JPWO2013190639A1 - ロボットシステムおよび加工品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
特異点の回避による不都合を低減することを課題とする。この課題を解決するために、実施形態に係るロボットシステムは、アームを有するロボット(2)と、作業台(3)とを備える。作業台(3)には、ロボット(2)がアームを用いて行う作業に用いられる物品が載置される。ロボットが有するアームは、第1アーム部(21)と、第2アーム部(22)と、第3アーム部(23)とを備える。第1アーム部(21)は、先端においてエンドエフェクタ(50L)を第1回転軸を中心として回転可能に支持する。第2アーム部(22)は、第1回転軸に対して垂直な第2回転軸を中心として第1アーム部(21)の基端部を揺動可能に支持する。第3アーム部(23)は、第2回転軸に対して垂直な第3回転軸を中心として第2アーム部(22)の基端部を揺動可能に支持する。
Description
開示の実施形態は、ロボットシステムおよび加工品の製造方法に関する。
従来、複数の関節軸を備える多関節ロボットには、特異点と呼ばれる位置が存在する。具体的には、特異点とは、ロボット先端部の位置および姿勢から各関節軸の角度を求める逆キネマティクス演算の解が不定となる姿勢(各関節軸の回転位置)である。
そこで、ロボットが特異点姿勢となることを回避するための手法が種々提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1のような特異点回避手法を用いた場合であっても、特異点となる位置の近傍では特異点を回避する必要からロボットの作業性が低下することがある。
一方、近年では、ロボットの利用用途の多様化に伴い、ロボットが特異点に近い姿勢で作業を行わざるを得ない状況が増えつつある。このため、特異点の回避による不都合を低減することが求められている。
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、特異点の回避による不都合を低減することができるロボットシステムおよび加工品の製造方法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、アームを有するロボットと、作業台とを備える。作業台には、ロボットがアームを用いて行う作業に用いられる物品が載置される。ロボットが有するアームは、第1アーム部と、第2アーム部と、第3アーム部とを備える。第1アーム部は、先端においてエンドエフェクタを第1回転軸を中心として回転可能に支持する。第2アーム部は、第1回転軸に対して垂直な第2回転軸を中心として第1アーム部の基端部を揺動可能に支持する。第3アーム部は、第2回転軸に対して垂直な第3回転軸を中心として第2アーム部の基端部を揺動可能に支持する。
実施形態の一態様によれば、特異点の回避による不都合を低減することができる。
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および加工品の製造方法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、以下においては、位置関係を明確にするために、互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸を規定する。また、X軸正方向を水平前方と規定し、Z軸正方向を鉛直上方と規定する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係るロボットシステムの構成を示す図である。図1に示すように、第1の実施形態に係るロボットシステム1は、ロボット2と、作業台3と、制御装置4とを備える。かかるロボットシステム1では、ロボット2が、制御装置4からの指示に従い、作業台3に載置された各種の物品を用いて各種の作業を行う。
図1は、第1の実施形態に係るロボットシステムの構成を示す図である。図1に示すように、第1の実施形態に係るロボットシステム1は、ロボット2と、作業台3と、制御装置4とを備える。かかるロボットシステム1では、ロボット2が、制御装置4からの指示に従い、作業台3に載置された各種の物品を用いて各種の作業を行う。
ロボット2は、左アーム203Lおよび右アーム203Rを備える双腕ロボットである。ロボット2は、これらのアーム203L,203Rを用いて作業を行う。かかるロボット2の具体的な構成については、図2を用いて後述する。
作業台3は、ロボット2がアーム203L,203Rを用いて行う作業に用いられる各種の物品が載置される。たとえば、作業台3の天板31には、コップ11(容器の一例に相当)、ステア12(長尺部材の一例に相当)、ステア12を立てた状態で保持する保持台13、液体が入ったビン14,15等が載置される。
また、作業台3の天板31には、棚32が一体的に設けられている。棚32は、たとえばコップ11を上下方向(鉛直方向)に多段に収納する収納部である。棚32の内部は、仕切板で上下に仕切られており、これによって形成される収納空間32a,32bにコップ11等がそれぞれ収納される。
なお、作業台3の天板31および棚32における収納空間32a,32bの各下面は、全て水平であるものとする。
作業台3は、略コ字状に形成され、ロボット2の前方および側方を取り囲むように配置される。なお、コップ11、ステア12および保持台13は、ロボット2の前方に配置され、ビン14,15は、ロボット2の左側方に配置され、棚32は、ロボット2の右側方に配置される。
制御装置4は、ロボット2の駆動制御を行う制御装置である。制御装置4は、ケーブル40を介してロボット2と接続される。
すなわち、制御装置4は、ロボット2の各関節部に設けられるアクチュエータとケーブル40を介してそれぞれ接続されており、ケーブル40を介して各アクチュエータへ駆動指令を送信する。ロボット2は、制御装置4からの駆動指令に従ってアクチュエータを個別に任意の角度だけ回転させることで、アーム203L,203Rを任意の姿勢で任意の場所へ移動させる。
なお、制御装置4としては、たとえば、記憶装置、電子演算器および入力装置を備えるコンピュータ等を用いることができる。また、ケーブル40は、たとえば、ロボット2と制御装置4との信号通信ラインおよび図示しない電源から各アクチュエータへ電力を供給する給電ラインが束ねられ被覆されたケーブルである。
このように構成されたロボットシステム1において、ロボット2は、制御装置4からの指示に従って各種の作業を行う。たとえば、ロボット2は、作業台3や棚32からコップ11を取ったり、作業台3や棚32へコップ11を載置したりする「受渡作業」を行う。また、ロボット2は、保持したコップ11を振って内部の液体をかき混ぜる「攪拌作業」、コップ11の内壁に付着した付着物をステア12を用いて掻き取る「掻取作業」等も行う。
ここで、特許文献1に示したような典型的なアーム型ロボット(以下、このロボットをRBT型ロボットという)においては、アームの手首部(先端側の3つの駆動軸)が伸びきった姿勢が特異点姿勢の一つとなる(図4Aを参照)。このため、このロボットの場合、特異点を回避しながらたとえば作業台に載置された物品を水平方向から連続的にアクセスして保持することが困難である。このため、作業台に載置された物品を保持する際に、例えば、手首部分を90度曲げた状態で上方からアクセスすることによって物品の保持を行っていた。このように、特異点姿勢を回避するための姿勢をとることにより作業内容によっては、ロボットの作業性が低下する可能性がある。
これに対し、第1の実施形態に係るロボット2は、RBT型ロボットとは異なる軸方向で構成されている。これにより、第1の実施形態に係るロボット2は、作業台3に載置された物品に対する水平アクセスを容易に行うことができる。以下では、ロボット2の構成およびロボット2が行う各種作業について具体的に説明する。
まず、ロボット2の構成について図2を用いて説明する。図2は、ロボット2の構成を示す図である。図2に示すように、ロボット2は、双腕型の7軸ロボットである。具体的には、ロボット2は、基台201と、胴体部202と、左アーム203Lと、右アーム203Rとを備える。
基台201は、床や天井といった設置面に対して直立した状態で固定される部材であり、Z軸に平行な鉛直軸A0を中心として胴体部202を回転可能に支持する。胴体部202は、基端部が基台201によって回転可能に支持され、先端部において左アーム203Lおよび右アーム203Rを回転可能に支持する。
左アーム203Lは、胴体部202の左肩関節部に回転可能に支持されるアームであり、右アーム203Rは、胴体部202の右肩関節部に回転可能に支持されるアームである。
ここで、左アーム203Lおよび右アーム203Rの構成について説明する。なお、左アーム203Lおよび右アーム203Rは本実施形態では同一構成であるため、以下では、左アーム203Lの構成についてのみ説明し、右アーム203Rの構成の説明については省略する。
左アーム203Lは、第1アーム部21、第2アーム部22、第3アーム部23、第4アーム部24、第5アーム部25および第6アーム部26を備える。
第1アーム部21は、エンドエフェクタ50Lを第1回転軸A1を中心として回転可能に支持するアーム部である。エンドエフェクタ50Lは、互いに対向する一対の把持部51,52を備え、これら把持部51,52を互いに近付く方向に移動させることによって、把持部51,52間に配置された物品を把持する。なお、右アーム203Rが備えるエンドエフェクタ50Rも、エンドエフェクタ50Lと同一構成である。
第1アーム部21の先端部(フランジ部)21aは、第1回転軸A1に沿って延在する円柱状の部材であり、かかる先端部21aはエンドエフェクタ50Lが着脱自在に形成されている。また、先端部21aには図示しない第1アクチュエータが設けられており、かかる第1アクチュエータによってエンドエフェクタ50Lが第1回転軸A1まわりに回転する。
なお、エンドエフェクタ50Lが備える一対の把持部51,52は、第1回転軸A1と平行に設けられる。
第2アーム部22は、第1回転軸A1に対して垂直な第2回転軸A2を中心として第1アーム部21の基端部を揺動可能に支持するアーム部である。第2回転軸A2を形成する関節部22aは、第2アーム部22の先端部および第1アーム部21の基端部を含む領域によって形成される。かかる関節部22aには、図示しない第2アクチュエータが設けられており、かかる第2アクチュエータによって第1アーム部21が第2回転軸A2まわりに揺動する。
第3アーム部23は、第1回転軸A1及び第2回転軸A2のいずれに対しても実質的に垂直な第3回転軸A3を中心として第2アーム部22の基端部を揺動可能に支持するアーム部である。第3回転軸A3を形成する関節部23aは、第3アーム部23の先端部および第2アーム部22の基端部を含む領域によって形成される。かかる関節部23aには、図示しない第3アクチュエータが設けられておりかかる第3アクチュエータによって、第2アーム部22が第3回転軸A3まわりに揺動する。
なお、左アーム203Lの手首部は、これら第1アーム部21、第2アーム部22および第3アーム部23を含んで構成される。
第4アーム部24は、第3回転軸A3に対して垂直な第4回転軸A4を中心として第3アーム部23を揺動可能に支持するアーム部である。第4回転軸A4を形成する関節部24aは、第4アーム部24の先端部および第3アーム部23の基端部を含む領域によって形成される。また、関節部24aには図示しない第4アクチュエータが設けられており、かかる第4アクチュエータによって、第3アーム部23が第4回転軸A4まわりに揺動する。
第5アーム部25は、第4回転軸A4に対して垂直な第5回転軸A5を中心として第4アーム部24を回転可能に支持するアーム部である。第5回転軸A5を形成する関節部25aは、第5アーム部25の先端部および第4アーム部24の基端部を含む領域によって形成される。また、関節部25aには、図示しない第5アクチュエータが設けられており、かかる第5アクチュエータによって第4アーム部24が第5回転軸A5まわりに揺動する。
第6アーム部26は、第5回転軸A5に対して垂直な第6回転軸A6を中心として第5アーム部25を揺動可能に支持するアーム部である。第6回転軸A6を形成する関節部26aは、第6アーム部26の先端部および第5アーム部25の基端部を含む領域によって形成される。また、第6アーム部26は、第6回転軸A6に対して垂直な第7回転軸A7を中心として胴体部202に回転可能に支持される。
関節部26aおよび胴体部202には、図示しない第6アクチュエータおよび第7アクチュエータがそれぞれ設けられている。そして、これら第6アクチュエータおよび第7アクチュエータによって、第5アーム部25が第6回転軸A6まわりに揺動し、第6アーム部26が第7回転軸A7まわりに回転する。
ロボット2の基本姿勢(初期姿勢)は、本実施形態では図2に示す姿勢に設定されている。すなわち、ロボット2の姿勢が基本姿勢である場合、第5アーム部25は、第5回転軸A5が第7回転軸A7に対して垂直となる位置で第6アーム部26によって支持され、第6アーム部26は、第5回転軸A5が鉛直下向き(Z軸負方向)となる位置で胴体部202によって支持される。
また、ロボット2の姿勢が基本姿勢である場合、第3アーム部23は、第3回転軸A3が鉛直上向きとなる位置で第4アーム部24によって支持され、第4アーム部24は、関節部23aが前方を向く位置で第5アーム部25によって支持される。
また、ロボット2の姿勢が基本姿勢である場合、第2アーム部22は、関節部22aが前方を向く位置で第3アーム部23によって支持され、第1アーム部21は、先端部21aが前方(X軸正方向)を向く位置で第2アーム部22によって支持される。
なお、胴体部202は、左アーム203Lの第6アーム部26を回転可能に支持する基部である。また、胴体部202は、右アーム203Rの第6アーム部を回転可能に支持する基部でもある。すなわち、胴体部202は、2つのアーム203L,203R共通の基部である。
また、胴体部202は、基台201によって鉛直軸A0を中心として回転可能に支持される。したがって、ロボット2は、鉛直軸A0を中心に胴体部202を回転させることによって、図2に示すロボット2の側方(Y軸方向)に配置される棚32やビン14,15等に対して容易にアクセスすることができる。
次に、第1アーム部21、第2アーム部22および第3アーム部23で構成される手首部の軸構成について図3を用いて説明する。図3は、手首部の軸構成を示す図である。なお、図3には、ロボット2の姿勢が図2に示す基本姿勢である場合の第1アーム部21〜第3アーム部23を模式的にあらわしている。
図3に示すように、第1の実施形態に係るロボット2の第1回転軸A1は、第2アーム部22の基端部から第1アーム部21の先端までの距離Lが最大となる姿勢において第3回転軸A3に対して垂直となる。
ここで、「第2アーム部22の基端部から第1アーム部21の先端までの距離Lが最大となる姿勢」とは、図3に示す第1アーム部21および第2アーム部22(図2に示す第1アーム部21および第2アーム部22をジョイント間を接続するリンクとしてあらわしたもの)が一直線上に並ぶ姿勢である。より具体的には、図2に示す第1アーム部21の先端部21aの延在方向(すなわち、第1回転軸A1の向き)が第2アーム部22の延在方向と一致する姿勢である。
なお、「第2アーム部22の基端部から第1アーム部21の先端までの距離Lが最大となる姿勢」は、「第3回転軸A3から第1アーム部21の先端までの距離が最大となる姿勢」でもある。
第3回転軸A3は、第2アーム部22の延在方向に対して垂直に設けられる。このため、第2アーム部22の先端部に位置する関節部22aは、第3回転軸A3まわりに揺動する。これに対し、RBT型のロボットでは、第3回転軸が、第2アーム部の延在方向に対して平行に設けられる。このため、第2アーム部の先端部に位置する関節部は、第3回転軸を中心にその場で回転する、すなわち、自転することとなる。
このように、第1の実施形態に係るロボット2では、第1回転軸A1と第3回転軸A3との軸関係が、RBT型のロボットにおける第1回転軸と第3回転軸との軸関係と異なる。したがって、第1の実施形態に係るロボット2の特異点姿勢は、RBT型ロボットの特異点姿勢とは異なるものとなる。
ここで、第1の実施形態に係るロボット2とRBT型ロボットとの特異点姿勢の違いについて図4Aおよび図4Bを用いて説明する。図4Aは、RBT型ロボットの特異点姿勢を示す図であり、図4Bは、第1の実施形態に係るロボット2の特異点姿勢を示す図である。
なお、図4Aでは、第1回転軸A1に対応する回転軸を第1回転軸B1、第2回転軸A2に対応する回転軸を第2回転軸B2、第3回転軸A3に対応する回転軸を第3回転軸B3として示している。また、第1アーム部21、第2アーム部22および第3アーム部23に相当する部材をそれぞれ第1アーム部41、第2アーム部42および第3アーム部43として示している。
図4Aに示すように、RBT型ロボットは、第3回転軸B3が、第2アーム部42の延在方向に対して平行に設けられる。したがって、RBT型ロボットは、第1アーム部41と第2アーム部42とが一直線上に並んだとき、換言すれば、第2アーム部42の基端部から第1アーム部41の先端までの距離が最大となるときに、第1回転軸B1が第3回転軸B3と平行になり、特異点姿勢となる。
このため、RBT型ロボットは、第1アーム部41および第2アーム部42が一直線上に並ぶ姿勢を回避する軌道を取る必要があるため、第1アーム部41および第2アーム部42が一直線上に並ぶ姿勢を含む動作を行うことが困難であった。
これに対し、第1の実施形態に係るロボット2は、図4Bに示すように、第3回転軸A3が第2アーム部22の延在方向に対して垂直に設けられる。このため、第1の実施形態に係るロボット2は、第1アーム部21の先端部21aが第2アーム部22に対して垂直となる位置に配置された場合に、第1回転軸A1と第3回転軸A3とが平行となり、特異点姿勢となる。
このように、第1の実施形態に係るロボット2は、第1アーム部21の可動範囲の上限(たとえば+110度)または下限(たとえば−110度)に近い位置に特異点をずらすことができる。
このため、第1の実施形態に係るロボット2は、第2アーム部22の基端部から第1アーム部21の先端までの距離が最大となる姿勢、すなわち、第1アーム部21および第2アーム部22が一直線上に並ぶ姿勢を含む作業を行う場合であっても、特異点姿勢となることなく作業を行うことができる。
次に、第1の実施形態に係るロボット2が実行する「受渡作業」、「攪拌作業」および「掻取作業」について説明する。なお、これらの作業は、制御装置4(図1参照)からの指示に従って実行される。
まず、「受渡作業」について図5を用いて説明する。図5は、受渡作業の他の動作例を示す図である。「受渡作業」は、作業台3の天板31に載置されたコップ11を取ったり、作業台3の天板31へコップ11を載置したりする作業である。
ロボット2は、第1アーム部21と第2アーム部22とが一直線上に並んだ姿勢、すなわち、第2アーム部22の基端部から第1アーム部21の先端までの距離が最大となる姿勢を経由しつつ、エンドエフェクタ50Lおよび天板31間でコップ11の受渡しを行う。
たとえば、ロボット2は、図5に示すように、第1アーム部21と第2アーム部22とが一直線上に並んだ姿勢で、第1アーム部21および第2アーム部22を略水平方向に移動させる。これにより、ロボット2は、コップ11に対してかかるコップ11の側方からエンドエフェクタ50Lを接近させ、その後、エンドエフェクタ50Lの把持部51,52を用いてコップ11を側方から保持する。
このように、ロボット2は、第1アーム部21と第2アーム部22とが一直線上に並んだ姿勢が特異点姿勢ではないため、作業台3に載置されたコップ11等の物品に対する側方からのアクセスを容易に行うことができる。
なお、RBT型ロボットは、第1アーム部と第2アーム部とが一直線上に並んだ姿勢が特異点姿勢であるため、第1の実施形態に係るロボット2のように作業台に載置された物品に対して側方からのアクセスを行うことが困難である。
つづいて、受渡作業の他の例について図6A〜図6Cを用いて説明する。図6A〜図6Cは、受渡作業の他の動作例を示す図である。受渡作業の他の例では、エンドエフェクタ50Lに保持されたコップ11を棚32へ収納したり、棚32からコップ11を取り出したりする動作を行う。
ロボット2は、第1アーム部21と第2アーム部22とが一直線上に並んだ姿勢、すなわち、第2アーム部22の基端部から第1アーム部21の先端までの距離が最大となる姿勢を経由しつつ、エンドエフェクタ50Lおよび棚32間でコップ11の受渡しを行う。
たとえば、ロボット2は、図6Aに示すように、エンドエフェクタ50Lを用いて保持したコップ11を棚32の収納空間32aへ収納する。このとき、ロボット2は、第2アーム部22の基端部から第1アーム部21の先端までの距離が最大となる姿勢、すなわち、第1アーム部21および第2アーム部22が一直線上に並んだ姿勢を経由しつつ、第1アーム部21を収納空間32a内へ侵入させる。
このように、ロボット2は、側方からのアクセスを容易に行うことができるため、棚32の収納空間32aのように上下方向に仕切られた空間に対しても容易にアクセスすることができる。
また、ロボット2は、図6Bに示すように、棚32に収納されたコップ11を収納空間32a内で反転させて再び収納空間32aへ載置する作業も行う。具体的には、ロボット2は、第1アーム部21および第2アーム部22が一直線上に並んだ姿勢で第1アーム部21を棚32の収納空間32aへ移動させ、収納空間32a内のコップ11をエンドエフェクタ50Lを用いて水平方向から保持する。
つづいて、ロボット2は、保持したコップ11を鉛直上方にわずかに持ち上げたのち、第1回転軸A1を中心としてエンドエフェクタ50Lを180度回転させることによって、コップ11を反転させる。その後、ロボット2は、第1アーム部21および第2アーム部22を鉛直下方に移動させて、反転させたコップ11を収納空間32aへ再び載置する。
このように、ロボット2は、側方からのアクセスを容易に行うことができるため、保持した物品を第1回転軸A1を中心として回転させる場合に、回転させる物品の回転半径を小さくすることができる。したがって、棚32の収納空間32aのように狭い空間内であっても、物品を容易に回転させることができる。
なお、ロボット2は、コップ11を鉛直上方または鉛直下方に移動させる動作を行いながらコップ11を反転させてもよい。
また、ロボット2は、図6Cに示すように、棚32に収納されたコップ11を収納空間32aから取り出す作業も行う。具体的には、ロボット2は、コップ11を反転させる場合と同様に、収納空間32a内のコップ11をエンドエフェクタ50Lを用いて水平方向から保持する。そして、ロボット2は、第2アーム部22の基端部から第1アーム部21の先端までの距離が最大となる姿勢でこれらを後退させることによって、保持したコップ11を収納空間32aから取り出す。
このように、第1の実施形態に係るロボット2は、第1アーム部21および第2アーム部22が一直線上に並んだ状態で水平方向からアクセスできるため、棚32などの上下方向の幅が比較的狭い空間に対しても容易にアクセスすることができる。
次に、「攪拌作業」について図7Aを用いて説明する。図7Aは、攪拌作業の動作例を示す図である。「攪拌作業」は、コップ11を振って内部の液体(加工品の一例に相当)をかき混ぜる作業である。
なお、図7Aにおいて、ロボット2は、第1アーム部21および第2アーム部22が一直線上に並んだ姿勢、すなわち、第2アーム部22の基端部から第1アーム部21の先端までの距離が最大となる姿勢で、コップ11に対して斜め上方からアクセスしてコップ11を斜めに保持するものとする。
図7Aに示すように、ロボット2は、第2回転軸A2を中心として第1アーム部21を正方向(たとえば上方)および逆方向(たとえば下方)に揺動させることによってコップ11を振り、コップ11内の液体を攪拌させる。ロボット2は、かかる動作を、第2アーム部22の基端部から第1アーム部21の先端までの距離が最大となる姿勢を経由しつつ行う。
ロボット2は、第2アーム部22の延在方向に対して−90度〜90度の範囲において特異点姿勢となることなく第1アーム部21を揺動させることができる。このため、図7Aに示すような攪拌作業を容易に行うことができる。
つづいて、攪拌作業の他の例について図7Bを用いて説明する。図7Bは、攪拌作業の他の動作例を示す図である。
図7Bに示すように、ロボット2は、第1アーム部21だけでなく第2アーム部22も揺動させてコップ11を振ることも可能である。すなわち、ロボット2は、第2アーム部22の基端部から第1アーム部21の先端までの距離が最大となる姿勢を経由しつつ第2回転軸A2を中心として第1アーム部21を揺動させるとともに、第3回転軸A3を中心として第2アーム部22を揺動させる。
これにより、エンドエフェクタ50Lによって保持されたコップ11は、図7Bに示すように、円を描くように旋回することとなる。したがって、図7Aに示すように第1アーム部21だけを揺動させてコップ11を振る場合と比較して攪拌力を高めることができる。
また、ロボット2は、コップ11を円を描くように旋回させる動作を、第1アーム部21と、かかる第1アーム部21を支持する第2アーム部22とを揺動させることによって行う。すなわち、ロボット2は、揺動させる2つのアーム部が連続している、言い換えれば、揺動させる2つのアーム部の間に他のアーム部が介在しないため、コップ11を振る動作を小さな動きで行うことができる。したがって、ロボット2は、作業領域が比較的狭い場合であっても、物品を円を描くように回す作業を容易に行うことができる。
なお、ロボット2は、第1アーム部21および第2アーム部22を揺動させつつ、さらに、第1回転軸A1を中心としてエンドエフェクタ50Lを回転させてもよい。これにより、攪拌力をさらに高めることができる。
次に、「掻取作業」について図8Aおよび図8Bを用いて説明する。図8Aおよび図8Bは、掻取作業の動作例を示す図である。「掻取作業」は、コップ11の内壁に付着した付着物をステア12を用いて掻き取る作業である。
図8Aに示すように、ロボット2は、左アーム203Lが備えるエンドエフェクタ50Lを用いてコップ11を保持し、右アーム203Rが備えるエンドエフェクタ50Rを用いてステア12を保持する。なお、ロボット2は、図5を用いて説明したように、第1アーム部21および第2アーム部22が一直線上に並んだ状態でコップ11に対して水平方向からアクセスしてコップ11を保持する。右アーム203Rによるステア12の保持作業についても同様である。
ステア12は、先端にすくい部12aを備える。ロボット2は、かかるすくい部12aを用いてコップ11の内壁11aに付着した付着物を掻き取る。
まず、ロボット2は、右アーム203Rを駆動させて、ステア12のすくい部12aの側面をコップ11の内壁11aに当接させる。このとき、ロボット2は、左アーム203Lを駆動させてコップ11の角度を変更することによって、すくい部12aを内壁11aに当接させ易くする。
つづいて、ロボット2は、右アーム203Rの手首部の全てを駆動させることによってステア12を円を描くように回転させる。すなわち、ロボット2は、右アーム203Rについて、第2アーム部の基端部から第1アーム部の先端までの距離が最大となる姿勢を経由しつつ第2回転軸を中心として第1アーム部を揺動させるとともに、第3回転軸を中心として第2アーム部を揺動させる。さらに、第1回転軸を中心としてエンドエフェクタ50Rを回転させる。
これにより、図8Bに示すように、エンドエフェクタ50Rに保持されたステア12のすくい部12aが、コップ11の内壁11aに沿って移動し、コップ11の内壁11aに付着した付着物がすくい部12aによって掻き取られることとなる。
このように、ロボット2は、右アーム203Rの手首部の全てを駆動させてステア12を円を描くように旋回させることによって、コップ11の内壁11aに付着した付着物をステア12のすくい部12aによって掻き取ることができる。
また、ロボット2は、2つのアーム203L,203Rを備える双腕ロボットであり、右アーム203Rが備えるエンドエフェクタ50Rによってステア12を保持し、左アーム203Lが備えるエンドエフェクタ50Lによってコップ11を保持することとした。これにより、右アーム203Rの動きが最小となるように、左アーム203Lを用いてコップ11の角度を変更することができ、ロボット2の動きをより小さくすることができる。
なお、ロボット2は、たとえば、すくい部12aを有しない長尺部材(たとえばかき混ぜ棒)の先端部をコップ11の内壁11aに沿って移動させる作業を行ってもよい。
また、ここでは、ロボット2が、左アーム203Lが備えるエンドエフェクタ50Lでコップ11を保持し、右アーム203Rが備えるエンドエフェクタ50Rでステア12を保持することとしたが、コップ11およびステア12を保持するアーム203L,203Rは、本例と逆であってもよい。
上述してきたように、第1の実施形態に係るロボットシステム1は、アーム203L,203Rを有するロボット2と、作業台3とを備える。作業台3には、ロボット2がアーム203L,203Rを用いて行う作業に用いられる物品が載置される。
ロボット2が有するアーム203L,203Rは、第1アーム部21と、第2アーム部22と、第3アーム部23とを備える。第1アーム部21は、先端においてエンドエフェクタ50L,50Rを第1回転軸A1を中心として回転可能に支持する。第2アーム部22は、第1回転軸A1に対して垂直な第2回転軸A2を中心として第1アーム部21の基端部を揺動可能に支持する。第3アーム部23は、第2回転軸A2に対して垂直な第3回転軸A3を中心として第2アーム部22の基端部を揺動可能に支持する。
したがって、第1の実施形態に係るロボットシステム1によれば、RBT型ロボットでは特異点回避のための補正等が必要となる動作(作業)が多く含まれる場合であっても、かかる補正の必要なく特異点の回避による不都合を低減することができる。
(第2の実施形態)
ところで、上述した第1の実施形態では、ロボット2が、「受渡作業」、「攪拌作業」および「掻取作業」等を行う場合の例について説明したが、ロボット2が行う作業はこれらに限定されない。たとえば、ロボット2は、壁等の垂直な面を持つ部材の研磨作業を行ってもよい。
ところで、上述した第1の実施形態では、ロボット2が、「受渡作業」、「攪拌作業」および「掻取作業」等を行う場合の例について説明したが、ロボット2が行う作業はこれらに限定されない。たとえば、ロボット2は、壁等の垂直な面を持つ部材の研磨作業を行ってもよい。
以下では、ロボットが実行する作業の他の例について図9を用いて説明する。図9は、第2の実施形態に係るロボットが行う作業の動作例を示す図である。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分については、既に説明した部分と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図9に示すように、第2の実施形態に係るロボット2aは、第1の実施形態に係るロボット2が備えるエンドエフェクタ50L,50Rに代えて、エンドエフェクタ53を備える。エンドエフェクタ53はポリッシャであり、研磨面が第1回転軸A1に対して垂直となる向きで第1アーム部21に支持され、第1回転軸A1を中心として回転する。
ロボット2aは、エンドエフェクタ53の研磨面を加工品60の垂直面に対して垂直に当接させた後、第1回転軸A1を中心としてエンドエフェクタ53を回転させる。
そして、ロボット2aは、エンドエフェクタ53を回転させた状態で、第1アーム部21および第2アーム部22を鉛直下方に移動させて加工品60を研磨する。このとき、ロボット2aは、エンドエフェクタ53の研磨面が加工品60の垂直面に対して垂直な状態が維持されるように、第2回転軸A2を中心として第1アーム部21を揺動させながら、第1アーム部21および第2アーム部22を鉛直下方へ移動させる。
この結果、ロボット2aは、第1アーム部21および第2アーム部22が一直線上に並んだ状態、すなわち、第2アーム部22の基端部から第1アーム部21の先端までの距離が最大となる姿勢を経由することとなる。
ロボット2aは、第1の実施形態に係るロボット2と同様、第2アーム部22の基端部から第1アーム部21の先端までの距離が最大となる姿勢が特異点姿勢ではない。このため、ロボット2aは、第1アーム部21および第2アーム部22が一直線上に並んだ状態を経由しつつ加工品60の垂直面の研磨を行う場合であっても、特異点姿勢を回避する必要がなく、一定方向に研磨を行うことができる。
なお、上述した各実施形態では、ロボット2,2aが双腕型の7軸ロボットである場合の例について説明したが、ロボットは、少なくとも第1アーム部21〜第3アーム部23を備えていればよく、単腕型や6軸以下の軸数のロボット等の他の構成のロボットであっても構わない。また、ロボット2,2aにより行われる作業内容は上述のものに限定されない。
また、第1アーム部21〜第3アーム部23の構造をパラレルリンクロボットに対して適用してもよい。パラレルリンクロボットとは、一般的に、所定の間隔を空けて対向配置された一対の部材(ここでは、基端側の部材を「基礎部材」と呼び、先端側の部材を「可動部材」と呼ぶ)を複数のリンクによって並列的に連結するパラレルリンク機構を備えるロボットである。かかるパラレルリンクロボットの可動部材に対して、上述してきた第1アーム部21〜第3アーム部23を用いることとしてもよい。
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
2,2a ロボット
201 基台
202 胴体部
203L 左アーム
203R 右アーム
21 第1アーム部
21a 先端部
22 第2アーム部
22a 関節部
23 第3アーム部
23a 関節部
50L,50R,53 エンドエフェクタ
3 作業台
31 天板
32 棚
32a,32b 収納空間
4 制御装置
40 ケーブル
A1 第1回転軸
A2 第2回転軸
A3 第3回転軸
11 コップ
12 ステア
2,2a ロボット
201 基台
202 胴体部
203L 左アーム
203R 右アーム
21 第1アーム部
21a 先端部
22 第2アーム部
22a 関節部
23 第3アーム部
23a 関節部
50L,50R,53 エンドエフェクタ
3 作業台
31 天板
32 棚
32a,32b 収納空間
4 制御装置
40 ケーブル
A1 第1回転軸
A2 第2回転軸
A3 第3回転軸
11 コップ
12 ステア
Claims (12)
- アームを有するロボットと、
前記ロボットが前記アームを用いて行う作業に用いられる物品が載置される作業台と
を備え、
前記ロボットが有する前記アームは、
先端においてエンドエフェクタを第1回転軸を中心として回転可能に支持する第1アーム部と、
前記第1回転軸に対して垂直な第2回転軸を中心として前記第1アーム部の基端部を揺動可能に支持する第2アーム部と、
前記第2回転軸に対して垂直な第3回転軸を中心として前記第2アーム部の基端部を揺動可能に支持する第3アーム部と
を備えることを特徴とするロボットシステム。 - 前記ロボットを制御する制御装置
をさらに備え、
前記制御装置は、
前記第2アーム部の基端部から前記第1アーム部の先端までの距離が最大となる姿勢を含む作業を行うように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。 - 前記アームは、
前記第3回転軸に対して垂直な第4回転軸を中心として前記第3アーム部の基端部を揺動可能に支持する第4アーム部と、
前記第4回転軸に対して垂直な第5回転軸を中心として前記第4アーム部の基端部を回転可能に支持する第5アーム部と、
前記第5回転軸に対して垂直な第6回転軸を中心として前記第5アーム部の基端部を揺動可能に支持する第6アーム部と
をさらに備え、
前記ロボットは、
前記第6回転軸に対して垂直な第7回転軸を中心として前記第6アーム部の基端部を回転可能に支持する基部
をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載のロボットシステム。 - 前記ロボットは、
2つの前記アーム共通の前記基部となる胴体部と、
前記胴体部を鉛直軸を中心として回転可能に支持する基台と
をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載のロボットシステム。 - 前記作業は、
前記第2アーム部の基端部から前記第1アーム部の先端までの距離が最大となる姿勢を経由しつつ、前記作業台と前記エンドエフェクタとの間で前記物品の受け渡しを行う作業であること
を特徴とする請求項2〜4のいずれか一つに記載のロボットシステム。 - 前記作業台は、前記物品を多段に収納する棚を備え、
前記作業は、
前記第2アーム部の基端部から前記第1アーム部の先端までの距離が最大となる姿勢を経由しつつ、前記棚と前記エンドエフェクタとの間で前記物品の受け渡しを行う作業であること
を特徴とする請求項2〜4のいずれか一つに記載のロボットシステム。 - 前記作業は、
前記第2アーム部の基端部から前記第1アーム部の先端までの距離が最大となる姿勢で前記エンドエフェクタを前記第1回転軸を中心として回転させることによって、前記エンドエフェクタに保持された前記物品を回転させる作業をさらに含むこと
を特徴とする請求項6に記載のロボットシステム。 - 前記作業は、
前記第2アーム部の基端部から前記第1アーム部の先端までの距離が最大となる姿勢を経由しつつ、前記第2回転軸を中心として前記第1アーム部を正方向および逆方向に揺動させることによって、前記エンドエフェクタに保持された物品を振る作業であること
を特徴とする請求項2〜4のいずれか一つに記載のロボットシステム。 - 前記作業は、
前記第2アーム部の基端部から前記第1アーム部の先端までの距離が最大となる姿勢を経由しつつ前記第2回転軸を中心として前記第1アーム部を揺動させるとともに、前記第3回転軸を中心として前記第2アーム部を揺動させることによって、前記エンドエフェクタに保持された前記物品を円を描くように回す作業であること
を特徴とする請求項2〜4のいずれか一つに記載のロボットシステム。 - 前記第2アーム部の基端部から前記第1アーム部の先端までの距離が最大となる姿勢を経由しつつ前記第2回転軸を中心として前記第1アーム部を揺動させるとともに、前記第3回転軸を中心として前記第2アーム部を揺動させ、さらに、前記第1回転軸を中心として前記エンドエフェクタを回転させることによって、前記エンドエフェクタに保持された前記物品である長尺部材を容器の内壁に沿って移動させる作業であること
を特徴とする請求項2〜4のいずれか一つに記載のロボットシステム。 - 前記ロボットは、
2つの前記アームを備える双腕ロボットであり、
一方の前記アームが備える前記エンドエフェクタによって前記長尺部材が保持され、他方の前記アームが備える前記エンドエフェクタによって前記容器が保持されること
を特徴とする請求項10に記載のロボットシステム。 - 先端においてエンドエフェクタを第1回転軸を中心として回転可能に支持する第1アーム部と、前記第1回転軸に対して垂直な第2回転軸を中心として前記第1アーム部の基端部を揺動可能に支持する第2アーム部と、前記第2回転軸に対して垂直な第3回転軸を中心として前記第2アーム部の基端部を揺動可能に支持する第3アーム部とを備えるアームを有するロボットが、作業台に載置された物品を前記エンドエフェクタを用いて保持する工程と、
前記ロボットが、前記エンドエフェクタを用いて保持した物品に対して、前記第2アーム部の基端部から前記第1アーム部の先端までの距離が最大となる姿勢を含む作業を行うことによって前記物品を加工する工程と
を含むことを特徴とする加工品の製造方法。
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