JP6434550B2

JP6434550B2 - 可搬型ロボット

Info

Publication number: JP6434550B2
Application number: JP2017019374A
Authority: JP
Inventors: 浩次西
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2017-02-06
Filing date: 2017-02-06
Publication date: 2018-12-05
Anticipated expiration: 2037-02-06
Also published as: DE102018101975B4; DE102018101975A1; CN108393860A; US20180222064A1; JP2018126800A; US10293499B2; CN108393860B

Description

本発明は、工作機械のために作業を行う可搬型ロボットに関する。

近年、工作機械の近くにロボットを据え付け、工作機械に加工前のワークを供給するワーク供給作業や、加工完了後にワークを取出すワーク取出し作業をロボットに行わせることにより、作業効率の向上が図られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１０−１９１６０２号公報

上記のように作業効率の向上を図るため、全ての工作機械の各々にロボットを据え付けることもできるが、この場合、全ての工作機械が常に稼働している訳ではないので効率的ではない。そこで、必要最小限の台数のロボットを準備すると共に、各ロボットを台車に載せ、必要に応じてロボットを工作機械の近傍に配置することが考えられる。
この場合、台車に載せられたロボットを当該ロボットが作業を行う予定の工作機械の近傍に配置することになるので、意図した工作機械の前に当該ロボットを作業者が間違いなく配置すること（ペアリング）を担保する必要が生ずる。

このようなペアリングは無線通信を使って行うことができる。しかし、複数の工作機械が存在している製造現場では、工作機械同士が接近して配置されている場合も多い。このため、意図した工作機械の隣の工作機械の近傍に作業者が間違ってロボットを配置した時でも、当該ロボットが意図した工作機械と無線通信を行い、正しくペアリングされたと判断してロボットが誤作動する可能性がある。

このような誤作動を防止するためには、各ロボットに固有のＩＤを設定すると共に、各工作機械にも固有のＩＤを設定することが考えられる。具体的な運用の例としては、ロボットを意図する工作機械の前に配置する前に、当該ロボットにその意図する工作機械のＩＤを受付けた時のみ無線通信を行うように設定を行う。しかし、この場合でも、通信可能範囲がかなり限定された近距離無線通信でない限り、隣の工作機械と無線通信を行い、正しくペアリングされたと判断する可能性が残る。

この状況を防止するためには、例えば、工作機械の前にロボットを配置した後に、作業者が当該工作機械のＩＤを確認すると共にそのＩＤを当該ロボットに入力し、その後に無線通信を行わせることも考えられる。この場合、作業者によるＩＤの目視等による確認が必要となり、ペアリングが確実に担保されるとは言えない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、作業対象の工作機械に対し作業を行うための所定の設置位置にロボットを確実に配置することができる可搬型ロボットの提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第１の態様の可搬型ロボットは、工作機械のために作業を行うロボットアームと、該ロボットアームを支持し、前記作業を行わせるために該ロボットアームを所定の設置位置に移動させるための台車と、該台車に前記ロボットアームと共に支持され、前記ロボットアームが前記所定の設置位置に配置された際に前記工作機械に設けられた識別情報を撮像する視覚センサと、作業相手の工作機械に関する相手情報を受付ける相手情報受付部と、前記台車によって前記ロボットアームを前記所定の設置位置に配置した際に、前記視覚センサにより撮像される画像又は該画像から得られる情報が前記相手情報受付部により受付けた前記相手情報に対応しているか否かを判断し、対応している場合に前記ロボットアームを前記作業を実施可能な状態にする制御装置とを備えている。

当該態様では、相手情報受付部が相手情報を受付けると共に、台車に支持された視覚センサによって工作機械に設けられた識別情報が撮像され、撮像された画像又は該画像から得られる情報が相手情報に対応している場合にロボットアームが作業を実施可能な状態になる。このように、作業対象の工作機械に対し視覚センサが物理的に所定の範囲に配置されなければ、ロボットアームが作業を実施可能な状態にならないので、作業対象の工作機械に対する所定の設置位置にロボットアームを確実に配置することができる。

上記態様において、好ましくは、前記制御装置が、前記視覚センサにより撮像される前記画像又は該画像から得られる情報内における前記識別情報が基準の形状範囲内および基準の大きさ範囲内であるか否かをさらに判断し、該範囲内である場合に前記ロボットアームを前記作業を実施可能な状態にするように構成されている。
このため、ロボットアームが作業対象の工作機械に対する所定の設置位置に配置されていることをより確実に担保することが可能となる。

上記態様において、好ましくは、前記視覚センサが、前記識別情報と共に前記工作機械に設けられたＩＤ情報表示部を撮像するように構成され、前記制御装置が、前記ＩＤ情報表示部から得られるＩＤ情報を用いて前記工作機械との無線通信を確立するように構成されている。
このため、作業者が工作機械のＩＤ情報を目視で確認し、当該情報を制御装置に入力する必要がなく、制御装置が意図しない工作機械と無線通信を確立することを防止する上で有利である。

本発明によれば、作業対象の工作機械に対し作業を行うための所定の設置位置にロボットを確実に配置することができる。

本発明の一実施形態に係る可搬型ロボットおよびそれを用いる生産システムの概略構成図である。本実施形態の可搬型ロボットのロボット制御装置のブロック図である。本実施形態のロボット制御装置の制御部の動作を示すフローチャートである。本実施形態における処理後画像と相手情報との比較状態の例である。本実施形態における処理後画像と相手情報との比較状態の他の例である。

本発明の一実施形態に係る可搬型ロボット１およびそれを用いる生産システムを図面を参照して以下に説明する。
この生産システムは、図１に示すように、加工、組立等をワークＷに行う複数の工作機械２００と、１台以上の可搬型ロボット１とを備えている。

可搬型ロボット１は、図１に示すように、台車１０と、台車１０上に基部２０ａを介して取付けられたロボットアーム２０と、台車１０に取付けられた視覚センサ３０と、台車１０に搭載されたロボット制御装置４０とを備えている。
台車１０は、ベースフレーム１１と、ベースフレーム１１に回転可能に取付けられてベースフレーム１１を移動可能に支持する複数の車輪１２と、ベースフレーム１１に設けられ、台車１０を動かす際に作業者が把持する把持部１３とを有する。

ロボットアーム２０は、複数の可動部を備えると共に、複数の可動部をそれぞれ駆動する複数のサーボモータ２１を備えている（図２参照）。各サーボモータ２１として、回転モータ、直動モータ等の各種のサーボモータを用いることが可能である。
ロボットアーム２０の先端には、工作機械２００に対しワークＷの交換、検査等の作業を行うための作業ツール２２が取付けられ、作業ツール２２は付加軸のサーボモータ２２ａにより駆動される。

本実施形態では作業ツール２２はワークＷの交換のためにワークＷを把持するチャックであるが、行う作業に応じた作業ツール２２を用いることが可能である。
各サーボモータ２１，２２ａはその作動位置を検出するエンコーダ等の作動位置検出装置を内蔵しており、作動位置検出装置の検出値がロボット制御装置４０に送信され、当該検出値はロボット制御装置４０による各サーボモータ２１，２２ａの制御に用いられる。

ロボット制御装置４０は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ等を有する制御部４１と、表示装置４２と、不揮発性メモリ、ＲＯＭ等を有する記憶装置４３と、アンテナを有する送受信部４４と、ロボットアーム２０の動作プログラムを作成する際等に操作する教示操作盤４５と、ロボットアーム２０のサーボモータ２１にそれぞれ対応するように設けられた複数のサーボ制御器４６と、付加軸のサーボモータ２２ａに対応するように設けられた付加軸サーボ制御器４７とを備えている（図２参照）。

記憶装置４３にはシステムプログラム４３ａが格納されており、システムプログラム４３ａがロボット制御装置４０の基本機能を担っている。また、記憶装置４３には例えば教示操作盤４５を用いて作成されたワーク交換作業プログラム４３ｂが少なくとも１つ格納されている。

例えば、制御部４１はシステムプログラム４３ａにより動作し、記憶装置４３に格納されているワーク交換作業プログラム４３ｂを読み出してＲＡＭに一時的に格納し、読み出したワーク交換作業プログラム４３ｂに沿って各サーボ制御器４６，４７に制御信号を送り、これにより各サーボモータ２１，２２ａのサーボアンプを制御し、ロボットアーム２０にワーク交換作業を行わせる。

また、ロボットアーム２０の基部２０ａには力センサ２０ｂが内蔵されており、力センサ２０ｂはロボットアーム２０に加わる力を検出し、検出値をロボット制御装置４０に送信するように構成されている。力センサ２０ｂは例えば６軸の力を検出する。制御部４１は、力センサ２０ｂにより検出される力がロボットアーム２０およびワークＷの自重並びにロボットアーム２０の作動により生ずる力の基準値内であるか否かを判断し、基準値を超える場合には、作業者、周辺の物等がロボットアーム２０に意図せず接触したとして、ロボットアーム２０の作動の停止や、ロボットアーム２０の作動速度の大幅な減速を行う。

前記基準値はロボットアーム２０がワークＷを持っているか否か、ロボットアーム２０の姿勢、ロボットアーム２０の作動状態等により変化するものである。このような意図しない接触がある場合に作動の停止や減速を行い、これにより作業者や周辺の物を保護するロボットは、協働ロボット、協調ロボット等と呼ばれることもある。力センサ２０ｂの代わりに、協調制御用の視覚センサでロボットアーム２０およびその周囲を観察し、当該視覚センサの検出結果に基づき意図しない接触の防止や、意図しない接触がある場合の作動の停止や減速を行うことも可能である。

一方、各工作機械２００は工作機械制御装置２１０を備えており、工作機械制御装置２１０が工作機械２００の主軸のサーボモータ、チャック、ブレーキ、工具駆動装置、工具交換装置等をそれぞれ駆動する駆動部を制御するように構成されている。また、工作機械制御装置２１０もロボット制御装置４０と無線通信を行うためにアンテナを有する送受信部２１１を有する（図１参照）。

各工作機械２００の前壁には固有の識別情報であるマーク２２０が付けられ、マーク２２０はその中又は近傍に一次元バーコード、二次元バーコード等のＩＤ情報を表示するＩＤ情報表示部２２１を有する（図４および図５参照）。ＩＤ情報は全ての工作機械２００で異なるように付与されていてもよいし、工作機械２００の種類に対応するように付与されていてもよい。

視覚センサ３０は、マーク２２０およびＩＤ情報表示部２２１を撮像するためのＣＣＤカメラ等の撮像装置３１と、撮像装置３１で撮像された画像に所定の画像処理を行い、処理後画像をロボット制御装置４０に送る画像処理部３２と、メモリ３３とを備えている（図１参照）。
画像処理部３２はＣＰＵ、ＲＡＭ等を有するコンピュータから成り、撮像された画像に静的２値化処理、動的２値化処理等の周知の画像処理を施し、処理後画像をメモリ３３に記憶すると共に、撮像した画像から得られる情報として処理後画像をロボット制御装置４０に送信する。

なお、画像処理部３２は、撮像した画像から得られる情報として、処理後画像にあらわれるマーク２２０の特徴点の位置情報（例えば、マーク２２０の外周縁および十字線の稜線を構成する各点の位置データ）およびＩＤ情報表示部２２１から読取れる情報を、画像から得られる情報としてロボット制御装置４０に送信してもよい。一方、画像処理部３２は、撮像した画像をそのままロボット制御装置４０に送信してもよい。

上記のように構成された可搬型ロボット１のロボット制御装置４０の制御部４１の動作の一例を図３を参照しながら以下説明する。

先ず、前提として、制御部４１は、図示しない生産管理システムから次に作業を行う工作機械２００の情報（相手情報）を送受信部４４を介して受付け、相手情報を記憶装置４３に格納している。例えば、次に作業を行う工作機械２００は図１において左側の工作機械２００であり、相手情報として、当該工作機械２００の前壁に設けられたマーク２２０の図を受付け記憶装置４３に格納している。作業者は作業を行う工作機械２００の前に台車１０を配置した後、台車１０に設けられた図示しないブレーキ装置、アウトリガー装置や、輪止め等を用いて、台車１０をその位置に固定する。

この状態で、図１に示すように作業者が台車１０を左側の工作機械２００の前に移動し、視覚センサ３０の撮像装置３１により工作機械２００の前面のマーク２２０が撮像され、処理後画像がロボット制御装置４０に送られると、制御部４１は処理後画像と記憶装置４３に格納されている相手情報とを比較し、相手情報に対し処理後画像中のマーク２２０の少なくとも形状および大きさが基準範囲内であるか否かを判断し、好ましくは処理後画像中の位置もその基準範囲内か否かを判断する（ステップＳ１）。

例えば、作業者が間違って台車１０を図１における右側の工作機械２００の前に移動させ、図４に示すように、相手情報として受付けた図（二点鎖線）に対して処理後画像の形状が異なる場合（ステップＳ１で“ＮＯ”の場合）は、工作機械２００との無線接続を行わずにステップＳ１に処理を戻す（ステップＳ６）。ステップＳ６は無線接続が既に行われているか否かを判断するステップであり、この場合は無線接続が確立されていないので、無線接続が確立されていない状態でステップＳ１に処理を戻す。

一方、作業者が左側の工作機械２００に台車１０を斜めに近付け、図５に示すように、相手情報として受付けた図（二点鎖線）の縦横比に対し処理後画像の縦横比が基準範囲内に無い場合や、縦横比は基準範囲内であるが、相手情報として受付けた図の大きさに対し処理後画像の大きさが基準範囲内に無い場合も、工作機械２００との無線接続を行わずにステップＳ１に処理を戻す（ステップＳ６）。

なお、相手情報として受付けた図と処理後画像とを比較する時に、処理後画像中のマーク２２０の中央部と相手情報として受付けた図の中央部とを一致させる処理等を行い、両者を比較しやすい状態にすることが好ましい。
ステップＳ１で基準範囲内であると判断された場合、まだ無線接続が確立されていない状態であるため（ステップＳ２）、制御部４１は処理後画像のＩＤ情報表示部２２１からＩＤ情報を読み取る（ステップＳ３）。

続いて、制御部４１は、読取ったＩＤ情報を用いて当該工作機械２００の工作機械制御装置２１０に無線接続を要求し、これにより工作機械制御装置２１０との無線接続を確立する（ステップＳ４）。また、当該工作機械２００の工作機械制御装置２１０から作業の要求があった場合にロボットアーム２０が当該作業を行うことができる状態（ロボット動作可能状態）にすると共に、処理をステップＳ１に戻す（ステップＳ５）。

この状態で、台車１０が動かなければ、ステップＳ１で“ＹＥＳ”の判断となると共に、ステップＳ２でも“ＹＥＳ”の判断となり、ロボット動作可能状態が維持される。
一方、例えば作業者が台車１０を意図せず動かし、ステップＳ１で“ＮＯ”の判断がされると、無線接続がされている状態なので、ステップＳ６で“ＹＥＳ”の判断がされ、制御部４１は無線接続を切断する処理を行うと共に（ステップＳ７）、ロボットアーム２０が作業を行うことができない状態（ロボット動作不能状態）とする（ステップＳ８）。

例えば、意図した工作機械２００の前にロボットアーム２０が設置された後に、ロボットアーム２０の工作機械２００に対する位置がずれてしまうと、ロボットアーム２０による作業を正確に行うことができなくなるという課題もある。このため、ロボットアーム２０が工作機械２００に対し所定の設置範囲に配置されていることを継続的に監視できる当該構成は、ロボットアーム２０による正確な作業を担保する上で有利である。

このように、本実施形態によれば、相手情報受付部として機能する送受信部４４が相手情報を受付ると共に、台車１０に支持された視覚センサ３０によって工作機械２００に設けられたマーク２２０が撮像され、撮像された画像又は該画像から得られる情報が相手情報に対応している場合にロボットアーム２０が作業を実施可能な状態になる。このように、作業対象の工作機械２００に対し視覚センサ３０が物理的に所定の範囲に配置されていなければ、ロボットアーム２０が作業を実施可能な状態にならないので、作業対象の工作機械２００に対する所定の設置位置にロボットアーム２０を確実に配置することができる。

また、ロボット制御装置４０の制御部４１が、視覚センサ３０により撮像される画像内におけるマーク２２０が基準の形状範囲内および基準の大きさ範囲内であるか否かを判断し、該範囲内である場合にロボットアーム２０を作業を実施可能な状態にする。このため、ロボットアーム２０が作業対象の工作機械２００に対する所定の設置位置に配置されていることをより確実に担保することが可能となる。

また、視覚センサ３０は、マーク２２０と共にＩＤ情報表示部２２１を撮像し、ロボット制御装置４０は、ＩＤ情報表示部２２１から得られるＩＤ情報を用いて工作機械２００との無線通信を確立する。このため、作業者が工作機械２００のＩＤ情報を目視で確認し、当該情報をロボット制御装置４０に入力する必要がなく、ロボット制御装置４０が意図しない工作機械２００の工作機械制御装置２１０と無線通信を確立することを防止する上で有利である。

なお、本実施形態では、マーク２２０の中又は近傍にＩＤ情報表示部２２１を有するものを示したが、マーク２２０自体を一次元バーコード、二次元バーコード等のＩＤ情報を表示するものとすることも可能である。この場合でも、マーク２２０の大きさや形状が相手情報に対応しているか否かを判断し、対応している場合にロボットアーム２０が作業を実施可能な状態にすることができ、また、マーク２２０はＩＤ情報表示部２２１と共に工作機械２００の前壁に設けられていることになる。

また、ワーク交換作業プログラム４３ｂは、無線通信が確立された後に、工作機械制御装置２１０からロボット制御装置４０に送信されてもよい。
さらに、視覚センサ３０の撮像装置３１で撮像された画像がロボット制御装置４０で画像処理されるように構成してもよい。
また、撮像装置３１の先端に視野を絞るためのフードを付け、工作機械２００に対する台車１０の位置をより厳しく制限することも可能である。

なお、相手情報は、相手情報である図を構成する各点の位置データであってもよく、また、可搬型ロボット１に設けられた入力装置に相手情報が入力され、それをロボット制御装置４０が受付けるように構成してもよい。
また、撮像装置３１は台車１０ではなくロボットアーム２０に取付けられていてもよい。ロボットアーム２０により撮像装置３１の位置や姿勢が変化する場合は、その変化量をロボットアーム２０の各サーボモータ２１の作動位置検出装置の検出値に基づき得て、変化量を考慮してロボットアーム２０が設置位置に配置されているか否かを判断することができる。

１可搬型ロボット
１０台車
１１ベースフレーム
１２車輪
１３把持部
２０ロボットアーム
２２作業ツール
３０視覚センサ
３１撮像装置
３２画像処理部
３３メモリ
４０ロボット制御装置
４１制御部
４４送受信部
２００工作機械
２１０工作機械制御装置
２１１送受信部
２２０マーク
２２１ＩＤ情報表示部
Ｗワーク

Claims

工作機械のために作業を行うロボットアームと、
該ロボットアームを支持し、前記作業を行わせるために該ロボットアームを所定の設置位置に移動させるための台車と、
該台車に前記ロボットアームと共に支持され、前記ロボットアームが前記所定の設置位置に配置された際に前記工作機械に設けられた識別情報を撮像する視覚センサと、
作業相手の工作機械に関する相手情報を受付ける相手情報受付部と、
前記台車によって前記ロボットアームを前記所定の設置位置に配置した際に、前記視覚センサにより撮像される画像又は該画像から得られる情報が前記相手情報受付部により受付けた前記相手情報に対応しているか否かを判断し、対応している場合に前記ロボットアームを前記作業を実施可能な状態にする制御装置とを備えている可搬型ロボット。
前記制御装置が、前記視覚センサにより撮像される前記画像又は該画像から得られる情報内における前記識別情報が基準の形状範囲内および基準の大きさ範囲内であるか否かをさらに判断し、該範囲内である場合に前記ロボットアームを前記作業を実施可能な状態にするように構成されている請求項１に記載の可搬型ロボット。
前記視覚センサが、前記識別情報と共に前記工作機械に設けられたＩＤ情報表示部を撮像するように構成され、
前記制御装置が、前記ＩＤ情報表示部から得られるＩＤ情報を用いて前記工作機械との無線通信を確立するように構成されている請求項１又は２に記載の可搬型ロボット。