JP5673716B2 - ロボットシステム及び被加工物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットシステム及び被加工物の製造方法に関する。

近年、人間による作業をロボットにより自動化させる需要が高まっている。ロボットの動作を規定する種々の領域は、ロボットコントローラに設定される（例えば特許文献１を参照）。

特許第４６４８４８６号公報

ロボットを備えるロボットシステムにおいては、ティーチングの効率を向上させることが望まれている。

そこで本発明は、ティーチングの効率の向上が図られたロボットシステム、及び、被加工物の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るロボットシステムは、ロボットと、ロボットの動作を規定する領域情報が入力される制御部と、制御部に入力された領域情報に基づいて、領域をロボットの周辺物に投影する投影部とを備える。

本発明によれば、ティーチングの効率の向上が図られたロボットシステム、及び、被加工物の製造方法を提供することが可能となる。

本発明に係るロボットシステムの一実施形態を示す概略図である。 設定部に表示された画面を示す図である。 ロボットの周辺物に投影された領域を示す平面図である。

以下、実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示されるように、ロボットシステム１は、ロボットセル２及び設定部３を備えている。ロボットセル２は、架台部４、双腕ロボット５、ロボットコントローラ（制御部）６、プロジェクタ（投影部）８及びカメラ（撮像部）９を備えている。このようなロボットセル２を複数配列することにより、製造ラインを構成することが可能である。なお、複数のロボットセル２を配列して製造ラインを構成する際、設定部３は、ロボットセル２のそれぞれに設けられてもよいし、複数のロボットセル２で共有されてもよい。

架台部４は、双腕ロボット５を支持している。架台部４は、矩形板状の支持板４１及び支持板４１下に取り付けられた４本の脚部４２を有している。支持板４１上には、矩形板状の台座４３が設けられており、台座４３上に、双腕ロボット５が配置されている。また、台座４３上には、双腕ロボット５と離間した位置に、双腕ロボット５が作業を行う際に使用する円柱状の作業台４４が設けられている。

さらに、支持板４１上には、台座４３と離間した位置（図１では、支持板４１の隅の位置）に、直方体状の受渡部４５が設けられている。この受渡部４５にワークＷが載置されることにより、双腕ロボット５と作業者との間でワークＷの受け渡しが行われる。なお、受渡部４５では、例えば、双腕ロボット５が作業に用いる工具Ｔが受け渡されてもよい。

支持板４１には、カバー４６が設けられ、双腕ロボット５、台座４３、作業台４４及び受渡部４５を側方及び上方から覆っている。カバー４６は、支持板４１の４辺のそれぞれから上方に延びる側板と、側板の上部に設けられた天板と、側板及び天板を支持するフレームＦとで構成されている。フレームＦは、支持板４１の４隅のそれぞれから上方に延びる縦方向の柱と、縦方向の柱の上端部同士を連結する横方向の柱とを有している。カバー４６の側板及び天板は、例えば、外部から視認できるように透明な材料（例えば、ポリカーボネイト等）により形成されている。カバー４６の１つの側板には、受渡部４５に対応する一部分に、カバー４６内に作業者が手を進入させることが可能な受渡口４７が設けられている。なお、フレームＦには、ロボットセル２の動作状況を示す表示灯Ｐが取り付けられている。

双腕ロボット５は、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒを有している。左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒは、互いに共同して作業を行うことが可能であり、さらに、互いに独立して作業を行うことが可能である。すなわち、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒのそれぞれが、ロボットとして機能する。左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒのそれぞれは、多関節構造を有し、その先端部に継手部５２を含んでいる。左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒのそれぞれは、双腕ロボット５に内蔵された複数のアクチュエータにより、６自由度の動作が可能となっている。これにより、継手部５２は様々な位置、姿勢をとることが可能である。継手部５２には、工具Ｔが取り付けられている。なお、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒのそれぞれの自由度は一例であり、５自由度であっても７自由度以上であってもよい。

ロボットコントローラ６は、双腕ロボット５の動作を制御し、加えて、プロジェクタ８及びカメラ９も制御する。ロボットコントローラ６は、例えば演算装置、記憶装置及び入出力装置を有するコンピュータである。ロボットコントローラ６において入出力される情報には、例えば、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作を規定する領域の情報（領域情報）、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの一連の動作を規定するプログラム（ジョブ）等がある。

左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作を規定する領域には、ロボット動作領域、協調動作領域及び進入禁止領域が含まれている。ロボット動作領域においては、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒが進入可能である。ロボット動作領域は、協調動作領域及び進入禁止領域以外の領域である。

協調動作領域においては、当該協調動作領域に進入が許可された左アーム５１Ｌ、右アーム５１Ｒ又は作業者が進入可能である。協調動作領域は、例えば、作業台４４の上方の領域、及び、受渡部４５の上方の領域である。さらに協調動作領域は、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒが協調して動作し、作業者は進入しないとする第１の協調動作領域と、双腕ロボット５及び作業者が協調して動作する第２の協調動作領域とに細分化されてもよい。例えば、作業台４４の上方の協調動作領域は第１の協調動作領域であり、進入が許可された左アーム５１Ｌ又は右アーム５１Ｒが進入可能である。受渡部４５の上方の協調動作領域は第２の協調動作領域であり、進入が許可された左アーム５１Ｌ、右アーム５１Ｒ又は作業者が進入可能である。

進入禁止領域においては、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの進入が禁止される。進入禁止領域は、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒが周辺物と衝突すること等を回避するために設定される領域である。進入禁止領域は、例えば、支持板４１、台座４３、作業台４４、受渡部４５及びカバー４６等の各周辺物が存在する領域、並びに、カバー４６外の領域である。なお、安全性を向上させるため、進入禁止領域には、周辺物から所定距離以内の領域を含めてもよい。

ロボットコントローラ６は、例えば支持板４１下に配置されている。双腕ロボット５とロボットコントローラ６とは、配線により接続されている。なお、双腕ロボット５とロボットコントローラ６とは無線で接続されてもよいし、ロボットコントローラ６が双腕ロボット５に内蔵されていてもよい。

ロボットコントローラ６内の領域情報及びジョブ等は、ティーチングペンダント（ティーチング装置）７により、現場において作業者が設定又は修正することができる（オンラインティーチング）。ティーチングペンダント７は、配線によりロボットコントローラ６に接続されても、無線によりロボットコントローラ６に接続されてもよい。

プロジェクタ８は、ロボットコントローラ６に入力された領域情報に基づいて、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作を規定する領域を双腕ロボット５の周辺物に投影する。プロジェクタ８は、カバー４６の天板に下向きに配向されて固定されており、双腕ロボット５の上方より光を照射する。領域が投影される周辺物としては、例えば、支持板４１、台座４３、作業台４４、受渡部４５及びカバー４６等がある。プロジェクタ８は、配線によりロボットコントローラ６に接続されても、無線によりロボットコントローラ６に接続されてもよい。

カメラ９は、双腕ロボット５及び双腕ロボット５の周辺物を含む範囲を撮像する。カメラ９は、カバー４６の天板にプロジェクタ８と並べて下向きに配向されて固定されており、双腕ロボット５の上方より撮像する。カメラ９は配線によりロボットコントローラ６に接続されており、カメラ９により撮像された画像はロボットコントローラ６を介して設定部３に送られる。なお、カメラ９は、無線によりロボットコントローラ６に接続されてもよい。

設定部３は、ロボットコントローラ６に設定される領域情報及びジョブ等を生成する（オフラインティーチング）。設定部３は、例えば演算装置、記憶装置及び入出力装置を有するコンピュータである。設定部３は、液晶ディスプレイ等の表示部３１を有している。設定部３には、双腕ロボット５及び双腕ロボット５の周辺物の情報として、ＣＡＤデータが入力される。設定部３は、ＣＡＤデータを用いて、表示部３１に仮想空間を表示する。なお、双腕ロボット５及び双腕ロボット５の周辺物の寸法情報等が設定部３に入力され、入力された情報に基づいて、設定部３自身が双腕ロボット５及び双腕ロボット５の周辺物のＣＡＤデータを生成してもよい。設定部３には、カメラ９により撮像された画像がロボットコントローラ６を介して入力される。

設定部３は、入力されたこれらの情報に基づいて、領域情報及びジョブ等を生成する。設定部３は、領域情報として、例えば、ロボットセル２内における所定の点を基準とした座標系における領域の座標値（例えば、Ｘ座標値、Ｙ座標値、Ｚ座標値の各座標値又はそれらの組み合わせ）を生成する。設定部３は、表示部３１に表示された情報を作業者が確認し、作業者が指示を入力すると、入力された指示に基づいて領域情報を生成するように構成されている。なお、設定部３は、入力されたＣＡＤデータから自動的に領域情報を生成するように構成されていてもよい。さらには、設定部３は、カメラ９により撮像された画像から自動的に領域情報を生成するように構成されていてもよい。

設定部３は、配線によりロボットコントローラ６に接続されているが、無線によりロボットコントローラ６に接続されてもよく、ロボットコントローラ６に接続されていなくてもよい。設定部３がロボットコントローラ６と接続されていない場合には、設定部３により生成された領域情報を記憶媒体に記憶し、当該記憶媒体をロボットコントローラ６に接続することにより、領域情報をロボットコントローラ６に入力することができる。反対に、記憶媒体を用いて、カメラ９により撮像された画像を設定部３に入力することもできる。

次に、ロボットシステム１の動作の一例について説明する。

ロボットシステム１では、先ず、設定部３に双腕ロボット５及び双腕ロボット５の周辺物のＣＡＤデータが入力される。入力されたＣＡＤデータは、設定部３の表示部３１に仮想空間として表示される。作業者により設定部３に指示が入力されると、設定部３は、指示が示す範囲を左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作を規定する領域として設定し、当該領域の領域情報を生成する。図２に示されるように、表示部３１では、受渡部４５の上方の協調動作領域Ａの領域情報が生成される。続いて、設定部３により生成された領域情報が、ロボットコントローラ６に入力される。

続いて、図３に示されるように、ロボットコントローラ６に入力された領域情報に基づいて、協調動作領域Ａがプロジェクタ８により実際に双腕ロボット５の周辺物に投影されて、可視化される。このとき、設定部３により仮想空間で生成された領域情報と、現場の双腕ロボット５の周辺物の位置との間に誤差がある場合には、図３に示されるように、協調動作領域Ａと受渡部４５とが一致しない。具体的には、協調動作領域Ａが、受渡部４５及び支持板４１にまたがって投影されて、所望の位置からＹ方向にずれる場合等がある。この場合、現場において、作業者がティーチングペンダント７を用いて領域情報を修正するといった対応がされる。

以上、本実施形態のロボットシステム１では、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作を規定する領域を現場にいる作業者が視認できるため、領域設定の正誤を短時間で確認することができる。

従来のロボットシステムにおいては、例えば、ロボットを実際に動作させ、ロボットの動作に基づいて領域設定の正誤を確認する必要があった。このため、確認に時間がかかる上に、確認が困難であった。

これに対し、本実施形態のロボットシステム１では、ロボットコントローラ６に入力された領域情報に基づいて、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作を規定する領域がプロジェクタ８により双腕ロボット５の周辺物に投影される。このため、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作を規定する領域を現場にいる作業者が視認することが可能となる。作業者は、可視化された領域情報を確認しながらティーチング作業を行うことができる。従って、ティーチングの効率を向上できる。

ロボットシステム１は、双腕ロボット５の周辺物の情報が入力され、入力された周辺物の情報を使用して領域情報を生成する設定部３を備えており、設定部３により生成された領域情報がロボットコントローラ６に入力される。このため、所望の領域情報を容易に生成できる。特に、複数のロボットセル２を配列して製造ラインを構成する場合、設定部３により生成された同一の領域情報を複数のロボットセル２に設定することにより、ティーチングの効率をさらに向上できる。

設定部３に、双腕ロボット５の周辺物の情報として、双腕ロボット５の周辺物のＣＡＤデータが入力される。このため、周辺物のＣＡＤデータを基準にして領域情報を生成することが可能となり、領域情報を容易に生成できる。従って、ティーチングの効率をさらに向上できる。

ロボットシステム１は、プロジェクタ８により双腕ロボット５の周辺物に投影された領域を撮像するカメラ９を備え、設定部３に、双腕ロボット５の周辺物の情報として、カメラ９により撮像された画像が入力される。このため、例えば、仮想空間で生成された領域情報と、現場の双腕ロボット５の周辺物の位置との間に誤差がある場合に、作業者は、カメラ９により撮像された画像を設定部３の表示部３１で確認しながら、領域情報を遠隔で修正できる。

左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの動作を規定する領域には、ロボット動作領域、協調動作領域及び進入禁止領域が含まれており、ロボット動作領域においては、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒが進入可能であり、協調動作領域においては、当該協調動作領域に進入が許可された左アーム５１Ｌ、右アーム５１Ｒ又は作業者が進入可能であり、進入禁止領域においては、左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒの進入が禁止される。これらの領域は実際には視認できないため、これらの領域を双腕ロボット５の周辺物に投影して可視化することにより、ティーチングの効率を向上できる。

ロボットシステム１は、双腕ロボット５を支持する架台部４を備え、ロボットセル２として構成されている。複数のロボットセル２を配列して製造ラインを構成する場合、上述のように、ロボットセル２のそれぞれにおいてティーチングの効率を向上できるため、製造ライン全体の立ち上げに要する時間を短縮できる。

上述のようなロボットシステム１を用いて被加工物を得る被加工物の製造方法においても、同様の効果が得られる。被加工物には、ボルト等の部品や自動車等の組立体が含まれる。

以上、実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、設定部３により領域情報を生成しているが、ティーチングペンダント７を用いて領域情報を設定し、ティーチングペンダント７によりロボットコントローラ６に領域情報を入力して、これらの領域をプロジェクタ８により双腕ロボット５の周辺物に投影してもよい。

上記実施形態では、プロジェクタ８及びカメラ９は、ロボットコントローラ６に接続され、ロボットコントローラ６を介して設定部３との入出力を行っているが、プロジェクタ８及びカメラ９の一方又は双方がロボットコントローラ６を介さずに設定部３と接続され、設定部３により制御されるように構成されていてもよい。

上記実施形態では、プロジェクタ８及びカメラ９は、カバー４６の天板に固定されているが、カバー４６の側板に固定されていてもよい。プロジェクタ８がカバー４６の側板に固定されている場合、双腕ロボット５の側方から領域を投影でき、高さ方向（Ｚ方向）におけるずれを確認できる。また、プロジェクタ８及びカメラ９は、ロボットセル２外に固定されていてもよい。要は、プロジェクタ８は、領域を双腕ロボット５の周辺物に投影できる位置に固定されていればよく、カメラ９は、双腕ロボット５及び双腕ロボット５の周辺を含む範囲を撮像できる位置に固定されていればよい。さらに、プロジェクタ８及びカメラ９は、それぞれ複数設けられていてもよい。

上記実施形態では、領域は、ロボットシステム１のティーチング時に投影されているが、ロボットシステム１のプレイバック時（稼働時）に投影されてもよい。また、状況に応じて、領域に対する投影の状態が変化してもよい。

具体的には、ロボットシステム１のプレイバック時において、例えば、プロジェクタ８により協調動作領域Ａが緑色の光で受渡部４５に投影されている場合には、作業者が協調動作領域への進入を許可されている期間とし、協調動作領域Ａが赤色の光で受渡部４５に投影されている場合には、左アーム５１Ｌ又は右アーム５１Ｒが協調動作領域への進入を許可されている期間とすることができる。また、プロジェクタ８により協調動作領域Ａが連続的に投影（点灯）されている場合には、作業者が協調動作領域への進入を許可されている期間とし、協調動作領域Ａが断続的に投影（点滅）されている場合には、左アーム５１Ｌ又は右アーム５１Ｒが協調動作領域への進入を許可されている期間とすることができる。これらの場合、作業者が協調動作領域への進入を許可されている否かを容易に認識でき、安全性を向上できる。

上記実施形態では、協調動作領域Ａが投影されているが、ロボット動作領域又は進入禁止領域が投影されてもよい。また、協調動作領域、ロボット動作領域及び進入禁止領域のいずれか２つ以上の領域が同時に投影されてもよい。２つ以上の領域が同時に投影される場合には、各領域を異なる色で投影することにより、作業者は各領域を容易に判別できる。

上記実施形態では、双腕ロボット５を制御するロボットコントローラ６がプロジェクタ８の制御部を兼ねているが、プロジェクタ８の制御部がロボットコントローラ６とは別に設けられていてもよい。上記実施形態では、領域は、双腕ロボット５の周辺物に投影されているが、必要に応じて、双腕ロボット５自体に投影されてもよい。

上記実施形態では、架台４にカバー４６が設けられているが、カバー４６は設けられていなくてもよい。上記実施形態では、ロボットは、双腕ロボット５の左アーム５１Ｌ及び右アーム５１Ｒであるが、例えば、一つの腕を有するロボットであってもよい。各要素の構成、個数及び材質等は、上記実施形態における構成、個数及び材質等に限られず、適宜変更可能である。

１…ロボットシステム、３…設定部、４…架台部、５…双腕ロボット、６…ロボットコントローラ（制御部）、７…ティーチングペンダント（ティーチング装置）、８…プロジェクタ（投影部）、９…カメラ（撮像部）、５１Ｌ…左アーム（ロボット）、５１Ｒ…右アーム（ロボット）。

Claims (9)

1. ロボットと、
   前記ロボットの動作を規定する領域の領域情報が入力される制御部と、
   前記制御部に入力された前記領域情報に基づいて、前記領域を示す光を前記ロボットの周辺物に照射する投影部と
   を備え、
   前記領域が、進入が許可された前記ロボット又は作業者が進入可能である協調動作領域を含み、
   前記投影部が、前記協調動作領域に照射する光の照射状態を、作業者が協調動作領域への進入を許可されている期間とロボットが協調動作領域への進入を許可されている期間とで変更可能である、ロボットシステム。
2. 前記周辺物の情報が入力され、入力された前記周辺物の情報を使用して前記領域情報を生成する設定部を備え、
   前記設定部により生成された前記領域情報が前記制御部に入力される、
   請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記設定部に、前記周辺物の情報として、前記周辺物のＣＡＤデータが入力される、
   請求項２に記載のロボットシステム。
4. 前記投影部により前記周辺物に照射された光で示された前記領域を撮像する撮像部を備え、
   前記設定部に、前記周辺物の情報として、前記撮像部により撮像された画像が入力される、
   請求項２又は３に記載のロボットシステム。
5. 前記制御部は、当該制御部に接続されたティーチング装置により前記領域情報が入力されるように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のロボットシステム。
6. 前記領域が、ロボット動作領域及び進入禁止領域の少なくとも一つをさらに含み、
   前記ロボット動作領域においては、前記ロボットが進入可能であり、
   前記進入禁止領域においては、前記ロボットの進入が禁止される、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のロボットシステム。
7. 前記ロボットを支持する架台部を備え、
   ロボットセルとして構成される請求項１〜６のいずれか一項に記載のロボットシステム。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のロボットシステムを用いて被加工物を得る、被加工物の製造方法。
9. ロボットと、
   前記ロボットの動作を規定する領域の領域情報が入力される制御部と、
   前記制御部に入力された前記領域情報に基づいて、前記領域を示す光を前記ロボットの周辺物に照射する投影部と
   を備え、
   前記領域が、進入が許可された前記ロボット又は作業者が進入可能である協調動作領域を含む複数の領域を含み、
   前記投影部が、前記複数の領域に同時に、各領域を判別できるように光を照射する、ロボットシステム。

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