KR102029154B1

KR102029154B1 - 자주식 관절 로봇

Info

Publication number: KR102029154B1
Application number: KR1020177019978A
Authority: KR
Inventors: 야스히코 하시모토; 타카히로 이나다; 켄지 반도; 요시아키 타나카; 준이치 무라카미; 사토루 히비노; 유키오 이와사키
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2019-10-07
Also published as: TWI637830B; JPWO2016103303A1; CN107000199A; TW201622908A; WO2016103303A1; JP6458052B2; EP3238881B1; US10338597B2; KR20170098885A; EP3238881A4; EP3238881A1; US20170371342A1; CN107000199B

Abstract

생산 공장에 있어서 작업을 하는 자주식 관절 로봇이, 서보 모터에 의해 각각 구동되는, 이차원 평면 내에서 자주하기 위한 적어도 2개의 동작 축을 갖는 자주 가능한 대차와, 대차에 지지되며, 서보 모터에 의해 구동되고 또한 관절을 구성하는 적어도 1개의 동작 축을 갖는 로봇 아암과, 로봇 아암의 선단에 설치된 엔드 이펙터와, 대차 내에 설치되며, 로봇 아암의 동작 축과 대차의 동작 축이 협동하는 것에 의해 로봇 아암 또는 엔드 이펙터에 규정된 제어점이 목표 위치에 도달하도록, 로봇 아암의 동작 축 및 대차의 동작 축을 제어하는 제어 유닛을 구비한다.

Description

자주식 관절 로봇 {SELF-PROPELLED ARTICULATED ROBOT}

본 발명은 대차와 이것에 지지된 로봇 아암을 구비하는 자주식 관절 로봇에 관한 것이다.

종래, 전기·전자 부품 등의 조립 공정에 있어서, 워크의 반송 라인을 따라 일련으로 배치된 작업자와 작업용 로봇이 협동하여 작업을 행하는, 인간·로봇 협동형의 라인 생산 방식이 제안되어 있다. 예컨대, 특허문헌 1에는, 인간·로봇 협동형의 라인 생산 방식에 이용되는 작업용 더블 아암 로봇이 개시되어 있다.

이 특허문헌 1의 작업용 더블 아암 로봇은, 동체와, 머리와, 2개의 아암과, 각 아암의 선단에 설치된 핸드와, 동체의 하부를 지지하는 대차를 구비하고 있다. 이 대차는 그 하부에, 4개의 고정 레그와, 대차의 후측에 스윙 가능한 2개의 캐스터와, 대차의 전측에 위치하는 2개의 구동 바퀴를 가지고 있다. 이 대차는, 캐스터 및 구동 바퀴에 의해 대차가 지지되는 것에 의해 가동하는 상태와, 대차가 고정 레그에 의해 지지되는 것에 의해 위치 고정된 상태를 전환시킬 수 있다. 또한, 구동 바퀴는 제어 장치(컨트롤 박스)에 의해 제어되는 클러치를 갖는 주행 구동 모터에 접속되어 있으며, 클러치를 접속해제하여 자유 회전 가능하게 된 상태와, 주행 구동 모터에 접속되어 구동되는 상태로 전환된다.

상기 구성의 작업용 더블 아암 로봇을 작업대에 설치할 때에는, 조종자가, 자유 회전 가능한 구동 바퀴에 의해 지지된 대차를 작업대까지 손으로 밀어서 이동시킨 다음에, 대차를 위치 고정시킨다. 그리고, 로봇이 작업중에 이동하여 작업 위치의 수정이 필요하게 되었을 때에는, 제어 장치가, 아암을 신장시켜 아암의 선단에 설치된 앵커 핀을 작업대에 설치된 앵커 포인트에 계합시키고, 대차를 자유 회전 가능한 구동 바퀴에 의해 지지된 상태로 전환시켜서, 신장된 아암을 끌어 당기는 것에 의해, 대차를 바람직한 작업 위치에 이동시킨다. 작업 위치의 수정량이 클 때에는, 제어 장치가, 대차가 구동 바퀴에 의해 지지된 상태로 전환시켜서, 주행 구동 모터로 구동 바퀴를 구동시켜 대차를 주행 이동시키는 것에 의해, 대차를 바람직한 작업 위치에 이동시킨다.

JP

2010-64198

A

상기 특허문헌 1의 작업용 더블 아암 로봇에서는, 로봇의 작업 위치의 수정에 아암을 이용하기 때문에, 로봇의 작업중에 작업 위치를 수정할 수 없다. 또한, 상기 특허문헌 1의 작업용 더블 아암 로봇에서는, 로봇의 작업 위치를 고정하는 것을 목적으로 하여 로봇의 위치의 수정을 행하고 있기 때문에, 로봇이 이동하면서 작업을 하는 것은 상정되어 있지 않다.

본 발명은 이상의 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 라인 생산 방식이나 셀 생산 방식으로 제품을 생산하는 공장에 있어서 작업을 하는 자주식 관절 로봇으로서, 이동하면서 작업을 하는 것이 가능한 것을 제안하는 것에 있다.

본 발명의 일 양태에 관한 자주식 관절 로봇은, 생산 공장에 있어서 작업을 하는 자주식 관절 로봇으로서,

서보 모터에 의해 각각 구동되는, 이차원 평면 내에서 자주하기 위한 적어도 2개의 동작 축을 갖는 자주 가능한 대차와,

상기 대차에 지지되며, 서보 모터에 의해 구동되고 또한 관절을 구성하는 적어도 1개의 동작 축을 갖는 로봇 아암과,

상기 로봇 아암의 선단에 설치된 엔드 이펙터와,

상기 대차 내에 설치되며, 상기 로봇 아암의 동작 축과 상기 대차의 동작 축이 협동하는 것에 의해 상기 로봇 아암 또는 상기 엔드 이펙터에 규정된 제어점이 목표 위치에 도달하도록, 상기 로봇 아암의 동작 축 및 상기 대차의 동작 축을 제어하는 제어 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

이에 의해, 로봇 아암과 대차를 협동 동작시킬 수 있다. 즉, 로봇 아암의 베이스가 되는 대차를 이동시키면서, 로봇 아암에 작업을 행하게 할 수 있다.

본 발명에 의하면, 제품의 생산 공장에 있어서 작업을 하는 자주식 관절 로봇으로서, 이동하면서 작업을 하는 것이 가능한 것을 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 형태에 관한 자주식 관절 로봇의 개략 구성을 나타내는 정면도다.
도 2는 도 1에 나타내는 자주식 관절 로봇의 평면도다.
도 3은 도 1에 나타내는 자주식 관절 로봇의 저면도다.
도 4는 도 1에 나타내는 자주식 관절 로봇의 제어 계통의 개략 구성을 나타내는 블록도다.
도 5는 자주식 관절 로봇이 도입된 생산 공장의 일례를 설명하는 도면이다.

이어서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 본 발명의 자주식 관절 로봇은 예컨대, 라인 생산 방식 또는 셀 생산 방식으로, 전기·전자 부품 등을 조립하여 제품을 생산하는 생산 공장에서 이용된다. 자주식 관절 로봇은 생산 공장에 설치된 작업대를 따라 배치되고, 작업대 위에서 워크에 대하여, 이송, 부품의 조립이나 배치 전환, 자세 변환 등의 작업 중의 적어도 1개를 행하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시 형태에 관한 자주식 관절 로봇(1)의 전체적인 구성을 나타내는 정면도, 도 2는 도 1에 나타내는 로봇(1)의 평면도, 도 3은 도 1에 나타내는 로봇(1)의 저면도다. 도 1 내지 도 3에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일실시 형태에 관한 자주식 관절 로봇(이하, 단지 "로봇(1)"이라고 하는 경우가 있다)은, 이차원 평면 내에서 자주하는 대차(7)와, 대차(7)에 지지된 적어도 1개의 로봇 아암(2_A, 2_B)과, 각 로봇 아암(2_A, 2_B)의 선단에 착탈 가능하게 부착되고 엔드 이펙터(5)와, 위치 측정 장치(63)와, 마커 검출 장치(64)와, 로봇 아암(2_A, 2_B) 및 대차(7)의 동작을 제어하는 제어 유닛(6)을 구비하고 있다. 엔드 이펙터(5)의 동작도 제어 유닛(6)에 의해 제어되어도 좋다. 이하, 로봇(1)의 각 구성 요소에 대해서 상세하게 설명한다.

먼저, 로봇 아암(2_A, 2_B)에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 관한 로봇(1)은, 좌우의 로봇 아암(2_A, 2_B)을 구비한 더블 아암 로봇이다. 좌우의 로봇 아암(2_A, 2_B)은 독립적으로 동작하거나, 서로 관련하여 동작하거나 하는 것이 가능하다. 이에 의해, 좌우의 로봇 아암(2_A, 2_B)에 의해 각각 별도의 작업을 하거나, 협동하여 하나의 작업을 하거나 할 수 있다. 단, 본 발명에 관한 로봇(1)은, 더블 아암 로봇으로 한정되지 않고, 적어도 1개의 로봇 아암을 구비하고 있으면 좋다.

한 쪽의 로봇 아암(2_A)은, 제1 축선(L1) 둘레로 회동하는 제1 링크(21_A)와, 제1 링크(21_A)에 상기 제1 링크(21_A)의 선단에 규정된 제2 축선(L2_A) 둘레로 회동 가능하게 결합된 제2 링크(22_A)를 구비하고 있다. 마찬가지로, 다른 쪽의 로봇 아암(2_B)은, 제1 축선(L1) 둘레로 회동하는 제1 링크(21_B)와, 제1 링크(21_B)에 상기 제1 링크(21_B)의 선단에 규정된 제2 축선(L2_B) 둘레로 회동 가능하게 결합된 제2 링크(22_B)를 구비하고 있다. 제1 축선(L1)과 제2 축선(L2_A, L2_B)은 평행하며, 본 실시 형태에 관한 제1 축선(L1)과 제2 축선(L2_A, L2_B)은 수직으로 연장되어 있다.

2개의 로봇 아암(2_A, 2_B)의 제1 링크(21_A, 21_B)의 제1 축선(L1)끼리는 일치하고 있으며, 한 쪽의 로봇 아암(2_A)의 제1 링크(21_A)와 다른 쪽의 로봇 아암(2_B)의 제1 링크(21_B)는 상하로 고저차를 두고서 배치되어 있다. 이하에서는, 2개의 로봇 아암(2_A, 2_B) 중, 제1 링크(21_A)가 하방에 위치하는 한 쪽을 제1 아암(2_A)으로 하고, 다른 쪽을 제2 아암(2_B)으로 한다.

여기에서, 제1 아암(2_A)의 구조에 대해서 상세하게 설명한다. 제1 아암(2_A)의 제1 링크(21_A)는, 대차(7)의 상면에 고정된 베이스축(20_A)에, 도시되지 않는 베어링을 통해서 회동 가능하게 지지되어 있다. 또한, 제1 아암(2_A)의 제2 링크(22_A)는, 제1 링크(21_A)의 선단에 도시되지 않는 베어링을 통해서 회동 가능하게 지지되어 있다.

제1 링크(21_A)의 외형은, 중공의 링크 부재(30_A)에 의해 형성되어 있다. 링크 부재(30_A)의 내부에는, 제1 링크(21_A)를 제1 축선(L1) 둘레로 회동 구동하기 위한, 서보 모터(91_A)와 동력 전달 장치(92_A)가 설치되어 있다. 동력 전달 장치(92_A)는, 회전 토크를 조정하기 위한 감속기로서의 기능을 함께 구비하고 있다. 이와 같이, 제1 아암(2_A)은, 서보 모터(91_A)에 의해 구동되고, 베이스축(20_A)과 제1 링크(21_A)를 결합하는 관절을 구성하는 동작 축(제1 축(A1_A))을 가지고 있다.

또한, 링크 부재(30_A)의 내부에는, 제2 링크(22_A)를 제2 축선(L2_A) 둘레로 회동 구동하기 위한, 서보 모터(93_A)와 동력 전달 장치(94_A)가 설치되어 있다. 동력 전달 장치(94_A)는, 회전 토크를 조정하기 위한 감속기로서의 기능을 함께 구비하고 있다. 이와 같이, 제1 아암(2_A)은, 서보 모터(93_A)에 의해 구동되고, 제1 링크(21_A)와 제2 링크(22_A)를 결합하는 관절을 구성하는 동작 축(제2 축(A2_A))을 가지고 있다.

계속해서, 제2 아암(2_B)에 대해서 상세하게 설명한다. 제2 아암(2_B)의 베이스축(20_B)은, 제1 아암(2_A)의 제1 링크(21_A) 위에 고정되어 있다. 제2 아암(2_B)은, 전술한 제1 아암(2_A)과 유사한 구성을 가지고 있다. 그래서, 각 도면에 있어서는, 제1 아암(2_A)의 각 구성 요소에는 숫자에 알파벳 A를 첨부한 참조 부호가 붙여지고, 제2 아암(2_B)의 각 구성 요소에는 숫자에 알파벳 B를 첨부한 참조 부호가 붙여져 있다. 참조 부호 중 숫자부분이 공통되는 구성 요소는, 제1 아암(2_A)과 제2 아암(2_B)에서 공통되는 요소이며, 기능 및 형상이 동일 또는 유사하다. 그리고, 제2 아암(2_B)의 구조에 관한 상세한 설명을, 전술한 제1 아암(2_A)의 설명에 있어서 참조 부호에 첨부한 알파벳 A를 알파벳 B로 바꿔 읽는 것에 의해 생략한다.

이어서, 대차(7)에 대해서 설명한다. 대차(7)는, 직방체형상(직육면체형상)의 하우징(71)과, 하우징(71)의 배면에 설치된 핸들(73)과, 하우징(71)의 하부에 설치된 주행 장치(8)를 구비하고 있다. 하우징(71)은 중공형상으로서, 하우징(71)의 내부에 제어 유닛(6), 배터리(88), 위치 측정 장치(63), 마커 검출 장치(64), 도시되지 않는 에어압 공급 장치 등이 배치되어 있다. 대차(7)의 하우징(71)의 측면에는 배터리(88)의 충전용 전극(89)이 표시되어 있다. 또한, 하우징(71)의 상부에는 머신 비젼 카메라 등의 적어도 1개의 카메라(90)가 설치되어 있다.

주행 장치(8)는, 2개의 구동 바퀴(80a, 80b)와, 4개의 캐스터(81)를 구비하고 있다. 2개의 구동 바퀴(80a, 80b)는, 그 회전축의 축선 방향이 기본 자세의 로봇(1)의 전후 방향과 평행하게 되도록, 서로 이격되어 배치되어 있다. 4개의 캐스터(81)는, 대차(7)의 하우징(71)의 저면의 네 구석에 밸런스 좋게 배치되어 있다. 4개의 캐스터(81)는 가해지는 외력에 따라서 그 회동축의 축선 방향을 자유롭게 변화시킬 수 있다.

주행 장치(8)는, 2개의 구동 바퀴(80a, 80b)의 각각에 대하여, 유사 또는 동일 구성의 구동 기구(87a, 87b)를 추가로 구비하고 있다. 구동 바퀴(80a)의 구동 기구(87a)는, 구동원인 서보 모터(85a)와, 서보 모터(85a)로부터 구동 바퀴(80a)에 동력을 전달하는 동력 전달 장치(86a) 등으로 구성되어 있다. 동력 전달 장치(86a)는, 예컨대, 서보 모터(85a)의 출력 토크를 조정하기 위한 감속기와, 감속기로부터 구동 바퀴(80a)에 동력을 전달하는 벨트 전동 기구로 구성된다. 이와 같이, 대차(7)는, 서보 모터(85a)에 의해 구동되는 동작 축(주행 제1 축(TA₁))을 가지고 있다.

마찬가지로, 구동 바퀴(80b)의 구동 기구(87b)는, 구동원인 서보 모터(85b)와, 서보 모터(85b)로부터 구동 바퀴(80b)에 동력을 전달하는 동력 전달 장치(86b) 등으로 구성되어 있다. 동력 전달 장치(86b)는, 예컨대, 서보 모터(85b)의 출력 토크를 조정하기 위한 감속기와, 감속기로부터 구동 바퀴(80b)에 동력을 전달하는 벨트 전동 기구로 구성된다. 이와 같이, 대차(7)는, 서보 모터(85b)에 의해 구동되는 동작 축(주행 제2 축(TA₂))을 가지고 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 구동 바퀴(80a)의 회전 축심에 주행 제1 축(TA₁)이 규정되어 있다. 마찬가지로, 본 실시 형태에 있어서는, 구동 바퀴(80b)의 회전 축심에 주행 제2 축(TA₂)이 규정되어 있다. 한편, 본 실시 형태에 있어서는, 구동 바퀴(80a)의 회전 축심과 주행 제1 축(TA₁)이 일치하지만, 주행 제1 축(TA₁)이 구동 바퀴(80a)에 대한 동력 전달 경로 위의 적절한 위치에 규정되어 있어도 좋다. 마찬가지로, 본 실시 형태에 있어서는, 구동 바퀴(80b)의 회전 축심과 주행 제2 축(TA₂)이 일치하지만, 주행 제2 축(TA₂)이 구동 바퀴(80b)에 대한 동력 전달 경로 위의 적절한 위치에 규정되어 있어도 좋다.

상기 구성의 주행 장치(8)에서는, 주행 제1 축(TA₁)과 주행 제2 축(TA₂)의 회전 방향 및 회전 속도가 제어 유닛(6)에 의해 제어되는 것에 의해, 대차(7)가 이차원 평면(XY 평면) 내를 주행한다. 예컨대, 주행 제1 축(TA₁)과 주행 제2 축(TA₂)이 동일한 회전 속도로 동일한 방향으로 회전 구동되는 것에 의해, 대차(7)는 앞 또는 뒤로 직진한다. 예컨대, 주행 제1 축(TA₁)과 주행 제2 축(TA₂)이 동일한 방향이고 또한, 서로 다른 회전 속도로 회전 구동되는 것에 의해, 대차(7)는 앞 또는 뒤로 커브를 돌며, 대차(7)의 궤도가 구불어진다. 예컨대, 주행 제1 축(TA₁)과 주행 제2 축(TA₂)이 서로 다른 방향으로 회전되는 것에 의해, 대차(7)는 그 자리에서 선회한다.

계속해서, 제어 유닛(6)에 대해서 설명한다. 도 4는 로봇(1)의 제어 계통의 구성을 나타내는 도면이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 제어 유닛(6)에는, 제어 장치(61)와, 서보 증폭기(62)가 설치되어 있다. 제어 유닛(6)에는, 위치 측정 장치(63)와, 마커 검출 장치(64)가 접속되어 있다. 제어 유닛(6)에는, 상용 전원과 배터리(88)의 양쪽 모두로부터 전력 공급이 가능하며, 상용 전원과 접속되어 있을 때에는 주로 상용 전원으로부터 전력이 공급되고, 상용 전원과 절단되어 있을 때에는 배터리(88)로부터 전력이 공급된다.

서보 증폭기(62)는, 제어 장치(61)로부터 공급된 제어 신호(위치 지령)에 기초하여, 제1 아암(2_A)의 동작 축(즉, 제1 축(A1_A)과 제2 축(A2_A))을 동작시키는 서보 모터(91_A, 93_A), 제2 아암(2_B)의 동작 축(즉, 제1 축(A1_B)과 제2 축(A2_B))을 동작시키는 서보 모터(91_B, 93_B), 및, 주행 장치(8)의 동작 축(즉, 주행 제1 축(TA₁)과 주행 제2 축(TA₂))을 동작시키는 서보 모터(85a, 85b)의 각 서보 모터에 구동 전류를 공급하도록 구성되어 있다. 한편, 서보 증폭기(62)는, 각 서보 모터(91_A, 93_A, 91_B, 93_B, 85a, 85b)에 대응하여 설치되어 있고, 그것들이 통합되어 도시되어 있다.

각 서보 모터(91_A, 93_A, 91_B, 93_B, 85a, 85b)에는, 예컨대, 출력 축의 회전량·회전각도·회전 위치 등을 검출하는 로터리 엔코더 등의 회전 검출기가 설치되어 있고, 이 회전 검출기에서 검출된 서보 모터의 출력 축의 적어도 회전 위치가 제어 장치(61) 및 서보 증폭기(62)에 입력된다.

제어 장치(61)는 이른바 컴퓨터이며, CPU 등의 연산 처리부와, ROM, RAM 등의 기억부를 가지고 있다(모두 도시하지 않음). 기억부에는, 연산 처리부가 실행하는 프로그램, 각종 고정 데이터 등이 기억되어 있다. 연산 처리부는, 외부 장치와의 데이터 송수신을 행한다. 또한, 연산 처리부는, 각종 센서로부터의 검출 신호의 입력이나 각 제어 대상에 대한 제어 신호의 출력을 행한다. 제어 장치(61)에서는, 기억장치에 기억된 프로그램 등의 소프트웨어를 연산 처리부가 읽어내어 실행하는 것에 의해, 로봇(1)의 동작을 제어하기 위한 처리가 행하여진다. 한편, 제어 장치(61)는 단일의 컴퓨터에 의한 집중 제어에 의해 각 처리를 실행해도 좋고, 복수의 컴퓨터의 협동에 의한 분산 제어에 의해 각 처리를 실행해도 좋다. 또한, 제어 장치(61)는 마이크로 컨트롤러, 프로그래밍 가능한 로직 컨트롤러(PLC) 등으로 구성되어 있어도 좋다.

계속해서, 위치 측정 장치(63)에 대해서 설명한다. 위치 측정 장치(63)는 대차(7)의 현재 위치를 검출하는 수단이다. 위치 측정 장치(63)에서 검출된 대차(7)의 현재 위치는 제어 장치(61)에 전달된다. 위치 측정 장치(63)는, 예컨대, GPS(Global Positioning System) 안테나와, 그 안테나에서 수신한 전파로부터 대차(7)의 현재의 위치나 자세를 산출하는 연산 장치 등으로 구성되어 있다. 한편, 위치 측정 장치(63)로서, GPS와 같은 절대 위치를 검출하는 센서 이외에, 직교 3축방향(즉, 삼차원 공간)의 가속도를 검출하는 가속도 센서와 같은 상대 위치를 검출하는 센서를 이용해도 좋다.

계속해서, 마커 검출 장치(64)에 대해서 설명한다. 마커 검출 장치(64)는 후술하는 마커와 대차(7)의 상대적인 위치 관계를 검출하는 수단이다. 마커 검출 장치(64)에서 검출된 마커와 대차(7)의 상대적인 위치 관계는 제어 장치(61)에 전달된다. 마커 검출 장치(64)는, 예컨대, 대차(7)에 설치된 카메라(90)와, 카메라(90)로부터 송출되어 온 영상 신호를 화상 처리하여, 산출된 마커의 특징량(면적, 무게중심, 길이, 위치 등)에 기초하여 마커와 대차(7)의 상대적인 위치 관계를 검출하는 연산 장치 등으로 구성되어 있다.

상기 구성의 로봇(1)에서는, 제어 유닛(6)은 위치 측정 장치(63), 마커 검출 장치(64), 및 각 서보 모터(91_A, 93_A, 91_B, 93_B, 85a, 85b)에 설치된 회전 검출기로부터의 검출 신호 또는 측정 신호를 취득하고, 각 로봇 아암(2_A, 2_B)의 손끝 또는 엔드 이펙터(5)에 규정된 제어점의 현재 위치를 연산한다. 그리고, 제어 유닛(6)은 제어점이 소정의 프로그램에 기초하여 소정의 궤도를 따라 목표 위치로 이동하도록 하는 제어 신호를 생성한다. 이 제어 신호는, 제어 장치(61)로부터 서보 증폭기(62)에 출력된다. 서보 증폭기(62)는 제어 신호에 따른 구동 전류를 서보 모터(91_A, 93_A, 91_B, 93_B, 85a, 85b)에 공급한다. 이와 같이, 제어 유닛(6)은 로봇 아암(2_A, 2_B)의 동작 축과 마찬가지로 주행 장치(8)의 동작 축에 대해서도, 엔드 이펙터(5)의 위치, 방향, 자세 등을 제어량으로서, 그 목표값에 추종하는 자동 제어(즉, 서보 제어)를 행한다.

여기에서, 상기 구성의 로봇(1)의 사용 예를 설명한다. 도 5에서는, 본 실시 형태에 관한 로봇(1)이 도입된 생산 공장(100)의 일례가 도시되어 있다. 도 5에 도시된 생산 공장(100)은 라인 생산 방식을 채용하고 있으며, 워크(W)를 반송하는 반송 라인(50)이 설치되어 있다. 단, 로봇(1)이 도입되는 생산 공장(100)은 라인 생산 방식으로 한정되지 않고, 예컨대, 셀 생산 방식이 채용되어 있어도 좋다. 본 실시 형태에 있어서는, 반송 라인(50)의 상면이 작업대로서 사용되고 있다. 단, 별도의 작업대가 설치되거나, 로봇(1)의 대차(7)의 하우징(71)의 상면이 작업대로서 사용되거나 하여도 좋다.

생산 공장(100)에는, 반송 라인(50)으로부터 떨어진 위치에 충전 스테이션(49)이 설치되어 있다. 비작업시의 로봇(1)은, 충전 위치(P2)에 있어서 충전 스테이션(49)과 접속되어 배터리(88)를 충전하면서 대기하고 있다.

로봇(1)에는, 대차(7)가 주행하는 이차원 평면 위에서의 위치의 기준으로서, 대차 기준점이 규정되어 있다. 이 대차 기준점은 대차(7)에 규정되어 있어도 좋고, 로봇 아암(2_A, 2_B) 또는 엔드 이펙터(5)에 규정되어 있어도 좋다. 또한, 대차 기준점은 로봇(1)의 제어점과 동일한 점이여도 좋다. 이 대차 기준점의 목표 위치의 하나로서, 반송 라인(50)을 따른 기준 작업 위치(P1)가 미리 규정되어 있다. 기준 작업 위치(P1)는 로봇(1)이 작업을 할 때의 기준 위치다. 한편, 대차 기준점, 기준 작업 위치(P1), 및 충전 위치(P2)는 이차원 평면 또는 삼차원 공간의 위치(좌표)로서 규정되어 있어도 좋지만, 제어 유닛(6)에서의 연산을 간이하게 하기 위해서 이차원 평면의 위치로서 취급되는 것이 바람직하다.

상기 기준 작업 위치(P1)의 주위에는, 워크(W)에 조립될 조립 부품(53, 54)이 얹혀진 적재 테이블(52)이 설치되어 있다. 또한, 상기 기준 작업 위치(P1) 또는 그 근방에, 로봇(1)(특히, 대차(7))의 위치 결정을 위한 마커(51)가 설치되어 있다. 한편, 마커(51)는 로봇(1)의 대차 기준점이 기준 작업 위치(P1)에 있을 때 및 그 근방에 있을 때에, 카메라(90)로 촬상할 수 있는 위치에 설치되어 있다. 즉, 마커(51)는 대차 기준점의 목표 위치(여기서는, 기준 작업 위치(P1)) 또는 그 근방에 설치되어 있다. 한편, 목표 위치의 근방이란 로봇(1)의 대차 기준점이 목표 위치에 있을 때에 카메라(90)로 촬상할 수 있는 영역으로서, 카메라(90)로 촬상된 마커(51)가 화상 처리에 의해 식별 가능한 영역을 의미한다. 본 실시 형태에 있어서는, 마커(51)는, 로봇(1)의 대차 기준점이 기준 작업 위치(P1)에 있을 때에 카메라(90)의 정면이 되는 장소인, 반송 라인(50)의 측면에 설치되어 있다. 한편, 도시되지 않지만, 충전 스테이션(49)의 충전 위치(P2) 또는 그 근방에도 별도 마커가 설치되어 있다.

제어 유닛(6)은, 로봇(1)이 워크(W)에 대하여 작업을 하고 있을 때의 제어 모드인 "작업 모드"와, 로봇(1)이 충전 스테이션(49)과 접속된 충전 위치(P2)와 기준 작업 위치(P1) 사이를 이동할 때의 제어 모드인 "주행 모드"를 포함하는, 복수의 제어 모드를 가지고 있다. 작업 모드에서는, 로봇 아암(2_A, 2_B)의 동작 축과 대차(7)의 동작 축이 협동하여 동작하는 것에 의해 로봇 아암(2_A, 2_B) 또는 엔드 이펙터(5)에 규정된 제어점이 목표 위치에 도달하도록, 로봇 아암(2_A, 2_B)의 동작 축 및 대차(7)의 동작 축이 제어된다. 즉, 작업 모드에서는 로봇(1)이 삼차원으로 위치 제어된다. 또한, 주행 모드에서는, 로봇(1)에 규정된 대차 기준점이 목표 위치에 도달하도록, 대차(7)의 동작 축이 제어된다. 즉, 주행 모드에서는 로봇(1)이 이차원으로 위치 제어된다.

작업 개시전에, 로봇(1)을 기준 작업 위치(P1)까지 이동시킨다. 이 주행 모드의 제어 유닛(6)은, 위치 측정 장치(63)에서 검출된 대차(7)의 현재 위치에 기초하여, 대차 기준점의 현재 위치가 기준 작업 위치(P1)에 가까워지도록, 대차(7)의 동작 축을 제어한다.

그리고, 대차 기준점의 현재 위치가, 카메라(90)의 촬상 범위에 마커(51)가 포함될 정도로 기준 작업 위치(P1)에 충분히 가까워졌을 때에, 제어 유닛(6)은, 마커 검출 장치(64)에서 검출된 마커(51)와 대차(7)의 상대 위치 관계에 기초하여, 대차 기준점의 현재 위치가 기준 작업 위치(P1)가 되도록, 대차(7)의 동작 축을 제어한다.

한편, 상기에서는 충전 위치(P2)로부터 기준 작업 위치(P1)에 로봇(1)을 이동시킬 경우의 제어 유닛(6)의 제어에 대해서 설명했지만, 기준 작업 위치(P1)로부터 충전 위치(P2)에 로봇(1)을 이동시킬 경우에 대해서도, 제어 유닛(6)에 의해 상기와 유사한 제어가 행하여진다.

상기한 바와 같이, 로봇(1)이 기준 작업 위치(P1)까지 이동하고 나서, 로봇(1)이 작업을 개시한다. 작업 모드의 제어 유닛(6)은, 로봇(1)에 탑재된 각 서보 모터(91_A, 93_A, 91_B, 93_B, 85a, 85b)의 회전 위치로부터 제어점의 현재 위치를 산출하고, 이 제어점의 현재 위치가 미리 기억된 궤적을 통과하여 목표 위치에 이르도록, 로봇 아암(2_A, 2_B)의 각 동작 축 및 대차(7)의 각 동작 축을 제어한다.

예컨대, 적재 테이블(52)에 얹혀진 앞쪽의 조립 부품(53)은 로봇 아암(2_A, 2_B)의 가동 범위 내에 위치하고 있다. 이 조립 부품(53)을 적재 테이블(52)로부터 반출할 때에는, 제어 유닛(6)은, 로봇 아암(2_A, 2_B)이 동작하는 것에 의해 제어점이 조립 부품(53)을 반출할 수 있는 위치에 이르도록 로봇 아암(2_A, 2_B) 및 대차(7)의 각 동작 축을 제어한다. 여기에서, 대차(7)는 실질적으로 이동하지 않지만, 대차 기준점이 기준 작업 위치(P1)를 유지하도록 대차(7)의 동작 축이 제어된다.

한편, 대차 기준점이 기준 작업 위치(P1)를 유지하기 위해서, 마커 검출 장치(64)에 의해 검출된 마커(51)와 대차(7)의 상대적인 위치 관계가 이용되어도 좋다. 예컨대, 제어 유닛(6)이, 검출된 마커(51)와 대차(7)의 상대적인 위치 관계에 기초하여, 기준 작업 위치(P1)에 대한 대차 기준점의 위치 오차(위치 어긋남)를 구하고, 이 위치 오차를 해소하도록, 대차(7)의 각 동작 축이 제어되어도 좋다.

단, 대차 기준점이 기준 작업 위치(P1)를 유지하는 것으로 한정되지 않고, 기준 작업 위치(P1)에 대한 대차 기준점의 위치 오차의 양에 의해 제어점의 위치가 보정되어도 좋다. 즉, 제어 유닛(6)이, 마커(51)와 대차(7)의 상대적인 위치 관계에 기초하여, 기준 작업 위치(P1)에 대한 대차 기준점의 위치 오차가 보정된 제어 점을 구하고, 이 보정된 제어점에 기초하여 로봇 아암(2_A, 2_B)의 동작 축 및 대차(7)의 동작 축 중의 적어도 한 쪽을 제어하도록 구성되어 있어도 좋다.

또한, 예컨대, 적재 테이블(52)에 얹혀진 안쪽의 조립 부품(54)은 로봇 아암(2_A, 2_B)의 가동 범위 밖에 위치하고 있다. 이 조립 부품(54)을 적재 테이블(52)로부터 반출할 때에는, 제어 유닛(6)은, 대차(7)를 기준 작업 위치(P1)로부터 이동시킴과 함께 로봇 아암(2_A, 2_B)이 동작하는 것에 의해 제어점이 조립 부품(54)을 반출할 수 있는 위치에 이르도록, 로봇 아암(2_A, 2_B) 및 대차(7)의 각 동작 축을 제어한다. 이와 같이, 로봇 아암(2_A, 2_B)과 대차(7)가 협동하는 것에 의해, 대차 기준점이 기준 작업 위치(P1)에 있을 때에 로봇 아암(2A, 2B)의 가동 범위 밖에 있는 목표 위치에도, 로봇(1)의 제어점을 이동시키는 것이 가능하게 된다.

이상에 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 로봇(1)은, 생산 공장(100)에 도입되어 작업을 하는 자주식 관절 로봇으로서, 서보 모터(85a, 85b)에 의해 각각 구동되는, 이차원 평면 내에서 자주하기 위한 적어도 2개의 동작 축을 갖는 자주 가능한 대차(7)와, 대차(7)에 지지되고, 서보 모터(91_A, 93_A, 91_B, 93_B)에 의해 구동되고 또한 관절을 구성하는 적어도 1개의 동작 축을 갖는 로봇 아암(2_A, 2_B)과, 로봇 아암(2_A, 2_B)의 선단에 설치된 엔드 이펙터(5)와, 대차(7) 내에 설치되고, 로봇 아암(2_A, 2_B)의 동작 축과 대차(7)의 동작 축이 협동하는 것에 의해 로봇 아암(2_A, 2_B) 또는 엔드 이펙터(5)에 규정된 제어점이 목표 위치에 도달하도록, 로봇 아암(2_A, 2_B)의 동작 축 및 대차(7)의 동작 축을 제어하는 제어 유닛(6)을 구비하고 있다. 즉, 제어 유닛(6)에서는, 로봇 아암(2_A, 2_B)와 대차(7)에 대해서, 엔드 이펙터(5)의 선단 위치 등이 특정 제어점의 위치, 방향, 자세 등을 제어량으로서, 그 목표값에 추종하는 서보 제어가 행하여진다.

이와 같이, 본 실시 형태에 관한 로봇(1)에서는, 로봇(1)의 작업시에, 로봇 아암(2_A, 2_B)과 대차(7)의 협동에 의해 작업이 행하여진다. 즉, 로봇 아암(2_A, 2_B)의 베이스가 되는 대차(7)를 이동시키면서, 로봇 아암(2_A, 2_B)에 작업을 행하게 할 수 있다. 따라서, 로봇 아암(2_A, 2_B)의 가동 범위 밖에 있는 목표 위치에도, 로봇(1)의 제어점을 도달시키는 것이 가능하게 되어, 로봇(1)의 작업 범위가 넓어진다. 또한, 대차(7)의 동작 축도 제어 유닛(6)에 의해 서보 제어되므로, 제어 점을 목표 위치에 높은 정밀도로 이동시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 자주식 관절 로봇(1)에 있어서, 제어 유닛(6)은, 제어점이 목표 위치에 도달하도록 로봇 아암(2_A, 2_B)의 동작 축 및 대차(7)의 동작 축을 제어하는 작업 모드와, 대차(7), 로봇 아암(2_A, 2_B) 또는 엔드 이펙터(5)에 규정된 대차 기준점이 목표 위치에 도달하도록 대차(7)의 동작 축을 제어하는 주행 모드를 포함하는, 복수의 제어 모드를 가지고 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에 관한 로봇(1)에서는, 제어 유닛(6)의 제어 모드를 전환시키는 것에 의해, 작업중의 이동과, 충전 위치(P2)와 기준 작업 위치(P1)의 왕복 이동의, 각 이동에 적합한 제어가 행하여진다. 이에 의해, 제어 유닛(6)의 부하를 경감시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 자주식 관절 로봇(1)은, 대차(7)의 현재 위치를 검출하는 위치 측정 장치(63)를 추가로 구비하고 있다. 그리고, 제어 유닛(6)이, 위치 측정 장치(63)에서 검출된 대차(7)의 현재 위치에 기초하여, 대차 기준점이 목표 위치에 도달하도록, 주행 모드로 대차(7)의 동작 축을 제어하도록 구성되어 있다.

이에 의해, 예컨대, 로봇(1)의 충전 위치(P2)로부터 기준 작업 위치(P1) 또는 그 반대의 이동에 있어서, 작업시와 비교하여 긴 거리의 이동을 로봇(1)에 행하게 할 수 있고, 또한, 위치 측정 장치(63)의 이용에 의해 제어 유닛(6)의 부하가 경감된다.

또한, 본 실시 형태의 자주식 관절 로봇(1)은, 대차 기준점의 목표 위치 또는 그 근방에 설치된 마커(51)와 대차(7)의 상대적인 위치 관계를 검출하는 마커 검출 장치(64)를 추가로 구비하고 있다. 그리고, 제어 유닛(6)이, 마커(51)와 대차(7)의 상대적인 위치 관계에 기초하여, 대차 기준점이 목표 위치에 도달하도록, 주행 모드로 대차(7)의 동작 축을 제어하도록 구성되어 있다.

이에 의해, 예컨대, 로봇(1)의 충전 위치(P2)로부터 기준 작업 위치(P1) 또는 그 반대의 이동에 있어서, 작업시와 비교하여 긴 거리를 이동시킬 수 있고, 또한, 마커 검출 장치(64)의 이용에 의해 비교적 정밀하게 로봇(1)의 위치 결정을 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 자주식 관절 로봇(1)에 있어서, 대차 기준점의 목표 위치는, 작업이 행하여지는 소정의 기준 작업 위치(P1)이다. 혹은, 본 실시 형태의 자주식 관절 로봇(1)의 대차(7)가, 제어 유닛(6)에 전력을 공급하는 배터리(88)를 탑재하고 있고, 대차 기준점의 목표 위치가, 배터리(88)를 충전하기 위한 충전 스테이션(49)에 규정된 충전 위치(P2)이다.

이와 같이, 본 실시 형태의 자주식 관절 로봇(1)에서는, 기준 작업 위치(P1)와 충전 위치(P2) 사이를 자주할 수 있다. 한편, 본 실시 형태에서는, 기준 작업 위치(P1)로부터 충전 위치(P2)에 또는 그 반대로 로봇(1)이 이동하는 경우에, 제어 유닛(6)은 주행 모드로 로봇(1)을 제어하지만, 상기의 경우에도 제어 유닛(6)은 작업 모드로 로봇(1)을 제어해도 좋다.

　이상에 본 발명의 호적한 실시 형태를 설명하였다. 이 설명으로부터, 당업자에게 있어서는, 본 발명의 많은 개량이나 다른 실시 형태가 명백하다. 따라서, 상기 설명은 예시로서만 해석되어야 하며, 본 발명을 실행하는 최선의 양태를 당업자에게 교시할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 정신을 일탈하지 않고서, 그 구조 및/또는 기능의 상세를 실질적으로 변경할 수 있다.

1: 자주식 관절 로봇
2_A, 2_B: 로봇 아암
5: 엔드 이펙터
6: 제어 유닛
7: 대차
8: 주행 장치
20_A, 20_B: 베이스축
21_A, 21_B: 제1 링크
22_A, 22_B: 제2 링크
30_A, 30_B: 링크 부재
49: 충전 스테이션
50: 반송 라인(작업대의 일례)
51: 마커
52: 적재대
53, 54: 조립 부품
61: 제어 장치
62: 서보 증폭기
63: 위치 측정 장치
64: 마커 검출 장치
80a, 80b: 구동 바퀴
81: 캐스터
85a, 85b: 서보 모터
86a, 86b: 동력 전달 장치
87a, 87b: 구동 기구
88: 배터리
89: 충전용 전극
90: 카메라
91_A, 91_B, 93_A, 93_B: 서보 모터
92_A, 92_B, 94_A, 94_B: 동력 전달 장치
100: 생산 공장
P1: 기준 작업 위치
P2: 충전 위치

Claims

생산 공장에서 작업을 하는 자주식 관절 로봇으로서,
서보 모터에 의해 각각 구동되는, 이차원 평면 내에서 자주하기 위한 2 이상의 동작 축을 갖는 자주 가능한 대차와,
상기 대차에 지지되며, 서보 모터에 의해 구동되고 또한 관절을 구성하는 하나 이상의 동작 축을 갖는 로봇 아암과,
상기 로봇 아암의 선단에 설치된 엔드 이펙터와,
상기 대차의 절대 위치를 검출하는 위치 측정 장치와,
상기 대차 내에 설치되며, 상기 로봇 아암의 동작 축 및 상기 대차의 동작 축을 제어하는 제어 유닛을 구비하고,
상기 제어 유닛이,
상기 로봇 아암의 상기 서보 모터 및 상기 대차의 상기 서보 모터의 회전 위치로부터 구한 상기 로봇 아암 또는 상기 엔드 이펙터에 규정된 제어점의 삼차원 공간의 현재 위치에 기초하여 상기 로봇 아암의 동작 축과 상기 대차의 동작 축이 협동하는 것에 의해 상기 제어점이 삼차원 공간의 목표 위치에 도달하도록 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호에 의해 구동 전류를 상기 로봇 아암의 상기 서보 모터 및 상기 대차의 상기 서보 모터에 공급하는 것에 의해 상기 로봇 아암의 동작 축 및 상기 대차의 동작 축을 위치 제어하는 작업 모드와,
상기 위치 측정 장치에서 검출된 상기 대차의 이차원 평면의 현재 위치에 기초하여 상기 대차, 상기 로봇 아암 또는 상기 엔드 이펙터에 규정된 대차 기준점이 이차원 평면의 목표 위치에 도달하도록 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호에 의해 구동 전류를 상기 대차의 상기 서보 모터에 공급하는 것에 의해 상기 대차의 동작 축을 위치 제어하는 주행 모드를 포함하는 복수의 제어 모드를 가지고,
상기 제어 유닛은, 상기 작업 모드에서, 상기 대차 기준점이 소정의 기준 작업 위치에 있을 때에 상기 로봇 아암의 가동 범위 밖에 있는 위치를 상기 목표 위치로 하고, 상기 목표 위치로 상기 제어점이 도달하도록, 상기 로봇 아암 및 상기 대차를 동작시키는 것을 특징으로 하는 자주식 관절 로봇.
제 1 항에 있어서,
상기 대차 기준점의 목표 위치 또는 그 근방에 설치된 마커와 상기 대차의 상대적인 위치 관계를 검출하는 마커 검출 장치를 더 구비하며,
상기 제어 유닛이, 상기 마커와 상기 대차의 상대적인 위치 관계에 기초하여, 상기 대차 기준점이 목표 위치에 도달하도록, 상기 주행 모드로 상기 대차의 동작 축을 제어하는 것을 특징으로 하는 자주식 관절 로봇.
제 2 항에 있어서,
상기 제어 유닛이, 상기 마커와 상기 대차의 상대적인 위치 관계에 기초하여, 상기 작업이 행하여지는 소정의 기준 작업 위치에 대한 상기 대차의 위치 오차를 보정하도록, 상기 작업 모드로 상기 로봇 아암의 동작 축 및 상기 대차의 동작 축 중의 적어도 한 쪽을 제어하는 것을 특징으로 하는 자주식 관절 로봇.
제 1 항에 있어서,
상기 대차 기준점의 목표 위치가, 상기 작업이 행하여지는 소정의 기준 작업 위치인 것을 특징으로 하는 자주식 관절 로봇.
제 1 항에 있어서,
상기 대차가 상기 제어 유닛에 전력을 공급하는 배터리를 탑재하고 있으며,
상기 대차 기준점의 목표 위치가, 상기 생산 공장에 설치된 상기 배터리를 충전하기 위한 충전 스테이션에 규정된 충전 위치인 것을 특징으로 하는 자주식 관절 로봇.
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