JP6153316B2 - Robot system and control method of robot system - Google Patents
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Description
本発明は、複数の関節が制御されることにより駆動する多関節アームを利用するロボットシステム及びロボットシステムの制御方法に関する。 The present invention relates to a robot system using a multi-joint arm that is driven by controlling a plurality of joints, and a control method of the robot system.
従来、垂直多関節アーム及びエンドエフェクタ(例えばハンド)等を備えたロボットに所望の動作をさせるために、予めロボットが所望の位置姿勢となる教示点をロボットに記憶させ、その記憶した教示データに従ってロボットを動作させることが行われている。この種のロボットを用いてワークを目標の位置姿勢に移動させるには、対象となるワークの位置姿勢をカメラ等のセンサにより計測し、目標位置姿勢に移動させるまでにワークの位置姿勢を適宜補正することが望まれる。 Conventionally, in order to cause a robot having a vertical articulated arm and an end effector (for example, a hand) to perform a desired operation, the robot stores in advance teaching points at which the robot has a desired position and orientation, and in accordance with the stored teaching data. The robot is operated. To move the workpiece to the target position and orientation using this type of robot, measure the position and orientation of the target workpiece with a sensor such as a camera, and correct the position and orientation of the workpiece as appropriate until the workpiece is moved to the target position and orientation. It is desirable to do.
ところが、この種のロボットは一般的に関節が直列に連結された構造であるため、ハンドが取っている位置姿勢を算出するためには、運動学の計算を行う必要がある。また、逆にハンドに所望の位置姿勢を取らせるためには、逆運動学の計算を行って、アームの各関節への指令値を算出する必要がある。各関節への指令値を算出するには軌道計算が必要であり、この軌道計算は長時間を要することから、ロボットの動作中に行うと動作時間が長くなってしまう。 However, since this type of robot generally has a structure in which joints are connected in series, it is necessary to calculate kinematics in order to calculate the position and orientation of the hand. On the other hand, in order to cause the hand to take a desired position and orientation, it is necessary to calculate inverse kinematics and calculate command values for each joint of the arm. In order to calculate the command value for each joint, trajectory calculation is required, and this trajectory calculation takes a long time.
ロボットの軌道計算による動作時間の増加を軽減するために、ロボット(10)を概略位置に向けて動作を開始させた後に、センサにより随時計測を行いリアルタイムで指令値の修正を行うようにしたロボット制御装置(50)が開発されている(特許文献1)。このロボット制御装置(50)によれば、ロボットが移動を完了した時点で位置誤差を計測して補正する必要が無いので、動作時間の増加を軽減することができる。 In order to reduce the increase in operation time due to the trajectory calculation of the robot, the robot (10) is started to move toward the approximate position, and then the sensor is measured at any time and the command value is corrected in real time. A control device (50) has been developed (Patent Document 1). According to this robot control device (50), since it is not necessary to measure and correct the position error when the robot has completed the movement, an increase in operation time can be reduced.
しかしながら、特許文献1に記載されたロボット制御装置(50)では、ロボット(10)の動作開始後に指令値を修正するので、軌道計算が必要となってしまい、軌道計算を無くすことができず、また指令値の修正に伴う動作が随時発生してしまう。これらの理由から、このロボット制御装置(50)では、動作時間の増加への抑制が十分でないという課題がある。
However, in the robot control device (50) described in
本発明は、ワークの位置姿勢をセンサの計測結果に基づいて補正する際に、補正による動作時間の増加を抑制できるロボットシステム及びロボットシステムの制御方法を提供することを目的とするものである。 It is an object of the present invention to provide a robot system and a robot system control method that can suppress an increase in operation time due to correction when correcting the position and orientation of a workpiece based on the measurement result of a sensor.
本発明は、多関節アームと、前記多関節アームに支持され、前記多関節アームの動作により位置及び姿勢が調整されると共に、ワークを把持可能な保持部を有するエンドエフェクタと、前記ワークの位置及び姿勢の少なくとも一自由度を計測するセンサと、前記多関節アームの最先端の関節と前記エンドエフェクタの前記保持部との間に配置されると共に、前記多関節アームに対する前記保持部の位置及び姿勢の少なくとも一自由度を調整可能な保持部調整機構と、少なくとも前記多関節アーム、前記エンドエフェクタ、前記保持部調整機構を制御し、前記センサから取得した計測データから前記ワークの位置及び姿勢の少なくとも一自由度を算出する制御装置と、を備え、前記制御装置は、把持位置に基準位相となるように載置された教示用ワークを、前記エンドエフェクタで把持してから目標位置に移動させ、その間の前記多関節アームの動作データに基づき、前記多関節アームへの指令値をあらかじめ算出しておき、前記把持位置に載置されたワークの位相を前記センサに計測させた後、前記指令値により前記多関節アームを動作させて、前記ワークを把持位置にて把持してから目標位置に移動させるが、前記指令値により前記多関節アームを動作させる間に、前記センサにより計測されたワークの位相と前記基準位相との差分の算出と、前記差分に基づく前記保持部調整機構の補正動作と、の少なくとも一部を行うことを特徴とする。 The present invention relates to a multi-joint arm, an end effector supported by the multi-joint arm, the position and posture of which are adjusted by the operation of the multi-joint arm and having a holding part capable of gripping a work, and the position of the work And a sensor that measures at least one degree of freedom of the posture, and is disposed between the most advanced joint of the multi-joint arm and the holding unit of the end effector, and the position of the holding unit with respect to the multi-joint arm; A holding unit adjustment mechanism capable of adjusting at least one degree of freedom of posture, and at least the articulated arm, the end effector, and the holding unit adjustment mechanism are controlled, and the position and posture of the workpiece are determined from measurement data acquired from the sensor. and a control device for calculating at least one degree of freedom, said control device, teaching placed so that the reference phase to the gripping position The workpiece is gripped by the end effector and then moved to the target position. Based on the motion data of the articulated arm during that time, a command value to the articulated arm is calculated in advance and placed at the gripping position. After the sensor measures the phase of the workpiece, the articulated arm is operated according to the command value, and the workpiece is gripped at the gripping position and then moved to the target position. While operating the articulated arm, at least a part of the calculation of the difference between the phase of the workpiece measured by the sensor and the reference phase and the correction operation of the holding unit adjustment mechanism based on the difference are performed. It is characterized by.
また、本発明は、多関節アームと、前記多関節アームに支持され、前記多関節アームの動作により位置及び姿勢が調整されると共に、ワークを把持可能な保持部を有するエンドエフェクタと、前記ワークの位置及び姿勢の少なくとも一自由度を計測するセンサと、前記多関節アームの最先端の関節と前記エンドエフェクタの前記保持部との間に配置されると共に、前記多関節アームに対する前記保持部の位置及び姿勢の少なくとも一自由度を調整可能な保持部調整機構と、少なくとも前記多関節アーム、前記エンドエフェクタ、前記保持部調整機構を制御し、前記センサから取得した計測データから前記ワークの位置及び姿勢の少なくとも一自由度を算出する制御装置と、を備えたロボットシステムの制御方法において、把持位置に基準位相となるように載置された教示用ワークを、前記エンドエフェクタで把持してから目標位置に移動させ、その間の前記多関節アームの動作データに基づき、前記多関節アームへの指令値を前記制御装置にあらかじめ算出させる教示工程と、前記把持位置に載置されたワークの位相を前記センサで計測する計測工程と、前記指令値により前記多関節アームを動作させ、前記ワークを把持位置にて把持してから目標位置に移動させる多関節アーム移動工程と、前記計測工程で計測されたワークの位相と前記基準位相との差分を算出し、前記差分に基づいて前記保持部調整機構を動作させる補正工程と、を有し、前記補正工程の少なくとも一部を、前記多関節アーム移動工程の実行中に行うことを特徴とする。 The present invention also provides an articulated arm, an end effector supported by the articulated arm, the position and posture of which are adjusted by the operation of the articulated arm, and a holding part capable of gripping the work, and the work A sensor that measures at least one degree of freedom of the position and posture of the multi-joint arm, the most advanced joint of the multi-joint arm and the holding unit of the end effector, and the holding unit with respect to the multi-joint arm. A holding unit adjusting mechanism capable of adjusting at least one degree of freedom of position and posture; and controlling at least the multi-joint arm, the end effector, and the holding unit adjusting mechanism; a control device for calculating at least one degree of freedom of posture, the control method of a robot system provided with a reference phase to the gripping position The teaching work placed so as to be gripped by the end effector and then moved to the target position, and based on the operation data of the articulated arm during that time, the command value to the articulated arm is sent to the control device. A pre-calculation teaching step, a measuring step of measuring the phase of the workpiece placed at the gripping position by the sensor, and operating the articulated arm according to the command value to grip the workpiece at the gripping position. A multi-joint arm moving step for moving to a target position, and a correction step for calculating a difference between the phase of the workpiece measured in the measuring step and the reference phase, and operating the holding unit adjusting mechanism based on the difference And at least a part of the correction step is performed during the execution of the articulated arm movement step .
本発明によれば、ワークの誤差の演算と、保持部調整機構による誤差の補正と、の少なくとも一部を、多関節アームの移動と同時に実行するので、同時ではなく前後して実行する場合に比べて補正動作時間の増加を抑制できる。 According to the present invention, at least a part of the calculation of the workpiece error and the correction of the error by the holding unit adjusting mechanism is performed simultaneously with the movement of the articulated arm. In comparison, an increase in the correction operation time can be suppressed.
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1及び図2に示すように、ロボットシステム1は、ロボット2と、ロボット2を制御する制御装置3と、センサとしてのカメラ7と、を備えている。
[First Embodiment]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ロボット2は、6軸の垂直多関節アーム(以下、アームと呼ぶ)20と、エンドエフェクタとしてのハンド21とを有している。本実施形態では、アーム20として6軸の垂直多関節アームを適用しているが、軸数は用途や目的に応じて適宜変更してもよい。また、本実施形態では、エンドエフェクタとしてハンド21を適用しているが、これに限られず、例えば、磁力や負圧による吸着等、何らかの方法によりワークを保持及び解放できるものであればよい。
The
アーム20は、7つのリンク61〜67と、各リンク61〜67を揺動又は回動可能に連結する6つの関節71〜76とを備えている。最も先端側の先端リンク67は、略L字形状になっている。各リンク61〜67としては、長さが固定されたものを採用している。但し、例えば、直動アクチュエータにより伸縮可能なリンクを採用してもよい。
The
各関節71〜76には、各関節71〜76を各々駆動するモータ、あるいは必要に応じて直動アクチュエータが、出力機器20bとして設けられている。各関節71〜76には、モータの回転角度を検知するエンコーダと、各モータに供給する電流を検知する電流センサと、各関節71〜76のトルクを検知するトルクセンサとが、入力機器20aとして設けられている。
Each of the
ハンド21は、アーム20に支持され、アーム20の動作により位置及び姿勢の少なくとも一自由度が調整されると共に、保持部22と、保持部調整機構23とを備えている。保持部22は、保持部調整機構23を介して、アーム20の先端リンク67に取り付けられ、ワークに対して作業可能になっている。本実施形態では、エンドエフェクタとしてハンド21が採用されているので、保持部22は、ワークを把持可能な3本等の複数の指により構成されている。また、ハンド21には、保持部22を動作させるためのモータが出力機器22bとして内蔵されると共に、モータの回転角度を検知するエンコーダが入力機器22aとして内蔵されている。
The
図2に示すように、制御装置3は、コンピュータにより構成され、ロボット2を制御するようになっている。制御装置3を構成するコンピュータは、例えばCPU30と、各部を制御するためのプログラムを記憶するROM31と、データを一時的に記憶するRAM32と、入力インターフェース回路33と、出力インターフェース回路34とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
CPU30は、アーム制御部80と、保持部制御部81と、保持部調整機構制御部82と、動作データ取得部83と、軌道計算部84と、再生部85と、画像処理部86と、を備えている。
The
アーム制御部80は、ROM31に記憶されたアーム制御ソフトウェアによりアーム20への指令値を算出し、アーム20との間でデータ通信を行うことにより、アーム20を制御するようになっている。
The
保持部制御部81は、アーム20の位置姿勢に基づき、ROM31に記憶された保持部制御ソフトウェアにより保持部22への指令値を算出し、保持部22との間でデータ通信を行うことにより、保持部22を制御するようになっている。
The holding
画像処理部86は、後述するカメラ7が撮影して取得したワークの画像(計測データ)を画像処理して、ワークの位置及び姿勢の少なくとも一自由度を算出するようになっている。
The
入力インターフェース回路33及び出力インターフェース回路34は、例えばCAN通信手段やRS−232C通信手段により構成されている。本実施形態では、アーム制御部80及び保持部制御部81は、CAN通信手段により通信を行うと共に、後述する保持部調整機構制御部82は、RS−232C通信手段により通信を行うようになっている。
The
カメラ7は、図5に示すように、固定部材としてのテーブル6上に設けられたワーク供給位置6aの上方に、適宜な支持手段により下方を向いて支持されている。これにより、ワーク供給位置6aに載置されたワークは、カメラ7により撮影される。カメラ7は、入力インターフェース回路33及び出力インターフェース回路34に接続されると共に、画像処理部86からの指令により撮像を行い、撮像して得た撮像データを画像処理部86に送信するようになっている。
As shown in FIG. 5, the
図2に示すように、制御装置3には、ロボット2を教示するためのティーチングペンダント4が接続可能になっている。ティーチングペンダント4が入力インターフェース回路33及び出力インターフェース回路34に接続されると共に、操作者がティーチングペンダント4を操作することで、ロボット2が動作されて教示されるようになっている。
As shown in FIG. 2, a
次に、本実施形態に係るロボットシステム1の特徴的な部分について詳細に説明する。
Next, characteristic parts of the
図1に示すように、保持部調整機構23は、アーム20の最先端の関節としての第6関節76と保持部22との間に配置され、Z軸回転機構92を備えている。本実施形態では、保持部調整機構23は、ハンド21の一部として設けられている。
As shown in FIG. 1, the holding
Z軸回転機構92は、先端リンク67のフランジ面と垂直なZ軸を中心に回転する回転駆動機構となっている。Z軸回転機構92としては、精密なウォームギア(減速機)を使用し、ステッピングモータにより回転させることで駆動する回転1軸の構成としている。尚、保持部調整機構23の座標軸は、Z軸の他に、先端リンク67のフランジ面と平行な面で互いに直交するX軸及びY軸を設定している。
The Z-
Z軸回転機構92が回転を行った際に、保持部22の把持するワークの中心位置がX軸方向及びY軸方向に変動しないように、ワークを把持する保持部22の回転中心と、Z軸回転機構92の回転中心とが同心になるように調整しておく。Z軸回転機構92の回転中心と保持部22の回転中心とのずれは、許容組付け公差より小さいものとする。但し、このような調整をしなくとも、予め中心同士の位置のずれを同定しておくことで、回転補正に伴うX軸方向及びY軸方向のずれを考慮して、X軸方向及びY軸方向の補正量を算出するようにしてもよい。
When the Z-
保持部調整機構23は、アーム20に対する保持部22の位置及び姿勢の少なくとも一自由度を調整可能な機構でよいが、本実施形態においては、保持部調整機構23は、回転1軸を有する機構になっている。これにより、例えば、供給された円柱状ワークの回転角度(位相)を調整して次の位置姿勢に移動させる場合に有効である(図7参照)。
The holding
図2に示すように、CPU30の保持部調整機構制御部82は、アーム20の位置姿勢に基づき、ROM31に記憶された保持部調整機構制御ソフトウェアにより保持部調整機構23への指令値を算出するようになっている。そして、保持部調整機構制御部82は、保持部調整機構23との間でデータ通信を行うことにより、保持部調整機構23を制御するようになっている。
As shown in FIG. 2, the holding unit adjustment
CPU30の動作データ取得部83は、アーム20及び保持部調整機構23が教示される際に各動作データを取得して、RAM32に記憶するようになっている。
The operation
アーム20及び保持部調整機構23は、操作者によるティーチングペンダント4の操作により、第1の位置姿勢としての保持教示点から第2の位置姿勢としての目標教示点まで、保持部22が移動するように移動されて教示される。この時、動作データ取得部83は、アーム20及び保持部調整機構23のエンコーダ値等を、動作データとして取得してRAM32に記憶する。
The
ここで、保持部22の保持教示点とは、ワーク供給位置6aに載置されたワークを把持する点、即ち、カメラ7により計測されるワークを保持部22が保持する位置姿勢としている。また、保持部22の目標教示点とは、移動の目標位置に位置するワークを保持部22が保持する位置姿勢であり、例えば、保持部22が保持したワークに組立や加工等の作業を施す点としたり、あるいは他の装置を回避するための通過点等に設定することができる。
Here, the holding teaching point of the holding
軌道計算部84は、動作データ取得部83で得られたアーム20についての動作データに基づき、アーム20の保持教示点から目標教示点までの軌道を計算して、アーム20への指令値を算出するようになっている。
The
CPU30の再生部85は、動作データに基づいてアーム20及び保持部調整機構23を再生するようになっている。アーム20及び保持部調整機構23の動作により、保持部22が保持教示点から目標教示点に移動するようになっている。
The
上述したロボットシステム1によりロボット2に教示を行って指令値を得るまでの動作準備時の動作を、図3に示すフローチャートに沿って説明する。
The operation at the time of preparing the operation until the
まず、操作者により、後述する教示治具5の一部である移動側円柱状部材52がワーク供給位置6aに載置される(ステップS1)。図5に示すように、移動側円柱状部材52は、一方の端部において外周にDカット面52aを備え、Dカット面52aの形成された端面を下方にして載置されている。移動側円柱状部材52のDカット面52aの形成された端面の反対側の端面には、図6に示すように、カメラ7により撮影されるためのマーク52bが付されている。マーク52bは移動側円柱状部材52の回転中心52cに対してDカット面52aの形成された方向を示している。
First, the moving side
そして、ここでの移動側円柱状部材52の向きが基準位相となるように、Dカット面52aの方向を設定して載置する。即ち、基準位相とは、載置されたワークが理想的な位相にあったとした場合の計測値であり、実際の動作では、基準位相と、実際にワークを計測した際の位相の差分を用いて、保持部調整機構23により補正する。
Then, the direction of the D-cut
また、マーク52bは、実際に計測を行う際のワークの位相を特定する特徴部分と同じ位置関係にあるようにする。即ち、移動側円柱状部材52と実際のワークとを同じ位相で置いた場合、計測した位相も同じ角度になるようにする。これにより、基準位相と、計測した位相との差を算出するのみで、補正すべき位相を取得できる。但し、移動側円柱状部材52に付与するマーク52bと、ワークの位相を特定する特徴部分とは、同じ位置に形成することには限られず、マーク52bとワークの特徴部分との位相の差に対してオフセットを差し引いた角度を、位相の補正量とすることも可能である。
In addition, the
更に、保持部22が移動側円柱状部材52を把持する際に、移動側円柱状部材52の回転軸と、Z軸回転機構92の回転軸とが平行になるように把持させる。ここで要求される平行度は、ワークを目標教示点に位置させる精度から設定される。このように平行に把持させることにより、Z軸回転機構92が保持部22を回転させた際に、移動側円柱状部材52のX軸方向及びY軸方向への回転、即ちZ軸に対する傾斜を抑えることができる。尚、保持部22が実際のワークを把持する際も、移動側円柱状部材52を把持する場合と同様に、ワークの回転軸と、Z軸回転機構92の回転軸とが平行になるように把持させるのは勿論である。
Further, when the holding
そして、画像処理部86がカメラ7に撮像指令を出し、カメラ7が移動側円柱状部材52を上方から撮影する(ステップS2)。カメラ7は撮像データを画像処理部86に送信し、画像処理部86は画像処理を行う。ここでは、図6に示すように、画像14から移動側円柱状部材52の輪郭を抽出し、回転中心52cを算出する。そして、回転中心52cとマーク52bとを結ぶ直線がカメラ座標において形成する角度θを算出し、これを基準位相として設定し、RAM32に記憶する(ステップS3)。
Then, the
そして、ティーチングペンダント4の操作によりアーム20を動作させ、図7(a)に示すように、ワーク供給位置6aに載置された移動側円柱状部材52を保持部22に把持させる(ステップS4)。動作データ取得部83は、その時のアーム20及び保持部調整機構23の位置姿勢を保持教示点として取得し、RAM32に記憶する(ステップS5)。
Then, the
ティーチングペンダント4の操作によりアーム20及び保持部調整機構23を目標教示点に動作させ、動作データ取得部83は、アーム20及び保持部調整機構23の位置姿勢を目標教示点として取得し、RAM32に記憶する(ステップS6)。ここでは、教示治具5を利用して、以下のように教示を行っている。
By operating the
図7(b)(c)に示すように、ロボット2の教示治具5として、例えば、筒状部材50と、固定側円柱状部材51と、移動側円柱状部材52とが利用される。筒状部材50は、Dカット面50aを有する断面略D字形状の透孔を備えている。固定側円柱状部材51は、外周にDカット面51aを備え、筒状部材50に回転不能で貫通可能な太さに形成されている。移動側円柱状部材52は、Dカット面52aが形成された部位では筒状部材50に回転不能で挿入可能な太さに形成されている。
As shown in FIGS. 7B and 7C, as the
固定側円柱状部材51は、テーブル6の目標位置6bに載置される。筒状部材50は、固定側円柱状部材51の周囲に昇降可能に設けられている。固定側円柱状部材51の載置される位置及びその鉛直軸(図中、一点鎖線)での角度(位相)は、保持部22の目標教示点の位置姿勢により設定される。具体的には、図7(c)に示すように、筒状部材50が固定側円柱状部材51の周囲から移動側円柱状部材52の周囲に移動可能になった時に、移動側円柱状部材52を把持する保持部22が目標教示点に位置するように設定する。
The fixed-
即ち、移動側円柱状部材52を鉛直方向に一致させ、移動側円柱状部材52の先端面を固定側円柱状部材51の上面に中心を一致させて突き当てることで、保持部22のX軸方向座標及びY軸方向座標が、目標教示点のX軸方向座標及びY軸方向座標に一致する。更に、移動側円柱状部材52及び固定側円柱状部材51の各Dカット面52a,51aが同一平面上になるように、移動側円柱状部材52及び固定側円柱状部材51の位相を一致させことで、保持部22のZ軸回転方向座標が目標教示点のZ軸回転方向座標に一致する。この時、移動側円柱状部材52を把持する保持部22が目標教示点に位置するように、保持部22に対する移動側円柱状部材52の位相と、固定側円柱状部材51が載置される位置及び位相とを設定する。
That is, the X-axis of the holding
教示の前に、図7(b)に示すように、目標位置6bに固定側円柱状部材51を設置すると共に、その周囲に筒状部材50を設ける。そして、教示時にはティーチングペンダント4を利用して、図7(c)に示すように、移動側円柱状部材52の下面を固定側円柱状部材51の上面に中心を一致させて突き当て、かつ位相を一致させ、保持部22を目標教示点に移動させる。操作者は、筒状部材50が固定側円柱状部材51の周囲から移動側円柱状部材52の周囲に移動可能になったと判断した時に、保持部22が目標教示点に到達したと判断する。
Prior to teaching, as shown in FIG. 7B, a fixed-
ここで、操作者は、アーム20によりX軸方向、Y軸方向、Z軸方向において目標教示点に位置させ、その後、保持部調整機構23によりZ軸回転方向の調整をして移動側円柱状部材52及び固定側円柱状部材51の位相を一致させる。そして、動作データ取得部83は、アーム20及び保持部調整機構23の位置姿勢を目標教示点として取得し、RAM32に記憶する。
Here, the operator positions the target teaching point in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction with the
次に、軌道計算部84が、アーム20に関して、保持教示点から目標教示点までの軌道計算を行い、アーム20への指令値を算出する(ステップS7、軌道計算工程)。この軌道計算は、必要に応じて周りの治工具との干渉回避等を考慮したものが必要となる。指令値の算出により、動作前準備が完了する。従って、動作前準備においてアーム20の軌道計算が完了するので、ロボット2の実際の動作時には軌道計算を実行する必要が無く、補正の必要があっても作動時間の増加を抑えることができる。
Next, the
次に、上述したロボットシステム1によりロボット2を実際に動作させる際の動作を、図4に示すフローチャートに沿って説明する。
Next, the operation when the
ワークは、ワーク供給位置6aに載置されているものとする。アーム20及び保持部調整機構23は、ワークを把持するために保持教示点に移動する(ステップS10)。ロボット2が保持教示点に移動すると、保持部22がワークを把持する(ステップS11)。更に、アーム20は、軌道計算により得られた指令値に基づいてアーム制御部80によって動作し、保持教示点から目標教示点に移動する(ステップS12、アーム移動工程)。
It is assumed that the workpiece is placed at the
一方、ロボット2がワークを把持するために保持教示点に移動すると同時に、画像処理部86がカメラ7に対して把持対象となるワークを撮影するように指令し、カメラ7はワークを撮影する(ステップS13、ワーク計測工程)。画像処理部86は、カメラ7から撮像データを取得し、画像処理を行って、ワーク供給位置6aに載置されたワークのカメラ座標に対する位相を算出する(ステップS14)。
On the other hand, at the same time that the
ここで、カメラ7がワークを撮影した後、ワークについて基準位置姿勢に対する誤差を演算し、演算結果に基づいて保持部調整機構23により誤差を補正する(ステップS15〜S17、補正作業工程)。
Here, after the
まず、画像処理部86は、基準位相と実際のワークの位相との差分を演算し、位相誤差を取得する(ステップS15、誤差演算工程)。そして、再生部85が、位相誤差から保持部調整機構23の補正量を算出する(ステップS16、補正計算工程)。この場合、位相誤差がそのまま保持部調整機構23の補正量になるので、計算負荷を極めて小さく抑えることができる。再生部85は、得られた保持部調整機構23の補正量を、保持部調整機構23の動作データに反映させ、保持部調整機構23の指令値を算出し、保持部調整機構23を目標教示点に移動させる(ステップS17、補正動作工程)。即ち、保持部調整機構23は、位相を補正しつつ、目標教示点に移動する。
First, the
これにより、アーム20及び保持部調整機構23が目標教示点に移動すると共に、保持部調整機構23によりワークの位相誤差が補正されるので、ワークは所望の位置姿勢で目標教示点に移動する(ステップS18)。尚、ここでは、アーム20は補正を行っていない。
As a result, the
ここで、ワークの撮影後、アーム20の移動と少なくとも一部を並行して、ワークについて、予め設定した基準位置姿勢に対する誤差を演算し、保持部調整機構23により誤差を補正している(ステップS15〜S17、補正作業工程)。このため、アーム20の移動と同時に、位相誤差の演算(ステップS15)、保持部調整機構23の補正量の算出(ステップS16)、保持部調整機構23の移動(ステップS17)の少なくとも一部を実行している。
Here, after photographing the workpiece, an error with respect to the preset reference position and orientation is calculated for the workpiece in parallel with at least a part of the movement of the
上述したように本実施形態のロボットシステム1によれば、アーム20が移動しているのと同時に、誤差演算、補正計算、補正動作の少なくとも一部を実行することができる。これにより、アーム20の移動時間の他に必要な時間を抑えて、ワークの位置姿勢の補正による動作時間の増加を抑制できる。
As described above, according to the
また、本実施形態のロボットシステム1によれば、アーム20の軌道計算を、誤差演算、補正計算、補正動作のいずれよりも先に実行しているので、アーム20の軌道計算は動作準備時に完了することになる。これにより、実際の動作時にはアーム20の軌道計算を一切実行する必要が無いので、アーム20の動作中に軌道計算を実行する場合に比べて補正による動作時間の増加を抑制できる。
Further, according to the
また、本実施形態のロボットシステム1によれば、保持部調整機構23は回転1軸の1自由度を有しているので、例えば、円柱形状のワークの位相を決める場合に、高精度な位置決めを実現できる。
Further, according to the
また、本実施形態のロボットシステム1によれば、保持部調整機構23がハンド21の一部に設けられているので、エンドエフェクタの種類に応じて保持部調整機構23の構成を異ならせて設けることもできる。例えば、エンドエフェクタがX軸方向及びY軸方向のみの調整を要する場合は、保持部調整機構23にX軸並進機構及びY軸並進機構を設けた構成にすることができる。従って、エンドエフェクタの種類に応じて保持部調整機構23を選択することができ、エンドエフェクタの最適な制御を実現することができる。
Further, according to the
上述した本実施形態のロボットシステム1では、実際のワークの移動の例として、位相を決めて円筒を円柱に組み付ける工程を想定したため、保持部調整機構23は回転1軸の1自由度を有するものとした。しかしながら、本発明に係るロボットシステムでは、これに限られず、例えば、円筒を円柱に組み付ける工程であっても位相合わせが不要で水平方向に中心を合わせる2自由度で良い場合は、保持部調整機構23は並進2軸のみにすることができる。あるいは、保持部調整機構23が4自由度以上の自由度を設定可能な機構にしてもよい。このように、保持部調整機構23に要求される自由度は、実際の作業の工程に応じて適宜変更することができる。
In the
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係るロボットシステム101について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a
第2実施形態は、第1実施形態と比較して、図8に示すように、ハード構成としてロボット102のハンド121の保持部調整機構123がZ軸回転機構92を有さずに、X軸並進機構90と、Y軸並進機構91とを備えている点で構成を異にしている。また、アーム20の先端リンク67は、略直線形状になっている。それ以外の構成は、第1実施形態と同一符号を付して説明を省略する。
Compared with the first embodiment, the second embodiment has a hardware configuration in which the holding
本実施形態では、保持部22が把持したワークに対してビス締めを行う工程を想定している(図11(a)参照)。即ち、把持したワークにおけるビス穴位置をカメラ7及び画像処理部86により取得し、ビス穴位置のX軸方向及びY軸方向での位置誤差を補正することで、正確にビス締めを行うことを目的とする。従って、ビス穴中心の1点の位置を補正することが必要となるため、保持部調整機構123は並進の2軸が適当となる。
In the present embodiment, it is assumed that a screw tightening process is performed on the work gripped by the holding unit 22 (see FIG. 11A). That is, the screw hole position in the gripped workpiece is acquired by the
図8に示すように、保持部調整機構123は、先端リンク67側に設けられたX軸並進機構90と、保持部22側に設けられたY軸並進機構91とを備えている。X軸並進機構90及びY軸並進機構91は、アーム20の先端リンク67のフランジ面と平行な面で互いに直交するX軸方向及びY軸方向に動作する並進移動機構となっている。X軸並進機構90及びY軸並進機構91は、精密なガイド及びボールねじを使用し、ボールねじをステッピングモータにより回転させることで駆動する並進2軸の構成とし、2軸の直交度は予め校正しておくようにする。
As shown in FIG. 8, the holding
保持部調整機構123は、アーム20が目標の教示点に移動する際に位置誤差の補正を行うものであることから、可動範囲は小さくて足り、例えば2〜3mm程度の位置誤差を10〜20μm程度の誤差に調整するための可動範囲にすることができる。また、保持部調整機構123の移動は、アーム20の移動と並行に行えばよいので、速い速度は必要なく、更には耐荷重は、ハンド21とワークの重量に対応するのみでよい。このように、保持部調整機構123は機能的な制約が少なく、波動歯車減速機は必要ないため、ヒステリシスロス等が小さい機構を採用することができる。そこで、保持部調整機構123は、アーム20の各関節71〜76よりもヒステリシスロス等が小さい機構とされている。ヒステリシスロス等が小さい機構としては、本実施形態の構成の他に、例えば、ピエゾ素子を用いたもの等がある。
Since the holding
カメラ7は、図11(b)に示すように、適宜なワーク撮影位置15の上方に、適宜な支持手段により下方を向いて支持されている。これにより、ワーク撮影位置15にロボット102により位置されたワークは、カメラ7により撮影される。また、保持部22が保持するワークをカメラ7により撮影可能な状態にした場合に、その時のアーム20及び保持部調整機構123の位置姿勢を計測教示点とする。
As shown in FIG. 11 (b), the
上述したロボットシステム101によりロボット102に教示を行って指令値を得るまでの動作準備時の動作を、図9に示すフローチャートに沿って説明する。
The operation at the time of preparing the operation until the
保持部22は、後述するビス穴教示治具150を把持している。まず、ティーチングペンダント4の操作によりアーム20を動作させ、保持部22をカメラ7の下方のワーク撮影位置15に位置させる。動作データ取得部83は、その時のアーム20及び保持部調整機構123の位置姿勢を計測教示点(第1の位置姿勢)として取得し、RAM32に記憶する(ステップS20)。
The holding
ここで、保持部調整機構123が動作する直交の2軸(以下、Xt,Ytと呼ぶ)と、カメラ7及び画像処理部86が計測を行う2軸(以下、Xv, Yvと呼ぶ)とは方向が一致していないので、校正する必要がある。このため、保持部22に校正用の治具を把持させ、保持部調整機構123を動作させ、その時の校正用治具の位置をカメラ7及び画像処理部86により検知する。保持部調整機構123を動作させた位置変化を(ΔXtn, ΔYtn)とし、カメラ7及び画像処理部86が計測した位置変化を(ΔXvn、ΔYvn)とすると、数式1が成り立つ。Nは2以上であれば、いくつでもよい。
Here, two orthogonal axes (hereinafter referred to as Xt and Yt) on which the holding
CPU30が、変換行列を疑似逆行列計算を用いて算出することで、カメラ7により計測した対象の移動値(ΔXv、ΔYv)を保持部調整機構123の2軸の移動値(ΔXt、ΔYt)に変換する座標変換行列Hを算出する(ステップS21)。これにより、保持部調整機構123の2軸とカメラ7の計測座標の間の校正が可能となる。
The
次に、ティーチングペンダント4の操作によりアーム20及び保持部調整機構123を目標教示点に動作させ、動作データ取得部83は、アーム20及び保持部調整機構123の位置姿勢を目標教示点として取得し、RAM32に記憶する(ステップS22)。ここでは、教示治具105を利用して、以下のように教示を行っている。ここでは教示治具105を用いて教示を行っているが、実際のワークを用いて教示を行ってもよい。
Next, by operating the
図11(a)に示すように、目標教示点には、ビス締め機8が設けられている。ビス締め機8は、本体部8aと、下方を向いて回転可能なドライバ8bと、その周囲を覆う円筒形状のスリーブ8cとを有している。スリーブ8cは、本体部8aに出没可能であり、ドライバ8bの先端よりも本体部8a側に引き込まれることでドライバ8bが使用可能になり、ドライバ8bの先端よりも突出することによりドライバ8bの周囲を保護するようになっている。
As shown in FIG. 11A, a
図11(a)及び図12に示すように、教示治具105は、ビス穴教示治具150と、ドライバ教示治具151とを備えている。ビス穴教示治具150は、円柱形状で一方の端面の一部にビス穴150aが形成されている。保持部22は、ビス穴150aが形成されている端面側を先端側にして、ビス締め教示治具150を把持する。ドライバ教示治具151は、ビス締め機8のスリーブ8cの先端に嵌合により設けられると共に、ドライバ8bと同径の棒状の突起151aを有している。
As shown in FIGS. 11A and 12, the
そして、ティーチングペンダント4の操作によりアーム20及び保持部調整機構123を目標教示点に動作させ、図11(a)に示すように、ビス穴教示治具150のビス穴150aがドライバ教示治具151の突起151aに嵌合するよう調整する。ここで、操作者は、アーム20の大きな動作により目標教示点の近傍に位置させ、その後、保持部調整機構123の細かい動作によりX軸方向及びY軸方向の調整をして目標教示点に位置させる。そして、動作データ取得部83は、アーム20及び保持部調整機構123の位置姿勢を目標教示点として取得し、RAM32に記憶する。
Then, by operating the
目標教示点の教示を行った後、図11(b)に示すように、保持部22がビス穴教示治具150を把持したまま、ステップS20において教示した計測教示点に移動し、カメラ7によりビス穴教示治具150の上面を撮影する(ステップS23、ワーク計測工程)。カメラ7は撮像データを画像処理部86に送信し、画像処理部86は画像14の画像処理を行い、得られたビス穴150aのカメラ座標における座標を基準位置(Xvd,Yvd)として設定し、RAM32に記憶する(ステップS24)。
After teaching the target teaching point, as shown in FIG. 11B, the holding
次に、軌道計算部84が、アーム20に関して、計測教示点から目標教示点までの軌道計算を行い、アーム20への指令値を算出する(ステップS25、軌道計算工程)。この軌道計算は、必要に応じて周りの治工具との干渉回避等を考慮したものが必要となる。指令値の算出により、動作前準備が完了する。従って、動作前準備においてアーム20の軌道計算が完了するので、ロボット102の実際の動作時には軌道計算を実行する必要が無く、補正の必要があっても作動時間の増加を抑えることができる。尚、必要に応じて、グリスの塗布など別の工程を経ることも考慮した軌道計算を行ってもよい。
Next, the
次に、上述したロボットシステム101によりロボット102を実際に動作させる際の動作を、図10に示すフローチャートに沿って説明する。
Next, the operation when the
まず、ロボット102は、保持部22によりワークを把持する(ステップS30)。そして、ロボット102は、把持したワークを撮影するために計測教示点に移動する(ステップS31)。画像処理部86がカメラ7に対して把持対象となるワークを撮影するように指令し、カメラ7はワークを撮影する(ステップS32)。画像処理部86は、カメラ7から撮像データを取得し、画像処理を行って、ワークのカメラ座標における位置(Xv、Yv)を算出する(ステップS33)。そして、アーム20は、軌道計算により得られた指令値に基づいて再生部85により動作され、計測教示点から目標教示点に移動する(ステップS34、アーム移動工程)。
First, the
一方、カメラ7がワークを撮影した後、アーム20が移動すると同時に、ワークについて基準位置姿勢に対する誤差を演算し、演算結果に基づいて保持部調整機構23により誤差を補正する(ステップS35〜S37、補正作業工程)。
On the other hand, after the
まず、画像処理部86は、基準位置(Xvd、Yvd)と実際のワークの位置(Xv、Yv)との差分を算出し、位置誤差(ΔXv、ΔYv)を取得する(ステップS35、誤差演算工程)。そして、再生部85が、位置誤差から保持部調整機構123の補正量を算出する(ステップS36、補正計算工程)。ここでは、位置誤差(ΔXv、ΔYv)に、座標校正より求めた座標変換行列Hを積算することにより、保持部調整機構123への補正値(ΔXt、ΔYt)を算出する。再生部85は、得られた保持部調整機構123の補正量を、保持部調整機構123の動作データに反映させ、保持部調整機構123の指令値を算出し、保持部調整機構123を目標教示点に移動させる(ステップS37、補正動作工程)。即ち、保持部調整機構123は、位置を補正しつつ、目標教示点に移動する。
First, the
これにより、アーム20及び保持部調整機構123が目標教示点に移動すると共に、保持部調整機構123によりワークの位置誤差が補正されるので、ワークは所望の位置姿勢で目標教示点に移動する(ステップS38)。従って、ワークのビス穴の位置誤差を補正した上で、ビス締め機8によりビス締めを行うことができる。
As a result, the
ここで、ワークの撮影後、アーム20の移動と少なくとも一部を並行して、ワークについて、予め設定した基準位置姿勢に対する位置誤差を演算し、保持部調整機構123により位置誤差を補正している(ステップS35〜S37、補正作業工程)。このため、アーム20の移動と同時に、位置誤差の演算(ステップS35)、保持部調整機構123の補正量の算出(ステップS36)、保持部調整機構123の移動(ステップS37)の少なくとも一部を実行している。
Here, after photographing the workpiece, the position error with respect to the preset reference position and orientation is calculated for the workpiece in parallel with at least a part of the movement of the
上述したように本実施形態のロボットシステム1によれば、アーム20が移動しているのと同時に、誤差演算、補正計算、補正動作の少なくとも一部を実行することができる。これにより、アーム20の移動時間の他に必要な時間を抑えて、ワークの位置姿勢の補正による動作時間の増加を抑制できる。また、アーム20の軌道計算を、誤差演算、補正計算、補正動作のいずれよりも先に実行しているので、ワークの位置姿勢の補正による動作時間の増加を抑制できる。
As described above, according to the
ここで、保持部調整機構123を有しない従来のロボットは、保持部22を(ΔXt、ΔYt)だけ動作させるには、ロボット2の逆運動学を解いてロボット2の指令値を算出しなければならず、動作時間が長くなってしまう。これに対し、本実施形態のロボットシステム101によれば、数式1で算出した座標変換行列Hを積算して動作前に求めた(ΔXt、ΔYt)を保持部調整機構123の指令値に加えるのみで補正が可能になる。このため、計算時間が短縮できるので、ロボット2の動作時間の短縮が可能となる。
Here, in order to operate the holding
また、本実施形態のロボットシステム1によれば、カメラ7の計測座標系と保持部調整機構123の動作座標系とを校正して得られる座標変換行列を利用して、保持部調整機構123の補正量を算出し、ワークの位置誤差を補正できる。これにより、カメラ7による計測結果を用いてワークの位置姿勢を補正する際に、アーム20が非線形に動作する場合であっても、線形性の高い保持部調整機構123によって座標校正誤差及び移動誤差のいずれも抑え、高精度に補正することができる。また、ワークの位置誤差を補正するためにアーム20を利用する必要が無いので、例えばアーム20を予め定められた教示点間の移動だけを行うようにでき、アーム20が非線形に動作してもその影響を最低限に抑えることができる。
Further, according to the
即ち、保持部調整機構123を有しない従来のロボットにより補正を行った場合は、アーム20の非線形性等に伴う座標変化の誤差や、アーム20の移動誤差が大きくなってしまう。これに対し、保持部調整機構123は直交した線形座標で動作させることが可能であるため、これを用いて補正を行うことで、座標変換による誤差及び移動誤差を微小にすることが可能となる。従って、アーム20の非線形な動作に関わらず、補正の高精度化が可能となる。
That is, when correction is performed by a conventional robot that does not have the holding
[参考形態]
次に、参考形態に係るロボットシステム201について説明する。参考形態は、図8に示す第2実施形態とハード構成は同様としている。従って、第2実施形態と同一符号を付して説明を省略する。また、参考形態のロボットシステム201が扱うワークやロボット102への教示方法については、保持部22が把持しているワークのX軸方向及びY軸方向の位置にも誤差を生じる点で第1実施形態と異なるが、それ以外の点では第1実施形態と同様とする。
[ Reference form]
Next, the
本参考形態では、円筒部品を円柱部品に中心位置及び位相を合わせて組付ける工程を例に説明する。補正を行うのは、位置の2自由度と位相の1自由度の計3自由度であるため、保持部調整機構123は2自由度の並進機構と1自由度の回転機構の3自由度を有するのが好ましい。しかし、ロボット102の先端が重くなるとロボット102の動作が遅くする必要が生じるなどの制約は増えるため、ここでは第2実施形態と同様に2自由度のみの並進機構としている。
In this reference embodiment, a process of assembling a cylindrical part to a columnar part with matching the center position and phase will be described as an example. Since the correction is performed with a total of three degrees of freedom, ie, two degrees of freedom of the position and one degree of freedom of the phase, the holding
即ち、誤差の補正のために必要な自由度数は3になる。これに対し、保持部調整機構23の自由度は2であるため、3自由度から2自由度を減算した1自由度については、その自由度と同数のアーム20の第6関節76を使用する。このため、第6関節76の減速機の設計や選別においては、ヒステリシスロス等が小さくなるものを選択することが好ましい。垂直多関節アームであっても、先端に近い軸であれば、耐荷重や速度への制約が少ないため、このような選択は可能となる。
That is, the number of degrees of freedom necessary for error correction is 3. On the other hand, since the degree of freedom of the holding
また、本参考形態においては、ロボット102が把持するワークの位相が変化する回転平面が、アーム20の第6関節76の回転面とほぼ平行となるように、ワークを保持する際に調整する。この平行度は、カメラ7の計測精度や、ワークの目標教示点において要求される精度より設計可能である。これにより、ワークの位相を変化させる量と、第6関節76を回す量をほぼ同じ量にすることができ、その際のワークの姿勢変化もほぼ無くすことができる。尚、本参考形態では、第6関節76の回転中心と、ワークの中心の誤差は、許容組付け公差より小さいものとする。
Further, in the present reference embodiment, the plane of rotation of the
上述したロボットシステム201によりロボット102に教示を行って指令値を得るまでの動作準備時の動作を、図13に示すフローチャートに沿って説明する。
The operation at the time of preparing the operation until the
保持部22は、移動側円柱状部材52を把持している。まず、ティーチングペンダント4の操作によりアーム20及び保持部調整機構123を動作させ、保持部22をカメラ7の下方のワーク撮影位置15に位置させる。動作データ取得部83は、その時のアーム20及び保持部調整機構123の位置姿勢を計測教示点(第1の位置姿勢)として取得し、RAM32に記憶する(ステップS40)。
The holding
ここで、保持部調整機構123が動作するX軸方向及びY軸方向の直交2軸と、カメラ7が計測を行うX軸方向及びY軸方向の直交2軸とを校正し、第2実施形態と同様の方法で座標変換行列Hを算出する(ステップS41)
Here, the two orthogonal axes in the X-axis direction and the Y-axis direction in which the holding
次に、ティーチングペンダント4の操作によりアーム20及び保持部調整機構123を目標教示点に動作させ、動作データ取得部83は、アーム20及び保持部調整機構123の位置姿勢を目標教示点として取得し、RAM32に記憶する(ステップS42)。ここでは、第1実施形態と同様の方法で教示を行っている。
Next, by operating the
目標教示点の教示を行った後、図15に示すように、保持部22が移動側円柱状部材52を把持したまま、ステップS40において教示した計測教示点に移動し、カメラ7により移動側円柱状部材52の上面を撮影する(ステップS43)。カメラ7は撮像データを画像処理部86に送信し、画像処理部86は画像処理を行い、図16に示すように、画像14から移動側円柱状部材52の輪郭を抽出して回転中心52cを算出する。画像処理部86は、回転中心52cの座標を基準位置(Xvd,Yvd)として設定すると共に、Dカット面52aの方向を基準位相θdとして設定し、RAM32に記憶する(ステップS44)。
After teaching the target teaching point, as shown in FIG. 15, the holding
次に、軌道計算部84が、アーム20に関して、計測教示点から目標教示点までの軌道計算を行い、アーム20への指令値を算出する(ステップS45、軌道計算工程)。
Next, the
次に、上述したロボットシステム201によりロボット102を実際に動作させる際の動作を、図14に示すフローチャートに沿って説明する。
Next, an operation when the
まず、ロボット102は、保持部22によりワークを把持する(ステップS50)。そして、アーム20及び保持部調整機構123は、把持したワークを撮影するために計測教示点に移動する(ステップS51)。画像処理部86がカメラ7に対して把持対象となるワークを撮影するように指令し、カメラ7はワークを撮影する(ステップS52、ワーク計測工程)。画像処理部86は、カメラ7から撮像データを取得し、画像処理を行って、ワークのカメラ座標における位置(Xv、Yv)及び位相θを算出する(ステップS53)。画像処理部86は、基準位置(Xvd、Yvd)及び基準位相θdと実際のワークの位置(Xv、Yv)及び位相θとの差分を演算し、位置誤差(ΔXv、ΔYv)及び位相誤差Δθを取得する(ステップS54、誤差演算工程)。
First, the
そして、再生部85が、位相誤差Δθから第6関節76の補正量を算出する(ステップS55)。ここでは、位相誤差Δθを第6関節76の補正量に設定している。再生部85は、得られた第6関節76の補正量を、第6関節76の動作データに反映させ、アーム20の指令値を補正し、アーム20を計測教示点から目標教示点に移動する(ステップS56、アーム移動工程)。即ち、アーム20は、位相を補正しつつ、目標教示点に移動する。
Then, the reproducing
一方、カメラ7がワークを撮影した後、再生部85が第6関節76の補正量を算出するのと同時に、位置誤差から保持部調整機構123の補正量を算出する(ステップS57、補正計算工程)。ここで、保持部調整機構123は第6関節76よりも先端側にあるので、第6関節76による位相の回転補正により、保持部調整機構123の動作座標系が回転する。このため、位置誤差(ΔXv、ΔYv)に、座標校正より求めた座標変換行列Hを回転方向の補正量Δθvだけ回転させて積算することにより、保持部調整機構123への補正値(ΔXt、ΔYt)を算出する。
On the other hand, after the
再生部85は、得られた保持部調整機構123の補正量を、保持部調整機構123の動作データに反映させ、保持部調整機構123の指令値を算出し、保持部調整機構123を目標教示点に移動させる(ステップS58、補正動作工程)。即ち、保持部調整機構123は、位置を補正しつつ、目標教示点に移動する。
The
これにより、アーム20及び保持部調整機構123が目標教示点に移動すると共に、アーム20によりワークの位相誤差が補正され、保持部調整機構123によりワークの位置誤差が補正される。従って、ワークは、所望の位置姿勢で目標教示点に移動する(ステップS59)。
As a result, the
ここで、ワークの撮影後、アーム20の移動と少なくとも一部を並行して、ワークについて、予め設定した基準位置姿勢に対する誤差を演算し、保持部調整機構23により誤差を補正している(ステップS54、S57〜S58、補正作業工程)。このため、アーム20の移動と同時に、保持部調整機構123の補正量の算出(ステップS57)、保持部調整機構123の移動(ステップS58)の少なくとも一部を実行している。
Here, after photographing the workpiece, an error with respect to the preset reference position and orientation is calculated for the workpiece in parallel with at least a part of the movement of the
上述したように本参考形態のロボットシステム201によれば、アーム20が移動しているのと同時に、補正計算及び補正動作の少なくとも一部を実行することができる。これにより、アーム20の移動時間の他に必要な時間を抑えて、ワークの位置姿勢の補正による動作時間の増加を抑制できる。また、アーム20の軌道計算を、誤差演算、補正計算、補正動作のいずれよりも先に実行しているので、ワークの位置姿勢の補正による動作時間の増加を抑制できる。
According to the
また、本参考形態のロボットシステム201によれば、位相補正に伴うロボット動作は第6関節76の指令値に対して補正値を加えるのみであり、逆運動学を解いたり軌道計算をしたり等の長い時間を要する処理は必要としない。これにより、動作時間が長くなることを抑制できる。従って、補正したい自由度より保持部調整機構123の自由度は少なくすることができるため、軽量化及びコストダウン、更には先端リンク67のフランジ面から保持部22の作用点までの距離の短縮等が可能となる。
The present according to the reference embodiment of the
尚、本参考形態のロボットシステム201では、第6関節76の回転中心と、ワークの中心はほぼ一致していると仮定したため、位相補正及び位置補正は同時に実施することができた。但し、これらの中心が一致することには限られず、これらの中心が一致していない場合でも、位相補正を実施した後に、計測及び位置補正を行うように2段階に分けたり、位相補正に伴う位置誤差を算出し、位置の補正値に加えたりすることで同様の補正ができる。
In the
上述した第1実施形態〜第2実施形態のロボットシステム1,101,201では、保持部調整機構23,123は、ハンド21,121の一部に設けられた構成としている。しかしながら、本発明に係るロボットシステムでは、これに限られず、保持部調整機構23,123は、アーム20の第6関節76と保持部22との間で、アーム20に対して保持部22の位置姿勢を調整可能なものであればよい。このため、保持部調整機構23,123としては、例えば、アーム20及びハンド21,121の間に介在される独立した別機構としたり、あるいはアーム20の先端リンク67の一部に設けられるようにしてもよい。
In the
保持部調整機構23,123が、先端リンク67の一部に設けられている場合は、保持部調整機構23,123を共用化することでコスト増加を抑えることができると共に、従来からのエンドエフェクタをそのまま利用することができる。
When the holding
また、上述した第1実施形態〜第2実施形態のロボットシステム1,101,201では、センサとしてカメラ7を使用した場合について説明した。しかしながら、本発明に係るロボットシステムでは、これに限られず、例えば、レーザ変位計など他のセンサを用いてもよい。
In the
また、第1実施形態〜第2実施形態のロボットシステム1,101,201では、操作者によるティーチングペンダント4の操作及び教示治具5,105の利用により各教示を行う場合について説明した。しかしながら、本発明に係るロボットシステムでは、これに限られず、例えば、カメラ7及び画像処理部86を利用して、操作者の手動操作を行うことなく、ロボット2の教示を自動的に行うようにしてもよい。
In the
また、第1実施形態〜第2実施形態のロボットシステム1,101,201では、動作データ取得部83は教示により動作データを取得する場合について説明した。しかしながら、本発明に係るロボットシステムでは、これに限られず、例えば、既存のデータベースから動作データをダウンロードにより取得したり、あるいは動作データを計算により取得するようにしてもよい。
In the
また、第1実施形態〜第2実施形態のロボットシステム1,101,201では、アーム20及び保持部調整機構23,123への教示を特に分けることなく、同時あるいは連続して行う場合について説明した。しかしながら、本発明に係るロボットシステムでは、これに限られない。例えば、アーム20に実際の再生速度より遅い速度で第1の教示を行い、アーム20を実際の再生速度で再生させ、その再生後の位置からアーム20よりヒステリシスロス等の少ない保持部調整機構23,123に第2の教示を行うようにしてもよい。
Further, in the
この場合、再生時には、アーム20を第1の教示データによって再生すると共に、保持部調整機構23,123を第2の教示データによって再生する。これにより、アーム20でヒステリシスロス等により位置誤差が発生しても、保持部調整機構23,123により補正されるようになり、ロボット2によるワークの移動の精度を向上できるので、例えば、ロボット2による部品組立の精度を向上することができる。
In this case, at the time of reproduction, the
尚、以上述べた第1実施形態〜第2実施形態の各処理動作は具体的には制御装置3により実行されるものである。従って上述した機能を実現するソフトウェアのプログラムを記録した記録媒体を制御装置3に供給し、制御装置3のCPU30が記録媒体に格納されたプログラムを読み出し実行することによって達成されるようにしてもよい。この場合、記録媒体から読み出されたプログラム自体が上述した各実施の形態の機能を実現することになり、プログラム自体及びそのプログラムを記録した記録媒体は本発明を構成することになる。
The processing operations of the first to second embodiments described above are specifically executed by the
また、各実施の形態では、コンピュータ読み取り可能な記録媒体がROM31であり、ROM31にプログラムが格納される場合について説明したが、これに限定するものではない。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。例えば、プログラムを供給するための記録媒体としては、HDD、外部記憶装置、記録ディスク等を用いてもよい。
In each embodiment, the case where the computer-readable recording medium is the
1…ロボットシステム、2…ロボット、3…制御装置、6…テーブル(固定部材)、7…センサ(カメラ)、20…多関節アーム(アーム)、21…エンドエフェクタ(ハンド)、22…保持部、23…保持部調整機構、76…最先端の関節(第6関節)、101…ロボットシステム、102…ロボット、123…保持部調整機構、201…ロボットシステム
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記多関節アームに支持され、前記多関節アームの動作により位置及び姿勢が調整されると共に、ワークを把持可能な保持部を有するエンドエフェクタと、
前記ワークの位置及び姿勢の少なくとも一自由度を計測するセンサと、
前記多関節アームの最先端の関節と前記エンドエフェクタの前記保持部との間に配置されると共に、前記多関節アームに対する前記保持部の位置及び姿勢の少なくとも一自由度を調整可能な保持部調整機構と、
少なくとも前記多関節アーム、前記エンドエフェクタ、前記保持部調整機構を制御し、前記センサから取得した計測データから前記ワークの位置及び姿勢の少なくとも一自由度を算出する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
把持位置に基準位相となるように載置された教示用ワークを、前記エンドエフェクタで把持してから目標位置に移動させ、その間の前記多関節アームの動作データに基づき、前記多関節アームへの指令値をあらかじめ算出しておき、
前記把持位置に載置されたワークの位相を前記センサに計測させた後、前記指令値により前記多関節アームを動作させて、前記ワークを把持位置にて把持してから目標位置に移動させるが、
前記指令値により前記多関節アームを動作させる間に、前記センサにより計測されたワークの位相と前記基準位相との差分の算出と、前記差分に基づく前記保持部調整機構の補正動作と、の少なくとも一部を行う、
ことを特徴とするロボットシステム。 An articulated arm,
An end effector that is supported by the articulated arm, the position and posture of which are adjusted by the operation of the articulated arm, and a holding unit capable of gripping a workpiece;
A sensor for measuring at least one degree of freedom of the position and posture of the workpiece;
A holding part adjustment that is arranged between the most advanced joint of the multi-joint arm and the holding part of the end effector and that can adjust at least one degree of freedom of the position and posture of the holding part with respect to the multi-joint arm Mechanism,
A control device that controls at least the articulated arm, the end effector, and the holding unit adjustment mechanism, and calculates at least one degree of freedom of the position and orientation of the workpiece from measurement data acquired from the sensor;
The controller is
A teaching work placed so as to have a reference phase at a gripping position is gripped by the end effector and then moved to a target position. Based on the motion data of the articulated arm during that time, Calculate the command value in advance,
After causing the sensor to measure the phase of the workpiece placed at the gripping position, the articulated arm is operated according to the command value, and the workpiece is gripped at the gripping position and then moved to the target position. ,
At least the calculation of the difference between the phase of the workpiece measured by the sensor and the reference phase while operating the articulated arm according to the command value, and the correction operation of the holding unit adjustment mechanism based on the difference Do some,
A robot system characterized by this.
ことを特徴とする請求項1に記載のロボットシステム。 The sensor is a camera that photographs the workpiece.
The robot system according to claim 1 .
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のロボットシステム。 The sensor measures the workpiece in a state of being placed on a fixed member;
The robot system according to claim 1 or 2 , characterized in that
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のロボットシステム。 The robot system according to any one of claims 1 to 3 , wherein the sensor measures the workpiece in a state of being held by the holding unit.
前記多関節アームに支持され、前記多関節アームの動作により位置及び姿勢が調整されると共に、ワークを把持可能な保持部を有するエンドエフェクタと、
前記ワークの位置及び姿勢の少なくとも一自由度を計測するセンサと、
前記多関節アームの最先端の関節と前記エンドエフェクタの前記保持部との間に配置されると共に、前記多関節アームに対する前記保持部の位置及び姿勢の少なくとも一自由度を調整可能な保持部調整機構と、
少なくとも前記多関節アーム、前記エンドエフェクタ、前記保持部調整機構を制御し、前記センサから取得した計測データから前記ワークの位置及び姿勢の少なくとも一自由度を算出する制御装置と、を備えたロボットシステムの制御方法において、
把持位置に基準位相となるように載置された教示用ワークを、前記エンドエフェクタで把持してから目標位置に移動させ、その間の前記多関節アームの動作データに基づき、前記多関節アームへの指令値を前記制御装置にあらかじめ算出させる教示工程と、
前記把持位置に載置されたワークの位相を前記センサで計測する計測工程と、
前記指令値により前記多関節アームを動作させ、前記ワークを把持位置にて把持してから目標位置に移動させる多関節アーム移動工程と、
前記計測工程で計測されたワークの位相と前記基準位相との差分を算出し、前記差分に基づいて前記保持部調整機構を動作させる補正工程と、を有し、
前記補正工程の少なくとも一部を、前記多関節アーム移動工程の実行中に行う、
ことを特徴とするロボットシステムの制御方法。 An articulated arm,
An end effector that is supported by the articulated arm, the position and posture of which are adjusted by the operation of the articulated arm, and a holding unit capable of gripping a workpiece;
A sensor for measuring at least one degree of freedom of the position and posture of the workpiece;
A holding part adjustment that is arranged between the most advanced joint of the multi-joint arm and the holding part of the end effector and that can adjust at least one degree of freedom of the position and posture of the holding part with respect to the multi-joint arm Mechanism,
A robot system comprising: a control device that controls at least the articulated arm, the end effector, and the holding unit adjustment mechanism, and calculates at least one degree of freedom of the position and posture of the workpiece from measurement data acquired from the sensor; In the control method of
A teaching work placed so as to have a reference phase at a gripping position is gripped by the end effector and then moved to a target position. Based on the motion data of the articulated arm during that time, A teaching step for causing the control device to calculate a command value in advance;
A measuring step of measuring the phase of the workpiece placed at the gripping position by the sensor;
An articulated arm moving step of operating the articulated arm in accordance with the command value and gripping the workpiece at a gripping position and then moving the workpiece to a target position;
A step of calculating a difference between the phase of the workpiece measured in the measurement step and the reference phase, and operating the holding unit adjustment mechanism based on the difference, and
Performing at least a part of the correction step during the execution of the articulated arm movement step;
A control method of a robot system characterized by the above.
ことを特徴とする請求項5に記載のロボットシステムの制御方法。 The sensor is a camera that photographs the workpiece.
The robot system control method according to claim 5 , wherein:
ことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のロボットシステムの制御方法。 The sensor measures the workpiece in a state of being placed on a fixed member;
The robot system control method according to claim 5, wherein the robot system is a control method.
ことを特徴とする請求項5乃至7のいずれか一項に記載のロボットシステムの制御方法。 The robot system control method according to any one of claims 5 to 7 , wherein the sensor measures the workpiece held in the holding unit.
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