JP6757328B2 - ロボット - Google Patents

Description

本発明は、ロボットに関する。

近年、生産性向上の観点から、工場等の製造現場において、従来人間が行っていた作業と同様な作業をロボットが行うことが提案されている。例えば、特許文献１には、対象物を把持したり、把持した対象物を移動したり、複数の対象物を組み合わせたりする作業を行うロボットが開示されている。特許文献２には、３Ｄカメラを用いてワークをハンドリングする作業（ビンピッキング）を行うロボットが開示されている。特許文献３には、ハンドとワークの接触センサを用いてワークの持ち変え作業を行うロボットが開示されている。また、特許文献４には、カメラと力センサを用いて柔軟物の組立作業（嵌合等）を行うロボットが開示されている。

特開２０１５−１８６８３４号公報 特開２０１４−１７６９２２号公報 特開２０１２−１９６７６８号公報 特開２０１１−１１５８７７号公報

しかし、上記従来のロボットでは、いずれも静止したワークに対する作業が想定されていた。このため、コンベア等により移動するワークに対して特定の作業を行うには、移動するワークの位置を認識するための追従制御等が別途必要になり、システムの構成が複雑になってしまう。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、移動するワークに対して特定の作業が可能なロボットを、比較的簡単な構成で実現することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のある形態に係るロボットは、移動するワークに対して作業を行うロボットであって、ワークを支えるガイド用ツールが先端に設けられた第１のロボットアームと、ワークに対して特定の作業を行う作業用ツールが先端に設けられた第２のロボットアームと、前記第１及び第２のロボットアームの動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ワークがロボットの作業領域に到着するタイミング情報に従って、前記ガイド用ツールにより前記作業領域内に在る前記ワークを当該領域内に導き、当該領域内に導かれたワークに対して前記作業用ツールにより特定の作業を行うように前記第１及び第２のロボットアームの動作を制御する。

上記構成によれば、移動するワークがロボットの作業領域に到着するタイミング情報に従って、第１のロボットアームの先端に設けられたガイド用ツールにより作業領域内に在るワークを当該領域内に導き、第２のロボットアームの先端に設けられた作業用ツールにより当該領域内に導かれたワークに対して作業を行う。これにより、ワークの追従制御等を行うことなく、タイミング情報に従って移動するワークに対する作業を行うことができる。

上記ロボットは、前記ワークがロボットの作業領域に到着するタイミングを検知し、前記制御装置に検知信号を出力する検知手段を更に備えてもよい。

上記構成によれば、ワークがロボットの作業領域に到着するタイミングを正確に検知することができる。例えばワークを搬送するコンベア付近に設けられた光電センサによりワークが到着するタイミングを検出してもよいし、固定して設置されたカメラの画像を解析してタイミング情報を算出してもよい。

上記ロボットは、前記ガイド用ツールが前記ワークに接触したことを検知し、前記制御装置に検知信号を出力する接触センサを更に備え、前記制御装置は、前記接触センサから前記検知信号を受信した場合に前記ワークに対して前記作業用ツールにより特定の作業を行うように前記第２のロボットアームの動作を制御してもよい。

前記第１のロボットアームは、前記ガイド用ツールにより、コンベア上を搬送される前記ワークを前記コンベアの幅方向における所定方向へ案内する動作を行うことによって、前記ワークのコンベア搬送方向への移動を規制し、かつ前記ワークを所定の姿勢に維持し、
前記第２のロボットアームは、前記所定の姿勢になった前記ワークに所定物を供給するという作業を行うよう構成されてもよい。

上記ロボットは、前記作業領域内に在る前記ワークを当該領域内に留める規制部材を更に備え、前記第１のロボットアームは、前記ガイド用ツールにより前記作業領域内に在る前記ワークの一側面を支えつつ当該ワークの他の側面を前記規制部材側に導いてもよい。

上記構成によれば、ガイド用ツールにより作業領域内に在るワークの一側面を支えつつワークの他の側面を規制部材側に導くことにより、ワークを所定の姿勢に維持し易くなる。

本発明は、移動するワークに対して特定の作業が可能なロボットを、比較的簡単な構成で実現することができる。

図１は、第１実施形態に係るロボットの構成の一例を示す概略正面図である。 図２は、図１のロボットの模式的平面図である。 図３は、図１のロボットの制御装置の概略構成を示すブロック図である。 図４は、特定の作業を行うロボットの全体的な構成を示す図である。 図５は、図４のロボットの動作の一例を示すフローチャートである。 図６は、タイミング情報検知手段の一例を示す図である。 図７は、ロボットによる動作の一例を示す図である。 図８は、第２実施形態に係るロボットの制御装置の概略構成を示すブロック図である。 図９は、ロボットによる動作の一例を示す図である。

以下、好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面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。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状及び寸法比等については正確な表示ではない場合がある。

（第１実施形態）
第１実施形態に係るロボットは、例えば、弁当等を生産する食品工場等で利用される。また、本実施形態では、ロボットの一例として水平多関節型双腕ロボットを用いた場合について説明するが、水平多関節型・垂直多関節型を問わず、２本以上のロボットアームを備えた多関節ロボットを用いることができる。

〔ロボットの構成の一例〕
図１は、第１実施形態に係るロボットの一例の全体的な構成を示す正面図であり、図２はその模式的平面図である。図１及び２に示すように、ロボット１は、台車１７と、台車１７に支持された一対のロボットアーム（以下、単に「アーム」と記載する場合がある）１０，１０と、台車１７内に収納された制御装置６とを備えている。

このロボット１は、左右のアーム１０，１０を備えた双腕ロボットである。左右のアーム１０，１０は、独立して動作したり、互いに関連して動作したりすることができる。

各アーム１０は、水平多関節型ロボットアームであって、アーム部１１とリスト部１３とハンド部１５とを備えている。本例では、アーム部１１が第１リンク１２ａ及び第２リンク１２ｂとで構成されている。また、ハンド部１５がツール５で構成され、リスト部１３にはツール５が取り付けられるメカニカルインターフェースを有している。なお、左右のアーム１０，１０は、ハンド部１５を除いて実質的に同じ構造であり、左右のハンド部１５，１５のツール５，５は、同じ構成のものでもよいし異なる構成のものでもよい。

アーム部１１の第１リンク１２ａは、台車１７の上面に固定された基軸１６と回転関節により連結されている。第１リンク１２ａは、基軸１６の軸心を通る垂直な回転軸線Ｌ１まわりに回動可能である。また、第２リンク１２ｂは、第１リンク１２ａの先端と回転関節により連結されている。第２リンク１２ｂは、第１リンク１２ａの先端に規定された垂直な回転軸線Ｌ２まわりに回動可能である。

リスト部１３は、第２リンク１２ｂの先端と直動関節により連結され、第２リンク１２ｂに対し昇降移動可能である。

ハンド部１５のツール５は、リスト部１３と回転関節により連結され、垂直な回転軸線まわりに回動可能である。

上記構成の各アーム１０は、各関節に対応する関節軸Ｊ１〜Ｊ４を有する。そして、アーム１０には、各関節軸Ｊ１〜Ｊ４に対応付けられるように、駆動用のサーボモータ（図示せず）、及び、そのサーボモータの回転角を検出するエンコーダ（図示せず）等が設けられている。

上記構成の２本のアーム１０，１０の第１リンク１２ａ，１２ａの回転軸線Ｌ１は同一直線上にあり、一方のアーム１０の第１リンク１２ａと他方のアーム１０の第１リンク１２ａとは上下に高低差を設けて配置されている。ロボット１の基本座標系の原点は第１リンク１２ａの回転軸線Ｌ１上に規定されている。

次に、制御装置６について説明する。図３は、制御装置６の概略構成を示すブロック図である。図３に示すように、制御装置６は、ＣＰＵ等の演算部６０１と、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部６０２と、サーボ制御部６０３と、インターフェース部６０４と、を備える。制御装置６は、例えばマイクロコントローラ等のコンピュータを備えたロボットコントローラである。なお、制御装置６は、集中制御する単独の制御装置によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御装置によって構成されていてもよい。

記憶部６０２には、ロボットコントローラとしての基本プログラム、各種固定データ等の情報が記憶されている。

演算部６０１は、記憶部６０２に記憶された基本プログラム等のソフトウェアを読み出して実行することにより、ロボット１の各種動作を制御する。すなわち、演算部６０１は、ロボット１の制御指令を生成し、これをサーボ制御部６０３に出力する。サーボ制御部６０３は、演算部６０１により生成された制御指令に基づいて、ロボット１の各アーム１０の関節軸Ｊ１〜Ｊ４に対応するサーボモータの駆動を制御するように構成されている。

インターフェース部６０４は、タイミング情報検知手段７と通信可能に接続され、タイミング情報検知手段７から取得した検知信号を演算部６０１へ出力する。

また、ハンド部１５のツール５がチャックや吸着等の動作を行うように構成されている場合には、その動作の制御も制御装置６によって行われる。さらに、ツール５が別のツールをチャックして、その別のツールがチャックや吸着等の動作を行う場合には、その別のツールの動作の制御も制御装置６によって行われる。よって、制御装置６は、ロボット１全体の動作の制御を行う。

なお、ツール５が別のツールをチャックした場合には、ツール５及び別のツールによってハンド部１５が構成されるものとする。また、ツール５は交換可能である。

図４は、特定の作業を行うロボットの全体的な構成を示す図である。以下では、一対のアームを広げた方向を左右方向と称し、基軸の軸心に平行な方向を上下方向と称し、左右方向および上下方向に直交する方向を前後方向と称する。図４に示すように、ロボット１の手前にはコンベア７１が配置されている。コンベア７１によって、ワーク７２が矢印７５の方向へ搬送される。本実施形態では、ロボット１はコンベア７１によって移動するワーク７２に対して特定作業を行う。ロボット１の「作業領域」は、ロボット１周囲の領域であって、コンベア７１を覆う領域である。コンベア７１のベルトの両側には搬送物の流れを規定する一対の側壁７１ａ，７１ｂが設けられている。これらの側壁にタイミング情報検知手段７としての光電センサが設けられている。光電センサの投光部７ａよりも下流側の側壁７１ａには規制部材８が設けられている。規制部材８は平板形状を有し、その主面がコンベア７１側に向いて配置される。

光電センサは、ロボット１側の一方の側壁７１ａに設けられた投光部７ａと、他方の側壁７１ｂに設けられた受光部７ｂを有する。この光電センサは、可視光線又は赤外線等の光を投光部７ａから発射し、コンベア７１上の検出物体によって遮光される光量の変化を、受光部７ｂで検出し検知信号を生成するように構成される。このようにして光電センサはコンベア７１よって搬送されてくるワーク７２を検知する。この検知信号はロボット１の制御装置６に入力される（図３参照）。

ロボット１の第１のロボットアーム１０Ａ（以下、「第１アーム１０Ａ」と記載する場合がある）のハンド部１５（１５Ａ）には、ワーク７２に対して特定の作業を行う作業用ツール７３を有している。また、第２のロボットアーム１０Ｂ（以下、「第２アーム１０Ｂ」と記載する場合がある）のハンド部１５（１５Ｂ）には、ワーク７２を支えて所定の方向に案内するためのガイド用ツール７４を有している。制御装置６（図３参照）は、ワーク７２がロボット１の作業領域に到着するタイミング情報に従って、ガイド用ツール７４により作業領域内に在るワーク７２を当該領域内に導き、当該領域内に導かれたワーク７２に対して作業用ツール７３により作業を行うように第１アーム１０Ａ及び第２アーム１０Ｂの動作を制御するように構成される。

本実施形態では、ワーク７２は、ご飯及び複数種類のおかずが入った弁当箱である。ロボット１の「特定作業」は、弁当箱の中の特定のおかず（例えばハンバーグ）にソースをかける作業である。この場合、作業用ツール７３はソース吐出装置であり、ガイド用ツール７４は弁当箱を案内するための案内部材である。ガイド用ツール７４は平面視で略Ｌ字形状に屈曲する形状を有する。

また、第１、第２アーム１０Ａ、１０Ｂは、前述したように、それぞれハンド部１５Ａ，１５Ｂを含むものであるので、ハンド部１５Ａ，１５Ｂのツールによる動作も、第１、第２アーム１０Ａ、１０Ｂによる動作として説明する場合がある。

〔ロボットの動作〕
次に、上記構成のロボット１の動作について説明する。図５は、特定作業を行うロボット１の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、制御装置６は、タイミング情報検知手段７から検知信号を取得し、ワーク７２がロボット１の作業領域に到着するタイミング情報を生成する（図５のステップＳ１）。図６は、タイミング情報検知手段７（光電センサ）によりタイミング情報を検知する動作の一例を示す図である。図６に示すように、光電センサは、可視光線又は赤外線等の光を投光部７ａから発射し、コンベア７１によって搬送されてくるワーク（弁当箱）７２によって遮光される光量の変化を、受光部７ｂで検出し検知信号を生成する。コンベア７１によって搬送されてくるワーク（弁当箱）７２は特定の姿勢ではないが、光電センサにより、コンベア７１よって搬送されてくるワーク（弁当箱）７２を検知する。この検知信号はロボット１の制御装置６に入力される（図３参照）。制御装置６は、取得した検知信号に基づいて、ワーク７２がロボット１の作業領域に到着するタイミング情報を生成する。ここではコンベア７１によって、ワーク７２が光電センサで検知されてロボット１の作業領域まで搬送される時間は、予め、記憶部６０２に記憶されている。光電センサの検知タイミングに上記時間を加算することによって、ロボット１の作業領域に到着するタイミングを正確に算出することができる。

次に、制御装置６は、タイミング情報に従って、ガイド用ツール７４によりロボット１の作業領域に到着しつつあるワーク７２を領域内に導き（図５のステップＳ２）、領域内に導かれたワーク７２に対して作業用ツール７３により作業を行うように第１、第２アーム１０Ａ、１０Ｂの動作を制御する（図５のステップＳ３）。

図７は、ステップＳ２及びＳ３の動作の一例を示す図である。ガイド用ツール７４は平面視で略Ｌ字形状に屈曲する形状に形成されており、図７に示すように、第２アーム１０Ｂは、ガイド用ツール７４を矢印７６の方向へ移動させる。これにより、ワーク（弁当箱）７２がガイド用ツール７４に沿いながら、コンベア７１の幅方向の一端側へ案内される。このとき、ガイド用ツール７４により作業領域内に在るワーク（弁当箱）７２の一側面を支えつつワーク（弁当箱）７２の他の側面を規制部材８側に導く。これにより、ワーク（弁当箱）７２のコンベア搬送方向への移動が規制されるとともにワーク（弁当箱）７２が所定の姿勢に維持される。これにより、作業領域内に在るワーク７２を当該領域内に留めることができる。

一方、第１アーム１０Ａは、所定の姿勢になったワーク（弁当箱）７２に所定物を供給するという作業を行う。この姿勢での搬送状態で、第１アーム１０Ａは、ハンド部１５Ａが矢印７７方向（コンベア７１の幅方向）に往復移動を繰り返すように動作しながら、作業用ツール７３であるソース吐出装置にソースを吐出させる。これにより、ワーク（弁当箱）７２の特定箇所にあるおかず（例えばハンバーグ）にソースをかけることができる。ワーク７２はコンベア７１によって順次搬送されてくるので、ロボット１は、作業を継続する場合は（ステップＳ４）、ステップＳ１へ戻り、制御装置６が次の検知信号を取得するまで（次のワーク７２が搬送されるまで）待機する。

従って、本実施形態によれば、移動するワーク７２がロボット１の作業領域に到着するタイミング情報に従って、アーム１０Ｂの先端に設けられたガイド用ツール７４により作業領域内に在るワーク７２を当該領域内に導き、アーム１０Ａの先端に設けられた作業用ツール７３により当該領域内に導かれたワーク７２に対して作業を行う。これにより、ワーク７２の追従制御等を行うことなく、タイミング情報に従って移動するワーク７２に対する作業を行うことができる。このように、移動するワーク７２に対して特定の作業が可能なロボットを、比較的簡単な構成で実現することができる。

また、ロボット１は、タイミング情報検知手段７を備えているので、ワーク７２がロボット１の作業領域に到着するタイミングを正確に算出することができる。なお、本実施形態では、ワークを搬送するコンベア７１付近に設けられた透過型の光電センサによりワーク７２を検知したが、透過型の光電センサに限らず、いわゆる反射型や回帰反射型の光電センサで検知してもよい。また、固定して設置されたカメラの画像を解析してワーク７２が到着するタイミング情報を算出してもよい。

また、ガイド用ツール７４により作業領域内に在るワーク７２の一側面を支えつつワーク７２の他の側面を規制部材８側に導くことにより、ワーク７２の姿勢を維持し易くなる。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。

図８は、第２実施形態に係るロボット１の制御装置の概略構成を示すブロック図である。図８に示すように、本実施形態のロボット１は、ガイド用ツール７４がワーク７２に接触したことを検知し、制御装置６Ａに検知信号を出力する接触センサ９を更に備える点が異なる。本実施形態では接触センサ９は分布型の圧力センサを使用するが、物体との接触を検知するものであれば、他の形式の接触センサを使用してもよい。

図９は、ロボット１による動作の一例を示す図である。ガイド用ツール７４は平面視で略Ｌ字形状に屈曲する形状に形成されており、長手部分７４ａと短手部分７４ｂを有する。本実施形態では、短手部分７４ｂの内側表面に接触センサ９が設けられている。接触センサ９はガイド用ツール７４の短手部分７４ｂの内側表面にワーク（弁当箱）７２が接触したことを検知する。

図９に示すように、制御装置６Ａは、タイミング情報に従って、コンベア７１の外側から第２アーム１０Ｂのガイド用ツール７４を矢印７６の方向へ移動させる。このとき制御装置６Ａは、接触センサ９からガイド用ツール７４の短手部分７４ｂの内側表面にワーク（弁当箱）７２が接触したことを検知した検知信号を受信した場合には、ガイド用ツール７４の短手部分７４ｂ及び長手部分７４ａにより作業領域内に在るワーク（弁当箱）７２の先端及び側面を支えつつコンベア７１によって搬送されるワーク（弁当箱）７２の動きに追従するようにガイド用ツール７４を制御する。

一方、第１アーム１０Ａは、ガイド用ツール７４により所定の姿勢になったワーク（弁当箱）７２に所定物を供給するという作業を行う。第１アーム１０Ａは、コンベア７１によって搬送されるワーク（弁当箱）７２の動きに追従しつつ、ハンド部１５Ａが矢印７７方向（コンベア７１の幅方向）に往復移動を繰り返すように動作しながら、作業用ツール７３であるソース吐出装置にソースを吐出させる。これにより、ワーク（弁当箱）７２の特定箇所にあるおかず（例えばハンバーグ）にソースをかけることができる。このように本実施形態では、制御装置６Ａは、接触センサ９により、ガイド用ツール７４がワーク７２に接触したことを検知した場合にワーク７２に対して作業用ツール７３により特定の作業を行うように第１アーム１０Ａの動作を制御する。

尚、本実施形態では、接触センサ９をガイド用ツール７４の短手部分７４ｂの内側表面に設け、コンベア７１によって搬送されるワーク７２の動きに追従しながら特定の作業を行うような構成としたが、接触センサ９を長手部分７４ａの内側表面に設け、ガイド用ツール７４の長手部分７４ａによってコンベア７１上のワーク７２の動きを完全に止めた後に、特定の作業を行ってもよい。接触センサ９はガイド用ツール７４の長手部分７４ａの内側表面にワーク（弁当箱）７２が接触したことを検知し、検知信号を制御装置６Ａに出力する。制御装置６Ａは、ガイド用ツール７４の長手部分７４ａにより作業領域内に在るワーク（弁当箱）７２の一側面を支えつつワーク（弁当箱）７２の他の側面を規制部材８側に導くように第２アーム１０Ｂの動作を制御する。これにより、ワーク（弁当箱）７２のコンベア搬送方向への移動が規制されるとともにワーク（弁当箱）７２が所定の姿勢に維持される。このようにコンベア７１上のワーク７２の動きを完全に止めた後に、ワーク（弁当箱）７２の特定箇所にあるおかず（例えばハンバーグ）にソースをかけてもよい。

なお、上記各実施形態では、弁当箱内の内容物にソースを塗布する作業であったが、醤油、ドレッシング等を塗布する作業でもよいし、弁当箱の内部におかず等の内容物を詰める作業でもよい。

なお、上記各実施形態では、弁当箱を搬送しながらソースをかけるようにしたが、弁当箱が特定の姿勢になった後、コンベアを停止させ、静止状態の弁当箱にソースをかけるようにしてもよい。

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、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、従来人間が行っていた作業と同様な作業を行うロボットに有用である。

１ ロボット
６，６Ａ 制御装置
７ タイミング情報検知手段（光電センサ）
８ 規制部材
９ 接触センサ
１０ ロボットアーム
１０Ａ 第１のロボットアーム
１０Ｂ 第２のロボットアーム
１５，１５Ａ，１５Ｂ ハンド部
７２ ワーク（弁当箱）
７３ 作業用ツール（ソース吐出装置）
７４ ガイド用ツール（Ｌ字型の案内部材）

Claims (4)

1. 移動するワークに対して作業を行うロボットであって、
   ワークを支えるガイド用ツールが先端に設けられた第１のロボットアームと、
   ワークに対して特定の作業を行う作業用ツールが先端に設けられた第２のロボットアームと、
   前記第１及び第２のロボットアームの動作を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記ワークがロボットの作業領域に到着するタイミング情報に従って、前記ガイド用ツールにより前記作業領域内に在る前記ワークを当該領域内に留め、当該領域内に留められたワークに対して前記作業用ツールにより特定の作業を行うように前記第１及び第２のロボットアームの動作を制御し、
   前記ガイド用ツールは、平面視で略Ｌ字形状であり、
   前記第１のロボットアームは、前記略Ｌ字形状の第１部分がコンベアの幅方向に延び、前記略Ｌ字形状の第２部分が前記ワークのコンベア搬送方向に延びるように、前記ガイド用ツールを前記コンベヤ上に配置する動作と、前記コンベア上を搬送される前記ワークを前記コンベアの幅方向における所定方向へ案内する動作と、を行うことによって、前記ワークのコンベア搬送方向への移動を規制し、かつ前記ワークを所定の姿勢に維持し、
   前記第２のロボットアームは、前記所定の姿勢になった前記ワークに所定物を供給するという作業を行うよう構成される、ロボット。
2. 前記ワークがロボットの作業領域に到着するタイミングを検知し、前記制御装置に検知信号を出力する検知手段を更に備える、請求項１に記載のロボット。
3. 前記ガイド用ツールが前記ワークに接触したことを検知し、前記制御装置に検知信号を出力する接触センサを更に備え、
   前記制御装置は、前記接触センサから前記検知信号を受信した場合に前記ワークに対して前記作業用ツールにより特定の作業を行うように前記第２のロボットアームの動作を制御する、請求項１又は２に記載のロボット。
4. 前記作業領域内に在る前記ワークを当該領域内に留めるための規制部材を更に備え、
   前記第１のロボットアームは、前記ガイド用ツールにより前記作業領域内に在る前記ワークの一側面を支えつつ当該ワークの他の側面を前記規制部材側に導く、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のロボット。

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