JP2020175489A - エンドエフェクタ、エンドエフェクタの制御方法、エンドエフェクタを備えたロボット装置、エンドエフェクタを用いた物品の製造方法、制御プログラムおよび記録媒体 - Google Patents

エンドエフェクタ、エンドエフェクタの制御方法、エンドエフェクタを備えたロボット装置、エンドエフェクタを用いた物品の製造方法、制御プログラムおよび記録媒体 Download PDF

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一生 渡邊
金井 宏樹
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宏樹 金井
隆之 小泉
Takayuki Koizumi
隆之 小泉
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Abstract

【課題】 ロボットアームの動作精度によらず、組立動作中に、把持した部品と被組付部品との相対位置がズレることを低減し、組付失敗や対象物の破損を低減することができるエンドエフェクタを提供する。【解決手段】 エンドエフェクタであって、前記第1の対象物と接触して、前記第1の対象物を保持する第1の接触部と、前記第2の対象物と接触して、前記第2の対象物を保持する第2の接触部と、前記第1の接触部および前記第2の接触部に、前記第1の対象物と前記第2の対象物がそれぞれ保持された状態で、前記第1の接触部およびまたは前記第2の接触部を、前記第1の対象物と前記第2の対象物とが組み付く方向に相対的に移動させる移動手段と、を備えていることを特徴とするエンドエフェクタを採用した。【選択図】 図10

Description

本発明は、エンドエフェクタに関する。
近年、人的コストの削減のため、ハンドやツールといった種々の作業を担うエンドエフェクタをロボットアームに装着したロボット装置を用いた、製品の自動組立が求められている。特に撮像装置のAFユニットや鏡筒といった精密製品の組立てにおいては、組立対象となる各部品の相対位置を、ロボット装置により高精度にすることが求められる。
特許文献1に記載のロボットハンドには、対象物を把持する指部の他に、移動可能な掌部と、その掌部に着脱可能に構成された当接部材を有している。これにより、指部で把持した対象物に、掌部に装着された当接部材が当接することで、対象物を確実に位置決めし、決まった姿勢で安定して把持することが可能となる。
特開2012−236247号公報
しかしながら特許文献1に記載の技術は、エンドエフェクタとしてのロボットハンドにより対象物を高精度に位置決めし安定して把持することを課題としており、対象物を把持した後の組立動作については言及されていない。
通常、ロボットハンドが把持した対象物を被組付対象物に組み付ける際、ロボットハンドは被組付対象物とは縁切りされた状態で、ロボットアームによって、把持した対象物を操作する。そのためロボットアームの動作精度によっては、組立動作中に、把持した対象物と被組付対象物との相対位置がズレてしまい、組付失敗や対象物の破損を招いてしまう。
そこで本発明は上記課題に鑑み、ロボットアームの動作精度によらず、組立動作中に、把持した部品と被組付部品との相対位置がズレることを低減し、組付失敗や対象物の破損を低減することができるエンドエフェクタを提供する。
上記課題を解決するため、本発明においては、エンドエフェクタであって、前記第1の対象物と接触して、前記第1の対象物を保持する第1の接触部と、前記第2の対象物と接触して、前記第2の対象物を保持する第2の接触部と、前記第1の接触部および前記第2の接触部に、前記第1の対象物と前記第2の対象物がそれぞれ保持された状態で、前記第1の接触部およびまたは前記第2の接触部を、前記第1の対象物と前記第2の対象物とが組み付く方向に相対的に移動させる移動手段と、を備えていることを特徴とするエンドエフェクタを採用した。
本発明によれば、把持した対象物と被組付対象物が縁切りされていない状態で、ロボットアームによらず組立動作を行うことができる。よって、組立動作中に、把持した対象物と被組付対象物との相対位置がズレることを低減することができ、組付失敗や対象物の破損を低減することができる。
実施形態におけるロボットシステム100の概略図。 実施形態におけるロボットシステム100の制御ブロック図。 実施形態におけるエンドエフェクタ3の概略図。 実施形態における円環部品51と円筒部品52の概略図。 実施形態における円環部品51を把持する制御のフローチャート。 実施形態における円筒部品52を把持する制御のフローチャート。 実施形態における円環部品51と円筒部品52とを組み付ける制御のフローチャート。 図5のフローチャートの各ステップにおけるエンドエフェクタ3の状態図。 実施形態における円環部品51を把持する際の詳細図。 図6のフローチャートの各ステップにおけるエンドエフェクタ3の状態図。 実施形態における円筒部品52を把持する際の詳細図。 図7のフローチャートの各ステップにおけるエンドエフェクタ3の状態図。 実施形態における生産システム1000の概略図。 実施形態における生産システム1000の制御を説明するための状態図。 実施形態におけるエンドエフェクタ3の概略図。 実施形態におけるエンドエフェクタ3で対象物を把持した際の状態図。 実施形態におけるエンドエフェクタ3で対象物を組み付ける際の状態図。 実施形態におけるエンドエフェクタ3でビス55を取得する際の状態図。 実施形態におけるエンドエフェクタ3で被ビス締め部品53を取得する際の状態図。 実施形態のエンドエフェクタ3の変形例の概略図。 図20で示したエンドエフェクタ3で対象物を把持した際の状態図。
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態におけるロボットシステム100を示す概略図である。図1(a)はロボットシステム100の正面図、図1(b)はロボットシステム100を上面から見た際のブロック図である。
図1(a)に示すように、ロボットシステム100は、多関節のロボットアーム本体1と、作業領域となる架台2を備えている。ロボットアーム本体1は、エンドエフェクタ3を備えている。本実施形態におけるエンドエフェクタ3は、対象物を指部で把持するロボットハンドを例に取り説明する。また、架台2上に把持の対象となる組付部品を供給するための供給部4、架台2内部に、ロボットアーム本体1およびエンドエフェクタ3を制御する制御装置5を備えている。このロボットシステム100は、ロボットアーム本体1がエンドエフェクタ3を動作させて、エンドエフェクタ3内で組付作業を行い、物品の製造を行うロボットシステムである。
図1(a)では説明の簡略化のためエンドエフェクタ3の詳細は図示していない。エンドエフェクタ3の詳細については後述する。また図1(b)に示すように、供給部4には組付部品を供給する組付部品供給機41と、被組付部品を供給するための被組付部品供給機42が配置されている。
制御装置5は、CPU、各部を制御するためのプログラムを記憶するROM、RAM、通信インタフェースなどから構成される。このうち、RAMは外部入力装置6の操作による教示点や制御指令などのデータの一時記憶に用いられる。なお本実施形態では、制御装置5は架台2の内部に設けているが、ロボットアーム本体1の内部に設けても良いし、エンドエフェクタ3内部に設けても良い。
外部入力装置6は、例えばティーチングペンダント(TP)のような操作装置が考えられるが、プログラムを編集可能な他のコンピュータ装置(PCやサーバ)であってもよい。外部入力装置6は、制御装置5に対して有線ないし無線の通信接続手段を介して接続することができ、ロボット操作および状態表示などのユーザインタフェース機能を有する。
図1(b)よりロボットアーム本体1は、架台2の上面に固定された基台110と、変位や力を伝達する複数のリンク111、112とが複数の関節J〜Jで、屈曲(旋回)又は回転可能に連結されている。ここで屈曲とは、2つのリンクの結合部のある点で折れ曲がること、回転とは2つのリンクの長手方向の回転軸でリンクが相対的に回ることを言い、それぞれを屈曲部、回転部と呼ぶ。
図2は、本実施形態におけるロボットシステム100の構成を示す制御ブロック図である。制御装置5は、コンピュータで構成されており、制御部(処理部)としてのCPU(Central Processing Unit)501を備えている。
また制御装置5は、記憶部として、ROM(Read Only Memory)502、RAM(Random Access Memory)503、HDD(Hard Disk Drive)504を備えている。また、制御装置5は、記録ディスクドライブ505、各種のインタフェース506〜509と511、512を備えている。
CPU501には、ROM502、RAM503、HDD504、記録ディスクドライブ505、各種のインタフェース506〜509と511、512が、バス510を介して接続されている。
ROM502には、CPU501に、演算処理を実行させるためのプログラム530が格納されている。CPU501は、ROM502に記録(格納)されたプログラム530に基づいてロボット制御方法の各工程を実行する。
RAM503は、CPU501の演算処理結果等、各種データを一時的に記憶する記憶装置である。HDD504は、CPU501の演算処理結果や外部から取得した各種データ等を記憶する記憶装置である。記録ディスクドライブ505は、記録ディスク531に記録された各種データやプログラム等を読み出すことができる。
外部入力装置6はインタフェース506に接続されている。CPU501はインタフェース506及びバス510を介して外部入力装置500からの教示データの入力を受ける。
各関節J〜Jをそれぞれ駆動するモータ130には、それぞれに接続されたセンサ部131を備えている。
ここで、センサ部131はモータ130の回転軸の回転角度を検出する角度センサであり、磁気式エンコーダ、光学式エンコーダ等がある。またエンコーダの機能としてはアブソリュートエンコーダ機能とインクリメントエンコーダ機能がある。インクリメントエンコーダは1回転におけるモータの角度を検出するものだが、アブソリュートエンコーダは多回転したモータの回転数までカウントできる。本実施形態のロボットアームは、アブソリュートエンコーダを用いるものとする。
アーム用モータドライバ10は、インタフェース509に接続されている。CPU501は、アーム用モータドライバ10、インタフェース509及びバス510を介して各センサ部131から検出結果を取得する。また、CPU501は、各関節の指令値のデータを所定時間間隔でバス510及びインタフェース509を介してアーム用モータドライバ10に出力する。
同様に後述するエンドエフェクタ3の各モータも、インタフェース511に接続され、バス510を介してCPU501と通信可能に設けられている。CPU501は、バス510及びインタフェース511を介して、エンドエフェクタ3に設けられたセンサ部から検出結果を取得する。また、CPU501は、各指部の指令値のデータを所定時間間隔でバス510及びインタフェース511を介してエンドエフェクタ3の各モータに出力する。
また供給部4も、インタフェース512に接続され、バス510を介してCPU501と通信可能に設けられている。制御装置5からの指令値を基に、供給部に設けられた核モータを駆動制御し、組付部品、被組付部品を任意の位置に位置決めして配置する。
インタフェース507には、モニタ521が接続されており、モニタ521には、CPU501の制御の下、各種画像が表示される。インタフェース508は、書き換え可能な不揮発性メモリや外付けHDD等の記憶部である外部記憶装置522が接続可能に構成されている。
なお本実施形態では、コンピュータ読み取り可能な記録媒体がHDD504であり、HDD504にプログラム530が格納される場合について説明するが、これに限定するものではない。プログラム530は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。
例えば、プログラム530を供給するための記録媒体としては、ROM502、記録ディスク531、外部記憶装置522等を用いてもよい。具体例を挙げて説明すると、記録媒体として、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、磁気テープ、不揮発性メモリ、ROM等を用いることができる。
次に、本実施形態におけるエンドエフェクタ3について詳細に説明する。図3は本実施形態におけるエンドエフェクタ3の詳細図である。図3(a)はエンドエフェクタ3におけるXZ面図、図3(b)はエンドエフェクタ3におけるXY面図である。図3(c)はエンドエフェクタ3を所定の方向から見た斜視図を簡略化して表した図である。なお、エンドエフェクタ3へ電力の供給は、ロボットアーム本体1内部に設けられた不図示の配線により行われるものとする。
図3(a)より、エンドエフェクタ3は、把持装置31、把持装置32を有している。把持装置31は接触部としての2つの指311を有しており、指311は把持装置31に設けられた不図示のモータおよび伝達機構を介して図3(a)の矢印S方向に開閉動作する。伝達機構の例としては不図示のピニオンラックとガイドレールが挙げられ、指部311はピニオンラックによって直動方向に変換されたモータの回転駆動により、ガイドレールに沿って矢印S方向に駆動するものとする。
把持装置32は、軸Cを基準にした所定の円の円周上に配置された接触部としての3つの指321を有している。指321は把持装置32に設けられた不図示のモータおよび伝達機構を介して、軸Cに対して半径方向に開閉動作する。伝達機構としてはカム機構が挙げられ、それぞれの指321が動作する経路にカム溝を設けることで、指321を軸Cに対して半径方向に開閉動作させるものとする。なお、カム機構に関しては公知の技術を用いるものとし、詳細な説明は割愛する。
なお、指321と指311の動作の基準となる位置はエンドエフェクタ3内で所定の位置に一致するように調整されているものとする。本実施形態では軸Cに一致している。
図3(b)より、把持装置31は直動装置33を介して把持装置32に取り付いている。直動装置33は把持装置32との接地面を固定面とし、把持装置32の把持中心となる軸Cと平行な方向である図3(b)中の矢印P方向に動作させることで、把持装置31および指311を把持装置32に対して直動動作させることができる。直動装置33には不図示のモータと伝達機構が備えられており、直動機構33の可動部33aを矢印P方向に移動させることができる。伝達機構の例としては不図示のピニオンラックとガイドレールが挙げられ、可動部33はピニオンラックによって直動方向に変換されたモータの回転駆動により、ガイドレールに沿って矢印P方向に駆動するものとする。
また図3(c)より、指311は、指321の把持位置まで空間的に重なるようにL字型の構成となっている。これらにより、把持装置32が備える指321が把持する対象物に向かって、把持装置31が備える指311で把持する対象物を移動させることが可能となる。
なお、エンドエフェクタ3の把持装置31、把持装置32、直動装置33は、上述した架台2の内部に配置された制御装置5により動作が制御されるものとする。
次にロボットシステム100による組付動作について円環部品組付を例に取り説明する。図4は本組付動作説明に用いる部品の形状であり、組付部品は円環部品51、被組付部品は円筒部品52である。組付部品52には、径の異なる小径部52aと大径部52bがあり、円環部品51を小径部52aに通し、大径部52bに係合するまで、円環部品51を移動させれば組付完了となる。
次に図5から図12を用いて、組付部品である円環部品51を被組付部品である円筒部品52に組み付ける制御について説明する。図5から図7は組付制御に関するフローチャートであり、図8から図12は各フローにおける状態図を示す。
まず図5、図8、図9を用いて、部品供給機1からエンドエフェクタ3を用いて円環部品51を取得する制御について説明する。なお、図5のフローチャートは、前提として、エンドエフェクタ3は、円環部品51の取り出し開始位置となる所定の位置に位置しているところから制御が始まるものとする。
図5より、まずS101で、指311を開状態にし(図8(a))、S102で指311を、ロボットアーム本体1を用いて図8(b)の矢印P方向に移動させ、円環部品51の把持開始位置となるまで円環部品51に近づける(図8(b))。そしてS103では、エンドエフェクタ3が円環部品51の把持開始位置であるか判定する。本実施形態では、エンドエフェクタ3の位置は、ロボットアーム本体1の各関節に設けられたセンサ部131の出力より演算で算出し、算出されるエンドエフェクタ3が把持開始位置となったかを判定する。なお、本実施形態では、ロボットアーム本体1の各関節のセンサ部131の出力より算出するが、ビジョンやレーザー計などを用い、直接エンドエフェクタ3の位置を検出する方法を用いても構わない。S103:Noであれば、S102の直前に戻り、再度、指311を円環部品51に近づけ、S103:Yesであれば、S104に進む。
S104では、把持装置31により2つの指311を互いに接近させ、閉状態とする。そして、指311が円環部品51に接触するまで2つの指311をそれぞれ図8(c)の矢印S方向へ移動させる(図8(c))。
ここで、図8(b)、(c)のときのA−A断面図を図9に示す。図9(a)は円環部品51を把持する前を示し、図9(b)は円環部品51を把持した状態を示している。円環部品51を把持する指311の形状はV字形状になっている。図9(b)のように円環部品51を指311でチャックすることで円環部品51のYZ平面方向の位置が規制され、円環部品51の組付中心を、把持装置31を制御するための基準の位置(軸C)へと位置決めすることができる。
図5に戻り、S105では、指311が円環部品51に接触したかどうか判定する。本実施形態では、指311を動作させる把持装置31内部の不図示のモータに設けられたエンコーダの値を基に判定する。エンコーダの値が所定の値となれば、指311が円環部品51に接触したものとする。なお、指311に力を検出する力センサを設け、その力センサの検出値をもとに、指311が円環部品51に接触したかどうかを判定しても良い。S105:Noであれば、S104の直前に戻り、再度、指311を互いに接近させ、S105:Yesであれば、S106に進む。
S106では、指311の把持動作によって円環部品51を把持し取り出す。指311を、ロボットアーム本体1を用いて図8(d)の矢印P方向に移動させ、円環部品51を把持した状態で、エンドエフェクタ3を、ロボットアーム本体1を用いて所定の位置へ移動させる(図8(d))。そしてAへ進む。以上により円環部品51の把持に関する制御を終了する。
次に、円環部品51を把持した状態で、ロボットハンド3が円筒部品52を取得する様子について図6、図10、図11を用いて説明する。
図6より、まずS107にて、円環部品51を指311で把持したまま、エンドエフェクタ3を、円筒部品52の取り出し開始位置となる、円筒部品51の上空の所定の位置まで移動させる(図10(a))。そしてS108では、エンドエフェクタ3が、円筒部品51の上空の所定の位置であるか判定する。S108での判定は、S103と同様の判定方法を用いるものとする。S108:NoであればS107の動作を再度行い、S108:YesであればS109に進む。
S109では、指321を閉状態にし(図10(a))、S110で指321を、ロボットアーム本体1を用いて図10(b)の矢印P方向に移動させ、指321を円筒部品52の筒内に挿入させる。そして円筒部品52の把持開始位置となるまで、指321を円筒部品52に近づける(図10(b))。そしてS111では、エンドエフェクタ3が円筒部品52の把持開始位置であるか判定する。S111での判定は、S103と同様の判定方法を用いるものとする。S111:NoであればS110の動作を再度行い、S111:YesであればS112に進む。
S112では、把持装置32により3つの指321を互いに離間させ、開状態とする。そして、指321が円筒部品52の中空孔内壁に接触するまで3つの指321をそれぞれ図10(c)の矢印S方向へ移動させる(図10(c))。
そしてS113では、指321が円筒部品52の中空孔内壁に接触したかどうか判定する。本実施形態では、指321を動作させる把持装置32内部の不図示のモータに設けられたエンコーダの値を基に判定する。エンコーダの値が所定の値となれば、指321が円筒部品52に接触したものとする。なお、指321に力を検出する力センサを設け、その力センサの検出値をもとに、指321が円筒部品52に接触したかどうかを判定しても良い。S113:Noであれば、S112の直前に戻り、再度、指321を互いに離間させ、S113:Yesであれば、S114に進む。
S114では、指321の把持動作によって円筒部品52を把持し取り出す。指321を、ロボットアーム本体1を用いて図10(d)の矢印P方向に移動させ、円筒部品52を把持した状態で、エンドエフェクタ3を、ロボットアーム本体1を用いて所定の位置へ移動させる(図10(d))。そしてBへ進む。以上により円環部品51を把持した状態で、円筒部品52の把持を行う制御を終了する。
ここで図11を用いて、指321により円筒部品52を把持する制御について詳細に説明する。図11(a)は円筒部品52を把持する前を示し、図11(b)は円筒部品52の中空孔内壁に指321が接触した状態を示している。紙面に向かって上側の図はYZ平面の図を表し、紙面向かって下側の図はXZ平面としたうえで、円筒部品52内部を示した断面図となっている。
図11(a)より、指321を閉状態にしたまま指321を円筒部品52の内部に挿入する。そして図11(b)より、把持装置32により3つの指321を互いに離間させ、開状態とし、円筒部品52に接触させる。
円筒部品52を把持する指321のそれぞれには爪322を備えており、指321を図10(d)の矢印P方向に移動させると、円筒部品52の下面が爪322に係合する。こうすることにより、円筒部品52をチャックすることができるので、円筒部品52のXZ平面の位置が規制される。よって円筒部品52の組付中心を、把持装置32を制御するための基準の位置(軸C)へと位置決めすることができる。
ここまでの動作により、円環部品51と円筒部品52の組付中心は把持装置31と把持装置32それぞれの把持動作により軸Cへと高精度に位置決めすることができる。
次に、円環部品51と円筒部品52を、エンドエフェクタ3で組み付ける制御について、図7、図12を用いて説明する。図7のフローチャートは円環部品51と円筒部品52の組付中心は把持装置31と把持装置32それぞれの把持動作により軸Cへと高精度に位置決めされ、かつ軸Cの方向に互いに離間した状態(図12(a))からスタートするものとする。
図7よりS115で、直動装置33を用いて把持装置31を図12(b)の矢印P方向に動作させ、把持している円環部品51を円筒部品52の小径部52aに通し、大径部52bに係合させる(図12(b))。円環部品51と円筒部品52の組付中心は、各部品の把持動作により軸C上に高精度に位置決めされた状態であるので、円環部品51と円筒部品52とを正確に組付けることができる。
そしてS116で、円筒部品51が組付完了位置に位置したか判定する。本実施形態では、把持装置31を動作させる直動装置33内部の不図示のモータに設けられたエンコーダの値を基に判定する。エンコーダの値があらかじめ設定された所定の値となれば、円環部品51が円筒部品52に組付けられたものと判定する。なお、指311に力を検出する力センサを設け、その力センサの検出値をもとに、円環部品51が円筒部品52に組付けられたかどうかを判定しても良い。S116:Noであれば、S115の直前に戻り、再度、円環部品51を円筒部品52に接近させ、S116:Noであれば、S117に進む。
S117では、指311を矢印Sの方向に互いに離間させ、円環部品51を開放する(図12(c))。そしてS118に進み、直動装置33を用いて把持装置31を図12(d)の矢印P方向へ移動させ(図12(d))、制御を終了する。
以上本実施形態により、円環部品51を円筒部品52に組み付ける際、円環部品51と円筒部品52の組付中心を高精度に位置決めした状態で、直動装置33により組付けを行うことができる。すなわち対象物と被組付対象物を、それぞれ相対位置を高精度に保持して把持し、組付け動作を行うことができ、ロボットアームによらずエンドエフェクタ内で、部品組み立て動作を行うことが可能となる。ゆえに、組立動作中に、把持した対象物と被組付対象物との相対位置がズレることを低減することができ、組付失敗や対象物の破損を低減することができる。
また、エンドエフェクタ3を所定の組付開始位置へ移動させた際、エンドエフェクタ3の振動が収まることを待つことなく、エンドエフェクタ3部分で組付けを行うことができる。これによりサイクルタイムの向上をはかることができる。
なお上述した直動装置33は、エンドエフェクタ3に対し鉛直方向に動作することによって円環部品51と円筒部品52の組付動作を行う例を扱った。しかしながら部品組付けのしやすさ等種々の理由によって、直動装置33の取付向きや指の形状を工夫することにより、直動装置33の動作方向は適宜自由に決定してもよい。また、把持装置32に直動装置33を設け、組み付ける際には円筒部品52が移動するようにしても良い。
また、組付部品が吸着可能な平面を有していれば、把持装置31、把持装置32の指の代わりに吸着保持機能を持つ保持部を設けてもよい。
(変形例)
図20は本実施形態のエンドエフェクタ3の変形例を示した図である。本変形例では、弾性部314と、爪315を指311に設けている。図21は本変形例のエンドエフェクタ3を用いて円環部品51を把持した際の図である。図21(a)は円環部品51を把持した場合の図である。
上記の構成をとれば、図21に示すように円環部品51を把持した場合でも、弾性部314を積極的に弾性変形させ、円環部品51に対する把持力を高めるとともに、X軸プラス方向の力を加えることが可能になる。したがって、部品が落下する危険性を低減しつつ、円環部品51を搬送することが可能となる。
(第2の実施形態)
上述した第2の実施形態では、1つのロボット装置を用いた部品の組付け動作を例にとり説明した。しかしながら本発明は、複数のロボット装置を用いた生産システムにおいても実施することができる。以下で詳述する。
以下では、第1の実施形態とは異なるハードウェアや制御系の構成の部分について図示し説明する。また、第1の実施形態と同様の部分については上記と同様の構成ならびに作用が可能であるものとし、その詳細な説明は省略するものとする。
図13は本実施形態の生産システム1000を示した概略図である。第1の実施形態で詳述したロボットシステムを生産セル101、102、103として使用している。各生産セル101、102、103架台2は搬送台61、62によって接続され、各セル101、102、103にロボットアーム本体91、92、93が搭載されている。また各ロボットアーム本体91、92、93には、第1の実施形態で述べたエンドエフェクタ3がそれぞれ設けられている。
また、各生産セル101、102、103に設置される部品供給装置は、各生産セルに対して部品供給装置411、412、413のように1つずつ設置されており、各生産セルに設けられた架台には制御装置5がそれぞれ設けられている。
図14は本実施形態における生産システム1000のYZ平面を示した図であり、本実施形態における制御を詳細に説明する図である。
まず図14(a)を用いて、円環部品51を把持してから円筒部品52に組み付けるまでの動作を説明する。初めに、生産セル101の被組付部品である円筒部品52を第1の実施形態で述べた方法で部品供給装置42から把持する。図14(a)では簡略化のため不図示としている。生産セル101のロボットアーム本体91は生産セル101の搬送台61に円筒部品52を載置し、搬送台61が生産セル102へと円筒部品52を搬送する。
生産セル102のロボットアーム本体92は、生産セル101で円筒部品52を把持するタイミングと同程度のタイミングで、部品供給装置41から円環部品51を第1の実施形態で述べた方法により把持する。
次に図14(b)を用いて、生産セル101から搬送台61によって搬送された円筒部品52をロボットアーム本体92で搬送台62に載置するまでの動作を説明する。生産セル101から生産セル102へ円筒部品52が搬送されるタイミングで、ロボット92が搬送台61の位置へ把持した円環部品52を移動させる。そして、第1の実施形態で述べた方法により被組付部品である円筒部品52を取得する。これにより、円環部品51と円筒部品52の両者の相対位置を高精度に合わせた上で、1つのロボットハンド内に保持することができる。
次に図14(c)を用いて、円環部品51と円筒部品52の組付、及び搬送台61から搬送台62に部品を移動させるまでの動作を説明する。把持した2つの部品を、ロボットアーム本体92により、搬送台62に移動させる間に、第1の実施形態で述べた直動装置33を用いた方法で円環部品51を円筒部品52へ組み付けることで、部品の組付動作と、部品の移動動作を並行して行うことができる。
また、これにより部品の組付動作と、部品の移動動作を並行して行うことができるので、更なるサイクルタイムの向上を図ることができる。
これにより部品の搬送中に組付動作を行うことができるため、サイクルタイムを大きく向上させるとともに、ロボットアームの振動の影響を受けることなく高精度な組付を行うことが可能となる。
なお本実施形態では、搬送台61、62を用いたが、搬送台を用いず、ロボット装置同士で受渡しを行うことにより、搬送台をなくした構成を採用してもよい。また、搬送中に組付を行う場合、ロボットハンド3の慣性力や別部材への当接を直動装置33の動力として行ってもよい。また、本実施形態で説明した生産セル101以前や生産セル103以降に生産セルが連結されていても同様の効果を得ることができる。
(第3の実施形態)
第1の実施形態、第2の実施形態では部品の組付けを例にとり説明したが、本発明はこれに限られない。本発明はビス締め等行う作業にも適用することができる。以下で詳述する。
以下では、第1の実施形態とは異なるハードウェアや制御系の構成の部分について図示し説明する。また、第1の実施形態と同様の部分については上記と同様の構成ならびに作用が可能であるものとし、その詳細な説明は省略するものとする。
図15は、本実施形態におけるエンドエフェクタ3の概略図である。図15(a)はエンドエフェクタ3におけるXZ面図、図15(b)はエンドエフェクタ3におけるXY面図である。
図15(a)に示すように、本実施形態におけるエンドエフェクタ3は把持装置32とビス締め装置34を備えている。さらに、把持装置32の指312の形状はV形状となっており、指312の片方は部品に嵌合させて位相合わせをするピン313が仕込まれている。なお、把持装置32の基準となる位置とビス締め装置34の基準となる位置軸Eは、Z軸上で、軸Cに一致するよう、高精度に調整されているものとする。
図15(b)より、ビス締め装置34には、ビスを吸着により保持するためのビット工具342と、ビス外形規制冶具341が設けられている。ビット工具342により、ビスを吸着する際、ビス外形規制冶具341によりビスが案内されて、軸Eを基準にビット工具342にビスが装着される構成となっている。またビット工具342は、軸Eを基準に回転させることができるものとする。
また、ビス締め装置34は直動装置33を介して把持装置32に取り付いている。直動装置33は把持装置32との接地面を固定面とし、把持装置32の把持中心となる軸Cおよびビスの回転中心となる軸Eと平行な方向である矢印P方向に動作させることで、ビス締め装置34を把持装置32に対して矢印P方向に直動動作させることができる。直動装置33には不図示のモータと伝達機構が備えられており、直動装置33の可動部33aを矢印P方向に移動させることができる。伝達機構の例としては不図示のピニオンラックとガイドレールが挙げられ、可動部33はピニオンラックによって直動方向に変換されたモータの回転駆動により、ガイドレールに沿って矢印P方向に駆動するものとする。
図16は図15で説明したエンドエフェクタ3が被ビス締め部品53、及びビス55を保持している状態の図を示している。図16(a)はエンドエフェクタ3におけるXZ面図、図16(b)はエンドエフェクタ3におけるXY面図である。
図16(a)、図16(b)より、被ビス締め部品53には共締め部品54が事前に組付けられており、部品間の精度で、被ビス締め部品53と共締め部品54との両者のビス穴位置は揃っているものとする。また、ビス締め装置34の先端ではビス外形規制治具341内で、ビット工具342によりビス55を吸着し、軸Eを回転の基準として保持しているものとする。
また、被ビス締め部品53は指312のV形状に誘い込まれ、把持された時点で把持装置32の基準位置となる軸Cと位置を合わせて保持されている。また、ピン313を被ビス締め部品53に挿入することで、把持装置32に対してビス穴位置の位相も高精度に位置決めすることができる。このように、被ビス締め部品53とビス55それぞれを軸C、軸Eに位置決めして保持できるため、被ビス締め部品53とビス55との相対位置を高精度に位置決めすることが可能となる。
図17は図16で説明したエンドエフェクタ3を用いてビス締めする様子を示した図である。図17(a)はエンドエフェクタ3におけるXZ面図、図17(b)はエンドエフェクタ3におけるXY面図である。
図17(a)、図17(b)より、直動装置33の可動部33aを動作させることにより、ビス55を共締め部品54及び被ビス締め部品53のビス穴に挿入することが可能となる。そしてビス締め装置34のビット工具342を、軸Eを基準に回転させることでビス締めを完了することができる。
次に図18、図19を用いて、エンドエフェクタ3によるビス55の取得からビス締めまでの一連の制御について説明する。初めに図18を用いて、ビス55をエンドエフェクタ3で保持する動作について説明する。
図18(a)はビス55の保持動作を行う直前を示しており、ビス55の上空に、ビス締め装置34のビット工具342の基準位置となる軸Eが、ビス55の中心に合う位置にエンドエフェクタ3が移動する。
図18(b)より、エンドエフェクタ3を図18(b)の矢印P方向に移動させることで、ビス締め装置34がビス55に接近し、ビス締め装置34がビス55を吸着することによってビス55を保持する。
図18(c)はエンドエフェクタ3によりビス55を取得完了した状態を示しており、図18(b)の状態からエンドエフェクタ3が図18(c)の矢印P方向へ移動した状態である。この状態でビス55は、ビット工具342の先端にビス外形規制治具341によって誘い込まれビス決め装置34の基準位置である軸Eに対して、位置が決まった状態で保持される。
次に図19を用いて、ビス55を保持した状態で被ビス締め部品53を把持するまでの動作を説明する。図19の紙面向かって上側の図はエンドエフェクタ3におけるXY平面図であり、図19の紙面向かって下側の図は、紙面向かって上側の図の鎖線AAをY軸マイナス方向に切断した際の断面図である。
図19(a)は被ビス締め部品53の把持動作を行う直前の状態を示している。図19(a)より、被ビス締め部品53は、被ビス締め部品53の最も径が大きい部分よりも幅の小さい載置台43に載置されている。図19(b)は被ビス締め部品53の把持を開始する位置へ移動する状態を表しており、被ビス締め部品53に対してエンドエフェクタ3は、Y軸方向に平行な方向から進入して、被ビス締め部品53を把持する位置へ図19(b)の矢印P方向で移動する。
図19(c)は指312をそれぞれ、図19(c)の矢印S方向へ移動させている状態を表している。その際、被ビス締め部品53が指312の段差部312aに引っかかる。この状態でエンドエフェクタを図19(c)の矢印P方向へ移動させることで、被ビス締め部品53をすくい上げている。すくい上げ方法を選択することで、被ビス締め部品53の下面が指312の段差部312aに突き当たるため、被ビス締め部品53のZ軸方向の位置を規制することができる。
図19(d)は被ビス締め部品53をV形状の指312で把持し、かつ位相決め用のピン313を挿入している状態を表している。第1の実施形態と同様、V字形状の指312で把持することにより、被ビス締め部品53のXZ平面における位置を決めることができる。また、ピン313を挿入することで、把持装置32に対して位相方向も高精度に位置決めすることができる。なお、供給台43からの被ビス締め部品53の把持精度によって、ピン313に対する被ビス締め部品53の位相が大きくばらつく場合は、画像処理システム等を用いてピン313に誘い込める精度まで事前検知する方法をとっても良い。
そして、図17に示すように、直動装置33を動作させることにより、ビス55を共締め部品54及び被ビス締め部品53のビス穴に挿入し、ビス締め装置34のビット工具342を回転させることでビス締めを完了することが可能となる。
以上の方法によれば、エンドエフェクタ3内で被ビス締め部品53に対してビス55のビス締めを高精度に行うことが可能となる。また、第2実施形態と同様に、部品の搬送中にもビス締めが平行して行うことができ、サイクルタイムの向上を図ることができる。
なお、今回説明したビス締め装置34が塗布装置や検査装置、貼付装置に置き換わってもよく、その際は高精度でサイクルタイム向上という同様の効果が得られる。また、上述した部品の位置決め方法は一例であり、部品形状によって位置決め方法も自由に変更してよい。また、把持装置32に直動装置33を設け、ビス締めを行う際には被ビス締め部品53が移動するようにしても良い。
上述した種々の実施形態の処理手順は具体的には制御装置5により実行されるものとして説明した。しかし、上述した機能を実行可能なソフトウェアの制御プログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体を外部入力装置6に搭載させて実施しても良い。
従って上述した機能を実行可能なソフトウェアの制御プログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体、通信装置は本発明を構成することになる。
また、上記実施形態では、コンピュータで読み取り可能な記録媒体がROM或いはRAMであり、ROM或いはRAMに制御プログラムが格納される場合について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。
本発明を実施するための制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。例えば、制御プログラムを供給するための記録媒体としては、HDD、外部記憶装置、記録ディスク等を用いてもよい。
(その他の実施形態)
また上述した種々の実施形態では、ロボットアーム本体1が複数の関節を有する多関節ロボットアームを用いた場合を説明したが、関節の数はこれに限定されるものではない。ロボット装置の形式として、垂直多軸構成を示したが、パラレルリンク型など異なる形式の関節においても上記と同等の構成を実施することができる。
また上述した種々の実施形態では、ロボットアーム本体1の構成例を各実施形態の例図により示したが、これに限定されるものではなく、当業者において任意に設計変更が可能である。また、ロボットアーム本体1に設けられる各モータは、上述の構成に限定されるものではなく、各関節を駆動する駆動源は例えば人工筋肉のようなデバイス等であってもよい。
また上述した種々の実施形態では、ロボットアーム本体に装着されるエンドエフェクタに、制御装置5から制御値を送信する際、ロボットアーム本体内部に設けられた配線により供給したがこれに限られない。例えば、制御装置5とエンドエフェクタに、制御値を無線で通信できる無線通信手段をそれぞれ設け、無線によりエンドエフェクタを制御してもかまわない。
また上述した種々の実施形態は、制御装置に設けられる記憶装置の情報に基づき、伸縮、屈伸、上下移動、左右移動もしくは旋回の動作またはこれらの複合動作を自動的に行うことができる機械に適用可能である。
1、91、92、93 ロボットアーム本体
2 架台
3 エンドエフェクタ
4、411、412、413 供給部
5 制御装置
6 外部入力装置
31、32 把持装置
33 直動装置
33a 可動部
34 ビス締め装置
41 組付部品供給機
42 被組付部品供給機
51 円環部品
52 円筒部品
53 被ビス締め部品
54 共締め部品
55 ビス
61、62 搬送台
100 ロボットシステム
1000 生産システム
101、102、103 生産セル
311、312、321 指
313 ピン
314 弾性部
315 爪
341 ビス外形規制治具
342 ビット工具

Claims (19)

  1. エンドエフェクタであって、
    前記第1の対象物と接触して、前記第1の対象物を保持する第1の接触部と、
    前記第2の対象物と接触して、前記第2の対象物を保持する第2の接触部と、
    前記第1の接触部および前記第2の接触部に、前記第1の対象物と前記第2の対象物がそれぞれ保持された状態で、前記第1の接触部およびまたは前記第2の接触部を、前記第1の対象物と前記第2の対象物とが組み付く方向に相対的に移動させる移動手段と、を備えていることを特徴とするエンドエフェクタ。
  2. 請求項1に記載のエンドエフェクタにおいて、
    前記エンドエフェクタに保持された前記第1の対象物と前記第2の対象物とを、当該エンドエフェクタ内で組み立てる動作を可能としたことを特徴とするエンドエフェクタ。
  3. 請求項1または2に記載のエンドエフェクタにおいて、
    前記第1の接触部を用いて前記第1の対象物を保持する際、前記第1の対象物を所定の位置に位置決めする第1の位置決め手段と、
    前記第2の接触部を用いて前記第2の対象物を保持する際、前記第2の対象物を所定の位置に位置決めする第2の位置決め手段と、を備えていることを特徴とするエンドエフェクタ。
  4. 請求項1から3のいずれか1項に記載のエンドエフェクタにおいて、
    前記第1の位置決め手段は前記第1の接触部に設けられ、前記第2の位置決め手段は前記第2の接触部に設けられている、ことを特徴とするエンドエフェクタ。
  5. 請求項4に記載のエンドエフェクタにおいて、
    前記第1の接触部が前記第1の対象物を保持する際に基準とする第1の基準位置と、前記第2の接触部が前記第2の対象物を保持する際に基準とする第2の基準位置とは、所定の方向から見て一致するように設定されている、ことを特徴とするエンドエフェクタ。
  6. 請求項1から5のいずれか1項に記載のエンドエフェクタにおいて、
    前記第1の接触部を、前記第1の対象物を保持および開放する方向に動作させる第1の駆動手段と、
    前記第2の接触部を、前記第2の対象物を保持および開放する方向に動作させる第2の駆動手段と、
    前記エンドエフェクタの内部もしくは外部に、前記第1の駆動手段、前記第2の駆動手段、前記移動手段を制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、
    前記第1の駆動手段により、前記第1の接触部を前記第1の対象物に接触させて、前記第1の対象物を保持し、
    前記第2の駆動手段により、前記第2の接触部を前記第2の対象物に接触させて、前記第2の対象物を保持し、
    前記移動手段により、前記第1の対象物と前記第2の対象物とが保持された状態で、前記第1の接触部およびまたは前記第2の接触部を、前記第1の対象物と前記第2の対象物とが組み付く方向に移動させる、ことを特徴とするエンドエフェクタ。
  7. 請求項6に記載のエンドエフェクタにおいて、
    前記制御装置は、
    前記第1の対象物を保持した状態で前記第2の対象物を保持する、ことを特徴とするエンドエフェクタ。
  8. 請求項1から7のいずれか1項に記載のエンドエフェクタにおいて、
    前記第1の接触部に、前記第1の対象物を保持した際に変形する弾性部が設けられている、ことを特徴とするエンドエフェクタ。
  9. 請求項1から5のいずれか1項に記載のエンドエフェクタにおいて、
    前記第1の対象物はビスであり、
    前記第2の対象物は前記ビスがビス締めされる被ビス締め部品であり、
    前記第1の接触部は、吸着により前記ビスを保持する、ことを特徴とするエンドエフェクタ。
  10. 請求項9に記載のエンドエフェクタにおいて、
    前記第2の接触部に、前記被ビス締め部品を位置決めして保持するピンが設けられている、ことを特徴とするエンドエフェクタ。
  11. 請求項9または10に記載のエンドエフェクタにおいて、
    前記第1の接触部を所定の方向に回転させる回転手段と、
    前記第2の接触部を、前記被ビス締め部品を保持および開放する方向に動作させる第2の駆動手段と、
    前記エンドエフェクタの内部もしくは外部に、前記第1の接触部、前記回転手段、前記第2の駆動手段、前記移動手段を制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、
    前記第1の接触部により、前記ビスを吸着して保持し、
    前記第2の駆動手段により、前記第2の接触部を前記被ビス締め部品に接触させて、前記被ビス締め部品を保持し、
    前記移動手段により、前記ビスと前記被ビス締め部品とが保持された状態で、前記第1の接触部およびまたは前記第2の接触部を、前記ビスと前記被ビス締め部品とが組み付く方向に移動させ、前記回転手段により前記ビスを回転させ、前記ビスを前記被ビス締め部品にビス締めする、ことを特徴とするエンドエフェクタ。
  12. 請求項1から11のいずれか1項に記載のエンドエフェクタをロボットアームに備えたロボット装置。
  13. 請求項12に記載のロボット装置において、
    前記エンドエフェクタは、前記ロボットアームを介して、電力および制御値が供給される、ことを特徴とするロボット装置。
  14. 請求項13に記載のロボット装置において、
    前記エンドエフェクタには、前記制御値を無線で取得する無線通信手段を備えている、ことを特徴とするロボット装置。
  15. ロボットアームにエンドエフェクタを備え、第1の対象物と第2の対象物とを操作するロボット装置であって、
    前記ロボットアームと前記エンドエフェクタとを制御する制御装置を備えており、
    前記制御装置は、
    前記エンドエフェクタを、前記第1の対象物と前記第2の対象物とを保持した状態で前記ロボットアームにより移動させるとともに、前記エンドエフェクタにより前記第1の対象物と前記第2の対象物とが組み付く方向に相対的に、前記第1の対象物または前記第2の対象物を移動させる、ことを特徴とするロボット装置。
  16. エンドエフェクタの制御方法であって、
    前記エンドエフェクタは、
    第1の対象物に接触して、前記第1の対象物を保持する第1の接触部と、
    第2の対象物に接触して、前記第2の対象物を保持する第2の接触部と、
    前記第1の接触部およびまたは前記第2の接触部を、前記第1の対象物と前記第2の対象物とが保持された状態で前記第1の対象物と前記第2の対象物とが組み付く方向に移動させる移動手段と、
    前記エンドエフェクタの内部もしくは外部に、前記第1の接触部、前記第2の接触部、前記移動手段を制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、
    前記第1の接触部を前記第1の対象物に接触させて、前記第1の対象物を保持し、
    前記第2の接触部を前記第2の対象物に接触させて、前記第2の対象物を保持し、
    前記移動手段により、前記第1の接触部および前記第2の接触部に、前記第1の対象物と前記第2の対象物がそれぞれ保持された状態で、前記第1の接触部およびまたは前記第2の接触部を、前記第1の対象物と前記第2の対象物とが組み付く方向に相対的に移動させる、ことを特徴とする制御方法。
  17. エンドエフェクタを用いて物品の製造を行う物品の製造方法であって、
    前記エンドエフェクタは、
    第1の対象物に接触して、前記第1の対象物を保持する第1の接触部と、
    第2の対象物に接触して、前記第2の対象物を保持する第2の接触部と、
    前記第1の接触部およびまたは前記第2の接触部を、前記第1の対象物と前記第2の対象物とが保持された状態で前記第1の対象物と前記第2の対象物とが組み付く方向に移動させる移動手段と、
    前記エンドエフェクタの内部もしくは外部に、前記第1の接触部、前記第2の接触部、前記移動手段を制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、
    前記第1の接触部を前記第1の対象物に接触させて、前記第1の対象物を保持し、
    前記第2の接触部を前記第2の対象物に接触させて、前記第2の対象物を保持し、
    前記移動手段により、前記第1の接触部および前記第2の接触部に、前記第1の対象物と前記第2の対象物がそれぞれ保持された状態で、前記第1の接触部およびまたは前記第2の接触部を、前記第1の対象物と前記第2の対象物とが組み付く方向に相対的に移動させ、
    前記第1の対象物と前記第2の対象物とを組み付け物品の製造を行う、ことを特徴とする物品の製造方法。
  18. 請求項16の制御方法、または請求項17に記載の物品の製造方法を実行可能な制御プログラム。
  19. 請求項18に記載の制御プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。
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