は、ツールを接続してから切断するまでの製造工程に対して必要な初期化処理のみを行うことが可能なツールの接続方法、およびロボットの制御装置を提供する。

上記目的を達成するために本発明の部品の製造方法は、ロボットのアーム先端に取り付けたツールを用いた製造工程に従って部品を製造する部品の製造方法であって、前記アーム先端の電気接続部に、前記ツールの電気接続部を接続する工程と、前記製造工程に応じた前記ツールの初期化処理の情報に基づいて前記ツールの初期化処理を実行する工程と、前記製造工程を実行する工程と、を有することを特徴とする。

また、本発明のロボット装置は、アーム先端部に電気接続部を有するロボットと、前記電気接続部に接続可能な、電気接続部を有するツールと、前記ロボットおよびツールを制御する制御部と、製造工程および前記製造工程に応じたツールの初期化処理情報が記憶された記憶部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、あらかじめ設定された、ツールを接続してから切断するまでの製造工程に対して必要な初期化処理を選択し実行することで、ツールの初期化処理によるロボットの停止時間を短縮でき、ロボットの作業効率を向上させることができる。

本発明の第一の実施例におけるツール接続方法およびロボットの制御装置の概念図である。 本発明の第一の実施例におけるツール接続方法およびロボットの制御装置の概念図である。 本発明の第一実施形態におけるツールおよび、アーム先端のツール着脱部を示す図である。 本発明の第一実施形態におけるツールを接続する際の処理のフローチャートである。

本実施形態は、自動化された製造工程における部品の製造方法に関するものである。特に、ロボットのアーム先端部に着脱可能なツールを用いた部品の製造方法に関するものである。具体的には、ロボットのアーム先端部にツールを取り付けていない状態から、ツールを取り付けて行なう作業が発生した場合、あるいは、ツールを交換する作業が発生した場合におけるツールの初期化作業を伴うものに関するものである。

図１から図３を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係わるロボットを説明する図である。

図２は、本発明の実施形態に係わるロボットおよびツールの制御について説明するブロック図である。

図３は、ロボットのアーム先端部と、ツールを説明する図である。

コントローラ１０２は、ロボット１０３にケーブルを介して接続されており、メモリやハードディスクなどの記憶部（記憶手段、記憶装置）が内蔵されている。この記憶部には、ロボットを駆動する装置であるサーボモータ等を駆動するためのプログラムが、予め記憶され、コントローラ１０２によって、ロボットを駆動する装置２００を制御する。図２において、記憶部、ロボット制御部およびツール制御部を同じコントローラとして図示したが、これに限るものではなく、別のコントローラであってもよい。図１において、ロボット１０３は、６軸のロボットアームである例を示すがこれに限るものではない。ロボット１０３が６軸のロボットアームである場合、６軸についてそれぞれのアームとアームとを回転駆動させるための駆動手段（例えばサーボモータ）を有する。また、各軸の駆動手段であるサーボモータには、ロボットの状態を検出する装置２１０（本実施形態においてはロータリエンコーダであり、不図示）が設けられている。そして、６軸それぞれのアームとアームとの回転角度を検出することにより、ロボットの状態を求めることができる。図２においては、ロボットを駆動する装置２００とロボットの状態を検出する装置２１０を一つにまとめて記載したが、６軸それぞれに、ロボットを駆動する装置２００とロボットの状態を検出する装置２１０を有している。また、図１では、ロボット１０３が、１つである例を示すがこれに限らず、複数あってもよい。

ツールの取り付け（取り外してから取り付ける場合も含む）は、ツール交換ステーションにて行なってもよい。この取り付けは、従来から知られている自動でツールを交換する方法を用いることができる。

図３は、ツールおよび、アーム先端のツール着脱部を示している。図３において、ツール２０１は、把持部（本実施形態においては一対のピン）を開閉させてワーク等を把持することができる把持手段（本実施形態においてはピンセット）２０２を有している。また、把持手段は、ツールの把持部を駆動する装置（例えばサーボモータ）２０３によって、開閉させることができる。また、把持部の先端（例えばピンの先端）にかかる外力を検出するための、ツールの先端に加わる力を検出する装置（例えば力覚センサ）２０４を備えている。また、該サーボモータ２０３には、ツールの把持部の状態を検出する装置（例えばロータリエンコーダであり不図示）が設けられている。このロータリエンコーダによって例えばピンセットの場合はピンの開き具合を検出する。つまり、ピンとピンとの間の間隔がどのくらい開いているかを検出する。

また、ツール２０１は、アーム先端の着脱部に対して電気的な接続をするための電気接続部（第２の電気接続部）２０７を備えている。本実施形態において、ツール２０１は、把持部による把持手段２０２、把持部を駆動する装置２０３、ツールの先端に加わる力を検出する装置２０４、ツールの把持部の状態を検出する装置および電気接続部２０７を含む。このツール２０１は、アーム先端のツール着脱部２０５に機械的に接続する手段によって接続されて使用される。本実施形態においては、機械的に接続する手段は、４本のフィンガーがツール２０１を把持する形態を示すが、フィンガーに限らない。例えば３本の爪によるチャック等、ツール２０１を機械的に接続することができる公知の技術を用いることができる。本実施形態においては、アーム先端とは、ツール着脱部２０５および機械的に接続する手段（ここでは４本のフィンガー）を含む。

コントローラ１０２からの動力線は、ロボットの本体の内部を通ってアーム先端の電気接続部（第１の電気接続部）２０６に接続されている。そして、ツール２０１はアーム先端の電気接続部（第１の電気接続部）２０６と接続可能な電気接続部（第２の電気接続部）２０７を有している。このツールの電気接続部２０７とアーム先端の電気接続部２０６を接触させてツール２０１をロボット１０３に接続する。これによりツール２０１に電力が供給され、ツール２０１とコントローラ１０２の間でデータ通信が可能となる。つまり、コントローラ１０２からツールの把持部を駆動する装置（サーボモータ）２０３へ制御信号を送信することができる。

また、ツールの把持部の状態を検出する装置（ロータリーエンコーダ）で検出した値は、ツール本体の電気接続部２０７とアーム先端の電気接続部２０６を介しコントローラ１０２に伝達される。すなわち、コントローラ１０２は、該サーボモータ２０３への移動指令に対して、ツールの把持部の状態を検出する装置（ロータリーエンコーダ）で検出された値に基づいて、フィードバック制御を行ってサーボモータ２０３を駆動制御する。

同様に、ツールの先端に加わる力を検出する装置（力覚センサ）２０４で検出した値は、ツール本体の電気接続部２０７とアーム先端の電気接続部２０６を介しコントローラ１０２に伝達される。すなわち、コントローラ１０２は、該サーボモータ２０３への移動指令に対して力覚センサ２０４で検出された値に基づいて、フィードバック制御を行ってサーボモータ２０３を駆動制御する。

ツール２０１はピンセットの形状をしたツールに限らず、例えば溶接ガン・チャック・ハンドの形状をしたツールであってもよい。また、把持機能を有するメカ機構をもつ、いわゆるハンドであってもよい。つまり、本明細書において、ツールはハンドを含む。また、ツールの把持部を駆動する装置２０３として、サーボモータ２０３を用いる例を示したが、これに限るものではない。また、ツールの先端に加わる力を検出する装置として、力覚センサ２０４を用いる例を示したが、これに限るものではない。

また、ツール着脱部は、アーム先端に取り付けられるが、アーム先端とは、アームの先端に取り付けられたハンドの先端であってもよい。つまり、アーム先端とは、アームの先端に取り付けられたハンドの先端である場合も含む。ここでハンドとは、アームの先端部分に直接又は把持機能を有さない連結機構により取り付けられ、把持機能を有するメカ機構をもつものをいう。

次に、ツールの電気接続部２０７とアーム先端の電気接続部２０６を接触させてツールをアームに接続した時の、ツールの初期化処理について説明する。

ツールの電気接続部２０７とアーム先端の電気接続部２０６を接触させてツールをアームに接続した時、次のような初期化処理が必要となる。
初期化処理Ａ：ツールの把持部を駆動する装置（例えばサーボモータ）２０３の初期化処理として、サーボモータに通電し、サーボパラメータをコントローラに伝達し、パラメータを再設定する。
初期化処理Ｂ：ツールの把持部の状態を検出する装置（例えばロータリーエンコーダ）の初期化処理として、ロータリエンコーダ値をコントローラへ伝達し、パラメータを再設定する。
初期化処理Ｃ：ツールの先端に加わる力を検出する装置（例えば力覚センサ）の初期化処理として、検出値のコントローラへ伝達し、パラメータを再設定する。

製造開始前には予め、製造工程に応じて、ロボットを駆動する装置（ロボット各軸のサーボモータ）２００およびツールの把持部を駆動する装置（ツールのサーボモータ）２０３に送る信号がプログラムされている。そして、このプログラムはコントローラの記憶手段に記憶されている。このプログラムはシミュレーションによって作成してもよいし、ティーチング装置を用いて作成してもよい。

ツールを接続してから取り外すまでに行なう製造工程は、例えば次のようなものが考えられる。
製造工程ａ：ツールでシールを把持し、シールを第一のワークに貼りつけて部品を製造する工程
製造工程ｂ：第一のワークをツールで把持し、第二のワークに組み付け、部品を製造する工程
製造工程ｃ：例えば別のロボットの把持した第一のワークの位置を検出するために、別のロボットが把持した第一のワークをツールに押し付ける。これにより、どのくらいの力が第一のワークに加わっているか検出することで第一のワークの位置を検知することができる。そして位置を検出した第一のワークを第二のワークに組み付けることで部品を製造する工程

製造工程ａでは、シールを把持するために、ツールの把持部を駆動する装置およびツールの把持部の状態を検出する装置を用いる必要がある。さらに、シールを張り付けるために、ツールの先端に加わる力を検出する装置を用いる必要がある。よって、先に説明した、初期化処理Ａ、初期化処理Ｂおよび初期化処理Ｃの全てを行なう必要があり、初期化処理の時間が長くかかってしまい、従来同様、作業停止時間が発生してしまう場合がある。

しかし、製造工程ｂでは、ワークをツールで把持し運ぶだけであるため、ツールの把持部を駆動する装置およびツールの把持部の状態を検出する装置を用いる必要はあるが、ツールの先端に加わる力を検出する装置を用いることはない。よって、本実施形態における製造工程ｂにおいては、初期化処理Ａおよび初期化処理Ｂのみを行なう。これにより、初期化処理にかかる時間が短縮され、作業停止時間は発生しないか、発生しても短時間ですみ、製造工程にかかる時間が短縮される。

製造工程ｃでは、ツールの把持部は駆動する必要はなく、ツールの先端に加わる力を検出する装置だけ用いれば製造を行なうことができる。よって、本実施形態における製造工程ｃにおいては、初期化処理Ｃのみを行なえばよく、初期化処理に係る時間が短縮され、作業停止時間は発生しないか、発生しても短時間ですみ、製造工程にかかる時間が短縮される。

製造工程に必要な初期化処理の情報を、記憶手段に記憶させておく。具体的には、本実施形態においては、製造工程ａに対応する初期化処理として、初期化処理Ａ、初期化処理Ｂ、初期化処理Ｃを記憶させておく。製造工程ｂに対応する初期化処理として、初期化処理Ａ、初期化処理Ｂを記憶させておく。製造工程ｃに対応する初期化処理として、初期化処理Ｃを記憶させておく。

また、初期化処理の対象は、ツール２０１に備わっているファームウェアが実施するソフトウェアの初期化処理に対して行ってもよい。また、初期化処理情報を例えばコントローラ１０２の記憶装置が保持させる例を示したが、ツール２０１に記憶装置を設けておき、このツール２０１の記憶装置が保持してもよい。また、ツール制御部は、コントローラ１０２が行なう例を示したが、ツール２０１に別途コントローラを搭載し、該コントローラがサーボモータ２０３を駆動制御してもよい。つまりツール２０１のコントローラをツール制御部としてもよい。

図４は、本実施形態におけるツールを自動で取り付け際の処理のフローチャートである。ツールを自動交換する時は事前に、アーム先端に取り付けていたツールを取り外しておく。具体的には、アーム先端の、ツール着脱部２０５の機械的に接続する手段による拘束を解除し、アーム先端の電気接続部２０６からツールの電気接続部２０７を離し、ツールを取り外しておく。

コントローラ１０２はアーム先端のツール着脱部２０５をツール接続位置に移動させる指令を出力し、アームの各軸サーボモータを駆動する（ステップＳ４０１）。そして接続位置に到達すると（ステップＳ４０２）、ツール２０１の機械的接続処理を実行する（ステップＳ４０３）。具体的には、アーム先端の、ツール着脱部２０５の機械的に接続する手段によりツールを拘束する。

次に、ツール２０１の電気的接続処理を実行する（ステップＳ４０４）。具体的には、アーム先端の電気接続部２０６とツールの電気接続部２０７とを接触させることでツールに電力が供給される。ロボットの内部を通ってアーム先端の電気接続部２０６に接続されているコントローラ１０２からの動力線とツールが接続される。これによりツール２０１に電力が供給され、ツール２０１とコントローラ１０２の間でデータ通信が可能となる。つまり、コントローラ１０２からツールの把持部を駆動する装置（サーボモータ）２０３へ制御信号を送信することができる。

ツール２０１の機械的接続処理（ステップＳ４０３）と、ツール２０１の電気的接続処理（ステップＳ４０４）は同時に行なってもよい。また、ツール２０１の電気的接続処理（ステップＳ４０４）を行なった後、ツール２０１の機械的接続処理（ステップＳ４０３）を行なってもよい。

ツール２０１の機械的接続処理（ステップＳ４０３）と、ツール２０１の電気的接続処理（ステップＳ４０４）が終了した後、初期化処理を行なう。具体的には、あらかじめ設定されたツールを接続してから切断するまでの製造工程と初期化処理を対応させ、記憶させておいた初期化処理の情報から、ツール接続後の製造工程に対応する初期化処理を選択する（ステップＳ４０５）。そして、ステップＳ４０５で選択した初期化処理をおこなう（ステップＳ４０６）。初期化処理が終了したら、製造工程に対応するプログラムを実行する（ステップＳ４０７）。

これにより、ツールの機械的な接続位置における初期化処理によるロボットの停止時間を短縮でき、ロボットの作業効率を向上させることができる。

（他の実施形態）
上記実施形態において、各ツールの自動交換を行う製造工程に対応したツールの初期化処理を記憶させておくのではなく、ツールの機能に対応した初期化処理を記憶させておいてもよい。この場合は、各ツールの自動交換を行う製造工程に対応したツールの機能を設定し、記憶させておく。

ツールが例えば上記実施形態に一例として記載したピンセットの場合、ツールの機能としては、以下のものが挙げられる。
機能Ｉ：把持する機能
機能ＩＩ：力を検出する機能

そして、機能Ｉ：把持する機能に対応する初期化処理としては、
初期化処理Ａ：ツールの把持部を駆動する装置（例えばサーボモータ）２０３の初期化処理として、サーボモータに通電し、サーボパラメータをコントローラに伝達し、パラメータを再設定する処理が必要である。
初期化処理Ｂ：ツールの把持部の状態を検出する装置（例えばロータリーエンコーダ）の初期化処理として、ロータリエンコーダ値をコントローラへ伝達し、パラメータを再設定する必要である。
が必要である。

そして、機能ＩＩ：力を検出する機能に対応する初期化処理としては、
初期化処理Ｃ：ツールの先端に加わる力を検出する装置（例えば力覚センサ）の初期化処理として、検出値のコントローラへ伝達し、パラメータを再設定する必要がある。
が必要である。

機能に対応する初期化処理を予めコントローラ等の記憶手段に記憶させておく。

そして、製造工程に対応する機能を設定し、この情報をコントローラ等の記憶手段に記憶させることにより、製造工程に対応する初期化処理を選択することができる。

これにより、ツールの機械的な接続位置における初期化処理によるロボットの停止時間を短縮でき、ロボットの作業効率を向上させることができる。

Claims (8)

1. ロボットのアーム先端に着脱可能に取り付けたツールを用いて部品を製造する部品の製造方法であって、
   前記アーム先端の電気接続部に、前記ツールの電気接続部を接続する工程と、
   前記製造工程に応じた前記ツールの初期化処理の情報を選択する工程と、
   前記選択した情報に基づいて前記ツールの初期化処理を実行する工程と、
   前記製造工程を実行する工程と、
   を有することを特徴とする部品の製造方法。
2. 前記ツールは把持部を有するピンセットであることを特徴とする請求項１記載の部品の製造方法。
3. 前記初期化処理の情報は、前記ツールの把持部を駆動する装置を初期化する処理、ツールの把持部の状態を検出する装置を初期化する処理、およびツールの先端に加わる力を検出する装置を初期化する処理、の中から選択された情報であることを特徴とする請求項２に記載の部品の製造方法。
4. アーム先端部に第１の電気接続部を有するロボットと、
   前記第１の電気接続部に接続可能な、第２の電気接続部を有するツールと、
   製造工程に応じて前記ロボットおよび前記ツールを制御するプログラムと、前記製造工程に応じたツールの初期化処理の情報が記憶された記憶部と、
   前記第１の電気接続部と前記第２の電気接続部とを接続した時、前記製造工程に応じたツールの初期化処理の情報を記憶部から呼び出し、前記初期化処理の情報に基づいて初期化処理を行なう制御部と、
   を有することを特徴とするロボット装置。
5. 前記ツールは、
   把持部と、
   前記把持部を駆動する装置と、
   前記把持部の状態を検出する装置と、
   前記ツールの先端に加わる力を検出する装置と、
   を有することを特徴とする請求項４に記載のロボット装置。
6. 前記把持部を駆動する装置は、サーボモータであることを特徴とする請求項５に記載のロボット装置。
7. 前記把持部の状態を検出する装置は、ロータリエンコーダであることを特徴とする請求項５に記載のロボット装置。
8. 前記ツールの先端に加わる力を検出する装置は、力覚センサであることを特徴とする請求項５に記載のロボット装置。

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