JP6568165B2

JP6568165B2 - ロボットシステム及びロボット制御装置

Info

Publication number: JP6568165B2
Application number: JP2017156526A
Authority: JP
Inventors: 憲司杉生
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2017-08-14
Filing date: 2017-08-14
Publication date: 2019-08-28
Anticipated expiration: 2037-08-14
Also published as: CN109382839B; US20190047144A1; DE102018006245A1; DE102018006245B4; US10427301B2; JP2019034364A; CN109382839A

Description

本発明は、ロボットシステム及びロボット制御装置に関する。

物品を載置可能な棚等を備え、物品を該棚に載せた状態で該棚を移動させて該物品を所定位置に搬送する装置の中には、該物品が落下しないように該棚の姿勢を常に水平に保った状態で、該棚を移動させるように構成されたものがある（例えば特許文献１−３参照）。

一方、コンベヤ上を移動するワークに対してロボットを追従させながら、該ワークに対して所定の作業を行うようにロボットを制御する技術が知られている（例えば特許文献４参照）。

特開昭５５−１６１７１８号公報特開２０１７−００１７５９号公報特開２００３−０４４１３５号公報特開２００２−１９２４８６号公報

円弧状の軌跡に沿って移動（回転）するコンベヤ上のワークに追従できるようにロボットを制御する場合、回転中心に設定された回転座標系を基準として、各時刻におけるロボットの位置及び姿勢を求め、これに基づいてロボットが制御される。しかし、回転中に常に姿勢が一定（例えば水平）に保たれる棚にロボットを追従させる場合、上記制御では、ロボットは回転する座標系に対して位置と姿勢を保つので、水平に保たれる棚はロボットに対して回転することになる。従って棚に物を整列させるといった姿勢を考慮した動作を教示する場合には、その棚の動きを考慮してロボットの姿勢を教示する必要があり、これは面倒かつ困難な場合がある。

本開示の一態様は、第１回転軸を中心に回転する回転体と、該回転体に設けられるとともに、一定の姿勢に保たれるように前記第１回転軸と平行な第２回転軸回りに回動自在に構成された少なくとも１つの棚とを有する搬送装置に対して作業を行うロボットの制御装置であって、前記第１回転軸の回転角度を取得する回転角度取得部と、前記第１回転軸上に原点を有しかつ前記第１回転軸回りに回転する第１座標系を基準にして、前記第１回転軸に平行な軸を含む互いに直交する３軸を座標軸とし、かつ姿勢が不変の第２座標系を計算して前記棚に設定する座標系計算部と、前記回転角度取得部によって取得された前記第１回転軸の回転角度と、前記第２座標系における位置とから、前記ロボットの基準座標系における位置及び姿勢を計算する位置姿勢計算部と、前記位置姿勢計算部が計算した前記基準座標系における位置及び姿勢に基づいて、前記ロボットの前記作業の動作を制御するための動作指令を生成する動作指令生成部とを有する、ロボット制御装置である。

本開示の他の態様は、第１回転軸を中心に回転する回転体と、該回転体に設けられるとともに、一定の姿勢に保たれるように前記第１回転軸と平行な第２回転軸回りに回動自在に構成された少なくとも１つの棚とを有する搬送装置に対して作業を行うロボットと、前記ロボットを制御するロボット制御装置とを有するロボットシステムであって、前記ロボット制御装置は、前記第１回転軸の回転角度を取得する回転角度取得部と、前記第１回転軸上に原点を有しかつ前記第１回転軸回りに回転する第１座標系を基準にして、前記第１回転軸に平行な軸を含む互いに直交する３軸を座標軸とし、かつ姿勢が不変の第２座標系を計算して前記棚に設定する座標系計算部と、前記回転角度取得部によって取得された前記第１回転軸の回転角度と、前記第２座標系における位置とから、前記ロボットの基準座標系上の位置及び姿勢を計算する位置姿勢計算部と、前記位置姿勢計算部が計算した前記基準座標系における位置及び姿勢に基づいて、前記ロボットの前記作業の動作を制御するための動作指令を生成する動作指令生成部とを有する、ロボットシステムである。

本開示によれば、姿勢が不変の棚に対する作業を行うロボットの動作指令を容易に生成することができる。

本開示に係るロボットシステム及び搬送装置の概略構成を示す図である。搬送装置の棚及びロボットを模式的に示す図である。ロボットシステムにおける処理の一例を示すフローチャートである。比較例として、従来技術に係るロボットの教示の一例を説明する図である。本開示に係るロボットの教示の一例を説明する図である。第２座標系を、棚の回転中心からオフセットして設定した例を示す図である。

図１は、好適な実施形態に係るロボット（機構部）１０及びロボット制御装置１２を含むロボットシステムの概略構成例を示す図である。ロボット１０としては、ロボットアーム等の可動部を有するものであれば種々のものが使用可能であるが、図示されたロボット１０は垂直多関節ロボットであり、基部１３と、基部１３に回転可能に設けられた上腕１４と、上腕１４の先端に回転可能に設けられた前腕１６と、前腕１６の先端に設けられたロボットハンド等のエンドエフェクタ１８とを有し、搬送装置２０（の棚上の物品等）に対して所定の作業を行うように構成されている。

搬送装置２０は、第１回転軸２２を中心として、サーボモータ等の駆動手段によって回転する回転体２４と、回転体２４の環状部（外周部）２６に設けられ、第１回転軸２２と平行な少なくとも１つ（好ましくは複数）の第２回転軸２８の各々によって、回転体２４の回転中に一定の姿勢に保たれるように回動自在に保持された、第２回転軸２８と同数の棚３０とを有する。なお回転体２４は、一定速度で連続的に回転してもよいし、所定の角度に達する度に一定時間停止する等の間欠運転をするものでもよい。

棚３０の各々は、少なくとも１つの機械部品や工業製品等の物品（ワーク）３２を載置可能に構成されており、回転体２４の回転角度によらず、常に一定の姿勢を維持する（つまり姿勢が不変となる）ように構成されている。棚３０には、回転体２４のように回転駆動のためのモータ等を設ける必要はないが、積極的に姿勢を維持するためのモータやバランサ等を設けてもよい。また棚３０は、ワーク３２を載置できればどのような構造でもよく、実質的にはトレイ、籠、箱等の種々の形態を採り得る。また図示例では、第１回転軸２２が水平軸であり、故に第２回転軸２８も水平軸なので、棚３０の載置面３４（ワーク３２が配置される面）も常に水平に維持される。但し第１回転軸２２及び第２回転軸２８は水平軸に限られず、互いに平行であればよい。

図２は、搬送装置２０をさらに模式的に示すとともに、後述する処理で使用する３つの座標系を設定した状態を示す。具体的には、第１回転軸２２上に原点を有しかつ第１回転軸２２とともに回転する第１座標系３６が定義され、第１回転軸２２に平行な軸を含む互いに直交する３軸を座標軸とし、かつ姿勢（向き）が不変の第２座標系３８が棚３０に定義され、さらにロボット１０の作業に関する動作指令等を生成する際の基準となる、ロボット基準座標系４０がロボット１０の所定部位（例えば基部１３）に定義される。

再び図１を参照し、ロボット制御装置１２は、第１回転軸２２の回転角度（角度位置）を取得する回転角度取得部４２と、第１座標系３６を基準にして第２座標系３８を計算する座標系計算部４４と、回転角度取得部４２によって取得された第１回転軸２２の回転角度と、第２座標系３８における（教示）位置とから、ロボット１０の基準座標系４０における位置及び姿勢（動作軌跡）を計算する位置姿勢計算部４６と、位置姿勢計算部４６が計算した位置及び姿勢に基づいて、ロボット１０の動作を制御するための動作指令を生成する動作指令生成部４８とを有する。回転角度取得部４２は、例えば第１回転軸２２を駆動するモータ（図示せず）に接続されたエンコーダである。またロボット制御装置１２の他の構成要素４４、４６、４８は、該制御装置に内蔵されたメモリやプロセッサによって実現可能である。

次に、ロボット１０の動作及びロボット制御装置１２の処理の流れについて、図３のフローチャートを参照しつつ説明する。ここでは、搬送装置２０の回転体２４の外周部２６は円形であり、各棚３０の回動中心である第２回転軸２８（第２座標系３８の原点）は外周部２６を表す円弧上に位置するものとする。但し回転体の形状は円に限られず、例えば楕円やトラック形状でもよい。なお棚３０（上のワーク３２）に対するロボットの作業の教示（棚３０に対するロボットの教示位置及び該教示位置での姿勢の決定）は、予めオペレータ（ユーザ）によって行われているものとし、教示自体は通常（従来）の方法で行うことができる。

先ず、エンコーダ４２によって第１回転軸２２の位置情報（角度位置）を測定・取得し（ステップＳ１）、図２に示すような第２座標系３８を計算・定義する（ステップＳ２）。第２座標系３８の原点（ここでは第２回転軸２８上に位置）の位置は、第１座標系３６の（原点の）位置と、回転体２４に対する棚３０の取付け位置（ここでは円周部２６の半径Ｒから算出可能）と、第１回転軸２２の回転角度θとから求めることができる。ここで、棚３０は常に姿勢が一定（ここでは載置面３４が水平）となるように構成されており、第２座標系３８の姿勢（向き）も、その原点の位置によらず一定である。

次にステップＳ３において、予め教示された第２座標系３８上の教示位置５０を用いて、ロボット１０の基準座標系４０上での教示位置を計算する。ここで第１座標系３６と第２座標系３８との位置関係はステップＳ２において求められており、また第１座標系３６と基準座標系４０との位置関係は第１回転軸２２の位置及びロボット１０の設置位置から求めることができるので、第２座標系３８上の教示位置及び姿勢から、基準座標系（直交座標系）４０からみた教示位置及び姿勢を計算することができる。

次のステップＳ４では、基準座標系４０上での教示位置及び姿勢を用いた逆変換を行うことにより、ロボット１０の各軸の回転角度を求める。そしてステップＳ５において、ロボット基準座標系４０における教示位置及び姿勢を実現するための各軸の位置から、ロボット１０の動作指令を生成し、生成した動作指令に基づいてロボット１０を制御する（ステップＳ６）。ステップＳ１〜Ｓ６の処理は、所定の周期（制御周期）で反復して行うことができる。このようにして、ロボット１０は棚３０（上のワーク３２）に対して正確な動作（作業）を行うことができる。

図４は、本開示との比較例として、従来技術に係る教示位置の設定について説明する図である。従来、ロボットを回転移動する棚３０等に追従させる場合、回転する第１座標系３６に対して位置及び姿勢の制御を行うので、教示位置５０におけるロボットの姿勢は、第１座標系３６の回転角度θと同角度だけ傾斜することになる。しかし一方で、棚３０は常に一定の姿勢に保たれるので、棚３０の物品に対して作業を行うような動作を教示する場合は、第１座標系３６に対する棚３０の回転角度を考慮しなければならず、これは面倒かつ困難である。

一方、本開示に係るロボットシステムでは、図５に示すように、棚３０の代表位置（例えば回転中心２８）とともに移動し、かつ基準座標系４０からみて回転する第１座標系３６の回転角度によらず一定の姿勢（ここでは水平）に保たれる（つまり基準座標系４０からみて姿勢が不変の）第２座標系３８を使用し、第２座標系３８を基準にロボット１０の位置及び姿勢を制御するので、棚３０がどの位置にあっても（第１座標系３６の回転角度を考慮せずに）、オペレータはロボット（ハンド）の教示を容易に行うことができる。

本開示における搬送装置２０のように、回転する回転体２４に対してさらに位置又は姿勢が変化する棚３０を有する場合、１つの座標系（第１座標系３６）を使用するだけでは、棚３０に対してロボット１０を適切に追従させることはできない。そこで棚３０について第２座標系３８を定義し、第２座標系３８上でのロボットの動作（教示）を行うのであるが、棚３０（第２座標系３８）が任意に回動自在であるとすると、棚の回転位置を知るために別途エンコーダ等を設ける必要が生じる。

そこで本開示では、第１回転軸２２と第２回転軸２８が互いに平行であり、かつ棚３０の姿勢が不変であるという前提では、第１座標系３６と第２座標系３８とでは回転量（回転角度の絶対値）が等しくなることを利用して、別途のエンコーダ等を使用せずに簡易に第２座標系３８を設定することにより、制御装置１２での演算処理量等を大幅に削減ことができる。

図６は、第２座標系３８の原点を、図２の例とは異なる位置に設定した例を示す。図２では第２座標系３８の原点は第２回転軸２８上に位置しているが、例えば図６のように棚３０がワイヤ等の紐状物５２によって回転体の円周部２６に懸架されており、棚３０の回転中心２８が棚３０自体から離れた位置にあるような場合、第２座標系３８の原点を棚３０の回転中心２８から離れた（オフセットした）位置に設定することができる。より具体的には、第２座標系３８の原点が棚３０の載置面３４上に位置するように第２座標系３８を設定してもよく、このようにすればオペレータは、棚３０上のある位置を基準にロボット１０の教示を行うことができ、教示点５０の位置を確認しやすくなる。

なお第２座標系３８は、予め全ての棚のそれぞれに設定してもよいし、ロボット１０の動作範囲（作業領域）内にある棚のみについて設定してもよい。また第２座標系を複数の棚にそれぞれ設定すれば、ある棚上のワークをロボットで把持して他の棚上に移動させる等の、複数の棚が同時に関連する作業をロボットに行わせることができる。

１０ロボット（機構部）
１２ロボット制御装置
１３基部
１４上腕
１６前腕
１８エンドエフェクタ
２０搬送装置
２２第１回転軸
２４回転体
２６環状部
２８第２回転軸
３０棚
３２ワーク
３４載置面
３６第１座標系
３８第２座標系
４０ロボット基準座標系
４２回転角度取得部
４４座標系計算部
４６位置姿勢計算部
４８動作指令生成部
５０教示位置
５２ワイヤ

Claims

第１回転軸を中心に回転する回転体と、該回転体に設けられるとともに、一定の姿勢に保たれるように前記第１回転軸と平行な第２回転軸回りに回動自在に構成された少なくとも１つの棚とを有する搬送装置に対して作業を行うロボットの制御装置であって、
前記第１回転軸の回転角度を取得する回転角度取得部と、
前記第１回転軸上に原点を有しかつ前記第１回転軸回りに回転する第１座標系を基準にして、前記第１回転軸に平行な軸を含む互いに直交する３軸を座標軸とし、かつ姿勢が不変の第２座標系を計算して前記棚に設定する座標系計算部と、
前記回転角度取得部によって取得された前記第１回転軸の回転角度と、前記第２座標系における位置とから、前記ロボットの基準座標系における位置及び姿勢を計算する位置姿勢計算部と、
前記位置姿勢計算部が計算した前記基準座標系における位置及び姿勢に基づいて、前記ロボットの前記作業の動作を制御するための動作指令を生成する動作指令生成部とを有する、
ロボット制御装置。
前記座標系計算部は、前記第２座標系の原点を、前記棚の回転中心からオフセットした位置に設定する、請求項１に記載のロボット制御装置。
前記座標系計算部は、複数の棚のそれぞれに前記第２座標系を設定し、前記動作指令生成部は、複数の棚が同時に関連する作業を前記ロボットに行わせる動作指令を生成する、請求項１又は２に記載のロボット制御装置。
第１回転軸を中心に回転する回転体と、該回転体に設けられるとともに、一定の姿勢に保たれるように前記第１回転軸と平行な第２回転軸回りに回動自在に構成された少なくとも１つの棚とを有する搬送装置に対して作業を行うロボットと、
前記ロボットを制御するロボット制御装置とを有するロボットシステムであって、
前記ロボット制御装置は、
前記第１回転軸の回転角度を取得する回転角度取得部と、
前記第１回転軸上に原点を有しかつ前記第１回転軸回りに回転する第１座標系を基準にして、前記第１回転軸に平行な軸を含む互いに直交する３軸を座標軸とし、かつ姿勢が不変の第２座標系を計算して前記棚に設定する座標系計算部と、
前記回転角度取得部によって取得された前記第１回転軸の回転角度と、前記第２座標系における位置とから、前記ロボットの基準座標系上の位置及び姿勢を計算する位置姿勢計算部と、
前記位置姿勢計算部が計算した前記基準座標系における位置及び姿勢に基づいて、前記ロボットの前記作業の動作を制御するための動作指令を生成する動作指令生成部とを有する、
ロボットシステム。