JPWO2017033355A1 - マニピュレータシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、移動装置により移動するワークに対して精度良く作業可能なマニピュレータシステムを提供することを目的とする。
移動装置（３０）によって移動するワーク（Ｗ）に対して作業を行うマニピュレータシステム（１００）であって、ワークに対して作業を行うためのツールが取り付けられるロボットアーム（１）と、ロボットアームを操作するための操作デバイス（２）と、ワークの移動に追従しながらワークを撮像するための第１撮像手段（３Ａ）と、ワークに対する作業の様子を撮像するために作業エリアに固定して設けられた第２撮像手段（３Ｂ）と、第１撮像手段によって撮像された映像及び第２撮像手段によって撮像された映像を表示する表示手段（４）と、ワークの移動量を検出し、ワークの移動量に応じてロボットアームを追従制御しつつ、操作デバイスの操作指令に基づいてロボットアームの動作を制御する制御装置（５）と、を備える。

Description

本発明は、マニピュレータシステムに関する。

従来、産業用マニピュレータの制御装置において、コンベアの流れの動きに同期して、スレーブアームをトラッキングさせる技術がある（例えば特許文献１乃至３を参照）。

特開平６−２６２５４５号公報 特開平４−３００１７３号公報 特開２０１１−９３０６２号公報

ところで、近年、生産性向上の観点から、ロボットと作業者が共同して作業を行うことが提案されている。例えば、ロボットが製品の組み立てラインに導入され、ベルトコンベアにより搬送される機械（ワーク）に対し、部品の取り付けや小加工等の作業を行うことが想定される。特にロボットは、重量ワークの運搬等といった人の苦手な作業に適している。

しかし、従来技術では、コンベア上方に位置するスレーブアーム手先の現座標値とコンベアの速度設定値から同期指令値を演算していたため、制御装置はコンベア上のワークの位置を正確に検出することができなかった。このため、コンベアにより搬送されるワークに対して作業を行うにはその精度に改善の余地があった。このような課題は、コンベアだけでなく、ポジショナ等のその他の移動装置により移動するワークに対して作業を行うマニピュレータシステムで共通する。

そこで本発明は、移動装置により移動するワークに対して精度良く作業可能なマニピュレータシステムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るマニピュレータシステムは、移動装置によって移動するワークに対して作業を行うマニピュレータシステムであって、１以上の関節を有し、前記ワークに対して作業を行うためのツールが取り付けられるロボットアームと、前記ロボットアームを操作するための操作デバイスと、前記ワークの移動に追従しながら当該ワークを撮像するための第１撮像手段と、前記ワークに対する作業の様子を撮像するために作業エリアに固定して設けられた第２撮像手段と、前記第１撮像手段によって撮像された映像及び第２撮像手段によって撮像された映像を表示する表示手段と、前記移動装置によって移動する前記ワークの移動量を検出し、前記ワークの移動量に応じて前記ロボットアームを追従制御しつつ、前記操作デバイスの操作指令に基づいて前記ロボットアームの動作を制御する制御装置と、を備える。

上記構成によれば、移動装置によって移動中のワークの移動量を検出することにより、ロボットアームをワークの移動量に応じて正確に追従制御させることができる。一方、第１撮像手段（追従カメラ）により、移動するワークに追従しつつ撮像された映像では、ワークは静止しているように見えるので、作業者は、操作デバイスによりツールを操作しやすくなる。また、作業者は第２撮像手段（固定カメラ）により、撮像された映像を見ながら、ロボットアームを操作してワークに対する作業を行うことができる。よって、作業精度が向上する。尚、表示手段は、第１撮像手段の映像と第２撮像手段の映像とを同時に表示してもよいし、切り替えながら表示してもよい。

前記マニピュレータシステムは、１以上の駆動軸を備えたコンベア又はポジショナによって移動するワークに対して作業を行うものであって、前記制御装置は、コンベア又はポジショナの駆動軸の駆動量に基づいて、前記ワークの移動量を検出してもよい。

上記構成によれば、コンベア又はポジショナの駆動軸の駆動量に基づいてワークの移動量を検出することにより、ロットアームを正確に追従制御できる。

前記第１撮像手段は、前記ロボットアームの先端に取り付けられてもよい。上記構成によれば、ロボットアーム先端をワークに追従させながらワークを撮像することができる。

前記表示手段は、前記第１撮像手段によって撮像された映像と、前記第２撮像手段によって撮像された映像とを切替えながら表示してもよい。

前記表示手段は、前記第１撮像手段によって前記ワークの移動に追従しながら当該ワークに対する作業の様子が撮像された映像と、前記第２撮像手段によって前記作業エリアにおける所定位置と前記移動装置との間で前記ワークを搬送する作業の様子が撮像された映像とを切替えながら表示してもよい。

前記第１撮像手段は、移動装置の移動方向に沿って並んで配置された複数の固定カメラであって、前記表示手段は、前記複数の固定カメラで撮像された映像を、前記ワークの移動に追従するように順次切り替えて表示してもよい。

本発明によれば、移動装置により移動するワークに対して精度良く作業可能なマニピュレータシステムを提供することができる。

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

図１は、第１実施形態に係るマニピュレータシステムを示す概略図である。 図２は、図１のマニピュレータシステムの制御系の構成を示したブロック図である。 図３は、図１のロボットアームの追従制御の様子を示した平面図である。 図４は、第１撮像手段により撮像された映像を表示したモニタ画面の一例である。 図５は、第２撮像手段により撮像された映像を表示したモニタ画面の一例である。 図６は、第１実施形態の変形例に係るマニピュレータシステムを示す概略図である。 図７は、第２実施形態に係るマニピュレータシステムを示す概略図である。 図８は、ワークを把持した図７のロボットアームの構成を示した平面図である。 図９は、第２実施形態の変形例に係るマニピュレータシステムを示す概略図である。 図１０は、その他の実施形態に係るマニピュレータシステムを示す概略図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。
（第１実施形態）
［移動装置］
図１は、第１実施形態に係るマニピュレータシステムを示す概略図である。図１に示すように、マニピュレータシステム１００は、移動装置３０によって移動するワークＷに対して作業を行う。本実施形態では、移動装置３０は作業エリア２００に配置され、ワークＷを一定方向に搬送するコンベアである。コンベアは、無端ベルト状のコンベアベルト３１と、コンベアベルト３１の一端側を、駆動軸を中心に巻回した原動プーリ３２と、コンベアベルト３１の他端側を、従動軸を中心に巻回した従動プーリ３３と、コンベア制御装置３４とを備える。尚、原動プーリ３２は駆動軸を介して原動プーリ３２を回転駆動するモータ（図示せず）を備え、モータには駆動軸の駆動量を検出するコンベアエンコーダ３２ａが取り付けられる。コンベア制御装置３４は、コンベアエンコーダ３２ａからの検出信号に応じてモータのフィードバック制御を実行する。モータに連動した原動プーリ３２の回転によりコンベアベルト３１が循環し、コンベアベルト３１上に載置したワークＷが一定方向（図１に示す矢印方向）に搬送される。尚、本実施形態ではモータは定速で駆動されるが、間欠的に駆動されてもよいし、加速又は減速して駆動されてもよい。

本実施形態では、ワークＷに対する作業は、コンベアで流れてくるワークＷを運搬し、ワークＷの収納棚１９内の所定の位置に収納する作業である。本実施形態では、ワークＷは、ケーシング等の金属部品、成形前の金属素材、及び金属部品を製造するための金型等の重量ワークである。つまり、マニピュレータシステム１００は、人の苦手な重量ワークの運搬作業を行う。尚、ワークＷは、重量ワークに限定されず、百キロ以下のワークでもよい。
［マニピュレータシステム］
マニピュレータシステム１００は、ロボットアーム１と、操作デバイス２と、第１撮像手段３Ａと、第２撮像手段３Ｂと、表示手段４と、制御装置５とを備える。

ロボットアーム１は、１以上の関節を有し、ワークＷに対して作業を行うためのツール１５が取り付けられる。本実施形態では、ロボットアーム１は、作業エリア２００に配置された基台１０の上に設けられ、関節１１〜関節１４を有する。ここで関節１１及び関節１４はねじり関節であり、関節１２及び関節１３は曲げ関節である。各関節はモータで構成されたアクチュエータ（図示せず）を備える。ツール１５は、ロボットアーム１の先端のフランジ状のツール取付部１６に取り付けられる。

本実施形態では、ツール１５はワークＷを把持するためのロボットハンドである。ロボットハンドは、ロボットアーム１のツール取付部１６に取り付けられたハンド本体と、例えばモータで構成されたアクチュエータ（図示せず）で駆動される２本の指部とを備える。アクチュエータが動作すると２本の指部がハンド本体に対して移動する。つまり、ロボットハンドの２本の指部は互いに近接又は離隔するように移動可能であり、２本の指部でワークＷを把持することができる。

操作デバイス２は、ロボットアーム１を操作するための装置である。本実施形態では、操作デバイス２は作業エリア２００から離れた位置（作業エリア２００外）に配置され、制御装置５と有線又は無線により通信可能に接続される。操作デバイス２は作業エリア２００外にいる作業者８０が操作するための操作子２ａと、操作子２ａの操作データが入力される処理部（図示せず）とを備える。処理部は、操作子２ａの操作データに応じたロボットアーム１の操作指令を生成し、これを制御装置５に出力するように構成される。操作デバイス２はスマートホンやタブレット等の携帯型端末でもよい。操作子２ａはここではジョイスティックであるが、例えば携帯型端末の操作キーにより実現されてもよい。図１では操作デバイス２は、作業者８０が右手で操作し易いように机１７の上の右側に配置される。

第１撮像手段３Ａは、ワークＷに追従して移動しながらワークＷを撮像するための装置である。本実施形態では、第１撮像手段３Ａはロボットアーム１先端のツール取付部１６に取り付けられる。ここでは第１撮像手段３Ａは、ツール１５前方の様子を撮像するような方向に配置される。

第２撮像手段３Ｂは、ワークＷに対する作業の様子を撮像するために作業エリア２００に固定して設けられる。本実施形態では、第２撮像手段３Ｂは作業エリア２００の天井９０に固定して設置される。ここでは第２撮像手段３Ｂは、収納棚１９の方向に配置され、ロボットがワークＷを収納棚１９に収納する作業の様子を撮影する。尚、第２撮像手段３Ｂは複数設置されてもよい。この場合は、例えば別の第２撮像手段３Ｂが、作業エリア２００全体の様子を撮影してもよいし、例えば作業エリア２００の床に載置されたワークＷをコンベア上の所定位置まで搬送する作業の様子を撮像してもよい。本実施の形態では、第１撮像手段３Ａ及び第２撮像手段３Ｂは、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラにより構成される。なお、これらの撮像手段は、ＣＣＤカメラ以外に、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）カメラなどにより構成されてもよい。

表示手段４は、第１撮像手段３Ａによって撮像された映像及び第２撮像手段３Ｂによって撮像された映像を表示する。表示手段４は、ロボットアーム１に取り付けられた第１撮像手段３Ａとしての追従カメラの映像を表示するモニタ４Ａと、天井９０に取り付けられた第２撮像手段３Ｂとしての固定カメラの映像を表示するモニタ４Ｂで構成されている。表示手段４は、追従カメラの映像と固定カメラの映像を一つのモニタ画面に表示するように構成されていてもよい。本実施形態では、表示手段４はモニタであるが、ヘッドマウント型のディスプレイでもよい。また、表示手段４は、操作デバイス２と一体的に構成されてもよい。つまり、操作デバイス２と表示手段４が、例えばノートパソコンや携帯型端末の操作キーとモニタにより実現されてもよい。

制御装置５は、インターフェース（図示せず）を介して、ロボットアーム１、操作デバイス２、及び移動装置３０と接続され、ロボットアーム１の動作を制御するロボットコントローラである。制御装置５は単一の装置とは限らず、複数の装置で構成されてもよい。本実施形態では、制御装置５は、移動装置３０の駆動軸の駆動量に基づいて、ワークＷの移動量を検出し、ワークＷの移動量に応じてロボットアーム１を追従制御しつつ、操作デバイス２の操作指令に基づいてロボットアーム１の動作を制御する。図２は、マニピュレータシステム１００の制御系の構成を示したブロック図である。図２に示すように、制御装置５は、演算処理器５１と、モータ制御器５２と、メモリ５３と、入出力インタフェース及び通信インタフェース（図示せず）を備える。メモリ５３にはロボットアーム１を動作させるための様々な動作プログラム及び情報が記憶されている。例えば自動運転プログラムが実行されることにより、ロボットアーム１が自動的に動作する（以下では、自動運転という）。ここでロボットアーム１の関節１１〜１４及びロボットハンド（ツール１５）を構成するモータＭ１〜Ｍ５にはこれらの回動量を検出するためのエンコーダ１１ａ〜１５ａが設けられている。エンコーダ１１ａ〜１５ａは各モータＭ１〜Ｍ５の回動量に応じた検出信号を制御装置５に出力するようになっている。また、コンベアエンコーダ３２ａは、コンベアモータの駆動量を表す検出信号を制御装置５に出力するようになっている。

演算処理器５１は、モータ回動量検出部５５と、ワーク移動量検出部５６と、第１位置姿勢演算部６１〜第３位置姿勢演算部６３と、逆変換演算部６４と、第１加算部６５及び第２加算部６６とを備える。これら各部は演算処理器５１において、所定のプログラムが実行されることによって、実現される機能ブロックである。

モータ回動量検出部５５は、エンコーダ１１ａ〜１４ａから入力される検出信号に基づいてモータＭ１〜Ｍ５の回動量を検出し、これを第１位置姿勢演算部６１に出力する。

ワーク移動量検出部５６はコンベアエンコーダ３２ａから入力される検出信号に基づいてワークＷの移動量を検出し、これを第２位置姿勢演算部６２に出力する。

第１位置姿勢演算部６１は、メモリ５３に記憶された自動運転プログラムに基づいて各モータＭ１〜Ｍ４の指令値を座標変換し、予め教示されたロボットアーム１先端の教示位置（Ｘ座標値、Ｙ座標値及びＺ座標値）及び姿勢（角度Ａ、角度Ｏ及び角度Ｔ）を算出する。ここでロボットアーム１先端の位置とは、ツール１５のツールセンターポイントである。ここでは位置に関する変数として、ツールセンターポイントの座標値であるＸ座標値、Ｙ座標値及びＺ座標値が用いられる。また、姿勢に関する変数として、ツール１５の姿勢である角度Ａ、角度Ｏ及び角度Ｔ（オイラー角）が用いられる。つまり、本実施形態では、ロボットアーム１先端の位置及び姿勢は６つの変数で表される。一方、第１位置姿勢演算部６１は、モータ回動量検出部５５から入力されたモータＭ１〜Ｍ５の回動量を座標変換し、ロボットアーム１先端の現在の位置及び姿勢を算出する。そして、第１位置姿勢演算部６１は、ロボットアーム１先端の位置及び姿勢の目標値を設定し、これを第１加算部６５に出力する。

第２位置姿勢演算部６２は、ワーク移動量検出部５６から入力されるワークＷの移動量に基づいてロボットアーム１先端の位置及び姿勢の移動量（ロボットアーム１の「ワーク追従量」ともいう）を算出し、これを第１加算部６５に出力する。

第１加算部６５はロボットアーム１先端の位置及び姿勢の目標値にロボットアーム１先端のワーク追従量を加算し、これを第２加算部６６に出力する。

第３位置姿勢演算部６３は、操作デバイス２から入力されるロボットアーム１の操作指令に基づいて、ロボットアーム１先端の位置及び姿勢の移動量（ロボットアーム１の「操作量」ともいう）とツール１５の駆動量（ツール１５の「操作量」ともいう）を算出し、これを第２加算部６６に出力する。

逆変換演算部６４は、第２加算部６６から入力されるロボットアーム１先端の目標値にワーク追従量及び操作量を加算した値を、ヤコビ行列を用いて逆変換して各モータＭ１〜Ｍ５の電流指令値を算出し、これをモータ制御器５２に出力する。

モータ制御器５２は、逆変換演算部６４から入力される電流指令値に基づいて電流を発生し、発生した電流をモータＭ１〜Ｍ５に供給する。つまり、モータ制御器５２は、電流指令値に応じてモータＭ１〜Ｍ５の駆動電流を発生する増幅器である。このように制御装置５は、自動運転プログラム、コンベアエンコーダ３２ａのセンサ信号、及び操作デバイス２からの操作信号に基づいて、ロボットアーム１の動作を制御するように構成される。

画像処理部４０は、第１撮像手段３Ａ（追従カメラ）により得られた映像信号及び第２撮像手段３Ｂ（固定カメラ）により得られた映像信号を処理し、表示用の映像信号を生成してモニタ４Ａ及びモニタ４Ｂにそれぞれ出力する。本実施形態ではモニタ４Ａ及びモニタ４Ｂは、第１撮像手段３Ａ（追従カメラ）の映像と第２撮像手段３Ｂ（固定カメラ）の映像を同時に表示する。

次に、マニピュレータシステム１００の動作について図面を用いて説明する。図３は、図１のロボットアームの追従制御の様子を示した平面図である。図３に示すように、まず、制御装置５は、自動運転プログラムを実行し、ロボットアーム１の先端のツールセンターポイントＰを予め教示された位置及び姿勢に移動させる。尚、座標系は任意であるが、ここでは操作者がロボットアーム１を操作する場合において、地面と平行で、コンベアの搬送方向を正方向としてＸ軸を設定している。また、地面と平行でＸ軸に対して垂直な方向に沿ってＹ軸を設定している。さらに、地面と垂直な方向に沿ってＺ軸を設定している。また図３ではロボットアーム１の教示位置に対応してコンベアベルト上にワークＷが配置されている。自動運転では、制御装置５には、操作デバイス２からの操作指令は入力されない。制御装置５は自動運転プログラム及びエンコーダ１１ａ〜１４ａからのセンサ信号に基づいて、ロボットアーム１先端の位置及び姿勢の目標値を設定し、各モータＭ１〜Ｍ５を駆動してロボットアーム１先端を教示点に移動させる（図２参照）。

そして、移動装置３０（コンベア）が動作を開始して、コンベアベルト３１がＸ軸の正方向（図３の矢印方向）に循環することにより、コンベアベルト３１上に載置されたワークＷがＸ軸の正方向に搬送される。このとき制御装置５にコンベアエンコーダ３２ａの検出信号が入力され、制御装置５は追従制御を開始する。制御装置５は、コンベアエンコーダ３２ａから入力される検出信号に基づいてワークＷの移動量を検出し、ワークＷの移動量に基づいてロボットアーム１先端のワーク追従量を算出する。制御装置５は、ロボットアーム１先端の位置及び姿勢の目標値にロボットアーム１先端のワーク追従量を加算し、これを各モータＭ１〜Ｍ５の電流指令値に反映させる（図２参照）。これにより、ロボットアーム１の先端を、コンベアで搬送されるワークＷに追従させることができる。

一方、ロボットアーム１先端の第１撮像手段３Ａは、追従制御されるロボットアーム１の先端の様子を撮像する。図４は、第１撮像手段３Ａにより撮像された映像を表示したモニタ画面の一例である。図４に示すように、モニタ４Ａの画面には、追従制御されるロボットアーム１の先端の様子が表示される。は画面上には、ロボットアーム１先端に位置するツール１５、その前方に位置するコンベア及びコンベア上のワークＷが表示されている。作業者８０は、ロボットアーム１がワークＷを追従している間に、モニタ画面を見ながら、操作デバイス２を操作してロボットアーム１先端のツール１５を動作させる。ロボットアーム１が移動するワークＷに追従しているので、第１撮像手段（カメラ）３Ａにより、撮像された映像では、ワークＷは静止しているように見える。作業者は、操作デバイス２によりロボットハンド（ツール１５）を操作しやすい。ロボットハンドによりワークＷを把持できる。

次に、作業者は、ロボットハンドによりワークＷを把持した後に、ロボットアーム１の制御を追従制御から手動制御に切り替える。制御の切り替えは、例えば操作デバイス２を操作することにより手動で行われてもよいし、自動で行われてもよい。手動制御では、操作デバイス２で生成された操作指令のみに従って、ロボットアーム１の動作が制御される。図５は、第２撮像手段３Ｂにより撮像された映像を表示したモニタ画面の一例である。ここで第２撮像手段３Ｂは天井９０に固定して設置され、且つ、収納棚１９の方向に配置されているので、モニタ４Ｂの画面には収納棚１９の周囲の様子が表示されている。第２撮像手段３Ｂは、コンベアとワークＷの収納棚１９との間でロボットハンドによってワークＷをコンベアから収納棚１９付近まで搬送する作業の様子を撮像する。作業者は、モニタ４Ｂの画面で収納棚１９の周囲の様子を確認しながら、操作デバイス２を操作することによりロボットハンドで把持されたワークＷを収納棚１９内の所定の位置に収納する。このようにして、コンベアで搬送されてくる重量ワークの運搬作業を精度良く行うことができる。
［変形例：移動装置］
尚、第１実施形態では、移動装置３０はコンベアとしたが、１以上の駆動軸を備え、ワークＷを移動可能な装置であれば例えばポジショナでもよい。図６は、第１実施形態の変形例に係るマニピュレータシステム１００Ａを示す概略図である。図６に示すように、本変形例では移動装置３０Ａは、ワークＷを載置する回転テーブル３７と、回転軸３８と、ベース３９を備える。回転軸３８は駆動モータ（図示せず）を備え、回転軸３８を基準として回転テーブル３７を回転させる。駆動モータには回転軸３８の駆動量を検出するポジショナエンコーダ３８ａが取り付けられ、検出信号を制御装置５に出力するようになっている。このように移動装置３０Ａは、回転軸３８を基準としてワークＷを回転させるポジショナである。また、ポジショナは、例えば直動軸を基準としてワークＷを平行移動させる構成でもよい。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。

図７は、第２実施形態に係るマニピュレータシステムを示す概略図である。図７に示すように、本実施形態のマニピュレータシステム１００Ｂは、座席シート（ワークＷ２）を把持し、コンベア（移動装置３０）によって搬送される自動車の車体フレーム（ワークＷ１）に対して座席シート（ワークＷ２）の取り付け作業を行う。

また、本実施形態の第２撮像手段（固定カメラ）３Ｂは、作業エリア内の移動装置３０（コンベア）の近傍に立てられた支柱９１に固定して設置される。ここでは第２撮像手段３Ｂは、座席シート（ワークＷ２）の方向に配置され、ロボットハンド（ツール１５）によりワークＷ２を把持する作業の様子を撮影する。つまり、第２撮像手段３Ｂは、座席シート（ワークＷ２）が載置された床（所定位置）とコンベアとの間で、ロボットハンドによって座席シート（ワークＷ２）を所定位置からコンベア付近に搬送する作業の様子を撮像する。尚、第２撮像手段３Ｂは複数設置されてもよい。例えば別の第２撮像手段３Ｂが、作業エリア全体の様子を撮影してもよい。

本実施形態のツール１５は、ロボットアーム１の先端に取り付けられたロボットハンドに把持され、且つ、座席シート（Ｗ２）を支持するための固定具１８と含む。図８は、座席シート（Ｗ２）を把持したロボットアーム１の構成を示した平面図である。図８に示すように、固定具１８は、ロボットハンドに把持される本体部１８ａと、本体部１８ａの長手方向に突出した３本の爪部１８ｂを有する。ここでは本体部１８ａに第１撮像手段３Ａが取り付けられる。３本の爪部１８ｂのうち１本は、本体部１８ａの上方の位置から突出し、残りの２本は本体部１８ａの上記１本の突出位置よりも下方の位置であって、同じ高さ且つ互いに所定の間隔を空けた位置から突出している。これにより、３本の爪部１８ｂの間に座席シート（Ｗ２）を挟んで固定することができる。

本実施形態では、まず、作業者は、第２撮像手段３Ｂによって撮像された映像を表示手段４で確認しながら、操作デバイス２を操作することにより、ロボットハンドで座席シート（Ｗ２）を把持する。次に、作業者は、ロボットアーム１の制御を手動制御から追従制御に切り替える。図８は、ワークＷ２を把持したロボットアーム１の追従制御の様子を示している。図８に示すように、制御装置５は、コンベアの駆動軸の駆動量に基づいて、車体フレーム（Ｗ１）の移動量を検出し、車体フレーム（Ｗ１）の移動量に応じて、車体フレーム（Ｗ１）の長手方向に対してロボットハンドの長手方向が平行、且つ、固定具１８の長手方向が垂直になるように、ロボットアーム１を追従制御する。これにより、シート（Ｗ２）を支持する固定具１８のみを車体フレーム（Ｗ１）内部にシート（Ｗ２）とともに挿入することができ、シート（Ｗ２）を取り付け位置７０に取り付けやすくなる。このように、ロボットアーム１を追従制御しつつコンベア上の車体フレーム（Ｗ１）に座席シート（Ｗ２）の取り付け作業を好適に行うことができる。

また、本実施形態の操作デバイス２Ａは、ロボットアーム１をスレーブアームとして、このスレーブアームと相似構造を有するマスターアーム２０を備える（図６参照）。ここで「相似構造」とは、アームの外形が相似である場合と、アームの関節構造が相似である場合の両方を含む。これにより、作業者はマスターアーム２０の先端部２０ａを直接的に操作することにより、直観的な操作が可能になる。よって、作業精度が向上する。
［変形例］
尚、第２実施形態では、操作デバイス２Ａは、マスターアーム２０を備える構成としたが、これに限られるものではない。図９は、第２実施形態の変形例に係るマニピュレータシステム１００Ｃを示す概略図である。図９に示すように、操作デバイス２Ｂは、マスターアーム２０によって作業されるダミーワーク２１を、マスターアーム２０の先端部２０ａに備える。ここではダミーワーク２１の形状は自動車のシート（Ｗ２）と相似形状である。これにより、作業者はダミーワーク２１を直接的に操作することにより、より直観的な操作が可能になる。
（その他の実施形態）
尚、上記実施形態では第１撮像手段３Ａ（追従カメラ）の映像と第２撮像手段３Ｂ（固定カメラ）の映像を同時に表示するように構成したが、第１撮像手段３Ａによって撮像された映像と、第２撮像手段３Ｂによって撮像された映像とを切替えながら表示してもよい。この場合、画像処理部は、操作デバイスから入力された操作信号に応じて、追従カメラからの映像信号と固定カメラからの映像信号を切り替えてモニタに出力するように構成される。作業者は作業状況に応じて、画面表示を適宜切替える。これにより、モニタは、追従カメラによってワークの移動に追従しながらワークに対する作業の様子が撮像された映像と、固定カメラによって作業エリアにおける所定位置とコンベアとの間でワークを搬送する作業の様子が撮像された映像とを切替えながら表示する。

尚、上記実施形態では、第１撮像手段３Ａはロボットアーム１の先端に取り付けられたが、ワークＷを撮像可能な方向に配置されていれば、移動装置３０であるコンベアのコンベアベルト３１（図１）やポジショナの回転テーブル３７（図６）に取り付けられてもよい。図１０は、その他の実施形態に係るマニピュレータシステム１００Ｄを示す概略図である。図１０に示すように、本実施形態の第１撮像手段３Ａは、移動装置３０の移動方向（図中の矢印方向）に沿って並んで配置された複数の固定カメラである。ここでは１０個の固定カメラが移動装置３０（コンベア）の搬送方向に沿って並んで配置されている。複数の固定カメラの各々で撮像された映像信号は画像処理部４０に送信される。制御装置５は、コンベアエンコーダ３２ａからの検出信号に応じて各固定カメラの映像信号の出力タイミングを制御するように構成されている。画像処理部４０は、制御装置５からの制御指令に基づいて、複数の固定カメラで撮像された映像信号の出力タイミングを、ワークＷの移動に追従するように順次切り替えて、モニタ４Ａに出力する。このような構成でも、ワークＷの移動に追従しながらワークＷを撮像することができる。つまり、第１撮像手段３Ａの複数の固定カメラが順次切り替えられることにより、モニタ４Ａに表示された映像ではワークＷは静止しているように見える。

尚、制御装置５が、コンベアエンコーダ３２ａからの検出信号に応じて複数の固定カメラの動作を制御するように構成され、複数の固定カメラの各々の動作タイミングを、ワークＷの移動に追従するように順次切り替えてもよい。

尚、上記実施形態では、ロボットアーム１の作業は重量ワークの運搬作業、又は自動車の艤装作業であったが人間が苦手なワークの移動を伴う作業であればこれに限定されるものではない。ロボットアーム１による作業は、ロボットの組立作業でもよいし、塗装作業でもよい。例えばロボットの組立作業の場合は、一定速度で搬送されるロボットアームに減速機やモータ等の構成部品を取り付ける。例えば小物の塗装工程では、一定速度で移動しているハンガーに吊られたワークを操縦により塗装する。また、アーク溶接作業やこれと同様な接着剤塗布作業でもよい。例えばアーク溶接では、低速であるが一定速度で溶接ツールを制御するが、ワークが均一でない場合や、環境が悪い場合にはセンサによる補正での自動運転が困難な場合がある。そこで、このような場合に、作業者がカメラで作業状態を確認しながら、ツールの進行方向に対して、垂直な方向に対してのみ、操縦操作を加えることにより、ツールがワークに対して一定速度を保ちながら、位置の補正が可能になる。

尚、上記各実施形態では、第２撮像手段３Ｂ（固定カメラ）は天井９０又は支柱９１に固定して設置されたが、作業の様子を撮像するために作業エリア２００に固定して設けられれば、これらの形態に限られることはない。

尚、上記各実施形態では、本実施形態のロボットアーム１は、シングルアームタイプとしたが、同軸で駆動するダブルアームタイプでもよい。これにより、設置スペースが小さく、且つ人間による細かな手作業と同様な作業を実行できるので、生産ラインで人間と容易に置き換わることができる。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び機能の双方又は一方の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、コンベア等により移動するワークに対して作業を行うマニピュレータシステムに有用である。

１ ロボットアーム
２，２Ａ，２Ｂ 操作デバイス
２ａ ジョイスティック
３Ａ 第１撮像手段（追従カメラ）
３Ｂ 第２撮像手段（固定カメラ）
４ 表示手段
４Ａ，４Ｂ モニタ
５ 制御装置
１０ ベース
１１〜１４ 関節
１５ ツール
１１ａ〜１５ａ エンコーダ
１６ ツール取付部
１７ 机
１８ 固定具
１９ ワーク収納棚
２０ マスターアーム
２１ ダミーワーク
３０，３０Ａ 移動装置（コンベア，ポジショナ）
３１ コンベアベルト
３２ 原動プーリ（駆動軸）
３２ａ コンベアエンコーダ
３３ 従動プーリ（従動軸）
３４ コンベア制御装置
３７ 回転テーブル
３８ 回転軸
３８ａ ポジショナエンコーダ
３９ ベース
４０ 画像処理部
５１ 演算処理器
５２ モータ制御器
５３ メモリ
５５ モータ回動量検出部
５６ ワーク移動量検出部
６１ 位置姿勢演算部（自動運転）
６２ 位置姿勢演算部（ワーク位置追従）
６３ 位置姿勢演算部（操作デバイス）
６４ 逆変換演算部
６５，６６ 加算部
８０ 作業者
９０ 天井
９１ 支柱
１００ マニピュレータシステム
２００ 作業エリア
Ｍ１〜Ｍ５ モータ
Ｗ，Ｗ１，Ｗ２ ワーク

Claims (6)

1. 移動装置によって移動するワークに対して作業を行うマニピュレータシステムであって、
   １以上の関節を有し、前記ワークに対して作業を行うためのツールが取り付けられるロボットアームと、
   前記ロボットアームを操作するための操作デバイスと、
   前記ワークの移動に追従しながら当該ワークを撮像するための第１撮像手段と、
   前記ワークに対する作業の様子を撮像するために作業エリアに固定して設けられた第２撮像手段と、
   前記第１撮像手段によって撮像された映像及び前記第２撮像手段によって撮像された映像を表示する表示手段と、
   前記移動装置によって移動する前記ワークの移動量を検出し、前記ワークの移動量に応じて前記ロボットアームを追従制御しつつ、前記操作デバイスの操作指令に基づいて前記ロボットアームの動作を制御する制御装置と、を備える、マニピュレータシステム。
2. 前記マニピュレータシステムは、１以上の駆動軸を備えたコンベア又はポジショナによって移動するワークに対して作業を行うものであって、
   前記制御装置は、前記コンベア又は前記ポジショナの駆動軸の駆動量に基づいて、前記ワークの移動量を検出する、請求項１に記載のマニピュレータシステム。
3. 前記第１撮像手段は、前記ロボットアームの先端に取り付けられる、前記ワークを把持するためのロボットハンドである、請求項１又は２に記載のマニピュレータシステム。
4. 前記表示手段は、前記第１撮像手段によって撮像された映像と、前記第２撮像手段によって撮像された映像とを切替えながら表示する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマニピュレータシステム。
5. 前記表示手段は、前記第１撮像手段によって前記ワークの移動に追従しながら当該ワークに対する作業の様子が撮像された映像と、前記第２撮像手段によって前記作業エリアにおける所定位置と前記移動装置との間で前記ワークを搬送する作業の様子が撮像された映像とを切替えながら表示する、請求項４に記載のマニピュレータシステム。
6. 前記第１撮像手段は、移動装置の移動方向に沿って並んで配置された複数の固定カメラであって、
   前記表示手段は、前記複数の固定カメラで撮像された映像を、前記ワークの移動に追従するように順次切り替えて表示する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のマニピュレータシステム。

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