JP2019202372A - Robot system and control method for robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロボットシステム及びロボットの制御方法に関する。 The present invention relates to a robot system and a robot control method.
下記特許文献1には、三次元自由曲面を有する作業対象物に対して、手先部に取付けられた工具で研削、研磨等の倣い作業を実施する産業用ロボット機構が開示されている。この産業用ロボット機構は、事前に作業者により手動で教示された移動経路に沿って工具を移動させることで作業対象物に対して倣い作業を実施する、いわゆるティーチングプレイバック制御を行う。 Patent Document 1 below discloses an industrial robot mechanism that performs a copying operation such as grinding and polishing on a work target having a three-dimensional free-form surface with a tool attached to a hand portion. This industrial robot mechanism performs so-called teaching playback control in which a copying operation is performed on a work object by moving a tool along a movement path manually taught by an operator in advance.
ところで、上記移動経路の教示には、作業者の教示能力によってばらつきが生じてしまう。そのため、正確な移動経路を教示することができず、産業用ロボット機構は、正確な移動経路で工具を移動させることができない場合がある。 By the way, the teaching of the moving path varies depending on the teaching ability of the operator. Therefore, an accurate movement path cannot be taught, and the industrial robot mechanism may not be able to move the tool along the accurate movement path.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも正確な移動経路を作成することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to create a more accurate movement route than before.
上記目的を達成するために、本発明では、ロボットシステムに係る第1の解決手段として、所定の処理ツールを備えるロボットと、ティーチングモード時に前記処理ツールの移動軌跡を取得し、プレイバックモード時には前記移動軌跡に基づいて前記ロボットを制御する制御装置とを備えるロボットシステムであって、前記ロボットは、前記処理ツールに作用する外力を検出する力センサを備え、前記制御装置は、ティーチングモード時において前記力センサが検出する外力が一定値になるように、前記処理ツールをワークの表面に押し付けながら移動させて前記移動軌跡を取得する、という手段を採用する。 In order to achieve the above object, in the present invention, as a first solving means related to a robot system, a robot having a predetermined processing tool, and a movement trajectory of the processing tool are acquired in a teaching mode, and A robot system including a control device that controls the robot based on a movement trajectory, wherein the robot includes a force sensor that detects an external force acting on the processing tool, and the control device is configured to perform the operation in the teaching mode. A means is adopted in which the processing tool is moved while being pressed against the surface of the workpiece so as to acquire the movement locus so that the external force detected by the force sensor becomes a constant value.
本発明では、ロボットシステムに係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記制御装置は、プレイバックモード時には前記移動軌跡に基づいて前記ロボットを制御する、という手段を採用する。 In the present invention, as the second solving means relating to the robot system, in the first solving means, the control device adopts a means for controlling the robot based on the movement locus in the playback mode.
本発明では、ロボットシステムに係る第3の解決手段として、上記第1または第2の解決手段において、前記制御装置は、前記移動軌跡を、前記処理ツールを前記ワークの表面に押し付ける方向又は前記押し付ける方向とは反対方向にオフセットさせることで移動経路を作成し、前記移動経路に基づいて前記ロボットを制御する、という手段を採用する。 In the present invention, as the third solving means relating to the robot system, in the first or second solving means, the control device presses the movement trajectory in the direction in which the processing tool is pressed against the surface of the workpiece or in the pressing A method is adopted in which a movement path is created by offsetting in a direction opposite to the direction, and the robot is controlled based on the movement path.
本発明では、ロボットシステムに係る第4の解決手段として、上記第1〜第3のいずれかの解決手段において、前記処理ツールは、前記ワークの表面に対して前記一定値の力で押圧されても変形しない剛性を有する材料で形成されている教示用ツールである、という手段を採用する。 In the present invention, as a fourth solving means relating to the robot system, in any one of the first to third solving means, the processing tool is pressed against the surface of the workpiece with the force of the constant value. The teaching tool is formed of a material having rigidity that does not deform.
本発明では、ロボットシステムに係る第5の解決手段として、上記第1〜第4のいずれかの解決手段において、前記処理ツールは、前記所定の処理を行う工具である、という手段を採用する。 In the present invention, as a fifth solving means related to the robot system, in the first to fourth solving means, means that the processing tool is a tool for performing the predetermined processing is adopted.
本発明では、ロボットの制御方法に係る第6の解決手段として、所定の処理ツールと、前記処理ツールに作用する外力を検出する力センサとを備えるロボットの制御方法であって、ティーチングモード時に前記処理ツールの移動軌跡を取得する取得ステップを含み、前記取得ステップでは、ティーチングモード時において前記力センサが検出する外力が一定値になるように、前記処理ツールをワークの表面に押し付けながら移動させて前記移動軌跡を取得する、という手段を採用する。 In the present invention, as a sixth solving means related to the robot control method, the robot control method includes a predetermined processing tool and a force sensor that detects an external force acting on the processing tool. An acquisition step of acquiring a movement trajectory of the processing tool. In the acquisition step, the processing tool is moved while being pressed against the surface of the workpiece so that the external force detected by the force sensor becomes a constant value in the teaching mode. A means of acquiring the movement trajectory is adopted.
本発明では、ロボットの制御方法に係る第7の解決手段として、上記第6の解決手段において、プレイバックモード時には、前記取得ステップで取得した前記移動軌跡に基づいて前記ロボットを制御する制御ステップをさらにを含む、という手段を採用する。 In the present invention, as a seventh solving means relating to the robot control method, in the sixth solving means, in the playback mode, a control step of controlling the robot based on the movement trajectory acquired in the acquisition step is provided. Furthermore, the means of including is adopted.
本発明によれば、従来よりも正確な移動経路を作成することができる。 According to the present invention, it is possible to create a more accurate movement route than before.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係るロボットシステムAは、図1に示すようにロボット1及び制御装置2を備える。
ロボット1は、治具Fにより固定されたワークWの表面形状に沿った移動経路Rを移動しながら、ワークWに対して所定の処理を行うロボットである。
ここで、所定の処理とは、バリ取り加工、C面取り加工、ラウンドエッジ加工、接着剤等の液体の塗付、注入又は拭き取り等である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The robot system A according to this embodiment includes a robot 1 and a
The robot 1 is a robot that performs a predetermined process on the workpiece W while moving along a movement path R along the surface shape of the workpiece W fixed by the jig F.
Here, the predetermined treatment includes deburring, C chamfering, round edge processing, application of liquid such as an adhesive, pouring or wiping.
ロボット1は、ロボットアーム3、ハンド部4、処理ツール5及び力センサ6を備える。
ロボットアーム3は、複数の多関節機構を有する。ロボットアーム3の各関節には、各関節を各々駆動するモータが設けられている。ロボットアーム3は、制御装置2によりモータが駆動されることで、例えば、三次元空間を移動することができる。また、各関節には、モータの回転角度を検知するエンコーダが設けられている。
The robot 1 includes a
The
ハンド部4は、処理ツール5をロボットアーム3に対して着脱可能に接続する。
処理ツール5は、ハンド部4によりロボットアーム3の先端に取り付けられる。処理ツール5は、ロボットアーム3の駆動により、三次元空間内で位置と姿勢を移動可能である。処理ツール5は、所定の力で押圧されても変形しない剛性を有する材料で形成される。この所定の力とは、処理ツール5がワークWを押し付ける押付け力である。処理ツール5は、ティーチングモードで移動経路Rを作成する場合に作業者によりロボットアーム3の先端に取り付けられる。この処理ツール5は、プレイバックモードにおいて上記所定の処理を行う工具であってもよいし、ティーチングモードにおいて上記移動経路Rを作成するための専用の教示用ツールであってもよい。
The
The processing tool 5 is attached to the tip of the
力センサ6は、処理ツール5に作用する外力Ftを検出する。そして、力センサ6は、検出した外力Ftを制御装置2に出力する。例えば、力センサ6は、三次元的に移動可能なロボットアーム3と処理ツール5との間に取り付けられる。この力センサ6は、例えば、直交3軸方向の力と各軸周りのトルクを検出する。ただし、力センサ6は、これに限定されず、ワークWに対する押し付け力が検出できる限りで、その他の力センサであってもよい。
The
制御装置2は、ティーチングモード時に処理ツール5の移動軌跡及びロボット1の動作データを記憶し、プレイバックモード時にはその移動軌跡及び動作データに基づいてロボット1を制御する。以下に、制御装置2の構成について、具体的に説明する。
図2に示すように、制御装置2は、ロボット制御部21、記憶部22、軌跡取得部23、及び経路作成部24を備える。
The
As illustrated in FIG. 2, the
ロボット制御部21は、力センサ6から処理ツール5に作用する外力Ftを取得する。そして、ロボット制御部21は、取得した外力Ftが一定値になるように、ロボットアーム3に設けられたモータの駆動を制御することで、処理ツール5をワークWの表面に押し付けながら予め設定される各教示点Tに移動させる。すなわち、ロボット制御部21は、ワークWの表面に対する処理ツール5の押付け力を制御しながら、処理ツール5をワークWの表面形状に倣せる。ここで、処理ツール5をワークWの表面に押し付ける方向(押付け方向)は、例えば、ワークWの表面の法線方向である。ただし、押付け方向はワークWの表面の法線方向に限定されず、ワークWと処理ツール5との干渉を避けるために、法線方向からずらした方向であってもよい。また、処理ツール5をワークWの表面形状に倣せる方向(移動方向)とは、例えば、押付け方向に対して垂直な方向である。
The
記憶部22は、予め設定された上記教示点Tを格納する。この教示点Tは、ワークWの表面上に複数設定される。例えば、この教示点Tは、ワークWの表面形状を倣わせる処理ツール5の開始位置と停止位置とを含む。
The
軌跡取得部23は、処理ツール5が移動した位置の軌跡(移動軌跡)及びその位置ごとのロボットアーム3の動作データ(位置と姿勢)を取得する。例えば、軌跡取得部23は、ロボットアーム3に設けられたエンコーダから取得したモータの回転角度に基づいて、処理ツール5の移動軌跡及びその移動軌跡におけるロボットアーム3の動作データを算出する。
The
経路作成部24は、軌跡取得部23が取得した移動軌跡から移動経路Rを作成する。例えば、経路作成部24は、軌跡取得部23で取得した移動軌跡を、押付け方向又は押付け方向とは反対方向にオフセットさせることで移動経路Rを作成する。例えば、このオフセット量は、処理ツール5の形状に基づいて決定される。例えば、ロボットアーム3の先端に教示用ツールを取り付けられて移動経路Rを作成した場合には、その教示用ツールの押付け方向の長さと、上記所定の処理を行うためにロボットアーム3の先端に取り付けられる工具の押付け方向の長さとの差分値に基づいてオフセット量が設定される。そして、経路作成部24は、作成した移動経路Rと軌跡取得部23で取得した動作データとを関連付けて記憶部22に格納する。
The
例えば、所定の処理として、ワークWに対して接着剤を塗付又は注入する場合には、ロボットアーム3の先端に取り付けられたノズル(工具)を、ワークWから所定の距離だけ引き離した距離で倣いながら、そのノズルから接着剤を吐出させる。この場合には、経路作成部24は、軌跡取得部23で取得した軌跡を、押付け方向とは反対方向に所定の距離だけオフセットさせることで移動経路Rを作成する。
For example, when applying or injecting adhesive to the workpiece W as the predetermined processing, the nozzle (tool) attached to the tip of the
一方、例えば、所定の処理として、ワークWの表面の接着剤を拭き取る場合には、ロボットアーム3の先端に取り付けられたヘラ(工具)を、ワークWに押し付けながら倣うことで接着剤を拭き取る。この場合には、経路作成部24は、軌跡取得部23で取得した移動軌跡を、押付け方向に所定の距離だけオフセットさせることで移動経路Rを作成する。
On the other hand, for example, when the adhesive on the surface of the workpiece W is wiped off as a predetermined process, the adhesive is wiped off by copying a spatula (tool) attached to the tip of the
次に、ロボット1及び制御装置2の動作について、図3,4をも参照して詳しく説明する。
Next, operations of the robot 1 and the
作業者は、ロボットアーム3の先端に処理ツール5として教示用ツールを取り付ける。そして、作業者は、ワークWの形状に沿って複数の教示点T1〜T4を制御装置2に粗く教示する(ステップS101)。この教示点T1〜T4は、作業者が処理ツール5をワークWの表面上に手動で移動させることで教示してもよいし、作業者がワークWの表面上における所望の座標を記憶部22に格納させることで教示してもよい。ワークWの3DCADモデルを用いてオフラインで教示してもよい。なお、教示点T1は、処理ツール5が倣う軌跡の開始位置であり、教示点T4は、処理ツール5が倣う軌跡の停止位置である。また、教示点T2,T3は、処理ツール5が倣う軌跡の開始位置と停止位置との間の位置を示す。
The operator attaches a teaching tool as the processing tool 5 to the tip of the
教示点T1〜T4の教示が終了すると、ロボット制御部21は、力センサ6から取得した外力Ftが一定値になるように、ロボットアーム3を力制御しながら、処理ツール5が教示点T1,教示点T2,教示点T3,及び教示点T4の順に倣うように低速で移動させる(ステップS102)。例えば、ワークWの表面が三次元形状である場合には、ロボット制御部21は、押付け方向の一方向で力制御しながら処理ツール5をワークWの表面を倣わせるように制御する。なお、上記低速とは、上記所定の処理を行う場合における工具の移動速度よりも低い速度である。
When teaching of the teaching points T 1 to T 4 is completed, the
軌跡取得部23は、ステップS102において、ロボットアーム3に設けられたエンコーダから取得したモータの回転角度に基づいて、処理ツール5の移動経路及びロボットアーム3の動作データを取得する(ステップS103)。なお、処理ツール5がワークWの表面上を移動した移動軌跡を作成することは、ワークWの表面形状を取得することを意味する。
The
経路作成部24は、軌跡取得部23で取得した軌跡を、押付け方向又は押付け方向とは反対方向に所定距離だけオフセットさせることで移動経路Rを作成する(ステップS104)。そして、経路作成部24は、作成した移動経路Rを上記動作データと関連付けて記憶部22に格納する。これにより、本実施形態では、作業者が正確な移動経路Rを作成する必要がなくなり、自動で移動経路Rを作成することができる。これにより、ワークWが三次元形状等の複雑な形状であっても、経路作成部24は、ワークWの形状(ワークWの表面上の軌跡)を正確に取得することができる。そして、経路作成部24は、取得した形状データに基づいて正確な移動経路Rを作成することができる。
The
移動経路Rが作成されると、作業者は、教示用ツールを取り外し、ロボットアーム3の先端に工具を取り付ける。そして、ロボット制御部21は、記憶部22に格納された移動経路Rを工具が移動するように制御することで、ワークWに対して所定の処理を行う(ステップS105)。
When the movement path R is created, the operator removes the teaching tool and attaches the tool to the tip of the
このように、本実施形態に係るロボットシステムAは、ワークWの表面形状を処理ツール5で倣うことで、ワークWの表面形状を取得する。そして、ロボットシステムAは、取得したワークWの表面形状に基づいて移動経路Rを作成する。これにより、ワークWが固定される位置やワークWの大きさにズレが生じる場合にも、ワークWごとに正確な移動経路Rを作成することができる。 Thus, the robot system A according to the present embodiment acquires the surface shape of the workpiece W by copying the surface shape of the workpiece W with the processing tool 5. Then, the robot system A creates a movement route R based on the acquired surface shape of the workpiece W. Thereby, even when the position where the workpiece W is fixed or the size of the workpiece W is deviated, an accurate movement route R can be created for each workpiece W.
また、本実施形態に係るロボットシステムAは、作業者の教示に依らず移動経路Rを自動で作成するために、正確な教示が困難な三次元形状等の複雑形状を持つワークWに対しても、正確な移動経路Rを作成することができる。 In addition, since the robot system A according to the present embodiment automatically creates the movement path R regardless of the operator's teaching, the robot system A can handle a workpiece W having a complicated shape such as a three-dimensional shape that is difficult to accurately teach. Also, an accurate movement route R can be created.
また、本実施形態に係るロボットシステムAは、例えば、工具を用いてワークWに対して所定の処理を行う場合には、工具を移動経路Rに沿って一方向に位置制御を行いながら動作させることで高速かつ正確に動作させることができる。例えば、工具を用いて接着剤をワークWに塗布・注入する場合には、工具をワークWの表面から所定の距離を浮かせたうえで、工具の移動方向を位置制御で動作させる。これにより、工具とワークWの表面との距離を一定に保ちながら、接着剤の塗布・注入における品質を安定させることができる。 Further, for example, when the robot system A according to the present embodiment performs a predetermined process on the workpiece W using a tool, the robot system A operates while performing position control in one direction along the movement path R. Therefore, it can be operated quickly and accurately. For example, when applying and injecting an adhesive onto the workpiece W using a tool, the tool is moved a predetermined distance from the surface of the workpiece W, and the moving direction of the tool is operated by position control. Thereby, the quality in application | coating and injection | pouring of an adhesive agent can be stabilized, keeping the distance of a tool and the surface of the workpiece | work W constant.
また、本実施形態に係るロボットシステムAは、プレイバックモードにおいてワークWの端部まで十分に上記所定の処理を行う場合には、移動経路Rの両端を所定の距離だけ外挿してもよい。これにより、ロボットシステムAは、例えば、工具によりワークWの端部にまで十分に接着剤を塗付又は拭き取ることができる。 Further, the robot system A according to the present embodiment may extrapolate both ends of the movement path R by a predetermined distance when the predetermined processing is sufficiently performed up to the end of the workpiece W in the playback mode. Thereby, the robot system A can apply or wipe off the adhesive sufficiently to the end of the workpiece W with a tool, for example.
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
(1)上記実施形態では、ロボット制御部21は、記憶部22に予め格納されている、ワークWの3DCADモデルから押付け方向を生成してもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, For example, the following modifications can be considered.
(1) In the above embodiment, the
(2)上記実施形態では、ワークWに接着剤を塗布・注入する工具として、図5に示すような工具をハンド部4でロボットアーム3の先端に取り付けてもよい。例えば、工具は、エアチューブ11、カートリッジ12、及びノズル13を備える。エアチューブ11は、ディスペンサー(不図示)とカートリッジ12とを連通させる。カートリッジ12に充填された接着剤をディスペンサーからエアチューブ11を介して圧送される圧縮空気によって、ノズル13から外部に吐出する。
(2) In the above embodiment, as a tool for applying / injecting an adhesive to the workpiece W, a tool as shown in FIG. For example, the tool includes an
(3)上記実施形態では、ワークWの表面の接着剤を拭き取る工具として、図6に示すように、弾性を有するヘラ14をハンド部4でロボットアーム3の先端に取り付けてもよい。これにより、ヘラ14をワークWの表面に押し込むことが可能となり、ヘラ14の浮きを抑え、接着剤を拭い残しを減少させることができる。
(3) In the above embodiment, as a tool for wiping off the adhesive on the surface of the workpiece W, an
1 ロボット
2 制御装置
3 ロボットアーム
4 ハンド部
5 処理ツール
6 力センサ
11 エアチューブ
12 カートリッジ
13 ノズル
14 ヘラ
21 ロボット制御部
22 記憶部
23 軌跡取得部
24 経路作成部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
前記ロボットは、前記処理ツールに作用する外力を検出する力センサを備え、
前記制御装置は、ティーチングモード時において前記力センサが検出する外力が一定値になるように、前記処理ツールをワークの表面に押し付けながら移動させて前記移動軌跡を取得することを特徴とするロボットシステム。 A robot system including a robot including a predetermined processing tool and a control device that acquires a movement trajectory of the processing tool in the teaching mode,
The robot includes a force sensor that detects an external force acting on the processing tool,
The control device acquires the movement trajectory by moving the processing tool while pressing it against the surface of a workpiece so that an external force detected by the force sensor becomes a constant value in a teaching mode. .
ことを特徴とする請求項1または2記載のロボットシステム。 The control device creates a movement path by offsetting the movement locus in a direction in which the processing tool is pressed against the surface of the workpiece or in a direction opposite to the pressing direction, and controls the robot based on the movement path. The robot system according to claim 1 or 2, wherein:
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のロボットシステム。 4. The teaching tool according to claim 1, wherein the processing tool is a teaching tool formed of a material that does not deform even when pressed against the surface of the workpiece with the force of the constant value. 5. The robot system according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のロボットシステム。 The robot system according to claim 1, wherein the processing tool is a tool that performs a predetermined process.
ティーチングモード時に前記処理ツールの移動軌跡を取得する取得ステップを含み、
前記取得ステップでは、ティーチングモード時において前記力センサが検出する外力が一定値になるように、前記処理ツールをワークの表面に押し付けながら移動させて前記移動軌跡を取得することを特徴とするロボットの制御方法。 A robot control method comprising a predetermined processing tool and a force sensor for detecting an external force acting on the processing tool,
Including an acquisition step of acquiring a movement locus of the processing tool in the teaching mode;
In the acquisition step, the movement trajectory is acquired by moving the processing tool while pressing it against the surface of a workpiece so that the external force detected by the force sensor becomes a constant value in the teaching mode. Control method.
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