JP6859992B2 - 制御方法、ロボット及びロボットシステム - Google Patents

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Description

本開示は、制御装置、ロボットシステム、及びロボットに関する。
従来、ノズルから出される接着剤をワークに対して線状に塗布する際、接着剤の塗布状態を検査する方法が知られている(例えば、特許文献1)。この方法では、接着剤の塗布方向、すなわちノズルの進行方向に対しノズルの後方に配置された複数の光センサーを備えたロボットが用いられる。接着剤の塗布状態は、ロボットに備えられた複数の光センサーから出力される信号の組み合わせに応じて、検査される。
特開平5−301076号公報
従来の技術では、複数の光センサーの位置がノズルの進行方向に対して常にノズルの後方になるようにロボットを制御する必要がある。このため、例えばノズルの進行方向を変更する場合には、複数の光センサーの位置を調節するために、ノズルを中心としてロボットの姿勢を大きく変更する必要が生じる場合がある。この場合には、大きな姿勢の変更に伴い、ロボットの先端に取り付けられたケーブルに過度の引張り応力が生じ、断線等の損傷が生じる可能性がある。
本開示の一形態によれば、ロボットアームと、前記ロボットアームの先端に設けられ、吐出物を吐出するディスペンサーと、前記ディスペンサーの周囲に配置され、前記吐出物が吐出される方向における対象との距離を検出する距離センサーと、を備えるロボットを制御する制御装置が提供される。この制御装置は、前記ロボットアームの動作を制御するとともに、前記距離センサーによって検出された値を用いて、前記ディスペンサーから吐出された吐出物の吐出量を算出する制御部を備え、前記制御部は、前記ディスペンサーを第1の移動方向に移動させる場合には、第1の距離センサーが前記ディスペンサーに対して前記第1の移動方向前方に配されるように、前記ロボットアームを制御し、前記第1の距離センサーによって検出される値と、前記ディスペンサーに対して前記第1の移動方向後方に配される第2の距離センサーによって検出される値と、の差分を用いて、前記吐出量を算出し、前記ディスペンサーを第2の移動方向に移動させる場合には、第3の距離センサーが前記ディスペンサーに対して前記第2の移動方向前方に配されるように、前記ロボットアームを制御し、前記第3の距離センサーによって検出される値と、前記ディスペンサーに対して前記第2の移動方向後方に配される第4の距離センサーによって検出される値との差分を用いて前記吐出量を算出する。
本開示の他の形態によれば、ロボットアームと、前記ロボットアームの先端に設けられ、吐出物を吐出する吐出口を含むディスペンサーと、前記吐出口を挟んで配置される第1の距離センサーおよび第2の距離センサー、ならびに前記吐出口を挟んで配置される第3の距離センサーおよび第4の距離センサーを含み、前記吐出物が吐出される方向における対象との距離を検出する距離センサーと、を備えるロボットを制御する制御方法が提供される。この制御方法は、前記吐出口から前記吐出物を吐出させるために、前記第1から第4の距離センサーのいずれかが前記ディスペンサーに対して前方に配されるように、前記ロボットアームの姿勢を制御しつつ、前記ディスペンサーを移動させるロボットアーム姿勢制御工程と、前記ディスペンサーの移動方向の変更を行う場合に、前記ディスペンサーに対して移動方向の前方に配すべき距離センサーを選択する工程であって、前記第1から第4の距離センサーのうち、前記ディスペンサーに対して移動方向の前方に配すると仮定した場合に、前記ロボットアームの姿勢の変更量が最も小さい距離センサーと、前記ロボットアームの前記姿勢の変更量が2番目に小さい距離センサーと、のうち、前記ロボットアームの基準となる姿勢からの前記ロボットアームの姿勢の累積の変更量が小さい方の距離センサーを選択する、距離センサー選択工程と、を有する。前記ロボットアーム姿勢制御工程において、移動方向の前記変更に続いて行われる前記ディスペンサーの移動は、前記距離センサー選択工程で選択された距離センサーが前記ディスペンサーに対して前方に配されるように、前記ロボットアームの姿勢を制御して行われる。
ロボットシステムの一例を示す斜視図。 ロボットと制御装置の機能を示すブロック図。 吐出物を吐出する際のロボットの様子を示す模式図。 ニードルと距離センサーとの位置関係を示す模式図。 吐出量の取得処理の手順を説明するフローチャート。 吐出量を取得する際における、距離センサーと吐出面との関係を示す模式図。 高さ補正を実行する場合におけるエンドエフェクターの様子を示す模式図。 角度補正を実行する場合におけるエンドエフェクターの様子を示す模式図。 吐出面が曲面である場合におけるエンドエフェクターの様子を示す模式図。 第2実施形態におけるニードルと距離センサーとの位置関係を示す模式図。 複数のプロセッサーによってロボットの制御装置が構成される一例を示す概念図。 複数のプロセッサーによってロボットの制御装置が構成される他の例を示す概念図。
A.第1実施形態
図1は、ロボットシステムの一例を示す斜視図である。図2は、ロボット100と制御装置200の機能を示すブロック図である。以下では、図1及び図2を用いて、本実施形態に係るロボットシステムの構成について説明する。このロボットシステムは、ロボット100と、制御装置200と、教示装置300とを備えている。制御装置200は、ロボット100及び教示装置300とケーブル又は無線を介して通信可能に接続されている。
ロボット100は、予め作成された教示データに応じて作業を実行する。また、ロボット100は、ロボットシステムに備えられたセンサーから取得される検出値に応じた動作の調整が可能である。図1に示す様に、ロボット100は、基台110と、ロボットアーム120と、を備える。以下において、ロボットアーム120は、単にアーム120とも記載される。
アーム120は複数の関節を備える。アーム120の先端には、力覚センサー190が設置され、力覚センサー190の先端側にはエンドエフェクター130が装着されている。図1の例では、図示の便宜上、エンドエフェクター130を単純な形状で描いている。アーム120の軸数は、6軸である。これにより、アーム120は、制御装置200からの指示に応じてエンドエフェクター130を任意の位置に移動させることができる。
本実施形態において、エンドエフェクター130は、吐出物を吐出するディスペンサーとしてのニードル132と、ニードル132から吐出物が吐出される吐出面Sからの距離を検出する複数の距離センサー134と、を含む。エンドエフェクター130は、アーム120と配線140を介して電気的に接続されている。この配線140は、ロボット100の外部から目視可能な状態で取り付けられている。
力覚センサー190は、エンドエフェクター130に加えられる外力を計測する6軸の力覚センサーである。なお、力覚センサー190は、6軸の力覚センサーに限定されない。例えば、5軸以下の力覚センサーであってもよい。また、本実施形態において、力覚センサー190は、アーム120の先端に設けられているが、これに限定されない。例えば、力覚センサー190は、アーム120のいずれかの関節に設けられていても良い。
図2に示す様に、制御装置200は、プロセッサー210と、メインメモリー220と、不揮発性メモリー230と、表示制御部240と、表示部250と、I/Oインターフェース260とを有している。これらの各部は、バスを介して接続されている。プロセッサー210は、例えばマイクロプロセッサー又はプロセッサー回路であり、ロボット100の動作を制御するための制御部として機能する。以下において、プロセッサー210は、制御部210とも記載される。制御装置200は、I/Oインターフェース260を介してロボット100と教示装置300に接続される。なお、制御装置200は、ロボット100の内部に収納されていてもよい。本実施形態において、制御装置200は、エンドエフェクター130の先端を中心としたツール座標系を用いて、ロボット100を制御することができる。ツール座標系の原点であるツールセンターポイントは、エンドエフェクター130の一部であるニードル132の先端中心である。また、ツール座標系のZ軸は、ニードル132の開口方向に沿った方向に延びる軸である。Z軸方向におけるプラス方向である+Z軸方向は、ニードル132による吐出物の吐出方向である。また、X軸及びY軸は、互いに直交し、またZ軸とも直交する方向に延びる。
制御装置200は、メインメモリー220に記憶された教示データと距離センサー134から出力される値とに応じて、アクチュエーターを駆動させることによって、アーム120を移動させる。制御装置200の各種機能の実現には、不揮発性メモリー230に予め格納されたプログラムが用いられる。
なお、制御装置200の構成は、適宜変更可能であり、図2に示した構成に限定されない。例えば、プロセッサー210とメインメモリー220とは、制御装置200と通信可能な他の装置に設けられていても良い。この場合には、制御装置200と他の装置とが、ロボット100の制御装置として機能する。また、制御装置200は、複数のプロセッサー210を備えていても良い。
教示装置300は、ロボット100の作業のための教示データを含む制御プログラムを作成する際に利用される。教示装置300は、「ティーチングペンダント」とも呼ばれる。なお、ティーチングペンダントの代わりに、教示処理のアプリケーションプログラムを有するパーソナルコンピューターが用いられても良い。教示装置300は、作成した教示データを制御装置200と送信する。送信された教示データは、制御装置200のメインメモリー220に記憶される。
図3は、吐出物30を吐出する際のロボット100の様子を示す模式図である。以下では、図3を用いて、制御装置200によって実行されるロボット100の制御内容の概要を説明する。
ロボット100は、ニードル132から吐出物30として接着剤を吐出することによって、接着剤を吐出面Sに塗布する。吐出面Sは、例えば、スマートフォン用のケースや、液晶パネルや、射出成形機で完成されたカメラモジュール等を含む種々の製造品の加工面である。なお、吐出物30は、接着剤に限定されない。例えば、吐出物30は、粘性を有する液状の物質やジェル状の物質やゲル状の物質であればよく、ロボット100の用途に応じて適宜変更可能である。より具体的には、例えば、吐出物30は、塗料や、シール部材や緩衝材等として用いられる樹脂であってもよい。
吐出物30を吐出面Sに塗布する際において、アーム120は、制御装置200からの制御に応じて、ニードル132が予め定められ塗布軌道Rに沿って移動するように駆動する。また、吐出物30を吐出面Sに塗布する際には、制御装置200は、種々の制御を実行している。例えば、制御装置200は、高さ補正制御や、角度補正制御を実行する。高さ補正制御とは、ニードル132と吐出面Sとの距離が予め設定された距離になるようにする制御である。また、角度補正制御とは、ニードル132と吐出面Sとの角度が予め設定された角度となるようにする制御である。高さ補正制御及び角度補正制御には、距離センサー134から出力される値が用いられる。また、制御装置200は、距離センサー134の検出値を用いて、ニードル132から吐出される吐出物30の量を測定する。
図4は、ニードル132と距離センサー134との位置関係を示す模式図である。図4は、ニードル132の先端側から見た場合における、エンドエフェクター130の正面図を模式的に示している。図4では、図3に示したロボット100の姿勢における、第1の移動方向d1と第2の移動方向d2とが示されている。以下において、ニードル132及び距離センサー134の位置は、ニードル132の先端側から見た場合における位置関係を用いて説明される。
本実施形態において、エンドエフェクター130は、距離センサー134として、ニードル132の周囲に配置された4つの距離センサー1341〜1344を含んでいる。以下では、説明の便宜のため、4つの距離センサー1341〜1344を、それぞれ第1の距離センサー1341、第2の距離センサー1342、第3の距離センサー1343、及び第4の距離センサー1344とも記載する。
具体的には、第1の距離センサー1341と第2の距離センサー1342は、組を成し、ニードル132を挟んで配置されている。また同様に、第3の距離センサー1343と第4の距離センサー1344は、組を成し、互いにニードル132を挟んで配置されている。本実施形態において、4つの距離センサー1341〜1344のニードル132からの距離は同一である。つまり、4つの距離センサー1341〜1344は、ニードル132を中心とした円周上に配置されている。なお、ニードル132からの距離が同一とは、完全に同一である場合だけでなく、概ね同一である場合を含む。例えば、2つの距離センサーにおいて、ニードル132からの距離の差が、2つの距離センサーのうちニードル132から遠い距離センサーとニードル132との距離の5%以下である場合には、ニードル132からの距離が概ね同一である。本実施形態において、第1の距離センサー1341と第2の距離センサー1342とを結んだ方向と、第3の距離センサー1343と第4の距離センサー1344とを結んだ方向と、は互いに直交している。本実施形態において、直交には、完全に直交している場合だけで無く、例えば鈍角側の角度が85度以上である場合も含まれる。なお、本実施形態において、ニードル132から各距離センサー1341〜1344までの距離は、ニードル132の先端側から基端側に向かってエンドエフェクター130を平面視した場合における、ニードル132の開口1322の中心から各距離センサー1341〜1344までの最短距離である。
距離センサー134には、超音波センサーが用いられている。距離センサー134として超音波センサーを用いる場合には、例えば光センサーを用いる場合と比べて、信号の処理が容易である。例えば、光センサーを用いた場合と比べて、超音波センサーでは信号となる超音波が発信されてから受信されるまでの時間が長い。このため、光センサーを用いた場合と比べて、超音波センサーを用いる場合には、必要となる応答速度や時間分解能が小さい。本実施形態において、超音波センサーは、複数の超音波発生素子が配列された超音波アレイである。距離センサー134としての超音波アレイは、超音波発生素子の撓み変形に応じて生じる超音波を測定対象へと照射する発信器として機能する。また、超音波アレイは、測定対象に反射された超音波を取得できる検出器として機能する。超音波アレイは、位相差シフト駆動が可能である。位相差シフト駆動とは、各超音波発生素子の駆動タイミングをずらすことによって、各超音波発生素子から発生する超音波同士の位相差を調整する駆動方法を意味する。これにより、超音波アレイは、位相差に応じて生じる超音波間の干渉を用いて、超音波の発信方向を任意に変更することが可能である。このため、距離センサー134として位相差シフト駆動が可能な超音波アレイを用いる場合には、発信方向を調整するための機構を別途設ける必要が無いため、距離センサー134の小型化が容易である。この場合には、距離センサー134として他の構成を用いる場合と比べて、設計における自由度が高い。本実施形態において、超音波発生素子には、圧電素子が用いられている。圧電素子には、例えば、膜状に成膜された、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)やチタン酸鉛(PbTiO)やジルコン酸鉛(PbZrO)やチタン酸鉛ランタン((Pb、La)TiO)を用いることができる。本実施形態において、圧電素子には、膜状に成膜されたPZTが用いられている。
図5は、本実施形態における吐出量の取得処理の手順を説明するフローチャートである。図5に示した吐出量の取得処理は、制御装置200の制御部210によって実行される。制御装置200は、教示データに応じた吐出面Sへの吐出物30の吐出がロボット100に指示された後に、吐出量の取得処理を開始する。吐出量の取得処理が開始されると、複数の距離センサー1341〜1344のうちから、吐出物30が吐出されていない吐出面Sからの距離の取得に用いる距離センサー134を選択するステップS101の処理を開始する。
ステップS101の処理では、複数の距離センサー1341〜1344のうちから、移動方向の前方に向ける際に、配線140の巻き込みが小さくなる1つの距離センサー134が選択される。例えば、アーム120の姿勢の変更が複数回行われている場合には、基準となるアーム120の姿勢と比較した際の累積の姿勢の変更量が小さくなるように制御される。この際において、選択される距離センサー134は、例えば、アーム120の姿勢の変更量が最も小さい若しくは2番目に小さい2つの距離センサー134のうちから選択されてもよい。この場合には、選択可能な距離センサー134の数を低減できるため、距離センサー134を選択する際の演算の簡易化が可能である。ステップS101の処理が完了した後に、制御部210は、ステップS102の処理を実行する。
ステップS102の処理において、制御部210は、ステップS101において選択された距離センサー134がエンドエフェクター130の移動方向の前方に位置するように、アーム120の姿勢を制御する。ステップS102の処理が完了した後に、制御部210は、ステップS103の処理を実行する。
ステップS103の処理において、制御部210は、吐出量を取得する。より具体的には、ステップS103の処理において、制御部210は、ステップS101において選択された距離センサー134、例えば第1の距離センサー1341を用いてエンドエフェクター130の移動方向の前方における吐出面Sからの距離De1を取得する。また、制御部210は、ステップS101において選択された距離センサー134と組を成すもう一方の距離センサー134、例えば第2の距離センサー1342を用いてエンドエフェクター130の移動方向の後方における吐出面Sからの距離De2を取得する。この前方における距離De1と後方における距離De2との差分を用いて、吐出量を算出する。なお、吐出量を算出する際には、距離センサー134から発信される超音波の発信方向と吐出面Sとが成す角度を用いて、各距離センサー134から検出される検出値を補正してもよい。具体的には、制御部210は、例えば、検出値を吐出面Sからの垂直方向における距離を示す値に補正してもよい。ステップS103の処理によって取得された吐出量は、メインメモリー220に出力され、記憶される。
図6は、吐出量を取得する際における、距離センサー134と吐出面Sとの関係を示す模式図である。制御部210は、移動方向、例えば第1の移動方向d1の前方における吐出面Sからの距離De1と、移動方向の後方における吐出面Sからの距離De2と、の差を用いて吐出量を取得する。図6に示す様に、移動方向d1の前方における吐出面Sからの距離De1は、吐出物30が塗布される前の吐出面Sからの距離である。また、移動方向d1の後方における吐出面Sからの距離De2は、吐出物30が塗布された後の吐出面Sからの距離である。
図5に示すステップS104の処理において、制御部210は、処理の終了が指示されているか否かの判定を行う。処理の終了は、教示データに応じたロボット100による吐出物30の吐出が終了した場合に指示される。また、例えば、エラーの検出若しくは利用者からの停止の指示の入力に応じて、処理の中断が制御装置200によって実行された場合に指示される。ステップS104の処理の結果がYesである場合には、制御部210は、吐出量の取得処理を終了する。一方、ステップS104の処理の結果がNoである場合には、制御部210は、ステップS105の処理を実行する。
ステップS105の処理において、制御部210は、ニードル132の移動方向の変更の有無を判定する。移動方向の変更の有無の判定は、例えば、教示データにおける塗布軌道Rと現在のニードル132との位置とを照らし合わせることによって行われる。ステップS105の処理において、移動方向の変更が必要でないと判定された場合、本実施形態においてステップS105の処理の結果がNoである場合には、制御部210は、ステップS103に戻ってステップS103以降の処理を再度実行する。ステップS105の処理において、移動方向の変更が必要であると判定された場合、本実施形態においてステップS105の処理の結果がYesである場合には、制御部210は、ステップS101に戻ってステップS101以降の処理が再度実行する。図5に示した一連の処理によって取得された吐出量は、例えば、制御部210による吐出不良の検知に用いられる。
以下では、図3及び図4を用いて、図5において示された吐出量の取得処理の具体例を説明する。第1の移動方向d1にニードル132を移動させる場合において、制御部210は、ステップS102において、2組の距離センサー134のうち一方の組を成す第1の距離センサー1341を第1の移動方向d1の前方における吐出面Sとの距離を検出するようにアーム120を制御する。また、制御部210は、第1の距離センサー1341と組を成す第2の距離センサー1342を用いて、第1の移動方向d1に後方における吐出面Sとの距離を検出するようにアーム120を制御する。この場合において、制御部210は、ステップS103において、第1の距離センサー1341によって検出される値と、第2の距離センサー1342によって検出される値と、の差分を用いて吐出物30の吐出量を算出する。
ニードル132が図3に示した塗布軌道Rにおける曲部p1に到達すると、制御部210は、図5に示したステップS101の処理によって、第2の移動方向d2にニードル132を移動させる際に用いる距離センサー134を選択する。図3に示した場合において、第2の移動方向d2は、第1の移動方向d1に直交する方向である。このため、第1の移動方向d1から第2の移動方向d2に移動方向を変更する場合において、制御部210は、2組の距離センサー134のうち他方の組を成す第3の距離センサー1343が第2の移動方向d2の前方における吐出面Sとの距離を検出するように制御する。この場合において、第1の距離センサー1341と第2の距離センサー1342とを結んだ方向と第3の距離センサー1343と第4の距離センサー1344とを結んだ方向とが直交しているため、アーム120の姿勢の変更を最小限に抑えることが可能である。
第2の移動方向d2にニードル132を移動させる場合において、制御部210は、ステップS102において、2組の距離センサー134のうち他方の組を成す第3の距離センサー1343を第2の移動方向d2の前方における吐出面Sとの距離を検出するようにアーム120を制御する。また、第3の距離センサー1343と組を成す第4の距離センサー1344を用いて、第2の移動方向d2に後方における吐出面Sとの距離を検出するようにアーム120を制御する。この場合において、制御部210は、ステップS103において、第3の距離センサー1343によって検出される値と、第4の距離センサー1344によって検出される値と、の差分を用いて吐出物30の吐出量を算出する。
なお、図3に示した例では、第1の移動方向d1と第2の移動方向d2とは互いに直交するが、第1の移動方向d1と第2の移動方向d2との関係は、これに限定されない。第2の移動方向d2は、第1の移動方向d1とは異なる方向であればよい。また、第1の移動方向d1から第2の移動方向d2への移動方向の変更が微小である場合や鋭角である場合には、制御部210は、移動方向の変更の際に吐出量の取得に用いる1組の距離センサー134を変更しなくてもよい。
図7は、高さ補正を実行する場合におけるエンドエフェクター130の様子を示す模式図である。図8は、角度補正を実行する場合におけるエンドエフェクター130の様子を示す模式図である。本実施形態において、ニードル132と吐出面Sとの成す角度が予め定められた角度となるように、制御装置200は、アーム120の姿勢を制御する角度補正処理を実行する。この角度補正処理は、吐出物30の吐出と並行して実行される。このため、ニードル132と吐出面Sとの成す角度は、リアルタイムで補正される。本実施形態において、アーム120の姿勢は、ニードル132と吐出面Sとを垂直にするように制御されている。垂直は、本実施形態において、90度である場合に加えて、ニードル132と吐出面Sとの成す角度が80度以上100度以下の範囲の角度である場合を含む。ニードル132と吐出面Sとの成す角度は、ニードル132における吐出物を吐出する方向と吐出面Sとによって形成される角度である。また、吐出面Sが平面でない場合には、吐出方向と重なる位置における吐出面Sの微分平面が基準として用いられてもよい。
本実施形態において、ニードル132と吐出面Sとの距離が予め定められた距離になるように、制御部210は、アーム120の姿勢を制御する高さ補正処理を実行する。この高さ補正処理は、吐出物30の吐出及び角度補正処理と並行して実行される。このため、ニードル132と吐出面Sとの距離は、リアルタイムで補正される。この高さ補正処理において、ニードル132の移動方向に応じて選択される1つの距離センサー134の値が用いられる。制御部210は、例えば、ニードル132の移動方向の前方に位置する距離センサー134の検出値が基準値となるように制御する。この場合には、角度補正処理によってニードル132と吐出面Sとの角度が予め定められた角度に保たれ、かつ、高さ補正に用いられる距離センサー134と移動方向との関係が定められている。このため、制御部210は、1つの距離センサー134の検出値に応じて距離を制御することができる。なお、高さ補正処理において用いられる距離センサー134の数は、2以上であってもよい。例えば、吐出面Sのうち吐出物30が塗布されていない領域からの距離を計測する3つ以上の距離センサー134が高さ補正処理に用いられてもよい。この場合には、制御部210は、3つ以上の距離センサー134から検出される値が予め定められた値になるように、アーム120の姿勢を制御してもよい。
例えば図7に示すように、第1の移動方向d1にニードル132を移動させる際において実行される高さ補正では、第1の距離センサー1341によって検出される検出値に応じて、ニードル132と吐出面Sとの距離を変更するようにアーム120の姿勢が制御される。例えば、第1の距離センサー1341の値が−1.000である場合には、第1の距離センサー1341の値が0.000になるようにニードル132と吐出面Sとの距離を補正する。この場合において、制御部210は、ニードル132がツール座標系におけるZ軸に沿った方向dZに移動するように、アーム120の姿勢を変更させる。なお、検出値が0.000である場合には、距離センサー134によって取得される検出値が基準値と同じ値、つまり基準値からのズレがないことを示している。また、検出値がプラス側の値である場合には、吐出面Sまでの距離が基準値における距離よりも大きい距離であることを示している。検出値がマイナス側の値である場合には、吐出面Sまでの距離が基準値における距離よりも小さい距離であることを示している。本実施形態において、検出値は、距離に変換された値であり、具体的には、センチメートルを単位とする値に変換されている。本実施形態において、制御部210は、移動方向の前側に位置する距離センサー134を用いて高さ補正を行う。このため、教示データに応じた塗布軌道R上に段差がある場合には、ニードル132が段差に到達する前に、ニードル132から吐出面Sまでの高さを補正することができる。
本実施形態において、制御部210は、複数の距離センサー134のうち、吐出面Sのうち吐出物30が塗布されていない領域からの距離を計測する3つ以上の距離センサー134から検出される値が同じ値になるように、アーム120の姿勢を制御する。図8では、第1の移動方向d1にニードル132を移動させる場合の様子が例として示されている。この場合には、制御部210は、第1の距離センサー1341と第3の距離センサー1343と第4の距離センサー1344とによって取得される距離De1、De3、De4がそれぞれ同一の距離になるように、アーム120を制御する。本実施形態において、アーム120の姿勢を制御する場合において用いる各距離センサー134の検出値とアーム120の駆動量との関係は、予め不揮発性メモリー230に記憶されている。図8では、第1の距離センサー1341と第3の距離センサー1343と第4の距離センサー1344によって検出される検出値が、順に0.000と−1.000と1.000とである場合における、アーム120の様子が破線で示されている。この場合には、第3の距離センサー1343及び第4の距離センサー1344の検出値が0.000になるように、アーム120の姿勢が制御される。
図9は、吐出面Sが曲面である場合におけるエンドエフェクター130の様子を示す模式図である。本実施形態において、ニードル132と吐出面Sとの角度及び距離は、角度補正処理及び高さ補正処理によってリアルタイムで補正されている。このため、図8に示す様に、吐出面Sが曲面である場合でも、制御部210は、ニードル132が吐出面Sに沿って移動するように制御できる。
以上説明した第1実施形態によれば、制御部210は、吐出量を取得する際に、ニードル132の移動する方向に応じて、2組の距離センサー134を使い分けることが可能である。このため、1組の距離センサー134のみを用いる場合と比べて、ニードル132の移動方向を変更する際に、ニードル132を中心としたアーム120の姿勢の変更の程度を低減できる。これにより、アーム120の姿勢の変更に伴って配線140に付与される引張り応力が低減できる。この場合には、過大な引張り応力が配線140に付与されることによる配線140の損傷を抑制できる。また、制御部210は、距離センサー134を選択する際に、配線140の巻き込みを考慮する。このため、配線140がアーム120に巻き付くことによって生じ得る引張り応力をより低減できる。これにより、配線140の損傷がより抑制される。
また以上説明したロボットシステムによれば、ニードル132の高さ補正及び角度補正が可能であるので、吐出面Sへの吐出物30の塗布の品質を安定させることができる。また、制御装置200は、教示装置300によって作成された教示データの内容を実際の吐出面Sの形状に合わせて補正することができる。例えば、制御装置200は、吐出面Sに沿った平面的な塗布軌道Rのみを入力された場合であっても、適切な塗布をロボット100に実行させることができる。
B.第2実施形態
図10は、第2実施形態におけるニードル132と距離センサー134との位置関係を示す模式図である。第2実施形態におけるロボット400は、エンドエフェクター130に含まれる距離センサー134の数において、第1実施形態におけるロボット100と異なる。以下において、第1実施形態と同一の構成については、同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。エンドエフェクター130に含まれる距離センサー134の数は、5つ以上であっても良い。また、ニードル132を挟んで配置された2つの距離センサー134を3組以上含んでいても良い。例えば、本実施形態において、ロボット400は、8つの距離センサー134を備えている。本実施形態において、8つの距離センサー134は、4組の距離センサーである。4組の距離センサー134の各一組の距離センサー134は、ニードル132を挟んで配置された2つの距離センサー134から成る。8つの距離センサー134は、ニードル132を中心とした円周上に配置されている。また、距離センサー134は、等しい角度間隔をあけて配置されている。このため、各一組を成す2つの距離センサー134を結んだ場合に、結んだ方向が45度ずつずれるように距離センサー134が配置されている。
以下では、ニードル132の移動方向を、第1の移動方向から第2の移動方向に変更する場合において、制御部210が実行する制御の内容を説明する。第1の移動方向から第2の移動方向に変更する場合において、制御部210は、4組のうち2組の距離センサー134を用いて、第1の移動方向における吐出量と第2の移動方向における吐出量を取得する。
具体的には、第1の移動方向にニードル132を移動させる場合には、4組のうちから選択した一組の距離センサーである第1の距離センサー134及び第2の距離センサー134を用いて吐出量を取得する。吐出量の取得の方向は、第1実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
第2の移動方向にニードル132を移動させる場合には、第1の距離センサー134及び第2の距離センサー134から成る組とは異なる他の一組の距離センサーである第3の距離センサー134及び第4の距離センサー134を用いて、吐出量を取得する。この場合において、第3の距離センサー134及び第4の距離センサー134は、第1実施形態と同様に、アーム120の姿勢変更に伴うロボット100における配線140の巻き込み量に応じて決定される。
本実施形態においても、制御部210は、高さ補正処理及び角度補正処理を実行している。高さ補正処理には、制御部210は、ニードル132の移動方向の前方に位置する距離センサー134を用いる。この場合において、ニードル132の移動方向と重なる距離センサー134を用いてもよく、移動方向と重なる距離センサー134に隣接する距離センサー134を用いてもよい。角度補正処理において、制御部210は、吐出物が塗布されていない領域からの距離を測定可能な3つ以上の距離センサー134を用いる。
以上説明した第2実施形態によれば、第1実施形態と同様の構成を有する点において、第1実施形態と同様の効果を奏する。さらに、第2実施形態によれば、制御部210は、2組以上の距離センサー134、具体的には4組の距離センサー134を使い分けることが可能である。このため、1組の距離センサー134のみを用いる場合と比べて、ニードル132の移動方向を変更する際に、ニードル132を中心としたアーム120の姿勢の変更の程度をさらに低減できる。
C.第3実施形態
(1)図11は、複数のプロセッサーによってロボットの制御装置が構成される一例を示す概念図である。この例では、ロボット100およびその制御装置200の他に、パーソナルコンピューター500、510と、LANなどのネットワーク環境を介して提供されるクラウドサービス600とが描かれている。パーソナルコンピューター500、510は、それぞれプロセッサーとメモリーとを含んでいる。また、クラウドサービス600においてもプロセッサーとメモリーを利用可能である。プロセッサーは、コンピューター実行可能な命令を実行する。これらの複数のプロセッサーの一部または全部を利用して、制御装置200および教示装置300を含むロボット制御装置を実現することが可能である。また、各種の情報を記憶する記憶部も、これらの複数のメモリーの一部または全部を利用して、実現することが可能である。
(2)図12は、複数のプロセッサーによってロボットの制御装置が構成される他の例を示す概念図である。この例では、ロボット100の制御装置200が、ロボット100の中に格納されている点が図12と異なる。この例においても、複数のプロセッサーの一部または全部を利用して、制御装置200および教示装置300を含むロボット制御装置を実現することが可能である。また、各種の情報を記憶する記憶部も、複数のメモリーの一部または全部を利用して、実現することが可能である。
D.他の実施形態
D1.第1の他の実施形態
距離センサー134の配置は、上記形態において説明した配置に限定されない。距離センサー134の配置は、ニードル132の周囲である限りにおいて、適宜変更可能である。例えば、ロボット100は、それぞれニードル132を挟んだ2つの距離センサー134からなる2組以上の距離センサー134を備え、かつ、2組以上の距離センサー134のうち少なくとも2組の距離センサーの組を成す距離センサーを結ぶ方向が互いに交差していればよい。また、ロボット100に備えられた各距離センサー134とニードル132との距離は、同一でなくてもよい。
D2.第2の他の実施形態
上記実施形態において、距離センサー134は、超音波センサーであるが、これに限定されない。例えば、距離センサー134は、レーザー光源と光センサーとからなるレーザーセンサーであってもよい。この場合において、レーザーセンサーは、パルスレーザー光が対象物に反射してくるまでに要する飛行時間を取得するために用いられてもよい。この場合には、制御部210は、飛行時間に基づいて対象物までの距離を算出する飛行時間解析を行うことによって、距離を取得しても良い。
D3.第3の他の実施形態
上記実施形態において、力覚センサー190は、備えられていなくても良い。力覚センサー190が備えられていない場合には、制御装置200は、ロボット100に対して行った指示の内容に基づいて、ロボット100に備えられたアクチュエーターの駆動量を算出することによって、力覚センサー190の機能を補っても良い。また、ロボットシステムが、さらに、カメラ等の画像取得装置を備えている場合には、制御装置200は、画像取得装置から取得される画像データに基づいてロボット100の姿勢等を取得してもよい。
D4.第4の他の実施形態
上記実施形態において、制御部210は、角度補正処理において、ニードル132と吐出面Sとが直交するように制御しているが、これに限定されない。例えば、制御部210は、ニードル132と吐出面Sとの成す角度が予め定められた角度になるように制御しても良い。より具体的には、例えば、制御部210は、ニードル132の移動方向において、ニードル132の基端部が先端部より前方になるようにニードル132を傾けるようにアーム120の姿勢を制御しても良い。この場合には、吐出物30がニードル132の移動方向の後ろ側に吐出されるので、ニードル132の先端と吐出面Sに吐出された吐出物30とが接触することを抑制できる。またこの場合において、制御部210は、2つの距離センサー134のみを用いてニードル132の傾きを制御しても良い。例えば、制御部210は、ニードル132の移動方向の前方に位置する距離センサー134と、この距離センサー134と組を成さない1つの距離センサー134と、の2つの距離センサー134の検出値が互いに異なる値になるように制御してもよい。この場合であっても、制御部210は、ニードル132と吐出面Sとが垂直にならないように制御できる。また、ニードル132の移動方向の前方に位置する距離センサー134の検出値が他の距離センサー134の検出値より小さくなるように制御された場合には、制御部210は、少なくともニードル132の基端部が先端部より前方になるようにニードル132を傾けるようにアーム120の姿勢を制御できる。
D5.第5の他の実施形態
上記実施形態において、制御部210は、高さ補正処理と角度補正処理とを実行しているが、これに限定されない。例えば、制御部210は、高さ補正処理と角度補正処理との少なくとも一方を実行しなくてもよい。
D6.第6の他の実施形態
上記実施形態において、制御部210は、教示データに応じて、各処理に用いる距離センサー134を選択しているが、距離センサー134の選択手段は、これに限定されない。例えば、エンドエフェクター130に移動方向をリアルタイムで取得可能な機構、例えば各位同方向に応じた加速度を取得可能な加速度センサーを有している場合には、制御部210は、取得される移動方向に応じて使用する距離センサー134を選択してもよい。
D7.第7の他の実施形態
上記実施形態において、制御装置200は、距離センサー134から取得される検出値をさらに他の処理に用いても良い。例えば、制御装置200は、距離センサー134から出力される値を用いて、吐出面Sの外側に向けて吐出物30を吐出しないように制御しても良い。この場合には、例えば、制御装置200は、アーム120の移動方向における距離センサー134からの検出値が基準値を超えた値となった場合に、ニードル132の停止を指示してもよい。
D8.第8の他の実施形態
上記形態において、ロボット100は、6軸ロボットであるが、これに限定されない。ロボット100が有する軸の数は、7軸以上でもよく、5軸以下であってもよい。具体的には、例えば、ロボット100は、1軸のロボットであるスカラロボットであってもよい。ロボット100がスカラロボットである場合であっても、制御装置200は、上記形態と同様に、吐出量の取得処理や高さ補正処理を実行することができる。
D9.第9の他の実施形態
上記実施形態において、ロボット100に備えられたエンドエフェクター130は、吐出物を吐出するディスペンサーとしてニードル132を備えている。しかし、ディスペンサーは、ニードル132に限定されない。例えば、ロボット100は、ディスペンサーとしてジェットディスペンサーを備えていてもよい。
以上説明した第1から第9の他の実施形態であっても、上記実施形態と同様の構成を有する点において、同様の効果を奏する。
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
(1)本開示の一形態によれば、ロボットアームと、前記ロボットアームの先端に設けられ、吐出物を吐出するディスペンサーと、前記ディスペンサーの周囲に配置され、前記吐出物が吐出される方向における対象との距離を検出する距離センサーと、を備えるロボットを制御する制御装置が提供される。この制御装置は、前記ロボットアームの動作を制御するとともに、前記距離センサーによって検出された値を用いて、前記ディスペンサーから吐出された吐出物の吐出量を算出する制御部を備え、前記制御部は、前記ディスペンサーを第1の移動方向に移動させる場合には、第1の距離センサーが前記ディスペンサーに対して前記第1の移動方向前方に配されるように、前記ロボットアームを制御し、前記第1の距離センサーによって検出される値と、前記ディスペンサーに対して前記第1の移動方向後方に配される第2の距離センサーによって検出される値と、の差分を用いて、前記吐出量を算出し、前記ディスペンサーを第2の移動方向に移動させる場合には、第3の距離センサーが前記ディスペンサーに対して前記第2の移動方向前方に配されるように、前記ロボットアームを制御し、前記第3の距離センサーによって検出される値と、前記ディスペンサーに対して前記第2の移動方向後方に配される第4の距離センサーによって検出される値との差分を用いて前記吐出量を算出する。
この形態の制御装置によれば、ディスペンサーの移動する方向に応じて、ロボットが備える2組の距離センサーを使い分けることが可能である。このため、ロボットに備えられた2組の距離センサーを使い分けることができない場合と比べて、ディスペンサーの移動方向を変更する際に、ロボットにおけるディスペンサーを中心とした姿勢の変更の程度を低減するように制御できる。これにより、ディスペンサーを中心とした姿勢の変更に伴って、ロボットに取り付けられた配線が引っ張られることによる、配線の損傷が抑制できる。
(2)上記形態において、前記制御部は、前記ディスペンサーを前記第1の移動方向に移動させる場合には、前記第1の距離センサーによって検出される値に応じて前記ロボットアームの姿勢を変更することにより、前記ディスペンサーと前記対象の吐出面との距離を変更してもよい。ディスペンサーを第1の移動方向に移動させる場合おいて、第1の距離センサーの検出位置は、ディスペンサーの前方である。このため、この形態の制御装置によれば、吐出面からの距離が変化する場所にディスペンサーが到達する前に、ディスペンサーの高さの変更を行うことができる。
(3)上記形態において、前記制御部は、前記ディスペンサーを前記第2の移動方向に移動させる場合には、前記第3の距離センサーによって検出される値に応じて前記ロボットアームの姿勢を変更することにより、前記ディスペンサーと前記吐出面との距離を予め定められた距離に保っても良い。この形態の制御装置によれば、吐出面からの距離が変化する場所にディスペンサーが到達する前に、ディスペンサーの高さを補正できる。
(4)上記形態において、前記制御部は、前記第3の距離センサーと前記第4の距離センサーとの少なくとも一方によって検出される値と前記第1の距離センサーによって検出される値とに応じて、前記ディスペンサーが前記吐出面に対して傾けるように、前記ロボットアームを制御してもよい。この形態の制御装置によれば、例えば、ディスペンサーの基端が先端より前方に位置するように制御することによって、吐出物がディスペンサーの進行方向の後ろ側に吐出されるように制御することができる。
(5)上記形態において、制御装置は、前記距離センサーとして超音波センサーを備えた前記ロボットを制御してもよい。この形態によれば、制御装置は、超音波センサーによって測定される値を用いてロボットの制御を実行できる。
(6)上記形態において、制御装置は、前記距離センサーとしてレーザーセンサーを備えた前記ロボットを制御してもよい。この形態によれば、制御装置は、レーザーセンサーによって測定される値を用いてロボットの制御を実行できる。
本開示は、制御装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、制御装置によって制御されるロボットや制御装置及びロボットを備えるロボットシステムやロボットの制御方法やロボットを制御するための制御プログラム等の形態で実現することができる。
30…吐出物、100…ロボット、110…基台、120…ロボットアーム、130…エンドエフェクター、132…ニードル、140…配線、190…力覚センサー、200…制御装置、210…制御部、220…メインメモリー、230…不揮発性メモリー、240…表示制御部、250…表示部、260…I/Oインターフェース、300…教示装置、400…ロボット、500…パーソナルコンピューター、600…クラウドサービス、1322…開口、1341…第1の距離センサー、1342…第2の距離センサー、1343…第3の距離センサー、1344…第4の距離センサー、R…塗布軌道、S…吐出面、p1…曲部

Claims (10)

  1. ロボットアームと、前記ロボットアームの先端に設けられ、吐出物を吐出する吐出口を含むディスペンサーと、前記吐出口を挟んで配置される第1の距離センサーおよび第2の距離センサー、ならびに前記吐出口を挟んで配置される第3の距離センサーおよび第4の距離センサーを含み、前記吐出物が吐出される方向における対象との距離を検出する距離センサーと、を備えるロボットを制御する制御方法であって、
    前記吐出口から前記吐出物を吐出させるために、前記第1から第4の距離センサーのいずれかが前記ディスペンサーに対して前方に配されるように、前記ロボットアームの姿勢を制御しつつ、前記ディスペンサーを移動させるロボットアーム姿勢制御工程と、
    前記ディスペンサーの移動方向の変更を行う場合に、前記ディスペンサーに対して移動方向の前方に配すべき距離センサーを選択する工程であって、前記第1から第4の距離センサーのうち、前記ディスペンサーに対して移動方向の前方に配すると仮定した場合に、前記ロボットアームの姿勢の変更量が最も小さい距離センサーと、前記ロボットアームの前記姿勢の変更量が2番目に小さい距離センサーと、のうち、前記ロボットアームの基準となる姿勢からの前記ロボットアームの姿勢の累積の変更量が小さい方の距離センサーを選択する、距離センサー選択工程と、を有し、
    前記ロボットアーム姿勢制御工程において、移動方向の前記変更に続いて行われる前記ディスペンサーの移動は、前記距離センサー選択工程で選択された距離センサーが前記ディスペンサーに対して前方に配されるように、前記ロボットアームの姿勢を制御して行われる、制御方法。
  2. 請求項1に記載の制御方法であって、
    前記ロボットアーム姿勢制御工程は、少なくとも一つの前記距離センサーによって検出される値に応じて前記ディスペンサーと前記対象の吐出面との距離を予め定められた距離になるように前記ロボットアームの姿勢を制御する高さ補正処理工程を有する、制御方法。
  3. 請求項2に記載の制御方法であって、
    前記高さ補正処理工程は、前記ディスペンサーに対して移動方向の前方に配されている距離センサーによって検出される値に応じて前記ロボットアームの姿勢を制御する、制御方法。
  4. 請求項1から3のいずれか一項に記載の制御方法であって、
    前記ロボットアーム姿勢制御工程は、少なくとも3つの前記距離センサーによって検出される値に応じて前記ディスペンサーと前記対象の吐出面とのなす角度があらかじめ定められた角度になるように前記ロボットアームの姿勢を制御する角度補正処理工程をさらに有する、制御方法。
  5. 請求項4に記載の制御方法であって、
    前記角度補正処理工程は、前記第1から第4の距離センサーのうち、前記ディスペンサーに対して移動方向の後方に配されている距離センサー以外の距離センサーのそれぞれによって検出される値が同じ値になるように前記ロボットアームの姿勢を制御する、制御方法。
  6. 請求項1から5のいずれか一項に記載の制御方法であって、
    前記距離センサー選択工程において選択された距離センサーと、前記選択された距離センサーに対して前記吐出口を挟んで配置される距離センサーと、が検出したそれぞれの値の差分を用いて、前記ディスペンサーから吐出された前記吐出物の吐出量を検出する、吐出量検出工程をさらに有する制御方法。
  7. ロボットアームと、前記ロボットアームの先端に設けられ、吐出物を吐出する吐出口を含むディスペンサーと、前記ディスペンサーの周囲に配置され、前記吐出物が吐出される方向における対象との距離を検出する複数の距離センサーと、を備えるロボットを制御する制御方法であって、
    前記吐出口から前記吐出物を吐出させるために、前記複数の距離センサーのいずれかが前記ディスペンサーに対して前方に配されるように、前記ロボットアームの姿勢を制御しつつ、前記ディスペンサーを移動させる、ロボットアーム姿勢制御工程と、
    前記ディスペンサーの移動方向の変更を行う場合に、前記ディスペンサーに対して移動方向の前方に配すべき距離センサーを選択する工程であって、前記複数の距離センサーのうち、前記ディスペンサーに対して移動方向の前方に配すると仮定した場合に、前記ロボットアームの姿勢の変更量が最も小さい距離センサーと、前記ロボットアームの前記姿勢の変更量が2番目に小さい距離センサーと、のうち、前記ロボットアームの基準となる姿勢からの前記ロボットアームの姿勢の累積の変更量が小さい方の距離センサーを選択する、距離センサー選択工程と、を有し、
    前記ロボットアーム姿勢制御工程において、移動方向の前記変更に続いて行われる前記ディスペンサーの移動は、前記距離センサー選択工程で選択された距離センサーが前記ディスペンサーに対して前方に配されるように、前記ロボットアームの姿勢を制御して行われる、制御方法。
  8. ロボットアームと、
    前記ロボットアームの先端に設けられ、吐出物を吐出する吐出口を含むディスペンサーと、
    前記吐出口を挟んで配置される第1の距離センサーおよび第2の距離センサー、ならびに前記吐出口を挟んで配置される第3の距離センサーおよび第4の距離センサーを含み、前記吐出物が吐出される方向における対象との距離を検出する距離センサーと、を備え、
    前記吐出口から前記吐出物を吐出させるために、前記第1から第4の距離センサーのいずれかが前記ディスペンサーに対して前方に配されるように、前記ロボットアームの姿勢を制御しつつ、前記ディスペンサーを移動させ、
    移動方向の変更に続いて行われる前記ディスペンサーの移動を、選択距離センサーを前記ディスペンサーの前方に配した姿勢で行い、
    前記選択距離センサーは、前記第1から第4の距離センサーのうち、前記ディスペンサーに対して移動方向の前方に配すると仮定した場合に、前記ロボットアームの姿勢の変更量が最も小さい距離センサーと、前記ロボットアームの前記姿勢の変更量が2番目に小さい距離センサーと、のうち、前記ロボットアームの基準となる姿勢からの前記ロボットアームの姿勢の累積の変更量が小さい方の距離センサーである、ロボット。
  9. 請求項8に記載のロボットであって、
    前記距離センサーは、超音波センサーである、ロボット。
  10. ロボットシステムであって、
    ロボットアームと、前記ロボットアームの先端に設けられ、吐出物を吐出する吐出口を含むディスペンサーと、前記ディスペンサーの周囲に配置され、前記吐出物が吐出される方向における対象との距離を検出する第1の距離センサー、第2の距離センサー、第3の距離センサー、および第4の距離センサーを有する距離センサーと、を有するロボットと、
    前記ロボットアームの動作を制御するとともに、前記距離センサーによって検出された値を用いて、前記ディスペンサーから吐出された吐出物の吐出量を算出する制御部を有する制御装置と、を備え、
    前記制御部は、
    前記吐出口から前記吐出物を吐出させるために、前記第1から第4の距離センサーのいずれかが前記ディスペンサーに対して前方に配されるように、前記ロボットアームの姿勢を制御しつつ、前記ディスペンサーを移動させ、
    前記ディスペンサーの移動方向の変更を行う場合に、前記ディスペンサーに対して移動方向の前方に配すべき距離センサーを選択する処理であって、前記第1から第4の距離センサーのうち、前記ディスペンサーに対して移動方向の前方に配すると仮定した場合に、前記ロボットアームの姿勢の変更量が最も小さい距離センサーと、前記ロボットアームの前記姿勢の変更量が2番目に小さい距離センサーと、のうち、前記ロボットアームの基準となる姿勢からの前記ロボットアームの姿勢の累積の変更量が小さい方の距離センサー選択する、処理を実行し、
    移動方向の前記変更に続いて行われる前記ディスペンサーの移動を、前記選択された距離センサーが前記ディスペンサーに対して前方に配されるように、前記ロボットアームの姿勢を制御して、行う、ロボットシステム。
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