JP5163886B2

JP5163886B2 - ロボット制御システム

Info

Publication number: JP5163886B2
Application number: JP2008160799A
Authority: JP
Inventors: 健二米田; 一朗越田
Original assignee: Shibuya Corp
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2008-06-19
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2028-06-19
Also published as: JP2010000563A

Description

本発明はロボット制御システムに関し、支持手段に支持された物品に対してロボットにより所定の処理を施すようにしたロボット制御システムに関する。

従来、ロボットの作動を制御して、該ロボットに物品の把持や移送を行わせるようにしたロボット制御システムは公知である（例えば特許文献１）。この特許文献１のロボット制御システムにおいては、ロボットによってパレット上に物品を載置し、或いはパレット上の物品を把持して他の場所に移載するようになっている。そして、この特許文献１のシステムにおいては、パレットにおける載置面を同一寸法の複数の升目に区分し、物品を載置する各升目の位置を制御装置に登録するようになっており、その登録に基づいて該制御装置における教示作業が簡略化されている。
特開昭６３−１２３７２３号公報

ところで、上述した従来のロボット制御システムにおいては、処理対象である物品がいつも同一形状であれば問題は生じないが、形状や寸法が異なる複数種類の物品を処理する場合には、大がかりな型替え作業を要し、またそれぞれの物品に応じたパレットを用意しておく必要があり、広い保管スペースが必要となり、製造コストが高くなるという欠点があった。

上述した事情に鑑み、請求項１に記載した本発明は、物品を所定の位置に支持する支持手段と、上記物品に対して所定の処理を行うロボットと、このロボットの作動を制御する制御装置とを備えたロボット制御システムにおいて、
上記支持手段は、複数の取り付け位置を設けたベースと、少なくとも第１アタッチメントと第２アタッチメントとを備えており、上記第１アタッチメントは上記取り付け位置のいずれかに一定の状態に位置決めされて着脱自在に取り付けられ、かつ第１物品をその形状にあわせて予め定めた一定の状態で支持するようになっており、また上記第２アタッチメントは上記取り付け位置のいずれかに一定の状態に位置決めされて着脱自在に取り付けられ、かつ第１物品と異なる第２物品をその形状にあわせて予め定めた一定の状態で支持するようになっており、
上記ベースの各取り付け位置の位置データは予め上記制御装置に登録されており、
上記第１アタッチメント又は第２アタッチメントを上記ベースの取り付け位置のいずれかに取り付けるとともに、当該取り付け位置を上記制御装置に入力することにより、制御装置は、当該取り付け位置の第１アタッチメント又は第２アタッチメントの種類に応じて当該アタッチメントに支持された第１物品又は第２物品の位置を認識するようにしたものである。

上述した構成によれば、処理対象である物品の形状が異なる場合であっても、物品の形状に応じたアタッチメントを用いることにより、容易に型替えすることができる。そのうえ、物品をアタッチメントに支持させるだけで容易に物品を所定の位置に支持することができることから、ロボットの教示作業において物品の位置を容易に教示することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、図１において、１はアイソレータ２内で容器の移送や回転等の処理を行うロボット制御システムである。このロボット制御システム１においては、アイソレータ２内に第１ロボット３および第２ロボット４を設けてあり、それらによってアイソレータ２内での容器の移送や１つの容器から他の容器への液体の注ぎ分け等の所定の処理を行わせるよになっている。そのためにオペレータが制御装置６へ所要事項を教示すると、制御装置６は自動化運転のための作動プログラムを作成するようになっている。

ロボット制御システム１は、滅菌ガスにより内部空間を無菌状態にすることが可能な従来公知のアイソレータ２内に設けられた供給位置Ａおよび待機位置Ｂに隣接させて配置された上記第１ロボット３及び第２ロボット４と、これら両ロボット３，４の作動を制御する制御装置６と、供給位置Ａに設けられてアタッチメントＡ１〜Ａ３を介して容器Ｂ１〜Ｂ３を支持する第１支持手段７と、待機位置Ｂに設けられてアタッチメントＡ１〜Ａ３を介して容器Ｂ１〜Ｂ３を支持可能な第２支持手段８とを備えている。なお、アイソレータ２内には、第２ロボット４に隣接した処理位置Ｃに従来公知の遠心分離機５が設置されている。また、アイソレータ２内の供給位置Ａの近くに左右一対の作業グローブ９が配置されており、所要の場合にはオペレータが上記一対の作業グローブ９内に左右の腕を挿入して、該作業グローブ９を介してアイソレータ２内で所要の作業を行うことができるようになっている。
上記アイソレータ２の作業グローブ９が設けられた側壁は開閉扉２Ａとなっており、開閉扉２Ａを開放することでオペレータは供給位置Ａや待機位置Ｂに両ベース１１，２１を取り付けたり、それらにアタッチメントＡ１〜Ａ３を取り付けたり、さらにアタッチメントＡ１〜Ａ３に容器Ｂ１〜Ｂ３を載置したりといった作業ができるようになっている。

このようなアイソレータ２の構成は従来公知のものと同じであり、上記開閉扉２Ａを閉鎖した密閉状態において、アイソレータ２内に滅菌ガスを供給することでアイソレータ２の内部を滅菌できるようになっている。
また、上記遠心分離機５は、液体が入れられて、かつ上端開口に栓が取り付けられた状態の容器Ｂ１を保持して回転することにより、該容器Ｂ１内の液体を上層及び下層の２種類の液体に分離させることができる。この遠心分離機５の構成も従来公知である。

第１ロボット３および第２ロボット４は、従来公知の６軸多関節型の産業用ロボットであり、両ロボット３，４は同様の構成を備えているので第１ロボット３について説明する。第１ロボット３は、アーム３Ａの先端に各容器Ｂ１〜Ｂ３を把持可能なグリッパ３Ｂを備えており、さらにグリッパ３Ｂを構成する一対の把持部材には、それらの対向位置に係合凹部３Ｃが形成されている（図２参照）。そして、円筒状をした各容器Ｂ１、Ｂ２をグリッパ３Ｂによって把持する際には、上記対向位置の係合凹部３Ｃにより各容器Ｂ１、Ｂ２の外周部を安定して把持できるようになっている。グリッパ３Ｂは、対向する係合凹部３Ｃの中心を結ぶ仮想線Ｌ１とアーム３Ａの軸心を延長した仮想線Ｌ２との交点を、容器Ｂ１、Ｂ２を把持する際の把持中心ＣＸとしてあり、このグリッパ３Ｂで円筒状の容器Ｂ１、Ｂ２を把持する際には、上記把持中心ＣＸを通り、かつ仮想線Ｌ１と仮想線Ｌ２とに直交する仮想線Ｌ３が円筒状の容器Ｂ１、Ｂ２の中心（軸心）と一致させるようにする。
また、第２ロボット４もアーム４Ａおよびグリッパ４Ｂを備えており、それらの構成は上述した第１ロボット３のものと同様のため、詳細な説明は省略する。

供給位置Ａの第１支持手段７は、所定高さで水平に設置される第１ベース１１と、容器Ｂ１〜Ｂ３をそれぞれ予め定めた一定の状態で支持可能な３種類のアタッチメントＡ１〜Ａ３とを備えている。そして各アタッチメントＡ１〜Ａ３は、第１ベース１１の取り付け位置のいずれかに位置決め手段１２によって一定の状態に位置決めされて取り付けられるようになっている。また、待機位置Ｂの第２支持手段８は、所定高さで水平に設置される第２ベース２２と、第２ベース２２のいずれかの取り付け位置に一定の状態に位置決めされて取り付けられる上記３種類のアタッチメントＡ１〜Ａ３とを備えている。
第１支持手段７のアタッチメントＡ１〜Ａ３は、本実施例で使用する各容器Ｂ１〜Ｂ３の形状と寸法に合わせて形成されており、各アタッチメントＡ１〜Ａ３の上面には所定深さで収容凹部Ａａが形成されている。各アタッチメントＡ１〜Ａ３の収容凹部Ａａに、その形状に応じた各容器Ｂ１〜Ｂ３の下部を挿入させて支持させるようになっている。例えば、円筒状の試験管である容器Ｂ１、Ｂ２を支持するためのアタッチメントＡ１、Ａ２は概略カップ状に形成されており、横長の角型の容器Ｂ３を支持するアタッチメントＡ３は横長の箱型に形成されている。
各アタッチメントＡ１〜Ａ３に対して、それに対応する各容器Ｂ１〜Ｂ３を支持させた際には、各アタッチメントＡ１〜Ａ３に対して各容器Ｂ１〜Ｂ３が予め定めた一定の状態で支持されるようになっている。つまり、各アタッチメントＡ１〜Ａ３の収容凹部Ａａの形状に応じて、各アタッチメントＡ１〜Ａ３に対する各容器Ｂ１〜Ｂ３の支持状態が特定されるようになっている。

各アタッチメントＡ１〜Ａ３の底部には、係合ピンＡｂを突設させるとともに、その隣接位置に回り止めピンＡｃを突設させている（図３）。第１ベース１１にアタッチメントＡ１〜Ａ３を取り付ける際には、第１ベース１１に形成された取り付け位置である多数の係合孔１１ＡのいずれかにアタッチメントＡ１〜Ａ３の係合ピンＡｂを嵌合させるとともに第１ベース１１の回り止め孔１１ＢにアタッチメントＡ１〜Ａ３の回り止めピンＡｃを係合させるようにする。それにより、第１ベース１１のいずれかの取り付け位置に各アタッチメントＡ１〜Ａ３を取り付けることができるようになっている。そして、取り付け後の状態では、上記回り止めピンＡｃが回り止め孔１１Ｂに係合することで、第１ベース１１に対して各アタッチメントＡ１〜Ａ３は回転しないように取り付け方向が決定されるようになっている。
本実施例においては、アタッチメントＡ１〜Ａ３の係合ピンＡｂとそれが係合する係合孔１１Ａ、および回り止めピンＡｃとそれが係合する回り止め孔１１Ｂとによって位置決め手段１２が構成されている。

円筒状をした試験管である容器Ｂ１、Ｂ２を支持するアタッチメントＡ１、Ａ２の係合ピンＡｂは、各アタッチメントＡ１、Ａ２の軸心と一致させて配置されている。そのため、アタッチメントＡ１、Ａ２に支持された容器Ｂ１、Ｂ２を第１ロボット３のグリッパ３Ｂで把持する際には、該グリッパ３Ｂの上記仮想線Ｌ３を係合ピンＡｂの軸心と同一軸線上に位置させるようにする。
なお、横長の角型となる容器Ｂ３を支持するアタッチメントＡ３の場合は、該アタッチメントＡ３に支持された容器Ｂ３をグリッパ３Ｂで安定して把持できる位置に、その仮想線Ｌ３と同一軸線上となる底部の位置に上記係合ピンＡｂが配置されており、また、それに隣接させて回り止めピンＡｃが取り付けられている。
つまり、アタッチメントＡ１〜Ａ３に支持された状態の容器Ｂ１〜Ｂ３をロボット３のグリッパ３Ｂで把持する際には、グリッパ３Ｂの把持中心ＣＸ及び仮想線Ｌ３と各アタッチメントＡ１〜Ａ３の係合ピンＡｂとを同一軸線上に位置させるようにする。
このように、アタッチメントＡ１〜Ａ３の係合ピンＡｂと第１ベース１１の係合孔１１Ａ、および回り止めピンＡｃと回り止め孔１１Ｂとからなる位置決め手段１２により、第１ベース１１の取り付け位置のいずれかに各アタッチメントＡ１〜Ａ３を特定の状態で着脱自在に取り付けることができるようになっている。

次に、第１ベース１１は、その支持面（表面）に碁盤目状の縦横の仮想線（Ｘ１〜Ｘ４、Ｙ１〜Ｙ５）を設定してあり、それら縦横の仮想線が交差する各交点は上記アタッチメントＡ１〜Ａ３が取り付け可能な取り付け位置となっている。そして、全ての取り付け位置（全ての交点の位置）を特定するためのアドレスが付されており、さらにそれら全ての取り付け位置の位置座標は予め制御装置６に登録されている。上記第１ベース１１の支持面における各交点である取り付け位置にそれぞれ係合孔１１Ａが形成されるとともに、各係合孔１１Ａの隣接位置で各仮想線Ｘ１〜Ｘ４上に各回り止め孔１１Ｂが形成されている。そして、前述したように各アタッチメントＡ１〜Ａ３の係合ピンＡbと回り止めピンＡｃを支持面における所要の取り付け位置の係合孔１１Aと回り止め孔１１Ｂに係合させることで、アタッチメントＡ１〜Ａ３を支持面に特定の状態で取り付けることができる。

本実施例においては、教示作業の前にオペレータはロボットにより処理させようとする各容器Ｂ１〜Ｂ３の種類に応じて、それらを第１ベース１１におけるどこの取り付け位置で支持するかを決め、その取り付け位置の係合孔１１Ａに各容器Ｂ１〜Ｂ３に応じたアタッチメントＡ１〜Ａ３を事前に取り付けるとともに、各アタッチメントＡ１〜Ａ３にそれぞれ容器Ｂ１〜Ｂ３を支持させておく。

供給位置Ａの第１支持手段７は以上のように構成されており、待機位置Ｂの第２支持手段８も上記第１支持手段７の第１ベース１１および各アタッチメントＡ１〜Ａ３と同様に構成されている。つまり、第２支持手段８は、上記第１支持手段７と同様の３個のアタッチメントＡ１〜Ａ３を備えており、また、第２ベース２２の支持面は碁盤目状に縦横の仮想線が設定されるとともに、各交点となる取り付け位置に図示しない係合孔が形成され、さらにその隣接位置に図示しない回り止め孔が形成されている。上記縦横の仮想線が交差する各交点である取り付け位置の係合孔は、そこを特定するアドレスが付されており、かつ各取り付け位置の位置座標は予め制御装置６に登録されている。
この第２支持手段８においても、上記第１支持手段７の場合と同様に、容器Ｂ１〜Ｂ３の種類に応じて予め決めた取り付け位置にオペレータが空のアタッチメントＡ１〜Ａ３を事前に取り付けておく。

制御装置６は教示手段を備えており、オペレータが教示手段を操作することにより作業プログラムが作成されるようになっている。教示手段は例えば、設定画面上で１つの動作としてロボット番号、取扱いワーク、作業位置、作業の種類をそれぞれ指定することができるようになっており、複数の動作をつなげることで、１つの作業プログラムが完成するようになっている。
例えば制御装置６においてロボットが次のような動作順で作業を行うものとする。すなわち、第１動作として、第１ロボット３はアーム３Ａを所定姿勢にして供給位置Ａの第１支持手段７に支持された容器Ｂ１の上方に移動してから下降して容器Ｂ１を把持して持ち上げて、アタッチメントＡ１から容器Ｂ１を抜き取った後、第１ロボット３のアーム３Ａを待機位置Ｂの第２支持手段８のアタッチメントＡ１の上方まで移送し、その位置においてアーム３Ａを下降して第２支持手段８側の空のアタッチメントＡ１に容器Ｂ１を嵌合させて支持させる。第２、第３の動作として第１ロボット３は残りの各容器Ｂ２、Ｂ３についても上述した容器Ｂ１の場合と同様に供給位置Ａから待機位置Ｂの各アタッチメントＡ２、Ａ３に支持させる。

上述した第１ロボット３の動作の後に、第４動作として第２ロボット４は、液体が入った容器Ｂ１をグリッパ４Ｂにより待機位置Ｂで把持して持ち上げてアタッチメントＡ１から抜き取った後に、容器Ｂ１を処理位置Ｃまで移送し、遠心分離機５に容器Ｂ１を供給し、その後、遠心分離機５の隣接位置で待機する（図１）。その後、遠心分離機５による液体の遠心分離処理が終わったら、第５動作として第２ロボット４は遠心分離処理済みの容器Ｂ１を遠心分離機５から取り外して待機位置Ｂの第２支持手段８上まで移送する。第２ロボット４のグリッパ４Ｂに把持されている容器Ｂ１内には、上記遠心分離処理によって二層に分離された液体が入っている。そして、第６動作として第２ロボット４は、待機位置Ｂにおける容器Ｂ２の位置まで容器Ｂ１を移動させてから容器Ｂ２に上記二層に分離されたうちの上層の一部の液体を注ぎ入れ、次に第２ロボット４は、容器Ｂ３へ容器Ｂ１の残りの液体を注ぎ入れる。最後に第７動作として第２ロボット４は、空となった容器Ｂ１を待機位置Ｂにある空のアタッチメントＡ１内に嵌合させてグリッパ４Ｂによる容器Ｂ１の把持状態を解放させる。このような作業をロボットに行わせるために上記制御装置６の設定画面上でオペレータが所要事項を入力（教示）することができるようになっている。

教示作業において、オペレータは、先ず上述した第１動作を教示するのに、設定画面上でロボット番号として第１ロボット３、取扱いワークとして容器Ｂ１、作業位置として供給位置ＡのアタッチメントＡ１の取り付け位置のアドレス（Ｘ４−Ｙ１）、作業の種類としてピックアップを指定する。なお、作業位置を教示する際には、取り付け位置でのグリッパ３Ａにより容器Ｂ１を把持する高さと把持した後に持ち上げる高さを入力し、容器Ｂ１を把持する際のグリッパ３Ａの方向を指定するようになっている。また、第１ロボット３が待機位置ＢのアタッチメントＡ１に容器Ｂ１を載置するために、オペレータは、作業位置として待機位置ＢでのアタッチメントＡ１の取り付け位置のアドレス、作業の種類として平行移動とその後の載置を指定する。この教示の際には取り付け位置でのグリッパ３Ａの下降開始高さと容器Ｂ１を解放した後に上方に退避する高さと、容器Ｂ１を載置する際のグリッパ３Ａの方向を指定する。
この教示において、作業位置は処理しようとしている容器が支持されている第１ベース１１の取り付け位置のアドレスや容器を支持させようとしている第２ベース２１の取り付け位置のアドレスを指定するだけでよいようになっている。この第１動作の教示と同様に第２動作から第７動作についても、オペレータは制御装置６の設定画面上で所要事項を入力（教示）する。

以上の教示に基づいて、制御装置６は、両ロボット３，４を前述したように作動させるための作動プログラムを作成するようになっている。
このとき、供給位置Ａおよび待機位置Ｂの両支持手段７，８における両ベース１１、１２の各取り付け位置の位置座標データは予め制御装置６に登録されているので、制御装置６は、作業位置として指定されたアドレスより作業位置の位置座標を認識することができるようになっている。

そしてオペレータにより制御装置６に対して上記作動プログラムを実行するようにプログラム実行指令が入力されると、制御装置６は、上記教示作業により作成した作動プログラムに基づいて前述したように第１ロボット３および第２ロボット４を作動させる。

次に上述した作業とは形状の異なる容器を取り扱う作業をロボットに行わせる場合、容器の形状に応じたアタッチメントを用意して、いずれかの取り付け位置にアタッチメントを取り付けて、制御装置６の教示手段により所定の作業の教示を行う。
このように、制御装置６により形状の異なる容器を両ロボット３，４によって把持・移送する等の処理を教示するに際して、取り付け位置のいずれかに容器の形状に応じたアタッチメントを取り付けるだけでよく、また、オペレータは制御装置６に対してそのアタッチメントが取り付けられた取り付け位置のアドレスを教示するだけで良い。

なお、上記実施例においては、容器が円筒状ではなく横長で異形の容器Ｂ３のような場合には、複数の取り付け位置にわたってアタッチメントＡ３を取り付けることになるが、その場合においても、係合ピンＡｂを嵌合させる係合孔１１Ａの位置、つまり取り付け位置をオペレータが制御装置６に入力して教示することで、支障なくグリッパ３Ｂで容器Ｂ３を把持することができる。
さらに、上記実施例においては、アタッチメントＡ１〜Ａ３側に係合ピンＡｂを取り付けるとともに第１ベース１１に係合孔１１Ａを形成しているが、係合ピンＡｂを第１ベース１１の取り付け位置に設けるとともにアタッチメントＡ１〜Ａ３の底部に係合孔１１Ａを設けてもよい。
また、係合ピンＡｂや係合孔１１Ａの断面を円形以外の形状、例えば四角形にしてもよく、その場合には回り止めピンＡｃと回り止め孔１１Ｂを省略することができる。
また、ロボットによる処理対象が容器Ｂ１、Ｂ２のように回転体形状の物品である場合には、アタッチメントＡ１、Ａ２上面の収容凹部Ａａ及び断面形状が円形の係合ピンＡｂの軸心を一致させて設けることにより、アタッチメントＡ１、Ａ２の係合ピンＡｂとそれが係合する第１ベース１１の係合孔１１Ａのみによって位置決め手段１２を構成することができ、回り止めピンＡｃと回り止め孔１１Ｂを省略してもよい。
さらに、上記各ベース１１、２１は、複数に分割可能な分割構造としてもよい。
また上記両ベース１１、２１とは異なる取り付け位置が設けられたベースを供給位置Ａや待機位置Ｂに設ける場合は、そのベースの各取り付け位置を予め制御装置６に登録しておく。この場合、ベースを供給位置Ａや待機位置Ｂに着脱自在に構成する。

本発明の一実施例を示す平面図。図１の要部を示す斜視図。図２に示す要部の拡大図。

符号の説明

１‥ロボット制御システム３‥第１ロボット
４‥第２ロボット６‥制御装置
７‥第１支持手段８‥第２支持手段
１１‥第１ベース１２‥位置決め手段
２２‥第２ベース
Ａ１〜Ａ３‥アタッチメントＢ１〜Ｂ３‥容器（物品）

Claims

物品を所定の位置に支持する支持手段と、上記物品に対して所定の処理を行うロボットと、このロボットの作動を制御する制御装置とを備えたロボット制御システムにおいて、
上記支持手段は、複数の取り付け位置を設けたベースと、少なくとも第１アタッチメントと第２アタッチメントとを備えており、上記第１アタッチメントは上記取り付け位置のいずれかに一定の状態に位置決めされて着脱自在に取り付けられ、かつ第１物品をその形状にあわせて予め定めた一定の状態で支持するようになっており、また上記第２アタッチメントは上記取り付け位置のいずれかに一定の状態に位置決めされて着脱自在に取り付けられ、かつ第１物品と異なる第２物品をその形状にあわせて予め定めた一定の状態で支持するようになっており、
上記ベースの各取り付け位置の位置データは予め上記制御装置に登録されており、
上記第１アタッチメント又は第２アタッチメントを上記ベースの取り付け位置のいずれかに取り付けるとともに、当該取り付け位置を上記制御装置に入力することにより、制御装置は、当該取り付け位置の第１アタッチメント又は第２アタッチメントの種類に応じて当該アタッチメントに支持された第１物品又は第２物品の位置を認識することを特徴とするロボット制御システム。
上記ロボットによる所定の処理とは、上記アタッチメントへ物品を支持させること、又は上記アタッチメントに支持された物品を把持して他の位置へ移送すること、又は上記アタッチメントに支持された物品に対して他の物品から内容物を移し替えることのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のロボット制御システム。
上記ベースとアタッチメントは、アタッチメントとベースの取り付け位置とのいずれか一方に設けた係合ピンと、いずれか他方に設けられて係合ピンが係合する係合孔とにより位置決めされることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロボット制御システム。