JP6629520B2 - ロボットシステム - Google Patents

Description

本発明の実施形態はロボットシステム及びロボット装置に関する。

近年、産業用ロボットがこれまで作業者の専有スペースであった作業場に進出する状況が拡大しつつある。発明者が実用化を実現した直動伸縮アーム機構は従来の垂直多関節アーム機構のような肘関節がなく、特異点もないことから、上記状況を急速に拡大させるものとして期待されている。

この直動伸縮アーム機構を備えたロボット装置は、ロボット装置を作業者から隔離する隔離柵を不要にして作業員の隣で動作する特段の優位性を備えている。この柵設備が不要であるとの優位性は、当該ロボット装置を決まった位置で動作させるという制約からの解放を実現する。つまりロボット装置を自由に移動させ、その場所で必要な作業をさせることができるようになると、例えば作業員の欠勤等によりある工程で必要なマンパワーが不足している状況が発見されたとき、その場所にロボット装置を配置させて、マンパワー不足を補うような使い方ができるようになる。

しかしその都度ロボット装置にその作業内容に応じて手先軌道や手先作業等を教示させる必要があり、その教示作業は非常に負担であったばかりかその間工程が中断するという問題があった。

目的は、ロボット装置の設置位置の変化に対して短時間で柔軟に対応することにある。

本実施形態に係るロボットシステムはロボット装置を有する。ロボット装置は、作業場内の複数の設置位置に設置可能であり、多関節アーム機構を備えている。多関節アーム機構のアーム先端には手先効果器が取り付けられる。多関節アーム機構と手先効果器の動作を記述する複数の作業プログラムを複数の設置位置にそれぞれ関連付けて記憶部は記憶する。複数の設置位置それぞれに配設されたバーコードタグ、２次元コードタグ又はＲＦＩＤタグに記録された情報を読み取るためのリーダがロボット装置に設けられる。リーダで読み取られた情報に基づいてロボット装置の設置位置を第１位置特定部は特定する。カメラは作業場内を俯瞰で撮像する。カメラで撮像された画像からロボット装置の領域を抽出してロボット装置の設置位置を第２位置特定部は特定する。ロボット制御部は、第１位置特定部によりロボット装置の設置位置が特定されたとき、第１位置特定部により特定されたロボット装置の前記設置位置を、第２位置特定部により特定されたロボット装置の設置位置に優先して採用して第１位置特定部により特定されたロボット装置の設置位置に関連付けられている作業プログラムを記憶部から選択的に読み出し、第１位置特定部によりロボット装置の設置位置が特定されないとき、第２位置特定部により特定されたロボット装置の設置位置に関連付けられている作業プログラムを記憶部から選択的に読み出し、読み出された作業プログラムに従って多関節アーム機構と前記手先効果器との動作を制御する。

図１は、本実施形態に係るロボットシステムの外観斜視図である。 図２は、図１のロボットシステムの平面図である。 図３は、図１のロボットシステムの側面図である。 図４は、図１のロボット装置の外観斜視図である。 図５は、図１のロボットシステムの構成を示すブロック図である。 図６は、図５の作業プログラム記憶部に記憶される作業プログラムの記述例を示す図である。 図７は、図６の作業プログラムによる手先軌道と作業内容を示す平面図である。 図８は、本実施形態の変形例１に係るロボットシステムの構成を示すブロック図である。 図９は、本実施形態の変形例２に係るロボットシステムの構成を示すブロック図である。 図１０は、図９のペンダントデバイスの表示部に表示される作業プログラム選択画面の一例を示す図である。 図１１は、本実施形態の変形例３に係るロボットシステムの構成を示すブロック図である。 図１２は、図１１のペンダントデバイスの表示部に表示される作業プログラム選択画面の一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係るロボットシステムを説明する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

図１は、本実施形態に係るロボットシステムの外観斜視図である。図２は、図１のロボットシステムの平面図である。図３は、図１のロボットシステムの側面図である。本実施形態に係るロボットシステムは複数の設置位置に設置可能なロボット装置１を有する。ロボット装置１は、可搬性を備えている。倉庫、工場等の作業エリア内には複数の設置位置が予め設定されている。増産体制が必要になったり、作業員が不測に欠勤したり、様々な事情によりマンパワー不足が生じることがあり、そのとき当該工程に応じた設置位置にロボット装置１を搬送して設置することができる。ロボット装置１には複数の設置位置それぞれで予定されている手先軌道や各経由点での手先作業を記述した複数の作業プログラムがプリセットされている。ロボット装置１の制御部は、設置位置に応じた作業プログラムを選択的にロードしてその設置位置でロボット装置１に作業させることができる。

ここでは作業内容の一例として、プリント配線基板の外観検査ラインの近傍の設置位置にロボット装置１が設置され、ロボット装置１は、設置位置に応じて、外観検査ライン脇に運搬台車７１に載せて運ばれてきた複数のプリント配線基板を、外観検査ライン上にリリースするロード作業と、外観検査後のプリント配線基板を外観検査ライン脇の運搬台車７２にリリースするアンロード作業を行う。外観検査ラインは、コンベア装置５とコンベア装置５の搬送ライン５１の途中に介在され、搬送ライン５１によって連続的に搬送されるプリント配線基板の外観検査を行う外観検査装置７０とを備える。

本実施形態に係るロボットシステムは、ロボット装置１と、コンベア装置５と、俯瞰カメラ６０と、外観検査装置７０と、複数、ここでは４つのドッキングステーション８−１、８−２，８−３，８−４と、互いに異なるコードが記録されている複数の、ここでは４つのバーコードタグ９−１，９−２，９−３，９−４とを有する。４つのバーコードタグ９−１，９−２，９−３，９−４は４つのドッキングステーション８−１、８−２，８−３，８−４にそれぞれ貼付されている。なお、本実施形態では、バーコードタグを用いたが、バーコードに代わって、２次元コードタグ、ＲＦＩＤタグ等を用いてもよい。

コンベア装置５は、複数のワーク３００を連続的に搬送する機能を有する。ワーク３００はここではプリント配線基板である。例えば、コンベア装置５は、直線に沿ってワーク３００を搬送するための直線状に配設された搬送ライン５１を有する。搬送ライン５１は、搬送ライン５１上に載置されたワーク３００を、予めユーザ等により設定された搬送速度で搬送する。外観検査装置７０は、搬送ライン５１の途中に介在される。

ドッキングステーション８−１、８−２，８−３，８−４は、作業場内、コンベア装置５の近傍に予め配設されている。ドッキングステーション８−１、８−２，８−３，８−４は、ロボット装置１の位置を固定するための治具である。ドッキングステーション８−１、８−２，８−３は、作業場の床面の複数の設置位置Ａ−１，Ａ−２，Ａ−３にそれぞれ据え付けられている。ドッキングステーション８−１にドッキングされたロボット装置１の設置位置は、ドッキングステーション８−１が据え付けられた設置位置Ａ−１に同一である。ドッキングステーション８−４は、コンベア装置５のフレーム側面に装備されており、ロボット装置１を作業場の設置位置Ａ−４に固定する。これらドッキングステーション８−１、８−２，８−３，８−４には、バーコードタグ（バーコードラベルともいう）９−１、９−２，９−３，９−４が取り付けられている。これらバーコードタグ９−１、９−２，９−３，９−４のバーコードは、それぞれ設置位置Ａ−１，Ａ−２，Ａ−３、Ａ−４に対応する位置コードとともに、後述の設置位置特定部１０５の対応表に記憶されている。ロボット装置１は、これらバーコードタグ９−１、９−２，９−３，９−４を読み取るためのバーコードリーダ１０４を有する。例えば、バーコードリーダ１０４は、ドッキングステーション８−１、８−２，８−３の底面に取り付けられたバーコードタグ９−１、９−２，９−３を読み取るために、ロボット装置１の基部底面に設けられている。また、リーダは、ドッキングステーション８−４に取り付けられたバーコードタグ９−４を読み取るために、ロボット装置１の基部側面にも設けられている。

ドッキングステーション８−１、８−２，８−３，８−４は、ロボット装置１に商用電源を供給する機能を有する。例えば、ドッキングステーション８−１、８−２，８−３，８−４には、電力供給用の差込口（レセプタクル）が設けられる。レセプタクルは外部の商用電源に接続されている。ロボット装置１の、レセプタクルに対応する位置には、電力供給用のコネクタ（ジャック）が設けられている。例えば、ロボット装置１がドッキングステーション８−１に予め決まった向きでドッキングすることにより、ロボット装置１のジャックは、ドッキングステーション８−１のレセプタクルに接続される。これにより、ロボット装置１とドッキングステーション８−１とは通電し、レセプタクルを介して外部電源から商用電源が供給される。

なお、本実施形態では、ロボット装置１を作業場内の決まった設置位置Ａ−１，Ａ−２，Ａ−３，Ａ−４に固定するために、ロボット装置１を固定するドッキングステーション８−１、８−２，８−３，８−４が作業場またはコンベア装置５に設けられているとしたが、例えば、床面のドッキングステーション８−１，８−２，８−３に代わって、床面にロボット装置１の位置と向きとを規定するマーカが設けられ、その位置にバーコードタグ９−１、９−２，９−３が貼設されていてもよい。

俯瞰カメラ６０は、コンベア装置５の全体を俯瞰する位置に設置される。俯瞰カメラ６０は、コンベア装置５の全体を、例えば、動画モードで撮影している。俯瞰カメラ６０により撮影された画像は、後述の動作制御装置１００に出力される。後述の画像処理部１０３により俯瞰カメラ６０により撮影された画像からロボット装置１の領域が例えばパターン認識により抽出され、抽出されたロボット領域の例えば底部位置に関する画像座標系で表現された座標が、予め俯瞰カメラ６０の取り付け位置及び方向、さらに撮影視野等に基づいて求められた変換行列により作業場座標系上での位置に変換される。それにより作業場座標系上のロボット装置１の位置が特定される。なお画像からロボット装置１の位置を特定する処理を簡素に且つ精度を高めるためにロボット装置１の基部底部の周囲に黄色等の特定色であって楕円形等の特定形状且つ特定寸法のマーカを複数貼付していてもよい。

俯瞰カメラ６０は、ロボット装置１が作業場内のどの位置に配置されたかを特定するための画像を提供するためのものである。そのため、俯瞰カメラ６０は、側方からロボット装置１を撮影するカメラとして、コンベア装置５のフレームに設置してもよいし、また、複数の俯瞰カメラ６０を作業場内に設置してもよい。

図４は、図１のロボット装置１の外観斜視図である。ロボット装置１は、多関節アーム機構２００を有する。本実施形態に係るロボットシステムのロボット装置１の多関節アーム機構２００において、複数の関節のうち、一が直動伸縮関節で構成されている。

ロボット装置１は、略円筒形状の基部１０と基部１０に接続されるアーム部２とを有する。アーム部２の先端には手首部４が取り付けられている。手首部４には図示しないアダプタが設けられている。アダプタは、後述する第６回転軸ＲＡ６の回転部に設けられる。手首部４のアダプタを介して吸着部３が取り付けられる。

ロボット装置１は、複数、ここでは６つの関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６を有する。複数の関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６は基部１０から順番に配設される。一般的に、第１、第２、第３関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３は根元３軸と呼ばれ、第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６は吸着部３の姿勢を変化させる手首３軸と呼ばれる。手首部４は第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６を有する。根元３軸を構成する関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３の少なくとも一つは直動伸縮関節である。ここでは第３関節部Ｊ３が直動伸縮関節、特に伸縮距離の比較的長い関節部として構成される。アーム部２は第３関節部Ｊ３を構成する主要な構成要素である。

第１関節部Ｊ１は基台面に対して例えば垂直に支持される第１回転軸ＲＡ１を中心としたねじり関節である。第２関節部Ｊ２は第１回転軸ＲＡ１に対して垂直に配置される第２回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節である。第３関節部Ｊ３は、第２回転軸ＲＡ２に対して垂直に配置される第３軸（移動軸）ＲＡ３を中心として直線的にアーム部２が伸縮する関節である。

第４関節部Ｊ４は、第３移動軸ＲＡ３に一致する第４回転軸ＲＡ４を中心としたねじり関節であり、第５関節部Ｊ５は第４回転軸ＲＡ４に対して直交する第５回転軸ＲＡ５を中心とした曲げ関節である。第６関節部Ｊ６は第４回転軸ＲＡ４に対して直交し、第５回転軸ＲＡ５に対して垂直に配置される第６回転軸ＲＡ６を中心とした曲げ関節である。

基部１０を成すアーム支持体（第１支持体）１１ａは、第１関節部Ｊ１の第１回転軸ＲＡ１を中心に形成される円筒形状の中空構造を有する。第１関節部Ｊ１は図示しない固定台に取り付けられる。第１関節部Ｊ１が回転するとき、第１支持体１１ａはアーム部２の旋回とともに軸回転する。なお、第１支持体１１ａが接地面に固定されていてもよい。その場合、第１支持体１１ａとは独立してアーム部２が旋回する構造に設けられる。第１支持体１１ａの上部には第２支持部１１ｂが接続される。

第２支持部１１ｂは第１支持部１１ａに連続する中空構造を有する。第２支持部１１ｂの一端は第１関節部Ｊ１の回転部に取り付けられる。第２支持部１１ｂの他端は開放され、第３支持部１１ｃが第２関節部Ｊ２の第２回転軸ＲＡ２において回動自在に嵌め込まれる。第３支持部１１ｃは第１支持部１１ａ及び第２支持部に連通する鱗状の外装からなる中空構造を有する。第３支持部１１ｃは、第２関節部Ｊ２の曲げ回転に伴ってその後部が第２支持部１１ｂに収容され、また送出される。ロボット装置１の直動関節部Ｊ３（第３関節部Ｊ３）を構成するアーム部２の後部はその収縮により第１支持部１１ａと第２支持部１１ｂの連続する中空構造の内部に収納される。

第３支持部１１ｃはその後端下部において第２支持部１１ｂの開放端下部に対して第２回転軸ＲＡ２を中心として回動自在に嵌め込まれる。それにより第２回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節部としての第２関節部Ｊ２が構成される。第２関節部Ｊ２が回動すると、アーム部２は、手首部４及び吸着部３とともに第２関節部Ｊ２の第２回転軸ＲＡ２を中心に垂直方向に回動、つまり起伏動作をする。

第４関節部Ｊ４は、アーム部２の伸縮方向に沿ったアーム中心軸、つまり第３関節部Ｊ３の第３移動軸ＲＡ３に典型的には一致する第４回転軸ＲＡ４を有するねじり関節である。第４関節部Ｊ４が回転すると、第４関節部Ｊ４から先端にかけて吸着部３とともに第４回転軸ＲＡ４を中心に回転する。第５関節部Ｊ５は、第４関節部Ｊ４の第４回転軸ＲＡ４に対して直交する第５回転軸ＲＡ５を有する曲げ関節部である。第５関節部Ｊ５が回転すると、第５関節部Ｊ５から先端にかけて吸着部３とともに上下に回動する。第６関節部Ｊ６は、第４関節部Ｊ４の第４回転軸ＲＡ４に直交し、第５関節部Ｊ５の第５回転軸ＲＡ５に垂直な第６回転軸ＲＡ６を有する曲げ関節である。第６関節部Ｊ６が回転すると吸着部３が左右に旋回する。

上記の通り手首部４のアダプタに取り付けられた吸着部３は、第１、第２、第３関節部Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３により任意位置に移動され、第４、第５、第６関節部Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６により任意姿勢に配置される。特に第３関節部Ｊ３の直動伸縮距離の長さは、基部１０の近接位置から遠隔位置までの広範囲の対象に吸着部３を到達させることを可能にする。第３関節部Ｊ３はそれを構成する直動伸縮機構により実現される直動伸縮距離の長さが特徴的である。

直動伸縮機構はアーム部２を有する。アーム部２は第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２２とを有する。第１連結コマ列２１は複数の第１連結コマ２３からなる。第１連結コマ２３は略平板に構成される。前後の第１連結コマ２３は、互いの端部箇所においてピンにより屈曲自在に列状に連結される。これにより第１連結コマ列２１は内側と外側とに屈曲可能な性質を備える。第２連結コマ列２２は複数の第２連結コマ２４からなる。第２連結コマ２４は断面コ字形状の短溝状体に構成される。前後の第２連結コマ２４は、互いの底面端部箇所においてピンにより屈曲自在に列状に連結される。第２連結コマ２４の断面形状及びピンによる連結位置により第２連結コマ列２２は内側に屈曲可能であるが、外側に屈曲不可な性質を備える。

第１連結コマ列２１のうち先頭の第１連結コマ２３と、第２連結コマ列２２のうち先頭の第２連結コマ２４とは結合コマ２７により結合される。例えば、結合コマ２７は第１連結コマ２３と第２連結コマ２４とを合成した形状を有している。
アーム部２が伸長するときには、結合コマ２７が始端となって、第１、第２連結コマ列２１，２２が第３支持部１１ｃの開口から外に向かって送り出される。第１、第２連結コマ列２１、２２は、第３支持体１１ｃの開口付近で互いに接合される。第１、第２連結コマ列２１、２２の後部が第３支持体１１ｃの内部で堅持されることにより、第１、第２連結コマ列２１，２２の接合状態が保持される。第１、第２連結コマ列２１、２２の接合状態が保持されたとき、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２２の屈曲は拘束される。接合し、それぞれの屈曲が拘束された第１、第２連結コマ列２１、２２により一定の剛性を備えた柱状体が構成される。柱状体とは、第２連結コマ列２２に第１連結コマ列２１が接合されてなる柱状の棒体を言う。

アーム部２が収縮するときには、第３支持体１１ｃの開口に第１、第２連結コマ列２１，２２が引き戻される。柱状体を構成する第１、第２連結コマ列２１，２２は、第３支持体１１ｃの内部で互いに離反される。離反された第１、第２連結コマ列２１，２２はそれぞれ屈曲可能な状態に復帰し、それぞれ同方向の内側に屈曲され、第１支持体１１ａの内部に略平行に格納される。

図４に示すように、手首部４のアダプタには、作業内容に適した手先効果器として本実施形態では吸着部３が取り付けられる。吸着部３は、吸着板３１とセンサユニット３２とを有する。吸着板３１は、真空吸着方式、クーロン力方式、分極方式、電気接着方式のいずれでもよい。吸着板３１は典型的には比較的薄い長方形の平板形状を有し、センサユニット３２を取り囲むように形成されている。

吸着板３１はその背面及び側面がハウジング３８に覆われている。吸着板３１の吸着面とセンサユニット３２の表面とは同一平面を構成する。ここでは、吸着面の中心位置をＣＰとする。クーロン力方式であれば、吸着部ドライバ３９は電圧を電極層に印加する。電極層とワーク、ここではプリント配線基板との間に絶縁層が介在する。電極に電圧を印加すると基板の表面（吸着面）には強い電界が形成され、それにより電極と基板との間にクーロン力が誘起され、プリント配線基板が吸着される。リリースに際しては逆に電極への印加電圧を遮断すると、プリント配線基板の表面分極を拘束する電極からの電界が消滅するため、基板表面の分極も瞬時に無くなり、電極面と基板表面との間に電位差が無くなり吸引力が消滅する。

センサユニット３２は例えばＣＣＤ形式のハンドカメラ３３と接触センサ３４，３５，３６とを備える。センサユニット３２は、例えば樹脂製のハウジング３７内に収納されている。ハウジング３７の底面の中央には、レンズ孔が空けられ、ハンドカメラ３３のレンズが嵌め込まれる。ハンドカメラ３３は、典型的には、その撮像視野中心線が吸着板３１の吸着面に対して略垂直になる向きにハウジング３７に取り付けられる。これにより、吸着板３１から所定距離にある吸着対象はハンドカメラ３３の撮像視野に含まれる。もちろん、ハンドカメラ３３は、その撮像視野中心線が吸着板３１の吸着面に対して傾斜する向きにハウジング３７に取り付けられてもよい。吸着部３にセンサユニット３２は固定されているので、吸着部３に対してハンドカメラ３３の位置は固定される。従って吸着部３の中心とハンドカメラ３３により撮像される画像の中心との位置関係は固定的である。ハウジング３７のレンズ孔の周囲にはセンサ孔が空けられている。これらセンサ孔に接触センサ３４，３５，３６の感度面が嵌め込まれる。接触センサ３４，３５，３６は、その感度方向が吸着板３１の吸着面に略垂直になる向きにハウジング３７内に取り付けられる。つまり接触センサ３４，３５，３６はその感度方向がハンドカメラ３３の撮像視野中心線と略平行になり、ハンドカメラ３３による撮像方向に関して感度を有する。なお、吸着部３は静電方式に限定されず、吸引方式であってもよい。また、ハンドカメラ３３は、吸着板３１の側面に取り付けられてもよい。

図５は、図１のロボット装置１の構成を示すブロック図である。本実施形態に係るロボット装置１は、動作制御装置１００と多関節アーム機構２００と吸着部３とを有する。

多関節アーム機構２００の関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５、Ｊ６には、それぞれステッピングモータ及びモータドライバ等からなるアーム関節アクチュエータ２０１が設けられている。これらステッピングモータのドライブシャフトには、一定の回転角ごとにパルスを出力するロータリエンコーダ２０２が接続されている。ロータリエンコーダ２０２からの出力パルスは、カウンタで加減算されることにより関節角度が測定される。吸着部３は、ハンドカメラ３３と接触センサ３４，３５，３６と吸着部ドライバ３９を有する。ハンドカメラ３３は、吸着部３の下方を撮影する。ハンドカメラ３３は、吸着対象のプリント配線基板の位置と向きとを特定するための画像を提供するために設けられる。ハンドカメラ３３により撮影された画像のデータは動作制御装置１００に出力される。接触センサ３４，３５，３６は、吸着板３１に吸着対象のプリント配線基板が接触したか否かを特定するために設けられる。これら接触センサ３４，３５，３６は、その感度面がプリント配線基板等に接触したとき、接触検知信号を動作制御装置１００に出力する。吸着部ドライバ３９は、後述のロボット制御部１０７の制御に従って、電極層に電圧を印加する。

動作制御装置１００は、システム制御部１０１と、カメラインターフェース１０２と、画像処理部１０３と、バーコードリーダ１０４と、設置位置特定部１０５と、作業プログラム記憶部１０６と、ロボット制御部１０７とを有する。
システム制御部１０１には、制御／データバス１０９を介して各部が接続されている。システム制御部１０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と半導体メモリ等を有し、動作制御装置１００を統括して制御する。
動作制御装置１００には、カメラインタ−フェース１０２を介して俯瞰カメラ６０が接続されている。俯瞰カメラ６０は、コンベア装置５を俯瞰する位置に設けられ、撮影した画像のデータを動作制御装置１００に対して出力する。

画像処理部１０３は、俯瞰カメラ６０により撮影された画像の画像座標系で表現されたロボット位置を作業場座標系での表現に変換する変換行列式と、作業場座標系で表現されたロボット位置を位置コードに変換するための対応表とを用いる。画像処理部１０３は、俯瞰カメラ６０の撮影画像からロボット装置１又はロボット装置１の特徴点に対応する領域を抽出し、抽出した領域の画像上の位置を特定する。特徴点とは、ロボット装置１に取り付けられたマーカ等である。そして、画像処理部１０３は、画像座標系上のロボット位置を作業場座標系上の位置に変換する。画像処理部１０３は、対応表を参照し、変換した作業場座標系上の位置を位置コードに変換する。また、画像処理部１０３は、ハンドカメラ３３により撮影された画像から、プリント配線基板に対応する領域を抽出し、吸着対象のプリント配線基板の、ロボット座標系上の位置と向きとを特定する。

バーコードリーダ１０４は、光学的にバーコードタグを読み取る。設置位置特定部１０５は、バーコードと位置コードとを関連付けた対応表のデータを保持する。位置コードは、作業場内に予め設定されたロボット装置１の設置位置を表すコードである。この対応表は、バーコードを位置コードとともに管理するものであり、適宜更新可能である。例えば、バーコードタグを取り換えるとき、ユーザは、対応表の、取り換え前バーコードを取り換え後のバーコードに変更する。また、作業場内に新しくバーコードタグを設置したとき、ユーザは、対応表に、バーコードを、設置位置に対応する位置コードとともに追加する。設置位置特定部１０５は、対応表を参照し、バーコードリーダ１０４により読み込まれたバーコードに関連付けられている位置コードを特定する。

作業プログラム記憶部１０６には、手先軌道、経由地（作業位置）、各作業位置での手先作業内容を既述した複数の作業プログラムが記憶される。例えば、複数の作業プログラムは、複数の位置コードにそれぞれ関連付けられている。
システム制御部１０１は、作業プログラム記憶部１０６を参照し、複数の作業プログラムから設置位置特定部１０５または画像処理部１０３により特定された位置コードに関連付けられている作業プログラムを読み出す。なお、ロボット装置１の設置位置を特定するために、バーコード方式とカメラ方式とを併記したが、いずれか一方を備えていても良い。バーコード方式を優位として、バーコード方式でロボット設置位置を特定できないとき、例えばバーコードタグが貼付されていない位置にロボット装置１を設置するときにカメラ方式で位置特定をする使い方が好ましい。

ロボット制御部１０７は、システム制御部１０１に読み出された作業プログラムと、画像処理部１０３により特定されたプリント配線基板の位置と向きと、接触センサ３４，３５，３６の接触検知信号とに従って、多関節アーム機構２００と吸着部３との動作を制御する。

図６は、図５の作業プログラム記憶部１０６に記憶される作業プログラムの記述例を示す図である。図６の作業プログラムは、プリント配線基板を運搬台車７１から搬送ライン５１にリリースするロボット装置１によるロード作業に対応する。例えば、ロード作業の作業プログラムは、バーコードタグ９−１に対応する。すなわち、ロード作業の作業プログラムは、ロボット装置１がドッキングステーション８−１に固定されたときに、自動的に選択される。ロボット装置１は、ユーザ指示に従って、その動作が開始される。「Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ＝１」は、ハンドカメラ３３により撮影された画像に基づいて、システム制御部１０１により、吸着対象のプリント配線基板があると判定されたとき、それをトリガとしてロボット装置１を後述の手順に従って動作させることを明示するための命令である。各手順において、「ＭＯＶ」はロボット装置１の手先基準点を移動させる命令である。手先基準点は、例えば、吸着部３の吸着中心位置ＣＰに設定されている。各手順の「ＭＯＶ」の右側には、経由地Ｐｗａｉｔ、Ｐｔ、Ｐｄｏｗｎ、Ｐｐ、Ｐｖ、Ｐｒが記述されている。

Ｐｗａｉｔは，吸着部３の待機位置を示している。Ｐｔは、プリント配線基板を撮影するための位置を示している。Ｐｄｏｗｎは、吸着部３の降下開始位置を示している。Ｐｐは、吸着部３の吸着動作を行う吸着位置を示している。Ｐｒは、吸着部３のリリース動作を行うリリース位置を示している。Ｐｖは、吸着位置Ｐｐからリリース位置Ｐｒに移動する際の経由する移動位置を示している。これら経由地は、移動先の手先基準点の位置と移動先での手先姿勢とを記述したパラメータであり、ロボット座標系で記述されている。これら経由点のうち、待機位置Ｐｗａｉｔと撮影位置Ｐｔと移動位置Ｐｖとリリース位置Ｐｒとは、固定位置として与えられる。降下位置Ｐｄｏｗｎと吸着位置Ｐｐと移動位置Ｐｖは、画像処理部１０３により特定されたプリント配線基板の位置と向きとに基づいて与えられる。

図６の作業プログラムにおいて、「Ｖ」は経由点間の移動速度を指定するパラメータである。例えば、「Ｖ＝９０」は、予め設定されている基準移動速度の９０％の速度を指定している。手順００３における作業内容「吸着動作」は、吸着部３に吸着動作をさせる命令である。手順００５の作業内容「リリース動作」は、吸着部３にリリース動作をさせる命令である。これら作業内容に対応する基本動作プログラムは作業プログラム記憶部１０６に記憶されている。

以下、図６の作業プログラムに従って動作するロボット装置１について、図７を参照して説明する。図７は、図６の作業プログラムによる手先軌道を示す平面図である。図７では、複数の経由点を搬送ライン５１とロボット装置１とともに示している。

待機位置Ｐｗａｉｔは、搬送ライン５１の上方に設定されている。これにより、プリント配線基板を載せる台車や台車を操作する運搬者にロボット装置１の吸着部３が障害とならない。撮影位置Ｐｔは、台車に載せて予め決まった位置に運ばれてくるプリント配線基板が撮影視野に収まる位置に予め設定されている。撮影位置Ｐｔにて撮影した画像に基づいて、システム制御部１０１により降下位置Ｐｄｏｗｎが設定される。降下位置Ｐｄｏｗｎは、プリント配線基板の中心位置の上方に設定される。このとき、手先姿勢は、システム制御部１０１により、プリント配線基板の向きに合わせて設定される。吸着部３は、降下位置Ｐｄｏｗｎから真下に向かって、接触センサ３４，３５，３６から接触検知信号が検出するまで降下される。接触センサ３４，３５，３６から接触検知信号が検出された位置が、吸着位置Ｐｐに対応する。吸着部３は、吸着位置Ｐｐで、吸着動作を行う。移動位置Ｐｖは、吸着部３を吸着位置Ｐｐから一旦、搬送ライン５１よりも上方に持ち上げるために、搬送ライン５１よりも高い位置に設定されている。リリース位置Ｐｒは、搬送ライン５１のライン中心線の上方に設定されている。吸着部３は、リリース位置Ｐｒでリリース動作を行う。吸着部３はリリース動作後、待機位置Ｐｗａｉｔに戻される。

ハンドカメラ３３により撮影された画像に基づいて、システム制御部１０１により、吸着対象のプリント配線基板があると判定されたとき、それをトリガとして、ロボット装置１は、この一連の動作を、吸着対象のプリント配線基板がなくなるまで繰り返し行う。吸着対象のプリント配線基板の有無は、システム制御部１０１により、ハンドカメラ３３の撮影画像に基づいて判定される。

図６，７では、ロボット装置１のロード作業を例に作業プログラムと吸着部３の手先軌道について説明した。例えば、ロボット装置１がドッキングステーション８−２に固定されたとき、バーコードリーダ１０４により読み取られたバーコードタグ９−２に対応するアンロード作業の作業プログラムに従って動作する。アンロード作業において、ロボット装置１は、搬送ライン５１上のプリント配線基板を吸着し、吸着したプリント配線基板を予め決まった位置に配置された搬送台車７３にリリースする。搬送ライン５１上のプリント配線基板を吸着する吸着位置及び吸着したプリント配線基板をリリースする位置は、ハンドカメラ３３の撮影画像に基づいて、システム制御部１０１により設定される。

以上説明したように、本実施形態に係るロボットシステムにおいて、ロボット装置１は、予め容易された複数の作業プログラムから、配置位置に対応する作業プログラムを選択し、その選択した作業プログラムに従って動作する。作業場内において、ロボット装置１の複数の設置位置が用意されており、ロボット装置１が、どの設置位置に設置されたかは、俯瞰カメラ６０の撮影画像または設置位置に貼設されたバーコード等のタグの読み取りにより特定することができる。これにより、本実施形態に係るロボットシステムは、ロボット装置１の位置の変化に応じて、ロボット装置１の作業プログラムを動的に変化させることができる。例えば、搬送ライン上を搬送されるワークに対して複数の作業者が作業工程毎に予め決まった位置に配置されているような生産ラインにおいて、欠勤等不足の事態により作業者が足りない場合がある。本実施形態に係るロボットシステムのロボット装置１は、従来の垂直多関節アーム機構のような肘関節がなく、特異点もないことから、他の作業者の位置を気にせず、また、作業者に近接して配置することができる。したがって、不足している作業者の位置に、ロボット装置１を設置するだけで、作業者の代わりに、ロボット装置１にその設置位置に対応する作業を行わせることができる。つまり、その作業をロボット装置に代行させるためには従来であれば当該作業の教示作業が不要となり、ダウンタイムの発生を実質的に解消されることとなる。

（変形例１）
上述した本実施形態においては、動作制御装置１００の作業プログラム記憶部１０６には、事前に複数の作業プログラムにそれぞれ設置位置（設置位置を表す位置コード）を関連付けて記憶する。従って作業プログラムを選択するにはロボット装置１が設置された位置の位置コードを特定し、その位置コードを予め作成した対応表により作業プログラムＩＤに変換する。対応表の更新により、設置位置と作業プログラムの対応関係の修正や更新作業が容易になる利点があった。しかし、バーコードタグにその設置位置に応じた作業プログラムに固有の作業プログラムＩＤを直接記録させるようにしてもよい。

図８は、本実施形態の変形例１に係るロボットシステムの構成を示すブロック図である。本実施形態の変形例１に係るロボットシステムにおいて、動作制御装置１００は、システム制御部１０１と、バーコードリーダ１０４と、作業プログラム記憶部１０６と、ロボット制御部１０７とを有する。複数種類の作業プログラムＩＤコードがそれぞれ記憶された複数のバーコードタグが複数の設置位置にそれぞれ配置されている。各設置位置にはその位置固有の作業プログラムが予め決められている。各作業プログラムが対応する設置位置には、その作業プログラムに固有の作業プログラムＩＤが記録されたバーコードタグがその設置位置に配置される。

システム制御部１０１は、ロボット装置１が設置された設置位置においてバーコードリーダ１０４により読み込まれたバーコードタグの作業プログラムＩＤにより、作業プログラム記憶部１０６に対して作業プログラムの読み出し制御をする。当該作業プログラムはシステム制御部１０１の制御のもとで作業プログラム記憶部１０６からロボット制御部１０７にロードされる。ロボット制御部１０７は、ロードされた作業プログラムに従って、多関節アーム機構２００と吸着部３とに制御信号を出力する。

それによりロボット装置１を、要求された設置位置に設置することにより、その設置位置に応じた作業プログラムが選択され、その設置位置に応じた作業がロボット装置１に実行される。

（変形例２）
上述した本実施形態に係るロボットシステムにおいては、ロボット装置１が設置された設置位置に応じた作業プログラムが自動的に選択される。作業プログラムを手動で選択するようにしてもよい。

図９は、本実施形態の変形例２に係るロボットシステムの構成を示すブロック図である。本実施形態の変形例２に係るロボットシステムにおいて、動作制御装置１００は、システム制御部１０１と、作業プログラム記憶部１０６と、ロボット制御部１０７と、設置センサ１１０と、ペンダントデバイス１１１とを有する。作業プログラム記憶部１０６では、複数の作業プログラムがそれぞれ位置コードと関連付けて記憶される。さらに複数の作業プログラム各々には、ユーザがその作業プログラムによる作業を他の作業プログラムの作業と明確に識別して所要の作業プログラムを容易に選択させるための情報として、その作業上の特徴を簡易に且つ端的に表す作業概要が関連付けられている。各作業プログラムの作業概要は事前に人的に作成される。

設置センサ１１０は、ロボット装置１がドッキングステーション８−１，８−２，８−３、８−４のいずれかに設置されたことを検知し、設置検知信号を出力する。設置センサ１１０には、圧力センサ、接触センサ、光電センサ等を適用できる。ペンダントデバイス１１１は、表示部と操作部からなり、典型的にはタッチスクリーンにより提供される。システム制御部１０１は、設置センサ１１０から設置検知信号が出力されたとき、つまりロボット装置１が複数の設置位置のいずれかに設置されたとき、作業プログラム記憶部１０６に記憶された複数の作業プログラムに関するリストを含む作業プログラム選択画面を作成し、ペンダントデバイス１１１の表示部にそのリストを表示させる。また、システム制御部１０１は、そのリストからユーザにより操作部を介して選択された作業プログラムを、作業プログラム記憶部１０６からロボット制御部１０７にロードさせる。

図１０は、図９のペンダントデバイス１１１の表示部に表示される作業プログラムリストの表示例を示している。図１０に示すように、作業プログラム記憶部１０６に記憶されている複数の作業プログラムにそれぞれ対応する設置位置及び作業概要が作業プログラムＩＤとともにリスト表示される。例えば、作業プログラム選択画面では、ロボット設置位置Ａ−１には、２種類の作業プログラムが関連付けされていることを示している。ユーザは、作業プログラム選択画面を視認して、ロボット装置１の設置位置と作業概要とに合致する作業プログラムを選択することができる。

（変形例３）
変形例２で例示した作業プログラム選択画面では、作業プログラム記憶部１０６に記憶されているすべての作業プログラムに関する情報が一覧表示される。しかしながら、ロボット装置１の設置位置に関連付けられている２以上の作業プログラムが、作業プログラム記憶部１０６に記憶されている複数の作業プログラムから抽出され、それら２以上の作業プログラムに関する設置位置及び作業概要が作業プログラムＩＤとともにリスト表示されてもよい。

図１１は、本実施形態の変形例３に係るロボットシステムの構成を示すブロック図である。本実施形態の変形例３に係るロボットシステムのシステム制御部１０１は、設置位置特定部１０５または画像処理部１０３により特定されたロボット装置１の設置位置を表す位置コードに関連付けられている作業プログラムを作業プログラム記憶部１０６から読み出すとともに、表示部に作業プログラム選択画面を表示する。システム制御部１０１は、作業プログラム選択画面上でユーザにより選択された作業プログラムをロボット制御部１０７に出力する。

図１２は、図１１のペンダントデバイス１１１の表示部に表示される作業プログラム選択画面の一例を示す図である。図１２は、ロボット装置１が設置位置Ａ−２に設置されたとき、表示部に表示される作業プログラム選択画面を示している。図１２に示すように、作業プログラム選択画面には、作業プログラム記憶部１０６に記憶されている作業プログラムのうち、ロボット装置１の設置位置に関連付けられている２以上の作業プログラムの設置位置と作業概要、さらに作業プログラムＩＤのリストが含まれる。図１２ではロボット装置１の設置位置Ａ−２に関連付けられている２つの作業プログラム（ＩＤ００３，ＩＤ００４）がリスト表示の対象とされる。これにより、ユーザが選択する作業プログラムの選択肢を少なくすることができるため、作業効率を向上できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…ロボット装置、２…アーム部、３…吸着部、４…手首部、５…コンベア装置、３３…ハンドカメラ、３４，３５，３６…接触センサ、３９…吸着部ドライバ、５１…搬送ライン、６０…俯瞰カメラ、７０…基板検査装置、９−１〜９−４…バーコードタグ、１００…動作制御装置、１０１…システム制御部、１０２…カメラインターフェース、１０３…画像処理部、１０４…バーコードリーダ、１０５…設置位置特定部、１０６…作業プログラム記憶部、１０７…ロボット制御部、１０９…制御／データバス、２００…多関節アーム機構

Claims (4)

1. 作業場内の複数の設置位置に設置可能な多関節アーム機構を備えたロボット装置と、
   前記多関節アーム機構のアーム部の先端に取り付けられる手先効果器と、
   前記多関節アーム機構と前記手先効果器の動作を記述する複数の作業プログラムを前記複数の設置位置にそれぞれ関連付けて記憶する記憶部と、
   前記複数の設置位置それぞれに配設されたバーコードタグ、２次元コードタグ又はＲＦＩＤタグに記録された情報を読み取るために前記ロボット装置に設けられるリーダと、
   前記リーダで読み取られた情報に基づいて前記ロボット装置の設置位置を特定する第１位置特定部と、
   前記作業場内を俯瞰で撮像するカメラと、
   前記カメラで撮像された画像から前記ロボット装置の領域を抽出して前記ロボット装置の設置位置を特定する第２位置特定部と、
   前記第１位置特定部により前記ロボット装置の前記設置位置が特定されたとき、前記第１位置特定部により特定された前記ロボット装置の前記設置位置を、前記第２位置特定部により特定された前記ロボット装置の前記設置位置に優先して採用して前記第１位置特定部により特定された前記ロボット装置の前記設置位置に関連付けられている作業プログラムを前記記憶部から選択的に読み出し、前記第１位置特定部により前記ロボット装置の前記設置位置が特定されないとき、前記第２位置特定部により特定された前記ロボット装置の前記設置位置に関連付けられている作業プログラムを前記記憶部から選択的に読み出し、前記読み出された作業プログラムに従って前記多関節アーム機構と前記手先効果器との動作を制御するロボット制御部とを具備することを特徴とするロボットシステム。
2. 前記複数の設置位置に取り付けられ、前記ロボット装置を着脱する複数のドッキングステーションをさらに備え、
   前記バーコードタグ、２次元コードタグ又はＲＦＩＤタグは前記ドッキングステーションに装着されていることを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
3. 前記多関節アーム機構は、基部と、前記基部の略中心線に係る第1軸回りのねじり回転関節部と前記第1軸に直交する第２軸回りの曲げ回転関節部と前記第２軸に直交する第３軸に沿った直動伸縮性を有する直動伸縮関節部とを有する請求項１記載のロボットシステム。
4. 前記直動伸縮関節部は、
   屈曲可能に連結された複数の連結コマと、前記連結コマの屈曲が拘束されることにより柱状体が前記アーム部として構成される、
   前記柱状体を支持する射出部と、
   前記連結コマを屈曲可能な状態で前記基部内に収納する収納部とを有することを特徴とする請求項３記載のロボットシステム。

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