JP2017119323A - ロボット、制御装置及びロボットシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】第1対象物の第1方向の移動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができるロボットを提供すること。
【解決手段】第1位置における第1対象物の撮像装置による撮像時から、前記第1位置と第1方向において等しい第2位置への前記第1対象物の到達時までの間に、前記撮像装置により撮像された画像に基づいて前記第1方向と異なる第2方向に前記第1対象物を移動させる、ロボット。
【選択図】図5
【解決手段】第1位置における第1対象物の撮像装置による撮像時から、前記第1位置と第1方向において等しい第2位置への前記第1対象物の到達時までの間に、前記撮像装置により撮像された画像に基づいて前記第1方向と異なる第2方向に前記第1対象物を移動させる、ロボット。
【選択図】図5
Description
この発明は、ロボット、制御装置及びロボットシステムに関する。
撮像装置により撮像した撮像画像に基づいてロボットに作業を行わせる制御装置の研究や開発が行われている。
これに関し、カメラとロボットを含むロボットシステムにおいて、当該カメラによって撮像された画像に基づいてワークの位置及び姿勢を特定し、ロボットを制御するロボットコントローラーが知られている(特許文献1参照)。
しかしながら、このようなロボットコントローラーでは、ワークを第1方向に移動させる作動軸が傾斜等している場合、撮像装置により撮像した画像に基づいて第1方向の位置の異なる搬送先にワークを移動させると、第1方向の移動に伴って第1方向と異なる第2方向にワークの位置がずれてしまう場合があった。
上記課題の少なくとも一つを解決するために本発明の一態様は、第1位置における第1対象物の撮像装置による撮像時から、前記第1位置と第1方向において等しい第2位置への前記第1対象物の到達時までの間に、前記撮像装置により撮像された画像に基づいて前記第1方向と異なる第2方向に前記第1対象物を移動させる、ロボットである。
この構成により、ロボットは、第1位置における第1対象物の撮像装置による撮像時から、第1位置と第1方向において等しい第2位置への第1対象物の到達時までの間に、撮像装置により撮像された画像に基づいて第1方向と異なる第2方向に第1対象物を移動させる。これにより、ロボットは、第1対象物の撮像時における第1方向の位置と第2位置への到達時における第1方向の位置を同一にすることができる。その結果、ロボットは、第1対象物の第1方向の移動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
この構成により、ロボットは、第1位置における第1対象物の撮像装置による撮像時から、第1位置と第1方向において等しい第2位置への第1対象物の到達時までの間に、撮像装置により撮像された画像に基づいて第1方向と異なる第2方向に第1対象物を移動させる。これにより、ロボットは、第1対象物の撮像時における第1方向の位置と第2位置への到達時における第1方向の位置を同一にすることができる。その結果、ロボットは、第1対象物の第1方向の移動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
また、本発明の他の態様は、ロボットにおいて、前記第1対象物を、前記第1方向および前記第2方向に移動可能な移動部により移動させる、構成が用いられてもよい。
この構成により、ロボットは、第1対象物を、第1方向及び第2方向に移動可能な移動部により移動させる。これにより、ロボットは、移動部による第1対象物の第1方向の移動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
この構成により、ロボットは、第1対象物を、第1方向及び第2方向に移動可能な移動部により移動させる。これにより、ロボットは、移動部による第1対象物の第1方向の移動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
また、本発明の他の態様は、ロボットにおいて、前記移動部は、支持台に支持され、第1軸周りに回動可能な第1アームと、前記第1アームに支持され、第2軸周りに回動可能な第2アームと、前記第2アームに支持され、前記第1方向に移動可能かつ第3軸周りに回動可能な作動軸と、を備える構成が用いられてもよい。
この構成により、ロボットは、第1アームと、第2アームと、作動軸とによって第1対象物を第1方向及び第2方向に移動させる。これにより、ロボットは、第1アームと、第2アームと、作動軸とによる第1対象物の第1方向の移動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
この構成により、ロボットは、第1アームと、第2アームと、作動軸とによって第1対象物を第1方向及び第2方向に移動させる。これにより、ロボットは、第1アームと、第2アームと、作動軸とによる第1対象物の第1方向の移動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
また、本発明の他の態様は、ロボットにおいて、前記撮像時における前記作動軸の前記第3軸周りの回動角度を、前記到達時における前記作動軸の前記第3軸周りの回動角度と等しくする、構成が用いられてもよい。
この構成により、ロボットは、第1位置における第1対象物の撮像装置による撮像時における作動軸の第3軸周りの回動角度を、第2位置への第1対象物の到達時における作動軸の第3軸周りの回動角度と等しくする。これにより、ロボットは、第3軸周りの回動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
この構成により、ロボットは、第1位置における第1対象物の撮像装置による撮像時における作動軸の第3軸周りの回動角度を、第2位置への第1対象物の到達時における作動軸の第3軸周りの回動角度と等しくする。これにより、ロボットは、第3軸周りの回動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
また、本発明の他の態様は、ロボットにおいて、前記第2位置において、前記第1対象物を第2対象物に接触させる、構成が用いられてもよい。
この構成により、ロボットは、第2位置において、第1対象物を第2対象物に接触させる。これにより、ロボットは、第1対象物を第2対象物に接触させる作業において、第1対象物の第1方向の移動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
この構成により、ロボットは、第2位置において、第1対象物を第2対象物に接触させる。これにより、ロボットは、第1対象物を第2対象物に接触させる作業において、第1対象物の第1方向の移動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
また、本発明の他の態様は、ロボットにおいて、前記第2位置において、前記第1対象物を第2対象物に嵌合させる、構成が用いられてもよい。
この構成により、ロボットは、第2位置において、第1対象物を第2対象物に嵌合させる。これにより、ロボットは、第1対象物を第2対象物に嵌合させる作業において、第1対象物の第1方向の移動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
この構成により、ロボットは、第2位置において、第1対象物を第2対象物に嵌合させる。これにより、ロボットは、第1対象物を第2対象物に嵌合させる作業において、第1対象物の第1方向の移動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
また、本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載のロボットを制御する、ロボット制御装置である。
この構成により、ロボット制御装置は、第1位置における第1対象物の撮像装置による撮像時から、第1位置と第1方向において等しい第2位置への第1対象物の到達時までの間に、撮像装置により撮像された画像に基づいて第1方向と異なる第2方向に第1対象物を移動させる。これにより、ロボット制御装置は、第1対象物の撮像時における第1方向の位置と第2位置への到達時における第1方向の位置を同一にすることができる。その結果、ロボット制御装置は、第1対象物の第1方向の移動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
この構成により、ロボット制御装置は、第1位置における第1対象物の撮像装置による撮像時から、第1位置と第1方向において等しい第2位置への第1対象物の到達時までの間に、撮像装置により撮像された画像に基づいて第1方向と異なる第2方向に第1対象物を移動させる。これにより、ロボット制御装置は、第1対象物の撮像時における第1方向の位置と第2位置への到達時における第1方向の位置を同一にすることができる。その結果、ロボット制御装置は、第1対象物の第1方向の移動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
また、本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載のロボットと、上記のロボット制御装置と、前記撮像装置と、を備えるロボットシステムである。
この構成により、ロボットシステムは、第1位置における第1対象物の撮像装置による撮像時から、第1位置と第1方向において等しい第2位置への第1対象物の到達時までの間に、撮像装置により撮像された画像に基づいて第1方向と異なる第2方向に第1対象物を移動させる。これにより、ロボットシステムは、第1対象物の撮像時における第1方向の位置と第2位置への到達時における第1方向の位置を同一にすることができる。その結果、ロボットシステムは、第1対象物の第1方向の移動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
この構成により、ロボットシステムは、第1位置における第1対象物の撮像装置による撮像時から、第1位置と第1方向において等しい第2位置への第1対象物の到達時までの間に、撮像装置により撮像された画像に基づいて第1方向と異なる第2方向に第1対象物を移動させる。これにより、ロボットシステムは、第1対象物の撮像時における第1方向の位置と第2位置への到達時における第1方向の位置を同一にすることができる。その結果、ロボットシステムは、第1対象物の第1方向の移動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
以上により、ロボット、ロボット制御装置及びロボットシステムは、第1位置における第1対象物の撮像装置による撮像時から、第1位置と第1方向において等しい第2位置への第1対象物の到達時までの間に、撮像装置により撮像された画像に基づいて第1方向と異なる第2方向に第1対象物を移動させる。これにより、ロボット、ロボット制御装置及びロボットシステムは、第1対象物の第1方向の移動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
<実施形態>
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
<ロボットシステムの構成>
まず、ロボットシステム1の構成について説明する。
図1は、実施形態に係るロボットシステム1の構成の一例を示す図である。ロボットシステム1は、ロボット11と、撮像装置20と、ロボット制御装置30を備える。
まず、ロボットシステム1の構成について説明する。
図1は、実施形態に係るロボットシステム1の構成の一例を示す図である。ロボットシステム1は、ロボット11と、撮像装置20と、ロボット制御装置30を備える。
ロボット11は、スカラロボットである。
なお、ロボット11は、スカラロボットに代えて、直角座標ロボットや単腕ロボット、複腕ロボット等の他のロボットであってもよい。直角座標ロボットは、例えば、ガントリロボットである。
図1に示した例において、ロボット11は、床面に設置されている。なお、ロボット11は、床面に代えて、壁面や天井面、テーブルや治具、台の上面等に設置される構成であってもよい。以下では、説明の便宜上、ロボット11が設置されている面に直交する方向であって、ロボット11の重心から当該面に向かう方向を下と称し、当該方向と反対の方向を上と称して説明する。ロボット11が設置されている面に直交する方向であって、ロボット11の重心から当該面に向かう方向は、例えば、ワールド座標系におけるZ軸の負の方向、又はロボット11のロボット座標系RCにおけるZ軸の負の方向である。
ロボット11は、床面に設置された支持台B1と、支持台B1に第1軸AX1周りに回動可能に支持された第1アームA11と、第1アームA11に第2軸AX2周りに回動可能に支持された第2アームA12と、第2アームA12に第3軸AX3周りに回動可能かつ第3軸AX3の軸方向に並進可能に支持されたシャフトS1を備える。
シャフトS1は、円柱形状の軸体である。シャフトS1の周表面には、図示しないボールねじ溝とスプライン溝とがそれぞれ形成される。シャフトS1は、第2アームA12の端部のうちの第1アームA11と反対側の端部を上下に貫通し、設けられている。また、シャフトS1には、この一例において、シャフトS1の端部のうちの上側の端部に当該円柱の半径よりも大きな半径の円盤形状のフランジが設けられている。当該円柱の中心軸は、当該フランジの中心軸と一致している。
シャフトS1は、円柱形状の軸体である。シャフトS1の周表面には、図示しないボールねじ溝とスプライン溝とがそれぞれ形成される。シャフトS1は、第2アームA12の端部のうちの第1アームA11と反対側の端部を上下に貫通し、設けられている。また、シャフトS1には、この一例において、シャフトS1の端部のうちの上側の端部に当該円柱の半径よりも大きな半径の円盤形状のフランジが設けられている。当該円柱の中心軸は、当該フランジの中心軸と一致している。
シャフトS1のフランジが設けられていない方の端部には、エンドエフェクターE1の取り付けが可能な第1作業部F1が設けられている。以下では、一例として、第1作業部F1を下から上に向かって見た場合における第1作業部F1の形状が、シャフトS1の中心軸と中心が一致する円である場合について説明する。なお、当該形状は、円に代えて、他の形状であってもよい。シャフトS1は、作動軸の一例である。また、当該中心軸は、作動軸の軸の一例である。
第1作業部F1には、エンドエフェクターE1が取り付けられている。エンドエフェクターE1は、この一例において、空気を吸引することによって物体を吸着させることが可能な真空グリッパーである。なお、エンドエフェクターE1は、これに代えて、物体を把持可能な指部を備えたエンドエフェクター等の他のエンドエフェクターであってもよい。
この一例において、エンドエフェクターE1は、図1に示したコンテナCTNに載置された第1対象物WKAを吸着する。第1対象物WKAは、例えば、産業用の部品や部材、装置等である。なお、第1対象物WKAは、これに代えて、産業用ではない日用品の部品や部材、装置であってもよく、医療用の部品や部材、装置であってもよく、細胞等の生体であってもよい。図1に示した例では、第1対象物WKAは、直方体形状の物体として表されている。なお、第1対象物WKAの形状は、直方体形状に代えて、他の形状であってもよい。この一例において、コンテナCTNには、複数個の第1対象物WKAが載置されている。エンドエフェクターE1は、コンテナCTNから第1対象物WKAを1個ずつ吸着して移動させる。
第1作業部F1の位置には、第1作業部F1とともに動くTCP(Tool Center Point)である制御点T1が設定される。第1作業部F1の位置は、第1作業部F1を下から上に向かって見た場合の第1作業部F1の形状である円の中心の位置である。なお、制御点T1が設定される位置は、第1作業部F1の位置に代えて、第1作業部F1に対応付けられた他の位置であってもよい。この一例において、当該円の中心の位置は、第1作業部F1の位置を表す。なお、第1作業部F1の位置は、これに代えて、他の位置によって表される構成であってもよい。
制御点T1には、制御点T1の位置及び姿勢(すなわち、第1作業部F1の位置及び姿勢)を表す三次元局所座標系である制御点座標系TC1が設定される。制御点T1の位置及び姿勢は、制御点T1のロボット座標系RCにおける位置及び姿勢のことである。制御点座標系TC1の原点は、制御点T1の位置、すなわち第1作業部F1の位置を表す。また、制御点座標系TC1の各座標軸の方向は、制御点T1の姿勢、すなわち第1作業部F1の姿勢を表す。以下では、一例として、制御点座標系TC1におけるZ軸と、シャフトS1の中心軸とを一致させている場合について説明する。なお、制御点座標系TC1におけるZ軸は、必ずしもシャフトS1の中心軸と一致している必要はない。
支持台B1は、床面に固定されている。
第1アームA11は、第1軸AX1周りに回動するので、水平方向に移動する。水平方向は、この一例において、上下方向と直交する方向である。水平方向は、例えば、ワールド座標系におけるXY平面に沿った方向、又はロボット11のロボット座標系であるロボット座標系RCにおけるXY平面に沿った方向である。
第2アームA12は、第2軸AX2周りに回動するので、水平方向に移動する。第2アームA12は、図示しない上下動アクチュエーターと回動アクチュエーターとを備えてシャフトS1を支持する。上下動アクチュエーターは、シャフトS1のボールねじ溝の外周部に設けられたボールねじナットをタイミングベルト等で回動させることにより、シャフトS1を上下方向に移動(昇降)させる。回動アクチュエーターは、シャフトS1のスプライン溝の外周部に設けられたボールスプラインナットをタイミングベルト等で回動させることにより、シャフトS1の中心軸周りにシャフトS1を回動させる。
撮像装置20は、例えば、集光された光を電気信号に変換する撮像素子であるCCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等を備えたカメラである。撮像装置20は、単眼のカメラであってもよく、ステレオカメラであってもよく、ライトフィールドカメラであってもよい。この一例において、撮像装置20は、シャフトS1の第1作業部F1に取り付けられたエンドエフェクターE1によって吸着された第1対象物WKAを含む範囲を、第1対象物WKAの下から上に向かって撮像する。なお、撮像装置20は、これに代えて、当該第1対象物WKAを含む範囲を他の方向に向かって撮像する構成であってもよい。また、この一例では、撮像装置20がロボットシステム1に備えられる構成を示したが、これに代えて、ロボット11が撮像装置20を備える構成であってもよい。
ロボット11が備える各アクチュエーター及び撮像装置20のそれぞれは、ケーブルによってロボット制御装置30と通信可能に接続されている。これにより、当該各アクチュエーター及び撮像装置20のそれぞれは、ロボット制御装置30から取得される制御信号に基づく動作を行う。なお、ケーブルを介した有線通信は、例えば、イーサネット(登録商標)やUSB等の規格によって行われる。また、当該アクチュエーター及び撮像装置20のうちの一部又は全部は、Wi−Fi(登録商標)等の通信規格により行われる無線通信によってロボット制御装置30と接続される構成であってもよい。
ロボット制御装置30は、ロボット11に制御信号を送信することにより、ロボット11を動作させる。なお、ロボット制御装置30は、ロボット11の外部に設置される構成に代えて、ロボット11に内蔵される構成であってもよい。また、ロボット制御装置30は、ロボット11に所定の作業を行わせる。以下では、一例として、ロボット制御装置30が所定の作業として、コンテナCTNに載置された第1対象物WKAを第2対象物WKBに嵌合させる作業である嵌合作業をロボット11に行わせる場合について説明する。なお、所定の作業は、これに代えて、第1対象物WKAを第2対象物WKBに接触させる作業や、第1対象物WKAを第2対象物WKBに接着させる作業等の他の作業であってもよい。
<ロボット制御装置がロボットに所定の作業を行わせる処理の概要>
以下、図2及び図3を参照し、ロボット制御装置30がロボット11に所定の作業を行わせる処理の概要について説明する。
以下、図2及び図3を参照し、ロボット制御装置30がロボット11に所定の作業を行わせる処理の概要について説明する。
図2は、コンテナCTNに収納された第1対象物WKAの一例を示す図である。図2において、コンテナCTNは、コンテナCTNを上から下の方向に見た場合のXY平面(ロボット座標系RCのXY平面と平行な面であり、この一例において、床面)に置かれている。コンテナCTNは、4行×4列に仕切られて、それぞれの仕切に第1対象物WKAが載置されている。第1対象物WKAに記された矢印の方向は、この一例において、第1対象物WKAの姿勢を表している。コンテナCTNの仕切の内寸と第1対象物WKAの外寸には所定の隙間(クリアランス)が設けられている。コンテナCTNの仕切の内寸は、図2に示したX方向の長さX1及び当該X方向に直交するY方向の長さY1のX1×Y1である。一方、第1対象物WKAの外寸はX2×Y2である。すなわち、コンテナCTNの仕切と第1対象物WKAには、X方向において片側に(X1−X2)/2、Y方向において片側(Y1−Y2)/2の隙間がある。なお、X1<X2であり、Y1<Y2である。
この一例において、第1対象物WKAのうちの第1対象物WKAaは、コンテナCTNの仕切内において右上に載置されている。また、第1対象物WKAのうちの第1対象物WKAbは、コンテナCTNの仕切内において左下に載置されている。また、第1対象物WKAのうちの第1対象物WKAcは、コンテナCTNの仕切内において回動して載置されている。このように、コンテナCTNに載置された第1対象物WKAのそれぞれの載置位置及び載置姿勢には、ばらつきが生じる場合がある。このような場合、コンテナCTNに載置された第1対象物WKAをエンドエフェクターE1によって吸着すると、吸着した第1対象物WKAの位置及び姿勢は、XY平面においてばらついてしまう。ここで、第1対象物WKAの位置は、この一例において、第1対象物WKAの重心の位置によって表される。なお、第1対象物WKAの位置は、これに代えて、第1対象物WKAに対応付けられた他の位置によって表される構成であってもよい。第1対象物WKAの姿勢は、この一例において、直方体形状である第1対象物WKAの直交する3つの辺のそれぞれのロボット座標系RCにおける方向によって表される。なお、第1対象物WKAの姿勢は、これに代えて、第1対象物WKAに対応付けられた他の方向によって表される構成であってもよい。
図3は、第2対象物WKBの一例を示す図である。図3において、第2対象物WKBは、中心部に第1対象物WKAが嵌合される凹部HLを備える。凹部HLの内寸は、X21×Y21である。凹部HLの内寸X21×Y21は、第1対象物WKAの外寸X2×Y2に対して所定のはめあいが選択される。この一例においては、凹部HLの内寸と第1対象物WKAの外寸は、第1対象物WKAと第2対象物WKBが嵌合されるように選択される。
ロボット制御装置30は、制御点T1の位置及び姿勢を所定の位置及び姿勢である撮像位置P1及び撮像姿勢W1に一致させることにより、エンドエフェクターE1に吸着された第1対象物WKAを、撮像装置20が撮像可能な範囲内に移動させる。撮像位置P1は、例えば、撮像装置20が撮像可能な範囲内における撮像装置20の光軸上の位置であって、エンドエフェクターE1に吸着された第1対象物WKAが撮像装置と接触しない位置である。撮像姿勢W1は、制御点T1の位置が撮像位置P1と一致している時の制御点T1の姿勢である。撮像姿勢W1は、如何なる姿勢であってもよい。そして、ロボット制御装置30は、エンドエフェクターE1によって把持された第1対象物WKAを撮像装置20に撮像させる。
ロボット制御装置30は、撮像装置20が撮像した撮像画像に基づいて、第1対象物WKAの位置及び姿勢を算出する。ロボット制御装置30は、算出した第1対象物WKAの位置及び姿勢に基づいて、制御点T1の位置及び姿勢と第1対象物WKAの位置及び姿勢との相対的な位置及び姿勢を算出する。ロボット制御装置30は、算出した当該位置及び姿勢に基づいてエンドエフェクターE1を移動させ、第1対象物WKAの位置及び姿勢を所定の位置及び姿勢である嵌合位置及び嵌合姿勢と一致させる。嵌合位置及び嵌合姿勢は、第2対象物WKBの凹部HLに第1対象物WKAが嵌合したときの第1対象物WKAの位置及び姿勢である。ロボット制御装置30は、第2対象物WKBが複数ある場合、エンドエフェクターE1により吸着された第1対象物WKAの位置及び姿勢を、当該第1対象物WKAを嵌合させる対象となる第2対象物WKBに応じた嵌合位置及び嵌合姿勢と一致させる。
ロボット制御装置30がロボット11に所定の作業を行わせる際、ロボット制御装置30がシャフトS1を動作させ、エンドエフェクターE1に吸着された第1対象物WKAの上下方向における位置を変化させると、第1対象物WKAの水平方向における位置は、シャフトS1の加工精度や組付精度等によって変化してしまう場合がある。これは、シャフトS1の上下がスプライン溝を介して行われるためである。
そこで、この一例におけるロボット制御装置30は、ロボット制御装置30がロボット11に所定の作業を行わせる際、第1位置(この一例において、制御点T1の位置が撮像位置P1と一致している場合における第1対象物WKAの位置)における第1対象物WKAの撮像装置20による撮像時から、当該第1位置と第1方向(この一例において、上下方向)において等しい第2位置(この一例において、嵌合位置)への第1対象物WKAの到達時までの間に、撮像装置20により撮像された画像(この一例において、撮像画像)に基づいて第1方向と異なる第2方向に第1対象物WKAを移動させる。なお、ロボット制御装置30は、第1対象物を第1位置から第2位置に移動させるまでの間、第2方向にのみ移動する必要はなく、第1方向にも移動してよい。この一例において、「位置が等しい」とは、第1方向における並進が±1mm、シャフトS1の回動が±5°の範囲内であることを示す。これにより、ロボット制御装置30は、シャフトS1の上下方向への移動に伴って生じる第1対象物WKAの水平方向における位置の変化を抑制することができる。その結果、ロボット制御装置30は、第1対象物WKAの第1方向の移動に伴う第1対象物WKAの第2方向の位置ずれを抑制することができる。以下では、ロボット制御装置30がロボット11に所定の作業を行わせる処理と、当該処理におけるロボット11と撮像装置20の位置関係とについて説明する。
<ロボット制御装置のハードウェア構成>
以下、図4を参照し、ロボット制御装置30のハードウェア構成について説明する。図4は、ロボット制御装置30のハードウェア構成の一例を示す図である。ロボット制御装置30は、例えば、CPU(Central Processing Unit)31と、記憶部32と、入力受付部33と、通信部34と、表示部35を備える。ロボット制御装置30は、通信部34を介してロボット11と通信を行う。これらの構成要素は、バスBusを介して相互に通信可能に接続されている。
以下、図4を参照し、ロボット制御装置30のハードウェア構成について説明する。図4は、ロボット制御装置30のハードウェア構成の一例を示す図である。ロボット制御装置30は、例えば、CPU(Central Processing Unit)31と、記憶部32と、入力受付部33と、通信部34と、表示部35を備える。ロボット制御装置30は、通信部34を介してロボット11と通信を行う。これらの構成要素は、バスBusを介して相互に通信可能に接続されている。
CPU31は、記憶部32に格納された各種プログラムを実行する。
記憶部32は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read−Only Memory)、ROM(Read−Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を含む。なお、記憶部32は、ロボット制御装置30に内蔵されるものに代えて、USB等のデジタル入出力ポート等によって接続された外付け型の記憶装置であってもよい。記憶部32は、ロボット制御装置30が処理する各種情報や画像、プログラム等を格納する。
記憶部32は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read−Only Memory)、ROM(Read−Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を含む。なお、記憶部32は、ロボット制御装置30に内蔵されるものに代えて、USB等のデジタル入出力ポート等によって接続された外付け型の記憶装置であってもよい。記憶部32は、ロボット制御装置30が処理する各種情報や画像、プログラム等を格納する。
入力受付部33は、例えば、キーボードやマウス、タッチパッド等を備えたティーチングペンダントや、その他の入力装置である。なお、入力受付部33は、タッチパネルとして表示部35と一体に構成されてもよい。
通信部34は、例えば、USB等のデジタル入出力ポートやイーサネット(登録商標)ポート等を含んで構成される。
表示部35は、例えば、液晶ディスプレイパネル、あるいは、有機EL(ElectroLuminescence)ディスプレイパネルである。
通信部34は、例えば、USB等のデジタル入出力ポートやイーサネット(登録商標)ポート等を含んで構成される。
表示部35は、例えば、液晶ディスプレイパネル、あるいは、有機EL(ElectroLuminescence)ディスプレイパネルである。
<制御装置の機能構成>
以下、図5を参照し、ロボット制御装置30の機能構成について説明する。図5は、ロボット制御装置30の機能構成の一例を示す図である。ロボット制御装置30は、記憶部32と、制御部36を備える。
以下、図5を参照し、ロボット制御装置30の機能構成について説明する。図5は、ロボット制御装置30の機能構成の一例を示す図である。ロボット制御装置30は、記憶部32と、制御部36を備える。
制御部36は、ロボット制御装置30の全体を制御する。制御部36は、撮像制御部40と、画像取得部41と、位置姿勢算出部42と、ロボット制御部43を備える。制御部36が備えるこれらの機能部は、例えば、CPU31が、記憶部32に記憶された各種プログラムを実行することにより実現される。また、これらの機能部のうち一部又は全部は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のハードウェア機能部であってもよい。
撮像制御部40は、撮像装置20が撮像可能な範囲を撮像装置20に撮像させる。
画像取得部41は、撮像装置20が撮像した画像を撮像装置20から取得する。
位置姿勢算出部42は、画像取得部41が取得した撮像画像に基づいて、第1対象物WKAの位置及び姿勢を算出する。位置姿勢算出部42は、この一例において、パターンマッチングによって第1対象物WKAの位置及び姿勢を算出する。なお、位置姿勢算出部42は、これに代えて、第1対象物WKAに設けられたマーカー等によって第1対象物WKAの位置及び姿勢を算出する構成であってもよい。
ロボット制御部45は、ロボット11を動作させ、ロボット11に所定の作業を行わせる。
画像取得部41は、撮像装置20が撮像した画像を撮像装置20から取得する。
位置姿勢算出部42は、画像取得部41が取得した撮像画像に基づいて、第1対象物WKAの位置及び姿勢を算出する。位置姿勢算出部42は、この一例において、パターンマッチングによって第1対象物WKAの位置及び姿勢を算出する。なお、位置姿勢算出部42は、これに代えて、第1対象物WKAに設けられたマーカー等によって第1対象物WKAの位置及び姿勢を算出する構成であってもよい。
ロボット制御部45は、ロボット11を動作させ、ロボット11に所定の作業を行わせる。
<ロボット制御装置がロボットに所定の作業を行わせる処理>
以下、図6を参照し、ロボット制御装置30がロボット11に所定の作業を行わせる処理について説明する。図6は、ロボット制御装置30がロボット11に所定の作業を行わせる処理の流れの一例を示すフローチャートである。以下では、一例として、第1対象物WKAが1個のみの場合について説明する。
以下、図6を参照し、ロボット制御装置30がロボット11に所定の作業を行わせる処理について説明する。図6は、ロボット制御装置30がロボット11に所定の作業を行わせる処理の流れの一例を示すフローチャートである。以下では、一例として、第1対象物WKAが1個のみの場合について説明する。
ロボット制御部47は、記憶部32に予め記憶された吸着位置情報を記憶部32から読み出す。吸着位置情報は、第1対象物WKAをコンテナCTNから吸着して持ち上げる際に制御点T1の位置を一致させる予め決められた位置である吸着位置を示す情報である。吸着位置は、例えば、コンテナCTNにおける仕切の中心の直上の位置であり、エンドエフェクターE1の端部のうちのシャフトS1側と反対側の端部が第1対象物WKAに接触する位置である。ロボット制御部47は、読み出した吸着位置情報に基づいて制御点T1を移動させ、コンテナCTNの載置された第1対象物WKAをエンドエフェクターE1によって吸着する(ステップS110)。そして、ロボット制御部47は、エンドエフェクターE1によって吸着した第1対象物WKAを、シャフトS1を上昇させることによってロボット11に持ち上げさせる。
次に、ロボット制御装置30は、制御点T1の位置及び姿勢を撮像位置P1及び撮像姿勢W1と一致させる(ステップS120)。ここで、図7を参照し、制御点T1の位置が撮像位置P1と一致している状況について説明する。図7は、制御点T1の位置が撮像位置P1と一致している状況の一例を示す図である。また、図7は、当該状況を水平方向に向かって見た場合の図である。図7に示した例では、撮像位置P1は、撮像装置20の光軸である光軸m上の位置である。また、撮像位置P1は、制御点T1の位置が撮像位置P1と一致した場合において、エンドエフェクターE1に吸着された第1対象物WKAの上下方向における位置が、撮像装置20の上下方向における位置から高さZ1だけ高くなる位置である。上下方向は、第1方向の一例である。
次に、撮像制御部40は、第1対象物WKAを含む範囲を撮像装置20に撮像させる(ステップS130)。次に、画像取得部41は、ステップS120において撮像装置20が撮像した撮像画像を撮像装置20から取得する(ステップS140)。
次に、位置姿勢算出部42は、ステップS140において画像取得部41が取得した撮像画像に基づいて、第1対象物WKAの位置及び姿勢を算出する。第1対象物WKAの位置及び姿勢は、第1対象物WKAのロボット座標系RCにおける位置及び姿勢である。位置姿勢算出部42は、パターンマッチング等によって当該位置及び姿勢を算出する。また、位置姿勢算出部42は、順運動学に基づいて、現在の制御点T1の位置及び姿勢を算出する。制御点T1の位置及び姿勢は、制御点T1のロボット座標系RCにおける位置及び姿勢である。位置姿勢算出部42は、算出した第1対象物WKAの位置及び姿勢と現在の制御点T1の位置及び姿勢とに基づいて、第1対象物WKAの位置及び姿勢と現在の制御点T1の位置及び姿勢との相対的な位置及び姿勢を算出する(ステップS150)。
次に、ロボット制御部47は、ステップS150において位置姿勢算出部42が算出した第1対象物WKAの姿勢が、予め決められた姿勢である保持姿勢であるか否かを判定する。例えば、ロボット制御部47は、記憶部32に予め記憶された保持姿勢情報を記憶部32から読み出し、読み出した保持姿勢情報が示す保持姿勢と、ステップS150において位置姿勢算出部42が算出した第1対象物WKAの姿勢とを比較することによって、当該姿勢が保持姿勢であるか否かを判定する。保持姿勢情報は、保持姿勢を示す情報である。なお、ロボット制御部47は、記憶部32に予め記憶されたテンプレート画像を記憶部32から読み出し、読み出したテンプレート画像と、ステップS140において画像取得部41が取得した撮像画像とを比較し、撮像画像から検出される第1対象物WKAの姿勢が保持姿勢であるか否かを判定する構成等の他の構成であってもよい。ロボット制御部47は、ステップS150において位置姿勢算出部42が算出した第1対象物WKAの姿勢が保持姿勢ではない場合のみ、シャフトS1を回動させ、第1対象物WKAの姿勢を保持姿勢と一致させる姿勢補正処理を実行する(ステップS155)。この際、ロボット制御部47は、制御点T1の上下方向における位置を変化させずに第1対象物WKAの姿勢を保持姿勢と一致させる。
ここで、図8を参照し、第1対象物WKAの姿勢と保持姿勢との関係について説明する。図8は、第1対象物WKAの姿勢が保持姿勢と一致していない場合の第1対象物WKAの一例を示す図である。図8において、第1対象物WKAの姿勢が保持姿勢と一致していた場合の第1対象物WKAを点線T10で表している。図8に示したように、第1対象物WKAの姿勢が保持姿勢と一致していない場合のみ、ロボット制御部47は、制御点T1の上下方向における位置を変化させずに第1対象物WKAの姿勢を保持姿勢と一致させる。
ステップS155においてシャフトS1を回動させた場合も、前述したように、第1対象物WKAの水平方向における位置は、シャフトS1の加工精度や組付精度によって変化してしまう場合がある。しかし、姿勢補正処理によるシャフトS1の回動は、±5°の範囲に収まるため、第1対象物WKAの水平方向における位置が変化する量は、±1mmの範囲に収まる。すなわち、この一例において、姿勢補正処理によるシャフトS1の回動によって当該位置は、変化していないものとして説明する。
ステップS155の処理が行われた後、ロボット制御部47は、記憶部32に予め記憶された嵌合位置姿勢情報を記憶部32から読み出す。嵌合位置姿勢情報は、前述の嵌合位置及び嵌合姿勢を示す情報である。ロボット制御部47は、読み出した嵌合位置姿勢情報と、ステップS150において算出した第1対象物WKAの位置及び姿勢と制御点T1の位置及び姿勢との相対的な位置及び姿勢とに基づいて、第1対象物WKAの位置及び姿勢を嵌合位置及び嵌合姿勢と一致させ、第1対象物WKAを第2対象物WKBと嵌合させ(ステップS160)、処理を終了する。
ここで、ステップS160の処理において、ロボット制御部47は、第1対象物WKAの位置及び姿勢を嵌合位置及び嵌合姿勢と一致させる際、シャフトS1の第3軸AX3周りの回動角度を、ステップS130において制御点T1の位置及び姿勢が撮像位置P1及び撮像姿勢W1と一致していた場合におけるシャフトS1の第3軸AX3周りの回動角度に一致させる。
図9は、ステップS130において制御点T1の位置及び姿勢が撮像位置P1及び撮像姿勢W1と一致していた場合におけるシャフトS1の第3軸AX3周りの回動角度の一例を示す図である。図9に示した例では、制御点T1の位置が撮像位置P1と一致している場合のシャフトS1の第3軸AX3周りの回動角度は、角度θ1である。また、図9では、シャフトS1の第3軸AX3周りの回動角度は、第1対象物WKAに記された矢印の方向によって表されている。
ロボット制御部47は、例えば、図9に示した状態からロボット11の第2アームA12と図示しない第1アームA11を動作させて第1対象物WKAを水平方向に移動させ、更に上下動アクチュエーターを動作させて第1対象物WKAの位置及び姿勢が嵌合位置及び嵌合姿勢と一致させるまでの間、シャフトS1の第3軸AX3周りの回動角度を角度θ1のまま維持させる。
図10は、ステップS160において第1対象物WKAの位置及び姿勢が嵌合位置及び嵌合姿勢と一致していた場合におけるシャフトS1の第3軸AX3周りの回動角度の一例を示す図である。図10では、シャフトS1の第3軸AX3周りの回動角度は、第1対象物WKAに記された矢印の方向によって表されている。図10に示したように、第1対象物WKAの位置が嵌合位置と一致している場合のシャフトS1の第3軸AX3周りの回動角度は、角度θ1のまま維持されている。なお、図9に示した状態から図10に示した状態までの間において、シャフトS1の第3軸AX3周りの回動角度は、角度θ1から変化してもよい。
これにより、ロボット制御装置30は、シャフトS1の第3軸AX3周りの回動による制御点T1の水平方向における位置の変化、すなわち第1対象物WKAの水平方向における位置の変化を抑制することができる。その結果、ロボット制御装置30は、嵌合位置における第1対象物WKAの水平方向の位置ずれを抑制することができる。水平方向は、第2方向の一例である。
また、ロボットシステム1では、ステップS160の処理において第1対象物WKAの位置及び姿勢が嵌合位置及び嵌合姿勢と一致した際、第1対象物WKAの上下方向における位置が、ステップS130において第1対象物WKAが撮像装置20によって撮像された際の第1対象物WKAの上下方向における位置と一致するように、第2対象物WKBの上下方向における位置を予め調整しておく。
図11は、ステップS160の処理において第1対象物WKAの位置及び姿勢が嵌合位置及び嵌合姿勢と一致した際、第1対象物WKAの上下方向における位置の一例を示す図である。また、図11は、第1対象物WKAを水平方向に向かって見た場合の図である。図11において、第1対象物WKAは、第2対象物WKBと嵌合している。この状態において、第1対象物WKAの上下方向における位置は、撮像装置20の上下方向における位置から高さZ1だけ高くなる位置である。すなわち、この一例において、第1対象物WKAの位置及び姿勢が嵌合位置及び嵌合姿勢と一致した際、第1対象物WKAの上下方向における位置は、ステップS130において第1対象物WKAが撮像装置20によって撮像された際の第1対象物WKAの上下方向における位置と一致する。
すなわち、ロボット11は、この一例において、制御点T1の位置が撮像位置と一致している際の第1対象物WKAの位置における第1対象物WKAの撮像装置20による撮像時から、当該位置と上下方向において等しい嵌合位置への第1対象物WKAの到達時までの間に、撮像装置20により撮像された撮像画像に基づいて水平方向に第1対象物WKAを移動させる。これにより、ロボット11は、第1対象物WKAの上下方向の移動に伴う第1対象物WKAの水平方向の位置ずれを抑制することができる。
以上のように、ロボット制御装置30は、所定の作業として、コンテナCTNに載置された第1対象物WKAを第2対象物WKBに嵌合させる作業をロボット11に行わせる。なお、第1対象物WKAが複数ある場合、ステップS160の処理が1回行われた後において、ロボット制御装置30は、再びステップS110〜ステップS160の処理を行う構成であってもよい。また、ロボット制御装置30は、図9及び図10において説明した処理と、図11において説明した処理とのうちいずれか一方をステップS160において行う構成であってもよい。
以上説明したように、実施形態におけるロボット11は、第1位置(この一例において、制御点T1の位置が撮像位置P1と一致している場合における第1対象物WKAの位置)における第1対象物(この一例において、第1対象物WKA)の撮像装置(この一例において、撮像装置20)による撮像時から、第1位置と第1方向(この一例において、上下方向)において等しい第2位置(この一例において、嵌合位置)への第1対象物の到達時までの間に、撮像装置により撮像された画像に基づいて第1方向と異なる第2方向(この一例において、水平方向)に第1対象物を移動させる。これにより、ロボット11は、第1対象物の撮像時における第1方向の位置と第2位置への到達時における第1方向の位置を同一にする。その結果、ロボット11は、第1対象物の第1方向の移動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
また、ロボット11は、第1対象物を、第1方向及び第2方向に移動可能な移動部(この一例において、支持台B1と、第1アームA11と、第2アームS12と、シャフトS1)により移動させる。これにより、ロボット11は、移動部による第1対象物の第1方向の移動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
また、ロボット11は、第1アーム(この一例において、第1アームA11)と、第2アーム(この一例において、第2アームA12)と、作動軸(この一例において、シャフトS1)とによって第1対象物を第1方向及び第2方向に移動させる。これにより、ロボット11は、第1アームと、第2アームと、作動軸とによる第1対象物の第1方向の移動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
また、ロボット11は、第1位置における第1対象物の撮像装置による撮像時における作動軸の第3軸AX3周りの回動角度を、第2位置への第1対象物の到達時における作動軸の第3軸AX3周りの回動角度と等しくする。これにより、ロボット11は、作動軸の第3軸AX3周りの回動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
また、ロボット11は、第2位置において、第1対象物を第2対象物(この一例において、第2対象物WKB)に接触させる。これにより、ロボットは、第1対象物を第2対象物に接触させる作業において、第1対象物の第1方向の移動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
また、ロボット11は、第2位置において、第1対象物を第2対象物に嵌合させる。これにより、ロボット11は、第1対象物を第2対象物に嵌合させる作業において、第1対象物の第1方向の移動に伴う第1対象物の第2方向の位置ずれを抑制することができる。
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない限り、変更、置換、削除等されてもよい。
また、以上に説明した装置(例えば、ロボット制御装置30)における任意の構成部の機能を実現するためのプログラムを、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録し、そのプログラムをコンピューターシステムに読み込ませて実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピューターシステム」とは、OS(Operating System)や周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD(Compact Disk)−ROM等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバーやクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリー(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記のプログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピューターシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピューターシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記のプログラムは、前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
また、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記のプログラムは、前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
1…ロボットシステム、11…ロボット11…撮像装置、30…ロボット制御装置、31…CPU、32…記憶部、33…入力受付部、34…通信部、35…表示部、36…制御部、40…撮像制御部、41…画像取得部、42…位置姿勢算出部、43…ロボット制御部
Claims (8)
- 第1位置における第1対象物の撮像装置による撮像時から、前記第1位置と第1方向において等しい第2位置への前記第1対象物の到達時までの間に、前記撮像装置により撮像された画像に基づいて前記第1方向と異なる第2方向に前記第1対象物を移動させる、
ロボット。 - 前記第1対象物を、前記第1方向及び前記第2方向に移動可能な移動部により移動させる、
請求項1に記載のロボット。 - 前記移動部は、
支持台に支持され、第1軸周りに回動可能な第1アームと、
前記第1アームに支持され、第2軸周りに回動可能な第2アームと、
前記第2アームに支持され、前記第1方向に移動可能かつ第3軸周りに回動可能な作動軸と、
を備える請求項2に記載のロボット。 - 前記撮像時における前記作動軸の前記第3軸周りの回動角度を、前記到達時における前記作動軸の前記第3軸周りの回動角度と等しくする、
請求項3に記載のロボット。 - 前記第2位置において、前記第1対象物を第2対象物に接触させる、
請求項1から4のうちいずれか一項に記載のロボット。 - 前記第2位置において、前記第1対象物を第2対象物に嵌合させる、
請求項5に記載のロボット。 - 請求項1から6のうちいずれか一項に記載のロボットを制御する、
ロボット制御装置。 - 請求項1から6のうちいずれか一項に記載のロボットと、
請求項7に記載のロボット制御装置と、
前記撮像装置と、
を備えるロボットシステム。
Priority Applications (3)
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2015
- 2015-12-28 JP JP2015255910A patent/JP2017119323A/ja active Pending
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