JP6901434B2 - ロボットシステムおよびロボット - Google Patents

Description

本発明はロボットシステムおよびロボットに関する。

従来、搬送装置によって搬送されている対象に対して、ロボットの先端部に設けられたツールを用いて所定の作業を行うロボットシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１３−０００８６１号公報

前記ロボットシステムでは、搬送装置の上方に配置されたカメラによって撮像された画像データがロボット制御装置に送信され、ロボット制御装置は画像データに基づき搬送装置上の対象を検出し、検出結果に応じてロボットのアームが制御される。また、ロボットのアームの先端に鉛直軸周りにツールを回転させる装置が取付けられており、当該装置もロボットのアームと共にロボット制御装置によって制御される。

しかし、例えば搬送装置の搬送によって対象が搬送装置上で不規則に揺れる場合、搬送されている複数の対象が互いに接触することによって対象が搬送装置上で複雑に動いている場合等に、アームの先端のツールを対象に正確に追随させることができない。これは、上記のようなランダムな動きに応答できるほどロボット制御装置の制御が速くないからである。

この課題を解決するためにロボット制御装置の制御周期を短くすることも考えられる。しかし、ロボットの制御周期を短くするためには、ロボットのアームに使用されている部品および機器も制御周期の短縮に適合させなければならない。モータの仕様、性能も変更する必要があり、アームの先端を対象の動きに応じて高加速度で動かすためには、アーム部品の高剛性化、アームに使用されているモータの大型化、高性能化等が必要になり、全体的にアームの大掛かりな改造又は設計変更と、高額な費用とを要する。

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、ロボットの制御周期を無理に短くせずに、ランダムな動きをする対象にツールの位置を高精度で追随させることができるロボットシステムおよびロボットの提供である。

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。
本発明の第１態様のロボットシステムは、対象を移動させる移動手段によって移動する前記対象の少なくとも位置を検出するためのデータを取得するセンサと、ツールが取付けられ、前記ツールによって前記対象に対して所定の作業を行うロボットと、前記ツールを前記ロボットに対して移動させるためのツール移動装置を、前記ロボットの制御周期よりも短いツール用制御周期で前記データに基づき制御する制御部と、を備え、前記ツール移動装置が、前記ツールと共に前記センサを移動させるものであり、前記センサが、前記ロボットの制御周期よりも短い周期で前記データを取得するものであり、前記ロボットを制御するロボット制御装置が、前記センサから遂次受信する前記データを前記ツール用制御周期よりも長い周期ごとに用いて、前記センサを前記対象に追随させる第１の追随制御が行われるように前記ロボットを制御し、前記制御部が、前記センサと共に移動する前記ツールを前記対象に追随させる第２の追随制御を行うために、前記センサの画角内の所定の位置に前記対象の特定の位置を常に配置するように前記ロボットの制御周期よりも短い前記ツール用制御周期で前記ツール移動装置を制御する。

例えば対象が移動手段上で不規則に揺れており、その動きの変化の周期がロボットの制御周期よりも短い場合、ロボットの動きを対象に合わせることができない。人間の目および脳によって認識できる動きに限界があるのと同様である。このため、ロボットはツールを対象が存在している大凡の位置に移動することはできるが、ツールの位置を対象の動きに高精度に合わせることができない。上記態様では、ロボットに取付けられたツールは制御部によってツール用制御周期で制御され、ツール用制御周期はロボットの制御周期よりも短い。このため、ロボットの制御周期を短くすることなく、移動手段上の対象にツールの位置を高精度で追随させることができる。
また、制御部が前記センサの画角内の所定の位置に前記対象の特定の位置を常に配置するように前記ツール移動装置を制御するので、前記センサと共に移動する前記ツールを対象に追随させることになる。
即ち、ロボット制御装置の制御周期自体を短くするためには、ロボットのアームに使用されている部品および機器も制御周期の短縮に適合させなければならず、モータの仕様、性能も変更する必要があり、アームの先端を対象の動きに応じて高加速度で動かすためには、アーム部品の高剛性化、アームに使用されているモータの大型化、高性能化等が必要になり、全体的にアームの大掛かりな改造又は設計変更と、高額な費用とを要する、という課題が解決される。

上記態様において、好ましくは、前記センサが、前記ロボットの制御周期よりも短い周期で前記データを取得するものであり、前記ロボットを制御するロボット制御装置が、前記センサから遂次受信する前記データを前記ツール用制御周期よりも長い周期ごとに用いて前記ロボットを制御する。
当該態様により、センサにおいてツール制御用のデータとアーム制御用のデータを別々に作成することなく、ツール用制御周期よりも長い制御周期でロボット制御装置の制御が行われる。

上記態様において、好ましくは、前記ツール移動装置が、前記ツールと共に前記センサを移動させるものである。
当該態様では、ツールと共にセンサが移動するので、センサに対するツールの位置が一定となる。このため、ツールの移動が直接的にセンサによって検出されることにもなり、センサに対する対象の位置がツールに対する対象の位置に直接的に関連する。当該態様は、正確な制御の実現、制御の高速化、制御の簡素化等のために有利である。

上記態様において、好ましくは、前記データに基づき検出される前記対象の位置が所定の基準を超えて変動した時に、前記ロボットおよび前記ツールの少なくとも一方が異常対応作動を行う。
当該態様は、ロボット、ツール、搬送装置、対象等の破損防止の確実な実現のために有利である。

本発明の第２態様は、ロボットであって、ツールが取付けられ、対象を移動させる移動手段によって移動する前記対象に対して前記ツールによって所定の作業を行うアームと、前記移動手段によって移動する前記対象の少なくとも位置を検出するためのデータを取得するセンサと、前記ツールを前記アームに対して移動させるためのツール移動装置を、前記ロボットの制御周期よりも短いツール用制御周期で前記データに基づき制御する制御部と、前記アームを制御するロボット制御装置と、を備え、前記ツール移動装置が、前記ツールと共に前記センサを移動させるものであり、前記センサが、前記ロボットの制御周期よりも短い周期で前記データを取得するものであり、前記ロボット制御装置が、前記センサから遂次受信する前記データを前記ツール用制御周期よりも長い周期ごとに用いて、前記センサを前記対象に追随させる第１の追随制御が行われるように前記アームを制御し、前記制御部が、前記センサと共に移動する前記ツールを前記対象に追随させる第２の追随制御を行うために、前記センサの画角内の所定の位置に前記対象の特定の位置を常に配置するように前記ロボットの制御周期よりも短い前記ツール用制御周期で前記ツール移動装置を制御する。

当該態様では、アームに取付けられたツールは制御部によってツール用制御周期で制御され、ツール用制御周期はアームの制御周期よりも短い。このため、ロボットの制御周期を短くすることなく、移動手段上の対象にツールの位置を高精度で追随させることができる。
また、制御部が前記センサの画角内の所定の位置に前記対象の特定の位置を常に配置するように前記ツール移動装置を制御するので、前記センサと共に移動する前記ツールを対象に追随させることになる。
即ち、ロボット制御装置の制御周期自体を短くするためには、ロボットのアームに使用されている部品および機器も制御周期の短縮に適合させなければならず、モータの仕様、性能も変更する必要があり、アームの先端を対象の動きに応じて高加速度で動かすためには、アーム部品の高剛性化、アームに使用されているモータの大型化、高性能化等が必要になり、全体的にアームの大掛かりな改造又は設計変更と、高額な費用とを要する、という課題が解決される。

上記態様において、好ましくは、前記センサが、前記ロボットの制御周期よりも短い周期で前記データを取得するものであり、前記ロボットを制御するロボット制御装置が、前記センサから遂次受信する前記データを前記ツール用制御周期よりも長い周期ごとに用いて前記ロボットを制御する。
当該態様により、センサにおいてツール制御用のデータとアーム制御用のデータを別々に作成することなく、ツール用制御周期よりも長い制御周期でロボット制御装置の制御が行われる。

上記態様において、好ましくは、前記ツール移動装置が、前記ツールと共に前記センサを移動させるものである。
当該態様では、ツールと共にセンサが移動するので、センサに対するツールの位置が一定となる。このため、ツールの移動が直接的にセンサによって検出されることにもなり、センサに対する対象の位置がツールに対する対象の位置に直接的に関連する。当該態様は、正確な制御の実現、制御の高速化、制御の簡素化等のために有利である。

本発明によれば、ロボットの制御周期を無理に短くせずに、搬送装置上の対象にツールの位置を高精度で追随させることができる。

本発明の第１実施形態のロボットシステムの構成を示す図である。 第１実施形態のロボットシステムのツール制御装置のブロック図である。 第１実施形態のロボットシステムのロボット制御装置のブロック図である。 第１実施形態のロボット制御装置およびツール制御装置の処理の例を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態のロボットシステムの構成を示す図である。 本発明の第３実施形態のロボットシステムの構成を示す図である。

本発明の第１実施形態に係るロボットシステムについて、図面を用いながら以下説明する。
本実施形態のロボットシステムは、図１に示されるように、モータ２ａによって駆動され、物品である対象Ｏを搬送する搬送装置（移動手段）２と、搬送装置２によって搬送される対象Ｏに対して所定の作業を行うロボット１０と、ロボット１０が有するロボット制御装置２０と、ロボット１０の先端部に設けられたツール３０と、搬送装置２によって移動する対象Ｏの少なくとも位置を検出するためのセンサ６０とを備えている。本実施形態では、搬送装置２の搬送方向と図１の基準座標系２０１のＸ軸方向が一致しており、鉛直方向と図１の基準座標系２０１のＺ軸方向とが一致しており、図１の基準座標系２０１のＹ軸方向は搬送装置２の幅方向と一致するように取られている。

センサ６０は、二次元カメラ、三次元カメラ、三次元距離センサ等であり、対象Ｏの位置を検出するためのデータを得ることができる他のセンサを用いることも可能である。本実施形態のセンサ６０は二次元カメラであり、センサ６０はロボット１０の先端部に取付けられている。センサ６０は、プロセッサ６１と、ＲＡＭ６２と、画像処理プログラム６３ａが格納されたメモリ６３とを備えている。プロセッサ６１は、画像処理プログラム６３ａに基づき、例えば、パターンマッチ処理や二値化処理等の画像処理を用いて対象Ｏの検出を行うブロブ処理、検出された対象Ｏの重心位置、特徴点の位置等の検出処理を行う。センサ６０のデータはロボット制御装置２０および後述のツール制御装置５０に送信される。プロセッサ６１の制御周期はロボット制御装置２０のロボット制御部２１よりも制御周期が短く、当該制御周期は例えば１ミリ秒である。センサ６０のフレームレートの向上に伴い当該制御周期をさらに短くすることも可能である。

ロボット１０は特定の種類のロボットに限定されないが、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３参照）。なお、複数の可動部によってロボット１０のアーム１２が構成されている。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ロボット制御装置２０に送信される。

ロボット制御装置２０における基準座標系２０１の設定時には、ロボット１０の先端部に一時的に設けられた設定ツールが、搬送装置２上のある位置に設置されたキャリブレーション治具の複数の所定箇所を触る。本実施形態では、基準座標系２０１の位置、即ち原点位置は、キャリブレーション治具上の所定の位置となる。
なお、基準座標系２０１の設定時にキャリブレーション治具とは別の治具を用いても良い。
なお、前記設定ツールでキャリブレーション治具を直接触らずに位置計測ツールを使って間接的に所定の位置を計測して、基準座標系２０１を設定しても良い。

また、ロボット制御装置２０において、基準座標系２０１とセンサ６０の現在位置および姿勢（センサ座標系２０２）とが対応付けられている。例えば、前記ロボット１０の先端部に一時的に設けられた設定ツールで前記キャリブレーション治具の所定箇所を触り基準座標系２０１から見たキャリブレーション治具の位置を算出した上で、センサ６０が前記キャリブレーション治具の画像、特徴点の位置等を検出して、ロボット１０におけるカメラの取り付け位置および姿勢（センサ座標系２０２）が設定される。これはロボットの先端座標系２０５とセンサ座標系２０２との位置関係を求めることにも相当する。さらに、レンズ等の歪みを取り除くための調整パラメータも求める。
これによりロボット１０の位置が変化してもロボット制御装置２０はセンサ６０の位置および姿勢を知ることができ、センサ６０で得られた検出結果を精度よく基準座標系２０１から見た結果として変換することが可能となる。

さらに、ロボット制御装置２０および後述のツール制御装置５０の少なくとも一方において、ロボット１０（基準座標系２０１）とツール３０におけるツール本体３２の位置および姿勢（ツール先端座標系２０６）とが対応付けられる。このような対応付けは、例えば、ツール３０を所定の位置に停止した状態で、ロボット１０の先端部に対してある位置に配置されたツール本体３２の先端部の位置および姿勢（ツール先端座標系２０６）をロボット制御装置２０で求めておく。この場合、後述のツール制御装置５０は、例えばロボット制御装置２０からツール先端座標系２０６の現在位置を取得し、ツール３０におけるツール本体３２の動作量も用いて基準座標系２０１から見たツール本体３２の先端の位置を算出する。例えば、ロボット制御装置２０が各作動位置検出装置の検出結果から１ミリ秒ごとにツール先端座標系２０６の現在位置を計算することができる場合、ツール制御装置５０も１ミリ秒ごとにツール本体３２の先端の位置を算出できる。なお、各作動位置検出装置の検出結果を１ミリ秒ごとにツール制御装置５０が参照し、ツール本体３２の先端の位置を算出しても良い。これは、ツール制御装置５０が、動作量とツール先端座標系２０６の現在位置を使うことによって、基準座標系２０１から見たツール先端座標系２０６の位置を算出することに相当する。このため、ツール制御装置５０はツール先端座標系２０６の位置を基準座標系２０１上の目標位置に近付けるように制御可能である。
なおロボット制御装置２０もツール制御装置５０からツール本体３２の動作量を取得可能であり、長周期の制御周期で、ツール先端座標系２０６の現在位置を算出可能である。
これによりロボットは長周期でツール先端座標系２０６を目標位置に近付けるようにロボットを制御可能である。

ロボット１０のアーム１２の先端部にはツール移動装置４０を介してツール３０が取付けられ、ツール移動装置４０およびツール３０はツール制御装置５０によって制御される。
ツール移動装置４０は、アーム１２の先端部に固定された移動装置本体４１と、移動装置本体４１に回転可能に支持されたボールねじ４２と、移動装置本体４１に支持され、ボールねじ４２を回転させるサーボモータ等のモータ４３とを備えている。本実施形態では、ボールねじ４２の中心軸線４２ａは、アーム１２の最も先端側の可動部であるフランジ部材１３の中心軸線１３ａと平行ではなく、本実施形態では中心軸線１３ａと略９０°異なる方向に延びている。サーボモータ４３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、作動位置検出装置の検出値はツール制御装置５０に送信される。

ツール３０は、中心軸線４２ａに沿った方向に移動可能に移動装置本体４１に支持されたスライダ３１と、スライダ３１によって支持されたツール本体３２とを有する。本実施形態では、ツール本体３２は対象Ｏを吸着によって支持するものであり、スライダ３１に固定されたベース部３２ａと、ベース部３２ａの下端に設けられた吸盤形状の吸着部３２ｂと、吸着部３２ｂによる対象Ｏの吸着を検出するための圧力センサ等のセンサ３２ｃとを有する。センサ３２ｃの検出結果はロボット制御装置２０にも送信される。吸着部３２ｂは例えばゴム状弾性を有する材料から形成されている。ベース部３２ａの内部空間には配管３３を介して吸引装置３４が接続されており、ベース部材３２ａの内部空間が吸着部３２ｂの凹部内に連通している。このため、吸着部３２ｂが対象Ｏの上面に接触した状態で吸引装置３４によって空気が吸引されると、ツール本体３２によって対象Ｏが支持される。

ツール制御装置５０は、図２に示されるように、ＣＰＵ、ＲＡＭ等を有する制御部５１と、表示装置５２と、不揮発性ストレージ、ＲＯＭ等を有する記憶部５３と、ツール移動装置４０のモータ４３を制御するサーボ制御器５４と、入力部５５とを備えている。ツール制御装置５０は、センサ６０の制御周期（１ミリ秒）毎にセンサ６０の検出結果を受信し、センサ６０と同じ又は近い制御周期（ツール用制御周期）でツール移動装置４０のモータ４３を制御し、ツール３０の吸引装置３４も制御する。

記憶部５３にはシステムプログラム５３ａが格納されており、システムプログラム５３ａはツール制御装置５０の基本機能を担っている。また、記憶部５３には追随制御プログラム５３ｂが格納されている。

ロボット制御装置２０は、図３に示されるように、プロセッサ、ＲＡＭ等を有するロボット制御部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、操作盤等の入力部２５とを備えている。ロボット制御装置２０の制御周期は例えば１０ミリ秒であり、センサ６０およびツール制御装置５０の制御周期よりも長い。なお、アーム１２を目標位置に移動させるためのロボット制御装置２０の制御は、最適な経路の決定、当該経路に応じた各サーボモータ１１の駆動量および駆動速度の計算等を行う複雑なものであるため、ロボット制御装置２０の制御周期を短くするための費用は低廉ではない。

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はロボット制御装置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および追随制御プログラム２３ｃが格納されている。ロボット制御装置２０がロボット１０の各サーボモータ１１を制御し、ツール制御装置５０がツール移動装置４０およびツール３０を制御し、これにより搬送装置２によって搬送されている対象Ｏの取出作業が行われる。
当該作業が行われる際の動作プログラム２３ｂおよび追随制御プログラム２３ｃに基づくロボット制御部２１の処理および追随制御プログラム５３ｂに基づく制御部５１の処理を、図４のフローチャートを参照しながら説明する。

先ず、ロボット制御部２１は、ロボット１０の先端部を搬送装置２の上方の所定の位置に配置する（ステップＳ１−１）。このようにロボット１０の先端部が配置された時のセンサ６０の位置は、搬送装置２によって搬送されてきた対象Ｏがセンサ６０の画角内に入る位置である。
続いて、ロボット制御装置２０がセンサ６０から対象Ｏの検出位置を受信すると（ステップＳ１−２）、ロボット制御部２１は、対象部Ｏの検出位置に基づき、ロボット１０を制御することによってツール本体３２のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置を対象Ｏの位置に近付けながら追随させるための第１の追随制御を開始する（ステップＳ１−３）。この時、ツール移動装置４０のボールねじ４２の中心軸線４２ａはＸ軸と平行である。

第１の追随制御を実現する様々な制御があるが、例えば下記の２つの制御を用いることが可能である。本実施形態では、前者の制御は画像ベース法と称され、後者の制御は位置ベース法と称される。本実施形態では、２つの制御において、センサ６０が対象Ｏの位置および姿勢を検出するが、ロボット制御装置２０又はツール制御装置５０がセンサ６０で得られるデータに基づき対象Ｏの位置および姿勢を検出してもよい。

画像ベース法の制御は、ロボット１０の制御によって、ロボット１０の先端部に取付けられたセンサ６０の画角内の所定の位置に対象Ｏの特徴形状、特徴点、重心位置等を常に配置し、これにより、センサ６０を対象Ｏに追随させ、追随している時のセンサ６０の位置又はロボット１０の先端部の位置に基準座標系２０１の設定位置を連動させる。このため、対象Ｏの移動に伴って基準座標系２０１の設定位置が逐次移動し、基準座標系２０１を基準に教示された動作プログラム２３ｂによってロボット１０が対象Ｏに追随しながら作業する。

一方、位置ベース法の制御は、センサ６０から得られるデータから基準座標系２０１上の対象Ｏの位置を逐次検出し、当該検出位置に基づく目標位置に近付くように補正量を求めロボット１０を制御する。
なお、ロボット１０が行う作業の種類によっては、ステップＳ１−３において、ロボット１０がツール３０をＸ軸方向に一定の速度で移動させる場合もあり、ロボット１０がツール３０を所定位置に配置する場合もある。

ロボット制御部２１は、動作プログラム２３ｂに基づき、ツール本体３２の吸着部３２ｂを対象Ｏの上面に接触させるために、ロボット１０の先端部を下方に向かって移動し始める（ステップＳ１−４）。また、ロボット１０の先端部が下方に向かって移動している時に、制御部５１は、センサ６０から受信する対象Ｏの検出位置に基づきツール本体３２のＸ軸方向の位置を検出位置に追随させる第２の追随制御を開始する（ステップＳ２−１）。そして、ロボット制御部２１又は制御部５１は、吸引装置３４を作動させる（ステップＳ２−２）。なお、ステップＳ２−２は、下記のステップＳ２−５においてツール本体３２が目標位置に配置される前に実行されればよい。

第２の追随制御を実現する様々な制御があるが、例えば以下の方法により行われる。以下の方法は対象Ｏの基準座標系２０１上の検出位置に基づく制御であるため、本実施形態では位置ベース法と称する。
当該処理の前提として、前述のように、ロボット１０の基準座標系２０１とセンサ６０の位置および姿勢を示すセンサ座標系２０２とが対応付けられており、ロボット制御装置２０が認識しているセンサ６０の位置および姿勢はツール制御装置５０から逐次参照可能である。
制御部５１は、センサ６０による対象Ｏの検出位置およびセンサ６０の位置および姿勢に基づき対象Ｏの基準座標系２０１上の位置を逐次計算し、計算された位置に基づく目標位置に近付くようにサーボモータ４３を制御し、これによりツール３０のＸ軸方向の位置を対象Ｏに追随させる。
なお、上記以外の制御を用いてステップＳ２−１を行うことも勿論可能である。

ここで、ロボット制御部２１は、センサ６０に対する対象Ｏの位置が所定の基準を超えて変動する時に（ステップＳ１−５）、異常対応動作を行う（ステップＳ１−６）。所定の基準を超えた変動は、画像データ内における対象Ｏの大きな移動、画像データ内における対象Ｏの所定速度よりも速い移動、対象Ｏの意図しないタイミングでの消失等である。電力供給が安定していない場合、搬送装置２のモータの回転速度が急激に低下する場合もあり、当該モータ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、センサ６０に対する対象Ｏの位置が前記所定の基準を超えて変動することになる。

異常対応作動として、ロボット制御部２１は、対象Ｏの吸着作業を中止する制御、ロボット１０を退避する制御、搬送装置２を停止させる制御、またはそれらを組み合わせた制御等を行う。

本実施形態では、制御部５１も、センサ６０に対する対象Ｏの位置が所定の基準を超えて変動する時に（ステップＳ２−３）、ツール側の異常対応動作を行う（ステップＳ２−４）。ツール側の異常対応作動として、制御部５１は、ツール３０の移動を中止する制御、ツール３０を対象Ｏから離れる方向に移動させる制御、ツール３０を所定の位置に移動する制御等を行う。

次に、ステップＳ１−３およびＳ１−４の制御によってロボット１０の先端部が目標位置に配置され（ステップＳ１−７）、その時にステップＳ２−１の制御によってツール本体３２が目標位置に配置されている状態で(ステップＳ２−５)、ツール本体３２の吸着部３２ｂが対象Ｏの上面に接触し、センサ３２ｃによって吸着部３２ｂが対象Ｏに吸着したことが検出されると（ステップＳ１−８，Ｓ２−６）、制御部５１はステップＳ２−１の追随制御を終了すると共にツール本体３２を所定の位置に移動し（ステップＳ２−７）、ロボット制御部２１はツール３０によって保持されている対象Ｏの所定の場所への搬送を開始する（ステップＳ１−９）。一方、ステップＳ１−８において吸着が検出されない場合、ロボット制御部２１はロボット１０を待機位置に移動し（ステップＳ１−１０）、制御部５１はツール本体３２を所定位置に移動する（ステップＳ２−８）。
なおステップＳ２−７でツール本体３２を所定の位置に移動せずにツールの動作量を考慮してロボット１０による搬送（ステップＳ１−９）を行っても良い。

このように、本実施形態のロボットシステムおよびロボット１０は、搬送装置２によって移動する対象Ｏを検出するセンサ６０と、ロボット１０のアーム１２の先端に取付けられたツール３０とを備え、ツール３０のツール本体３２をロボット１０に対して移動させるためのツール移動装置４０が、ロボット１０の制御周期よりも短いツール用制御周期で制御される。

例えば対象Ｏが搬送装置２上で不規則に揺れており、その動きの変化の周期がロボット１０の制御周期よりも短い場合、ロボット１０の動きを対象Ｏに合わせることができない。このため、ロボット１０はツール３０を対象Ｏが存在している大凡の位置に移動することはできるが、ツール３０の位置を対象Ｏの動きに高精度に合わせることができない。本実施形態では、ロボット１０に取付けられたツール３０は制御部５１によってツール用制御周期で制御され、ツール用制御周期はロボット１０の制御周期よりも短い。このため、ロボット１０の制御周期を短くすることなく、搬送装置２上の対象Ｏにツール３０のツール本体３２の位置を高精度で追随させることができる。

また、本実施形態では、センサ６０が、ロボット１０の制御周期よりも短い周期で対象Ｏの検出を行うものであり、ロボット１０を制御するロボット制御装置２０が、センサ６０から遂次受信するデータをツール用制御周期よりも長い周期ごとに用いてロボット１０を制御する。
このため、センサ６０においてツール制御用のデータとロボット制御用のデータを別々に作成することなく、ツール用制御周期よりも長い制御周期でロボット制御装置２０の制御が行われる。

また、本実施形態では、センサ６０によって検出される対象Ｏの位置が所定の基準を超えて変動した時に、ロボット１０およびツール３０の少なくとも一方が異常対応作動を行う。当該構成は、ロボット１０、ツール３０、搬送装置２、対象Ｏ等の破損防止の確実な実現のために有利である。

本発明の第２実施形態に係るロボットシステムについて、図面を用いながら以下説明する。
第２実施形態のロボットシステムは、図５に示されるように、第１実施形態に対してセンサ６０の取付位置が異なるものである。具体的に、第２実施形態では、センサ６０は、ツール３０のスライダ３１又はツール本体３２に固定されており、ツール移動装置４０によってツール３０と共に移動する。第２実施形態のロボットシステムでも、第１実施形態と同様のロボット１０、ロボット制御装置２０、ツール３０、ツール移動装置４０、ツール制御装置５０、およびセンサ６０が用いられている。

第２実施形態では、ツール制御装置５０もしくはロボット制御装置２０において、センサ６０の取付け位置および姿勢（センサ座標系２０２）がツール３０の位置および姿勢（ツール先端座標系２０６）と予め対応付けられている。
ロボット制御装置２０の基準座標系２０１から見たセンサ６０の現在位置はツール本体３２の動作量を考慮して求めることができる。

第２実施形態においても、対象Ｏの取出作業が行われる際に、図４に示されたフローチャートに沿って、動作プログラム２３ｂおよび追随制御プログラム２３ｃに基づくロボット制御部２１の処理および追随制御プログラム５３ｂに基づく制御部５１の処理が行われるが、ステップＳ２−１における第２の追随制御は、例えば以下の２つの方法により行われる。本実施形態では、前者の制御は画像ベース法と称し、後者の制御は位置ベース法と称する。それ以外の制御を用いてステップＳ２−１の処理を行うことも勿論可能である。

以下の２つの処理の前提として、前述のように、ツール制御装置５０は、ロボット制御装置２０が認識しているツール本体３２の位置および姿勢およびツール本体３２の動作量に基づきツール本体３２の基準座標系２０１における位置を逐次算出可能である。また、ツール３０の位置および姿勢を示すツール先端座標系２０６とセンサ６０の位置および姿勢を示すセンサ座標系２０２とが対応付けられている。つまり、ツール制御装置５０はセンサ６０の基準座標系２０１における位置および姿勢を認識している。

画像ベース法の制御では、制御部５１がモータ４３を制御することによって、センサ６０の画角内の所定の位置に対象Ｏの重心位置等の特定の位置を常に配置し、これにより、センサ６０が対象ＯにＸ軸方向に追随する。当該追随によって、センサ６０に対する位置が固定されているツール本体３２が対象Ｏに追随する。

位置ベース法の制御では、制御部５１は、センサ６０による対象Ｏの検出位置と、ツール３０に対するセンサ６０の位置および姿勢に基づき、対象Ｏの基準座標系２０１上の位置を逐次計算し、計算された位置に基づきツール３０のＸ軸方向の位置を対象Ｏに追随させる。

第２実施形態でも、ロボット１０に取付けられたツール３０は制御部５１によってツール用制御周期で制御され、ツール用制御周期はロボット１０の制御周期よりも短い。このため、第１実施形態と同様の作用効果を達成することができる。
また、第２実施形態では、ツール３０のツール本体３２と共にセンサ６０が移動するので、センサ６０に対するツール本体３２の位置が一定となる。このため、ツール本体３２の移動が直接的にセンサ６０によって検出されることにもなり、センサ６０に対する対象Ｏの位置がツール本体３２に対する対象Ｏの位置に直接的に関連する。これは、正確な制御の実現、制御の高速化、制御の簡素化等のために有利である。

本発明の第３実施形態に係るロボットシステムについて、図面を用いながら以下説明する。
第３実施形態のロボットシステムは、図６に示されるように、第１実施形態に対してセンサ６０の取付位置が異なるものである。具体的に、第３実施形態では、センサ６０は、スタンド、フレーム等を用いて所定の位置に固定されている。第３実施形態のロボットシステムでも、第１実施形態と同様のロボット１０、ロボット制御装置２０、ツール３０、ツール移動装置４０、ツール制御装置５０、およびセンサ６０が用いられている。

第３実施形態では、ロボット制御装置４０において、基準座標系２０１とセンサ６０の位置および姿勢（センサ座標系２０２）とが予め対応付けられている。

第３実施形態においても、対象Ｏの取出作業が行われる際に、図４に示されたフローチャートに沿って、動作プログラム２３ｂおよび追随制御プログラム２３ｃに基づくロボット制御部２１の処理および追随制御プログラム５３ｂに基づく制御部５１の処理が行われるが、ステップＳ１−３の第１の追随制御は位置ベース法の制御であり、ステップＳ１−１においてロボット１０の先端部は物品Ｏの取出しの準備のための所定の位置に配置される。また、ステップＳ２−１における追随制御は、例えば以下の方法により行われる。以下の方法は対象Ｏの基準座標系２０１上の検出位置に基づく制御であるため、本実施形態では位置ベース法と称する。これ以外の制御を用いてステップＳ２−１の処理を行うことも勿論可能である。

以下の処理の前提として、前述のように、ロボット１０の基準座標系２０１とセンサ６０の位置および姿勢を示すセンサ座標系２０２とが対応付けられている。また、ツール制御装置５０は、基準座標系２０１から見たツール３０の位置およびツール本体３２の動作量からツール本体３２の位置および姿勢を逐次算出可能であり、ツール制御装置５０においてツール本体３２の位置および姿勢は基準座標系２０１と対応付けられている。
制御部５１は、センサ６０による対象Ｏの検出位置およびセンサ６０の位置および姿勢に基づき対象Ｏの基準座標系２０１上の位置を逐次計算し、計算された位置にツール本体３２のＸ軸方向の位置を追随させる。

第３実施形態でも、ロボット１０に取付けられたツール３０は制御部５１によってツール用制御周期で制御され、ツール用制御周期はロボット１０の制御周期よりも短い。このため、第１実施形態と同様の作用効果を達成することができる。

なお、第１〜第３実施形態において、センサ６０の検出結果に対するブロブ処理、パターンマッチ処理等の画像処理、重心位置検出等を、ロボット制御装置２０、ツール制御装置５０、又は他のコンピュータ等が行ってもよい。
例えば、センサ６０が画像を長周期で処理が可能なロボット制御装置２０に送信し、ロボット制御装置２０において対象の輪郭を使ったパターンマッチを行い、対象Ｏの正確な位置または姿勢を検出し、ロボット制御装置２０はその検出結果をもとに対象Ｏに近づくようにロボット１０を制御してもよい。この時に、センサ６０はその検出結果を受け取り、検出画像において対象Ｏが検出された検出位置付近に絞ったブロブ処理、パターンマッチ処理等の画像処理、重心位置検出等を行って得られたセンシングデータを短周期の処理が必要なツール制御装置５０に送信し、ツール制御装置５０がツール本体３２を移動させても良い。
また、第１〜第３実施形態において、ツール制御装置５０の機能の一部又は全てをロボット制御装置２０、センサ６０、又は他のコンピュータ等が担うことも可能である。
なお、第１〜第３実施形態において、作業対象を検出対象としたが、作業対象と相対関係が一定に保たれている別の対象を検出対象としても良い。

また、センサ６０、ロボット制御装置２０、およびツール制御装置５０がそれぞれ上位制御装置に接続され、センサ６０、ロボット制御装置２０、およびツール制御装置５０の検出結果、設定、演算結果等が上位制御装置を経由して送受信されてもよい。
また、ツール本体３２は、機械加工等の所定の加工を行うための加工ツール、溶接ツール、塗装ツール、清掃ツール、接写式カメラおよび非接触式の温度計を含む測定ツール、各種センサ、ナットランナを含む組立用ツール等、公知の他のツールであってもよく、対象Ｏも車体、車体に設けられた孔等の組立作業対象部又は加工対象部、フレーム、部品、半製品、食品、医薬品等を含む様々な物であり得る。

また、第１〜第３実施形態において、モータを用いて吸着部３２ｂをＸ軸方向に移動させる吸着部移動装置をツール本体３２が備えており、ツール制御装置５０がセンサ６０による対象Ｏの検出位置を用いて吸着部移動装置を制御してもよい。
また、第１〜第３実施形態において、ツール本体３２が複数の指によって対象Ｏを把持するハンドである場合、センサ６０による対象Ｏの検出位置を用いてツール制御装置５０がハンドの各指を制御してもよい。これらの場合、ツール移動装置４０が無くても前述と同様の作用効果が達成され得る。
また、第１〜第３実施形態において、ロボット１０のアーム１２を構成している複数のアーム部材のうち最も先端側のフランジ部材１３（最終軸周りに駆動されるアーム部材）のみ高速に動作可能にして、ロボット制御装置２０にツール制御部５１を組み込み、最も先端のアーム部材をロボット１０の制御周期よりも短いツール用制御周期で制御することで、同様の作用効果が達成され得る。なお、最も先端側から２番目のアーム部材を同様にツール用制御周期で制御してもよい。

また、第１〜第３実施形態において、搬送装置２の代わりに、他のロボットが対象Ｏを移動させてもよい。この場合でも前述と同様の作用効果が達成され得る。さらに、対象Ｏが自動車等の場合は、所定の作業が行われる対象Ｏである車体がそのエンジン、車輪等によって移動してもよい。これらの場合、他のロボット、エンジン、車輪等が移動手段として機能する。

第１〜第３実施形態において、搬送装置２の代わりに、対象Ｏが重力によって滑り落ちる、転がり落ちる、又は落下するシューターによって、対象Ｏを移動させてもよい。この場合、傾斜しているシューターを加振装置によって振動させ、これによりシューター上の対象Ｏの移動を円滑にすることも可能である。これらの場合、シューター、加振装置等が移動手段として機能し、シューターによって移動している対象Ｏがロボット１０に取付けられたツール本体３２によって取出される。

なお、第１〜第３実施形態では、ツール移動装置４０は、ツール本体３２をＸ軸方向に移動させるために、モータ４３およびボールねじ４２とを有するＸ軸方向アクチュエータを有する。これに対し、ツール移動装置４０がＸ軸方向アクチュエータと同様のＹ軸方向アクチュエータをさらに備えており、ツール制御装置５０がセンサ６０による対象Ｏの検出位置を用いてＸ軸方向アクチュエータおよびＹ軸方向アクチュエータを制御してもよい。この場合、ツール本体３２の位置を対象ＯにＸ軸方向およびＹ軸方向に高精度に追随させることができる。ツール移動装置４０が、Ｚ軸方向アクチュエータ、回転方向アクチュエータ等をさらに備えていてもよい。

２ 搬送装置（移動手段）
２ａ モータ
１０ ロボット
１１ サーボモータ
１２ アーム
１３ フランジ部材
２０ ロボット制御装置
２１ ロボット制御部
２３ 記憶部
２３ａ システムプログラム
２３ｂ 動作プログラム
３０ ツール
３１ スライダ
３２ ツール本体
３２ａ ベース部
３２ｂ 吸着部
３２ｃ センサ
３３ 配管
３４ 吸引装置
４０ ツール移動装置
４１ 移動装置本体
４２ ボールねじ
４３ モータ
５０ ツール制御装置
５１ 制御部
５３ 記憶部
５３ａ システムプログラム
５３ｂ 追随制御プログラム
６０ センサ
６１ プロセッサ
６２ ＲＡＭ
６３ メモリ
Ｏ 対象

Claims (4)

1. 対象を移動させる移動手段によって移動する前記対象の少なくとも位置を検出するためのデータを取得するセンサと、
   ツールが取付けられ、前記ツールによって前記対象に対して所定の作業を行うロボットと、
   前記ツールを前記ロボットに対して移動させるためのツール移動装置を、前記ロボットの制御周期よりも短いツール用制御周期で前記データに基づき制御する制御部と、を備え、
   前記ツール移動装置が、前記ツールと共に前記センサを移動させるものであり、
   前記センサが、前記ロボットの制御周期よりも短い周期で前記データを取得するものであり、
   前記ロボットを制御するロボット制御装置が、前記センサから遂次受信する前記データを前記ツール用制御周期よりも長い周期ごとに用いて、前記センサを前記対象に追随させる第１の追随制御が行われるように前記ロボットを制御し、
   前記制御部が、前記センサと共に移動する前記ツールを前記対象に追随させる第２の追随制御を行うために、前記センサの画角内の所定の位置に前記対象の特定の位置を常に配置するように前記ロボットの制御周期よりも短い前記ツール用制御周期で前記ツール移動装置を制御するロボットシステム。
2. 前記データに基づき検出される前記対象の位置が所定の基準を超えて変動した時に、前記ロボットおよび前記ツールの少なくとも一方が異常対応作動を行う、請求項１に記載のロボットシステム。
3. ロボットであって、
   ツールが取付けられ、対象を移動させる移動手段によって移動する前記対象に対して前記ツールによって所定の作業を行うアームと、
   前記移動手段によって移動する前記対象の少なくとも位置を検出するためのデータを取得するセンサと、
   前記ツールを前記アームに対して移動させるためのツール移動装置を、前記ロボットの制御周期よりも短いツール用制御周期で前記データに基づき制御する制御部と、
   前記アームを制御するロボット制御装置と、を備え、
   前記ツール移動装置が、前記ツールと共に前記センサを移動させるものであり、
   前記センサが、前記ロボットの制御周期よりも短い周期で前記データを取得するものであり、
   前記ロボット制御装置が、前記センサから遂次受信する前記データを前記ツール用制御周期よりも長い周期ごとに用いて、前記センサを前記対象に追随させる第１の追随制御が行われるように前記アームを制御し、
   前記制御部が、前記センサと共に移動する前記ツールを前記対象に追随させる第２の追随制御を行うために、前記センサの画角内の所定の位置に前記対象の特定の位置を常に配置するように前記ロボットの制御周期よりも短い前記ツール用制御周期で前記ツール移動装置を制御するロボット。
4. 前記ツール移動装置が、前記ツールと共に前記センサを移動させるものである、請求項３に記載のロボット。

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