JPS60167787A - 作業用ロボツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 肢皇公団 本発明は、目標位置に対してボルト締め、クロメツト挿
入などの所定の作業をなす作業用ロボットに関する。

皿米挟生 従来この種の作業用ロボットにあっては、作業の目標位
置に対するツール先端の位置決めを行なわせる際、予め
空間における目標座標を設定したうえで、所定のシーケ
ンスによりロボツ１へのツール先端がその目標座標の位
置にくるような制御を行なわせる三次元の単純なティー
チング機能をもたせるようにしているか、作業の目標位
置の変動に対処することができず、目標位置が変動して
しまうと所定の作業を行なわせることかできないものに
なってしまっている。

ＩＪケ 本発明はこのような点を考慮してなされたもので、ロボ
ット自体に作業の目標位置を探索してツール先端をその
探索された目標位置に合せる機能をもたせ、三次元の空
間における作業の目標位置が変動する場合にもロボット
自体がその変動を検知し、自動的にその変動分に応じた
ツール先端の位置修正をなして　常に所定の作業を行な
わせることができるようにした作業用ロボットを提供す
るものである。

棗玖 以下、添付図面を参照して本発明の一実施例について詳
述する。

本発明による作業用ロボットにあっては、第１図に示す
ように、三次元空間を自在に動かせることができる多関
節アーム１　（図ではその一部分のみを示している）の
先端におけるハンド部分２にボルト締め、グロメット挿
入などの作業を行なわせるツール３、距離センサ４およ
び視覚センサ５をそれぞれ一体に取り伺け、距離センサ
４によりＸ−７面からなる作業対象面Ａとの間の距離を
はかりながらその作業対象面Ａに対してＺｉ［１１方向
に所定の距離りを保ってツール３の作業面Ｂが平行にな
るようにアーム１を駆動制御するとともに、アーム１の
先端部分を作業面Ｂに沿って動かして視覚センサ５によ
り作業対象面Ａ上にある作業の目標位置Ｐを探索してそ
の目標位置Ｐにツール３の先端を位置決めさせることが
できるように構成されている。

第２図はその制御系統の一構成例を示すもので、距離セ
ンサ４および視覚センサ５と、距離センサ４により測定
された作業面対象Ａとの間の距離データに応じて作業対
象面Ａに対してＺ軸方向に所定の距離りを保ってツール
３の作業面Ｂが平行になるような距離補正の演算処理、
および視覚センサ５の出力データにもとづいて作業対象
面Ａ上にある作業の目標位置Ｐにツール３の先端を位置
決めさせる位置補正の演算処理をそれぞれ行なうマイク
ロコンピュータ６と、アーム１およびツール３の各動作
シーケンスが組み込まれているコントロールシーケンサ
７と、そのシーケンサ７およびマイクロコンピュータ６
からそれぞれ出される各種指令信号に応じて作業用ロボ
ッ１への動作制御をなすロホ゛ツ１へコントローラ８と
、各ユニツＩ−間における信号の授受を行なわせるイン
タフェース回路９とによって構成されている。

第３図に、距離センサ４の具体的な構成例を示している
。ここでは超音波を利用したものが使用されており、パ
ルス発振器４１からのパルス信号をタイミング回路４２
を介して計数回路４３に与えるとともに、そのパルス信
号を送信増幅器４４を介して超音波送信機４５からパル
ス状の超音波を送信し、対象物（作業対象面Ａ）からの
反射波を超音波受信機４６により受信してその受信信号
を受信増幅器４７およびタイミング回路４２を介して計
数回路４３に与え、計数回路４３において超音波の送信
時にパルス信号が与えられてからその受信時にパルス信
号が与えられるまでの時間を計数して対象物との間の距
離を測定し、その測定データをマイクロコンピュータ６
に与えるようになっている。

また第４図に、視覚センサ５の具体的な構成例を示して
いる。ここでは、ＣＣＤを２次元的に配設した撮像部５
１およびビデオ増幅器５２からなるＣＣＤカメラ５３を
用いるようにしている。その制御系としては、ＣＰＵ５
４により集中制御されるビデオコントローラ５５，２値
化回路５６゜画像メモリ５７．シリアル入出力インタフ
ェース５８およびパルスコン１−ローラ５９からなり、
ビデオコン１ヘローラ５５の制御下においてパルスコン
１−ローラ５９を介してＣＣＤカメラ５３に読出パルス
信号を与え、それにより読み出された画像データを２値
化回路５６により２値化したうえで画像メモリ５７に蓄
積するとともに、その画像データをインタフェース５８
を介してマイクロコンピュータ６に与、えるようにして
いる。なお、図中６１はＣＰＵ５４の制御用ＲＡＭおよ
びプログラム用ＲＯＭを示している。またＣＲＴモニタ
６２を設けて、ビデオコントローラ５５の制御下におい
てＣＣＤカメラ５３により撮像された画像をＣＲＴ画面
に映し出すことができるようにしている。

このように構成された本発明による作業用ロボットの動
作について、以下説明する。

まず、コントロールシーケンサ７の動作シーケンスによ
り作業対象面Ａに対する距離測定のためのアーム１の駆
動制御をなして距離センサ４により３点測距による距離
測定を行なわせる。その際、第５図（ａ）に示すように
作業対象面Ａに対する３箇所における距離ＬＬ、Ｌ２．
Ｌ３をそれぞれ測定し、マイクロコンピュータ６におい
てその各測定された距離Ｌ１〜Ｌ３のデータに応じてそ
のときの作業対象面Ａとツール３の作業面Ｂとの相対位
置関係を演算により割り出し、その演算結果をロボット
コントローラ８に与えて同図（ｂ）に示すように作業対
象面Ａと作業面Ｂとが所定の距離りを保って互いに平行
になるようにアームＩの駆動制御を行なわせる。

次に、作業面已に沿って例えは作業対象面Ａにあるグロ
メット穴（作業の目標位置Ｐ）が見える位置（コントロ
ールシーケンサ７によるティーチング位置）に視覚セン
サ５のＣＣＤカメラ５３がくるようにアーム１を移動さ
せる。そのときマイクロコンピュータ６は、第６図に示
すように、視覚センサ５から送られてくる画像データに
もとづきグロメット穴１０の中心Ｐをわり出してカメラ
中心Ｏからの位置ずれ（ｘ＋ｙ）をめ、そのめられた位
置ずれにしたがって取付は寸法上法まっているカメラ中
心とツール中心との相対位置関係を加味したうえで、グ
ロメット挿入用のツール３の先端中心をクロメツト穴１
ｏの中心Ｐに一致させるためのアーム１の移動に応じた
補正制御量を算出する。

次いで、マイクロコンピュータ６により算出された補正
制御量がロボットコン１〜ローラ８に与えられ、それに
よりロボットコントローラ８はアームｌにおける各部駆
動用モータを適宜駆動してツール３の先端中心をグロメ
ット穴１ｏの中心○に対応する位置にまで移動させる。

しかるのち、コントロールシーケンサ７におけるグロメ
ット挿入の動作シーケンスにしたがって、ロボットコン
トローラ８はツール３の駆動制御をなして所定のグロメ
ット穴１ｏにグロメットの挿入を行なわせる。

なお作業面Ｂに沿ってアーム１を動かす場合には、第７
図に示すように、そのアーム先端のハンド部分２が常に
作業面Ｂに対して垂直になるようにアーム１の各部駆動
用モータの駆動制御がなされるようになっている。

また本発明では、作業対象面Ａにおけるクロメツ１〜穴
１０の中心Ｐと視覚センサ５のカメラ中心Ｏとの位置ず
れ（ｘ、ｙ）に応じてツール３の先端中心をクロメツ１
〜穴１０の中心Ｐに一致させる際、以下のような制御手
段をとるようにすることもできる。

すなわち、第８図に示すように、アーム先端におけるハ
ンド部分２′を回転可能なアーム構造とするとともに、
そのハンド部分２′の中心Ｃを中心とした同一円周上に
カメラ中心Ｏおよびツール３の先端中心０′がくるよう
にハンド部分２′の側部に視覚センサ５およびツール３
をそれぞれ取り付け、この場合はマイクロコンピュータ
６により前述のようにしてめられたカメラ中心Ｏとグロ
メット穴１０の中心Ｐとの位置すれ（ｘ、’ｙ）に応じ
てそれら円中心Ｏ２Ｐが一致するようなアーム１の移動
制御を行なわせ、しかるのちコントロールシーケンサ７
の動作シーケンスにより取付は寸法上法まっているカメ
ラ中心０とツール３の先端中心○′との相対位置関係に
したがう所定の角度だけハンド部分２′を作業面Ｂに沿
って回転させて、ツール３の先端中心Ｏ′をグロメット
穴１０の中心Ｐに一致させるようにする。

また第９図に示すように、アーム先端のハンド部分２″
を左右方向（または上下あるいは斜めの方向）に直線的
にスライド可能なアーム構造とするとともに、その直線
上にカメラ中心Ｏおよびツール３の先端中心Ｏ′がくる
ようにハンド部分２“に視覚センサ５およびツール３を
それぞれ取り付け、この場合はマイクロコンピュータ６
により前述のようにしてめられたカメラ中心Ｏとクロメ
ツ１〜穴１０の中心Ｐとの位置ずれ（ｘ、ｙ）に応じて
それら円中心○、Ｐが一致するようなアーム１の移動制
御を行なわせ、しかるのちコントロールシーケンサ７の
動作シーケンスにより取付は寸法上法まっているカメラ
中心０とツール３の先端中心Ｏ′との相対位置関係にし
たがう所定の距離だけハンド部分２“を作業面Ｂに沿っ
てスライドさせてツール３の先端中心０′をグロメット
穴１０の中心Ｐに一致させるようにする。

なお、ツール３としてはプロメツ１−挿入用のもの以外
に、その他ネジ締め、オイルまたはグリース注入用のも
のなどを広く用いることができることはいうまでもない
。

また本発明の作業用ロボットにあっては、アーム先端の
ハンド部分２を駆動させるマニピュレータとしてその位
置決め精度の高いものを使用するようにすれは、アーム
ｌ自体の位置決めを行なわせるマニピュレータに精度の
低いものを使用することができるようになる。すなわち
、前述した距離センサ４による作業対象面Ａに対する３
点ａ＋ｌｌ距時および作業対象面Ａにおけるグロメッ１
へ穴１゜に苅するアームの初期設定時におけるコントロ
ールシーケンサ７によるティーチング位置にアーム先端
をもってくる場合には何ら高い位置精度を必要としない
ために、そのときのアームｌの動作を低精度マニピュレ
ータによって行なわせても何ら支障がない。またグロメ
ッ！−穴１ｏの中心Ｐにツール中心またはカメラ中心を
一致させる場合には、それを高精度マニピュレータによ
って行なわせることにより例えば０．０１ｎｌＩｎオー
ダでの位置決めをなすことが可能となる。このように本
発明による作業用ロボットでは、多関節アーム駆動用の
マニピュレータとして全て高精度のものを使用しなくと
も、その一部のみに高精度マニピュレータを用いるだけ
で位置決め精度の高いロボット制御を実現することがで
きるようになる。

塾米 以上、本発明による作業用ロボットにあっては、アーム
先端のツールが設けられたハンド部分に距離センサおよ
び視覚センサをそれぞれ取り付け、それら各センサ出力
に応じた演算処理をなすことにより３次元的に変動する
作業の目標点に追随してツール先端の位置決め補正を自
動的に行なわせるようにしたもので、ロボット自体が作
業の目標点を探索してツール先端をその探索された目標
点に対応する所定の位置に位置決めして常に所定の作業
を行なわせることができるという優れた利点を有してい
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による作業用ロボットの一実施例におけ
る多関節アームの先端部分の構成を示す斜視図、第２図
は同実施例における制御系統の構成を示すブロック図、
第３図は同実施例における距離センサの具体的な構成例
を示すブロック図、第４図は同実施例における視覚セン
サの具体的な構成例を示すブロック図、第５図（ａ）、
（ｂ）は作業対象面とツール作業面との相対関係をそれ
ぞれ示す図、第６図は視覚センサのカメラ中心と作業の
目標点との位置のずれの関係を示す図、第７図は作業面
に対するアーム先端のハンド部分の動作状態を示す図、
第８図および第９図は本発明の他の実施例における多関
節アームの先端部分の構成をそれぞれ示す斜視図である
。 ■・・・多関節アーム　２，２′、２″・・・ハンド部
分３・・・ツール　４・・・距雛センサ　５・・・視覚
センサ６・・・マイクロコンピュータ　７・・・コン１
−ロールシーケンサ　８・・・ロボットコン１−ローラ
　９・・・インタフェース回路　１０・・・グロメツ１
へ穴　５３・・・ＣＣＤカメラ（ビデオカメラ）　Ａ・
・・作業対象面Ｂ・・・作業面　Ｐ・・・作業の目標点
出願人代理人　鳥井　清 第５図 第６図 第７図 第８図 第９０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 三次元空間を自在に動かせることができる多関節アーム
   の先端部分にツール、距離センサおよび視覚センサをそ
   れぞれ一体に取り付け、距離センサによりＸ−Ｙ面から
   なる作業対象面との間の距離をはかりながらその作業対
   象面に対してＺ軸方向に所定の距離を保ってツールの作
   業面が平行になるようにアームを駆動制御する手段と、
   アームの先端部分を作業面に沿って動かして視覚センサ
   により作業の目標位置を探索してその目標位置にツール
   の先端を位置決めさせる手段とを設けることによって構
   成された作業用ロボット。