JP5983763B2 - ロボットシステム - Google Patents

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Description

開示の実施形態は、ロボットシステムに関する。
従来、加工品の製造ラインなどにおいて人によってなされていた被加工品(以下、「ワーク」と記載する)に対する所定の加工作業をロボットに行わせることで、製造ラインの効率化を図るロボットシステムが種々提案されている。
そして、ロボットシステムにおいては、ロボットに対する教示作業(以下、「ティーチング」と記載する)を実施する必要がある。しかし、このティーチングは、専任のオペレータが行なっても長い時間を要する作業であり、人的にも時間的にも効率化の要請が強い。
そこで、かかるティーチングを効率化させるための様々な手法が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。なお、特許文献1に開示の教示装置は、作業面上のワークの平面像を取り込んで表示し、表示された平面像上の任意の箇所を指定入力し、指定された箇所の座標を作業具の作業軌跡を示すデータとして取り込み、かかるデータをロボットの教示データに変換して記憶するものである。
特開平07−308878号公報
しかしながら、従来のロボットシステムには、効率的かつ高精度なティーチングと、ロボットの加工作業の確実性とを両立させるうえで更なる改善の余地がある。
たとえば、ロボットが取り扱うワークの態様は多種多様である。そして、ロボットには、かかるワークの態様の多様性にも関わらず、つねに正確に動作して確実に所定の加工作業を行うことが求められる。
このため、まず実際のティーチングは、ワークの態様に応じた微調整が必要である場合が多い。ところが、この点につき、上述の教示装置では、ティーチングが正しく行われない場合には元のティーチング内容を消去してティーチングを繰り返す必要があり、ティーチングの効率化の要請には十分応えられない。
また、高精度かつ効率的なティーチングを行なっても、たとえば、加工作業において用いられる部材が、ロボットの正確な動作に関わらず、剥がすと不定形に丸まるマスキングテープのような部材である場合、これをワークや装置の余計な部位に付着させて加工作業の確実性を低下させては無意味である。
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、効率的かつ高精度なティーチングと、ロボットの加工作業の確実性とを両立させることができるロボットシステムを提供することを目的とする。
実施形態の一態様に係るロボットシステムは、表示装置と、カメラと、識別部と、微調整部と、指示部とを備える。前記カメラは、被加工品であるワーク上にロボットの取り扱い対象である部材がある場合とない場合とをそれぞれ撮像する。前記識別部は、前記カメラの撮像データに基づいて前記部材の位置を識別する。前記微調整部は、前記部材の位置に基づく前記ロボットに対する教示点を、操作者が前記表示装置に表示された前記ワークを見ながら微調整可能なインタフェースとして設けられる。前記指示部は、前記微調整部を介して微調整された前記教示点を反映させて生成された教示情報に基づき、所定の加工作業のための動作を前記ロボットに対して指示する。
実施形態の一態様によれば、効率的かつ高精度なティーチングと、ロボットの加工作業の確実性とを両立させることができる。
図1Aは、実施形態に係るロボットシステムの全体構成を示す平面模式図である。 図1Bは、ワークの模式図である。 図2は、実施形態に係るロボットシステムのブロック図である。 図3Aは、搬送部の構成を示す側面模式図である。 図3Bは、搬送部の構成を示す側面模式図である。 図4Aは、搬送部の動作を説明するための平面模式図である。 図4Bは、搬送部の動作を説明するための平面模式図である。 図5は、第1ロボットの構成を示す側面模式図である。 図6Aは、第1ロボットのハンドの構成を示す正面模式図である。 図6Bは、第1ロボットのハンドの構成を示す斜視模式図である。 図7Aは、テープ収納部の構成を示す平面模式図である。 図7Bは、テープ収納部の構成を示す側面模式図である。 図8Aは、第1ロボットおよび把持機構の動作を説明するための模式図(その1)である。 図8Bは、第1ロボットおよび把持機構の動作を説明するための模式図(その2)である。 図8Cは、第1ロボットおよび把持機構の動作を説明するための模式図(その3)である。 図8Dは、第1ロボットおよび把持機構の動作を説明するための模式図(その4)である。 図8Eは、第1ロボットおよび把持機構の動作を説明するための模式図(その5)である。 図8Fは、第1ロボットおよび把持機構の動作を説明するための模式図(その6)である。 図8Gは、第1ロボットおよび把持機構の動作を説明するための模式図(その7)である。 図9Aは、制御盤の構成を示す斜視模式図である。 図9Bは、実施形態に係るティーチングにおける作業手順を示すフローチャートである。 図10Aは、メイン画面の一例を示す図である。 図10Bは、ワーク情報登録画面の一例を示す図である。 図10Cは、ジョブ作成画面の一例を示す図である。 図10Dは、分割位置を説明するための模式図である。 図10Eは、作業内容設定画面の一例を示す図(その1)である。 図10Fは、作業内容設定画面の一例を示す図(その2)である。 図10Gは、作業内容設定画面の一例を示す図(その3)である。 図10Hは、作業内容設定画面の一例を示す図(その4)である。 図11Aは、第2ロボットのハンドの構成を示す斜視模式図である。 図11Bは、第2ロボットのハンドの構成を示す正面模式図である。 図11Cは、第2ロボットの動作を説明するための模式図である。
以下、添付図面を参照して、本願の開示するロボットシステムの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
また、以下では、被加工品が、前工程において電子部品がはんだ付けされた電子機器用の基板であるものとする。また、以下では、はんだ付けの際のマスキング用にあらかじめ基板に貼り付けられていたマスキングテープ(粘着部材)を剥がすとともに、電子部品から延びた余分なリード線をカットする加工を施すロボットシステムを例に挙げて説明を行う。
また、以下では、かかるロボットシステムにおいて、マスキングテープを剥がす作業を行うロボットに対するティーチングを、ティーチングの具体例として主に採りあげることとする。また、以下では、上述の基板について「ワーク」と記載する場合がある。
図1Aは、実施形態に係るロボットシステム1の全体構成を示す平面模式図である。なお、図1Aには、説明を分かりやすくするために、鉛直上向きを正方向とするZ軸を含む3次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、以下の説明で用いる他の図面においても示す場合がある。なお、本実施形態では、X軸の正方向がロボットシステム1の前方を指すものとする。
図1Aに示すように、ロボットシステム1は、直方体状の作業スペースを形成するセル2を備える。また、ロボットシステム1は、セル2の内部に、搬送部10と、第1ロボット20と、テープ収納部30と、第2ロボット40と、リード片収納部50と、カメラ70とを備える。
また、ロボットシステム1は、セル2の外部に制御装置60を備える。制御装置60は、搬送部10、第1ロボット20、第2ロボット40および制御盤80(後述)などの各種装置と情報伝達可能に接続される。
ここで、制御装置60は、接続された各種装置の動作を制御するコントローラであり、種々の制御機器や演算処理装置、記憶装置などを含んで構成される。制御装置60の詳細については、図2を用いて後述する。
なお、図1では、1筐体の制御装置60を示しているが、これに限られるものではなく、たとえば、制御対象となる各種装置のそれぞれに対応付けた複数個の筐体で構成されてもよい。また、セル2の内部に配設されてもよい。
また、ロボットシステム1は、セル2の外壁に制御盤80を備える。制御盤80は、オペレータの操作する制御用のスイッチや計器類をまとめて備え付けた盤であり、オペレータに対するユーザインタフェース機器としてタッチパネル81を備える。タッチパネル81は、オペレータの操作する操作部品を表示可能な表示装置である。
そして、ロボットシステム1においては、かかるタッチパネル81を用いた第1ロボット20あるいは第2ロボット40に対する効率的なティーチングを実現可能とした。かかるティーチングの詳細な具体例については、図9A〜図10Hを用いて後述する。
搬送部10は、図中の搬送方向に沿って平行に配設され、間隔を変更可能な1対のガイド部11を有し、かかる1対のガイド部11の間の領域に存在するワークWの上記間隔の方向への移動をかかる1対のガイド部11で規制しながら、ワークWを搬送するユニットである。
また、搬送部10は、第1ロボット20の作業位置wp1および第2ロボット40の作業位置wp2において、1対のガイド部11でワークWを挟みつけて保持する。なお、搬送部10の詳細については、図3A〜図4Bを用いて後述する。
ここで、ワークWについて述べておく。図1Bは、ワークWの模式図である。図1Bに示すように、ワークWは、電子部品Pが実装された基板である。ワークWは、かかる電子部品Pの実装面を下側(Z軸の負方向)へ向けて前工程から搬送され、ロボットシステム1においては、上側(Z軸の正方向)を向いた裏面が加工対象となる。
かかる裏面には、図1Bに示すように、前工程におけるはんだ付けの際のマスキング用として貼り付けられたマスキングテープTpや電子部品Pから延びるリード線Ldなどが露出している。
図1Aの説明に戻る。第1ロボット20は、制御装置60からの動作指示を受けて、かかるワークWのマスキングテープTpを除去する動作を行う単椀のマニピュレータであり、腕(以下、「アーム」と記載する)の終端可動部にロボットハンド(以下、「ハンド」と記載する)21を備える。ハンド21は、マスキングテープTpの端部を把持する1組の把持爪(後述)を具備している。
また、第1ロボット20は、かかるハンド21の把持爪の先端部近傍からエアを噴射する噴射部22を備える。そして、第1ロボット20は、把持爪を用いてワークWからマスキングテープTpを剥がし、剥がしたマスキングテープTpを把持したまま、噴射部22からのエアによってテープ収納部30へ向けてたなびかせる。
テープ収納部30は、剥がされたマスキングテープTpの収納部である。また、図1Aに示すように、テープ収納部30は、把持爪31aを含む把持機構31を備えている。そして、第1ロボット20は、上述のようにたなびかせながらマスキングテープTpを把持機構31へ近づけ、かかる把持機構31に把持させることによってマスキングテープTpを除去する。
なお、第1ロボット20の構成および動作の詳細については、テープ収納部30の構成を含め、図5〜図8Gを用いて後述する。
第2ロボット40は、制御装置60からの動作指示を受けて、ワークWの余分なリード線Ldを切断する動作を行う単椀のマニピュレータであり、アームの終端可動部にハンド41を備える。ハンド41は、リード線Ldを切断する切断工具を具備している。かかる切断工具としては、たとえば、エアニッパーなどが好適である。
また、第2ロボット40は、切断されたリード線Ldの切片(以下、「リード片」と記載する)を吸引する吸引部42を備える。吸引部42は、リード片収納部50に連結された吸引管tbを有しており、吸引部42によって吸引されたリード片は、かかる吸引管tbを通じてリード片収納部50に収納される。
なお、第2ロボット40の構成および動作の詳細については、図5および図11A〜図11Cを用いて後述する。
カメラ70は、たとえば図1Aに示すように、第1ロボット20のハンド21の近傍に設けられ、タッチパネル81を介したオペレータの操作に応じてワークWを撮像し、撮像データを制御装置60へ渡す。制御装置60は、かかる撮像データに基づき、タッチパネル81を介してオペレータに第1ロボット20に対するティーチングを行わせることとなる。
なお、カメラ70は、たとえば、セル2の天井部などに設けられてもよい。また、第2ロボット40に対するティーチングをオペレータに行わせるのであれば、無論、第2ロボット40のハンド41の近傍などに設けられてもよい。
次に、実施形態に係るロボットシステム1のブロック構成について、図2を用いて説明する。図2は、実施形態に係るロボットシステム1のブロック図である。なお、図2では、ロボットシステム1の説明に必要な構成要素のみを示しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。
また、図2を用いた説明では、主として制御装置60の内部構成について説明することとし、既に図1で示した各種装置については説明を簡略化する場合がある。
ここでまず、制御装置60の説明に先立って、タッチパネル81が備える微調整部81aについて述べておく。微調整部81aは、タッチパネル81上にワークWの実際の画像とともに表示される操作部品であり、第1ロボット20に対する教示点を微調整可能なインタフェースとして設けられる。
すなわち、オペレータは、実際のワークWの態様を見ながら、かかる微調整部81aを介して教示点の微調整を行うことができる。この点の詳細については、図9A〜図10Hを用いた説明で後述する。
制御装置60について説明する。図2に示すように、制御装置60は、制御部61と、記憶部62とを備える。制御部61は、登録部61aと、ワーク選択部61bと、ワーク画像取得部61cと、テープ位置識別部61d(識別部)と、作業内容設定部61eと、ジョブ生成部61fと、指示部61gとをさらに備える。
記憶部62は、ハードディスクドライブや不揮発性メモリといった記憶デバイスであり、ワーク情報62aと、ワーク画像62bと、教示情報62cとを記憶する。
なお、図2に示す制御装置60の各構成要素は、すべてが制御装置60単体に配置されなくともよい。たとえば、記憶部62の記憶するワーク情報62a、ワーク画像62bおよび教示情報62cのいずれかまたは全部を、第1ロボット20および第2ロボット40の内部メモリに記憶させてもよい。
制御部61は、制御装置60の全体制御を行う。登録部61aは、タッチパネル81からオペレータによるワークWの種別ごとの登録操作を受け付け、記憶部62へワーク情報62aとして記憶させる。かかるワーク情報62aには、ワークWの名称や大きさといったワークWの種別を識別するための情報が含まれる。
ワーク選択部61bは、オペレータによるタッチパネル81からの選択操作に基づき、ティーチングの対象となる作業において被加工品として用いられるワークWの情報をワーク情報62aから取得する。
なお、登録部61aによる登録処理、および、ワーク選択部61bによるワーク選択処理は、タッチパネル81上の「ワーク情報登録画面」(図10Bを用いて後述)から実行される。
ワーク画像取得部61cは、ワーク選択部61bによって種別を選択されたワークWにつき、マスキングテープTpが貼り付けられていない状態の撮像データ(テープ無し画像)と、マスキングテープTpが貼り付けられた状態の撮像データ(テープ有り画像)とをカメラ70から受け取り、ともに記憶部62へワーク画像62bとして記憶させる。
また、ワーク画像取得部61cは、テープ無し画像およびテープ有り画像の双方を取得した旨をテープ位置識別部61dへ通知する。
テープ位置識別部61dは、ワーク画像取得部61cから通知を受けたならば、ワーク画像62bのテープ無し画像とテープ有り画像との差分に基づき、マスキングテープTpの位置を識別する。
作業内容設定部61eは、テープ位置識別部61dによって識別されたマスキングテープTpの位置に基づく第1ロボット20に対する教示点を設定する。具体的には、作業内容設定部61eは、タッチパネル81の微調整部81aを介して微調整されたマスキングテープTpの剥がし始めの位置(剥がし位置、すなわち教示点)、方向(剥がし方向)および順序(剥がし順)といった作業内容を設定し、その作業内容をジョブ生成部61fへ通知する。
なお、ワーク画像取得部61cによるワーク画像取得処理、および、作業内容設定部61eによる作業内容設定処理は、タッチパネル81上の「ジョブ作成画面」(図10Cを用いて後述)から実行される。
ジョブ生成部61fは、タッチパネル81からオペレータによる実行操作を受け付けた場合に、作業内容設定部61eによって設定された作業内容を反映させた「ジョブ」を生成し、記憶部62へ教示情報62cとして記憶させる。
なお、ここに言う「ジョブ」とは、特定のワークWに応じて実際に第1ロボット20を動作させる特定のプログラムを指す。ここで、本実施形態では、第1ロボット20の一連の基本動作(図8A〜図8Gを用いて後述)のプログラムがあらかじめ教示情報62cに登録されているものとする。そして、作業内容設定部61eによって設定された作業内容が、ジョブ生成部61fにより、かかるプログラムに対してパラメータとして加味される、すなわち反映されることで「ジョブ」が生成されるものとする。
また、教示情報62cには、第1ロボット20以外のロボットシステム1の各種装置に対するプログラムもまた含まれる。また、ジョブ生成部61fによるジョブ生成処理は、タッチパネル81上の「作業内容設定画面」(図10E〜図10Hを用いて後述)から実行される。
指示部61gは、ジョブ生成部61fによって生成された教示情報62cに基づき、搬送部10、第1ロボット20、把持機構31および第2ロボット40といった各種装置を所定の加工作業のために動作させる動作信号を生成して、各種装置へ向け出力する。
ここで、指示部61gの指示に基づいて動作する各種装置の構成およびその動作について詳細に説明する。まず、搬送部10の構成および動作について、図3A〜図4Bを用いて説明する。
図3Aおよび図3Bは、搬送部10の構成を示す側面模式図である。なお、図3Aおよび図3Bは、Y軸の正方向からみた場合を示しているが、Y軸の負方向からみた場合とみなしてもよい。また、図4Aおよび図4Bは、搬送部10の動作を説明するための平面模式図である。
図3Aに示すように、搬送部10は、図中のY軸に沿って平行に配設され、その間隔を変更可能な1対のガイド部11を有する。
また、ガイド部11の各々には、図中のX軸に平行な回転軸R1まわりに回転するローラ12a、および、ローラ12aに張架されたベルト12bを含んで構成されたコンベア部12が併設される。ワークWは、かかるコンベア部12に載置されて搬送される。
なお、図3Aに示すように、搬送部10は、搬送中のワークWについては、かかるワークWとガイド部11との間に0より大きい所定範囲内の隙間i(たとえば、0.3mm程度)を設ける。
ここで、図3Aには、ワークWの両端に隙間iが設けられている例を示しているが、ワークWがいずれかのガイド部11へ片寄せされていてもよい。
また、図3Bに示すように、隙間iを設けずにワークWを搬送する搬送部10Aとして構成してもよい。この場合、たとえば、図3Bに示すように、図中のZ軸に平行な回転軸R2まわりに回転するローラ12a’を、ガイド部11に沿って並べて配設することで実現可能である。すなわち、ワークWとの間に隙間iが設けられることなく接する場合であっても、コンベア部12を摺動可能な構成とすればよい。
なお、本実施形態では、図3Aに例示した搬送部10を採用しているものとして説明を続ける。そして、指示部61g(図2参照)は、搬送部10に対して以下に示す動作を指示する。
すなわち、図4Aに示すように、指示部61gは、ワークWが作業位置wp1あるいは作業位置wp2に到達するまでは、搬送部10に対し、隙間iを設けたまま1対のガイド部11の間の領域内にワークWを規制しながら、矢印401が示す搬送方向に沿ってワークWを搬送するように指示する。
また、図4Bに示すように、指示部61gは、ワークWが作業位置wp1あるいは作業位置wp2に到達したならば、搬送部10に対し、ワークWを搬送方向の略直交方向(すなわち、X軸方向)から1対のガイド部11で挟みつけて保持するように指示する(図中の矢印402参照)。なお、ガイド部11の一方のみを駆動して、ワークWを他方のガイド部11へ押し付けることとしてもよい。
このようにワークWを挟みつける動作は、1対のガイド部11をスプラインシャフトなどで連結することによって実現可能である。
これにより、作業位置wp1あるいは作業位置wp2においてワークWを確実に固定することができるので、加工時におけるワークWの位置ずれを防止し、第1ロボット20あるいは第2ロボット40によって施される加工の精度を向上させることができる。すなわち、ロボットの加工作業の確実性を担保することができる。
次に、テープ収納部30の構成を含めた、第1ロボット20の構成および動作について、図5〜図8Gを用いて説明する。まず、図5は、第1ロボット20の構成を示す側面模式図である。
なお、図5は、第2ロボット40の構成を示す側面模式図を兼ねている。すなわち、本実施形態では、第1ロボット20および第2ロボット40は、同タイプであるものとする。なお、図5では、第2ロボット40の場合に各構成要素に対応する符号を()で囲んで付している。これは、第1ロボット20および第2ロボット40をそれぞれ異なるタイプとすることを妨げるものではない。
図5に示すように、第1ロボット20は、単椀型の多軸ロボットである。具体的には、第1ロボット20は、第1アーム部23と、第2アーム部24と、第3アーム部25と、第4アーム部26と、基台部27とを備える。
第1アーム部23は、基端部を第2アーム部24によって支持される。第2アーム部24は、基端部を第3アーム部25によって支持され、先端部において第1アーム部23を支持する。
第3アーム部25は、基端部を第4アーム部26によって支持され、先端部において第2アーム部24を支持する。第4アーム部26は、作業スペースの床面などに固定された基台部27によって基端部を支持され、先端部において第3アーム部25を支持する。
また、第1アーム部23〜基台部27の各連結部分である各関節部(図示せず)にはそれぞれアクチュエータが搭載されており、第1ロボット20は、指示部61gによって制御されるこの各アクチュエータの駆動により、多軸動作を行う。
具体的には、第1アーム部23および第2アーム部24を連結する関節部のアクチュエータは、第1アーム部23をB軸まわりに回動させる。また、第2アーム部24および第3アーム部25を連結する関節部のアクチュエータは、第2アーム部24をU軸まわりに回動させる。
また、第3アーム部25および第4アーム部26を連結する関節部のアクチュエータは、第3アーム部25をL軸まわりに回動させる。
また、第4アーム部26および基台部27を連結する関節部のアクチュエータは、第4アーム部26をS軸まわりに回動させる。
また、第1ロボット20は、第1アーム部23をT軸まわりに、第2アーム部24をR軸まわりに、それぞれ回動させる個別のアクチュエータを備える。すなわち、第1ロボット20は、6軸を有する。
なお、第1アーム部23の先端部は、第1ロボット20の終端可動部であり、かかる終端可動部にはハンド21が取り付けられる。つづいて、かかるハンド21について説明する。
図6Aは、第1ロボット20のハンド21の構成を示す正面模式図である。また、図6Bは、第1ロボット20のハンド21の構成を示す斜視模式図である。
図6Aに示すように、ハンド21は、1対の開閉部21aを備える。かかる開閉部21aそれぞれの先端部には、マスキングテープTpを把持する把持部材である把持爪21bが配設される。
なお、図6Aには、1対の開閉部21aが閉じている状態を示している。把持爪21bは、このように1対の開閉部21aが閉じている場合に、先端部同士が線で接するように(図中の閉曲線C1で囲まれた部分参照)、先端部が斜めに切り取られた鋭角の形状をなしている。
これにより、マスキングテープTpを把持する際のマスキングテープTpの粘着面との接触面積を減らすことができるので、マスキングテープTpを付着しにくく、すなわち、除去しやすくすることができる。すなわち、ロボットの加工作業の確実性を担保することができる。
また、マスキングテープTpを剥がす際にワークWとの接触面積も減らすことができるので、ワークWに対して傷をつけにくいという効果も得ることができる。また、把持爪21bは、樹脂などの軟質素材により形成されることが好適である。これにより、やはりワークWに対して傷をつけにくくすることができる。
また、図6Aに示すように、開閉部21aのそれぞれには、噴射部22からのエアの供給路であるノズル22aが接続される。また、開閉部21aはそれぞれ、把持爪21b側の端部が開いた中空構造となっており、ノズル22aを通じて供給されるエアを、図中の矢印601に示すような経路に沿って流れさせる。
また、図6Bに示すように、把持爪21b同士の対向面にはそれぞれ、内壁を外部に露出させた凹部21baが形成されており、開閉部21aの内部を流れてくるエアは、かかる凹部21baを通り、把持爪21bそれぞれの先端部から噴射される。
このようにエアの噴射経路を構成することにより、噴射部22をはじめとする噴射機構が、開閉部21aや把持爪21bに干渉してハンド21の把持動作に支障を来すのを防止することができる。
また、把持爪21bそれぞれの先端部からエアを噴射させることで、剥がされたマスキングテープTpを丸めることなく確実にたなびかせることができ、除去しやすくすることができる。すなわち、ロボットの加工作業の確実性を担保することができる。
次に、テープ収納部30について説明する。図7Aは、テープ収納部30の構成を示す平面模式図であり、図7Bは、テープ収納部30の構成を示す側面模式図である。
図7Aおよび図7Bに示すように、テープ収納部30は、把持機構31と、カゴ部32と、台座部33とを備える。把持機構31は、1対の把持爪31aを含む。また、1対の把持爪31aは、図中のY軸に沿って開閉可能に設けられる。
なお、本実施形態では、図7Aの矢印701に示すように、一方の把持爪31aのみが可動することによって開閉動作を行うものとするが、双方の把持爪31aそれぞれが可動することによって開閉動作を行なってもよい。
かかる把持機構31は、台座部33に固定されて設けられる。また、台座部33には、カゴ部32が取り付けられる。カゴ部32は、除去されたマスキングテープTpの収納カゴである。
そして、図7Bに示すように、第1ロボット20は、ハンド21によってワークWからマスキングテープTpを剥がした後、マスキングテープTpをたなびかせながらハンド21をかかる把持機構31へ近づける。そして、マスキングテープTpを把持機構31の把持爪31aに把持させる。
次に、これら一連の動作、すなわち、ワークWが作業位置wp1に固定された後に、指示部61gによって指示される第1ロボット20の動作について説明する。図8A〜図8Gは、第1ロボット20および把持機構31の動作を説明するための模式図(その1)〜(その7)である。
図8Aに示すように、指示部61gは、1対の開閉部21aを開いて、ワークWへ一方の把持爪21bを当接させながらマスキングテープTpの端部を掻き起こす動作を第1ロボット20に対して指示する(図中の矢印801参照)。なお、符号Tp1は、かかる動作によって掻き起こされたマスキングテープTpの端部を示している。また、かかる掻き起こし動作の際、把持爪21bを揺動させてもよい。
そして、図8Bに示すように、指示部61gは、1対の開閉部21aを閉じて、掻き起こされた端部Tp1を1対の把持爪21bで把持する動作を第1ロボット20に対して指示する(図中の矢印802参照)。
そして、図8Cに示すように、指示部61gは、1対の把持爪21bで端部Tp1を把持しながら、マスキングテープTpを剥がす動作を第1ロボット20に対して指示する(図中の矢印803参照)。
そして、図8Dに示すように、指示部61gは、把持爪21bの先端部を把持機構31の把持爪31aの方へ向けた後、端部Tp1を把持したまま、把持爪21bの先端部からエアを噴出する動作を第1ロボット20に対して指示する(図中の矢印804参照)。
これにより、剥がされたマスキングテープTpを丸めることなく、図中の矢印805の向きにたなびかせることができる。そして、指示部61gは、マスキングテープTpをたなびかせながら、ハンド21を把持機構31へ近づける動作を第1ロボット20に対して指示する(図中の矢印806参照)。
そして、図8Eに示すように、指示部61gは、たなびくマスキングテープTpが把持爪31aの一方へ接するように、かかる把持爪31aの一方へさらにハンド21を近づける動作を第1ロボット20に対して指示する(図中の矢印807参照)。このように、マスキングテープTpが把持爪31aの一方に接するようにすることで、1対の把持爪31aによるマスキングテープTpの把持の確実性を向上させることができる。すなわち、ロボットの加工作業の確実性を担保することができる。
なお、図8Eでは、エアの流れを図示していないが、エアは把持爪21bの先端部から継続して噴出されているものとする。また、かかる点は、次に示す図8Fにおいても同様とする。
そして、図8Fに示すように、指示部61gは、1対の把持爪31aを閉じてマスキングテープTpを把持する動作を把持機構31に対して指示する(図中の矢印808参照)。
また、把持機構31がマスキングテープTpを把持した後、指示部61gは、1対の開閉部21aを開いて端部Tp1を放す動作を第1ロボット20に対して指示する(図中の矢印809参照)。これにより、マスキングテープTpをハンド21から確実に剥離させることができる。すなわち、ロボットの加工作業の確実性を担保することができる。
そして、図8Gに示すように、指示部61gは、1対の把持爪31aを開いてマスキングテープTpの把持を解く動作を把持機構31に対して指示する(図中の矢印810参照)。
これにより、把持を解かれたマスキングテープTpは、把持爪21bの先端部から噴射中のエアを受けてテープ収納部30へ向けて吹き飛ばされ(図中の矢印811および812参照)、テープ収納部30のカゴ部32へ収納されることとなる。
そして、指示部61gは、ワークWから除去対象であるマスキングテープTpがすべて除去されるまで、図8A〜図8Gに示した一連の動作を繰り返すように第1ロボット20および把持機構31に対して指示する。
これら指示部61gによる指示は、上述のようにオペレータによってあらかじめティーチングされ、ジョブとして生成された教示情報62cに基づいて行われる。そして、本実施形態では、かかるティーチングを、プログラミングペンダント等を用いることなく、実際のワークWの状態を確認しながら制御盤80から簡易な操作で行えるようにした。
そこで次に、かかるティーチングの具体例について、図9A〜図10Hを用いて説明する。まず、図9Aは、制御盤80の構成を示す斜視模式図である。図9Aに示すように、制御盤80は、タッチパネル81を備える。本実施形態におけるティーチングは、かかるタッチパネル81を介して行われる。
したがって、オペレータは、直感的に分かりやすい操作でティーチングを行うことが可能となるので、ティーチングの効率化に資することができる。また、専任のオペレータでなくともやはり直感的に操作することが可能となるので、人的コストの効率化にも資することができる。
つづいて、図9Bは、本実施形態に係るティーチングにおける作業手順を示すフローチャートである。図9Bに示すように、本実施形態においてはまず、ワーク情報62aの登録が行われる(ステップS101)。これは、上述した登録部61aの登録処理、および、ワーク選択部61bのワーク選択処理に対応する作業である。
つづいて、テープ位置の識別が行われる(ステップS102)。これは、上述したワーク画像取得部61cのワーク画像取得処理、および、テープ位置識別部61dのテープ位置識別処理に対応する作業である。
すなわち、ステップS101で選択されたワークWにつき、テープ無し画像とテープ有り画像との差分をとることによって、マスキングテープTpの貼り付けられた位置が識別される。
そして、作業内容の設定が行われる(ステップS103)。これは、上述した作業内容設定部61eの作業内容設定処理に対応する作業である。具体的には、どの位置のマスキングテープTpを何番目にどの方向から除去するか、また、マスキングテープTpの剥がし位置をどの程度微調整するかといった設定を行う。
そして、ジョブ生成が行われる(ステップS104)。これは、上述したジョブ生成部61fのジョブ生成処理に対応する作業である。すなわち、ステップS103において設定された作業内容に基づいて実際に第1ロボット20を動作させる特定のプログラム(ジョブ)を自動的に生成する。
これらステップS101〜ステップS104の作業手順を、タッチパネル81上に表示される画面の具体例を示しながら説明する。図10Aは、メイン画面の一例を示す図である。かかるメイン画面は、たとえば、ロボットシステム1における通常の自動運転時などに「自動運転メイン画面」として表示される。
そして、ティーチングを行う場合、オペレータが、たとえば、かかる「自動運転メイン画面」の「メンテナンス画面」ボタンをタッチ操作することによって、上述のステップS101の作業手順に対応する「ワーク情報登録画面」へと画面が遷移される(図中の操作1001参照)。
図10Bは、ワーク情報登録画面の一例を示す図である。図10Bに示すように、ワーク情報登録画面には、たとえば、「No.」、「ワーク名称」、「幅」、「長さ」、「分割位置」といったワークWの各種属性を示す入出力項目が表示される。なお、1行は、ワークWの1種別分に対応している。また、「分割位置」については、図10Dを用いて後述する。
オペレータは、かかるワーク情報登録画面を介して、ワークWを種別ごとに登録することが可能である。そして、本画面を通じて登録された内容は、制御装置60へ送られ、ワーク情報62aとして記憶される。
また、本画面には、図10Bに示すように行頭に「選択釦」として示される選択ボタンが設けられている。オペレータは、かかる選択ボタンをタッチ操作することによって、ティーチングの対象となる作業において被加工品として用いられるワークWの選択を行う(図中の操作1002参照)。なお、操作1002が示す選択ボタンが黒色であるのは、説明の便宜上、本ボタンがタッチ操作されたことをあらわしている。かかる点は、図10C以降でも同様とする。
そして、オペレータが、本画面の「ジョブ作成」ボタンをタッチ操作することによって、上述のステップS102ほかの作業手順のための「ジョブ作成画面」へと画面が遷移される(図中の操作1003参照)。
図10Cは、ジョブ作成画面の一例を示す図である。図10Cに示すように、ジョブ作成画面は、モニタ領域Mと、「画像取得テープ無し」ボタンと、「画像取得テープ有り」ボタンと、「作業内容設定」ボタンとを含む。
モニタ領域Mは、カメラ70の実際の撮像領域に対応した、ワーク画像の表示領域である。また、オペレータが、「画像取得テープ無し」ボタンをタッチ操作した場合(図中の操作1004参照)、ワーク画像取得部61cによって、ワークWのテープ無し画像が取得される。
同様に、オペレータが、「画像取得テープ有り」ボタンをタッチ操作した場合(図中の操作1005参照)、ワーク画像取得部61cによって、ワークWのテープ有り画像が取得される。
ここで、かかるワークWの画像取得に関連し、上述の「分割位置」(図10B参照)について図10Dを用いて説明しておく。
図10Dは、分割位置を説明するための模式図である。図10Dの左図に示すように、ワークWは、その主面上の特定位置を、たとえば、頂点の1つを原点とする直交座標系であらわすことが可能である。
また、ワークWは、その大きさによっては、上述のカメラ70の撮像領域、すなわちモニタ領域Mに収まらない場合がある。そこで、ワーク画像取得部61cは、このようにワークWがモニタ領域Mに収まらない場合に、あらかじめ規定された「分割位置」で分割した分割領域M1、M2ごとにカメラ70によって撮像されたワークWの撮像データを取得する(図10Dの右図参照)。
そして、かかる分割領域M1、M2ごとに、テープ位置識別部61dによって、マスキングテープTpの位置が識別される。
なお、ここで以降の説明の便宜上、図10Dの右図に示すように、分割領域M1においては、マスキングテープTpの頂点P1は、XY座標(a,b)として、頂点P2は、XY座標(c,d)として、それぞれ識別されたものとしておく。
図10Cの説明に戻る。そして、オペレータが、「作業内容設定」ボタンをタッチ操作した場合(図中の操作1006参照)、上述のステップS103の作業手順のための「作業内容設定画面」へと画面が遷移される。
図10E〜10Hは、作業内容設定画面の一例を示す図(その1)〜(その4)である。図10Eに示すように、作業内容設定画面は、「位置(X)」、「位置(Y)」、「方向」からなる3つの組と、モニタ領域Mとを含む。
左側の1つめの組は、上述の頂点P1のXY座標系における位置と、かかる頂点P1からの剥がし方向である。真ん中の2つめの組は、同様に頂点P2のXY座標系における位置と、かかる頂点P2からの剥がし方向である。そして、右側の3つめの組は、最終的に登録されることとなるマスキングテープTpの剥がし位置と剥がし方向である。
図10Eに示すように、1つ目および2つ目の組については、テープ位置識別部61dの識別した位置が自動入力される。ここで、図中の操作1007に示すように、1つ目の組の選択ボタンがタッチ操作されたものとする。かかる場合、モニタ領域Mには、頂点P1から下方向に延びる矢印が、実際のワークWのテープ有り画像に重ねあわせて表示される。
ここで、仮に頂点P1から下方向に剥がすこととした場合、モニタ領域Mのテープ有り画像によれば、頂点P1の近傍にはリード線Ldが存在するため、たとえばハンド21とリード線Ldとが干渉して作業品質が低下することが想定される。
そこで、こうした場合オペレータは、図10Fの操作1008に示すように、2つ目の組の選択ボタン81aaをタッチ操作することによって、頂点P1に基づく剥がし位置と剥がし方向とを、頂点P2に基づくものに切り替えることができる。そして、これを視覚的に分かりやすくするため、モニタ領域Mには、頂点P2から上方向に延びる矢印が、実際のワークWのテープ有り画像に重ねあわせて表示される。なお、選択ボタン81aaは、微調整部81aの一例である。
また、マスキングテープTpの剥がし位置は、さらに微調整することができる。すなわち、図10Gに示すように、モニタ領域Mには、「←」、「↑」、「→」、「↓」ボタンからなる微調整ボタン81abが配置されている。なお、微調整ボタン81abもまた、微調整部81aの一例である。
そして、ここでオペレータが、たとえば微調整ボタン81abの「←」ボタンをタッチ操作した場合(図中の操作1009参照)、頂点P2から上方向に延びる矢印は、XY座標(c’,d’)の点P2’から上方向に延びる矢印として左方向へスライドすることで、オペレータの微調整を視覚的に支援する(図中の矢印1010参照)。これにより、オペレータは、直感的に分かりやすく、かつ簡易な操作で微調整を行うことができる。すなわち、ティーチングの効率化に資することができる。
また、オペレータは、モニタ領域Mに表示されるワークWの実際の態様を見ながらティーチングを行うことができるので、ティーチングの高精度化にも資することができる。
なお、図10Gに示すように、剥がし位置をマスキングテープTpの頂点から幅方向中央付近へ微調整する場合、マスキングテープTpに均等に力を加え、確実に剥がしやすくするといった効果を得ることができる。すなわち、ロボットの加工作業の確実性を担保することができる。
そして、図10Hに示すように、オペレータが3つ目の組の「登録」ボタンをタッチ操作することによって(図中の操作1011参照)、マスキングテープTpの剥がし位置と剥がし方向とが決定される。
そして、すべてのマスキングテープTpについて剥がし位置と剥がし方向とが決定された後、オペレータによって、「ジョブ生成実行」ボタンがタッチ操作されたものとする(図中の操作1012参照)。これにより、ジョブ生成部61fは、作業内容設定部61eからパラメータとして渡された剥がし位置および剥がし方向のすべてと、教示情報62cにあらかじめ登録された基本的なプログラムとに基づいてジョブを生成することとなる。
次に、第2ロボット40の構成および動作について、図11A〜図11Cを用いて説明する。なお、第2ロボット40の構成については、図5を用いて説明した第1ロボット20と同様であるので、ここでの説明を省略し、第2ロボット40の終端可動部(第1アーム部43:図5参照)に取り付けられるハンド41について説明する。
図11Aは、第2ロボット40のハンド41の構成を示す斜視模式図であり、図11Bは、第2ロボット40のハンド41の構成を示す正面模式図である。また、図11Cは、第2ロボット40の動作を説明するための模式図である。
図11Aに示すように、ハンド41は、1対の刃部41aaを有するニッパー41aを備える。ニッパー41aは、ワークWの余分なリード線Ldを切断する切断工具である。なお、人手でなくマニピュレータによって用いられることを考慮すれば、ニッパー41aはエアニッパーであることが好適である。
また、ハンド41は、リード片を吸引する吸引部42(図1参照)を介してリード片収納部50(図1参照)に連結された吸引管tbを備える。
ここで、図11Bに示すように、吸引管tbの先端部は、すぼめられた形状に形成されている。これにより、図11Bに示すように、1対の刃部41aaに形成された凹部41abのより深い位置に吸引管tbの先端部を配設することができるので、ニッパー41aによって切断され生じたリード片を、生じた直後に確実に吸引することが可能となる。すなわち、ロボットの加工作業の確実性を担保することができる。
つづいて、ワークWが作業位置wp2に固定された後、指示部61gによって指示される第2ロボット40の動作について説明する。
図11Cに示すように、指示部61gは、ワークWから所定の高さh(たとえば、3mm程度)を超えて露出したリード線Ldにつき、高さhを超える部分をニッパー41aで切断するとともに、吸引部42を駆動する動作を第2ロボット40に対して指示する。
すなわち、ニッパー41aによる切断が行われると同時に、リード片Ld1にはリード片収納部50への吸引力がかかることとなる。これにより、リード片Ld1を、生じた直後に確実に吸引することができる。すなわち、ロボットの加工作業の確実性を担保することができる。
そして、指示部61gは、ワークWから切断対象であるリード線Ldがすべて切断されるまで、図11Cに示した動作を繰り返すように第2ロボット40に対して指示する。
そして、指示部61gは、第2ロボット40におけるワークWの加工作業が完了したならば、ワークWをセル2外部の後工程へ搬送するように搬送部10に対して指示する。
上述してきたように、実施形態に係るロボットシステムは、タッチパネル(表示装置)と、カメラと、テープ位置識別部(識別部)と、微調整部と、指示部とを備える。カメラは、被加工品であるワーク上にロボットの取り扱い対象であるマスキングテープ(部材)がある場合とない場合とをそれぞれ撮像する。テープ位置識別部は、カメラの撮像データに基づいて上記マスキングテープの位置を識別する。微調整部は、上記マスキングテープの位置に基づくロボットに対する教示点を、オペレータ(操作者)がタッチパネルに表示されたワークを見ながら微調整可能なインタフェースとして設けられる。指示部は、微調整部を介して微調整された上記教示点を反映させて生成された教示情報に基づき、所定の加工作業のための動作をロボットに対して指示する。
したがって、実施形態に係るロボットシステムによれば、効率的かつ高精度なティーチングと、ロボットの加工作業の確実性とを両立させることができる。
ところで、上述した実施形態では、第1ロボットに対するティーチングを行う場合をティーチングの具体例として主に採りあげたが、本実施形態におけるティーチング手法を、無論、第2ロボットに適用することとしてもよい。
すなわち、第1ロボットの場合と同様に、カメラの撮像データによってリード線の位置を識別し、識別した位置に基づく教示点を個別にタッチパネルを用いて微調整することで作業内容を設定すればよい。そして、設定された作業内容に基づいてやはりタッチパネルを介してジョブ生成を行うことで、第2ロボットに対するティーチングを行えばよい。
また、上述した実施形態では、オペレータの用いるユーザインタフェース機器としてタッチパネルを用いる場合を例に挙げたが、実際のワークの状態を撮像しながらの微調整等が可能であればこれに限られるものではなく、たとえば、ハードウェアとしての操作ボタン等からなる入力装置と、表示装置との組み合わせであってもよい。
また、上述した実施形態では、被加工品であるワークが、前工程において電子部品がはんだ付けされた電子機器用の基板である場合を例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、搬送部による搬送および挟みつけが可能であるならば、ワークの種別や形状を問うものではない。
また、上述した実施形態では、単腕ロボットを例示したが、これに限られるものではなく、2つ以上の腕を備える多腕ロボットを用いることとしてもよい。たとえば、双腕ロボットを用いる場合、一方の腕が備えるハンドでマスキングテープを除去し、他方の腕が備えるハンドでリード線をカットする構成とすればよい。
また、上述した実施形態では、ロボットの取り扱い対象である部材が、マスキングテープのような粘着部材である場合を例に挙げたが、無論、部材の種別を限定するものではない。すなわち、第2ロボットの取り扱い対象であるリード線のような非粘着部材であってもよい。
また、上述した実施形態では、1個のアームにつき6軸を有する多軸ロボットを例示したが、軸数を限定するものではない。
また、上述した実施形態では、ハンドや把持機構の把持爪が1対である場合を例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、2個以上で1組の把持爪であればよい。
また、上述した実施形態では、専任のオペレータによるティーチングを前提として説明を行ったが、非専任の操作者であってもよい。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
1 ロボットシステム
2 セル
10 搬送部
10A 搬送部
11 ガイド部
12 コンベア部
12a ローラ
12b ベルト
20 第1ロボット
21 ハンド
21a 開閉部
21b 把持爪
21ba 凹部
22 噴射部
22a ノズル
23 第1アーム部
24 第2アーム部
25 第3アーム部
26 第4アーム部
27 基台部
30 テープ収納部
31 把持機構
31a 把持爪
32 カゴ部
33 台座部
40 第2ロボット
41 ハンド
41a ニッパー
41aa 刃部
41ab 凹部
42 吸引部
50 リード片収納部
60 制御装置
61 制御部
61a 登録部
61b ワーク選択部
61c ワーク画像取得部
61d テープ位置識別部
61e 作業内容設定部
61f ジョブ生成部
61g 指示部
62 記憶部
62a ワーク情報
62b ワーク画像
62c 教示情報
70 カメラ
80 制御盤
81 タッチパネル
81a 微調整部
81aa 選択ボタン
81ab 微調整ボタン
Ld リード線
Ld1 リード片
P 電子部品
Tp マスキングテープ
Tp1 端部
W ワーク
tb 吸引管
wp1 作業位置
wp2 作業位置

Claims (8)

  1. 表示装置と、
    被加工品であるワーク上にロボットの取り扱い対象である部材がある場合とない場合とをそれぞれ撮像するカメラと、
    前記カメラの撮像データに基づいて前記部材の位置を識別する識別部と、
    前記部材の位置に基づく前記ロボットに対する教示点を、操作者が前記表示装置に表示された前記ワークを見ながら微調整可能なインタフェースとして設けられる微調整部と、
    前記微調整部を介して微調整された前記教示点を反映させて生成された教示情報に基づき、所定の加工作業のための動作を前記ロボットに対して指示する指示部と
    を備えることを特徴とするロボットシステム。
  2. 前記部材は、粘着部材であり、
    前記ロボットは、
    前記ワーク上に貼り付けられた前記粘着部材を把持する1組の把持爪を具備したロボットハンドを有し、
    前記指示部は、
    前記把持爪を用いて前記粘着部材の端部を把持しながら該粘着部材を剥がす動作を前記ロボットに対して指示すること
    を特徴とする請求項1に記載のロボットシステム。
  3. 前記微調整部は、
    前記粘着部材が剥がされ始める位置である剥がし位置を微調整可能に、および、前記粘着部材が剥がされる方向である剥がし方向を切り替え可能に設けられること
    を特徴とする請求項2に記載のロボットシステム。
  4. 前記ロボットによって剥がされ、前記ロボットハンドが把持したままの前記粘着部材を、さらに把持して前記ロボットハンドから除去する把持機構
    を備えることを特徴とする請求項2または3に記載のロボットシステム。
  5. 前記ロボットは、
    前記把持爪の先端部近傍からエアを噴射させる噴射機構
    をさらに備え、
    前記指示部は、
    剥がした前記粘着部材を把持したまま前記噴射機構からエアを噴射させることによって前記粘着部材を前記把持機構へ向けてたなびかせるとともに、該把持機構へ前記ロボットハンドを近づける動作を前記ロボットに対して指示し、前記ロボットによって近づけられた前記ロボットハンドからたなびく前記粘着部材を把持して除去する動作を前記把持機構に対して指示すること
    を特徴とする請求項4に記載のロボットシステム。
  6. 前記把持機構は、
    たなびく前記粘着部材を把持する1組の把持爪を有しており、
    前記指示部は、
    前記粘着部材が前記把持機構の把持爪の1つに接するように、該把持爪の1つにさらに前記ロボットハンドを近づける動作を前記ロボットに対して指示すること
    を特徴とする請求項5に記載のロボットシステム。
  7. 前記表示装置は、
    タッチパネルであって、
    前記微調整部は、
    前記表示装置に表示される操作部品として設けられること
    を特徴とする請求項1に記載のロボットシステム。
  8. 前記カメラは、
    前記ワークの大きさが当該カメラの撮像領域に収まらない場合に、あらかじめ規定された分割位置で分割した分割領域ごとに前記ワークを撮像すること
    を特徴とする請求項1に記載のロボットシステム。
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