JP6005299B2 - ロボットシステムおよびロボットシステムの制御方法 - Google Patents

ロボットシステムおよびロボットシステムの制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、ロボットシステムおよびロボットシステムの制御方法に関し、ロボットを再設置したとき、およびロボットを移設したときにおける教示位置の補正に関するものである。
ロボットを稼働させる製造ラインでは、故障が発生したロボットを製造ラインからいったん移動させ、修理後のロボットを再設置することがある。また、ロボットを稼働させる製造ラインを切り換えるとき、および、製造ライン内で作業者が作業を行うときに、ロボットを移設することがある。
ロボットを作業位置に設置するとき、ロボット作業者は、ロボットにワークの搬送経路を教示するための教示作業を実施する。教示作業において、ロボット作業者は、搬送経路上のポイントである教示位置をロボットに記憶させる。製造ライン内の作業位置から移動させたロボットを同じ作業位置に再設置したときに、ワークの搬送経路とロボットとの位置関係には少なからず変化が生じる。また、ロボットを当初の作業位置から他の作業位置へ移設する場合、および当初の作業位置から移動させたロボットを元の作業位置に再設置する場合、ロボット作業者は、ロボットへの教示作業を再度実施することがある。
特許文献1には、触覚センサが取り付けられたアームを教示位置へ位置づけることにより教示データを取得する直接教示装置が開示されている。作業者が所望の教示位置へアームを移動させることで、直接教示装置は、教示位置の座標を取得する。
特開平6−110543号公報
従来技術によると、ロボットを再設置あるいは移設するごとに、ロボットの取り扱いにつき高い熟練度を持つロボット作業者による教示作業が必要となる。また、ロボットを移設あるいは再設置するごとに教示作業が必要となることで、ロボット作業者は、多大な作業負担を負うことになる。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ロボットの再設置したとき、およびロボットを移設したときにおける教示作業を不要とし、ロボットの取り扱いにおける作業者の熟練度によらず、かつ作業者が負担の少ない作業によって、ロボットに登録されている教示位置を補正可能とするロボットシステムおよびロボットシステムの制御方法を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のロボットシステムは、本体部と、前記本体部に連結され、ワークを取り上げて搬送する可動部と、前記可動部の動作を制御する制御部と、前記制御部における前記可動部の制御のためのデータを記憶する記憶部と、を備えるロボットを有し、前記記憶部には、ワークの搬送経路を前記ロボットに教示するための教示位置が登録され、作業位置に設置された前記ロボットの事前準備において、前記制御部は、前記記憶部に登録されている制御量に基づいて前記可動部を動作させ、前記可動部が取り上げているワークと前記本体部との位置関係、または、前記可動部と前記本体部との位置関係を表す基準位置データを前記記憶部に登録し、前記作業位置から移動させた前記ロボットが前記作業位置へ再設置されたとき、および、前記作業位置から他の作業位置へ前記ロボットが移設されたとき、前記制御部は、前記制御量に基づいて前記可動部を動作させ、ワークと前記本体部との位置関係を表す前記基準位置データが前記記憶部に登録されている場合に、前記制御部は、前記可動部が取り上げているワークと前記本体部との位置関係を表す位置データと前記基準位置データとの差分を前記記憶部に登録し、前記可動部と前記本体部との位置関係を表す前記基準位置データが前記記憶部に登録されている場合に、前記制御部は、前記可動部と前記本体部との位置関係を表す位置データと前記基準位置データとの差分を前記記憶部に登録し、前記制御部は、前記記憶部から読み出された前記差分に基づいて前記教示位置を補正することを特徴とする。
本発明によれば、ロボットシステムは、ロボットの事前準備において記憶部に登録された基準位置データと、ロボットが再設置または移設されてから取得された位置データとの差分を記憶部に登録する。制御部は、差分に基づいて教示位置を補正する。ロボットシステムは、ロボットを再設置したとき、およびロボットを移設したとき、ロボットに搬送経路を教示するための教示作業に代えて、かかる教示位置の補正を行う。これにより、ロボット作業者は、ロボットの再設置したとき、およびロボットを移設したときにおける教示作業を不要とし、ロボットの取り扱いにおける熟練度によらず、かつ負担の少ない作業によって、ロボットに登録されている教示位置を補正できるという効果を奏する。
実施の形態1にかかるロボットシステムの構成を示す図 図1に示すロボットシステムのブロック構成を示す図 実施の形態1にかかるロボットシステムのセンサが、第1の工程である事前準備においてワークの位置を計測している状態を模式的に示した斜視図 図3に示す本体部とワークの位置関係を示す平面図 実施の形態1にかかるロボットシステムのセンサが、ロボットが作業位置に再設置されてからの第2の工程においてワークの位置を検知している状態を模式的に示した斜視図 図5に示す本体部とワークの位置関係を示す平面図 実施の形態1にかかるロボットシステムとベルトコンベアとを示す斜視図 実施の形態1にかかるロボットシステムと、ベルトコンベアおよびステージとを示す斜視図 実施の形態1にかかるロボットシステムが、ステージ上からワークを取り上げている状態を示す斜視図 実施の形態1にかかるロボットシステムが、ビジョンセンサの上の位置へワークを移動させた状態を示す斜視図 実施の形態1にかかるロボットシステムにおいて、ロボットを作業位置から移動させた状態を示す斜視図 実施の形態1にかかるロボットシステムの、事前準備である第1の工程における動作手順を示すフローチャート 実施の形態1にかかるロボットシステムの、ロボットを再設置してからの第2の工程における動作手順を示すフローチャート 実施の形態1の変形例にかかるロボットシステムの構成を示す斜視図 実施の形態1の変形例にかかるロボットシステムにて、架台からロボットが持ち去られた後の状態を示す斜視図 実施の形態2にかかるロボットシステムを模式的に示した斜視図 実施の形態3にかかるロボットシステムの上面構成を示す模式図 図17に示すロボットシステムの側面構成を示す模式図 実施の形態3にかかるロボットシステムの、事前準備である第1の工程における動作手順を示すフローチャート 実施の形態3にかかるロボットシステムの、ロボットを再設置してからの第2の工程における動作手順を示すフローチャート 実施の形態3にかかるロボットシステムにおける、ハンドを追従動作させる方向の補正について説明する図
以下に、本発明にかかるロボットシステムおよびロボットシステムの制御方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態により発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかるロボットシステムの構成を示す図である。ロボットシステムは、ロボット1およびビジョンセンサ2を備える。ロボット1は、架台3上に載置された状態で、製造ライン内の作業位置に設置される。
ロボット1は、本体部4、複数のアーム5およびハンド6を備える。複数のアーム5およびハンド6は、互いに連結されている。アーム5の1つは、本体部4に連結されている。複数のアーム5およびハンド6は、可動部を構成する。
複数のアーム5は、互いの連結箇所である関節部にて回動する。可動部は、ワークを取り上げ、取り上げたワークを搬送する。可動部は、互いに垂直な3軸(X,Y,Z)方向においてワークを移動させ、かつ各軸を中心としてワークを回転させる。
ハンド6は、複数のアーム5のうち、本体部4に連結されている側とは反対の手先側端部に取り付けられている。ハンド6は、ワークを吸着あるいは把持することにより、ワークを保持する。ロボット1は、ハンド6とともにアーム5を動作させることでワークを取り上げ、取り上げたワークを移動させる。
ビジョンセンサ2は、二次元方向であるXY方向におけるワークの位置と回転角を計測するセンサである。ビジョンセンサ2は、架台3の側面に、上向きに取り付けられており、本体部4を基準とする相対位置が固定されている。
図2は、図1に示すロボットシステムのブロック構成を示す図である。ロボット1は、制御部11、記憶部13および駆動部14を備える。
制御部11は、ロボット1の動作全般を制御する。また、制御部11は、各種演算処理を実施する。記憶部13は、各種データを記憶する。駆動部14は、制御部11による制御に基づいて、複数のアーム5およびハンド6を駆動する。ビジョンセンサ2は、複数のアーム5およびハンド6により取り上げられているワーク7の、XY方向における位置と回転角を計測する。ビジョンセンサ2は、ワーク7の位置および回転角の計測結果を、制御部11へ送る。
図3は、第1の工程である事前準備においてセンサがワークの位置を計測している状態のロボットシステムを模式的に示した斜視図である。図4は、図3に示す本体部とワークの位置関係を示す平面図である。図5は、ロボットが作業位置に再設置されてからの第2の工程において、センサがワークの位置を検知している状態のロボットシステムを模式的に示した斜視図である。図6は、図5に示す本体部とワークの位置関係を示す平面図である。図7から図11は、ロボットシステムとベルトコンベアとを示す斜視図である。なお、X軸、Y軸およびZ軸は、本体部4を基準とする基準軸である。
図7において、ベルトコンベア9は、製造ラインにおけるワーク7の搬送経路を構成する。図7に示すように、ベルトコンベア9は、ベルトに載置されたワーク7を搬送する。ロボット1は、架台3に載せられた状態で、ベルトコンベア9に対峙する作業位置に設置されている。
図8に示すように、ステージ8は、架台3とは別に、ロボット1の作業場所に設置される。ロボット1は、ステージ8上に載置されているワーク7を取り上げて、ステージ8上からベルトコンベア9へワーク7を移動させる。
ワーク7は、図3に示す位置16を中心として、ステージ8に載置される。ロボット作業者は、教示作業において、ワーク7の搬送経路をロボット1に教示するための教示位置である位置16をロボット1に設定する。位置16の設定には、本体部4を基準とするXY座標が使用される。
ロボット1は、教示位置である位置16の座標を、記憶部13に格納する。教示位置は、ステージ8からワーク7を取り上げるときのハンド6の中心位置であって、ステージ8からベルトコンベア9へのワーク7の搬送経路の起点となる位置とする。
ロボット1が作業位置に設置されてから、ロボット1は、事前準備を実施する。事前準備において、ロボット1は、本体部4と、可動部が取り上げているワーク7との位置関係を表す基準位置データを取得する。実施の形態1では、基準位置データを、適宜「基準ワーク位置データ」とも称する。
図12は、事前準備である第1の工程におけるロボットシステムの動作手順を示すフローチャートである。ワーク7は、ステージ8上にて、正しく位置決めがなされた状態で載置されている。このとき、ワーク7の中心は位置16に一致しており、かつワーク7はX軸およびY軸に対してあらかじめ定められた回転角とされている。
事前準備では、制御部11は、あらかじめ記憶部13に登録されている制御量で、アーム5およびハンド6の動作を制御する。制御部11による制御に基づいてアーム5およびハンド6を動作させることで、ロボット1は、記憶部13に登録されている教示位置へハンド6を移動させて、図9に示すようにステージ8上からワーク7を取り上げる(ステップS1)。記憶部13に登録されている教示位置は、位置16と一致している。ワーク7を保持しているハンド6の中心位置は、ワーク7の中心位置と一致している。
ステージ8上からワーク7を取り上げると、ロボット1は、取り上げられたワーク7を、ビジョンセンサ2の上の位置へ移動させる(ステップS2)。図3および図10には、ビジョンセンサ2の上の位置へワーク7を移動させたときのロボット1を示している。
ビジョンセンサ2の上の位置にワーク7を移動させると、ビジョンセンサ2は、ワーク7を撮影することにより、ビジョンセンサ2上におけるワーク7の位置を計測する(ステップS3)。ビジョンセンサ2は、ワーク7の位置を計測した結果を制御部11へ出力する。
制御部11は、ビジョンセンサ2から入力された結果を基に、図4に示すX,Y,θの各値を求める。X,Y,θは、XY方向におけるワーク位置データである。Xは、本体部4およびワーク7の間の、X方向における距離とする。Yは、本体部4およびワーク7の間の、Y方向における距離とする。本体部4およびワーク7の間の距離とは、XY方向における本体部4の中心位置と、XY方向におけるワーク7の中心位置との間の距離とする。θは、XY面内におけるワーク7の回転角とする。ワーク7の回転角は、X軸およびY軸を基準とする角度であって、XY座標におけるワーク7の傾きを表す。
ワーク位置データ(X,Y,θ)は、ビジョンセンサ2上のワーク7の位置を表し、本体部4の位置とワーク7の位置との関係を表す基準ワーク位置データである。制御部11は、基準ワーク位置データ(X,Y,θ)を記憶部13に登録する(ステップS4)。これにより、ロボットシステムは、事前準備を終了する。
ロボット1がワーク7を取り上げるステージ8が複数ある場合、ロボットシステムは、事前準備において、各ステージ8からのワーク7の各取り上げ動作について、基準ワーク位置データを登録する。事前準備の後、ロボット1は、事前準備を行ったときの作業位置に設置されたままの状態で稼働する。
ロボット1の稼働を開始してから、ロボット作業者がロボット1の修理あるいはメンテナンスのためにロボット1の稼働をいったん停止させて、製造ラインがあるエリアの外へロボット1を移動させることがある。この場合、ロボット作業者は、修理あるいはメンテナンスを済ませたロボット1を元の作業位置へ再設置することを意図して、ロボット1を移動させる。図11に示すようにそれまでの作業位置から一時的に架台3ごとロボット1を移動させた場合も、架台3上に載置されている本体部4と、架台3に固定されているビジョンセンサ2との位置関係は変わらない。
ロボット1を再設置する場合、ロボット作業者が何らかの目印を頼りに元の作業位置へロボット1を戻したとしても、ワーク7の搬送経路とロボット1との位置関係は、元の位置関係に対して、ある程度の変化が生じることになる。このため、ステージ8上にて位置決めされているワーク7と本体部4との位置関係は、事前準備のときの状態から変化している。なお、ステージ8は、事前準備のときと同じ位置に残されているものとする。
実施の形態1にかかるロボットシステムは、ロボット1の再設置があった場合に、事前準備にて登録された基準ワーク位置データと再設置の後に得られた位置データとの差分を基に、教示位置を補正する。実施の形態1では、再設置の後に得られる位置データを、適宜「ワーク位置データ」とも称する。
図13は、ロボットを再設置してからの第2の工程におけるロボットシステムの動作手順を示すフローチャートである。ロボット作業者が元の作業位置へロボット1を再設置してから、制御部11は、あらかじめ記憶部13に登録されている制御量で、アーム5およびハンド6の動作を制御する。制御部11による制御に基づいてアーム5およびハンド6を動作させることで、ロボット1は、記憶部13に登録されている基準位置へハンド6を移動させて、ステージ8上からワーク7を取り上げる(ステップS5)。
ステージ8上に載置されているワーク7に対して本体部4の位置が変化していることで、記憶部13に登録されている教示位置に対し、ワーク7の中心の位置16はずれている。このため、ワーク7を保持しているハンド6の中心位置は、ワーク7の中心位置とはずれている。
ステージ8上からワーク7を取り上げると、ロボット1は、取り上げられたワーク7を、ビジョンセンサ2の上の位置へ移動させる(ステップS6)。図5には、ビジョンセンサ2の上の位置へワーク7を移動させたときのロボット1を示している。
ビジョンセンサ2の上の位置にワーク7を移動させると、ビジョンセンサ2は、ワーク7を撮影することにより、本体部4を基準とするワーク7の位置を計測する(ステップS7)。ビジョンセンサ2は、ワーク7の位置を計測した結果を制御部11へ出力する。
制御部11は、ビジョンセンサ2から入力された結果を基に、図6に示すX,Y,θの各値を求める。X,Y,θは、XY方向におけるワーク位置データである。Xは、本体部4およびワーク7の間の、X方向における距離とする。Yは、本体部4およびワーク7の間の、Y方向における距離とする。θは、XY面内におけるワーク7の回転角とする。
これにより、制御部11は、ロボット1が再設置されてからのワーク位置データ(X,Y,θ)を求める。ワーク位置データ(X,Y,θ)は、ビジョンセンサ2上のワーク7の位置を表す。
制御部11は、ステップS4にて登録された基準ワーク位置データ(X,Y,θ)を記憶部13から読み出す。制御部11は、ロボット1が再設置されてから取得されたワーク位置データ(X,Y,θ)と、基準ワーク位置データ(X,Y,θ)との差分(ΔX,ΔY,Δθ)を算出する(ステップS8)。なお、ΔX,ΔY,Δθは、ΔX=X−X,ΔY=Y−Y,Δθ=θ−θを計算することにより求められる。
ステップS8で得られた差分(ΔX,ΔY,Δθ)は、ステージ8にて位置決めされたワーク7を基準とするロボット1の相対位置の変化量に相当する。すなわち、差分(ΔX,ΔY,Δθ)は、事前準備のときにロボット1が設置されていた位置と、ロボット1が再設置された位置とのずれ量を表す。制御部11は、ステップS8で算出された差分を記憶部13に登録する。
差分が記憶部13に登録されてからは、制御部11は、ステージ8からワーク7を取り上げる動作において、教示位置の座標を、記憶部13から読み出された差分に基づいて補正する。ステップS9では、制御部11は、記憶部13に登録された教示位置を補正して、アーム5およびハンド6の動作を制御する。なお、ワーク7の搬送経路のうち、ワーク7を取り上げる位置以外の位置である教示位置が記憶部13に登録されている場合、制御部11は、登録されている各教示位置を、上記差分に基づいて補正しても良い。
ロボット1の稼働を開始してから、ロボット1を稼働させる製造ラインを切り換えるために、ロボット作業者がロボット1の稼働をいったん停止させて、ロボット1を移設することがある。また、ロボット作業者は、製造ラインにて人が行っていた作業をロボット1に行わせるために、ロボット1を移設することがある。
実施の形態1にかかるロボットシステムは、ロボット1の移設があった場合も、事前準備にて登録された基準ワーク位置データと移設の後に得られた位置データとの差分を基に、教示位置を補正する。ロボット1の移設があった場合も、ロボットシステムは、ステップS5からステップS9に示す手順で動作する。
ロボット1がワーク7を取り上げるステージ8が複数ある場合、ロボットシステムは、各ステージ8からのワーク7の各取り上げ動作について差分を求める。これにより、ロボットシステムは、ワーク7を取り上げる位置である教示位置を、差分に基づいて補正する。
実施の形態1によると、ロボットシステムは、ワーク7を取り上げる位置である教示位置を、XY方向について補正する。ロボットシステムは、ロボット1を再設置あるいは移設したときに、ロボット1に搬送経路を教示するための教示作業に代えて、かかる教示位置の補正を行う。
これにより、ロボット作業者は、ロボット1の再設置したとき、およびロボット1を移設したときにおける教示作業を不要とし、ロボット1の取り扱いにおける熟練度によらず、かつ負担の少ない作業によって、ロボット1に登録されている教示位置を補正できるという効果を奏する。
ロボットシステムは、作業位置にロボット1を設置してからの事前準備の各動作と、ロボット1を再設置または移設してからの各動作とを、プログラムの実行により自動で行う。ロボットシステムは、プログラムの実行により、ワーク7の搬送経路における教示位置の補正のために実施される一連の動作を自動化させることができる。
図14は、実施の形態1の変形例にかかるロボットシステムの構成を示す斜視図である。ロボット1は、製造ライン内に設置された架台15上の作業位置に載置される。ビジョンセンサ2は、本体部4の側面に、上向きに取り付けられており、本体部4を基準とする相対位置が固定されている。
ステージ8は、架台15の上に載置されている。ロボット1は、ステージ8上に載置されているワーク7を取り上げて、ステージ8上からベルトコンベア9へワーク7を移動させる。
ロボット1が架台15上の作業位置に設置されてから、ロボット1は、事前準備を実施する。事前準備において、ロボット1は、本体部4と、可動部が取り上げているワーク7との位置関係を表す基準ワーク位置データを取得する。
本変形例でも、ロボットシステムは、図12に示す手順による事前準備を実施する。ロボット1の稼働を開始してから、ロボット作業者がロボット1の修理あるいはメンテナンスのためにロボット1の稼働をいったん停止させて、架台15の上からロボット1を移動させることがある。この場合、ロボット作業者は、修理あるいはメンテナンスを済ませたロボット1を元の作業位置へ再設置することを意図して、ロボット1を移動させる。
図15は、図14に示すロボットシステムにて、架台15からロボット1が持ち去られた後の状態を示している。架台15の上からロボット1を移動させてからも、本体部4にビジョンセンサ2は固定されているものとする。これにより、ロボット1を移動させた場合も、本体部4とビジョンセンサ2との位置関係は変わらない。
架台15の上にロボット1を再設置する場合、ロボット作業者が何らかの目印を頼りに元の作業位置へロボット1を戻したとしても、ワーク7の搬送経路とロボット1との位置関係は、元の状態に対して、ある程度の変化が生じることになる。このため、ステージ8上にて位置決めされているワーク7と本体部4との位置関係は、事前準備のときの状態から変化している。なお、ステージ8は、事前準備のときと同じ位置に残されているものとする。
本変形例でも、ロボットシステムは、図13に示す手順により、事前準備にて登録された基準ワーク位置データと再設置の後に得られた位置データとの差分を、記憶部13に登録する。制御部11は、ステージ8からワーク7を取り上げる動作において、教示位置の座標を、記憶部13から読み出された差分に基づいて補正する。制御部11は、記憶部13に登録された教示位置を補正して、アーム5およびハンド6の動作を制御する。本変形例でも、ロボット1をそれまでの位置から他の作業位置へ移設する場合、ロボットシステムは、図13に示す手順の動作を実施する。
本変形例においても、ロボット作業者は、ロボット1を再設置したとき、およびロボット1を移設したときにおける教示作業を不要とし、ロボットの取り扱いにおける熟練度によらず、かつ負担の少ない作業によって、ロボットに登録されている教示位置を補正できるという効果を奏する。
実施の形態2.
図16は、本発明の実施の形態2にかかるロボットシステムを模式的に示した斜視図である。実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。なお、X軸、Y軸およびZ軸は、本体部4を基準とする基準軸である。
ロボット1は、本体部4、複数のアーム5、ハンド6および接触センサ20を備える。接触センサ20は、ハンド6とワーク7との接触の有無を検知する。
接触センサ20がハンド6とワーク7との接触を検知すると、制御部11は、Z方向におけるワーク7の位置を求める。接触センサ20は、Z方向におけるワーク7の位置を計測するセンサである。制御部11は、ハンド6がワーク7に接触したときのハンド6の位置を取り込むことで、Z方向におけるワーク7の位置を求める。
ワーク7は、位置16を中心として、ステージ8に載置される。ロボット作業者は、教示作業において、ワーク7の搬送経路をロボット1に教示するための教示位置である位置16をロボット1に設定する。位置16の設定には、本体部4を基準とするXYZ座標が使用される。
ロボット1は、教示位置である位置16の座標を、記憶部13に格納する。教示位置は、ステージ8からワーク7を取り上げるときのハンド6の中心位置であって、ステージ8からベルトコンベア9へのワーク7の搬送経路の起点となる位置とする。
ロボット1が作業位置に設置されてから、ロボット1は、事前準備を実施する。事前準備において、ロボット1は、本体部4と、可動部が取り上げているワーク7との位置関係を表す基準位置データを取得する。実施の形態2では、基準位置データを、適宜「基準ワーク位置データ」とも称する。
事前準備では、制御部11は、あらかじめ記憶部13に登録されている制御量で、アーム5およびハンド6の動作を制御する。制御部11による制御に基づいてアーム5およびハンド6を動作させることで、ロボット1は、記憶部13に登録されている教示位置へハンド6を移動させて、ステージ8上からワーク7を取り上げる。
接触センサ20は、ハンド6とワーク7との接触を検知することにより、ステージ8上のワーク7の位置を計測する。接触センサ20は、ワーク7の位置の計測結果を、制御部11へ出力する。制御部11は、接触センサ20から入力された結果を基に、図16に示すZの値を求める。Zは、Z方向におけるワーク位置データであって、本体部4を基準とするワーク7の高さを表す。
本体部4を基準とするワーク7の高さとは、本体部4が載置されている架台3の面から、ワーク7が載置されているステージ8の面までの間の高さとする。制御部11は、Z方向についての基準ワーク位置データであるワーク位置データ(Z)を、記憶部13に登録する。基準ワーク位置データ(Z)は、ステージ8上のワーク7の位置を表す。
ステージ8上からワーク7を取り上げると、実施の形態1と同様に、ロボット1は、取り上げられたワーク7を、ビジョンセンサ2の上の位置へ移動させる。ビジョンセンサ2は、ビジョンセンサ2上におけるワーク7の位置を計測する。制御部11は、XY方向についての基準ワーク位置データであるワーク位置データ(X,Y,θ)を、記憶部13に登録する。
実施の形態2にかかるロボットシステムは、ロボット1の再設置があった場合に、事前準備にて登録された基準ワーク位置データと再設置の後に得られた位置データとの差分を基に、教示位置を補正する。実施の形態2では、再設置の後に得られる位置データを、適宜「ワーク位置データ」とも称する。
ロボット1を再設置または移設してからのロボットシステムの動作手順において、制御部11は、あらかじめ記憶部13に登録されている制御量で、アーム5およびハンド6の動作を制御する。制御部11による制御に基づいてアーム5およびハンド6を動作させることで、ロボット1は、記憶部13に登録されている教示位置へハンド6を移動させて、ステージ8上からワーク7を取り上げる。
接触センサ20は、ハンド6とワーク7との接触を検知することにより、ステージ8上のワーク7の位置を計測する。接触センサ20は、ワーク7の位置の計測結果を、制御部11へ出力する。制御部11は、接触センサ20から入力された結果を基に、図16に示すZの値を求める。Zは、Z方向におけるワーク位置データであって、本体部4を基準とするワーク7の高さを表す。
これにより、制御部11は、ロボット1が再設置されてからのワーク位置データ(Z)を求める。ワーク位置データ(Z)は、ステージ8上のワーク7の位置を表す。制御部11は、事前準備にて登録されたワーク位置データ(Z)を記憶部13から読み出す。制御部11は、ロボット1が再設置されてから取得されたワーク位置データ(Z)と、基準ワーク位置データ(Z)との差分(ΔZ)を算出する。なお、ΔZは、ΔZ=Z−Zを計算することにより求められる。
ステージ8上からワーク7を取り上げると、実施の形態1と同様に、ロボット1は、取り上げられたワーク7を、ビジョンセンサ2の上の位置へ移動させる。ビジョンセンサ2は、ビジョンセンサ2上におけるワーク7の位置を計測する。制御部11は、ロボット1が再設置されてからのワーク位置データ(X,Y θ)を求める。
制御部11は、実施の形態1と同様に、ロボット1が再設置されてから取得されたワーク位置データ(X,Y θ)と、基準ワーク位置データ(X,Y θ)との差分(ΔX,ΔY,ΔZ,Δθ)を算出する。
差分(ΔX,ΔY,ΔZ,Δθ)は、事前準備のときからの、ワーク7を基準とするロボット1の相対位置の変化量に相当する。すなわち、差分(ΔX,ΔY,ΔZ,Δθ)は、事前準備のときにロボット1が設置されていた位置と、ロボット1が再設置された位置とのずれ量を表す。制御部11は、Z方向およびXY方向について算出された差分を記憶部13に登録する。
差分が記憶部13に登録されてからは、制御部11は、ステージ8からワーク7を取り上げる動作において、教示位置の座標を、記憶部13から読み出された差分に基づいて補正する。制御部11は、記憶部13に登録された教示位置を補正して、アーム5およびハンド6の動作を制御する。なお、ワーク7の搬送経路のうち、ワーク7を取り上げる位置以外の位置である教示位置が記憶部13に登録されている場合、制御部11は、登録されている各教示位置を、上記差分に基づいて補正しても良い。
実施の形態2によると、ロボットシステムは、ワーク7を取り上げる位置である教示位置を、XYZ方向について補正する。ロボットシステムは、ロボット1を再設置あるいは移設したときに、ロボット1に搬送経路を教示するための教示作業に代えて、かかる教示位置の補正を行う。
実施の形態2においても、実施の形態1と同様、ロボット作業者は、ロボット1を再設置したとき、およびロボット1を移設したときにおける教示作業を不要とし、ロボットの取り扱いにおける熟練度によらず、かつ負担の少ない作業によって、ロボットに登録されている教示位置を補正できるという効果を奏する。
なお、ロボットシステムは、接触センサ20を備えるものに限られない。Z方向におけるワーク7の位置を計測するセンサは、接触センサ20以外のいずれのセンサであっても良い。ロボットシステムは、接触センサ20に代えて、ハンド6によるワーク7の保持を検知するセンサを備えても良い。
実施の形態3.
図17は、本発明の実施の形態3にかかるロボットシステムの上面構成を示す模式図である。図18は、図17に示すロボットシステムの側面構成を示す模式図である。実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。なお、X軸、Y軸およびZ軸は、本体部4を基準とする基準軸である。
ロボット1は、架台3上に載置された状態で、製造ライン内の作業位置に設置される。ロボット1は、本体部4、複数のアーム5およびハンド6、制御部11、記憶部13および駆動部14を備える。
ベルトコンベア9は、製造ラインにおけるワーク7の搬送経路を構成する。ベルトコンベア9は、ベルトを回転させることによって、ベルトに載置されているワーク7を搬送する。ロボット1は、架台3に載せられた状態で、ベルトコンベア9に対峙する作業位置に設置されている。
ロボット作業者は、教示作業において、ベルトコンベア9によるワーク7の搬送経路をロボット1に教示する。ロボット作業者は、ワーク7の搬送経路をロボット1に教示するための教示位置を、ロボット1に設定する。
ロボット1は、ベルトに載って移動しているワーク7を取り上げる動作、および回転しているベルトへワーク7を載せる動作を行う。このとき、ロボット1は、ベルトコンベア9の動きと同じ速度および同じ方向へハンド6を移動させる追従動作を行う。ロボット作業者は、追従動作のための教示位置を、ロボット1に登録する。
ベルトコンベア9との追従動作を実施するロボットシステムでは、ロボット1を再設置したとき、またはロボット1を移設したときに、ベルトコンベア9によるワーク7の搬送方向とロボット1の座標軸との関係に変化が生じる場合がある。このようにベルトコンベア9とロボット1との位置関係にずれがあった場合、ロボット1は、ベルトコンベア9の動きに追従動作を合致させることが困難となる。そのため、ロボット1の再設置および移設に伴い、ロボット作業者は、正確な追従動作を行うための教示作業を実施することがある。
実施の形態3にかかるロボットシステムは、ロボット1再設置した場合、およびロボット1を移設した場合に、ロボット1への教示作業の実施に代えて、ハンド6を追従動作させる方向を補正する。
図19は、事前準備である第1の工程におけるロボットシステムの動作手順を示すフローチャートである。ロボット1が作業位置に設置されてから、ロボット1は、事前準備を実施する。事前準備において、ロボット1は、本体部4の向きとベルトコンベア9による搬送方向との関係を表す基準位置データを取得する。実施の形態3では、基準位置データを、適宜「基準方向データ」とも称する。
事前準備では、制御部11は、あらかじめ記憶部13に登録されている制御量で、アーム5およびハンド6の動作を制御する。制御部11による制御に基づいてアーム5およびハンド6を動作させることで、ロボット1は、ベルトコンベア9のベルトにハンド6を載置する(ステップS11)。このとき、ベルトコンベア9は、ワーク7を搬送する向きにベルトを回転させている。
ベルトにハンド6を載置すると、制御部11は、ハンド6に取り付けられた不図示の力覚センサが検出した外力に倣って可動部を動作させる。これにより、制御部11は、ベルトコンベア9がベルトを回転させる駆動力に倣ってハンド6を移動させる。
ベルトにハンド6を載置してから一定の時間が経過したとき、制御部11は、ベルトからハンド6を持ち上げる。また、制御部11は、ベルトとともにハンド6が一定の距離を移動したときに、ベルトからハンド6を持ち上げても良い。制御部11は、ベルトにハンド6が載置されたときからのアーム5の動作量を基に、ハンド6が一定の距離を移動したことを認識する。この他、制御部11は、不図示のビジョンセンサがハンド6の位置を計測した結果を基に、ハンド6が一定の距離を移動したことを認識しても良い。この場合、ベルトに載置されたときのハンド6の位置を示す座標から、移動後のハンド6の位置の座標までの距離が一定の距離に到達したとき、制御部11は、ハンド6を持ち上げる。
制御部11は、ベルトの移動に倣ってハンド6の移動を開始した開始位置PSTARTの位置データと、ベルトの移動に倣ったハンド6の移動を終了した終了位置PENDの位置データとを取得する(ステップS12)。開始位置PSTARTは、ベルトにハンド6を載置したときの、ベルトコンベア9上のハンド6の位置を表す。終了位置PENDは、ベルトからハンド6を持ち上げたときの、ベルトコンベア9上のハンド6の位置を表す。
制御部11は、図17に示すX,Y,θの各値と、図18に示すZの値とを求める。X,Y,Z,θは、開始位置PSTARTの位置データである。Xは、本体部4およびハンド6の間の、X方向における距離とする。Yは、本体部4およびハンド6の間の、Y方向における距離とする。本体部4およびワーク7の間の距離とは、XY方向における本体部4の中心位置と、XY方向におけるハンド6の中心位置との間の距離とする。θは、本体部4の中心位置と開始位置PSTARTとを結ぶ直線とY軸とがなす角度である。θは、本体部4を基準とする開始位置PSTARTの方角を表す。制御部11は、不図示のビジョンセンサがハンド6の位置を計測した結果を基に、X,Y,θの各値を求める。
は、Z方向における、本体部4を基準とするハンド6の高さとする。本体部4を基準とするハンド6の高さとは、本体部4が載置されている架台3の面から、ハンド6が載置されたベルトの面までの間の高さとする。制御部11は、不図示の接触センサがハンド6の位置を計測した結果を基に、Zの値を求める。なお、ハンド6の位置を計測するセンサは、接触センサに限られない。センサは、ハンド6によるワーク7の保持を検知するセンサであっても良い。
制御部11は、図17に示すX,Y,θの各値と、図18に示すZの値とを求める。 ,Y ,Z ,θ は、終了位置PENDの位置データである。制御部11は、開始位置PSTARTの位置データ(X,Y,Z,θ)と同様に、終了位置PENDの位置データ(X,Y,Z,θ)を求める。

制御部11は、開始位置PSTARTの位置データ(X,Y,Z,θ)および終了位置PENDの位置データ(X,Y,Z,θ)を基に、ベルトコンベア9による搬送方向のデータを取得する(ステップS13)。搬送方向は、ベルトに載置されたハンド6を搬送させた方向であって、開始位置PSTARTから終了位置PENDへ向かうベクトルの向きで表される。搬送方向のデータは、ロボット1の座標軸を用いて定義される位置データであって、開始位置PSTARTから終了位置PENDへ向かうベクトルの、XYZ方向における傾斜を表すものとする。
制御部11は、ステップS13で取得された搬送方向のデータを、記憶部13に登録する(ステップS14)。ステップS13で取得された搬送方向のデータは、基準方向データである。これにより、ロボットシステムは、事前準備を終了する。事前準備の後、ロボット1は、事前準備を行ったときの作業位置に設置されたままの状態で稼働する。
図20は、ロボットを再設置または移設してからの第2の工程におけるロボットシステムの動作手順を示すフローチャートである。図21は、ハンドを追従動作させる方向の補正について説明する図である。
制御部11は、事前準備のときと同様に、あらかじめ記憶部13に登録されている制御量で、アーム5およびハンド6の動作を制御する。制御部11による制御に基づいてアーム5およびハンド6を動作させることで、ロボット1は、ベルトコンベア9のベルトにハンド6を載置する(ステップS15)。このとき、ベルトコンベア9は、ワーク7を搬送する向きにベルトを回転させている。
制御部11は、事前準備のときと同様に、ベルトコンベア9がベルトを回転させる力に倣ってハンド6を移動させる。ベルトにハンド6を載置してから一定の時間が経過したとき、または、ベルトとともにハンド6が一定の距離を移動したときに、制御部11は、ベルトからハンド6を持ち上げる。
制御部11は、ベルトの移動に倣ってハンド6の移動を開始した開始位置PSTART’の位置データと、ベルトの移動に倣ったハンド6の移動を終了した終了位置PEND’の位置データとを取得する(ステップS16)。
制御部11は、事前準備にて開始位置PSTARTの位置データ(X,Y,Z,θ)を取得したときと同様に、開始位置PSTART’の位置データ(X’,Y’,Z’,θ’)を取得する。制御部11は、事前準備にて終了位置PENDの位置データ(X,Y,Z,θ)を取得したときと同様に、終了位置PEND’の位置データ(X’,Y’,Z’,θ’)を取得する。
制御部11は、開始位置PSTART’の位置データ(X’,Y’,Z’,θ’)および終了位置PEND’の位置データ(X’,Y’,Z’,θ’)を基に、ベルトコンベア9による搬送方向のデータを取得する(ステップS17)。搬送方向は、開始位置PSTART’から終了位置PEND’へ向かうベクトルの向きで表される。搬送方向のデータは、ロボット1の座標軸を用いて定義される位置データであって、開始位置PSTART’から終了位置PEND’へ向かうベクトルの、XYZ方向における傾斜を表すものとする。
制御部11は、ステップS14にて登録された基準方向データを記憶部13から読み出す。制御部11は、ステップS17にて取得された搬送方向のデータと、基準方向データとの差分を算出する(ステップS18)。
ステップS18で得られた差分は、ベルトコンベア9の搬送方向を基準とするロボット1の向きの変化量に相当する。すなわち、差分は、事前準備のときにロボット1が設置されていた向きと、ロボット1が再設置または移設されたときの向きとのずれ量を表す。制御部11は、ステップS18で算出された差分を記憶部13に登録する。
差分が記憶部13に登録されてからは、制御部11は、ハンド6を追従動作させる方向を、記憶部13から読み出された差分に基づいて補正する(ステップS19)。制御部11は、追従動作のために登録されている教示位置を補正することで、追従動作の方向を補正する。制御部11は、補正後の方向へハンド6を追従動作させるように、アーム5およびハンド6の動作を制御する。
実施の形態3によると、ロボットシステムは、ロボット1を再設置あるいは移設したときに、ハンド6を追従動作させる方向を、ベルトコンベア9の搬送方向に合わせて補正する。これにより、ロボット作業者は、ロボット1を再設置したとき、およびロボット1を移設したときにおける教示作業を不要とし、ロボット1の取り扱いにおける熟練度によらず、かつ負担の少ない作業によって、ロボットに登録されている教示位置を補正できるという効果を奏する。
ロボットシステムは、作業位置にロボット1を設置してからの事前準備の各動作と、ロボット1を再設置または移設してからの各動作とを、プログラムの実行により自動で行うものとする。ロボットシステムは、プログラムの実行により、ワーク7の搬送経路の補正のために実施される一連の動作を自動化させることができる。
ロボットシステムは、実施の形態1および2の双方による教示位置の補正を実施することとしても良い。
1 ロボット、2 ビジョンセンサ、3 架台、4 本体部、5 アーム、6 ハンド、7 ワーク、8 ステージ、9 ベルトコンベア、11 制御部、13 記憶部、14 駆動部、15 架台、20 接触センサ。

Claims (9)

  1. 本体部と、
    前記本体部に連結され、ワークを取り上げて搬送する可動部と、
    前記可動部の動作を制御する制御部と、
    前記制御部における前記可動部の制御のためのデータを記憶する記憶部と、を備えるロボットと、
    前記本体部を基準とする相対位置が固定され、前記ワークの位置を計測するセンサと、を有し、
    前記記憶部には、ワークの搬送経路を前記ロボットに教示するための教示位置が登録され、
    作業位置に設置された前記ロボットの事前準備において、前記可動部は、前記搬送経路に位置決めされたワークを、前記記憶部に登録されている制御量に基づいた動作により取り上げ、前記センサは、前記可動部が取り上げているワークの位置を計測し、前記制御部は、前記可動部が取り上げているワークと前記本体部との位置関係を表す基準位置データを前記記憶部に登録し、
    前記センサとともに前記作業位置から移動させた前記ロボットが前記作業位置へ再設置されたとき、または、前記作業位置から他の作業位置へ前記ロボットが前記センサとともに移設されたとき、前記可動部は、前記搬送経路に位置決めされたワークを、前記制御量に基づいた動作により取り上げ、前記センサは、前記可動部が取り上げているワークの位置を計測し、前記制御部は、前記可動部が取り上げているワークと前記本体部との位置関係を表す位置データと前記基準位置データとの差分を前記記憶部に登録し、
    前記制御部は、前記記憶部から読み出された前記差分に基づいて前記教示位置を補正することを特徴とするロボットシステム。
  2. 前記本体部は、架台に載置され、
    前記センサは、前記架台に固定されてい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. 前記センサは、前記本体部に固定されてい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。
  4. 前記センサは、二次元方向におけるワークの位置を計測し、
    前記制御部は、前記二次元方向について前記教示位置を補正することを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載のロボットシステム。
  5. 前記センサは、さらに、前記二次元方向に垂直な高さ方向におけるワークの位置を計測し、
    前記制御部は、前記二次元方向に前記高さ方向を含めた三次元方向について前記教示位置を補正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. 本体部と、
    前記本体部に連結され、ワークを取り上げて搬送する可動部と、
    前記可動部の動作を制御する制御部と、
    前記制御部における前記可動部の制御のためのデータを記憶する記憶部と、を備えるロボットを有し、
    前記ロボットは、ワークを搬送するベルトコンベアに対峙する作業位置に設置され、
    前記可動部は、ワークを保持するハンドと、前記本体部および前記ハンドに連結されたアームと、を備え、前記ベルトコンベアに追従して前記ハンドを移動させる追従動作を行い、
    前記記憶部には、ワークの搬送経路を前記ロボットに教示するための教示位置が登録され、
    作業位置に設置された前記ロボットの事前準備において、前記可動部は、前記記憶部に登録されている制御量に基づいた動作により前記ベルトコンベアに前記ハンドを載置させ、かつ前記ベルトコンベアの駆動力に倣って前記ハンドを移動させ、前記制御部は、前記本体部の向きと前記ベルトコンベアの搬送方向との関係を表す基準位置データを前記記憶部に登録し、
    前記作業位置から移動させた前記ロボットが前記作業位置へ再設置されたとき、または、前記作業位置から他の作業位置へ前記ロボットが移設されたとき、前記可動部は、前記制御量に基づいた動作により前記ベルトコンベアに前記ハンドを載置させ、かつ前記ベルトコンベアの駆動力に倣って前記ハンドを移動させ、前記制御部は、前記本体部の向きと前記ベルトコンベアの搬送方向との関係を表す位置データと前記基準位置データとの差分を前記記憶部に登録し、
    前記制御部は、前記記憶部から読み出された前記差分に基づいて前記教示位置を補正することで、前記ハンドを追従動作させる方向を補正することを特徴とするロボットシステム。
  7. 前記制御部は、前記駆動力に倣った前記ハンドの移動を開始する位置のデータと、前記駆動力に倣った前記ハンドの移動を終了する位置のデータとを基に、前記搬送方向のデータを求めることを特徴とする請求項6に記載のロボットシステム。
  8. 本体部と、前記本体部に連結され、ワークを取り上げて搬送する可動部と、を備えるロボットと、前記本体部を基準とする相対位置が固定されたセンサと、を含むロボットシステムの制御方法であって、
    作業位置に設置された前記ロボットの事前準備にて実施される第1の工程と、
    前記センサとともに前記作業位置から移動させた前記ロボットが前記作業位置へ再設置されたとき、または前記作業位置から他の作業位置へ前記ロボットが前記センサとともに移設されたときに実施される第2の工程と、を含み、
    前記ロボットには、ワークの搬送経路を教示するための教示位置があらかじめ登録され、
    前記第1の工程は、
    前記搬送経路に位置決めされたワークを、登録されている制御量に基づいた動作により前記可動部が取り上げ、前記可動部が取り上げているワークの位置を前記センサにより計測する工程と、
    前記可動部が取り上げているワークと前記本体部との位置関係を表す基準位置データを登録する工程と、を含み、
    前記第2の工程は、
    前記搬送経路に位置決めされたワークを、前記制御量に基づいた動作により前記可動部が取り上げ、前記可動部が取り上げているワークの位置を前記センサにより計測する工程と、
    前記可動部が取り上げているワークと前記本体部との位置関係を表す位置データと前記基準位置データとの差分を登録する工程と、を含み、
    登録された前記差分に基づいて前記教示位置を補正することを特徴とするロボットシステムの制御方法。
  9. 本体部と、ワークを保持するハンドと、前記本体部および前記ハンドに連結されたアームと、を備え、ワークを搬送するベルトコンベアに対峙する作業位置に設置されるロボットを含むロボットシステムの制御方法であって、
    作業位置に設置された前記ロボットの事前準備にて実施される第1の工程と、
    前記作業位置から移動させた前記ロボットが前記作業位置へ再設置されたとき、または前記作業位置から他の作業位置へ前記ロボットが移設されたときに実施される第2の工程と、を含み、
    前記ロボットには、ワークの搬送経路を教示するための教示位置があらかじめ登録され、
    前記第1の工程は、
    登録されている制御量に基づいた動作により前記ベルトコンベアに前記ハンドを載置させ、かつ前記ベルトコンベアの駆動力に倣って前記ハンドを移動させる工程と、
    前記本体部の向きと前記ベルトコンベアの搬送方向との関係を表す基準位置データを取得する工程と、を含み、
    前記第2の工程は、
    前記制御量に基づいた動作により前記ベルトコンベアに前記ハンドを載置させ、かつ前記ベルトコンベアの駆動力に倣って前記ハンドを移動させる工程と、
    前記本体部の向きと前記ベルトコンベアの搬送方向との関係を表す位置データと前記基準位置データとの差分を登録する工程と、を含み、
    前記ベルトコンベアに追従して前記ハンドを移動させる追従動作において、登録された前記差分に基づいて前記教示位置を補正することで、前記ハンドを追従動作させる方向を補正することを特徴とするロボットシステムの制御方法。
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