JP7105223B2

JP7105223B2 - ロボットシステム

Info

Publication number: JP7105223B2
Application number: JP2019506816A
Authority: JP
Inventors: 雅登鈴木; 崇種池; 識西山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2022-07-22
Anticipated expiration: 2037-03-23
Also published as: JPWO2018173178A1; EP3603904A1; EP3603904B1; US20200023522A1; US11230015B2; CN110402190A; EP3603904A4; WO2018173178A1; CN110402190B

Description

本明細書は、多関節ロボットとカメラとを備えるロボットシステムについて開示する。

従来より、多関節ロボットと、当該ロボットの先端部に設けられたカメラとを備え、多関節ロボットとカメラとを用いて車体部品（ワーク）の基準位置を計測するロボットシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。基準位置の計測は、車体部品（ワーク）の計測すべき基準位置の周辺にマークを施し、多関節ロボット先端のカメラを基準位置に対して位置合わせし、基準位置の周辺に施されたマークをカメラ座標上に読み取ることにより行なわれる。基準位置に対するカメラの位置合わせは、ロボットティーチングによって行なわれる。

特開平１－２０７６１０号公報

ところで、例えば、複数台の多関節ロボットが協働して所定の作業を行なうように構築されたロボットシステムでは、多関節ロボットに取り付けられるカメラが他の多関節ロボットと干渉しないように、カメラの取付位置を変更しなければならない場合がある。こうしたロボットシステムでは、カメラの取付位置が変更されると、多関節ロボットとカメラとの位置関係が変化し、カメラの撮像範囲が変わる。このため、オペレータは、その都度、ティーチングを行なう必要があり、多大な労力が強いられるという問題があった。

本開示は、多関節ロボットに取り付けられるカメラの位置が変更されても、オペレータに面倒な作業を強いることなく、撮像時にカメラを適切な位置に移動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主目的とする。

本開示は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本開示は、多関節ロボットのアームに取り付けるカメラの位置を予め定められた複数の位置に変更可能なロボットシステムであって、前記複数の位置ごとに前記アームと前記カメラとの間のオフセット情報を予め記憶する記憶装置と、前記カメラで対象物を撮像する場合、前記カメラの取付位置に対応するオフセット情報を前記記憶装置から読み出し、該読み出したオフセット情報に基づいて前記アームが移動して前記カメラにより撮像対象物が撮像されるよう前記多関節ロボットを制御する制御装置と、を備えることを要旨とする。

この本開示のロボットシステムは、カメラを取付可能な複数の位置ごとに多関節ロボットとカメラとの間のオフセット情報を記憶装置に記憶している。そして、ロボットシステムは、選択されたカメラの取付位置に対応するオフセット情報によりオフセットした位置にアームを移動させる。これにより、ロボットシステムは、カメラの取付位置が変更された場合でも、面倒なティーチングを必要とすることなく、撮像時にカメラを適切な位置に移動させて撮像を行なうことができる。

ロボットシステム１０の構成の概略を示す構成図である。ロボット２０の構成の概略を示す構成図である。ロボット２０と制御装置７０との電気的な接続関係を示すブロック図である。アーム２２の先端部の前面側にカメラ２４を取り付ける様子を示す説明図である。アーム２２の先端部の背面側にカメラ２４を取り付ける様子を示す説明図である。アーム２２の先端部の右面側にカメラ２４を取り付ける様子を示す説明図である。アーム２２の先端部の左面側にカメラ２４を取り付ける様子を示す説明図である。カメラ２４のオフセット情報を示す説明図である。撮像処理の一例を示すフローチャートである。

次に、本開示の発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、ロボットシステム１０の構成の概略を示す構成図である。図２は、ロボット２０の構成の概略を示す構成図である。図３は、ロボット２０と制御装置７０の電気的な接続関係を示すブロック図である。なお、図１中、左右方向がＸ軸方向であり、前後方向がＹ軸方向であり、上下方向がＺ軸方向である。

ロボットシステム１０は、ワークＷに対して所定の作業を行なう作業システムである。なお、所定の作業としては、ワークをピックアップするピックアップ作業や、ワークを所定位置にプレースするプレース作業、ワークを所定位置に組み付ける組み付け作業などを挙げることができる。

ロボットシステム１０は、図１に示すように、作業台１１の略中央に設置されワークＷをＸ軸方向（左右方向）に搬送する搬送装置１２と、ワークＷの搬送方向に並んで配置され当該ワークＷに対して協働して作業を行なう複数（２台）のロボット２０と、各ロボット２０を制御する制御装置７０（図３参照）とを備える。

搬送装置１２は、ベルトコンベア装置であり、ベルト上に載置されたワークＷを図１中、左から右（Ｘ軸方向）へと搬送する。

ロボット２０は、いずれも、図２に示すように、５軸の垂直多関節アーム（以下、アームという）２２を備える。各アーム２２は、６つのリンク（第１～第６リンク３１～３６）と、各リンクを回転または旋回可能に連結する５つの関節（第１～第５関節４１～４５）とを有する。各関節（第１～第５関節４１～４５）には、対応する関節を駆動するモータ（サーボモータ）５１～５５と、対応するモータの回転位置を検出するエンコーダ（ロータリエンコーダ）６１～６５とが設けられている。

アーム２２の先端リンク（第６リンク３６）には、エンドエフェクタとしての作業ツールが着脱可能となっている。なお、作業ツールとしては、電磁チャックやメカニカルチャック、吸着ノズルなどを挙げることができる。先端リンクに装着するツールは、作業対象のワークＷの形状や素材に合わせて適宜選択される。

本実施形態のアーム２２は、ロボット２０を正面から見て前（手前）後（奥）の方向をＹ軸とし、ロボット２０の上下方向（第１関節４１の回転軸の延在方向）をＺ軸とし、Ｙ軸およびＺ軸に直交する方向をＸ軸とする三次元空間内の移動が可能である。更に、アーム２２は、Ｚ軸周りの回転方向（ＲＣ）の移動と、Ｘ軸周りの回転方向（ＲＢ）の移動が可能である。

また、アーム２２の先端部（第５リンク３５）には、図１に示すように、カメラ２４が取り付けられている。カメラ２４は、搬送装置１２により搬送されるワークＷの位置および姿勢等を認識するために当該ワークＷを撮像するため等に使用されるものである。図４Ａは、アーム２２の先端部の前面側にカメラ２４を取り付ける様子を示す説明図である。図４Ｂは、アーム２２の先端部の背面側にカメラ２４を取り付ける様子を示す説明図である。図４Ｃは、アーム２２の先端部の右面側にカメラ２４を取り付ける様子を示す説明図である。図４Ｄは、アーム２２の先端部の左面側にカメラ２４を取り付ける様子を示す説明図である。第５リンク３５は、図４Ａ～図４Ｄに示すように、隣り合う面が互いに直交する４つの取付面（第１～第４取付面３５ａ～３５ｄ）を有する。カメラ２４は、第５リンク３５の４つの取付面のいずれかにブラケット２６或いは２７を介して取付・固定される。即ち、図４Ａに示すように、ブラケット２６がカメラ２４の取付面２４ａと第５リンク３５の第１取付面３５ａとにボルト等を用いて取り付けられることにより、カメラ２４は、第５リンク３５の正面側の位置で固定される。また、図４Ｂに示すように、ブラケット２７がカメラ２４の取付面２４ａと第５リンク３５の第２取付面３５ｂとにボルト等を用いて取り付けられることにより、カメラ２４は、第５リンク３５の背面側の位置で固定される。さらに、図４Ｃに示すように、ブラケット２６がカメラ２４の取付面２４ａと第５リンク３５の第３取付面３５ｃとにボルト等を用いて取り付けられることにより、カメラ２４は、第５リンク３５の右面側の位置で固定される。また、図４Ｄに示すように、ブラケット２６がカメラ２４の取付面２４ａと第５リンク３５の第４取付面３５ｄとにボルト等を用いて取り付けられることにより、カメラ２４は、第５リンク３５の左面側の位置で固定される。なお、カメラ２４を第５リンク３５の背面側の位置で固定する場合に用いられるブラケット２７は、カメラ２４とアーム２２とが互いに干渉しないように、その他の位置で固定する場合に用いられるブラケット２６とは異なる形状に形成されている。

このように、本実施形態のロボット２０は、アーム２２の先端部（第５リンク３５）に取り付けるカメラ２４の位置を４つの位置（前面側，背面側，右面側および左面側）から選択できるように構成される。したがって、例えば、図１に示すように、互いに協働して作業を行なう２台のロボット２０が左右に並んで配置される場合に、右側に配置されるロボット２０は、アーム２２（第５リンク３５）の右面側にカメラ２４が取り付けられる。また、左側に配置されるロボット２０は、アーム２２（第５リンク３５）の左面側にカメラ２４が取り付けられる。これにより、一方のロボット２０のアーム２２に取り付けられたカメラ２４が他方のロボット２０のアーム２２と干渉するのを防止することができる。

制御装置７０は、図３に示すように、ＣＰＵ７１を中心としたマイクロプロセッサとして構成され、ＣＰＵ７１の他に、ＲＯＭ７２やＨＤＤ７３、ＲＡＭ７４、図示しない入出力インタフェースなどを備える。なお、ＨＤＤ７３は、ロボット２０の動作プログラムや、カメラ２４で撮像された画像を処理するための画像処理プログラムなどを記憶している。制御装置７０には、カメラ２４からの画像信号やエンコーダ６１～６５からの検知信号、入力装置７５からの入力信号などが入力される。入力装置７５は、例えばキーボードやマウス等、オペレータが入力操作を行なう入力デバイスである。また、制御装置７０からは、搬送装置１２への制御信号やカメラ２４への駆動信号、モータ５１～５５への駆動信号、出力装置７６への出力信号などが出力される。出力装置７６は、例えば液晶ディスプレイ等、各種情報を表示するための表示デバイスである。

ＲＯＭ７２には、カメラ２４に関するカメラ関連情報が記憶されている。カメラ関連情報には、カメラ２４の分解能などの情報の他、オフセット情報が含まれる。図５は、カメラ２４のオフセット情報を示す説明図である。オフセット情報は、アーム２２の直交座標系における原点（第６リンク３６の先端）からカメラ２４の撮像中心までのＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の各方向におけるオフセット量を含む情報である。この情報は、カメラ２４の取付位置ＣＰ（前面側、背面側、右面側および左面側）ごとに対応付けられてＲＯＭ７２に予め記憶されている。

制御装置７０は、ロボット２０の各モータ５１～５５を駆動制御することにより、アーム２２の先端リンク（第６リンク３６）に装着された作業ツールをワークに向けて移動させ、作業ツールを用いてワークに対して所定の作業を行なう。具体的には、制御装置７０は、ワークに対して作業を行なうための作業ツールの目標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）および目標姿勢（ＲＢ，ＲＣ）を取得する。続いて、制御装置７０は、取得した目標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）および目標姿勢（ＲＢ，ＲＣ）を周知のＤＨパラメータ等を用いてアーム２２の各関節の目標位置（目標角度）に座標変換する。そして、制御装置７０は、各関節の位置（角度）が座標変換した目標位置（目標角度）に一致するように対応するモータ５１～５５を駆動制御すると共にワークに対して作業が行なわれるよう作業ツールを駆動制御する。

図６は、制御装置７０のＣＰＵ７１により実行される撮像処理の一例を示すフローチャートである。この撮像処理は、上記所定の作業の実行前に作業対象のワークをカメラ２４で撮像してその位置や姿勢を認識するための処理である。

撮像処理が実行されると、制御装置７０のＣＰＵ７１は、まず、目標撮像位置（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）やカメラ取付位置ＣＰを入力する（Ｓ１００）。ここで、目標撮像位置（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）は、搬送装置１２によるワークの搬送位置の上方に定められる。目標撮像位置（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）に対するアーム２２の位置合わせは、例えば、オペレータが手動操作によってロボット２０のアーム２２を移動させながらその動きを連続的に記録装置に記録させ、記録させた動作を再生するティーチング作業によって行なうことができる。また、カメラ取付位置ＣＰは、実際に取り付けられたカメラ２４の位置（第５リンク３５の前面側、背面側、右面側および左面側）に応じて入力装置７５を用いてオペレータにより選択される。

続いて、ＣＰＵ７１は、入力したカメラ取付位置ＣＰに対応するオフセット情報（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）をＲＯＭ７２から読み出す（Ｓ１１０）。また、ＣＰＵ７１は、目標撮像位置（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）をオフセット情報（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）に基づいてＸ，ＹおよびＺ方向にそれぞれΔＸ，ΔＹ，ΔＺだけオフセットしたものを目標アーム位置（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）に設定する（Ｓ１２０）。そして、ＣＰＵ７１は、目標アーム位置（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）を周知のＤＨパラメータ等を用いて各モータ５１～５５の目標位置（目標角度）に座標変換し（Ｓ１３０）、座標変換した各目標位置に基づいて対応するモータ５１～５５を駆動制御する（Ｓ１４０）。このように、ＣＰＵ７１は、目標撮像位置（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）をカメラ取付位置ＣＰに応じたオフセット方向にオフセット量だけオフセットさせた目標アーム位置（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）を設定し、アーム２２を目標アーム位置（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）へ移動させる。これにより、カメラ２４の取付位置ＣＰに拘わらず、カメラ２４の撮像中心を撮像位置（ワークの搬送位置の上方）に移動させることができる。

そして、ＣＰＵ７１は、カメラ２４を駆動してワークを撮像し（Ｓ１５０）、ワークの撮像画像を処理することにより当該ワークの位置および姿勢を認識して（Ｓ１６０）、撮像処理を終了する。

ここで、実施形態の主要な要素と発明の開示の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。即ち、カメラ２４がカメラに相当し、ＲＯＭ７２が記憶装置に相当し、図６の撮像処理を実行する制御装置７０（ＣＰＵ７１）が制御装置に相当する。また、ブラケット２６，２７がブラケットに相当し、アーム２２の第５リンク３５の第１～第４取付面３５ａ～３５ｄが被取付部に相当する。

以上説明したロボットシステム１０は、アーム２２に取り付けるカメラ２４の位置を複数の位置（第５リンク３５の前面側、背面側、右面側および左面側）に変更可能である。また、ロボットシステム１０は、複数の位置ごとにアーム２２とカメラ２４との間のオフセット情報（オフセット方向およびオフセット量）を記憶している。そして、ロボットシステム１０は、選択されたカメラ２４の取付位置ＣＰに対応するオフセット情報によりオフセットした位置にアームを移動させる。これにより、ロボットシステム１０は、カメラ２４の取付位置ＣＰが変更された場合でも、面倒なティーチングを必要とすることなく、撮像時にカメラ２４の位置を適切な位置に移動させて撮像を行なうことができる。

本実施形態では、アーム２２（第５リンク３５）は、カメラ２４の取り付けが可能な４つの取付位置（第１～第４取付面３５ａ～３５ｄ）を有するものとした。しかし、カメラ２４の取付位置の数は、２つ以上であれば、いくつであっても構わない。この場合、制御装置７０は、カメラ２４の取付位置の数だけ対応するオフセット情報（オフセット方向，オフセット量）を記憶すればよい。

本実施形態では、ロボット２０は、５軸の垂直多関節アーム２２を備えるものとした。しかし、多関節アームは、５軸に限られず、例えば、６軸以上有するものとしてもよい。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

本開示は、ロボットの製造産業などに利用可能である。

１０ロボットシステム、１１作業台、１２搬送装置、２０ロボット、２２アーム、２４カメラ、２４ａ取付面、２６，２７ブラケット、３１第１リンク、３２第２リンク、３３第３リンク、３４第４リンク、３５第５リンク、３５ａ第１取付面、３５ｂ第２取付面、３５ｃ第３取付面、３５ｄ第４取付面、３６第６リンク、４１第１関節、４２第２関節、４３第３関節、４４第４関節、４５第５関節、５１～５５モータ、６１～６５エンコーダ、７０制御装置、７１ＣＰＵ、７２ＲＯＭ、７３ＨＤＤ、７４ＲＡＭ、７５入力装置、７６出力装置。

Claims

複数のロボットのうち一方のロボットのアームに取り付けられたカメラが他方のロボットのアームと干渉するのを防止することができるように予め定められた複数の位置にカメラの位置を変更可能であり、目標撮像位置に対する前記一方のロボットのアームの位置合わせをティーチング作業によって行なうロボットシステムであって、
前記複数の位置ごとに直交座標系における前記アームの先端リンクの先端から前記カメラの撮像中心までのＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の各方向におけるオフセット量を予め記憶する記憶装置と、
前記カメラが取り付けられた位置に対応する前記オフセット量を前記記憶装置から読み出し、前記目標撮像位置に対して、前記オフセット量だけオフセットさせた目標アーム位置に前記アームを移動させる制御装置と、
を備えたロボットシステム。
請求項１記載のロボットシステムであって、
前記カメラは、前記アームの先端部における前面側、背面側、左面側および右面側のいずれにも取付可能である、
ロボットシステム。
請求項１または２記載のロボットシステムであって、
前記カメラが取り付けられた位置が変更された場合でも、ティーチングを行なうことなく、変更された位置に対応する前記オフセット量に基づいて前記目標撮像位置をオフセットした位置に前記アームを移動させて前記カメラによる撮像を行なう、
ロボットシステム。