JPS63288683A - 組立てロボット - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野》 本発明は複数の部品からなる見本製品の構造を検出して
、この見本製品と同一製品を自動的に組立てる組立てロ
ボットに関する。

（従来の技術） 従来、例えばコンベア等にて順次搬入される複数種類の
部品を組合わせて一つの最終製品に組立てる組立てロボ
ットにおいては、まず、人間が最終製品の構造を調べて
、最終製品を構成する各部品の３次元位置と姿勢各とを
算出する。そして、それらの３次元位置と姿勢各からな
る配ｌＦ＃ｌＩ報からその部品を所定位ｌから配置情報
の示す位置へ移動させるため単位作業を算出する。ざら
に、各部品を順次組立てて一つの最終製品にするまでの
作業順序（組立て順序）を求める。そして、各単位作業
および作業順序をロボット本体が理解できるプログラム
に編集して、ロボット本体を駆動させる。

また、組立てロボットに視覚、触覚等のセンサを取付け
、予め人間が組込んだプログラムに従って、組立て時の
各部品の位置を自動補正したり、動作を自動変更するも
のも開発されている。

また、ホストコンピュータから、このコンピュータに組
込まれたＣＡＤ　（コンピュータによる自動設計）デー
タから得られる前記各部品に対する単位作業や作業順序
を受領して、前記最終製品を自動的に組立る組立てロボ
ットも提案されている。

しかしながら、一般に組立てロボットを駆動制御するプ
ログラムの作成作業は非常に煩雑であり、しかも多数の
アームやハンドを動作させる必要があるので、実際にロ
ボットを駆動させてプログラムチェックを実施する場合
にプログラムミスに起因する誤動作による危険発生が懸
念される。

また、前述したセンサを用いて各部品の位置を自動補正
するプログラムはさらに複雑になる。

また、ＣＡＤデータを利用したプログラム自動化につい
ては、上述した問題は発生しないが、ホストコンピュー
タで最終製品に対する自動設計を実行する場合に、自動
設計には直接関係のない組立て順序（作業順序）までＣ
ＡＤ化する必要がある。その結果、自助設計のためのプ
ログラム作成が非常に煩雑になる。

このように、従来の組立てロボットにおいては、プログ
ラム作成が非常に煩雑になる問題がある。

さらに、最終製品の形状が少しでも変更になると、最初
からプログラムを作成し直す必要があり、さらに煩雑に
なる。特に、ＣＡＤデータを使用する場合は、ホストコ
ンピュータのＣＡＤデータの作成まで遡ってプログラム
訂正を実施する必要がある。したがって、朝立てロボッ
トの稼働率を考慮すると上記ＣＡＤデータを使用する方
法は実用的でない。

（発明が解決しようとする問題点） 上述したように、従来の組立てロボットにおいては、ロ
ボット本体を駆動制御するプログラムの作成が煩雑であ
り、プログラム作成の専任者が必要であった。また、稼
動させるまでの準備作業に多大の時間を必要とした。

本発明は、このような事情に基づいてなされたものであ
り、見本製品の３次元構造を自動的に検出してそれに基
づいて各部品の単位作業および作業順序を得ることによ
って、たとえａｍ製品（見本製品）の構造が変化したと
してもプログラム変更の必要がなく、門型に製造製品の
変更ができる組立てロボットを提供することを目的とす
る。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の組立てロボットは、既知形状を有した複数の部
品を組合わせてなる見本製品を複数方向から撮像して得
られた複数の２次元形状から見本製品の３次元形状を得
る３次元計測器と、この３次元計測器から得られた３次
元形状および既知の各部品の形状から見本製品を構成す
る各部品の配置情報を得る構造検出手段と、各部品の３
次元位置を移動させるロボット本体と、構造検出手段に
て得られた各部品の配置情報から、各部品を配置情報の
示す位置へ移動させるための各単位作業を算出する単位
作業算出手段と、各部品を用いて見本製品と同一製品を
組立てる場合における各単位作業の作業順序を算出する
作業計画手段と、この作業計画手段にて得られた作業順
序に従って、各単位作業を前記ロボット本体を駆動する
動作指令データへ順次変換する動作計画手段と、この動
作計画手段にて変換された各動作指令データで前記ロボ
ット本体を駆動する駆動制御手段とを備えたものである
。

（作用） このように構成された組立てロボットであれば、既知形
状を有した複数の部品を組合わせてなる最終製品と同一
構成の見本製品全体の３次元形状は複数方向から撮像さ
れた２次元形状から求められる。さらに、見本製品を構
成する各部品の形状は既知であるので、３次元形状から
各部品の位置と姿勢とからなる配置情報を判断できる。

すなわち見本製品の構造が検出できる。

そして、得られた各部品の配置情報から、各製品を用い
て見本製品と同一のＲｎ製品を組立てる場合における各
製品の移動を示す単位作業および作業順序が求められる
。各単位作業はロボット本体を駆動させるための動作指
令データへ変換され、前記作業順序に従って、順次ロボ
ット本体へ送出される。しかして、見本製品と同一構成
の最終製品が組立てられる。

したがって、見本製品と同一製品が自動釣に組立てられ
るので、プログラム変更を行なうことなく見本製品を変
更することによって最終製品を変更できる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は実施例の組立てロボットの概略構成を示す模式
図である。最終製品を構成する各部品１を搬入するコン
ベア２に瞬接してロボット本体３が［されている。この
ロボット本体３は、左右に配設された２本のアーム４，
５と、各アーム４゜５の先端に取付けられた各ハンド６
．７と、各ハンド６．７で各部品１を掴む場合の握力を
検出する各力覚センサ８，９等が組込まれている。また
、ロボット本体３には最終製品と同一構成の見本製品１
０の２次元形状を得るための一対のＣＣＤカメラ１１ａ
、１１ｂが取付けられている。

各ＣＣＤカメラ１１ａ、１ｂで得られた見本製品１０の
異なる方向から見た各２次元形状データは構造検出モジ
ュール１２へ入力される。この構造検出モジュール１２
にて得られた見本製品１０の構造データは作業計画立案
モジュール１３へ入力される。この作業計画立案モジュ
ール１３は、作業計画部１３８と動作計画８ｆＩ　１３
　ｂとで構成されている。作業計画立案モジュール１３
から出力された各動作指令データは駆動制御モジュール
１４へ入力される。この駆動制御モジュール１４は入力
された動作指令データに従ってロボット本体３を駆動制
御する。

このロボット本体３は、−ＩＩの［センサ付知能ロボッ
ト］であり、駆動Ｉｌｌ　日モジュール１４から例えば
一つの部品１を指定位置へ移動させるための各アーム４
．５および各ハンド６．７に対する動作指令データが入
力すると、前記一対のＣＣＤカメラ１１ａ、１１ｂおよ
び力覚センサ８．９のフィードバック信号でもって動作
を修正しながら各部品１に対する移動作業を実行する。

なお、前記見本製品１０は既知形状を有した複数の部品
１を組合わせて構成されている。そして、ロボット本体
３はコンベア２にて順次搬入される各部品１をハンド６
．７で掴んで見本製品１０と同一の最終製品を組立てる
。なお、図中１５は最１１製品の組立て途中を示す半完
成品である。

前記構造検出モジュール１２は、一種のマイクロプロセ
ッサで構成されており、第２図のブロック図で示すこと
が可能である。すなわち、一対のＣＣＤカメラ１１ａ、
１１ｂは、自己の位置を対象物である見本製品１０に対
して種々移動させながら、又は見本製品１０を回転させ
ながら、この見本製品１０を複数方向からｍｓする。見
本製品１０を種々の方向から観測するのは、一方向から
物体を観測しただけでは見えない部分の、測定を行なう
ためである。

３次元測定器１６は、各ＣＣＤカメラ１１ａ。

１１　ｂｔ’１ｆｉｌｌされた複数方向の２次元形状デ
ータから見本製品１０の各頂点、稜線の３次元座標を求
める。次の階層別分類器１７は、３次元計測器１６で求
めらた見本製品１０の各頂点、各稜線の３次元座標を、
＾さ方向の各階層に分類し、階層毎の断面外形情報を得
る。

断面解釈器１８は、上記階層別分離器１７で得られた階
層別の断面外形情報、及び部品形状メモリ１９から得ら
れた各部品毎、の形状データを比較して、その断面に含
まれる部品を固定し、各階層毎に含まれる部品の情報を
得る。なお、ｎ記部品形状メモリ１９内には、この見本
製品１０を構成する各部品１毎に３次元形状を決定する
ための断面形状データを含む各データが予め記憶されて
いる。

次の構造認識器６は、断面解釈器１８によって抽出され
た各階層毎の部品情報を階層間で結合し、前記部品メモ
リ１９から送出される各部品１の形状データを参照して
、見本製品１０を構成する各部品の３次元位置及び姿勢
からなる配置情報を出力する。構造認識器２０から出力
された各部品１の配ｆｆ１１１報は構造データメモリ２
１へ書込まれる。

しかして、前記階層別分類器１７．断面解釈器１８およ
び構造認識器２０は見本製品１０に対する構造検出手段
を１１１成する。

前記構想データメモリ２１内には、第３図に示すように
、見本製品１０を構成する各部品１毎に、部品番号（パ
ーツ船）１部品の型式番号（タイプ島）１例えば部品１
の中心位置における見本製品１０に組込んだ状態におけ
る３次元座標（Ｘ、Ｙ。

Ｘ）で示される位置データ、およびその位ｌにおける立
体方位角（α、β、γ）で示される姿勢データが記憶さ
れる。

次に、例えば、マイクロプロセッサ等のプログラム１Ｉ
ｉ１１１１手順で示される作業計画立案モジュール１３
の説明を行なう。

この作業計画立案モジュール１３内には、第４図に示す
ように、コンベア２にて順次搬入されてくる最終製品を
構成する各部品１を前記構造データメモリ２１内に設定
された位置および姿勢からなる配置情報の指定する位置
へ移動させるための移動データ等からなる各単位作業を
格納する単位作業メモリ２２が形成されている。また、
この単位作業メモリ２２には各単位作業毎にその単位作
業を実行する順序Ａを格納する順序領域２２ａが形成さ
れている。

また、標準作業関数メモリ２３が形成されている。すな
わち、ロボット本体３が実行する各単位作業は例えばコ
ンベア２にて搬入される部品１を構造データメモリ２１
の配置情報の指定する位置へ移動させる作業である。し
たがって、部品１を掴む位置の情報、移動先の配置情ｆ
！ｆｉ（Ｘ、Ｙ、Ｚ。

α、β、γ）、若干の部品形状データ等を、パラメータ
とすると、実際にロボット本体３へ印加する各アーム４
．５および各ハンド６．７へ送出する動作指令データｐ
１．ｐ２　、・・・、Ｐｎは前記各パラメータの関数と
して定義できる。なお、各部品１を掴む位置はＣＣＤカ
メラ１１ａ、１１ｂにてその位置が自動的に把握される
ので、上記関数に含まれない場合が多い。そして、標準
作業関数メモリ２３は、上記各関数を記憶する。

そして、作業計画部１３ａは第５図の流れ図を実行する
。すなわち、構造データメモリ２１から各部品１の位置
座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と姿勢角（α。

β、γ）とからなる配置情報を読出して、該当部品を最
終位置へ移動させるための各単位作業を作成する。そし
て、単位作業メモリ２２の各領域へ順次格納する。

構造データメモリ２１に記憶された全部の部品１に対す
る単位作業が単位作業メモリ２２へ格納されると、Ｐ１
以降において、各中位作業の順序付処理を行なう。すな
わち、最終製品を組立てる場合は、下方に位置する部品
１を先に位置させ、その後、上方に位置する部品１を下
方位置の部品１上に載置する必要がある。具体的には、
構造データメモリ２１内の各部品１の配置情報の各縦軸
（Ｘ軸）座標位置を比較して、各部品１の上下関係を決
定し、上位置の部品１に対する単位作業の作業順序を上
位置の部品１に対する単位作業の作業順序より先に設定
する。流れ図上の処理としては、単位作業メモリ２２の
各番地の単位作業を比較して最優先の単位作業を順序１
と決定して、該当単位作業の順序領域に順序１を設定す
る。次に順序１の中位作業を除いた残りの各単位作業を
比較して最優先の単位作業を順序２と決定して、該当単
位作業の順序領域に順序２を設定する。このように単位
作業メモリ２２の全部の単位作業に対する順序Ａを設定
する。

作業計画部１３ａにおいて、単位作業メモリ２２に対す
る各単位作業及び作業順序Ａの設定処理が終了すると、
プログラム＄１１１１１１が動作計画部１３ｂへ移動し
、第６図の流れ図で示す動作計画処理が実行される。流
れ図が開始されると、先ず単位作業メモリ２２の読出し
ポインタを兼用する作業順序Ａを１に設定する。そして
、Ｐ２にて単位作業メモリ２２の作業順序への領域の単
位作業を読出す。そして、Ｐ３にて作業標準関数メモリ
２３に記憶されている各関数で表示された各動作指令デ
ータＰ１〜ｐｎを読出す。そして、先に読出された単位
作業に含まれる座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）や姿勢角（α、β、
γ）やその他のこの単位作業を実行するための各帰デー
タ値を用いて、各動作指令データＰ１〜Ｐｎの実際の値
を棹出して、次の駆動制御モジュール１４へ送出する。

以上で一つの単位作業に対するロボット本体３のアーム
４，５やハンド６．７を駆動制御するための動作指令デ
ータＰ１〜ｐｎへの展開処理が終了したので、作業順序
Ａを１だけ増加する。Ｐ４にて増加後の作業順序Ａが単
位作業メモリ２２に格納されている単位作業数Ｎを越え
ていないことを確認すると、Ｐ２へ戻り、次の作業順序
Ａの単位作業に対する動作指令データへの展開処理を開
始する。

Ｐ４にて単位作業メモリ２２に記憶された全部の単位作
業に対する動作指令データへの展開処理が終了すると、
プログラムの制御を駆動制御モジュール１４へ移動させ
る。

しかして、駆動制御モジュール１４は、作業計画立案モ
ジュール１３から各動作指令データを受領すると、第７
図の流れ図に従って、ロボット本体３に対する駆動制御
処理を実行する。まず、作業計画立案モジュール１３か
ら作業順序で単位作業毎にその中位作業に対応する動作
指令データＰ１〜Ｐｎおよび作業順序Ａが入力すると、
入力された各動作指令データＰ１〜Ｐｎおよび作業順序
Ａを−Ｈ動作指令データメモリへ格納する。

Ｐ５にて全部の単位作業に対応する動作指令データの動
作指令データメモリへの格納処理が終了すると、続出順
序を指定する作業順序Ａを初期値１に設定する。そして
、Ｐ６にて、作業順序Ａに対応する動作指令データＰ１
〜ｐｎを動作指令データメモリから読出して、ロボット
本体３へ送出する。

ロボット本体３は入力した動作指令データＰ１〜ｐｎに
従って、コンベア２にて搬入された該当部品１を指定位
置へ移動させる。

Ｐ７にてロボット本体３による一つの単位作業の完了を
検出すると、作業順序Ａを１だけ増加する。Ｐ８にて増
加後の作業順序Ａが単位作業数Ｎを越えていないことを
確認すると、Ｐ６へ戻り、次の作業順序Ａの単位作業に
対する動作指令データを読出してロボット本体３へ送出
する。

Ｐ８にて作業順序ＡがＲ柊順序Ｎを越えると、ロボット
本体３による一つの最終製品の組立て作業は終了する。

このように構成された組立てロボットであれば、ｌｌ１
ｎ製品を構成する各部品１の形状データを予め部品形状
メモリ１９内に設定しておき、最終製品と同一構成の見
本製品１０を製作し、ロボット本体３に取付けられたＣ
ＣＤカメラ１１ａ、１１ｂの視野内に配設された回転台
に載置して１回転させる。そして、ＣＯＤカメラ１ａ、
１１ｂにて複数方向から２次元ｌｉｉ像をａｍさせる。

すると、構造検出モジュール１２内で見本製品１０の構
造が検出される。そして、作業計画立案モジュール１３
で最終製品を組立てる場合の各単位作業および作業順序
が決定される。そして、ロボット本体３の各アーム４．
５や各ハンド６．７を実際に駆動させる動作指令データ
とて駆動制御モジュール１４を介してロボット本体３へ
印加される。

したがって、各部品の形状データを予めキー人力するの
みで、見本製品１０と同一構成の最終製品がこの組立て
ロボットによって自動的に組立てられることになる。こ
のことは、一旦、３次元構造を解析したり作業順序を解
析するプログラムを設定すれば、見本製品１０の組立て
構造を変更するのみで、最終製品の組立て構造を任意に
変更できる。

したがって、＠柊製品の組立てＩＭ造が変更する度にロ
ボット本体３を駆動υＩＩＩするためのプログラムを変
更したり作り直す必要がないので、製造製品を簡単に変
更できる。その結果、組立てロボットにおける製造製品
の段Ｒえ作業が簡素化され、専任のプログラマ−を必要
とせず、不馴れな作業員でも間違えることなり１ｌｌＩ
ｌに段替え作業ができ、組立てロボット全体の稼−率を
向上できる。また、段替えの度にプログラムチェックを
行なう必要がないので、安全性を大幅に向上できる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、実際に部品を移動させて最終製品を組立て
るロボット本体３および駆ｖＪｌｌｌ　ＩＩモジュール
１４と、見本製品１０の構造を解析して各単位作業の計
画立案を行なう溝道検出モジュール１２および作業計画
立案モジュール１３とを分離して、両者を個別に稼働さ
せることにより、複数台の組立てロボットを段目する場
合に、１ｆ４造検出モジユール１２と作業計画立案モジ
ュール１３のＩ！Ｑ１台数をロボット本体３と駆動副部
モジュール１４の設置台数より少なくすることが可能で
ある。すなわち、上記１Ｍ造検出モジュール１２と作業
計画立案モジュール１３は製品に変更が生じたときのみ
必要となる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、見本製品の３次元
構造を自動的に検出してそれに基づいて各部品の単位作
業および作業順序を得るようにしている。したがって、
たとえ最ｎ製品（見本製品）の構造が変化したとしても
プログラム変更の必要がなく、簡単な操作でもって、か
つ安全に製造製品の変更ができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例に係わる組立てロボットを示すも
のであり、第１図は全体の構成を示す模式図、第２図は
構造検出モジュールを示すブロック図、第３図は構造デ
ータメモリの記憶内容を示す図、第４図は作業計画立案
モジュールの記憶内容を示す図、第５図乃至第７図は動
作を示す流れ図である。 １・・・部品、２・・・コンベア、３・・・ロボット本
体、４．５・・・アーム、６．７・・・ハンド、１０・
・・見本製品、１１　ａ、１　ｌ　ｂ−ＣＯＤカメラ、
１２−・・構造検出モジュール、１３・・・作業計画立
案モジュール、１３ａ・・・作業計画部、１３ｂ・・・
動作計画部、１４−・・駆動１１Ｊ　ｍ−Ｅジュール、
１６　・３次元計量ｕ、１９・・・部品形状メモリ、２
０・・・構造認識器、２１・・・構造データメモリ、２
２・・・単位作業メモリ、２３・・・標準作業関数メモ
リ。 ＡＱＯ− 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 既知形状を有した複数の部品を組合わせてなる見本製品
   を複数方向から撮像して得られた複数の２次元形状から
   前記見本製品の３次元形状を得る３次元計測器と、この
   ３次元計測器から得られた３次元形状および前記既知の
   各部品の形状から前記見本製品を構成する各部品の配置
   情報を得る構造検出手段と、前記各部品の３次元位置を
   移動させるロボット本体と、前記構造検出手段にて得ら
   れた各部品の配置情報から、各部品を前記配置情報の示
   す位置へ移動させるための各単位作業を算出する単位作
   業算出手段と、前記各部品を用いて前記見本製品と同一
   製品を組立てる場合における前記各単位作業の作業順序
   を算出する作業計画手段と、この作業計画手段にて得ら
   れた作業順序に従って、前記各単位作業を前記ロボット
   本体を駆動する動作指令データへ順次変換する動作計画
   手段と、この動作計画手段にて変換された各動作指令デ
   ータで前記ロボット本体を駆動する駆動制御手段とを備
   えたことを特徴とする組立てロボット。