KR102018242B1 - 머니퓰레이터 시스템 - Google Patents

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KR102018242B1
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야스히코 하시모토
노부야스 시모무라
츠요시 마에하라
마사유키 카몬
시게츠구 타나카
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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

본 발명은 이동장치에 의해 이동하는 워크에 대해서 정밀도 좋게 작업 가능한 머니퓰레이터 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이동장치(30)에 의해 이동하는 워크(work)에 대해서 작업을 행하는 머니퓰레이터 시스템(100)으로, 하나 이상의 관절을 갖고, 상기 워크에 대해서 작업을 행하기 위한 툴(tool)이 부착된 로봇암(1)과, 상기 로봇암을 조작하기 위한 조작디바이스(2)와, 상기 워크의 이동에 추종(追從)하면서 해당 워크를 촬상(撮像)하기 위한 제1촬상(撮像)수단(3A)과, 상기 워크에 대한 작업의 모습을 촬상하기 위해 작업에리어(area)에 고정하여 설치된 제2촬상(撮像)수단(3B)과, 상기 제1촬상수단에 의해 촬상된 영상 및 제2촬상수단에 의해 촬상된 영상을 표시하는 표시수단(4)과, 상기 이동장치에 의해 이동하는 상기 워크의 이동량을 검출하고, 상기 워크의 이동량에 따라 상기 로봇암을 추종(追從) 제어하면서, 상기 조작디바이스의 조작지령에 기초해서 상기 로봇암의 동작을 제어하는 제어장치(5)를 구비한다.

Description

머니퓰레이터 시스템
본 발명은, 머니퓰레이터 시스템에 관한 것이다.
종래에, 산업용 머니퓰레이터의 제어장치에서, 컨베이어의 흐름의 움직임에 동기(同期)해서, 슬레이브암을 트래킹(tracking)시키는 기술이 있다(예를 들면, 특허문헌1내지3을 참조).
일본 특개평6-262545호 공보 일본 특개평4-300173호 공보 일본 특개평2011-93062호 공보
그런데, 근년 생산성 향상의 관점에서 로봇과 작업자가 공동으로 작업을 행하는 것이 제안되고 있다. 예를 들면, 로봇이 제품의 조립라인에 도입되어 벨트 컨베이어에 의해 반송되는 기계(워크: work)에 대해서, 부품의 부착이나 소가공(小加工) 등의 작업을 행하는 것이 상정(想定)된다. 특히, 로봇은 중량(重量)워크(work)의 운반과 같은 인간의 서투른 작업에 적합하다.
그러나, 종래기술에서는, 컨베이어 상방(上方)에 위치하는 슬레이브암 바로 앞의 현좌표치(現座標値)와 컨베이어의 속도 설정치(設定値)에서 동기(同期) 지령치(指令値)를 연산(演算)하고 있었기 때문에, 제어장치는 컨베이어상의 워크(work)의 위치를 정확하게 검출할 수 없었다, 이 때문에, 컨베이어에 의해 반송(搬送)되는 워크(work)에 대해서 작업을 행하려면 그 정밀도에 개선의 여지가 있었다. 이와 같은 문제는, 컨베이어만이 아니고, 포지셔너(positioner) 등의 기타 이동장치에 의해 이동하는 워크(work)에 대해서 작업을 행하는 머니퓰레이터 시스템에서 공통적이다.
그래서, 본 발명은, 이동장치에 의해 이동하는 워크(work)에 대해서 정밀도 높게 작업 가능한 머니퓰레이터 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일태양(一態樣)에 관계되는 머니퓰레이터 시스템은, 이동장치에 의해 이동하는 워크(work)에 대해서 작업을 행하는 머니퓰레이터 시스템으로, 하나 이상의 관절을 갖고, 상기 워크에 대해서 작업을 행하기 위한 툴(tool)이 부착된 로봇암과, 상기 로봇암을 조작하기 위한 조작디바이스와, 상기 워크의 이동에 추종(追從)하면서 해당 워크를 촬상(撮像)하기 위한 제1촬상(撮像)수단과, 상기 워크에 대한 작업의 모습을 촬상하기 위해 작업에리어(area)에 고정하여 설치된 제2촬상(撮像)수단과, 상기 제1촬상수단에 의해 촬상된 영상 및 제2촬상수단에 의해 촬상된 영상을 표시하는 표시수단과, 상기 이동장치에 의해 이동하는 상기 워크의 이동량을 검출하고, 상기 워크의 이동량에 따라 상기 로봇암을 추종(追從) 제어하면서, 상기 조작디바이스의 조작지령에 기초해서 상기 로봇암의 동작을 제어하는 제어장치를 구비한다.
상기 구성에 따르면, 이동장치에 의해 이동중의 워크의 이동량을 검출함으로써, 로봇암을 워크의 이동량에 응해서 정확하게 추종(追從) 제어시킬 수 있다. 한편, 제1촬상수단(추종카메라)에 의해, 이동하는 워크에 추종(追從)하면서 촬상된 영상에서는, 워크는 정지하고 있는 것처럼 보이므로 작업자는 조작디바이스에 의해 툴(tool)을 조작하기 쉬워진다. 또, 작업자는 제2촬상수단(고정카메라)에 의해 촬상된 영상을 보면서 로봇암을 조작하여 워크에 대한 작업을 행할 수 있다. 그러므로, 작업정밀도가 향상된다. 또한, 표시수단은 제1촬상수단의 영상과 제2촬상수단의 영상을 동시에 표시해도 좋고, 전환하면서 표시해도 좋다.
상기 머니퓰레이터 시스템은, 하나 이상의 구동축을 구비한 컨베이어 또는 포지셔너에 의해 이동하는 워크에 대해서 작업을 행하는 것으로, 상기 제어장치는, 컨베이어 또는 포지셔너의 구동축의 구동량에 기초해서, 상기 워크의 이동량을 검출해도 좋다.
상기 구성에 의하면, 컨베이어 또는 포지셔너의 구동축의 구동량에 기초해서 워크의 이동량을 검출함으로써 로봇암을 정확하게 추종(追從) 제어할 수 있다.
상기 제1촬상수단은, 상기 로봇암의 선단에 부착되어도 좋다. 상기 구성에 의하면, 로봇암 선단을 워크에 추종(追從)시키면서 워크를 촬상할 수 있다.
상기 표시수단은, 상기 제1촬상수단에 의해 촬상된 영상과, 상기 제2촬상수단에 의해 촬상된 영상을 전환하면서 표시해도 좋다.
상기 표시수단은, 상기 제1촬상수단에 의해 상기 워크의 이동에 추종하면서 해당 워크에 대한 작업모습이 촬영된 영상과, 상기 제2찰상수단에 의해 상기 작업에리어에 있어서의 소정위치와 상기 이동장치와의 사이에 상기 워크를 반송(搬送)하는 작업모습이 촬상된 영상을 전환하면서 표시해도 좋다.
상기 제1촬영수단은, 이동장치의 이동방향을 따라서 나란히 배치된 복수의 고정카메라이고, 상기 표시수단은 상기 복수의 고정카메라에서 촬상된 영상을, 상기 워크의 이동량에 추종하도록 순차로 전환하여 표시해도 좋다.
본 발명에 의하면, 이동장치에 의해 이동하는 워크에 대해서 정밀도 높게 작업 가능한 머니퓰레이터 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 상기 목적, 다른 목적, 특징, 및 이점은 첨부도면의 참조 하에, 이하의 호적(好適: 매우 알맞음)의 실시태양(實施態樣)의 상세한 설명에서 명확하게 된다.
도1은, 제1실시형태(第一實施形態)에 관계되는 머니퓰레이터 시스템을 보여주는 개략도이다.
도2는, 도1의 머니퓰레이터 시스템의 제어계의 구성을 보여준 블록도이다.
도3은, 도1의 로봇암의 추종제어의 모습을 보여준 평면도이다.
도4는, 제1촬상수단에 의해 촬상된 영상을 표시한 모니터화면의 일례이다.
도5는, 제2촬상수단에 의해 촬상된 영상을 표시한 모니터화면의 일례이다.
도6은, 제1실시형태의 변형례(變形例)에 관계되는 머니퓰레이터 시스템을 보여주는 개략도이다.
도7은, 제2실시형태에 관계되는 머니퓰레이터 시스템을 보여주는 개략도이다.
도8은, 워크를 파지(把持)한 도7의 로봇암의 구성을 보여준 평면도이다.
도9는, 제2실시형태의 변형례(變形例)에 관계되는 머니퓰레이터 시스템을 보여주는 개략도이다.
도10은, 기타의 실시형태에 관계되는 머니퓰레이터 시스템을 보여주는 개략도이다.
본 발명의 실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에서는, 모든 도면을 통해서 동일 또는 상당하는 요소에는 같은 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.
(제1실시형태)
[이동장치]
도1은, 제1실시형태에 관계되는 머니퓰레이터 시스템을 보여주는 개략도이다. 도1에 나타내는 바와 같이, 머니퓰레이터 시스템(100)은, 이동장치(30)에의해 이동하는 워크(W)에 대해서 작업을 행한다. 본 실시형태에서는, 이동장치(30)는 작업에리어(200)에 배치되고, 워크(W)를 일정방향으로 반송(搬送)하는 컨베이어이다. 컨베이어는 무단(無端)벨트 모양의 컨베이어벨트(31)와, 컨베이어 벨트(31)의 일단측(一端側)을, 구동축(驅動軸)을 중심으로 감긴 원동풀리(32)(原動pulley)와, 컨베이어벨트의 타단측(他端側)을, 종동축(從動軸)을 중심으로 감긴 종동풀리(33)와, 컨베이어 제어장치(34)를 구비한다. 또한, 원동풀리(32)는 구동축을 통해서 원동풀리(32)를 회전 구동하는 모터(미도시)를 구비하고, 모터에는 구동축의 구동량을 검출하는 컨베이어 인코더(32a)가 부착된다. 컨베이어 제어장치(34)는, 컨베이어 인코더(32a)에서의 검출신호에 따라서 모터의 피드백제어를 실행한다. 모터에 연동한 원동풀리(32)의 회전에 의해 컨베이어 벨트(31)가 순환하고, 컨베이어 벨트(31)상에 재치(載置: 물건을 장치나 받침대 위에 실어 놓은 것)한 워크(W)가 일정방향(도1에서 보여주는 화살표방향)으로 반송된다. 또한, 본 실시형태에서는, 모터는 정해진 속도로 구동되지만, 간헐적(間歇的)으로 구동되어도 좋고, 가속 또는 감속해서 구동되어도 좋다.
본 실시형태에서는, 워크(W)에 대한 작업은, 컨베이어에서 흘러오는 워크(W)를 운반하고, 워크(W)의 수납붕(19)(收納棚)내의 소정의 위치에 수납하는 작업이다. 본 실시형태에서는, 워크(W)는 케이싱(casing) 등의 금속부품, 성형 전의 금속소재, 및 금속부품을 제조하기 위한 금형(金型) 등의 중량(重量)워크이다. 결국, 머니퓰레이터 시스템(100)은, 인간의 서투른 중량워크의 운반작업을 행한다. 또한, 워크(W)는 중량워크에 한정되지 않고, 100(백) 킬로그램 이하의 워크라도 좋다.
[머니퓰레이터 시스템]
머니퓰레이터 시스템(100)은, 로봇암(1)과, 조작디바이스(2)와, 제1촬상수단(3A)과, 제2촬상수단(3B)과, 표시수단(4)과, 제어장치(5)를 구비한다.
로봇암(1)은, 하나 이상의 관절을 갖고, 워크(W)에 대해서 작업을 행하기 위한 툴(tool)(15)이 부착된다. 본 실시형태에서는, 로봇암(1)은 작업에리어(200)에 배치된 기대(10)(基臺)의 위에 설치되고, 관절(11)~관절(14)을 갖는다. 여기에서, 관절(11) 및 관절(14)은 비틀림 관절이고, 관절(12) 및 관절(13)은 구부림 관절이다. 각 관절은 모터로 구성된 액추에이터(미도시)를 구비한다. 툴(15)은 로봇암(1)의 선단(先端)의 플랜지(flange) 모양의 툴 부착부(16)에 부착된다.
본 실시형태에서는, 툴(15)은 워크(W)를 파지(把持: 꽉 붙잡는 것)하기 위한 로봇핸드(hand)이다. 로봇핸드는, 로봇암(1)의 툴 부착부(16)에 부착된 핸드(hand)본체와, 예를 들어, 모터로 구성된 액추에이터(미도시)로 구동되는 2개의 지부(指部: 손가락 부)를 구비한다. 액추에이터가 동작하면 2개의 지부(指部)가 핸드본체에 대해서 이동한다. 결국, 로봇핸드의 2개의 지부는 서로 근접 또는 이격(離隔)되도록 이동 가능하고, 2개의 워크(W)를 파지(把持)할 수 있다.
조작디바이스(2)는, 로봇암(1)을 조작하기 위한 장치이다. 본 실시형태에서는, 조작디바이스(2)는 작업에리어(200)에서 떨어진 위치(작업에리어(200)의 바깥)에 설치되고, 제어장치(5)와 유선 또는 무선에 의해 통신 가능하게 접속된다. 조작디바이스(2)는 작업에리어(200)의 바깥에 있는 작업자(80)가 조작하기 위한 조작자(2a)와, 조작자(2a)의 조작데이터가 입력되는 처리부(미도시)를 구비한다. 처리부는, 조작자(2a)의 조작데이터에 따른 로봇암(1)의 조작지령을 생성하고, 이것을 제어장치(5)로 출력하도록 구성된다. 조작디바이스(2)는 스마트폰이나 태블릿 등의 휴대형 단말이라도 좋다. 조작자(2a)는, 여기에서는 조이스틱이지만, 예를 들어 휴대형 단말의 조작키에 의해 실현되어도 좋다. 도1에서는, 조작디바이스(2)는, 작업자(80)가 오른손으로 조작하기 쉽도록 데스크(17)위의 오른쪽에 배치된다.
제1촬상수단(3A)은, 워크(W)에 추종하여 이동하면서 워크(W)를 촬상하기 위한 장치이다. 본 실시형태에서는, 제1촬상수단(3A)은 로봇암(1) 선단의 툴 부착부(16)에 부착된다. 여기에서는, 제1촬상수단(3A)은 툴(15)전방(前方)의 모습을 촬상하는 것과 같은 방향으로 배치된다.
제2촬상수단(3B)은, 워크(W)에 대한 작업의 모습을 촬상하기 위해 작업에리어(200)에 고정해서 설치된다. 본 실시형태에서는, 제2촬상수단(3B)은 작업에리어(200)의 천정(90)에 고정하여 설치된다. 여기에서는, 제2촬상수단(3B)은 수납붕(19)의 방향으로 배치되어, 로봇이 워크(W)를 수납붕(19)에 수납하는 작업의 모습을 촬영한다. 또한, 제2촬상수단(3B)은 복수개 설치되어도 좋다. 이 경우는, 예를 들어 작업에리어(200)의 마루에 재치(載置)된 워크(W)를 컨베이어상의 소정위치까지 반송(搬送)하는 작업의 모습을 촬상해도 좋다. 본 실시형태에서는, 제1촬상수단(3A) 및 제2촬상수단(3B)은, CCD(Charge Coupled Device)카메라에 의해 구성된다. 또한, 이들의 촬상수단은, CCD카메라 이외에 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)카메라 등에 의해 구성되어도 좋다.
표시수단(4)은, 제1촬상수단(3A)에 의해 촬상된 영상 및 제2촬상수단(3B)에 의해 촬상된 영상을 표시한다. 표시수단(4)은, 로봇암(1)에 부착된 제1촬상수단(3A)으로서의 추종카메라의 영상을 표시하는 모니터(4A)와, 천정(天井)(90)에 부착된 제2촬상수단(3B)으로서의 고정카메라의 영상을 표시하는 모니터(4B)로 구성되어 있다. 표시수단(4)은, 추종카메라의 영상과 고정카메라의 영상을 하나의 모니터화면에 표시하도록 구성되어 있어도 좋다. 본 실시형태에서는, 표시수단(4)은 모니터이지만, 헤드 마운트(head mount)형의 디스플레이라도 좋다. 또, 표시수단(4)은, 조작디바이스(2)와 일체적(一體的)으로 구성되어도 좋다. 결국, 조작디바이스(2)와 표시수단(4)이 예를 들어, 노트퍼스컴(personal notebook computer)나 휴대형 단말의 조작키와 모니터에 의해 실현되어도 좋다.
제어장치(5)는, 인터페이스(미도시)를 통해서 로봇암(1), 조작디바이스(2), 및 이동장치(30)와 접속되어 로봇암(1)의 동작을 제어하는 로봇 컨트롤러이다. 제어장치는 단일의 장치로서는 한정되지 않으며, 복수의 장치로 구성되어도 좋다. 본 실시형태에서는, 제어장치(5)는 이동장치(30)의 구동축의 구동량에 기초해서 워크(W)의 이동량을 검출하고, 워크(W)의 이동량에 따라 로봇암(1)을 추종 제어하면서, 조작디바이스(2)의 조작지령에 기초해서 로봇암(1)의 동작을 제어한다. 도2는 머니퓰레이터 시스템(100)의 제어계의 구성을 나타낸 블록도이다. 도2에 나타내는 바와 같이, 제어장치(5)는 연산처리부(51)와, 모터제어기(52)와, 메모리(53)와, 입출력인터페이스 및 통신인터페이스(미도시)를 구비한다. 메모리(53)에는 로봇암(1)을 동작시키기 위한 여러 가지의 동작프로그램 및 정보가 기억되어 있다. 예를 들면, 자동운전 프로그램이 실행되는 것에 의해, 로봇암(1)이 자동적으로 동작한다(이하에서는, 자동운전이라고 한다). 여기에서, 로봇암(1)의 관절(11~14) 및 로봇핸드(툴(15))를 구성하는 모터(M1~M5)에는 이들 모터의 회동량을 검출하기 위한 인코더(11a~15a)가 설치되어 있다. 인코더(11a~15a)는 각 모터(M1~M5)의 회동량에 따른 검출신호를 제어장치(5)로 출력하게 되어 있다. 또, 컨베이어 인코더(32a)는, 컨베이어 모터의 구동량을 나타내는 검출신호를 제어장치(5)로 출력하게 되어 있다.
연산처리기(51)는, 모터 회동량 검출부(55)와, 워크 이동량 검출부(56)와, 제1위치자세 연산부(61) ~ 제3위치자세 연산부(63)와, 역변환 연산부(64)와, 제1가산부(65) 및 제2가산부(66)를 구비한다. 이들 각부는 연산처리기(51)에서 소정의 프로그램을 실행하는 것에 의해 실현되는 기능블록이다.
모터 회동량 검출부(55)는, 인코더(11a~14a)에서 입력된 검출신호에 기초해서모터(M1~M5)의 회동량을 검출하고, 이것을 제1위치자세 연산부(61)로 출력한다.
워크 이동량 검출부(56)는, 컨베이어 인코더(32a)에서 입력된 검출신호에 기초해서 워크(W)의 이동량을 검출하고, 이것을 제2위치자세 연산부(62)로 출력한다.
제1위치자세 연산부(61)는, 메모리(53)에 기억된 자동운전 프로그램에 기초해서 각 모터(M1~M4)의 지령치를 좌표변환하고 미리 교시된 로봇암(1) 선단(先端)의 교시위치(X좌표치, Y좌표치 및 Z좌표치) 및 자세(각도A, 각도O 및 각도T)를 산출한다. 여기에서, 로봇암(1) 선단의 위치란, 툴(15)의 툴(tool) 센터포인트이다. 여기에서는, 위치에 관한 변수로서 툴(tool) 센터포인트의 좌표치인 X좌표치, Y좌표치 및 Z좌표치가 이용된다. 또, 자세에 관한 변수로서, 툴(15)의 자세인 각도A, 각도O 및 각도T(오일러각)가 이용된다. 결국, 본 실시형태에서는, 로봇암(1) 선단의 위치 및 자세는 6개의 변수로 나타내진다. 한편, 제1위치자세 연산부(61)는, 모터회동량 검출부(55)에서 입력된 모터(M1~M5)의 회동량을 좌표변환하고, 로봇암(1) 선단의 현재의 위치 및 자세를 산출한다. 그리고, 제1위치자세 연산부(61)는, 로봇암(1) 선단의 위치 및 자세의 목표치를 설정하고, 이것을 제1가산부(65)로 출력한다.
제2위치자세 연산부(62)는, 워크 이동량 검출부(56)에서 입력되는 워크(W)의 이동량에 기초해서 로봇암(1) 선단의 위치 및 자세의 이동량(로봇암(1)의 「워크 추종량」이라고도 한다)을 산출하고, 이것을 제1가산부(65)로 출력한다.
제1가산부(65)는 로봇암(1) 선단의 위치 및 자세의 목표치에 로봇암(1) 선단의 워크 추종량을 가산하고, 이것을 제2가산부(66)로 출력한다.
제3위치자세 연산부(63)는, 조작디바이스(2)에서 입력되는 로봇암(1)의 조작지령에 기초해서, 로봇암(1) 선단의 위치 및 자세의 이동량(로봇암(1)의 「조작량」이라고도 한다)과 툴(15)의 구동량(툴(15)의 「조작량」이라고도 한다)을 산출하고, 이것을 제2가산부(66)로 출력한다.
역변환 연산부(64)는, 제2가산부(66)에서 입력되는 로봇암(1) 선단의 목표치에 워크 추종량 및 조작량을 가산한 값을, 야코비(Jacobi)행렬을 이용해서 역변환하고 각 모터(M1~M5)의 전류 지령치를 산출하고, 이것을 모터제어기(52)로 출력한다.
모터제어기(52)는, 역변환 연산부(64)에서 입력되는 전류 지령치에 기초해서 전류를 발생하고, 발생한 전류를 모터(M1~M5)로 공급한다. 결국, 모터제어기(52)는, 전류 지령치에 따라 모터(M1~M5)의 구동전류를 발생하는 증폭기이다. 이와 같이, 제어장치(5)는, 자동운전프로그램, 컨베이어 인코더(32a)의 센서신호, 및 조작디바이스(2)에서의 조작신호에 기초해서, 로봇암(1)의 동작을 제어하도록 구성된다.
화상처리부(40)는, 제1촬상수단(3A)(추종카메라)에 의해 얻어진 영상신호 및 제2촬상수단(3B)(고정카메라)에 의해 얻어진 영상신호를 처리하고, 표시용의 영상신호를 생성해서 모니터(4A) 및 모니터(4B)에 각각 출력한다. 본 실시형태에서는, 모니터(4A) 및 모니터(4B)는, 제1촬상수단(3A)(추종카메라)의 영상과 제2촬상수단(3B)(고정카메라)의 영상을 동시에 표시한다.
다음에, 머니퓰레이터 시스템(100)의 동작에 대해서, 도면을 이용해서 설명한다. 도3은, 도1의 로봇암(1)의 추종제어의 모습을 나타낸 평면도이다. 도3에 나타내는 바와 같이, 우선, 제어장치95)는 자동운전프로그램을 실행하고, 로봇암(1)의 선단의 툴 센터포인트(P)를 미리 교시된 위치 및 자세로 이동시킨다. 또한, 좌표계는 임의이지만, 여기에서는 조작자가 로봇암(1)을 조작하는 경우에 있어서, 지면(地面)과 평행으로 컨베이어의 반송방향을 정(+)방향으로서 X축을 설정하고 있다. 또, 지면(地面)과 평행으로 X축에 대해서 수직인 방향을 따라 Y축을 설정하고 있다. 더욱이, 지면과 수직인 방향을 따라서 Z축을 설정하고 있다. 또 도3에서는 로봇암(1)의 교시위치에 대응해서 컨베이어 벨트상에 워크(W)가 배치되어 있다. 자동운전에서는, 제어장치(5)에는 조작디바이스(2)로부터의 조작지령은 입력되지 않는다. 제어장치(5)는 자동운전프로그램 및 인코더(11a~14a)로부터의 센서신호에 기초해서, 로봇암(1) 선단의 위치 및 자세의 목표치를 설정하고, 각 모터(M1~M5)를 구동해서 로봇암(1) 선단을 교시점으로 이동시킨다(도2참조).
그리고, 이동장치(30)(컨베이어)가 동작을 개시해서, 컨베이어 벨트(31)가 X축의 정(+)방향(도3의 화살표방향)으로 순환함에 의해, 컨베이어 벨트(31)상에 재치(載置)된 워크(W)가 X축의 정(+)방향으로 반송된다. 이 때, 제어장치(5)에 컨베이어 인코더(32a)의 검출신호가 입력되고, 제어장치(5)는 추종제어를 개시한다. 제어장치(5)는, 컨베이어 인코더(32a)에서 입력되는 검출신호에 기초해서 워크(W)의 이동량을 검출하고, 워크(W)의 이동량에 기초해서 로봇암(1) 선단의 워크 추종량을 산출한다. 제어장치(5)는, 로봇암(1) 선단의 위치 및 자세의 목표치에 로봇암(1) 선단의 워크 추종량을 가산하고, 이것을 모터(M1~M5)의 전류 지령치에 반영시킨다(도2참조). 이에 따라, 로봇암(1)의 선단을, 컨베이어로 반송되는 워크(W)에 추종시킬 수 있다.
한편, 로봇암(1) 선단의 제1촬상수단(3A)은, 추종 제어되는 로봇암(1)의 선단의 모습을 촬상한다. 도4는 제1촬상수단(3A)에 의해 촬상된 영상을 표시한 모니터 화면의 일례이다. 도4에 나타내는 바와 같이, 모니터(4A)의 화면에는, 추종 제어되는 로봇암(1)의 선단의 모습이 표시된다. 화면상에는, 로봇암(1) 선단에 위치하는 툴(15), 그 전방(前方)에 위치하는 컨베이어 및 컨베이어상의 워크(W)가 표시되어 있다. 조작자(80)는, 로봇암(1)이 워크(W)를 추종하고 있는 동안에, 모니터화면을 보면서 조작디바이스(2)를 조작해서 로봇암(1)선단의 툴(15)을 동작시킨다. 로봇암(1)이 이동하는 워크(W)에 추종하고 있으므로, 제1촬상수단(3A)(카메라)에 의해, 촬상된 영상에서는, 워크(W)는 정지하고 있는 것처럼 보인다. 작업자는, 조작디바이스(2)에 의해 로봇핸드(툴(15))를 조작하기 용이하다. 로봇핸드에 의해 워크(W)를 파지(把持)할 수 있다.
다음에, 작업자는, 로봇핸드에 의해 워크(W)를 파지(把持)한 후에, 로봇암(1)의 제어를 추종제어에서 수동제어로 전환한다. 제어의 전환은, 예를 들어, 조작디바이스(2)를 조작하는 것에 의해 수동으로 행해져도 좋고, 자동으로 행해져도 좋다. 수동제어에서는, 조작디바이스(2)에서 생성된 조작지령만 따라서, 로봇암(1)의 동작이 제어된다. 도5는, 제3촬상수단(3B)에 의해 촬상된 영상을 표시한 모니터 화면의 일례이다. 여기에서, 제2촬상수단(3B)은 천정(90)에 고정해서 설치되고, 동시에 수납붕(19)의 방향에 배치되고 있으므로, 모니터(4B)의 화면에는 수납붕(19) 주위의 모습이 표시되어 있다. 제2촬상수단(3B)은, 컨베이어와 워크(W)의 수납붕(19)과의 사이에서 로봇핸드에 의해 워크(W)를 컨베이어에서 수납붕(19)부근까지 반송하는 작업의 모습을 촬상한다. 작업자는, 모니터(4B)의 화면에서 수납붕(19)의 주위의 모습을 확인하면서, 조작디바이스(2)를 조작하는 것에 의해 로봇핸드로 파지한 워크(W)를 수납붕(19)내의 소정의 위치에 수납한다. 이렇게 해서, 컨베이어로 반송되어 오는 중량워크의 운반작업을 정밀도 높게 행할 수 있다.
[변형례(變形例): 이동장치]
또한, 제1실시형태에서는, 이동장치(30)는 컨베이어로 했지만, 하나 이상의 구동축을 구비하고, 워크(W)를 이동 가능한 장치이면, 예를 들어 포지셔너라도 좋다. 도6은 제1실시형태의 변형례(變形例)에 관계되는 머니퓰레이터 시스템(100A)을 보여주는 개략도이다. 도6에 나타내는 바와 같이, 본 변형례(變形例)에서는 이동장치(30A)는 워크(W)를 재치(載置)하는 회전테이블(37)과, 회전축(38)과, 베이스(39)를 구비한다. 회전축(38)은 구동모터(미도시)를 구비하고, 회전축(38)을 기준으로 하여 회전테이블(37)을 회전시킨다. 구동모터에는 회전축(38)의 구동량을 검출하는 포지셔너 인코더(38a)가 부착되어, 검출신호를 제어장치(5)로 출력하도록 되어 있다. 이와 같이, 이동장치(30A)는 회전축(38)을 기준으로서 워크(W)를 회전시키는 포지셔너이다. 또, 포지셔너는, 예를 들어 직동축(直動軸)을 기준으로서 워크(W)를 평행 이동시키는 구성이라도 좋다.
(제2실시형태)
다음에, 제2실시형태에 대해서 설명한다. 이하에서는, 제1실시형태와 공통하는 구성의 설명은 생략하고, 상위하는 구성에 대해서만 설명한다.
도7은, 제2실시형태에 관계되는 머니퓰레이터 시스템을 보여주는 개략도이다. 도7에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 머니퓰레이터 시스템(100B)는, 좌석시트(워크(W2))를 파지(把持)하고, 컨베이어(이동장치(30))에 의해 반송되는 자동차의 차체(車體)프레임(워크(W1))에 대해서 좌석시트(워크(W2))의 부착작업을 행한다.
또, 본 실시형태의 제2촬상수단(고정카메라)(3B)은, 작업에리어 내의 이동장치(30)(컨베이어)의 근방에 세워진 지주(支柱)(91)에 고정하여 설치된다. 여기에서는 제2촬상수단(3B)은 좌석시트(워크(W2))의 방향에 배치되어, 로봇핸드(툴(15))에 의해 워크(W2)를 파지(把持)하는 작업의 모습을 촬영한다. 결국, 제2촬상수단(3B)은 좌석시트(워크(W2))가 재치(載置)된 마루(소정위치)와 컨베이어와의 사이에서 로봇핸드에 의해 좌석시트(워크(W2))를 소정위치에서 컨베이어 부근으로 반송하는 작업의 모습을 촬상한다. 또한, 제2촬상수단(3B)은 복수개 설치되어도 좋다. 예를 들어, 별개의 제2촬상수단(3B)이 작업에리어 전체의 모습을 촬영해도 좋다.
본 실시형태의 툴(15)은, 로봇암(1)의 선단에 부착된 로봇핸드에 파지(把持)되고, 동시에 좌석시트(W2)를 지지(支持)하기 위한 고정구(固定具)(18)를 포함한다. 도8은, 좌석시트(W2)를 파지(把持)한 로봇암(1)의 구성을 나타낸 평면도이다. 도8에 나타내는 바와 같이, 고정구(18)는, 로봇핸드에 파지(把持)된 본체부(18a)와, 본체부(18a)의 긴 쪽 방향으로 돌출한 3개의 갈고리부(18b)를 갖는다. 여기에서는, 본체부(18a)에 제1촬상수단(3A)이 부착된다. 3개의 갈고리부(18b)중의 1개는 본체부(18a)의 상방(上方)위치에서 돌출하며, 나머지 2개는 본체부(18a)의 상기 1개의 돌출위치보다도 하방(下方)위치이고, 같은 높이 동시에 서로 소정의 간격을 비운 위치로부터 돌출하고 있다. 이에 따라, 3개의 갈고리부(18b)의 사이에 좌석시트(W2)를 끼워서 고정할 수 있다.
본 실시형태에서는, 우선 작업자는 제2촬상수단(3B)에 의해 촬상된 영상을 표시수단(4)에서 확인하면서, 조작디바이스(2)를 조작하는 것에 의해, 로봇핸드로 좌석시트(W2)를 파지(把持)한다. 다음에, 작업자는 로봇암(1)의 제어를 수동제어에서 추종제어로 전환한다. 도8은, 워크(W2)를 파지(把持)한 로봇암(1)의 추종제어의 모습을 보여주고 있다. 도8에 나타내는 바와 같이, 제어장치(5)는, 컨베이어의 구동축의 구동량에 기초해서, 차체프레임(W1)의 이동량을 검출하고, 차체프레임(W1)의 이동량에 따라 차체프레임(W1)의 긴 쪽 방향에 대해서 로봇핸드의 긴 쪽 방향과 평행, 동시에 고정구(18)의 긴 쪽 방향이 수직이 되도록 로봇암(1)을 추종 제어한다. 이에 따라, 시트(W2)를 지지(支持)하는 고정구(18)만을 차체프레임(W1) 내부에 시트(W2)와 함께 삽입할 수 있고, 시트(W2)를 부착위치(70)에 부착하기 용이해진다. 이와 같이, 로봇암(1)을 추종 제어하면서 컨베이어상의 차체프레임(W1)에 좌석시트(W2)의 부착작업을 호적(好適: 매우 알맞음)하게 행할 수 있다.
또, 본 실시형태의 조작디바이스(2A)는, 로봇암(1)을 슬레이브암으로서, 이 슬레이브암과 상사(相似: 서로 모양이 비슷함)구조를 갖는 마스터암(20)을 구비한다(도6참조). 여기에서, 「상사(相似)구조」란 암의 외형이 상사(相似)의 경우와, 암의 관절구조가 상사(相似)의 경우의 양쪽을 포함한다. 이에 따라, 작업자는 마스터암(20)의 선단부(20a)를 직접적으로 조작하는 것에 의해, 직관적인 조작이 가능하게 된다. 그러므로, 작업정밀도가 향상된다.
[변형례(變形例)]
또한, 제2실시형태에서는, 조작디바이스(2A)는 마스터암(20)을 구비하는 구성으로 했지만, 이것에 한정되는 것이 아니다. 도9는, 제2실시형태의 번형례(變形例)에 관계되는 머니퓰레이터 시스템(100C)를 보여주는 개략도이다. 도9에 나타내는 바와 같이, 조작디바이스(2B)는, 마스터암(20)에 의해 작업된 더미워크(dummy work)(21)를 마스터암(20)의 선단부(20a)에 구비한다. 여기에서는, 더미워크(21)의 형상(形狀)은 자동차의 시트(W2)와 상사형상(相似形狀)이다. 이에 따라, 작업자는 더미워크(21)를 직접적으로 조작하는 것에 의해, 보다 직관적인 조작이 가능하게 된다.
(기타의 실시형태)
또한, 상기 실시형태에서는 제1촬상수단(3A)(추종카메라)의 영상과 제2촬상수단(3B)(고정카메라)의 영상을 동시에 표시하게끔 구성했지만, 제1촬상수단(3A)에 의해 촬상된 영상과 제2촬상수단(3B)에 의해 촬상된 영상을 전환하면서 표시해도 좋다. 이 경우, 화상처리부는 조작디바이스에서 입력된 조작신호에 따라서 추종카메라의 영상신호와 고정카메라의 영상신호를 전환해서 모니터에 출력하도록 구성된다. 작업자는 작업상황에 따라 화면표시를 적절히 전환한다. 이에 따라, 모니터는 추종카메라에 의해 워크의 이동에 추종하면서 워크에 대한 작업의 모습이 촬상된 영상과, 고정카메라에 의해 작업에리어에 있어서의 소정위치와 컨베이어와의 사이에 워크를 반송하는 작업의 모습이 촬상된 영상을 전환하면서 표시한다.
또한, 상기 실시형태에서는, 제1촬상수단(3A)은 로봇암(1)의 선단에 부착되었지만, 워크(W)가 촬상 가능한 방향으로 배치되어 있으면, 이동장치(30)인 컨베이어의 컨베이어 벨트(31)(도1)나 포지셔너의 회전테이블(37)(도6)에 부착되어도 좋다. 도10은, 기타의 실시형태에 관계되는 머니퓰레이터 시스템(100D)을 보여주는 개략도이다. 도10에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 제1촬상수단(3A)은, 이동장치(30)의 이동방향(도면 중의 화살표방향)을 따라서 나란히 배치된 복수의 카메라이다. 여기에서는, 10개의 고정카메라가 이동장치(30)(컨베이어)의 반송방향을 따라 나란히 배치되어 있다. 복수의 고정카메라의 각각에서 촬상된 영상신호는, 화상처리부(40)로 송신된다. 제어장치(5)는, 컨베이어 인코더(32a)로부터의 검출신호에 응해서 각 고정카메라의 영상신호의 출력타이밍을 제어하도록 구성되어 있다. 화상처리부(40)는, 제어장치(5)로부터의 제어지령에 기초해서, 복수의 고정카메라에서 촬상된 영상신호의 출력타이밍을, 워크(W)의 이동에 추종하도록 순차(順次)로 전환해서 모니터(4A)로 출력한다. 결국, 제1촬상수단(3A)의 복수의 고정카메라가 순차로 전환되는 것에 의해, 모니터(4A)에 표시된 영상에서는 워크(W)는 정지하고 있는 것처럼 보인다.
또한, 제어장치(5)가 컨베이어 인코더(32a)에서의 검출신호에 응해서 복수의 고정카메라의 동작을 제어하도록 구성되고, 복수의 고정카메라의 각각의 동작타이밍을, 워크(W)의 이동에 추종하도록 순차로 전환해도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 로봇암(1)의 작업은 중량워크의 운반작업, 또는 자동차의 의장(艤裝)작업이었지만, 인간의 서투른 워크의 이동을 동반하는 작업이면, 이것에 한정되는 것은 아니다. 로봇암(1)에 의한 작업은, 로봇의 조립작업이라도 좋고, 도장(塗裝)작업이라도 좋다. 예를 들면, 로봇의 조립작업의 경우는 일정속도로 반송되는 로봇암에 감속기나 모터 등의 구성부품을 부착한다. 예를 들어, 작은 물건의 도장공정에서는, 일정속도로 이동하고 있는 행어(hanger)에 매달린 워크를 조종에 의해 도장한다. 또, 아크 용접작업이나 이와 마찬가지인 접착제 도포작업이라도 좋다. 예를 들면, 아크 용접에서는 저속이지만 일정속도로 용접 툴을 제어하지만, 워크가 균일하지 아니한 경우나, 환경이 나쁜 경우에는 센서에 의한 보정에서의 자동운전이 곤란한 경우가 있다. 그래서, 이와 같은 경우에, 작업자가 카메라로 작업상태를 확인하면서, 툴의 진행방향에 대해서, 수직한 방향에 대해서만 조종작업을 가하는 것에 의해, 툴이 워크에 대해서 일정속도를 유지하면서, 위치의 보정이 가능하게 된다.
또한, 상기 각 실시형태에서는, 제2촬상수단(3B)(고정카메라)은 천정(天井)(90) 또는 지주(支柱)(91)에 고정해서 설치되었지만, 작업의 모습을 촬상하기 위해서 작업에리어(200)에 고정해서 설치되면, 이들의 형태에 제한되는 일은 없다.
또한, 상기 각 실시형태에서는, 본 실시형태의 로봇암(1)은, 싱글암 타입(single arm type)으로 했지만, 동축(同軸)에서 구동하는 더블암 타입(double arm type)이라도 좋다. 이에 따라, 설치공간이 작고, 동시에 인간에 의한 세밀한 수작업과 같은 작업을 실행할 수 있으므로, 생산라인에서 인간과 용이하게 치환할 수 있다.
상기 설명에서, 당업자(통상의 지식을 가진 자)에게는, 본 발명의 개량이나, 다른 실시형태가 명확하다. 따라서, 상기 설명은 예시(例示)로서만 해석되어야 마땅하고, 본 발명을 실행하는 최선의 태양(態樣)을 당업자에게 교시(敎示)하는 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 정신을 일탈하지 않고, 그 구조 및 기능의 쌍방(雙方) 또는 일방(一方)의 상세함을 실질적으로 변경할 수 있다.
본 발명은, 컨베이어 등에 의해 이동하는 워크에 대해서 작업을 행하는 머니퓰레이터 시스템에 유용하다.
1 로봇암(robot arm)
2, 2A, 2B 조작디바이스(device)
2a 조이스틱(joystick)
3A 제1촬상수단(추종카메라)
3B 제2촬상수단(고정카메라)
4 표시수단
4A, 4B 모니터
5 제어장치
10 베이스
11~14 관절
11a~15a 인코더
15 툴(tool)
16 툴부착부
17 데스크(desk)
18 고정구(固定具)
19 워크수납붕(work收納棚)
20 마스터암(master arm)
21 더미워크(dummy work)
30, 30A 이동장치(컨베이어, 포지셔너(positioner))
31 컨베이어 벨트(conveyor belt)
32 원동풀리(原動pulley)
32a 컨베이어 인코더(conveyor encoder)
33 종동풀리(從動pulley)
34 컨베이어 제어장치
37 회전테이블
38 회전축
38a 포지셔너 인코더
39 베이스
40 화상처리부
51 연산처리기
52 모터제어기
53 메모리
55 모터회동량 검출부(motor回動量檢出部)
56 워크이동량검출부(work移動量檢出部)
61 위치자세연산부(位置姿勢演算部)(자동운전)
62 위치자세연산부(位置姿勢演算部)(워크위치추종)
63 위치자세연산부(位置姿勢演算部)(조작디바이스)
64 역변환연산부(逆變換演算部)
65, 66 가산부(加算部)
80 작업자
90 천정(天井)
91 지주(支柱)
100 머니퓰레이터 시스템(manipulator system)
200 작업에리어(作業area)
M1~M5 모터(motor)
W, W1, W2 워크(work)

Claims (6)

  1. 이동장치에 의해 이동하는 워크(work)에 대해서 작업을 행하는 머니퓰레이터 시스템으로,
    하나 이상의 관절을 갖고, 상기 워크에 대해서 작업을 행하기 위한 툴(tool)이 부착된 로봇암과,
    상기 로봇암을 조작하기 위한 조작디바이스와,
    상기 워크의 이동에 추종(追從)하면서 해당 워크를 촬상(撮像)하기 위한 제1촬상(撮像)수단과,
    상기 워크에 대한 작업의 모습을 촬상하기 위해 작업에리어(area)에 고정하여 설치된 제2촬상(撮像)수단과,
    상기 제1촬상수단에 의해 촬상된 영상 및 제2촬상수단에 의해 촬상된 영상을 표시하는 표시수단과,
    상기 이동장치에 의해 이동하는 상기 워크의 이동량을 검출하고, 상기 워크의 이동량에 따라 상기 로봇암을 추종(追從) 제어하면서, 상기 조작디바이스의 조작지령에 기초해서 상기 로봇암의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하는, 머니퓰레이터 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 머니퓰레이터 시스템은, 하나 이상의 구동축을 구비한 컨베이어 또는 포지셔너에 의해 이동하는 워크에 대해서 작업을 행하는 것으로,
    상기 제어장치는, 상기 컨베이어 또는 상기 포지셔너의 구동축의 구동량에 기초해서, 상기 워크의 이동량을 검출하는, 머니퓰레이터 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1촬상수단은, 상기 로봇암의 선단에 부착되는 상기 워크를 파지하기 위한 로봇핸드인, 머니퓰레이터 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 표시수단은, 상기 제1촬상수단에 의해 촬상된 영상과, 상기 제2촬상수단에 의해 촬상된 영상을 전환하면서 표시하는, 머니퓰레이터 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 표시수단은, 상기 제1촬상수단에 의해 상기 워크의 이동에 추종하면서 해당 워크에 대한 작업모습이 촬영된 영상과, 상기 제2촬상수단에 의해 상기 작업에리어에 있어서의 소정위치와 상기 이동장치와의 사이에 상기 워크를 반송(搬送)하는 작업모습이 촬상된 영상을 전환하면서 표시하는, 머니퓰레이터 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1촬상수단은, 이동장치의 이동방향을 따라서 나란히 배치된 복수의 고정카메라로서,
    상기 표시수단은 상기 복수의 고정카메라에서 촬상된 영상을, 상기 워크의 이동량에 추종하도록 순차로 전환하여 표시하는, 머니퓰레이터 시스템.
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