JP5088187B2 - ロボット設置方法及びロボット生産システム - Google Patents

Description

本発明は、ロボット生産システムに対してワークの位置を自動的に教示してロボット生産システムを設置するロボット設置方法に関し、また、そのような教示を含む設置作業が自動化されたロボット生産システムに関する。

従来、精密部品の組立を行うため、ワークを把持して移動操作し、このワークを他のワークに組み付けるロボット生産システムが提案されている。このようなロボット生産システムにおいては、ロボットの手先位置を正確に教示することが必要である。すなわち、ロボット生産システムは、所定の位置にしっかりと固定し、また、ワークも正確に所定の位置に位置決めすることを前提として、手先位置の教示を正確に行う必要である。手先位置の教示を正確に行わないと、所定の位置に置かれたワークを把持することができないからである。

このような教示を正確に行うための技術として、例えば、特許文献１には、教示プログラム上で位置データが与えられている教示点の内の少なくとも１個の教示点に対応するワーク上の部位にカメラにより識別が可能なマークを施し、ロボットに搭載されたカメラによってマークの位置を計測し、マーク位置の計測結果に基づいて少なくとも１個の教示点の位置データの３次元の要補正量を求めるようにした教示位置データの３次元位置補正量取得方法が記載されている。

また、特許文献２には、ロボットにおいて、複数のワークと組立ツールとを搬入対象物として、各搬入対象物をロボットの可動範囲の外部から可動範囲の内部まで搬入するとともに、完成後の組立体と使用後の組立ツールとを搬出対象物として、各搬出対象物を可動範囲の内部から可動範囲の外部まで搬出する搬送手段とを備えることにより、組立ツールの交換を人手に頼らずに行えるようにして、多品種少量生産を効率的に行えるようにした装置が記載されている。

そして、特許文献３には、ロボットマニピュレータの手首軸に６軸の力センサを設け、インピーダンス制御を行うロボットシステムを用いてキャリブレーション点教示を行うに際し、円形状の穴を持つ治具を定点に準備し、この治具の円形状の穴にちょうど挿入できる棒をツールとしてロボットマニピュレータの手首軸に装着し、このツールの先端をロボットマニピュレータの制御点とし、治具の円形状の穴にロボットのツールである棒を挿入することにより定点観測をし、ロボットの制御点の位置情報と姿勢情報をキャリブレーション情報として利用することが記載されている。

特許第３６６５３５３号公報 特許第３６７３１１７号公報 特開平５−１１１８８６号公報

従来のロボット生産システムにおいては、ワークの位置決め作業や教示作業など、現場オペレータの作業負担が大きく、特に、ワークが多品種化した場合には、位置決め及び教示をする回数が増えることとなり、ロボット生産システムによる自動生産作業全体の生産性が低下することが問題となっている。

前述した特許文献１乃至特許文献３に記載された技術においても、専用の治具や組立ツールを用意したり、マークを施したりしなければならず、教示作業を十分に容易化することができない。

そこで、本発明は、前記の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、専用の治具やツールを用意する必要がなく、短時間で高精度の教示作業を完了することができるロボット設置方法及びロボット生産システムを提供することにある。

前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明は、以下の構成のいずれか一を有するものである。

〔構成１〕
ワークを把持しこのワークを所定の位置に移動操作する把持ハンドを備えたロボットアームを有し配置変更自在な作業テーブル上に設置された搬送ロボットからなるロボット生産システムを設置するためのロボット設置方法において、ワークを含む領域の撮像を行い得られた画像に基づいて、ワークの位置を検出し、画像から検出されたワークの位置に応じて把持ハンドをワークに向けて移動操作し、把持ハンドによりワークを保持しようとしたときに把持ハンドとワークとが当接した場合に把持ハンドが受ける力を検出し、把持ハンドが受ける力に基づく演算を行い把持ハンドをワークに倣わせてワークに密着させてワークの位置を検出し、検出されたワークの位置を記憶し、記憶されたワークの位置に基づいてロボットアームを制御し、自動生産が終了したときに作業テーブルが生産ラインから撤去されることにより、作業者による作業が開始できる状態とすることを特徴とするものである。

すなわち、このロボット設置方法においては、ロボット生産システムとワークとの間の位置ずれを補正するための画像に基づく検出及び力に基づく検出を行うことにより、ロボット生産システムによる位置補正（教示）を自動化することができる。画像に基づく検出により、±１ｍｍ以下の精度での粗位置合わせが可能であり、力に基づく検出により、±０．１ｍｍ以下の精度での精密位置合わせが可能である。

また、このロボット設置方法においては、ワークをワークトレイにより搬送する場合においても、ロボット生産システムとワークトレイとの位置ずれを補正することができるので、ワークをそのまま搬送する場合と同様の自動化が可能である。

〔構成２〕
ワークを把持しこのワークを所定の位置に移動操作する把持ハンドを有し配置変更自在な作業テーブル上に設置された搬送ロボットからなるロボット生産システムにおいて、ワークを含む領域の撮像を行い得られた画像に基づいてワークの位置を検出する撮像手段と、撮像手段による検出結果に応じてロボットアームを制御する制御手段と、把持ハンドがワークに向けて移動し撮像手段により位置を検出されたワークを把持しようとしたときに把持ハンドとワークとが当接した場合に把持ハンドが受ける力を検出する力センサと、力センサにより検出された力に基づく演算を行い把持ハンドをワークに倣わせてワークに密着させてワークの位置を検出する演算手段と、検出されたワークの位置を記憶する記憶手段とを備え、制御手段は、記憶手段により記憶されたワークの位置に基づいてロボットアームを制御し、自動生産が終了したときに、作業テーブルが生産ラインから撤去されることにより、作業者による作業が開始できる状態とすることを特徴とするものである。

すなわち、このロボット生産システムにおいては、ロボット生産システムとワークとの間の位置ずれを補正するための撮像手段及び力センサを備えることにより、ロボット生産システムによる位置補正（教示）の自動化を実現した。撮像手段により、±１ｍｍ以下の精度での粗位置合わせが可能であり、力センサにより、±０．１ｍｍ以下の精度での精密位置合わせが可能である。

また、このロボット生産システムにおいては、ワークをワークトレイにより搬送する場合においても、ロボット生産システムとワークトレイとの位置ずれを補正することができるので、ワークをそのまま搬送する場合と同様の自動化が可能である。

本発明に係るロボット設置方法は、構成１を有することにより、ロボット生産システムと所定の位置に設置されたワークとの間の位置ずれを補正するための画像に基づく検出及び力に基づく検出を行い、ロボット生産システムによる教示を自動化することができ、自動生産が終了したときに作業テーブルが生産ラインから撤去されることにより、作業者による作業が開始できる状態とすることができる。

また、本発明に係るロボット生産システムは、構成２を有することにより、ロボット生産システムと所定の位置に設置されたワークとの間の位置ずれを補正するための撮像手段、力センサ及び記憶手段を備えることにより、力センサにより検出されたワークの位置を記憶し、制御手段は、記憶手段による記憶に基づいてロボットアームを制御するので、ロボット生産システムによる教示の自動化を実現し、自動生産が終了したときに作業テーブルが生産ラインから撤去されることにより、作業者による作業が開始できる状態とすることができる。

本発明においては、ワークの位置決めを行うための専用治具は不要であるため、作業者と同一の組立ラインにおいて、例えば、作業者が作業を行わない時間帯において、作業者に代わって、作業者が使用していたと同一の治具、工具、作業テーブル及び自動装置を使用して自動生産を行うことができる。

また、本発明に係るロボット生産システムにおいては、正確な位置合わせが不要であるため、生産ラインへの設置作業が容易である。さらに、このロボット生産システムは、生産ラインへ設置した状態と生産ラインから外した状態との間を配置変更自在とすることができる。例えば、昼間は作業者による作業を行っていた生産ラインにおいて、夜間は、この生産ラインに本発明に係るロボット生産システムを設置して、全自動生産に切り替えることが容易に行えるようになる。また、生産ラインのレイアウトを変更する場合においても、生産ラインへのロボット生産システムの設置作業が容易であるため、容易に対応することができる。

すなわち、本発明は、専用の治具やツールを用意する必要がなく、短時間で高精度の教示作業を完了することができるロボット設置方法及びロボット生産システムを提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図４は本発明のロボット生産システムにかかる第１の実施の形態を示し、図１はロボット生産システムの概略斜視図、図２はロボット生産システムのブロック図、図３は搬送ロボットの把持ハンド及びカメラの斜視図、図４はロボット生産システムの設置状態の概略斜視図である。

図１に示すように、ロボット生産システム１Ａは、配置変更自在で、且つ、近接位置に配置された第１、第２、第３作業テーブルＴ１，Ｔ２，Ｔ３と、第１、第２、第３作業テーブルＴ１，Ｔ２，Ｔ３上の所定位置に設置された３つの台座１０，１０，１０と、この３つの台座１０，１０，１０上に選択的に載置可能な搬送治具２０と、第１作業テーブルＴ１上に設置された搬送ロボット３０と、第１、第２、第３作業テーブルＴ１，Ｔ２，Ｔ３上にそれぞれ設置され、組み付け等の作業を行う第１、第２、第３作業ロボットＲ１，Ｒ２，Ｒ３とを備えている。これらのうち、第１作業テーブルＴ１及びこの第１作業テーブルＴ１上に設置された搬送ロボット３０が、本発明に係るロボット生産システムを構成する。なお、本発明に係るロボット生産システムにおいては、第１作業ロボットＲ１を設けずに構成してもよい。

搬送ロボット３０は、第１作業テーブルＴ１に下端が固定されたハンド移動手段である多関節アーム部３１と、この多関節アーム部３１の先端に取り付けされた把持ハンド３２と、この把持ハンド３２の近傍に固定された撮像手段であるカメラ３３を有する把持位置認識手段とを備えている。

多関節アーム部３１は、図２に示すように、制御部５１からの駆動信号によって各関節を揺動・回転駆動し、これによって把持ハンド３２の位置を所定の位置に移動させる。カメラ３３からの画像信号は、画像処理部５２に送られ、さらに、制御部５１に送られる。カメラ３３、画像処理部５２及び制御部５１は、把持位置認識手段を構成している。また、把持ハンド３２には、後述する力センサ５３が取付けられている。この力センサ５３からの出力信号は、制御部５１に送られる。

なお、制御部５１は、第１作業テーブルＴ１内に内蔵されており、この第１作業テーブルＴ１とともに搬送可能な一体構造となっている。

把持ハンド３２は、図３に詳しく示すように、多関節アーム部３１の先端に回転自在に取り付けされたハンドベース部３５と、このハンドベース部３５の下方に設けられた一対のハンド片３６，３６とを有する。一対のハンド片３６，３６は、ハンドベース部３５に沿って移動する上面部３６ａと、この上面部３６ａより垂下された側面部３６ｂと、この側面部３６ｂの下端より内側に突出する下面部３６ｃとから構成されている。各上面部３６ａの両側の端部にはガイド用テーパ面３７が形成されている。

一対のハンド片３６，３６は、互いの間隔を広げる方向と狭める方向に移動可能であり、ロボット用グリップ２３への進入を可能とするハンド開位置や、ロボット用グリップ２３を把持するハンド閉位置に位置させることができる。

把持位置認識手段は、カメラ３３で撮影した位置認識用視覚マーカ２４の画像情報より把持位置を認識する。把持位置情報は制御部５１に送られ、制御部５１は、把持位置情報に基づいて多関節アーム部３１の駆動を制御する。

第１〜第３作業ロボットＲ１，Ｒ２，Ｒ３は、各作業テーブルＴ１，Ｔ２，Ｔ３の台座１０，１０，１０上に載置された搬送治具２０のワーク保持位置を作業位置とする。そして、第１、第２、第３作業ロボットＲ１，Ｒ２，Ｒ３は、ティーチングされた作業位置でそれぞれ所定の作業をワーク４０に対して行う。

搬送ロボット３０には、力センサ５３が設けられている。この力センサ５３は、搬送ロボット３０がワーク４０に向けて移動し、カメラ３３により得られた画像に基づいて位置を検出されたワーク４０を把持しようとしたときに、搬送ロボット３０の把持ハンド３２とワーク４０とが当接した場合に、把持ハンド３２が受ける力を検出する。力センサ５３により検出された力は、制御手段５１に送られる。制御手段５１は、力に基づく演算を行い、図３に示すように、把持ハンド３２をワーク４０に倣わせてワーク４０に密着させてワーク４０の位置を検出する。

そして、制御装置５１は、検出されたワーク４０の位置を記憶し、以後、この記憶に基づいて搬送ロボット３０を制御する。すなわち、搬送ロボット３０に対する教示が自動的に行われる。搬送ロボット３０、第１、第２、第３作業ロボットＲ１，Ｒ２，Ｒ３は、垂直多関節ロボットではなく、水平多関節ロボット、直交軸ロボット等、いずれの形態でもよい。

図４は、本発明に係るロボット生産システムの設置状態の概略斜視図である。

このロボット生産システムは、第１作業テーブルＴ１上に載置されたワーク４０を把持して、第２及び第３作業テーブルＴ２，Ｔ３上に移動操作し、それぞれの作業テーブルに載置されたワークに対して所定の作業を行うことができる。このとき、作業に先だって、カメラ３３により得られた画像及び力センサ５３により検出された力に基づく教示が行われるので、図４に示すように、搬送ロボット３０が載置固定された第１作業テーブルＴ１の位置が正確に設置されている必要はない。なお、図４においては、第１作業テーブルＴ１の位置は、一点鎖線で示す位置が正確な位置であり、実線で示した位置は、位置ずれした状態を示している。

したがって、このロボット生産システムは、生産ラインへ設置した状態と生産ラインから外した状態との間を配置変更自在とすることができる。例えば、昼間は作業者による作業を行っていた生産ラインにおいて、夜間は、この生産ラインに本発明に係るロボット生産システムを設置して、全自動生産に切り替えることが容易に行えるようになる。すなわち、全自動生産を開始するに先だって、前述のような教示を行うことにより、作業テーブルＴ１上に載置されたワーク４０を正確に把持して移動操作することができる。また、生産ラインのレイアウトを変更する場合においても、生産ラインへのロボット生産システムの設置作業が容易であるため、容易に対応することができる。

図５は、このロボット生産システムにおいてワーク４０の位置を検出する手順を示すフローチャートである。

前述のように構成された本発明に係るロボット生産システムは、図５に示すように、ワーク４０の位置を検出して、教示操作を自動的に行う。すなわち、制御部５１は、図５に示すように、Ｓ１１において、動作を開始すると、Ｓ１２に進み、カメラ３３により得られた画像データに基づいて、ワーク４０の位置の計測を開始する。次に、Ｓ１３において、計測結果に基づいて搬送ロボット３０の把持ハンド３２をワーク４０に向けて接近させる。

そして、Ｓ１４に進み、搬送ロボット３０の把持ハンド３２によりワーク４０を把持し、把持ハンド３２がワーク４０に当接して受ける力を検出し、把持ハンド３２をワーク４０に倣わせてワーク４０に密着させてワーク４０の位置を正確に検出する。次に、Ｓ１５において、検出されたワーク４０の位置を記憶する。

Ｓ１６に進み、記憶されたワーク４０の位置に基づいて、教示データを補正する。この補正により、自動教示が行われる。そして、Ｓ１７に進み、自動教示を終了する。以後は、制御部５１は、補正された教示データに基づいて、搬送ロボット３０を制御する。

図６は、このロボット生産システムの運用方法を示すフローチャートである。

前述のように構成された本発明に係るロボット生産システムは、前述したように、図６に示すように、通常は作業者による作業が行われている生産ラインに設置して使用するという運用に供することができる。

すなわち、図６に示すように、Ｓ２１において、ロボット生産システムの運用を開始すると、Ｓ２２に進み、このロボット生産システムを、作業者の作業が終了した生産ラインに、作業者の代替として配置される。そして、Ｓ２３においては、制御部５１は、図５に示した教示データの補正の手順により、第１作業テーブルＴ１と生産ラインとの位置ずれの自動補正を行う。なお、ここで、生産ラインは、前述の第２及び第３作業テーブルＴ２，Ｔ３であってもよいし、その他の作業テーブルであってもよい。そして、Ｓ２４に進み、ロボット生産システムによる自動生産を開始する。

Ｓ２５において、自動生産が終了したときには、Ｓ２６に進み、ロボット生産システムを生産ラインから撤去、搬出する。このとき、通常の作業者による作業が開始できる状態となる。そして、Ｓ２７に進み、ロボット生産システムの運用を終了する。

本発明に係るロボット生産システムの概略斜視図である。 本発明に係るロボット生産システムのブロック図である。 搬送ロボットの把持ハンド及びカメラの斜視図である。 本発明に係るロボット生産システムの設置状態の概略斜視図である。 本発明に係るロボット生産システムにおいて、ワークの位置を特定する手順を示すフローチャートである。 本発明に係るロボット生産システムにおける運用方法を示すフローチャートである。

符号の説明

３０ 搬送ロボット
Ｔ１ 第１作業テーブル
３３ カメラ
４０ ワーク
５１ 制御手段
５３ 力センサ

Claims (2)

1. ワークを把持しこのワークを所定の位置に移動操作する把持ハンドを備えたロボットアームを有し配置変更自在な作業テーブル上に設置された搬送ロボットからなるロボット生産システムを設置するためのロボット設置方法において、
   前記ワークを含む領域の撮像を行い、得られた画像に基づいて、前記ワークの位置を検出し、
   前記画像から検出された前記ワークの位置に応じて、前記把持ハンドを前記ワークに向けて移動操作し、
   前記把持ハンドにより前記ワークを保持しようとしたときに、前記把持ハンドと前記ワークとが当接した場合に、前記把持ハンドが受ける力を検出し、
   前記把持ハンドが受ける力に基づく演算を行い、前記把持ハンドを前記ワークに倣わせてワークに密着させて前記ワークの位置を検出し、
   検出された前記ワークの位置を記憶し、
   記憶された前記ワークの位置に基づいて前記ロボットアームを制御し、
   自動生産が終了したときに、前記作業テーブルが生産ラインから撤去されることにより、作業者による作業が開始できる状態とする
   ことを特徴とするロボット設置方法。
2. ワークを把持しこのワークを所定の位置に移動操作する把持ハンドを有し配置変更自在な作業テーブル上に設置された搬送ロボットからなるロボット生産システムにおいて、
   前記ワークを含む領域の撮像を行い、得られた画像に基づいて、前記ワークの位置を検出する撮像手段と、
   前記撮像手段による検出結果に応じて前記ロボットアームを制御する制御手段と、
   前記把持ハンドが前記ワークに向けて移動し、前記撮像手段により位置を検出された前記ワークを把持しようとしたときに、前記把持ハンドと前記ワークとが当接した場合に、前記把持ハンドが受ける力を検出する力センサと、
   前記力センサにより検出された力に基づく演算を行い、前記把持ハンドを前記ワークに倣わせてワークに密着させて前記ワークの位置を検出する演算手段と、
   検出された前記ワークの位置を記憶する記憶手段と
   を備え、
   前記制御手段は、前記記憶手段により記憶された前記ワークの位置に基づいて前記ロボットアームを制御し、
   自動生産が終了したときに、前記作業テーブルが生産ラインから撤去されることにより、作業者による作業が開始できる状態とする
   ことを特徴とするロボット生産システム。

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