JP2019058979A

JP2019058979A - ロボットシステム

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Publication number: JP2019058979A
Application number: JP2017185688A
Authority: JP
Inventors: 雄二平; Yuji Taira
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2019-04-18
Anticipated expiration: 2037-09-27
Also published as: US20190091868A1; US10870205B2; DE102018122927B4; CN109551458A; DE102018122927A1; JP6608894B2; CN109551458B

Abstract

【課題】ロボットの手首の回転量を抑えて１つのワークの位相合わせに要するサイクルタイムを短縮する。【解決手段】ロボットシステム１０は、ワークＷの略鉛直方向の軸回りの位相を検出するワーク位相検出部２，３と、ワークＷを保持するハンド５およびハンド５を略鉛直方向の回転軸回りに回転可能な手首４を有するロボット１と、ロボット１を制御する制御部３とを備え、制御部３が、複数の所定の基準位相の内、ハンド５とワークＷの現在の相対位相に最も近い基準位相でハンド５がワークＷを保持して取り出し、手首４の回転によってワークＷの位相を所定の目標位相に合わせるように、ワーク位相検出部２，３によって検出されたワークＷの位相に基づいてロボット１を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットシステムに関し、特に搬送中のワークの位相を所定の位相に揃えるロボットシステムに関するものである。

従来、搬送装置によって搬送されているワークの画像を取得し、画像に基づいてワークの位相を検出し、ロボットによってワークの位相を所定の位相に揃えるロボットシステムが知られている（例えば、特許文献１から３参照。）。ロボットは、ワークを保持するハンドと、ハンドを回転させる手首とを有し、手首の回転によってハンドに保持されているワークの位相を調整することができる。
特許文献１，２のロボットシステムは、２台のロボットに相互に異なる位相の範囲を対応付け、対応する位相のワークの位相合わせ動作を各ロボットに実行させることで、各ロボットの手首の回転量を±９０°以内に抑制し、位相合わせ動作の高速化を図っている。

特開２０１３−０００８５５号公報特開２０１３−０００８６１号公報特開２０１３−１７３１９６号公報

しかしながら、ロボットを１台のみ使用する場合には、±１８０°の手首の回転量が必要となる。すなわち、手首の回転量が大きくなり、１回当たりの位相合わせ動作のサイクルタイムが長くなるという不都合がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ロボットの手首の回転量を抑えて１つのワークの位相合わせに要するサイクルタイムを短縮することができるロボットシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、ワークの略鉛直方向の軸回りの位相を検出するワーク位相検出部と、前記ワークを保持するハンドおよび該ハンドを略鉛直方向の回転軸回りに回転可能な手首を有するロボットと、前記ハンドによって前記ワークを取り出し、前記手首の回転によって前記ハンドに保持された前記ワークの位相を所定の目標位相に合わせるように、前記ワーク位相検出部によって検出された前記ワークの位相に基づいて前記ロボットを制御する制御部とを備え、該制御部が、複数の所定の基準位相の内、前記ハンドと前記ワークとの現在の相対位相に最も近い基準位相で前記ハンドが前記ワークを保持して取り出すように、前記ロボットを制御するロボットシステムである。

本態様によれば、ハンドによってワークが取り出され、ワーク位相検出部によって検出されたワークの位相に基づく回転量だけ手首が回転することで、ワークの位相が所定の目標位相に合わせられる。
この場合に、ハンドがワークを取り出す際のハンドとワークの相対位相は複数の基準位相の中から選択可能であり、制御部は、ハンドとワークとの現在の相対位相に最も近い基準位相を選択する。これにより、ワークの取り出し動作における手首の回転量を抑えて１つのワークの位相合わせに要するサイクルタイムを短縮することができる。

上記態様においては、前記複数の所定の基準位相が、前記ワークに対する前記ハンドの相対位相の範囲を等分する位相であってもよい。
このようにすることで、ワークの取り出し動作における手首の回転量をより効果的に抑えることができる。

上記態様においては、前記ワーク位相検出部が、前記ワークの画像を取得するカメラを備え、該カメラによって取得された画像に基づいて前記ワークの位相を検出してもよい。
このようにすることで、ワークの位相を簡便な処理によって検出することができる。

上記態様においては、前記ハンドが、吸着によって前記ワークを保持してもよい。
吸着式のハンドは、どのような位相であってもワークを保持することができるので、基準位相を任意の位相に設定することができる。また、複数の指でワークを把持するチャック式のハンドに比べて、ワークの保持および解放を迅速に行うことができるので、１つのワークの位相合わせに要するサイクルタイムをさらに短縮することができる。

本発明によれば、ロボットの手首の回転量を抑えて１つのワークの位相合わせに要するサイクルタイムを短縮することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るロボットシステムの全体構成図である。コンベヤ上を搬送されるワークを示す平面図である。０°用取り出し動作において、相対位相０°でハンドがワークを保持した状態を示す斜視図である。１８０°用取り出し動作において、相対位相１８０°でハンドがワークを保持した状態を示す斜視図である。図１のロボットシステムによるワークの位相合わせ動作を示すフローチャートである。

以下に、本発明の一実施形態に係るロボットシステム１０について図面を参照して説明する。
本実施形態に係るロボットシステム１０は、コンベヤ２０によって略水平方向に連続的に搬送されるワークＷをカメラ２によって追跡しながら、ワークＷの位相合わせをロボット１によって行うビジュアルトラッキングシステムである。ロボットシステム１０は、図１に示されるように、コンベヤ２０の近傍に設置されたロボット１と、ロボット１よりも搬送方向の上流側に設置されたカメラ（ワーク位相検出部）２と、カメラ２によって取得された画像に基づいてロボット１を制御する制御部３とを備えている。図１において、コンベヤ２０の搬送方向は、左側から右側に向かう方向である。

図２に示されるように、ワークＷは、搬送方向に間隔を空けてコンベヤ２０上に配列されており、コンベヤ２０によって上流側から下流側に向かって一方向に搬送される。ワークＷは、コンベヤ２０上に略水平に載置された状態で略鉛直方向の軸回りに方向性を有する形状を有している。図２に示されるワークＷは、略円板状の部材であり、側面から径方向外方向に突出する突起Ｐが周方向の一部分に設けられている。ワークＷは、上流側において様々な位相θでコンベヤ２０上に供給される。

ロボット１は、略鉛直方向の回転軸回りに回転可能な手首４と、手首４の下端に固定されワークＷを保持可能なハンド５とを備えている。ハンド５は、図３および図４に示されるように、吸着パッド５ａがワークＷの上面に吸着することでワークＷを保持するようになっている。ロボット１としては、平置き型または天吊り型等の任意の形式のものを用いることができる。本実施形態においては、ワークＷの高速取り出しが可能なパラレルリンクロボットを想定している。

手首４の回転可能な範囲は、例えば、−３６０°以上＋３６０°以下である。手首４の回転によってハンド５が回転軸回りに回転して回転軸回りのハンド５の位相が変化するになっている。ハンド５の位相は、ハンド５に設けられたマーカ６がコンベヤ２０の下流側を向く位相が０°と定義されており、ハンド５が取り得る位相の範囲は、−１８０°以上＋１８０°以下である。

カメラ２は、コンベヤ２０の上方に下向きに固定されており、コンベヤ２０上の搬送方向の一部の領域に固定された視野を有する。カメラ２は、コンベヤ２０上を搬送されるワークＷを上方から撮影した２次元の画像を取得し、取得された画像を制御部３に送信する。

制御部（ワーク位相検出部）３は、カメラ２によって取得された画像内のワークＷを、パターンマッチング等の公知の画像認識手法によって認識し、認識されたワークＷの略鉛直軸回りの位相を検出する。ワークＷの位相θは、図２に示されるように、突起Ｐがコンベヤ２０の下流側を向く位相が０°と定義されており、ワークＷが取り得る位相の範囲は、−１８０°以上＋１８０°以下である。

次に、制御部３は、予め教示された動作プログラムに従って、位相が検出されたワークＷの位相合わせ動作をロボット１に実行させる。具体的には、制御部３は、コンベヤ２０上からワークＷをハンド５によって取り出し、手首４の回転によってワークＷの位相を所定の目標位相に合わせ、ワークＷをコンベヤ２０上に戻す動作をロボット１に実行させる。

ここで、制御部３は、現在の手首４の回転角度に基づいてハンド５の現在の位相を取得し、画像から検出されたワークＷの位相とハンド５の現在の位相とに基づいて、複数の所定の基準位相の内、ワークＷとハンド５の現在の相対位相に最も近い基準位相でハンド５がワークＷを保持して取り出すように、ロボット１を制御する。複数の基準位相は、ワークＷに対してハンド５が取り得る相対位相の範囲（−１８０°〜＋１８０°）を等分する位相である。

このような制御部３は、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）のようなプロセッサと、画像処理プログラムおよび動作プログラムが記憶されたメモリとを備えるコンピュータから構成される。すなわち、画像処理プログラムに従ってプロセッサが処理を実行することで、カメラ２によって取得された画像からワークＷの位相を検出し、続いて、動作プログラムに従ってプロセッサが処理を実行することでワークＷの位相合わせ動作をロボット１に実行させるようになっている。

次に、ロボットシステム１０の作用について、２つの基準位相０°，１８０°が制御部３に設定されている場合を例に挙げて説明する。
本実施形態に係るロボットシステム１０によれば、上流側でコンベヤ２０に供給されたワークＷは、コンベヤ２０によって下流側に向かって一方向に搬送され、カメラ２の視野の範囲を通過する間にカメラ２によって撮影され、取得された画像が制御部３に送信される。

図５に示されるように、制御部３は、画像処理によって画像内のワークＷを認識し、ワークＷの位相を検出する（ステップＳ１）。また、制御部３は、ハンド５の現在の位相の情報を取得する（ステップＳ２）。
次に、制御部３は、ワークＷの位相とハンド５の現在の位相とに基づき、０°用取り出し動作および１８０°用取り出し動作のいずれをロボット１に実行させるかを判断する（ステップＳ３〜Ｓ５）。

すなわち、ワークＷの位相およびハンド５の位相の両方が±９０°以内であるか（ステップＳ３のＹＥＳかつステップＳ４のＹＥＳ）、または、ワークＷの位相およびハンド５の位相の両方が±９０°以内ではない（ステップＳ３のＮＯかつステップＳ５のＮＯ）場合に、制御部３は、０°用取り出し動作をロボット１に実行させる（ステップＳ６，Ｓ９）。

ステップＳ６，Ｓ９の０°用取り出し動作において、制御部３は、図３に示されるように、ワークＷの位相に対するハンド５の相対的な位相が０°になるまで手首４を回転させる。このときの手首４の回転量は±９０°以内である。次に、制御部３は、ハンド５によってワークＷを保持させ、ハンド５を持ち上げることでワークＷを取り出し、手首４を回転させることでワークＷの位相を所定の目標位相に一致させ、ハンド５を下ろしてワークＷを解放させることでワークＷをコンベヤ２０上に載置する。

一方、ワークＷの位相およびハンド５の位相のうち、一方が±９０°以内であり、他方が±９０°以内ではない（ステップＳ３のＹＥＳかつステップＳ４のＮＯ、またはステップＳ３のＮＯかつステップＳ５のＹＥＳ）場合に、制御部３は、１８０°用取り出し動作をロボット１に実行させる（ステップＳ７，Ｓ８）。

ステップＳ７，Ｓ８の１８０°用取り出し動作において、制御部３は、図４に示されるように、ワークＷの位相に対するハンド５の相対的な位相が１８０°になるまで手首４を回転させる。このときの手首４の回転量は±９０°以内である。次に、制御部３は、ハンド５によってワークＷを保持させ、ハンド５を持ち上げることでワークＷを取り出し、手首４を回転させることでワークＷの位相を所定の目標位相に一致させ、ハンド５を下ろしてワークＷを解放させることでワークＷをコンベヤ２０上に載置する。

ロボットシステム１０は、カメラ２によってワークＷが撮影される度にステップＳ１〜Ｓ９を実行することで（ステップＳ１０）、コンベヤ２０によって搬送されるワークＷを順番に位相合わせする。

このように、本実施形態によれば、ワークＷの取り出し動作におけるワークＷに対するハンド５の相対位相として複数の基準位相０°，１８０°が設定されており、ワークＷとハンド５の現在の相対位相に最も近い基準位相０°または１８０°が採用される。これにより、ワークＷに対してハンド５の位相を合わせるために必要な手首４の回転量が抑制され、１つのワークＷの位相合わせに要するサイクルタイムを短縮することができ、高速で搬送されるワークＷの位相合わせにも対応することができるという利点がある。

本実施形態においては、ワークＷの取り出し動作におけるワークＷに対するハンド５の相対的な位相を３つ以上の基準位相の中から選択するように、ロボット１の動作が教示されていてもよい。この場合にも、ワークＷに対してハンド５が取り得る相対位相の範囲を等分するように３以上の基準位相が設定されることが好ましい。

さらに、ハンド５が任意の相対位相でワークＷの取り出し動作を行うことができるように、所定の基準位相として、ワークＷに対してハンド５が取り得る全ての相対位相が設定されていてもよい。この場合には、制御部３は、ハンド５が現在の位相のままワークＷを保持して取り出すように、ロボット１を制御する。このようにすることで、取り出し動作においてワークＷに対してハンド５の位相を合わせるための手首４の回転が不要となり、１つのワークＷの位相合わせに要するサイクルタイムをさらに短縮することができる。

このように、手首４を回転させずにハンド５によるワークＷの取り出し動作を行う場合、ワークＷの位相合わせ動作を繰り返すうちに、手首４の回転角度がストロークリミット（−３６０°または＋３６０°）に近付くことがある。したがって、制御部３は、手首４の回転角度がストロークリミットに達することがないように手首４の回転を制御してもよい。
ロボット１よりも上流側に位置するカメラ２によって、コンベヤ２０上のワークＷの間隔を把握することができる。したがって、例えば、制御部３は、ワークＷの間隔が大きくあくタイミングで、回転角度が０°に近付く方向に手首４を回転させてもよい。あるいは、制御部３は、手首４の回転角度が所定の角度を超えた場合に、ワークＷの取り出し動作において、回転角度が０°に近付く方向に手首４を回転させてもよい。

本実施形態においては、ワークＷを保持するハンド５として吸着式を用いることとしたが、ハンド５の種類はこれに限定されるものではなく、ワークＷの保持および解放が可能な任意の方式のハンド５を用いることができる。例えば、磁力によってワークＷを保持する磁石式のハンド、または複数本の指によってワークＷを把持するチャック式のハンドを用いてもよい。ただし、ハンド５は、ワークＷとハンド５の相対位相に関わらずワークＷを保持することができることが好ましい。

本実施形態においては、コンベヤ２０によって連続的に搬送されるワークＷをカメラ２で追跡してロボット１がワークＷの取り出しを行うビジュアルトラッキングシステムについて説明したが、ロボットシステム１０は、他の種類のシステムであってもよい。例えば、ワークＷがコンベヤ２０によってピッチ送りされる場合、ロボットシステム１０は、ワークＷが静止している間に、カメラ２による画像の取得およびロボット１による位相合わせを実行してもよい。
また、本実施形態に係るロボットシステム１０は、ばら積みされたワークＷの取り出しに適用してもよい。

１ロボット
２カメラ（ワーク位相検出部）
３制御部（ワーク位相検出部）
４手首
５ハンド
５ａ吸着パッド
１０ロボットシステム
Ｗワーク

Claims

ワークの略鉛直方向の軸回りの位相を検出するワーク位相検出部と、
前記ワークを保持するハンドおよび該ハンドを略鉛直方向の回転軸回りに回転可能な手首を有するロボットと、
前記ハンドによって前記ワークを取り出し、前記手首の回転によって前記ハンドに保持された前記ワークの位相を所定の目標位相に合わせるように、前記ワーク位相検出部によって検出された前記ワークの位相に基づいて前記ロボットを制御する制御部とを備え、
該制御部が、複数の所定の基準位相の内、前記ハンドと前記ワークとの現在の相対位相に最も近い基準位相で前記ハンドが前記ワークを保持して取り出すように、前記ロボットを制御するロボットシステム。
前記複数の所定の基準位相が、前記ワークに対する前記ハンドの相対位相の範囲を等分する位相である請求項１に記載のロボットシステム。
前記ワーク位相検出部が、前記ワークの画像を取得するカメラを備え、該カメラによって取得された画像に基づいて前記ワークの位相を検出する請求項１または請求項２に記載のロボットシステム。
前記ハンドが、吸着によって前記ワークを保持する請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボットシステム。