JP6378484B2 - ロボット及びクレーン共同作業システム - Google Patents

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Description

本発明は、ロボット及びクレーンが共同して作業を行うロボット及びクレーン共同作業システムに関する。
従来から工場で作業する作業者を削減するためにロボットを用いてワークを搬送するシステムが知られている(例えば特許文献1参照)。
このワークを搬送するシステムは、把持部を有するロボットと、ワークを把持する把持部及び座を有するバランサとを含む。そして、把持部によってワークを把持したバランサの座をロボットの把持部によって把持し、ロボットがその把持部を搬送軌跡に従って、搬送位置に移動させる。これによって、ワークを搬送位置に位置させることができる。
特開平9−1492号公報
しかし、特許文献1に記載のワークを搬送するシステムは、ワークをロボットの動作領域外に搬送することができないという問題があった。
そして、製造ラインでワークをロボットの動作領域外に搬送するため、ワークをコンベヤ自動搬送装置で搬送することが考えられる。しかしこの場合、コンベヤを設置するための広い床面積を要し、システムが占有する床面積が増大するという問題があった。
また、ワークをクレーン(例えば天井クレーン)で搬送する作業をロボットがクレーンに指示することは行われておらず、さらに作業するロボットをクレーンが搬送することも行われていなかった。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、ロボットを用いて、従来作業者が行っていた作業の通りにワークを搬送して加工することが可能で且つワークの搬送に必要な床面積を抑制することが可能なロボット及びクレーン共同作業システムを提供することを目的とする。
そして、コンベヤ自動搬送装置等の自動化用の特別な設備機器を設けることなく、製造ラインで作業する作業者の削減又は製造ラインの無人化を可能にすることを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明のある態様に係るロボット及びクレーン共同作業システムは、ワークを取扱い又は工具を搭載することが可能なハンド及びアームを有するロボットと、前記ワーク又は前記ロボットである物体を吊って移動させるクレーンと、を備え、前記ロボットが前記ハンド及びアームによって前記物体を前記クレーンに取り付ける又は前記クレーンから取り外すよう取り扱い、且つ前記クレーンが前記物体を移動させ、且つ前記ロボットが前記ワークを加工するよう構成されている。
この構成によれば、ロボットがハンド及びアームによって物体をクレーンに取り付ける又は取り外すよう取り扱い、クレーンがワークをロボットの動作範囲外の所定の場所に移動させ、ロボットがワークを加工することができる。したがって、ロボットを用いて、従来作業者が行っていた作業の通りにワークを搬送して加工することができる。よって、製造ラインにおける作業者の作業そのままをロボットが実行するので、コンベヤ自動搬送装置等の自動化用の特別な設備機器を設けることなく、簡素な構成で製造ラインで作業する作業者の削減又は製造ラインの無人化を可能にすることができる。
また、ロボット及びワークは、クレーンによって移動させられるので、ワークの搬送に必要な床面積を抑制することができる。
システム制御部を更に備え、前記クレーン及び前記ロボットは、前記システム制御部が当該クレーン及び当該ロボットの動作を指示することができるように構成されており、前記システム制御部が、前記クレーン及び前記ロボットの動作を指示してもよい。
この構成によれば、従来作業者が行っていた作業の通りにロボットが作業することにより、製造ラインを無人化することができる。
前記クレーン及び前記ロボットは、当該ロボットが当該クレーンの動作を指示することができるように構成されており、前記ロボットが、前記クレーンの動作を指示してもよい。
この構成によれば、従来作業者が行っていた作業の通りにロボットが作業することにより、製造ラインを無人化することができる。
前記クレーン及び前記ロボットは、当該クレーンが当該ロボットの動作を指示することができるように構成されており、前記クレーンが、前記ロボットの動作を指示してもよい。
この構成によれば、従来作業者が行っていた作業の通りにロボットが作業することにより、製造ラインを無人化することができる。
前記ロボットが前記ハンド及び前記アームによって前記物体を前記クレーンに取り付けるよう取り扱うように構成されていてもよい。
この構成によれば、所定位置に位置するワーク又はロボットの位置精度が低い場合であっても、ロボットがワーク又はロボット自身をクレーンに取り付けることができる。また、クレーンにワーク又はロボットを取り付けるための構成を簡素なものとすることができる。
前記ロボットが前記ハンド及び前記アームによって前記クレーンに吊された前記物体を当該クレーンから取り外すよう取り扱うように構成されていてもよい。
この構成によれば、クレーンによって搬送されるワーク又はロボットの搬送位置精度が低い場合であっても、ロボットがワーク又はロボット自身をクレーンから取り外すことができる。
前記物体が前記ロボットであってもよい。
この構成によれば、ロボットがロボット自身をクレーンに取り付ける、又はロボット自身をクレーンから取り外すので、ロボットが自分でワークの加工現場に移動することができる。
前記物体が前記ワークであってもよい。
この構成によれば、ロボットがワークをクレーンに取り付けるので、所定位置に位置するワークの位置精度が低くても無人でワークをクレーンに取り付けることができ、又はロボットがワークをクレーンから取り外すので、クレーンによるワークの搬送位置の精度が低くても無人でワークをクレーンから取り外すことができる。
前記クレーンは、係合部を有する前記物体の当該係合部と係合する吊り具を有し、前記ロボットは、前記ハンドで前記吊り具を保持し、保持した前記吊り具を前記係合部に取り付ける又は前記係合部から取り外してもよい。
この構成によれば、ロボットがクレーンにワーク又はロボットを好適に取り付けることができる。
前記クレーンは、前記吊り具を昇降させ及び水平方向へ移動させる移動機構と、前記移動機構の動作を制御するクレーン制御部とを更に有し、前記ロボットは、載置面上に載置されるロボット基部と、基端部が前記ロボット基部に連結されている前記アームと、当該アームの先端部に取り付けられた前記ハンドと、前記アーム及び前記ハンドの動作を制御するロボット制御部と、前記物体の係合部の位置を取得する物体係合部位置取得部と、前記クレーンの吊り具の位置を取得する吊り具位置取得部と、を含み、前記ロボット制御部は、前記吊り具位置取得部によって取得した前記吊り具の位置に基づいて前記ハンドで前記吊り具を保持し、前記物体係合部位置取得部が取得した前記係合部の位置に基づいて設定した第1案内位置に前記吊り具を案内するように前記ハンドを移動させてもよい。
この構成によれば、ロボットがクレーンにワーク又はロボットを更に好適に取り付けることができる。
前記ロボットは、前記ハンド又は前記アームに取り付けられたカメラを更に備え、前記物体係合部位置取得部及び吊り具位置取得部は、前記カメラで撮像した画像を処理して前記係合部及び前記吊り具の位置を取得するように構成されていてもよい。
この構成によれば、ロボットが自力で物体の係合部の位置とクレーンの吊り具の位置とを取得することができる。
本発明は、ロボットを用いて、従来作業者が行っていた作業の通りにワークを搬送して加工することが可能で、且つワークの搬送に必要な床面積を抑制することが可能なロボット及びクレーン共同作業システムを提供することができるという効果を奏する。
本発明の実施の形態1に係るロボット及びクレーン共同作業システムの構成例を示す図である。 図1のロボット及びクレーン共同作業システムの制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。 図1のロボット及びクレーン共同作業システムの動作例を示すフローチャートである。 図3のステップS1におけるロボット及びクレーン共同作業システムの動作例を示すフローチャートである。 図3のステップS3におけるロボット及びクレーン共同作業システムの動作例を示すフローチャートである。 図1のロボット及びクレーン共同作業システムの動作例を示す図である。 図1のロボット及びクレーン共同作業システムの動作例を示す図である。 図1のロボット及びクレーン共同作業システムの動作例を示す図である。 図1のロボット及びクレーン共同作業システムの動作例を示す図である。 図1のロボット及びクレーン共同作業システムの動作例を示す図である。 本発明の実施の形態4に係るロボット及びクレーン共同作業システムの構成例を示す図である。 図6のロボット及びクレーン共同作業システムの制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。 本発明の実施の形態5に係るロボット及びクレーン共同作業システムの構成例を示す図である。 図8のロボット及びクレーン共同作業システムの制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。 本発明の実施の形態6に係るロボット及びクレーン共同作業システムの構成例を示す図である。 本発明の実施の形態7に係るロボット及びクレーン共同作業システムの構成例を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下では、全ての図を通じて、同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係るロボット及びクレーンが共同して作業を行うロボット及びクレーン共同作業システム100の構成例を示す図である。
図1に示すように、共同作業システム100は、例えば、ワーク110の加工を行う作業場、例えば製造ラインに設置され、クレーン1及びロボット2を備える。なお、共同作業システム100が設置される場所は製造ラインに限定されるものではない。
この製造ラインは、互いに離れた場所に、加工前ワーク置場Pa、加工場Pb、及び加工済ワーク置場Pcが設定(配置)されている。
加工前ワーク置場Paは、加工前のワーク110が載置される場所であり、ロボットが載置される場所であるロボット載置位置Pa1、及びワークが載置される場所であるワーク載置位置Pa2が設定されている。ワーク載置位置Pa2に位置するワーク110は、ロボット載置位置Pa1に位置するロボット2の後述する動作領域内に位置するように設定されている。
加工場Pbは、ロボット2によってワーク110の加工が行われる場所であり、ロボットが載置される場所であるロボット載置位置Pb1及びワークの加工を行う場所であるワーク加工位置Pb2が設定されている。ワーク加工位置Pb2に位置するワーク110は、ロボット載置位置Pb1に位置するロボット2の後述する動作領域内に位置するように設定されている。
加工済ワーク置場Pcは、ロボット2によって加工が行われたワーク110が載置される場所である。
また、ワーク110は、ワーク本体112と、後述するクレーン1の吊り具11の係合部10と係合するように構成されている係合部111を備える。係合部111は、例えばワーク110の重心の真上に位置するように設けられ、クレーン1に吊られたワーク110の荷重を支える。
[クレーン]
クレーン1は、例えば製造ラインが設置された建屋の天井近くに設けられた天井クレーンである。なお、クレーン1の構成は、天井クレーンに限られず、任意である。
クレーン1は、吊り具11と、ワイヤーロープ12と、ウインチ13と、トロリ14と、走行レール15と、制御器16(図2参照)と、クレーン側通信部17(図2参照)とを有する。
吊り具11は、ワーク110の係合部111、及び後述するロボット2の係合部28と係合可能に構成されている係合部10を有する。また、吊り具11は、後述するロボット2のハンド23で把持可能に構成されている。
そして、本実施の形態において、吊り具11は、自動フック機構を備え、ワーク110の係合部111及びロボット2の係合部28からの取り外しが自動的に行われるように構成されている。この自動フック機構は、例えば、ワイヤーロープ12にかかる荷重が0になると、吊り具11がワーク110の係合部111及びロボット2の係合部28から外れるように構成されている。自動フック機構は、周知の自動フック機構を適用することができるので、これ以上の説明を省略する。
また、係合部10は、例えば、吊り具11の下端から上方に延びる溝部の内部に形成されているレバーである。そして、ワーク110の係合部111及び後述するロボット2の係合部28の上方から係合部10を下方に移動させて、吊り具11の溝部内にワーク110の係合部111及び後述するロボット2の係合部28を差し込むことによって、係合部10が吊り具11の溝部内に進出し、係合部111及び係合部28が吊り具11の溝部内に保持される。これによって、クレーン1の係合部10とワーク110の係合部111とを係合させることができるように構成されている。また、クレーン1の係合部10とロボット2の係合部28とを係合させることができるように構成されている。
ワイヤーロープ12は、下端が吊り具11に固定され、吊り具11から上方に延び、上端側の部分は、ウインチ13に巻き取られている。
ウインチ13は、図示しないドラムにワイヤーロープ12の巻き取り及び巻き戻しを行うことによって、吊り具11を昇降させる。ウインチ13はドラムを回転駆動させる図示しない駆動部を有する。
トロリ14は、ウインチ13が取り付けられており、ウインチ13を移動させる車である。トロリ14は、トロリ14に設けられた駆動部によって走行駆動され、吊り具11を水平方向へ移動させる。
このように、ウインチ13及びトロリ14の駆動部は、ウインチ13及びトロリ14自身に設けられているが、例えば外部に設けられてもよい。ウインチ13、トロリ14が移動機構18(図2参照)を構成する。
走行レール15は、トロリ14を支持して案内誘導するレールである。走行レール15は、加工前ワーク置場Paのロボット載置位置Pa1及びワーク載置位置Pa2、加工場Pbのロボット載置位置Pb1及びワーク加工位置Pb2、及び加工済ワーク置場Pcの上方を通るように構成されている。
図2は、共同作業システム100の制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。
図2に示すように、クレーン1の制御器16は、制御部50を備え、例えば、マイクロコントローラ、CPU、MPU、論理回路、PLC (Programmable Logic Controller)等で構成される。制御器は、集中制御を行う単独の制御器で構成してもよく、分散制御を行う複数の制御器で構成してもよい。
制御部50は、クレーン制御部51、及び通信制御部52を有する。クレーン制御部51及び通信制御部52は、制御プログラムを演算器が実行することにより実現される機能ブロックである。
クレーン制御部51は、移動機構18、すなわちウインチ13及びトロリ14の駆動部を制御し、吊り具11を移動させる。通信制御部52は、クレーン側通信部17の制御を行う。
クレーン側通信部17は、通信制御部52の制御のもと、例えば、ロボット側通信部30と無線通信を行う。
[ロボット]
図1及び図2に示すように、ロボット2は、例えば、多関節型の産業用ロボットである。ロボット2は、ロボット基部21と、アーム22と、ハンド23と、アーム駆動部24(図2参照)と、ハンド駆動部25(図2参照)と、制御器26(図2参照)と、カメラ27と、係合部28と、ロボット側通信部30(図2参照)とを有する。
ロボット基部21は、製造ラインの床面等の載置面に固定されない状態で載置される台であり、アーム22及びハンド23を支えている。
アーム22は、例えば、複数の関節を備え、基端部がロボット基部21に対して回動可能に連結されている。
ハンド23は、物品の保持を行う保持動作及び保持した物品の開放を行う開放動作を行うことができるように構成され、ハンド23の先端部に取り付けられている。また、ハンド23は、加工場Pbで行う作業に応じた工具の搭載を行う搭載動作及び搭載した工具の取り外しを行う取外動作を行うことができるように構成されている。
アーム駆動部24は、ハンド23を動作領域内の所定位置に位置させるようにアーム22を駆動する。
ハンド駆動部25は、ハンド23の保持動作、開放動作、搭載動作、及び取外動作を行うようにハンド23を駆動する。
カメラ27は、例えば動画像を立体的に撮像することができるステレオビデオカメラである。これによって、撮像した画像を処理することによって、この画像に写っている対象物の画面(視野)上の位置及び対象物との距離を取得することができるように構成されている。また、カメラ27は、ハンド23に取り付けられている。したがって、アーム22を動かすことによって、任意の方向の画像を撮像することができる。なお、カメラ27の取付位置は、ハンド23に限定されない。
また、本実施の形態において、ロボット2は、アーム22及びハンド23の駆動に用いる電力を供給するバッテリー29が内蔵されている、電源内蔵型のロボットである。これによって、ロボット2と外部電源とを電源ケーブルによって接続することなくロボット2を駆動させることができる。なお、ロボット2は、ワイヤレスで給電されるように構成されていてもよい。
係合部28は、例えば、クレーン1の吊り具11の係合部10と係合するように構成されている。そして、係合部28は、例えば、ロボット2の重心の真上に位置するよう設けられ、クレーン1に吊られたロボット2の荷重を支える。
図2に示すように、ロボットの制御器26は、制御部60及び記憶部61を備え、例えば、マイクロコントローラ、CPU、MPU、論理回路、PLC等で構成される。制御器は、集中制御を行う単独の制御器で構成してもよく、分散制御を行う複数の制御器で構成してもよい。
記憶部61は、ROM、RAM等のメモリを有する。記憶部61には、ロボット2の係合部28の位置を特定するための情報が記憶されている。
制御部60は、ロボット制御部62、吊り具位置取得部63、物体係合部位置取得部64、協調制御部65、及び通信制御部66を含む。
ロボット制御部62、吊り具位置取得部63、物体係合部位置取得部64、協調制御部65、及び通信制御部66は、記憶部61に格納された所定の制御プログラムを演算器が実行することにより実現される機能ブロックである。
ロボット制御部62は、アーム駆動部24及びハンド駆動部25を制御し、アーム22及びハンド23を動作させる。また、ロボット制御部62は、ハンド23に搭載された工具の動作を制御する。
吊り具位置取得部63は、カメラ27で撮像した画像を処理し、クレーン1の吊り具11の位置を取得する。これによって、ロボット2が自力でクレーン1の吊り具11の位置を取得することができる。
物体係合部位置取得部64は、ロボット2の係合部28の位置、及びワーク110の係合部111の位置を取得する。ロボット2の係合部28の位置は、物体係合部位置取得部64が記憶部61に格納されたロボット2の係合部28の位置情報を読み込んで取得する。ワーク110の係合部111の位置は、物体係合部位置取得部64がカメラ27で撮像した画像を処理して取得する。これによって、ロボット2が自力でロボット2の係合部28の位置、又はワーク110の係合部111の位置を取得することができる。
協調制御部65は、通信制御部66、ロボット側通信部30、クレーン側通信部17、及び通信制御部52を介して、クレーン制御部51にクレーンの動作を指示する。
通信制御部66は、ロボット側通信部30の制御を行う。
ロボット側通信部30は、通信制御部66の制御のもと、例えば、クレーン側通信部17と無線通信を行う。
なお、クレーン1とロボット2との間の通信手段は、無線通信手段に限定されるものではない。
[動作例]
次に、共同作業システム100の動作例を説明する。この動作は、ロボット2の制御器26とクレーン1の制御器16との制御によって遂行される。
図3〜5は、共同作業システム100の動作例を示すフローチャートである。図6A〜図6Eは、共同作業システム100の動作例を示す図である。
図6Aに示すように、本動作例の初期状態において、ロボット2は、加工場Pbのロボット載置位置Pb1に位置する。
<ロボットを加工前ワーク置場へ移動させる動作>
図3に示すように、まず、ロボット2を加工場Pbから(図6A参照)加工前のワーク110が置かれている加工前ワーク置場Paに移動させる(図6B参照)以下の一連の動作が実行される(ステップS1)。
すなわち、図4に示すように、まず、ロボット2の協調制御部65は、クレーン制御部51に対し、吊り具11をロボット2の動作領域内の所定位置(例えば、ロボット載置位置Pb1に位置するロボット2の係合部28の上方)に位置させるように指示する(ステップS101)。
次に、クレーン1のクレーン制御部51は、ロボット2の指示に基づいて移動機構18を制御し、吊り具11を協調制御部65から指示されたロボット2の動作領域内の所定位置に位置させる(ステップS103)。なお、この制御は搬送位置精度が低くてもよい。
次に、ロボット2の制御部60は、吊り具11がロボット2の動作領域内の所定位置に位置したか否かを判定する(ステップS105)。この判定は、例えば、所定時間が経過したか否かに基づいて行われるがこれに限定されるものではない。これに代えて、例えば、クレーン1の制御部50から送信された吊り具11の位置情報に基づいて行われてもよい。
次に、ロボット2の制御部60は、吊り具11がロボット2の動作領域内の所定位置に位置したと判定するまで待機する(ステップS105においてNo)。そして、ロボット2の制御部60は、吊り具11がロボット2の動作領域内の所定位置に位置したと判定すると(ステップS105においてYes)、ロボット制御部62は、アーム22を動作させて、カメラ27を上記所定位置に向ける。そして、ロボット2の吊り具位置取得部63は、カメラ27で撮像し、この撮像した画像に基づいて吊り具11の位置を取得する(ステップS107)。そして、ロボット制御部62は、アーム駆動部24を駆動してハンド23を吊り具11が位置する位置に移動させて、ハンド駆動部25を駆動し、ハンド23に保持動作を行わせる(ステップS109)。これによって、吊り具11は、ハンド23によって保持される。したがって、クレーン制御部51の制御によって所定位置に位置させた吊り具11の搬送位置精度が低い場合であっても、吊り具11をハンド23によって保持することができる。
次に、ロボット2のロボット制御部62は、アーム駆動部24を駆動してハンド23で保持したクレーン1の吊り具11をロボット2の係合部28に案内し、クレーン1の吊り具11の係合部10とロボット2の係合部28とを係合させる(ステップS111)。このとき、ロボット2のロボット制御部62は、まず、アーム駆動部24を駆動してロボット2の係合部28よりも所定距離上方に設定した位置(第1案内位置)に吊り具11を案内して位置させるようにハンド23を移動させ、次に、アーム駆動部24を駆動して当該位置から下方に吊り具11を案内して位置させるようにハンド23を移動させる。これによって、吊り具11の係合部10とロボット2の係合部28とを係合させることができる。このように、共同作業システム100は、ロボット2がハンド23及びアーム22を動作させて自身をクレーン1に取り付けるよう取り扱う。したがって、ロボット載置位置Pb1に位置するロボット2の位置精度が低い場合であっても、無人でロボット2をクレーン1に取り付けることができる。
次に、ロボット2の協調制御部65は、クレーン制御部51に対し、吊り具11を移動させることによって、吊り具11に取り付けられたワーク110を目標位置、すなわち、加工前ワーク置場Paのロボット載置位置Pa1に移動させるよう指示する(ステップS113)。
次に、クレーン1のクレーン制御部51は、ロボット2の指示に基づいて移動機構18を制御し、吊り具11を移動(上昇、水平移動、及び下降)させることによって、吊り具11に取り付けられたロボット2を目標位置に向けて搬送する(ステップS115)。そして、ロボット2が目標位置(ロボット載置位置Pa1)に載置されると、吊り具11がロボット2の係合部28から自動的に外れ、ロボット2は、クレーン1から取り外される。なお、この制御は、ロボット2の搬送位置精度が低くてもよい。
<ワークを加工場へ移動させる動作>
図3に示すように、次に、ロボット2の制御部60は、自身がクレーン1から取り外され、加工前ワーク置場Paに移動したか否かを判定する(ステップS2)。この判定は、例えば、所定時間が経過したか否かに基づいて行われるがこれに限定されるものではない。これに代えて、例えば、クレーン1の制御部50から送信された吊り具11の負荷荷重が0になったことを示す情報に基づいて行われてもよい。
そして、ロボット2の制御部60は、自身が加工前ワーク置場Paに移動したと判定するまで待機する(ステップS2においてNo)。そして、ロボット2の制御部60は、自身が加工前ワーク置場Paに移動したと判定すると(ステップS2においてYes)、ワーク110を加工前のワーク110から(図6B参照)加工場Pbに移動させる(図6C参照)以下の一連の動作が実行される(ステップS3)。
すなわち、図5に示すように、ロボット制御部62は、アーム22を動作させて、カメラ27をワーク載置位置Pa2に向ける。そして、ロボット2の物体係合部位置取得部64は、カメラ27で撮像し、この撮像した画像に基づいて、作業対象のワーク110の係合部111の位置を取得する(ステップS201)。
次に、ロボット2の協調制御部65は、クレーン制御部51に対し、吊り具11をロボット2の動作領域内の所定位置(例えば、ワーク載置位置Pa2に位置するワーク110の係合部111の上方)に位置させるように指示する(ステップS203)。
次に、クレーン1のクレーン制御部51は、ロボット2の指示に基づいて移動機構18を制御し、吊り具11を協調制御部65から指示されたロボット2の動作領域内の所定位置に位置させる(ステップS205)。なお、この制御は吊り具11の搬送位置精度が低くてもよい。
次に、ロボット2の制御部60は、吊り具11がロボット2の動作領域内の所定位置に位置したか否かを判定する(ステップS207)。
次に、ロボット2の制御部60は、吊り具11がロボット2の動作領域内の所定位置に位置したと判定するまで待機する(ステップS207においてNo)。そして、ロボット2の制御部60は、吊り具11がロボット2の動作領域内の所定位置に位置したと判定すると(ステップS207においてYes)、ロボット制御部62は、アーム22を動作させて、カメラ27を上記所定位置に向ける。そして、ロボット2の吊り具位置取得部63は、カメラ27で撮像し、この撮像した画像に基づいて吊り具11の位置を取得する(ステップS209)。そして、ロボット制御部62は、アーム駆動部24を駆動してハンド23を吊り具11が位置する位置に移動させて、ハンド駆動部25を駆動し、ハンド23に保持動作を行わせる(ステップS211)。これによって、吊り具11は、ハンド23によって保持される。したがって、クレーン制御部51の制御によって所定位置に位置させたロボット2及び吊り具11の搬送位置精度が低い場合であっても、吊り具11をハンド23によって保持することができる。
次に、ロボット2のロボット制御部62は、アーム駆動部24を駆動してハンド23で保持したクレーン1の吊り具11をワーク110の係合部111に案内し、クレーン1の吊り具11の係合部10とワーク110の係合部111とを係合させる(ステップS213)。このとき、ロボット2のロボット制御部62は、まず、アーム駆動部24を駆動してワーク110の係合部111よりも所定距離上方に設定した位置(第1案内位置)に吊り具11を案内して位置させるようにハンド23を移動させ、次に、アーム駆動部24を駆動して当該位置から下方に吊り具11を案内して位置させるようにハンド23を移動させる。これによって、吊り具11の係合部10とワーク110の係合部111とを係合させることができる。このように、共同作業システム100は、ロボット2がハンド23及びアーム22によってワーク110をクレーン1に取り付けるよう取り扱う。したがって、ワーク載置位置Pa2に位置するワーク110の位置精度、又はクレーン1によってロボット載置位置Pa1に位置させたロボット2の搬送位置精度が低い場合であっても、従来作業者が行っていた作業の通りにワーク110をクレーン1に取り付けることができる。
次に、ロボット2の協調制御部65は、クレーン制御部51に対し、吊り具11を移動させることによって、吊り具11に取り付けられたワーク110を目標位置、すなわち、加工場Pbのワーク加工位置Pb2に移動させるよう指示する(ステップS215)。
次に、クレーン1のクレーン制御部51は、ロボット2の指示に基づいて移動機構18を制御し、吊り具11を移動させることによって、吊り具11に取り付けられたワーク110を目標位置に向けて搬送する(ステップS217)。そして、吊り具11に取り付けられたワーク110が目標位置(ワーク加工位置Pb2)に載置されると、吊り具11がワーク110の係合部111から自動的に外れ、ワーク110は、クレーン1から取り外される。なお、この制御は搬送位置精度が低くてもよい。
このように、共同作業システム100は、クレーン1がワーク110をワーク載置位置Pa2からワーク加工位置Pb2に移動させるように構成されている。
<ロボットをワーク加工場へ移動させる動作>
図3に示すように、次に、ロボット2の制御部60は、ワーク110がクレーン1から取り外され、加工場Pbに移動したか否かを判定する(ステップS4)。この判定は、例えば、所定時間が経過したか否かに基づいて行われるがこれに限定されるものではない。これに代えて、例えば、クレーン1の制御部50から送信された吊り具11の負荷荷重が0になったことを示す情報に基づいて行われてもよい。
そして、ロボット2の制御部60は、ワーク110が加工場Pbに移動したと判定するまで待機する(ステップS4においてNo)。そして、ロボット2の制御部60は、ワーク110が加工場Pbに移動したと判定すると(ステップS4においてYes)、ロボット2を加工前ワーク置場Paから(図6C参照)加工場Pbに移動させる(図6D参照)一連の動作が実行される(ステップS5)。
上記ステップS1の一連の動作におけるロボット2を移動させる目標位置が加工前ワーク置場Paのロボット載置位置Pa1であるのに対し、ステップS5における一連の動作は、ロボット2を移動させる目標位置が加工場Pbのロボット載置位置Pb1である点において相違し、これ以外の点については上記ステップS1の一連の動作と同様である。このように、本実施の形態の共同作業システム100は、クレーン1がロボット2をロボット載置位置Pa1とロボット載置位置Pb1との間で移動させるように構成されている。
したがって、共同作業システム100は、従来作業者が行っていた作業の通りに、ロボット2が自分でワーク110の加工現場に移動することができる。
そして、共同作業システム100は、ロボット2のハンド23及びアーム22を動作させて自身をクレーン1に取り付けるよう取り扱うので、ロボット載置位置Pa1に位置するロボット2の搬送位置精度が低い場合であっても、ロボット2をクレーン1に取り付けることができ、製造ラインの無人化を図ることができる。
<ロボットがワークを加工する動作>
図3に示すように、次に、ロボット2の制御部60は、自身がクレーン1から取り外され、加工場Pbに移動したか否かを判定する(ステップS6)。この判定は、例えば、所定時間が経過したか否かに基づいて行われるがこれに限定されるものではない。これに代えて、例えば、クレーン1の制御部50から送信された吊り具11の負荷荷重が0になったことを示す情報に基づいて行われてもよい。
そして、ロボット2の制御部60は、自身が加工場Pbに移動したと判定するまで待機する(ステップS6においてNo)。そして、ロボット2の制御部60は、自身が加工場Pbに移動したと判定すると(ステップS6においてYes)、ロボット2がワーク110を加工する(ステップS7)。
すなわち、ロボット2は、ハンド駆動部25を駆動し、ハンド23に図示しない工具の搭載を行う搭載動作を実行し、その後、工具を用いてワーク110の加工を行う。そして、ワーク110の加工を終了すると、ハンド駆動部25を駆動し、ハンド23に搭載された工具の取外動作を実行する。
<ワークを加工済ワーク置場へ移動させる動作>
図3に示すように、次に、ロボット2の制御部60は、ワーク110を加工場Pbから(図6D参照)加工済ワーク置場Pcに移動させる(図6E参照)一連の動作が実行される(ステップS8)。
上記ステップS3の一連の動作におけるワーク110を移動させる目標位置が加工場Pbのワーク加工位置Pb2であるのに対し、ステップS8における一連の動作は、ワーク110を移動させる目標位置が加工済ワーク置場Pcである点において相違し、これ以外の点については上記ステップS3の一連の動作と同様である。そして、共同作業システム100は、ロボット2のハンド23及びアーム22によってワーク110をクレーン1に取り付けるよう取り扱うので、クレーン1によってワーク加工位置Pb2に搬送されたワーク110の搬送位置精度、又はクレーン1によってロボット載置位置Pb1に搬送されたロボット2の搬送位置精度が低い場合であっても、ワーク110をクレーン1に取り付けることができる。
このように、本実施の形態において、共同作業システム100は、加工前ワーク置場Paに位置するワーク110を、加工場Pbに搬送して加工し、更に加工済みのワーク110を加工済ワーク置場Pcに移動させることができる。したがって、製造ラインにおける一連の作業を無人で行うことができる。
また、ロボット2がクレーン1の吊り具11の係合部10とワーク110の係合部111、及びロボット2がロボット2自身の係合部28とクレーン1の吊り具11の係合部10とを係合させるため、クレーン1の吊り具11の搬送位置精度が低い場合やクレーン1によって搬送されるワーク110又はロボット2の搬送位置精度が低い場合であっても、クレーン1にワーク110又はロボット2を取り付けることができ、上記一連の作業を行うことができる。また、クレーン1にワーク110又はロボット2を取り付けるための構成を簡素なものとすることができる。よって、共同作業システム100の構築に要するコストが安価となる。
更に、ロボット2が加工前ワーク置場Paと加工場Pbとの間を移動してクレーン1の吊り具11の係合部10とワーク110の係合部111とを係合させるため、共同作業システム100を構成するロボットの数を少なくすることができる。よって、共同作業システム100の構築に要するコストが安価となる。
また、ロボット2及びワーク110は、クレーン1によって搬送されるので、ロボット2が自走して加工前ワーク置場Paと加工場Pbとの間を移動する場合や、ワーク110がコンベヤによって搬送される場合のように、ロボット2の移動路又はワーク110の搬送路を設ける必要がなく、システムの設置スペースを抑えることができ、ワーク110の搬送に必要な床面積を抑制することができる。
以上に説明したように、本発明の共同作業システム100は、ロボット2及びクレーン1が共同して作業を行い、ワーク110を互いに離れた場所に位置する加工前ワーク置場Pa、加工場Pb、及び加工済ワーク置場Pcとの間で移動させ、ロボット2が加工場Pbにおいてワーク110を加工することができる。したがって、ロボット2を用いて、従来作業者が行っていた作業の通りにワーク110を搬送して加工することができる。
すなわち、本発明は、従来作業者が行っていたようにロボット2がワーク110をクレーン1に取り付けてワーク110を移動させると共に、従来作業者が加工前ワーク置場Pa、加工場Pb、及び加工済ワーク置場Pcといった互いに離れた場所間を移動していたようにロボット2が互いに離れた場所間を移動することによって、コンベヤ自動搬送装置等の自動化用の特別な設備機器を設けることなく製造ラインにおける作業者の作業そのままをロボットが実施するという全く新しい方法により、製造ラインで作業する作業者の削減又は製造ラインの無人化の課題を解決することができる。
また、ロボット2及びワーク110は、クレーン1によって移動させられるので、ワーク110の搬送に必要な床面積を抑制することができる。
更に、ロボット2は、クレーン1に対しクレーン1の動作を指示するように構成されているので、ワークの搬送及びワークの加工を行う製造ラインを無人化することができる。
よって、ロボット2を用いてワーク110を搬送して加工することが可能で且つワーク110の搬送に必要な床面積を抑制することができる。
(実施の形態2)
実施の形態1及び2において、共同作業システム100は、クレーンを一台のクレーン1で構成されているものを例示したが、これに代えて、共同作業システムは、クレーンを複数台備えていてもよい。
そして、複数台のクレーンを用いてステップS3におけるワーク110の加工前ワーク置場Paから加工場Pbへの搬送と、ステップS5におけるロボット2の加工前ワーク置場Paから加工場Pbへの搬送とが同時に並行して行われるように構成してもよい。
これによって、ワークに対する一連の作業のサイクルタイムを短縮することができる。
また、あるクレーンによって搬送されるワーク110を加工場Pb又は加工済ワーク置場Pcの目標位置に下ろすよりも先に、他のクレーンによってロボット2を加工場Pb及び加工済ワーク置場Pcに搬送してもよい。そして、ロボット2のロボット制御部62がアーム22及びハンド23を動作させて、加工場Pb又は加工済ワーク置場Pcに下ろされるワーク110を把持して、目標位置に載置されるワーク110の姿勢決め及び位置決めを行ってもよい。
(実施の形態3)
実施の形態1において、ワーク110及びロボット2は、目標位置に載置されると、吊り具11がワーク110の係合部111及びロボット2の係合部28から自動的に外れることによって、クレーン1から自動的に取り外されるように構成されている。しかし、これに代えて、ワーク110及びロボット2は、目標位置に載置されると、ロボット2がハンド23及びアーム22を動作させ、吊り具11をワーク110の係合部111又はロボット2の係合部28から取り外し、ロボット2がクレーン1に吊るされたワーク110又はロボット2を取り外すよう取り扱うように構成してもよい。
(実施の形態4)
図7は、実施の形態4に係る共同作業システム400の構成例を示す図である。図8は、共同作業システム400の制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。
図7に示すように、実施の形態4の共同作業システム400は、上記実施の形態1の構成に加え、加工前ワーク置場Pa及び加工場Pbに設置された揺止具401を更に備える。
揺止具401は、ロボット載置位置Pa1及び加工場Pb、又はこれに隣接する位置に立った状態で設けられた柱状体である。揺止具401は、弾性体であり、例えばゴム製である。そして、揺止具401は、頂部に形成されたロボット2のハンド23で保持するための保持部402を有する。
更に、実施の形態4の共同作業システム400は、ロボット2の制御部60が保持部検出/位置取得部403を含むように構成されている。この保持部検出/位置取得部403は、カメラ27で撮像した画像を処理し、保持部402の検出及び保持部402の位置の取得を行う。
[動作例]
次に、実施の形態6に係るロボット2の動作例を説明する。
ところで、ロボット2の位置決めの直前には、クレーン1に吊り下げられているロボット2が揺れる場合があり、本実施の形態において、ロボット2は、揺止具401を保持させてその揺れを止める。そして、揺止具401を保持するためには、ロボット2の位置決め動作中に揺止具401の位置を取得する必要がある。
まず、本動作例では、ロボット2がクレーン1によって搬送されており、加工場Pbから加工前ワーク置場Paに移動している状態、又は加工前ワーク置場Paから加工場Pbに移動している状態において、ロボット制御部62は、アーム22を動作させて、カメラ27を移動先である目標位置の揺止具401に向ける。そして、ロボット2の保持部検出/位置取得部403は、カメラ27で目標位置の画像を連続して撮像し、この撮像した画像に基づいて保持部検出/位置取得部403が、保持部402を検出したか否かを判定する。そして、保持部検出/位置取得部403が保持部402を検出したと判定すると、保持部検出/位置取得部403が保持部402のリアルタイムの位置を取得する。そして、ロボット制御部62は、保持部402がロボット2の動作領域内に位置したか否かを判定する。そして、ロボット制御部62が、保持部402がロボット2の動作領域内に位置したと判定すると、アーム駆動部24を駆動してハンド23を保持部402が位置する位置に移動させて、ハンド駆動部25を駆動してハンド23の保持動作を実行し、ハンド23が保持部402を保持する。そして、ハンド23が保持部402を保持した時、ロボット2が揺れていると、揺止具401は、撓み、クレーン1に吊られたロボット2の揺れを吸収する。これによって、クレーン1に吊られたロボット2の揺れを速やかに収束させて、ロボット2をロボット載置位置Pa1又はロボット載置位置Pb1に速やかに精度よく位置させることができる。
(実施の形態5)
図9は、実施の形態5に係る共同作業システム500の構成例を示す図である。図10は、共同作業システム500の制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。
実施の形態5の共同作業システム500は、上記実施の形態1の構成に加え、ロボット載置位置Pa1及びロボット載置位置Pb1付近に取り付けられたマーカ510を有する。マーカ510は、例えば床面に描かれた他と識別可能な模様である。
また、実施の形態5の共同作業システム500のロボット2の制御部60は、マーカ検出部501を含むように構成されている。このマーカ検出部501は、カメラ27で撮像した画像を処理し、ロボット載置位置Pa1及びロボット載置位置Pb1のマーカ510を検出する。そして、ロボット2の協調制御部65は、マーカ検出部501が検出したマーカ510とロボット2との相対的な位置関係に基づいて、ロボット載置位置Pa1又はロボット載置位置Pb1にロボット2を位置させるようにクレーン1のクレーン制御部51に対し指示する。
これによって、ロボット2をロボット載置位置Pa1又はロボット載置位置Pb1に精度よく位置させることができる。
(実施の形態6)
図11は、実施の形態6に係る共同作業システム600の制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。
上記実施の形態1の共同作業システム100は、クレーン制御部51にクレーン1の動作を指示する協調制御部65は、ロボット2の制御器26の制御部60に含まれるよう構成されている。これに対し、本実施の形態において、共同作業システム600は、クレーン1及びロボット2とは別体のシステム制御器626がクレーン1及びロボット2に対し動作を指示するように構成されている。すなわち、システム制御器626は、協調制御部665及び通信制御部666を含むシステム制御部660と、通信部670と、を有する。
協調制御部665は、通信制御部666、通信部670、ロボット側通信部30及び通信制御部66を介して、ロボット制御部62にロボットの動作を指示する。更に、協調制御部665は、通信制御部666、通信部670、クレーン側通信部17、及び通信制御部52を介して、クレーン制御部51にクレーンの動作を指示する。
通信制御部666は、通信部670の制御を行う。
通信部670は、通信制御部666の制御のもと、例えば、ロボット側通信部30、クレーン側通信部17等と無線通信を行う。
このように、本実施の形態の共同作業システム600は、システム制御部660がクレーン1及びロボット2を指示するように構成されている。
(実施の形態7)
図12は、実施の形態7に係る共同作業システム700の制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。
上記実施の形態1の共同作業システム100は、クレーン制御部51にクレーン1の動作を指示する協調制御部65は、ロボット2の制御器26の制御部60に含まれるよう構成されている。これに対し、本実施の形態において、共同作業システム700は、クレーン1の制御部50がロボット2に対し動作を指示するように構成されている。すなわち、クレーン1の制御部50は、協調制御部753を更に含む。
協調制御部753は、通信制御部52、クレーン側通信部17、ロボット側通信部30、及び通信制御部66を介して、ロボット制御部62にロボットの動作を指示する。
このように、共同作業システム700は、クレーン1がロボット2の動作を指示するように構成されている。
(実施の形態8)
実施の形態1において、ロボット2の制御部60は、バッテリー29の残量が所定値未満になったと判定すると、ロボット2が自身をクレーン1に取り付け、バッテリー29の充電を行う図示しない充電器の近くにロボット2を搬送するように、クレーン1のクレーン制御部51に対し指示するよう構成してもよい。そして、ロボット2の制御部60は、ロボット2が充電器の近くに位置したと判定すると、ロボット2のロボット制御部62は、例えば、アーム22及びハンド23を動作させ、バッテリー29に給電されるようにロボット2とこの充電器とを接続するように構成してもよい。これによって、ロボット2のバッテリー29の電池切れを防ぐことができる。
(実施の形態9)
実施の形態1において、ロボット2はカメラ27を備え、更に、ロボット2の吊り具位置取得部63、物体係合部位置取得部64は、カメラ27で撮像した画像を処理し、クレーン1の吊り具11の位置及びワーク110の係合部111の位置を取得する。これに対し、本実施の形態においては、ロボット2はカメラ27を備えない。そして、ロボット2の吊り具位置取得部63は、クレーン1がロボット2に送信した吊り具11の位置情報に基づいてクレーン1の吊り具11の位置を取得する。また、物体係合部位置取得部64は、クレーン1がロボット2に送信したワーク110の載置位置に基づいてワーク110の係合部111の位置を取得する。
<変形例>
上記実施の形態4において、ロボット2は保持部402を保持して揺れを収束させたが、これに代えて、加速度センサーを備えるロボット2が揺れをキャンセルするようにアーム22を動かして揺れを収束させてもよい。また、床面に電磁石を設けると共に、ロボット2のロボット基部21に電磁石を設け、着床時に両者の電磁石の引力により揺れを収束させてもよい。
また、上記実施の形態1のステップS105、S2、S207、S4、及びS6において、所定時間内に応答がない場合、ロボット2の制御部60は、再度、位置決めを行うようにクレーン1に対して指示してもよい。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。
本件発明は、製造ラインに適用することができる。
Pa 加工前ワーク置場
Pa1 ロボット載置位置
Pa2 ワーク載置位置
Pb 加工場
Pb1 ロボット載置位置
Pb2 ワーク加工位置
Pc 加工済ワーク置場
1 クレーン
2 ロボット
10 係合部
11 吊り具
12 ワイヤーロープ
13 ウインチ
14 トロリ
15 走行レール
16 制御器
17 クレーン側通信部
18 移動機構
21 ロボット基部
22 アーム
23 ハンド
24 アーム駆動部
25 ハンド駆動部
26 制御器
27 カメラ
28 係合部
29 バッテリー
30 ロボット側通信部
50 制御部
51 クレーン制御部
52 通信制御部
60 制御部
61 記憶部
62 ロボット制御部
63 吊り具位置取得部
64 物体係合部位置取得部
65 協調制御部
66 通信制御部
100 共同作業システム
110 ワーク
111 係合部
112 ワーク本体

Claims (8)

  1. ワークを取扱い又は工具を搭載することが可能なハンド及びアームと、係合部と、前記ハンド又は前記アームに取り付けられたカメラとを有するロボットと、
    係合部を有する前記ワークの当該係合部及び前記ロボットの前記係合部と係合する吊り具を有し、前記ワーク又は前記ロボットである物体を吊って移動させるクレーンと、を備え、
    前記ロボットは、前記ワークの前記係合部の位置及び前記ロボットの前記係合部の位置を取得する物体係合部位置取得部と、前記クレーンの前記吊り具の位置を取得する吊り具位置取得部とを更に備え、前記物体係合部位置取得部は前記カメラで撮像した画像を前記物体係合部位置取得部が処理して前記ワークの前記係合部の位置を取得するように構成され、且つ前記吊り具位置取得部は前記カメラで撮像した画像を前記吊り具位置取得部が処理して前記吊り具の位置を取得するように構成され、
    前記吊り具位置取得部によって取得した前記吊り具の位置に基づいて前記ハンドで前記吊り具を保持し、前記物体係合部位置取得部が取得した前記ワークの前記係合部の位置に基づいて設定した位置に前記吊り具を案内するように前記ハンドを移動させ前記ロボットが前記吊り具を前記ワークの前記係合部に取り付けるように取り扱い、且つ前記吊り具位置取得部によって取得した前記吊り具の位置に基づいて前記ハンドで前記吊り具を保持し、前記物体係合部位置取得部が取得した前記ロボットの前記係合部の位置に基づいて設定した位置に前記吊り具を案内するように前記ハンドを移動させ前記ロボットが前記吊り具を前記ロボットの前記係合部に取り付けるように取り扱い、且つ前記クレーンが前記物体を移動させ、且つ前記ロボットが前記ワークを加工するように構成されている、ロボット及びクレーン共同作業システム。
  2. システム制御部を更に備え、
    前記クレーン及び前記ロボットは、前記システム制御部が当該クレーン及び当該ロボットの動作を指示することができるように構成されており、
    前記システム制御部が、前記クレーン及び前記ロボットの動作を指示する、請求項1に記載のロボット及びクレーン共同作業システム。
  3. 前記クレーン及び前記ロボットは、当該ロボットが当該クレーンの動作を指示することができるように構成されており、
    前記ロボットが、前記クレーンの動作を指示する、請求項1に記載のロボット及びクレーン共同作業システム。
  4. 前記クレーン及び前記ロボットは、当該クレーンが当該ロボットの動作を指示することができるように構成されており、
    前記クレーンが、前記ロボットの動作を指示する、請求項1に記載のロボット及びクレーン共同作業システム。
  5. 前記ロボットが前記ハンド及び前記アームによって前記物体を前記クレーンに取り付けるよう取り扱うように構成されている、請求項1乃至4の何れかに記載のロボット及びクレーン共同作業システム。
  6. 前記ロボットが前記ハンド及び前記アームによって前記クレーンに吊された前記物体を当該クレーンから取り外すよう取り扱うように構成されている、請求項1乃至4の何れかに記載のロボット及びクレーン共同作業システム。
  7. 記ロボットは、前記ハンドで前記吊り具を保持し、保持した前記吊り具を前記係合部に取り付ける又は前記係合部から取り外す、請求項1乃至の何れかに記載のロボット及びクレーン共同作業システム。
  8. 前記クレーンは、前記吊り具を昇降させ及び水平方向へ移動させる移動機構と、前記移動機構の動作を制御するクレーン制御部とを更に有し、
    前記ロボットは、載置面上に載置されるロボット基部と、基端部が前記ロボット基部に連結されている前記アームと、当該アームの先端部に取り付けられた前記ハンドと、前記アーム及び前記ハンドの動作を制御するロボット制御部と、を、請求項に記載のロボット及びクレーン共同作業システム。
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