JP2022176106A - 双腕ロボット組立システム - Google Patents

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Abstract

Figure 2022176106000001
【課題】２つのロボットアームの協同運動を利用して組立作業を行う双腕ロボット組立システムを提供する。
【解決手段】双腕ロボット組立システムは、制御ユニットと、グラフィカルユーザインタフェースと、第１ロボットアームと、第２ロボットアームとを含む。グラフィカルユーザインタフェースは、グラフィックプログラム編集ページを提供し、グラフィックプログラム編集ページは、複数の指令ブロックを提供する。第１ロボットアーム又は第２ロボットアームには、ポイント教示ツールが設けられている。制御ユニットがグラフィカルプログラムに基づいて第１ロボットアーム及び第２ロボットアームを制御して組立作業を実行する前に、管理者は位置教示ツールによって第１ロボットアーム及び第２ロボットアームを直接牽引して位置教示を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットを用いて実現される組立システムに関し、特に双腕ロボット組立システムに関する。
現在の生産ラインは、主に単一のロボットアームと生産ラインにおける固定治具を組み合わせて、自動化された組立作業を実現する形態である。
上述したように、生産ラインの工程変更が必要な場合（即ち、生産ラインで組み立てる製品を変更する場合）には、まず平面に固定されている固定治具を取り外し、次の製品を組み立てる際に使用する治具に変更しなければならない。このようにして、生産ラインの工程変更時間が大幅に遅くなり、現在の生産ラインの少量かつ多様な製品を生産する要求を満たすことができない。
また、生産ラインの工程変更が行われると、組立製品に応じて固定治具を変更するほか、ロボットアーム制御時に実行するシステムの制御プログラムを再編集する必要がある。ただし、一部の生産ラインの管理者はプログラムを編集することができないため、このような生産ラインの操作と管理を行うことが困難である。
さらに、ほとんどの生産ラインでは、ロボットアームにポイントの位置を教示するために、制御ボタンを用いるか、又はロボットアームのサーボモータを解除した（ｓｅｒｖｏ ｏｆｆ）後にのみポイントを教示することができる。そのため、ロボットアームの教示は、手間がかかり、直感的ではない。
以上のように、市場では、ロボットアームを用いて自動化された生産と組立を実現する場合に、迅速な生産ライン変更、容易なプログラミング及び便利な操作の要求を満たす新しい形態の組立システムが非常に必要とされている。
本発明の主な目的は、少なくとも２つのロボットアーム及びグラフィカルユーザインタフェースによって、迅速な生産ライン変更、容易なプログラミング及び便利な操作を実現する双腕ロボット組立システムを提供することである。
上記の目的を達成するために、本発明に係る双腕ロボット組立システムは、生産ラインに適用され、制御ユニットと、前記制御ユニットと通信接続され、一端に第１ツールが設けられる第１ロボットアームと、前記制御ユニットと通信接続され、一端に第２ツールが設けられる第２ロボットアームと、グラフィカルユーザインタフェースであって、前記制御ユニットと通信接続され、グラフィックプログラム編集ページを提供し、前記グラフィックプログラム編集ページは、複数の指令ブロックを提供し、前記複数の指令ブロックは、前記制御ユニットが前記第１ロボットアーム及び前記第２ロボットアームを制御して組立作業を行う際に実行するグラフィカルプログラムを編集するために用いられ、各前記指令ブロックは、前記第１ロボットアーム又は前記第２ロボットアームを制御する異なる制御指令及びデータにそれぞれ対応するグラフィカルユーザインタフェースと、を含み、前記第１ロボットアーム及び前記第２ロボットアームのうちの少なくとも一方には、外力操作を受けて、前記第１ロボットアーム又は前記第２ロボットアームを牽引し、ポイント教示プログラムを直接行うポイント教示ツールが設けられている。
本発明は、生産ラインにおける迅速なライン変更の要求を満たすために、従来の生産ラインにおける固定治具の代わりに、少なくとも２つのロボットアームを利用する。さらに、本発明は、グラフィカルユーザインタフェースにより、ユーザがグラフィカルプログラムを編集するための指令ブロックを提供することで、容易なプログラミングの目的を達成することができる。また、本発明は、ロボットアーム上にポイント教示ツールを提供し、ユーザがロボットアームを直接牽引してポイント教示を行うことができ、操作が容易であるという技術的効果を達成することができる。
本発明の具体的な実施形態に係るシステムのブロック図である。 本発明の具体的な実施形態に係るシステムの概略図である。 本発明の具体的な実施形態に係るシステム動作のフローチャートである。 本発明の具体的な実施形態に係るグラフィックプログラム編集ページの概略図である。 本発明の具体的な実施形態に係るグラフィカルプログラムの概略図である。 本発明の具体的な実施形態に係るプログラムシミュレーションの概略図である。 本発明の具体的な実施形態に係る手曳き式のポイント教示の概略図である。 本発明の具体的な実施形態に係るロボットアームの概略図である。 本発明の具体的な実施形態に係る安全検出の概略図である。
本発明の好ましい実施形態については、図面を参照しながら以下に説明する。
本発明に係る双腕ロボット組立システムは、生産ラインに適用され、少なくとも２つのロボットアームを用いて組立作業を行うことにより、生産ラインの工程変更の時間を短縮し、現在の生産ラインの少量かつ多様な生産、組立の要求を達成する。ここで、ロボットアームは例えば、６軸ロボットアーム、水平多関節ロボット（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ Ｒｏｂｏｔ Ａｒｍ、ＳＣＡＲＡ）又はその他のタイプのロボットアームであるが、これらに限定されない。
まず、図１及び図２を参照する。図１は、本発明の具体的な実施形態に係るシステムのブロック図であり、図２は、本発明の具体的な実施形態に係るシステムの概略図である。
図１には、本発明に係る双腕ロボット組立システム（以下、組立システムと略称）１が示されている。図１に示すように、組立システム１は、少なくとも制御ユニット１０と、制御ユニット１０と通信接続されるロボット２及びグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）３とを含む。本発明において、制御ユニット１０は、例えば、産業用コンピュータ（ＩＰＣ）、サーバー、パーソナルコンピュータ、ノートパソコン、又はタブレットなど、プロセッサを有する電子装置であってもよいが、これらに限定されない。
一実施形態において、ロボット２及びグラフィカルユーザインタフェース３は、それぞれ有線（例えば、ケーブル又はネットワークケーブルなど）又は無線（例えば、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）又はイーサネット（登録商標）など）によって制御ユニット１０と通信接続される。別の実施形態において、グラフィカルユーザインタフェース３は、制御ユニット１０に内蔵され、制御ユニット１０によって直接提供されるが、これらに限定されない。
図１及び図２に示すように、ロボット２は、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２を含んでもよい。ここで、第１ロボットアーム２１は左手を表し、第２ロボットアーム２２は右手を表してもよい。具体的には、図１の実施形態では、２つのロボットアームを例に挙げているが、本発明に係る組立システム１は、２つのロボットアームに限定されるものではない。理解しやすいように、以下の説明では第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２を例として説明するが、本発明を限定するものではない。
第１ロボットアーム２１の一端には第１ツール２１１が設けられ、第２ロボットアーム２２の一端には第２ツール２２１が設けられている。具体的には、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２には、それぞれフランジ面（Ｆｌａｎｇｅ）を有し、上記第１ツール２１１及び第２ツール２２１は、それぞれ第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２のフランジ面に配置されている。このフランジ面はロボット分野の技術常識であるため、ここでは説明を省略する。
一実施形態において、第１ツール２１１及び第２ツール２２１は同じツールであってもよく、例えば、電気爪、電気錠、溶接ガンなどであってもよいが、これらに限定されない。他の実施形態において、第１ツール２１１及び第２ツール２２１は異なるツールであってもよく、例えば、第１ツール２１１は組立ツールであり、第２ツール２２１は挟持ツールであってもよい。
上記実施形態において、組立システム１は、第１ロボットアーム２１及び第１ツール２１１を制御して主な組立動作を行う。また、組立システム１は、従来生産ラインに用いる固定治具の代わりに、第２ロボットアーム２２及び第２ツール２２１を使用する。これにより、１つの補助アーム（即ち、第２ロボットアーム２２）によって１つの主要アーム（即ち、第１ロボットアーム２１）を補助する操作状況で、組立作業を迅速かつ精確に完了することができる。また、固定治具を取り外さずに第１ツール２１１及び第２ツール２２１を交換するだけで、迅速なライン変更の要求を達成することができる。
具体的には、生産ラインが生産や組立製品を変更する必要がある場合、生産ラインの管理者は、第１ツール２１１及び／又は第２ツール２２１を交換し、制御ユニット１０が第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２を制御する際に実行する制御プログラムを再構成するだけでよい。ロボットアームのツールを交換する時間は、従来プラットフォームにロックされていた固定治具を取り外し、交換された固定治具を再ロックする時間よりもはるかに短い。これにより、生産ラインのライン変更時間を節約することができ、さらに迅速なライン変更の目的を達成することができ、しかも現在の生産ラインにおける少量で多様な生産、組立の要求を満たすことができる。
グラフィカルユーザインタフェース３は、グラフィックプログラム編集ページを提供することができる。グラフィックプログラム編集ページに対する操作により、生産ラインの管理者は、組立システム１が第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２を制御して組立作業を行う際に実行するグラフィカルプログラムを直接編集することができる。
具体的には、本発明に係るグラフィックプログラム編集ページは、事前に確立された複数の指令ブロックを提供することができ、各指令ブロックは、それぞれ第１ロボットアーム２１又は第２ロボットアーム２２の作動を制御する制御指令及びハンドシェイクデータを記録している。グラフィックプログラム編集ページで所望の複数の指令ブロックを編集することにより、管理者はプログラムを作成する能力がなくても、所望のグラフィカルプログラムを直接編集することができる（詳細は後述する）。これにより、本発明の容易なプログラミングの目的を達成することができる。
なお、第１ロボットアーム２１又は第２ロボットアーム２２には、１つ又は複数のポイント教示ツール（例えば、図７に示すポイント教示ツール２３）が配置されていてもよい。ポイント教示ツール２３を操作することにより、生産ラインの管理者は、サーボを解除しないサーボＯＮ（ｓｅｒｖｏ ｏｎ）の状態で、第１ロボットアーム２１及び／又は第２ロボットアーム２２を手で直接牽引して、ロボット２のポイント教示プログラムを行う。本発明に係るポイント教示ツール２３によれば、管理者は、ロボット２の補助力を得た状態で、より直感的にポイント教示プログラムを行うことができる（詳細は後述する）。
図１に示すように、組立システム１は、制御ユニット１０と通信接続される３Ｄ校正プラットフォーム４をさらに含んでもよい。本発明において、３Ｄ校正プラットフォーム４は、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２の座標位置に対して校正と同期を行うために用いられる。一実施形態において、３Ｄ校正プラットフォーム４は、遮光センサにしてもよい。
校正を行う際に、制御ユニット１０は、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２をそれぞれ移動制御して、３Ｄ校正プラットフォーム４が発する光線を遮蔽する。上記光線が遮断されるとき、３Ｄ校正プラットフォーム４は、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２の現在座標を記録できる。これにより、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２に対して位置決めを行う。第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２の位置決めが完了した後、３Ｄ校正プラットフォーム４は、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２の位置に対して校正と同期を行うことができる。
具体的には、本発明は、３Ｄ校正プラットフォーム４によって第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２に対して校正を行うことにより、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２のうち一方のロボットアームは、それぞれ他方のロボットアームの相対位置を知ることができる。これにより、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２の作動をより正確に制御することができる。
次に、図３を参照する。図３は、本発明の具体的な実施形態に係るシステム動作のフローチャートである。本発明に係る組立システム１を使用するには、まず、生産ラインの管理者は、所望の組立作業に応じて動作プログラムを計画し（ステップＳ１０）、計画された動作プログラムに従って、グラフィカルユーザインタフェース３を用いて、グラフィックプログラム編集ページにおいてグラフィカルプログラムを編集する（ステップＳ１２）。
上記動作プログラムは、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２が組立過程に実行する必要な１つ又は複数の動作、及び各動作を実行する時の位置、姿勢などの情報を含んでもよい。管理者は、上記動作プログラムの計画が完了すると、グラフィカルユーザインタフェース３を操作することで、グラフィックプログラム編集ページにおける複数の指令ブロックを用いて、動作プログラムに応じたグラフィカルプログラムを編集することができる。制御ユニット１０は、グラフィカルプログラムを実行すると、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２を制御して、管理者がステップＳ１０で計画した動作プログラムを実現し、組立作業を完了することができる。
図１に示すように、本発明に係る制御ユニット１０は、シミュレーションソフト３０を実行することもできる。本発明において、シミュレーションソフト３０は、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２が上記動作プログラムを実行する結果をシミュレートするのに用いられる。
図３に示すように、上記グラフィカルプログラムの編集が完了し、かつ制御ユニット１０によって実際に実行される前に、シミュレーションソフト３０は、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２の現在設定値に基づいて、グラフィカルプログラムをシミュレーション実行することができる。制御ユニット１０は、シミュレーションソフト３０のシミュレーション結果に基づいて、グラフィカルプログラムの実行に必要なサイクルタイム（Ｃｙｃｌｅ ｔｉｍｅ）を予測及び記録するとともに、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２が組立作業において発生可能な干渉状況を分析及び記録することができる（ステップＳ１４）。
このようにして、シミュレーション結果からサイクルタイムが需要に合わない（例えば時間が長すぎる）、又は第１ロボットアーム２１と第２ロボットアーム２２が衝突する可能性があることが判明した場合、管理者は、上記動作プログラムを再計画するか、又はグラフィカルプログラムを再編集することができる。
上述したように、管理者がステップＳ１０で計画した動作プログラムは、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２が各動作を実行する際の位置及び姿勢を含む。制御ユニット１０がグラフィカルプログラムを実際に実行する前に、管理者は、ポイント教示ツール２３により、第１ロボットアーム２１及び／又は第２ロボットアーム２２に手曳き式の直感的なポイント教示を行う（ステップＳ１６）ことで、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２に各動作の正確な位置及び正確な姿勢を学習させる。これにより、組立精度を効果的に向上させ、サイクルタイムを短縮し、干渉問題を解決することができる。
さらに、管理者は、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２に対してパラメータの設定を行う（ステップＳ１８）。例えば、上記第１ツール２１１又は第２ツール２２１が電気錠である場合、管理者は、ステップＳ１８において電気錠に必要な各パラメータ（例えば、回転数、ロック時間の長さ、ロック力など）を設定することができる。
上記のステップＳ１０～Ｓ１８が全て実行完了すると、管理者は、制御ユニット１０に、上記グラフィカルプログラムを実際に実行させることができる。制御ユニット１０は、グラフィカルプログラムを実際に実行すると、グラフィカルプログラムの内容に基づいて第１ロボットアーム２１（及び第１ツール２１１）、及び第２ロボットアーム２２（及び第２ツール２２１）を制御して、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２によって生産ラインでの組立作業を実現する（ステップＳ２０）。
図１に示すように、組立システム１は、制御ユニット１０と通信接続されるビジョンコントローラ（Ｖｉｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）５をさらに含んでもよい。本発明において、制御ユニット１０は、組立過程においてビジョンコントローラ５を制御して、所望の位置の画像を取り込むとともに、画像に対して画像認識プログラムを実行して所望の情報を取得してもよい。これにより、組立作業の品質をさらに確保することができる。
一実施形態において、管理者が計画する動作プログラムは、第１ロボットアーム２１、第２ロボットアーム２２及びビジョンコントローラ５の動作を同時に含んでもよい。例えば、動作プログラムは、次の表に示すことができる。
Figure 2022176106000002
上表に示すように、管理者は組立作業に必要な順序に従って、第１ロボットアーム２１、第２ロボットアーム２２及びビジョンコントローラ５の動作プログラムを同時に計画できる。本実施形態では、グラフィックプログラム編集ページが提供する複数の指令ブロックにおいて、ビジョンコントローラ５を制御して画像取込動作を実行する指令に対応できる１つ又は複数の指令ブロックを含む。このようにして、管理者が計画した動作プログラムに従ってグラフィカルプログラムを編集する場合、制御ユニット１０がグラフィカルプログラムを実行するときに、第１ロボットアーム２１、第２ロボットアーム２２及びビジョンコントローラ５を同時制御することができ、組立作業を実現する。
一実施形態において、上記ビジョンコントローラ５は、少なくとも１つのカメラを含むが、これに限定されない。
次に、図４を参照する。図４は、本発明の具体的な実施形態に係るグラフィックプログラム編集ページの概略図である。本発明に係る組立システム１は、グラフィカルユーザインタフェース３によってグラフィックプログラム編集ページ３１を提供することができ、図４に示すように、上記グラフィックプログラム編集ページ３１には、動作指示領域３２及びプログラム編集領域３３を含む。
上記動作指令領域３２は、予め確立された複数の指令ブロック３４を提供するために用いられる。図４に示す実施形態において、複数の指令ブロック３４は、第１ブロック３４１、第２ブロック３４２及び第３ブロック３４３を例とするが、これらに限定されない。
各指令ブロック３４は、それぞれ第１ロボットアーム２１、第２ロボットアーム２２又はビジョンコントローラ５を制御する指令及び対応位置を記録している。例えば、各指令ブロック３４は、「第１ロボットアームが初期位置に移動する」、「第２ロボットアームがＰ１点に移動する」、「第１ロボットアームが降下する」、「第２ロボットアームのシリンダグリッパー（Ｃｙｌｉｎｄｅｒ Ｇｒｉｐｐｅｒ）を開制御する」、「第１ロボットアームが１８０度回転する」、「ビジョンコントローラがＰ２点の映像を認識する」などの指令にそれぞれ対応してもよい。ただし、以上の説明は本発明の一部の具体的な実施形態にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。
上記プログラム編集領域３３は、管理者によって、複数の指令ブロック３４を所望のグラフィカルプログラム３５に編集するために用いられる。
具体的には、管理者は、動作指示領域３２から所望の複数の指示に対応する指令ブロック３４を検索して選択し、これらの指令ブロック３４を動作指示領域３２からプログラム編集領域３３内にドラッグすることができる。そして、管理者は、プログラム編集領域３３において、計画された動作プログラムを参照して、これらの指令ブロック３４相互間の直列関係又は並列関係を編集することにより、プログラム編集領域３３における複数の指令ブロック３４に基づいて、所望のグラフィカルプログラム３５を生成することができる。言い換えると、プログラム編集領域３３は、少なくとも１つの直列関係又は少なくとも１つの並列関係を有する複数の指令ブロック３４に基づいて、上記グラフィカルプログラム３５を生成することができる。
図４に示すように、上記プログラム編集領域３３は、複数のページ（例えば第１ページ、第２ページなど）をさらに提供し、管理者は異なるページで異なるグラフィカルプログラム３５を編集してもよい。生産ラインを変更する際に、制御ユニット１０は、対応するグラフィカルプログラム３５を取得して第１ロボットアーム２１、第２ロボットアーム２２及びビジョンコントローラ５を制御することで、ライン変更後の組立作業を行う。これにより、迅速なライン変更という本発明の目的を達成することができる。
次に、図５を併せて参照する。図５は、本発明の具体的な実施形態に係るグラフィカルプログラムの概略図であり、前述のグラフィカルプログラム３５をさらに説明するために用いられる。
図５に示すように、管理者は、「第１ロボットアームが動作１を実行する」、「第１ロボットアームが動作２を実行する」及び「第１ロボットアームが動作３を実行する」３つの指令に対応する３つの指令ブロック３４を連結して、プロセス１を確立することができる。また、管理者は、「第２ロボットアームが動作１を実行する」及び「第２ロボットアームが動作２を実行する」２つの指令に対応する２つの指令ブロック３４を連結して、プロセス２を確立する。さらに、管理者は、プロセス１における複数の指令ブロック３４とプロセス２における複数の指令ブロック３４を並列関係３５１に設定することができる。言い換えると、制御ユニット１０は、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２の作動を同時制御して、プロセス１及びプロセス２を同時実行する。
次に、管理者は、プロセス１及びプロセス２が全て実行された後にプロセス３の実行を開始するように設定してもよい。また、管理者は、「第１ロボットアームが動作４を実行する」及び「第２ロボットアームが動作３を実行する」２つの指令に対応する２つの指令ブロック３４を連結して、プロセス３を確立することができる。図５に示す実施形態において、管理者は、プロセス３における複数の指令ブロック３４を直列関係３５２に設定できる。言い換えると、制御ユニット１０は、プロセス３を実行するときに、まず第１ロボットアーム２１を制御して動作４を実行し、そして第２ロボットアーム２２を制御して動作３を実行することで、プロセス３を完了する。
本発明に係る複数の指令ブロック３４は、主に、組立システム１の提供者が対応可能なプログラミング言語に基づいて予め作成して記憶されたものであり、各指令ブロック３４には、ロボットアームが実行可能な動作、各動作の対応位置、及び複数のロボットアーム相互間のハンドシェイク情報などのデータがそれぞれ記録されている。指令ブロック３４を使用することにより、管理者はプログラムを作成する能力がなくても、所望の動作、動作を実行するロボットアーム、動作の実行位置などの要求を直接選択し、グラフィカルプログラム３５を直接編集することができる。
また、指令ブロック３４には複数のロボットアーム間のハンドシェイク情報が既に含まれているので、管理者は、グラフィカルプログラム３５を編集するために、所望の複数の指令ブロック３４を選択するだけでよく、ハンドシェイク指令を追加作成する必要はない。さらに、前述したように、管理者は、グラフィカルプログラム３５の編集を完了した後、まずシミュレーションソフト３０によってシミュレーション実行することで、グラフィカルプログラム３５が要求を満たしているか否かを判断することができる。
図６を併せて参照する。図６は、本発明の具体的な実施形態に係るプログラムシミュレーションの概略図である。上記グラフィカルプログラム３５の編集が完了した後、制御ユニット１０は、まずシミュレーションソフト３０を実行するとともに、第１ロボットアーム２１、第２ロボットアーム２２及びビジョンコントローラ５などの部材の現在設定値をシミュレーションソフト３０にインポートする。これにより、シミュレーションソフト３０は、第１ロボットアーム２１、第２ロボットアーム２２及びビジョンコントローラ５の現在設定値に基づいて、グラフィカルプログラム３５をシミュレーション実行することができる。一実施形態において、現在設定値は、例えば、モデル、初期点位置、移動速度などであってもよいが、これらに限定されない。
図６に示すように、シミュレーションソフト３０は、シミュレーションページ３００を提供して、制御ユニット１０の表示画面に表示することができる。一実施形態において、シミュレーションソフト３０は、上記現在設定値に基づいて、第１ロボットアーム２１、第２ロボットアーム２２及びビジョンコントローラ５のシミュレーション画像を生成して、シミュレーションページ３００に表示する。シミュレーションソフト３０がグラフィカルプログラム３５をシミュレーション実行するときに、グラフィカルプログラム３５の内容に従って上記シミュレーション画像を対応修正する。これにより、シミュレーションページ３００に、第１ロボットアーム２１、第２ロボットアーム２２及びビジョンコントローラ５がグラフィカルプログラム３５の指示に従って実際に作動する時のシミュレーション画像を表示する。シミュレーション画像は、静止画又は動画であってもよいが、これらに限定されない。
本発明において、シミュレーションソフト３０は、第１ロボットアーム２１、第２ロボットアーム２２及び／又はビジョンコントローラ５の現在設定値に基づいてグラフィカルプログラム３５をシミュレーション実行し、現在設定値は、これらの部材の移動速度を含む。したがって、制御ユニット１０は、シミュレーション実行の結果に基づいて、グラフィカルプログラム３５を実行するサイクルタイムを分析及び記録することができる。
管理者は、シミュレーションソフト３０のシミュレーション実行によって、現在使用しているグラフィカルプログラム３５が要求を満たしているか否か（例えば、サイクルタイムが長すぎるか否か）を確認でき、さらに第１ロボットアーム２１、第２ロボットアーム２２及び／又はビジョンコントローラ５のパラメータ（例えば移動速度）を調整するか否かを決定するか、グラフィカルプログラム３５を再編集するか、又は動作プログラムを再計画する（例えば組立プロセスを減らす）ことを決定する。これにより、編集されたグラフィカルプログラム３５（及び計画された動作プログラム）は、オフラインシミュレーションによって事前に検証することができる。
さらに、上記現在設定値は、第１ロボットアーム２１、第２ロボットアーム２２及び／又はビジョンコントローラ５のモデル、初期点位置及び移動速度などの情報を含む。そのため、シミュレーションソフト３０は、グラフィカルプログラム３５をシミュレーション実行する過程において、第１ロボットアーム２１、第２ロボットアーム２２及び／又はビジョンコントローラ５に干渉状況が発生するか否かを分析することができる。
具体的には、上記干渉状況とは、第１ロボットアーム２１、第２ロボットアーム２２及び／又はビジョンコントローラ５がグラフィカルプログラム３５の内容に従って作動を行う際に衝突するか否かを指す。また、図６に示すように、シミュレーションソフト３０は、シミュレーション実行の過程において、第１ロボットアーム２１、第２ロボットアーム２２及び／又はビジョンコントローラ５が特定時点に特定領域（以下、干渉領域３０１と称する）に相互に干渉すると判断した場合、干渉領域３０１をマークすることができる。一実施形態において、シミュレーションソフト３０は、干渉領域３０１を異なる色（例えば赤色）でマークし、干渉領域３０１を制御ユニットの表示画面（例えば、シミュレーションページ３００におけるシミュレーション画像）に表示することができる。
干渉領域３０１に対する分析とマーキングにより、管理者は、第１ロボットアーム２１、第２ロボットアーム２２及び／又はビジョンコントローラ５のパラメータを再調整し、グラフィカルプログラム３５を再編集し、又は動作プログラムを再計画することができる。これにより、制御ユニット１０が実際に第１ロボットアーム２１、第２ロボットアーム２２及びビジョンコントローラ５を制御して組立作業を実行するときに、第１ロボットアーム２１、第２ロボットアーム２２又はビジョンコントローラ５が衝突して損傷する問題を避けることができる。
上述したように、本発明に係るグラフィカルプログラム３５は、複数の指令ブロック３４が並列関係３５１及び／又は直列関係３５２によって生成されるものである。ここで、各指令ブロック３４は、第１ロボットアーム２１、第２ロボットアーム２２又はビジョンコントローラ５を制御して特定動作を実行する指令を記録しているほか、動作の実行位置を含んでもよい。
例えば、第１指令ブロックは「第１ロボットアーム２１が材料を取る」指令に対応し、第２指令ブロックは「第２ロボットアーム２２がＰ１点に移動する」指令に対応できる。この実施形態では、管理者は第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２にあるポイント教示ツール２３を操作し、手で引っ張ることによって直感的に第１ロボットアーム２１に材料取得領域の位置を教示するとともに、第２ロボットアーム２２に上記Ｐ１点の位置を教示することができる。
図７及び図８を併せて参照する。図７は、本発明の具体的な実施形態に係る手曳き式のポイント教示の概略図である。図８は、本発明の具体的な実施形態に係るロボットアームの概略図である。ここで、図７及び図８に示すボットアームは、ＳＣＡＲＡを例として説明しているが、ＳＣＡＲＡに限定されるものではない。他の実施形態において、６軸ロボットアーム又は他のタイプのロボットアームが適用される。図７に示すように、本発明に係るロボット２には、ポイント教示ツール２３が設けられている。一実施形態において、上記ポイント教示ツール２３は、第１ロボットアーム２１又は第２ロボットアーム２２に配置されてもよい。他の実施形態において、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２には、それぞれに１群のポイント教示ツール２３が配置されてもよい。
上記ポイント教示ツール２３は、少なくとも第１ロボットアーム２１及び／又は第２ロボットアーム２２に配置されるハンドル２３１を含み、ハンドル２３１には起動ボタン２３２を有している。ハンドル２３１は、管理者の手で把持可能であり、起動ボタン２３２は、管理者の手の親指に対応する位置に設けられている。
管理者が手でハンドル２３１を把持して親指で起動ボタン２３２を押すと、ハンドル２３１を引くことができ、さらに第１ロボットアーム２１又は第２ロボットアーム２２を牽引移動して平面空間におけるＸ軸及びＹ軸にある位置を変え、移動後の座標位置が記録される。
例えば、管理者は、ハンドル２３１によって第１ロボットアーム２１を材料取得領域の位置に直接牽引するとともに、第１ロボットアーム２１の座標を材料取得領域の位置に記録することで、上記第１指令ブロックのポイント教示プログラムを完了する。制御ユニット１０がグラフィカルプログラム３５に基づいて第１ロボットアーム２１を制御して材料取得動作を実行するとき、第１ロボットアーム２１は、材料取得領域に正確に移動して材料取得を行うことができる。
また、例えば、管理者は、ハンドル２３１によって第２ロボットアーム２２をＰ１点の位置に直接牽引するとともに、第２ロボットアーム２２の座標をＰ１点の位置（Ｐ１点は例えば１つの部品の組立位置とする）に記録することで、上記第２指令ブロックのポイント教示プログラムを完了する。制御ユニット１０がグラフィカルプログラム３５に基づいて第２ロボットアーム２２を移動制御するとき、第２ロボットアーム２２は、Ｐ１点の位置に正確に移動することができる。
図７に示すように、ポイント教示ツール２３は、第１ロボットアーム２１及び／又は第２ロボットアーム２２に配置される設定ボタン２３３をさらに含んでもよい。管理者は、ハンドル２３１によって第１ロボットアーム２１又は第２ロボットアーム２２を牽引移動するとき、設定ボタン２３３を同時に操作して、第１ロボットアーム２１、第２ロボットアーム２２の各関節軸に対して微細な制御及び調整を行うことができる。
図８に示すように、ロボット２（即ち、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２）には、Ｊ１軸、Ｊ２軸、Ｊ３軸及びＪ４軸を有してもよい。ここで、Ｊ１軸及びＪ２軸はロボット２の平面空間におけるＸ軸位置とＹ軸位置を制御するために用いられ、Ｊ３軸はロボット２の３Ｄ空間におけるＺ軸位置を制御するために用いられ、Ｊ４軸（即ち、ＲＺ軸）はロボット２の回転を制御するために用いられる。本実施形態において、管理者は、設定ボタン２３３を操作して、第１ロボットアーム２１又は第２ロボットアーム２２のＪ３軸（即ち、Ｚ軸）及びＪ４軸（即ち、ＲＺ軸）の位置を調整及び記録することができる。
上記のＪ１軸、Ｊ２軸、Ｊ３軸及びＪ４軸はロボット分野の公知技術であるため、ここでは説明を省略する。
なお、Ｊ２軸上のアームは、Ｊ２アーム２０と称してもよい。一実施形態において、ハンドル２３１及び設定ボタン２３３は、第１ロボットアーム２１及び／又は第２ロボットアーム２２のＪ２アーム２０に配置されてもよい。Ｊ２アーム２０にポイント教示ツール２３を配置することにより、管理者は、ロボットアームを牽引する際の力を省くことができる。
より具体的には、本発明に係る組立システム１は、ポイント教示ツール２３の配置により、管理者がサーボＯＮ（ｓｅｒｖｏ ｏｎ）の状態で、手で引っ張ることによって第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２に対してポイント教示プログラムを行うことができる。ポイント教示を行う際に、管理者は、直感的に第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２をドラッグすることができ、かつドラッグするときに、ロボットアームによって補助力が提供されるため、操作及び教示の敷居を効果的に下げることができる。
図１に示すように、本発明に係る組立システム１は、制御ユニット１０と通信接続される安全検出モジュール６をさらに含んでもよい。制御ユニット１０は、安全検出モジュール６の配置により、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２を制御して組立作業を実行するときに、第１ロボットアーム２１や第２ロボットアーム２２が外部物体と衝突するのを防止できるため、組立作業の安全性を確保することができる。
図９は、本発明の具体的な実施形態に係る安全検出の概略図である。図９に示すように、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２には、それぞれ安全検出モジュール６が配置されてもよい。一実施形態において、安全検出モジュール６は、Ｊ２アーム２０に配置されてもよいが、これに限定されない。
一実施形態において、安全検出モジュール６は、一定距離内の物体９の接近を検出するために、３Ｄビジョンセンサ、光学センサ、超音波センサ、又は物体を検出できる他のセンサを含んでもよい。ただし、以上の説明は本発明の一部の具体的な実施形態にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。
一実施形態において、制御ユニット１０は、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２を制御して組立作業を実行するときに、安全検出モジュール６によって周囲に物体９が接近しているか否かを検出する。具体的には、安全検出モジュール６は、例えば光線又は光波を外部に発して、反射光又は反射波によって物体９が接近しているか否かを判断するとともに、上記物体９と第１ロボットアーム２１、第２ロボットアーム２２との間の距離を算出する。別の実施形態において、安全検出モジュール６は、一定範囲内に物体９が接近しているか否かを判断するために、例えば視覚的な検出方法を利用してもよい。
一実施形態において、制御ユニット１０は、安全検出モジュール６が物体９の接近を検出すると、第１ロボットアーム２１及び／又は第２ロボットアーム２２を制御して減速動作又は停止動作を実行する。このようにして、作業中の第１ロボットアーム２１又は第２ロボットアーム２２と上記物体９との衝突を避けることができる。
より具体的には、上記安全検出モジュール６は、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２のアーム長及び移動範囲などのアーム情報に基づいて、組立システム１から異なる距離の領域を危険領域８１、警告領域８２及び安全領域８３に区分するように設定されてもよい。一実施形態において、制御ユニット１０は、上記物体９が安全領域８３、警告領域８２及び危険領域８１に入るとき、それぞれ第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２を制御して、異なる程度の減速動作又は停止動作を実行する。
例えば、物体９が安全領域８３に入るときには、物体９と第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２との間の距離がまだ遠いので、制御ユニット１０は、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２に対する制御を行わなくてもよく、又は第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２の移動速度をわずかに下げるように調整してもよい。
一方、物体９が警告領域８２に入るときには、すでに第１ロボットアーム２１や第２ロボットアーム２２と衝突する可能性があるので、制御ユニット１０は、第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２の移動速度を大幅に下げるように調整することができる。一方、物体９が危険領域８１に入るときには、物体９が第１ロボットアーム２１や第２ロボットアーム２２と衝突する可能性が高いので、制御ユニット１０は、直ちに第１ロボットアーム２１及び第２ロボットアーム２２移動を停止するように制御することができる。
前述したように、本発明に係る組立システム１は、少なくとも２つのロボットアーム２１、２２を使用することにより、生産ラインにおける迅速なライン変更の要求を満たすことができる。また、本発明に係る組立システム１は、グラフィックプログラム編集ページ３１を提供することにより、管理者はプログラムを作成する能力がなくても、グラフィカルプログラムを編集することができる。さらに、本発明に係る組立システム１は、ロボットアーム２１、２２にポイント教示ツール２３を配置することにより、管理者が手で引っ張ることによって直感的にロボットアームにポイントを教示することができ、操作を容易にする効果を達成することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施の形態に多様な変更又は改良を加えることができ、上記変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
１ 組立システム
１０ 制御ユニット
２ ロボット
２０ Ｊ２アーム
２１ 第１ロボットアーム
２１１ 第１ツール
２２ 第２ロボットアーム
２２１ 第２ツール
２３ ポイント教示ツール
２３１ ハンドル
２３２ 起動ボタン
２３３ 設定ボタン
３ グラフィカルユーザインタフェース
３０ シミュレーションソフト
３００ シミュレーションページ
３０１ 干渉領域
３１ グラフィックプログラム編集ページ
３２ 動作指令領域
３３ プログラム編集領域
３４ 指令ブロック
３４１ 第１ブロック
３４２ 第２ブロック
３４３ 第３ブロック
３５ グラフィカルプログラム
３５１ 並列関係
３５２ 直列関係
４ ３Ｄ校正プラットフォーム
５ ビジョンコントローラ
６ 安全検出モジュール
７ ユーザ
８１ 危険領域
８２ 警告領域
８３ 安全領域
９ 物体

Claims (12)

  1. 生産ラインに適用される双腕ロボット組立システムであって、
    制御ユニットと、
    前記制御ユニットと通信接続され、一端に第１ツールが設けられる第１ロボットアームと、
    前記制御ユニットと通信接続され、一端に第２ツールが設けられる第２ロボットアームと、
    グラフィカルユーザインタフェースであって、前記制御ユニットと通信接続され、グラフィックプログラム編集ページを提供し、前記グラフィックプログラム編集ページは、複数の指令ブロックを提供し、前記複数の指令ブロックは、前記制御ユニットが前記第１ロボットアーム及び前記第２ロボットアームを制御して組立作業を行う際に実行するグラフィカルプログラムを編集するために用いられ、各前記指令ブロックは、前記第１ロボットアーム又は前記第２ロボットアームを制御する異なる制御指令及びハンドシェイクデータにそれぞれ対応するグラフィカルユーザインタフェースと、を含み、
    前記第１ロボットアーム及び前記第２ロボットアームのうちの少なくとも一方には、外力操作を受けて、前記第１ロボットアーム又は前記第２ロボットアームを牽引し、ポイント教示プログラムを直接行うポイント教示ツールが設けられている、
    双腕ロボット組立システム。
  2. 前記第１ツールは組立ツールであり、前記第２ツールは挟持ツールである、
    請求項１に記載の双腕ロボット組立システム。
  3. 前記グラフィックプログラム編集ページは、予め設定された複数の指令ブロックを提供する動作指令領域と、前記複数の指令ブロックに基づいて前記グラフィカルプログラムを編集するプログラム編集領域とを含む、
    請求項１に記載の双腕ロボット組立システム。
  4. 複数の前記指令ブロックは、前記動作指令領域から前記プログラム編集領域にドラッグされるときに、相互間の直列関係又は１つの並列関係が確立され、前記プログラム編集領域は、少なくとも１つの前記直列関係又は少なくとも１つの前記並列関係を有する複数の前記指令ブロックに基づいて、前記グラフィカルプログラムを生成する、
    請求項３に記載の双腕ロボット組立システム。
  5. 前記ポイント教示ツールは、少なくとも前記第１ロボットアーム又は前記第２ロボットアームに配置されるハンドルを含み、
    前記ハンドルに起動ボタンを有し、前記起動ボタンが押されると、前記ハンドルは前記第１ロボットアーム又は前記第２ロボットアームを牽引移動するとともに、前記第１ロボットアーム又は前記第２ロボットアームの平面空間におけるＸ軸及びＹ軸にある位置を変更し記録する、
    請求項１に記載の双腕ロボット組立システム。
  6. 前記ポイント教示ツールは、少なくとも前記第１ロボットアーム又は前記第２ロボットアームに配置される設定ボタンを含み、
    前記設定ボタンは、前記第１ロボットアーム又は前記第２ロボットアームの各関節軸に対して微細な制御を行うとともに、前記第１ロボットアーム又は前記第２ロボットアームの前記平面空間おける位置を調整する、
    請求項５に記載の双腕ロボット組立システム。
  7. 前記制御ユニットはシミュレーションソフトを実行するように構成され、
    前記シミュレーションソフトは、前記第１ロボットアーム及び前記第２ロボットアームの現在設定値に基づいて前記グラフィカルプログラムをシミュレーション実行し、かつ前記グラフィカルプログラムのサイクルタイムを記録し、かつ前記第１ロボットアームと前記第２ロボットアームが前記グラフィカルプログラムの実行期間における干渉状況を分析する、
    請求項１に記載の双腕ロボット組立システム。
  8. 前記シミュレーションソフトは、前記第１ロボットアーム及び前記第２ロボットアームが互いに干渉するとき、異なる色で干渉領域を前記制御ユニットの表示画面に表示する、
    請求項７に記載の双腕ロボット組立システム。
  9. 前記第１ロボットアーム又は前記第２ロボットアームに安全検出モジュールが配置され、
    前記制御ユニットは、前記第１ロボットアーム及び前記第２ロボットアームの作動を制御し、かつ前記安全検出モジュールが物体の接近を検出すると、前記第１ロボットアーム及び前記第２ロボットアームを制御して減速動作又は停止動作を実行する、
    請求項１に記載の双腕ロボット組立システム。
  10. 前記安全検出モジュールは、前記第１ロボットアーム及び前記第２ロボットアームのアーム情報に基づいて、前記双腕ロボット組立システムから異なる距離の領域を安全領域、警告領域及び危険領域に区分し、前記制御ユニットは、前記物体が前記安全領域、警告領域及び前記危険領域に入るとき、それぞれ前記第１ロボットアーム及び前記第２ロボットアームを制御して、異なる程度の前記減速動作又は前記停止動作を実行する、
    請求項９に記載の双腕ロボット組立システム。
  11. 前記制御ユニットと通信接続され、前記第１ロボットアーム及び前記第２ロボットアームの座標位置に対して校正と同期を行う３Ｄ校正プラットフォームをさらに含む、
    請求項１に記載の双腕ロボット組立システム。
  12. 前記制御ユニットと通信接続されるビジョンコントローラをさらに含み、
    前記制御ユニットは、前記ビジョンコントローラを制御して必要な位置の画像を取り込むとともに、画像認識プログラムを実行し、
    前記グラフィックプログラム編集ページは、前記ビジョンコントローラを制御して画像取込動作を実行する１つ又は複数の指令に対応する前記指令ブロックを提供する、
    請求項１に記載の双腕ロボット組立システム。
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