TW201641237A - 機器人系統 - Google Patents

Abstract

本發明藉由限制機器人視覺之作用而實現靈活且準確的工件流程。 機器人系統具備：多關節臂機構(200)，其具備手裝置(3)；及動作控制裝置(100)，其負責多關節臂機構(200)及手裝置(3)之動作控制。動作控制裝置(100)具有：攝像機(70)，其拍攝由搬送線搬送之工件；及圖像處理部(203)，期處理攝像機(70)拍攝之圖像，用於識別搬送線上之特定位置之工件之通過；且基於由圖像處理部(203)識別之工件之通過時序，控制多關節臂機構(200)及手裝置(3)之動作。

Description

機器人系統

本發明之實施形態係關於一種機器人系統。

近年來，機器人與使用者位於同一空間之環境不斷變多。認為今後看護用機器人、產業用機器人與作業者一起協同進行作業之狀況會不斷擴大。此種機器人大多具備垂直多關節部臂機構。垂直多關節部臂機構針對位置要求3自由度(x、y、z)、針對姿勢要求3自由度(φ、θ、ψ)，通常係利用被稱為根部3軸之旋轉關節部J1、J2、J3及被稱為腕部3軸之旋轉關節部J4、J5、J6而實現。

大多數產業用機器人係配置於利用搬送工件之帶式輸送機之線附近，對搬送而來之工件實施各種處理。於該等所有處理步驟中，採用被稱為機器人視覺之攝像機及其圖像處理系統，藉此，依照所識別之工件之位置‧姿勢執行各處理，從而執行機器人之動作控制。

但，例如將機器人配置於作業者旁邊與作業者協同作業之狀況下，並不能使所有處理步驟均依賴於機器人視覺系統。

本發明之目的在於藉由限制機器人視覺之作用而實現靈活且準確之工件流程。

本實施形態之機器人系統具備：多關節臂機構，其配置於連續地搬送複數個工件之輸送帶裝置之搬送線附近；手裝置，其安裝於上述多關節臂機構之臂前端；及動作控制裝置，其負責上述多關節臂機構及上述手裝置之動作控制。手裝置具有：一對固持部，其等對向配置，用於固持上述工件；接觸部，其安裝於上述一對固持部，且具有一對蛇腹形狀；一對真空吸附排氣部，其以與上述接觸部不同之朝向安裝於上述一對固持部；及移動機構，其使上述一對固持部朝相互接近‧遠離之方向移動。動作控制裝置具有：攝像機，其拍攝由搬送線搬送之工件；及圖像處理部，其處理攝像機拍攝之圖像，用於識別搬送線上之特定位置之工件之通過；且為了使上述手裝置依序移動至上述搬送線上方之上述手裝置之待機位置、藉由上述手裝置之上述固持部揀選上述工件之揀選位置、上述手裝置釋放上述工件之上述搬送線外之第1釋放位置、藉由上述手裝置之上述真空吸附排氣部揀選與上述工件種類不同之另一工件之上述搬送線外之揀選位置、上述手裝置釋放上述另一 工件之上述搬送線上方之第2釋放位置，且於各位置依序執行上述工件之揀選、上述工件之釋放、上述另一工件之揀選、上述另一工件之釋放之各作業，基於由上述圖像處理部識別之上述工件之通過時序，而控制上述多關節臂機構及上述手裝置之動作。

1‧‧‧機器人裝置

2‧‧‧臂部

3‧‧‧手裝置

4‧‧‧腕部

5‧‧‧輸送帶裝置

51‧‧‧搬送線

6‧‧‧速度感測器

70‧‧‧攝像機

8‧‧‧搬出發送器

9‧‧‧搬入發送器

80‧‧‧第1工件

90‧‧‧第2工件

圖1係本實施形態之機器人系統之外觀立體圖。

圖2係圖1之機器人系統之平面圖。

圖3係圖1之機器人系統之前視圖。

圖4係圖1之機器人裝置之外觀立體圖。

圖5係圖1之手裝置之外觀立體圖。

圖6係表示圖5之手裝置之固持姿勢之圖。

圖7係表示圖5之手裝置之吸附姿勢之圖。

圖8係圖1之機器人系統之區塊構成圖。

圖9係表示圖4之手裝置之移動軌道之圖。

圖10係用於說明圖8之軌道決定部之處理之說明圖。

圖11係表示設定於圖10之搬送線之複數個到達區域之圖。

圖12係表示自圖4之手裝置之吸附位置至釋放位置為止之兩種移動軌道。

圖13係表示自圖4之手裝置之吸附位置至釋放位置為止之其它移動軌道。

圖14係表示自圖4之手裝置之吸附位置至釋放位置為止之其它移動軌道。

圖15係表示圖1之攝像機裝配於手裝置之例之圖。

以下，一面參照圖式一面對本實施形態之機器人系統進行說明。於以下之說明中，對於具有大致相同功能及構成之構成要素，附加相同符號，且僅於必要之情形時進行重複說明。

圖1係本實施形態之機器人系統之外觀立體圖。圖2係圖1之機器人系統之平面圖。圖3係圖1之機器人系統之前視圖。本實施形態之機器人系統具有輸送帶裝置5、速度感測器6、攝像機70及機器人裝置1。

輸送帶裝置5具有連續地搬送複數個第1、第2工件80、90之功能。例如，輸送帶裝置5具有用於沿著直線搬送形狀、尺寸、重量、素材、以及柔軟性等屬性不同之第1、第2工件90之配設成直線狀的搬送線51。搬送線51將載置於搬送線51上之第1、第2工件80、90以使用者等預先設定之速度搬送。於搬送線51旁配置有機器人裝置1。於搬送線51之搬送方向上，預先設定有機器人裝置1之作業區域。隔著搬送線51而於機器人裝置1之相反側，自搬送線51之上游依序安裝有搬出發送器8及搬入發送器9。於搬送方向上，機器人裝置1係配置於發送器8與發送器9之間。發送器8係自與搬送線51同等 之高度朝向下方而傾斜設置。發送器8具有如下功能：將由機器人裝置1揀選並被釋放至搬送線51外之第1工件80自搬送線51搬送至下方之特定位置為止。發送器9係自與搬送線51同等之高度朝向上方傾斜設置。發送器9具有如下功能：將載置於發送器9之與第1工件80種類不同之第2工件90搬入至搬入位置。於發送器9之與搬入位置對應之部分設有矩形狀之開口91。於開口91之正下方，設有光電感測器92。光電感測器92係以其光軸通過開口91之中心之方式設置。於較搬送線51之寬度之中心線(以下稱為線中心線)更靠機器人裝置1側之搬送線51上，載置有第2工件90，隔著線中心線於機器人裝置1之相反側之搬送線51上，載置有第1工件80。以下，將通過搬送線51上之載置有第1工件80之目標位置且與線中心線平行之直線稱為第1工件搬送基準線，將通過搬送線51上之載置有第2工件90之目標位置且與線中心線平行之直線稱為第2工件搬送基準線。

速度感測器6計測搬送線51之搬送速度。速度感測器6係應用例如旋轉/線性編碼器等任意感測器。

攝像機70係以如下朝向設置：於將第1工件80排列於搬送線51上時成為基準之第1工件搬送基準線上且設定於緊靠作業區域前方之通過偵測位置之上方、典型為正上方使其通過偵測位置成為視野中心。攝像機70以通過偵測位置為中心而俯瞰搬送線51。另，攝像機70既可設置於搬送線51之框，亦可如圖15所示，搭載於手部3之 手本體31之側面。攝像機70對於搬送線51之框之設置位置及朝向係以使通過偵測位置成為視野中心之方式調整。攝像機70對於手部3之手本體31之側面之安裝位置及朝向係以當手部3位於待機位置P_wait時通過偵測位置成為視野中心之方式調整。

圖像處理部203對攝像機70所拍攝之圖像進行處理，偵測工件80之通過偵測位置之通過，且判定工件80之姿勢。所謂工件80之姿勢，若為管則係指相對於其基準姿勢之實際姿勢之旋轉角，作為基準姿勢係指管終端之接合部分之線與搬送線51之中心線垂直之姿勢。

機器人裝置1具有多關節臂機構200。於本實施形態之機器人系統之機器人裝置1之多關節臂機構200中，複數個關節之一係由直動伸縮關節構成。

圖4係圖1之機器人裝置1之外觀立體圖。機器人裝置1具有大致圓筒形狀之基部1及連接於基部1之臂部2。於臂部2之前端安裝有腕部4。於腕部4設有未圖示之轉接器。轉接器係設置與後述之第6旋轉軸RA6之旋轉部。經由腕部4之轉接器而安裝手裝置3。

機器人裝置1具有複數個、此處為6個關節部J1、J2、J3、J4、J5、J6。複數個關節部J1、J2、J3、J4、J5、J6係自基部1依序配設。一般而言，第1、第2、第3關節部J1、J2、J3被稱為根部3軸，第4、第5、第6關節部J4、J5、J6被稱為改變手裝置3之姿勢之腕部3軸。腕部4具有第4、第5、第6關節部J4、J5、J6。構 成根部3軸之關節部J1、J2、J3之至少一者為直動關節。此處，第3關節部J3構成為直動伸縮關節、尤其係伸縮距離相對較長之關節部。臂部2係構成第3關節部J3之主要構成要素。

第1關節部J1係以例如被基座面垂直支持之第1旋轉軸RA1為中心之扭轉關節。第2關節部J2係以與第1旋轉軸RA1垂直配置之第2旋轉軸RA2為中心之彎曲關節。第3關節部J3係以與第2旋轉軸RA2垂直配置之第3軸(移動軸)RA3為中心而讓臂部2直線伸縮之關節。

第4關節部J4係以與第3移動軸RA3一致之第4旋轉軸RA4為中心之扭轉關節，第5關節部J5係以與第4旋轉軸RA4正交之第5旋轉軸RA5為中心之彎曲關節。第6關節部J6係以與第4旋轉軸RA4正交且與第5旋轉軸RA5垂直配置之第6旋轉軸RA6為中心的彎曲關節。

形成基部1之臂支持體(第1支持體)11a具有以第1關節部J1之第1旋轉軸RA1為中心形成之圓筒形狀之中空構造。第1關節部J1係安裝於未圖示之固定台。當第1關節部J1旋轉時，第1支持體11a係與臂部2之迴旋一併進行軸旋轉。另，第1支持體11a亦可固定於接地面。於此情形時，係設為與第1支持體11a分開而臂部2獨立迴旋之構造。於第1支持體11a之上部連接有第2支持部11b。

第2支持部11b具有與第1支持部11a連續之中空構造。第2支持部11b之一端係安裝於第1關節部J1之旋 轉部。第2支持部11b之另一端開放，第3支持部11c係於第2關節部J2之第2旋轉軸RA2轉動自如地嵌入。第3支持部11c具有與第1支持部11a及第2支持部連通之鱗片狀之外裝形成的中空構造。第3支持部11c係伴隨第2關節部J2之彎曲旋轉而其後部被收容至第2支持部11b、或自第2支持部11b送出。構成機器人裝置1之直動關節部J3(第3關節部J3)之臂部2之後部係藉由其收縮而被收納於第1支持部11a與第2支持部11b連續之中空構造之內部。

第3支持部11c係其後端下部以第2旋轉軸RA2為中心轉動自如地嵌入至第2支持部11b之開放端下部。藉此，構成作為以第2旋轉軸RA2為中心之彎曲關節部之第2關節部J2。當第2關節部J2轉動時，臂部2與腕部4及手裝置3一併以第2關節部J2之第2旋轉軸RA2為中心朝垂直方向轉動、即起伏動作。

第4關節部J4係具有與沿著臂部2之伸縮方向之臂中心軸、即第3關節部J3之第3移動軸RA3典型地一致之第4旋轉軸RA4的扭轉關節。當第4關節部J4旋轉時，自第4關節部J4遍及前端而與手裝置3一併以第4旋轉軸RA4為中心旋轉。第5關節部J5係具有與第4關節部J4之第4旋轉軸RA4正交之第5旋轉軸RA5之彎曲關節部。當第5關節部J5旋轉時，自第5關節部J5遍及前端而與手裝置3一併上下轉動。第6關節部J6係具有與第4關節部J4之第4旋轉軸RA4正交、且與第5關節 部J5之第5旋轉軸RA5垂直之第6旋轉軸RA6的彎曲關節。當第6關節部J6旋轉時，手裝置3左右迴旋。

如上記般安裝於腕部4之轉接器之手裝置3係藉由第1、第2、第3關節部J1、J2、J3而移動至任意位置，且藉由第4、第5、第6關節部J4、J5、J6而配置成任意姿勢。尤其係，第3關節部J3之直動伸縮距離之長度可使手裝置3到達自基部1之近接位置至遠隔位置之廣範圍之對象。第3關節部J3之特徵為藉由構成其之直動伸縮機構而實現之直動伸縮距離之長度。

直動伸縮機構具有臂部2。臂部2具有第1連結鏈節排21及第2連結鏈節排22。第1連結鏈節排21包含複數個第1連結鏈節23。第1連結鏈節23係大致平板地構成。前後之第1連結鏈節23係於相互之端部部位藉由銷而彎曲自如地呈排狀連結。藉此，第1連結鏈節排21具有可朝內側與外側彎曲之性質。第2連結鏈節排22包含複數個第2連結鏈節24。第2連結鏈節24係構成為剖面字形狀之短槽狀體。前後之第2連結鏈節24係於相互之底面端部部位藉由銷而彎曲自如地呈排狀連結。藉由第2連結鏈節24之剖面形狀及利用銷之連結位置，第2連結鏈節排22具備可朝內側彎曲但不可朝外側彎曲之性質。另，將第1連結鏈節23及第2連結鏈節24之面朝第2旋轉軸RA2之面稱為內面，將其相反側之面稱為外面。

第1連結鏈節排21中最前端之第1連結鏈節23、與第2連結鏈節排22中最前端之第2連結鏈節24係藉由結 合鏈節27而結合。例如，結合鏈節27具有將第1連結鏈節23與第2連結鏈節24合成後之形狀。

當臂部2伸長時，結合鏈節27成為始端，第1、第2連結鏈節排21、22自第3支持部11c之開口朝外被送出。第1、第2連結鏈節排21、22係於第3支持體11c之開口附近相互接合。第1、第2連結鏈節排21、22之後部被保持於第3支持體11c之內部防止脫出，藉此保持第1、第2連結鏈節排21、22之接合狀態。當第1、第2連結鏈節排21、22之接合狀態得到保持時，第1連結鏈節排21與第2連結鏈節排22之彎曲被限制。藉由接合且各自之彎曲被限制的第1、第2連結鏈節排21、22，構成具備一定剛性之柱狀體。所謂柱狀體係指於第2連結鏈節排22接合第1連結鏈節排21而成之柱狀之棒體。

當臂部2收縮時，於第3支持體11c之開口拉回第1、第2連結鏈節排21、22。構成柱狀體之第1、第2連結鏈節排21、22於第3支持體11c之內部相互遠離。遠離後之第1、第2連結鏈節排21、22分別恢復成可彎曲之狀態，分別朝同方向之內側彎曲，而大致平行地被收納於第1支持體11a之內部。

手裝置3具有固持機構及吸附機構。固持機構構成為一對固持面於一軸上對向配置，且一對固持面彼此朝反方向往復移動。例如，固持機構具有：一對固持框34；一對固持部35，其等藉由一對固持框34而對向配置，用於固持第1工件80；一對蛇腹接觸部36，其等安裝於一對 固持部35；及移動機構，其使一對固持部35朝相互接近‧遠離之方向移動。吸附機構係構成為一對吸附面處於同一平面上且其吸附方向彼此平行。例如，吸附機構具有一對吸附框39及一對吸附部38，上述一對吸附部38藉由一對吸附框39而以不同於一對蛇腹接觸部36之朝向安裝。

以下，參照圖5對手裝置3之一例進行說明。圖5係圖1之手裝置3之外觀立體圖。為便於說明，如圖5所示，規定末端座標系Σ h。將與末端座標系Σ h之正交3軸中之Yh軸一致之直線設為固持基準線。固持機構係構成為於固持基準線上配置一對蛇腹接觸部36之接觸面之中心位置，且一對蛇腹接觸部36可沿著固持基準線往復移動。末端座標系Σ h之原點係規定為一對蛇腹接觸部36之接觸面之間之中點。Zh軸係與第6旋轉軸RA6平行之軸。Xh軸係與Yh軸及Zh軸正交之軸。

手裝置3具有手本體31。手本體31具有角柱形狀，於其上方端面設有安裝部30。手裝置3係於腕部4上裝備之轉接器經由手本體31之安裝部30而安裝於機器人裝置1。於手本體31之下方安裝有氣動夾頭部32。氣動夾頭部32具備未圖示之氣缸作為致動器。氣缸具備一對活塞。氣缸係以一對活塞之移動軸與固持基準線(圖中，Yh軸)平行之方式配置。於一對活塞經由連結部件而安裝有固持機構及吸附機構。

固持機構具有一對固持框34、一對固持部35及一對 蛇腹接觸部36。固持框34係利用金屬、樹脂等成形之具有大致L字形狀的平板。固持部35係利用金屬、樹脂等成形之大致圓柱體。蛇腹接觸部36係由矽橡膠等成形且具有蛇腹形狀、較佳具有1.5段之蛇腹形狀。固持框34之一端係安裝於活塞，另一端保持固持部35。固持部35係於其前端保持蛇腹接觸部36。藉此，固持框34、固持部35及蛇腹接觸部36連結而成之機構之外觀構成為大致字形狀。一對固持框34係以相互之彎曲部分朝向外側之方式安裝於一對活塞。藉此，一對蛇腹接觸部36之接觸面(固持面)相互對向配置。作為氣缸隔著活塞而準備有兩側之2室，於該等2室分別連接有2根空氣管33，並藉由介置於空氣管33之2個電磁閥之交替操作而使2室交替變成加壓狀態。藉此，一對蛇腹接觸部36係與一對活塞之往復移動一併朝相互接近、遠離之方向往復移動。另，用於上述氣缸之加壓泵係兼用於上述活塞之往復運動(固持/釋放動作)、及蛇腹接觸部36及吸附部38之真空吸附排氣動作。當一對蛇腹接觸部36以接近之方式移動時，藉由一對蛇腹接觸部36夾持(固持)工件，當一對蛇腹接觸部36遠離時，解除一對蛇腹接觸部36對工件之固持狀態。

蛇腹接觸部36具備真空吸附排氣功能。蛇腹接觸部36係經由空氣管40而連接於上述加壓泵。於蛇腹接觸部36與加壓泵之間設有水平吸附用電磁閥。當以蛇腹接觸部36之接觸面密接於第1工件80之狀態開放水平吸附用 電磁閥時，第1工件80之表面與蛇腹接觸部36所規定之空間之空氣經由噴射構造而被抽吸，對第1工件80作用負壓。藉此，蛇腹接觸部36可吸附第1工件80。而且，當閉鎖水平吸附用電磁閥時，解除蛇腹接觸部36對第1工件80之吸附動作。

吸附機構具有吸附框39及吸附部38。吸附框39係利用金屬、樹脂等成形且具有一段之段差之階段形狀之平板。吸附部38係由矽橡膠等成形且具有蛇腹形狀、較佳具有1.5段之蛇腹形狀。吸附框39之一端係安裝於活塞，另一端保持吸附部38。一對吸附框39係以沿著固持基準線而彼此之階段部分朝向外側之方式安裝於一對活塞。吸附部38係以其軸與第6旋轉軸RA6平行的方式安裝於吸附框39之另一端之背面。藉此，一對吸附機構之相互之吸附面處於同一平面上，且其吸附方向相互平行。另，吸附框39亦可不固定於活塞，而是固定於例如氣動夾頭部32及手本體31等。藉此，可減小對活塞施加之重量負荷。吸附部38係經由空氣管40而連接於上述加壓泵。於吸附部38與加壓泵之間設置有垂直吸附用電磁閥。當以吸附部38之吸附面密接於第2工件90之狀態開放垂直吸附用電磁閥時，第2工件90與吸附部38所規定之空間之空氣經由噴射構造而被抽吸，藉由其密閉空間之負壓，吸附部38可吸附第2工件90。而且，當閉鎖垂直吸附用電磁閥時，解除吸附部38對第2工件90之吸附動作。

其次，對手裝置3之固持動作進行說明。圖6係表示圖5之手裝置3之固持姿勢之圖。手裝置3係藉由一對活塞之往復移動使得一對蛇腹接觸部36相互接近，藉此固持(夾持)第1工件80。第1工件80係具有較高柔軟性、彈性、恢復性等之容器、例如化妝品或牙膏粉等之樹脂製管容器等。

當一對蛇腹接觸部36以相互接近之方式移動，且蛇腹接觸部36之接觸面開始接觸第1工件80之表面時，蛇腹接觸部36係接觸面擠壓第1工件80之表面，藉由其蛇腹構造，對應第1工件80之表面形狀而變形。藉此，一對蛇腹接觸部36之接觸面密接於第1工件80之表面同時自其兩側擠壓。藉此，一對蛇腹接觸部36之接觸面與第1工件80之表面之間產生摩擦力，可保持第1工件80。又，於一對蛇腹接觸部36之接觸面密接於第1工件80之表面之狀態下，驅動加壓泵而開放垂直吸附用電磁閥時，第1工件80之表面與蛇腹接觸部36所規定之空間之空氣經由噴射構造而被抽吸，對第1工件80作用負壓。如此，一對蛇腹接觸部36藉由蛇腹構造而變形同時密接於第1工件80之表面，藉此利用摩擦力保持第1工件80，且可藉由蛇腹接觸部36之吸附動作而增大其摩擦力。藉由此種手裝置3之固持動作，不僅如圖6(a)般以預定(規定)朝向載置之管容器，如圖6(b)般自預定(規定)朝向偏離而載置之管容器、相對於規定朝向而於搬送線51之寬度方向位置偏離地載置的管容器亦可藉由固持 而揀選。

其次，參照圖7對利用手裝置3之吸附進行之第2工件90之揀選予以說明。圖7係表示圖5之手裝置3之吸附姿勢之圖。手裝置3之吸附機構係藉由吸附而揀選主要具有箱形狀之第2工件90。第2工件90係收容管容器、例如化妝品或牙膏粉等之樹脂製管容器(第1工件80)之箱等。另，揀選係針對以排列成一排之狀態由搬送線51搬送之工件80以數個中一個之比例執行，例如通過連續之2個工件80，揀選下一工件80，並重複進行此作業。

一對吸附部38藉由臂之移動而使其吸附面密接於第2工件90之表面。當吸附部38之吸附面開始接觸第2工件90之表面時，吸附部38使其接觸面擠壓第2工件90之表面，並藉由其蛇腹構造，對應第2工件90之表面形狀而變形。藉此，一對吸附部38之吸附面密接於第2工件90之表面。於一對吸附部38之吸附面密接於第2工件90之表面之狀態下，驅動加壓泵而開放垂直吸附用電磁閥時，第2工件90之表面與吸附部38所規定之空間之空氣經由噴射構造而被抽吸，從而對第2工件90作用負壓。藉此，如圖7所示，可藉由吸附揀迭第2工件90。另，吸附部38之吸附面之間之距離可藉由一對活塞之往復移動而變動。藉此，吸附機構可藉由吸附而揀選大小(寬度或長度)不同之複數種工件。

另，此處蛇腹接觸部36及吸附部38之蛇腹構造係設 為1.5段，但例如亦可為27段之蛇腹構造、或平形構造。如此，蛇腹接觸部36及吸附部38之形狀或構造可根據表面形狀及可撓性不同之工件而適當地變更。

圖8係圖1之機器人系統之區塊構成圖。

於機器人臂機構200之關節部J1、J2、J3、J4、J5、J6，作為致動器而設有例如步進馬達。於該等步進馬達分別電性連接有馬達驅動器201、203、205、207、209、211。又，於該等步進馬達201、203、205、207、209、211之驅動軸，分別連接有旋轉編碼器202、204、206、208、210、212，用於藉由計數器對每隔一定旋轉角輸出之脈衝進行加減算以測定角位置。

手裝置3具有固持動作用電磁閥301、水平吸附用電磁閥302及垂直吸附用電磁閥303。該等電磁閥依照驅動器控制部106之控制而開放/閉鎖。驅動器控制部106藉由固持動作用電磁閥301之開放/閉鎖，使一對蛇腹接觸部36朝相互接近‧遠離之方向移動。驅動器控制部106藉由水平吸附用電磁閥302之開放/閉鎖，而控制一對蛇腹接觸部36之吸附動作。驅動器控制部106藉由垂直吸附用電磁閥303之開放/閉鎖，而控制一對吸附部38之吸附動作。

動作控制裝置100控制機器人臂機構200與手裝置3之動作。動作控制裝置100藉由控制關節部J1-J6之動作而控制末端等之關注點之移動。動作控制裝置100藉由控制手裝置3之各電磁閥，而控制手裝置3之固持動作及 吸附動作。動作控制裝置100具有系統控制部101、速度感測器介面(I/F)102、對攝像機70產生之圖像進行處理之圖像處理部203、光電感測器介面(I/F)104、記憶部105、驅動器控制部106、及軌道決定部107。

於動作控制裝置100經由速度感測器介面102而連接有速度感測器6。速度感測器6逐次計測搬送線51之速度，並以特定間隔或呼應系統控制部101之控制而將計測之速度資料輸出至動作控制裝置100。動作控制裝置100之圖像處理部203藉由例如輪廓抽取處理或圖案識別處理，而自攝像機70之圖像抽取工件80之像，當此工件80之像為圖像中心時，識別工件80已通過通過偵測位置。又，圖像處理部203自由輪廓抽取處理抽取之工件80之像特定出管終端之接合部分之線之像，並識別此線與搬送線51之中心線之垂直線之角度、即工件80之姿勢。或者，圖像處理部203於圖案識別處理中，以分別關聯複數個姿勢而預先作成之複數個圖案對照圖像上之工件80之像，藉由一致之圖案來識別工件80之姿勢。

於動作控制裝置100經由光電感測器介面104而連接有光電感測器92。光電感測器92包括投射光之投光部及接收光之受光部。光電感測器92輸出與到達受光部之光量相應之電氣信號。

記憶部105記憶與機器人裝置1之動作控制次序相關之任務序列資。任務序列資料係與利用手裝置3之固持進行之第1工件80之揀選、所揀選之第1工件80之釋放、 利用手裝置3之吸附進行之第2工件90之揀選、所揀選之第2工件90之釋放、及各動作之間之末端之變位(移動)及姿勢之、各動作對應之向各馬達驅動器之指令值(關節角、伸縮長、移動時間等)相關的資料。

軌道決定部107基於搬送線51之搬送速度而修正指令值。關於軌道決定部107之詳細於下文敘述。

系統控制部101具有CPU(Central Processing Unit)及半導體記憶體等，統括地控制動作控制裝置100。於系統控制部101經由控制/資料匯流排109而連接有各部。系統控制部101依照由速度感測器6計測之搬送線51之搬送速度及由圖像處理部203識別之第1工件80之通過時序，控制多關節臂機構之動作。又，系統控制部101依照圖像處理部203識別之第1工件80之姿勢，控制手部3之姿勢。以手部3之固持基準線與作為工件80之管終端之接合部分之線垂直之固持狀態為最穩定姿勢之方式控制手部3。另，蛇腹接觸部38之蛇腹構造中，即便手部3之固持基準線相對於作為工件80之管終端之接合部分之線並非嚴格為90度，例如自90度之朝向偏離15度至30度左右，亦可靈活地允許。因此，圖案之數準備例如每隔15度不同之複數個圖案，選擇整合度數最高之圖案，並依照選擇圖案以數階段對手部3之姿勢進行姿勢控制即可。

驅動器控制部106統括地控制馬達驅動器201、203、205、207、209、211。驅動器控制部106將與由系 統控制部101讀出、或由軌道決定部107修正(決定)之指令值相應之控制信號，發送至馬達驅動器201、203、205、207、211、固持動作用電磁閥301、水平吸附用電磁閥302、垂直吸附用電磁閥303。馬達驅動器201、203、205、207、211將與所接收之指令值相應之脈衝供給至步進馬達。

其次，對手裝置3之移動軌道進行說明。圖9係將圖4之手裝置3之基準作業位置與順序一併表示之圖。於圖9中，基準作業位置係與搬送線51、發送器8、發送器9及通過偵測位置一併表示。任務序列資料中，以機器人座標系規定有手裝置3之複數個基準作業位置。此處，將手裝置3之待機位置設為待機位置P_wait，將對第1工件80進行手裝置3之固持動作之區間(以下稱為固持區間)之開始位置設為固持開始位置P_p1s，將固持區間之結束位置設為固持結束位置P_p1e，將釋放所揀選之第1工件80之位置設為釋放位置P_r1，將判定第2工件90是否位於搬入位置之位置設為下降位置P_down，將藉由吸附揀選第2工件90之位置設為吸附位置P_p2，將釋放所揀選之第2工件90之位置設為釋放位置P_r2。例如，複數個作業位置係以如下方式設定。

待機位置P_wait相對於沿著線中心線之位置設定於較通過偵測位置以特定距離更靠下游，且相對於搬送線51之寬度方向之位置設定於線中心線與第1工件搬送基準線之間。又，待機位置P_wait相對於其高度(例如距搬送線 51之表面之鉛垂距離)而設定於較固持開始位置P_p1s之高度高之位置。固持開始位置P_p1s與固持結束位置P_p1s均係設定於第1工件搬送基準線上。固持開始位置P_p1s與固持結束位置P_p1s均係設定為相同高度，且調整為用於固持載置於搬送線51之例如管形狀之第1工件80之上方部分所必須之高度。釋放位置P_r1係設定於搬送線51之外側所設置之發送器8上，且設定於較固持結束位置P_p1s高之位置。

下降位置P_down係設定於發送器9之上方。於下降位置P_down之正下方設定吸附位置P_p2。手部3係自下降位置P_down鉛垂地下降至吸附位置P_p2。吸附位置P_p2係設定於可吸附搬入位置之第2工件90之位置。當手裝置3自下降位置P_down下降至吸附位置P_p2時，系統控制部101基於光電感測器92之輸出，判定第2工件90是否被搬入至搬入位置。當判定搬入位置無第2工件90時，手裝置3依照系統控制部101之控制返回至待機位置P_wait。另一方面，當判定搬入位置有第2工件時，手裝置3依照系統控制部101之控制繼續進行動作。釋放位置P_r2係設定於較吸附位置P_p2更靠下游，且設定為用於使第2工件搬送基準線上揀選之第2工件90不接觸搬送線51之高度。於搬送方向上係設定於固持結束位置P_p1e之下游之特定位置，但基於搬送線51之搬送速度而進行修正。

手裝置3依照系統控制部101之控制，按待機位置P_wait、固持開始位置P_p1s、固持結束位置P_p1e、釋放位置 P_r1、下降位置P_down、吸附位置P_p2、釋放位置P_r2之順序，以預先設定之產距時間移動，並再次返回至待機位置P_wait。產距時間可依照使用者指示而適當地變更。

以下，為便於說明，如圖9所示，將圖像處理部203偵測到第1工件80之通過之時刻設為基準時刻t0，於自該t0經過時間後之時刻t1規定固持開始位置P_p1s、於時刻t2規定固持結束位置P_p1e、於時刻t3規定釋放位置P_r1、於時刻t4規定下降位置P_down、於時刻t5規定第2工件90之吸附位置P_p2、於時刻t6規定釋放位置P_r2。手部3依序於該等位置移動。複數個作業位置之中，待機位置P_wait、釋放位置P_r1、下降位置P_down、吸附位置P_p2、釋放位置P_r2係機器人座標系之固定位置。另一方面，固持開始位置P_p1a與固持結束位置P_p1e係根據搬送線51之搬送速度而由軌道決定部107決定。

圖10係用於說明圖8之軌道決定部107之處理之說明圖。圖10(a)表示時刻t0之手裝置3。圖10(b)表示時刻t1之手裝置3。圖10(c)表示時刻t2之手裝置3。軌道決定部107基於搬送線51之搬送速度V_line，計算固持開始位置P_p1s及固持結束位置P_p1e。例如，軌道決定部107基於圖像處理部203偵測到第1工件80之通過時之搬送線51之搬送速度V_line、及待機位置P_wait至固持開始位置P_p1s為止之產距時間(時刻t0與時刻t1之間之時間差)，計算固持開始位置P_p1s。又，軌道決定部107基於在固持開始位置P_p1s手裝置3移動時之搬送線51之搬 送速度V_;ine、及固持開始位置P_p1s至固持結束位置P_p1e為止之產距時間(時刻t1與時刻t2之間之時間差)，計算固持結束位置P_p1e。

系統控制部101係以手裝置3自待機位置P_wait移動至固持結束位置P_p1e時之移動速度之搬送方向成分V₁與搬送線51之搬送速度V_line等價之方式，修正手裝置3之移動速度V₁。手裝置3依照系統控制部101之控制，於固持開始位置P_p1s開始固持動作，且於固持結束位置P_p1e結束固持動作。藉此，於固持結束位置P_p1e，第1工件80被手裝置3固持而揀選。

與揀選第1工件80之固持結束位置P_p1e對應之搬送線51上之位置P_d係依照搬送速度，於第1工件80之揀選時刻至第2工件90之揀選時刻之間，自圖11(a)所示之位置移動至圖11(b)所示之位置。根據該第2工件90之揀選時刻t5之搬送線51上之位置P_d，軌道決定部107決定自吸附位置P_p2至釋放位置P_r2為止之移動軌道。如圖11(b)所示，於機器人座標系中，於搬送方向自上游依序設定有複數個、此處3個到達區域A_r1、A_r2、A_r3。例如，第2到達區域A_r2係設定為距吸附位置P_p2特定距離下游之位置之範圍。第1到達區域A_r1處於第2到達區域A_r2之上游，具體而言設定為自固持結束位置P_p1e至吸附位置P_p2之範圍。第3到達區域A_r3係設定於第2到達區域A_r2之下游。軌道決定部107基於時刻t2至時刻t5之經過時間、該期間之搬送線51之搬送速度，計算於時 刻t5位置P_d到達3個到達區域A_r1、A_r2、A_r3中之哪個區域。軌道決定部107於計算之位置P_d到達第1到達區域A_r1或第3到達區域A_r3時，設定用於跨過在搬送線51搬送之第1工件80之移動軌道。軌道決定部107於計算之位置P_d到達第2到達區域A_r2時，設定用於橫穿因在固持結束位置P_p1e被揀選之第1工件80而空出的第1工件80之排之間隙、即手裝置3通過位置P_d的移動軌道。

圖12表示於時刻t5之時點位置P_d位於到達區域A_r2之範圍內時由軌道決定部107決定之手裝置3之吸附位置P_p2至釋放位置P_r2為止的兩種移動軌道。兩種移動軌道均係橫切因在固持結束位置P_p1e被揀選之第1工件80而空出的第1工件80之排之間隙且將第2工件90自吸附位置P_p2搬送至釋放位置P_r2之軌道，對手裝置3進行移動控制。當搬送線51之搬送速度相對較慢時，如圖12(a)所示，手裝置3自吸附位置P_p2移動至於線中心線平行且略靠下游之經由位置P_v1，然後橫穿第1工件80之排之間隙，相對於線中心線傾斜地移動至下一經由位置P_v2，並自經由位置P_v2移動至釋放位置P_r2。經由位置P_v2係較最終之釋放位置P_r2更位於上游。自經由位置P_v1至下一經由位置P_v2之移動速度被控制為，與此移動速度之線中心線平行之速度成分等價於搬送線51之搬送速度。藉此，可使揀選之第2工件90良好地橫穿第1工件80之排之間隙，而不會撞倒第1工件80。

如圖12(b)所示，當搬送線51之搬送速度相對較 快時，手裝置3自吸附位置P_p2移動至與線中心線平行且略靠下游之經由位置P_v1，然後橫穿第1工件80之排之間隙，相對於線中心線傾斜地移動至下一經由位置P_v2，並自經由位置P_v2移動至釋放位置P_r2。經由位置P_v2係較最終之釋放位置P_r2更位於下游。自經由位置P_v1至下一經由位置P_v2之移動速度被控制為，與其移動速度之線中心線平行之速度成分等價於搬送線51之搬送速度。藉此，可使揀選之第2工件90良好地橫穿第1工件80之排之間隙，而不會撞倒第1工件80。

圖13係表示於時刻t5之時點位置P_d位於最上游之到達區域A_r1之範圍內時由軌道決定部107決定之手裝置3之吸附位置P_p2至釋放位置P_r2為止的移動軌道。軌道決定部107係於將吸附位置P_p2與釋放位置P_r2連結而成之直線上、且於高度方向上較載置於搬送線51之第1工件80之高度高的位置，設定經由位置P_v。例如，軌道決定部107於將吸附位置P_p2與釋放位置P_r2連結而成之直線與第1工件搬送基準線之交點上、且於高度方向上較載置於搬送線51之第1工件80之高度高的位置，設定經由位置P_v。手裝置3依照系統控制部101之控制，自吸附位置P_p2朝經由位置P_v上升同時直線地移動，自經由位置P_v朝釋放位置P_r2下降同時直線地移動。藉此，手裝置3係跨過在搬送線51搬送之第1工件80而移動。

圖14係表示於時刻t5之時點位置P_d位於最下游之到達區域A_r3之範圍內時由軌道決定部107決定之手裝置3 之吸附位置P_p2至釋放位置P_r2為止的移動軌道。當計算之位置P_d位於到達區域A_r3內時，軌道決定部107係於將吸附位置P_p2與釋放位置P_r2連結而成之直線上、且於高度方向上較載置於搬送線51之第1工件80之高度高的位置，設定經由位置P_v。例如，軌道決定部107係於將吸附位置P_p2與釋放位置P_r2連結而成之直線與第1工件搬送基準線之交點上、且於高度方向上較載置於搬送線51之第1工件80之高度高的位置，設定經由位置P_v。手裝置3依照系統控制部101之控制，自吸附位置P_p2朝經由位置P_v上升同時直線地移動，且自經由位置P_v朝釋放位置P_r2下降同時直線地移動。藉此，手裝置3跨過在搬送線51搬送之第1工件80而移動。

本實施形態之機器人系統係設想如下情形：隔著搬送線51而於兩側配置機器人裝置1及作業者，作業者與機器人裝置1一起協同作業時使用。例如，搬送線51上之第1工件80藉由機器人裝置1揀選並被釋放至搬送線51外，經由發送器8而到達作業者。作業者對自發送器8搬出之第1工件80實施作業(裝箱)，並將作業(裝箱)後之第1工件80(即第2工件90)返回至發送器9。機器人裝置1對搬入至發送器9上之搬入位置之第2工件90進行揀選，並返回至搬送線51。

於本實施形態之機器人系統中，機器人裝置1併用廉價且精度高的速度感測器6，藉由速度感測器6計測搬送速度，藉由機器人視覺系統(攝像機70、圖像處理部 203)識別工件80之位置及姿勢，藉此相比由機器人視覺系統承擔所有感測作用，可確保實用上之充分之精度。

又，本實施形態之機器人系統之手裝置3藉由使用具有蛇腹形狀之一對蛇腹接觸部36接觸第1工件80，可對應第1工件80之表面形狀使接觸面密接第1工件80表面。又，藉由於使接觸面接觸第1工件80表面之同時進行吸附動作，可增大手裝置3固持第1工件80之力(摩擦力)。藉此，手裝置3對於如圖6(b)所示手姿勢相對於工件(管)而姿勢略有偏離，亦可確實地進行揀選。因此，本實施形態之機器人系統不對機器人視覺要求過度之精度。

雖對本發明之若干實施形態進行了說明，但該等實施形態係作為示例而提示者，並不意圖限定發明之範圍。該等實施形態能以其它各種形態實施，且於不脫離發明主旨之範圍內，可進行各種省略、置換、變更。該等實施形態及其變形，包含於發明之範圍及主旨，且同樣包含於申請專利範圍所記載之發明及其均等範圍內。

6‧‧‧速度感測器

70‧‧‧攝像機

92‧‧‧光電感測器

100‧‧‧動作控制裝置

101‧‧‧系統控制部

102‧‧‧速度感測器介面(I/F)

104‧‧‧光電感測器介面(I/F)

105‧‧‧記憶部

106‧‧‧驅動器控制部

107‧‧‧軌道決定部

109‧‧‧控制/資料匯流排

200‧‧‧多關節臂機構

201、203、205、207、209、211‧‧‧馬達驅動器

202、204、206、208、210、212‧‧‧編碼器

301‧‧‧固持動作用電磁閥

302‧‧‧水平吸附用電磁閥

303‧‧‧垂直吸附用電磁閥

Claims (17)

1. 一種機器人系統，其具備：多關節臂機構，其配置於連續搬送複數個工件之輸送帶裝置之搬送線附近；手裝置，其安裝於上述多關節臂機構之臂前端；及動作控制裝置，其負責上述多關節臂機構及上述手裝置之動作控制；且上述手裝置具有：一對固持部，其等對向配置，用於固持上述工件；一對接觸部，其等安裝於上述一對固持部且具有蛇腹形狀；一對真空吸附排氣部，其等以與上述接觸部不同之朝向安裝於上述一對固持部；及移動機構，其使上述一對固持部朝相互接近‧遠離之方向移動；且上述動作控制裝置具有：攝像機，其拍攝由上述搬送線搬送之上述工件；及圖像處理部，其處理上述攝像機拍攝之圖像，用於識別上述搬送線上之特定位置之上述工件之通過；且為了使上述手裝置依序移動至上述搬送線上方之上述手裝置之待機位置、藉由上述手裝置之上述固持部揀選上述工件之揀選位置、上述手裝置釋放上述工件之上述搬送線外之第1釋放位置、藉由上述手裝置之上述真空吸附排氣部揀選與上述工件不同種類之另一工件之上述搬送線外之揀選位置、上述手裝置釋放上述另一工件之上述搬送線上方之第2釋放位置移動，且依序於各位置執行上述工件之揀選、上述工件之釋放、上述另一工件之揀選、上述另一工件之釋放之各作業，基於由上述圖像處理部識 別之上述工件之通過時序，控制上述多關節臂機構及上述手裝置之動作。
2. 如申請專利範圍1之機器人系統，其中上述動作控制裝置進而具有速度感測器，該速度感測器計測上述搬送線之移動速度，除了基於上述圖像處理部識別之上述工件之通過時序，還基於上述速度感測器計測之移動速度，控制上述多關節臂機構及上述手裝置之動作。
3. 如申請專利範圍1之機器人系統，其中上述圖像處理部識別上述工件之通過同時識別上述工件之姿勢，上述動作控制裝置依照上述圖像處理部識別之上述工件之姿勢，控制揀選上述工件時之上述手裝置之姿勢。
4. 如申請專利範圍1之機器人系統，其中上述攝像機係設置於俯瞰上述搬送線之位置。
5. 如申請專利範圍1之機器人系統，其中上述攝像機係搭載於上述手部。
6. 如申請專利範圍1之機器人系統，其中上述攝像機係設置於上述搬送線之框。
7. 如申請專利範圍1之機器人系統，其中上述動作控制裝置依照上述速度感測器計測之上述搬送線之移動速度，而控制包含上述手裝置揀選上述工件之揀選位置之前後區間內之上述手裝置之移動速度。
8. 如申請專利範圍1之機器人系統，其中上述動作控制裝置基於上述速度感測器計測之上述搬送線之移動速度，自複數個軌道選擇上述另一工件之揀選位置至上述另 一工件之第2釋放位置為止上述手部要移動之軌道。
9. 如申請專利範圍8之機器人系統，其中上述複數個軌道包含：將上述另一工件之揀選位置至上述另一工件之第2釋放位置直線地連結而成之軌道；將上述另一工件之揀選位置至上述另一工件之第2釋放位置經由較上述另一工件之揀選位置更下游之經由點連結而成之軌道；及將上述另一工件之揀選位置至上述另一工件之第2釋放位置經由較上述另一工件之揀選位置高之經由點連結而成之軌道。
10. 如申請專利範圍1之機器人系統，其中上述手裝置之待機位置於上述搬送方向係配置於較上述工件之揀選位置更上游。
11. 如申請專利範圍9之機器人系統，其中上述手裝置之待機位置高於上述工件之揀選位置。
12. 如申請專利範圍1之機器人系統，其中上述一對具有蛇腹形狀之接觸部具備真空吸附排氣功能。
13. 如申請專利範圍1之機器人系統，其中上述一對具有蛇腹形狀之接觸部具有1.5段之蛇腹形狀。
14. 如申請專利範圍1之機器人系統，其中上述一對具有蛇腹形狀之接觸部係矽橡膠製。
15. 如申請專利範圍1之機器人系統，其中上述多關節臂機構具有基部、繞上述基部之大致中心線之第1軸之扭轉旋轉關節部、繞與上述第1軸正交之第2軸之彎曲旋轉關節部、及具有沿著與上述第2軸正交之第3軸之直動 伸縮性之直動伸縮關節部。
16. 如申請專利範圍15之機器人系統，其中上述直動伸縮關節部具有：複數個第1連結鏈節，其等具有可彎曲地連結之剖面字形狀；複數個第2連結鏈節，其等具有可彎曲地連結之平板形狀，上述複數個第2連結鏈節中之前端之第2連結鏈節係勻上述複數個第1連結鏈節中之前端之第1連結鏈節連接，上述第1連結鏈節於其上部接合上述第2連結鏈節，藉此約束彎曲而構成柱狀體，且藉由上述第1、第2連結鏈節之分離而解除上述柱狀體；以及射出部，其將上述第1連結鏈節接合於上述第2連結鏈節構成上述柱狀體，且支持上述柱狀體。
17. 一種機器人系統，其具備：多關節臂機構，其配置於連續搬送複數個工件之輸送帶裝置之搬送線附近；手裝置，其安裝於上述多關節臂機構之臂前端；及動作控制裝置，其負責上述多關節臂機構及上述手裝置之動作控制；且上述手裝置具有：一對固持部，其等對向配置，用於固持上述工件；一對接觸部，其安裝於上述一對固持部且具有蛇腹形狀；一對真空吸附排氣部，其以與上述接觸部不同之朝向安裝於上述一對固持部；及移動機構，其使上述一對固持部朝相互接近‧遠離之方向移動； 上述動作控制裝置具有：攝像機，其拍攝由上述搬送線搬送之上述工件；及圖像處理部，其處理上述攝像機拍攝之圖像，用於識別上述搬送線上之特定位置之上述工件之通過；且為了揀選及釋放上述工件，基於由上述圖像處理部識別之上述工件之通過時序，控制上述多關節臂機構及上述手裝置之動作。