JP2019058993A - ロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】対象物の形状を測定する小型な装置をロボットアームに設けたロボットシステムを提供すること。【解決手段】対象物に対して作業を行う１つまたは複数のロボットアームと、前記ロボットアームに配置され、前記対象物の形状を測定する形状測定部と、前記形状測定部が測定した結果に基づいて前記ロボットアームを制御する制御部と、を備え、前記形状測定部は、前記対象物に対して縞状のパターン光を投影する投影部と、前記パターン光を撮像する撮像部と、前記撮像部が撮像した結果に基づいて前記対象物の形状を算出する算出部と、を有し、前記投影部は、ライン状のレーザーを出射する光源部と、前記光源部からのレーザーを前記対象物に向けて反射させて走査することで前記パターン光を生成する光スキャナーと、前記光スキャナーを非共振駆動する駆動信号を出力するスキャナー駆動部と、を有することを特徴とするロボットシステム。【選択図】図３

Description

本発明は、ロボットシステムに関する。

ロボットアームを有するロボットを用いて対象物に対して作業を行うロボットシステムとして、対象物の形状を測定する装置をロボットアームに取り付け、当該装置の測定結果を用いてロボットアームを動作させて作業を行うシステムが知られている。

対象物の形状を測定する装置は、例えば、特許文献１に記載されているように、対象物に明暗パターンを投影して、位相シフト法により対象物の形状を測定する。ここで、特許文献１に記載の装置は、共振揺動するＭＥＭＳミラーでレーザー光源からの光を走査することで、対象物上に明暗パターンを投影する。

特開２０１４−８９０６２号公報

ロボットアームに取り付ける装置は、一般に、大型になるほど、ロボットの可動範囲を制限したり、ロボットの可搬重量を小さくしたりする。そのため、ロボットアームに取り付ける装置には、小型化が求められる。

しかし、特許文献１に記載の装置は、ＭＥＭＳミラーが共振駆動であるため、環境温度の変化等に伴ってＭＥＭＳミラーの共振周波数が変化したとき、それに伴って、ＭＥＭＳミラーの駆動周波数を変更しなければならない。そのため、特許文献１に記載の装置は、ＭＥＭＳミラーの駆動周波数を共振周波数の変化に伴って制御する回路が必要となり、回路構成が複雑化し、その結果、装置の大型化を招くという課題がある。

本発明の目的は、対象物の形状を測定する小型な装置をロボットアームに設けたロボットシステムを提供することにある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。

本適用例のロボットシステムは、対象物に対して作業を行うロボットアームと、
前記ロボットアームに配置され、前記対象物の形状を測定する形状測定部と、
前記形状測定部が測定した結果に基づいて前記ロボットアームを制御する制御部と、を備え、
前記形状測定部は、
前記対象物に対して縞状のパターン光を投影する投影部と、
前記対象物に投影された前記パターン光を撮像する撮像部と、
前記撮像部が撮像した結果に基づいて前記対象物の形状を算出する算出部と、を有し、
前記投影部は、
ライン状のレーザーを出射する光源部と、
前記光源部から出射されたレーザーを反射させて前記対象物を走査することで前記パターン光を生成する光スキャナーと、
前記光スキャナーを非共振駆動する駆動信号を出力するスキャナー駆動部と、を有することを特徴とする。

このようなロボットシステムによれば、光スキャナーを非共振駆動させるため、温度変化が生じても、安定した振幅および周波数で光スキャナーの駆動を行うことができる。そのため、温度変化による特性変化を低減するための回路が不要となり、形状測定部の小型化を図ることができる。

本発明のロボットシステムでは、前記駆動信号の波形は、正弦波状であることが好ましい。

これにより、駆動信号の生成が容易となる。また、駆動信号の周波数成分に光スキャナーの駆動周波数以外の周波数が含まれることを低減し、光スキャナーの非共振駆動を安定して行うことができる。

本発明のロボットシステムでは、前記光源部を駆動する変調信号を出力する光源駆動部を備え、
前記対象物に対して投影される前記縞状のパターン光は輝度値の明暗で正弦波状となる縞パターンであり、
前記変調信号の波形は、正弦波状とは異なる形状であることが好ましい。

これにより、光スキャナーの駆動信号の波形が正弦波状であっても、輝度値の明暗で正弦波を表した縞状のパターン光を高精度に投影することができる。

本発明のロボットシステムでは、前記ロボットアームを搭載し、無軌道で移動可能な自動搬送装置を備えることが好ましい。

これにより、ロボットアームを移動させることができ、広範囲に作業を行うことができる。また、自動搬送装置が無軌道で移動可能であるため、自動搬送装置の移動を案内するためのレール等の設備が不要または簡素となるため、設備費を安価にすることができる。

本発明のロボットシステムでは、前記自動搬送装置が移動する方向の環境を認識する環境認識センサーを備え、
前記自動搬送装置は、前記環境認識センサーの認識結果に基づいて移動可能であることが好ましい。

これにより、自動搬送装置の移動を案内するためのマーカー等の設備が不要または簡素となるため、設備費を安価にすることができる。

本発明のロボットシステムでは、前記スキャナー駆動部は、前記ロボットアームの動作により移動しているときに、前記駆動信号の出力を停止することが好ましい。

これにより、ロボットアームの動作中における衝突等の衝撃による光スキャナーの損傷を低減することができる。

本発明のロボットシステムでは、前記光スキャナーの故障を検知する故障検知部を備えることが好ましい。

これにより、光スキャナーが故障しているか否かを把握することができる。そのため、例えば、光スキャナーが故障した場合、光源部の駆動を停止させることで、停止した状態の光スキャナーからの高強度の光が人に当たることを防止し、安全性を高めることができる。

本発明のロボットシステムでは、前記光スキャナーは、
可動ミラー部と、
前記可動ミラー部を揺動可能に支持している１対の軸部と、を有し、
前記故障検知部は、前記軸部に設けられている歪センサーを有することが好ましい。

このような歪センサーは、半導体製造技術を用いて容易に製造することができる。また、光学式センサー等の他の故障検知のためのセンサーに比べて、故障検知部の小型化を図ることができる。

本発明のロボットシステムでは、前記駆動信号の周波数が１００Ｈｚ以上４ｋＨｚ以下の範囲内にあることが好ましい。

これにより、形状測定部の測定精度を優れたものとしつつ、光スキャナーの非共振駆動を容易に実現することができる。

本発明のロボットシステムでは、前記ロボットアームとは別のロボットアームを有することが好ましい。
これにより、作業効率を高めたり、より複雑な作業を行ったりすることができる。

本発明の第１実施形態に係るロボットシステムを概略的に示す斜視図である。 図１に示すロボットシステムの制御系を示すブロック図である。 図１に示すロボットシステムが備える物体認識センサーの模式図である。 図３に示す物体認識センサーが備える投影部が生成する投影パターン（パターン光）の明暗状態を示す図である。 図３に示す物体認識センサーが備える光スキャナーの斜視図である。 図３に示す物体認識センサーが備えるスキャナー駆動部からの駆動信号の波形を示す図である。 図３に示す物体認識センサーが備える光源駆動部から出力される変調信号の波形（図中下段）および可動ミラー部の振れ角（図中上段）を示す図である。 図１に示すロボットシステムの動作を説明するためのフローチャートである。 図８に示す部品キット作成モードの動作を説明するためのフローチャートである。 図９に示す取り出し作業の動作を説明するためのフローチャートである。 部品が作業不可能な状態にある場合を説明するための図である。 図１０に示すステップＳ３４を説明するための図である。 １種目の部品の取り出し作業を説明するための図である。 ２種目の部品の取り出し作業を説明するための図である。 ３種目の部品の取り出し作業を説明するための図である。 図８に示す部品キット乗せ換えモードの動作を説明するためのフローチャートである。 乗せ換え完了時の作業台の状態を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るロボットシステムに用いるロボットを示す斜視図である。

以下、本発明のロボットシステムを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットシステムを概略的に示す斜視図である。図２は、図１に示すロボットシステムの制御系を示すブロック図である。図３は、図１に示すロボットシステムが備える物体認識センサーの模式図である。図４は、図３に示す物体認識センサーが備える投影部が生成する投影パターン（パターン光）の明暗状態を示す図である。図５は、図３に示す物体認識センサーが備える光スキャナーの斜視図である。図６は、図３に示す物体認識センサーが備えるスキャナー駆動部からの駆動信号の波形を示す図である。図７は、図３に示す物体認識センサーが備える光源駆動部から出力される変調信号の波形（図中下段）および可動ミラー部の振れ角（図中上段）を示す図である。

図１に示すロボットシステム１００は、ロボット１が部品収納部２００（部品供給部）から互いに異なる種類の複数の部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３をそれぞれ取り出し、複数種の部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３からなる部品キットＣＫを作成し、部品キットＣＫを作業台３００（次工程部）へ供給するという作業を行うシステムである。

部品収納部２００は、鉛直方向に４段、水平方向に３列（左側、中央、右側）に仕切られていることによって１２個の収納スペースを有する部品棚であり、各収納スペースには、コンテナ２０１が収納されている。ここで、各コンテナ２０１は、上方に開放したトレイ状または箱状をなしている。そして、部品収納部２００の左側の列にある各コンテナ２０１には、部品Ｃ１が複数収納されている。部品収納部２００の中央の列にある各コンテナ２０１には、部品Ｃ２が複数収納されている。部品収納部２００の右側の列にある各コンテナ２０１には、部品Ｃ３が複数収納されている。また、各コンテナ２０１は、部品収納部２００から引き出し可能に配置されている。これにより、各コンテナ２０１から部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ２を容易に取り出すことができる。

なお、部品収納部２００は、図示の収納スペースの数、構成および配置等に限定されず、例えば、部品収納部２００が部品の種類ごとに独立した複数の棚で構成されていてもよく、この場合、複数の棚の配置は任意である。また、ロボット１が作業可能な状態で部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を載置することができれば、コンテナ２０１は省略してもよい。

部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、互いに種類の異なる部品である。部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３としては、それぞれ、特に限定されないが、例えば、各種電子部品等が挙げられる。部品キットＣＫは、部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を１つずつ含んで構成されている。なお、部品キットＣＫは、部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３以外の部品を含んでいてもよいし、同種の複数の部品を含んでいてもよい。

作業台３００は、部品キットＣＫを用いた作業を行うための台である。図示の作業台３００は、複数の部品キットＣＫを載置可能な載置部３０１を有する。作業台３００での作業としては、特に限定されないが、例えば、部品キットＣＫを含む部品群の組み立て、塗装、表面処理、整列、搬送等が挙げられる。

なお、作業台３００は、複数の部品キットＣＫまたはトレイＴＲを載置可能であればよく、図示の構成および配置等に限定されず、例えば、ベルトコンベア等の装置であってもよい。

ロボットシステム１００は、自動搬送装置２と、自動搬送装置２に搭載されているロボットアーム１０を有するロボット本体３と、自動搬送装置２に配置されている環境認識センサー４と、ロボットアーム１０に配置されている物体認識センサー５（形状測定部）と、自動搬送装置２およびロボットアーム１０の動作を制御する制御装置６（制御部）と、自動搬送装置２上に配置されている載置部７と、を備え、これらが走行可能なロボット１を構成している。なお、ロボットシステム１００は、ロボット１と、部品収納部２００と、作業台３００と、を有するシステムであるともいえる。

ここで、制御装置６は、環境認識センサー４の認識結果（測定結果）に基づいて、ロボットアーム１０が部品収納部２００または作業台３００に対する作業可能な位置となるように自動搬送装置２を移動させることが可能である。また、制御装置６は、ロボット本体３が部品収納部２００に対する作業可能な位置にあるとき、物体認識センサー５の認識結果に基づいて、載置部７上に複数の部品キットＣＫを作成するようにロボット本体３を駆動させることが可能である。また、制御装置６は、ロボット本体３が作業台３００に対する作業可能な位置にあるとき、物体認識センサー５の認識結果に基づいて、載置部７上から作業台３００へ複数の部品キットＣＫを載せ換えるようにロボット本体３を駆動させることが可能である。

このように、ロボット１は、複数の部品キットＣＫを載置部７上で作成した後に作業台３００へ載せ換えることが可能である。これにより、自動搬送装置２が部品収納部２００と作業台３００との間を往復する回数を少なくし、作業効率を高めることができる。本実施形態では、部品キットＣＫの作成前の載置部７上には、複数のトレイＴＲが載置されており、部品キットＣＫは、トレイＴＲ上に作成される。そして、部品キットＣＫはトレイＴＲごと載置部７上から作業台３００に載せ換えられる。これにより、載せ換え作業の簡単化を図ることができる。

以下、ロボットシステム１００（ロボット１）を構成する各部について順次説明する。
［自動搬送装置］
図１に示す自動搬送装置２は、無軌道で走行（移動）可能な無人搬送車である。ここで、「無軌道で走行（移動）可能」とは、自動搬送装置２の走行（移動）軌道となるレールや誘導の為のガイド線等の設備を必要とせずに、指示された目的位置へ向かうように走行（移動）制御可能であることを言う。

この自動搬送装置２は、図１および図２に示すように、車体２１と、車体２１に取り付けられて、通常進行方向側である前方にある１対の前輪２２と、後方にある１対の後輪２３と、１対の前輪２２の舵角を変更可能な操舵機構２４と、１対の後輪２３を駆動可能な駆動部２５と、を備えている。

図１に示すように、車体２１の上部には、複数の部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を含む部品キットＣＫを複数（図示では３つ）載置可能な載置部７が設けられている。この載置部７は、部品キットＣＫをトレイＴＲに載置した状態で載置可能に構成されている。ここで、１つのトレイＴＲには、１つの部品キットＣＫが載置される。したがって、載置部７は、複数（図示では３つ）のトレイＴＲを載置可能に構成されている。また、載置部７に載置可能なトレイＴＲの数は、載置部７に載置可能な部品キットＣＫの数と等しい。このようなトレイＴＲは、部品キットＣＫの作成に先立ち、ロボット本体３を用いて載置部７上に載置されるか、または、人手により載置部７上に載置される。

なお、載置部７に載置可能な部品キットＣＫおよびトレイＴＲの数は、それぞれ、図示の数に限定されず、任意である。また、載置部７に載置可能なトレイＴＲの数は、載置部７に載置可能な部品キットＣＫの数と異なっていてもよく、例えば、１つのトレイＴＲに複数の部品キットＣＫを載置してもよい。

一方、車体２１の下部には、前方側に左右１対の前輪２２、後方側に左右１対の後輪２３が設けられている。

１対の前輪２２は、操舵輪であり、図２に示す操舵機構２４を介して車体２１に取り付けられている。この操舵機構２４により１対の前輪２２の舵角を変更することで、自動搬送装置２の操舵が行われる。これにより、車体２１の走行方向を変更することができる。なお、１対の後輪２３が操舵可能であってもよいし、１対の前輪２２および１対の後輪２３のすべてが操舵可能であってもよい。

また、１対の後輪２３は、駆動輪であり、駆動部２５を介して車体２１に取り付けられている。この駆動部２５は、モーター等の駆動源（図示せず）を有し、その駆動源の駆動力を１対の後輪２３に伝達する。これにより、車体２１を前方または後方へ走行させることができる。なお、１対の前輪２２が駆動可能であってもよいし、１対の前輪２２および１対の後輪２３のすべてが駆動可能であってもよい。

また、車体２１内には、前述した駆動源に電力を供給するためのバッテリー（図示せず）が配置されており、このバッテリーは、ロボットアーム１０、環境認識センサー４および物体認識センサー５等の駆動にも用いられる。

［ロボット本体］
図１に示すロボット本体３は、いわゆる単腕の６軸垂直多関節ロボットである。このロボット本体３は、基台３０と、基台３０に回動可能に連結されたロボットアーム１０と、を有する。また、ロボットアーム１０には、力検出センサー１１を介してハンド１２が装着されている。

基台３０は、前述した自動搬送装置２の車体２１の上部に、図示しないボルト等により固定されている。なお、自動搬送装置２に対する基台３０の設置位置は、ロボット本体３が前述した自動搬送装置２の載置部７上に部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３をそれぞれ複数載置可能であれば、いかなる位置であってもよい。また、基台３０は、自動搬送装置２と一体で構成されていてもよい。

ロボットアーム１０は、基台３０に対して回動可能に連結されているアーム３１（第１アーム）と、アーム３１に対して回動可能に連結されているアーム３２（第２アーム）と、アーム３２に対して回動可能に連結されているアーム３３（第３アーム）と、アーム３３に対して回動可能に連結されているアーム３４（第４アーム）と、アーム３４に対して回動可能に連結されているアーム３５（第５アーム）と、アーム３５に対して回動可能に連結されているアーム３６（第６アーム）と、を有する。

これらアーム３１〜３６の各関節部には、図２に示すアーム駆動部１３が設けられており、各アーム駆動部１３の駆動によって各アーム３１〜３６が回動する。ここで、各アーム駆動部１３は、図示しないモーターおよび減速機を有する。モーターとしては、例えば、ＡＣサーボモーター、ＤＣサーボモーター等のサーボモーター、圧電モーター等を用いることができる。減速機としては、例えば、遊星ギア型の減速機、波動歯車装置等を用いることができる。また、各アーム駆動部１３には、ロータリーエンコーダー等の角度センサー１４が設けられており（図２参照）、角度センサー１４がアーム駆動部１３のモーターまたは減速機の回転軸の回転角度を検出する。

また、図１に示すように、ロボットアーム１０の先端部に位置するアーム３６には、力検出センサー１１を介して、ハンド１２が取り付けられている。

力検出センサー１１は、例えば、力検出センサー１１に加えられた外力の６軸成分を検出可能な６軸力覚センサーである。ここで、６軸成分は、互いに直交する３つの軸のそれぞれの方向の並進力（せん断力）成分、および、当該３つの軸のそれぞれの軸まわりの回転力（モーメント）成分である。なお、力検出センサー１１の検出軸の数は、６つに限定されず、例えば、１つ以上５つ以下であってもよい。

ハンド１２は、ロボットシステム１００の作業の対象物である部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３をそれぞれ把持可能な２本の指を有する。なお、ハンド１２が有する指の数は、２本に限定されず、３本以上であってもよい。また、部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の種類によっては、ハンド１２に代えて、部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を吸着等により保持するエンドエフェクターを用いてもよい。

［環境認識センサー］
環境認識センサー４は、前述した自動搬送装置２の車体２１の前方部および後方部にそれぞれ設けられている。車体２１の前方部に設けられた環境認識センサー４（４ａ）は、車体２１に対して前方側にある物体（例えば、部品収納部２００、作業台３００等の対象物、または図示しない壁、走行や搬送に障害となる図示しない障害物）の存在（距離）またはその形状に応じた信号を出力する機能を有する。また、車体２１の後方部に設けられた環境認識センサー４（４ｂ）は、車体２１に対して後方側にある物体（例えば、部品収納部２００、作業台３００等の対象物、または図示しない壁、走行や搬送に障害となる図示しない障害物）の存在（距離）またはその形状に応じた信号を出力する機能を有する。

なお、環境認識センサー４の設置位置および設置数は、環境認識センサー４がロボット１の走行および作業に必要な範囲を認識可能であればよく、前述した位置および数に限定されず、例えば、環境認識センサー４ｂを省略してもよいし、環境認識センサー４ａ、４ｂの他に、車体２１の右側部および左側部のうちの少なくとも一方に環境認識センサー４を設けてもよい。

環境認識センサー４は、前述した機能を有していればよく、特に限定されず、ＴＯＦ（Time Of Flight）方式等を用いた各種３次元測定機を用いることができる。また、環境認識センサー４は、後述する物体認識センサー５と同様に構成することができる。ただし、環境認識センサー４は、物体認識センサー５よりも測定範囲（測定可能な領域の範囲）が広いことが好ましい。これにより、ロボット１の周囲の環境を広範囲にわたって認識することができる。そのため、ロボット１は、必要な環境認識センサー４の設置数を少なくしたり、環境認識センサー４の死角を少なくして安全性を高めたりすることができる。

環境認識センサー４には、その認識結果を表すための３次元の直交座標系が設定されており、環境認識センサー４は、この座標系における物体の座標情報を認識結果として出力することができる。ここで、環境認識センサー４に設定されている座標系は、制御装置６において、ロボット１に設定されているロボット座標系（制御装置６がロボット１の駆動制御に用いる座標系）と対応付けを成すことができる。

［物体認識センサー］
物体認識センサー５は、前述したロボット本体３のロボットアーム１０の先端部に設けられている。図示では、物体認識センサー５は、ロボットアーム１０が有するアーム３１〜３６のうちの最も先端側にあるアーム３６に取り付けられている。物体認識センサー５は、ロボットアーム１０の先端部の周囲または近傍にある物体（例えば、部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、部品収納部２００、作業台３００、載置部７等の対象物）の形状に応じた信号を出力する機能を有する。

なお、物体認識センサー５の設置位置は、他のアーム３１〜３５、基台３０または自動搬送装置２の車体２１であってもよい。また、物体認識センサー５の設置数は、２以上であってもよい。

物体認識センサー５は、例えば、位相シフト法を用いて、ロボットアーム１０の先端部の周囲または近傍にある物体（対象物）の形状を測定するように構成されている。すなわち、物体認識センサー５が形状測定を行う対象物は、ロボットアーム１０が作業する対象物である。また、物体認識センサー５には、その認識結果を表すための３次元の直交座標系が設定されており、物体認識センサー５は、この座標系における物体の座標情報を認識結果として出力する。ここで、物体認識センサー５に設定されている座標系は、制御装置６において、ロボット１に設定されているロボット座標系（制御装置６がロボット１の駆動制御に用いる座標系）と対応付けがなされている。

具体的には、図３に示すように、物体認識センサー５は、測定範囲にパターン光ＬＰの投影を行う投影部５１と、測定範囲の撮像を行う撮像部５２と、投影部５１および撮像部５２のそれぞれに電気的に接続されている回路部５３と、を備える。

投影部５１は、測定範囲に、輝度値の明暗で正弦波を表した縞パターンの映像光であるパターン光ＬＰを投影する機能を有する。このパターン光ＬＰは、図４に示すように、測定範囲を所定方向でｎ分割（好ましくは５本以上５０本以下の範囲内であり、図４では５分割である）し、各領域の範囲を１周期として輝度値が所定方向（図４中に示すＸ方向）で正弦波に沿って変化する。

この投影部５１は、図３に示すように、ライン状の光ＬＬを出射する光源部５１１と、光源部５１１からの光ＬＬを反射させながら走査してパターン光ＬＰを生成する光スキャナー５１２と、を有する。

光源部５１１は、光源５１１１と、レンズ５１１２、５１１３と、を有する。ここで、光源５１１１は、例えば、半導体レーザーである。また、レンズ５１１２は、コリメートレンズであり、レンズ５１１２を透過した光を平行光とする。レンズ５１１３は、ラインジェネレーターレンズ（パウエルレンズ）、シリンドリカルレンズまたはロッドレンズであり、光源５１１１からの光を所定方向（図４中に示すＹ方向）に沿ったライン状に伸長して光ＬＬを生成する。なお、レンズ５１１２は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。レンズ５１１３に代えて、凹面シリンドリカルミラーまたは光スキャナーを用いて、光源５１１１からの光をライン状に伸長してもよい。また、光源５１１１からの光がライン状である場合、レンズ５１１３を省略することができる。

光スキャナー５１２は、ムービングマグネット方式の光スキャナーであり、光源部５１１からのライン状の光ＬＬを反射させて、所定方向（図４中に示すＸ方向）に走査することでパターン光ＬＰを生成する。この光スキャナー５１２は、図５に示すように、可動ミラー部５１２１と、１対の軸部５１２２と、支持部５１２３と、永久磁石５１２４と、コイル５１２５と、歪センサー５１２６と、を備える。

可動ミラー部５１２１は、１対の軸部５１２２（トーションバー）を介して支持部５１２３に対して揺動軸ａｓまわりに揺動可能に支持されている。このような可動ミラー部５１２１、軸部５１２２および支持部５１２３は、シリコン等で一体に構成されており、例えば、シリコン基板またはＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板をエッチングすることで得られる。

また、可動ミラー部５１２１の一方の面（ミラー面）は、光反射性を有し、光源部５１１からの光ＬＬを反射させる部分である。ここで、当該一方の面には、必要に応じて、金属膜が設けられていてもよい。また、可動ミラー部５１２１は、揺動軸ａｓに沿った長手形状をなしている。これにより、可動ミラー部５１２１の小型化を図りつつ、ライン状の光ＬＬの走査を行うことができる。なお、可動ミラー部５１２１の平面視形状は、図示では四角形（長方形）であるが、これに限定されず、例えば、楕円形であってもよい。また、軸部５１２２および支持部５１２３の形状も、図示の形状に限定されない。

可動ミラー部５１２１のミラー面とは反対側の面には、永久磁石５１２４が接着剤等により接合（固定）されている。永久磁石５１２４は、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石またはボンド磁石である。

永久磁石５１２４の直下（可動ミラー部５１２１とは反対側）には、コイル５１２５が配置されている。このコイル５１２５は、後述するスキャナー駆動部５３２（図３参照）からの通電（駆動信号）により、可動ミラー部５１２１を揺動軸ａｓまわりに揺動させるように、永久磁石５１２４と相互作用する磁界を発生させる。なお、永久磁石５１２４およびコイル５１２５の配置等は、可動ミラー部５１２１を揺動軸ａｓまわりに揺動させることができればよく、図示の配置等に限定されない。

歪センサー５１２６は、軸部５１２２と支持部５１２３との境界部に設けられたピエゾ抵抗素子であり、軸部５１２２の歪に応じて抵抗値が変化する。可動ミラー部５１２１が揺動軸ａｓまわりに揺動（回動）する際には、軸部５１２２のねじれ変形を伴うので、これにより生じる軸部５１２２の歪を歪センサー５１２６で検出し、可動ミラー部５１２１の動きを把握することができる。この歪センサー５１２６は、軸部５１２２と支持部５１２３との境界部を構成するシリコンにリンまたはボロン等の不純物をドープすることで得られる。

以上のような投影部５１のパターン光ＬＰの出射方向（中心軸ａ１方向）は、撮像部５２の光軸ａ２方向に対して傾斜している。これにより、３次元形状を高精度に測定することができる。この傾斜角度は、２０°以上４０°以下の範囲内であることが好ましく、２５°以上３５°以下の範囲内であることがより好ましい。これにより、測定可能な範囲を広くしつつ、３次元形状を高精度に測定することができる。かかる傾斜角度が小さすぎると、測定可能な範囲が広くなるものの、高さ方向での測定精度が低くなってしまい、一方、かかる傾斜角度が大きすぎると、高さ方向での測定精度を高められるものの、測定可能な範囲が狭くなってしまう。

撮像部５２は、複数の画素を有する撮像素子５２１と、結像光学系５２２と、を有し、測定範囲に投影されたパターン光ＬＰを撮像素子５２１が結像光学系５２２を介して撮像する。

撮像素子５２１は、撮影画像を画素ごとの電気信号に変換して出力する。撮像素子５２１としては、特に限定されないが、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等が挙げられる。

結像光学系５２２は、２つのレンズ５２２１、５２２２を有し、測定範囲にある物体表面でのパターン光を撮像素子５２１の受光面（センサー面）に結像させる。なお、結像光学系５２２が有するレンズの数は、撮像素子５２１がパターン光を撮像することができればよく、図示の数に限定されず、任意である。

撮像部５２の撮像方向（光軸ａ２方向）は、ロボットアーム１０の先端部の中心軸ａ（図１参照）に対して平行である。これにより、ロボットアーム１０の先端部が向く方向を測定範囲とすることができる。

回路部５３は、図３に示すように、投影部５１の光源部５１１を駆動する光源駆動部５３１と、投影部５１の光スキャナー５１２を駆動するスキャナー駆動部５３２と、光スキャナー５１２が故障しているか否かを判断する故障判断部５３３と、撮像部５２の撮像素子５２１からの信号に基づいて、測定範囲内にある物体（対象物）の形状を算出する算出部５３４と、を有する。なお、回路部５３、または光源駆動部５３１、スキャナー駆動部５３２、故障判断部５３３のいずれかは、電気導通可能に接続されていれば必ずしもロボットアーム１０の先端部に設けられている必要はなく、例えば後述する制御装置６に含まれていたり、ロボット本体３の基台３０内、車体２１の外部等に配置されていたりしてもよい。

図３に示すスキャナー駆動部５３２は、光スキャナー５１２のコイル５１２５に電気的に接続されている。このスキャナー駆動部５３２は、コイル５１２５を駆動する駆動回路を含んで構成され、図６に示すように、周期的（周期Ｔ）に電流値が変化する駆動信号（バイアス電流に変調電流を重畳した駆動電流）を生成し、これをコイル５１２５に供給する。この駆動信号の周波数（駆動周波数）は、前述した可動ミラー部５１２１および１対の軸部５１２２からなる振動系の共振周波数からずれている。物体認識センサー５（回路部５３）は、前述した振動系の共振周波数に対応して駆動信号の周波数を制御する回路を有しないため、可動ミラー部５１２１が非共振で駆動することになる。すなわち、温度変化による特性変化を低減するための回路が不要となり、形状測定部の小型化を図ることができる。また、可動ミラー部５１２１を非共振で駆動する場合、可動ミラー部５１２１を共振で駆動する場合に比べて、光スキャナー５１２の起動時間（可動ミラー部５１２１が停止状態から所望の振幅および周波数となるまでに要する時間）を短くすることができるという利点もある。

ここで、駆動信号の周波数は、利得が０．８以上１．２以下の範囲内となるように、可動ミラー部５１２１および１対の軸部５１２２からなる振動系の共振周波数との差を有することが好ましい。また、駆動信号の具体的な周波数は、特に限定されないが、例えば、１００Ｈｚ以上４ｋＨｚ以下の範囲内にあることが好ましい。これにより、物体認識センサー５（形状測定部）の測定精度を優れたものとしつつ、光スキャナー５１２の非共振駆動を容易に実現することができる。

特に、スキャナー駆動部５３２が出力する駆動信号は、正弦波形の波形をなしている（図６参照）。これにより、駆動信号の周波数成分が単一（駆動周波数のみ）となるため、駆動信号の生成（波形の成形）を簡単化することができる。また、駆動信号が駆動周波数以外の他の周波数成分を含まないため、当該他の周波数成分により可動ミラー部５１２１が共振駆動するのを低減することができる。その結果、可動ミラー部５１２１を非共振で安定的に駆動することができる。

図３に示す光源駆動部５３１は、光源部５１１の光源５１１１に電気的に接続されている。この光源駆動部５３１は、光源５１１１を駆動する駆動回路を含んで構成され、周期的に電流値が変化する変調信号（バイアス電流に変調電流を重畳した駆動電流）を生成し、これを光源５１１１に供給する。光源駆動部５３１が生成する変調信号は、おおよそ正弦波をなす波形の信号である。

ただし、前述したように、スキャナー駆動部５３２が出力する駆動信号は、正弦波信号（正弦波形の波形をなす信号）である。そのため、光スキャナー５１２によって走査される光ＬＬの投影面５５（光スキャナー５１２と測定投影の対象物とを結ぶ線分に垂直な面）での走査速度は、可動ミラー部５１２１が揺動することでその揺動角度によって変化し、一定でない。したがって、仮に光源駆動部５３１が生成する変調信号を正弦波信号とすると、投影されるパターン光ＬＰが意図した縞パターンとはならない。そこで、これを補正するべく、光源駆動部５３１が生成する変調信号の波形は、図７の下段に示すように、正弦波形からずれている。これにより、光スキャナー５１２からの光ＬＬにより前述した図４に示すような濃淡（輝度値の明暗で正弦波を表した縞パターン）のパターン光ＬＰを描くことができる。

また、光源駆動部５３１は、π／２ずつ位相のずれた駆動信号を出力可能となっている。これにより、位相がπ／２ずつずれた縞状のパターン光ＬＰを生成することができる。

図３に示す故障判断部５３３は、光スキャナー５１２の歪センサー５１２６（図５参照）に電気的に接続されている。この故障判断部５３３は、歪センサー５１２６の抵抗値に基づいて、光スキャナー５１２が故障（正常に作動していないこと）しているか否かを判断する。例えば、故障判断部５３３は、歪センサー５１２６の抵抗値を測定し、その抵抗値の変化（周波数）が駆動信号の周波数と同期していないとき、光スキャナー５１２が故障していると判断する。ここで、歪センサー５１２６および故障判断部５３３は、光スキャナー５１２の故障を検知する故障検知部５４を構成している。

図３に示す算出部５３４は、図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーと、ＲＯＭ（read only memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリーと、を有する。そして、算出部５３４は、メモリーに記憶されている測定プログラムをプロセンサーが実行することにより、撮像部５２の撮像結果に基づいて対象物の形状を算出する。

以上のような物体認識センサー５は、パターン光ＬＰを投影部５１から測定範囲に向けて投影し、その投影されたパターン光ＬＰを撮像部５２で撮像する。その際、例えば、光源駆動部５３１がπ／２ずつ位相のずれた駆動信号を４つ出力し、位相がπ／２ずつずれて投影されたパターン光ＬＰを４回投影し、その都度、投影されたパターン光ＬＰを撮像部５２で撮像する。４回の撮像により得られる４つの撮像画像の同じ座標における輝度値は、絶対値がその座標における測定対象物の表面状態や色等で変化しても、相対値がパターン光ＬＰの位相差分だけ変化する。これにより、環境光や測定対象物の表面状態等の影響を受けるのを低減しつつ、その座標での縞パターンの位相値を求めることができる。

ここで、位相値は、まず、撮像画像中で連続した値ではなく縞パターンの縞ごとに−π〜＋πの範囲で求められる。そして、このような位相値は、撮像画像中の連続した値となるように位相連結（位相接続）される。これにより、位相値に基づいて測定対象物の形状を測定することができる。

［制御装置］
図２に示す制御装置６（制御部）は、環境認識センサー４および物体認識センサー５の認識結果に基づいて、自動搬送装置２およびロボットアーム１０の駆動を制御する機能を有する。

この制御装置６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサー６１と、ＲＯＭ（read only memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリー６２（記憶部）と、を備える。なお、制御装置６は、自動搬送装置２の車体２１内に配置されているが、これに限定されず、例えば、ロボット本体３の基台３０内、車体２１の外部等に配置されていてもよい。

メモリー６２には、自動搬送装置２およびロボットアーム１０の駆動制御を行うプログラムと、作業の対象物である部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の部品形状情報と、ロボットシステム１００が使用される環境（ロボット１の周囲の環境）の地図情報と、が記憶されている。ここで、地図情報には、ロボット１が使用される環境にある物体（部品収納部２００、作業台３００等）の位置情報および形状情報が含まれている。

プロセッサー６１は、メモリー６２に記憶されているプログラムおよび各種情報を適宜読み込んで実行することにより、自動搬送装置２およびロボットアーム１０の駆動制御を行う。

このような制御装置６には、制御装置６が自動搬送装置２およびロボットアーム１０の駆動制御に用いる座標系として、ロボット座標系が設定されている。このロボット座標系は、ロボットアーム１０の先端部（例えばツールセンターポイント）に設定されている座標系との対応付けがなされている。これにより、制御装置６は、ロボットアーム１０の先端部またはハンド１２を所望の位置および姿勢とすることができる。また、前述したように、ロボット座標系は、環境認識センサー４および物体認識センサー５に設定されている座標系との対応付けもなされており、これらのセンサーの認識結果に基づいて、自動搬送装置２およびロボットアーム１０の所望の動作が可能となっている。また前述した回路部５３は、制御装置６に含まれていても含まれていなくともよい。

以下、制御装置６による自動搬送装置２およびロボットアーム１０の駆動制御について説明する。

図８は、図１に示すロボットシステムの動作を説明するためのフローチャートである。図９は、図８に示す部品キット作成モードの動作を説明するためのフローチャートである。図１０は、図９に示す取り出し作業の動作を説明するためのフローチャートである。図１１は、部品が作業不可能な状態にある場合を説明するための図である。図１２は、図１０に示すステップＳ３４を説明するための図である。図１３は、１種目の部品の取り出し作業を説明するための図である。図１４は、２種目の部品の取り出し作業を説明するための図である。図１５は、３種目の部品の取り出し作業を説明するための図である。図１６は、図８に示す部品キット乗せ換えモードの動作を説明するためのフローチャートである。図１７は、乗せ換え完了時の作業台の状態を示す図である。

制御装置６は、図８に示すように、部品キット作成モード（ステップＳ１）と、部品キット載せ換えモード（ステップＳ２）と、を有し、これらを順次実行する。ここで、部品キット作成モードは、部品収納部２００から部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を取り出して載置部７上に複数の部品キットＣＫを作成するモードである。部品キット載せ換えモードは、複数の部品キットＣＫを載置部７上から作業台３００上に載せ換えるモードである。以下、各モードについて詳述する。

（部品キット作成モード）
部品キット作成モードでは、図９に示すように、まず、対象部品が設定される（ステップＳ１１）。この対象部品は、部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のうちのいずれかであり、例えば、部品Ｃ１が対象部品として設定される。

次に、環境認識センサー４の認識結果に基づくロボット１（より具体的には自動搬送装置２）の位置が停止位置か否かを判断する（ステップＳ１２）。このとき、メモリー６２に記憶されている地図情報（特に部品収納部２００の位置情報）と、環境認識センサー４の認識結果とを照合することにより、自動搬送装置２の現在位置を把握する。そして、その現在位置と地図情報内の部品収納部２００の位置とを比較し、その現在位置が停止位置であるか否かを判断する。この停止位置は、ロボットアーム１０が対象部品に対して作業可能な位置（作業位置）、または、物体認識センサー５が部品収納部２００の対象位置（対象部品がある位置）を認識可能な位置である。

環境認識センサー４の認識結果に基づく自動搬送装置２の現在位置が停止位置でない場合（ステップＳ１２のＮＯ）、環境認識センサー４の認識結果に基づいて、自動搬送装置２を停止位置まで移動させる（ステップＳ１３）。このとき、前述したステップＳ１２で比較した結果を用いて、自動搬送装置２の停止位置までの走行ルートを決定し、その走行ルートに基づいて自動搬送装置２の駆動を制御してもよいし、メモリー６２に記憶されている地図情報と、環境認識センサー４の認識結果とを照合しながら、自動搬送装置２の現在位置が停止位置に一致するように、自動搬送装置２の駆動を制御してもよい。このようなステップＳ１３の後、後述するステップＳ１４に移行する。なお、自動搬送装置２の駆動中（移動中）は、ロボットアーム１０の駆動を停止することが好ましい（他のステップにおける移動中も同様）。これにより、例えば、ロボットアーム１０に取り付けられた物体認識センサー５が衝撃等により損傷することを低減することができる。

一方、環境認識センサー４の認識結果に基づく自動搬送装置２の現在位置が停止位置である場合（ステップＳ１２のＹＥＳ）、物体認識センサー５の認識結果に基づくロボット１（より具体的には自動搬送装置２）の位置が停止位置か否かを判断する（ステップＳ１４）。このとき、メモリー６２に記憶されている地図情報（特に部品収納部２００の形状情報）と、物体認識センサー５の認識結果とを照合することにより、自動搬送装置２の現在位置を把握する。そして、その現在位置と地図情報内の部品収納部２００の作業位置（例えば作業すべきコンテナ２０１の位置）とを比較し、その現在位置が停止位置であるか否かを判断する。この停止位置は、ロボットアーム１０が対象部品に対して作業可能な位置である。

物体認識センサー５の認識結果に基づく自動搬送装置２の現在位置が停止位置でない場合（ステップＳ１４のＮＯ）、物体認識センサー５の認識結果に基づいて、自動搬送装置２を停止位置まで移動させる（ステップＳ１５）。これにより、自動搬送装置２の位置の微調整を行うことができる。このとき、前述したステップＳ１４で比較した結果を用いて、自動搬送装置２の停止位置までの走行ルートを決定し、その走行ルートに基づいて自動搬送装置２の駆動を制御してもよいし、メモリー６２に記憶されている地図情報と、物体認識センサー５の認識結果とを照合しながら、自動搬送装置２の現在位置が停止位置に一致するように、自動搬送装置２の駆動を制御してもよい。このようなステップＳ１５の後、後述するステップＳ１６に移行する。

一方、物体認識センサー５の認識結果に基づく自動搬送装置２の現在位置が停止位置である場合（ステップＳ１４のＹＥＳ）、物体認識センサー５の認識結果に基づいて、対象部品を認識する（ステップＳ１６）。このとき、ハンド１２を用いて目的のコンテナ２０１を引き出す。そして、メモリー６２に記憶されている形状情報（部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のうち対象部品の形状情報）と、物体認識センサー５の認識結果とを照合することにより、コンテナ２０１内の対象部品の位置および姿勢を把握する。

次に、対象部品の取り出し作業を行う（ステップＳ１７）。このとき、図１０に示すように、まず、コンテナ２０１内にある複数の対象部品のうち、取り出すべき１つの部品を特定する（ステップＳ３２）。そして、作業可能か否かを判断する（ステップＳ３３）。このとき、図１１に示すように、複数の対象部品（図示では部品Ｃ１）のすべてが重なっている場合には、作業不可能と判断する。

作業不可能と判断した場合（ステップＳ３３のＮＯ）、対象部品の状態を変更する（ステップＳ３４）。このとき、図１２に示すように、ハンド１２を用いて、複数の対象部品が重ならないように、複数の対象部品の状態を変更する。ここで、例えば、ハンド１２をその中心軸方向ｂ１および幅方向ｂ２のうちの少なくとも一方に動かして、少なくとも１つの対象部品に対し、つつく、転がす、均す等の作業を行う。このようなステップＳ３４を作業可能と判断するまで繰り返す（ステップＳ３５のＮＯ）。

作業可能と判断した場合（ステップＳ３３、Ｓ３５のＹＥＳ）、対象部品を取り出す作業を実施する（ステップＳ３６）。このとき、メモリー６２に記憶されている形状情報（部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のうち対象部品の形状情報）と、物体認識センサー５の認識結果とを照合することにより、特定した１つの対象部品の位置および姿勢を把握する。そして、その位置および姿勢に基づいて、ロボットアーム１０およびハンド１２を動作させて、対象部品をハンド１２で把持して載置部７上に載置する。なお、ロボットアーム１０の駆動中（作業中）は、自動搬送装置２の駆動を停止することが好ましい（後述する載せ換え作業も同様）。これにより、作業精度を高めることができる。

このような取り出し作業を、取り出した部品個数が設定数（本実施形態の場合３つ）となるまで繰り返す（ステップＳ１８のＮＯ）。このように取り出し作業を繰り返すことで、図１３に示すように、載置部７上の各トレイＴＲ上に対象部品（図示では部品Ｃ１）が載置される。そして、取り出した部品個数が設定数となった場合、部品キットＣＫの作成が完了したか否かを判断する（ステップＳ１９）。このとき、各トレイＴＲ上に載置されている部品が部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のうちの１つ（図１３参照）または２つ（図１４参照）であるとき、部品キットＣＫの作成が完了していない判断し（ステップＳ１９のＮＯ）、対象部品を変更する（ステップＳ２０）。このとき、例えば、図１３に示す場合、対象部品を部品Ｃ２に変更し、図１４に示す場合、対象部品をＣ３に変更する。そして、前述したステップＳ１２に移行する。

図１５に示すように各トレイＴＲ上に部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のすべてが載置されているとき、部品キットＣＫの作成が完了したと判断し（ステップＳ１９のＹＥＳ）、部品キット作成モード（図８に示すステップＳ１）を終了し、部品キット載せ換えモード（図８に示すステップＳ２）に移行する。

（部品キット載せ換えモード）
部品キット載せ換えモードでは、図１６に示すように、まず、載せ換え先が設定される（ステップＳ２１）。この載せ換え先は、作業台３００である。

次に、環境認識センサー４の認識結果に基づくロボット１（より具体的には自動搬送装置２）の位置が停止位置か否かを判断する（ステップＳ２２）。このとき、メモリー６２に記憶されている地図情報（特に作業台３００の位置情報）と、環境認識センサー４の認識結果とを照合することにより、自動搬送装置２の現在位置を把握する。そして、その現在位置と地図情報内の作業台３００の位置とを比較し、その現在位置が停止位置であるか否かを判断する。この停止位置は、ロボットアーム１０が部品キットＣＫを載置部３０１に載置可能な位置（作業位置）、または、物体認識センサー５が作業台３００の載置部３０１を認識可能な位置である。

環境認識センサー４の認識結果に基づく自動搬送装置２の現在位置が停止位置でない場合（ステップＳ２２のＮＯ）、環境認識センサー４の認識結果に基づいて、自動搬送装置２を停止位置まで移動させる（ステップＳ２３）。このとき、前述したステップＳ２２で比較した結果を用いて、自動搬送装置２の停止位置までの走行ルートを決定し、その走行ルートに基づいて自動搬送装置２の駆動を制御してもよいし、メモリー６２に記憶されている地図情報と、環境認識センサー４の認識結果とを照合しながら、自動搬送装置２の現在位置が停止位置に一致するように、自動搬送装置２の駆動を制御してもよい。このようなステップＳ２３の後、後述するステップＳ２４に移行する。

一方、環境認識センサー４の認識結果に基づく自動搬送装置２の現在位置が停止位置である場合（ステップＳ２２のＹＥＳ）、物体認識センサー５の認識結果に基づくロボット１（より具体的には自動搬送装置２）の位置が停止位置か否かを判断する（ステップＳ２４）。このとき、メモリー６２に記憶されている地図情報（特に作業台３００の形状情報）と、物体認識センサー５の認識結果とを照合することにより、自動搬送装置２の現在位置を把握する。そして、その現在位置と地図情報内の作業台３００の作業位置（例えば載置部３０１の位置）とを比較し、その現在位置が停止位置であるか否かを判断する。この停止位置は、ロボットアーム１０が部品キットＣＫを載置部３０１に載置可能な位置である。

物体認識センサー５の認識結果に基づく自動搬送装置２の現在位置が停止位置でない場合（ステップＳ２４のＮＯ）、物体認識センサー５の認識結果に基づいて、自動搬送装置２を停止位置まで移動させる（ステップＳ２５）。これにより、自動搬送装置２の位置の微調整を行うことができる。このとき、前述したステップＳ２４で比較した結果を用いて、自動搬送装置２の停止位置までの走行ルートを決定し、その走行ルートに基づいて自動搬送装置２の駆動を制御してもよいし、メモリー６２に記憶されている地図情報と、物体認識センサー５の認識結果とを照合しながら、自動搬送装置２の現在位置が停止位置に一致するように、自動搬送装置２の駆動を制御してもよい。このようなステップＳ２５の後、後述するステップＳ２６に移行する。

一方、物体認識センサー５の認識結果に基づく自動搬送装置２の現在位置が停止位置である場合（ステップＳ２４のＹＥＳ）、物体認識センサー５の認識結果に基づいて、載せ換え先である載置部３０１を認識する（ステップＳ２６）。このとき、メモリー６２に記憶されている情報（作業台３００の形状情報）と、物体認識センサー５の認識結果とを照合することにより、載置部３０１の位置および姿勢を把握する。

次に、部品キットＣＫの載せ換え作業を行う（ステップＳ２７）。このとき、トレイＴＲをハンド１２で把持して、部品キットＣＫをトレイＴＲごと載置部７から載置部３０１へ載せ換える。そして、部品キットＣＫの載せ換えが完了したか否かを判断する（ステップＳ２８）。部品キットＣＫの載せ換えが完了していない判断し（ステップＳ２８のＮＯ）、載せ換え先を必要に応じて変更する（ステップＳ２９）。そして、前述したステップＳ２２に移行する。これにより、図１７に示すように、載置部３０１上にすべての部品キットＣＫを載せ換えることができる。

部品キットＣＫの載せ換えが完了したと判断し（ステップＳ２８のＹＥＳ）、部品キット載せ換えモード（図８に示すステップＳ２）を終了する。

以上のようなロボットシステム１００は、対象物（部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３等）に対して作業を行う１つのロボットアーム１０と、ロボットアーム１０に配置され、対象物の形状を測定する形状測定部である物体認識センサー５と、物体認識センサー５が測定（認識）した結果を元にロボットアーム１０の制御を行う制御部である制御装置６と、を備える。物体認識センサー５は、対象物に対して縞状のパターン光ＬＰを投影する投影部５１と、パターン光ＬＰを撮像する撮像部５２と、撮像部５２が撮像した結果に基づいて対象物の形状を算出する算出部５３４と、を有する。投影部５１は、ライン状のレーザーである光ＬＬを出射する光源部５１１と、光源部５１１からの光ＬＬを対象物に向けて反射させて走査することでパターン光ＬＰを生成する光スキャナー５１２と、光スキャナー５１２を非共振駆動する駆動信号を出力するスキャナー駆動部５３２と、を有する。

このようなロボットシステム１００によれば、光スキャナー５１２を非共振駆動させるため、温度変化が生じても、安定した振幅および周波数で光スキャナー５１２の駆動を行うことができる。そのため、温度変化による特性変化を低減するための回路が不要となり、物体認識センサー５の小型化を図ることができる。さらに、一般的には共振駆動の方が省電力ではあるが、このようなロボットシステム１００では、物体認識センサー５への電源供給はロボットアーム１０、自動搬送装置２、または制御装置６から受けることができるため、光スキャナー５１２が非共振駆動でありながら、バッテリーを持つ必要もないので、小型化に大いに貢献する。

ここで、スキャナー駆動部５３２が出力する駆動信号の波形は、正弦波状である（図６参照）。これにより、駆動信号の生成が容易となる。また、駆動信号の周波数成分に光スキャナー５１２の駆動周波数以外の周波数が含まれることを低減し、光スキャナー５１２の非共振駆動を安定して行うことができる。

また、スキャナー駆動部５３２が出力する駆動信号の周波数は、１００Ｈｚ以上４ｋＨｚ以下の範囲内にあることが好ましい。これにより、物体認識センサー５の測定精度を優れたものとしつつ、光スキャナー５１２の非共振駆動を容易に実現することができる。

さらに、ロボットシステム１００（より具体的には物体認識センサー５）は、光源部５１１を駆動する変調信号を出力する光源駆動部５３１を備え、その変調信号の波形は、正弦波状（図７の上段に示す形状）とは異なる波形（図７の下段に示す形状）である。具体的には、可動ミラー部５１２１の振れ角をθ、駆動周波数をｆ、最大振幅（機械角）をθmax、ＭＥＭＳミラーと投影面との距離をｈ、時間をｔ、輝度レンジをＡ、および輝度オフセットをＢとしたとき、レーザー輝度は下記式（１）で表される。

これにより、光スキャナー５１２の振れ角の速度が一定でなくても、輝度値の明暗で正弦波を表した縞状のパターン光ＬＰを描画範囲内で輝度ムラなく描画することができる。

このようなロボットシステム１００において、スキャナー駆動部５３２は、ロボットアーム１０の動作により移動したときに、駆動信号の出力を停止することが好ましい。これにより、ロボットアーム１０の動作中における衝突等の衝撃を受けて光スキャナー５１２が損傷することを低減することができる。

また、物体認識センサー５は、光スキャナー５１２の故障を検知する故障検知部５４を備える。これにより、光スキャナー５１２が故障しているか否かを把握することができる。そのため、例えば、光スキャナー５１２が故障した場合、光源部５１１の駆動を停止させることで、停止した状態の光スキャナー５１２からの高強度の光が人に当たることを防止し、安全性を高めることができる。

ここで、光スキャナー５１２は、可動ミラー部５１２１と、可動ミラー部５１２１を揺動可能に支持している１対の軸部５１２２と、を有し、故障検知部５４は、軸部５１２２に設けられている歪センサー５１２６を有する。このような歪センサー５１２６は、半導体製造技術を用いて容易に製造することができる。また、光学式センサー等の他の故障検知のためのセンサーに比べて、故障検知部５４の小型化を図ることができる。

また、ロボットシステム１００は、ロボットアーム１０を搭載し、無軌道で走行可能な自動搬送装置２を備える。これにより、ロボットアーム１０を移動させることができ、広範囲に作業を行うことができる。また、自動搬送装置２が無軌道で走行可能であるため、自動搬送装置２の走行を案内するためのレール等の設備が不要または簡素となるため、設備費を安価にすることができる。

さらに、ロボットシステム１００は、自動搬送装置２が移動する方向の環境を認識する環境認識センサー４を備え、自動搬送装置２は、環境認識センサー４の認識結果に基づいて走行可能である。これにより、自動搬送装置２の走行を案内するためのマーカー等の設備が不要または簡素となるため、設備費を安価にすることができる。なお、作業範囲がロボットアーム１０の可動範囲内にある場合は、自動搬送装置２を省略することができる。この場合、ロボット本体３の基台３０を床等に固定すればよい。

＜第２実施形態＞
図１８は、本発明の第２実施形態に係るロボットシステムに用いるロボットを示す斜視図である。

本実施形態は、双腕ロボットに本発明を適用した以外は、前述した第１実施形態と同様である。以下、第２実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

ロボットシステム１００Ａは、自動搬送装置２Ａと、自動搬送装置２Ａに搭載されている２本のロボットアーム１０Ａを有するロボット本体３Ａと、自動搬送装置２Ａに配置されている環境認識センサー４と、自動搬送装置２Ａおよび各ロボットアーム１０Ａにそれぞれ配置されている物体認識センサー５（形状測定部）と、自動搬送装置２Ａおよび各ロボットアーム１０Ａの動作を制御する制御装置６Ａ（制御部）と、自動搬送装置２Ａに配置されている載置部７Ａと、を備え、これらが走行可能なロボット１Ａを構成している。

自動搬送装置２Ａは、車体２１１と、車体２１１に取り付けられた１対の前輪２２Ａおよび１対の後輪２３Ａと、車体２１１に立設されている柱部２１２と、１対の前輪２１Ａの舵角を変更可能な操舵機構（図示せず）と、１対の後輪２３Ａを駆動可能な駆動部（図示せず）と、を備えている。ここで、柱部２１２には、前述した第１実施形態の複数の部品キットＣＫを載置可能な載置部７Ａが取り付けられている。

ロボット本体３Ａは、複腕ロボットであり、自動搬送装置２Ａの柱部２１２の上部に接続されている基台３０Ａ（胴部）と、基台３０Ａの左右に回動可能に連結されている２つのロボットアーム１０Ａと、を有する。また、各ロボットアーム１０Ａには、力検出センサー１１Ａを介してハンド１２Ａが接続されている。ここで、基台３０Ａには、環境認識センサー４および物体認識センサー５が配置されている。なお、基台３０Ａは、自動搬送装置２Ａに対して固定的に設置されており、自動搬送装置２Ａの一部であるともいえる。

各ロボットアーム１０Ａは、アーム３１Ａ（第１アーム）と、アーム３２Ａ（第２アーム）と、アーム３３Ａ（第３アーム）と、アーム３４Ａ（第４アーム）と、アーム３５Ａ（第５アーム）と、アーム３６Ａ（第６アーム）と、アーム３７Ａ（第７アーム）とを有する。これらアーム３１Ａ〜３７Ａは、基端側から先端側に向かってこの順に連結されている。各アーム３１Ａ〜３７Ａは、隣り合う２つのアーム同士が互いに回動可能になっている。ここで、各ロボットアーム１０Ａのアーム３７Ａには、物体認識センサー５が配置されている。

制御装置６Ａ（制御部）は、環境認識センサー４および物体認識センサー５の認識結果に基づいて、自動搬送装置２Ａおよびロボットアーム１０Ａの駆動を制御する機能を有する。

より具体的には、制御装置６Ａは、環境認識センサー４の認識結果に基づいて、各ロボットアーム１０Ａが前述した第１実施形態の部品収納部２００または作業台３００に対する作業可能な位置となるように自動搬送装置２Ａを移動させることが可能である。また、制御装置６Ａは、ロボット本体３Ａ（ロボットアーム１０Ａ）が部品収納部２００に対する作業可能な位置にあるとき、物体認識センサー５の認識結果に基づいて、載置部７Ａ上に複数の部品キットＣＫを作成するようにロボット本体３Ａを駆動させることが可能である。また、制御装置６Ａは、ロボット本体３Ａが作業台３００に対する作業可能な位置にあるとき、物体認識センサー５の認識結果に基づいて、載置部７Ａ上から作業台３００へ複数の部品キットＣＫを載せ換えるようにロボット本体３Ａを駆動させることが可能である。また、物体認識センサー５は基台３０Ａおよび各ロボットアーム１０Ａの全てに配置されていなくとも、いずれか一つ、または二つに配置されていてもよい。

以上説明したような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、本実施形態のロボットシステム１００Ａは、ロボットアーム１０Ａの数が２つである。これにより、作業効率を高めたり、より複雑な作業を行ったりすることができる。また、載置部７Ａ上に部品キットＣＫを作成するだけでなく、その部品キットＣＫの組立等の作業を載置部７Ａ上で行うこともできる。

以上、本発明のロボットシステムを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

また、本発明は、前述した実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

前述した実施形態では、３種の部品Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を１つずつ含む部品キットＣＫを作成する場合を例に説明したが、部品キットＣＫを構成する部品の数および種類は、これに限定されず、例えば、部品キットＣＫが含む部品の数が２つまたは４つ以上であってもよいし、部品キットＣＫが同種の部品を複数含んでいてもよい。

また、ロボットアームが有するアームの数（関節の数）は、前述した実施形態の数（６つまたは７つ）に限定されず、１つ以上５つ以下または８つ以上であってもよい。

また、前述した実施形態では、物体認識センサーに用いる光スキャナーがムービングマグネット方式である場合を例に説明したが、光スキャナーの駆動方式は、これに限定されず、ムービングコイル方式、静電駆動方式、圧電駆動方式等であってもよい。

また、前述した実施形態では、ロボットアームを搭載した自動搬送装置が環境認識センサー等の認識結果に基づいて走行する場合を例に説明したが、自動搬送装置の走行は、これに限定されず、予め設定されたプログラムに従って行ってもよいし、操作者の遠隔操作により行ってもよい。

１…ロボット、１Ａ…ロボット、２…自動搬送装置、２Ａ…自動搬送装置、３…ロボット本体、３Ａ…ロボット本体、４…環境認識センサー、４ａ…環境認識センサー、４ｂ…環境認識センサー、５…物体認識センサー（形状測定部）、６…制御装置、６Ａ…制御装置、７…載置部、７Ａ…載置部、１０…ロボットアーム、１０Ａ…ロボットアーム、１１…力検出センサー、１１Ａ…力検出センサー、１２…ハンド、１２Ａ…ハンド、１３…アーム駆動部、１４…角度センサー、２１…車体、２１Ａ…前輪、２２…前輪、２２Ａ…前輪、２３…後輪、２３Ａ…後輪、２４…操舵機構、２５…駆動部、３０…基台、３０Ａ…基台、３１…アーム、３１Ａ…アーム、３２…アーム、３２Ａ…アーム、３３…アーム、３３Ａ…アーム、３４…アーム、３４Ａ…アーム、３５…アーム、３５Ａ…アーム、３６…アーム、３６Ａ…アーム、３７Ａ…アーム、５１…投影部、５２…撮像部、５３…回路部、５４…故障検知部、５５…投影面、６１…プロセッサー、６２…メモリー、１００…ロボットシステム、１００Ａ…ロボットシステム、２００…部品収納部、２０１…コンテナ、２１１…車体、２１２…柱部、３００…作業台、３０１…載置部、５１１…光源部、５１２…光スキャナー、５２１…撮像素子、５２２…結像光学系、５３１…光源駆動部、５３２…スキャナー駆動部、５３３…故障判断部、５３４…算出部、５１１１…光源、５１１２…レンズ、５１１３…レンズ、５１２１…可動ミラー部、５１２２…軸部、５１２３…支持部、５１２４…永久磁石、５１２５…コイル、５１２６…歪センサー、５２２１…レンズ、５２２２…レンズ、Ｃ１…部品、Ｃ２…部品、Ｃ３…部品、ＣＫ…部品キット、ＬＬ…光（ライン状のレーザー）、ＬＰ…パターン光、Ｓ１…ステップ、Ｓ１１…ステップ、Ｓ１２…ステップ、Ｓ１３…ステップ、Ｓ１４…ステップ、Ｓ１５…ステップ、Ｓ１６…ステップ、Ｓ１７…ステップ、Ｓ１８…ステップ、Ｓ１９…ステップ、Ｓ２…ステップ、Ｓ２０…ステップ、Ｓ２１…ステップ、Ｓ２２…ステップ、Ｓ２３…ステップ、Ｓ２４…ステップ、Ｓ２５…ステップ、Ｓ２６…ステップ、Ｓ２７…ステップ、Ｓ２８…ステップ、Ｓ２９…ステップ、Ｓ３２…ステップ、Ｓ３３…ステップ、Ｓ３４…ステップ、Ｓ３５…ステップ、Ｓ３６…ステップ、Ｔ…周期、ＴＲ…トレイ、ａ…中心軸、ａ１…中心軸、ａ２…光軸、ａｓ…揺動軸、ｂ１…中心軸方向、ｂ２…幅方向

Claims (10)

1. 対象物に対して作業を行うロボットアームと、
   前記ロボットアームに配置され、前記対象物の形状を測定する形状測定部と、
   前記形状測定部が測定した結果に基づいて前記ロボットアームを制御する制御部と、を備え、
   前記形状測定部は、
   前記対象物に対して縞状のパターン光を投影する投影部と、
   前記対象物に投影された前記パターン光を撮像する撮像部と、
   前記撮像部が撮像した結果に基づいて前記対象物の形状を算出する算出部と、を有し、
   前記投影部は、
   ライン状のレーザーを出射する光源部と、
   前記光源部から出射されたレーザーを反射させて前記対象物を走査することで前記パターン光を生成する光スキャナーと、
   前記光スキャナーを非共振駆動する駆動信号を出力するスキャナー駆動部と、を有することを特徴とするロボットシステム。
2. 前記駆動信号の波形は、正弦波状である請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記光源部を駆動する変調信号を出力する光源駆動部を備え、
   前記対象物に対して投影される前記縞状のパターン光は輝度値の明暗で正弦波状となる縞パターンであり、
   前記変調信号の波形は、正弦波状とは異なる形状である請求項２に記載のロボットシステム。
4. 前記ロボットアームを搭載し、無軌道で移動可能な自動搬送装置を備える請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロボットシステム。
5. 前記自動搬送装置が移動する方向の環境を認識する環境認識センサーを備え、
   前記自動搬送装置は、前記環境認識センサーの認識結果に基づいて移動可能である請求項４に記載のロボットシステム。
6. 前記スキャナー駆動部は、前記ロボットアームの動作により移動しているときに、前記駆動信号の出力を停止する請求項１ないし５のいずれか１項に記載のロボットシステム。
7. 前記光スキャナーの故障を検知する故障検知部を備える請求項１ないし６のいずれか１項に記載のロボットシステム。
8. 前記光スキャナーは、
   可動ミラー部と、
   前記可動ミラー部を揺動可能に支持している１対の軸部と、を有し、
   前記故障検知部は、前記軸部に設けられている歪センサーを有する請求項７に記載のロボットシステム。
9. 前記駆動信号の周波数が１００Ｈｚ以上４ｋＨｚ以下の範囲内にある請求項１ないし８のいずれか１項に記載のロボットシステム。
10. 前記ロボットアームとは別のロボットアームを有する請求項１ないし９のいずれか１項に記載のロボットシステム。

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