JP7410320B2

JP7410320B2 - ロボットシステムおよび制御方法

Info

Publication number: JP7410320B2
Application number: JP2022550515A
Authority: JP
Inventors: 俊之安藤
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-09-15
Filing date: 2021-09-10
Publication date: 2024-01-09
Anticipated expiration: 2041-09-10
Also published as: WO2022059600A1; CN116133809A; JPWO2022059600A1; US20230302634A1; DE112021003559T5

Description

本開示は、ロボットシステムおよび制御方法に関するものである。

複数のワークに対して、取り出し動作と位相合わせ動作とを繰り返す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。）。このロボットシステムにおいては、手首を回転させずに取り出し動作を行うと、手首の回転角度がストロークリミットに近づくため、ワークの間隔が大きくあくタイミングで、手首の回転角度を０°に近づく方向に回転させている。

特開２０１９－５８９７９号公報

３点以上の教示点間においてロボットを直線移動させる場合に、ロボットの各軸の回転量が小さくなる方向に移動させ続けることが行われる。この場合に、例えば、取り扱うワークの姿勢に応じて、いずれかの教示点におけるロボットの姿勢を補正しようとすると、先端手首軸の角度が動作限界を超えてしまい、エラー停止することが起こり得る。

先端手首軸の動作範囲は、通常、３６０°以上に設定されているため、動作限界を超える場合には、３６０°異なる角度に補正すればエラー停止を回避できるが、この場合には、手首先端軸を３６０°に近い角度だけ大きく回転させる必要がある。

大きな角度範囲の回転動作を教示点間の距離が短い動作区間、あるいは、ロボットがワーク等の周辺部材に近接している動作区間で行う場合には、手首に装着しているハンド等のツールが急激に回転したり、周辺部材に干渉したりする。
したがって、補正後の先端手首軸の角度が動作限界を超えることによるエラー停止を回避しつつ、ハンド等のツールの急激な回転および周辺部材との干渉を回避することが望まれている。

本開示の一態様は、３６０°以上の動作範囲を有する先端手首軸に、ワークに対して作業を行うツールを装着した多関節のロボットと、前記ワークの位置および姿勢を検出するセンサと、動作プログラムに基づいて前記ロボットを制御する制御装置とを備え、前記動作プログラムが、前記ツールの位置および姿勢を規定する複数の教示点と、該教示点間を各関節の回転量が最小となる方向に移動させる動作命令とを含み、前記制御装置が、前記センサにより検出された前記ワークの位置および姿勢に基づいて、前記ワークに対して作業を行う第１教示点における前記ツールの位置および姿勢を補正し、補正後の前記ツールの位置および姿勢に基づいて算出される前記第１教示点における前記先端手首軸の角度が動作限界を超えるか否かを判定し、前記動作限界を超えると判定された場合に、前記第１教示点および該第１教示点に隣接する１以上の他の前記教示点における前記先端手首軸の角度を、それぞれ３６０°増加または減少させた動作範囲内の角度に変更するロボットシステムである。

本開示の一実施形態に係るロボットシステムを示す斜視図である。図１のロボットシステムの制御装置に記憶された動作プログラムの一例を示す図である。図２の動作プログラムに設定された３つの教示点の一例を示す斜視図である。図２のロボットシステムの動作プログラムに教示されたワークと、カメラにより取得されたワークの位置および姿勢の相違の一例を説明する図である。図２の動作プログラムに設定された取り出し位置Ｐ３とアプローチ位置Ｐ２の変更処理の一例を説明する図である。本開示の一実施形態に係る制御方法を説明するフローチャートである。図１のロボットシステムおよび図６の制御方法の効果を説明する斜視図である。

本開示の一実施形態に係るロボットシステム１および制御方法について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボットシステム１は、図１に示されるように、ロボット２と、ロボット２により取り扱われるワークＷの位置および姿勢を検出するカメラ（センサ）３と、ロボット２を制御する制御装置４とを備えている。

ロボット２は、例えば、垂直６軸多関節型のロボットであり、床面に設置されるベース５と、鉛直方向に延びる第１軸線Ａ回りにベース５に対して回転可能な旋回胴６と、水平な第２軸線Ｂ回りに旋回胴６に対して回転可能な第１アーム７とを備えている。また、ロボット２は、第２軸線Ｂに平行な第３軸線Ｃ回りに第１アーム７に対して回転可能な第２アーム８と、第２アーム８の先端に取り付けられた３軸の手首ユニット９とを備えている。

手首ユニット９の先端手首軸１０は、３６０°以上の動作範囲、例えば、－２００°から＋２００°までの動作範囲を備えている。先端手首軸１０には、ワークＷを把持するハンド（ツール）Ｓが装着されており、ハンドＳによるワークＷの把持点がツール先端点として設定されている。ツール先端点には、ツール先端点を原点とし、ハンドＳに固定されたツール座標が設定されている。

カメラ３は、テーブル１１に置かれたワークＷの上方に、下向きに配置され、ワークＷを撮影することにより、ワークＷの位置および姿勢を検出することができる。検出されたワークＷの位置および姿勢の情報は、制御装置４に送られる。

制御装置４は、少なくとも１つのプロセッサと、メモリとを備えている。
制御装置４は、予め教示された動作プログラムを記憶し、動作プログラムに従ってロボット２を制御する。

動作プログラムの一例を図２に示す。
図中、「カクジクイチ［１］」は、ロボット２を各軸動作によって現在位置からイチ［１］まで移動させる動作命令である。ここで、イチ［１］はワークＷの払い出し位置Ｐ１である。また、「１００％」は各軸の動作速度を表している。

また、「トリダシカイシ：」と「トリダシシュウリョウ：」とで囲まれた４行目から６行目までに移動先として設定されたイチ［２］およびイチ［３］が、本実施形態における処理を行う位置として選択される。イチ［２］は、ワークＷに対するハンドＳのアプローチ位置（第２教示点）Ｐ２であり、イチ［３］は、ワークＷを把持する取り出し位置（第１教示点）Ｐ３である。

図中「チョクセン」は、ツール先端点を直線移動させる直線動作命令である。直線動作命令は、現在位置から目標となる教示点までの間の動作経路において、各関節の回転量が最小となる方向に各関節を移動させる。図３においては、アプローチ位置Ｐ２および取り出し位置Ｐ３への移動がツール先端点を直線移動させる動作である。「１００ｍｍ／ｓｅｃ」は直線動作の動作方向に沿う速度である。

図３に示されるように、取り出し位置Ｐ３に対してアプローチ位置Ｐ２は、ワークＷの高さよりも大きな距離だけ鉛直上方に移動した位置に配置されている。払い出し位置Ｐ１は、アプローチ位置Ｐ２および取り出し位置Ｐ３に対して、例えば、水平方向に十分に離れた位置に配置されている。
これにより、払い出し位置Ｐ１からハンドＳをワークＷに干渉させずにワークＷに近接させるアプローチ位置Ｐ２に移動してワークＷを把持するための準備状態とすることができる。

また、取り出し位置Ｐ３においてワークＷを把持したハンドＳを、いきなり払い出し位置Ｐ１に移動することなく、再度アプローチ位置Ｐ２に移動する。これにより、ワークＷをテーブル１１から若干持ち上げた位置において、ハンドＳによるワークＷの把持状態を確認することができる。

また、制御装置４は、次に把持するワークＷの位置および姿勢がカメラ３により検出されたときには、検出された位置および姿勢に基づいて、アプローチ位置Ｐ２および取り出し位置Ｐ３におけるツール座標の位置および姿勢を補正する。
具体的には、取り出し位置Ｐ３については、図４に破線で示される動作プログラムに規定されたワークＷを把持するためのツール座標の位置および姿勢が、カメラ３により検出された実線で示されるワークＷの位置および姿勢に基づいて補正される。また、アプローチ位置Ｐ２については、補正前の動作プログラムによって規定されている取り出し位置Ｐ３との相対関係が維持されるツール座標の位置および姿勢に補正される。

この場合において、取り出し位置Ｐ３におけるツール座標の位置および姿勢が補正された結果、補正後のツール座標の位置および姿勢から算出されるロボット２の各関節の回転角度が動作範囲を超えてしまう場合がある。
具体的には、図５に示されるように、動作プログラムのアプローチ位置Ｐ２における先端手首軸１０の角度が＋１５０°、取り出し位置Ｐ３における先端手首軸１０の角度が＋１９０°である場合を例示する。

そして、カメラ３により検出されたワークＷの位置および姿勢に基づく補正後の取り出し位置Ｐ３における先端手首軸１０の角度が＋２１０°となるものとする。アプローチ位置Ｐ２については、補正前の取り出し位置Ｐ３との相対関係が補正後も維持されるよう、先端手首軸１０の角度が＋１７０°に補正される。

この場合に、本実施形態においては、制御装置４は、動作プログラムにおいて選択されているアプローチ位置Ｐ２および取り出し位置Ｐ３について以下の処理を実施する。
すなわち、補正後の先端手首軸１０の角度＋２１０°が動作限界である＋２００°を超えているか否かを判定し、超えている場合には、先端手首軸１０の角度を、＋２１０°とは－３６０°異なる動作範囲内の－１５０°に変更する。
さらに、補正後のアプローチ位置Ｐ２における先端手首軸１０の角度は＋１７０°であり、動作範囲内ではあるが、補正前の取り出し位置Ｐ３との相対関係を補正後も維持するために、－３６０°異なるー１９０°に変更する。

次に、このように構成された本実施形態に係るロボットシステム１におけるロボット２の制御方法について、以下に説明する。
本実施形態に係る制御方法は、図６に示されるように、まず、カメラ３によりワークＷの位置および姿勢を検出し（ステップＳ１）、検出された位置および姿勢に基づいて、取り出し位置Ｐ３およびアプローチ位置Ｐ２におけるツール座標の位置および姿勢を補正する（ステップＳ２）。

そして、補正後のツール座標の位置および姿勢に基づいて取り出し位置Ｐ３およびアプローチ位置Ｐ２における各関節の角度を算出し（ステップＳ３）、先端手首軸１０の角度が動作限界を超えるか否かを判定する（ステップＳ４）。
さらに、本実施形態に係る制御方法は、動作限界を超えると判定された場合に、取り出し位置Ｐ３およびアプローチ位置Ｐ２における先端手首軸１０の角度を、３６０°異なる角度に変更する（ステップＳ５）。

このように構成された本実施形態に係るロボットシステム１および制御方法によれば、カメラ３による検出結果に基づいた補正により、取り出し位置Ｐ３における先端手首軸１０の角度が動作限界を超える場合に、３６０°異なる角度に変更する。これにより、先端手首軸１０の角度が動作範囲内に配置され、動作限界を超えることによるエラー停止を防止することができる。

この場合において、本実施形態においては、補正により動作限界を超えることとなる取り出し位置Ｐ３における先端手首軸１０のみならず、動作限界を超えていないアプローチ位置Ｐ２における先端手首軸１０についても３６０°異なる角度に変更される。これにより、図７に示されるように、ハンドＳをワークＷに近接させたアプローチ位置Ｐ２と取り出し位置Ｐ３との間で、ハンドＳを大きく回転させないので、ハンドＳとワークＷあるいは周辺物体との干渉を防止することができるという利点がある。従来は、ロボット２の次の目標位置についてのみ動作範囲をチェックして動作範囲におさめるようにしていたため、例えば、アプローチ位置Ｐ２から取り出し位置Ｐ３に移動する間に先端手首軸１０を３６０°回転させ、ハンドＳが周辺物体と干渉してしまったり、ワークＷを把持できなかったりという問題があった。本実施形態に係るロボットシステム１および制御方法によってこの問題を回避することができる。

一方、動作プログラムにおいて選択されていない払い出し位置Ｐ１については、先端手首軸１０を３６０°変更しないので、払い出し位置Ｐ１からアプローチ位置Ｐ２への移動中に先端手首軸１０が大きく回転させられる。払い出し位置Ｐ１については、アプローチ位置Ｐ２に対して十分に離れた位置に配置されているので、アプローチ位置Ｐ２までの経路においてハンドＳが大きく回転させられても、ワークＷや周辺物体に干渉することがない。

なお、本実施形態においては、動作プログラムにおいて「トリダシカイシ：」と「トリダシシュウリョウ：」とにより囲むことにより選択した全ての教示点について、補正により動作限界を超えた先端手首軸１０の角度を３６０°増減させる処理を実施した。これに代えて、動作プログラム内にサブプログラムを定義して、サブプログラム内の全ての教示点についてのみ、上記処理を実施してもよいし、各動作命令の付加命令（例えば、チョクセンイチ［２］１００ｍｍ／ｓｅｃトリダシ）にしてもよい。また、ロボット動作命令において本発明を適用することが分かるようになっていればよく、本実施形態に記載した記載方法に限らない。

また、本実施形態においては、ハンドＳによりワークＷに対して作業を行う単一の第１教示点である取り出し位置Ｐ３と、これに隣接する単一の第２教示点であるアプローチ位置Ｐ２について、上記処理を実施した。これに代えて、複数の第１教示点および複数の第２教示点について上記処理を実施してもよい。

１ロボットシステム
２ロボット
３カメラ（センサ）
４制御装置
１０先端手首軸
Ｐ２アプローチ位置（第２教示点）
Ｐ３取り出し位置（第１教示点）
Ｓハンド（ツール）
Ｗワーク

Claims

３６０°以上の動作範囲を有する先端手首軸に、ワークに対して作業を行うツールを装着した多関節のロボットと、
前記ワークの位置および姿勢を検出するセンサと、
動作プログラムに基づいて前記ロボットを制御する制御装置とを備え、
前記動作プログラムが、前記ツールの位置および姿勢を規定する複数の教示点と、該教示点間を各関節の回転量が最小となる方向に移動させる動作命令とを含み、
前記制御装置が、
前記センサにより検出された前記ワークの位置および姿勢に基づいて、前記ワークに対して作業を行う第１教示点における前記ツールの位置および姿勢を補正し、
補正後の前記ツールの位置および姿勢に基づいて算出される前記第１教示点における前記先端手首軸の角度が動作限界を超えるか否かを判定し、
前記動作限界を超えると判定された場合に、前記第１教示点および該第１教示点に隣接する１以上の他の前記教示点における前記先端手首軸の角度を、それぞれ３６０°増加または減少させた動作範囲内の角度に変更するロボットシステム。
前記第１教示点および該第１教示点に隣接する１以上の第２教示点が、前記動作プログラムにおいて選択され、
前記制御装置が、選択された前記第１教示点および前記第２教示点における前記先端手首軸の角度を、それぞれ３６０°増加または減少させる請求項１に記載のロボットシステム。
３６０°以上の動作範囲を有する先端手首軸にワークに対して作業を行うツールを装着した多関節のロボットと、前記ワークの位置および姿勢を検出するセンサとを備えるロボットシステムにおいて、動作プログラムに基づいて前記ロボットを制御する制御方法であって、
前記動作プログラムが、前記ツールの位置および姿勢を規定する複数の教示点と、該教示点間を各関節の回転量が最小となる方向に移動させる動作命令とを含み、
前記センサにより検出された前記ワークの位置および姿勢に基づいて、前記ワークに対して作業を行う第１教示点における前記ツールの位置および姿勢を補正することと、
補正後の前記ツールの位置および姿勢に基づいて算出される前記第１教示点における前記先端手首軸の角度が動作限界を超えるか否かを判定することと、
前記動作限界を超えると判定された場合に、前記第１教示点および該第１教示点に隣接する１以上の他の前記教示点における前記先端手首軸の角度を、それぞれ３６０°増加または減少させた動作範囲内の角度に変更することとを含む制御方法。
前記第１教示点および該第１教示点に隣接する１以上の他の前記教示点における前記先端手首軸の角度を、それぞれ３６０°増加または減少させた動作範囲内の角度に変更することが、
前記第１教示点および該第１教示点に隣接する１以上の第２教示点を、前記動作プログラムにおいて選択することと、
選択された前記第１教示点および前記第２教示点における前記先端手首軸の角度を、それぞれ３６０°増加または減少させることとを含む請求項３に記載の制御方法。