JP4449862B2 - 可動部の操作装置及び操作方法 - Google Patents

Description

本発明は、設備又は装置の可動部を操作するための操作装置及び操作方法に関し、より詳しくは、簡単な操作で設備又は装置の可動部を所定位置に移動させる操作装置及び操作方法に関する。

生産設備等、可動部を有する設備又は装置（以下単に設備等という）において、保守作業のためにロボットのアームや部品等を搬送するユニットのような可動部を手作業で操作することがある。通常このような操作は、直接又はモニタに写し出された可動部を目視で確認しながら、操作盤に設けられた、操作対象となる可動部の並進動作・回転動作等を規定した操作スイッチをＯＮ／ＯＦＦする、ジョグ送りと呼ばれる方法によって行う。

しかし、操作スイッチを使用して可動部を操作しようとすると、実際の可動部の動作と、操作スイッチの前進・後進等の対応をつけ難く、操作者に熟練が求められた。例えば、前進動作といっても、回転動作も可能な可動部では、全く回転していない状態と、１８０度回転している状態とでは、動く方向が正反対であり、必ずしも操作者の実感と実際の動作とが対応しない場合もあるためである。

特に、可動部が複数となり、対応する操作スイッチの数が増えると、操作スイッチと可動部の対応付けが尚更困難となり、設備に所望の動作をさせるために相当の時間を要し、或いは誤った操作によって故障を誘発してしまうといった問題があった。

一方、ロボットのアームをジョグ送りする方法として、ロボットのグラフィック画像をモニタ上に表示し、モニタ上に表示された画像におけるロボットのアームの先端部を直接触れて動作方向を指示することにより、アームの操作を簡便化する方法が開示されている（特許文献１参照）。また、塗装用ロボットについて、画面上で経路指示することでアームの動作を指示する装置が開示されている（特許文献２参照）。さらに、電子部品実装装置において、基板等のワークに付された位置特定用の認識マークを、特定座標に移動させるため、そのワークを撮影した画像上で、認識マークの座標と移動目的地の座標を指示し、その指示に従って、撮像手段をワークに対して相対的に移動させる方法が開示されている（特許文献３参照）。

しかしながら、上記で開示された各装置又は方法では、個々の可動部毎に操作することが必要であり、可動部を複数有する設備等において、全ての可動部を所定の位置に移動させるような場合、個々の可動部毎に操作を行なう必要があり、操作が煩雑となる。特に、調整のために各可動部を動作ステップごとに順次移動させる場合、その煩雑さは非常に耐え難いものとなる。そこで、複数の可動部を有する設備等に対しても、簡便な操作で可動部を所定の位置へ移動させることができる装置装置及び操作方法の開発が望まれている。

ＷＯ９８／０３３１４号公報 特開平７−３０８８７８号公報 特開２０００−２１３９１５号公報

上記の問題点に鑑み、本発明は、簡単な操作で設備等の可動部を所定位置へ移動させることが可能な可動部の操作装置及び操作方法を提供することを目的とする。

また本発明は、多数のセンサを必要とすることなく、正確に可動部を所定位置へ移動させることが可能な可動部の操作装置及び操作方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の形態によれば、本発明の一つの形態に係る、複数の動作ステップに分割されて移動し、各動作ステップにおいて所定の基準位置から移動開始する可動部の操作装置が、操作手段から入力された移動指示情報に基づいて、複数の移動目的地情報から移動目的地情報を特定する移動目的地情報特定部と、その特定された移動目的地情報に基づいて移動目的地を決定する移動目的地決定部と、可動部を移動目的地に移動させる移動指示部と、移動目的地情報及び撮像手段で撮影された画像データに基づいて、可動部が移動目的地に移動したか否かを判定する移動終了判定部を有する制御手段を有する。
そして移動目的地情報特定部は、移動指示情報を受信すると、撮像手段により取得された最新の画像データに基づいて可動部の現在位置を検出し、現在の動作ステップにおける基準位置を含む現在の移動目的地情報を記憶手段より読み出し、現在位置に基づいて、可動部が現在の動作ステップにおける基準位置に存在するか否かを判定し、基準位置に存在すると判定した場合、現在の動作ステップに移動指示情報により指定されたステップを加えた動作ステップを操作後動作ステップとする。また移動目的地決定部は、操作後動作ステップに相当する操作後移動目的地情報を記憶手段から読み出し、操作後移動目的地情報に含まれる操作後動作ステップにおける可動部の基準位置を移動目的地とする。
これにより、本発明の一つの形態に係る可動部の操作装置は、移動目的地を指定するという簡単な操作だけで、可動部を移動目的地へ移動させることができる。なお、設備等は、複数の可動部を有してもよく、さらに複数の可動部を同時に移動させるものであってもよい。
また、本発明の一つの形態に係る操作装置は、動作ステップに従って、逐次的に可動部を移動させることが簡単に行なえる。そのため、設備等の動作確認を容易に行なうことが可能となる。

また請求項２に記載のように、移動目的地情報特定部は、可動部が現在の動作ステップにおける基準位置に存在しないと判定した場合、現在の動作ステップを操作後動作ステップとすることが好ましい。

さらに、請求項３に記載のように、操作手段が１度の操作で移動指示情報を入力する移動情報入力部を有することにより、非常に簡単な操作で可動部を所定の移動目的地へ移動させることができる。

特に、請求項４に記載のように、移動情報入力部が、可動部を、現在の動作ステップに対して１ステップ先の動作ステップの基準位置へ移動させる前進ボタンと、可動部を現在の動作ステップの基準位置又は現在の動作ステップに対して１ステップ前の動作ステップの基準位置へ移動させる後進ボタンとを有することにより、可動部を現在の動作ステップの基準位置へ簡単に原点復帰させたり、簡単に次の動作ステップの基準位置へ進めることができる。なお、現在の動作ステップとは、操作手段から移動指示情報が入力された時点での動作ステップをいう。

また請求項５に記載のように、移動目的地情報を、可動部の画像データにおける目的地の位置座標とし、移動終了判定部が、画像データから検出した可動部の位置座標と目的地の位置座標との距離を算出し、その距離が所定値以下であれば、可動部が移動目的地に移動したと判定することで、可動部の位置を検出するためのセンサを多数備えなくとも、可動部を正確に移動目的地へ移動させることができる。特に、設備等が複数の可動部を有する場合には、多数のセンサを省略できるため、設備等の低コスト化を達成することが可能となる。

同様に、請求項６に記載のように、移動目的地情報を、目的地に存在する可動部を撮影した参照画像データとし、移動終了判定部が、参照画像データと画像データとの不一致度が所定の閾値以下であれば、可動部が移動目的地に移動したと判定することでも、可動部を正確に移動目的地へ移動させることができるとともに、設備等の低コスト化を達成することが可能となる。

また、本発明の請求項７に記載の形態によれば、本発明の他の形態に係る、複数の動作ステップに分割されて移動し、各動作ステップにおいて所定の基準位置から移動開始する可動部の操作方法は、入力された移動指示情報移動に基づいて、複数の移動目的地情報から特定の移動目的地情報を決定し、その特定された移動目的地情報から移動目的地を決定し、可動部をその移動目的地に移動させ、特定された移動目的地情報及び可動部を撮影した画像データに基づいて、可動部が移動目的地に移動したか否かを判定する。
そして移動目的地情報を決定するステップは、移動指示情報を受信すると、可動部を撮影した最新の画像データに基づいて可動部の現在位置を検出し、現在の動作ステップにおける基準位置を含む現在の移動目的地情報を記憶手段より読み出し、現在位置に基づいて、可動部が現在の動作ステップにおける基準位置に存在するか否かを判定し、基準位置に存在すると判定した場合、現在の動作ステップに移動指示情報により指定されたステップを加えた動作ステップを操作後動作ステップとする。また移動目的地を決定するステップは、操作後動作ステップに相当する操作後移動目的地情報を記憶手段から読み出し、操作後移動目的地情報に含まれる操作後動作ステップにおける可動部の基準位置を移動目的地とする。
これにより、本発明の他の形態に係る可動部の操作方法は、移動目的地を指定するという簡単な操作だけで、可動部を移動目的地へ正確に移動させることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る操作装置について詳細に説明する。
本発明に係る操作装置は、例えば組み立て装置、搬送装置、若しくは梱包装置などに適用され、特に複数の可動部を有する設備等に対して好ましく適用される。また、操作者が簡単な指示を与えるだけで、全ての可動部が所定の位置へ移動するため、各可動部を個別に操作して、可動部の位置を確認しつつ移動させる必要がなく、操作が簡単な操作装置である。

以下に、一例として本発明に係る操作装置を、可動部を複数備える組み立て装置２の制御装置として実装した実施形態について説明する。

図１に、本発明に係る操作装置１を実装した組み立て装置２の構成ブロック図を示す。
本発明に係る操作装置１は、操作手段１１、撮像手段１２、制御手段１３、及び記憶手段１４を備える。

一方、本発明に係る操作装置１を実装した組み立て装置２は、一例として、直径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの円筒形をした基幹部品（ワーク）の中心に、直径２０ｍｍ、高さ１０ｍｍの円筒形の部品を上方から嵌め込んで完成品を製造するものである。そして、操作装置１は、組み立て装置２の各動作ステップごとに、撮像手段１２で撮影した画像データに基づいて、制御手段１３が可動部の位置を確認し、可動部が所定の基準位置にいることを確認した後に次の動作ステップを行なわせる制御信号を各可動部に対して出力することにより、組み立て装置２を逐次的に動作させる。このような構成として、組み立て装置２において、可動部の位置、動作を検知するための各種センサをなくし、簡便な構成で動作するシステムを構築したものである。

図２に、組み立て装置２の概略上面図を示す。
組み立て装置２は、可動部である搬送ユニット２１及び上下ユニット２２の他、ワーク搬入部２３、部品投入部２４、組み立て部２５及びワーク排出部２６を備える。

本実施形態に係る組み立て装置２では、図２に示すように、ワーク３は、ワーク搬送路２７に沿ってワーク搬入部２３から搬入され、ワーク排出部２６により排出される。一方、部品４は、部品投入部２４により、ワーク搬入部２３と略直交する方向から投入され、ワーク搬入部２３とワーク排出部２６の中間にある組み立て部２５で、ワーク３に組み付けられる。

搬送ユニット２１は、ワーク搬送路２７と略平行に取り付けられ、ワーク搬入部２３の終端付近の入口２３１にあるワーク３を捕捉し、ワーク排出部２６の方へ平行移動して組み立て部２５へ搬送する。さらに部品組み付け済みのワーク（完成品）５をワーク排出部２６に存在する出口２６１へと搬送する。組み立て部２５に配置した上下ユニット２２は、上部ユニット２２１が部品４を捕捉して上下運動し、下部ユニット２２２がワーク３を固定することにより、ワーク３に部品４を組み付けて完成品５を製造する。

可動部の一つである搬送ユニット２１は、ワーク搬送方向と略並行方法の長さ１５０ｍｍ、略垂直方向の幅５０ｍｍからなる部材２１１と、部材２１１の下部に取り付けられたグリッパ２１２及び駆動用のサーボモータを備える。グリッパ２１２は、ワーク搬送方向にワークの幅とほぼ等しい間隔で配置した２本の爪で構成し、同時に２つのワークを保持可能なように、ワーク搬送路２７に沿って２セット配置する。

また搬送ユニット２１は、ワーク搬送路２７の存在する平面内で、ワーク搬送路２７と直交する方向、及びワーク搬送路２７と平行方向に移動可能である。また搬送ユニット２１の原点位置を、搬送ユニット２１がワーク搬送路２７上にあるワーク３と接触しないよう、ワーク搬送路２７から約３０ｍｍ後方に離れた位置に設定する。そして、原点位置にある搬送ユニット２１に送り動作を指示すると、ワーク搬送路２７に沿って、ワーク排出方向へ向けて最大約７０ｍｍ移動する（なお、最もワーク排出方向側の移動限界点を便宜上送り位置と呼ぶ）。さらに、送り位置にある搬送ユニット２１に、戻り動作が指示されると、原点位置へ戻るように、ワーク搬送路２７に沿って、ワーク搬入方向に最大約７０ｍｍ移動する。一方、原点位置若しくは送り位置にある搬送ユニット２１に前進動作が指示されると、搬送ユニット２１は、ワーク搬送路２７に近づく方向に最大約３０ｍｍ移動する。逆に、ワーク搬送路２７に近接した位置にある搬送ユニット２１に対し、後退動作が指示されると、搬送ユニット２１はワーク搬送路２７から離れる方向に最大約３０ｍｍ移動する。

もう一つの可動部である上下ユニット２２は、上部ユニット２２１、及び下部ユニット２２２で構成される。下部ユニット２２２は組み立て部２５へ搬送されてきたワーク３を固定する。一方、上部ユニット２２１は、開閉可能な爪からなるワークチャック２２３、及びワークチャック２２３が取り付けられるチャックシリンダ２２４、及びこれらを駆動するサーボモータを備えている。
このうち上部ユニット２２１は、上下方向に移動可能であり、この上下方向の移動距離は、最大約６０ｍｍである。

なお、搬送ユニット２１及び上下ユニット２２は、それらを撮影した画像データを解析することにより、それらの位置を検出することが可能なように、検出マークを備える。検出マークは、撮像手段１２を構成するＣＣＤカメラが撮影可能な位置に形成される。すなわち、搬送ユニット２１の部材２１１の搬入部２３側端部の上面に検出マーク２１３を、及び排出部２６側端部の上面に検出マーク２１４を取り付ける。検出マーク２１３及び２１４は、直径５ｍｍの赤い円形シールであり、撮像手段１２で撮影する画像において、搬送ユニット２１がどの位置にあっても、どちらかの検出マークが写り込むようになっている。なお、検出マーク２１３及び２１４は上記のものに限られるわけではなく、画像上で明確に判別可能なものであればよく、部材２１１自体の特有の形状等で代用することも可能である。

また、上下ユニット２２の上部ユニット２２１においても、チャックシリンダ２２４の上面に検出マーク２２５が取り付けられている。検出マーク２２５は、搬送ユニット２１に取り付けた検出マーク同様、直径５ｍｍの赤い円形シールである。さらに、撮像手段１２で撮影する画像において、上部ユニット２２１が如何なる位置にあっても、検出マーク２２５が写り込むよう構成されている。なお、検出マーク２２５は、検出マーク２１３、２１４と同じマークである必要は無く、画像上で明確に判別可能なものであればよい。同様に、ワークチャック２２３の上面にも、検出マーク２２６が設けられる。

図３に、組み立て装置２の１回の動作サイクルにおける動作ステップのフローチャートを示す。以下に説明する各動作ステップでは、搬送ユニット２１などの可動部が所定位置まで移動したか否かを、撮像手段１２が撮影した画像データに基づいて制御手段１３が判断し、所定位置に存在すると判断した場合、その動作ステップを終了する。そして、その所定位置は、次の動作ステップにおける、各可動部の基準位置となる。

初期状態では、搬送ユニット２１は原点位置、上下ユニット２２については、上部ユニット２２１が上方に退避した位置に存在する。

最初に、制御手段１３は、内蔵のモータドライバを通じて搬送ユニット２１にワーク搬送路２７に近づくよう前進動作させる制御信号を送信する。その制御信号に基づいて、搬送ユニット２１がワークを掴むために前進動作する（ステップＳ０１）。

制御手段１３が、搬送ユニット２１の前進動作は終了したと判定した場合、制御手段１３は、モータドライバを通じて搬送ユニット２１のサーボモータに搬送ユニット２１を後退動作させるよう制御信号を送信する。その制御信号に基づいて、搬送ユニット２１はワークを保持したまま後退動作を行う（ステップＳ０２）。この後退動作に伴って、ワーク３に取り付ける部品４が、部品投入部より組み立て部２５に移動する。

制御手段１３が、搬送ユニット２１の後退動作は終了したと判定した場合、モータドライバを通じて上部ユニット２２１のサーボモータに制御信号を送信する。その制御信号に基づいて、上部ユニット２２１が下降する（ステップＳ０３）。

制御手段１３が、上部ユニット２２１の下降動作は終了したと判定した場合、次の動作として、ワークチャック２２３を閉じるよう、モータドライバを通じて上部ユニット２２１のサーボモータに制御信号を送信する。その制御信号に基づいてワークチャック２２３が閉じて組み立て部２５にある部品４を捕捉する（チャック動作）（ステップＳ０４）。

制御手段１３が、ワークチャック２２３のチャック動作は終了したと判定した場合、制御手段１３は、モータドライバを通じて上部ユニット２２１のサーボモータに上部ユニット２２１を上昇させるよう制御信号を送信する。その制御信号に基づいて、上部ユニット２２１は部品を保持したまま上昇する（ステップＳ０５）。

制御手段１３が、上部ユニット２２１の上昇動作は終了したと判定した場合、次の動作として、搬送ユニット２１を送り動作させ、その後前進動作させるよう、モータドライバを通じて搬送ユニット２１のサーボモータに制御信号を送信する。その制御信号に基づいて、搬送ユニット２１はワーク３を組み立て部２５に搬送するため、部品を保持したままワーク搬送路２７に沿って送り動作し、その後前進動作する（ステップＳ０６）。

制御手段１３は、搬送ユニット２１の移動は終了したと判定した場合、次の動作として、上部ユニット２２１を下降させるよう、モータドライバを通じて上部ユニット２２１のサーボモータに制御信号を送信する。その制御信号に基づいて、上部ユニット２２１が下降し、組み立て部２５にあるワーク３に、部品４を取り付ける（ステップＳ０７）。この時、下部ユニット２２２は、ワーク３を固定する。

制御手段１３は、上部ユニット２２１の下降動作は終了したと判定した場合、次の動作として、搬送ユニット２１に後退動作させ、その後戻り動作をさせる。同時に、ワークチャック２２３に対し、部品４をリリースするよう開く動作（アンチャック動作）を行わせる。そのため、制御手段１３は、モータドライバを通じて、搬送ユニット２１のサーボモータに制御信号を送信する。その制御信号に基づき、搬送ユニット２１がワーク３をリリースして後退し、その後戻り動作して原点位置に復帰する。同様に、上部ユニット２２１のサーボモータに制御信号を送信する。その制御信号に基づき、ワークチャック２２３はアンチャック動作を行う（ステップＳ０８）。

搬送ユニット２１の移動完了、ワークチャック２２３のアンチャック動作の完了が確認されると、制御手段１３は、次の動作として、上部ユニット２２１を上昇させるよう、モータドライバを通じて上部ユニット２２１のサーボモータに制御信号を送信する。その制御信号に基づき、上部ユニット２２１は上昇する（ステップＳ０９）。

制御手段１３が、上部ユニット２２１の上昇動作は終了したと判定した場合、次の動作として、部品組み付け済みのワーク（完成品）５を捕捉するため、搬送ユニット２１を前進させる。そのため、制御手段１３は、モータドライバを通じて搬送ユニット２１のサーボモータに対して制御信号を送信する。その制御信号に基づいて、搬送ユニット２１は前進動作する（ステップＳ１０）。

搬送ユニット２１の前進が終了したと判定された場合、制御手段１３は、モータドライバを通じて搬送ユニット２１のサーボモータに対して後退動作をさせる制御信号を送信する。その制御信号に基づいて、搬送ユニット２１は完成品５を保持したまま後退する（ステップＳ１１）。

搬送ユニット２１の後退が終了したと判定された場合、制御手段１３は、モータドライバを通じて、搬送ユニット２１のサーボモータに対して送り動作及び前進動作をさせる制御信号を送信する。その制御信号に基づき、搬送ユニット２１は完成品５をワーク排出部２６へ排出するために、完成品５を保持したまま、送り動作し、その後前進する（ステップＳ１２）。

搬送ユニット２１の前進終了を確認すると、完成品５がワーク排出部２６のワーク出口２６１に排出される。そして、制御手段１３は、モータドライバを通じて搬送ユニット２１のサーボモータに対して、搬送ユニット２１が、後退動作した後、戻り動作を行うよう制御信号を送信する。そしてその制御信号に基づき、搬送ユニット２１は原点位置に復帰する（ステップＳ１３）。

上記のように、組み立て装置２は、ステップＳ０１からＳ１３までを１サイクルとして繰り返し動作することによって、ワーク３と部品４を組み立てて完成品５を製造する。

次に、本発明に係る操作装置１について説明する。本発明に係る操作装置１は、組み立て装置２の搬送ユニット２１及び上下ユニット２２といった各可動部に対して移動操作及び移動制御を行うものである。

まず、通常運転時の場合、各動作ステップごとに、撮像手段１２により一定時間間隔で撮影された組み立て装置２の撮影画像データを制御手段１３で解析して、各可動部の位置を検出する。そして、各可動部が所定の基準位置にいることを確認した後、各可動部に対して所定の制御信号を出力し、その動作ステップを実行する。

一方、保守作業などの場合には、操作手段１１から移動指示信号を入力することにより、制御手段１３は内部に記憶している動作ステップ情報と比較して、各可動部をどの動作ステップの基準位置に移動させるかを決定する。そして、記憶手段１４から、特定された動作ステップの基準位置を示す移動目的地情報を取得する。制御手段１３は、移動目的地情報を取得すると、各可動部の移動目的地を設定する。

その後、制御手段１３は、各可動部を移動目的地に向けて移動させる。そして、撮像手段１２から受信した最新の画像データを解析し、移動中の各可動部の現在位置を検出する。そして、各可動部の現在位置及び、移動目的地情報に基づいて、各可動部が移動目的地に到達したか否かを判定する。全ての可動部が移動目的地に到達したと判定した場合、可動部の移動を終了させる。

以下、本発明に係る操作装置１の各部について詳細に説明する。
操作手段１１は、タッチパネル、マウスなどのポインティングデバイスと、液晶ディスプレイなどの表示デバイスで構成される。また操作手段１１は、各可動部を所定の位置へ移動させるため移動指示情報などを入力する１又は複数の操作指示ボタンを有する。操作指示ボタンは、表示デバイス上に表示される特定の領域であり、操作指示ボタンに相当する領域をポインティングデバイスで指し示す（例えば、タッチパネルの場合は、その領域に指などで触る、マウスの場合は、その領域にマウスカーソルを移動してクリックを行なう）ことで、その操作指示ボタンに対応付けられる操作指示信号が制御手段１３へ出力される。また、好ましくは制御手段１３から受信した画像データ又は組み立て装置２の状態を表す情報を表示し、設備の最新の状態を操作者に提示する。

操作者が特定の操作指示ボタンを指し示すことにより、各可動部を組み立て装置２の動作シーケンスに沿って逐次的に移動させることができる。或いは、組み立て装置２の運転状態を切り替えることができる。

図４に、操作手段１１として機能するタッチパネル付きモニタの画面の概略構成図を示す。操作者は、以下に説明する各ボタンに相当するモニタ上の領域を指で触れることにより、各ボタンに対応付けられた操作を行なうことができる。なお、この操作を、以下では便宜上「ボタンを押下する」という。

画像表示部１１１は、制御手段１３より受信した画像データを表示し、現在の組み立て装置２の状態を操作者に提示する。情報表示部１１２は、組み立て装置２の装置状態を示す各種情報、異常発生時の警告などを表示する。

操作手段１１は、組み立て装置２に対する操作指示信号を入力する複数のボタンを有する。まず、手動操作ボタン１１３又は自動実行ボタン１１４を押下することにより、組み立て装置２の運転モードを切り替えることができる。すなわち、操作手段１１の手動操作ボタン１１３は、通常運転中の組み立て装置２の動作を一時停止させ、各可動部を操作者の指示によって移動させる手動運転にする。一方、自動実行ボタン１１４を押下することにより、手動運転中の組み立て装置２を通常運転に復帰させる。

ステップ前進ボタン１１５及びステップ後進ボタン１１６は、１度のボタン操作で各可動部を移動させるための移動指示情報を入力する移動指示部に相当する。ステップ前進ボタン１１５は、そのボタン押下時点の動作ステップに対して１ステップ次の動作ステップの基準位置へ各可動部へ移動させる移動指示情報を制御手段１３へ送信する。一方、ステップ後進ボタン１１６は、そのボタン押下時点の動作ステップに対して１ステップ前の動作ステップの基準位置へ各可動部へ移動させる移動指示情報を制御手段１３へ送信する。また、ステップ前進ボタン１１５又はステップ後進ボタン１１６を連続して複数回操作することにより、その操作回数だけ動作ステップを進め、若しくは後退させることができる。なお、通常運転中は、ステップ前進ボタン１１５又はステップ後進ボタン１１６の操作は無視される。

状態表示部１１７は、現在実行中の処理内容を表示する。例えば、通常運転中では、「通常運転」、一時停止中は「一時停止」、可動部が次の動作ステップの基準点へ移動中の場合には「前進」、可動部が現時点の動作ステップの基準点へ移動中の場合には「原点復帰」、可動部が前の動作ステップの基準点へ移動中の場合には「後進」と表示する。

非常停止ボタン１１８は、組み立て装置２の動作を完全に停止して、再起動しない限り組み立て装置２を動作不能とする。

上記のように、操作者は、ステップ前進ボタン１１５又はステップ後進ボタン１１６を操作するという簡便な操作だけで、全ての可動部を何れかの動作ステップの基準位置へ移動させることができる。

次に、撮像手段１２について説明する。
撮像手段１２は、搬送ユニット２１、及び上下ユニット２２の操作中の様子を捉えることを可能とするため、搬送ユニット２１、及び上下ユニット２２の可動範囲を全て１枚の画像に収めた静止画を、ビデオレート（３０Ｈｚ）で連続して取得し、制御手段１３へ送信する。この目的のため、撮像手段１２として、１／４インチ４１万画素ＣＣＤ、焦点距離４．３ｍｍ（画角６９．８°）、２４ビット（ＲＧＢ各８ビット）出力のＣＣＤカメラを用いる。そして、上述した組み立て部２５の斜め上方、部品投入部側に約３０°の方向に配置される。しかし、撮像手段１２としては、上記のＣＣＤカメラに限られるものではなく、組み立て装置２の各部を１枚の画像に収めることが可能で、且つ検出マーク等の判別ができるものであればよい。同様に、上記の配置に限られるものではない。

次に、記憶手段１４について説明する。
記憶手段１４は、ＲＡＭ又はフラッシュメモリのような半導体メモリ、又はハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭなどで構成される。また、記憶手段１４は、各動作ステップ（Ｓ０１，Ｓ０２，．．．，Ｓ１３）の基準位置を示す移動目的地情報Ｒｉ（ｉ＝１，２，．．．，１３）を記憶する。移動目的地情報Ｒｉは、動作ステップＳｉにおける、各可動部の基準位置を表す画像データ上の座標値の組である。この座標値の組は、各可動部が移動開始可能と判断される基準位置に位置する状態で、撮像手段１２によって撮影された画像データを事前に解析して求められる。

次に、制御手段１３について説明する。
制御手段１３は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）の中央演算装置（ＣＰＵ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの１次記憶装置、ＰＣに読み込まれたプログラム、及びＲＳ２３２Ｃといった外部出力ポートなどで構成される。さらに、搬送ユニット２１、上下ユニット２２のサーボモータを制御するためのモータドライバを内蔵する。

図１に示すように、制御手段１３は、操作手段１１を通じて入力された移動指示情報に基づいて、記憶手段１４に記憶されている複数の移動目的地情報から特定の移動目的地情報を決定する移動目的地情報特定部１３１と、特定された移動目的地情報から各可動部の移動目的地を決定する移動目的地決定部１３２と、各可動部を移動目的地に移動させる移動指示部１３３と、移動目的地情報及び画像データに基づいて、各可動部が移動目的地に移動したか否かを判定する移動終了判定部１３４などで構成される。

移動目的地情報特定部１３１は、現時点での組み立て装置２の動作ステップを表す、ステップ番号Ｉｎと、操作手段１１のステップ前進ボタン１１５又はステップ後進ボタン１１６の押下によって得られる移動指示情報から、各可動部をどの動作ステップの基準位置へ移動させるかを、操作後ステップ番号Ｉｒとして決定する。

すなわち、操作手段１１のステップ前進ボタン１１５が押下されると、各可動部は、現在の動作ステップの次の動作ステップの基準位置へ移動させるため、操作後ステップ番号Ｉｒは、Ｉｎに１を加えた値とする。ただし、Ｉｎが、組み立て装置２の最後の動作ステップ（ステップＳ１３）の場合には、Ｉｒ＝０とする。

一方、操作手段１１のステップ後進ボタン１１６が押下された場合、全ての可動部が現在の動作ステップの基準位置にいれば、各可動部を一つ前の動作ステップの基準位置へ移動させるため、操作後ステップ番号Ｉｒは、Ｉｎから１を引いた値とする。ただし、Ｉｎが、組み立て装置２の最初の動作ステップ（ステップＳ０１）の場合には、Ｉｒ＝１３とする。

さらに、操作手段１１のステップ後進ボタン１１６が押下された場合、何れかの可動部が現在の動作ステップの基準位置にいなければ、各可動部を現在の動作ステップの基準位置へ移動させるため、操作後ステップ番号Ｉｒは、Ｉｎとする。

ここで、移動目的地情報特定部１３１は、ステップ後進ボタン１１６が押下された場合、各可動部を現在の動作ステップの基準位置へ移動させるのか、又は一つ前の動作ステップの基準位置へ移動させるのかを決定するために、撮像手段１２から取得した最新の画像データに基づいて、各可動部が、現在の動作ステップの基準位置に存在するか否かを判定する。

この判定は、以下のように行う。
まず、ステップ番号Ｉｎに基づいて、記憶手段１４からそのステップ番号Ｉｎに対応する移動目的地情報Ｒｎを読み出す。そして、移動目的地情報Ｒｎに含まれる、現在の動作ステップにおける、各可動部の基準位置座標を取得する。

一方、撮像手段１２から取得した最新の画像データを解析して、各可動部の現在の位置座標を検出する。そして、各可動部について、現在の位置座標と、基準位置座標との距離を算出する。ある可動部について算出された距離が、予め定められた所定の閾値以下の場合、その可動部は基準位置にいると判定する。

ここで、各可動部の位置検出の手順及び各可動部が基準位置に存在するか否かの判定手順について、搬送ユニット２１を例として、以下に詳述する。

まず、位置検出については、最初に、現在の動作ステップにおいて、搬送ユニット２１に付された検出マーク２１３が存在する可能性のある領域に関心領域を設定する。この関心領域は、一つの検出マークだけを含むように設定することが好ましい。他の検出マークを誤って検出することによる、搬送ユニット２１の位置の検出の失敗を防止するためである。また、以下の処理は関心領域内だけで行う。扱うデータ量が少なくなり、処理を高速化できるためである。

次に、画像データを、検出マーク２１３とそれ以外に分離可能するために２値化する。２値化の閾値は組み立て装置２の設置環境等を勘案して経験的に設定する。

本実施形態では、１画素あたりのデータが赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）各８ビットで表される。そこで関心領域中の任意の画素の値Ｐ（＝（Ｒ, Ｇ, Ｂ））とし、対応する２値化画像の任意の画素値をＰ_binとすると、検出マーク２１３は赤色であることから、例えば
Ｐ_bin ＝ １ （Ｒ≧１２８、Ｇ＜３２、Ｂ＜３２）（検出マーク２１３に相当）
Ｐ_bin ＝ ０ （上記以外のとき）
とすることができる。
２値化が終了すると、検出マーク２１３に相当する（Ｐ_bin＝１）画素の重心Ｇ（Ｇ_x、Ｇ_y）を算出する。その重心Ｇを、搬送ユニット２１の位置とする。

なお、動作ステップによっては、検出マーク２１３が上下ユニット２２の後方に隠れて検出できない場合もある。この場合には、検出マーク２１３の代わりに検出マーク２１４を用い、上記と同様の手順によって搬送ユニット２１の位置を検出することができる。

次に、搬送ユニット２１が動作ステップの基準位置に存在するか否かの判定については、以下のように行う。すなわち、上記の手順によって検出された搬送ユニット２１の位置座標と、移動目的地情報Ｒｎから取得した搬送ユニット２１の基準位置の座標との距離ｄを算出する。そして、算出された距離ｄが予め定められた所定の閾値Ｔｈｄ（例えば２画素）以下であれば、搬送ユニット２１は基準位置に存在すると判定する。

なお、この閾値Ｔｈｄは、搬送ユニット２１に要求される位置精度、撮像手段１２で取得される画像データの解像度、及び撮像手段から搬送ユニット２１までの距離に基づいて、最適な値を設定する。

移動目的地決定部１３２は、操作後ステップ番号Ｉｒが求まると、その値を参照して、記憶手段１４から、操作後ステップ番号Ｉｒに対応する移動目的地情報Ｒｒを読み出す。
そして、移動目的地情報Ｒｒに含まれる、各可動部の基準位置座標を、それぞれ移動目的地として設定する。そして、ステップ番号Ｉｎ及び移動目的地の座標に基づいて、各可動部の移動経路を設定する。

移動指示部１３３は、各可動部を設定された移動経路に沿って移動目的地へ移動させるように、モータドライバ及び外部出力ポートを通じて各可動部のサーボモータへ制御信号を出力する。

移動終了判定部１３４は、撮像手段１２から取得した最新の画像データに基づいて、各可動部の位置を検出する。全ての可動部が、移動目的地に存在すると判定した場合、全ての可動部の移動を終了する。そして、操作後ステップ番号Ｉｒを、ステップ番号Ｉｎに代入し、改めてステップ番号Ｉｎとして保存する。一方、何れかの可動部が移動目的地に存在しないと判定した場合、その移動目的地に存在しないと判定された可動部については、移動が継続される。

なお、各可動部の位置検出及び各可動部が移動目的地に存在するか否かの判定は、移動目的地情報特定部１３１において説明した、各可動部の位置検出の手順及び各可動部が基準位置に存在するか否かの判定手順と同様の手順を用いて実行する。

また、各可動部の移動開始からの経過時間が、予め定められた制限時間（例えば、３０秒）を超える場合、移動終了判定部１３４は、操作手段１１に警告情報を送信し、操作手段１１では、情報表示部１１２に、当該警告情報を表示して、操作者に対して注意を促す。

以上、組み立て装置２の保守作業時における動作を中心に、制御手段１３について説明してきた。一方、組み立て装置２の通常運転時では、移動目的情報特定部１３１が、操作手段１１から移動指示情報を取得する代わりに、プログラムされた動作シーケンスにしたがって、順次各動作ステップに相当する移動目的地情報Ｒｉを取得する。そして、移動目的地決定部１３２、移動指示部１３３、及び移動終了判定部１３４が上記のとおりに機能して、組み立て装置２は自動的に組み立てサイクルを繰り返す。

なお、制御手段１３及び記憶手段１４は上記に限られるものではなく、専用のハードウェア、ファームウェア等で構成してもよい。また、制御手段１３及び記憶手段１４と、モータドライバを、別個のハードウェアとして構成し、互いに通信可能な構成としてもよい。例えば、制御手段１３及び記憶手段１４をＰＣ及び内蔵プログラムで構成し、モータドライバをプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）で構成してもよい。

以下、図５に示すフローチャートを参照しつつ、本発明に係る操作装置１が組み立て装置２の可動部を移動させる動作手順について説明する。

操作手段１１のステップ前進ボタン１１５又はステップ後進ボタン１１６が押下されると、操作手段１１は、ステップ前進ボタン１１５又はステップ後進ボタン１１６に一意に対応する移動指示情報を制御手段１３に送信する（ステップＴ０１）。

制御手段１３は、操作手段１１からの移動指示情報を受信すると、制御手段１３は、撮像手段１２から受信した最新の画像データを解析し、各可動部の現在位置を検出する。また、現在の動作ステップＩｎに相当する移動目的地情報Ｒｎを記憶手段１４から取得し、各可動部が動作ステップＩｎの基準位置に存在するか否かを判定する。そして、その判定結果に基づいて、操作後ステップ番号Ｉｒを決定する（ステップＴ０２）。
ただし、ステップ前進ボタン１１５が押下された場合には、自動的に、現在の動作ステップ番号Ｉｎに１を加えた値を、操作後ステップ番号Ｉｒとする。

操作後ステップ番号Ｉｒが求まると、その値を参照して、記憶手段１４から、操作後ステップ番号Ｉｒに対応する移動目的地情報Ｒｒを読み出す（ステップＴ０３）。移動目的地情報Ｒｒは、ステップ番号Ｉｒに相当する動作ステップにおける、各可動部の基準位置を示す画像データ上の座標値を含む。

制御手段１３は、移動目的地情報Ｒｒを取得すると、各可動部の基準位置の座標値を移動目的地として設定する（ステップＴ０４）。

次にステップ番号Ｉｎ、Ｉｒ及び現在の各可動部の位置に基づいて、各可動部の移動経路を決定する。その移動方向は、前進動作の場合、通常運転時における動作ステップ番号Ｉｎでの各可動部の移動経路と同一であり、後進動作の場合、通常運転時における移動経路を逆に進む経路となる。移動経路を決定すると、制御手段１３は、各可動部に対して、モータドライバを通じて制御信号を送信し、各可動部を移動させる（ステップＴ０５）。

各可動部が移動を開始すると、制御手段１３は、撮像手段１２から画像データを取得する（ステップＴ０６）。

そして、その画像データに基づいて、各可動部の位置を上記の方法により検出し、各可動部の現在位置と、その移動目的地との距離をそれぞれ算出する（ステップＴ０７）。

次に、算出されたそれぞれの距離が予め定められた所定の閾値以下か否かを判定する（ステップＴ０８）。

算出された全ての距離が閾値以下の場合、すなわち、全ての可動部が、移動目的地から所定範囲内にあると判定された場合、制御手段１３は、全ての可動部に対する制御信号の出力を停止して、全ての可動部の移動を終了する。また、操作後ステップ番号Ｉｒを、ステップ番号Ｉｎに代入して更新し、記憶する（ステップＴ０９）。

一方、何れかの距離が閾値よりも大きい場合、すなわち各可動部のうちの何れかが、移動目的地から所定範囲外にあると判定した場合には、所定範囲外にあると判定された可動部についてのみ、移動させる制御信号の出力を継続する。そして、再度撮像手段１２より画像データを取得し、上記のステップＴ０５〜Ｔ０８を繰り返す。

また、各ユニットの移動開始からの経過時間が、予め定められた制限時間（例えば、３０秒）以内に全ての可動部が移動を終了したか否かを判定し（ステップＴ１０）、移動終了していない場合には、制御手段１３は、操作手段１１に警告情報を送信し、操作手段１１では、情報表示部１１２に、当該警告情報を表示して、操作者に対して注意を促す（ステップＴ１１）。

このようにして、１回の操作指示で、全ての可動部を所定の動作ステップの基準位置へ移動させることができる。

なお、上述してきた実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。
例えば、検出マークを抽出する際、２値化処理の代わりに、エッジ検出処理を用いてもよい。エッジ検出処理によって、上記検出マークの境界に相当するエッジ画素を抽出し、エッジ画素の重心、左上端等の位置を求めて可動部の位置としてもよい。

また、各動作ステップにおいて、全ての可動部が基準位置に存在する場合の画像データを基準画像として予め取得し、可動部の基準位置を特定するための移動目的地情報Ｒｉとして使用してもよい。この場合、各可動部が基準位置に移動したか否かの判定は、その動作ステップにおける基準画像と、撮像手段が取得した最新画像データとの間でパターンマッチング処理を行い、最新画像データと基準画像データ間における画素値の差分絶対値の平均値について最小値を求め、その最小値が所定の閾値以下となれば各可動部が基準位置に達したと判定する。代わりとして、最新画像データと基準画像データ間で単純に対応画素間の差分値を求め、その差分絶対値の平均値が所定の閾値以下となれば各可動部が基準位置に達したと判定してもよい。何れの場合においても、検出マークの位置検出の場合と同様に、関心領域を設定し、その関心領域に含まれる画素のみを用いることが好ましい。

また、上述した実施形態においては、各可動部を、動作ステップのシーケンスに沿って、次又は前の動作ステップの基準位置へ移動させるように説明したが、例えば、操作手段において、任意の動作ステップを予め選択し、その後各可動部をその選択した動作ステップの基準位置に移動させるように構成すれば、一度に複数の動作ステップ分の移動を行なうこともできる。

さらに、各可動部の移動先は、各動作ステップにおける基準位置に限られない。移動目的地情報Ｒｉに、各可動部を移動させたい目的地の座標を設定しておけば、その目的地へ各可動部を移動させることもできる。

上記のように、本発明に係る操作装置は、実装される設備等の仕様に応じて、本発明の範囲内で適宜最適化される。

本発明に係る操作装置を実装した組み立て装置の構成ブロック図である。 本発明に係る操作装置の操作対象となる組み立て装置の概略上面図である。 本発明に係る操作装置を実装した組み立て装置の動作サイクルのフローチャートである。 本発明に係る操作装置の操作手段の概略構成図である。 本発明に係る操作装置による、組み立て装置の可動部を移動させる場合の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 操作装置
１１ 操作手段
１１１ 画像表示部
１１２ 情報表示部
１１３ 手動操作ボタン
１１４ 自動実行ボタン
１１５ 前進ボタン
１１６ 後進ボタン
１１７ 状態表示部
１１８ 非常停止ボタン
１２ 撮像手段
１３ 制御手段
１３１ 移動目的地情報特定部
１３２ 移動目的地決定部
１３３ 移動指示部
１３４ 移動終了判定部
１４ 記憶手段
２ 組み立て装置
２１ 搬送ユニット
２１１ 部材
２１２ グリッパ
２２ 上下ユニット
２２１ 上部ユニット
２２２ 下部ユニット
２２３ ワークチャック
２２４ チャックシリンダ
２１３、２１４、２２５、２２６ 検出マーク
２３ ワーク搬入部
２４ 部品投入部
２５ 組み立て部
２６ ワーク排出部
２７ ワーク搬送路
３ ワーク
４ 部品
５ 完成品

Claims (7)

1. 複数の動作ステップに分割されて移動し、各動作ステップにおいて所定の基準位置から移動開始する可動部を有する設備又は装置に対して、該可動部に対する複数の移動目的地情報を記憶する記憶手段と、
   前記可動部を移動させるための移動指示情報を入力する操作手段と、
   前記可動部を撮影し、画像データを取得する撮像手段と、
   前記移動指示情報に基づいて、前記複数の移動目的地情報から特定の移動目的地情報を決定する移動目的地情報特定部と、前記移動目的地情報から前記可動部の移動目的地を決定する移動目的地決定部と、前記可動部を前記移動目的地に移動させる移動指示部と、前記移動目的地情報及び前記画像データに基づいて、前記可動部が前記移動目的地に移動したか否かを判定する移動終了判定部とを有する制御手段と、
   を有し、
   前記移動目的地情報特定部は、
   前記移動指示情報を受信すると、前記撮像手段により取得された最新の画像データに基づいて前記可動部の現在位置を検出し、
   現在の動作ステップにおける前記基準位置を含む現在の移動目的地情報を前記記憶手段より読み出し、
   前記現在位置に基づいて、前記可動部が前記現在の動作ステップにおける前記基準位置に存在するか否かを判定し、当該基準位置に存在すると判定した場合、現在の動作ステップに前記移動指示情報により指定されたステップを加えた動作ステップを操作後動作ステップとし、
   前記移動目的地決定部は、
   前記操作後動作ステップに相当する操作後移動目的地情報を前記記憶手段から読み出し、前記操作後移動目的地情報に含まれる前記操作後動作ステップにおける前記可動部の基準位置を前記移動目的地とする、
   ことを特徴とする可動部の操作装置。
2. 前記移動目的地情報特定部は、前記可動部が前記現在の動作ステップにおける前記基準位置に存在しないと判定した場合、現在の動作ステップを前記操作後動作ステップとする、請求項１に記載の操作装置。
3. 前記操作手段は、１度の操作で前記移動指示情報を入力する移動情報入力部を有する、請求項２に記載の操作装置。
4. 前記移動情報入力部は、前記可動部を、現在の動作ステップに対して１ステップ先の動作ステップの前記基準位置へ移動させる前進ボタンと、前記可動部を現在の動作ステップの基準位置又は現在の動作ステップに対して１ステップ前の動作ステップの前記基準位置へ移動させる後進ボタンとを有する、請求項３に記載の操作装置。
5. 前記移動目的地情報は、前記可動部の前記画像データにおける目的地の位置座標であり、前記移動終了判定部は、前記画像データから検出した前記可動部の位置座標と前記目的地の位置座標との距離を算出し、該距離が所定の閾値以下であれば、前記可動部が移動目的地に移動したと判定する、請求項１〜４の何れか一項に記載の操作装置。
6. 前記移動目的地情報は、前記目的地に存在する前記可動部を撮影した参照画像データであり、前記移動終了判定部は、該参照画像データと前記画像データとの不一致度が所定の閾値以下であれば、前記可動部が移動目的地に移動したと判定する、請求項１〜４の何れか一項に記載の操作装置。
7. 複数の動作ステップに分割されて移動し、各動作ステップにおいて所定の基準位置から移動開始する可動部を有する設備又は装置に対して、可動部を移動させる移動指示情報を取得するステップと、
   前記移動指示情報に基づいて、複数の移動目的地情報から特定の移動目的地情報を決定するステップと、
   前記移動目的地情報から移動目的地を決定するステップと、
   前記可動部を前記移動目的地に移動させるステップと、
   前記可動部を撮影し、画像データを取得するステップと、
   前記移動目的地情報及び前記画像データに基づいて、前記可動部が前記移動目的地に移動したか否かを判定するステップと、
   を有し、
   前記移動目的地情報を決定するステップは、
   前記移動指示情報を受信すると、前記可動部を撮影した最新の画像データに基づいて前記可動部の現在位置を検出し、
   現在の動作ステップにおける前記基準位置を含む現在の移動目的地情報を記憶手段より読み出し、
   前記現在位置に基づいて、前記可動部が前記現在の動作ステップにおける前記基準位置に存在するか否かを判定し、当該基準位置に存在すると判定した場合、現在の動作ステップに前記移動指示情報により指定されたステップを加えた動作ステップを操作後動作ステップとし、
   前記移動目的地を決定するステップは、
   前記操作後動作ステップに相当する操作後移動目的地情報を前記記憶手段から読み出し、前記操作後移動目的地情報に含まれる前記操作後動作ステップにおける前記可動部の基準位置を前記移動目的地とする、
   ことを特徴とする可動部の操作方法。

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