JP2020138293A - ロボットシステムおよび制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容易かつ正確にコネクターを把持することができるロボットシステムおよび制御方法を提供すること。【解決手段】アームを有するロボットと、前記ロボットの作動を制御する制御部と、前記アームに接続され、一端にコネクターが設けられているケーブルを把持する把持部と、前記把持部と前記コネクターとの接触を検出する検出部と、を備え、前記制御部は、前記把持部に対して、前記ケーブルの前記ケーブルの太さ方向への移動を規制するように前記ケーブルを把持する第１把持を行わせ、前記第１把持を行った状態で、前記把持部を前記コネクターに向かって移動させ、前記検出部の検出結果に基づいて、前記把持部の移動を停止し、前記把持部で前記コネクターを把持させる第２把持を行わせることを特徴とするロボットシステム。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットシステムおよび制御方法に関する。

例えば特許文献１には、多関節ロボットと、多関節ロボットを制御するコントローラーと、を備えるロボットシステムが開示されている。この特許文献１に記載の多関節ロボットには、ケーブルの一端部に装着されたコネクターを把持するエンドエフェクターが装着される。また、特許文献１では、エンドエフェクターがコネクターを把持する際、コネクターの画像を予め撮像部で撮像し、その撮像結果に基づいてエンドエフェクターを移動させてコネクターを把持する。

特開２０１４−２３１１１０号公報

しかしながら、上記のような方法では、撮像し、その撮像結果からコネクターを特定するのに時間がかかる。さらに、撮像部の撮像精度や画質等によっては、エンドエフェクターが正確にコネクターを把持することができなくなるおそれがある。

本発明は、前述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下により実現することが可能である。

本適用例のロボットシステムは、アームを有するロボットと、
前記ロボットの作動を制御する制御部と、
前記アームに接続され、一端にコネクターが設けられているケーブルを把持する把持部と、
前記把持部と前記コネクターとの接触を検出する検出部と、を備え、
前記制御部は、
前記把持部に対して、前記ケーブルの前記ケーブルの太さ方向への移動を規制するように前記ケーブルを把持する第１把持を行わせ、
前記第１把持を行った状態で、前記把持部を前記コネクターに向かって移動させ、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記把持部の移動を停止し、
前記把持部で前記コネクターを把持させる第２把持を行わせることを特徴とする。

本適用例の制御方法は、アームを有するロボットと、
前記アームに接続され、一端にコネクターが設けられているケーブルを把持する把持部と、
前記把持部と前記コネクターとの接触を検出する検出部と、を備えるロボットシステムの制御方法であって、
前記把持部で、前記ケーブルの前記ケーブルの太さ方向への移動を規制するように前記ケーブルを把持する第１把持を行うステップと、
前記第１把持を行った状態で、前記コネクターに向かって移動するステップと、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記把持部の移動を停止するステップと、
前記把持部で前記コネクターを把持する第２把持を行うステップと、を有することを特徴とする。

第１実施形態に係るロボットシステムを示す図である。 図１に示すロボットの概略図である。 ロボットシステムを示すブロック図である。 制御装置によるロボットの制御方法を示すフロー図である。 図４に示す姿勢調整ステップの詳細なフロー図である。 図１に示すロボット（第１ロボット）に装着されたハンド（第１把持部）を示す平面図である。 図１に示すロボット（第１ロボット）に装着されたハンド（第１把持部）を示す平面図である。 図１に示すロボット（第１ロボット）に装着されたハンド（第１把持部）を示す側面図である。 図１に示すロボット（第１ロボット）に装着されたハンド（第１把持部）を示す側面図である。 図１に示すロボット（第２ロボット）に装着されたハンド（第２把持部）を示す斜視図である。 図１に示すロボット（第２ロボット）に装着されたハンド（第２把持部）を示す斜視図である。 図１に示すロボットシステムの作動状態を説明するための側面図である。 図１に示すロボットシステムの作動状態を説明するための平面図である。 図１に示すロボットシステムの作動状態を説明するための側面図である。 図１に示すロボットシステムの作動状態を説明するための平面図である。 姿勢調整ステップを示す状態説明図である。 姿勢調整ステップを示す状態説明図である。 姿勢調整ステップを示す状態説明図である。 姿勢調整ステップを示す状態説明図である。 姿勢調整ステップを示す状態説明図である。 姿勢調整ステップを示す状態説明図である。 図１に示すロボットシステムの作動状態を説明するための側面図である。 図１に示すロボットシステムの作動状態を説明するための平面図である。 図１に示すロボットシステムの作動状態を説明するための側面図である。 図１に示すロボットシステムの作動状態を説明するための平面図である。 図１に示すロボットシステムの作動状態を説明するための側面図である。 図１に示すロボットシステムの作動状態を説明するための平面図である。 第２実施形態に係るロボットシステムが備えるロボットの把持部を示す図である。 ロボットシステムについてハードウェアを中心として説明するためのブロック図である。 ロボットシステムのハードウェアを中心とした変形例１を示すブロック図である。 ロボットシステムのハードウェアを中心とした変形例２を示すブロック図である。

以下、本発明のロボットシステムおよび制御方法を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

なお、図１では、互いに直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸）を図示している。また、以下では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」とも言い、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」とも言い、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」とも言う。また、以下では、図示された各矢印の先端側を「＋（プラス）」、基端側を「−（マイナス）」と言う。また、Ｚ軸方向は「鉛直方向」と一致しており、Ｘ−Ｙ平面に平行な方向は「水平方向」と一致している。また、Ｚ軸の＋（プラス）側を「上方」とし、Ｚ軸の−（マイナス）側を「下方」とする。なお、図２では、力検出部１２０の図示を省略している。

＜第１実施形態＞
［ロボットシステム］
図１および図２に示すロボットシステム１００は、例えば、基板９１に形成された挿入孔９１１にコネクター９３を挿入する作業を行うのに用いられるものであり、第１ロボットであるロボット１Ａと、第２ロボットであるロボット１Ｂと、ロボット１Ａおよびロボット１Ｂの駆動を制御する制御装置５と、を有する。

また、ロボットシステム１００は、その他、図３に示すように、モニターを有する表示装置４０１と、例えばマウスやキーボード等で構成された操作機器としての入力装置４０２とがそれぞれ通信可能に接続されている。

図１に示すように、基板９１は、矩形をなしており、図示しない作業台上に載置されている。また、基板９１の上面、すなわち、＋Ｚ軸側の面には、可撓性を有するケーブル９２が設けられている。ケーブル９２の一端部には、コネクター９３が装着されており、他端部は、基板９１に固定された固定端となっている。この固定部分は、−Ｘ軸側でかつ−Ｙ軸側の角部側に偏在している。一方、ケーブル９２の一端部、すなわち、コネクター９３側の端部は、自由端となっている。ケーブル９２は、例えば、可撓性を有する長尺状のＦＰＣ（Flexible Printed Circuits：フレキシブルプリント基板）またはＦＦＣ（Flexible Flat Cable：フレキシブルフラットケーブル）である。

このコネクター９３は、多面体であり、一例として６面体である場合を図示している。このコネクター９３は、ロボット１Ａによって、基板９１の＋Ｙ軸側の側面に設けられた挿入孔９１１に挿入される。そして、その挿入状態では、ケーブル９２と、基板９１の図示しない回路とが、挿入孔９１１内の図示しない端子を介して電気的に接続される。なお、挿入孔９１１が形成されている位置に関しては、上記に限定されず、例えば、基板９１の＋Ｚ軸側の側面であってもよい。

≪ロボット１Ａおよびロボット１Ｂ≫
まず、ロボット１Ａおよびロボット１Ｂについて説明するが、ロボット１Ａおよびロボット１Ｂは、設置位置および先端部の構成が異なること以外は、略同じ構成であるため、以下では、これらの共通点を、ロボット１Ａを用いて代表的に説明し、その後、相違点について説明する。

図１および図２に示すように、ロボット１Ａおよびロボット１Ｂは、いわゆる６軸の垂直多関節ロボットであり、基台１１０と、基台１１０に接続されたロボットアーム１０とを有する。なお、ロボット１Ａおよびロボット１Ｂは、それぞれが単腕型の多関節ロボットであるが、これに限定されず、例えば、これらのうちの一方、または双方がスカラロボットであってもよく、ロボット１Ａおよびロボット１Ｂが一体化したいわゆる双腕型の多関節ロボットであってもよい。

基台１１０は、ロボット１Ａを任意の設置箇所に取り付ける部分である。本実施形態では、基台１１０は、例えば床等に設置されている。なお、基台１１０の設置箇所は、床等に限定されず、例えば、壁、天井、移動可能な台車上等であってもよい。

図１および図２に示すように、ロボットアーム１０は、アーム１１、アーム１２、アーム１３、アーム１４、アーム１５、アーム１６を有する。これらアーム１１〜アーム１６は、基端側から先端側に向かってこの順に連結されている。アーム１１〜アーム１６は、隣り合うアームまたは基台１１０に対して回動可能になっている。ここで、図１に示すように、アーム１６は、円盤状をなし、アーム１５に対して軸Ｏ６回りに回動可動になっている。また、図２に示すように、本実施形態では、アーム１６の先端面の中心を所定点と言う。

なお、ロボット１Ａのロボットアーム１０が第１アームを構成し、ロボット１Ｂのロボットアームが第２アームを構成する。

また、図１に示すように、ロボットアーム１０には、ケーブル９２またはコネクター９３を把持する把持部または第１把持部であるハンド１７を取り付けることができる。例えば、ロボットアーム１０は、ネジ止め、ボルト止め等でハンド１７を装着するために用いる雌ネジまたは雄ネジを有する構成、あるいは、フック、Ｌ字溝のような係合部を有する図示しない取付部を有する。これにより、ハンド１７を適切な位置に簡単に取り付けることができる。ハンド１７の構成については、後に詳述する。

また、アーム１６とハンド１７との間には、図１に示すように、力検出部１２０がこれらに対して着脱可能に設けられている。力検出部１２０は、ハンド１７に加わる力を検出する。なお、この力には、モーメントも含まれる。力検出部１２０は、例えば、６軸力覚センサーや３軸力覚センサー等で構成されている。また、力検出部１２０は、検出した力検出情報を制御装置５へ出力する。この力検出部１２０は、後述するように、ハンド１７とコネクター９３との接触を検出する検出部として機能する。この検出部としての力検出部１２０が、力覚センサーであることにより、後述するように、ハンド１７が第２把持を行ったのを迅速かつ精度よく検出することができる。よって、ケーブル９２に過剰な張力が加わるのを防止または抑制することができる。なお、検出部としては、力検出部１２０に限定されず、例えば、感圧センサーや近接センサーを用いてコネクター９３とハンド１７の接触を検出する構成等であってもよい。

図３に示すように、ロボット１Ａは、一方のアームを他方のアームまたは基台１１０に対して回動させるモーターおよび減速機等を備える駆動部１３０を有する。モーターとしては、例えば、ＡＣサーボモーター、ＤＣサーボモーター等のサーボモーターを用いることができる。減速機としては、例えば、遊星ギア型の減速機、波動歯車装置等を用いることができる。また、ロボット１Ａは、モーターまたは減速機の回転軸の回転角度を検出する角度センサーである位置センサー１４０を有する。位置センサー１４０は、例えばロータリーエンコーダー等を用いることができる。また、駆動部１３０および位置センサー１４０は、例えばアーム１１〜アーム１６のそれぞれに設けられており、本実施形態では、ロボット１Ａは、６つの駆動部１３０および６つの位置センサー１４０を有する。また、各駆動部１３０は、例えばロボット１Ａに内蔵された図示しないモータードライバーを介して制御装置５に電気的に接続されている。また、各位置センサー１４０も制御装置５に電気的に接続されている。

≪ハンド１７≫
図１に示すように、ロボット１Ａのロボットアーム１０の先端部には、ハンド１７が装着されている。ハンド１７は、一端にコネクター９３が設けられているケーブル９２を把持する機能を有する。また、ハンド１７は、アーム１６の回転により、軸Ｏ６回りに回転することができる。

図６および図７に示すように、ハンド１７は、互いに接触および離間可能に構成された一対の挟持片１７１と、コネクター９３と接触した際にコネクター９３の姿勢を調整する姿勢調整部１７２と、を有する。各挟持片１７１は、図示しない駆動部に接続されており、この駆動部は、制御装置５と電気的に接続され、その作動が制御される。

各挟持片１７１は、爪部であり、それぞれ、対向する部分に切り欠き１７３が形成されている。図６に示すように、各挟持片１７１が接触した状態では、各切り欠き１７３が合わさることにより、各挟持片１７１によって画成された画成空間１７４を形成する。一方、図７に示すように、各挟持片１７１が離間した状態では、図６に示す画成空間１７４が解放する。この解放した状態、すなわち、各挟持片１７１が離間した状態では、各挟持片１７１の間を、これらの長手方向に沿ってケーブル９２が相対的に移動することができる。

そして、ケーブル９２が切り欠き１７３の位置まで来たときに、図６に示すように各挟持片１７１を接近させて接触させることにより、画成空間１７４内にケーブル９２が収納される。この状態では、ケーブル９２は、画成空間１７４を挿通し、かつ、画成空間１７４の外側に移動するのが規制された状態、すなわち、ケーブル９２の径方向に移動するのが規制された状態となる。

なお、ケーブル９２は、画成空間１７４内では、径方向に移動することができるが、画成空間１７４の外側への移動が規制されているため、本明細書中では、ケーブル９２が画成空間１７４内に位置していることを、ケーブル９２の径方向への移動が規制された状態と言う。すなわち、この状態は、ケーブル９２が挟持片１７１によって把持された状態と言うことができる。なお、この把持を、以下では、「第１把持」と言う。換言すれば、図６や図８に示す状態は、ハンド１７がケーブル９２に対して第１把持を行っている状態である。第１把持を行った状態では、ケーブル９２は、ハンド１７に対して、ケーブル９２の長手方向に移動可能である。

このように、把持部であるハンド１７は、互いに接触または離間する第１爪部および第２爪部である２つの挟持片１７１を有し、各挟持片１７１が接触した状態において、各挟持片１７１は、ケーブル９２を挿通する孔部である画成空間１７４を形成する。これにより、第１把持を行うことができ、後述するような、ケーブル９２に沿って移動させるという動作を行うことができる。また、第１把持を行っている状態では、ケーブル９２に必要以上に挟持力が加わるのが防止または抑制された状態となり、ケーブル９２の損傷を防止または抑制することができる。

また、図６に示すように、孔部である画成空間１７４の横断面積は、ケーブル９２の横断面積よりも大きく、コネクター９３の横断面積またはコネクター９３のケーブル９２側の端面の面積よりも小さい。また、ケーブル９２の太さ方向に直交する方向から見て、第１爪部および第２爪部である２つの挟持片１７１の少なくとも一方と、コネクター９３とは、重なる。これにより、後述するような、第１把持を行ったままケーブル９２に沿って移動させるという動作を素早く行っても、ケーブル９２の損傷をより効果的に防止または抑制することができる。

図８および図９に示すように、姿勢調整部１７２は、各挟持片１７１の一方側からそれぞれ突出形成されたブロック状をなしている。また、姿勢調整部１７２は、画成空間１７４よりも上方、すなわち、ロボットアーム１０側に位置している。また、図６に示すように、各挟持片１７１が接触した状態では、各ブロック体も接触して１つのブロック状をなす。この状態では、姿勢調整部１７２の図６〜図９中の下側の端面、すなわち、ロボットアーム１０とは反対側の端面が１つの平面となる。この平面は、図９に示すように、コネクター９３と接触することによりコネクター９３の移動または回転を規制する規制面１７５として機能する。

なお、各挟持片１７１と姿勢調整部１７２とは、一体的に形成されていてもよく、別体で構成されていてもよい。各挟持片１７１と姿勢調整部１７２とが別体で構成されている場合、姿勢調整部１７２は、１つのブロック体または板材で構成することができる。

図８に示すように、第１把持を行った状態で、ハンド１７がケーブル９２の長手方向に沿ってコネクター９３側に移動することにより、図９に示すように、コネクター９３が各挟持片１７１と姿勢調整部１７２とに接触する。この接触した状態では、挟持片１７１のうち姿勢調整部１７２側の面と、姿勢調整部１７２の規制面１７５によって、コネクター９３は、ケーブル９２の長手方向に沿った方向への移動と、ケーブル９２の長手方向に沿った軸、または、画成空間１７４の中心軸回りの回転が規制される。これにより、この状態では、コネクター９３は、ハンド１７によって把持された状態となる。なお、この把持を、以下では、「第２把持」と言う。換言すれば、図９に示す状態は、ハンド１７がコネクター９３に対して第２把持を行っている状態である。

また、ハンド１７の先端、すなわち、挟持片１７１の先端には、ツールポイントが設定され、ロボット１Ａには、このツールポイントを原点とした先端座標系が設定されている。

≪ハンド１８≫
図１に示すように、ロボット１Ｂのロボットアーム１０の先端部には、ハンド１８が装着されている。また、ハンド１８は、アーム１６の回転により、軸Ｏ６回りに回転することができる。ハンド１８は、ハンド１７によって第２把持が行われているコネクター９３を把持して、コネクター９３を回転させてコネクター９３の姿勢を調整する機能を有する第２把持部である。本実施形態では、図１０および図１１に示すように、ハンド１８は、互いに接触および離間可能に構成された一対の挟持片１８１を有する。

各挟持片１８１は、図示しない駆動部に接続されており、この駆動部は、制御装置５と電気的に接続され、その作動が制御される。また、各挟持片１８１が接触する方向に接近することによりこれらの間でコネクター９３を把持することができる。各挟持片１８１が互いに離間することにより、コネクター９３の把持を解除することができる。

なお、図示の構成では、ハンド１８は、一対の挟持片１８１によりコネクター９３を把持する構成であったが、これに限定されず、３本以上の挟持片でコネクター９３を把持する構成であってもよく、吸引によりコネクター９３を把持する構成であってもよい。

また、ハンド１８の先端、すなわち、挟持片１８１の先端には、ツールポイントが設定され、ロボット１Ｂには、このツールポイントを原点とした先端座標系が設定されている。

≪撮像部１９≫
図１、図１０および図１１に示すように、撮像部１９は、ロボット１Ｂのロボットアーム１０の先端部に設けられている。撮像部１９は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等を用いることができる。この撮像部１９は、ハンド１８の各挟持片１８１よりも退避した状態、すなわち、ロボットアーム１０側に位置している。これにより、各挟持片１８１がコネクター９３を把持する際、コネクター９３と干渉するのを防止しやすくなる。

また、撮像部１９は、その先端部、すなわち、レンズの外周部に光源１９１を有する。これにより、ロボット１Ａおよびロボット１Ｂが作業を行う空間が比較的暗かったり、前記空間に設置された照明の位置によってコネクター９３がロボット１Ａの陰に入ったとしても、コネクター９３の撮像を良好かつ鮮明に行うことができる。

また、撮像部１９は、制御装置５と電気的に接続されており、その撮像結果、すなわち、画像が制御装置５に送信される。なお、ここで言う画像には、静止画および動画が含まれる。なお、撮像部１９は、ＣＣＤカメラに限定されず、分光カメラであってもよい。この場合、分光データ、すなわち、分光スペクトルが制御装置５に送信される。

また、撮像部１９が出力する画像には、画像座標系が設定されている。前述したハンド１７の先端座標系と、ハンド１８の先端座標系と、画像座標系とは、それぞれが対応付けられた状態、すなわち、キャリブレーションが済んでいる状態である。

≪制御装置≫
図４に示すように、制御装置５は、ロボット１Ａおよびロボット１Ｂ等の駆動を制御する機能を有し、ロボット１Ａおよびロボット１Ｂに対して通信可能に接続されている。なお、これらは、それぞれ、有線接続であってもよいし、無線接続であってもよい。また、図示の構成では、制御装置５は、ロボット１Ａおよびロボット１Ｂとは異なる位置に配置されているが、ロボット１Ａおよびロボット１Ｂのうちの一方に内蔵されていてもよく、双方にそれぞれ内蔵されていてもよい。

また、制御装置５には、図示しないモニターを備える表示装置４０１と、例えば、キーボード、マウス、ティーチングペンダント等を有する入力装置４０２とが接続されている。

図４に示すように、制御装置５は、プロセッサーを備える制御部５１と、メモリー等を備える記憶部５２と、外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）を備える外部入出力部５３と、を含む。制御装置５の各構成要素は、種々のバスを介して相互通信可能に接続されている。

制御部５１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーを備え、記憶部５２に記憶された各種プログラム等を実行する。これにより、ロボット１Ａおよびロボット１Ｂの駆動の制御や各種演算および判断等の処理を実現できる。

記憶部５２には、制御部５１により実行可能な各種プログラム、例えば、後述する制御方法を実行するためのプログラムや、制御動作中に用いる基準データ、閾値、検量線等が記憶されている。また、記憶部５２には、外部入出力部５３で受け付けた各種データの記憶が可能である。記憶部５２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリーや、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー等を含んで構成されている。なお、記憶部５２は、非着脱式に限らず、着脱式の外部記憶装置（図示せず）を有する構成であってもよい。また、記憶部５２は、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークを介して別の場所に設置されていてもよい。

外部入出力部５３は、外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）を備え、ロボット１Ａ、ロボット１Ｂ、表示装置４０１および入力装置４０２等の各接続のために用いられる。また、外部入出力部５３は、撮像部１９からの画像に関する情報を受け付ける受付部として機能する。

なお、制御装置５は、前述した構成に加えて、さらに他の構成が付加されていてもよい。また、記憶部５２に保存されている各種プログラムやデータ等は、予め記憶部５２に記憶されたものであってもよいし、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に格納されており、この記録媒体から提供されたものでもよいし、ネットワーク等を介して提供されたものであってもよい。

ここで、制御装置５は、ロボットアーム１０を駆動する制御動作として、位置制御と、力制御とを行うことができる。

位置制御は、例えばツールポイントが所定の座標に位置するようにロボット１Ａまたはロボット１Ｂを駆動する制御のことを言う。すなわち、位置制御は、目標の位置情報と、ツールポイントの位置情報に基づいてロボット１Ａまたはロボット１Ｂを駆動する制御のことを言う。このような位置制御は、目標位置までの経路に障害物が無い前提で行う制御であり、力制御よりも速い速度でロボットアームを移動させることができ、迅速な作業に寄与する。なお、位置制御におけるロボット１Ａまたはロボット１Ｂの速度は、一定であってもよく、一定でなくてもよい。

力制御は、力検出部１２０の検出結果に基づいてロボット１Ａまたはロボット１Ｂを駆動する制御のことを言う。力制御には、例えば、インピーダンス制御と、フォーストリガー制御とが含まれている。

フォーストリガー制御では、力検出部１２０により力検出を行い、その力検出部１２０により所定の力を検出するまで、ロボット１Ａまたはロボット１Ｂに移動や姿勢の変更の動作をさせる。

インピーダンス制御は、倣い制御を含む。まず、簡単に説明すると、インピーダンス制御では、ロボットアーム１０の先端部やハンド１７またはハンド１８に加わる力を可能な限り所定の力に維持、すなわち、力検出部１２０により検出される所定方向の力を可能な限り目標値に維持するようにロボット１Ａまたはロボット１Ｂの動作を制御する。

［制御方法］
次に、主に図４、図５および図１２〜図２７を参照しつつ制御装置５が行う制御動作について説明する。

なお、以下の説明では、ハンド１７のツールポイントを所定位置に移動させることを、「ハンド１７を所定位置に移動させる」または「ロボット１Ａを所定位置に移動させる」と言う。

本制御方法は、ロボット１Ａおよびロボット１Ｂを用いて行う制御方法であり、［１］準備ステップと、［２］第１把持ステップと、［３］移動ステップと、［４］第２把持ステップと、［５］撮像ステップと、［６］姿勢調整ステップと、［７］挿入ステップと、［８］固定ステップと、を有する。

［１］準備ステップ
準備ステップは、ハンド１７が装着されたロボット１Ａと、ハンド１８および撮像部１９が装着されたロボット１Ｂと、を準備するステップである。ここで「準備」とは、前述した各座標系キャリブレーション等、ロボットシステム１００が接続作業を行うのに際し、ロボットシステム１００を動作可能な状態に立ち上げるまでのことを言う。

また、準備ステップでは、図１２および図１３に示すように、ロボット１Ｂを駆動してハンド１８および撮像部１９を基板９１の＋Ｘ軸側でかつ＋Ｚ軸側に移動させておき、ハンド１８および撮像部１９が−Ｘ軸側を向いた状態としておくのが好ましい。これにより、［５］撮像ステップおよび［６］姿勢調整ステップを円滑に行うことができる。なお、この移動は、［１］準備ステップ〜［４］第２把持ステップのうちのいずれかと同時に行わせてもよい。

［２］第１把持ステップ
図１２および図１３に示す第１把持ステップは、ハンド１７に対して、ケーブル９２がケーブル９２の径方向に移動するのを規制するようにケーブル９２を把持する第１把持を行わせるステップである。具体的には、図１３に示すように、ハンド１７を位置Ｐ１に移動させて、各挟持片１７１が離間した状態でケーブル９２に向って、すなわち、位置Ｐ２に向って下降させる。その後、各挟持片１７１を接近させて接触することにより、画成空間１７４内にケーブル９２を収納し、ハンド１７が第１把持を行った状態とする。

位置Ｐ１および位置Ｐ２は、予め記憶部５２に記憶された座標であり、この座標は、作業者が入力してもよく、撮像部１９で予め撮像した画像に基づいて特定された座標であってもよい。本実施形態では、位置Ｐ１は、ケーブル９２の固定端の近傍の任意の座標であり、位置Ｐ２は、位置Ｐ１の−Ｚ軸側の座標である。

すなわち、把持部であるハンド１７が第１把持を行う部分は、ケーブル９２のうち、固定端側に偏在した部分である。さらに換言すれば、ケーブル９２の一端からハンド１７が第１把持を行う部分までの距離は、ケーブル９２の他端からハンド１７が第１把持を行う部分までの距離よりも大きい。固定端の位置は予め決まっており、ケーブル９２のうち固定端の近傍は、コネクター９３の基板９１上での位置によらず略定められた位置に位置している。このため、第１把持を行うまでのハンド１７の移動を、位置制御を用いて制御することができる。よって、第１把持を迅速に行うことができるとともに、高い確度で第１把持を行うことができる。

［３］移動ステップ
図１４および図１５に示すように、移動ステップは、第１把持を行った状態で、ハンド１７をケーブル９２に沿ってコネクター９３側に向って移動させる。本ステップでは、本ステップの後に行う撮像ステップを迅速に行うために、ハンド１７を、撮像部１９の−Ｘ軸側の近傍の位置Ｐ３に向って移動させる。この移動経路は、直線であってもよく、円弧状であってもよい。

なお、本実施形態では、ハンド１７を位置Ｐ２から位置Ｐ３に移動させる際、位置Ｐ３の直前の位置Ｐ４までは、位置制御により移動させて、位置Ｐ４から位置Ｐ３までは、力制御により移動させる。すなわち、制御装置５は、第１把持を行った状態で、把持部であるハンド１７をコネクター９３に向かって移動させる際、位置制御で移動させる区間を含む。これにより、位置制御により迅速な移動を行うことができる。

また、位置Ｐ４は、位置Ｐ２と位置Ｐ３との間の移動経路上に設定されている。位置Ｐ３および位置Ｐ４は、予め記憶部５２に記憶された座標である。また、位置Ｐ４は、位置Ｐ２と位置Ｐ３との間の移動経路において、位置Ｐ３側に偏在しているのが好ましい。これにより、ハンド１７を、より迅速に位置Ｐ３に移動させることができる。ハンド１７の移動経路において、位置Ｐ４〜位置Ｐ３までの距離は、位置Ｐ２〜位置Ｐ４までの距離の５％未満であるのが好ましい。これにより、上記効果をより顕著に発揮することができる。

コネクター９３の基板上の位置に応じてケーブル９２の位置、すなわち、撓み具合が変わってくるが、前述したように、第１把持を行った状態では、ケーブル９２が、画成空間１７４の外側に移動するのが規制されている。これにより、ケーブル９２は、ハンド１７が通過した後の部分においては、ハンド１７の移動経路に略沿って延在することとなる。また、位置Ｐ２から位置Ｐ４まで位置制御によりハンド１７を移動させる際、図６に示すように、画成空間１７４の面積は、ケーブル９２の横断面積よりも大きいため、ケーブル９２と挟持片１７１との接触機会を十分に低減することができ、ケーブル９２の損傷を防止または抑制することができる。

そして、位置Ｐ４までハンド１７を移動させると、前述した力制御に切り替える。この力制御は、位置制御におけるハンド１７の移動速度よりは遅い移動速度でハンド１７を移動させつつ力検出部１２０による力検出を行うモードである。このため、位置Ｐ３に向っているときに、ハンド１７とコネクター９３とが接触してハンド１７がコネクター９３を把持したと判断した場合、即座にハンド１７の移動を停止することができ、ケーブル９２に過剰に張力がかかるのを防止または抑制することができる。

なお、本実施形態では、移動ステップは、ハンド１７とコネクター９３とが接触する直前までとする。

［４］第２把持ステップ
第２把持ステップは、図９、図１４および図１５に示すように、力検出部１２０の検出結果に基づいて、ハンド１７の移動を停止し、ハンド１７でコネクター９３を把持させる第２把持を行うステップである。第１把持を行っているハンド１７を位置Ｐ３に向って力制御により移動させていると、ハンド１７とコネクター９３とが接触する。ハンド１７がコネクター９３と接触した際に受ける力、すなわち、力検出部１２０が検出した力が所定値に達すると、ハンド１７の移動を停止する。

この際、図９に示すように、挟持片１７１のうち姿勢調整部１７２側の面と、姿勢調整部１７２の規制面１７５によって、コネクター９３は、ケーブル９２の長手方向に沿った方向への移動と、ケーブル９２の長手方向に沿った軸、または、画成空間１７４の中心軸回りの回転が規制される。これにより、第２把持を行うことができる。

このように、ハンド１７が第１把持および第２把持を順次行うことにより、コネクター９３を安定的にかつ簡単な方法で把持を行った状態とすることができる。従来では、例えば、撮像部によって基板全体を撮像し、基板のどの位置にコネクターが配置されているかを特定して、その位置にハンドを移動させてハンドで把持を行っていた。このような従来の方法では、例えば、部屋の明るさや撮像する向き等の撮像条件によっては、良好な画像が撮像できず、コネクターの位置の特定が困難であった。さらに、従来の方法では、画像中のコネクターを特定するという処理を行う必要があり、処理が複雑であった。すなわち、従来の方法では、容易かつ正確にコネクターを把持するのが難しい。これに対し、本発明では、ハンド１７が第１把持および第２把持を順次行うという簡単な方法によって、従来のような複雑な処理を行う必要が無く、また、正確にコネクターを把持することができる。以上より、本発明によれば、容易かつ正確にコネクターを把持することができる。

なお、この第２把持を行っている状態では、コネクター９３のどの面が姿勢調整部１７２に接触しているかは、毎回ランダムである。すなわち、ハンド１７が第２把持を行っている状態では、コネクター９３の、ケーブル９２の周方向の姿勢が適正であるかが分からない。

［５］撮像ステップ
撮像ステップは、図１４および図１５に示すように、ハンド１７が第２把持を行っているコネクター９３を撮像部１９で撮像するステップである。また、位置Ｐ３では、ハンド１７に把持されたコネクター９３は、撮像部１９と同じ高さ、すなわち、Ｚ軸方向の位置がほぼ同じ位置に位置している。これにより、コネクター９３を撮像した際、画像の中央部にコネクター９３が位置することとなる。また、前述したように、撮像ステップを行うに際し、予めハンド１８が図１４および図１５に示す位置に位置しているため、前記第２把持ステップが完了すると、迅速に本ステップに移行することができる。
本ステップで撮像された画像は、制御装置５に送信される。

［６］姿勢調整ステップ
姿勢調整ステップは、第２把持が行われているコネクター９３の姿勢が所望の姿勢ではない場合、ハンド１８を用いてハンド１７に所望の姿勢で把持させるステップである。姿勢調整ステップは、図５に示すように、以下のステップ［６Ａ］〜［６Ｅ］を有する。

ステップ［６Ａ］は、図１６に示すように、ハンド１８に対して、第２把持が行われているコネクター９３を把持させるステップである。すなわち、本ステップでは、ハンド１７およびハンド１８でコネクター９３を把持させる。これにより、ハンド１７およびハンド１８間でコネクター９３を受け渡しするにあたって、コネクター９３が不本意に落下するのを防止することができる。

ステップ［６Ｂ］は、図１７に示すように、ハンド１８がコネクター９３を把持した状態を維持しつつ、ハンド１７をハンド１８から離間する方向に移動させて、ハンド１７が行っている第２把持を解除する。これにより、本ステップを経ると、ハンド１８のみがコネクター９３を把持した状態となる。

ステップ［６Ｃ］は、図１８に示すように、ハンド１８を、軸Ｏ６回りに回転させてコネクター９３の向きを所望の姿勢に調整するステップである。本ステップでは、［５］撮像ステップで得られた撮像結果、すなわち、画像に基づいてハンド１８の回転量を決定する。

具体的には、例えば、撮像した画像における特徴点を複数抽出して、その特徴点の配置を、予め記憶部５２に記憶されている所望の姿勢のコネクター９３の画像における特徴点の配置と比較して回転量を算出する方法を用いることができる。なお、コネクター９３の端面の中心線が、予め記憶部５２に記憶されている画像における中心線と比較してずれ量から回転量を求める方法等、別の方法を用いてもよい。

このようなステップ［６Ｃ］を経て、コネクター９３を所望の姿勢とすることができる。ここで言う所望の姿勢とは、ハンド１７がこの後、コネクター９３を把持した状態で、予め設定されている経路をたどると所望の向きでコネクター９３を挿入孔９１１に挿入することができる姿勢のことを言う。

ステップ［６Ｄ］は、図１９に示すように、ハンド１７に対して、ハンド１８が把持している所望の姿勢のコネクター９３を把持させるステップである。すなわち、本ステップでは、ハンド１７およびハンド１８で所望の姿勢のコネクター９３を把持させる。これにより、ハンド１７およびハンド１８間でコネクター９３を受け渡しするにあたって、コネクター９３が不本意に落下するのを防止することができる。

ステップ［６Ｅ］は、図２０に示すように、ハンド１７がコネクター９３を把持した状態を維持しつつ、ハンド１８をハンド１７から離間する方向に移動させて、ハンド１８が行っている把持を解除する。これにより、本ステップを経ると、ハンド１７のみがコネクター９３を把持した状態、すなわち、第２把持を行っている状態となる。

このような［６Ａ］〜［６Ｅ］を行うことにより、ハンド１７が第２把持を行っている状態から、コネクター９３の姿勢を所望の姿勢に調整し、再度、ハンド１７が第２把持を行っている状態とすることができる。よって、この後の挿入ステップにて、簡単な制御によりコネクター９３を挿入孔９１１に挿入することができる。また、コネクター９３を持ち替えて回転させるという簡単な方法により、ケーブル９２に過剰に張力がかかることなく、姿勢の調整を行うことができる。

なお、撮像した画像において、所望の姿勢であった場合、ステップ［６Ａ］〜［６Ｅ］を省略して、挿入ステップに移行することができる。

また、ステップ［６Ｅ］が完了した後、図２１に示すように、ハンド１８を、軸Ｏ６回りに回転して図１２〜図１５に示す姿勢に戻すとともに、初期位置に移動させる。これにより、次回の撮像ステップを円滑に行うことができる。

［７］挿入ステップは、図２２〜図２５に示すように、コネクター９３を基板９１の挿入孔９１１に挿入するステップである。具体的には、まず、所望の姿勢のコネクター９３に対して第２把持を行っているハンド１７の先端を、図２２中矢印方向に、予め設定された位置Ｐ５まで移動させる。

位置Ｐ５は、基板９１の＋Ｙ軸側で、かつ、挿入孔９１１の中心とＸ軸方向における位置が同じ座標である。そして、コネクター９３の、ケーブル９２側とは反対側の端面が挿入孔９１１に臨むように、ハンド１７を軸Ｏ６回りに回転させる。このような移動および回転は、同時に行ってもよく、順次行ってもよい。これらを順次行う場合、その順番は限定されない。

そして、図２３および図２４に示すように、位置Ｐ５と挿入孔９１１との間に設定された位置Ｐ６に移動させる。なお、位置Ｐ５や位置Ｐ６までのハンド１７の移動は、位置制御により行うが、位置Ｐ６まで移動した後は、力制御によりハンド１７を挿入孔９１１側に移動させる。そして、コネクター９３の挿入孔９１１への挿入が完了した際にハンド１７に加わる力、すなわち、力検出部１２０が検出した力が所定値に達すると、ハンド１７の移動を停止させる。

なお、本ステップで用いる所定値は、予め記憶部５２に記憶されている値であり、前述したように、第２把持を行う際に、ハンド１７とコネクター９３との接触を検出するために用いた値とは別の値である。

以上のステップを経て、図２５に示すように、コネクター９３の挿入孔９１１への挿入が完了する。

［８］固定ステップは、図２６および図２７に示すように、ケーブル９２の長手方向の途中を基板９１に対して固定するステップである。本実施形態では、ケーブル９２の長手方向の２か所を基板９１に対して固定する。ここで、基板９１には、固定部９１２および固定部９１３が設けられている。この固定部９１２および固定部９１３は、例えば、溝や、一対の突起等である。

固定部９１２には、位置Ｐ７が設定されており、固定部９１３には、位置Ｐ８が設定されている。位置Ｐ７および位置Ｐ８は、予め記憶部５２に記憶された座標であり、この座標は、作業者が入力してもよく、撮像部１９で予め撮像した画像に基づいて特定された座標であってもよい。

そして、図２７に示すように、ハンド１７を位置Ｐ７に移動させることにより、ハンド１７の先端がケーブル９２を固定部９１２に押し付けて固定することができる。その後にハンド１７を位置Ｐ８に移動させることにより、ハンド１７の先端がケーブル９２を固定部９１３に押し付けて固定することができる。

以上のステップを経て、図２７に示すように、コネクター９３が挿入孔９１１に挿入され、かつ、ケーブル９２の長手方向の途中を基板９１に固定することができ、ロボットシステム１００の作業が完了する。

以上説明したように、ロボットシステム１００は、アームであるロボットアーム１０を有するロボット１Ａと、ロボット１Ａの作動を制御する制御部５１と、ロボットアーム１０に接続され、一端にコネクター９３が設けられているケーブル９２を把持する把持部であるハンド１７と、ハンド１７とコネクター９３との接触を検出する検出部である力検出部１２０と、を備えている。また、制御部５１は、ハンド１７に対して、ケーブル９２のケーブル９２の太さ方向への移動を規制するようにケーブル９２を把持する第１把持を行わせ、第１把持を行った状態で、ハンド１７をコネクター９３に向かって移動させ、力検出部１２０の検出結果に基づいて、ハンド１７の移動を停止し、ハンド１７でコネクター９３を把持させる第２把持を行わせる。

また、ロボットシステム１００の制御方法は、アームであるロボットアーム１０を有するロボット１Ａと、ロボットアーム１０に接続され、一端にコネクター９３が設けられているケーブル９２を把持する把持部であるハンド１７と、ハンド１７とコネクター９３との接触を検出する検出部である力検出部１２０と、を備えるロボットシステム１００の制御方法である。そして、この制御方法は、ハンド１７で、ケーブル９２のケーブル９２の太さ方向への移動を規制するようにケーブル９２を把持する第１把持を行わせるステップと、第１把持を行った状態で、ハンド１７をコネクター９３に向かって移動させるステップと、力検出部１２０の検出結果に基づいて、ハンド１７の移動を停止するステップと、ハンド１７でコネクター９３を把持させる第２把持を行わせるステップと、を有する。

このような本発明によれば、前述したように、ハンド１７が第１把持および第２把持を順次行うという簡単な方法によって、従来のような複雑な処理を行う必要が無く、また、正確にコネクターを把持することができる。以上より、本発明によれば、容易かつ正確にコネクターを把持することができる。

＜第２実施形態＞
以下、図２８を参照して本発明のロボットシステムの第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

図２８に示すように、本実施形態では、ハンド１７は、挟持片１７１の姿勢調整部１７２とは反対側に設けられた板状またはブロック状の案内片１７６を有する。案内片１７６は、ハンド１７が第１把持を行う際、ケーブル９２と接触してケーブル９２の姿勢を調整しつつ、挟持片１７１の間に案内する機能を有する。

このような本実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られ、さらに、第１把持をより安定的に行うことができる。

＜ロボットシステムの他の構成例＞
図２９は、ロボットシステムについてハードウェアを中心として説明するためのブロック図である。

図２９には、ロボット１Ａおよびロボット１Ｂとコントローラー６１とコンピューター６２が接続されたロボットシステム１００Ａの全体構成が示されている。ロボット１の制御は、コントローラー６１にあるプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出して実行されてもよいし、コンピューター６２に存在するプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出してコントローラー６１を介して実行されてもよい。

従って、コントローラー６１とコンピューター６２とのいずれか一方または両方を「制御装置」として捉えることができる。

＜変形例１＞
図３０は、ロボットシステムのハードウェアを中心とした変形例１を示すブロック図である。

図３０には、ロボット１Ａおよびロボット１Ｂに直接コンピューター６３が接続されたロボットシステム１００Ｂの全体構成が示されている。ロボット１Ａおよびロボット１Ｂの制御は、コンピューター６３に存在するプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出して直接実行される。
従って、コンピューター６３を「制御装置」として捉えることができる。

＜変形例２＞
図３１は、ロボットシステムのハードウェアを中心とした変形例２を示すブロック図である。

図３１には、コントローラー６１が内蔵されたロボット１Ａおよびロボット１Ｂとコンピューター６６が接続され、コンピューター６６がＬＡＮ等のネットワーク６５を介してクラウド６４に接続されているロボットシステム１００Ｃの全体構成が示されている。ロボット１Ａおよびロボット１Ｂの制御は、コンピューター６６に存在するプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出して実行されてもよいし、クラウド６４上に存在するプロセッサーによりコンピューター６６を介してメモリーにある指令を読み出して実行されてもよい。

従って、コントローラー６１とコンピューター６６とクラウド６４とのいずれか１つ、または、いずれか２つ、または、３つを「制御装置」として捉えることができる。

以上、本発明のロボットシステムおよび制御方法を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

また、前述した実施形態では、本発明のロボットシステムが有するロボットとして、いわゆる６軸の垂直多関節ロボットを例示したが、当該ロボットは、例えば、スカラロボット等の他のロボットであってもよい。また、当該ロボットは、単腕ロボットに限定されず、例えば、双腕ロボット等の他のロボットであってもよい。したがって、可動部の数は、１つに限定されず、２つ以上であってもよい。また、可動部が備えるロボットアームが有するアームの数は、前述した実施形態では、６つであるが、１〜５つまたは７つ以上であってもよい。

１００…ロボットシステム、１００Ａ…ロボットシステム、１００Ｂ…ロボットシステム、１００Ｃ…ロボットシステム、１Ａ…ロボット、１Ｂ…ロボット、１０…ロボットアーム、１１０…基台、１２０…力検出部、１３０…駆動部、１４０…位置センサー、１１…アーム、１２…アーム、１３…アーム、１４…アーム、１５…アーム、１６…アーム、１７…ハンド、１７１…挟持片、１７２…姿勢調整部、１７３…切り欠き、１７４…画成空間、１７５…規制面、１７６…案内片、１８…ハンド、１８１…挟持片、１９…撮像部、１９１…光源、５…制御装置、５１…制御部、５２…記憶部、５３…外部入出力部、６１…コントローラー、６２…コンピューター、６３…コンピューター、６４…クラウド、６５…ネットワーク、６６…コンピューター、９１…基板、９１１…挿入孔、９１２…固定部、９１３…固定部、９２…ケーブル、９３…コネクター、４０１…表示装置、４０２…入力装置、Ｏ６…軸

Claims (9)

1. アームを有するロボットと、
   前記ロボットの作動を制御する制御部と、
   前記アームに接続され、一端にコネクターが設けられているケーブルを把持する把持部と、
   前記把持部と前記コネクターとの接触を検出する検出部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記把持部に対して、前記ケーブルの前記ケーブルの太さ方向への移動を規制するように前記ケーブルを把持する第１把持を行わせ、
   前記第１把持を行った状態で、前記把持部を前記コネクターに向かって移動させ、
   前記検出部の検出結果に基づいて、前記把持部の移動を停止し、
   前記把持部で前記コネクターを把持させる第２把持を行わせることを特徴とするロボットシステム。
2. 前記検出部は、力覚センサーである請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記ケーブルの他端は、固定された固定端であり、
   前記ケーブルの一端から前記把持部が前記第１把持を行う部分までの距離は、前記ケーブルの他端から前記把持部が前記第１把持を行う部分までの距離よりも大きい請求項１または２に記載のロボットシステム。
4. 前記把持部は、互いに接触または離間する第１爪部と第２爪部を有し、
   前記第１爪部と前記第２爪部とが接触した状態において、前記第１爪部と前記第２爪部は、前記ケーブルを挿通する孔部を形成する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロボットシステム。
5. 前記太さ方向に直交する方向から見て、前記第１爪部または前記第２爪部と、前記コネクターと、は重なる請求項４に記載のロボットシステム。
6. 前記把持部は、前記コネクターと接触した際に前記コネクターの姿勢を調整する姿勢調整部を有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載のロボットシステム。
7. 前記第１把持を行った状態で、前記コネクターに向かって移動させる際、位置制御で移動させる区間を含む請求項１ないし６のいずれか１項に記載のロボットシステム。
8. アームを有するロボットと、
   前記アームに接続され、一端にコネクターが設けられているケーブルを把持する把持部と、
   前記把持部と前記コネクターとの接触を検出する検出部と、を備えるロボットシステムの制御方法であって、
   前記把持部で、前記ケーブルの前記ケーブルの太さ方向への移動を規制するように前記ケーブルを把持する第１把持を行うステップと、
   前記第１把持を行った状態で、前記コネクターに向かって移動するステップと、
   前記検出部の検出結果に基づいて、前記把持部の移動を停止するステップと、
   前記把持部で前記コネクターを把持する第２把持を行うステップと、を有することを特徴とする制御方法。
9. 前記第１把持を行った状態で、前記把持部を前記コネクターに向かって移動するステップでは、位置制御で移動する区間を含む請求項８に記載の制御方法。

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