JP6325592B2

JP6325592B2 - ロボットシステム

Info

Publication number: JP6325592B2
Application number: JP2016067547A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　裕二; 裕二鈴木
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: JP2017177277A; CN107263516A; US20170282378A1; CN107263516B; DE102017205239A1; US10160119B2; DE102017205239B4

Description

本発明は、ロボットシステムに関するものである。

従来、ロボットの手首先端に取り付けたＡＴＣ（ＡｕｔｏＴｏｏｌＣｈａｎｇｅｒ）等の交換装置を用いて、複数のハンドを交換しながら複数種の作業を行う場合に、各作業に適したハンドが実装されているか否かをその都度確認する必要がある。実装したハンドが正しいか否かの識別方法としてカメラを用いて識別する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、ハンド置き台にハンド識別用のセンサを多数取り付けることも考えられる。

特開２０１２−３５３９１号公報

しかしながら、ハンド置台に、複数のハンド毎に、ハンド識別用のセンサを取り付けるのでは、Ｉ／Ｏ信号が増えるため制御が複雑になるとともに、センサを設置するためのスペースも必要となって、システムが大がかりになるという問題がある。また、カメラにより取得された画像を処理してハンドを識別する方法もコストがかかるため、実用的ではない。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、複数のハンド毎に、ハンド識別用のセンサを取り付けることなく、簡易かつコンパクトに複数のハンドを識別することができるロボットシステム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、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、手首先端にハンド着脱機構を備えたロボットと、該ロボットを制御するコントローラと、前記ロボットの前記ハンド着脱機構により択一的に装着される複数種のハンドを載置し、載置された状態の前記ハンドを電気的に接地させる接地回路を有するハンド置き台とを備え、前記ロボットの前記手首先端に検出用電圧が印加される第１電極が固定され、各前記ハンドに、前記ハンド着脱機構により着脱される着脱部の基準位置からの距離が前記ハンド毎に異なる位置に第２電極が設けられ、前記ハンド置き台の前記接地回路に流れる電流を検出する電流検出部が設けられ、前記コントローラが、いずれかの前記ハンドを選択するためのハンド選択部と、各前記ハンドと前記第２電極の位置とを対応づけて記憶する記憶部と、前記ハンド置き台に載置された各前記ハンドに対し前記ハンド選択部により選択された前記ハンドの前記第２電極の位置に対応する位置に前記第１電極を移動させたときに前記電流検出部による電流の検出の有無により選択された前記ハンドか否かを識別するハンド識別部とを備えるロボットシステムを提供する。

本態様によれば、ハンド着脱機構により装着すべきハンドがハンド選択部により選択されると、コントローラが、選択されたハンドに対応して記憶部に記憶されている第２電極の位置に基づいてロボットを制御し、ハンド置き台に載置されている複数種のハンドに対し手首に固定された第１電極を近接させる。

このとき、第１電極は選択されたハンドの第２電極の位置に対応する位置に移動させられるが、第２電極はハンド毎に、着脱部の基準位置からの距離が異なっているので、第１電極が近接させられたハンドが選択されたハンドではない場合には、第１電極と第２電極とは接触しない。したがって、第１電極に検出用電圧が印加されても電流検出部によって電流が検出されることはなく、ハンド識別部により、選択されたハンドではないことが識別される。

一方、第１電極が近接させられたハンドが選択されたハンドである場合には、第１電極と第２電極とが接触するので、第１電極に検出用電圧が印加されると接地回路に電流が流れ、電流検出部により検出され、ハンド識別部により、選択されたハンドであることが識別される。そして、選択されたハンドであると識別された場合には、当該ハンドの着脱部を手首に固定されたハンド着脱機構によって装着することにより、選択されたハンドを装着した作業を行うことができる。
すなわち、本態様によれば、複数種のハンドを識別する多数のセンサを用いる必要がないので、簡易かつコンパクトに複数のハンドを識別することができるという利点がある。

上記態様においては、前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方が、該第１電極および前記第２電極の近接方向に移動可能に設けられるとともに、前記第１電極および前記第２電極の接触による移動方向とは逆方向に付勢する付勢手段を備えていてもよい。
このようにすることで、ロボットの制御により第１電極を移動させて第２電極に接触させられる際に、第１電極および第２電極の少なくとも一方が、接触による圧力によって、電極どうしの近接方向に移動することにより、衝撃力が緩和される。また、電極が接触によって移動させられると、その移動方向とは逆方向に付勢手段による付勢力が作用するので、第１電極と第２電極との緊密な接触状態が維持される。

すなわち、本態様によれば、接触による衝撃力を緩和して電極の耐久性を向上することができるとともに、電極どうしを接触させるロボットの動作の教示を精密に行う必要がなく、簡易に行うことができる。

また、上記態様においては、前記電流検出部が、前記接地回路に電流が流れたときに開放または閉成されるリレーを備えていてもよい。
このようにすることで、リレーの開閉によって接地回路に電流が流れたことを検出することができ、安価な検出用の電気回路を構成することができる。

また、上記態様においては、前記コントローラが、前記第１電極への前記検出用電圧の印加のタイミングを制御してもよい。
このようにすることで、電流検出が必要とされるタイミングのみに第１電極に検出用電圧を印加することができ、第１電極と、第２電極ではない他の物体との接触時に電流が流れることを防止することができる。

また、前記検出用電圧は、前記コントローラに備えられた電源から供給されてもよい。
このようにすることで、ハンドを識別するための電源を別途設けずに済む。

本発明によれば、複数のハンド毎に、ハンド識別用のセンサを取り付けることなく、簡易かつコンパクトに複数のハンドを識別することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るロボットシステムを示す全体構成図である。図１のロボットシステムのハンド置き台に載置されるハンドの一例を示す図であり、第２電極部分の拡大図を併せて示している。図１のロボットシステムにおいて、選択されたハンドが検出された場合の動作を説明する回路図である。図１のロボットシステムにおいて、２番目のハンドが選択されたハンドとして検出される場合を説明する全体構成図である。図１のロボットシステムにおけるハンド識別動作を説明するフローチャートである。

本発明の一実施形態に係るロボットシステム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボットシステム１は、図１に示されるように、手首先端５にハンド着脱機構６を備えたロボット２と、該ロボット２を制御するコントローラ３と、複数種のハンド７を載置したハンド置き台４とを備えている。

ロボット２は、例えば、６軸多関節型のロボットであり、地面に固定されるベース８に対して、鉛直軸線回りに旋回胴９を回転させる第１軸１０、旋回胴９に対して水平軸線回りに第１アーム１１を揺動させる第２軸１２、第１アーム１１の先端に水平軸線回りに揺動可能に取り付けられた第２アーム１３を揺動させる第３軸１４、第２アーム１３の先端に第２アーム１３の長手軸回りに手首を回転させる第４軸１５、第４軸１５の先端に第２アーム１３の長手軸に直交する軸線回りに手首先端５を揺動させる第５軸１６および、第５軸１６の先端においてハンド着脱機構６を第５軸１６の軸線に直交する軸線回りに回転させる第６軸１７を備えている。

ハンド着脱機構６は、各ハンド７に共通の着脱部１８を取り付けておくことにより、いずれかのハンド７を着脱部１８によって択一的に装着することができるようになっている。着脱部１８の構造には公知の種々の構造があり、本実施形態においては、その構造はいかなるものであってもよい。ハンド着脱機構６は、その基準位置を、いずれかのハンド７の着脱部１８の基準位置に一致させることにより着脱部１８を装着することができるようになっている。

ロボット２の手首先端５には第１電極１９が固定されている。第１電極１９は、図１に示す例では、第６軸１７の軸線に対して所定の距離をあけて平行に配置された棒状の電極であり、その先端に、後述する第２電極２０と電気的に接続させられる接触面１９ａを備えている。接触面１９ａは、ハンド着脱機構６の先端面６ａよりも先端側に突出した位置に配置されている。

第１電極１９は、図３に示されるように、ケーブル２１を介してコントローラ３内の端子２６ａに接続されている。第１電極１９とコントローラ３の端子２６ａとの間には、ケーブル２１を流れる電流を検出する電流検出部２２が設けられている。

ハンド置き台４には、複数種、例えば、図１に示す例では、３種類のハンド７が着脱部１８を鉛直上方に向けて載置されている。これにより、ロボット２が手首先端５のハンド着脱機構６の先端面６ａを下向きにして、鉛直上方からハンド７の着脱部１８に近接させることにより、それぞれの基準位置を一致させてハンド７を装着することができるようになっている。また、ハンド７を離脱させる際にも、ハンド置き台４の空いている置き場にハンド７を鉛直上方から下降させていき、ハンド着脱機構６によってハンド７を解放した後、ロボット２の手首先端５を鉛直上方に移動させることにより、ハンド７を解放することができるようになっている。

各ハンド７には、上述した共通の着脱部１８が備えられているとともに、着脱部１８の基準位置、例えば、着脱部１８の中心線に対してハンド７毎に異なる距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３だけ離れた位置に平行に延びる棒状の第２電極２０が設けられている。ハンド置き台４に載置されている状態のハンド７の第２電極２０は、図２に示されるように、先端の接触面２０ａを鉛直上方に向けて配置されている。第２電極２０の接触面２０ａは、ロボット２の手首先端５に設けられた第１電極１９の接触面１９ａに電気的に接続できるようになっている。
また、ハンド置き台４は、該ハンド置き台４に載置されている状態のハンド７の第２電極２０をコントローラ３のアースに接地させる接地回路２３を有している。

また、第２電極２０は、図２に示されるように、接触面２０ａを上下方向に移動可能に支持されているとともに、コイルスプリング等の付勢部材（付勢手段）２４によって、鉛直上方に付勢されている。これにより、鉛直上方から第１電極１９が近接させられて、接触面１９ａ，２０ａどうしが接触させられた後には、第１電極１９がさらに下降させられると、第２電極２０も第１電極１９と共に下降させられ、その際に、両接触面１９ａ，２０ａどうしの接触状態は、付勢部材２４の付勢力によって安定して維持されるようになっている。これにより、第２電極２０にはフローティング機構が構成されている。

コントローラ３は、ロボット２を制御するプログラムを記憶しているとともに、プログラムを実行することにより、ロボット２の各軸１０，１２，１４，１５，１６，１７を動作させるようになっている。また、コントローラ３には、ハンド置き台４に載置されているハンド７の種類と第２電極２０の位置とを対応づけて記憶する記憶部（図示略）を備えている。本実施形態においては、第２電極２０の位置としては、例えば、ハンド着脱機構６の基準位置とハンド７の着脱部１８の基準位置とを一致させた状態における第１電極１９と第２電極２０との水平方向のズレ量を示すオフセット量を記憶している。

また、コントローラ３は、プログラムに記載された命令によって端子２６ａ，２６ｂ間に検出用電圧を供給する電源（図示略）が設けられている。
プログラムにおいては、例えば、ロボット２の動作によって第１電極１９の接触面１９ａと第２電極２０の接触面２０ａとが接触した後のタイミング、すなわち、第１電極１９の接触面１９ａが第２電極２０の接触面２０ａより低い位置まで下降させられた後のタイミングで、第１電極１９に検出用電圧を供給する命令が記載されていることが好ましい。

また、コントローラ３には、リレー２５によって断続される閉回路（ハンド識別部）２８が設けられている。リレー２５は電流検出部２２により電流が検出されたときに閉回路２８に設けられた接点を閉じるように設定されている。これにより、閉回路２８の端子２７ａ，２７ｂ間が導通したか否かによって電流検出部２２により電流が検出されたか否か、すなわち、第１電極１９の接触面１９ａと第２電極２０の接触面２０ａとが接触したか否かを判断することができるようになっている。

また、コントローラ３は、プログラムにおいてハンド選択信号Ａが存在するときには、ハンド識別動作を実施するようになっている。すなわち、プログラム内においてハンド７が選択されるので、プログラムがハンド選択部を構成している。

ハンド識別動作は、図５に示されるように、ロボット２を原位置に移動させ（ステップＳ１）、ハンド７の種別を示すハンド選択信号Ａの有無を判定し（ステップＳ２）、ハンド選択信号Ａが存在する場合には、記憶部にハンド選択信号Ａに対応して記憶されている第２電極２０の位置（オフセット量）Ｂを読み出すようになっている（ステップＳ３）。

次いで、ハンド番号ＮをＮ＝１にリセットし（ステップＳ４）、ハンド番号Ｎが終了判定番号Ｎｅｎｄか否かを判定する（ステップＳ５）。図４に示す例では、ハンド７は３種類であり、終了判定番号Ｎｅｎｄとしては、３より１つ多いＮｅｎｄ＝４が設定される。

Ｎ＝１であるので、判定の結果はＮＯとなり、ロボット２を作動させてハンド着脱機構（ＡＴＣ）６をＮ＝１番目のハンド７の把持位置上方に移動させる（ステップＳ６）。さらに、記憶部から読み出したオフセット量Ｂだけハンド着脱機構６を移動させる（ステップＳ７）。

この状態から、ロボット２を動作させてハンド着脱機構６を下降させる接触動作が実施される（ステップＳ８）。接触動作は、第１電極１９の接触面１９ａの高さが第２電極２０の接触面２０ａの高さより低い位置になるまでハンド着脱機構６を下降させる動作である。

この後に、コントローラ３の端子２６ａ，２６ｂに電源を供給する電圧印加処理が行われ（ステップＳ９）、電流検出部２２によって電流が検出されたか否かが判定される（ステップＳ１０）。
電流が検出された場合には、ハンド選択信号Ａに示されるハンド７は、ハンド番号Ｎ＝１のハンド７であったと識別されたので、電圧を遮断し（ステップＳ１１）、ハンド着脱機構６をＮ＝１番目のハンドの把持位置上方に移動し（ステップＳ１２）、ハンド着脱機構６を下降させてハンド７を装着する（ステップＳ１３）。

一方、ステップＳ１０において、電流が検出されないと判定された場合には、電圧を遮断し（ステップＳ１４）、ハンド番号ＮをＮ＝２にインクリメントして（ステップＳ１５）、ステップＳ５からの処理を繰り返す。
ステップＳ５において、Ｎ＝Ｎｅｎｄである場合には、ハンド７の把持動作を行うことなく終了する。

このように構成された本実施形態に係るロボットシステム１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係るロボットシステム１によれば、ロボット２の手首先端５に第１電極１９を設け、ハンド７毎に異なる位置に第２電極２０を設け、第１電極１９と第２電極２０とが接触することによって閉回路２８に流れる電流の有無によって、ハンド置き台４にランダムに配置されたハンド７の中から選択されたハンド７を識別することができる。これにより、複数のハンド７毎に、ハンド識別用のセンサを取り付けることなく、簡易かつコンパクトに複数のハンド７を識別することができるという利点がある。

また、第２電極２０にフローティング機構が構成され、第１電極１９と第２電極２０とが接触する際の衝撃を緩和しつつ、第１電極１９と第２電極２０との安定した接触状態を維持することができる。これにより、第１電極１９および第２電極２０の寿命を増大させることができるとともに、接触不良による誤検出を防止することができる。また、フローティング機構を設けることにより、第１電極１９を第２電極２０に接触させる位置まで移動させるためのプログラムを教示する際に教示点を大まかに設定することが可能となり、教示作業を簡易化することができるという利点もある。

また、コントローラ３に設けた電源から検出用電圧を供給するので、別途電源を設ける必要がない。
また、コントローラ３に設けた閉回路２８を電流の有無によって開閉されるリレー２５により開閉することで第１電極１９と第２電極２０との接触を検出しているので、簡易な電気回路によってハンド７の種別を識別する識別回路を構成することができるという利点がある。

また、本実施形態においては、第１電極１９の接触面１９ａが第２電極２０の接触面２０ａより低い位置まで下降させられた後に検出用電圧を供給するので、検出用電圧の供給が必要最小限の時間に限られ、ロボット２の動作に伴う第１電極１９の移動によって、第１電極１９が第２電極２０以外の部材に接触しても、電流を流さずに済むという利点がある。

なお、本実施形態においては、第２電極２０にフローティング機構を構成したが、これに代えて、第１電極１９にフローティング機構を構成してもよいし、第１電極１９および第２電極２０の両方にフローティング機構を構成してもよい。
また、３種類のハンド７がハンド置き台４に載置されている場合について説明したが、ハンド７の数は２種類でもよいし４種類以上でもよい。

１ロボットシステム
２ロボット
３コントローラ
４ハンド置き台
５手首先端
６ハンド着脱機構
７ハンド
１８着脱部
１９第１電極
２０第２電極
２２電流検出部
２３接地回路
２４付勢部材（付勢手段）
２５リレー
２８閉回路（ハンド識別部）

Claims

手首先端にハンド着脱機構を備えたロボットと、
該ロボットを制御するコントローラと、
前記ロボットの前記ハンド着脱機構により択一的に装着される複数種のハンドを載置し、載置された状態の前記ハンドを電気的に接地させる接地回路を有するハンド置き台とを備え、
前記ロボットの前記手首先端に検出用電圧が印加される第１電極が固定され、
各前記ハンドに、前記ハンド着脱機構により着脱される着脱部の基準位置からの距離が前記ハンド毎に異なる位置に第２電極が設けられ、
前記ハンド置き台の前記接地回路に流れる電流を検出する電流検出部が設けられ、
前記コントローラが、いずれかの前記ハンドを選択するためのハンド選択部と、各前記ハンドと前記第２電極の位置とを対応づけて記憶する記憶部と、前記ハンド置き台に載置された各前記ハンドに対し前記ハンド選択部により選択された前記ハンドの前記第２電極の位置に対応する位置に前記第１電極を移動させたときに前記電流検出部による電流の検出の有無により選択された前記ハンドか否かを識別するハンド識別部とを備えるロボットシステム。
前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方が、該第１電極および前記第２電極の近接方向に移動可能に設けられるとともに、前記第１電極および前記第２電極の接触による移動方向とは逆方向に付勢する付勢手段を備える請求項１に記載のロボットシステム。
前記電流検出部が、前記接地回路に電流が流れたときに開放または閉成されるリレーを備える請求項１または請求項２に記載のロボットシステム。
前記コントローラが、前記第１電極への前記検出用電圧の印加のタイミングを制御する請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボットシステム。
前記検出用電圧は、前記コントローラに備えられた電源から供給される請求項１から請求項４のいずれかに記載のロボットシステム。