JP5130509B2 - 作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置およびその一部を具える作業ロボット - Google Patents

Description

この発明は、１台または少数の作業ロボットで、あるいはそれらの作業ロボットと１人または少人数の作業者とで製品の組立て作業を行うセル生産の現場等に用いられる作業ロボットの、ハンドやツール等のエンドエフェクタの交換時間を短縮するとともに、それらのエンドエフェクタのレイアウト変更を容易にするエンドエフェクタ交換装置および、その一部を具える作業ロボットに関するものである。

ＡＴＣ（オートマチック・ツール・チェンジャ）等の専用装置を用いることで、作業ロボットのハンドやツール等のエンドエフェクタを単純化、軽量化できるとともに作業ロボットを多品種の製品に対応させることができるということは、良く知られている。その一方、エンドエフェクタの交換を頻繁に行うと、作業時間が長くなり生産性が低下する。このため、生産性を優先する場合には、可搬重量の大きな作業ロボットを用いて、そのロボットのアームの先端に複数個のエンドエフェクタを持つ場合もある。

通常、ＡＴＣは、ロボット側部分とエンドエフェクタ側部分とから構成され（例えば特許文献１参照）、各々専用のエンドエフェクタを装備した複数個のエンドエフェクタ側部分が使用される。これらのエンドエフェクタを装備したエンドエフェクタ側部分は、作業ロボットの動作範囲の中で教示された場所（位置および姿勢）に配置され、使用後にも元の場所に正しく戻す必要があるので、位置決め用スタンド等の専用治具を必要とする。

また、セル生産現場等で作業者と共存して作業を行う作業ロボットの場合、本質安全設計により出力が制限されるため可搬重量は１．５ｋｇ程度となるので、複数個のエンドエフェクタを持つわけにはゆかず、作業中や製品の機種切り替えあるいは段取り替えの時に人と同じ様にエンドエフェクタを持ち替える必要がある。このエンドエフェクタの持ち替えのため、人の手と同様の多指ハンドも近年開発されているが、未だ研究段階であり、実用化には時間がかかると思われる。

特開２００８−２７９５６６号公報

それゆえこの発明は、多品種少量生産を行うセル生産の現場等の組立て現場に作業ロボットを導入する場合に、取り扱う製品や部品の形状に合ったピッキング用ハンドや、ネジ締めドライバ、半田ごて等の作業ツールを素早く交換することが可能で、かつ位置決め用スタンド等の専用治具を必要としない作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置および、その装置の一部を具える作業ロボットを提供することを目的としている。

この発明は上記課題を有利に解決するものであり、この発明の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置は、各々識別標識を持つ複数のエンドエフェクタと、磁石によって前記エンドエフェクタを所定領域内の任意の場所に保持するエンドエフェクタ置場と、前記エンドエフェクタ置場に保持された前記エンドエフェクタの前記識別標識を撮像する二台のカメラを持つ撮像手段と、前記撮像手段の二台のカメラが撮像した前記エンドエフェクタの前記識別標識の画像に基づき写真測量の原理により前記エンドエフェクタの３次元位置を算出するエンドエフェクタ位置算出手段と、前記算出したエンドエフェクタの３次元位置を作業ロボットの作動制御装置に教示するエンドエフェクタ位置教示手段と、を具えてなるものである。

また、この発明の作業ロボットは、この発明の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置の、前記撮像手段と、前記エンドエフェクタ位置算出手段と、前記エンドエフェクタ位置教示手段との少なくとも一つと、前記エンドエフェクタを移動させるアームと、前記アームに対し前記エンドエフェクタを自動的に着脱させるエンドエフェクタ着脱装置と、を具えてなるものである。

かかるこの発明の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置にあっては、各々識別標識を持つ複数のエンドエフェクタを、エンドエフェクタ置場が磁石によって所定領域内の任意の場所に保持し、撮像手段の２台のカメラが、そのエンドエフェクタ置場に保持されたエンドエフェクタの識別標識を撮像し、エンドエフェクタ位置算出手段が、その撮像手段の２台のカメラが撮像したエンドエフェクタの識別標識の画像に基づき写真測量の原理によりエンドエフェクタの３次元位置を算出し、そしてエンドエフェクタ位置教示手段が、その算出したエンドエフェクタの３次元位置を作業ロボットの作動制御装置に教示する。

従って、この発明の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置によれば、作業ロボットの作動制御装置が、エンドエフェクタ置場が所定領域内の任意の場所に保持する複数のエンドエフェクタの３次元位置を教示されて、次の作業に必要なエンドエフェクタが保持されている位置に作業ロボットのアームを移動させることができるので、多品種少量生産を行うセル生産の現場等の組立て現場に作業ロボットを導入する場合に、位置決め用スタンド等の専用治具がなくても、取り扱う製品や部品の形状に合ったピッキング用ハンドや、ネジ締めドライバ、半田ごて等の作業ツールを素早く交換することができる。

なお、この発明の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置においては、前記撮像手段と、前記エンドエフェクタ位置算出手段と、前記エンドエフェクタ位置教示手段との少なくとも一つは前記作業ロボットに設けられていると好ましい。組立て現場に作業ロボットを搬入する際にこれらの手段も同時に搬入し得て、エンドエフェクタ交換装置の設置の手間を相当に省くことができるからである。

また、この発明の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置においては、前記エンドエフェクタ置場は、磁石によって前記エンドエフェクタを任意の場所に保持するものであるので好ましい。かかるエンドエフェクタ置場は、エンドエフェクタを押し付けられて保持し、引き剥がされて解放するので、１モーションでエンドエフェクタ置場に対するエンドエフェクタの着脱ができるからである。磁石は永久磁石でも電磁石でも良く、エンドエフェクタ置場とエンドエフェクタとの何れの側に設けられていても良い。電磁石の場合は、エンドエフェクタ置場に対するエンドエフェクタの着脱の際に通電を止めるか弱めてその着脱を容易にしても良い。

そして、この発明の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置においては、前記エンドエフェクタ置場は、前記作業ロボットの作動範囲内の任意の位置に位置変更可能に配置されていると好ましい。作業の内容や作業ロボットの配置等に応じてエンドエフェクタ置場の位置を変更できるので、作業の自由度を高めることができるからである。

一方、この発明の作業ロボットにあっては、前記作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置の、前記撮像手段と、前記エンドエフェクタ位置算出手段と、前記エンドエフェクタ位置教示手段との少なくとも一つと、前記エンドエフェクタを移動させるアームと、前記アームに対し前記エンドエフェクタを自動的に着脱させるエンドエフェクタ着脱装置と、を具えていることから、組立て現場に当該作業ロボットを搬入する際にこれらの手段も同時に搬入し得て、エンドエフェクタ交換装置の設置の手間を相当に省くことができ、しかも、エンドエフェクタ位置教示手段から教示されたエンドエフェクタの位置に基づきアームを移動させるとともに、エンドエフェクタ着脱装置を用いてアームに対しエンドエフェクタを自動的に着脱させることができるので、エンドエフェクタを自動的に交換しながら作業を進めることができる。

（ａ）および（ｂ）は、この発明の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置およびその一部を具える作業ロボットの一実施例を示す正面図および右側面図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施例の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置および作業ロボットを示す平面図および左側面図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施例の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置および作業ロボットを示す左後斜め上方および右後斜め上方からそれぞれ見た斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施例の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置のエンドエフェクタ置場およびそこに保持された３種類のエンドエフェクタの識別標識および永久磁石の配置をそれぞれ示す説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は、上記実施例の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置のＡＴＣ（オートマチック・ツール・チェンジャ）の一連の作動を示す説明図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施例の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置を用いて上記実施例の作業ロボットが行う組立作業のうち左右手首へのグリッパ装着段階を示す左後斜め上方から見た斜視図および左側面図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施例の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置を用いて上記実施例の作業ロボットが行う組立作業のうち左右腕でのグリッパ引き寄せ段階を示す左後斜め上方から見た斜視図および左側面図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施例の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置を用いて上記実施例の作業ロボットが行う組立作業のうち左右手首のグリッパのワークへの接近段階を示す左後斜め上方から見た斜視図および左側面図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施例の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置を用いて上記実施例の作業ロボットが行う組立作業のうち左右手首のグリッパでのワーク把持段階を示す左後斜め上方から見た斜視図および左側面図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施例の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置を用いて上記実施例の作業ロボットが行う組立作業のうち左手首のグリッパでのワーク押さえ付けおよび右手首のグリッパのエンドエフェクタ置場への戻し段階を示す左後斜め上方から見た斜視図および左側面図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施例の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置を用いて上記実施例の作業ロボットが行う組立作業のうち左手首のグリッパでのワーク押さえ付けおよび右手首への電動ドライバの装着段階を示す左後斜め上方から見た斜視図および左側面図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施例の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置を用いて上記実施例の作業ロボットが行う組立作業のうち左手首のグリッパでのワーク押さえ付けおよび右腕での電動ドライバの引き寄せ段階を示す左後斜め上方から見た斜視図および左側面図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施例の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置を用いて上記実施例の作業ロボットが行う組立作業のうち左手首のグリッパでのワーク押さえ付けおよび右手首の電動ドライバでのネジ締め段階を示す左後斜め上方から見た斜視図および左側面図である。 （ａ）および（ｂ）は、２人の作業者による上記実施例の作業ロボットへの部品供給作業と組み立てられた製品の搬出作業とを示す左後斜め上方および右後斜め上方からそれぞれ見た斜視図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づく実施例によって詳細に説明する。ここに、図１（ａ）および（ｂ）は、この発明の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置およびその一部を具える作業ロボットの一実施例を示す正面図および右側面図、図２（ａ）および（ｂ）は、上記実施例の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置および作業ロボットを示す平面図および左側面図、そして図３（ａ）および（ｂ）は、上記実施例の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置および作業ロボットを示す左後斜め上方および右後斜め上方からそれぞれ見た斜視図である。

この実施例のエンドエフェクタ交換装置を用いたこの実施例の作業ロボットは、図１〜図３に示すように、セル生産システムを構成しており、このセル生産システムは、いわゆるセル屋台を構成する作業台１と、上記実施例の作業ロボット２０とを具えている。ここにおける作業台１は、平板状の作業テーブル２と、その作業テーブル２の手前側（図１（ｂ）では右側）からの作業ロボット２０の進入を可能にするように上方から見てコ字状をなして作業テーブル２を支持する脚フレーム３と、その脚フレーム３上に繋げられて作業テーブル２の奥側の両脇に立設された支持フレーム４と、その支持フレーム４の上端部に固定されて水平に延在し、図示しない照明器具等を設けられる天井フレーム５と、作業テーブル２の手前側からみて左脇に張り出し固定された平板状の補助テーブル６と、作業テーブル２の手前側からみて右脇に張り出し固定された平板状の補助テーブル７と、を有しており、脚フレーム３と支持フレーム４と天井フレーム５とは各々、図示例では角パイプを組んで構成されている。

さらに作業台１は、作業ロボット２０の作動範囲内の任意の位置、すなわちこの実施例では支持フレーム４の下部に、作業テーブル２の手前側へ向いて、作業テーブル２の全幅に亘って延在するように、この実施例のエンドエフェクタ交換装置を構成する、例えば鉄板からなるエンドエフェクタ置場８を固設されており、このエンドエフェクタ置場８は後述する方法で、図４に示すように、３種類のエンドエフェクタとしての、板状部材を図示しないチューブから供給される負圧で吸着パッド９ａに吸着して保持する吸着ハンド９と、軸部１０ａの先端部にネジの頭部を嵌合保持してその軸部１０ａを回転させる電動ドライバ１０と、板状部材を２枚の板状フィンガ１１ａで挟んで保持するグリッパ１１と、をそれぞれ任意の位置に保持している。また、そのエンドエフェクタ置場８の下方の、作業テーブル２の奥側部分の上には、多数のネジを自動的に順次供給する通常のネジフィーダ１２が配置されている。

図４（ａ）および（ｂ）は、上記実施例のエンドエフェクタ交換装置のエンドエフェクタ置場８およびそこに保持された３種類のエンドエフェクタとしての吸着ハンド９と電動ドライバ１０とグリッパ１１との識別標識および永久磁石の配置をそれぞれ示す説明図であり、ここにおける吸着ハンド９と電動ドライバ１０とグリッパ１１とはそれぞれ、作業ロボット２０に装着される側にエンドエフェクタ識別標識として互いに異なる相対配置で３個ずつのクロスマーク１３を張着されるとともに、それと反対の側であるエンドエフェクタ置場８に向く側に保持手段として３個ずつの永久磁石１４を固着され、さらに作業ロボット２０に装着される側に、エンドエフェクタ着脱装置としての通常のＡＴＣ（オートマチック・ツール・チェンジャ）のエンドエフェクタ側部分１５を装着されている。

一方、ここにおける作業ロボット２０は、下半身に脚の代わりに台車を有するヒューマノイド型のものであり、本願出願人が先に特開２００９−２７９６６３号公報にて開示したものと略同一の構成を有している。すなわちこの台車型の作業ロボット２０は、図１に示すように、撮像手段としての２台のビデオカメラ２１ａを持つ頭部２１と、アームとしての２本の作業腕２２と、それらの作業腕２２を支持する胴部２３と、その胴部２３の下端部から下方へ延在する支柱２４とを具えており、ここで頭部２１は、頭部２１を前後に揺動させる首部ピッチ軸駆動機構および頭部２１を左右に回動させる首部ヨー軸駆動機構を有する２自由度の首部関節２５を介して胴部２３の上端部に取り付けられている。そして胴部２３の下端部は、胴部２３を左右に回動させる胴部ヨー軸駆動機構を有する１自由度の胴部関節２６を介して支柱２４の上端部に取り付けられている。

また、２本の作業腕２２は胴部２３の左右両側にそれぞれ設けられ、各作業腕２２は、胴部２３と作業腕２２の上腕との間に位置する肩関節２８と、上腕と下腕との間に位置する肘関節２９と、下腕と上記エンドエフェクタ９，１０または１１との間に位置する手首関節３０とを有しており、各肩関節２８は、胴部２３に対し作業腕２２の全体をヨー軸線周りに左右に回動させる肩ヨー軸駆動機構と、胴部２３に対しそのヨー軸線と直交するピッチ軸線周りに作業腕２２の全体を前後に揺動させる肩ピッチ軸駆動機構と、を有している。

さらに、各肘関節２９は、上腕に対し下腕をピッチ軸線周りに上下に揺動させる肘ピッチ軸駆動機構を有し、また各手首関節３０はそこに装着した上記エンドエフェクタ９，１０または１１を下腕に対してピッチ軸線周りに相対的に上下に傾動させる手首ピッチ軸駆動機構と、そのエンドエフェクタをピッチ軸線と直交するヨー軸線周りに相対的に左右に回動させる手首ヨー軸駆動機構と、下腕に対して手首ピッチ軸駆動機構および手首ヨー軸駆動機構をその下腕に沿って延在するロール軸線周りにねじる手首ロール軸駆動機構とを有している。この結果として各作業腕２２は６自由度を有し、これらピッチ軸、ヨー軸およびロール軸駆動機構の軸配置により、２本の作業腕２２は、特異点がなく自由な姿勢を作ることができる。なお、上記各関節のピッチ軸、ヨー軸およびロール軸の軸駆動機構は各々、周知のように例えばサーボモータ等のモータの出力回転を例えば商品名ハーモニックドライブ等の減速機で減速して出力する、逆入力可能な回動機構で構成されている。

さらに各手首関節３０は、上記ＡＴＣのロボット側部分１６を装備しており、図５（ａ）〜（ｄ）は、そのＡＴＣの一連の作動を示す説明図である。すなわち、ロボット側部分１６と、エンドエフェクタ９，１０，１１に設けられたエンドエフェクタ側部分１５とは、図５（ａ）に示す互いに分離した状態から、先ず図５（ｂ）中矢印で示すように、ロボット側部分１６のポートＡに空気圧を供給されることで、ロボット側部分１６のピストン１６ａが後退移動してフック１６ｂがエンドエフェクタ側部分１５のロックピン１５ａを受け入れるように揺動し、次いで図５（ｃ）に示すように、ポートＡへの空気圧の供給状態でロボット側部分１６のテ−パ状の先端部を持つガイドピン１６ｃをエンドエフェクタ側部分１５のガイドスリーブ１５ｂ内に挿入してロボット側部分１６とエンドエフェクタ側部分１５とをそれらの中心軸線に直交する方向に関して位置決めし、その後図５（ｄ）に示すように、ガイドピン１６ｃとガイドスリーブ１５ｂとの嵌合による上記位置決め状態で空気圧の供給先をポートＡからポートＢに切り替えることにより、ピストン１６ａが前進移動してフック１６ｂがロックピン１５ａと掛合するよう揺動するとともにそのロックピン１５ａを引き込み、ロボット側部分１６とエンドエフェクタ側部分１５との先端面同士を突き合わせてそれらを互いにロック固定する。そして、これと逆の手順により、ロボット側部分１６とエンドエフェクタ側部分１５とは、ロック固定を解除されて互いに分離可能とされる。

さらに、この台車型作業ロボット２０は、支柱２４の下端部を支持する昇降式キャスタおよび固定脚付きの台車３１を具え、そのキャスタを下降させて固定脚の代りにキャスタで台車３１を支持することで人手で任意の位置に移動されることができるとともに、そのキャスタを上昇させて固定脚で台車３１を支持することでその移動先で固定されることができ、また、その台車３１内に、上記エンドエフェクタ９，１０，１１や組み立てる部品等の対象物に設けられた上記３個ずつのクロスマーク１３を頭部２１の２台のビデオカメラ２１ａからの２つの画像中で例えばパターンマッチングにより識別して、その３個のクロスマーク１３の相対配置をあらかじめ登録されたデータと対比することで対象物の種類を認識するとともに、２つの画像中でのそのクロスマークの位置から写真測量の原理により対象物の３次元位置を認識する、エンドエフェクタ位置算出手段としての、通常のマイクロコンピュータからなる対象物認識装置３２と、あらかじめ与えられたプログラムに基づき上記各関節の軸駆動装置および上記エンドエフェクタ９，１０，１１を作動させる、通常のマイクロコンピュータからなる作動制御装置３３（詳細は、特開２００９−２７９６６３号公報参照）と、その作動制御装置３３に、上記対象物認識装置３２が認識した対象物の種類および３次元位置の情報を教示する、エンドエフェクタ位置教示手段としての通常のインターフェース装置３４と、を各々搭載されて具えている。

従って、上記エンドエフェクタ置場８と、そこに永久磁石１４の磁力により吸着保持された３種類のエンドエフェクタとしての吸着ハンド９と電動ドライバ１０とグリッパ１１と、上記作業ロボット２０の２台のビデオカメラ２１ａと、対象物認識装置３２と、インターフェース装置３４とは、上記実施例のエンドエフェクタ交換装置を構成している。

かかる構成によりこのセル生産システムでは、上記実施例の作業ロボット２０が、図６〜図１３に示す如き手順で複数種類の部品を組み合わせて製品を組み立てる。すなわち、作業台１の、作業テーブル２の手前側からみて左脇の補助テーブル６上に、２種類の板状部品が１枚ずつ平置きされたパレットＰが複数載置されるとともに、作業テーブル２の手前側からみて右脇の補助テーブル７上に、１種類の板状のベース部品が複数縦置きされた収納箱Ｂ１と、組み上がった製品を複数収納可能な収納箱Ｂ２とが載置されると、作業ロボット２０は先ず２台のビデオカメラ２１ａによって、上記エンドエフェクタ置場８の任意の位置に永久磁石１４の磁力により吸着保持されたエンドエフェクタとしての吸着ハンド９と電動ドライバ１０とグリッパ１１とにそれぞれ設けられたクロスマーク１３を撮像するとともに、ネジフィーダ１２に設けられた図示しない同様のクロスマークを撮像し、さらにパレットＰ上の２種類の部品と収納箱Ｂ１内の１種類の部品とにそれぞれ設けられた図示しない同様のクロスマークを撮像して、それらのエンドエフェクタ９，１０，１１、ネジフィーダ１２および部品の種類と３次元位置とを対象物認識装置３２により認識し、その認識情報をインターフェース装置３４により作動制御装置３３に教示する。

次いで作業ロボット２０は、図６に示すように、左側の作業腕２２を伸ばして、その作業腕２２の先端部の、ＡＴＣのロボット側部分１６を、エンドエフェクタ置場８に保持された吸着ハンド９の、ＡＴＣのエンドエフェクタ側部分１５に押し込み、それらをロック固定することで、左側の作業腕２２に吸着ハンド９を装着するとともに、右側の作業腕２２を伸ばして、その作業腕２２の先端部の、ＡＴＣのロボット側部分１６を、エンドエフェクタ置場８に保持されたグリッパ１１の、ＡＴＣのエンドエフェクタ側部分１５に押し込み、それらをロック固定することで、右側の作業腕２２にグリッパ１１を装着する。

次いで作業ロボット２０は、図７に示すように、永久磁石１４の磁力に抗して左右の作業腕２２を引いて、左側の作業腕２２の吸着ハンド９と右側の作業腕２２のグリッパ１１とをそれぞれエンドエフェクタ置場８から引き剥がし、それらのエンドエフェクタ９，１１で部品を保持する準備をする。そして作業ロボット２０は、図８に示すように、左側の作業腕２２の吸着ハンド９で、パレットＰ上の部品を吸着保持するとともに、右側の作業腕２２のグリッパ１１で、収納箱Ｂ１内のベース部品の端部を把持して、図９に示すように、左右の作業腕２２でそれらの部品をそれぞれ持ち上げる。

次いで作業ロボット２０は、図１０に示すように、作業テーブル２上に先ず右側の作業腕２２のグリッパ１１でベース部品を置いてから、そのベース部品上の所定位置に左側の作業腕２２の吸着ハンド９でパレットＰから取り上げた部品を重ね、さらに、左側の作業腕２２の吸着ハンド９でパレットＰからもう１種類の部品を取り上げて、それを先に重ねた部品上の所定位置に重ねてから吸着ハンド９で押さえ付けて動かないようにし、その一方、右側の作業腕２２のグリッパ１１をエンドエフェクタ置場８の元の位置に戻し、そのグリッパ１１のＡＴＣのロック固定を解除して右側の作業腕２２を引いた後、エンドエフェクタ置場８に保持された電動ドライバ１０へ向かわせ、図１１に示すように、右側の作業腕２２の先端部の、ＡＴＣのロボット側部分１６を、エンドエフェクタ置場８に保持された電動ドライバ１０の、ＡＴＣのエンドエフェクタ側部分１５に押し込み、それらをロック固定することで、右側の作業腕２２に電動ドライバ１０を装着する。

次いで作業ロボット２０は、図１２に示すように、永久磁石１４の磁力に抗して右側の作業腕２２を引いて、電動ドライバ１０をエンドエフェクタ置場８から引き剥がした後、その電動ドライバ１０の上記軸部１０ａの先端部を右側の作業腕２２の作動によってネジフィーダ１２のネジ供給位置に移動させて、その軸部１０ａの先端部でネジフィーダ１２から図示しないネジを受取り、図１３に示すように、その電動ドライバ１０を作業テーブル２上のベース部品に重ねた２枚の部品のネジ穴上に移動させて下降させながら電動ドライバ１０の軸部１０ａを回転させる、という動作を繰り返すことで、所定本数のネジによりそれらの部品をベース部品に締着固定し、製品を組み立てる。

その後は、右側の作業腕２２の電動ドライバ１０をエンドエフェクタ置場８の元の位置に戻してから、右側の作業腕２２にグリッパ１１を再度装着して、左側の作業腕２２の吸着ハンド９から解放した上記製品を右側の作業腕２２のグリッパ１１で把持し、そのグリッパ１１で収納箱Ｂ２内に収納する。このようにして作業ロボット２０は、製品の組立作業を繰り返し行い、その間にこのセル生産システムでは、図１４に示すように、例えば１人の作業者Ｈ１が、空になったパレットＰの搬出および部品を載置したパレットＰの搬入を行い、もう１人の作業者Ｈ２が、空になった収納箱Ｂ１の搬出および部品を収納した収納箱Ｂ１の搬入と、空の収納箱Ｂ２の搬入および製品を収納した収納箱Ｂ２の搬出とを行う。

従って、このセル生産システムによれば、複数の部品を組み合わせて製品を組み立てる作業を高能率で連続的に繰り返し行うことができ、またこの実施例の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置によれば、作業ロボット２０の作動制御装置３３が、エンドエフェクタ置場８の任意の場所に保持された複数のエンドエフェクタ９，１０，１１の３次元位置を教示されて、次の作業に必要なエンドエフェクタが保持されている位置に作業ロボット２０の作業腕２２を移動させることができるので、多品種少量生産を行うセル生産の現場に作業ロボット２０を導入する場合に、エンドエフェクタの位置決め用スタンド等の専用治具がなくても、取り扱う製品や部品の形状に合ったピッキング用の吸着ハンド９やグリッパ１１、そしてネジ締め用の電動ドライバ１０等の作業ツールを素早く交換することができる。

さらに、この実施例の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置によれば、２台のビデオカメラ２１ａと、対象物認識装置３２と、インターフェース装置３４とが作業ロボット２０に設けられているので、組立て現場に作業ロボット２０を搬入する際にこれらビデオカメラ２１ａと対象物認識装置３２とインターフェース装置３４とも同時に搬入し得て、エンドエフェクタ交換装置の設置の手間を相当に省くことができる。

さらに、この実施例の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置によれば、鉄板からなるエンドエフェクタ置場８が、エンドエフェクタ９，１０，１１に設けられた永久磁石１４によってエンドエフェクタ９，１０，１１を任意の場所に保持することから、エンドエフェクタ９，１０，１１を押し付けられて保持し、引き剥がされて解放するので、１モーションでエンドエフェクタ置場８に対するエンドエフェクタ９，１０，１１の着脱を行うことができ、また、必要に応じてエンドエフェクタの移動や交換、追加や削減等を容易に行うことができる。

そして、この実施例の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置によれば、エンドエフェクタ置場８が、作業ロボット２０の作動範囲内の任意の位置に配置され得ることから、作業の内容や作業ロボット２０の配置等に応じてエンドエフェクタ置場８自体の位置を適宜変更できるので、作業の自由度を高めることができる。

一方、この実施例の作業ロボット２０によれば、上記実施例の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置の、２台のビデオカメラ２１ａと、対象物認識装置３２と、インターフェース装置３４と、エンドエフェクタ９，１０，１１を移動させる２本の作業腕２２と、それらの作業腕２２に対しエンドエフェクタ９，１０，１１を自動的に着脱させるＡＴＣのロボット側部分１６とを具えていることから、組立て現場に作業ロボット２０を搬入する際にこれらも同時に搬入し得て、エンドエフェクタ交換装置の設置の手間を相当に省くことができ、しかも、インターフェース装置３４から教示されたエンドエフェクタ９，１０，１１の位置に基づき作業腕２２を移動させるとともに、ＡＴＣのエンドエフェクタ側部分１５とロボット側部分１６とを用いて作業腕２２に対しエンドエフェクタ９，１０，１１を自動的に着脱させることができるので、エンドエフェクタ９，１０，１１を自動的に交換しながら作業を進めることができる。

以上、図示例に基づき説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更することができるものであり、例えば、エンドエフェクタ置場８は、永久磁石１４に代えて、そのエンドエフェクタ置場８側またはエンドエフェクタ側に設けた電磁石の磁力でエンドエフェクタを吸着保持しても良く、その場合に、エンドエフェクタ置場８に対するエンドエフェクタの着脱の際に電磁石への通電を止めるか弱めてエンドエフェクタの着脱を容易にしても良い。この電磁石によれば、エンドエフェクタ置場８は、永久磁石１４の場合と同様、エンドエフェクタを押し付けられて保持し、引き剥がされて解放するので、１モーションでエンドエフェクタ置場８に対してエンドエフェクタを着脱することができる。

また、エンドエフェクタ置場８は、支持フレーム４に代えて、または加えて他の場所、例えば作業テーブル２や補助テーブル６，７の一部の上等にあっても良い。

さらに、この発明の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置においては、作業ロボット２０の頭部２１の２台のビデオカメラ２１ａでなく、例えば作業台１の天井フレーム５に吊り下げられたビデオカメラが撮像した画像データを、作業ロボット２０の台車３１内の対象物認識装置３２に送っても良く、あるいは台車３１内の対象物認識装置３２およびインターフェース装置３４と別個の対象物認識装置３２およびインターフェース装置３４を、作業台１の例えば作業テーブル２の下に収納して、その別個のインターフェース装置３４から作業ロボット２０の台車３１内の作動制御装置３３に、上記別個の対象物認識装置３２が認識した対象物の種類および３次元位置の情報を教示するようにしても良い。

そして、この発明の作業ロボットは、エンドエフェクタを移動させるアームと、そのアームに対してエンドエフェクタを自動的に着脱させる装置とを具えるとともに、この発明のエンドエフェクタ交換装置における撮像手段とエンドエフェクタ位置算出手段とエンドエフェクタ位置教示手段との少なくとも１つを具えるものであれば、上記実施例の作業ロボット２０の如きヒューマノイド型のものに限られず、例えば多関節型ロボットやスカラ型ロボット等の一般的な産業用ロボットであっても良い。

かくしてこの発明の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置によれば、作業ロボットの作動制御装置が、エンドエフェクタ置場が任意の場所に保持する複数のエンドエフェクタの３次元位置を教示されて、次の作業に必要なエンドエフェクタが保持されている位置に作業ロボットのアームを移動させることができるので、多品種少量生産を行うセル生産の現場等の組立て現場に作業ロボットを導入する場合に、位置決め用スタンド等の専用治具がなくても、取り扱う製品や部品の形状に合ったピッキング用ハンドや、ネジ締めドライバ、半田ごて等の作業ツールを素早く交換することができる。

また、この発明の作業ロボットによれば、組立て現場に当該作業ロボットを搬入する際にエンドエフェクタ交換装置の撮像手段とエンドエフェクタ位置算出手段とエンドエフェクタ位置教示手段との少なくとも１つを同時に搬入し得て、エンドエフェクタ交換装置の設置の手間を相当に省くことができ、しかも、エンドエフェクタ位置教示手段から教示されたエンドエフェクタの位置に基づきアームを移動させるとともに、エンドエフェクタ着脱装置を用いてアームに対しエンドエフェクタを自動的に着脱させることができるので、エンドエフェクタを自動的に交換しながら作業を進めることができる。

１ 作業台
２ 作業テーブル
３ 脚フレーム
４ 支持フレーム
５ 天井フレーム
６，７ 補助テーブル
８ エンドエフェクタ置場
９ 吸着ハンド
９ａ 吸着パッド
１０ 電動ドライバ
１０ａ 軸部
１１ グリッパ
１１ａ 板状フィンガ
１２ ネジフィーダ
１３ クロスマーク
１４ 永久磁石
１５ ＡＴＣのエンドエフェクタ側部分
１５ａ ロックピン
１５ｂ ガイドスリーブ
１６ ＡＴＣのロボット側部分
１６ａ ピストン
１６ｂ フック
１６ｃ ガイドピン
２０ 作業ロボット
２１ 頭部
２１ａ ビデオカメラ
２２ 作業腕
２３ 胴部
２４ 支柱
２５ 首部関節
２６ 胴部関節
２８ 肩関節
２９ 肘関節
３０ 手首関節
３１ 台車
３２ 対象物認識装置
３３ 作動制御装置
３４ インターフェース装置
Ａ，Ｂ ポート
Ｂ１，Ｂ２ 収納箱
Ｈ１，Ｈ２ 作業者
Ｐ パレット

Claims (4)

1. 各々識別標識を持つ複数のエンドエフェクタと、
   磁石によって前記エンドエフェクタを所定領域内の任意の場所に保持するエンドエフェクタ置場と、
   前記エンドエフェクタ置場に保持された前記エンドエフェクタの前記識別標識を撮像する二台のカメラを持つ撮像手段と、
   前記撮像手段の二台のカメラが撮像した前記エンドエフェクタの前記識別標識の画像に基づき写真測量の原理により前記エンドエフェクタの３次元位置を算出するエンドエフェクタ位置算出手段と、
   前記算出したエンドエフェクタの３次元位置を作業ロボットの作動制御装置に教示するエンドエフェクタ位置教示手段と、
   を具えてなる作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置。
2. 前記撮像手段と、前記エンドエフェクタ位置算出手段と、前記エンドエフェクタ位置教示手段との少なくとも一つは前記作業ロボットに設けられている、請求項１記載の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置。
3. 前記エンドエフェクタ置場は、前記作業ロボットの作動範囲内の任意の位置に位置変更可能に配置されている、請求項１または２記載の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置。
4. 請求項１から３までの何れか１項記載の作業ロボット用エンドエフェクタ交換装置の、前記撮像手段と、前記エンドエフェクタ位置算出手段と、前記エンドエフェクタ位置教示手段との少なくとも一つと、
   前記エンドエフェクタを移動させるアームと、
   前記アームに対し前記エンドエフェクタを自動的に着脱させるエンドエフェクタ着脱装置と、
   を具えてなる作業ロボット。

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