JP6748126B2 - 作業ロボットシステム - Google Patents
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Description
本発明は作業ロボットシステムに関する。
従来、搬送装置によって搬送される物品に部品を組み付ける時には、搬送装置を停止させる場合が多かった。特に、車のボディ等の大きな物品に部品を精密に組み付ける時には、搬送装置による物品の搬送を停止する必要があった。これが作業効率の低下に帰結する場合もあった。
一方、ロボットと、物品を搬送する搬送装置と、搬送装置に沿って設けられたレールと、レールに沿ってロボットを移動させる移動装置とを備えた生産ラインが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この生産ラインでは、搬送装置によって物品が搬送されている時に、ロボットは物品の欠陥検査および研磨を行う。また、欠陥検査および研磨が行われる時に、搬送装置による物品の搬送速度と同じ速度で、移動装置がロボットをレールに沿って移動させる。
前記生産ラインでは、欠陥検査および研磨を行っているだけである。一方、ロボットと物品とが干渉し得る作業が行われる場合は、ロボット、搬送装置、物品等の破損防止の目的で、ロボットの力制御を行う必要が生ずる。しかし、搬送装置によって移動している物品は予測できない挙動を行う可能性があるので、力制御の制御周期を極めて短くし、または、感度を高めないと、前記の破損防止を実現することは難しい。
しかし、ロボットはロボットの制御周期でしか動作できないため結果的に力制御の制御周期はロボットの制御周期よりも短くできない。つまり、ロボット自体の性能を変更しない限り、前記の破損防止を実現することが難しいケースがあった。また、力制御の感度を高くすると、ロボットの発振が発生する可能性が高まる。また、物品が予測できない挙動を行う場合、連続するいくつかの制御周期の期間に力制御が行われても、ロボットと物品との接触が改善されない状態も生じ得る。この時もロボットの発振が発生する可能性が高まる。
本発明は、前述の事情に鑑みてなされている。本発明の目的の一つは、ロボット、搬送装置、物品等の破損防止を効率的に実現することのできる作業ロボットシステム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。
本発明の一態様の作業ロボットシステムは、物品を搬送する搬送装置と、前記搬送装置によって搬送される前記物品の対象部に対して所定の作業を行うロボットと、前記ロボットを制御する制御部と、前記ロボットの先端部に取付けられた視覚センサと、前記ロボットに支持された部品又はツールと前記物品との接触によって生ずる力を検出する力検出部と、を備え、前記制御部が、前記ロボットによる前記所定の作業が行われる時に、前記視覚センサの画角内の所定の位置に前記物品の特徴形状又は特徴点を常に配置することにより前記ロボットの前記先端部を前記対象部に追随させる追随制御を行いながら、前記力検出部の検出値に基づいた力制御を行い、前記制御部は、前記特徴形状若しくは前記特徴点が前記視覚センサから見えなくなった時に、別の特徴形状若しくは特徴点を前記追随制御に用いる、又は、前記特徴形状若しくは前記特徴点が見えなくなる前に計算された前記特徴形状若しくは前記特徴点の移動量を前記追随制御に用いる。
また、本発明の他の態様の作業ロボットシステムは、物品を搬送する搬送装置と、前記搬送装置によって搬送される前記物品の対象部に対して所定の作業を行うロボットと、前記ロボットを制御する制御部と、前記ロボットの先端部に取付けられた視覚センサと、前記ロボットに支持された部品又はツールと前記物品との接触によって生ずる力を検出する力検出部と、を備え、前記制御部が、前記ロボットによる前記所定の作業が行われる時に、前記視覚センサの画角内の所定の位置に前記物品の特徴形状又は特徴点を常に配置することにより前記ロボットの前記先端部を前記対象部に追随させる追随制御を行いながら、前記力検出部の検出値に基づいた力制御を行い、前記視覚センサによって検出される前記ロボットに対する前記対象部の位置が所定の基準を超えて変動する時に、前記制御部が前記力制御の制御周期を短くする、または、前記力制御の感度を高める。
本発明の一態様の作業ロボットシステムは、物品を搬送する搬送装置と、前記搬送装置によって搬送される前記物品の対象部に対して所定の作業を行うロボットと、前記ロボットを制御する制御部と、前記ロボットの先端部に取付けられた視覚センサと、前記ロボットに支持された部品又はツールと前記物品との接触によって生ずる力を検出する力検出部と、を備え、前記制御部が、前記ロボットによる前記所定の作業が行われる時に、前記視覚センサの画角内の所定の位置に前記物品の特徴形状又は特徴点を常に配置することにより前記ロボットの前記先端部を前記対象部に追随させる追随制御を行いながら、前記力検出部の検出値に基づいた力制御を行い、前記制御部は、前記特徴形状若しくは前記特徴点が前記視覚センサから見えなくなった時に、別の特徴形状若しくは特徴点を前記追随制御に用いる、又は、前記特徴形状若しくは前記特徴点が見えなくなる前に計算された前記特徴形状若しくは前記特徴点の移動量を前記追随制御に用いる。
また、本発明の他の態様の作業ロボットシステムは、物品を搬送する搬送装置と、前記搬送装置によって搬送される前記物品の対象部に対して所定の作業を行うロボットと、前記ロボットを制御する制御部と、前記ロボットの先端部に取付けられた視覚センサと、前記ロボットに支持された部品又はツールと前記物品との接触によって生ずる力を検出する力検出部と、を備え、前記制御部が、前記ロボットによる前記所定の作業が行われる時に、前記視覚センサの画角内の所定の位置に前記物品の特徴形状又は特徴点を常に配置することにより前記ロボットの前記先端部を前記対象部に追随させる追随制御を行いながら、前記力検出部の検出値に基づいた力制御を行い、前記視覚センサによって検出される前記ロボットに対する前記対象部の位置が所定の基準を超えて変動する時に、前記制御部が前記力制御の制御周期を短くする、または、前記力制御の感度を高める。
上記態様では、ロボットに取付けられたセンサによって、搬送装置によって搬送される物品の対象部のロボットに対する位置が検出され、センサの検出結果を用いてロボットが制御される。このため、力制御が無い状態であっても、制御部は、ロボットに支持された部品又はツールと物品との位置関係を認識でき、両者の接触有無を認識できる場合もある。例えば、搬送装置による物品の移動量が大きく変動する搬送装置の異常も、制御部は力制御が無い状態において認識できる。このため、力制御の制御周期を無理に短くせずに、ロボット、搬送装置、物品等の破損防止を実現できるようになり、ロボットの発振の発生も抑制される。
上記態様において、好ましくは、前記制御部が、前記ロボットによって支持されている前記部品又は前記ツールを前記センサの前記検出結果を用いて前記対象部に追随させながら、前記力検出部の検出値を用いて前記力制御を行う。
このように、センサの検出結果を用いることによって、制御部がロボットの部品又はツールを対象部に追随させる。このため、制御部は、ロボットが所定の作業を行う時に、搬送装置によって搬送される物品の対象部に対して、ロボットに支持された部品又はツールの位置および姿勢を正確に制御できる。これは、力制御の制御周期を短くせずに、または、感度を高めずに、ロボット、搬送装置、物品等の破損防止を実現するために有利であり、ロボットの発振の発生を抑制するためにも有利である。
上記態様において、好ましくは、前記搬送装置上の前記物品における前記対象部の少なくとも位置を検出する検出部を備え、前記制御部が、前記検出部の検出結果に基づいて、前記ロボットの前記部品又は前記ツールを前記対象部に近付ける。
ロボットに支持された部品又はツールを対象部に近付ける制御を正確に行うために、当該態様は有利である。
ロボットに支持された部品又はツールを対象部に近付ける制御を正確に行うために、当該態様は有利である。
上記態様において、好ましくは、前記センサによって検出される前記ロボットに対する前記対象部の位置が所定の基準を超えて変動する時に、前記制御部および前記搬送装置の少なくとも一方が異常対応作動を行う。
当該態様では、前述のようにロボットに支持された部品又はツールと物品との位置関係が認識されている状態において、制御部がさらに、センサの検出結果に基づいて異常対応作動を行う。当該構成は、ロボット、搬送装置、物品等の破損防止の確実な実現を図る時に有利であり、ロボットの発振の発生を抑制するためにも有利である。
当該態様では、前述のようにロボットに支持された部品又はツールと物品との位置関係が認識されている状態において、制御部がさらに、センサの検出結果に基づいて異常対応作動を行う。当該構成は、ロボット、搬送装置、物品等の破損防止の確実な実現を図る時に有利であり、ロボットの発振の発生を抑制するためにも有利である。
本発明によれば、ロボット、搬送装置、物品等の破損防止を効率的に実現することができる。
本発明の一実施形態に係る作業ロボットシステム１について、図面を用いながら以下説明する。
本実施形態の作業ロボットシステム１は、図１に示されるように、作業対象である物品１００を搬送する搬送装置２と、搬送装置２によって搬送される物品１００の対象部１０１に対して所定の作業を行うロボット１０と、ロボット１０を制御する制御装置２０と、検出部としての検出装置４０と、ロボット１０に取付けられたセンサ５０とを備えている。
本実施形態の作業ロボットシステム１は、図１に示されるように、作業対象である物品１００を搬送する搬送装置２と、搬送装置２によって搬送される物品１００の対象部１０１に対して所定の作業を行うロボット１０と、ロボット１０を制御する制御装置２０と、検出部としての検出装置４０と、ロボット１０に取付けられたセンサ５０とを備えている。
検出装置４０は、物品１００が所定位置まで搬送されてきたことを検出する。検出装置４０は、搬送装置２によって搬送される物品１００の対象部１０１の位置および姿勢を特定できるデータを取得してもよい。検出装置４０として、このような機能を有する装置は全て利用することができる。本実施形態では検出装置４０は光電センサである。この場合、検出装置４０は、検出装置４０が設置された位置まで物品１００が搬送されてきたことを検出する。
物品１００は特定の種類の物に限定されないが、本実施形態では、一例として、物品１００は車のボディである。搬送装置２はモータ２ａによって複数のローラ３のうち数本を駆動することによって物品１００を搬送するものであり、本実施形態では搬送装置２は図１における右側に向かって物品１００を搬送する。モータ２ａは作動位置検出装置２ｂを備えていても良い。作動位置検出装置２ｂはモータ２ａの出力軸の回転位置および回転量を逐次検出する。作動位置検出装置２ｂは例えばエンコーダである。作動位置検出装置２ｂの検出値は制御装置２０に送信される。
対象部１０１は、物品１００において、ロボット１０が所定の作業を行う部分である。本実施形態では、所定の作業として、ロボット１０のハンド３０が部品１１０を持上げ、ロボット１０は部品１１０の取付部１１１を対象部１０１に取付ける。これにより、例えば、部品１１０の取付部１１１から下方に延びるシャフト１１１ａが、物品１００の対象部１０１に設けられた孔１０１ａに嵌合する。
なお、物品１００が搬送装置２によって移動している状態において、ロボット１０は部品１１０の取付部１１１を対象部１０１に取付ける。
なお、物品１００が搬送装置２によって移動している状態において、ロボット１０は部品１１０の取付部１１１を対象部１０１に取付ける。
ロボット１０は特定の種類に限定されないが、本実施形態のロボット１０は、複数の可動部をそれぞれ駆動する複数のサーボモータ１１を備えている（図２参照）。各サーボモータ１１はその作動位置を検出するための作動位置検出装置を有し、作動位置検出装置は一例としてエンコーダである。作動位置検出装置の検出値は制御装置２０に送信される。
ロボット１０の先端部にはハンド３０が取付けられている。本実施形態のハンド３０は複数の爪による把持によって部品１１０を支持するが、磁力、空気の吸引等を用いて部品１１０を支持するハンドを用いることも可能である。
ハンド３０は爪を駆動するサーボモータ３１を備えている（図２参照）。サーボモータ３１はその作動位置を検出するための作動位置検出装置を有し、作動位置検出装置は一例としてエンコーダである。作動位置検出装置の検出値は制御装置２０に送信される。
なお、各サーボモータ１１，３１として、回転モータ、直動モータ等の各種のサーボモータが用いられ得る。
ハンド３０は爪を駆動するサーボモータ３１を備えている（図２参照）。サーボモータ３１はその作動位置を検出するための作動位置検出装置を有し、作動位置検出装置は一例としてエンコーダである。作動位置検出装置の検出値は制御装置２０に送信される。
なお、各サーボモータ１１，３１として、回転モータ、直動モータ等の各種のサーボモータが用いられ得る。
ロボット１０の先端部には力センサ３２が取付けられている。力センサ３２は、例えば、図３に示すＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向と、Ｘ軸周り、Ｙ軸周り、およびＺ軸周りの力を検出する。力センサ３２は、ハンド３０又はハンド３０によって把持された部品１１０に加わる力の方向および力の程度を検出できるものであればよい。このため、本実施形態では力センサ３２がロボット１０とハンド３０との間に設けられているが、力センサ３２はハンド３０内に設けられていてもよい。
センサ５０は、ロボット１０の先端部に取付けられている。一例では、センサ５０は、ハンド３０と同様に、ロボット１０の手首フランジに取付けられている。センサ５０は、二次元カメラ、三次元カメラ、三次元距離センサ等である。本実施形態のセンサ５０は二次元カメラであり、センサ５０は、対象部１０１が画角の所定の範囲に入っている状態で、図３に示されるような対象部１０１の画像データを逐次取得するためのセンサである。センサ５０は画像データを制御装置２０に逐次送信する。画像データは２つの対象部１０１の少なくともどちらか一方の位置を特定できるデータである。また、例えば画像データ中の２つの対象部１０１の位置関係に基づいて、対象部１０１の姿勢を特定することも可能である。
センサ５０の座標系の位置および方向と、ロボット１０の座標系の位置および方向とは、制御装置２０内において予め関係付けられている。例えば、センサ５０の座標系が、動作プログラム２３ｂに基づいて作動するロボット１０の基準座標系として設定されている。基準座標系に対して、ハンド３０のツールセンターポイント（ＴＣＰ）を原点とする座標系、部品１１０の基準位置を原点とする座標系等が表現される。
制御装置２０は、図２に示されるように、ＣＰＵ、ＲＡＭ等を有する制御部２１と、表示装置２２と、不揮発性ストレージ、ＲＯＭ等を有する記憶部２３と、ロボット１０のサーボモータ１１にそれぞれ対応している複数のサーボ制御器２４と、ハンド３０のサーボモータ３１に対応しているサーボ制御器２５と、制御装置２０に接続された入力部２６とを備えている。一例では、入力部２６はオペレータが持ち運べる操作盤等の入力装置である。入力部２６が制御装置２０と無線通信を行う場合もある。
記憶部２３にはシステムプログラム２３ａが格納されており、システムプログラム２３ａは制御装置２０の基本機能を担っている。また、記憶部２３には動作プログラム２３ｂが格納されている。また、記憶部２３には、追随制御プログラム２３ｃと、力制御プログラム２３ｄとが格納されている。
制御部２１は、これらのプログラムに基づいて、物品１００に対する所定の作業を行うための制御指令を各サーボ制御器２４，２５に送信する。これによって、ロボット１０およびハンド３０が物品１００に対して所定の作業を行う。この際の制御部２１の動作を図４のフローチャートを参照しながら説明する。
先ず、検出装置４０によって物品１００が検出されると（ステップＳ１−１）、制御部２１は、動作プログラム２３ｂに基づいたロボット１０およびハンド３０への制御指令の送信を開始する（ステップＳ１−２）。これにより、部品１１０がハンド３０によって把持され、ロボット１０は、ハンド３０によって把持された部品１１０のシャフト１１１ａを、対象部１０１の孔１０１ａに近付ける。この時、制御部２１は、搬送装置２の搬送速度、物品１００内における対象部１０１の位置のデータ等を用いても良いし、搬送装置２の搬送量がセンサ５０の視野の範囲内であれば用いなくても良い。また、後述のステップＳ１−７の後で、動作プログラム２３ｂに基づいて、部品１１０のシャフト１１１ａが物品１００の孔１０１ａに嵌合される。
ステップＳ１−２のロボット１０の制御により、例えば図１に示されるように部品１１０が嵌合のための位置および姿勢に到達する。これにより、センサ５０の画角内に対象部１０１が存在するようになると（ステップＳ１−３）、制御部２１は、追随制御プログラム２３ｃに基づいた制御を開始する（ステップＳ１−４）。当該制御として、例えば下記の２つの制御を用いることが可能である。なお、以下の２つの制御において、センサ５０は対象部１０１の少なくとも位置を検出し、検出された位置に基づいて制御部２１がロボット１０の先端部を対象部１０１に追随させる。
１つ目の制御は、センサ５０の画角内の所定の位置に物品１００上の特徴形状および／又は特徴点を常に配置することにより、ロボット１０の先端部を対象部１０１に追随させる制御である。２つ目の制御は、物品１００上の特徴形状および／又は特徴点の実際の位置（ロボット１０に対する位置）を検出し、特徴形状および／又は特徴点の位置と実際の位置との差に基づいて動作プログラム２３ｂを補正することにより、ロボット１０の先端部を対象部１０１に追随させる制御である。
１つ目の制御では、制御部２１は、センサ５０によって逐次得られる画像データ上で特徴形状および／又は特徴点を検出する。特徴形状は、対象部１０１の全体の形状、対象部１０１の孔１０１ａの形状、対象部１０１に設けられたマークＭ（図３）の形状等である。特徴点は、対象部１０１の孔１０１ａの重心位置を示す点、対象部１０１に設けられたマークＭの重心位置を示す点等である。センサ５０と対象部１０１とのＺ方向（視線方向）の距離が変化すると、特徴形状の大きさが変化するが、特徴点の変化は小さい又は無い。
そして、制御部２１は、センサ５０によって逐次得られる画像データを用いて、検出した特徴形状および／又は特徴点を画像データ中の所定の位置に常に配置するための制御指令をサーボ制御器２４に送信する。
そして、制御部２１は、センサ５０によって逐次得られる画像データを用いて、検出した特徴形状および／又は特徴点を画像データ中の所定の位置に常に配置するための制御指令をサーボ制御器２４に送信する。
この時、制御部２１は、好ましくは、嵌合が行われる時にセンサ５０から見えなくなる特徴形状および／又は特徴点ではなく、嵌合が行われる時にセンサ５０から見える特徴形状および／又は特徴点を用いる。または、制御部２１は、追随制御に用いる特徴形状および／又は特徴点がセンサ５０から見えなくなった時に、追随制御に用いる特徴形状および／又は特徴点を変更することができる。
２つ目の制御では、制御部２１は、センサ５０によって逐次得られる画像データを用いて、ロボット１０が有する固定座標系に対する物品１００上の特徴形状および／又は特徴点の実際の位置を検出する。そして、制御部２１は、特徴形状および／又は特徴点の位置と実際の位置との差に基づいて、固定座標系に対し教示された動作プログラム２３ｂの教示点を補正する。
なお、１つ目の制御において、制御部２１がさらに、対象部１０１の移動量を計算してもよい。この場合、制御部２１は、計算した移動量も用いながらロボット１０の先端部を対象部１０１に追随させる。
対象部１０１の移動量は、例えばセンサ５０によって取得された画像データに基づいて逐次計算される。例えば、センサ５０の画角内にあらわれている特徴形状および／又は特徴点を用いて、対象部１０１の移動量が計算される。
制御部２１は、連続する複数の画像データ内において、特徴点の整合をとる。動作プログラム２３ｂによってロボット１０の先端部が物品１００と同一の方向に移動しているので、連続する複数の画像データ内で特徴点の位置はほとんど変化しない。しかし、搬送装置２の搬送速度とロボット１０の先端部の移動速度とが完全に一致していない時、両者は相対的に移動する。当該相対的な移動が連続する複数の画像データ内で捉えられる。また、ロボット１０の先端部の移動速度と、ロボット１０の先端部の対象部１０１に対する移動速度とを用いて、対象部１０１の移動量が逐次計算される。
ロボット１０の先端部の移動速度は、制御部２１の制御指令に基づく移動速度である。一方、ロボット１０の先端部の対象部１０１に対する移動速度は、画像データ内における特徴形状および／又は特徴点の移動量とその移動時間とに基づいて計算される。図５に示すように、３つの特徴形状の位置ｐ１１，ｐ２１，ｐ３１がそれぞれ位置ｐ１２，ｐ２２，ｐ３２、位置ｐ１３，ｐ２３，ｐ３３、・・・に移動する場合、最小二乗法等でフィッティングすることにより、３つの特徴形状の移動速度がそれぞれ計算される。又は、３つの特徴形状の移動速度を平均することによって平均の移動速度が計算される。
移動量の計算が行われる場合、追随制御に用いる特徴形状および／又は特徴点がセンサ５０から見えなくなっても、制御部２１は、特徴形状および／又は特徴点が見えなくなる前に計算された移動量を用いて、ロボット１０の先端部を対象部１０１に追随させることができる。
また、２つ目の制御において、制御部２１がさらに、計算した移動量、実際の位置の検出結果の傾向等を用いて、特徴形状および／又は特徴点の実際の位置の検出結果を補間してもよい。特徴形状および／又は特徴点の実際の位置は、センサ５０によって実際に撮像された画像データに基づいて計算される。このため、前記実際の位置の取得周期がセンサ５０の撮像周期と同様に長くなる。これに対し、検出結果の補間を行うことにより、取得周期の間の実際の位置の検出又は推定、将来の実際の位置の推定等が可能となる。
上記制御によって、制御部２１は、ロボット１０の先端部を対象部１０１に追随させる。これにより、センサ５０によって取得される撮像データ中の所定位置に対象部１０１が配置される。この時、例えば、部品１１０の取付部１１１のシャフト１１１ａの水平方向の位置と対象部１０１の孔１０１ａの水平方向の位置とが一致する。
ここで、前述のように、センサ５０の座標系は、動作プログラム２３ｂに基づいて作動するロボット１０の基準座標系として設定されている。このため、ロボット１０の基準座標系が搬送装置２の搬送方向に移動し、基準座標系の移動が搬送装置２による物品１００の移動と一致する。この状況では、搬送装置２によって物品１００の対象部１０１は移動しているが、制御部２１から見ると基準座標系内において対象部１０１が停止している。
このように制御されている状態において、制御部２１は、力制御プログラム２３ｄに基づいた力制御を開始する（ステップＳ１−５）。力制御として、周知の力制御を用いることが可能である。本実施形態では、力センサ３２によって検出される力から逃げる方向にロボット１０が部品１１０を移動させる。その移動量は力センサ３２の検出値に応じて制御部２１が決定する。
例えば、ハンド３０によって把持された部品１１０のシャフト１１１ａと物品１００の孔１０１ａとが嵌合し始めた状況で、搬送装置２による搬送方向と反対方向の力が力センサ３２によって検出されると、ロボット１０は基準座標系内において追従しながら搬送方向と反対方向に部品１１０を僅かに移動させて検出される力から逃げる。
続いて、制御部２１は、センサ５０によって逐次検出されるロボット１０に対する対象部１０１の位置が所定の基準を超えて変動する時に（ステップＳ１−６）、第１の異常対応作動を行う（ステップＳ１−７）。所定の基準を超えた変動は、画像データ内における対象部１０１の大きな移動、画像データ内における対象部１０１の所定速度よりも早い移動等である。電力供給が安定していない場合、モータ２ａの回転速度が急激に低下する場合もあり、モータ２ａの回転速度が大きく変動する場合もある。これらの場合に、ロボット１０に対する対象部１０１の位置が前記所定の基準を超えて変動することになる。
第１の異常対応作動として、制御部２１は、力制御の制御周期を短くする作動または感度を高める作動、嵌合の進行を停止する作動、嵌合作業を中止する作動等を行う。力制御の制御周期が短くし、または、感度を高めると、部品１１０に加わる力に対してロボット１０をより敏感に移動させることが可能となる。本実施形態では、制御部２１は、嵌合作業を中止する作動、搬送装置を停止させる、またはそれらを組み合わせた作動等を行う。
また、制御部２１は、力センサ３２の検出値が所定の基準値を超える時に（ステップＳ１−８）、第２の異常対応作動を行う（ステップＳ１−９）。力センサ３２の検出値が所定の基準値を超える時は、部品１１０、物品１００等に異常な力が加わっている可能性が高い。このため、制御部２１は、第２の異常対応作動として、ロボット１０を停止させる作動、力センサ３２によって検出された力の方向から逃げる方向にロボット１０を低速で移動させる作動、搬送装置を停止させる作動、またはそれらを組み合わせた作動等を行う。本実施形態では、制御部２１は、ロボット１０を停止させる作動を行う。
一方、制御部２１は、嵌合作業が完了したか否かを判断し（ステップＳ１−１０）、嵌合作業が完了している場合は、ロボット１０およびハンド３０に制御指令を送る（ステップＳ１−１１）。これにより、ハンド３０が部品１１０から離れ、ハンド３０がロボット１０によって待機位置又は次の部品１１０がストックされている場所に移動する。
このように、本実施形態では、ロボット１０に取付けられたセンサ５０によって、搬送装置２によって搬送される物品１００の対象部１０１のロボット１０の先端部に対する位置が逐次検出され、センサ５０の検出結果を用いてロボット１０が制御される。このため、力制御が無い状態であっても、制御部２１は、ロボット１０に支持された部品１１０と物品１００との位置関係を認識でき、両者の接触有無を認識できる場合もある。例えば、搬送装置２による物品１００の移動量が大きく変動する搬送装置２の異常も、制御部２１は力制御が無い状態において認識できる。このため、力制御の制御周期を無理に短くせず、または、感度を高めずに、ロボット１０、搬送装置２、物品１００等の破損防止を実現できるようになり、ロボット１０の発振の発生も抑制される。
また、本実施形態では、制御部２１が、ロボット１０によって支持されている部品１１０をセンサ５０の検出結果を用いて対象部１０１に追随させながら、力センサ３２の検出値を用いて力制御を行う。
このように、センサ５０の検出結果を用いることによって、制御部２１がロボット１０の部品１１０を対象部１０１に追随させる。このため、制御部２１は、ロボット１０が所定の作業を行う時に、搬送装置２によって搬送される物品１００の対象部１０１に対して、ロボット１０に支持された部品１１０の位置および姿勢を正確に制御できる。これは、力制御の制御周期を短くせず、または、感度を高めずにロボット１０、搬送装置２、物品１００等の破損防止を実現するために有利であり、ロボット１０の発振の発生を抑制するためにも有利である。
このように、センサ５０の検出結果を用いることによって、制御部２１がロボット１０の部品１１０を対象部１０１に追随させる。このため、制御部２１は、ロボット１０が所定の作業を行う時に、搬送装置２によって搬送される物品１００の対象部１０１に対して、ロボット１０に支持された部品１１０の位置および姿勢を正確に制御できる。これは、力制御の制御周期を短くせず、または、感度を高めずにロボット１０、搬送装置２、物品１００等の破損防止を実現するために有利であり、ロボット１０の発振の発生を抑制するためにも有利である。
また、本実施形態では、搬送装置２上の物品１００における対象部１０１の少なくとも位置を検出する検出装置４０を備え、制御部２１が、検出装置４０の検出結果に基づいて、ロボット１０に支持された部品１１０を対象部１０１に近付ける。検出装置４０の検出結果に基づいてこのようにロボット１０が作動すると、作業の効率が向上する。この時、制御部２１が、作動位置検出装置２ｂの検出結果も用いて、ロボット１０に支持された部品１１０を対象部１０１に近付けてもよい。作動位置検出装置２ｂの検出結果を用いることにより、部品１１０を対象部１０１に近付ける制御がより正確になる。
本実施形態では検出装置４０は光電センサであるが、検出装置４０は、搬送装置２の上方、側方、又は下方に配置された二次元カメラ、三次元カメラ、三次元距離センサ、ライン光を対象物に照射して形状を測定するセンサ等であってもよい。検出装置４０が二次元カメラである場合、制御部２１は、検出装置４０の検出結果である画像データに基づき、搬送装置２によって搬送される物品１００の対象部１０１の位置を認識でき、姿勢を認識できる場合もある。このため、制御部２１は、ステップＳ１−２において、部品１１０のシャフト１１１ａを対象部１０１の孔１０１ａにより正確に近付けることができる。
また、ロボット１０の先端部に加工ツールが支持され、搬送装置２によって搬送される物品１００にロボット１０が所定の作業として加工を行ってもよい。この場合、加工ツールは、ドリル、フライス、ドリルタップ、バリ取り工具、その他の工具等である。この場合でも、ステップＳ１−２において加工ツールが対象部１０１に近付けられ、ステップＳ１−７において加工ツールと対象部１０１との接触に応じて力制御が行われること等により、前述と同様の効果が達成される。
なお、ステップＳ１−４において、制御部２１が、画像データ中の対象部１０１の位置、画像データ内における対象部１０１の移動速度、その方向等を用いて、ロボット１０の先端部を対象部１０１に追随させることもできる。その他の周知な方法を用いて、ロボット１０の先端部を対象部１０１に追随させることもできる。当該構成を用いた場合でも、前述と同様の効果が達成される。
また、搬送装置２として、物品１００を曲線的なルートに沿って搬送する搬送装置を用いることも可能であり、物品１００を曲がりくねったルートに沿って搬送する搬送装置を用いることも可能である。これらの場合でも、制御部２１は、センサ５０の検出結果を用いて、ロボット１０の先端部を対象部１０１に追随させることができる。また、ステップＳ１−６においてロボット１０に対する対象部１０１の位置が所定の基準を超えて変動する時に、ステップＳ１−７において制御部２１が第１の異常対応動作を行うことができる。このため、前記搬送装置を用いた場合でも、前述と同様の効果が達成される。
なお、ステップＳ１−４の移動量の取得は、センサ５０によって現実に撮像された画像データに基づいて計算される。このため、移動量の取得周期をセンサ５０の撮像周期と一致させると、移動量の取得周期がセンサ５０の撮像周期と同様に長くなる。これに対し、センサ５０の撮像データに基づいて逐次計算される移動量を補間することも可能である。例えば、制御部２１は、連続する複数の移動量の計算結果を用いて移動量の変動の傾向を特定する。そして、制御部２１は、特定された傾向に沿って移動量と移動量の間に補間移動量を設定することができる。
ステップＳ１−９において、制御部２１は、第２の異常対応作動として、搬送装置２のモータ２ａの停止、搬送装置２のモータ２ａの減速等をおこなってもよい。
本実施形態では、ロボット１０の先端部に力センサ３２が取付けられている。一方、搬送装置２と物品１００との間、物品１００の内部等に、力センサ３２を配置することも可能である。この場合でも、力センサ３２の検出値に基づく力制御を行うことが可能であり、前述と同様の効果が達成される。
また、センサ５０がロボット１０における手首フランジ以外の部分に取付けられてもよい。この場合でも、制御部２１は、ロボット１０によって支持された部品１１０と搬送装置２によって搬送される物品１００との位置関係を、センサ５０の検出結果に基づき認識できる。これにより、前述と同様の効果が達成される。
１ 作業ロボットシステム
２ 搬送装置
２ａ モータ
２ｂ 作動位置検出装置
３ ローラ
１０ ロボット
１１ サーボモータ
２０ 制御装置
２１ 制御部
２２ 表示装置
２３ 記憶部
２３ａ システムプログラム
２３ｂ 動作プログラム
２３ｃ 追随制御プログラム
２３ｄ 力制御プログラム
２４ サーボ制御器
２５ サーボ制御器
２６ 入力部
３０ ハンド
３１ サーボモータ
３２ 力センサ
４０ 検出装置
５０ センサ
１００ 物品
１０１ 対象部
１０１ａ 孔
１１０ 部品
１１１ 取付部
１１１ａ シャフト
２ 搬送装置
２ａ モータ
２ｂ 作動位置検出装置
３ ローラ
１０ ロボット
１１ サーボモータ
２０ 制御装置
２１ 制御部
２２ 表示装置
２３ 記憶部
２３ａ システムプログラム
２３ｂ 動作プログラム
２３ｃ 追随制御プログラム
２３ｄ 力制御プログラム
２４ サーボ制御器
２５ サーボ制御器
２６ 入力部
３０ ハンド
３１ サーボモータ
３２ 力センサ
４０ 検出装置
５０ センサ
１００ 物品
１０１ 対象部
１０１ａ 孔
１１０ 部品
１１１ 取付部
１１１ａ シャフト
Claims (5)
- 物品を搬送する搬送装置と、
前記搬送装置によって搬送される前記物品の対象部に対して所定の作業を行うロボットと、
前記ロボットを制御する制御部と、
前記ロボットの先端部に取付けられた視覚センサと、
前記ロボットに支持された部品又はツールと前記物品との接触によって生ずる力を検出する力検出部と、を備え、
前記制御部が、前記ロボットによる前記所定の作業が行われる時に、前記視覚センサの画角内の所定の位置に前記物品の特徴形状又は特徴点を常に配置することにより前記ロボットの前記先端部を前記対象部に追随させる追随制御を行いながら、前記力検出部の検出値に基づいた力制御を行い、
前記制御部は、前記特徴形状若しくは前記特徴点が前記視覚センサから見えなくなった時に、別の特徴形状若しくは特徴点を前記追随制御に用いる、又は、前記特徴形状若しくは前記特徴点が見えなくなる前に計算された前記特徴形状若しくは前記特徴点の移動量を前記追随制御に用いる作業ロボットシステム。 - 前記制御部が、前記ロボットによって支持されている前記部品又は前記ツールを前記視覚センサの前記検出結果を用いて前記対象部に追随させながら、前記力検出部の検出値を用いて前記力制御を行う請求項１に記載の作業ロボットシステム。
- 前記搬送装置上の前記物品における前記対象部の少なくとも位置を検出する検出部を備え、
前記制御部が、前記検出部の検出結果に基づいて、前記ロボットの前記部品又は前記ツールを前記対象部に近付ける請求項２に記載の作業ロボットシステム。 - 物品を搬送する搬送装置と、
前記搬送装置によって搬送される前記物品の対象部に対して所定の作業を行うロボットと、
前記ロボットを制御する制御部と、
前記ロボットの先端部に取付けられた視覚センサと、
前記ロボットに支持された部品又はツールと前記物品との接触によって生ずる力を検出する力検出部と、を備え、
前記制御部が、前記ロボットによる前記所定の作業が行われる時に、前記視覚センサの画角内の所定の位置に前記物品の特徴形状又は特徴点を常に配置することにより前記ロボットの前記先端部を前記対象部に追随させる追随制御を行いながら、前記力検出部の検出値に基づいた力制御を行い、
前記視覚センサによって検出される前記ロボットに対する前記対象部の位置が所定の基準を超えて変動する時に、前記制御部が前記力制御の制御周期を短くする、または、前記力制御の感度を高める作業ロボットシステム。 - 前記制御部は、前記所定の作業が行われる時に前記視覚センサから見えなくなる特徴形状又は特徴点ではなく、前記所定の作業が行われる時に前記視覚センサから見える特徴形状又は特徴点を前記追随制御に用いる、請求項１〜４の何れかに記載の作業ロボットシステム。
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