WO2016175159A1 - ロボットシステム - Google Patents

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WO2016175159A1
WO2016175159A1 PCT/JP2016/062866 JP2016062866W WO2016175159A1 WO 2016175159 A1 WO2016175159 A1 WO 2016175159A1 JP 2016062866 W JP2016062866 W JP 2016062866W WO 2016175159 A1 WO2016175159 A1 WO 2016175159A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
workpiece
pair
hand device
robot system
line
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/062866
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
尹　祐根
順央 川口
眞二 栗原
光 佐野
宗祐 ▲高▼▲瀬▼
Original Assignee
ライフロボティクス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ライフロボティクス株式会社 filed Critical ライフロボティクス株式会社
Publication of WO2016175159A1 publication Critical patent/WO2016175159A1/ja

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J18/00—Arms
    • B25J18/02—Arms extensible

Definitions

  • the embodiment of the present invention relates to a robot system.
  • the vertical multi-joint arm mechanism is required to have three degrees of freedom (x, y, z) in terms of position and three degrees of freedom ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) in terms of posture, and is generally a rotational joint J1 called the root three axes. , J2, J3 and the rotary joints J4, J5, J6 called the wrist three axes.
  • Many industrial robots are arranged in the vicinity of a line by a belt conveyor that conveys workpieces, and perform various processes on the workpieces that have flowed.
  • a camera called a robot vision and its image processing system are employed, and the operation of the robot is controlled so as to execute each processing according to the recognized position / posture of the workpiece.
  • the purpose is to realize a flexible and accurate workflow by limiting the role of robot vision.
  • the robot system includes an articulated arm mechanism disposed in the vicinity of a conveying line of a conveyor device that continuously conveys a plurality of workpieces, and a hand device attached to an arm tip of the articulated arm mechanism. And an operation control device for controlling the operation of the articulated arm mechanism and the hand device.
  • the hand device includes a pair of gripping portions disposed opposite to each other for gripping the workpiece, a pair of bellows-shaped contact portions attached to the pair of gripping portions, and the contact portion on the pair of gripping portions. It has a pair of vacuum suction exhaust parts that are attached in different directions, and a moving mechanism that moves the pair of gripping parts toward and away from each other.
  • the operation control device includes a camera that captures a workpiece conveyed by the conveyance line, and an image processing unit that processes an image by the camera in order to recognize the passage of the workpiece at a predetermined position on the conveyance line, and the conveyance line A standby position of the hand device above, a picking position where the workpiece is picked by the grip portion of the hand device, a first release position outside the transport line where the hand device releases the workpiece, a position of the hand device A picking position outside the transfer line for picking another workpiece of a type different from the workpiece in the vacuum suction exhaust unit, a second release position above the transfer line for the hand device to release the other workpiece;
  • the hand device moves in order and picks the workpiece at each position and releases the workpiece.
  • the multi-joint arm mechanism and the hand device based on the passing timing of the workpiece recognized by the image processing unit in order to sequentially perform the operations of picking the other workpiece and releasing the other workpiece. Control the behavior.
  • FIG. 1 is an external perspective view of the robot system according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the robot system of FIG.
  • FIG. 3 is a front view of the robot system of FIG. 4 is an external perspective view of the robot apparatus of FIG.
  • FIG. 5 is an external perspective view of the hand device of FIG.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a gripping posture of the hand device of FIG.
  • FIG. 7 is a view showing a suction posture of the hand device of FIG.
  • FIG. 8 is a block diagram of the robot system of FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing a movement trajectory of the hand device of FIG.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining processing of the trajectory determination unit in FIG. FIG.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a plurality of arrival areas set in the conveyance line of FIG.
  • FIG. 12 shows two types of movement trajectories from the suction position to the release position of the hand device of FIG.
  • FIG. 13 shows another movement trajectory from the suction position to the release position of the hand device of FIG.
  • FIG. 14 shows another movement trajectory from the suction position to the release position of the hand device of FIG.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example in which the camera of FIG. 1 is installed in a hand device.
  • FIG. 1 is an external perspective view of the robot system according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the robot system of FIG.
  • FIG. 3 is a front view of the robot system of FIG.
  • the robot system according to the present embodiment includes a conveyor device 5, a speed sensor 6, a camera 70, and the robot device 1.
  • the conveyor device 5 has a function of continuously conveying a plurality of first and second works 80 and 90.
  • the conveyor device 5 includes a conveyance line 51 arranged in a straight line for conveying the first and second workpieces 90 having different attributes such as shape, size, weight, material, and flexibility along a straight line.
  • the conveyance line 51 conveys the first and second workpieces 80 and 90 placed on the conveyance line 51 at a speed set in advance by a user or the like.
  • the robot apparatus 1 is disposed beside the transfer line 51. Regarding the transfer direction of the transfer line 51, the work area of the robot apparatus 1 is set in advance.
  • a carry-out shooter 8 and a carry-in shooter 9 are attached to the opposite side of the robot apparatus 1 across the transfer line 51 in order from the upstream side of the transfer line 51.
  • the robot apparatus 1 is disposed between the shooter 8 and the shooter 9 with respect to the transport direction.
  • the shooter 8 is provided so as to be inclined downward from the same height as the conveyance line 51.
  • the shooter 8 has a function of transporting the first workpiece 80 picked by the robot apparatus 1 and released to the outside of the transport line 51 from the transport line 51 to a predetermined position below.
  • the shooter 9 is provided so as to be inclined upward from a height equivalent to that of the transport line 51.
  • the shooter 9 has a function of loading a second workpiece 90 of a type different from the first workpiece 80 placed on the shooter 9 into the loading position.
  • a rectangular opening 91 is provided at a portion corresponding to the carry-in position of the shooter 9.
  • a photoelectric sensor 92 is provided immediately below the opening 91. The photoelectric sensor 92 is provided such that its optical axis passes through the center of the opening 91.
  • a second workpiece 90 is placed on the transfer line 51 on the robot apparatus 1 side from the center line of the width of the transfer line 51 (hereinafter referred to as the line center line), and on the opposite side of the robot apparatus 1 across the line center line.
  • the first work 80 is placed on the transfer line 51.
  • the first workpiece 80 on the transfer line 51 passes through the target position on which the first workpiece 80 is placed, the straight line parallel to the line center line is the first workpiece transfer reference line, and the second workpiece 90 on the transfer line 51 is placed.
  • a straight line passing through the target position and parallel to the line center line is referred to as a second workpiece transfer reference line.
  • the speed sensor 6 measures the transport speed of the transport line 51.
  • the speed sensor 6 for example, an arbitrary sensor such as a rotary / linear encoder is applied.
  • the camera 70 is on the first workpiece conveyance reference line, which is used as a reference when arranging the first workpiece 80 on the conveyance line 51, and above the passage detection position set immediately before the work area, typically directly above.
  • the passage detection position is set in the direction that is the center of the visual field.
  • the camera 70 looks down on the transport line 51 with the passage detection position as the center.
  • the camera 70 may be installed on the frame of the transport line 51 or may be mounted on the side surface of the hand main body 31 of the hand unit 3 as shown in FIG.
  • the installation position and orientation of the camera 70 with respect to the frame of the transport line 51 are adjusted so that the passage detection position is at the center of the visual field.
  • the attachment position and orientation of the camera 70 with respect to the side surface of the hand body 31 of the hand unit 3 are adjusted so that the passage detection position is at the center of the visual field when the hand unit 3 is at the standby position Pwait .
  • the image processing unit 203 processes the image captured by the camera 70 to detect the passage of the workpiece 80 at the passage detection position and determine the posture of the workpiece 80.
  • the posture of the workpiece 80 is a rotation angle of an actual posture with respect to the reference posture
  • the reference posture is a posture in which the line at the joint portion at the end of the tube is perpendicular to the center line of the transport line 51.
  • the robot apparatus 1 has an articulated arm mechanism 200.
  • one of the plurality of joints is configured with a linear motion extendable joint.
  • FIG. 4 is an external perspective view of the robot apparatus 1 of FIG.
  • the robot apparatus 1 includes a substantially cylindrical base 1 and an arm 2 connected to the base 1.
  • a wrist part 4 is attached to the tip of the arm part 2.
  • the wrist part 4 is provided with an adapter (not shown).
  • the adapter is provided in a rotating part of a sixth rotating shaft RA6 described later.
  • the hand device 3 is attached via the adapter of the wrist part 4.
  • the robot apparatus 1 has a plurality of joints, here six joints J1, J2, J3, J4, J5 and J6.
  • the plurality of joint portions J1, J2, J3, J4, J5, and J6 are sequentially arranged from the base portion 1.
  • the first, second, and third joint portions J1, J2, and J3 are referred to as the root three axes
  • the fourth, fifth, and sixth joint portions J4, J5, and J6 change the posture of the hand device 3.
  • the wrist 4 has fourth, fifth, and sixth joints J4, J5, and J6.
  • At least one of the joint portions J1, J2, and J3 constituting the base three axes is a linear motion joint.
  • the third joint portion J3 is configured as a linear motion expansion / contraction joint, particularly a joint portion having a relatively long expansion / contraction distance.
  • the arm part 2 is a main component constituting the third joint part J3.
  • the first joint portion J1 is a torsion joint centered on the first rotation axis RA1 supported, for example, perpendicularly to the base surface.
  • the second joint portion J2 is a bending joint centered on the second rotation axis RA2 arranged perpendicular to the first rotation axis RA1.
  • the third joint portion J3 is a joint in which the arm portion 2 expands and contracts linearly around a third axis (moving axis) RA3 arranged perpendicular to the second rotation axis RA2.
  • the fourth joint portion J4 is a torsion joint centered on the fourth rotation axis RA4 that coincides with the third movement axis RA3, and the fifth joint portion J5 is a fifth rotation axis RA5 orthogonal to the fourth rotation axis RA4. It is a bending joint centered around.
  • the sixth joint portion J6 is a bending joint centered on the sixth rotation axis RA6 that is perpendicular to the fourth rotation axis RA4 and perpendicular to the fifth rotation axis RA5.
  • the arm support (first support) 11a forming the base 1 has a cylindrical hollow structure formed around the first rotation axis RA1 of the first joint J1.
  • the first joint portion J1 is attached to a fixed base (not shown).
  • the first support 11 a rotates along with the turning of the arm portion 2.
  • the first support 11a may be fixed to the ground plane.
  • the arm part 2 is provided in a structure that turns independently of the first support 11a.
  • a second support part 11b is connected to the upper part of the first support 11a.
  • the second support portion 11b has a hollow structure that is continuous with the first support portion 11a.
  • One end of the second support portion 11b is attached to the rotating portion of the first joint portion J1.
  • the other end of the second support portion 11b is opened, and the third support portion 11c is fitted so as to be rotatable on the second rotation axis RA2 of the second joint portion J2.
  • the 3rd support part 11c has a hollow structure which consists of a scale-like exterior which is connected to the 1st support part 11a and the 2nd support part.
  • the third support portion 11c is accommodated in the second support portion 11b and sent out as the second joint portion J2 is bent and rotated.
  • the rear part of the arm part 2 constituting the linear joint part J3 (third joint part J3) of the robot apparatus 1 is housed in a hollow structure in which the first support part 11a and the second support part 11b are continuous by contraction thereof. .
  • the third support portion 11c is fitted to the lower end portion of the second support portion 11b so as to be rotatable about the second rotation axis RA2 at the lower end portion of the second support portion 11b.
  • a second joint portion J2 as a bending joint portion around the second rotation axis RA2 is configured.
  • the arm portion 2 rotates in a vertical direction around the second rotation axis RA2 of the second joint portion J2 together with the wrist portion 4 and the hand device 3, that is, performs a hoisting operation.
  • the fourth joint portion J4 is a torsional joint having a fourth rotation axis RA4 that typically coincides with the arm central axis along the expansion / contraction direction of the arm portion 2, that is, the third movement axis RA3 of the third joint portion J3. .
  • the fifth joint J5 is a bending joint having a fifth rotation axis RA5 orthogonal to the fourth rotation axis RA4 of the fourth joint J4.
  • the fifth joint portion J5 rotates, it rotates up and down together with the hand device 3 from the fifth joint portion J5 to the tip.
  • the sixth joint J6 is a bending joint having a sixth rotation axis RA6 perpendicular to the fourth rotation axis RA4 of the fourth joint J4 and perpendicular to the fifth rotation axis RA5 of the fifth joint J5.
  • the hand device 3 turns left and right.
  • the hand device 3 attached to the adapter of the wrist portion 4 includes the first, second, and third joint portions J1. J2. It is moved to an arbitrary position by J3, and is arranged in an arbitrary posture by the fourth, fifth, and sixth joint portions J4, J5, and J6.
  • the length of the linear motion expansion / contraction distance of the third joint portion J3 enables the hand device 3 to reach a wide range of objects from the proximity position of the base 1 to the remote position.
  • the third joint portion J3 is characterized by the length of the linear motion expansion / contraction distance realized by the linear motion expansion / contraction mechanism constituting the third joint portion J3.
  • the linear motion expansion / contraction mechanism has an arm part 2.
  • the arm unit 2 includes a first connection frame row 21 and a second connection frame row 22.
  • the first connected frame row 21 includes a plurality of first connected frames 23.
  • the 1st connection piece 23 is comprised by the substantially flat plate.
  • the front and rear first connecting pieces 23 are connected in a row so as to be freely bent by pins at the end portions of each other. Thereby, the 1st connection top row
  • the second linked frame row 22 includes a plurality of second linked frames 24.
  • the second connecting piece 24 is configured as a short groove having a U-shaped cross section.
  • the front and rear second connecting pieces 24 are connected in a row so as to be freely bent by pins at the bottom end portions of each other. Depending on the cross-sectional shape of the second connecting piece 24 and the connecting position by the pins, the second connecting piece row 22 can be bent inward, but cannot be bent outward.
  • the surfaces of the first connecting piece 23 and the second connecting piece 24 facing the second rotation axis RA2 are referred to as inner surfaces, and the opposite surfaces are referred to as outer surfaces.
  • the first first connected frame 23 in the first connected frame sequence 21 and the first second connected frame 24 in the second connected frame sequence 22 are connected by a connecting frame 27.
  • the connecting piece 27 has a shape obtained by combining the first connecting piece 23 and the second connecting piece 24.
  • the connecting piece 27 becomes the starting end, and the first and second connecting piece rows 21 and 22 are sent out from the opening of the third support portion 11c.
  • the first and second connection frame rows 21 and 22 are joined to each other in the vicinity of the opening of the third support 11c.
  • the joined state of the first and second connection frame rows 21 and 22 is maintained.
  • a columnar body having a certain rigidity is constituted by the first and second connecting piece rows 21 and 22 joined to each other and restrained from bending.
  • the columnar body refers to a columnar rod body in which the first connection frame row 21 is joined to the second connection frame row 22.
  • first and second connecting piece rows 21 and 22 are pulled back to the opening of the third support 11c.
  • the first and second connecting frame rows 21 and 22 constituting the columnar body are separated from each other inside the third support 11c.
  • the separated first and second connecting frame rows 21 and 22 are returned to a bendable state, bent inward in the same direction, and stored substantially in parallel inside the first support 11a.
  • the hand device 3 has a gripping mechanism and a suction mechanism.
  • the gripping mechanism is configured such that a pair of gripping surfaces are opposed to each other on one axis, and the pair of gripping surfaces reciprocate in opposite directions.
  • the gripping mechanism includes a pair of gripping frames 34, a pair of gripping portions 35 disposed to face each other by the pair of gripping frames 34, and a pair of gripping portions 35 attached to the pair of gripping portions 35. It has a bellows contact portion 36 and a moving mechanism that moves the pair of gripping portions 35 in directions toward and away from each other.
  • the suction mechanism is configured such that the pair of suction surfaces are on the same plane and the suction directions are parallel to each other.
  • the suction mechanism includes a pair of suction frames 39 and a pair of suction portions 38 attached in a different direction from the pair of bellows contact portions 36 by the pair of suction frames 39.
  • FIG. 5 is an external perspective view of the hand device 3 of FIG.
  • a hand coordinate system ⁇ h is defined as shown in FIG.
  • a straight line that coincides with the Yh axis is taken as a gripping reference line.
  • the gripping mechanism is configured such that the center position of the contact surface of the pair of bellows contact portions 36 is disposed on the gripping reference line, and the pair of bellows contact portions 36 can reciprocate along the gripping reference line.
  • the origin of the hand coordinate system ⁇ h is defined as the midpoint between the contact surfaces of the pair of bellows contact portions 36.
  • the Zh axis is an axis parallel to the sixth rotation axis RA6.
  • the Xh axis is an axis orthogonal to the Yh axis and the Zh axis.
  • the hand device 3 has a hand body 31.
  • the hand main body 31 has a prismatic shape, and an attachment portion 30 is provided on an upper end surface thereof.
  • the hand device 3 is attached to the robot device 1 via an attachment portion 30 of the hand main body 31 on an adapter provided on the wrist portion 4.
  • An air chuck portion 32 is attached below the hand body 31.
  • the air chuck portion 32 includes an air cylinder (not shown) as an actuator.
  • the air cylinder includes a pair of pistons. The air cylinder is arranged so that the movement axis of the pair of pistons is parallel to the gripping reference line (Yh axis in the figure).
  • a gripping mechanism and a suction mechanism are attached to the pair of pistons via a connecting member.
  • the gripping mechanism includes a pair of gripping frames 34, a pair of gripping portions 35, and a pair of bellows contact portions 36.
  • the grip frame 34 is a flat plate having a substantially L shape that is molded of metal, resin, or the like.
  • the grip part 35 is a substantially cylindrical body molded of metal, resin, or the like.
  • the bellows contact portion 36 has a bellows shape formed of silicon rubber or the like, preferably a 1.5 step bellows shape.
  • One end of the grip frame 34 is attached to the piston, and the other end holds the grip portion 35.
  • the grip part 35 holds the bellows contact part 36 at the tip thereof.
  • the mechanism in which the grip frame 34, the grip portion 35, and the bellows contact portion 36 are coupled to each other has a substantially U-shaped appearance.
  • the pair of gripping frames 34 are attached to the pair of pistons such that their bent portions face outward.
  • the contact surfaces (grip surfaces) of the pair of bellows contact portions 36 are arranged to face each other.
  • the air cylinder two chambers are prepared on both sides of the piston, and two air tubes 33 are connected to the two chambers, and the two chambers are alternately operated by alternately operating two solenoid valves interposed in the air tube 33. To the pressurized state.
  • a pair of bellows contact parts 36 are reciprocated in the direction which approaches and separates from each other with the reciprocation of a pair of pistons.
  • the pressurization pump for that purpose is combined with the reciprocating motion (gripping / release operation) of the piston and the vacuum suction exhaust operation of the bellows contact portion 36 and the suction portion 38.
  • the bellows contact portion 36 has a vacuum suction exhaust function.
  • the bellows contact portion 36 is connected to the above-described pressurizing pump via the air tube 40.
  • a horizontal suction electromagnetic valve is provided between the bellows contact portion 36 and the pressure pump. When the horizontal suction electromagnetic valve is opened in a state where the contact surface of the bellows contact portion 36 is in close contact with the first workpiece 80, the air in the space defined by the surface of the first workpiece 80 and the bellows contact portion 36 is ejected. And a negative pressure acts on the first workpiece 80. Thereby, the bellows contact part 36 can adsorb the first workpiece 80. When the horizontal suction electromagnetic valve is closed, the suction operation of the first workpiece 80 by the bellows contact portion 36 is released.
  • the suction mechanism has a suction frame 39 and a suction part 38.
  • the suction frame 39 is a step-shaped flat plate having one step formed of metal, resin, or the like.
  • the adsorbing portion 38 has a bellows shape molded by silicon rubber or the like, preferably a 1.5 step bellows shape.
  • One end of the suction frame 39 is attached to the piston, and the other end holds the suction portion 38.
  • frame 39 is attached to a pair of piston so that a mutual staircase part may face an outer side along a holding
  • the suction portion 38 is attached to the back surface of the other end of the suction frame 39 so that its axis is parallel to the sixth rotation axis RA6.
  • suction frame 39 may be fixed to the air chuck portion 32, the hand main body 31, and the like instead of the piston. Thereby, the weight load concerning a piston can be made small.
  • the suction part 38 is connected to the above-described pressurizing pump via the air tube 40.
  • a vertical suction electromagnetic valve is provided between the suction unit 38 and the pressure pump.
  • the vertical suction solenoid valve When the vertical suction solenoid valve is opened with the suction surface of the suction part 38 being in close contact with the second work 90, the air in the space defined by the second work 90 and the suction part 38 is sucked through the ejector structure.
  • the suction part 38 can suck the second workpiece 90 by the negative pressure in the closed space.
  • the vertical suction electromagnetic valve When the vertical suction electromagnetic valve is closed, the suction operation of the second workpiece 90 by the suction portion 38 is released.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a gripping posture of the hand device 3 of FIG.
  • the hand device 3 grips (holds) the first workpiece 80 when the pair of bellows contact portions 36 approach each other by the reciprocating movement of the pair of pistons.
  • the first workpiece 80 is a container having high flexibility, elasticity, restoration property, and the like, for example, a tube container made of resin such as cosmetics and toothpaste.
  • the contact surface of the bellows contact portion 36 is the surface of the first workpiece 80. Is deformed in accordance with the surface shape of the first workpiece 80 by the bellows structure. Accordingly, the contact surfaces of the pair of bellows contact portions 36 are pressed from both sides while being in close contact with the surface of the first workpiece 80. As a result, a frictional force is generated between the contact surfaces of the pair of bellows contact portions 36 and the surface of the first workpiece 80, and the first workpiece 80 can be held.
  • the pressurization pump When the pressurization pump is driven and the vertical suction electromagnetic valve is opened in a state where the contact surfaces of the pair of bellows contact portions 36 are in close contact with the surface of the first workpiece 80, the surface of the first workpiece 80 and the bellows are contacted. Air in the space defined by the contact portion 36 is sucked through the ejector structure, and a negative pressure acts on the first workpiece 80. In this way, the pair of bellows contact portions 36 holds the first work 80 by frictional force by being in close contact with the surface of the first work 80 while being deformed by the bellows structure, and the frictional force is generated by the bellows contact portion 36. It can be enlarged by the adsorption operation.
  • FIG. 7 is a view showing the suction posture of the hand device 3 of FIG.
  • the suction mechanism of the hand device 3 picks the second work 90 having a box shape mainly by suction.
  • the second workpiece 90 is a tube container, for example, a box that houses a tube container made of resin (first work 80) such as cosmetics and toothpaste.
  • the picking is executed at a ratio of one to several of the workpieces 80 that have been transported on the transport line 51 in a state of being arranged in a line. For example, two consecutive workpieces 80 are passed through, and the next workpiece 80 is passed through. Picking is repeated.
  • the suction surfaces of the pair of suction portions 38 are brought into close contact with the surface of the second workpiece 90 by the movement of the arm.
  • the suction surface of the suction portion 38 starts to contact the surface of the second workpiece 90
  • the contact portion 38 is pressed against the surface of the second workpiece 90, and the surface shape of the second workpiece 90 is caused by the bellows structure. Deforms to match.
  • the suction surfaces of the pair of suction portions 38 are in close contact with the surface of the second workpiece 90.
  • the bellows structure of the bellows contact portion 36 and the suction portion 38 is 1.5 steps here, for example, a bellows structure of 27 steps may be used, or a flat structure may be used.
  • the shapes and structures of the bellows contact portion 36 and the suction portion 38 can be appropriately changed according to the workpieces having different surface shapes and flexibility.
  • FIG. 8 is a block diagram of the robot system of FIG.
  • a stepping motor is provided as an actuator at each of the joint portions J1, J2, J3, J4, J5, and J6 of the robot arm mechanism 200.
  • Motor drivers 201, 203, 205, 207, 209, and 211 are electrically connected to these stepping motors, respectively.
  • 206, 208, 210, 212 are connected to each other.
  • the hand device 3 includes an electromagnetic valve 301 for gripping operation, an electromagnetic valve 302 for horizontal adsorption, and an electromagnetic valve 303 for vertical adsorption. These solenoid valves are opened / closed under the control of the driver control unit 106.
  • the driver control unit 106 moves the pair of bellows contact parts 36 toward and away from each other by opening / closing the electromagnetic valve 301 for gripping operation.
  • the driver control unit 106 controls the suction operation by the pair of bellows contact parts 36 by opening / closing the horizontal suction electromagnetic valve 302.
  • the driver control unit 106 controls the adsorption operation by the pair of adsorption units 38 by opening / closing the vertical adsorption electromagnetic valve 303.
  • the operation control device 100 controls the operation of the robot arm mechanism 200 and the hand device 3.
  • the motion control device 100 controls the movement of the point of interest such as the hand by controlling the motion of the joints J1-J6.
  • the operation control device 100 controls the gripping operation and the suction operation of the hand device 3 by controlling each electromagnetic valve of the hand device 3.
  • the operation control apparatus 100 includes a system control unit 101, a speed sensor interface (I / F) 102, an image processing unit 203 that processes an image generated by the camera 70, a photoelectric sensor interface (I / F) 104, A storage unit 105, a driver control unit 106, and a trajectory determination unit 107 are included.
  • a speed sensor 6 is connected to the operation control apparatus 100 via a speed sensor interface 102.
  • the speed sensor 6 sequentially measures the speed of the transport line 51 and outputs the measured speed data to the operation control apparatus 100 in response to a predetermined interval or control of the system control unit 101.
  • the image processing unit 203 of the motion control apparatus 100 extracts an image of the workpiece 80 from the image of the camera 70 by, for example, contour extraction processing or pattern recognition processing, and the workpiece 80 passes when the image of the workpiece 80 is the image center. Recognize that the detection position has been passed. Further, the image processing unit 203 identifies the line image of the joint portion at the end of the tube from the image of the work 80 extracted by the contour extraction process, and the angle between the line and the vertical line of the center line of the transport line 51, that is, the work 80 Recognize the posture.
  • the image processing unit 203 collates the image of the workpiece 80 on the image with a plurality of patterns created in advance in association with the plurality of postures in the pattern recognition process, and recognizes the posture of the workpiece 80 based on the matched pattern.
  • a photoelectric sensor 92 is connected to the operation control apparatus 100 via a photoelectric sensor interface 104.
  • the photoelectric sensor 92 includes a light projecting unit that projects light and a light receiving unit that receives light.
  • the photoelectric sensor 92 outputs an electrical signal corresponding to the amount of light reaching the light receiving unit.
  • the storage unit 105 stores task sequence data related to the operation control procedure of the robot apparatus 1.
  • the task sequence data includes the picking of the first work 80 by gripping the hand device 3, the release of the picked first work 80, the picking of the second work 90 by the suction of the hand device 3, the release of the picked second work 90, and This is data relating to command values (joint angle, expansion / contraction length, movement time, etc.) to each motor driver corresponding to each operation, regarding the displacement (movement) and posture of the hand during each operation.
  • the trajectory determination unit 107 corrects the command value based on the transport speed of the transport line 51. Details of the trajectory determination unit 107 will be described later.
  • the system control unit 101 includes a CPU (Central Processing Unit), a semiconductor memory, and the like, and controls the operation control apparatus 100 in an integrated manner. Each unit is connected to the system control unit 101 via a control / data bus 109.
  • the system control unit 101 controls the operation of the articulated arm mechanism according to the conveyance speed of the conveyance line 51 measured by the speed sensor 6 and the passage timing of the first workpiece 80 recognized by the image processing unit 203. Further, the system control unit 101 controls the posture of the hand unit 3 according to the posture of the first work 80 recognized by the image processing unit 203.
  • the hand unit 3 is controlled to a posture in which the gripping state in which the gripping reference line of the hand unit 3 is perpendicular to the line of the joint portion at the end of the tube as the workpiece 80 is most stable.
  • the bellows structure of the bellows contact portion 38 is 15 degrees from the 90 ° orientation, for example, even if the gripping reference line of the hand portion 3 is not exactly 90 ° with respect to the line at the joint portion of the tube end as the work 80.
  • a deviation of about 30 degrees to 30 degrees can be allowed flexibly. Therefore, for example, it may be possible to prepare a plurality of patterns different in number of 15 degrees, select the pattern with the highest matching degree, and control the posture of the hand unit 3 in several steps according to the selected pattern. Absent.
  • the driver control unit 106 controls the motor drivers 201, 203, 205, 207, 209, and 211 in an integrated manner.
  • the driver control unit 106 transmits a control signal corresponding to the command value read by the system control unit 101 or corrected (determined) by the trajectory determination unit 107 to the motor drivers 201, 203, 205, 207, 211, gripping operation This is transmitted to the electromagnetic valve 301 for horizontal use, the electromagnetic valve 302 for horizontal adsorption and the electromagnetic valve 303 for vertical adsorption.
  • the motor drivers 201, 203, 205, 207, and 211 supply pulses corresponding to the received command values to the stepping motor.
  • FIG. 9 is a diagram showing the reference work position of the hand device 3 of FIG. 4 together with the order.
  • the reference work position is shown together with the transport line 51, the shooter 8, the shooter 9, and the passage detection position.
  • a plurality of reference work positions of the hand device 3 are defined in the robot coordinate system.
  • the standby position of the hand device 3 is the standby position P wait
  • the start position of the section in which the gripping operation of the hand device 3 with respect to the first workpiece 80 is performed (hereinafter referred to as the gripping section) is the grip start position P p1s
  • the gripping section is the start position of the section in which the gripping operation of the hand device 3 with respect to the first workpiece 80 is performed.
  • the second workpiece 90 is determining whether or not the position of the lowered position P down in the load position, the second A position where the workpiece 90 is picked by suction is referred to as a suction position P p2 , and a position where the picked second workpiece 90 is released is referred to as a release position Pr 2 .
  • the plurality of work positions are set as follows.
  • the standby position P wait is a predetermined distance downstream from the passage detection position with respect to the position along the line center line, and the position in the width direction of the transfer line 51 is set between the line center line and the first workpiece transfer reference line. Is done.
  • the standby position P wait is set to a position higher than the height of the grip start position P p1s with respect to its height (for example, the vertical distance from the surface of the transport line 51). Both the grip start position P p1s and the grip end position P p1s are set on the first workpiece transfer reference line.
  • the grip start position P p1s and the grip end position P p1s are both set to the same height, and have a height necessary for gripping the upper part of the first workpiece 80 having a tube shape, for example, placed on the transfer line 51. It has been adjusted.
  • the release position P r1 is on the shooter 8 installed outside the transport line 51 and is set to a position higher than the grip end position P p1s .
  • the lowered position P down is set above the shooter 9.
  • the suction position P p2 is set just below the descending position P down .
  • the hand unit 3 descends vertically from the lowered position P down to the suction position P p2 .
  • the suction position P p2 is set to a position where the second work 90 at the carry-in position can be sucked.
  • the system control unit 101 determines whether or not the second workpiece 90 is loaded at the loading position based on the output of the photoelectric sensor 92. judge.
  • the hand device 3 When it is determined that the second workpiece 90 is not present at the carry-in position, the hand device 3 is returned to the standby position P wait according to the control of the system control unit 101. On the other hand, when it is determined that the second workpiece is present at the carry-in position, the hand device 3 continues to operate according to the control of the system control unit 101.
  • the release position P r2 is set at a height downstream of the suction position P p2 so that the second work 90 picked on the transfer line 51 does not contact the second work transfer reference line. Although it is set at a predetermined position downstream of the grip end position P p1e with respect to the transport direction, it is corrected based on the transport speed of the transport line 51.
  • the standby position P wait gripping start position P p1s, gripping end position P p1e, release position P r1, lowered position P down, the suction position P p2, release position P r2
  • the movement is made at a preset tact time, and then returned to the standby position Pwait again.
  • the tact time can be appropriately changed in accordance with a user instruction.
  • the time at which the passage of the first workpiece 80 is detected by the image processing unit 203 is defined as a reference time t0, and the grip start position P p1s at time t1 as the elapsed time from t0.
  • the grip end position P p1e at time t2, the release position P r1 at time t3, the lowered position P down at time t4, the suction position P p2 of the second workpiece 90 at time t5, and the release position P r2 at time t6 are preset. Yes.
  • the hand unit 3 is moved in order through these positions.
  • the standby position P wait the release position P r1 , the lowered position P down , the suction position P p2 , and the release position P r2 are fixed positions in the robot coordinate system.
  • a gripping start position P p1a a gripping end position P p1e is determined by the track determining unit 107 in accordance with the conveyance speed of the conveyor line 51.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the processing of the trajectory determination unit 107 of FIG.
  • FIG. 10A shows the hand device 3 at time t0.
  • FIG. 10B shows the hand device 3 at time t1.
  • FIG. 10C shows the hand device 3 at time t2.
  • Orbit determination unit 107 based on the conveying speed V line of the conveyor line 51, to calculate a gripping start position P p1s a grip end position P p1e.
  • the trajectory determination unit 107 determines the conveyance speed V line of the conveyance line 51 when the passage of the first workpiece 80 is detected by the image processing unit 203, and the tact time from the standby position P wait to the grip start position P p1s ( The grip start position P p1s is calculated based on the time difference between time t0 and time t1. Also, the track determining unit 107, the conveying speed V line and, tact time (time from the gripping start position P p1s to grip the end position P p1e conveying line 51 when the hand device 3 is moved to the gripping start position P p1s The grip end position P p1e is calculated based on the time difference between t1 and time t2.
  • the system control unit 101 controls the hand so that the transport direction component V 1 of the moving speed when the hand device 3 moves from the standby position P wait to the grip end position P p1e is equivalent to the transport speed V line of the transport line 51. modifying the moving speed V 1 of the device 3.
  • Hand device 3 in accordance with control of the system control unit 101 starts the grasping operation by the gripping start position P p1s, ends the gripping operation by the gripping end position P p1e. As a result, the first work 80 is picked to the hand device 3 by gripping at the grip end position P p1e .
  • the position P d on the transfer line 51 corresponding to the grip end position P p1e picking the first work 80 is between the picking time of the first work 80 and the picking time of the second work 90 according to the transfer speed. It moves from the position shown in FIG. 11 (a) to the position shown in FIG. 11 (b).
  • the track determining unit 107 determines the movement trajectory from the suction position P p2 until the release position P r2.
  • a plurality of, here, three arrival areas A r1 , A r2 , A r3 are set in order from the upstream in the transport direction.
  • the second arrival area Ar2 is set in a range of a position downstream from the suction position Pp2 by a predetermined distance.
  • the first arrival area A r1 is upstream of the second arrival area A r2 , and specifically, is set in a range from the grip end position P p1e to the suction position P p2 .
  • the third arrival area A r3 is set downstream of the second arrival area A r2 .
  • Orbit determination unit 107, the elapsed time from time t2 to time t5, based on the transport speed of between conveying line 51, the position P d are three coverage area A r1 at time t5, A r2, of the A r3 , Calculate which area you have reached.
  • Orbit determination unit 107 when calculating the position P d reaches the first coverage area A r1 or third coverage area A r3, the movement trajectory to cross the first workpiece 80 conveyed on the conveying line 51 Set. Orbit determination unit 107, when calculating the position P d reaches the second coverage area A r2, the gap column of the first workpiece 80 vacated by the first workpiece 80 which is picked by the gripping end position P p1e for crossing, that is, it sets the movement trajectory hand device 3 passes the position P d.
  • FIG. 12 shows two types of positions from the suction position P p2 to the release position P r2 of the hand device 3 determined by the trajectory determination unit 107 when the position P d at the time t5 is within the range of the arrival area A r2 .
  • the moving trajectory is shown. Both of the two types of movement trajectories move the second work 90 from the suction position P p2 to the release position P across the gap between the rows of the first work 8 and 0 vacated by the first work 80 picked at the grip end position P p1e.
  • the hand device 3 is controlled to move along the trajectory transported to r2 . When the transport speed of the transport line 51 is relatively slow, as shown in FIG.
  • the hand device 3 moves from the suction position P p2 to a via position P v1 slightly downstream in parallel with the line center line.
  • the first workpiece 80 is moved obliquely with respect to the line center line to the next via position Pv2 across the gap between the rows of the first workpieces 80, and is moved from the via position Pv2 to the release position Pr2 .
  • the via position Pv2 is located upstream from the final release position Pr2 .
  • the moving speed from the via position P v1 to the next via position P v2 is controlled so that the speed component parallel to the line center line of the moving speed is equivalent to the carrying speed of the carrying line 51. Thereby, the picked second workpiece 90 can be crossed well through the gaps between the rows of the first workpieces 80 without tilting the first workpiece 80.
  • the hand device 3 moves from the suction position P p2 to a via position P v1 slightly downstream in parallel with the line center line.
  • the via position Pv2 is located downstream from the final release position Pr2 .
  • the moving speed from the via position P v1 to the next via position P v2 is controlled so that the speed component parallel to the line center line of the moving speed is equivalent to the carrying speed of the carrying line 51.
  • the picked second workpiece 90 can be crossed well through the gaps between the rows of the first workpieces 80 without tilting the first workpiece 80.
  • FIG. 13 shows the positions from the suction position P p2 of the hand device 3 to the release position P r2 determined by the trajectory determination unit 107 when the position P d at the time t5 is within the range of the most upstream arrival area A r1 .
  • the moving trajectory is shown.
  • the trajectory determination unit 107 is located on a straight line connecting the suction position P p2 and the release position P r2 and is located at a position higher than the height of the first work 80 placed on the transfer line 51 in the height direction.
  • Set Pv .
  • the trajectory determining unit 107 is an intersection of a straight line connecting the suction position P p2 and the release position P r2 and the first work transport reference line, and is placed on the transport line 51 in the height direction.
  • the via position Pv is set at a position higher than the height of the workpiece 80.
  • Hand device 3 in accordance with control of the system control unit 101, linearly moved while being raised toward the through position P v from the suction position P p2, while descending towards the release position P r2 from over position P v linear Moved. Thereby, the hand apparatus 3 is moved across the 1st workpiece
  • FIG. 14 shows the positions from the suction position P p2 of the hand device 3 to the release position P r2 determined by the trajectory determination unit 107 when the position P d at the time t5 is within the range of the most downstream arrival area A r3 .
  • the moving trajectory is shown.
  • the trajectory determination unit 107 is placed on the conveyance line 51 with respect to the height direction on a straight line connecting the suction position P p2 and the release position P r2.
  • the via position Pv is set at a position higher than the height of the first workpiece 80.
  • the trajectory determining unit 107 is an intersection of a straight line connecting the suction position P p2 and the release position P r2 and the first work transport reference line, and is placed on the transport line 51 in the height direction.
  • the via position Pv is set at a position higher than the height of the workpiece 80.
  • Hand device 3 in accordance with control of the system control unit 101, linearly moved while being raised toward the through position P v from the suction position P p2, while descending towards the release position P r2 from over position P v linear Moved. Thereby, the hand apparatus 3 is moved across the 1st workpiece
  • the robot system according to the present embodiment is assumed to be used when the robot apparatus 1 and the worker are arranged on both sides of the transfer line 51 and the worker works together with the robot apparatus 1.
  • the first work 80 on the transfer line 51 is picked by the robot apparatus 1, released to the outside of the transfer line 51, and delivered to the worker via the shooter 8.
  • the worker works (boxes) the first work 80 unloaded from the shooter 8, and returns the work (boxed) first work 80 (that is, the second work 90) to the shooter 9.
  • the robot apparatus 1 picks the second work 90 carried into the carry-in position on the shooter 9 and returns it to the conveyance line 51.
  • the robot apparatus 1 uses a speed sensor 6 that is inexpensive and highly accurate, measures the conveyance speed using the speed sensor 6, and works with the robot vision system (camera 70, image processing unit 203). By recognizing the position and orientation of 80, it is possible to ensure sufficient accuracy in a practical manner rather than burdening all sensing roles with the robot vision system.
  • the hand device 3 of the robot system uses the pair of bellows contact portions 36 having a bellows shape for the contact of the first workpiece 80, so that the contact surface is adjusted to the surface shape of the first workpiece 80.
  • One workpiece 80 can be brought into close contact with the surface.
  • the force (friction force) with which the hand device 3 grips the first workpiece 80 can be increased.
  • the hand device 3 can reliably pick even if the hand posture is slightly deviated from the workpiece (tube). Therefore, the robot system according to the present embodiment does not require excessive accuracy for the robot vision.

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Abstract

ロボットビジョンの役割を制限することにより柔軟で正確なワークフローを実現すること。　ロボットシステムは、ハンド装置（３）を備える多関節アーム機構（２００）と、多関節アーム機構（２００）及びハンド装置（３）の動作制御を担う動作制御装置（１００）とを具備する。動作制御装置（１００）は、搬送ラインで搬送されるワークを撮影するカメラ（７０）と、搬送ライン上の所定位置におけるワークの通過を認識するためにカメラ（７０）による画像を処理する画像処理部（２０３）とを有し、画像処理部（２０３）で認識したワークの通過タイミングに基づいて多関節アーム機構（２００）及びハンド装置（３）の動作を制御する。

Description

ロボットシステム
　本発明の実施形態はロボットシステムに関する。
　近年ロボットがユーザと同一空間にいる環境が多くなってきている。介護用ロボットはもちろん産業用ロボットでも作業者と並んで協同して作業を行なう状況が今後拡大していくものと考えられる。そのようなロボットの多くは垂直多関節部アーム機構を備えている。垂直多関節部アーム機構には位置に関して３自由度（ｘ，ｙ，ｚ）、姿勢に関して３自由度（φ，θ，ψ）が要求され、一般的には根元３軸と呼ばれる回転関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３と手首３軸と呼ばれる回転関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６とからそれを実現している。
　多くの産業用ロボットはワークを搬送するベルトコンベアによるラインの近傍に配置され、流れてきたワークに対する様々な処理を施す。これら全ての処理工程で、ロボットビジョンと呼ばれるカメラ及びその画像処理システムが採用され、それにより認識したワークの位置・姿勢に従ってそれぞれの処理を実行するようロボットの動作制御がなされていた。
　しかし全ての処理工程をロボットビジョンシステムに頼るには例えばロボットが作業者の隣に配置され作業者と協同作業を行なう状況では限界があった。
　目的は、ロボットビジョンの役割を制限することにより柔軟で正確なワークフローを実現することにある。
　本実施形態に係るロボットシステムは、複数のワークを連続的に搬送するコンベア装置の搬送ラインの近傍に配置された多関節アーム機構と、前記多関節アーム機構のアーム先端に取り付けられたハンド装置と、前記多関節アーム機構及び前記ハンド装置の動作制御を担う動作制御装置とを具備する。ハンド装置は、前記ワークを把持するための対向配置される一対の把持部と、前記一対の把持部に取り付けられる一対の蛇腹形状を有する接触部と、前記一対の把持部に前記接触部とは異なる向きで取り付けられる一対の真空吸着排気部と、前記一対の把持部を互いに接近・離反する方向に移動する移動機構とを有する。動作制御装置は、搬送ラインで搬送されるワークを撮影するカメラと、搬送ライン上の所定位置におけるワークの通過を認識するためにカメラによる画像を処理する画像処理部とを有し、前記搬送ライン上方における前記ハンド装置の待機位置、前記ハンド装置の前記把持部で前記ワークのピッキングをするピッキング位置、前記ハンド装置が前記ワークのリリースをする前記搬送ライン外の第１リリース位置、前記ハンド装置の前記真空吸着排気部で前記ワークとは異なる種類の他のワークのピッキングをする前記搬送ライン外のピッキング位置、前記ハンド装置が前記他のワークのリリースをする前記搬送ライン上方の第２リリース位置とを前記ハンド装置が順番に移動するとともに各位置で前記ワークのピッキング、前記ワークのリリース、前記他のワークのピッキング、前記他のワークのリリースの各作業を順番に実行するために前記画像処理部で認識した前記ワークの通過タイミングに基づいて前記多関節アーム機構及び前記ハンド装置の動作を制御する。
図１は、本実施形態に係るロボットシステムの外観斜視図である。 図２は、図１のロボットシステムの平面図である。 図３は、図１のロボットシステムの正面図である。 図４は、図１のロボット装置の外観斜視図である。 図５は、図１のハンド装置の外観斜視図である。 図６は、図５のハンド装置の把持姿勢を示す図である。 図７は、図５のハンド装置の吸着姿勢を示す図である。 図８は、図１のロボットシステムのブロック構成図である。 図９は、図４のハンド装置の移動軌道を示す図である。 図１０は、図８の軌道決定部の処理を説明するための説明図である。 図１１は、図１０の搬送ラインに設定される複数の到達エリアを示す図である。 図１２は、図４のハンド装置の吸着位置からリリース位置までの２種類の移動軌道を示している。 図１３は、図４のハンド装置の吸着位置からリリース位置までの他の移動軌道を示している。 図１４は、図４のハンド装置の吸着位置からリリース位置までの他の移動軌道を示している。 図１５は、図１のカメラがハンド装置に装備される例を示す図である。
　以下、図面を参照しながら本実施形態に係るロボットシステムを説明する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
　図１は、本実施形態に係るロボットシステムの外観斜視図である。図２は、図１のロボットシステムの平面図である。図３は、図１のロボットシステムの正面図である。本実施形態に係るロボットシステムはコンベア装置５と速度センサ６とカメラ７０とロボット装置１とを有する。
　コンベア装置５は、複数の第１、第２ワーク８０、９０を連続的に搬送する機能を有する。例えば、コンベア装置５は、直線に沿って、形状、寸法、重量、素材、さらに柔軟性等の属性の異なる第１、第２ワーク９０を搬送するための直線状に配設された搬送ライン５１を有する。搬送ライン５１は、搬送ライン５１上に載置された第１、第２ワーク８０、９０を、予めユーザ等により設定された速度で搬送する。搬送ライン５１の脇には、ロボット装置１が配置されている。搬送ライン５１の搬送方向に関して、ロボット装置１の作業エリアが予め設定されている。搬送ライン５１を挟んでロボット装置１の反対側には、搬送ライン５１の上流から順に搬出シュータ８と搬入シュータ９とが取り付けられている。搬送方向に関して、ロボット装置１は、シュータ８とシュータ９との間に配置されている。シュータ８は、搬送ライン５１と同等の高さから下方に向かって傾斜して設けられる。シュータ８は、ロボット装置１でピッキングされ、搬送ライン５１の外にリリースされた第１ワーク８０を搬送ライン５１から下方の所定位置まで搬送する機能を有する。シュータ９は、搬送ライン５１と同等の高さから上方に向かって傾斜して設けられる。シュータ９は、シュータ９に載置された第１ワーク８０とは種類の異なる第２ワーク９０を搬入位置に搬入する機能を有する。シュータ９の搬入位置に対応する部分には矩形状の開口９１が設けられている。開口９１の直下には、光電センサ９２が設けられている。光電センサ９２は、その光軸が開口９１の中心を通るように設けられている。搬送ライン５１の幅の中心線（以下、ライン中心線）よりロボット装置１側の搬送ライン５１上には、第２ワーク９０が載置され、ライン中心線を挟んでロボット装置１の反対側にの搬送ライン５１上には、第１ワーク８０が載置される。以下、搬送ライン５１上の第１ワーク８０が載置される目標位置を通り、ライン中心線に平行な直線を第１ワーク搬送基準線、搬送ライン５１上の第２ワーク９０が載置される目標位置を通り、ライン中心線に平行な直線を第２ワーク搬送基準線という。
　速度センサ６は、搬送ライン５１の搬送速度を計測する。速度センサ６には、例えば、ロータリー／リニアエンコーダ等の任意のセンサが適用される。　
　カメラ７０は、第１ワーク８０を搬送ライン５１上に並べる際の基準とされる第１ワーク搬送基準線上であって作業エリアの直前に設定された通過検知位置の上方、典型的には真上にその通過検知位置を視野中心となる向きで設置される。カメラ７０は通過検知位置を中心として搬送ライン５１を俯瞰する。なお、カメラ７０は、搬送ライン５１のフレームに設置しても良いし、図１５に示すようにハンド部３のハンド本体３１の側面に搭載しても良い。搬送ライン５１のフレームに対するカメラ７０の設置の位置及び向きは通過検知位置を視野中心となるよう調整される。ハンド部３のハンド本体３１の側面に対するカメラ７０の取り付けの位置及び向きは、ハンド部３が待機位置Ｐｗａｉｔにあるときに通過検知位置を視野中心となるよう調整される。
　画像処理部２０３はカメラ７０で撮像した画像を処理して、ワーク８０の通過検知位置の通過を検知するとともにワーク８０の姿勢を判定する。ワーク８０の姿勢とはチューブであればその基準姿勢に対する実際の姿勢の回転角であり、基準姿勢としてはチューブ終端の接合部分のラインが搬送ライン５１の中心線と垂直になる姿勢をいう。
　ロボット装置１は、多関節アーム機構２００を有する。本実施形態に係るロボットシステムのロボット装置１の多関節アーム機構２００において、複数の関節のうち、一が直動伸縮関節で構成されている。
　図４は、図１のロボット装置１の外観斜視図である。ロボット装置１は、略円筒形状の基部１と基部１に接続するアーム部２とを有する。アーム部２の先端には手首部４が取り付けられている。手首部４には図示しないアダプタが設けられている。アダプタは、後述する第６回転軸ＲＡ６の回転部に設けられる。手首部４のアダプタを介してハンド装置３が取り付けられる。
　ロボット装置１は、複数、ここでは６つの関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６を有する。複数の関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６は基部１から順番に配設される。一般的に、第１、第２、第３関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３は根元３軸と呼ばれ、第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６はハンド装置３の姿勢を変化させる手首３軸と呼ばれる。手首部４は第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６を有する。根元３軸を構成する関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３の少なくとも一つは直動関節である。ここでは第３関節部Ｊ３が直動伸縮関節、特に伸縮距離の比較的長い関節部として構成される。アーム部２は第３関節部Ｊ３を構成する主要な構成要素である。
　第１関節部Ｊ１は基台面に対して例えば垂直に支持される第１回転軸ＲＡ１を中心としたねじり関節である。第２関節部Ｊ２は第１回転軸ＲＡ１に対して垂直に配置される第２回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節である。第３関節部Ｊ３は、第２回転軸ＲＡ２に対して垂直に配置される第３軸（移動軸）ＲＡ３を中心として直線的にアーム部２が伸縮する関節である。
　第４関節部Ｊ４は、第３移動軸ＲＡ３に一致する第４回転軸ＲＡ４を中心としたねじり関節であり、第５関節部Ｊ５は第４回転軸ＲＡ４に対して直交する第５回転軸ＲＡ５を中心とした曲げ関節である。第６関節部Ｊ６は第４回転軸ＲＡ４に対して直交し、第５回転軸ＲＡ５に対して垂直に配置される第６回転軸ＲＡ６を中心とした曲げ関節である。
　基部１を成すアーム支持体（第１支持体）１１ａは、第１関節部Ｊ１の第１回転軸ＲＡ１を中心に形成される円筒形状の中空構造を有する。第１関節部Ｊ１は図示しない固定台に取り付けられる。第１関節部Ｊ１が回転するとき、第１支持体１１ａはアーム部２の旋回とともに軸回転する。なお、第１支持体１１ａが接地面に固定されていてもよい。その場合、第１支持体１１ａとは独立してアーム部２が旋回する構造に設けられる。第１支持体１１ａの上部には第２支持部１１ｂが接続される。
　第２支持部１１ｂは第１支持部１１ａに連続する中空構造を有する。第２支持部１１ｂの一端は第１関節部Ｊ１の回転部に取り付けられる。第２支持部１１ｂの他端は開放され、第３支持部１１ｃが第２関節部Ｊ２の第２回転軸ＲＡ２において回動自在に嵌め込まれる。第３支持部１１ｃは第１支持部１１ａ及び第２支持部に連通する鱗状の外装からなる中空構造を有する。第３支持部１１ｃは、第２関節部Ｊ２の曲げ回転に伴ってその後部が第２支持部１１ｂに収容され、また送出される。ロボット装置１の直動関節部Ｊ３（第３関節部Ｊ３）を構成するアーム部２の後部はその収縮により第１支持部１１ａと第２支持部１１ｂの連続する中空構造の内部に収納される。
　第３支持部１１ｃはその後端下部において第２支持部１１ｂの開放端下部に対して第２回転軸ＲＡ２を中心として回動自在に嵌め込まれる。それにより第２回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節部としての第２関節部Ｊ２が構成される。第２関節部Ｊ２が回動すると、アーム部２は、手首部４及びハンド装置３とともに第２関節部Ｊ２の第２回転軸ＲＡ２を中心に垂直方向に回動、つまり起伏動作をする。
　第４関節部Ｊ４は、アーム部２の伸縮方向に沿ったアーム中心軸、つまり第３関節部Ｊ３の第３移動軸ＲＡ３に典型的には一致する第４回転軸ＲＡ４を有するねじり関節である。第４関節部Ｊ４が回転すると、第４関節部Ｊ４から先端にかけてハンド装置３とともに第４回転軸ＲＡ４を中心に回転する。第５関節部Ｊ５は、第４関節部Ｊ４の第４回転軸ＲＡ４に対して直交する第５回転軸ＲＡ５を有する曲げ関節部である。第５関節部Ｊ５が回転すると、第５関節部Ｊ５から先端にかけてハンド装置３とともに上下に回動する。第６関節部Ｊ６は、第４関節部Ｊ４の第４回転軸ＲＡ４に直交し、第５関節部Ｊ５の第５回転軸ＲＡ５に垂直な第６回転軸ＲＡ６を有する曲げ関節である。第６関節部Ｊ６が回転するとハンド装置３が左右に旋回する。
　上記の通り手首部４のアダプタに取り付けられたハンド装置３は、第１、第２、第３関節部Ｊ１．Ｊ２．Ｊ３により任意位置に移動され、第４、第５、第６関節部Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６により任意姿勢に配置される。特に第３関節部Ｊ３の直動伸縮距離の長さは、基部１の近接位置から遠隔位置までの広範囲の対象にハンド装置３を到達させることを可能にする。第３関節部Ｊ３はそれを構成する直動伸縮機構により実現される直動伸縮距離の長さが特徴的である。
　直動伸縮機構はアーム部２を有する。アーム部２は第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２２とを有する。第１連結コマ列２１は複数の第１連結コマ２３からなる。第１連結コマ２３は略平板に構成される。前後の第１連結コマ２３は、互いの端部箇所においてピンにより屈曲自在に列状に連結される。これにより第１連結コマ列２１は内側と外側とに屈曲可能な性質を備える。第２連結コマ列２２は複数の第２連結コマ２４からなる。第２連結コマ２４は断面コ字形状の短溝状体に構成される。前後の第２連結コマ２４は、互いの底面端部箇所においてピンにより屈曲自在に列状に連結される。第２連結コマ２４の断面形状及びピンによる連結位置により第２連結コマ列２２は内側に屈曲可能であるが、外側に屈曲不可な性質を備える。なお、第１連結コマ２３及び第２連結コマ２４の第２回転軸ＲＡ２に向いた面を内面、その反対側の面を外面というものとする。
　第１連結コマ列２１のうち先頭の第１連結コマ２３と、第２連結コマ列２２のうち先頭の第２連結コマ２４とは結合コマ２７により結合される。例えば、結合コマ２７は第１連結コマ２３と第２連結コマ２４とを合成した形状を有している。　
　アーム部２が伸長するときには、結合コマ２７が始端となって、第１、第２連結コマ列２１，２２が第３支持部１１ｃの開口から外に向かって送り出される。第１、第２連結コマ列２１、２２は、第３支持体１１ｃの開口付近で互いに接合される。第１、第２連結コマ列２１、２２の後部が第３支持体１１ｃの内部で堅持されることにより、第１、第２連結コマ列２１，２２の接合状態が保持される。第１、第２連結コマ列２１、２２の接合状態が保持されたとき、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２２の屈曲は拘束される。接合し、それぞれの屈曲が拘束された第１、第２連結コマ列２１、２２により一定の剛性を備えた柱状体が構成される。柱状体とは、第２連結コマ列２２に第１連結コマ列２１が接合されてなる柱状の棒体を言う。
　アーム部２が収縮するときには、第３支持体１１ｃの開口に第１、第２連結コマ列２１，２２が引き戻される。柱状体を構成する第１、第２連結コマ列２１，２２は、第３支持体１１ｃの内部で互いに離反される。離反された第１、第２連結コマ列２１，２２はそれぞれ屈曲可能な状態に復帰し、それぞれ同方向の内側に屈曲され、第１支持体１１ａの内部に略平行に格納される。
　ハンド装置３は、把持機構と吸着機構とを有する。把持機構は、一対の把持面が一軸上に対向配置され、一対の把持面が互いに逆方向に往復移動するように構成されている。例えば、把持機構は、一対の把持フレーム３４と、一対の把持フレーム３４により、第１ワーク８０を把持するための対向配置される一対の把持部３５と、一対の把持部３５に取り付けられる一対の蛇腹接触部３６と、一対の把持部３５を互いに接近・離反する方向に移動する移動機構とを有する。吸着機構は、一対の吸着面が同一平面上であって、その吸着方向が互いに平行になるように構成されている。例えば、吸着機構は、一対の吸着フレーム３９と、一対の吸着フレーム３９により、一対の蛇腹接触部３６とは異なる向きで取り付けられる一対の吸着部３８とを有する。
　以下、ハンド装置３の一例について図５を参照して説明する。図５は、図１のハンド装置３の外観斜視図である。説明の便宜上、図５に示すように手先座標系Σｈを規定する。手先座標系Σｈの直交３軸のうち、Ｙｈ軸に一致する直線を把持基準線とする。把持機構は、把持基準線上に一対の蛇腹接触部３６の接触面の中心位置が配置され、把持基準線に沿って一対の蛇腹接触部３６が往復移動できるように構成される。手先座標系Σｈの原点は、一対の蛇腹接触部３６の接触面の間の中点に規定される。Ｚｈ軸は第６回転軸ＲＡ６と平行な軸である。Ｘｈ軸は、Ｙｈ軸とＺｈ軸とに直交する軸である。
　ハンド装置３はハンド本体３１を有する。ハンド本体３１は角柱形状を有し、その上方端面に取り付け部３０が設けられる。ハンド装置３は手首部４に装備されたアダプタにハンド本体３１の取り付け部３０を介してロボット装置１に装着される。ハンド本体３１の下方にエアチャック部３２が取り付けられる。エアチャック部３２は図示しないエアシリンダをアクチュエータとして備える。エアシリンダは一対のピストンを備える。エアシリンダは、一対のピストンの移動軸が把持基準線（図中、Ｙｈ軸）と平行になるように配置される。一対のピストンには連結部材を介して把持機構と吸着機構とが取り付けられる。
　把持機構は、一対の把持フレーム３４と一対の把持部３５と一対の蛇腹接触部３６とを有する。把持フレーム３４は、金属、樹脂等で成型された略Ｌ字形状を有する平板である。把持部３５は、金属、樹脂等で成型された略円柱体である。蛇腹接触部３６は、シリコンゴム等で成型された蛇腹形状、好適には１．５段の蛇腹形状を有する。把持フレーム３４の一端はピストンに取り付けられ、他端は把持部３５を保持する。把持部３５は、その先端に蛇腹接触部３６を保持する。これにより把持フレーム３４と把持部３５と蛇腹接触部３６とが連結された機構は、外観が略コ字形状に構成される。一対の把持フレーム３４は、互いの屈曲部分が外側に向くように一対のピストンに取り付けられる。これにより、一対の蛇腹接触部３６の接触面（把持面）が互いに対向配置される。エアシリンダとしてはピストンを挟んで両側の２室が用意され、それら２室には２本のエアチューブ３３がそれぞれ接続されエアチューブ３３に介在された２つの電磁弁の交互操作により２室が交互に加圧状態に移行される。これにより、一対の蛇腹接触部３６は、一対のピストンの往復移動とともに互いに接近、離反する方向に往復移動される。なお、そのための加圧ポンプは、そのピストンの往復運動（把持／リリース動作）と、蛇腹接触部３６及び吸着部３８の真空吸着排気動作とで兼用される。一対の蛇腹接触部３６が接近するように移動されたとき、一対の蛇腹接触部３６によりワークは挟持（把持）され、一対の蛇腹接触部３６が離反するとき、一対の蛇腹接触部３６によるワークの把持状態は解除される。
　蛇腹接触部３６は、真空吸着排気機能を備える。蛇腹接触部３６は、エアチューブ４０を介して既出の加圧ポンプに接続されている。蛇腹接触部３６と加圧ポンプとの間には水平吸着用電磁弁が設けられている。蛇腹接触部３６の接触面が第１ワーク８０に密着した状態で水平吸着用電磁弁が開放されると、第１ワーク８０の表面と蛇腹接触部３６とで規定される空間の空気がエジェクタ構造を介して吸引され、第１ワーク８０に対して負圧が働く。これにより、蛇腹接触部３６は、第１ワーク８０を吸着することができる。そして、水平吸着用電磁弁が閉塞されると、蛇腹接触部３６による第１ワーク８０の吸着動作が解除される。
　吸着機構は、吸着フレーム３９と吸着部３８とを有する。吸着フレーム３９は、金属、樹脂等で成型された一段の段差を有する階段形状の平板である。吸着部３８は、シリコンゴム等で成型された蛇腹形状、好適には１．５段の蛇腹形状を有する。吸着フレーム３９の一端はピストンに取り付けられ、他端は吸着部３８を保持する。一対の吸着フレーム３９は、把持基準線に沿って、互いの階段部分が外側に向くように一対のピストンに取り付けられる。吸着部３８は、吸着フレーム３９の他端の背面に、その軸が第６回転軸ＲＡ６と平行になるように取り付けられる。これにより、一対の吸着機構は、互いの吸着面が同一平面上であって、その吸着方向が互いに平行になる。なお、吸着フレーム３９はピストンではなく、例えば、エアチャック部３２及びハンド本体３１等に固定されてもよい。これにより、ピストンにかかる重量負荷を小さくすることができる。吸着部３８はエアチューブ４０を介して既出の加圧ポンプに接続されている。吸着部３８と加圧ポンプとの間には垂直吸着用電磁弁が設けられている。吸着部３８の吸着面が第２ワーク９０に密着した状態で垂直吸着用電磁弁が開放されると、第２ワーク９０と吸着部３８とで規定される空間の空気がエジェクタ構造を介して吸引され、その閉空間の負圧により、吸着部３８は第２ワーク９０を吸着することができる。そして、垂直吸着用電磁弁が閉塞されると、吸着部３８による第２ワーク９０の吸着動作が解除される。
　次に、ハンド装置３の把持動作について説明する。図６は、図５のハンド装置３の把持姿勢を示す図である。ハンド装置３は、一対のピストンの往復移動により、一対の蛇腹接触部３６が互いに接近することで、第１ワーク８０を把持（挟持）する。第１ワーク８０は、高い柔軟性、弾力性、復元性等を有する容器、例えば、化粧品や歯磨き粉等の樹脂製のチューブ容器等である。
　一対の蛇腹接触部３６が互いに接近するように移動され、蛇腹接触部３６の接触面が第１ワーク８０の表面に接触し始めると、蛇腹接触部３６は、接触面が第１ワーク８０の表面に押圧され、その蛇腹構造により、第１ワーク８０の表面形状に合わせて変形する。これにより、一対の蛇腹接触部３６の接触面は、第１ワーク８０の表面に密着しながら、その両側から押圧する。これにより、一対の蛇腹接触部３６の接触面と第１ワーク８０の表面との間に摩擦力が発生し、第１ワーク８０を保持することができる。また、一対の蛇腹接触部３６の接触面が第１ワーク８０の表面と密着した状態で、加圧ポンプが駆動し、垂直吸着用電磁弁が開放されると、第１ワーク８０の表面と蛇腹接触部３６とで規定される空間の空気がエジェクタ構造を介して吸引され、第１ワーク８０に対して負圧が働く。このように、一対の蛇腹接触部３６は、蛇腹構造により変形しながら第１ワーク８０の表面に密着することで摩擦力により第１ワーク８０を保持し、その摩擦力を、蛇腹接触部３６による吸着動作により大きくすることができる。このようなハンド装置３の把持動作により、図６（ａ）のように、予定（規定）された向きに載置されたチューブ容器だけではなく、図６（ｂ）のように、予定（規定）された向きからズレて載置されたチューブ容器、規定された向きに対して搬送ライン５１の幅方向に位置がズレて載置されたチューブ容器を把持によりピッキングすることができる。
　次に、ハンド装置３の吸着による第２ワーク９０のピッキングについて図７を参照して説明する。図７は、図５のハンド装置３の吸着姿勢を示す図である。ハンド装置３の吸着機構は、主に箱形状を有する第２ワーク９０を吸着によりピッキングする。第２ワーク９０は、チューブ容器、例えば、化粧品や歯磨き粉等の樹脂製のチューブ容器（第１ワーク８０）を収容する箱等である。なお、ピッキングは、一列に配列された状態で搬送ライン５１で搬送されてきたワーク８０を数個に一個の割合で実行され、例えば連続する２個のワーク８０をスルーし、次のワーク８０をピッキングし、その作業が繰り返される。
　一対の吸着部３８は、アームの移動により、その吸着面が第２ワーク９０の表面に密着される。吸着部３８の吸着面が第２ワーク９０の表面に接触し始めると、吸着部３８は、その接触面が第２ワーク９０の表面に押圧され、その蛇腹構造により、第２ワーク９０の表面形状に合わせて変形する。これにより、一対の吸着部３８の吸着面は、第２ワーク９０の表面に密着する。一対の吸着部３８の吸着面が第２ワーク９０の表面に密着した状態で、加圧ポンプが駆動し、垂直吸着用電磁弁が開放されると、第２ワーク９０の表面と吸着部３８とで規定される空間の空気がエジェクタ構造を介して吸引され、第２ワーク９０に対して負圧が働く。これにより、図７に示すように、第２ワーク９０を吸着によりピッキングすることができる。なお、吸着部３８の吸着面の間の距離は、一対のピストンの往復移動により変動させることができる。これにより、吸着機構は、大きさ（幅または長さ）の異なる複数種類のワークを吸着によりピッキングすることができる。
　なお、ここでは、蛇腹接触部３６および吸着部３８の蛇腹構造は、１．５段としたが、例えば、２７段の蛇腹構造であってもよいし、または平形構造であってもよい。このように、蛇腹接触部３６および吸着部３８の形状や構造は、表面形状及び可撓性の異なるワークに応じて適宜変更することができる。
　図８は、図１のロボットシステムのブロック構成図である。　
　ロボットアーム機構２００の関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５、Ｊ６には、アクチュエータとして、例えばステッピングモータが設けられている。これらステッピングモータには、モータドライバ２０１、２０３，２０５、２０７，２０９、２１１がそれぞれ電気的に接続されている。また、これらステッピングモータ２０１、２０３，２０５、２０７，２０９、２１１のドライブシャフトには、一定の回転角ごとに出力されるパルスをカウンタで加減算して角位置を測定するためのロータリーエンコーダ２０２，２０４，２０６，２０８，２１０，２１２がそれぞれ接続されている。
　ハンド装置３は、把持動作用電磁弁３０１と水平吸着用電磁弁３０２と垂直吸着用電磁弁３０３とを有する。これら電磁弁は、ドライバ制御部１０６の制御に従って、開放／閉塞される。ドライバ制御部１０６は、把持動作用電磁弁３０１の開放／閉鎖により、一対の蛇腹接触部３６を互いに接近・離反する方向に移動させる。ドライバ制御部１０６は、水平吸着用電磁弁３０２の開放／閉塞により、一対の蛇腹接触部３６による吸着動作を制御する。ドライバ制御部１０６は、垂直吸着用電磁弁３０３の開放／閉塞により、一対の吸着部３８による吸着動作を制御する。
　動作制御装置１００は、ロボットアーム機構２００とハンド装置３との動作を制御する。動作制御装置１００は、関節部Ｊ１－Ｊ６の動作を制御することにより手先等の注目点の移動を制御する。動作制御装置１００は、ハンド装置３の各電磁弁を制御することにより、ハンド装置３の把持動作と吸着動作とを制御する。動作制御装置１００は、システム制御部１０１と、速度センサインターフェース（Ｉ／Ｆ）１０２と、カメラ７０で発生された画像を処理する画像処理部２０３と、光電センサインターフェース（Ｉ／Ｆ）１０４と、記憶部１０５と、ドライバ制御部１０６と、軌道決定部１０７とを有する。　
　動作制御装置１００には、速度センサインターフェース１０２を介して速度センサ６が接続されている。速度センサ６は、搬送ライン５１の速度を逐次計測し、計測した速度データを所定の間隔又はシステム制御部１０１の制御に呼応して動作制御装置１００に対して出力する。動作制御装置１００の画像処理部２０３は、カメラ７０の画像から例えば輪郭抽出処理又はパターン認識処理により、ワーク８０の像を抽出し、そのワーク８０の像が画像中心であるとき、ワーク８０が通過検知位置を通過したことを認識する。また画像処理部２０３は、輪郭抽出処理で抽出したワーク８０の像からチューブ終端の接合部分のラインの像を特定し、そのラインと搬送ライン５１の中心線の垂直線との角度、つまりワーク８０の姿勢を認識する。または画像処理部２０３は、パターン認識処理において複数の姿勢にそれぞれ対応付けて予め作成した複数のパターンで画像上のワーク８０の像を照合し、合致したパターンによりワーク８０の姿勢を認識する。
　動作制御装置１００には、光電センサインターフェース１０４を介して光電センサ９２が接続されている。光電センサ９２は、光を投光する投光部と光を受ける受光部から構成される。光電センサ９２は、受光部に到達する光量に応じた電気信号を出力する。
　記憶部１０５は、ロボット装置１の動作制御手順に関するタスクシーケンスデータを記憶する。タスクシーケンスデータは、ハンド装置３の把持による第１ワーク８０のピッキング、ピッキングした第１ワーク８０のリリース、ハンド装置３の吸着による第２ワーク９０のピッキング、ピッキングした第２ワーク９０のリリース、および各動作の間の手先の変位（移動）及び姿勢の、各動作に対応する各モータドライバへの指令値（関節角、伸縮長、移動時間等）に関するデータである。
　軌道決定部１０７は、搬送ライン５１の搬送速度に基づいて、指令値を修正する。軌道決定部１０７の詳細は後述する。
　システム制御部１０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）と半導体メモリ等を有し、動作制御装置１００を統括して制御する。システム制御部１０１には、制御／データバス１０９を介して各部が接続されている。システム制御部１０１は、速度センサ６で計測した搬送ライン５１の搬送速度と画像処理部２０３で認識した第１ワーク８０の通過タイミングとに従って、多関節アーム機構の動作を制御する。またシステム制御部１０１は、画像処理部２０３で認識した第１ワーク８０の姿勢に従ってハンド部３の姿勢を制御する。ハンド部３の把持基準線がワーク８０としてのチューブ終端の接合部分のラインに垂直になる把持状態が最も安定する姿勢にハンド部３を制御する。なお、蛇腹接触部３８の蛇腹構造は、ハンド部３の把持基準線がワーク８０としてのチューブ終端の接合部分のラインに対して厳密に９０度でなくても、例えばその９０度の向きから１５度乃至３０度程度のずれであればそれを柔軟に許容することができる。従ってパターンの数は例えば１５度ずつ異なる複数のパターンを用意しておき、最も整合度数の高いパターンを選択し、選択したパターンに従ってハンド部３の姿勢を数段階で姿勢制御することでよいかもしれない。
　ドライバ制御部１０６は、モータドライバ２０１、２０３，２０５、２０７，２０９、２１１を統括して制御する。ドライバ制御部１０６は、システム制御部１０１により読み出された、または軌道決定部１０７により修正（決定）された指令値に応じた制御信号をモータドライバ２０１、２０３，２０５、２０７，２１１、把持動作用電磁弁３０１、水平吸着用電磁弁３０２、垂直吸着用電磁弁３０３対して送信する。モータドライバ２０１、２０３，２０５、２０７，２１１は、受信した指令値に応じたパルスをステッピングモータに供給する。
　次に、ハンド装置３の移動軌道について説明する。図９は、図４のハンド装置３の基準作業位置を順序とともに示す図である。図９では、基準作業位置が搬送ライン５１、シュータ８、シュータ９および通過検知位置とともに示されている。タスクシーケンスデータにおいて、ハンド装置３の複数の基準作業位置がロボット座標系で規定されている。ここでは、ハンド装置３の待機位置を待機位置Ｐｗａｉｔ、第１ワーク８０に対するハンド装置３の把持動作が行われる区間（以下、把持区間という。）の開始位置を把持開始位置Ｐｐ１ｓ、把持区間の終了位置を把持終了位置Ｐｐ１ｅ、ピッキングした第１ワーク８０をリリースする位置をリリース位置Ｐｒ１、第２ワーク９０が搬入位置にあるか否かを判定する位置を降下位置Ｐｄｏｗｎ、第２ワーク９０を吸着によりピッキングする位置を吸着位置Ｐｐ２、ピッキングした第２ワーク９０をリリースする位置をリリース位置Ｐｒ２とする。例えば、複数の作業位置は以下のように設定されている。
　待機位置Ｐｗａｉｔは、ライン中心線に沿った位置に関して通過検知位置より所定距離だけ下流であり、搬送ライン５１の幅方向の位置に関してはライン中心線と第1ワーク搬送基準線との間に設定される。また待機位置Ｐｗａｉｔは、その高さ（例えば搬送ライン５１の表面からの鉛直距離）に関して、把持開始位置Ｐｐ１ｓの高さよりも高い位置に設定されている。把持開始位置Ｐｐ１ｓと把持終了位置Ｐｐ１ｓとはともに第１ワーク搬送基準線上に設定される。把持開始位置Ｐｐ１ｓと把持終了位置Ｐｐ１ｓとはともに同じ高さに設定され、搬送ライン５１に載置された例えばチューブ形状の第１ワーク８０の上方部分を把持するために必要な高さに調整されている。リリース位置Ｐｒ１は、搬送ライン５１の外側に設置されたシュータ８上であって、把持終了位置Ｐｐ１ｓよりも高い位置に設定されている。
　降下位置Ｐｄｏｗｎは、シュータ９の上方に設定されている。降下位置Ｐｄｏｗｎの真下に吸着位置Ｐｐ２が設定されている。ハンド部３は降下位置Ｐｄｏｗｎから吸着位置Ｐｐ２に鉛直に降下する。吸着位置Ｐｐ２は、搬入位置の第２ワーク９０を吸着可能な位置に設定されている。ハンド装置３が降下位置Ｐｄｏｗｎから吸着位置Ｐｐ２にかけて降下しているとき、システム制御部１０１は、光電センサ９２の出力に基づいて、搬入位置に第２ワーク９０が搬入されているか否かを判定する。搬入位置に第２ワーク９０がないと判定されたとき、ハンド装置３は、システム制御部１０１の制御に従って、待機位置Ｐｗａｉｔに戻される。一方、搬入位置に第２ワークがあると判定されたとき、ハンド装置３は、システム制御部１０１の制御に従って、動作が継続される。リリース位置Ｐｒ２は、吸着位置Ｐｐ２よりも下流であって、第２ワーク搬送基準線上の、搬送ライン５１にピッキングした第２ワーク９０が接触しないための高さに設定されている。搬送方向に関して、把持終了位置Ｐｐ１ｅの下流の所定位置に設定されているが、搬送ライン５１の搬送速度に基づいて修正される。
　ハンド装置３は、システム制御部１０１の制御に従って、待機位置Ｐｗａｉｔ、把持開始位置Ｐｐ１ｓ、把持終了位置Ｐｐ１ｅ、リリース位置Ｐｒ１、降下位置Ｐｄｏｗｎ、吸着位置Ｐｐ２、リリース位置Ｐｒ２の順に、予め設定されたタクトタイムで移動され、再び待機位置Ｐｗａｉｔに戻される。タクトタイムは、ユーザ指示に従って適宜変更が可能である。
　以下、説明の便宜上、図９に示すように、画像処理部２０３で第１ワーク８０の通過が検知された時刻を基準時刻ｔ０としてそのｔ０からの経過時間としての時刻ｔ１に把持開始位置Ｐｐ１ｓ、時刻ｔ２に把持終了位置Ｐｐ１ｅ、時刻ｔ３にリリース位置Ｐｒ１、時刻ｔ４に降下位置Ｐｄｏｗｎ、時刻ｔ５に第２ワーク９０の吸着位置Ｐｐ２、時刻ｔ６にリリース位置Ｐｒ２が既定されている。ハンド部３はこれら位置を順番に移動される。複数の作業位置のうち、待機位置Ｐｗａｉｔ、リリース位置Ｐｒ１、降下位置Ｐｄｏｗｎ、吸着位置Ｐｐ２、リリース位置Ｐｒ２はロボット座標系の固定位置である。一方、把持開始位置Ｐｐ１ａと把持終了位置Ｐｐ１ｅとは搬送ライン５１の搬送速度に応じて軌道決定部１０７により決定される。
　図１０は、図８の軌道決定部１０７の処理を説明するための説明図である。図１０（ａ）は、時刻ｔ０におけるハンド装置３を示している。図１０（ｂ）は、時刻ｔ１におけるハンド装置３を示している。図１０（ｃ）は、時刻ｔ２におけるハンド装置３を示している。軌道決定部１０７は、搬送ライン５１の搬送速度Ｖｌｉｎｅに基づいて、把持開始位置Ｐｐ１ｓと把持終了位置Ｐｐ１ｅとを計算する。例えば、軌道決定部１０７は、画像処理部２０３で第１ワーク８０の通過が検知されたときの搬送ライン５１の搬送速度Ｖｌｉｎｅと、待機位置Ｐｗａｉｔから把持開始位置Ｐｐ１ｓまでのタクトタイム（時刻ｔ０と時刻ｔ１との間の時間差）とに基づいて、把持開始位置Ｐｐ１ｓを計算する。また、軌道決定部１０７は、把持開始位置Ｐｐ１ｓにハンド装置３が移動されたときの搬送ライン５１の搬送速度Ｖｌｉｎｅと、把持開始位置Ｐｐ１ｓから把持終了位置Ｐｐ１ｅまでのタクトタイム（時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の時間差）とに基づいて、把持終了位置Ｐｐ１ｅを計算する。
　システム制御部１０１は、ハンド装置３が待機位置Ｐｗａｉｔから把持終了位置Ｐｐ１ｅに移動する際の移動速度の搬送方向成分Ｖ１が搬送ライン５１の搬送速度Ｖｌｉｎｅと等価になるように、ハンド装置３の移動速度Ｖ１を修正する。ハンド装置３は、システム制御部１０１の制御に従って、把持開始位置Ｐｐ１ｓで把持動作を開始し、把持終了位置Ｐｐ１ｅで把持動作を終了する。これにより、把持終了位置Ｐｐ１ｅにおいて、第１ワーク８０は、ハンド装置３に把持によりピッキングされる。
　第１ワーク８０をピッキングした把持終了位置Ｐｐ１ｅに対応する搬送ライン５１上の位置Ｐdは、搬送速度に従って、第１ワーク８０のピッキング時刻から第２ワーク９０のピッキング時刻までの間に、図１１（ａ）に示す位置から図１１（ｂ）に示す位置まで移動する。この第２ワーク９０のピッキング時刻ｔ５における搬送ライン５１上の位置Ｐｄに応じて、軌道決定部１０７は、吸着位置Ｐｐ２からリリース位置Ｐｒ２までの移動軌道を決定する。図１１（ｂ）に示すように、ロボット座標系において、搬送方向に関して複数、ここでは３つの到達エリアＡｒ１，Ａｒ２，Ａｒ３が上流から順に設定されている。例えば、第２到達エリアＡｒ２は、吸着位置Ｐｐ２から所定距離下流の位置の範囲に設定されている。第１到達エリアＡｒ１は、第２到達エリアＡｒ２の上流であって、具体的には把持終了位置Ｐｐ１ｅから吸着位置Ｐｐ２までの範囲に設定されている。第３到達エリアＡｒ３は、第２到達エリアＡｒ２の下流に設定されている。軌道決定部１０７は、時刻ｔ２から時刻ｔ５までの経過時間と、その間の搬送ライン５１の搬送速度に基づいて、時刻ｔ５において位置Ｐｄが３つの到達エリアＡｒ１，Ａｒ２，Ａｒ３のうち、どのエリアに到達しているかを計算する。軌道決定部１０７は、計算した位置Ｐｄが第１到達エリアＡｒ１または第３到達エリアＡｒ３に到達しているとき、搬送ライン５１を搬送される第１ワーク８０を跨ぐための移動軌道を設定する。軌道決定部１０７は、計算した位置Ｐｄが第２到達エリアＡｒ２に到達しているとき、把持終了位置Ｐｐ１ｅでピッキングされた第１ワーク８０により空いた第１ワーク８０の列の間隙を横切るための、つまり、ハンド装置３が位置Ｐｄを通過する移動軌道を設定する。
　図１２は、時刻ｔ５の時点における位置Ｐｄが到達エリアＡｒ２の範囲内であるときに軌道決定部１０７で決定されるハンド装置３の吸着位置Ｐｐ２からリリース位置Ｐｒ２までの２種類の移動軌道を示している。２種類の移動軌道はともに、把持終了位置Ｐｐ１ｅでピッキングされた第１ワーク８０により空いた第１ワーク８、０の列の間隙を横切って第２ワーク９０を吸着位置Ｐｐ２からリリース位置Ｐｒ２まで搬送する軌道でハンド装置３が移動制御される。搬送ライン５１の搬送速度が比較的遅いとき、図１２（ａ）に示すようにハンド装置３は、吸着位置Ｐｐ２からライン中心線と平行に少し下流の経由位置Ｐｖ１まで移動し、そこから第１ワーク８０の列の間隙を横切って次の経由位置Ｐｖ２までライン中心線に対して斜めに移動し、経由位置Ｐｖ２からリリース位置Ｐｒ２まで移動する。経由位置Ｐｖ２は最終的なリリース位置Ｐｒ２よりも上流に位置する。経由位置Ｐｖ１から次の経由位置Ｐｖ２までの移動速度は、その移動速度のライン中心線と平行な速度成分が搬送ライン５１の搬送速度に等価になるよう制御される。それによりピッキングした第２ワーク９０を第１ワーク８０の列の間隙を第１ワーク８０を倒すことなく良好に横切ることができる。
　図１２（ｂ）に示すように、搬送ライン５１の搬送速度が比較的速いとき、ハンド装置３は、吸着位置Ｐｐ２からライン中心線と平行に少し下流の経由位置Ｐｖ１まで移動し、そこから第１ワーク８０の列の間隙を横切って次の経由位置Ｐｖ２までライン中心線に対して斜めに移動し、経由位置Ｐｖ２からリリース位置Ｐｒ２まで移動する。経由位置Ｐｖ２は最終的なリリース位置Ｐｒ２よりも下流に位置する。経由位置Ｐｖ１から次の経由位置Ｐｖ２までの移動速度は、その移動速度のライン中心線と平行な速度成分が搬送ライン５１の搬送速度に等価になるよう制御される。それによりピッキングした第２ワーク９０を第１ワーク８０の列の間隙を第１ワーク８０を倒すことなく良好に横切ることができる。
　図１３は、時刻ｔ５の時点における位置Ｐｄが最も上流の到達エリアＡｒ１の範囲内であるときに軌道決定部１０７で決定されるハンド装置３の吸着位置Ｐｐ２からリリース位置Ｐｒ２までの移動軌道を示している。軌道決定部１０７は、吸着位置Ｐｐ２とリリース位置Ｐｒ２とを結んだ直線上であって、高さ方向に関して搬送ライン５１に載置された第１ワーク８０の高さよりも高い位置に経由位置Ｐｖを設定する。例えば、軌道決定部１０７は、吸着位置Ｐｐ２とリリース位置Ｐｒ２とを結んだ直線と第１ワーク搬送基準線との交点であって、高さ方向に関して搬送ライン５１に載置された第１ワーク８０の高さよりも高い位置に経由位置Ｐｖを設定する。ハンド装置３は、システム制御部１０１の制御に従って、吸着位置Ｐｐ２から経由位置Ｐｖに向かって上昇しながら直線的に移動され、経由位置Ｐｖからリリース位置Ｐｒ２に向かって下降しながら直線的に移動される。これにより、ハンド装置３は、搬送ライン５１を搬送される第１ワーク８０を跨いで移動される。
　図１４は、時刻ｔ５の時点における位置Ｐｄが最も下流の到達エリアＡｒ３の範囲内であるときに軌道決定部１０７で決定されるハンド装置３の吸着位置Ｐｐ２からリリース位置Ｐｒ２までの移動軌道を示している。計算した位置Ｐｄが到達エリアＡｒ３内のとき、軌道決定部１０７は、吸着位置Ｐｐ２とリリース位置Ｐｒ２とを結んだ直線上であって、高さ方向に関して搬送ライン５１に載置された第１ワーク８０の高さよりも高い位置に経由位置Ｐｖを設定する。例えば、軌道決定部１０７は、吸着位置Ｐｐ２とリリース位置Ｐｒ２とを結んだ直線と第１ワーク搬送基準線との交点であって、高さ方向に関して搬送ライン５１に載置された第１ワーク８０の高さよりも高い位置に経由位置Ｐｖを設定する。ハンド装置３は、システム制御部１０１の制御に従って、吸着位置Ｐｐ２から経由位置Ｐｖに向かって上昇しながら直線的に移動され、経由位置Ｐｖからリリース位置Ｐｒ２に向かって下降しながら直線的に移動される。これにより、ハンド装置３は、搬送ライン５１を搬送される第１ワーク８０を跨いで移動される。
　本実施形態に係るロボットシステムは、搬送ライン５１を挟んで両側にロボット装置１と作業者が配置され、作業者がロボット装置１と共に協同して作業する際に用いられることを想定している。例えば、搬送ライン５１上の第１ワーク８０は、ロボット装置１によってピッキングされ、搬送ライン５１外にリリースされ、シュータ８を介して作業者に届けられる。作業者は、シュータ８から搬出された第１ワーク８０に対して作業（箱詰め）し、作業（箱詰め）した第１ワーク８０（つまり第２ワーク９０）をシュータ９に戻す。ロボット装置１は、シュータ９上の搬入位置に搬入された第２ワーク９０をピッキングし、搬送ライン５１に戻す。
　本実施形態のロボットシステムにおいて、ロボット装置１は、安価にして精度の高い速度センサ６を併用して速度センサ６により搬送速度を計測し、ロボットビジョンシステム（カメラ７０、画像処理部２０３）でワーク８０の位置及び姿勢を認識することにより、ロボットビジョンシステムで全てのセンシングの役割を負担させるよりも実用粋での十分な精度を確保する事ができる。
　また本実施形態に係るロボットシステムのハンド装置３は、蛇腹形状を有する一対の蛇腹接触部３６を第１ワーク８０の接触に用いることで、第１ワーク８０の表面形状に合わせて接触面を第１ワーク８０表面に密着させることができる。また、接触面を第１ワーク８０表面に接触させるとともに、吸着動作を同時に行うことで、ハンド装置３が第１ワーク８０を把持する力（摩擦力）を大きくすることができる。これにより、ハンド装置３は、図６（ｂ）に示すように、ハンド姿勢がワーク（チューブ）に対して姿勢が多少ズレていたとしても、確実にピッキングすることができる。したがって、本実施形態に係るロボットシステムは、ロボットビジョンに過度な精度を要求することもない。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
　１…ロボット装置、２…アーム部、３…ハンド装置３、４…手首部、５…コンベア装置、５１…搬送ライン、６…速度センサ、７０…カメラ、８…搬出シュータ、９…搬入シュータ、８０…第１ワーク、９０…第２ワーク。

Claims (17)

  1. 　複数のワークを連続的に搬送するコンベア装置の搬送ラインの近傍に配置された多関節アーム機構と、
    　前記多関節アーム機構のアーム先端に取り付けられたハンド装置と、
    　前記多関節アーム機構及び前記ハンド装置の動作制御を担う動作制御装置とを具備し、
    　前記ハンド装置は、前記ワークを把持するための対向配置される一対の把持部と、前記一対の把持部に取り付けられる一対の蛇腹形状を有する接触部と、前記一対の把持部に前記接触部とは異なる向きで取り付けられる一対の真空吸着排気部と、前記一対の把持部を互いに接近・離反する方向に移動する移動機構とを有し、
    　前記動作制御装置は、前記搬送ラインで搬送される前記ワークを撮影するカメラと、前記搬送ライン上の所定位置における前記ワークの通過を認識するために前記カメラによる画像を処理する画像処理部とを有し、前記搬送ライン上方における前記ハンド装置の待機位置、前記ハンド装置の前記把持部で前記ワークのピッキングをするピッキング位置、前記ハンド装置が前記ワークのリリースをする前記搬送ライン外の第１リリース位置、前記ハンド装置の前記真空吸着排気部で前記ワークとは異なる種類の他のワークのピッキングをする前記搬送ライン外のピッキング位置、前記ハンド装置が前記他のワークのリリースをする前記搬送ライン上方の第２リリース位置とを前記ハンド装置が順番に移動するとともに各位置で前記ワークのピッキング、前記ワークのリリース、前記他のワークのピッキング、前記他のワークのリリースの各作業を順番に実行するために前記画像処理部で認識した前記ワークの通過タイミングに基づいて前記多関節アーム機構及び前記ハンド装置の動作を制御するロボットシステム。
  2. 　前記動作制御装置は、前記搬送ラインの移動速度を計測する速度センサをさらに有し、前記画像処理部で認識した前記ワークの通過タイミングに加えて前記速度センサにより計測した移動速度に基づいて前記多関節アーム機構及び前記ハンド装置の動作を制御する請求項１記載のロボットシステム。
  3. 　前記画像処理部は、前記ワークの通過とともに前記ワークの姿勢を認識し、
    　前記動作制御装置は、前記画像処理部で認識した前記ワークの姿勢に従って前記ワークのピッキングをする際の前記ハンド装置の姿勢を制御する請求項１記載のロボットシステム。
  4. 　前記カメラは、前記搬送ラインを俯瞰する位置に設置される請求項１記載のロボットシステム。
  5. 　前記カメラは、前記ハンド部に搭載される請求項１記載のロボットシステム。
  6. 　前記カメラは、前記搬送ラインのフレームに設置される請求項１記載のロボットシステム。
  7. 　前記動作制御装置は、前記ハンド装置で前記ワークのピッキングをするピッキング位置を含む前後区間における前記ハンド装置の移動速度を前記速度センサで計測した前記搬送ラインの移動速度に従って制御する請求項１記載のロボットシステム。
  8. 　前記動作制御装置は、前記他のワークのピッキング位置から前記他のワークの第２リリース位置まで前記ハンド部が移動する軌道を前記速度センサで計測した前記搬送ラインの移動速度に基づいて複数の軌道から選択する請求項１記載のロボットシステム。
  9. 　前記複数の軌道には、前記他のワークのピッキング位置から前記他のワークの第２リリース位置まで直線的に結ぶ軌道と、前記他のワークのピッキング位置から前記他のワークの第２リリース位置まで前記他のワークのピッキング位置より下流の経由点を経由して結ぶ軌道と、前記他のワークのピッキング位置から前記他のワークの第２リリース位置まで前記他のワークのピッキング位置より高い経由点を経由して結ぶ軌道とが含まれる請求項８記載のロボットシステム。
  10. 　前記ハンド装置の待機位置は、前記ワークのピッキング位置より前記搬送方向に関して上流に配置される請求項１記載のロボットシステム。
  11. 　前記ハンド装置の待機位置は、前記ワークのピッキング位置より高い請求項９記載のロボットシステム。
  12. 　前記一対の蛇腹形状を有する接触部は、真空吸着排気機能を備える請求項１記載のロボットシステム。
  13. 　前記一対の蛇腹形状を有する接触部は、１．５段の蛇腹形状を有する請求項１記載のロボットシステム。
  14. 　前記一対の蛇腹形状を有する接触部は、シリコンゴム製である請求項１記載のロボットシステム。
  15. 　前記多関節アーム機構は、基部と、前記基部の略中心線に係る第1軸回りのねじり回転間接部と前記第1軸に直交する第２軸回りの曲げ回転間接部と前記第２軸に直交する第３軸に沿った直動伸縮性を有する直動伸縮関節部とを有する請求項１記載のロボットシステム。
  16. 　前記直動伸縮関節部は、
    　屈曲可能に連結された断面コ字形状を有する複数の第1連結コマと、
    　屈曲可能に連結された平板形状を有する複数の第２連結コマと、前記複数の第２連結コマのうち先端の第２連結コマは前記複数の第１連結コマのうち先端の第１連結コマと接続される、前記第１連結コマはその上部において前記第２連結コマに接合されることにより屈曲が拘束されて柱状体が構成される、前記第１、第２連結コマの分離により前記柱状体が解除される、
    　前記第１連結コマを前記第２連結コマに接合し前記柱状体を構成するととともに前記柱状体を支持する射出部とを有する請求項１５記載のロボットシステム。
  17. 　複数のワークを連続的に搬送するコンベア装置の搬送ラインの近傍に配置された多関節アーム機構と、
    　前記多関節アーム機構のアーム先端に取り付けられたハンド装置と、
    　前記多関節アーム機構及び前記ハンド装置の動作制御を担う動作制御装置とを具備し、
    　前記ハンド装置は、前記ワークを把持するための対向配置される一対の把持部と、前記一対の把持部に取り付けられる一対の蛇腹形状を有する接触部と、前記一対の把持部に前記接触部とは異なる向きで取り付けられる一対の真空吸着排気部と、前記一対の把持部を互いに接近・離反する方向に移動する移動機構とを有し、
    　前記動作制御装置は、前記搬送ラインで搬送される前記ワークを撮影するカメラと、前記搬送ライン上の所定位置における前記ワークの通過を認識するために前記カメラによる画像を処理する画像処理部とを有し、前記ワークのピッキング及びリリースをするために前記画像処理部で認識した前記ワークの通過タイミングに基づいて前記多関節アーム機構及び前記ハンド装置の動作を制御するロボットシステム。
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