JP2021133470A - ロボットの制御方法およびロボットシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】迅速に目標位置を設定し、かつ、正確な作業を行うことができるロボットの制御方法およびロボットシステムを提供すること。【解決手段】作業対象物に対して所定の作業を行うロボットアームを有するロボットを制御するロボットの制御方法であって、前記作業対象物を異なる方向から投影した複数の投影形状から予測した簡易形状データに対して、前記所定の作業を行う際の前記ロボットアームの制御点を移動させる目標位置を複数設定する目標位置設定ステップと、前記目標位置設定ステップで設定した複数の前記目標位置と、前記ロボットアームに加わる力と、に基づいた力制御により前記ロボットアームを駆動し、前記所定の作業を行う駆動ステップと、を有することを特徴とするロボットの制御方法。【選択図】図１３

Description

本発明は、ロボットの制御方法およびロボットシステムに関する。
先端にエンドエフェクターが装着されるロボットアームを有し、ロボットアームを駆動することによって、ワークに対して所定の作業を行うロボットが知られている。このようなロボットにおいては、例えば、特許文献１に記載されているように、ワークの表面に、エンドエフェクターの先端が通過する目標位置であるツール通過点を設定する。そして、エンドエフェクターの先端がツール通過点を通過するように、ロボットアームを駆動する。
また、特許文献１には、ワークの３次元データにおいて、ワークの表面にメッシュ状の格子点を設定し、各格子点をツール通過点に設定する方法が開示されている。また、各ツール通過点に対し、移動の順番を設定することにより、ロボットアームの移動経路が生成される。
特開平７−１００７５５号公報
しかしながら、特許文献１に開示されているようなツール通過点の設定方法では、ワークの表面にツール通過点を正確に設定するためには、３次元データ上のワークの表面に設定するメッシュ状の格子点を細かく設定する必要がある。この場合、ツール通過点の数が増大してしまい、ロボットアームの移動経路の生成の処理に時間がかかる場合がある。一方、３次元データ上のワークの表面に設定するメッシュ状の格子点を粗く設定すると、実際のワークの表面から離間した位置にツール通過点が設定されることがあり、前記所定の作業を正確に行うことができなくなる。
本発明のロボットの制御方法は、作業対象物に対して所定の作業を行うロボットアームを有するロボットを制御するロボットの制御方法であって、
前記作業対象物を異なる方向から投影した複数の投影形状から予測した簡易形状データに対して、前記所定の作業を行う際の前記ロボットアームの制御点を移動させる目標位置を複数設定する目標位置設定ステップと、
前記目標位置設定ステップで設定した複数の前記目標位置と、前記ロボットアームに加わる力と、に基づいた力制御により前記ロボットアームを駆動し、前記所定の作業を行う駆動ステップと、を有することを特徴とする。
本発明のロボットの制御方法は、作業対象物に対して所定の作業を行うロボットアームを有するロボットを制御するロボットの制御方法であって、
前記作業対象物を異なる方向から投影した複数の投影形状から予測した簡易形状データに対して、前記所定の作業を行う際の前記ロボットアームの制御点を移動させる目標位置を複数設定する目標位置設定ステップと、
前記目標位置設定ステップで設定した複数の前記目標位置と、前記作業対象物と前記ロボットアームの制御点との離間距離と、に基づいて位置制御により前記ロボットアームを駆動し、前記離間距離が所定値となるよう前記所定の作業を行う駆動ステップと、を有することを特徴とする。
本発明のロボットシステムは、作業対象物に対して所定の作業を行うロボットアームと、
前記ロボットアームに加わる力を検出する力検出部と、
前記作業対象物を異なる方向から投影した複数の投影形状から予測した簡易形状データに対して、前記所定の作業を行う際の前記ロボットアームの制御点を移動させる目標位置を複数設定する目標位置設定部と、
前記目標位置設定部が設定した複数の前記目標位置と、前記ロボットアームに加わる力と、に基づいた力制御により前記ロボットアームを駆動し、前記所定の作業を行う駆動制御部と、を備えることを特徴とする。
本発明のロボットシステムは、作業対象物に対して所定の作業を行うロボットアームと、
前記ロボットアームと前記作業対象物との距離を検出する距離検出部と、
前記作業対象物を異なる方向から投影した複数の投影形状から予測した簡易形状データに対して、前記所定の作業を行う際の前記ロボットアームの制御点を移動させる目標位置を複数設定する目標位置設定部と、
前記目標位置設定部が設定した複数の前記目標位置と、前記距離検出部の検出結果とに基づいて、前記作業対象物と前記ロボットアームとの離間距離が所定値となるよう位置制御により前記ロボットアームを駆動して前記所定の作業を行う駆動制御部と、を備えることを特徴とする。
図１は、第１実施形態のロボットシステムの全体構成を示す図である。 図２は、図１に示すロボットシステムのブロック図である。 図３は、図１に示す第１撮像部が撮像した第１撮像画像を示す図である。 図４は、図１に示す第２撮像部が撮像した第２撮像画像を示す図である。 図５は、図１に示す第３撮像部が撮像した第３撮像画像を示す図である。 図６は、第１投影形状のデータである第１投影形状データを示す図である。 図７は、第２投影形状のデータである第２投影形状データを示す図である。 図８は、第３投影形状のデータである第３投影形状データを示す図である。 図９は、第１投影形状データから予測される第１予測形状データを示す図である。 図１０は、第２投影形状データから予測される第２予測形状データを示す図である。 図１１は、第３投影形状データから予測される第３予測形状データを示す図である。 図１２は、ワークの予測立体形状である簡易形状データを示す図である。 図１３は、図１２に示す予測立体形状に目標位置を設定した状態を示す図である。 図１４は、図１３に示す予測立体形状に設定した目標位置を実際の作業対象物に適用した状態を示す図である。 図１５は、図１３に示す予測立体形状に設定した目標位置に、ロボットアームが移動する順番を設定した状態を示す図である。 図１６は、図１３に示す予測立体形状に設定した目標位置に、ロボットアームが移動する順番を設定した状態を示す図である。 図１７は、ロボットアームがワークに対して所定の作業を行っている状態を示す断面図である。 図１８は、図２に示す制御装置が行う制御動作を説明するためのフローチャートである。 図１９は、第２実施形態のロボットシステムが備えるロボットアームがワークに対して所定の作業を行っている状態を示す断面図である。 図２０は、図１９に示すロボットシステムが備える制御装置が行う制御動作を説明するためのフローチャートである。 図２１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２２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２３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。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態のロボットシステムの全体構成を示す図である。図２は、図１に示すロボットシステムのブロック図である。図３は、図１に示す第１撮像部が撮像した第１撮像画像を示す図である。図４は、図１に示す第２撮像部が撮像した第２撮像画像を示す図である。図５は、図１に示す第３撮像部が撮像した第３撮像画像を示す図である。図６は、第１投影形状のデータである第１投影形状データを示す図である。図７は、第２投影形状のデータである第２投影形状データを示す図である。図８は、第３投影形状のデータである第３投影形状データを示す図である。図９は、第１投影形状データから予測される第１予測形状データを示す図である。図１０は、第２投影形状データから予測される第２予測形状データを示す図である。図１１は、第３投影形状データから予測される第３予測形状データを示す図である。図１２は、ワークの予測立体形状である簡易形状データを示す図である。図１３は、図１２に示す予測立体形状に目標位置を設定した状態を示す図である。図１４は、図１３に示す予測立体形状に設定した目標位置を実際の作業対象物に適用した状態を示す図である。図１５は、図１３に示す予測立体形状に設定した目標位置に、ロボットアームが移動する順番を設定した状態を示す図である。図１６は、図１３に示す予測立体形状に設定した目標位置に、ロボットアームが移動する順番を設定した状態を示す図である。図１７は、ロボットアームがワークに対して所定の作業を行っている状態を示す断面図である。図１８は、図２に示す制御装置が行う制御動作を説明するためのフローチャートである。
以下、本発明のロボットの制御方法およびロボットシステム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、以下では、説明の便宜上、図１中の＋Ｚ軸方向、すなわち、上側を「上」、−Ｚ軸方向、すなわち、下側を「下」とも言う。また、ロボットアームについては、図１中の基台１１側を「基端」、その反対側、すなわち、エンドエフェクター２０側を「先端」とも言う。また、図１中のＺ軸方向、すなわち、上下方向を「鉛直方向」とし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向、すなわち、左右方向を「水平方向」とする。
図１に示すように、ロボットシステム１００は、ロボット１と、ロボット１を制御する制御装置３と、教示装置４と、第１撮像部５Ａと、第２撮像部５Ｂと、第３撮像部５Ｃと、を備え、本発明のロボットの制御方法を実行する。
まず、ロボット１について説明する。
図１に示すロボット１は、本実施形態では単腕の６軸垂直多関節ロボットであり、基台１１と、ロボットアーム１０と、を有する。また、ロボットアーム１０の先端部にエンドエフェクター２０を装着することができる。エンドエフェクター２０は、ロボット１の構成要件であってもよく、ロボット１の構成要件でなくてもよい。
なお、ロボット１は、図示の構成に限定されず、例えば、双腕型の多関節ロボットであってもよい。また、ロボット１は、水平多関節ロボットであってもよい。
基台１１は、ロボットアーム１０を下側から駆動可能に支持する支持体であり、例えば工場内の床に固定されている。ロボット１は、基台１１が中継ケーブル１８を介して制御装置３と電気的に接続されている。なお、ロボット１と制御装置３との接続は、図１に示す構成のように有線による接続に限定されず、例えば、無線による接続であってもよく、さらには、インターネットのようなネットワークを介して接続されていてもよい。
本実施形態では、ロボットアーム１０は、第１アーム１２と、第２アーム１３と、第３アーム１４と、第４アーム１５と、第５アーム１６と、第６アーム１７とを有し、これらのアームが基台１１側からこの順に連結されている。なお、ロボットアーム１０が有するアームの数は、６つに限定されず、例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つまたは７つ以上であってもよい。また、各アームの全長等の大きさは、それぞれ、特に限定されず、適宜設定可能である。
基台１１と第１アーム１２とは、関節１７１を介して連結されている。そして、第１アーム１２は、基台１１に対し、鉛直方向と平行な第１回動軸を回動中心とし、その第１回動軸回りに回動可能となっている。第１回動軸は、基台１１が固定される床の法線と一致している。
第１アーム１２と第２アーム１３とは、関節１７２を介して連結されている。そして、第２アーム１３は、第１アーム１２に対し、水平方向と平行な第２回動軸を回動中心として回動可能となっている。第２回動軸は、第１回動軸に直交する軸と平行である。
第２アーム１３と第３アーム１４とは、関節１７３を介して連結されている。そして、第３アーム１４は、第２アーム１３に対して水平方向と平行な第３回動軸を回動中心として回動可能となっている。第３回動軸は、第２回動軸と平行である。
第３アーム１４と第４アーム１５とは、関節１７４を介して連結されている。そして、第４アーム１５は、第３アーム１４に対し、第３アーム１４の中心軸方向と平行な第４回動軸を回動中心として回動可能となっている。第４回動軸は、第３回動軸と直交している。
第４アーム１５と第５アーム１６とは、関節１７５を介して連結されている。そして、第５アーム１６は、第４アーム１５に対して第５回動軸を回動中心として回動可能となっている。第５回動軸は、第４回動軸と直交している。
第５アーム１６と第６アーム１７とは、関節１７６を介して連結されている。そして、第６アーム１７は、第５アーム１６に対して第６回動軸を回動中心として回動可能となっている。第６回動軸は、第５回動軸と直交している。
また、第６アーム１７は、ロボットアーム１０の中で最も先端側に位置するロボット先端部となっている。この第６アーム１７は、ロボットアーム１０の駆動により、エンドエフェクター２０ごと回動することができる。
ロボット１は、駆動部としてのモーターＭ１、モーターＭ２、モーターＭ３、モーターＭ４、モーターＭ５およびモーターＭ６と、エンコーダーＥ１、エンコーダーＥ２、エンコーダーＥ３、エンコーダーＥ４、エンコーダーＥ５およびエンコーダーＥ６とを備える。モーターＭ１は、関節１７１に内蔵され、基台１１と第１アーム１２とを相対的に回転させる。モーターＭ２は、関節１７２に内蔵され、第１アーム１２と第２アーム１３とを相対的に回転させる。モーターＭ３は、関節１７３に内蔵され、第２アーム１３と第３アーム１４とを相対的に回転させる。モーターＭ４は、関節１７４に内蔵され、第３アーム１４と第４アーム１５とを相対的に回転させる。モーターＭ５は、関節１７５に内蔵され、第４アーム１５と第５アーム１６とを相対的に回転させる。モーターＭ６は、関節１７６に内蔵され、第５アーム１６と第６アーム１７とを相対的に回転させる。
また、エンコーダーＥ１は、関節１７１に内蔵され、モーターＭ１の位置を検出する。エンコーダーＥ２は、関節１７２に内蔵され、モーターＭ２の位置を検出する。エンコーダーＥ３は、関節１７３に内蔵され、モーターＭ３の位置を検出する。エンコーダーＥ４は、関節１７４に内蔵され、モーターＭ４の位置を検出する。エンコーダーＥ５は、関節１７５に内蔵され、モーターＭ５の位置を検出する。エンコーダーＥ６は、関節１７６に内蔵され、モーターＭ６の位置を検出する。
エンコーダーＥ１〜Ｅ６は、制御装置３と電気的に接続されており、モーターＭ１〜モーターＭ６の位置情報、すなわち、回転量が制御装置３に電気信号として送信される。そして、この情報に基づいて、制御装置３は、モーターＭ１〜モーターＭ６を、図示しないモータードライバーを介して駆動させる。すなわち、ロボットアーム１０を制御するということは、モーターＭ１〜モーターＭ６を制御することである。
また、ロボットアーム１０の先端には、制御点ＣＰが設定されている。制御点ＣＰは、ロボットアーム１０の制御を行う際の基準となる点のことである。ロボットシステム１００では、ロボット座標系で制御点ＣＰの位置を把握し、制御点ＣＰが所望の位置に移動するようにロボットアーム１０を駆動する。
また、ロボット１では、ロボットアーム１０に、力を検出する力検出部１９が着脱自在に設置される。そして、ロボットアーム１０は、力検出部１９が設置された状態で駆動することができる。力検出部１９は、本実施形態では、６軸力覚センサーである。力検出部１９は、互いに直交する３個の検出軸上の力の大きさと、当該３個の検出軸まわりのトルクの大きさとを検出する。すなわち、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向の力成分と、Ｘ軸回りとなるＷ方向の力成分と、Ｙ軸回りとなるＶ方向の力成分と、Ｚ軸回りとなるＵ方向の力成分とを検出する。なお、本実施形態では、Ｚ軸方向が鉛直方向となっている。また、各軸方向の力成分を「並進力成分」と言い、各軸回りの力成分を「トルク成分」と言うこともできる。また、力検出部１９は、６軸力覚センサーに限定されず、他の構成のものであってもよい。
本実施形態では、力検出部１９は、第６アーム１７に設置されている。なお、力検出部１９の設置箇所としては、第６アーム１７、すなわち、最も先端側に位置するアームに限定されず、例えば、他のアームや、隣り合うアーム同士の間であってもよい。
力検出部１９には、エンドエフェクター２０を着脱可能に装着することができる。エンドエフェクター２０は、本実施形態では、作業対象物であるワークＷ１の研磨を行う研磨機である。この研磨機は、外周部に砥粒を有する研磨部材２１と、研磨部材２１を回転させる図示しないモーターと、モーターを駆動する図示しない電源と、を有する。また、ロボット座標系において、研磨部材２１の先端面の任意の位置、好ましくは中心にツールセンターポイントＴＣＰが設定されている。なお、これに限定されず、ツールセンターポイントＴＣＰは、研磨部材２１の外周部に設定されていてもよい。
前述したように、ロボットシステム１００では、ロボット座標系で制御点ＣＰの位置を把握し、制御点ＣＰが所望の位置に移動するようにロボットアーム１０を駆動する。また、エンドエフェクター２０の種類、特に、長さを把握しておくことにより、ツールセンターポイントＴＣＰと制御点ＣＰとのオフセット量を把握することができる。このため、ツールセンターポイントＴＣＰの位置をロボット座標系で把握することができる。したがって、ツールセンターポイントＴＣＰを制御の基準とすることができる。
また、本実施形態では、エンドエフェクター２０は、研磨機で構成されているが、本発明ではこれに限定されず、例えば、研削機、切削機等や、ドライバー、レンチ等の工具であってもよく、吸引、挟持によりワークＷ１を把持するハンドであってもよい。また、エンドエフェクターは、第２実施形態のように、処理液を噴出するスプレーであってもよく、処理液を塗布する刷毛等であってもよい。
また、本実施形態では、図１に示すように、ワークＷ１は、横断面形状が円形の長尺体で構成され、その長手方向の途中が２か所湾曲した部材として説明する。
次に、第１撮像部５Ａ〜第３撮像部５Ｃについて説明する。第１撮像部５Ａ〜第３撮像部５Ｃは、設置位置、向きが異なること以外は、同様の構成である。第１撮像部５Ａ〜第３撮像部５Ｃは、例えば、複数の画素を有するＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサーで構成された撮像素子と、レンズ等を含む光学系と、を有する構成とすることができる。図２に示すように、第１撮像部５Ａ〜第３撮像部５Ｃは、制御装置３の目標位置設定部３Ａと電気的に接続されている。また、第１撮像部５Ａ〜第３撮像部５Ｃは、撮像素子が受光した光を電気信号に変換し、その電気信号を目標位置設定部３Ａへと出力する。そして、目標位置設定部３Ａは、この電気信号を画像データに変換して記憶部３Ｃに一時的に記憶する。なお、以下では、第１撮像部５Ａからの電気信号に基づいた画像データを第１撮像画像Ｄ１と言い、第２撮像部５Ｂからの電気信号に基づいた画像データを第２撮像画像Ｄ２と言い、第３撮像部５Ｃからの電気信号に基づいた画像データを第３撮像画像Ｄ３と言う。
図１に示すように、第１撮像部５Ａは、ワークＷ１を＋Ｘ軸側から撮像し、第２撮像部５Ｂは、ワークＷ１を＋Ｙ軸側から撮像し、第３撮像部５Ｃは、ワークＷ１を＋Ｚ軸側から撮像する。また、第１撮像部５Ａ〜第３撮像部５Ｃは、ロボット１がワークＷ１に対して所定の作用を行うのに先立って撮像を行う。そして、得られた第１撮像画像Ｄ１〜第３撮像画像Ｄ３に基づいて、目標位置設定部３Ａがロボットアーム１０の動作経路を設定する。このことに関しては、後に詳述する。
なお、本実施形態では、第１撮像部５Ａ〜第３撮像部５Ｃの３つの撮像部を有する構成であったが、本発明ではこれに限定されず、第１撮像部５Ａ〜第３撮像部５Ｃのうちの１〜３つが省略されていてもよい。撮像部が１つまたは２つである場合、撮像部を移動させつつ複数の方向から撮像を行う構成であるのが好ましい。また、撮像部が省略されている場合、例えば、ワークＷ１の３次元データ、例えば、ＣＡＤデータ等を制御装置３または教示装置４に入力することにより、ロボットアーム１０の動作経路を設定することができる。
次に、制御装置３および教示装置４について説明する。
制御装置３は、ロボット１から離間して配置されており、プロセッサーの１例であるＣＰＵ（Central Processing Unit）が内蔵されたコンピューター等で構成することができる。この制御装置３は、ロボット１の基台１１に内蔵されていてもよい。
制御装置３は、中継ケーブル１８によりロボット１と通信可能に接続される。また、制御装置３は、教示装置４とケーブルで、または無線通信可能に接続される。教示装置４は、専用のコンピューターであってもよいし、ロボット１を教示するためのプログラムがインストールされた汎用のコンピューターであってもよい。例えばロボット１を教示するための専用装置であるティーチングペンダント等を教示装置４の代わりに用いても良い。さらに、制御装置３と教示装置４とは、別々の筐体を備えていてもよいし、一体に構成されていてもよい。
また、教示装置４には、制御装置３に後述する目標位置Ｓｔと目標力ｆＳｔとを引数とする実行プログラムを生成して制御装置３にロードするためのプログラムがインストールされていてもよい。教示装置４は、ディスプレイ４１、プロセッサー、ＲＡＭやＲＯＭを備え、これらのハードウェア資源が教示プログラムと協働して実行プログラムを生成する。
図２に示すように、制御装置３は、ロボット１の制御を行うための制御プログラムがインストールされたコンピューターである。制御装置３は、プロセッサーや図示しないＲＡＭやＲＯＭを備え、これらのハードウェア資源がプログラムと協働することによりロボット１を制御する。
また、図２に示すように、制御装置３は、目標位置設定部３Ａと、駆動制御部３Ｂと、記憶部３Ｃと、を有する。記憶部３Ｃは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリー、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー、着脱式の外部記憶装置等で構成される。記憶部３Ｃには、本発明のロボットの制御方法を実行するためのプログラム等、ロボット１を作動させるための動作プログラムが記憶されている。
目標位置設定部３Ａは、ワークＷ１に対して所定の作業を実行するための目標位置Ｓｔおよび動作経路を設定する。以下、具体的に説明する。
目標位置設定部３Ａは、まず、第１撮像部５Ａから図３に示す第１撮像画像Ｄ１を取得するとともに、第２撮像部５Ｂから図４に示す第２撮像画像Ｄ２を取得するとともに、第３撮像部５Ｃから図５に示す第３撮像画像Ｄ３を取得する。
次いで、目標位置設定部３Ａは、第１撮像画像Ｄ１に対し二値化処理を行い、図６に示すように、ワークＷ１の第１投影形状のデータである第１投影形状データＤ１’を生成する。同様に、目標位置設定部３Ａは、図７に示すように、第２撮像画像Ｄ２からワークＷ１の第２投影形状のデータである第２投影形状データＤ２’を生成し、図８に示すように、第３撮像画像Ｄ３からワークＷ１の第３投影形状のデータである第３投影形状データＤ３’を生成する。
次いで、目標位置設定部３Ａは、第１投影形状データＤ１’から、ワークＷ１の形状を予測して第１予測形状データＤＡを生成する。具体的には、横断面形状が第１投影形状データＤ１’における第１投影形状と同じ形状となるような所定長さの長尺な第１立体形状の第１予測形状データＤＡを生成する。同様に、目標位置設定部３Ａは、第２投影形状データＤ２’から、図１０に示すように、第２立体形状の第２予測形状データＤＢを生成し、第３投影形状データＤ３’から、図１１に示すように、第３立体形状の第３予測形状データＤＣを生成する。
次いで、目標位置設定部３Ａは、第１予測形状データＤＡ〜第３予測形状データＤＣに基づいて、すなわち、合成して、図１２に示すように、ワークＷ１の予測立体形状Ｗ’のデータである簡易形状データＤＤを生成する。簡易形状データＤＤにおける予測立体形状Ｗ’は、曲面の部分が実際のワークＷ１よりも少なく、また、稜線２００の本数が多く、比較的粗いデータである。このように、目標位置設定部３Ａは、第１撮像画像Ｄ１〜第３撮像画像Ｄ３に基づいて、簡易形状データＤＤを生成する。ただし、この構成に限定されず、第１撮像部５Ａ〜第３撮像部５Ｃを省略し、ワークＷ１の、ＣＡＤデータ等の立体形状データから簡易形状データＤＤを生成してもよい。
また、上記では、目標位置設定部３Ａが簡易形状データＤＤを生成する場合について説明したが、本発明ではこれに限定されず、例えば、教示装置４やその他の外部機器で生成された簡易形状データＤＤが制御装置３に入力される構成であってもよい。
そして、図１３に示すように、目標位置設定部３Ａは、簡易形状データＤＤにおける予測立体形状Ｗ’に複数の目標位置Ｓｔを設定する。なお、本明細書中で「目標位置Ｓｔを設定する」とは、予測立体形状Ｗ’に対する目標位置Ｓｔの位置情報を記憶部３Ｃに記憶することを言う。
本実施形態では、予測立体形状Ｗ’の稜線２００上に、目標位置Ｓｔを所定の間隔で設定する。予測立体形状Ｗ’の稜線２００は、ワークＷ１の形状が簡素化された特徴部分である。この稜線２００上に複数の目標位置Ｓｔを設定することにより、ワークＷ１の形状が簡素化された部分に目標位置Ｓｔを設定することができ、目標位置Ｓｔの設定の簡素化を図ることができる。また、稜線２００は、各投影形状における輪郭部分に対応している。このような稜線２００上に複数の目標位置Ｓｔを設定することにより、全体的にムラなく目標位置Ｓｔを設定することができる。
なお、予測立体形状Ｗ’において、稜線２００以外の部分に対して目標位置Ｓｔを設定してもよい。また、各稜線２００の形状に応じて目標位置Ｓｔの設定頻度を変更してもよい。例えば、湾曲形状の稜線２００における各目標位置Ｓｔの間隔を比較的小さくし、直線形状の稜線２００における各目標位置Ｓｔの間隔を比較的大きくしてもよい。
次いで、目標位置設定部３Ａは、図１４に示すように、実際のワークＷ１に対して上記で設定した目標位置Ｓｔを適用する。具体的には、図１３に示す各目標位置Ｓｔ同士の位置関係を維持したまま、図３〜図５に示す第１撮像画像Ｄ１〜第３撮像画像Ｄ３に基づいて、実際のワークＷ１に目標位置Ｓｔを設定する。さらに換言すれば、実際にワークＷ１が置かれている位置に基づいて、各目標位置Ｓｔに対してロボット座標系での座標を設定する。なお、座標を設定するとともに、各目標位置Ｓｔに対してロボットアーム１０が接近する姿勢も設定する。
次いで、図１５および図１６に示すように、各目標位置Ｓｔに対してロボットアーム１０の制御点ＣＰまたはツールセンターポイントＴＣＰが移動する順番を設定する。すなわち、ロボットアーム１０の動作経路を設定する。「目標位置Ｓｔに対してロボットアーム１０の制御点ＣＰまたはツールセンターポイントＴＣＰが移動する」とは、制御点ＣＰまたはツールセンターポイントＴＣＰが目標位置Ｓｔと一致するまで移動しなくても、目標位置Ｓｔを目標として移動することを言う。
なお、各目標位置Ｓｔに対して順番を設定する際、各目標位置Ｓｔに対してロボットアーム１０が接近する姿勢も設定する。すなわち、各目標位置Ｓｔに対して順番を設定する際、目標位置Ｓｔごとにどの方向からどのような姿勢で接近するかを紐づけて記憶部３Ｃに記憶する。
以上のような目標位置設定部３Ａによれば、比較的単純な構造である予測立体形状Ｗ’に対して複数の目標位置Ｓｔを設定することができる。このため、例えば、特開平７−１００７５５号公報に開示されている方法よりも目標位置Ｓｔの数を減らすことができる。よって、従来よりも簡単かつ迅速に目標位置Ｓｔを設定することができる。
しかしながら、図１４〜図１６に示すように、設定された目標位置Ｓｔは、ワークＷ１の表面に対して離れた場所に位置しているものもある。この場合、単に、ツールセンターポイントＴＣＰが各目標位置Ｓｔを通過するようにロボットアーム１０を駆動させつつ作業を行っていると、エンドエフェクター２０がワークＷ１に接触しないことがある。この場合、良好な作業を行うことができない。そこで、ロボットシステム１００では、駆動制御部３Ｂが以下のような制御を行うことにより、この問題を解消することができる。以下、駆動制御部３Ｂについて説明する。
駆動制御部３Ｂは、ロボットアーム１０の駆動を制御するものであり、位置制御部３０と、座標変換部３１と、座標変換部３２と、補正部３３と、力制御部３４と、指令統合部３５と、を有する。
位置制御部３０は、予め作成されたコマンドで指定される目標位置に従って、ロボット１のツールセンターポイントＴＣＰの位置を制御する位置指令信号、すなわち、位置指令値を生成する。
ここで、制御装置３は、ロボット１の動作を力制御等で制御することが可能である。「力制御」とは、力検出部１９の検出結果に基づいて、エンドエフェクター２０の位置、すなわち、ツールセンターポイントＴＣＰの位置や、第１アーム１２〜第６アーム１７の姿勢を変更したりするロボット１の動作の制御のことである。
力制御には、例えば、フォーストリガー制御と、インピーダンス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１９により力検出を行い、その力検出部１９により所定の力を検出するまで、ロボットアーム１０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１９により検出される所定方向の力を可能な限り目標力ｆＳｔに維持するようにロボットアーム１０の動作を制御する。これにより、例えば、ロボットアーム１０に対してインピーダンス制御を行うと、ロボットアーム１０は、対象物や、オペレーターから加わった外力に対し、前記所定方向について倣う動作を行う。なお、目標力ｆＳｔには、０も含まれる。例えば、倣い動作の場合には、目標値を「０」とすることができる。なお、目標力ｆＳｔを０以外の数値とすることもできる。この目標力ｆＳｔは、作業者が適宜設定可能である。
記憶部３Ｃは、モーターＭ１〜モーターＭ６の回転角度の組み合わせと、ロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置との対応関係を記憶している。また、制御装置３は、ロボット１が行う作業の工程ごとに目標位置Ｓｔと目標力ｆＳｔとの少なくとも一方をコマンドに基づいて記憶部３Ｃに記憶する。目標位置Ｓｔおよび目標力ｆＳｔを引数、すなわち、パラメーターとするコマンドは、ロボット１が行う作業の工程ごとに設定される。
駆動制御部３Ｂは、設定された目標位置Ｓｔと目標力ｆＳｔとがツールセンターポイントＴＣＰにて一致されるように、コマンドに基づいて第１アーム１２〜第６アーム１７を制御する。目標力ｆＳｔとは、第１アーム１２〜第６アーム１７の動作に応じて力検出部１９が検出すべき力である。ここで、「Ｓ」の文字は、ロボット座標系を規定する軸の方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｕ，Ｖ，Ｗ）のいずれか１つの方向を表すこととする。また、Ｓは、Ｓ方向の位置も表すこととする。例えば、Ｓ＝Ｘの場合、ロボット座標系にて設定された目標位置のＸ方向成分がＳｔ＝Ｘｔとなり、目標力のＸ方向成分がｆＳｔ＝ｆＸｔとなる。
また、駆動制御部３Ｂでは、モーターＭ１〜モーターＭ６の回転角度を取得すると、図２に示す座標変換部３１が、対応関係に基づいて、当該回転角度をロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置Ｓ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｖ，Ｗ，Ｕ）に変換する。そして、座標変換部３２が、ツールセンターポイントＴＣＰの位置Ｓと、力検出部１９の検出値とに基づいて、力検出部１９に現実に作用している作用力ｆＳをロボット座標系において特定する。
作用力ｆＳの作用点は、ツールセンターポイントＴＣＰとは別に原点として定義される。原点は、力検出部１９が力を検出している点に対応する。なお、制御装置３は、ロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置Ｓごとに、力検出部１９のセンサー座標系における検出軸の方向を規定した対応関係を記憶している。従って、制御装置３は、ロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置Ｓと対応関係とに基づいて、ロボット座標系における作用力ｆＳを特定できる。また、ロボットに作用するトルクは、作用力ｆＳと、接触点から力検出部１９までの距離とから算出することができ、トルク成分として特定される。なお、ワークＷ１に対してエンドエフェクター２０が接触して作業を行う場合、接触点は、ツールセンターポイントＴＣＰとみなすことができる。
補正部３３は、作用力ｆＳに対して重力補償を行う。重力補償とは、作用力ｆＳから重力に起因する力やトルクの成分を除去することである。重力補償を行った作用力ｆＳは、ロボットアーム１０またはエンドエフェクター２０に作用している重力以外の力と見なすことができる。
また、補正部３３は、作用力ｆＳに対して慣性補償を行う。慣性補償とは、作用力ｆＳから慣性力に起因する力やトルクの成分を除去することである。慣性補償を行った作用力ｆＳは、ロボットアーム１０またはエンドエフェクター２０に作用している慣性力以外の力と見なすことができる。
力制御部３４は、インピーダンス制御を行う。インピーダンス制御は、仮想の機械的インピーダンスをモーターＭ１〜モーターＭ６によって実現する能動インピーダンス制御である。制御装置３は、このようなインピーダンス制御を、ワークの嵌合作業、螺合作業、研磨作業等、エンドエフェクター２０が対象物であるワークから力を受ける接触状態の工程や、直接教示を行う際に実行する。なお、このような工程以外であっても、例えば、人がロボット１に接触した際にインピーダンス制御を行うことにより、安全性を高めることができる。
インピーダンス制御では、目標力ｆＳｔを後述する運動方程式に代入してモーターＭ１〜モーターＭ６の回転角度を導出する。制御装置３がモーターＭ１〜モーターＭ６を制御する信号は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調された信号である。
また、制御装置３は、エンドエフェクター２０が外力を受けない非接触状態の工程では、目標位置Ｓｔから線形演算で導出する回転角度でモーターＭ１〜モーターＭ６を制御する。目標位置Ｓｔから線形演算で導出する回転角度でモーターＭ１〜モーターＭ６を制御するモードのことを、位置制御モードと言う。
制御装置３は、目標力ｆＳｔと作用力ｆＳとをインピーダンス制御の運動方程式に代入することにより、力由来補正量ΔＳを特定する。力由来補正量ΔＳとは、ツールセンターポイントＴＣＰが機械的インピーダンスを受けた場合に、目標力ｆＳｔとの力偏差ΔｆＳ（ｔ）を解消するために、ツールセンターポイントＴＣＰが移動すべき位置Ｓの大きさを意味する。下記の式（１）は、インピーダンス制御の運動方程式である。
Figure 2021133470
式（１）の左辺は、ツールセンターポイントＴＣＰの位置Ｓの２階微分値に仮想質量係数ｍ（以下、「質量係数ｍ」と言う）を乗算した第１項と、ツールセンターポイントＴＣＰの位置Ｓの微分値に仮想粘性係数ｄ（以下、「粘性係数ｄ」と言う）を乗算した第２項と、ツールセンターポイントＴＣＰの位置Ｓに仮想弾性係数ｋ（以下、「弾性係数ｋ」と言う）を乗算した第３項とによって構成される。式（１）の右辺は、目標力ｆＳｔから現実の力ｆを減算した力偏差ΔｆＳ（ｔ）によって構成される。式（１）における微分とは、時間による微分を意味する。ロボット１が行う工程において、目標力ｆＳｔとして一定値が設定される場合もあるし、目標力ｆＳｔとして時間の関数が設定される場合もある。
質量係数ｍは、ツールセンターポイントＴＣＰが仮想的に有する質量を意味し、粘性係数ｄは、ツールセンターポイントＴＣＰが仮想的に受ける粘性抵抗を意味し、弾性係数ｋは、ツールセンターポイントＴＣＰが仮想的に受ける弾性力のバネ定数を意味する。
質量係数ｍの値が大きくなるにつれて、動作の加速度が小さくなり、質量係数ｍの値が小さくなるにつれて動作の加速度が大きくなる。粘性係数ｄの値が大きくなるにつれて、動作の速度が遅くなり、粘性係数ｄの値が小さくなるにつれて動作の速度が速くなる。弾性係数ｋの値が大きくなるにつれて、バネ性が大きくなり、弾性係数ｋの値が小さくなるにつれて、バネ性が小さくなる。
本明細書では、質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋの各々を力制御パラメーターと言う。これら質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋは、方向ごとに異なる値に設定されてもよいし、方向に関わらず共通の値に設定されてもよい。また、質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋは、作業者が、作業前に適宜設定可能である。
このように、ロボットシステム１００では、力検出部１９の検出値、予め設定された力制御パラメーター、および、予め設定された目標力から補正量を求める。この補正量は、前述した力由来補正量ΔＳのことであり、外力を受けたその位置からツールセンターポイントＴＣＰを移動すべき位置との差のことである。
そして、指令統合部３５は、位置制御部３０が生成した位置指令値Ｐに、力由来補正量ΔＳを合算する。これを随時行うことにより、指令統合部３５は、外力を受けた位置に移動させるために用いていた位置指令値Ｐから、新たな位置指令値Ｐ’を求める。
そして、この新たな位置指令値Ｐ’を座標変換部３１がロボット座標に変換し、実行部３５１が実行することにより、力由来補正量ΔＳを加味した位置にツールセンターポイントＴＣＰを移動させて、外力が加わった衝撃を緩和し、ロボット１に接触した対象物に対し、それ以上負荷がかかるのを緩和することができる。
このような駆動制御部３Ｂによれば、ツールセンターポイントＴＣＰを目標位置Ｓｔに向かって移動させつつ、かつ、目標力ｆＳｔが予め設定された値になるまでツールセンターポイントＴＣＰが移動するようにロボットアーム１０を駆動することができる。換言すれば、例えば、図１７に示すように、予め設定された方向からツールセンターポイントＴＣＰを目標位置Ｓｔに向かって移動させ、図１７中二点鎖線で示すように、ツールセンターポイントＴＣＰが目標位置Ｓｔと一致したとしても、エンドエフェクター２０がワークＷ１に接触していなければ、これまで移動してきた方向の延長上をツールセンターポイントＴＣＰがさらに移動するようにロボットアーム１０を駆動させる。そして、図１７中実線で示すように、エンドエフェクター２０がワークＷ１と接触し、目標力ｆＳｔが予め設定された値になるよう、ロボットアーム１０を駆動する。また、このような制御を、目標位置Ｓｔごとに実行する。
このような構成により、目標位置設定部３Ａで設定された目標位置ＳｔがワークＷ１の表面に対して離れた場所に位置していたとしても、上述したような力制御により、ワークＷ１に対してエンドエフェクター２０を接触させて所定の作業を良好に行うことができる。換言すれば、ロボットシステム１００では、目標位置設定部３Ａが、目標位置Ｓｔ、ひいては、動作経路を迅速に設定し、駆動制御部３Ｂが力制御によりロボットアーム１０を駆動することで、迅速な経路設定を行う目標位置設定部３Ａの粗さを駆動制御部３Ｂの高精度なロボットアーム１０の駆動で補うことができる。その結果、迅速な目標位置Ｓｔの設定と、ワークＷ１に対する作業の正確性とを両立することができる。
このように、ロボットシステム１００は、作業対象物であるワークＷ１に対して所定の作業を行うロボットアーム１０と、ロボットアーム１０に加わる力を検出する力検出部１９と、ワークＷ１を異なる方向から投影した複数の投影形状から予測した簡易形状データＤＤに対して、所定の作業を行う際のロボットアーム１０の制御点ＣＰを移動させる目標位置Ｓｔを複数設定する目標位置設定部３Ａと、目標位置設定部３Ａが設定した複数の目標位置Ｓｔと、ロボットアーム１０に加わる力と、に基づいた力制御によりロボットアーム１０を駆動し、所定の作業を行う駆動制御部３Ｂと、を備える。これにより、目標位置設定部３Ａが迅速かつ簡単に目標位置Ｓｔを設定することができる。また、駆動制御部３Ｂが力制御によりロボットアーム１０を駆動することにより、迅速な目標位置Ｓｔの設定を行う目標位置設定部３Ａの粗さを駆動制御部３Ｂが行う力制御によって補うことができる。その結果、迅速な目標位置Ｓｔの設定と、ワークＷ１に対する作業の正確性とを両立することができる。
次に、制御装置３が実行する動作プログラムの一例、すなわち、本発明のロボットの制御方法の一例を、図１８に示すフローチャートに基づいて説明する。
ステップＳ１０１〜ステップＳ１０４が簡易形状データ生成ステップであり、ステップＳ１０５およびステップＳ１０６が目標位置設定ステップであり、ステップＳ１０７が駆動ステップである。
まず、ステップＳ１０１において、第１撮像部５Ａ〜第３撮像部５Ｃを用いてワークＷ１を撮像する。これにより、図３〜図５に示すように、異なる方向から撮像した第１撮像画像Ｄ１〜第３撮像画像Ｄ３を得ることができる。
次いで、ステップＳ１０２において、少なくとも２つ、本実施形態では、３つの投影形状データを生成する。すなわち、第１撮像画像Ｄ１〜第３撮像画像Ｄ３に対し二値化処理を行い、図６〜図８に示すように、第１投影形状データＤ１’〜第３投影形状データＤ３’を生成する。
次いで、ステップＳ１０３において、予測形状データを生成する。すなわち、第１投影形状データＤ１’〜第３投影形状データＤ３’から、図９〜図１１に示すように、第１予測形状データＤＡ〜第３予測形状データＤＣを生成する。この生成方法は、前述した通りである。
次いで、ステップＳ１０４において、ワークＷ１の予測立体形状である簡易形状データＤＤを生成する。すなわち、第１予測形状データＤＡ〜第３予測形状データＤＣを合成して図１２に示すように、ワークＷ１の予測立体形状Ｗ’である簡易形状データＤＤを生成する。簡易形状データＤＤにおける予測立体形状Ｗ’は、曲面の部分が実際のワークＷ１よりも少なく、また、稜線２００の本数が多く、比較的粗いデータである。
以上のステップＳ１０１〜ステップＳ１０４が簡易形状データ生成ステップである。このように、ロボットの制御方法は、目標位置設定ステップの前に、簡易形状データを生成する簡易形状データ生成ステップをさらに有する。これにより、簡易形状データがない場合であっても、簡易形状データを生成することができ、目標位置設定ステップに移行することができる。
また、簡易形状データ生成ステップでは、作業対象物であるワークＷ１を異なる方向から投影した複数の投影形状のうち、最も投影面積が大きい投影形状と、２番目に投影面積が大きい投影形状とから簡易形状データＤＤを生成するのが好ましい。複数の方向からの投影形状から、投影面積が大きいものを選択し、これらに基づいて簡易形状データＤＤを生成することにより、簡易形状データＤＤの形状を、実際のワークＷ１により近づけることができる。
また、簡易形状データ生成ステップでは、撮像部である第１撮像部５Ａ〜第３撮像部５Ｃを用いて作業対象物であるワークＷ１を撮像して撮像画像である第１撮像画像Ｄ１〜第３撮像画像Ｄ３を取得し、第１撮像画像Ｄ１〜第３撮像画像Ｄ３に基づいて、投影形状のデータである第１投影形状データＤ１’〜第３投影形状データＤ３’を取得する。これにより、例えば、ワークＷ１の立体形状データがない場合であっても、簡易形状データを生成することができ、目標位置設定ステップに移行することができる。
次いで、ステップＳ１０５において、目標位置Ｓｔを設定する。すなわち、図１３に示すように、予測立体形状Ｗ’の稜線２００上に、所定の間隔で目標位置Ｓｔを複数設定する。このように、目標位置設定ステップでは、簡易形状データＤＤの稜線２００上に所定の間隔で目標位置Ｓｔを複数設定する。稜線２００は、ワークＷ１の形状が簡素化された特徴部分である。この稜線２００上に複数の目標位置Ｓｔを設定することにより、ワークＷ１の形状が簡素化された部分に目標位置Ｓｔを設定することができ、目標位置Ｓｔの設定の簡素化を図ることができる。また、稜線２００は、各投影形状における輪郭部分に対応している。このような稜線２００上に複数の目標位置Ｓｔを設定することにより、全体的にムラなく目標位置Ｓｔを設定することができる。
次いで、ステップＳ１０６において、各目標位置Ｓｔに対して移動する順番を設定する。本ステップでは、各目標位置Ｓｔに対して１ずつ順番を設定する。また、図１５および図１６では、その順番に従って各目標位置Ｓｔを矢印で結んでいる。順番を設定する方法としては、例えば、ツールセンターポイントＴＣＰと最も近くなる位置から、徐々に離れていくように順番を設定する方法等が挙げられる。なお、各目標位置Ｓｔに対して移動する順番を設定するときに、各目標位置Ｓｔに対してロボットアーム１０が接近する姿勢も設定する。
このような目標位置設定ステップによれば、簡易形状データＤＤに各目標位置Ｓｔを設定することができる。また、各目標位置Ｓｔに対して移動する順番を設定することにより、ロボットアーム１０の動作経路を設定することができる。
そして、ステップＳ１０７において、前述したように、力制御により作業を行う。すなわち、目標位置設定ステップで設定した目標位置Ｓｔと、ロボットアーム１０に加わる力と、に基づいた力制御によりロボットアーム１０を駆動し、所定の作業を行う。
以上説明したように、ロボットの制御方法は、作業対象物であるワークＷ１に対して所定の作業を行うロボットアーム１０を有するロボット１を制御するロボットの制御方法である。また、ワークＷ１を異なる方向から投影した複数の投影形状から予測した簡易形状データＤＤに対して、所定の作業を行う際のロボットアームの制御点ＣＰを移動させる目標位置Ｓｔを複数設定する目標位置設定ステップと、目標位置設定ステップで設定した複数の目標位置Ｓｔと、ロボットアーム１０に加わる力と、に基づいた力制御によりロボットアーム１０を駆動し、所定の作業を行う駆動ステップと、を有する。これにより、目標位置設定ステップで迅速かつ簡単に目標位置Ｓｔを設定することができる。また、駆動ステップで力制御によりロボットアーム１０を駆動することにより、迅速な目標位置Ｓｔの設定を行う目標位置設定部３Ａの粗さを駆動制御部３Ｂが行う力制御によって補うことができる。その結果、迅速な目標位置Ｓｔの設定と、ワークＷ１に対する作業の正確性とを両立することができる。
＜第２実施形態＞
図１９は、第２実施形態のロボットシステムが備えるロボットアームがワークに対して所定の作業を行っている状態を示す断面図である。図２０は、図１９に示すロボットシステムが備える制御装置が行う制御動作を説明するためのフローチャートである。
以下、図１９および図２０を参照して本発明のロボットの制御方法および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１９に示すように、本実施形態では、エンドエフェクター２０は、ワークＷ１に対して処理液Ｌを噴出する噴出部で構成される。また、処理液Ｌとしては、特に限定されないが、水、消毒液、接着剤、コーティング剤等が挙げられる。
また、本実施形態では、ロボット１は、ロボットアーム１０とワークＷ１との離間距離ｄ１を検出する距離検出部９を有する距離検出部９としては、特に限定されないが、例えば、カメラ、光学式センサー、静電容量センサー等が挙げられる。また、距離検出部９の設置位置は、特に限定されず、ロボットアーム１０の任意の位置に設置されていてもよく、ロボットアーム１０以外の位置、例えば、作業台等に設置されていてもよい。
また、図示はしないが、距離検出部９は、制御装置３と電気的に接続されており、距離検出部９が検出したロボットアーム１０とワークＷ１との離間距離ｄ１に関する情報は、制御装置３に電気信号として送信される。
次に図２０に示すフローチャートに基づいて、本実施形態のロボットの制御方法を説明する。本実施形態では、駆動ステップが異なること以外は、第１実施形態と同様である。すなわち、本実施形態では、第１実施形態でのステップＳ１０７に代えて、駆動ステップであるステップＳ２０７を実行する。
ステップＳ２０７では、ツールセンターポイントＴＣＰを目標位置Ｓｔに向かって移動させつつ、距離検出部９を用いて、ロボットアーム１０とワークＷ１との離間距離ｄ１を検出する。ツールセンターポイントＴＣＰの移動は、ロボットアーム１０とワークＷ１との離間距離ｄ１が予め設定された値、すなわち、所定値となるまで行われる。
例えば、図１９に示すように、予め設定された方向からツールセンターポイントＴＣＰを目標位置Ｓｔに向かって移動させ、ツールセンターポイントＴＣＰが目標位置Ｓｔまで到達しなかったとしても、ロボットアーム１０とワークＷ１との離間距離ｄ１が所定値となったら、ロボットアーム１０の移動を停止し、作業を行う、すなわち、処理液Ｌを噴出する。また、このような制御を、目標位置Ｓｔごとに実行する。
このような本実施形態によれば、前記第１実施形態と同様に、目標位置設定ステップで迅速かつ簡単に目標位置Ｓｔを設定することができる。また、駆動ステップにおいて、ロボットアーム１０とワークＷ１との離間距離ｄ１を検出しつつ、離間距離ｄ１が所定値となるようにロボットアーム１０を駆動する。このため、目標位置ＳｔがワークＷ１の表面に対して離間していたとしても、作業中においては、ロボットアーム１０とワークＷ１との離間距離ｄ１を所定値に保つことができる。よって、良好な作業、すなわち、処理液Ｌの塗布ムラを抑制することができ、正確な作業を行うことができる。
このように、ロボットシステム１００は、作業対象物であるワークＷ１に対して所定の作業を行うロボットアーム１０と、ロボットアーム１０とワークＷ１との距離を検出する距離検出部９と、ワークＷ１を異なる方向から投影した複数の投影形状から予測した簡易形状データＤＤに対して、所定の作業を行う際のロボットアーム１０の制御点ＣＰを移動させる目標位置Ｓｔを複数設定する目標位置設定部３Ａと、目標位置設定部３Ａが設定した複数の目標位置Ｓｔと、距離検出部９の検出結果とに基づいて、ワークＷ１とロボットアーム１０の制御点ＣＰとの離間距離ｄ１が所定値となるようロボットアーム１０を駆動して所定の作業を行う駆動制御部３Ｂと、を備える。これにより、第１実施形態と同様に、目標位置設定部３Ａが迅速に目標位置Ｓｔの設定を行うことができる。また、目標位置Ｓｔの粗さを、駆動制御部３Ｂが行う上記位置制御によって補うことができる。その結果、迅速な目標位置Ｓｔの設定と、ワークＷ１に対する作業の正確性とを両立することができる。
また、ロボットの制御方法は、作業対象物であるワークＷ１に対して所定の作業を行うロボットアーム１０を有するロボット１を制御するロボットの制御方法である。また、ロボットの制御方法は、ワークＷ１を異なる方向から投影した複数の投影形状から予測した簡易形状データＤＤに対して、所定の作業を行う際のロボットアーム１０の制御点ＣＰを移動させる目標位置Ｓｔを複数設定する目標位置設定ステップと、目標位置設定ステップで設定した複数の目標位置Ｓｔと、ワークＷ１とロボットアーム１０の制御点ＣＰとの離間距離ｄ１と、に基づいて位置制御によりロボットアーム１０を駆動し、離間距離ｄ１が所定値となるよう所定の作業を行う駆動ステップと、を有する。これにより、目標位置設定部３Ａが迅速に目標位置Ｓｔの設定を行うことができる。また、目標位置Ｓｔの粗さを、駆動ステップにて行う上記位置制御によって補うことができる。その結果、迅速な目標位置Ｓｔの設定と、ワークＷ１に対する作業の正確性とを両立することができる。
なお、所定値は、作業内容によって適宜設定される値であり、記憶部３Ｃに予め記憶されている値とされる。また、所定値は、幅を持っていてもよい。すなわち、所定値は、所定数値範囲でもよい。
＜ロボットシステムの他の構成例＞
図２１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２１には、ロボット１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２２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２２には、ロボット１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１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２３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２３には、コントローラー６１が内蔵されたロボット１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１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、本発明のロボットの制御方法およびロボットシステムを図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。また、ロボットシステムを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
１…ロボット、３…制御装置、３Ａ…目標位置設定部、３Ｂ…駆動制御部、３Ｃ…記憶部、４…教示装置、５Ａ…第１撮像部、５Ｂ…第２撮像部、５Ｃ…第３撮像部、９…距離検出部、１０…ロボットアーム、１１…基台、１２…第１アーム、１３…第２アーム、１４…第３アーム、１５…第４アーム、１６…第５アーム、１７…第６アーム、１８…中継ケーブル、１９…力検出部、２０…エンドエフェクター、２１…研磨部材、３０…位置制御部、３１…座標変換部、３２…座標変換部、３３…補正部、３４…力制御部、３５…指令統合部、４１…ディスプレイ、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、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、１７１…関節、１７２…関節、１７３…関節、１７４…関節、１７５…関節、１７６…関節、２００…稜線、３５１…実行部、ＣＰ…制御点、Ｄ１…第１撮像画像、Ｄ１’…第１投影形状データ、Ｄ２…第２撮像画像、Ｄ２’…第２投影形状データ、Ｄ３…第３撮像画像、Ｄ３’…第３投影形状データ、ＤＡ…第１予測形状データ、ＤＢ…第２予測形状データ、ＤＣ…第３予測形状データ、ＤＤ…簡易形状データ、Ｅ１…エンコーダー、Ｅ２…エンコーダー、Ｅ３…エンコーダー、Ｅ４…エンコーダー、５…エンコーダー、Ｅ６…エンコーダー、Ｌ…処理液、Ｍ１…モーター、Ｍ２…モーター、Ｍ３…モーター、Ｍ４…モーター、Ｍ５…モーター、Ｍ６…モーター、Ｐ…位置指令値、Ｐ’…位置指令値、Ｓｔ…目標位置、ＴＣＰ…ツールセンターポイント、Ｗ’…予測立体形状、Ｗ１…ワーク、ｄ１…離間距離、ｆＳ…作用力、ｆＳｔ…目標力、ΔＳ…力由来補正量

Claims (9)

  1. 作業対象物に対して所定の作業を行うロボットアームを有するロボットを制御するロボットの制御方法であって、
    前記作業対象物を異なる方向から投影した複数の投影形状から予測した簡易形状データに対して、前記所定の作業を行う際の前記ロボットアームの制御点を移動させる目標位置を複数設定する目標位置設定ステップと、
    前記目標位置設定ステップで設定した複数の前記目標位置と、前記ロボットアームに加わる力と、に基づいた力制御により前記ロボットアームを駆動し、前記所定の作業を行う駆動ステップと、を有することを特徴とするロボットの制御方法。
  2. 前記目標位置設定ステップでは、前記簡易形状データの稜線上に所定の間隔で前記目標位置を複数設定する請求項１に記載のロボットの制御方法。
  3. 前記目標位置設定ステップでは、複数の前記目標位置に対し、前記制御点が移動する順番を設定する請求項１または２に記載のロボットの制御方法。
  4. 前記目標位置設定ステップの前に、前記簡易形状データを生成する簡易形状データ生成ステップを有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロボットの制御方法。
  5. 前記簡易形状データ生成ステップでは、前記作業対象物を異なる方向から投影した複数の投影形状のうち、最も投影面積が大きい投影形状と、２番目に投影面積が大きい投影形状とから前記簡易形状データを生成する請求項４に記載のロボットの制御方法。
  6. 前記簡易形状データ生成ステップでは、撮像部を用いて前記作業対象物を撮像して撮像画像を取得し、前記撮像画像に基づいて、前記投影形状を取得する請求項１ないし４のいずれか１項に記載のロボットの制御方法。
  7. 作業対象物に対して所定の作業を行うロボットアームを有するロボットを制御するロボットの制御方法であって、
    前記作業対象物を異なる方向から投影した複数の投影形状から予測した簡易形状データに対して、前記所定の作業を行う際の前記ロボットアームの制御点を移動させる目標位置を複数設定する目標位置設定ステップと、
    前記目標位置設定ステップで設定した複数の前記目標位置と、前記作業対象物と前記ロボットアームの制御点との離間距離と、に基づいて位置制御により前記ロボットアームを駆動し、前記離間距離が所定値となるよう前記所定の作業を行う駆動ステップと、を有することを特徴とするロボットの制御方法。
  8. 作業対象物に対して所定の作業を行うロボットアームと、
    前記ロボットアームに加わる力を検出する力検出部と、
    前記作業対象物を異なる方向から投影した複数の投影形状から予測した簡易形状データに対して、前記所定の作業を行う際の前記ロボットアームの制御点を移動させる目標位置を複数設定する目標位置設定部と、
    前記目標位置設定部が設定した複数の前記目標位置と、前記ロボットアームに加わる力と、に基づいた力制御により前記ロボットアームを駆動し、前記所定の作業を行う駆動制御部と、を備えることを特徴とするロボットシステム。
  9. 作業対象物に対して所定の作業を行うロボットアームと、
    前記ロボットアームと前記作業対象物との距離を検出する距離検出部と、
    前記作業対象物を異なる方向から投影した複数の投影形状から予測した簡易形状データに対して、前記所定の作業を行う際の前記ロボットアームの制御点を移動させる目標位置を複数設定する目標位置設定部と、
    前記目標位置設定部が設定した複数の前記目標位置と、前記距離検出部の検出結果とに基づいて、前記作業対象物と前記ロボットアームとの離間距離が所定値となるよう位置制御により前記ロボットアームを駆動して前記所定の作業を行う駆動制御部と、を備えることを特徴とするロボットシステム。
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