JP5343609B2

JP5343609B2 - 動作軌道生成装置、動作軌道生成方法、ロボット制御装置及びロボット制御方法

Info

Publication number: JP5343609B2
Application number: JP2009037003A
Authority: JP
Inventors: 江桁劉
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2029-02-19
Also published as: JP2010188485A

Description

本発明は、複数の対象ワークの組立作業を行う組立ロボットに好適な対象ワークの位置姿勢よりロボット保持部の軌道を演算する動作軌道生成装置及び動作軌道生成方法並びにこれらを使用したロボット制御装置及びロボット制御方法に関する。

組立ロボットは、一般的にロボットハンドが一つの対象ワークを正確に保持して、正確に位置決めしたもう一つの対象ワークに対して組立を行う。この組立作業において、組立直前のロボットハンドの位置姿勢と組立した後のロボットハンドの位置姿勢をロボットに教示・入力して、ロボット制御装置によって組立前後の位置姿勢との間の経路の補間演算を行い、ロボットハンドの移動軌道を生成するようにしている。

このようなロボット制御装置として、従来、アーク溶接ロボットの経路補間演算技術として、例えば、重力方向Ｇに一致したＺ軸座軸を有したロボット座標系Σｒで教示データの入力を受け付ける教示データ入力処理と、ワークの位置姿勢に対して一定の位置関係を有するワーク座標系Σｐにロボット座標系Σｒの教示データを座標変換する第１変換処理と、ワーク座標系Σｐに座標変換された教示データからワーク座標系Σｐにおける動作データを求める動作データ作成処理と、ワーク座標系Σｐの動作データをロボット座標系Σｒの動作データに座標変換する第２変換処理とを処理ステップとして有した教示データ処理ルーチンを備えたロボット制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１５３４８３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、ロボット座標系でデータを教示し、ワーク座標系へ座標変換して、ロボット座標系の溶接条件（重力等）を考慮して経路の補間演算を行ってから、再びロボット座標系へ座標変換するようにしている。溶接ロボットでは、ロボット座標系における溶接条件、例えば、溶接方向と重力方向との関係が重要であり、上記従来例は有効であるが、組立ロボットでは、必ずしも有効ではない。

組立ロボットでは、組立作業を実現するために、二つの対象ワーク間の相対位置関係及びワーク間の拘束条件が重要である。例えば、図２（ａ）に示すように、第２対象ワークであるコイルばね１４のフック部１３を第１対象ワークである板１２の穴１１に通してかける作業を行う場合を想定する。この場合には、組立作業を行う際に、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、組立前後及び組立の中間姿勢では、板１２のＹ軸姿勢とコイルばね１４のフック部１３のＹ軸姿勢とを平行に保つことが重要な拘束条件であり、溶接ロボットのようなロボット座標系での重力等の条件を全く考慮する必要が無い。

このように、図２のような組立作業では、ロボット座標系で作業するためのロボットハンドの位置姿勢を教示・入力し、ロボットハンドの中間位置姿勢をロボット座標系で補間演算できる。演算したロボットハンドの位置姿勢とワークの位置姿勢と一対一の座標変換であるが、その座標変換は線形変換ではないので、前記板１２のＹ軸姿勢とコイルばね１４のフック部１３のＹ軸姿勢とが平行であるという拘束条件を保つことができないという未解決の課題がある。

そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、組立対象ワークの組立作業を行うために、ワーク座標系での拘束条件に基づいて、ワーク間の相対位置関係で動作軌道を生成し、ワークの位置及び姿勢を用いて、ロボット座標系におけるワーク保持部の動作軌道を演算する動作軌道生成装置及び動作軌道生成方法並びにこれらを使用したロボット制御装置及びロボット制御方法を提供することを目的としている

上記目的を達成するために、請求項１に係る軌道生成装置は、ワーク保持部を有するロボットを用いて、ロボット座標系にある第１対象ワークと前記ワーク保持部が保持している第２対象ワークとの組立作業を行う際に用いられる動作軌道生成装置であって、前記第１対象ワークの位置姿勢を基準としたワーク座標系において、組立の拘束条件に基づいた前記第２対象ワークの動作軌道を生成する動作軌道生成部と、前記ロボット座標系における前記第１対象ワークの位置姿勢を用いて、前記ワーク座標系での前記第２対象ワークの動作軌道を前記ロボット座標系での前記第２対象ワークの動作軌道へ変換する第１座標変換部と、前記ワーク保持部が保持している前記第２対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を用いて、前記ロボット座標系での前記第２対象ワークの動作軌道を前記ロボット座標系での前記ワーク保持部の動作軌道へ変換する第２座標変換部とを備え、前記ワーク座標系での拘束条件に基づいたロボット座標系におけるワーク保持部の動作軌道の生成を行うことを特徴としている。

また、請求項２に係る動作軌道生成装置は、請求項１に係る発明において、前記ワーク保持部が保持している前記第２対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を計測する第２対象ワーク位置姿勢計測部を備え、前記第２座標変換部は、前記第２対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係として、前記第２対象ワーク位置姿勢計測部で計測した前記第２対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を用いることを特徴としている。

さらにまた、請求項３に係る動作軌道生成装置は、請求項１または２に係る発明において、前記ロボット座標系における前記第１対象ワークの位置姿勢を計測する第１対象ワーク位置姿勢計測部を備え、前記第１座標変換部は、前記ロボット座標系における前記第１対象ワークの位置姿勢として、前記第１対象ワーク位置姿勢計測部で計測した前記ロボット座標系における前記第１対象ワークの位置姿勢を用いることを特徴としている。

また、請求項４に係る動作軌道生成方法は、ワーク保持部を有するロボットを用いて、ロボット座標系にある第１対象ワークと前記ワーク保持部が保持している第２対象ワークとの組立作業を行う際に用いられる動作軌道生成方法であって、前記第１対象ワークの位置姿勢を基準としたワーク座標系において、組立の拘束条件に基づいた前記第２対象ワークの動作軌道を生成する動作軌道生成ステップと、前記ロボット座標系における前記第１対象ワークの位置姿勢を用いて、前記ワーク座標系での前記第２対象ワークの動作軌道を前記ロボット座標系での前記第２対象ワークの動作軌道へ変換する第１座標変換ステップと、前記ワーク保持部が保持している前記第２対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を用いて、前記ロボット座標系での前記第２対象ワークの動作軌道を前記ロボット座標系での前記ワーク保持部の動作軌道へ変換する第２座標変換ステップとを備え、前記ワーク座標系での拘束条件に基づいたロボット座標系におけるワーク保持部の動作軌道の生成を行うようにしたことを特徴としている。

さらにまた、請求項５に係る動作軌道生成方法は、請求項４に係る発明において、前記ワーク保持部が保持している前記第２対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を計測する第２対象ワーク位置姿勢計測ステップを有し、前記第２座標変換ステップは、前記第２対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係として、前記第２対象ワーク位置姿勢計測ステップで計測した前記第２対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を用いることを特徴としている。

なおさらに、請求項６に係る動作軌道生成方法は、請求項４または５に係る発明において、前記ロボット座標系における前記第１対象ワークの位置姿勢を計測する第１対象ワーク位置姿勢計測ステップを有し、前記第１座標変換ステップは、前記ロボット座標系における前記第１対象ワークの位置姿勢として、前記第１対象ワーク位置姿勢計測ステップで計測した前記ロボット座標系における前記第１対象ワークの位置姿勢を用いることを特徴としている。

さらに、請求項７に係るロボット制御装置は、前記請求項１乃至３の何れか１項に記載の動作軌道生成装置と、該動作軌道生成装置で生成した前記ロボット座標系での前記ワーク保持部の動作軌道に基づいて前記組立ロボットを駆動制御するロボット制御部とを備えたことを特徴としている。
さらにまた、請求項８に係るロボット制御方法は、前記請求項４乃至６の何れか１項に記載の動作軌道生成方法で生成した前記ロボット座標系での前記ワーク保持部の動作軌道に基づいて前記組立ロボットを駆動制御するロボット制御ステップを備えたことを特徴としている。

請求項１および４に係る発明によれば、ワーク保持部を有するロボットを用いて、ロボット座標系にある第１対象ワークと前記ワーク保持部が保持している第２の対象ワークとの組立作業を行う際に、組立の拘束条件に基づいて第１対象ワークの位置姿勢を基準としたワーク座標系において、前記第２の対象ワークの動作軌道を生成するので、個々の中間位置姿勢は必ずワークとワークとの間の拘束条件を保つことができるという効果が得られる。また、動作軌道の生成では、ワークとワークとの相対位置関係のみを考慮し、ロボットの構造や動作範囲などを考慮する必要がない。つまり、組立作業の動作軌道の生成と特定なロボットとを完全に切り離して、工場の生産ライン以外に、ロボット装置を使用せずに、別のフィールドで組立作業の作業者の知恵を反映した動作軌道を生成することができる効果がある。

また、複数の対象ワークを組立する場合に、ワーク座標系でワークとワークとの間の拘束条件に基づいて、ワーク間の相対位置関係で動作軌道を生成し、ワーク保持部の動作軌道へ座標変換するので、個々の中間位置姿勢は必ずワークとワークとの間の拘束条件を保つことができるという効果が得られる。
また、請求項２，３，５及び６に係る発明によれば、第１および／または第２対象ワーク位置姿勢計測部又は第１および／または第２対象ワーク位置姿勢計測ステップで前記ロボット座標系における前記第１および／または第２対象ワークの位置姿勢を計測し、その計測結果を用いて、前記第１および第２座標変換部又は第１および第２座標変換ステップによって、前記ワーク座標系での第２対象ワークの動作軌道を前記ロボット座標系での第２対象ワークの動作軌道へ変換するので、組立作業を行う前に対象ワークを正確に位置決めする必要がなく、動作軌道生成装置と組立ロボットとを簡単に組み合わせることができる。

さらに、請求項７及び８に係る発明によれば、動作軌道生成装置で生成したロボット座標系での前記ワーク保持部の動作軌道に基づいて前記組立ロボットを駆動制御するので、高精度な組立を実現することができるとういう効果が得られる。また、組立作業する前に対象ワークを正確に位置決めする必要がなく、位置姿勢計測装置と組立ロボットとを簡単に組み合わせることができるという効果が得られる。また、移動している対象ワークの位置姿勢の軌道データ（又は計測データ）を用いて、ワーク座標系で生成した動作軌道をロボット座標系へ変換する。そこで、組立作業する場合に、対象ワークを静止する必要がなく、ワーク保持部が移動中の対象ワークを追跡しながら組立を行うことが実現できる。

本発明の第１の実施形態を示すブロック図である。本発明の動作の説明に供する組立工程を示す説明図である。本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。

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は本発明の第１の実施形態を示すブロック図であって、図中、１は組立ロボットである。この組立ロボット１は、基部２に複数の関節３を介して先端にワーク保持部としてのロボットハンド４を備えた垂直多関節ロボットの構成とされている。ここで、組立ロボット１としては垂直多関節ロボットの構成とする場合に限らず、水平多関節ロボットや、ＸＹステージのようなロボット装置等も適用することができる。

この組立ロボット１によって、図１に示すように、例えば取付孔１１を有する板材で構成される第１対象ワーク１２に、一端にフック部１３を有するコイルばねで構成される第２対象ワーク１４を、その取付孔１１内にフック部１３を挿通して組み立てる。
このとき、座標系の定義として、ロボット座標系を、組立ロボット１の基部２に連結された第１関節の中心点を原点ｏ_rとするｏ_rｘ_rｙ_rｚ_rの三次元座標系で表し、第1対象ワークを基準としたワーク座標系を、第１対象ワーク１２の取付孔１１の中心を原点ｏ_wとするｏ_wｘ_wｙ_wｚ_wの三次元座標系で表し、ロボットハンド４を基準としたハンド座標系を、ロボットハンド４の中心点を原点ｏ_hとするｏ_hｘ_hｙ_hｚ_hの三次元座標系で表す。

また、第１対象ワーク１２の取付孔１１に、第２対象ワーク１４のフック部１３を挿通させるには、先ず、図２（ａ）に示すように、第１対象ワーク１２の取付孔１１の近傍に第２対象ワーク１４のフック部１３を近接させ、次いで、図２（ｂ）に示すように、第２対象ワーク１４を反時計方向に９０度回動させてフック部１３の先端と第１対象ワーク１２の取付孔１１とを対向させる。次いで、フック部１３の先端を第１対象ワーク１２の取付孔１１内に挿通し、挿通が完了した時点で第２対象ワーク１４をフック部１３の中心を中心として時計方向に９０度回転させることにより、図２（ｃ）に示すように、第１対象ワーク１２への第２対象ワーク１４の組立を完了する。

このような組立作業を実現するには、図２（ａ）に示す組立直前の姿勢、図２（ｂ）に示す中間姿勢及び図２（ｃ）に示す組立完了後の姿勢の各姿勢について一つの拘束条件がある。つまり、各姿勢とも、第１対象ワーク１２のＹ軸姿勢とコイルばね１４のＹ軸姿勢とが平行関係にあり、これが拘束条件として設定される。
また、Ａ座標系から見たＢ座標系の姿勢を下記（１）式のように記述することにする。

そして、組立ロボット１はロボット制御装置１０によって駆動制御される。このロボット制御装置１０は、組立拘束条件設定部３１、第２対象ワーク動作軌道生成部３２、第１対象ワーク位置姿勢計測部３３、第２対象ワーク位置姿勢計測部３４、第１座標変換部３５、第２座標変換部３６で構成される動作軌道生成装置２０と、関節角度座標変換部３７及び関節位置制御部３８とを備えている。

動作軌道生成装置２０の組立拘束条件設定部３１は、前述した組立時の組立直前姿勢、中間姿勢及び組立完了後姿勢の各拘束条件すなわち第１対象ワーク１２のＹ軸姿勢と第２対象ワーク１４のＹ軸姿勢とが平行関係であることが拘束条件Ｃとして設定される。
第２対象ワーク動作軌道生成部３２では、組立拘束条件設定部３１で設定された拘束条件Ｃが入力され、この拘束条件Ｃに基づいて第２対象ワーク１４の動作軌道を生成する。

この動作軌道は、ワーク座標系ｏ_wｘ_wｙ_wｚ_wの拘束条件Ｃを考慮した第１対象ワーク１２から見た第２対象ワーク１４の位置と姿勢の時系列方程式である。その軌道を下記（２）式のように表す。

第１対象ワーク位置姿勢計測部３３は、位置姿勢計測装置５で計測されたロボット座標系ｏ_rｘ_rｙ_rｚ_rにおける第１対象ワーク１２の位置と姿勢を、ロボット座標系ｏ_rｘ_rｙ_rｚ_rにおけるワーク座標系ｏ_wｘ_wｙ_wｚ_wの位置姿勢行列で表現する。その位置姿勢行列を

とする。

また、第２対象ワーク位置姿勢計測部３４は、位置姿勢計測装置５で計測されたロボットハンド４と第２対象ワーク１４との相対位置と姿勢を、ハンド座標系ｏ_hｘ_hｙ_hｚ_hにおける第２対象ワークの位置姿勢行列で表現する。その位置姿勢行列を

とする。

第１座標変換部３５では、第１対象ワーク位置姿勢計測部３３で表現されたワーク座標系ｏ_wｘ_wｙ_wｚ_wの位置姿勢行列に基づいて第２の対象ワーク動作軌道生成部３２で生成した第２対象ワーク１４の動作軌道をロボット座標系ｏ_rｘ_rｙ_rｚ_rへ変換する。この場合の座標変換結果は、下記式（５）で表される。

第２座標変換部３６では、第２対象ワーク位置姿勢計測部３４で計測したハンド座標系ｏ_hｘ_hｙ_hｚ_hにおける第２対象ワーク１４の位置姿勢行列を用いて、第１座標変換部３５で演算したロボット座標系での第２対象ワーク１４の動作軌道をロボットハンド４の動作軌道へ変換する。すなわち、第２対象ワーク１４から見たロボットハンド４の位置姿勢行列は、ロボットハンド４から見た第２対象ワーク１４の位置姿勢行列の逆行列であり、下記式（６）で表される。

すると、前述した図２の組立作業を実現するために、ロボットハンド４の動作軌道は下記式（７）で求められる。

関節角度座標変換部３７は、第２座標変換部３６で演算したロボットハンド４の動作軌道を組立ロボット１の各関節３の動作軌道へ変換する。
関節位置制御部３８は、関節角度座標変換部３７で演算した組立ロボット１の各関節の軌道に基づいて各関節位置を制御する。

次に、上記第１の実施形態の動作を説明する。
先ず、組立拘束条件設定部３１で、第１対象ワーク１２の取付孔１１に対して第２対象ワーク１４のフック部１３を挿通するための、両者の組立直前姿勢、中間姿勢及び組立完了後姿勢の各拘束条件である第１対象ワーク１２のＹ軸姿勢と第２対象ワーク１４のＹ軸姿勢とを平行関係とする拘束条件Ｃを設定する。

次いで、又はその前に、図１に示すように、ロボット座標系ｏ_rｘ_rｙ_rｚ_rの所望位置に第１対象ワーク１２を配置するとともに、組立ロボット１のロボットハンド４に第２対象ワーク１４を例えばフック部１３が上方となるように保持する。
このときの、第１対象ワーク１２の位置及び姿勢と、第２対象ワーク１４の位置及び姿勢とが位置姿勢計測装置５で計測され、これらの計測情報が第１対象ワーク位置姿勢計測部３３および第２対象ワーク位置姿勢計測部３４に入力される。このため、第１対象ワーク位置姿勢計測部３３で第１対象ワーク１２の位置及び姿勢を前述した（３）式で表される位置姿勢行列で表現するとともに、第２対象ワーク位置姿勢計測部３４でロボットハンド４と第２対象ワーク１４との相対位置と姿勢を前述した（４）式で表される位置姿勢行列で表現する。

前述したように、組立拘束条件設定部３１で、組立直前姿勢、中間姿勢及び組立完了後姿勢の各拘束条件Ｃが設定されると、第２対象ワーク動作軌道生成部３２で、拘束条件Ｃに基づいて第２対象ワーク１４の前述した（２）式で表される動作軌道を演算する。
そして、演算されるワーク座標系での第２対象ワーク１４の動作軌道が第１座標変換部３５に供給される。この第１座標変換部３５には第１対象ワーク位置姿勢計測部３３からのロボット座標系ｏ_rｘ_rｙ_rｚ_rにおける第１対象ワーク１２の位置姿勢を表現する前述した（３）式で表される位置姿勢行列が入力されており、この第１対象ワーク１２の位置姿勢行列に基づいて第２対象ワーク動作軌道生成部３２で生成したワーク座標系での第２対象ワーク１４の動作軌道をロボット座標系ｏ_rｘ_rｙ_rｚ_rへ変換することにより、前述した（５）式で表される変換結果を得る。

そして、この（５）式で表されるロボット座標系ｏ_rｘ_rｙ_rｚ_rでの第２対象ワーク１４の動作軌道を第２座標変換部３６に供給する。この第２座標変換部３６には、第２対象ワーク位置姿勢計測部３４で計測された前述した（４）式で表される第２対象ワーク１４とロボットハンド４との相対位置及び姿勢に基づく位置姿勢行列が入力されている。

このため、第２座標変換部３６で、第２対象ワーク位置姿勢計測部３４で計測した第２対象ワーク１４とロボットハンド４との相対位置姿勢を表す位置姿勢行列を用いて、第１座標変換部３５で演算したロボット座標系での第２対象ワーク１４の動作軌道をロボットハンド４の動作軌道へ変換する。この時の第２対象ワーク１４から見たロボットハンド４の位置姿勢行列は前述した（６）式で表されるように、ロボットハンド４から見た第２対象ワーク１４の位置姿勢行列の逆行列となる。この位置姿勢行列に基づいてロボットハンド４の前述した（７）式で表される動作軌道が求められ、このロボットハンド４の動作軌道が動作軌道生成装置２０の出力として関節角度座標変換部３７へ出力される。

この関節角度座標変換部３７では、ロボットハンド４の動作軌道を組立ロボット１の各関節３の動作軌道へ変換し、変換した各関節の動作軌道が関節位置制御部３８に供給されて、組立ロボット１の各関節３の位置を制御することにより、前述した図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ロボットハンド４に保持された第２対象ワーク１４の姿勢が制御されて、第１対象ワーク１２の取付孔１１へ第２対象ワーク１４のフック部１３が挿通されて、組立作業が完了される。

このように、上記第１の実施形態によると、組立拘束条件設定部３１で、組立直前姿勢、中間姿勢及び組立完了後姿勢の夫々について拘束条件Ｃを設定するので、第１対象ワーク１２及び第２対象ワーク１４を組立てる場合に、ワーク座標系でワーク間の拘束条件に基づいて、ワーク間の相対位置関係で動作軌道を生成し、ワーク保持部の動作軌道へ座標変換することができ、個々の中間位置姿勢は必ずワークとワークとの間の拘束条件を保つことができる。

さらに、ワーク保持部としてのロボットハンド４の動作軌道の生成では、ワークとワークとの相対位置関係のみを考慮し、ロボットの構造や動作範囲などを考慮する必要ない。つまり、組立作業の動作軌道の生成と特定なロボットとを完全に切り離して、工場の生産ライン以外に、ロボット装置を使用せずに、別のフィールドで組立作業の作業者の知恵を反映した動作軌道を生成することができる。

また、第１対象ワーク１２の位置及び姿勢と、組立ロボット１のロボットハンド４で保持された第２対象ワーク１４の位置及び姿勢を位置姿勢計測装置５で計測し、第１対象ワーク位置姿勢計測部３３および第２対象ワーク位置姿勢計測部３４で、位置姿勢行列として表現されて第１座標変換部３５及び第２座標変換部３６に供給される。このため、第１対象ワーク１２の位置及び姿勢が未知である場合でも、第１対象ワーク位置姿勢計測部３３で第１対象ワーク１２の位置及び姿勢が計測されて位置姿勢行列として表され、この第１対象ワーク１２の位置姿勢行列に基づいて第１の座標変換部３５で第２対象ワーク１４の動作軌道をロボット座標系ｏ_rｘ_rｙ_rｚ_rでの動作軌道へ変換することができる。さらに、第２対象ワーク１４とロボットハンド４との相対位置・姿勢が未知である場合でも、第２対象ワーク位置姿勢計測部３４で第２対象ワーク１４とロボットハンド４との相対位置・姿勢が計測されて位置姿勢行列として表され、第２座標変換部３６でワーク保持部となるロボットハンド４のロボット座標系ｏ_rｘ_rｙ_rｚ_rでの動作軌道を正確に生成することができる。このロボットハンド４のロボット座標系ｏ_rｘ_rｙ_rｚ_rでの動作軌道に基づいて関節角度座標変換部３７で各関節の動作軌道を求め、関節位置制御部３８で組立ロボット１の各関節３の位置を制御することにより、第１対象ワーク１２への第２対象ワーク１４の正確な組立を行うことができる。したがって、組立作業する前に対象ワークを正確に位置決めする必要がなく、位置姿勢計測装置と組立ロボットとを簡単に組み合わせることができる。つまり、ワークの位置姿勢が未知の場合に、位置姿勢計測用のセンサを用いてそれぞれのワークの位置及び姿勢を計測し、その計測データを用いて組立作業を行う時に、ロボットハンドの位置及び姿勢は対象ワークの位置及び姿勢によって変わるので、動作軌道を直接教示・入力ができなくなるという未解決の課題を解決している。

なお、上記第１の実施形態においては、第１対象ワーク１２の位置及び姿勢を位置姿勢計測装置５で計測し、第１対象ワーク位置姿勢計測部３３で位置姿勢行列として計測する場合について説明したが、第１対象ワーク１２の位置及び姿勢が予め位置決めされている場合には、位置姿勢計測装置５及び第１対象ワーク位置姿勢計測部３３での第１対象ワーク１２の位置及び姿勢を計測する必要はなく、位置決めされた第１対象ワーク１２の位置及び姿勢を直接第１座標変換部３５へ入力するようにしてもよい。

さらに、上記第１の実施形態においては、第２対象ワーク１４の位置及び姿勢を位置姿勢計測装置５で計測し、第２対象ワーク位置姿勢計測部３４で位置姿勢行列として計測する場合について説明したが、第２対象ワーク１４の位置及び姿勢が予め位置決めされている場合には、位置姿勢計測装置５及び第２対象ワーク位置姿勢計測部３４での第２対象ワーク１４の位置及び姿勢を計測する必要はなく、位置決めされた第２対象ワーク１４の位置及び姿勢を直接第２座標変換部３６へ入力するようにしてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態を図３について説明する。
この第３の実施形態では、移動している第１対象ワーク１２に対して第２対象ワーク１４を組立てるようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態では、図３に示すように、前述した第１の実施形態における第１座標変換部３５が第３座標変換部３９に置換され、この第３座標変換部３９に第１対象ワーク軌道データ入力部４０で入力された第１対象ワーク１２の動作軌道データが入力されている。

第１対象ワーク軌道データ入力部４０で入力される第１対象ワーク１２のロボット座標系ｏ_rｘ_rｙ_rｚ_rにおける動作軌道を

とする。

そして、第１対象ワーク軌道データ入力部４０で入力された第１対象ワーク１２の動作軌道が第３座標変換部３９に供給され、この第３座標変換部３９へは前述した第１の実施形態と同様に第２対象ワーク動作軌道生成部３２から拘束条件Ｃに基づいて生成された前述した（２）式で表される第２対象ワーク１４の動作軌道が入力されている。

この第３座標変換部３９では、移動する第１対象ワーク１２の位置及び姿勢を追跡しながら、組立作業を実現するために、下記（９）式で表されるロボットハンド４の動作軌道を用いて、第２対象ワーク動作軌道生成部３２で生成した第２対象ワーク１４の動作軌道をロボット座標系ｏ_rｘ_rｙ_rｚ_rに変換する。

そして、この第３座標変換部３９で変換された第２対象ワーク１４の動作軌道が前述した第２座標変換部３６に供給されることにより、この第２座標変換部３６で、第２対象ワーク位置姿勢計測部３４で計測された第２対象ワーク１４とロボットハンド４との相対位置関係の計測結果を表す前述した（５）式の位置姿勢行列を用いて、ロボット座標系ｏ_rｘ_rｙ_rｚ_rでの第２対象ワーク１４の動作軌道をロボット座標系ｏ_rｘ_rｙ_rｚ_rでのロボットハンド４の動作軌道へ変換する。
この場合のロボットハンド４の動作軌道は、下記（９）式で表すことができる。

そして、この第２座標変換部３６で生成されたロボットハンド４の動作軌道が関節角度座標変換部３７に供給されて、ロボットハンド４の動作軌道を組立ロボット１の各関節３の動作軌道へ変換し、変換した各関節の動作軌道が関節位置制御部３８に供給されて、組立ロボット１の各関節３の位置を制御することにより、移動する第１対象ワーク１２に対して第２対象ワーク１４を正確に装着して組立てることができる。

この第２の実施形態によると、所定の動作軌道で移動している第１対象ワーク１２に対して組立ロボット１のロボットハンド４に保持した第２対象ワーク１４を、拘束条件を守りながら正確に組付ける組み立て作業を実現できる。
なお、上記第２の実施形態においては、第１対象ワーク軌道データ入力部４０で移動する第１対象ワーク１２の動作軌道データを入力し、この動作軌道データを第３座標変換部へ供給するようにした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、移動する第１対象ワーク１２の動作軌道を位置姿勢計測装置５で計測し、第１対象ワーク位置姿勢計測部３３で、前述した（８）式で表される第１対象ワーク１２の動作軌道データを計測し、計測した動作軌道データを第３座標変換部３９へ入力するようにしてもよい。

また、上記第１及び第２の実施形態においては、第１対象ワーク１２として取付孔１１を有する板材を適用し、第２対象ワーク１４としてフック部１３を有するコイルばねを適用した場合について説明したが、第１対象ワーク１２及び第２対象ワーク１４は上記構成に限定されるものではなく、任意のワークを適用して、任意の形態で組立作業を行うことができる。さらに、第１対象ワーク１２及び第２対象ワーク１４の２種類のワークを組み立てる場合に限らず、３以上のワークを組み立てる場合にも本発明を適用することができる。

さらに、上記第１及び第２の実施形態においては、ワーク保持部としてロボットハンド４を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第２対象ワーク１４を保持できる構成であれば、任意の構成のワーク保持部を適用することができる。
また、第２対象ワーク１４の位置及び姿勢を位置姿勢計測装置５で計測し、第２対象ワーク位置姿勢計測部３４で位置姿勢行列として計測する場合について説明したが、第２対象ワーク１４の位置及び姿勢が予め位置決めされている場合には、位置姿勢計測装置５及び第２対象ワーク位置姿勢計測部３４での第２対象ワーク１４の位置及び姿勢を計測する必要はなく、位置決めされた第２対象ワーク１４の位置及び姿勢を直接第２座標変換部３６へ入力するようにしてもよい。

１…組み立てロボット、２…基部、３…関節、４…ロボットハンド、５…位置姿勢計測装置、１０…ロボット制御装置、１１…取付孔、１２…第１対象ワーク、１３…フック部、１４…第２対象ワーク、２０…動作軌道生成装置、３１…組立拘束条件設定部、３２…第２対象ワーク動作軌道生成部、３３…第１対象ワーク位置姿勢計測部、３４…第２対象ワーク位置姿勢計測部、３５…第１座標変換部、３６…第２座標変換部、３７…関節角度座標変換部、３８…関節位置制御部、３９…第３座標変換部、４０…第１対象ワーク軌道データ入力部

Claims

ワーク保持部を有するロボットを用いて、ロボット座標系にある第１対象ワークと前記ワーク保持部が保持している第２対象ワークとの組立作業を行う際に用いられる動作軌道生成装置であって、
前記第１対象ワークの位置姿勢を基準としたワーク座標系において、組立の拘束条件に基づいた前記第２対象ワークの動作軌道を生成する動作軌道生成部と、
前記ロボット座標系における前記第１対象ワークの位置姿勢を用いて、前記ワーク座標系での前記第２対象ワークの動作軌道を前記ロボット座標系での前記第２対象ワークの動作軌道へ変換する第１座標変換部と、
前記ワーク保持部が保持している前記第２対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を用いて、前記ロボット座標系での前記第２対象ワークの動作軌道を前記ロボット座標系での前記ワーク保持部の動作軌道へ変換する第２座標変換部とを備え、
前記ワーク座標系での拘束条件に基づいたロボット座標系におけるワーク保持部の動作軌道の生成を行うことを特徴とする動作軌道生成装置。
前記ワーク保持部が保持している前記第２対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を計測する第２対象ワーク位置姿勢計測部を備え、
前記第２座標変換部は、前記第２対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係として、前記第２対象ワーク位置姿勢計測部で計測した前記第２対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を用いることを特徴とする請求項１に記載の動作軌道生成装置。
前記ロボット座標系における前記第１対象ワークの位置姿勢を計測する第１対象ワーク位置姿勢計測部を備え、
前記第１座標変換部は、前記ロボット座標系における前記第１対象ワークの位置姿勢として、前記第１対象ワーク位置姿勢計測部で計測した前記ロボット座標系における前記第１対象ワークの位置姿勢を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の動作軌道生成装置。
ワーク保持部を有するロボットを用いて、ロボット座標系にある第１対象ワークと前記ワーク保持部が保持している第２対象ワークとの組立作業を行う際に用いられる動作軌道生成方法であって、
前記第１対象ワークの位置姿勢を基準としたワーク座標系において、組立の拘束条件に基づいた前記第２対象ワークの動作軌道を生成する動作軌道生成ステップと、
前記ロボット座標系における前記第１対象ワークの位置姿勢を用いて、前記ワーク座標系での前記第２対象ワークの動作軌道を前記ロボット座標系での前記第２対象ワークの動作軌道へ変換する第１座標変換ステップと、
前記ワーク保持部が保持している前記第２対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を用いて、前記ロボット座標系での前記第２対象ワークの動作軌道を前記ロボット座標系での前記ワーク保持部の動作軌道へ変換する第２座標変換ステップと
を備え、前記ワーク座標系での拘束条件に基づいたロボット座標系におけるワーク保持部の動作軌道の生成を行うようにしたことを特徴とする動作軌道生成方法。
前記ワーク保持部が保持している前記第２対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を計測する第２対象ワーク位置姿勢計測ステップを有し、
前記第２座標変換ステップは、前記第２対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係として、前記第２対象ワーク位置姿勢計測ステップで計測した前記第２対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を用いることを特徴とする請求項４に記載の動作軌道生成方法。
前記ロボット座標系における前記第１対象ワークの位置姿勢を計測する第１対象ワーク位置姿勢計測ステップを有し、
前記第１座標変換ステップは、前記ロボット座標系における前記第１対象ワークの位置姿勢として、前記第１対象ワーク位置姿勢計測ステップで計測した前記ロボット座標系における前記第１対象ワークの位置姿勢を用いることを特徴とする請求項４または５に記載の動作軌道生成方法。
前記請求項１乃至３の何れか１項に記載の動作軌道生成装置と、
該動作軌道生成装置で生成した前記ロボット座標系での前記ワーク保持部の動作軌道に基づいて前記組立ロボットを駆動制御するロボット制御部と
を備えたことを特徴とするロボット制御装置。
前記請求項４乃至６の何れか１項に記載の動作軌道生成方法で生成した前記ロボット座標系での前記ワーク保持部の動作軌道に基づいて前記組立ロボットを駆動制御するロボット制御ステップ
を備えたことを特徴とするロボット制御方法。