JP2019188534A - ロボット制御装置、ロボットおよびロボットシステム - Google Patents

ロボット制御装置、ロボットおよびロボットシステム Download PDF

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Abstract

【課題】ケーブルの一端部を第1コネクターに接続し、ケーブルの他端部を第2コネクターに接続する作業を行う際、その作業を効率よく行うことができるロボット制御装置、ロボットおよびロボットシステムを提供すること。【解決手段】エンドエフェクターが装着されるロボットを制御するものであり、エンドエフェクターでケーブルの一端部側を保持して、その一端部を第1コネクターに挿入する第1動作と、第1コネクターに対する挿入完了時における特定点の位置および姿勢を記憶する第2動作と、ケーブルをエンドエフェクターで保持しつつ、ケーブルの他端部への移動量と、位置および姿勢とに基づいて、エンドエフェクターを対象物の他端部側に向かって移動させて、その他端部側を保持する第3動作と、エンドエフェクターでケーブルの他端部側を保持したまま、その他端部を第2コネクターに挿入する第4動作とをロボットに実行させるロボット制御装置。【選択図】図9

Description

本発明は、ロボット制御装置、ロボットおよびロボットシステムに関する。
基台と、複数のアーム(リンク)を有するロボットアームとを備えるロボットが知られている(例えば、特許文献1参照)。ロボットアームの隣り合う2つのアームのうちの一方のアームは、関節部を介して、他方のアームに回動可能に連結され、最も基端側(最も上流側)のアームは、関節部を介して、基台に回動可能に連結されている。関節部は、モーターにより駆動され、その関節部の駆動により、アームが回動する。また、最も先端側(最も下流側)のアームには、エンドエフェクターとして、例えば、着脱可能にハンドが装着される。そして、このロボットは、第1対象物としてのコネクターをハンドで把持して、そのコネクターを、第2対象物としての他のコネクターに接続する作業を行うことができる。
特開2016−209967号公報
特許文献1には、ケーブルを把持爪で把持し、コネクターに挿入するロボットが開示されている。ケーブルの一端は、例えばカメラによって位置決めされ、把持爪で把持される。しかし、ケーブルの両端を把持する場合、ケーブルは可撓性を有するため、一端が位置決めされたとしても他端の位置は常には決まらない。よって、一端の位置決めが行われた後に、さらに他端の位置決めを行う必要があり、両端の位置決めを行うのに時間がかかってしまった。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下のものとして実現することが可能である。
本発明のロボット制御装置は、エンドエフェクターが装着されるロボットアームを有し、可撓性を有するケーブルを前記エンドエフェクターで保持して、前記ケーブルの一端部を第1コネクターに接続し、前記ケーブルの他端部を第2コネクターに挿入するロボットを制御するロボット制御装置であって、
前記エンドエフェクターで前記ケーブルの一端部側を保持して、前記ケーブルの一端部を前記第1コネクターに挿入する第1動作と、
前記第1コネクターに対する前記ケーブルの一端部の挿入完了時における、前記ケーブル上または前記エンドエフェクター上の特定点の位置および姿勢を記憶する第2動作と、
前記ケーブルを前記エンドエフェクターで案内しつつ、予め記憶されている前記ケーブルの他端部への移動量と、前記位置および前記姿勢とに基づいて、前記エンドエフェクターを前記ケーブルに沿って前記ケーブルの他端部側に向かって移動させて、前記エンドエフェクターで前記ケーブルの他端部側を保持する第3動作と、
前記エンドエフェクターで前記ケーブルの他端部側を保持したまま、前記ケーブルの他端部を前記第2コネクターに挿入する第4動作と、
を前記ロボットに実行させることを特徴とする。
本発明のロボットは、ロボットアームを有し、
本発明のロボット制御装置により制御されることを特徴とする。
本発明のロボットシステムは、ロボットアームを有するロボットと、
前記ロボットを制御する本発明のロボット制御装置と、を備えることを特徴とする。
図1は、本発明のロボットシステムの第1実施形態におけるロボットを示す斜視図(ブロック図を含む)である。 図2は、図1に示すロボットの概略図である。 図3は、本発明のロボットシステムの第1実施形態の主要部を示すブロック図である。 図4は、図1に示すロボットに装着されるエンドエフェクターを示す斜視図である。 図5は、図4中の一点鎖線で囲まれた領域[A]の拡大図である。 図6は、図4中の一点鎖線で囲まれた領域[A]の分解図である。 図7は、図4中の一点鎖線で囲まれた領域[A]の分解図である。 図8は、図4に示すエンドエフェクターが備える吸着ブロックの斜視図である。 図9は、本発明のロボットシステムの第1実施形態におけるロボット制御装置の制御動作を示すフローチャートである。 図10は、本発明のロボットシステムの第1実施形態における作業の対象となるケーブルを示す側面図である。 図11は、図10中の矢印B方向から見た図(平面図)である。 図12は、本発明のロボットシステムの第1実施形態における作業を順に説明するための部分垂直断面図である。 図13は、本発明のロボットシステムの第1実施形態における作業を順に説明するための部分垂直断面図である。 図14は、本発明のロボットシステムの第1実施形態における作業を順に説明するための部分垂直断面図である。 図15は、本発明のロボットシステムの第1実施形態における作業を順に説明するための部分垂直断面図である。 図16は、本発明のロボットシステムの第1実施形態における作業を順に説明するための部分垂直断面図である。 図17は、本発明のロボットシステムの第1実施形態における作業を順に説明するための部分垂直断面図である。 図18は、図12から図13に示す作業の過程で力検出部により検出された力の経時変化であって、作業が成功した場合を示すグラフ(一例)である。 図19は、本発明のロボットシステムの第2実施形態におけるロボット制御装置の制御動作を示すフローチャートである。 図20は、本発明のロボットシステムの第3実施形態におけるロボット制御装置の制御動作を示すフローチャートである。 図21は、本発明のロボットシステムの第4実施形態における作業を順に説明するための部分垂直断面図である。 図22は、本発明のロボットシステムの第4実施形態における作業を順に説明するための部分垂直断面図である。 図23は、本発明のロボットシステムの第4実施形態における作業を順に説明するための部分垂直断面図である。 図24は、本発明のロボットシステムの第4実施形態における作業を順に説明するための部分垂直断面図である。 図25は、本発明のロボットシステムの第4実施形態における作業を順に説明するための部分垂直断面図である。 図26は、図25中のC−C線断面図である。 図27は、第1実施形態〜第4実施形態についてハードウェア(プロセッサー)を中心として説明するためのブロック図である。 図28は、本発明のロボットシステムの他の例1(変形例1)を示すブロック図である。 図29は、本発明のロボットシステムの他の例2(変形例2)を示すブロック図である。
以下、本発明のロボット制御装置、ロボットおよび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、本発明のロボットシステムの第1実施形態におけるロボットを示す斜視図(ブロック図を含む)である。図2は、図1に示すロボットの概略図である。図3は、本発明のロボットシステムの第1実施形態の主要部を示すブロック図である。図4は、図1に示すロボットに装着されるエンドエフェクターを示す斜視図である。図5は、図4中の一点鎖線で囲まれた領域[A]の拡大図である。図6は、図4中の一点鎖線で囲まれた領域[A]の分解図である。図7は、図4中の一点鎖線で囲まれた領域[A]の分解図である。図8は、図4に示すエンドエフェクターが備える吸着ブロックの斜視図である。図9は、本発明のロボットシステムの第1実施形態におけるロボット制御装置の制御動作を示すフローチャートである。図10は、本発明のロボットシステムの第1実施形態における作業の対象となるケーブルを示す側面図である。図11は、図10中の矢印B方向から見た図(平面図)である。図12は、本発明のロボットシステムの第1実施形態における作業を順に説明するための部分垂直断面図である。図13は、本発明のロボットシステムの第1実施形態における作業を順に説明するための部分垂直断面図である。図14は、本発明のロボットシステムの第1実施形態における作業を順に説明するための部分垂直断面図である。図15は、本発明のロボットシステムの第1実施形態における作業を順に説明するための部分垂直断面図である。図16は、本発明のロボットシステムの第1実施形態における作業を順に説明するための部分垂直断面図である。図17は、本発明のロボットシステムの第1実施形態における作業を順に説明するための部分垂直断面図である。図18は、図12から図13に示す作業の過程で力検出部により検出された力の経時変化であって、作業が成功した場合を示すグラフ(一例)である。
なお、図1では、エンドエフェクターは、模式的に示されている。また、図2では、エンドエフェクターおよび力検出部の図示は省略されている。
また、以下では、説明の都合上、図1、図2、図4〜図7、図12〜図17(図21〜図25についても同様)中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言うことがある。また、図1、図2、図4〜図7、図12〜図17(図21〜図25についても同様)中の上下方向が鉛直方向である。
また、図1および図2中の基台側を「基端」または「上流」、その反対側を「先端」または「下流」と言うことがある。
また、本明細書において、「水平」とは、完全に水平な場合のみならず、水平に対して±5°以内で傾斜している場合も含む。同様に、本明細書において、「鉛直」とは、完全に鉛直な場合のみならず、鉛直に対して±5°以内で傾斜している場合も含む。また、本明細書において、「平行」とは、2つの線(軸を含む)または面が、互いに完全な平行である場合のみならず、±5°以内で傾斜している場合も含む。また、本明細書において、「直交」とは、2つの線(軸を含む)または面が、互いに完全な直交である場合のみならず、±5°以内で傾斜している場合も含む。
また、ロボットシステムにおける作業の説明をするのに際して、都合上、図12〜図17に示すように、互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸で構成される座標系を設ける。
本発明のロボット制御装置(以下単に「制御装置」と言う)20は、エンドエフェクター19が装着されるロボットアーム10を有し、可撓性を有するケーブル91としての第1部品91Aをエンドエフェクター19で保持して、第1部品91Aの第1コネクター93(ケーブル91の一端部)を第2部品95Aの第1コネクター97に接続し、第1部品91Aの第2コネクター94(ケーブル91の他端部)を第2部品95Aの第2コネクター98に挿入するロボット1を制御するものである。
制御装置20は、エンドエフェクター19で第1部品91Aの第1コネクター93(ケーブル91の一端部)側を保持して、第1コネクター93(ケーブルの一端部)を第1コネクター97に挿入する第1動作と、第1動作の後、第1コネクター97に対する第1コネクター93(ケーブル91の一端部)の挿入完了時における、第1部品91A(ケーブル91)上またはエンドエフェクター19上の特定点P1の位置および姿勢を記憶する第2動作と、第2動作の後、第1部品91A(ケーブル91)をエンドエフェクター19で保持しつつ、記憶部208に予め記憶されている第1部品91Aの第2コネクター94(ケーブル91の他端部)への移動量と、特定点P1の位置および姿勢とに基づいて、エンドエフェクター19を第1部品91A(ケーブル91)の長手方向に沿って第2コネクター94(ケーブル91の他端部)側に向かって移動させて、エンドエフェクター19で第2コネクター94(ケーブル91の他端部)側を保持する第3動作と、第3動作の後、エンドエフェクター19で第2コネクター94(ケーブルの他端部)側を保持したまま、第2コネクター94(ケーブル91の他端部)を第2コネクター98に挿入する第4動作とを前記ロボット1に実行させる(制御する)。
このような本発明によれば、後述するように、第1部品91Aの第1コネクター93を第2部品95Aの第1コネクター97に接続し、第1部品91Aの第2コネクター94を第2部品95Aの第2コネクター98に接続する作業を行う際、第1コネクター93を挿入した後、第1コネクター93の挿入完了位置に基づいて、第2コネクター94を保持することができるため接続作業を短時間で行うことができる。
本発明のロボット1は、ロボットアーム10を有し、本発明の制御装置(ロボット制御装置)20により制御される。
これにより、前述した制御装置20の利点を発揮するロボット1が得られる。
本発明のロボットシステム100は、ロボットアーム10を有するロボット1と、ロボット1を制御する本発明の制御装置(ロボット制御装置)20と、を備える。
これにより、前述した制御装置20の利点を持つロボットシステム100が得られる。
図1および図3に示すロボットシステム100は、ロボット1と、ロボット1を制御する制御装置20と、表示装置5(表示部)と、入力装置9(入力部)とを備えている。このロボットシステム100の用途は、特に限定されず、例えば、電子部品および電子機器等のワーク(対象物)の保持、搬送、組立および検査等の各作業で用いることができる。
また、ロボット1と制御装置20とは、ケーブルで電気的に接続(以下単に「接続」とも言う)されている。また、制御装置20と、表示装置5および入力装置9とは、それぞれ、ケーブルで電気的に接続されている。
なお、ロボット1と制御装置20とは、有線方式に限らず、例えば、ケーブルを省略し、無線方式で通信を行うようにしてもよい。また、制御装置20は、ロボット1にその一部または全部が内蔵されていてもよい。
また、表示装置5と制御装置20とは、有線方式に限らず、例えば、ケーブルを省略し、無線方式で通信を行うようにしてもよい。
また、入力装置9と制御装置20とは、有線方式に限らず、例えば、ケーブルを省略し、無線方式で通信を行うようにしてもよい。
制御装置20は、例えば、プロセッサーの1例であるCPU(Central Processing Unit)が内蔵されたコンピューター(PC)等で構成することができる。この制御装置20は、ロボット1の後述する第1駆動源401、第2駆動源402、第3駆動源403、第4駆動源404、第5駆動源405、第6駆動源406およびエンドエフェクター19の駆動(作動)の制御等を行う制御部201と、判定部206と、受付部207と、記憶部208(メモリー)と、表示制御部209とを備えている。
制御部201は、ロボット1に対して力制御を行う力制御部202と、ロボット1に対して位置制御を行う位置制御部203とを有している。制御部201は、力制御、位置制御等を行って、ロボット1の駆動、すなわち、ロボットアーム10およびエンドエフェクター19等の駆動を制御する機能を有している。この制御部201(力制御部202、位置制御部203)は、例えば、CPU(プロセッサー)、RAM、プログラムが記憶されたROM等を備えている。また、制御部201(力制御部202、位置制御部203)の機能は、例えば、CPUにより各種プログラムを実行することにより実現することができる。
表示制御部209は、表示装置5に各種の画像(ウィンドウ等の各種の画面等を含む)や文字等を表示させる機能を有している。すなわち、表示制御部209は、表示装置5の駆動を制御する機能を有している。この表示制御部209の機能は、例えば、GPU(プロセッサー)、CPU(プロセッサー)等により実現することができる。
記憶部208は、各種の情報(データやプログラム等を含む)を記憶する機能を有している。この記憶部208の機能は、例えば、RAM、ROM等の半導体メモリー、ハードディス装置、外部記憶装置等により実現することができる。
判定部206は、各判定を行う機能を有している。この判定部206の機能は、例えば、CPU(プロセッサー)等により実現することができる。
受付部207は、入力装置9からの入力を受け付ける機能を有している。この受付部207の機能は、例えばインターフェース回路によって実現することができる。なお、例えばタッチパネルを用いる場合には、受付部207は、ユーザーの指のタッチパネルへの接触等を検知する入力検知部としての機能を有する。
表示装置5は、例えば、液晶ディスプレイ、ELディスプレイ等で構成されたモニター(図示せず)を備えており、例えば、各種の画像(ウィンドウ等の各種の画面等を含む)や文字等を表示する。
入力装置9は、例えば、マウス、キーボード等で構成することができる。ユーザーは、入力装置9を操作することで、制御装置20に対して各種の処理等の指示(入力)を行うことができる。
具体的には、ユーザーは、表示装置5に表示される各種画面(ウィンドウ等)に対して入力装置9のマウスでクリックする操作や、入力装置9のキーボードで文字や数字等を入力する操作により、制御装置20に対する指示を行うことができる。以下、このユーザーによる入力装置9を用いた指示(入力装置9による入力)を「操作指示」とも言う。この操作指示は、入力装置9により、表示装置5に表示された内容から所望の内容を選択する選択操作や、入力装置9により、文字や数字等を入力する入力指示等を含む。また、入力には、選択も含まれる。
なお、本実施形態では、表示装置5および入力装置9の代わりに、表示装置5および入力装置9(表示部および入力部)を兼ね備えた表示入力装置(図示せず)を設けてもよい。表示入力装置としては、例えばタッチパネル(静電式タッチパネルや感圧式タッチパネル)等を用いることができる。また、入力装置9は、音(音声を含む)を認識する構成であってもよい。
図1および図2に示すように、ロボット1は、基台11と、ロボットアーム10とを備えている。ロボットアーム10は、第1アーム12、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、第5アーム17および第6アーム18と、第1駆動源401、第2駆動源402、第3駆動源403、第4駆動源404、第5駆動源405および第6駆動源406とを備えている。また、第5アーム17および第6アーム18によりリスト16が構成され、第6アーム18の先端には、例えば、ハンド等のエンドエフェクター19を着脱可能に取り付ける(装着する)ことができ、そのエンドエフェクター19でケーブル91を保持(把持)することができる。エンドエフェクター19で保持するケーブル91としては、特に限定されず、例えば、電子部品、電子機器等、各種のものが挙げられる。
ここで、「エンドエフェクター19がロボットアーム10(第6アーム18)に取り付けられている(接続されている)」とは、エンドエフェクター19がロボットアーム10に直接取り付けられている場合に限らず、本実施形態のように、エンドエフェクター19が力検出部7に取り付けられている場合等、ロボットアーム10に間接的に取り付けられている場合も含まれる。
本実施形態では、ロボットアーム10の第6アーム18の先端には、力検出部7(力検出装置)が着脱可能に取り付けられており(接続されており)、力検出部7には、エンドエフェクター19が着脱可能に取り付けられている(接続されている)。すなわち、第6アーム18とエンドエフェクター19との間には、力検出部7が設けられている。また、ロボットアーム10と、力検出部7と、エンドエフェクター19とにより、可動部30が構成される。
なお、力検出部7は、第6アーム18に着脱可能に接続されており、エンドエフェクター19は、力検出部7に着脱可能に接続されているが、これに限らず、例えば、力検出部7は、離脱不能に設けられていてもよく、また、エンドエフェクター19は、離脱不能に設けられていてもよい。
力検出部7は、エンドエフェクター19に加わる力(並進力、トルクを含む)を検出する。力検出部7としては、特に限定されないが、本実施形態では、互いに直交する3軸のそれぞれの軸方向の力成分(並進力成分)と、その3軸のそれぞれの軸周りの力成分(トルク成分)とを検出可能な6軸力覚センサー等が用いられる。なお、力検出部7は、他の構成のものであってもよい。
ロボット1は、基台11と、第1アーム12と、第2アーム13と、第3アーム14と、第4アーム15と、第5アーム17と、第6アーム18とが基端側から先端側に向ってこの順に連結された単腕の6軸垂直多関節ロボットである。以下では、第1アーム12、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、第5アーム17、第6アーム18、リスト16をそれぞれ「アーム」とも言う。また、第1駆動源401、第2駆動源402、第3駆動源403、第4駆動源404、第5駆動源405および第6駆動源406をそれぞれ「駆動源」とも言う。なお、第1アーム12、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、第5アーム17および第6アーム18の各アームの長さは、それぞれ、特に限定されず、適宜設定可能である。
基台11と第1アーム12とは、関節(ジョイント)171を介して連結されている。そして、第1アーム12は、基台11に対し、鉛直方向と平行な第1回動軸O1を回動中心とし、その第1回動軸O1周りに回動可能となっている。第1回動軸O1は、基台11の設置面である床101の上面の法線と一致している。また、第1回動軸O1は、ロボット1の最も上流側にある回動軸である。この第1アーム12は、モーター(第1モーター)401Mおよび減速機(図示せず)を有する第1駆動源401の駆動により回動する。また、モーター401Mは、モータードライバー301を介して制御装置20により制御される。なお、前記減速機が省略されていてもよい。
第1アーム12と第2アーム13とは、関節(ジョイント)172を介して連結されている。そして、第2アーム13は、第1アーム12に対し、水平方向と平行な第2回動軸O2を回動中心として回動可能となっている。第2回動軸O2は、第1回動軸O1に直交する軸と平行である。この第2アーム13は、モーター(第2モーター)402Mおよび減速機(図示せず)を有する第2駆動源402の駆動により回動する。また、モーター402Mは、モータードライバー302を介して制御装置20により制御される。なお、前記減速機が省略されていてもよい。また、第2回動軸O2は、第1回動軸O1と直交していてもよい。
第2アーム13と第3アーム14とは、関節(ジョイント)173を介して連結されている。そして、第3アーム14は、第2アーム13に対して水平方向と平行な第3回動軸O3を回動中心とし、その第3回動軸O3周りに回動可能となっている。第3回動軸O3は、第2回動軸O2と平行である。この第3アーム14は、モーター(第3モーター)403Mおよび減速機(図示せず)を有する第3駆動源403の駆動により回動する。また、モーター403Mは、モータードライバー303を介して制御装置20により制御される。なお、前記減速機が省略されていてもよい。
第3アーム14と第4アーム15とは、関節(ジョイント)174を介して連結されている。そして、第4アーム15は、第3アーム14に対し、第3アーム14の中心軸方向と平行な第4回動軸O4を回動中心とし、その第4回動軸O4周りに回動可能となっている。第4回動軸O4は、第3回動軸O3と直交している。この第4アーム15は、モーター(第4モーター)404Mおよび減速機(図示せず)を有する第4駆動源404の駆動により回動する。また、モーター404Mは、モータードライバー304を介して制御装置20により制御される。なお、前記減速機が省略されていてもよい。また、第4回動軸O4は、第3回動軸O3に直交する軸と平行であってもよい。
第4アーム15とリスト16の第5アーム17とは、関節(ジョイント)175を介して連結されている。そして、第5アーム17は、第4アーム15に対して第5回動軸O5を回動中心とし、その第5回動軸O5周りに回動可能となっている。第5回動軸O5は、第4回動軸O4と直交している。この第5アーム17は、モーター(第5モーター)405Mおよび減速機(図示せず)を有する第5駆動源405の駆動により回動する。また、モーター405Mは、モータードライバー305を介して制御装置20により制御される。なお、前記減速機が省略されていてもよい。また、第5回動軸O5は、第4回動軸O4に直交する軸と平行であってもよい。
リスト16の第5アーム17と第6アーム18とは、関節(ジョイント)176を介して連結されている。そして、第6アーム18は、第5アーム17に対して第6回動軸O6を回動中心とし、その第6回動軸O6周りに回動可能となっている。第6回動軸O6は、第5回動軸O5と直交している。この第6アーム18は、モーター(第6モーター)406Mおよび減速機(図示せず)を有する第6駆動源406の駆動により回動する。また、モーター406Mは、モータードライバー306を介して制御装置20により制御される。なお、前記減速機が省略されていてもよい。また、第6回動軸O6は、第5回動軸O5に直交する軸と平行であってもよい。
第1駆動源401〜第6駆動源406には、それぞれのモーターまたは減速機に、第1角度センサー411、第2角度センサー412、第3角度センサー413、第4角度センサー414、第5角度センサー415、第6角度センサー416が設けられている。以下では、第1角度センサー411、第2角度センサー412、第3角度センサー413、第4角度センサー414、第5角度センサー415、第6角度センサー416をそれぞれ「角度センサー」とも言う。これらの角度センサーとしては、特に限定されず、例えば、ロータリーエンコーダー等のエンコーダー等を用いることができる。そして、これらの第1角度センサー411〜第6角度センサー416により、第1駆動源401〜第6駆動源406のモーターまたは減速機の回転軸(回動軸)の回転(回動)角度を検出することができる。
また、第1駆動源401〜第6駆動源406のモーターとしては、それぞれ、特に限定されないが、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を用いるのが好ましい。
ロボット1は、制御装置20と電気的に接続されている。すなわち、第1駆動源401〜第6駆動源406、第1角度センサー411〜第6角度センサー416は、それぞれ、制御装置20と電気的に接続されている。
そして、制御装置20は、第1アーム12〜第4アーム15、リスト16をそれぞれ独立して作動させることができる、すなわち、モータードライバー301〜モータードライバー306を介して、第1駆動源401〜第6駆動源406をそれぞれ独立して制御することができる。この場合、制御装置20は、第1角度センサー411〜第6角度センサー416、力検出部7により検出を行ない、その検出結果(検出情報)に基づいて、第1駆動源401〜第6駆動源406の駆動、例えば、角速度や回転角度等をそれぞれ制御する。この制御プログラムは、制御装置20の記憶部208に予め記憶されている。
本実施形態では、基台11は、ロボット1の鉛直方向の最も下方に位置し、設置スペースの床101等に固定(設置)される部分である。この固定方法としては、特に限定されず、例えば、本実施形態では、複数本のボルト111による固定方法を用いている。また、基台11が固定されている部分の床101は、水平面と平行な平面(面)であるが、これに限定されるものではない。
基台11には、例えば、モーター401Mやモータードライバー301〜モータードライバー306等が収納されている。なお、モータードライバー301〜モータードライバー306は、制御装置20に設けられていてもよい。
第1アーム12〜第4アーム15は、それぞれ、中空のアーム本体2と、アーム本体2内に収納され、モーターを備える駆動機構3と、アーム本体2内を封止する封止手段4とを有している。なお、図面では、第1アーム12が有するアーム本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「2a」、「3a」、「4a」とも表記し、第2アーム13が有するアーム本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「2b」、「3b」、「4b」とも表記し、第3アーム14が有するアーム本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「2c」、「3c」、「4c」とも表記し、第4アーム15が有するアーム本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「2d」、「3d」、「4d」とも表記する。
次に、ロボットシステム100における制御の基本について説明する。
制御装置20は、作業において、第1角度センサー411〜第6角度センサー416、力検出部7の出力、すなわち、第1角度センサー411〜第6角度センサー416の検出結果(検出された角度)、力検出部7の検出結果(検出された力)等に基づいて、ロボット1の駆動(動作)を位置制御、力制御等で制御する。
位置制御とは、ロボット1のエンドエフェクター19の位置や姿勢に関する情報に基づいて、エンドエフェクター19を目標の位置に目標の姿勢になるように移動させるロボット1の動作の制御である。前記エンドエフェクター19に代えて、ロボットアーム10の先端部やエンドエフェクター19が把持したケーブル91等でもよい。また、エンドエフェクター19の位置や姿勢に関する情報は、第1角度センサー411〜第6角度センサー416の検出結果等に基づいて求めることが可能である。
また、力制御とは、力検出部7の検出結果に基づいて、エンドエフェクター19の位置や姿勢を変更したり、また、エンドエフェクター19を押したり、引っ張ったり、回転させる等のロボット1の動作の制御である。力制御には、例えば、インピーダンス制御と、フォーストリガー制御とが含まれている。
フォーストリガー制御では、力検出部7により検出を行ない、その力検出部7により所定の力を検出するまでロボットアーム10を移動(姿勢の変更も含む)、すなわち、動作させる。
インピーダンス制御は、倣い制御を含む。まず、簡単に説明すると、インピーダンス制御では、ロボットアーム10の先端部に加わる力を可能な限り所定の力に維持、すなわち、力検出部7により検出される所定方向の力を可能な限り目標値(0も含む)に維持するようにロボットアーム10(ロボット1)の動作を制御する。これにより、例えば、ロボットアーム10に対してインピーダンス制御を行うと、ロボットアーム10は、エンドエフェクター19で把持したケーブル91が他の対象物95に対し、前記所定方向について倣う動作を行う。
また、より詳しく説明すると、ロボット1のインピーダンス制御のモデルは、例えば、下記(A)式に示す運動方程式で表すことができる。
f(t)=mx’’+cx’+kx ・・・(A)
前記(A)式において、mは、質量(慣性)、cは、粘性係数、kは、弾性(剛性)係数、f(t)は、力、xは、目標位置からの変位(位置)である。また、xの1次微分、すなわち、x’は、速度に対応し、xの2次微分、すなわち、x’’は、加速度に対応する。なお、以下では、m、cおよびkをそれぞれ単に、「パラメーター」とも言う。
インピーダンス制御では、前記(A)式の特性をロボットアーム10の先端部に持たせるための制御系を構成する。すなわち、前記(A)式で表される仮想質量、仮想粘性係数、仮想弾性係数を、あたかもロボットアーム10の先端部が持っているかのように制御を行う。
また、前記(A)式におけるパラメーターm、cおよびkは、それぞれ、特に限定されず、諸条件に基づいて適宜設定される。すなわち、パラメーターm、cおよびkは、それぞれ、ロボット1が行う作業に応じて都合のよい値に設定される。
図4に示すように、エンドエフェクター19は、支持基板191と、支持基板191に支持された第1吸着ユニット192と、支持基板191の第1吸着ユニットと異なる位置に支持された第2吸着ユニット193とを備えている。
支持基板191は、板状をなす部材で構成されている。支持基板191は、図4中の左側の端部が力検出部7に片持支持されており、自由端側(図4中の右側)に第1吸着ユニット192が支持され、固定端側(図4中の左側)に第2吸着ユニット193が支持されている。また、支持基板191には、継手194が接続されている。
第1吸着ユニット192は、ケーブル91を吸着により保持する(把持する)ユニットである。この第1吸着ユニット192は、長尺な板状をなす基部71と、基部71の側面に接続された継手72と、基部71の下面に接続された継手73と、基部71の側面に接続された継手74と、継手72に接続された吸着パッド75と、継手73に接続された吸着パッド76とを有している。
基部71は、図4中の左右方向に沿って配置されており、支持基板191の下面に、例えばボルトを介して、固定されている。
継手72と継手73とは、基部71の長手方向、すなわち、図4中の左右方向に沿って離間して配置されている。継手72には、吸着パッド75が下方に臨んで接続され、継手73には、吸着パッド76が下方に臨んで接続されている。
また、継手72と継手73とは、基部71の内部に形成された中空部(流路)711を介して、継手74と連通している。継手74は、例えば図示しないエジェクター(以下「第1エジェクター」と言う)と接続されている。そして、第1エジェクターの作動により、吸着パッド75および吸着パッド76に、ケーブル91を吸着する吸引力を生じさせることができる。また、第1エジェクターでの真空破壊により、吸引力が消失して、ケーブル91に対する吸着を解除することができる。
第2吸着ユニット193は、第1吸着ユニット192に保持されて、所定箇所に搬送された後のケーブル91を、吸着により保持する(把持する)ユニットである。第2吸着ユニット193は、板状をなす基部81と、基部81の下部に支持された吸着ブロック82と、吸着ブロック82に接続された継手83と、吸着ブロック82の継手83と異なる位置に接続された継手84と、吸着ブロック82の下面を覆うように設置された支持板85と、吸着ブロック82の図4中の右側面に固定された第1係合部材86と、吸着ブロック82の図4中の左側面に固定された固定された第2係合部材87とを有している。
基部81は、支持基板191の下面に対して、第1吸着ユニット192の基部71と反対側に、例えばボルトを介して、固定されている。
基部81の下部には、吸着ブロック82が、例えばボルトを介して、固定されている。図8に示すように、吸着ブロック82は、その下面に複数の吸着孔821が開口して形成されている。これらの吸着孔821は、行列状に配置されており、図8に示す構成では、図中の左右方向に4行、図中の上下方向に5列配置されている。以下では、図8中の最も右側の列に属する5つの吸着孔821を「第1吸着孔群822」と言い、第1吸着孔群822から左方に向かって順に、「第2吸着孔群823」、「第3吸着孔群824」、「第4吸着孔群825」と言う。第1吸着孔群822の各吸着孔821と、第2吸着孔群823の各吸着孔821とは、吸着ブロック82の内部に形成された中空部(流路)827を介して、継手83と連通している。また、第3吸着孔群824の各吸着孔821と、第4吸着孔群825の各吸着孔821とは、吸着ブロック82の内部に形成された中空部(流路)828を介して、継手84と連通している。なお、各吸着孔821は、円形をなし、その直径は、例えば、1mm以上5mm以下であるのが好ましく、2mm以上4mm以下であるのがより好ましい。
また、継手83は、例えば図示しないエジェクター(以下「第2エジェクター」と言う)と接続されている。そして、第2エジェクターの作動により、第1吸着孔群822の各吸着孔821と、第2吸着孔群823の各吸着孔821とに、ケーブル91を吸着する吸引力を生じさせることができる。また、第2エジェクターでの真空破壊により、吸引力が消失して、ケーブル91に対する吸着を解除することができる。
継手83と同様に、継手84は、例えば図示しないエジェクター(以下「第3エジェクター」と言う)と接続されている。そして、第3エジェクターの作動により、第3吸着孔群824の各吸着孔821と、第4吸着孔群825の各吸着孔821とに、ケーブル91を吸着する吸引力を生じさせることができる。また、第3エジェクターでの真空破壊により、吸引力が消失して、ケーブル91に対する吸着を解除することができる。
このような構成の吸着ブロック82は、例えばケーブル91が比較的細い、すなわち、幅が小さい場合には、第1吸着孔群822と第2吸着孔群823とを用いて、このケーブル91を吸着し、その吸着状態を維持することができる。また、例えばケーブル91が比較的太い、すなわち、幅が大きい場合には、第1吸着孔群822〜第4吸着孔群825を用いて、このケーブル91を吸着し、その吸着状態を維持することができる。また、いずれの場合も、吸着状態のケーブル91が不本意に変形するのも防止することができる。
また、吸着ブロック82の下面の縁部には、ケーブル91が当接する当接部829が突出形成されている。そして、吸着状態のケーブル91が当接部829に当接することにより、ロボット1の作業時にケーブル91がズレてしまうのを防止することができる。
図6、図7に示すように、吸着ブロック82の下面には、弾性シート89が固定されている。なお、弾性シート89は、各吸着孔821に対応する部分が開口しており、各吸着孔821を塞ぐのを防止する構成となっている。この弾性シート89は、ポリウレタン等のような低摩擦材料で構成されており、吸着状態のケーブル91がロボット1の作業時にズレてしまう(滑る)のを当接部829とともに防止することができる。
なお、図6は、図5に示す状態から支持板85を省略した(分解、除去した)状態の図である。また、図7は、図6に示す状態からケーブル91を省略した(分解、除去した)状態の図である。
図5に示すように、支持板85は、間隙を介して弾性シート89に臨んで配置されており、弾性シート89との間にケーブル91が挿入された際に、吸着状態となったケーブル91を下方で支持するものである。これにより、吸着状態のケーブル91が吸着ブロック82(第2吸着ユニット193)から脱落するのを防止することができる。また、支持板85の図5中の左側の縁部には、ケーブル91の挿入方向(図5中の右方向)に対して傾斜した傾斜部851が形成されている。これにより、支持板85と弾性シート89との間にケーブル91を挿入する際、その挿入を容易に行うことができる。
図4に示すように、第1係合部材86は、図中の右側に向かって突出して設けられている。この第1係合部材86の機能、すなわち、使用態様については、後述する第4実施形態で説明する。
第2係合部材87は、図4中の左側に向かって突出して設けられている。また、第2係合部材87は、下方に突出した爪部871を有している。この第2係合部材87の機能、すなわち、使用態様については、後述する第4実施形態で説明する。
以上のような構成のエンドエフェクター19によって保持されるケーブル91としては、特に限定されず、例えば、電子部品、電子機器等、各種のものが挙げられ、本実施形態では、可撓性を有する長尺状のFPC(Flexible Printed Circuits:フレキシブルプリント基板)またはFFC(Flexible Flat Cable:フレキシブルフラットケーブル)である。以下、このケーブル91を「第1部品91A」と言う。
図10、図11に示すように、ケーブル91としての第1部品91Aは、帯状をなす配線部92と、配線部92の一端部(図中の左端部)に設けられた第1コネクター(第1雄型コネクター)93と、配線部92の他端部(図中の右端部)に設けられた第2コネクター(第2雄型コネクター)94とを有している。
配線部92は、内部に配置され、導電性を有する複数配線(図示せず)を有している。
第1コネクター93は、内部に配置され、配線部92の各配線と接続された端子(図示せず)を有している。この第1コネクター93は、板状をなし、第1部品91Aの幅方向の両側にそれぞれ凹部(欠損部)931が形成されている。また、第1コネクター93には、凹部931よりも配線部92側の部分に、凸部932が形成されている。凸部932は、第1部品91Aの幅方向の両側にそれぞれ形成されている。
第2コネクター94は、内部に配置され、配線部92の各配線と接続された端子(図示せず)を有している。この第2コネクター94は、板状をなし、第1部品91Aの幅方向の両側にそれぞれ凹部(欠損部)941が形成されている。また、第2コネクター94には、凹部941よりも配線部92側の部分に、凸部942が形成されている。凸部942は、第1部品91Aの幅方向の両側にそれぞれ形成されている。
また、図12〜図17に示すように、第1部品91Aに接続される対象物95としての第2部品95Aがある。第2部品95Aは、回路基板96と、回路基板96上に搭載された第1コネクター(第1雌型コネクター)97と、回路基板96上の第1コネクター97と異なる位置に搭載された第2コネクター(第2雌型コネクター)98とを有している。
回路基板96は、所定の回路パターン(図示せず)が設けられている基板である。
第1コネクター97は、いわゆる「ワンアクション式のコネクター」である。この第1コネクター97は、第1部品91Aの第1コネクター93が挿入される中空体で構成されている。そして、第1コネクター97は、第1コネクター93の挿入完了時に第1コネクター93の前記端子と接続される端子(図示せず)を有している。また、第1コネクター97は、第1コネクター93の挿入完了時に第1コネクター93の凹部931と係合する係合部971を有している。この係合部971の係合により、第1コネクター97から第1コネクター93が不本意に抜去される、すなわち、離脱するのを防止することができる。
第2コネクター98は、いわゆる「ワンアクション式のコネクター」である。この第2コネクター98は、第1部品91Aの第2コネクター94が挿入される中空体で構成されている。そして、第2コネクター98は、第2コネクター94の挿入完了時に第2コネクター94の前記端子と接続される端子(図示せず)を有している。また、第2コネクター98は、第2コネクター94の挿入完了時に第2コネクター94の凹部941と係合する係合部981を有している。この係合部981の係合により、第2コネクター98から第2コネクター94が不本意に抜去される、すなわち、離脱するのを防止することができる。
そして、ロボット1は、制御装置20の制御の下、第1部品91Aをエンドエフェクター19で保持して、第1部品91Aの第1コネクター93を第2部品95Aの第1コネクター97に接続し、第1部品91Aの第2コネクター94を第2部品95Aの第2コネクター98に接続する接続作業(図12〜図17参照)を行うことができる。次に、この接続作業について説明する。
図9に示すように、制御装置20の制御部201は、第1動作(ステップS101)と、第2動作(ステップS102)と、第3動作(ステップS103)と、第4動作(ステップS104)とを順に制御することができる。この制御プログラムは、記憶部208に予め記憶されている。そして、この制御プログラムに基づいて、接続作業が行なわれる。
なお、接続作業では、第2部品95Aは、例えば作業台102に予め載置されている。また、この載置状態にある第2部品95Aは、回路基板96がXY平面と平行に配置されている。また、第2部品95Aは、本実施形態では第1コネクター97がZ方向正側に臨んでおり、第2コネクター98がX方向負側に臨んだ構成となっているが、これに限定されない。
また、接続作業を行う際、第2部品95Aの第1コネクター97の位置および姿勢(Z方向正側に臨んでいること)と、第2コネクター98の位置および姿勢(X方向負側に臨んでいること)とは、記憶部208に予め記憶されている。
また、図12〜図17に示すように、第1部品91A(ケーブル91)上またはエンドエフェクター19上には、特定点P1が設定されている。特定点P1は、第3動作で、エンドエフェクター19が第1部品91Aの長手方向に沿った移動を開始する際の基準となる点である。特定点P1の位置および姿勢は、位置制御部203によって把握され、記憶部208に記憶される。特定点P1の位置とは、特定点P1のX軸、Y軸およびZ軸の各軸上の位置情報である。特定点P1の姿勢とは、例えば、特定点P1がX方向正側(または負側)、Y方向正側(または負側)、Z方向正側(または負側)のどの方向を向いているかについての情報である。
なお、特定点P1は、エンドエフェクター19上に設定されていてもよいが、第1部品91A(ケーブル91)の第1コネクター93の先端上に設定されるのが好ましい。これにより、例えばエンドエフェクター19の種類や構成によらず、特定点P1を安定して設定することができる。
[1] 第1動作
まず、図12に示すように、ロボット1は、エンドエフェクター19の第2吸着ユニット193(吸着ブロック82)によって、第1部品91Aの第1コネクター93側を保持する。そして、ロボット1は、この保持状態を維持したまま、第1部品91Aを搬送して、特定点P1(第1コネクター93)が第2部品95Aの第1コネクター97に臨んだ状態とする。
次いで、図13に示すように、ロボット1は、力検出部7が所定の力を検出するまで、エンドエフェクター19ごと第1コネクター93をZ方向負側に下降させる。これにより、第1コネクター93を、第2部品95Aの第1コネクター97に挿入する第1動作が完了する(成功する)。なお、特定点P1の移動距離は、第1部品91Aの第1コネクター93の凹部931が、第2部品95Aの第1コネクター97の係合部971に係合するまでの距離である。
ここで、第1動作が成功した場合の、力検出部7により検出された力の経時変化(一例)について、図18を参照しつつ説明する。
なお、力制御部202は、ロボット1に対し、第1コネクター97への挿入方向(Z方向負側)の目標力が第1の力である第1力制御と、第1コネクター97への挿入方向(Z方向負側)の目標力が第1の力よりも大きい第2の力である第2力制御とをこの順序で行う。第1の力としては、配線部92が曲がらない力であればよく、例えば、1N以上5N以下であるのが好ましく、2N以上4N以下であるのがより好ましい。第2の力としては、第1コネクター97に第1コネクター93が挿入可能であれば、特に限定されず、例えば、6N以上15N以下であるのが好ましく、9N以上11N以下であるのがより好ましい。
第1コネクター93の下降を開始して(時間t0)から、当該第1コネクター93の先端が第2部品95Aの第1コネクター97の係合部971に当接する(時間t2)までは、力検出部7によって検出された力は、零である。これは、第1コネクター93が第1コネクター97に円滑に挿入されており、力検出部7が、第1コネクター93を介して、第1コネクター97から受ける反力が零だからである。
なお、時間t0から時間t2に至る途中の時間t1で、第1力制御から第2力制御に力制御を切り換えるのが好ましい。すなわち、時間t0から時間t1までは、第1力制御を行い、時間t1以降は、第2力制御を行うのが好ましい。
そして、第1コネクター93の先端が第2部品95Aの第1コネクター97の係合部971を乗り越える(時間t3)までは、力検出部7によって検出された力は、増加していく。これは、力検出部7が、第1コネクター93を介して、第1コネクター97から受ける反力が増加するからである。
第1コネクター93の先端が第2部品95Aの第1コネクター97の係合部971を乗り越えた後には、第1コネクター93の凹部931が、第2部品95Aの第1コネクター97の係合部971に係合する。このとき、力検出部7によって検出された力は、一旦減少するが、その後、増加に転じる。
このように、第1動作が成功した場合には、力の経時変化は、図18のグラフに示すような変化をたどる。
これに対し、第1動作が失敗した場合には、力の経時変化は、図18のグラフからズレた変化として、力検出部7によって検出される。この場合、例えば、第1コネクター93を第1コネクター97から一旦退避させて、すなわち、Z方向正側に移動させて、第1コネクター93のX方向やY方向の位置の微調整を行ない、再度第1動作を実行することができる。
このように、制御装置20(ロボットシステム100)では、第1動作を行うときに、第2部品95Aの第1コネクター97への挿入方向(Z方向負側)に対する押付制御(力制御)を実行することができる(図9参照)。これにより、第1コネクター93が第1コネクター97への押込力により不本意に変形するのを防止しつつ、第1コネクター93を第1コネクター97に過不足なく挿入することができる。
また、制御装置20は、第1動作を行うときに、第2部品95Aの第1コネクター97への挿入方向と交差する方向(X方向およびY方向)に、第1部品91A(ケーブル91)の第1コネクター93に作用する力を零に近づける倣い制御(制御)を実行することができる(図9参照)。前述したように、インピーダンス制御は、倣い制御を含んでいる。この倣い制御により、第1コネクター93は、第1コネクター97への挿入中に、第1コネクター97の内側の形状に倣って、X方向やY方向に移動することができる。これにより、第1コネクター93が不本意に変形するのを防止しつつ、第1コネクター93の第1コネクター97への挿入を円滑かつ迅速に行うことができる。
[2] 第2動作
制御部201は、第1動作の後、第1部品91Aの第1コネクター93の挿入完了時(第1動作完了時)における、すなわち、図13に示す状態での、特定点P1の位置および姿勢を記憶部208に記憶する。これにより、第2動作が実行される。
[3] 第3動作
制御部201は、第2動作の後、図14に示すように、第1部品91Aをエンドエフェクター19で保持しつつ、当該エンドエフェクター19を上方、すなわち、矢印α方向に向かって移動させる。なお、第1部品91Aの配線部92が撓む方向にエンドエフェクター19を移動させてもよい。そして、図15に示すように、その移動先で、制御部201は、エンドエフェクター19を停止させて、当該エンドエフェクター19に第2コネクター94側を保持させる。このとき、特定点P1(第1コネクター93)が第2部品95Aの第2コネクター98に臨んだ状態となり、第3動作が完了する。
なお、エンドエフェクター19を矢印α方向に向かって移動させる際の、第1部品91Aに対するエンドエフェクター19の保持力は、支持板85によって維持されている。
また、エンドエフェクター19を矢印α方向に向かって移動させる際の、エンドエフェクター19の移動量(移動距離)は、記憶部208に予め記憶されている。この移動量としては、第2コネクター94を第2コネクター98に挿入可能な位置であれば、特に限定されず、例えば、第1部品91Aの全長の70%以上100%以下であるのが好ましく、80%以上90%以下であるのがより好ましい。
また、エンドエフェクター19は、矢印α方向に向かって移動するが、その矢印α方向とは、特定点P1の位置を基準として、そこから特定点P1が向いている方向と反対方向となる。
そして、この第2コネクター94への移動量と、特定点P1の位置および姿勢とに基づいて、エンドエフェクター19を第2コネクター94に向かって正確に移動させることができる。
[4] 第4動作
制御部201は、第3動作の後、図16に示すように、エンドエフェクター19で第1部品91Aの第2コネクター94側を保持したまま、エンドエフェクター19ごと第2コネクター94をX方向正側に移動させる。これにより、第2コネクター94を、第2部品95Aの第2コネクター98に挿入する第4動作が完了する(成功する)。また、第4動作完了時には、第1部品91Aの第2コネクター94の凹部941が、第2部品95Aの第2コネクター98の係合部981に係合することができる。
次いで、図17に示すように、第1部品91Aに対するエンドエフェクター19の保持力を解除して、当該エンドエフェクター19ごとロボット1を第1部品91Aから離間させる。
ここで、第4動作が成功した場合の、力検出部7により検出された力の経時変化は、前述した第1動作が成功した場合の、力検出部7により検出された力の経時変化と同様となる。
従って、第4動作が失敗した場合には、第1動作が失敗した場合と同様に、例えば、第2コネクター94を第2コネクター98から一旦退避させて、すなわち、X方向負側に移動させて、第2コネクター94のY方向やZ方向の位置の微調整を行ない、再度第4動作を実行することができる。
そして、制御装置20は、第4動作を行うときにも、第1動作のときと同様に、第2部品95Aの第2コネクター98への挿入方向(X方向正側)に対する押付制御(力制御)を実行することができる(図9参照)。これにより、第2コネクター94が第2コネクター98への押込力により不本意に変形するのを防止しつつ、第2コネクター94を第2コネクター98に過不足なく挿入することができる。
また、制御装置20は、第4動作を行うときにも、第1動作のときと同様に、第2部品95Aの第2コネクター98への挿入方向と交差する方向(Y方向およびZ方向)に、第1部品91A(ケーブル91)の第2コネクター94に作用する力を零に近づける倣い制御(制御)を実行することができる(図9参照)。この倣い制御により、第2コネクター94は、第2コネクター98への挿入中に、第2コネクター98の内側の形状に倣って、Y方向やZ方向に移動することができる。これにより、第2コネクター94が不本意に変形するのを防止しつつ、第2コネクター94の第2コネクター98への挿入を円滑かつ迅速に行うことができる。
以上のような制御により、1種(1つ)のエンドエフェクター19で、すなわち、複数種のエンドエフェクター19を交換せずとも、第1部品91Aの第1コネクター93を第2部品95Aの第1コネクター97に接続し、その後さらに、第1部品91Aの第2コネクター94を第2部品95Aの第2コネクター98に接続するまでの接続作業を、第1部品91Aからエンドエフェクター19を離さずに連続して行うことができる。これにより、接続作業を効率よく、迅速に行うことができる。
また、第3動作でエンドエフェクター19を矢印α方向に向かって移動させる際、第1部品91Aに対するエンドエフェクター19の向きを変えずに、そのまま移動させることができる。これにより、エンドエフェクター19の方向を問わずに、当該エンドエフェクター19を用いて接続作業を行うことができる。
<第2実施形態>
図19は、本発明のロボットシステムの第2実施形態におけるロボット制御装置の制御動作を示すフローチャートである。
以下、この図を参照して本発明のロボット制御装置、ロボットおよびロボットシステムの第2実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、接続作業を行う際の制御装置による制御が異なること以外は前記第1実施形態と同様である。
図19に示すように、本実施形態では、第1動作(ステップS101)および第4動作(ステップS104)の各動作(押付制御)を行うときに、トルク制御を実行することができる。トルク制御は、倣い制御に含まれる制御である。
第1動作中のトルク制御は、第1部品91Aの第1コネクター93を、第2部品95Aの第1コネクター97に挿入する際に、第1コネクター93が第1コネクター97に対して傾斜して、この第1コネクター97に衝突した場合に、第1コネクター93に作用するトルクを零に近づける制御である。このトルクは、第1部品91Aの厚さ方向と平行な軸回りのトルクである。そして、このトルク制御と、第1動作中の倣い制御とが相まって、第1コネクター93の第1コネクター97への挿入をより円滑かつ迅速に行うことができる。
第4動作中のトルク制御は、第1部品91Aの第2コネクター94を、第2部品95Aの第2コネクター98に挿入する際に、第2コネクター94が第2コネクター98に対して傾斜して、この第2コネクター98に衝突した場合に、第2コネクター94に作用するトルクを零に近づける制御である。このトルクは、第1部品91Aの厚さ方向と平行な軸回りのトルクである。そして、このトルク制御と、第4動作中の倣い制御とが相まって、第2コネクター94の第2コネクター98への挿入をより円滑かつ迅速に行うことができる。
なお、第1動作および第4動作は、それぞれ、本実施形態では双方の動作中にトルク制御を行なっているが、これに限定されず、例えば、一方の動作でのトルク制御を省略してもよい。
<第3実施形態>
図20は、本発明のロボットシステムの第3実施形態におけるロボット制御装置の制御動作を示すフローチャートである。
以下、この図を参照して本発明のロボット制御装置、ロボットおよびロボットシステムの第3実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、接続作業を行う際の制御装置による制御が異なること以外は前記第1実施形態と同様である。
図20に示すように、本実施形態では、制御装置20の制御部201は、第1動作(ステップS201)と、第2動作(ステップS202)と、第1検査(ステップS203)と、第3動作(ステップS204)と、第4動作(ステップS205)と、第2検査(ステップS206)とを順に制御することができる。なお、ステップS201は、前記第1実施形態でのステップS101と同様である。ステップS202は、前記第1実施形態でのステップS102と同様である。ステップS204は、前記第1実施形態でのステップS103と同様である。ステップS205は、前記第1実施形態でのステップS104と同様である。
第1検査は、第1部品91Aの第1コネクター93が、第2部品95Aの第1コネクター97に正確に挿入されているか否かを判断する(確認する)検査である。この第1検査は、エンドエフェクター19で第1コネクター93を、第1コネクター97に対する挿入方向と反対方向に引張ることにより行なわれる。そして、このとき、第1コネクター93が所定距離移動した場合には、第1コネクター93の挿入が不正確と判断される。また、これと反対に、第1コネクター93が所定距離移動しない場合には、第1コネクター93の挿入が正確と判断される。なお、第1検査での前記所定距離は、第1閾値として記憶部208に記憶されている。第1閾値は、第1コネクター93に挿入された後、第1コネクター93の移動が許容される範囲であれば、特に限定されないが、例えば、0.5mm以上5mm以下であるのが好ましく、1mm以上2mm以下であるのがより好ましい。
第2検査は、第1部品91Aの第2コネクター94が、第2部品95Aの第2コネクター98に正確に挿入されているか否かを判断する(確認する)検査である。この第2検査は、エンドエフェクター19で第2コネクター94を、第2コネクター98に対する挿入方向と反対方向に引張ることにより行なわれる。そして、このとき、第2コネクター94が所定距離移動した場合には、第2コネクター94の挿入が不正確と判断される。また、これと反対に、第2コネクター94が所定距離移動しない場合には、第2コネクター94の挿入が正確と判断される。なお、第2検査での前記所定距離は、第2閾値として記憶部208に記憶されている。第2閾値は、第2コネクター94に挿入された後第2コネクター94の移動が許容される範囲であれば、特に限定されないが、例えば、0.5mm以上5mm以下であるのが好ましく、1mm以上2mm以下であるのがより好ましい。
なお、第1検査および第2検査は、それぞれ、本実施形態では第1部品91Aを引張ることにより行なわれているが、これに限定されず、例えば、カメラ等のような撮像機器で第1部品91Aを撮像することにより行なわれてもよい。
また、第1検査を行うタイミングは、本実施形態では第2動作と第3動作との間なっているが、これに限定されず、例えば、第4動作の次であってもよい。
また、第2検査を行うタイミングは、本実施形態では第4動作の次となっているが、これに限定されず、例えば、第1検査が第4動作の次に行なわれている場合、この第1検査の次であってもよい。
<第4実施形態>
図21は、本発明のロボットシステムの第4実施形態における作業を順に説明するための部分垂直断面図である。図22は、本発明のロボットシステムの第4実施形態における作業を順に説明するための部分垂直断面図である。図23は、本発明のロボットシステムの第4実施形態における作業を順に説明するための部分垂直断面図である。図24は、本発明のロボットシステムの第4実施形態における作業を順に説明するための部分垂直断面図である。図25は、本発明のロボットシステムの第4実施形態における作業を順に説明するための部分垂直断面図である。図26は、図25中のC−C線断面図である。
以下、これらの図を参照して本発明のロボット制御装置、ロボットおよびロボットシステムの第4実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、第1部材および第2部材の構成(形状)が異なること以外は前記第1実施形態と同様である。
本実施形態では、ロボット1のエンドエフェクター19に保持されるケーブル91として、第1部品91Bが挙げられている。また、第1部品91Bに接続される対象物95として、第2部品95Bが挙げられている。
図26に示すように、第1部品91Bでは、配線部92の一端部(図中の左端部)に設けられた第1コネクター(第1雄型コネクター)93は、第1部品91Bの幅方向の両側にそれぞれ凸部933が形成されている。なお、図示は省略するが、第1部品91Bは、第1コネクター93と反対側に、本実施形態での第1コネクター93と同様の構成(形状)の第2コネクターを有している。
図21〜図25に示すように、第2部品95Bでは、回路基板96上に搭載された第1コネクター(第1雌型コネクター)97は、いわゆる「ツーアクション式のコネクター」である。この第1コネクター97は、Y方向と平行な軸回りに回転することにより開閉可能な蓋部972を有している。また、第1コネクター97は、第1コネクター93の挿入完了時に第1コネクター93の凸部933と係合する係合部973を有している。この係合部973の係合により、第1コネクター97から第1コネクター93が不本意に抜去される、すなわち、離脱するのを防止することができる(図26参照)。なお、図示は省略するが、第2部品95Bは、第1コネクター97と反対側に、本実施形態での第1コネクター97と同様の構成(形状)の第2コネクターを有している。
このような構成の第1部品91Bと第2部品95Bとは、次のようにして接続される。なお、第1部品91Bの第1コネクター93と第2部品95Bの第1コネクター97との接続過程(第1動作)は、第1部品91Bの第2コネクターと第2部品95Bの第2コネクターとの接続過程(第4動作)と同じであるため、以下、前者の接続過程について、代表的に説明する。
まず、図21に示すように、ロボット1は、エンドエフェクター19の第1係合部材86を、第2部品95Bの第1コネクター97の蓋部972に係合させる。そして、図22に示すように、エンドエフェクター19により、蓋部972をそのまま持ち上げる。これにより、蓋部972は、開状態となる。
次いで、図23に示すように、ロボット1は、エンドエフェクター19の第2吸着ユニット193(吸着ブロック82)によって、第1部品91Bの第1コネクター93側を保持する。そして、エンドエフェクター19ごと第1コネクター93を、XY平面に対して所定角度傾斜させつつ、Z方向負側かつX方向負側に移動させる。なお、このときの傾斜角度は、特に限定されないが、例えば、5度以上30度以下であるのが好ましく、15度以上20度以下であるのがより好ましい。
次いで、第1コネクター93が第1コネクター97に当接したら、図24に示すように、第1コネクター93の姿勢をXY平面と平行にしていく。
次いで、エンドエフェクター19の第2係合部材87の爪部871を、開状態にある第1コネクター97の蓋部972に係合させる。そして、図25に示すように、エンドエフェクター19により、蓋部972をそのままX方向正側に押圧する。これにより、蓋部972が閉状態となり、第1コネクター93を第1コネクター97に挿入する第1動作が完了する(成功する)。
そして、第1動作後は、前記第1実施形態で述べたように第2動作以降の動作を順次行なっていく。
図27は、第1実施形態〜第4実施形態についてハードウェア(プロセッサー)を中心として説明するためのブロック図である。
図27には、ロボット1とコントローラー61とコンピューター62が接続されたロボットシステム100Aの全体構成が示されている。ロボット1の制御は、コントローラー61にあるプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出して実行されてもよいし、コンピューター62に存在するプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出してコントローラー61を介して実行されてもよい。
従って、コントローラー61とコンピューター62とのいずれか一方または両方を「ロボット制御装置(制御装置)」として捉えることができる。
<変形例1>
図28は、本発明のロボットシステムの他の例1(変形例1)を示すブロック図である。
図28には、ロボット1に直接コンピューター63が接続されたロボットシステム100Bの全体構成が示されている。ロボット1の制御は、コンピューター63に存在するプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出して直接実行される。
従って、コンピューター63を「ロボット制御装置(制御装置)」として捉えることができる。
<変形例2>
図29は、本発明のロボットシステムの他の例2(変形例2)を示すブロック図である。
図29には、コントローラー61が内蔵されたロボット1とコンピューター66が接続され、コンピューター66がLAN等のネットワーク65を介してクラウド64に接続されているロボットシステム100Cの全体構成が示されている。ロボット1の制御は、コンピューター66に存在するプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出して実行されてもよいし、クラウド64上に存在するプロセッサーによりコンピューター66を介してメモリーにある指令を読み出して実行されてもよい。
従って、コントローラー61とコンピューター66とクラウド64とのいずれか1つ、または、いずれか2つ、または、3つ(全体)を「ロボット制御装置(制御装置)」として捉えることができる。
以上、本発明のロボット制御装置、ロボットおよびロボットシステムを図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ロボット制御装置、ロボットおよびロボットシステムを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明のロボット制御装置、ロボットおよびロボットシステムは、前記各実施形態のうちの、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。
また、前記実施形態では、記憶部は、制御装置の構成要素であるが、本発明では、記憶部は、制御装置の構成要素ではなく、制御装置とは別に設けられていてもよい。
また、前記実施形態では、ロボットの基台の固定箇所は、例えば、設置スペースにおける床であるが、本発明では、これに限定されず、この他、例えば、天井、壁、作業台、地上等が挙げられる。また、基台自体が移動可能であってもよい。
また、本発明では、ロボットは、セル内に設置されていてもよい。この場合、ロボットの基台の固定箇所としては、例えば、セルの床部、天井部、壁部、作業台等が挙げられる。
また、前記実施形態では、ロボット(基台)が固定される平面(面)である第1面は、水平面と平行な平面(面)であるが、本発明では、これに限定されず、例えば、水平面や鉛直面に対して傾斜した平面(面)でもよく、また、鉛直面と平行な平面(面)であってもよい。すなわち、第1回動軸は、鉛直方向や水平方向に対して傾斜していてもよく、また、水平方向と平行であってもよく、鉛直方向と平行であってもよい。
また、前記実施形態では、ロボットアームの回動軸の数は、6つであるが、本発明では、これに限定されず、ロボットアームの回動軸の数は、例えば、2つ、3つ、4つ、5つまたは7つ以上でもよい。すなわち、前記実施形態では、アーム(リンク)の数は、6つであるが、本発明では、これに限定されず、アームの数は、例えば、2つ、3つ、4つ、5つ、または、7つ以上でもよい。この場合、例えば、前記実施形態のロボットにおいて、第2アームと第3アームとの間にアームを追加することにより、アームの数が7つのロボットを実現することができる。
また、前記実施形態では、ロボットアームの数は、1つであるが、本発明では、これに限定されず、ロボットアームの数は、例えば、2つ以上でもよい。すなわち、ロボット(ロボット本体)は、例えば、双腕ロボット等の複数腕ロボットであってもよい。
また、本発明では、ロボットは、他の形式のロボットであってもよい。具体例としては、例えば、脚部を有する脚式歩行(走行)ロボット、スカラーロボット等の水平多関節ロボット等が挙げられる。
また、プロセッサーは、1つの装置で構成されていてもよく、また、複数の装置で構成されていてもよい、すなわち、複数の単位プロセッサーに分かれていてもよい。
具体的には、プロセッサーは、例えば、力検出部により検出された力に基づいてロボットを力制御で制御することが可能な第1プロセッサーと、ロボットがケーブルを保持し、そのケーブルを被対象物に嵌合させる嵌合作業の結果の良否を判定することが可能な第2プロセッサーとで構成されていてもよい。また、プロセッサーは、さらに、第3のプロセッサーを有していてもよい。
1…ロボット、2…アーム本体、3…駆動機構、4…封止手段、5…表示装置、7…力検出部、9…入力装置、10…ロボットアーム、11…基台、12…第1アーム、13…第2アーム、14…第3アーム、15…第4アーム、16…リスト、17…第5アーム、18…第6アーム、19…エンドエフェクター、191…支持基板、192…第1吸着ユニット、193…第2吸着ユニット、194…継手、20…ロボット制御装置(制御装置)、201…制御部、202…力制御部、203…位置制御部、206…判定部、207…受付部、208…記憶部、209…表示制御部、30…可動部、61…コントローラー、62…コンピューター、63…コンピューター、64…クラウド、65…ネットワーク、66…コンピューター、71…基部、711…中空部(流路)、72…継手、73…継手、74…継手、75…吸着パッド、76…吸着パッド、81…基部、82…吸着ブロック、821…吸着孔、822…第1吸着孔群、823…第2吸着孔群、824…第3吸着孔群、825…第4吸着孔群、827…中空部(流路)、828…中空部(流路)、829…当接部、83…継手、84…継手、85…支持板、851…傾斜部、86…第1係合部材、87…第2係合部材、871…爪部、89…弾性シート、91…ケーブル、91A…第1部品、91B…第1部品、92…配線部、93…第1コネクター(第1雄型コネクター)、931…凹部(欠損部)、932…凸部、933…凸部、94…第2コネクター(第2雄型コネクター)、941…凹部(欠損部)、942…凸部、95…対象物、95A…第2部品、95B…第2部品、96…回路基板、97…第1コネクター(第1雌型コネクター)、971…係合部、972…蓋部、973…係合部、98…第2コネクター(第2雌型コネクター)、981…係合部、100…ロボットシステム、100A…ロボットシステム、100B…ロボットシステム、100C…ロボットシステム、101…床、102…作業台、111…ボルト、171…関節、172…関節、173…関節、174…関節、175…関節、176…関節、301…モータードライバー、302…モータードライバー、303…モータードライバー、304…モータードライバー、305…モータードライバー、306…モータードライバー、401…第1駆動源、401M…モーター、402…第2駆動源、402M…モーター、403…第3駆動源、403M…モーター、404…第4駆動源、404M…モーター、405…第5駆動源、405M…モーター、406…第6駆動源、406M…モーター、411…第1角度センサー、412…第2角度センサー、413…第3角度センサー、414…第4角度センサー、415…第5角度センサー、416…第6角度センサー、O1…第1回動軸、O2…第2回動軸、O3…第3回動軸、O4…第4回動軸、O5…第5回動軸、O6…第6回動軸、P1…特定点、S101〜S104…ステップ、S201〜S206…ステップ、t0…時間、t1…時間、t2…時間、t3…時間、α…矢印

Claims (8)

  1. エンドエフェクターが装着されるロボットアームを有し、可撓性を有するケーブルを前記エンドエフェクターで保持して、前記ケーブルの一端部を第1コネクターに接続し、前記ケーブルの他端部を第2コネクターに挿入するロボットを制御するロボット制御装置であって、
    前記エンドエフェクターで前記ケーブルの一端部側を保持して、前記ケーブルの一端部を前記第1コネクターに挿入する第1動作と、
    前記第1コネクターに対する前記ケーブルの一端部の挿入完了時における、前記ケーブル上または前記エンドエフェクター上の特定点の位置および姿勢を記憶する第2動作と、
    前記ケーブルを前記エンドエフェクターで案内しつつ、予め記憶されている前記ケーブルの他端部への移動量と、前記位置および前記姿勢とに基づいて、前記エンドエフェクターを前記ケーブルに沿って前記ケーブルの他端部側に向かって移動させて、前記エンドエフェクターで前記ケーブルの他端部側を保持する第3動作と、
    前記エンドエフェクターで前記ケーブルの他端部側を保持したまま、前記ケーブルの他端部を前記第2コネクターに挿入する第4動作と、
    を前記ロボットに実行させることを特徴とするロボット制御装置。
  2. 前記第1動作を行うときに、前記第1コネクターへの挿入方向に対する力制御を実行する請求項1に記載のロボット制御装置。
  3. 前記第4動作を行うときに、前記第2コネクターへの挿入方向に対する力制御を実行する請求項1または2に記載のロボット制御装置。
  4. 前記第1動作を行うときに、前記第1コネクターへの挿入方向と交差する方向に前記ケーブルに作用する力を零に近づける制御を実行する請求項1ないし3のいずれか1項に記載のロボット制御装置。
  5. 前記第4動作を行うときに、前記第2コネクターへの挿入方向と交差する方向に前記ケーブルに作用する力を零に近づける制御を実行する請求項1ないし4のいずれか1項に記載のロボット制御装置。
  6. 前記特定点は、前記ケーブル上に設定される請求項1ないし5のいずれか1項に記載のロボット制御装置。
  7. ロボットアームを有し、
    請求項1ないし6のいずれか1項に記載のロボット制御装置により制御されることを特徴とするロボット。
  8. ロボットアームを有するロボットと、
    前記ロボットを制御する請求項1ないし6のいずれか1項に記載のロボット制御装置と、を備えることを特徴とするロボットシステム。
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