JPWO2019049947A1 - ロボットシステム及びその運転方法 - Google Patents

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Abstract

走行軸(16)に沿って自走し、先端部に位置検出センサ(14)が設けられているロボット(1)と、複数の基準位置が並設され、ワーク(2)を支持する支持部材(3)と、走行軸に沿って並置されている、複数の校正部材と、制御装置(5)と、を備え、校正部材は、校正位置を有し、制御装置(5)は、ロボット(1)を走行軸に沿って第1距離を移動させ、位置検出センサ(14)が検出した校正位置の位置座標を基にロボット(1)の位置座標を校正し、その後、位置検出センサ(14)が検出した基準位置の位置座標を基にワーク(2)の位置座標を校正するように構成されている、ロボットシステム。

Description

本発明は、ロボットシステム及びその運転方法に関する。
航空機の胴体の組み合わせ位置精度を向上させ、組み合わせ・結合に要する時間を短縮することを目的とした、航空機の機体の製造方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に開示されている航空機の機体の製造方法では、2つの胴体の位置情報を取得して、取得した位置情報を基に、これらの胴体を結合させたときの結合位置情報を算出し、算出した結合位置情報を基にして、2つの胴体を移動させる。
特許第4444033号公報
ところで、航空機の機体のような大型ワークは、その自重により、撓みが生じるが、上記特許文献1に開示されている航空機の機体の製造方法では、この撓み分を考慮していないため、リベット等を通す穴の位置がずれるおそれがあった。
そこで、本発明は、上記従来の課題を解決するもので、上記特許文献1に開示されている航空機の機体の製造方法に比して、航空機の機体のような大型ワークに対して、位置決めをより高精度に実行することができる、ロボットシステム及びその運転方法を提供することを目的とする。
上記従来の課題を解決するために、本発明に係るロボットシステムは、走行軸に沿って自走し、先端部に位置検出センサが設けられているアームを有する、ロボットと、複数の基準位置が前記走行軸の延伸方向に沿って並設され、ワークを吊り下げて支持するように構成されている支持部材と、前記走行軸に沿って並置され、それぞれが校正位置を有する、複数の校正部材と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ロボットを前記走行軸に沿って予め設定されている所定の第1距離を移動させ、前記位置検出センサが前記校正位置を検出するように、前記ロボットを動作させ、前記位置検出センサが検出した前記校正位置の位置座標を基に前記ロボットの位置座標を校正し、その後、前記位置検出センサが前記基準位置を検出するように、前記ロボットを動作させ、前記位置検出センサが検出した前記基準位置の位置座標を基に前記ワークの位置座標を校正するように構成されている。
これにより、ロボットの位置座標を校正した後に、ワークの位置座標の校正を実行するので、ワークに対する位置決めをより高精度に実行することができる。
また、ワークが吊り下げられて支持されることにより、当該ワークが撓んでも、複数の基準位置で位置座標を校正するので、ワークに対する位置決めをより高精度に実行することができる。
また、本発明に係るロボットシステムの運転方法は、ロボットシステムの運転方法であって、前記ロボットシステムは、走行軸に沿って自走し、先端部に位置検出センサが設けられているアームを有するロボットと、複数の基準位置が前記走行軸の延伸方向に沿って並設され、ワークを吊り下げて支持するように構成されている支持部材と、前記走行軸に沿って並置され、それぞれが校正位置を有する、複数の校正部材と、を備え、前記ロボットが前記走行軸に沿って予め設定されている所定の距離を移動する(A)と、前記位置検出センサが前記校正位置を検出するように、前記ロボットが動作する(B)と、前記位置検出センサが検出した前記校正位置の位置座標を基に前記ロボットの位置座標を校正する(C)と、前記(C)の後、前記位置検出センサが前記基準位置を検出するように、前記ロボットが動作する(D)と、前記位置検出センサが検出した前記基準位置の位置座標を基に前記ワークの位置座標を校正する(E)と、を備える。
これにより、ロボットの位置座標を校正した後に、ワークの位置座標の校正を実行するので、ワークに対する位置決めをより高精度に実行することができる。
また、ワークが吊り下げられて支持されることにより、当該ワークが撓んでも、複数の基準位置で位置座標を校正するので、ワークに対する位置決めをより高精度に実行することができる。
本発明のロボットシステム及びその運転方法によれば、ワークに対する位置決めをより高精度に実行することができる。
図1は、本実施の形態1に係るロボットシステムの概略構成を示す模式図である。 図2は、図1に示すロボットシステムにおける、ロボットの概略構成を示す模式図である。 図3は、本実施の形態1に係るロボットシステムの動作の一例を示すフローチャートである。 図4は、図3に示すステップS107の処理の内容を示すフローチャートである。 図5は、本実施の形態1に係るロボットシステムの動作の一例を示す模式図である。 図6は、本実施の形態1に係るロボットシステムの動作の一例を示す模式図である。 図7は、本実施の形態1に係るロボットシステムの動作の一例を示す模式図である。 図8は、本実施の形態1における変形例1のロボットシステムの概略構成を示す模式図である。 図9は、本実施の形態2に係るロボットシステムの概略構成を示す模式図である。 図10は、本実施の形態2に係るロボットシステムの動作の一例を示すフローチャートである。 図11は、本実施の形態2に係るロボットシステムの動作の一例を示す模式図である。 図12は、本実施の形態3に係るロボットシステムの概略構成を示す模式図である。 図13は、本実施の形態3に係るロボットシステムの動作の一例を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するための構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している場合がある。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
(実施の形態1)
本実施の形態1に係るロボットシステムは、走行軸に沿って自走し、先端部に位置検出センサが設けられているアームを有する、ロボットと、走行軸に沿って並置されていて、それぞれが校正位置を有する、複数の校正部材と、複数の基準位置が走行軸の延伸方向に沿って並設され、ワークを支持するように構成されている支持部材と、制御装置と、を備え、支持部材は、ワークを校正位置に対して相対的に移動可能に構成されていて、制御装置は、ロボットを走行軸に沿って予め設定されている所定の第1距離を移動させ、位置検出センサが校正位置を検出するように、ロボットを動作させ、位置検出センサが検出した校正位置の位置座標を基にロボットの位置座標を校正し、その後、位置検出センサが基準位置を検出するように、ロボットを動作させ、位置検出センサが検出した基準位置の位置座標を基にワークの位置座標を校正するように構成されている。
また、本実施の形態1に係るロボットシステムでは、制御装置は、基準位置ごとにワークを複数の作業区間に分割し、作業区間ごとに、ワークの位置座標の校正を実行するように構成されていてもよい。
また、本実施の形態1に係るロボットシステムでは、制御装置が、位置検出センサが検出した基準位置の位置座標を基にワークの位置座標を校正した後に、ワークにおける基準位置に近い作業対象領域からワークに対する作業を実行させるように構成されていてもよい。
また、本実施の形態1に係るロボットシステムでは、支持部材が枠状に形成されていて、複数の基準位置が下端部に並設されていてもよい。
また、本実施の形態1に係るロボットシステムでは、位置検出センサが、光センサで構成されていてもよい。
さらに、本実施の形態1に係るロボットシステムでは、位置検出センサは、カメラで構成されていてもよい。
以下、本実施の形態1に係るロボットシステムの一例について、図1〜図7を参照しながら説明する。
[ロボットシステムの構成]
図1は、本実施の形態1に係るロボットシステムの概略構成を示す模式図である。なお、図1においては、ロボットシステムにおける方向を、便宜上、三次元直交座標系のX軸、Y軸及びZ軸の方向で表わし、ワークにおける作業区間をハッチングで示している。
図1に示すように、本実施の形態1に係るロボットシステム100は、走行軸16に沿って自走し、先端部に位置検出センサ14が設けられているロボット1、ワーク2を吊り下げて支持する支持部材3、走行軸16に沿って並置されている、複数の校正部材4A〜4C、及び制御装置5を備えていて、制御装置5は、位置検出センサ14が検出した位置座標を基に、ロボット1及びワーク2の位置座標を校正するように構成されている。
以下、本実施の形態1に係るロボットシステム100が備える、各機器について、説明する。
ロボット1は、作業空間内に設置され、複数の工程からなる一連の作業を行うように構成されていて、水平多関節型のロボットであってもよく、垂直多関節型のロボットであってもよい。なお、複数の工程からなる一連の作業としては、製品に対する部品の組付、塗装、シーリング作業、部品の接合作業(摩擦攪拌点接合作業)、CFRP等で構成されているワークのバリ取り作業等の作業が例示できる。
ここで、図2を参照しながら、ロボット1の具体的な構成について説明する。
図2は、図1に示すロボットシステムにおける、ロボットの概略構成を示す模式図である。
図2に示すように、ロボット1は、複数のリンク(ここでは、第1リンク11a〜第6リンク11f)の連接体と、複数の関節(ここでは、第1関節JT1〜第6関節JT6)と、これらを支持する基台15と、を有する多関節ロボットアームである。基台15の下端部には、車輪が設けられていて(図示せず)、ロボット1は、走行軸16に沿って、移動可能に構成されている。
第1関節JT1では、基台15と、第1リンク11aの基端部とが、鉛直方向に延びる軸回りに回転可能に連結されている。第2関節JT2では、第1リンク11aの先端部と、第2リンク11bの基端部とが、水平方向に延びる軸回りに回転可能に連結されている。第3関節JT3では、第2リンク11bの先端部と、第3リンク11cの基端部とが、水平方向に延びる軸回りに回転可能に連結されている。
また、第4関節JT4では、第3リンク11cの先端部と、第4リンク11dの基端部とが、第4リンク11dの長手方向に延びる軸回りに回転可能に連結されている。第5関節JT5では、第4リンク11dの先端部と、第5リンク11eの基端部とが、第4リンク11dの長手方向と直交する軸回りに回転可能に連結されている。第6関節JT6では、第5リンク11eの先端部と第6リンク11fの基端部とが、捻れ回転可能に連結されている。
そして、第6リンク11fの先端部には、メカニカルインターフェースが設けられている。このメカニカルインターフェースには、作業内容に対応したエンドエフェクタ12が着脱可能に装着される。また、第6リンク11fの先端部には、位置検出センサ14が配設されている。位置検出センサ14は、後述する校正位置40A〜40C及び基準位置32A〜32Cを検出して、検出したデータを制御装置5に出力するように構成されている。位置検出センサ14としては、例えば、カメラ、光センサ等を用いてもよい。
なお、本実施の形態1においては、エンドエフェクタ12として、シーリング剤を塗布するためのディスペンサーが設けられている。また、ディスペンサー内には、当該ディスペンサーにシーリング剤を供給するためのカードリッジが設けられている。
また、第1関節JT1〜第6関節JT6には、それぞれ、各関節が連結する2つの部材を相対的に回転させるアクチュエータの一例としての駆動モータが設けられている(図示せず)。駆動モータは、例えば、制御装置5によってサーボ制御されるサーボモータであってもよい。また、第1関節JT1〜第6関節JT6には、それぞれ、駆動モータの回転位置を検出する回転センサと、駆動モータの回転を制御する電流を検出する電流センサと、が設けられている(それぞれ、図示せず)。回転センサは、例えば、エンコーダであってもよい。
また、図1に示すように、作業空間内には、支持部材3が吊り下げられている。これにより、支持部材3は、ワーク2を後述する校正位置に対して相対的に移動可能となっている。
支持部材3は、天井から吊り下げられる構成であってもよく、クレーン等により吊り下げられる構成であってもよい。また、支持部材3は、作業者、又は搬送装置(搬送ロボット、クレーン、モータ、チェーン駆動等)により、作業空間外から作業空間内に搬送されてもよい。
支持部材3は、枠状に形成されていて、枠を構成する4つの棒部材30A〜30Dには、それぞれ、内方に突出するように固定部31が設けられている。固定部31は、ここでは、一対の板部材で構成されていて、ワーク2を一対の板部材で挟み込んで固定(支持)するように構成されている。なお、ワーク2は、航空機の機体に用いられる大型のパネルであってもよい。
支持部材3の棒部材30Aには、複数の基準位置(ここでは、基準位置32A〜32C)が、予め設定されている所定の位置に配設されている。具体的には、基準位置32A〜32Cは、走行軸16の延伸方向に沿って並設されている。また、基準位置32A〜32Cは、位置検出センサ14で検出可能に構成されている。例えば、位置検出センサ14が、回帰反射型の光センサで構成されている場合には、基準位置32A〜32Cは、回帰反射板で構成されていてもよい。また、位置検出センサ14が、カメラで構成されている場合には、基準位置32A〜32Cは、三角形状、四角形状、十字状、立体形状等のマーカーで構成されていてもよい。
基準位置32A〜32Cと、棒部材30Aに設けられている各固定部31A〜31Eと、の距離(位置座標)は、予め設定されていて、その距離(位置座標)は、制御装置5の記憶部(図示せず)に記憶されている。このため、位置検出センサ14が、基準位置32A〜32Cを検出することにより、制御装置5は、固定部31に固定されているワーク2の位置座標を算出(校正)することができる。なお、制御装置5は、基準位置32A〜32Cごとに、ワーク2を複数の作業区間(ここでは、第1作業区間2A〜第3作業区間2C)に分割し、作業区間ごとにワーク2の位置座標の算出(校正)及び/又はワーク2に対する所定の作業を実行するように構成されていてもよい。
さらに、図1に示すように、作業空間内には、予め設定されている所定の位置に、複数の校正部材(ここでは、校正部材4A〜4C)が配設されている。具体的には、校正部材4A〜4Cは、走行軸16の延伸方向(ここでは、X軸方向)に沿って、所定の間隔をあけて、並置されている。
校正部材4A〜4Cには、それぞれ、校正位置40A〜40Cが配設されている。校正位置40A〜40Cは、予め設定されている所定の位置に配設されていて、位置検出センサ14で検出可能に構成されている。位置検出センサ14が、例えば、回帰反射型の光センサで構成されている場合には、校正位置40A〜40Cは、回帰反射板で構成されていてもよい。また、位置検出センサ14が、カメラで構成されている場合には、校正位置40A〜40Cは、三角形状、四角形状、十字状、立体形状等のマーカーで構成されていてもよい。
制御装置5は、ロボット1(ロボットシステム100)の動作を制御するものである。制御装置5は、例えば、マイクロコントローラ、MPU、PLC(Programmable Logic Controller)、論理回路等からなる演算部(図示せず)と、ROM又はRAM等からなる記憶部(図示せず)と、により構成されている。
また、制御装置5の記憶部には、予め3次元CADにより作成された、作業空間内に配置されているロボット1等の位置座標が記憶されていてもよい。また、制御装置5の記憶部は、作業空間内に配置されているロボット1等を3次元スキャナ等によりスキャンした画像データを用いて、ロボット1等の位置座標を記憶してもよい。
なお、制御装置5は、単独の制御装置で構成される形態だけでなく、複数の制御装置が協働して、ロボット1(ロボットシステム100)の制御を実行する制御装置群で構成される形態であっても構わない。
また、制御装置5は、本実施の形態1においては、作業空間内に配置されている形態を採用したが、これに限定されない。例えば、制御装置5が、基台15又はいずれかのリンク内に配置されている形態を採用してもよく、作業空間外に配置されている形態を採用してもよい。
[ロボットシステムの動作及び作用効果]
次に、本実施の形態1に係るロボットシステム100の動作及び作用効果について、図1〜図7を参照しながら説明する。なお、以下の動作は、制御装置5の演算部が、記憶部に格納されているプログラムを読み出すことにより実行される。また、以下においては、図5〜図7に示すように、本実施の形態1に係るロボットシステム100の動作の具体例として、ワーク2にシーリング剤を塗布する動作について、説明する。
図3は、本実施の形態1に係るロボットシステムの動作の一例を示すフローチャートである。図4は、図3に示すステップS107の処理の内容を示すフローチャートである。図5〜図7は、本実施の形態1に係るロボットシステムの動作の一例を示す模式図である。なお、図5〜図7では、ロボットシステムの一部の記載を省略し、便宜上、ワークにおける作業区間をハッチングで示している。また、図7においては、便宜上、作業対象領域を太線で示している。
まず、作業者が、図示されない操作器を操作することにより、ロボットシステム100の動作を開始する動作開始指示情報を制御装置5に出力したとする。すると、図3に示すように、制御装置5は、例えば、搬送ロボット又はクレーン等により、ワーク2を固定部31で固定(支持)している支持部材3を作業空間内に搬送させる(ステップS101)。このとき、制御装置5は、支持部材3の基準位置32Aと、校正部材4Aの校正位置40Aと、が、Z軸方向から見て、略一致するように、支持部材3を搬送させてもよい。
なお、作業者が、手作業でワーク2を支持している支持部材3を作業空間内に搬送してもよい。また、作業者が、搬送ロボット又はクレーン等を直接操作して、ワーク2を支持している支持部材3を作業空間内に搬送してもよい。
次に、制御装置5は、ロボット1を所定の作業区間(例えば、第1作業区間2A)に移動させる(ステップS102)。このとき、制御装置5は、第1作業区間2Aに対して、ロボット1が作業することができる、予め設定されている所定の位置座標(所定の第1距離)にまで、ロボット1を移動させる。なお、所定の位置座標は、予め制御装置5の記憶部に記憶されている。
次に、制御装置5は、校正部材4Aの校正位置40Aを位置検出センサ14が検出することができるように、ロボット1を動作させ、位置検出センサ14が検出した校正位置40Aに関するデータを基に校正位置40Aの位置座標を取得(検出)する(ステップS103;図5参照)。
このとき、制御装置5は、ロボット1の各関節を予め設定されている所定の回転角度で回転するように、各駆動モータを制御してもよい。これにより、ロボット1は、毎回、同じ姿勢となるように動作することができる。
なお、位置検出センサ14が検出した校正位置40Aに関するデータは、例えば、位置検出センサ14が、カメラで構成されている場合には、当該カメラで撮影した映像情報となる。また、校正位置40Aの位置座標は、公知の映像解析ソフト等を用いて、カメラで撮影した映像を解析することにより、取得することができる。
また、位置検出センサ14が、光センサで構成されている場合には、当該光センサが校正位置40Aを検出したときのロボット1の各駆動モータの回転角度又は電流値となる。また、校正位置40Aの位置座標は、ロボット1の各駆動モータの回転角度又は電流値を逆変換することにより取得することができる。
次に、制御装置5は、ステップS103で取得した校正位置40Aの位置座標情報を基に、ロボット1の位置座標を校正する(ステップS104)。具体的には、制御装置5は、ステップS102でロボット1を移動させるために使用した所定の位置座標と、ステップS103で取得した校正位置40Aの位置座標と、を比較して、ロボット1の位置座標を校正する。
次に、制御装置5は、支持部材3の基準位置32Aを位置検出センサ14が検出することができるように、ロボット1を動作させ、位置検出センサ14が検出した基準位置32Aに関するデータを基に基準位置32Aの位置座標情報を取得(検出)する(ステップS105;図6参照)。
このとき、制御装置5は、ロボット1の各関節を予め設定されている所定の回転角度で回転するように、各駆動モータを制御してもよい。これにより、ロボット1は、毎回、同じ姿勢となるように動作することができる。
なお、位置検出センサ14が検出した基準位置32Aに関するデータは、例えば、位置検出センサ14が、カメラで構成されている場合には、当該カメラで撮影した映像情報となる。また、基準位置32Aの位置座標は、公知の映像解析ソフト等を用いて、カメラで撮影した映像を解析することにより、取得することができる。
また、位置検出センサ14が、光センサで構成されている場合には、当該光センサが基準位置32Aを検出したときのロボット1の各駆動モータの回転角度又は電流値となる。また、基準位置32Aの位置座標は、ロボット1の各駆動モータの回転角度又は電流値を逆変換することにより取得することができる。
次に、制御装置5は、ステップS105で取得した基準位置32Aの位置座標を基に、ワーク2(第1作業区間2A)の位置座標を校正する(ステップS106)。具体的には、制御装置5は、ステップS104で校正したロボット1の位置座標と、ステップS105で取得した基準位置32Aの位置座標と、を比較して、ワーク2の位置座標を校正する。
ついで、制御装置5は、ロボット1にワーク2に対する所定の作業(ここでは、シーリング作業)を実行させる(ステップS107)。
次に、図4及び図7を参照しながら、ステップS107の処理(ワークに対する所定の作業動作)について、詳細に説明する。
図4に示すように、制御装置5は、所定の作業対象領域(ここでは、図7に示す符号200A)における作業開始位置20A(図7参照)を位置検出センサ14が検出することができるように、ロボット1を動作させる。具体的には、制御装置5は、記憶部に記憶されている作業開始位置20Aの位置座標を基に、ロボット1を動作させる。そして、制御装置5は、位置検出センサ14が検出した作業開始位置20Aに関するデータを基に作業開始位置20Aの位置座標を取得(検出)する(ステップS11)。
なお、位置検出センサ14が検出した作業開始位置20Aに関するデータは、例えば、位置検出センサ14が、カメラで構成されている場合には、当該カメラで撮影した映像情報となる。また、作業開始位置20Aの位置座標は、公知の映像解析ソフト等を用いて、カメラで撮影した映像を解析することにより、取得することができる。
次に、制御装置5は、作業対象領域200Aにおける作業終了位置20B(図7参照)を位置検出センサ14が検出することができるように、ロボット1を動作させる。具体的には、制御装置5は、記憶部に記憶されている作業終了位置20Bの位置座標を基に、ロボット1を動作させる。そして、制御装置5は、位置検出センサ14が検出した作業終了位置20Bに関するデータを基に作業終了位置20Bの位置座標を取得(検出)する(ステップS11)。
なお、位置検出センサ14が検出した作業終了位置20Bに関するデータは、例えば、位置検出センサ14が、カメラで構成されている場合には、当該カメラで撮影した映像情報となる。また、作業終了位置20Bの位置座標は、公知の映像解析ソフト等を用いて、カメラで撮影した映像を解析することにより、取得することができる。
次に、制御装置5は、ステップS11及びステップS12で検出した作業開始位置20A及び作業終了位置20Bの位置座標を基に、作業開始位置20A及び作業終了位置20Bの位置座標を補正(校正)し、当該補正した作業開始位置20A及び作業終了位置20Bの位置座標を記憶部に記憶させる(ステップS13)。
次に、制御装置5は、作業対象領域200Aにおける作業をロボット1に開始させる(ステップS14)。具体的には、制御装置5は、ステップS13で補正した作業開始位置20A及び作業終了位置20Bの位置座標を基に、ロボット1動作させ、ディスペンサーからシーリング剤を塗布させる。
次に、制御装置5は、作業対象領域200Aにおける作業が終了したか否かを判定する(ステップS15)。制御装置5は、作業対象領域200Aにおける作業が終了していないと判定した場合(ステップS15でNo)には、作業対象領域200Aにおける作業が終了するまで、ステップS15の処理を続行する。一方、制御装置5は、作業対象領域200Aにおける作業が終了したと判定した場合(ステップS15でYes)には、ステップS16の処理を実行する。
ステップS16では、制御装置5は、所定の作業区画(ここでは、第1作業区間2A)における作業が終了したか否かを判定する。制御装置5は、第1作業区間2Aにおける全ての作業対象領域に対する作業が終了していないと判定した場合(ステップS16でNo)には、ステップS11に戻る。
ここでは、作業対象領域200Aについての作業が終了しているだけであるため、制御装置5は、作業対象領域200Aの上方に位置する作業対象領域200Bについて、ステップS11〜ステップS16の処理を実行する。そして、図7に示すように、制御装置5は、第1作業区間2Aにおける全ての作業領域について、ステップS11〜ステップS16の処理を実行する。
制御装置5は、第1作業区間2Aにおける全ての作業対象領域に対する作業が終了したと判定した場合(ステップS16でYes)には、ステップS17の処理を実行する。ステップS17では、制御装置5は、全ての作業区間(ここでは、第1作業区間2A〜第3作業区間2C)における作業が終了したか否かを判定する。
ここでは、第1作業区間2Aに対する作業が終了しただけであるため、制御装置5は、全ての作業区間における作業が終了していないと判定し(ステップS17でNo)、ステップS102に戻る。ついで、制御装置5は、次の第2作業区間2Bにロボット1を移動させ(ステップS102)、ステップS102〜ステップS107の処理を実行する。
そして、制御装置5は、第2作業区間2Bにおける全ての作業対象領域に対して、ステップS11〜ステップS16の処理を実行した(ステップS16でYes)後、再び、制御装置5は、全ての作業区間における作業が終了していないと判定し(ステップS17でNo)、ステップS102に戻る。制御装置5は、次の第3作業区間2Cにロボット1を移動させ(ステップS102)、再び、ステップS102〜ステップS107の処理を実行する。
そして、制御装置5は、第3作業区間2Cにおける全ての作業対象領域に対して、ステップS11〜ステップS16の処理を実行した(ステップS16でYes)後、全ての作業区間における作業が終了したと判定し(ステップS17でYes)、本プログラムを終了する。これにより、制御装置5は、ワーク2に対して、所定の作業を実行することができる。
なお、本実施の形態1においては、制御装置5が、ステップS11及びステップS12で検出した作業開始位置20A及び作業終了位置20Bの位置座標を基に、作業開始位置20A及び作業終了位置20Bの位置座標を補正する形態を採用したが、これに限定されない。
制御装置5が、例えば、ステップS106で校正したワーク2(第1作業区間2A)の位置座標を基に、記憶部に記憶されている作業開始位置20A及び作業終了位置20Bの位置座標を補正する形態を採用してもよい。この場合、位置検出センサ14は、光センサで構成されていてもよい。
また、制御装置5が、ステップS11及びステップS12で検出した作業開始位置20A及び作業終了位置20Bの位置座標を基に、作業開始位置20A及び作業終了位置20Bの位置座標を補正する場合には、位置検出センサ14は、カメラで構成されていてもよく、カメラと光センサの両方で構成されていてもよい。
ところで、本実施の形態1に係るロボットシステム100では、ロボット1が自走することにより、ロボット1の位置座標について、誤差が生じるおそれがある。また、ワーク2を作業空間内に搬送するので、ワーク2の位置座標についても、誤差が生じるおそれがある。そして、これらの誤差が重なると、ロボット1のワーク2に対する位置決め精度が低下するおそれがある。また、これらの誤差を小さくしようとすると、ロボット1に用いられるセンサ(例えば、3次元座標測定器)、駆動モータ等を高精度にしなければならず、高精度のセンサ等は、高額であるため、ロボットシステム100の設備費用が高額となる。
しかしながら、本実施の形態1に係るロボットシステム100では、制御装置5が、ロボット1の位置座標を校正した後に、ワーク2の位置座標の校正を実行するので、安価なセンサ等を用いながらも、ワーク2に対する位置決めをより高精度(例えば、0.7mm以下、または0.5mm以下の精度)に実行することができる。
また、本実施の形態1に係るロボットシステム100では、支持部材3が、パネル状の大型ワーク2を吊り下げて支持するため、ワーク2が撓むおそれがある。このため、ワーク2に対する作業をロボット1が実行するときに、ワーク2の撓み量を考慮しないと、ロボット1がワーク2に衝突するおそれがある。
しかしながら、本実施の形態1に係るロボットシステム100では、複数の基準位置32A〜32Cごとに、ワーク2に対する作業を第1作業区間2A〜第3作業区間2Cに分割して、実行している。このため、ワーク2の撓み量に対するロボット1への影響を小さくすることができ、ロボット1のワーク2への衝突を抑制することができる。
また、本実施の形態1に係るロボットシステム100では、制御装置5が、各作業区間において、基準位置に近い作業対象領域からワーク2に対する作業を実行するように構成されている。具体的には、例えば、制御装置5は、第1作業区間2Aにおいて、基準位置32Aに近い作業対象領域200Aからワーク2に対する作業を実行するように構成されている。
このため、ワーク2の撓み量に対するロボット1への影響をより小さくすることができ、ロボット1のワーク2への衝突をより抑制することができる。
また、基準位置に近い作業対象領域へロボット1を移動させるため、その移動時間を短縮することができ、作業対象領域の作業開始位置及び作業終了位置の位置座標の検出も短時間で実行することができる。これにより、ワーク2に対する作業の作業時間を短縮することができる。
[変形例1]
次に、本実施の形態1に係るロボットシステムにおける変形例について、説明する。
本実施の形態1における変形例1のロボットシステムは、支持部材が、台車又はロボットが走行する走行軸とは異なる走行軸に沿って、移動可能に構成されている。
以下、本実施の形態1における変形例1のロボットシステムの一例について、説明する。
図8は、本実施の形態1における変形例1のロボットシステムの概略構成を示す模式図である。なお、図8においては、ロボットシステムにおける方向を、便宜上、三次元直交座標系のX軸、Y軸及びZ軸の方向で表わし、ワークにおける作業区間をハッチングで示している。
図8に示すように、本実施の形態1における変形例1のロボットシステム100は、実施の形態1に係るロボットシステム100と基本的構成は同じであるが、支持部材3が台車35を有している点が異なる。具体的には、支持部材3を構成する枠(4つの棒部材30A〜30D)が、台車35に載置されている。これにより、支持部材3は、ワーク2を校正位置40A〜40Cに対して相対的に移動可能にすることができる。
このように構成された、本実施の形態1における変形例1のロボットシステム100であっても、実施の形態1に係るロボットシステム100と同様の作用効果を奏する。
なお、本実施の形態1における変形例1のロボットシステム100では、支持部材3が、台車35をさらに有する形態を採用したが、これに限定されない。例えば、支持部材3は、ロボット1が走行する走行軸16とは、異なる走行軸に沿って、移動可能に構成されていてもよい。
また、支持部材3は、制御装置5の制御によって、自走可能に構成されていてもよく、作業者等により、移動可能に構成されていてもよい。
(実施の形態2)
本実施の形態2に係るロボットシステムは、実施の形態1(変形例を含む)に係るロボットシステムにおいて、支持部材は、ワークを挟んで固定する、複数の固定部を有し、支持部材の下端部に配設されている固定部には、基準位置と対応するように固定基準位置が設けられ、制御装置は、ワークの位置座標を校正した後に、位置検出センサが固定基準位置を検出するように、ロボットを動作させ、その後、ワークにおける固定基準位置に近い作業対象領域からワークに対する作業を実行させるように構成されている。
以下、本実施の形態2に係るロボットシステムの一例について、図9〜図11を参照しながら説明する。
[ロボットシステムの構成]
図9は、本実施の形態2に係るロボットシステムの概略構成を示す模式図である。なお、図9においては、ロボットシステムにおける方向を、便宜上、三次元直交座標系のX軸、Y軸及びZ軸の方向で表わし、ワークにおける作業区間をハッチングで示している。
図9に示すように、本実施の形態2に係るロボットシステム100は、実施の形態1に係るロボットシステム100と基本的構成は同じであるが、棒部材30Aに設けられている各固定部31に、固定基準位置33が配設されている点が異なる。
固定基準位置33は、基準位置32A〜32Cよりも、ワーク2に近い位置に配設されていて、位置検出センサ14で検出可能に構成されている。位置検出センサ14が、例えば、回帰反射型の光センサで構成されている場合には、固定基準位置33は、回帰反射板で構成されていてもよい。また、位置検出センサ14が、カメラで構成されている場合には、固定基準位置33は、三角形状、四角形状、立体形状等のマーカーで構成されていてもよい。
なお、本実施の形態2においては、各固定部31に固定基準位置33が配設されている形態を採用したが、これに限定されない。各固定部31のうち、いずれかの固定部31に固定基準位置33が配設されていればよく、固定基準位置33の配置個数は限定されない。
[ロボットシステムの動作及び作用効果]
次に、本実施の形態2に係るロボットシステム100の動作及び作用効果について、図9〜図11を参照しながら説明する。なお、以下の動作は、制御装置5の演算部が、記憶部に格納されているプログラムを読み出すことにより実行される。また、以下においては、図11に示すように、本実施の形態2に係るロボットシステム100の動作の具体例として、ワーク2にシーリング剤を塗布する動作について、説明する。
図10は、本実施の形態2に係るロボットシステムの動作の一例を示すフローチャートである。図11は、本実施の形態2に係るロボットシステムの動作の一例を示す模式図である。
図10に示すように、本実施の形態2に係るロボットシステム100の動作は、実施の形態1に係るロボットシステム100の動作と基本的には同じであるが、ステップS106の処理の後に、ステップS106Aの処理を実行する点が異なる。
具体的には、制御装置5は、ステップS105で取得した基準位置32Aの位置座標を基に、ワーク2(作業区間2A)の位置座標を校正する(ステップS106)。ついで、制御装置5は、ロボット1を動作させて、支持部材3の固定基準位置33Aを位置検出センサ14により検出する(ステップS106A;図11参照)。
次に、制御装置5は、ロボット1にワーク2に対する所定の作業(ここでは、シーリング作業)を実行させる(ステップS107)。
なお、ステップS107の処理(ワークに対する所定の作業動作)は、実施の形態1に係るロボットシステム100と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
このように構成された、本実施の形態2に係るロボットシステム100であっても、実施の形態1に係るロボットシステム100と同様の作用効果を奏する。
また、本実施の形態2に係るロボットシステム100では、固定基準位置33が、基準位置32A〜32Cよりもワーク2に近い位置に配設されている。そして、制御装置5は、基準位置32Aよりもワーク2に近い位置である固定基準位置33Aにロボット1の先端部を移動させた(ステップS106A)後に、作業対象領域200Aの作業開始位置20Aの位置座標を検出させている(ステップS11)。
このため、本実施の形態2に係るロボットシステム100は、実施の形態1に係るロボットシステム100に比して、ワーク2の撓み量に対するロボット1への影響をより小さくすることができ、ロボット1のワーク2への衝突をより抑制することができる。
また、本実施の形態2に係るロボットシステム100では、基準位置よりもワーク2に近い固定基準位置33から作業対象領域へロボット1を移動させるため、実施の形態1に係るロボットシステム100に比して、その移動時間を短縮することができ、作業対象領域の作業開始位置及び作業終了位置の位置座標の検出も短時間で実行することができる。このため、本実施の形態2に係るロボットシステム100は、実施の形態1に係るロボットシステム100に比して、ワーク2に対する作業の作業時間を短縮することができる。
(実施の形態3)
本実施の形態3に係るロボットシステムは、実施の形態1(変形例を含む)又は2に係るロボットシステムにおいて、温度検出器をさらに備え、校正部材の校正位置と、基準位置と、が対応するように配置されていて、制御装置は、温度検出器が検出した温度が、予め設定されている所定の第1温度差以上である場合には、作業区間ごとに、ロボットの位置座標の校正を実行するように構成されている。
以下、本実施の形態3に係るロボットシステムの一例について、図12及び図13を参照しながら説明する。
[ロボットシステムの構成]
図12は、本実施の形態3に係るロボットシステムの概略構成を示す模式図である。なお、図12においては、ロボットシステムにおける方向を、便宜上、三次元直交座標系のX軸、Y軸及びZ軸の方向で表わし、ワークにおける作業区間をハッチングで示している。
図12に示すように、本実施の形態3に係るロボットシステム100は、実施の形態1に係るロボットシステム100と基本的構成は同じであるが、温度検出器17をさらに備える点が異なる。温度検出器17は、作業空間内の温度を検出し、検出した温度を制御装置5に出力するように構成されている。温度検出器17としては、熱電対、サーミスタ等の公知の温度センサを用いることができる。なお、温度検出器17は、走行軸16の温度を検知するように構成されていてもよい。
[ロボットシステムの動作及び作用効果]
次に、本実施の形態3に係るロボットシステム100の動作及び作用効果について、図12及び図13を参照しながら説明する。なお、以下の動作は、制御装置5の演算部が、記憶部に格納されているプログラムを読み出すことにより実行される。
ところで、ロボット1が作業を実行することによる駆動モータからの排熱等により、作業空間内の温度が上昇するおそれがある。また、作業空間内の空調に不備が生じた場合にも、作業空間内の温度が上昇するおそれがある。さらに、昼夜の寒暖差が大きい場合には、夜間になって、作業空間内の温度が低下するおそれがある。
このような場合に、走行軸16及び/又はロボット1を構成する金属が、熱膨張等により、僅かに変形する。ワーク2に対する位置決めをより高精度に実行する必要がある場合には、走行軸16の変形によるロボット1の位置座標のずれが無視できないものとなり、校正位置を検出することによる、ロボット1の位置座標の校正を実行する必要がある。
一方、作業空間内の温度が、所定の範囲内であれば、走行軸16の熱膨張による変形による精度への影響が小さいため、第2作業区間2Bにおいて、校正位置40Bを検出することによる、ロボット1の位置座標の校正を実行しなくても、ロボット1の位置座標の精度を担保することができる。同様に、第3作業区間2Cにおいて、校正位置40Cを検出することによる、ロボット1の位置座標の校正を実行しなくても、ロボット1の位置座標の精度を担保することができる。
このため、本実施の形態3に係るロボットシステム100は、図13に示すフローを実行するように構成されている。
図13は、本実施の形態3に係るロボットシステムの動作の一例を示すフローチャートである。
図13に示すように、本実施の形態3に係るロボットシステム100の動作は、実施の形態1に係るロボットシステム100と基本的動作は同じであるが、ステップS102とステップS103の間に、ステップS102A〜ステップS102Cの動作(処理)が実行され、ステップS104とステップS105の間に、ステップS104Aの動作(処理)が実行される点が異なる。
具体的には、制御装置5は、ロボット1を所定の作業区間に移動させる(ステップS102)。ついで、制御装置5は、温度検出器17から当該温度検出器17が検出した作業空間内の温度を取得する(ステップS102A)。
次に、制御装置5は、ロボット1が第1作業区間2A以外の作業区間に移動したか否かを判定する(ステップS102B)。なお、制御装置5は、ステップS102Bの処理に代えて、ロボット1の位置座標の校正を既に行っているか否かを判定してもよい。
制御装置5は、ロボット1が第1作業区間2A以外の作業区間に移動していないと判定した場合、すなわち、ロボット1が第1作業区間2Aに移動したと判定した場合(ステップS102BでNo)には、ロボット1の位置座標の校正を実行する必要があるため、ステップS103の処理を実行する。
そして、制御装置5は、位置検出センサ14が検出した校正位置40Aに関するデータを基に校正位置40Aの位置座標を取得(検出)し(ステップS103)、ステップS103で取得した校正位置40Aの位置座標情報を基に、ロボット1の位置座標を校正する(ステップS104)。
次に、制御装置5は、ステップS102Aで取得した作業空間内の温度を基準温度として更新(設定)する(ステップS104A)。具体的には、制御装置5は、ステップS102Aで取得した作業空間内の温度を基準温度として、記憶部に記憶させる。
次に、制御装置5は、実施の形態1に係るロボットシステム100と同様に、ステップS105〜ステップS107の動作(処理)を実行し、本プログラムを終了する。
一方、制御装置5は、ロボット1が第1作業区間2A以外の作業区間に移動したと判定した場合(ステップS102BでYes)には、ステップS102Cの処理を実行する。
ステップS102Cでは、制御装置5は、ステップS102Aで取得した温度が、ステップS104Aで更新(設定)した基準温度に対して、予め設定されている所定の第1温度差以上であるか否かを判定する。ここで、第1温度差は、予め実験等により設定されていて、走行軸16及び/又はロボット1の熱膨張等による変形が、ロボット1の位置座標のずれの誤差の許容範囲内、又はワーク2に対する位置決め精度誤差の許容範囲内になるように、適宜設定される。第1温度差としては、例えば、5℃であってもよく、7℃であってもよく、10℃であってもよい。
制御装置5は、制御装置5は、ステップS102Aで取得した温度が、基準温度に対して、第1温度差以上であると判定した場合(ステップS102CでYes)には、校正位置を検出し(ステップS103)、ロボット1の位置座標を校正する(ステップS104)。ついで、制御装置5は、ステップS102Aで取得した温度を基準温度として、更新し(ステップS104A)、ステップS105〜ステップS107の動作(処理)を実行し、本プログラムを終了する。
一方、制御装置5は、ステップS102Aで取得した温度が、第1温度差未満であると判定した場合(ステップS102CでNo)には、ステップS105〜ステップS107の動作(処理)を実行し、本プログラムを終了する。
なお、ステップS105〜ステップS107の処理は、実施の形態1と同様に実行されるので、その詳細な説明は省略する。
このように構成された、本実施の形態3に係るロボットシステム100であっても、実施の形態1に係るロボットシステム100と同様の作用効果を奏する。
また、本実施の形態3に係るロボットシステム100では、温度検出器17が検出した温度が、基準温度に対して、第1温度差以上である場合には、制御装置5が、校正位置を検出することによる、ロボット1の位置座標の校正を実行している。これにより、ワーク2に対する位置決めをより高精度に実行することができる。
さらに、本実施の形態3に係るロボットシステム100では、温度検出器17が検出した温度が、第1温度差未満である場合には、制御装置5が第2作業区間2B又は第3作業区間2Cにおいて、校正位置40B又は校正位置40Cを検出することによる、ロボット1の位置座標の校正を実行しないように構成されている。これにより、ワーク2に対する作業の作業時間を短縮することができる。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良又は他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。
本発明のロボットシステム及びその運転方法によれば、ワークに対する位置決めをより高精度に実行することができるため、ロボットの分野において有用である。
1 ロボット
2 ワーク
2A 第1作業区間
2B 第2作業区間
2C 第3作業区間
3 支持部材
4A 校正部材
5 制御装置
11a 第1リンク
11b 第2リンク
11c 第3リンク
11d 第4リンク
11e 第5リンク
11f 第6リンク
12 エンドエフェクタ
14 位置検出センサ
15 基台
16 走行軸
17 温度検出器
20A 作業開始位置
20B 作業終了位置
30A 棒部材
30B 棒部材
30C 棒部材
30D 棒部材
31 固定部
31A 固定部
31B 固定部
31C 固定部
31D 固定部
31E 固定部
32A 基準位置
32B 基準位置
32C 基準位置
33 固定基準位置
35 台車
40A 校正位置
40B 校正位置
40C 校正位置
100 ロボットシステム
200A 作業対象領域
JT1 第1関節
JT2 第2関節
JT3 第3関節
JT4 第4関節
JT5 第5関節
JT6 第6関節

Claims (16)

  1. 走行軸に沿って自走し、先端部に位置検出センサが設けられているアームを有する、ロボットと、
    前記走行軸に沿って並置されていて、それぞれが校正位置を有する、複数の校正部材と、
    複数の基準位置が前記走行軸の延伸方向に沿って並設され、ワークを支持するように構成されている支持部材と、
    制御装置と、を備え、
    前記支持部材は、前記ワークを前記校正位置に対して相対的に移動可能に構成されていて、
    前記制御装置は、
    前記ロボットを前記走行軸に沿って予め設定されている所定の第1距離を移動させ、
    前記位置検出センサが前記校正位置を検出するように、前記ロボットを動作させ、
    前記位置検出センサが検出した前記校正位置の位置座標を基に前記ロボットの位置座標を校正し、
    その後、前記位置検出センサが前記基準位置を検出するように、前記ロボットを動作させ、
    前記位置検出センサが検出した前記基準位置の位置座標を基に前記ワークの位置座標を校正するように構成されている、ロボットシステム。
  2. 前記制御装置は、前記基準位置ごとに前記ワークを複数の作業区間に分割し、前記作業区間ごとに、前記ワークの位置座標の校正を実行するように構成されている、請求項1に記載のロボットシステム。
  3. 前記制御装置は、前記位置検出センサが検出した前記基準位置の位置座標を基に前記ワークの位置座標を校正した後に、前記ワークにおける前記基準位置に近い作業対象領域から前記ワークに対する作業を実行させるように構成されている、請求項1又は2に記載のロボットシステム。
  4. 前記支持部材は枠状に形成されていて、複数の基準位置が下端部に並設されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載のロボットシステム。
  5. 前記支持部材は、前記ワークを挟んで固定する、複数の固定部を有し、
    前記支持部材の下端部に配設されている固定部には、前記基準位置と対応するように固定基準位置が設けられ、
    前記制御装置は、前記ワークの位置座標を校正した後に、前記位置検出センサが前記固定基準位置を検出するように、前記ロボットを動作させ、
    その後、前記ワークにおける前記固定基準位置に近い作業対象領域から前記ワークに対する作業を実行させるように構成されている、請求項3に記載のロボットシステム。
  6. 前記位置検出センサは、光センサで構成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載のロボットシステム。
  7. 前記位置検出センサは、カメラで構成されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載のロボットシステム。
  8. 温度検出器をさらに備え、
    前記校正部材の前記校正位置と、前記基準位置と、が対応するように配置されていて、
    前記制御装置は、前記温度検出器が検出した温度が、基準温度に対して、予め設定されている所定の第1温度差以上である場合には、前記作業区間ごとに、前記ロボットの位置座標の校正を実行するように構成されている、請求項2に記載のロボットシステム。
  9. ロボットシステムの運転方法であって、
    前記ロボットシステムは、
    走行軸に沿って自走し、先端部に位置検出センサが設けられているアームを有する、ロボットと、
    複数の基準位置が前記走行軸の延伸方向に沿って並設され、ワークを支持するように構成されている支持部材と、
    前記走行軸に沿って並置され、それぞれが校正位置を有する、複数の校正部材と、を備え、
    前記支持部材は、前記ワークを前記校正位置に対して相対的に移動可能に構成されていて、
    前記ロボットが前記走行軸に沿って予め設定されている所定の距離を移動する(A)と、
    前記位置検出センサが前記校正位置を検出するように、前記ロボットが動作する(B)と、
    前記位置検出センサが検出した前記校正位置の位置座標を基に前記ロボットの位置座標を校正する(C)と、
    前記(C)の後、前記位置検出センサが前記基準位置を検出するように、前記ロボットが動作する(D)と、
    前記位置検出センサが検出した前記基準位置の位置座標を基に前記ワークの位置座標を校正する(E)と、を備える、ロボットシステムの運転方法。
  10. 前記基準位置ごとに前記ワークは、前記基準位置ごとに複数の作業区間に分割されていて、
    前記作業区間ごとに、前記(D)及び前記(E)が実行される、請求項9に記載のロボットシステムの運転方法。
  11. 前記(E)の後に、前記ロボットが、前記ワークにおける前記基準位置に近い作業対象領域から前記ワークに対する作業を実行する(F)をさらに備える、請求項9又は10に記載のロボットシステムの運転方法。
  12. 前記支持部材は枠状に形成されていて、複数の基準位置が下端部に並設されている、請求項9〜11のいずれか1項に記載のロボットシステムの運転方法。
  13. 前記支持部材は、前記ワークを挟んで固定する、複数の固定部を有し、
    前記支持部材の下端部に配設されている固定部には、前記基準位置と対応するように固定基準位置が設けられ、
    前記(F)は、前記(E)の後に、前記位置検出センサが前記固定基準位置を検出するように、前記ロボットが動作する(F1)と、
    前記ロボットが、前記ワークにおける前記固定基準位置に近い作業対象領域から前記ワークに対する作業を実行する(F2)と、を有する、請求項11に記載のロボットシステムの運転方法。
  14. 前記位置検出センサは、光センサで構成されている、請求項9〜13のいずれか1項に記載のロボットシステムの運転方法。
  15. 前記位置検出センサは、カメラで構成されている、請求項9〜14のいずれか1項に記載のロボットシステムの運転方法。
  16. 前記ロボットシステムは、温度検出器をさらに備え、
    前記校正部材の前記校正位置と、前記基準位置と、が対応するように配置されていて、
    前記温度検出器が検出した温度が、基準温度に対して、予め設定されている所定の第1温度差以上である場合には、前記作業区間ごとに、前記(B)及び前記(C)が実行される、請求項10に記載のロボットシステムの運転方法。
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