JP2020116706A - ロボット制御装置および管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】移動している物品への追従動作時の異常を検知するロボット制御装置を提供する。【解決手段】ロボット制御装置２０は、搬送装置２によって対象Ｏを移動している最中に、搬送装置２による対象Ｏの移動量を検出する移動量検出装置５０の検出結果を用いてロボット１０を対象Ｏに追従させるものであって、移動量検出装置５０の検出結果に基づき計算される対象Ｏの速度、加速度、および加加速度の何れか一つの値、又は、速度、加速度、および加加速度のパターンが所定の基準から外れると、所定の報知又はロボット１０の停止を行う。【選択図】図１

Description

本発明はロボット制御装置および管理システムに関する。

従来、搬送装置によって搬送される物品を、搬送装置による搬送が行われている状態でロボットが物品に追従し、これによりロボットが物品を取り出すロボットシステムが知られている。例えば、特許文献１参照。
また、搬送のための駆動の理論値と実測値とを比較し、比較結果に基づき報知が行われる搬送装置が知られている。例えば、特許文献２参照。

特開２０００−６０６９号公報 特開２００７−１１２５６５号公報

前記ロボットシステムでは、搬送装置による物品の移動量に基づきロボットを物品に追従させる。この時、物品の移動量が、搬送装置のベルトに接触するローラとローラの回転量を検出するエンコーダとを有する移動量検出装置を用いて検出される。移動量検出装置が正しく取付けられていない場合、移動量検出装置に故障が発生している場合、移動量検出装置とロボット制御装置との間の情報通信に異常がある場合等に、移動量検出装置の検出結果に異常が生ずる。この状態でも、ロボットは追従動作を移動量検出装置の検出結果に基づき継続し、ロボットが不自然な動作を行うことになる。この時、実際に動くロボットに目が行き易いので、移動量検出装置に関する上記異常に気付き難い。

前述の事情に鑑み、異常の原因を早期且つ確実に特定することができるロボット制御装置および管理システムが望まれる。

本開示の一態様は、搬送装置によって対象を移動している最中に、前記搬送装置による前記対象の移動量を検出する移動量検出装置の検出結果を用いてロボットを前記対象に追従させるロボット制御装置であって、前記移動量検出装置の検出結果に基づき計算される前記対象の速度、加速度、および加加速度の何れか一つの値又はパターンが所定の基準から外れると、所定の報知又は前記ロボットの停止を行う。

一実施形態のロボットシステムの概略構成図である。 本実施形態のロボットシステムの要部平面図である。 本実施形態のロボットシステムのロボット制御装置のブロック図である。 本実施形態のロボットシステムの制御部の作動を示すフローチャートである。 本実施形態のロボットシステムにおけるトラッキング制御の座標系を説明する図である。 本実施形態の移動量検出装置の検出結果に基づく速度のタイムチャートの一例である。 本実施形態のロボットシステムの第１変形例の概略構成図である。 本実施形態のロボットシステムの第２変形例の概略構成図である。

一実施形態に係るロボットシステム１について、図面を用いながら以下説明する。
本実施形態のロボットシステム１は、図１および図２に示されるように、作業対象である物品（対象）Ｏを搬送する搬送装置２と、搬送装置２によって搬送される物品Ｏに対して所定の作業を行うロボット１０と、ロボット１０を制御するロボット制御装置２０と、検出装置４０とを備えている。

検出装置４０は、搬送装置２によって搬送される物品Ｏの位置および姿勢を特定できるデータを取得する。検出装置４０として、このような機能を有する装置は全て利用することができる。検出装置４０は、例えば、二次元カメラ、三次元カメラ、三次元距離センサ、ライン光を対象物に照射して形状を測定するセンサ等である。本実施形態の検出装置４０は搬送装置２の上方に取付けられた二次元カメラである。検出装置４０は検出された画像データをロボット制御装置２０に送信する。画像データは各物品Ｏの少なくとも位置を特定できるデータである。画像データが物品Ｏの位置および姿勢を特定できるデータであってもよい。

物品Ｏは特定の種類の物に限定されないが、本実施形態では、一例として、物品Ｏはワークである。搬送装置２はモータ２ａを駆動することによって物品Ｏを所定方向に搬送するものであり、本実施形態では搬送装置２は図１における右側に向かって物品Ｏを搬送する。

ロボットシステム１は、搬送装置２による物品Ｏの移動量を検出する移動量検出装置５０を備えている。移動量検出装置５０は、搬送装置２に接触しているローラ５１と、ローラ５１の回転量をエンコーダ等の周知の機器を用いて検出する回転計５２とを有する。この場合、ローラ５１の回転量と搬送装置２の移動量とが対応付けれられている。
なお、モータ２ａが作動位置検出装置（移動量検出装置）２ｂを備えており、作動位置検出装置２ｂがモータ２ａの出力軸の回転位置および回転量を逐次検出してもよい。この場合、モータ２ａの出力軸の回転量と搬送装置２の移動量とが対応付けれられている。作動位置検出装置２ｂは例えばエンコーダである。移動量検出装置５０又は作動位置検出装置２ｂの検出値はロボット制御装置２０に送信される。

物品Ｏは、ロボット１０が所定の作業を行う対象である。本実施形態では、所定の作業として、ロボット１０は、物品Ｏの取出し、物品Ｏの所定の場所への移動、物品Ｏの所定の部品への組付け等を行う。
なお、物品Ｏが搬送装置２によって移動している状態において、ロボット１０は物品Ｏに対する上記作業を行う。
なお、フレーム等である物品に対してロボット１０が加工、溶接、計測、バリ取り等の所定の作業を行う場合は、フレーム中の作業箇所が対象となる。

ロボット１０は特定の種類に限定されないが、本実施形態のロボット１０は、複数の可動部をそれぞれ駆動する複数のサーボモータ１１を備えている（図３参照）。各サーボモータ１１はその作動位置を検出するための作動位置検出装置を有し、作動位置検出装置は一例としてエンコーダである。作動位置検出装置の検出値はロボット制御装置２０に送信される。

ロボット１０の先端部にはハンド３０が取付けられている。本実施形態のハンド３０は複数の爪による把持によって物品Ｏを支持するが、磁力、空気の吸引等を用いて物品Ｏを支持するハンドを用いることも可能である。
ハンド３０は爪を駆動するサーボモータ３１を備えている（図３参照）。サーボモータ３１はその作動位置を検出するための作動位置検出装置を有し、作動位置検出装置は一例としてエンコーダである。作動位置検出装置の検出値はロボット制御装置２０に送信される。
なお、各サーボモータ１１，３１として、回転モータ、直動モータ等の各種のサーボモータが用いられ得る。

ロボット制御装置２０は、図３に示されるように、ＣＰＵ、ＲＡＭ等を有する制御部２１と、表示装置２２と、不揮発性ストレージ、ＲＯＭ等を有する記憶部２３と、ロボット１０のサーボモータ１１にそれぞれ対応している複数のサーボ制御器２４と、ハンド３０のサーボモータ３１に対応しているサーボ制御器２５と、ロボット制御装置２０に接続された入力部２６と、送受信部２７とを備えている。一例では、入力部２６はオペレータが持ち運べる操作盤等の入力装置である。入力部２６にも表示装置２６ａが設けられている。入力部２６はタッチスクリーン式の入力装置であってもよい。入力部２６がロボット制御装置２０と無線通信を行う場合もある。

記憶部２３にはシステムプログラム２３ａが格納されており、システムプログラム２３ａはロボット制御装置２０の基本機能を担っている。また、記憶部２３には動作プログラム２３ｂが格納されている。また、記憶部２３には、トラッキングプログラム２３ｃと、移動量異常対応プログラム２３ｄとが格納されている。

制御部２１は、これらプログラムに基づいて、物品Ｏに対する所定の作業を行うための制御指令を各サーボ制御器２４，２５に送信する。これによって、ロボット１０およびハンド３０が物品Ｏに対して所定の作業を行う。この際の制御部２１の処理の一例を図４のフローチャートを参照しながら説明する。なお、他の処理によって下記の追従制御が行われてもよい。

先ず、制御部２１は、トラッキングプログラム２３ｃに基づいて、検出装置４０から物品Ｏが撮像された画像データを取得する（ステップＳ１−１）。画像データから物品Ｏの位置および姿勢を検出する処理部を検出装置４０が有している場合、ステップＳ１−１において制御部２１が検出装置４０から物品Ｏの位置および姿勢を取得してもよい。
制御部２１は、検出装置４０が当該画像データを撮像した時の移動量検出装置５０の検出値と、移動量検出装置５０の現在の検出値とを用いて、搬送装置２上の物品Ｏと共に移動するトラッキング座標系を設定する（ステップＳ１−２）。

トラッキング座標系の一例を図５に示す。ＴＦは、検出装置４０によって物品Ｏの画像データを撮像した瞬間のトラッキング座標系を示す。例えば、トラッキング座標系ＴＦは、物品の位置および姿勢の情報を有する。ＴＦ’は、現在のトラッキング座標系を示す。図５に示すように、現在のトラッキング座標系ＴＦ’も、物品Ｏの位置および姿勢の情報を有する。つまり、トラッキング座標系ＴＦ，ＴＦ’に対して、物品Ｏはそれぞれ同じ位置および姿勢情報を有する。

下記式（１）に示されるように、座標変換行列Ｔを用いてトラッキング座標系ＴＦ’が得られる。
ＴＦ’＝Ｔ・ＴＦ ・・・（１）
移動成分は、例えば、下記式（２）を用いて得られる。
（ｅ２−ｅ１）／Ｓ ・・・（２）
つまり、トラッキング座標系ＴＦにおいて検出された物品Ｏの位置と物品Ｏの現在の位置との差が逐次計算される。

ｅ１は検出装置４０が当該画像データを撮像した時の移動量検出装置５０の検出値であり、ｅ２は移動量検出装置５０の現在の検出値である。
Ｓは、移動量検出装置５０のカウントと、搬送装置２による物品Ｏの移動量との比である。つまり、Ｓが１である時は、移動量検出装置５０の検出結果が搬送装置２による物品Ｏの移動量である。

次に、制御部２１は、動作プログラム２３ｂに基づいたロボット１０およびハンド３０への制御指令の送信を開始する（ステップＳ１−３）。これにより、ロボット１０のハンド３０が物品Ｏに追従する追従制御が行われている状態で、部品１１０がハンド３０によって取り出される。

追従制御を行うために、ステップＳ１−３において、制御部２１は、ステップＳ１−２において設定されたトラッキング座標系ＴＦ’を、動作プログラム２３ｂに基づいて作動するロボット１０の基準座標系として用いる。このため、ロボット１０の基準座標系が搬送装置２の搬送方向に移動し、基準座標系の移動が搬送装置２による物品Ｏの移動と一致する。この状況では、搬送装置２によって物品Ｏは移動しているが、制御部２１から見ると基準座標系内において物品Ｏが停止している。これにより、制御部２１は、ロボット１０の先端部を物品Ｏに安定して追従させることができる。

上記の追従制御が行われている際に、制御部２１は、移動量異常対応プログラム２３ｄに基づき、移動量検出装置５０の検出結果に基づき計算される速度が所定の基準２３ｅ内か否かを判定する（ステップＳ１−４）。なお、速度の代わりに加速度又は加加速度が基準２３ｅ内か否か判定されてもよい。速度、加速度、および加加速度は、移動量検出装置５０のローラ５１の回転量又は回転速度、ローラ５１の直径等を用いて計算される。

基準２３ｅは、ロボット１０の速度、加速度、加加速度等の上限リミッタ２３ｆとは異なる。換言すると、ロボット制御装置２０の記憶部２３には上限リミッタ２３ｆおよび基準２３ｅが格納されている。そして、ロボット制御装置２０は、ロボット１０が上限リミッタ２３ｆを超えた速度、加速度、加加速度等で動作する際に、所定の警告、ロボット１０の動作停止等を行う。ステップＳ１−４では、上限リミッタ２３ｆに基づく前記処理に加え、ロボット制御装置２０が前記判定を行うものである。

一例では、移動量検出装置５０の検出結果に基づき計算される速度の変動は、移動量検出装置５０のローラ５１の搬送装置２への接触不良によって生ずる。例えば、ローラ５１が断続的に搬送装置２に接触している場合は、速度が変動し、加速度および加加速度も変動する。また、移動量検出装置５０内の接触不良、移動量検出装置５０とロボット制御装置２０との接触不良等によって、移動量検出装置５０の検出結果がロボット制御装置２０に断続的に送信される。この場合も、移動量検出装置５０の検出結果に基づき計算される速度が変動し、加速度および加加速度も変動する。以下の説明では、移動量検出装置５０の検出結果に基づき計算される速度、加速度、および加加速度を単に速度、加速度、および加加速度と称する場合がある。

一例では、基準２３ｅを、速度の上限値、速度の下限値、加速度の上限値、加速度の下限値、加加速度の上限値、又は加加速度の下限値とすることが可能である。他の例では、基準２３ｅを、速度、加速度、又は加加速度の変動のパターンとすることが可能である。パターンとして、例えば、速度、加速度、又は加加速度の変動量の上限値を用いることが可能である。例えば、図６に示されるように、速度の変動がある時間から急に大きくなり、基準２３ｅとしての速度の上限値、下限値、又は速度の変動量の上限値から外れる。

制御部２１は、移動量異常対応プログラム２３ｄに基づき、ステップＳ１−４において計算される速度、加速度、および加加速度の何れか一つの値又はパターンが基準２３ｅから外れたと判断されると、所定の報知を行う（ステップＳ１−５）。所定の報知としては、移動量検出装置５０の検出結果に異常があることの表示装置２２又は表示装置２６ａを用いた表示、前記異常があることの所定の音声出力装置を用いた出力等がある。その他の所定の報知としては、移動量検出装置５０の検出結果に基づき計算される速度、加速度、又は加加速度についての図６に示されるようなタイムチャートの表示装置２２又は表示装置２６ａを用いた表示がある。表示装置２２又は表示装置２６ａを用いた表示としては、文字、画面の色、所定の図等が用いられ得る。

その他の所定の報知としては、過去の速度、加速度、又は加加速度と現在の速度、加速度、又は加加速度とを示す散布データの表示装置２２又は表示装置２６ａを用いた表示がある。例えば、過去における複数の時点における各々の速度の変動量と現在の速度の変動量とをそれぞれ示す棒グラフ、折れ線グラフ等が散布データとして採用され得る。
なお、ステップＳ１−５において、所定の報知と共に、又は所定の報知に代えて、制御部２１はロボット１０に危険回避動作を行わせてもよい。危険回避動作は、例えば、ロボット１０の停止、ロボット１０の待機位置への移動、ロボット１０の動作速度の低減等である。

通常、ロボット制御装置２０は、上限リミッタ２３ｆ内であれば、移動量検出装置５０の検出結果に応じてロボット１０の追従制御を継続する。このため、移動量検出装置５０のローラ５１と搬送装置２とが断続的に接触する場合であっても、ロボット制御装置２０は追従制御を継続する。この場合、ロボット１０が移動量検出装置５０の検出結果に応じた速度で動き、ロボット１０が異常動作を行っているように見える場合もある。

本実施形態では、移動量検出装置５０の検出結果に基づき計算される物品Ｏの速度、加速度、および加加速度の何れか一つの値又はパターンが所定の基準２３ｅから外れると、ロボット制御装置２０は表示装置２２又は表示装置２６ａに所定の表示を行う。つまり、ロボット１０の追従制御が継続されている時に、移動量検出装置５０の検出結果に異常があると、所定の表示が表示装置２２又は表示装置２６ａにあらわれる。当該構成は、異常の原因を早期且つ確実に特定する上で有利である。より具体的には、ロボット１０に異常が無いことを早期且つ確実に認識するために有利である。

なお、基準２３ｅは、ユーザが入力部２６を用いて設定してもよいし、ロボット制御装置２０によって自動的に設定されてもよい。例えば、ロボット制御装置２０は、搬送装置２の正常時の搬送速度の分散又は平均に基づき上限速度および下限速度を計算し、上限速度および下限速度を基準２３ｅとして自動的に設定する。他の例では、ロボット制御装置２０は、搬送装置２の現在の搬送速度に所定の値を加えたものを上限速度とし、現在の搬送速度から所定の値を引いたものを下限速度とし、上限速度および下限速度を基準２３ｅとして自動的に設定する。他の例では、ロボット制御装置２０は、過去の速度、加速度、又は加加速度の変動量から速度、加速度、又は加加速度の許容値を計算によって求め、当該許容値を基準２３ｅとして設定する。このように自動的な設定が行われると、ステップＳ１−４の判定およびステップＳ１−５の所定の報知がより適切に行われる。

また、本実施形態において、ロボット制御装置２０が、移動量検出装置５０の検出結果、速度、加速度、又は加加速度の値、これらの変動量、これらのタイムチャート等の検出結果関連データを記憶部２３に蓄積してもよい。そして、ロボット制御装置２０が、入力部２６等への入力に基づき、蓄積された検出結果関連データに基づく表示を表示装置２２又は表示装置２６ａを用いて行ってもよい。例えば、入力部２６にタイムチャートを要求するボタン、散布データを要求するボタン、表示する時間範囲を指定するボタン等が表示され、入力部２６への入力に基づきタイムチャート、散布データ等の表示が行われる。このようなユーザの要求に応じた蓄積情報の表示は、異常の発見、異常の原因特定等を容易にする上で有用である。

なお、搬送装置２の上面を撮像する撮像装置により得られる画像データに基づき搬送装置２上のマーク、物品Ｏ等の移動量が検出されてもよい。画像データに基づく移動量の検出はロボット制御装置２０の制御部２１によって行われてもよい。この場合、撮像装置および制御部２１が移動量検出装置として機能する。

また、搬送装置２の代わりに、他のロボット又はＡＧＶ（Automated Guided Vehicle）が物品Ｏを移動させてもよい。この場合でも、他のロボットの動作のための制御指令又はＡＧＶの車輪の回転量に基づく物品Ｏの移動量の検出結果が得られるならば、前述と同様の作用効果が達成され得る。

前記実施形態において、ロボット制御装置２０が学習機能を持っていてもよい。例えば、記憶部２３に学習プログラム（学習部）２３ｇが格納されており、制御部２１が学習プログラム２３ｇに基づき学習を行ってもよい。

例えば、制御部２１は、学習用情報を用いて、搬送装置２の種類、搬送速度、移動量検出装置５０の種類、物品Ｏの種類、物品Ｏの量等と基準２３ｅとを対応させるテーブル又は式を作成し、作成されたテーブル又は式を記憶部２３に格納する。このようなテーブル又は式の作成は、異常の早期且つ確実な検出を実現するための学習の成果である。

移動量検出装置５０の検出結果に基づき計算される速度、加速度、又は加加速度の変動量と搬送装置２の種類とを対応させたデータが学習用情報として用いられ得る。物品Ｏの種類又は物品Ｏの量と速度、加速度、又は加加速度の変動量とを対応させたデータも学習用情報として用いられ得る。移動量検出装置５０の種類と速度、加速度、又は加加速度の変動量とを対応させたデータも学習用情報として用いられ得る。速度、加速度、又は加加速度の変動量とロボット１０の動作の目視結果とを対応させたデータも学習用情報として用いられ得る。目視結果は、様々な速度、加速度、又は加加速度の変動量と共に動作するロボット１０の状態を複数段階に評価したスコアであり得る。
このようにロボット制御装置２０において学習が行われると、ロボット制御装置２０による基準２３ｅの設定がより適切となる。

図７のようにロボット制御装置２０が他のロボット制御装置２０に接続されていてもよい。この場合、前述のように学習によって得られたテーブル又は式が、ロボット制御装置２０の無線又は有線の送受信部２７によって、他のロボット制御装置２０に必要な情報と共に送られてもよい。必要な情報は、当該テーブル又は式の作成に関連するロボット１０および搬送装置２の仕様、移動量検出装置５０の仕様、ハンド３０の仕様、物品Ｏの情報等である。他のロボット制御装置２０も同様にロボット制御装置２０に学習結果を送信する。
ロボット制御装置２０および他のロボット制御装置２０は、受信したテーブル又は式を追従制御に用いることができる。また、ロボット制御装置２０および他のロボット制御装置２０は、受信したテーブル又は式を学習用情報として用いることができる。

図８に示されるように、複数のロボット制御装置２０が上位制御システム１００に接続されていてもよい。上位制御システム１００の例は、生産管理システム、出荷管理システム、ロボット用管理システム、部門管理システム等であり得る。複数の上位制御システムが他の上位制御システムである中央管理システム２００等に接続されていてもよい。複数のロボット制御装置２０と上位制御システムとによって管理システムが形成される。

上位制御システム１００および中央管理システム２００は、それぞれ、プロセッサ等を有する制御部と、表示装置と、不揮発性ストレージ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有する記憶部と、キーボード、タッチパネル、操作盤等である入力装置等を備えている。
学習によって得られたテーブル又は式が、ロボット制御装置２０から上位制御システム１００又は中央管理システム２００に必要な情報と共に送られてもよい。必要な情報は、当該テーブル又は式の作成に関連するロボット１０および搬送装置２の仕様、移動量検出装置５０の仕様、ハンド３０の仕様、物品Ｏの情報等である。

上位制御システム１００又は中央管理システム２００は、同一又は同種のロボット１０、同種の移動量検出装置５０、および同種の搬送装置２の仕様に関する複数のテーブル又は式を用いて学習を行い、新たなテーブル又は式を作成することができる。
上位制御システム１００又は中央管理システム２００は、作成したテーブル又は式をロボット制御装置２０に送信する。
ロボット制御装置２０は、受信したテーブル又は式を追従制御に用いることができる。また、他のロボット制御装置２０は、当該ロボット制御装置２０が学習を行う時に、受信したテーブル又は式を学習用情報として用いることもできる。

なお、ロボット制御装置２０、上位制御システム１００、又は中央管理システム２００は、作成したテーブル又は式を、学習機能を持たないロボット制御装置に送信することも可能である。これにより、学習機能を持たないロボット制御装置およびそのロボットハンドによる追従制御時の異常の原因特定等が容易になる。

１ ロボットシステム
２ 搬送装置
２ａ モータ
２ｂ 作動位置検出装置（移動量検出装置）
１０ ロボット
１１ サーボモータ
２０ ロボット制御装置
２１ 制御部
２２ 表示装置
２３ 記憶部
２３ａ システムプログラム
２３ｂ 動作プログラム
２３ｃ トラッキングプログラム
２３ｄ 移動量異常対応プログラム
２４ サーボ制御器
２５ サーボ制御器
２６ 入力部
２７ 送受信部
３０ ハンド
３１ サーボモータ
４０ 検出装置
５０ 移動量検出装置
５１ ローラ
５２ 回転計
Ｏ 物品（対象）

Claims (4)

1. 搬送装置によって対象を移動している最中に、前記搬送装置による前記対象の移動量を検出する移動量検出装置の検出結果を用いてロボットを前記対象に追従させるロボット制御装置であって、
   前記移動量検出装置の検出結果に基づき計算される前記対象の速度、加速度、および加加速度の何れか一つの値又はパターンが所定の基準から外れると、所定の報知又は前記ロボットの停止を行う、ロボット制御装置。
2. 前記基準は、前記ロボットの運用時の前記速度、前記加速度、又は前記加加速度に基づき算出されるものであり、又はユーザが設定したものである、請求項１に記載のロボット制御装置。
3. 前記移動量検出装置の検出結果又は前記速度、前記加速度、および前記加加速度の何れか一つである検出結果関連データを蓄積する記憶部を備え、
   ユーザの入力に基づき前記記憶部に蓄積されている前記検出結果関連データに基づく表示を行う、請求項１又は２に記載のロボット制御装置。
4. 管理システムであって、
   請求項１〜３の何れかに記載のロボット制御装置と、
   前記ロボット制御装置から前記移動量検出装置の検出結果又は前記速度、前記加速度、および前記加加速度の何れか一つである検出結果関連データを受付ける上位制御装置と、を備え、
   前記上位制御装置が、受付けた前記検出結果関連データを少なくとも用いて前記基準を決定する、管理システム。

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