JP4287788B2 - 自走式ロボットハンド - Google Patents
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Description
従来の自走式ロボットハンド100は、図5に示すように、自走するロボット本体101と、ロボット本体101に取り付けられたアーム102と、アーム102に取り付けられ、ワークたるテープカートリッジWを把持するハンド103と、アーム102に取り付けられ、テープカートリッジWをセットするテープドライブTDとロボット本体101との位置関係を認識する視覚センサ(図示省略)用のCCDカメラ104と、これらを制御する制御部105と、予めティーチングされたアーム102及びハンド103の動きを記憶するメモリ106と、を備えている。
自走式ロボットハンド100は、ロボット本体101が正しい位置に停止したときにテープカートリッジWをテープドライブTDに正しくセットできるようにティーチングされていることから、このままではテープカートリッジWをうまくセットできない。
なお、視覚センサから得るワークの位置データによってロボットの正確なハンドリング作業を実現する方法として、下記の特許文献1が開示されている。
そのため、CCDカメラ104を交換したり、自走式ロボットハンド100の移動中にCCDカメラ104が障害物に衝突したりして、CCDカメラ104の向きが変わってしまった場合には、ティーチングを最初からやり直す必要があった。
また、アーム102の先端に取り付けられたハンド103を交換したり、当該ハンド103が障害物に衝突したりして、自走式ロボットハンド100の座標とハンド103の座標とがずれてしまった場合にも、同じようにティーチングし直さなければならなかった。
また、かかる構成によれば、ロボット本体に基準治具が設けられているとともに、前記ハンドは、前記アームが行う一連の動作の基準となる姿勢を前記アームにとらせた状態で、前記基準治具を把持するように、前記アームに対する位置を調整可能に構成されていることから、何らかの原因によりハンドの向きがずれたときでも、ハンドの向きを容易かつ正確に調整することができる。そのため、ワークと対象物の位置関係を最初からティーチングし直す必要がない。
なお、自走式ロボットハンドは、カメラの撮像範囲の基準位置に基準マークが重なった状態で、予めティーチングされているのが好適である。また、「所定の姿勢」とは、アームが行う一連の動作の基準となる姿勢(基準姿勢)を意味する。
はじめに、本実施形態に係る自走式ロボットハンド1の構成について図1から図4を適宜参照して説明する。
本実施形態に係る自走式ロボットハンド1は、工場内を動き回ってワークたるテープカートリッジWをテープドライブTDにセットするロボットであり、図1に示すように、自走するロボット本体2と、このロボット本体2に取り付けられたアーム3と、テープカートリッジWを把持するハンド4と、視覚センサ用のCCDカメラ5と、これらを制御する制御部6と、ティーチングデータを記憶するメモリ7と、モニタ8と、操作パネル9とを備えている。また、本実施形態に係る自走式ロボットハンド1は、ロボット本体2の上面に、CCDカメラ5の調整用の基準マーク10と、ハンド4の調整用の基準治具20とを備えている。
ロボット本体2は、テープカートリッジWを載置して自走する台車であり、予めプログラムされた走行経路にしたがって走行する走行手段2aを備えている。ロボット本体2には、自走式ロボットハンド1を構成する各パーツ(アーム3、制御部6など)がすべて搭載されており、テープドライブTDが並べられた棚Rの前まで自走して作業を行うようになっている。
アーム3は、多数の関節を有する腕状の装置であり、ロボット本体2の上面に設置されている。アーム3の各関節は、それぞれアクチュエータ(図示省略)を備えており、各関節を所定の量だけ回動させることによって、アーム3の先端に取り付けられたハンド4を目的の位置(操作を行う位置)に移動させることができるようになっている。各関節の回動量は、ティーチング時のデータに基づいて、後記する制御部6によって制御される。
ハンド4は、ワークたるテープカートリッジWを両側からはさんで把持する装置であり、図4に示すように、ブラケット3aを介してアーム3に取り付けられている。ハンド4は、断面視コ字形で棒状のワークチャック4a、4aを備えており、このワークチャック4a、4aを近接離間させてテープカートリッジWを把持するようになっている。
また、ハンド4は、アーム3の先端に設けられたブラケット3aの一方の面に、取付具たる螺子4b、4b・・・によって固定されている。ハンド4の螺子孔(図示省略)は、螺子4b、4b・・・の軸径よりも若干大きめに形成されており、螺子4b、4b・・・を緩めることにより、ハンド4の向きを微調整可能になっている。
CCDカメラ5は、自走式ロボットハンド1とテープドライブTDとの位置関係を認識するための視覚センサ(図示せず)用のカメラであり、図2に示すように、ブラケット3aを介してアーム3に取り付けられている。CCDカメラ5は、アーム3の先端に設けられたブラケット3aの他方の面に、螺子5a、5a・・・によって固定されている。ハンド4と同様に、CCDカメラ5の螺子孔(図示省略)は、螺子5a、5a・・・の軸径よりも若干大きめに形成されており、螺子5a、5a・・・を緩めることにより、CCDカメラ5の向きを微調整可能になっている。
制御部6は、メモリ7に記憶されたプログラムやティーチングデータを読み出して実行することによりアーム3やハンド4の動作を制御する装置であり、いわゆる中央演算処理装置などから構成されている。制御部6は、自走式ロボットハンド1が棚Rの前まで走行して停止した際に、CCDカメラ5によって位置認識マークTDMを撮影し、その際に位置認識マークTDMが写っている画素と、撮像時に位置認識マークTDMが写っていた画素とのずれを計算するようになっている。そして、制御部6は、予めティーチングされたデータに基づいて、テープカートリッジWをテープドライブTDにセットする際に、このずれの分だけアーム3の移動量を補正して動かすようになっている。
メモリ7は、自走式ロボットハンド1の制御プログラムやティーチングデータを記憶するものであり、ハードディスクドライブやRAMなどの公知の記憶装置から構成されている。メモリ7に記憶されたプログラムやデータが制御部6によって読み出されて実行されることにより、自走式ロボットハンド1が制御されるようになっている。
なお、CCDカメラ5によって撮像した位置認識マークTDMの画像を解析してティーチング時と実作業時の位置のずれを計算する画像解析プログラムも当該メモリ7に記憶されている。
モニタ8は、CCDカメラ5が撮像した映像等の情報を映し出すものであり、ディスプレイ装置などから構成されロボット本体2に設置されている。モニタ8は、図3に示すように、CCDカメラ5の撮像範囲8aを映し出すようになっている。また、撮像範囲8aの縦横の中心にはそれぞれ基準線8b、8bが描かれており、この基準線8b、8bの交点が基準点8cとなっている。なお、この基準線8b、8bはモニタ8のディスプレイ上に直接描かれていてもよいし、CCDカメラ5から送られてくる映像の中心に電子的に追加してもよい。
操作パネル9は、オペレータが自走式ロボット手段を操作するときに使用するユーザーインターフェースであり、各種ボタンやスイッチから構成されている。オペレータは、操作パネル9を操作することにより、自走式ロボットハンド1にティーチングを施したり、アーム3やハンド4を動かしたり、プログラムを変更したりすることができる。
基準マーク10は、CCDカメラ5の向きを調整するためにロボット本体2の上面に設けられたマークである。本実施携帯においては、基準マーク10は、図2に示すように、平面視長方形状の板状部材をロボット本体2の上面に固定することにより構成されている。基準マーク10には、長辺と短辺の中心を結んで基準線10a、10aが刻まれており、その交点が基準点10bとなっている。
基準治具20は、ハンド4の向きを調整するためにロボット本体2の上面に固定された治具である。本実施形態においては、基準治具20は、図4に示すように、ワークたるテープカートリッジWと同じ大きさの直方体形状の部材を固定することにより構成されている。基準治具20は、その下端縁に延設されたフランジ部20aをボルト20b、20b・・・によって固定されている。また、基準治具20は、アーム3に所定の姿勢をとらせたときに、ハンド4のワークチャック4aが基準治具20を把持することができる位置に固定されている。
つづいて、CCDカメラ5の向きを調整する方法について主に図1〜図3を参照して説明する。
CCDカメラ5の交換や障害物との衝突などにより、CCDカメラ5の向きが変わってしまった場合には、オペレータは、操作パネル9を操作して、アーム3に所定の姿勢をとらせる(図1参照)。
つぎに、オペレータは、操作パネル9を操作して、CCDカメラ5によって基準マーク10を撮像する。
そして、CCDカメラ5が撮像した映像をモニタ8に表示すると、CCDカメラ5は、ティーチング時と向きが変わってしまっていることから、モニタ8には、図3(a)に示すように、モニタ8の基準線8b、8bと基準マーク10の基準線10a、10aとがずれた状態の映像が映し出されることとなる。
オペレータは、CCDカメラ5をブラケット3aに固定している螺子5a、5a・・・をドライバDで緩め、モニタ8を見ながら、図3(b)に示すように、モニタ8の基準線8b、8bと基準マーク10の基準線10a、10aとが重なるように、CCDカメラ5の向きを調整して固定する。
なお、上記説明においては、CCDカメラ5を直接動かしてハード的に調整することとしたが、基準マーク10を利用してCCDカメラ5のずれをソフト的に調整するようにしてもよい。以下、自走式ロボットハンドのハンド移動量補正方法について説明する。
CCDカメラ5の交換や障害物との衝突などにより、CCDカメラ5の向きが変わってしまった場合には、オペレータは、操作パネル9を操作して、アーム3に所定の姿勢をとらせる(図1参照)。
つぎに、オペレータは、操作パネル9を操作して、CCDカメラ5によって基準マーク10を撮像する(図3(a)参照)。撮像された画像は制御部6に送信される。
オペレータは、制御部6においてメモリ7に予め記憶しておいた画像解析プログラムを実行させることにより、前記第2工程で撮像した画像を解析し、基準マーク10の基準点10bとCCDカメラ5の撮像範囲8aの基準点8cとのずれを計算する。
なお、画像解析プログラムは、棚Rの位置認識マークTDMを確認する際に用いる画像解析プログラムを利用するのが好適である。
そして、メモリ7にCCDカメラ5のずれを記憶させておき、自走式ロボットハンド1が棚Rの前に停止して、位置認識マークTDMを確認してアーム3の移動量を補正するときに、このずれの分をさらに加えて補正するようにする。これにより、ティーチング時における自走式ロボットハンド1とテープドライブTDとの位置関係と、作業時の両者の位置関係とのずれを正確に補正することができる。そのため、あらためてティーチングを行う必要がなく、従来のティーチングデータをそのまま利用することができる。
つづいて、ハンド4の向きを調整する方法について主に図1、図4を参照して説明する。
ハンド4の交換や障害物との衝突などにより、ハンド4の向きが変わってしまった場合には、オペレータは、操作パネル9を操作して、アーム3に所定の姿勢をとらせる(図1参照)。このとき、ハンド4をブラケット3aに固定している螺子4b、4b・・・を緩めておく。また、ワークチャック4a、4aも、互いに離間させた状態にしておく。これにより、ハンド4は、基準治具20に遊嵌された状態となる。
そして、オペレータは、螺子4b、4b・・・を緩めた状態のまま、操作パネル9を介してハンド4を操作して、ワークチャック4a、4aに基準治具20を把持させる。これにより、ハンド4は基準治具20に固定された状態となる。
オペレータは、基準治具20に固定された状態で、螺子4b、4b・・・を締め付けることにより、ハンド4をアーム3のブラケット3aに固定する。そして、ワークチャック4a、4aを離間する方向に動かして基準治具20を開放する。
2 ロボット本体
3 アーム
4 ハンド
4b 螺子(取付具)
5 CCDカメラ(カメラ)
6 制御部
7 メモリ
8 モニタ
9 操作パネル
10 基準マーク
20 基準治具
TD テープドライブ
TDM 位置認識マーク
W テープカートリッジ
Claims (1)
- 自走するロボット本体と、
前記ロボット本体に取り付けられたアームと、
前記アームに取り付けられ、ワークを操作するハンドと、
前記アームに取り付けられ、前記ハンドで操作を行う位置と前記ロボット本体の位置との関係を認識する視覚センサ用のカメラと、
前記カメラで撮像した撮像範囲を表示するモニタと、
前記ロボット本体に設けられ、前記カメラによって撮像される基準マークと、
前記ロボット本体に固定され、前記ハンドの操作に対応する基準治具と、
前記アームが行う一連の動作をティーチングデータとして予め記憶するメモリと、
前記ティーチングデータに基づいて、前記アームを制御する制御部と、
を備える自走式ロボットハンドであって、
前記基準マークは、前記アームに対する前記カメラの向きを示すマークを含み、
前記カメラは、前記アームが行う一連の動作の基準となる姿勢を前記アームにとらせた状態で、前記基準マークを撮像したときに、前記モニタのうちティーチング時に前記基準マークが写っていた位置に、前記姿勢で撮像した前記基準マークが重なるように、前記アームに対する前記カメラの向きを調整可能に構成され、
前記ハンドは、前記アームが行う一連の動作の基準となる姿勢を前記アームにとらせた状態で、前記基準治具を把持するように、前記アームに対する位置を調整可能に構成されていることを特徴とする自走式ロボットハンド。
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