JP2022190834A - ロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】作業対象物に対して自律的に作業を行うことが可能なロボットシステムを提供する。【解決手段】カメラ及びエンドエフェクタを有するロボット２５と、ロボット２５を搭載し、作業対象物１０に対する作業位置に経由する無人搬送車３５と、無人搬送車３５及びロボット２５を制御する制御装置４０とを備える。作業対象物１０は内部の作業領域を開閉する扉体を備える。制御装置４０は、無人搬送車３５を作業位置に経由させて、カメラにより扉体を撮像し、得られた画像を基に、扉体が開状態にあるか否かを確認する扉体確認処理と、扉体が開状態にあると確認されたとき、ロボットを動作させて、作業領域内で、エンドエフェクタを用いた作業を行う作業処理とを実行するように構成される。【選択図】図２

Description

本発明は、無人搬送車、及びこの無人搬送車上に搭載されたロボットを備えたロボットシステムに関する。

従来、上述したロボットシステムの一例として、国際公開第２０１８／９２２２２号（下記特許文献１）に開示された自走ロボットが知られており、この特許文献１には、複数の自走ロボットにより複数の工作機械に対して被加工物を搬送するように構成され工作機械システムが開示されている。

前記自走ロボットは、無人搬送車と、この無人搬送車上に設けられた３軸以上の自由度を持つマニピュレータとを備えて構成され、位置基準情報としての電波やレーザ光を観測することで、自身のおよその位置を認識しながら目標位置付近まで移動し、この後、目標物又は目標物に取り付けられたマーカをカメラにより認識することによって、精密な位置決めをするように構成されている。

また、前記工作機械システムは、工作機械ごとに作業要求を送出する工作機械制御部と、この工作機械制御部から送出された工作機械ごとの作業要求に基づき、複数の自走ロボットごとに作業可能時刻をそれぞれ決める自走ロボット制御部と、計画された自走ロボットごとの作業可能時刻を比較し、作業可能時刻が早い自走ロボットに要求作業を実行させる判定部とが備えられている。

斯くして、この工作機械システムによれば、オペレータが予め自走ロボットの作業時刻を予測しなくても、工作機械と自走ロボットとで、自動的に各種作業の作業可能時刻を決め、適切なタイミングで適切な自走ロボットに実行させることができる、とのことである。

国際公開第２０１８／９２２２２号

ところが、上述した従来の工作機械システムには、上記のようなメリットがある反面、以下に説明するような問題があった。

即ち、従来の工作機械の中には、自動化のために、チャックの開閉等についての駆動指令や動作完了について、外部装置と通信する機能を有するものが存在するが、このような先進的な工作機械においても、更に、作業要求を送出する機能を付与するなど、当該工作機械を改造する必要があり、工作機械システムを構築するためのコストが嵩むという問題があった。

また、判定部により、複数の自走ロボットを統括的に制御しているため、その処理が複雑になるとともに、判定部という特別な制御装置を設ける必要があるため、この面においても、工作機械システムを構築するためのコストが高くなるという問題があった。

また、自走ロボットは判定部からの指令が無ければ工作機械に対して作業できない状態にあるため、その動作上の自由度が与えられていない状態となっている。

以上の背景からすれば、自走ロボット（ロボットシステム）が工作機械の状態を判断して、当該工作機械に対して自律的に動作することができれば、作業要求を送出する機能を工作機械に付与する必要が無く、また、判定部という特別な制御装置を設ける必要がないため、上記工作機械システムを低コストで実現することができる。

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、作業対象物に対して自律的に作業を行うことが可能なロボットシステムの提供を、その目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、
画像を撮像するカメラ、及び作業対象物に対して作用するエンドエフェクタを有するロボットと、
前記ロボットを搭載し、前記作業対象物に対して設定された作業位置に経由する無人搬送車と、
前記無人搬送車及びロボットを制御する制御装置とを備えたロボットシステムであって、
前記作業対象物は、内部に設定された作業領域と外部とを仕切るとともに、前記作業領域と外部とを連通する開口部を開閉する扉体を備え、
前記作業対象物に対して設定される作業位置は、前記ロボットのエンドエフェクタを前記作業領域内に進入可能な位置であり、
前記制御装置は、
前記無人搬送車を作業位置に経由させて、前記カメラにより前記扉体を撮像し、得られた画像を基に、前記扉体が開状態にあるか否かを確認する扉体確認処理と、
前記扉体が開状態にあると確認されたとき、前記ロボットを動作させて、前記作業領域内で、前記エンドエフェクタを用いた作業を行う作業処理とを実行するように構成されたロボットシステムに係る。

このロボットシステムは、内部に作業領域を有する作業対象物に対して作業を行うように構成され、当該作業対象物は、その作業領域が扉体によって外部から仕切られ、扉体は作業領域と外部とを連通する開口部を開閉するように構成される。

そして、ロボットシステムの制御装置は、当該作業対象物に対して作業を行う際には、まず、無人搬送車を当該作業対象物に対して設定された作業位置に経由させた後、カメラにより扉体を撮像し、得られた画像を基に、扉体が開状態にあるか否かを確認する扉体確認処理を実行する。そして、扉体が開状態にある場合には、当該作業対象物は、ロボットが作業可能な待ち状態にあると判断されるので、前記制御装置は、ロボットを動作させて、作業対象物の作業領域内において、エンドエフェクタを用いた作業（作業処理）を実行させる。

以上のように、本発明に係るロボットシステムによれば、扉体が開状態にあるか否かを確認することによって、作業対象物が待ち状態にあるか否かを判別し、作業対象物が待ち状態にあると判断された場合には、ロボットを動作させて、当該作業対象物に対して予定された作業を実行するように構成されているので、ロボットは、自律した状態で作業対象物に対して作業を行うことができる。したがって、当該ロボットシステムにより作業対象物に対して作業を行うシステムを、従来の工作機械システムに比べて、低コストで実現することができる。尚、作業内容によっては、当該ロボットシステムは、特に通信機能を有しない作業対象物に対しても作業を実行することができる。

上記態様（第１の態様）のロボットシステムにおいて、前記制御装置は、前記扉体確認処理を実行して扉体が開状態にあることが確認された後、前記作業処理を開始する前に、撮像された前記画像を基に、撮像方向において、前記開口部の少なくとも一部を塞ぐ位置である閉塞位置に、言い換えれば、開口部と重なる位置に操作盤があるか否かを確認する操作盤確認処理を実行し、前記操作盤が閉塞位置に無いことが確認されたとき、前記作業処理を実行するように構成されているのが好ましい。

この態様（第２の態様）では、操作盤が前記閉塞位置にあるときに、ロボットが作業対象物に対して作業を行うと、ロボットと操作盤が干渉する虞がある。したがって、操作盤が閉塞位置に無いことが確認されたときに、ロボットが作業対象物に対して作業を行うようにすることで、ロボットと操作盤が干渉するのを回避することができる。

また、上記第２の態様において、前記制御装置は、前記操作盤確認処理で、前記操作盤が閉塞位置に在ることが確認されたとき、前記作業処理を開始する前に、撮像された前記画像を基に、操作盤に設けられた取手を認識して、前記エンドエフェクタを前記取手に係合させた後、前記操作盤を閉塞位置の外側に移動させる操作盤退避処理を実行するように構成されているのが好ましい。

この態様（第３の態様）では、前記操作盤確認処理において、操作盤が閉塞位置に在ることが確認されたとき、ロボットによって、操作盤を閉塞位置からその外側に移動させるようにしているので、ロボットが作業対象物に対して作業を行う際に、ロボットと操作盤が干渉するのを防止することができる。

上記第１から第３のいずれかの態様において、前記作業対象物は工作機械であり、該工作機械は前記作業領域内でワークを加工するように構成され、
前記制御装置は、前記作業処理において、前記ロボットに、前記作業領域内のワークを交換する作業を実行させるように構成された態様（第４の態様）としても良い。

また、この第４の態様において、前記制御装置は、前記作業処理を実行した後、前記ロボットを動作させて、前記操作盤に設けられた加工開始ボタンを、前記エンドエフェクタを用いて押下するように構成された態様（第５の態様）としても良い。

上記第４又は第５の態様において、前記工作機械は、その扉体に透明な部材で構成された視認部を有し、該視認部を通して外部から作業領域を観察可能に構成され、
前記制御装置は、前記扉体確認処理において、前記扉体が閉状態にあることが確認されたとき、前記カメラにより、前記視認部を通して前記作業領域内を撮像し、得られた画像を解析して、ワークの加工が完了するまでの残加工時間を推定する加工時間推定処理を実行するように構成された態様（第６の態様）としても良い。

また、この第６の態様において、前記制御装置は、前記加工時間推定処理を実行した後、推定された残加工時間が予め定められた基準時間よりも短いときは、前記無人搬送車を前記作業位置に待機させ、残加工時間が前記基準時間よりも長いときは、前記作業位置から他の作業位置に移動させるように構成された態様（第７の態様）としても良い。

また、上記第１から第３のいずれかの態様において、前記作業対象物はパレット交換装置であり、前記作業領域内にパレットが配設され、
前記制御装置は、前記作業処理において、前記ロボットに、前記作業領域内のパレットに取り付けられたワークを交換する作業を実行させるように構成された態様（第８の態様）としても良い。

そして、この第８の態様において、前記制御装置は、前記作業処理を完了後、撮像された前記画像を基に、操作盤に設けられた扉体を閉じる扉閉ボタンを認識して、前記エンドエフェクタを用いて扉閉ボタンを押下するように構成された態様（第９の態様）としても良い。

本発明に係るロボットシステムによれば、扉体が開状態にあるか否かを確認することによって、作業対象物が待ち状態にあるか否かを判別し、作業対象物が待ち状態にあると判断された場合には、ロボットを動作させて、当該作業対象物に対して予定された作業を実行するように構成されているので、ロボットは、自律した状態で作業対象物に対して作業を行うことができる。したがって、ロボットシステムにより作業対象物に対して作業を行うシステムを、従来の工作機械システムに比べて、低コストで実現することができる。

本発明の一実施形態に係る生産システムを示した平面図である。 本実施形態に係る生産システムの構成を示したブロック図である。 本実施形態に係るロボットシステムを示した斜視図である。 本実施形態のロボットシステムにおける自律作業を示した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自律作業を説明するための説明図である。 本実施形態のロボットシステムにおける自律作業を説明するための説明図である。 本発明の他の実施形態に係る生産システムを示した平面図である。 図７における前方、即ちロボットシステム側から見た正面図である。 他の実施形態のロボットシステムにおける自律作業を示したフローチャートである。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１及び図２に示すように、本例の生産システム１は、ロボットシステム２４、工作機械１０、周辺装置としての材料ストッカ２１及び製品ストッカ２２などから構成され、前記ロボットシステム２４は、無人搬送車３５、この無人搬送車３５に搭載されるロボット２５、並びにロボット２５及び無人搬送車３５を制御する制御装置４０などから構成される。

前記工作機械１０は、数値制御装置（図示せず）によって制御される複合加工型のＮＣ工作機械であって、図５に示すように、ワークを把持するチャック１５が装着されるワーク主軸、旋削工具などが配設されるタレット１４、並びに回転工具１３等が保持される工具主軸１２を有する刃物台１１などを加工領域内に備えており、旋削加工及びミーリング加工の双方を行うことができるようになっている。

また、前記加工領域は、開閉可能なドア（扉体）１６によって外部と仕切られており、ドア１６を開くことによって加工領域の前側が開口され、ロボット２５がこの開口から加工領域内に入り込むことができるようになっている。また、このドア１６には、外部から加工領域内を視認することができる透明な窓部（視認部）１６ａが設けられている。更に、ドア１６に向かってその右側方には、図１に示す矢示方向に回動可能になった操作盤１７が設けられている。

前記材料ストッカ２１は、工作機械１０で加工される加工前のワーク（材料）をストックする装置であり、図１において、工作機械１０の左隣に配設されている。また、前記製品ストッカ２２は、工作機械１０で加工された加工済のワーク（製品又は半製品）を収納する装置であり、図１において、工作機械１０の右隣に配設されている。

図１及び図３に示すように、前記無人搬送車３５は、その上面である載置面３６に前記ロボット２５が搭載され、また、オペレータが携帯可能な操作盤３７が付設されている。尚、この操作盤３７は、データの入出力を行う入出力部、当該無人搬送車３５及びロボット２５を手動操作する操作部、並びに画面表示可能なディスプレイなどを備えている。

また、無人搬送車３５は、工場内における自身の位置を認識可能なセンサ（例えば、レーザ光を用いた距離計測センサ）を備えており、前記制御装置４０による制御の下で、前記工作機械１０、材料ストッカ２１及び製品ストッカ２２が配設される領域を含む工場内を無軌道で走行するように構成され、本例では、前記工作機械１０、材料ストッカ２１及び製品ストッカ２２のそれぞれに対して設定された各作業位置に経由する。尚、本例では、前記制御装置４０は、この無人搬送車３５内に配設されている。

前記ロボット２５は、マニピュレータ部である第１アーム２６、第２アーム２７及び第３アーム２８の３つのアームを備えた多関節型のロボットであり、第３アーム２８の先端部にはエンドエフェクタとしてのハンド２９が装着され、更に、当該第３アーム２８の側部には支持部材３０が取り付けられている。そして、この支持部材３０には、同じくエンドエフェクタとしての一対のカメラ３１及び操作ロッド３２が装着されている。尚、本例では、ロボット２５が図３に示した姿勢を取るとき、操作ロッド３２はカメラ３１の上方に位置するとともに、カメラ３１及び操作ロッド３２は、カメラ３１の撮像光軸と操作ロッド３２の軸線とが平行になるように配設されている。また、操作ロッド３２は、その先端部が軸方向に伸縮可能、或いは、弾性変位可能に設けられている。

そして、ロボット２５は、前記制御装置４０による制御の下で、これらハンド２９、カメラ３１及び操作ロッド３２をｘ_ｒ軸，ｙ_ｒ軸及びｚ_ｒ軸の直交３軸で定義される３次元空間内で移動させる。尚、ｘ_ｒ軸，ｙ_ｒ軸及びｚ_ｒ軸の直交３軸で定義される座標系をロボット座標系と称する。また、本例では、ｘ_ｒ軸は無人搬送車３５の前面とほぼ平行に設定されている。

前記制御装置４０は、図２に示すように、動作プログラム記憶部４１、移動位置記憶部４２、動作姿勢記憶部４３、マップ情報記憶部４４、手動運転制御部４５、自動運転制御部４６、マップ情報生成部４７、位置認識部４８及び入出力インターフェース４９から構成される。そして、制御装置４０は、この入出力インターフェース４９を介して、前記材料ストッカ２１、製品ストッカ２２、ロボット２５、無人搬送車３５及び操作盤３７に接続している。尚、制御装置４０は、工作機械１０、材料ストッカ２１及び製品ストッカ２２と通信によって接続されている。

前記制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを含むコンピュータから構成され、前記手動運転制御部４５、自動運転制御部４６、マップ情報生成部４７、位置認識部４８及び入出力インターフェース４９は、コンピュータプログラムによってその機能が実現される。また、動作プログラム記憶部４１、移動位置記憶部４２、動作姿勢記憶部４３及びマップ情報記憶部４４はＲＡＭなどの適宜記憶媒体から構成される。

前記手動運転制御部４５は、オペレータにより前記操作盤３７から入力される操作信号に従って、前記無人搬送車３５及びロボット２５を動作させる機能部である。即ち、オペレータは、この手動運転制御部４５による制御の下で、操作盤３７を用いた、前記無人搬送車３５及びロボット２５の手動操作を実行することができる。

具体的には、手動運転制御部４５は、前記操作盤３７から、例えば、前記無人搬送車３５を、水平面内で当該無人搬送車３５に対して設定された直交２軸（ｘ_ｒ軸、ｙ_ｒ軸）の各方向に移動させる信号が入力されると、入力された信号に対応する方向に、対応する距離だけ、当該無人搬送車３５を移動させ、前記ｘ_ｒ軸及びｙ_ｒ軸と直交するｚ_ｒ軸（鉛直軸）回りに旋回させる信号が入力されると、入力された信号に応じて当該無人搬送車３５を旋回させる。

また、操作盤３７から、前記ロボット２５の先端部（ハンド２９、カメラ３１及び操作ロッド３２）を、前記ｘ_ｒ軸、ｙ_ｒ軸及びｚ_ｒ軸の各方向に移動させる信号が入力されると、手動運転制御部４５は、入力された信号に対応する方向に、対応する距離だけ、ロボット２５の先端部を移動させる。また、手動運転制御部４５は、操作盤３７から前記ハンド２９を開閉させる信号が入力されると、これに応じて当該ハンド２９を開閉させ、操作盤３７から前記カメラ３１を動作させる信号が入力されると、これに応じて当該カメラ３１を動作させる。

前記動作プログラム記憶部４１は、自動生産時に前記無人搬送車３５及び前記ロボット２５を自動運転するための自動運転用プログラム、並びに後述する工場内のマップ情報を生成する際に前記無人搬送車３５を動作させるためのマップ生成用プログラムを記憶する機能部である。自動運転用プログラム及びマップ生成用プログラムは、例えば、前記操作盤３７に設けられた入出力部から入力され、当該動作プログラム記憶部４１に格納される。

尚、この自動運転用プログラムには、無人搬送車３５が移動する目標位置としての移動位置、移動速度及び無人搬送車３５の向きに関する指令コードが含まれ、また、ロボット２５が順次動作する当該動作に関する指令コード、及び前記カメラ３１の操作に関する指令コードが含まれる。また、マップ生成用プログラムは、前記マップ情報生成部４７においてマップ情報を生成できるように、無人搬送車３５を無軌道で工場内を隈なく走行させるための指令コードが含まれる。

前記マップ情報記憶部４４は、無人搬送車３５が走行する工場内に配置される機械、装置、機器など（装置等）の配置情報を含むマップ情報を記憶する機能部であり、このマップ情報は前記マップ情報生成部４７によって生成される。

前記マップ情報生成部４７は、前記制御装置４０の自動運転制御部４６による制御の下で、前記動作プログラム記憶部４１に格納されたマップ生成用プログラムに従って無人搬送車３５を走行させた際に、前記センサによって検出される距離データから工場内の空間情報を取得するとともに、工場内に配設される装置等の平面形状を認識し、例えば、予め登録された装置等の平面形状を基に、工場内に配設された具体的な装置、本例では、工作機械１０、材料ストッカ２１及び製品ストッカ２２の位置、平面形状等（配置情報）を認識する。そして、マップ情報生成部４７は、得られた空間情報及び装置等の配置情報を工場内のマップ情報として前記マップ情報記憶部４４に格納する。

前記位置認識部４８は、前記センサによって検出される距離データ、及び前記マップ情報記憶部４４に格納された工場内のマップ情報を基に、工場内における無人搬送車３５の位置及び姿勢を認識する機能部であり、この位置認識部４８によって認識される無人搬送車３５の位置及び姿勢に基づいて、当該無人搬送車３５の動作が前記自動運転制御部４６によって制御される。

前記移動位置記憶部４２は、前記無人搬送車３５が移動する具体的な目標位置としての移動位置であって、前記動作プログラム中の指令コードに対応した具体的な移動位置を記憶する機能部であり、この移動位置には、上述した工作機械１０、材料ストッカ２１及び製品ストッカ２２に対して設定される各作業位置が含まれる。尚、この移動位置は、例えば、前記手動運転制御部４５による制御の下、前記操作盤３７により前記無人搬送車３５を手動運転して、目標とする各位置に移動させた後、前記位置認識部４８によって認識される位置データを前記移動位置記憶部４２に格納する操作によって設定される。この操作は所謂ティーチング操作と呼ばれる。

前記動作姿勢記憶部４３は、前記ロボット２５が所定の順序で動作することによって順次変化するロボット２５の姿勢（動作姿勢）であって、前記動作プログラム中の指令コードに対応した動作姿勢に係るデータを記憶する機能部である。この動作姿勢に係るデータは、前記手動運転制御部４５による制御の下で、前記操作盤３７を用いたティーチング操作により、当該ロボット２５を手動運転して、目標とする各姿勢を取らせたときの、当該各姿勢におけるロボット２５の各関節（モータ）の回転角度データであり、この回転角度データが動作姿勢に係るデータとして前記動作姿勢記憶部４３に格納される。

ロボット２５の具体的な動作姿勢は、前記材料ストッカ２１、工作機械１０及び製品ストッカ２２において、それぞれ設定される。例えば、材料ストッカ２１では、当該材料ストッカ２１に収納された加工前ワークを取り出すための各作業姿勢（各取出姿勢）が設定される。また、工作機械１０では、加工済ワークをチャック１５から取り出して、加工前ワークを当該チャック１５に装着するための各作業姿勢、即ち、ワークの交換動作のための各作業姿勢が設定される。また、前記製品ストッカ２２では、工作機械１０から取り出した加工済ワークを当該製品ストッカ２２内に収納するための各作業姿勢が設定される。

前記自動運転制御部４６は、前記動作プログラム記憶部４１に格納された自動運転用プログラム及びマップ生成用プログラムの何れかを用い、当該プログラムに従って無人搬送車３５、ロボット２５、ハンド２９及びカメラ３１を動作させる機能部である。その際、前記移動位置記憶部４２及び動作姿勢記憶部４３に格納されたデータが必要に応じて使用される。

特に、自動運転制御部４６は、工作機械１０に対するワーク交換作業では、無人搬送車３５、ロボット２５、ハンド２９及びカメラ３１を図４に示した手順で動作させる。

即ち、自動運転制御部４６は、工作機械１０に対して設定されたアプローチ位置に無人搬送車３５を移動させる（ステップＳ１）。このアプローチ位置は、工作機械１０に対して設定された作業位置の手前に相当する位置であり、図１に示すように、ロボット２５は、カメラ３１を工作機械１０に向けた姿勢を取っている。

次に、自動運転制御部４６は、カメラ３１を駆動して工作機械１０のドア１６を含む領域を撮像するとともに、撮像された画像をカメラ３１から受信し、受信した画像を解析してドア１６が開状態にあるか否か、言い換えれば、工作機械１０に対して作業可能かどうかを判別する処理（ドア（扉体）確認処理）を実行する（ステップＳ２）。そして、図５に示すように、ドア１６が開かれている場合には、更に、当該画像から、操作盤１７の位置を確認し、撮像方向において、ドア１６が開くことによって形成される加工領域の開口部の少なくとも一部を塞ぐ位置（閉塞位置）に、言い換えれば、開口部と重なる位置に操作盤１７があるか否かを確認する処理を行う（この処理を操作盤確認処理という）（ステップＳ３）。

そして、操作盤１７が前記閉塞位置の外側に在るとき、即ち、操作盤１７が加工領域の開口部を閉塞する位置に無いときには、自動運転制御部４６は、次に、ロボットシステム２４を駆動して、工作機械１０に対して、ワークの交換動作を実行させる（ステップＳ４）。

例えば、自動運転制御部４６は、無人搬送車３５を工作機械１０に対して設定された作業位置に移動させた後、ロボット２５の先端部を工作機械１０の加工領域内に進入させて、チャック１５に把持された加工済みのワークをハンド２９により把持させた後、工作機械１０にアンクランプ信号を送信して、チャック１５に開動作を実行させ、ついで、ロボット２５の先端部を加工領域内から退出させて、ハンド２９に把持した加工済みのワークを無人搬送車３５の載置面３６上に載置させる。

次に、自動運転制御部４６は、前もって前記材料ストッカ２１から取り出して、同じく無人搬送車３５の載置面３６上に載置した加工前ワークをハンド２９により把持させた後、ロボット２５の先端部を工作機械１０の加工領域内に進入させて、チャック１５の把持位置に加工前ワークを位置させた後、工作機械１０にクランプ信号を送信して、チャック１５に閉動作を実行させてチャック１５に加工前ワークを把持させ、この後、ロボット２５の先端部を加工領域内から退出させる。

以上のようにして、ロボットシステム２４にワーク交換動作を実行させた後、自動運転制御部４６は、ロボット２５の先端部に設けられたカメラ３１を撮像姿勢にした後、カメラ３１を駆動して、操作盤１７が含まれる画像を撮像させ、得られた画像をカメラ３１から受信する。そして、自動運転制御部４６は、受信した画像を解析して、操作盤１７に設けられたスタートボタン１９の位置を認識した後、ロボット２５を操作して操作ロッド３２の先端部をスタートボタン１９に押し当てて、工作機械１０に加工を実行させる（ステップＳ５）。

操作盤１７には、スタートボタン１９に対して所定の位置関係となるように識別図形２０が設けられており、自動運転制御部４６は、画像解析によってこの識別図形２０の位置を認識した後、この識別図形２０の位置を基準にスタートボタン１９の位置を認識する。尚、前記カメラ３１は所謂ステレオカメラであり、ステレオカメラ３１によって撮像された画像を解析することで、カメラ３１と識別図形２０との間の相対的な位置関係を算出することができる。

次に、自動運転制御部４６は、再度カメラ３１を駆動して工作機械１０のドア１６を含む画像を撮像させた後、撮像された画像をカメラ３１から受信し、受信した画像を解析してドア１６が閉状態にあるか否かを確認し（ステップＳ６）、ドア１６が閉状態にある場合には、工作機械１０が正常に加工を実行していると判断して、当該工作機械１０に対する作業を終了する。一方、ステップＳ６において、ドア１６が開状態にあると判断された場合には、工作機械１０に異常が生じていると判断されるため、アラームを出力して（ステップＳ１２）、当該工作機械１０に対する作業を終了し、他の作業、例えば他の作業対象物（工作機械など）に対する作業を行う。

また、前記ステップＳ２において、工作機械１０のドア１６が開状態にないと判断される場合には（図６参照）、自動運転制御部４６は、更に、最初の確認かどうかを判別し（ステップＳ７）、最初の確認である場合には、次に、カメラ３１により、窓部１６ａを通して加工領域内の画像を撮像させた後（ステップＳ８）、カメラ３１から受信した画像を解析して、ワークの形状を認識し、得られたワーク形状から残加工時間を推定し（ステップＳ９）、推定された残加工時間が予め設定された閾値（基準時間）以内であれば、ドア１６が開かれるまで待機し（ステップＳ７）、残加工時間が閾値（基準時間）を超えていれば、当該工作機械１０に対する作業を終了して（ステップＳ１０）、他の作業を行う。

尚、前記基準時間は、ロボットシステム２４が他の作業を行うのではなく、その場で待機して、当該工作機械１０における加工が完了された後、当該工作機械１０に対してワーク交換動作を行う方が効率的であると判断される時間であって、経験的に設定される。また、ワーク形状は、撮像画像からワークの輪郭を抽出することによって認識することができ、残加工時間は、予め取得されたワークの形状と残加工時間との関係から、例えば、パターンマッチング手法によって推定することができる。

また、前記ステップＳ３において、操作盤１７が閉塞位置に在ると判断された場合には、自動運転制御部４６は、撮像された画像から、操作盤１７に設けられた取手１８の位置を認識した後、ロボット２５を操作してハンド２９を当該取手１８に係合させ、ついで、ロボット２５を動作させて、操作盤１７が閉塞位置の外側に位置するように移動（退避）させた後（ステップＳ１１）、ロボットシステムにワーク交換動作を実行させる（ステップＳ４）。

上述したように、操作盤１７には、識別図形２０が設けられており、この識別図形は、取手１８に対して所定の位置関係を有している。したがって、自動運転制御部４６は、画像解析によってこの識別図形の位置を認識した後、この識別図形の位置を基準に取手１８の位置を認識する。また、カメラ３１、言い換えればハンド２９と識別図形との間の相対的な位置関係は、画像を解析することによって算出することができる。

以上のように構成された本例の生産システム１によれば、ロボットシステム２４は、前記制御装置４０の自動運転制御部４６による制御の下で、前記動作プログラム記憶部４１に格納された自動運転用プログラムが実行され、この自動運転用プログラムに従って、無人搬送車３５及びロボット２５が動作されて、無人の自動生産が実行される。

そして、ロボットシステム２４が工作機械１０に対して作業を行う際には、まず、工作機械１０のドア１６が開状態にあるか否かを確認することによって、工作機械１０が待ち状態にあるか否かを判別し、ドア１６が開状態にあることで、工作機械１０が待ち状態にあると判断された場合には、ロボット２５を動作させて、当該工作機械１０に対してワーク交換動作を実行するように構成されているので、ロボット２５は、自律した状態で工作機械１０に対して作業を行うことができる。

このように、本例のロボットシステム２４では、自律した状態で工作機械１０に対して作業を行うことができるので、ロボットシステム２４及び工作機械１０から構成される生産システム１を、従来に比べて、低コストで実現することができる。尚、作業内容によっては、当該ロボットシステム２４は、通信機能を有しない工作機械に対しても作業を実行することができる。

また、本例のロボットシステム２４では、ドア１６が開状態にあることが確認された後、操作盤１７の位置を確認し、操作盤１７が閉塞位置に無いことが確認された場合、或いは、操作盤１７が閉塞位置に在る場合には、当該操作盤１７を閉塞位置の外に退避させた後、ワークの交換動作を実行するように構成されているので、ワーク交換動作にあたり、ロボット２５と操作盤１７とが干渉するのを回避することができる。

また、本例のロボットシステム２４では、ドア１６が開状態にない場合には、窓部１６ａを通してカメラ３１により加工領域内の画像を撮像し、得られた画像を解析してワークの残加工時間を推定し、推定された残加工時間が予め設定された基準以内であれば、当該工作機械１０における加工が完了されるまで、無人搬送車３５及びロボット２５をアプローチ位置で待機させるようにしているので、当該ロボットシステム２４の動作効率を高めることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７に示すように、本例の生産システム１００は、ロボットシステム２４及び工作機械１０１から構成される。尚、ロボットシステム２４は、上述した第１の実施形態に係る構成と同じ構成である。

また、本例の工作機械１０１は、所謂横型のマシニングセンタであって、ベッド１０２、コラム１０３、主軸頭１０４、テーブル１０５及びパレット交換装置１２０などを備えている。また、パレット交換装置１２０は、パレット載置台１２１及び交換アーム１２２などから構成され、交換アーム１２２が１８０°水平旋回することで、テーブル１０５上のパレットＰと、パレット載置台１２１上のパレットＰとが交換される。

また、工作機械１０１は、前記ベッド１０２及びその上方の空間がカバー体１０９によって囲まれており、前記コラム１０３、テーブル１０５、パレット載置台１２１、交換アーム１２２などが、このカバー体１０９によって閉塞された空間内に位置している。また、交換アーム１２２の上面には、仕切り板１２３が立設されており、この仕切り板１２３によって、前記カバー体１０９によって囲まれた空間内が、前記コラム１０３及びテーブル１０５などが設けられる加工領域と、パレット載置台１２１が設けられる加工領域外とに仕切られている。

また、前記パレット載置台１２１、並びにこれらを囲むカバー体１０９及び仕切り板１２３によって段取りステーションが構成される。そして、この段取りステーションを構成するカバー体１０９の内、仕切り板１２３と対向する部分には、開閉する２枚のドア１１０が設けられており（図８参照）、このドア１１０を開くことにより、その開口部を介して、パレット載置台１２１上のパレットＰに設けられた治具Ｊに対して、ワークの着脱を行うことができるようになっている。

また、図８に示すように、前記ドア１１０の向かって右側方には、操作盤１２５が設けられており、この操作盤１２５には、ドア１１０を開くための開ボタン１２６、ドア１１０を閉じるための閉ボタン１２７、及び段取りを完了したことを入力するための段取完了ボタン１２８が設けられ、更に、これら開ボタン１２６、閉ボタン１２７及び段取完了ボタン１２８の位置を認識するための識別図形１２９が設けられている。

この生産システム１００では、ロボットシステム２４が工作機械１０１の段取りステーションに対してワークの交換動作を行う際には、自動運転制御部４６は、無人搬送車３５、ロボット２５、ハンド２９及びカメラ３１を図４に示した手順で動作させる。

即ち、自動運転制御部４６は、まず、段取りステーションに対して設定された作業位置に無人搬送車３５を移動させた後（ステップＳ２１）、カメラ３１を駆動して工作機械１０１のドア１１０を含む領域を撮像し、得られた画像をカメラ３１から受信して解析することにより、ドア１１０が開状態にあるか否か、言い換えれば、段取りステーション内のパレットＰに対して作業可能かどうかを判別する処理（ドア（扉体）確認処理）を実行する（ステップＳ２２）。そして、ドア１１０が開かれている場合には、無人搬送車３５及びロボット２５を駆動して、パレット載置台１２１上のパレットＰに対して、設定されたワーク交換動作を実行させる（ステップＳ２３）。例えば、ロボット２５により加工済みのワークをパレットＰ上の治具Ｊから取り外して無人搬送車３５の載置面３６上に載置した後、同じく載置面３６上に予め載置された加工前のワークをロボット２５により把持して、パレットＰ上の治具Ｊに装着する。尚、このワーク交換動作は、ロボットシステム２４と工作機械１０１との連係動作によって実行される。

以上のようにして、無人搬送車３５及びロボット２５にワーク交換動作を実行させた後、自動運転制御部４６は、ロボット２５の先端部に設けられたカメラ３１を撮像姿勢にした後、当該カメラ３１を駆動して、操作盤１２５が含まれる画像を撮像させ、得られた画像をカメラ３１から受信した後、この画像から操作盤１２５に設けられた閉ボタン１２７の位置を認識し、次いで、ロボット２５を操作してその操作ロッド３２の先端部を閉ボタン１２７に押し当てて、ドア１１０を閉じさせる（ステップＳ２４）。

尚、上述したように、操作盤１２５には、閉ボタン１２７に対して所定の位置関係となるように識別図形１２９が設けられており、自動運転制御部４６は、画像解析によってこの識別図形１２９の位置を認識した後、この識別図形１２９の位置を基準に閉ボタン１２７の位置を認識する。また、上述したように、前記カメラ３１は所謂ステレオカメラであり、ステレオカメラ３１によって撮像された画像を解析することで、カメラ３１と識別図形１２９との間の相対的な位置関係を算出することができる。

次に、自動運転制御部４６は、再度カメラ３１を駆動してドア１１０を含む画像を撮像させた後、撮像された画像をカメラ３１から受信し、受信した画像を解析してドア１１０が閉状態にあるか否かを確認し（ステップＳ２５）、ドア１６が閉状態にある場合には、工作機械１０１が正常な状態にあると判断して、ロボット２５の操作ロッド３２の先端部を段取完了ボタン１２８に押し当てて（ステップＳ２６）、当該工作機械１０１に対する作業を終了する。一方、ステップＳ２５において、ドア１１０が開状態にあると判断された場合には、工作機械１０１に異常が生じていると判断されるため、アラームを出力して（ステップＳ２７）、当該工作機械１０１に対する作業を終了して、他の作業を実行する。また、前記ステップＳ２２において、ドア１１０が閉状態にあることが確認された場合にも、段取りステーション内のパレットＰに対して作業が不可能であるため、当該工作機械１０１に対する作業を終了して、他の作業を実行する。

以上のように構成された本例の生産システム１００によれば、ロボットシステム２４が工作機械１０１に対して作業を行う際には、まず、工作機械１０１のドア１１０が開状態にあるか否かを確認することによって、段取りステーションに対して作業可能かどうかを判別し、ドア１１０が開状態にあることで、段取りステーションに対する作業が可能であると判断された場合には、ロボット２５を動作させて、当該工作機械１０１に対してワーク交換動作を実行するように構成されているので、ロボット２５は、自律した状態で工作機械１０１に対して作業を行うことができる。

このように、本例のロボットシステム２４では、自律した状態で工作機械１０１に対して作業を行うことができるので、ロボットシステム２４及び工作機械１０１から構成される生産システム１００を、従来に比べて、低コストで実現することができる。

以上、本発明の具体的な実施の形態について説明したが、本発明が採り得る態様は、何ら上例のものに限定されるものではない。

例えば、上例では、ロボットシステム２４が作業する対象物として、工作機械１０，１０１を例示したが、このロボットシステム２４を適用可能な作業対象物は、このような工作機械１０，１０１に限られるものではなく、他の工作機械や、工作機械以外の他の装置、機械であっても良い。

また、ロボットシステム２４も上例の構成に限られるものでは無く、他の構成のものを適用することができる。

繰り返しになるが、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。

１ 生産システム
１０ 工作機械
１６ ドア（扉体）
１６ａ 窓部
１７ 操作盤
２１ 材料ストッカ
２２ 製品ストッカ
２４ ロボットシステム
２５ ロボット
２９ ハンド
３１ カメラ
３２ 操作ロッド
３５ 無人搬送車
４０ 制御装置
４１ 動作プログラム記憶部
４２ 移動位置記憶部
４３ 動作姿勢記憶部
４４ マップ情報記憶部
４５ 手動運転制御部
４６ 自動運転制御部
４７ マップ情報生成部
４８ 位置認識部

Claims (9)

1. 画像を撮像するカメラ、及び作業対象物に対して作用するエンドエフェクタを有するロボットと、
   前記ロボットを搭載し、前記作業対象物に対して設定された作業位置に経由する無人搬送車と、
   前記無人搬送車及びロボットを制御する制御装置とを備えたロボットシステムであって、
   前記作業対象物は、内部に設定された作業領域と外部とを仕切るとともに、前記作業領域と外部とを連通する開口部を開閉する扉体を備え、
   前記作業対象物に対して設定される作業位置は、前記ロボットのエンドエフェクタを前記作業領域内に進入可能な位置であり、
   前記制御装置は、
   前記無人搬送車を作業位置に経由させて、前記カメラにより前記扉体を撮像し、得られた画像を基に、前記扉体が開状態にあるか否かを確認する扉体確認処理と、
   前記扉体が開状態にあると確認されたとき、前記ロボットを動作させて、前記作業領域内で、前記エンドエフェクタを用いた作業を行う作業処理とを実行するように構成されていることを特徴とするロボットシステム。
2. 前記制御装置は、
   前記扉体確認処理を実行して扉体が開状態にあることが確認された後、前記作業処理を開始する前に、撮像された前記画像を基に、撮像方向において、前記開口部の少なくとも一部を塞ぐ位置である閉塞位置に操作盤があるか否かを確認する操作盤確認処理を実行し、
   前記操作盤が閉塞位置に無いことが確認されたとき、前記作業処理を実行するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
3. 前記制御装置は、前記操作盤確認処理において、前記操作盤が閉塞位置に在ることが確認されたとき、前記作業処理を開始する前に、撮像された前記画像を基に、操作盤に設けられた取手を認識して、前記エンドエフェクタを前記取手に係合させた後、前記操作盤を閉塞位置の外側に移動させる操作盤退避処理を実行するように構成されていることを特徴とする請求項２記載のロボットシステム。
4. 前記作業対象物は工作機械であり、該工作機械は前記作業領域内でワークを加工するように構成され、
   前記制御装置は、前記作業処理において、前記ロボットに、前記作業領域内のワークを交換する作業を実行させるように構成された請求項１から３のいずれか１項に記載のロボットシステム。
5. 前記制御装置は、前記作業処理を実行した後、前記ロボットを動作させて、前記操作盤に設けられた加工開始ボタンを、前記エンドエフェクタを用いて押下するように構成されていることを特徴とする請求項４記載のロボットシステム。
6. 前記工作機械は、その扉体に透明な部材で構成される視認部を有し、該視認部を通して外部から作業領域を観察可能に構成され、
   前記制御装置は、前記扉体確認処理において、前記扉体が閉状態にあることが確認されたとき、前記カメラにより、前記視認部を通して前記作業領域内を撮像し、得られた画像を解析して、ワークの加工が完了するまでの残加工時間を推定する加工時間推定処理を実行するように構成されていることを特徴とする請求項４又は５記載のロボットシステム。
7. 前記制御装置は、前記加工時間推定処理を実行した後、推定された残加工時間が予め定められた基準時間よりも短いときは、前記無人搬送車を前記作業位置に待機させ、残加工時間が前記基準時間よりも長いときは、前記作業位置から他の作業位置に移動させるように構成されていることを特徴とする請求項６記載のロボットシステム。
8. 前記作業対象物はパレット交換装置であり、前記作業領域内にパレットが配設され、
   前記制御装置は、前記作業処理において、前記ロボットに、前記作業領域内のパレットに取り付けられたワークを交換する作業を実行させるように構成された請求項１から３のいずれか１項に記載のロボットシステム。
9. 前記制御装置は、前記作業処理を完了後、撮像された前記画像を基に、操作盤に設けられた扉体を閉じる扉閉ボタンを認識して、前記エンドエフェクタを用いて扉閉ボタンを押下するように構成されていることを特徴とする請求項８記載のロボットシステム。
   

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