WO2021141039A1 - ワーク搬送システム - Google Patents

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robot
hand
balancer
sensor
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隼司 山口
英行 渡邉
裕貴 加藤
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ファナック株式会社
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    • B25J13/085—Force or torque sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
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    • B65G47/74—Feeding, transfer, or discharging devices of particular kinds or types
    • B65G47/90—Devices for picking-up and depositing articles or materials
    • B65G47/905—Control arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1633—Programme controls characterised by the control loop compliant, force, torque control, e.g. combined with position control

Definitions

  • This disclosure relates to a work transfer system.
  • the proper balance state by the balancer cannot be achieved.
  • a large amount of man-hours are required to measure and register information such as mass and gripping position for each workpiece. Therefore, it is desired to grip and transport the work at an appropriate gripping position without registering information such as the gripping position of the work in advance.
  • One aspect of the present disclosure is a robot having a hand for gripping a work at its tip and a sensor capable of detecting an external force acting on the hand, and a pulling force connected to the hand and pulling the hand vertically upward.
  • the control device includes a possible balancer, a shape measuring device for measuring the shape of the work, and a control device for controlling the robot and the balancer based on the shape of the work measured by the shape measuring device. Adjusts the gripping position of the work by the hand based on the shape of the work measured by the shape measuring device, and detects when the work is gripped and lifted at the adjusted gripping position by the sensor.
  • This is a work transfer system that controls the pulling force generated by the balancer so that the absolute value of the external force in the vertical direction is equal to or less than a predetermined first threshold value.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation of transferring a work by a work transfer system including the air pressure control circuit of FIG. 7. It is a block diagram which shows the modification of the work transfer system of FIG.
  • the work transfer system 1 according to the embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.
  • the work transfer system 1 includes a robot 2, a balancer 3, and a control device 4.
  • the robot 2 is, for example, a vertical 6-axis articulated robot, and is provided with a hand 5 capable of gripping a work W at its tip.
  • the robot 2 has a built-in force sensor (sensor) capable of detecting an external force acting on the hand 5.
  • the hand 5 is equipped with a camera (shape measuring device) 6 capable of acquiring an image of the work W.
  • the work W is, for example, a long member having a uniform cross-sectional shape.
  • the hand 5 includes a pair of openable / claw portions 8 that can be gripped by sandwiching any position in the longitudinal direction of the work W mounted on the mounting surface of the work table 7 such as a table in the horizontal direction.
  • the force sensor has, for example, three axial external forces and three axial lines in a Cartesian coordinate system with the tool tip point (TCP) set at the center of the pair of claws 8 as the origin. The surrounding moment can be detected.
  • the balancer 3 is, for example, an air cylinder suspended from a cantilever beam 10 supported by a support column 9 arranged in the vicinity of the robot 2 and arranged so that the rod 11 can appear and disappear vertically downward.
  • the tip of the rod 11 is attached to the hand 5.
  • the cantilever beam 10 is rotatably provided around a vertical axis extending in the longitudinal axis direction of the column 9.
  • the balancer 3 is fixed to the slider 12 which is movably supported along the longitudinal direction of the cantilever beam 10. As a result, when the robot 2 operates, the balancer 3 is maintained in a state of being vertically above the hand 5 by the rotation of the cantilever beam 10 and the movement of the slider 12, and the hand is maintained regardless of the posture of the robot 2. A pulling force can be applied to 5.
  • the camera 6 can acquire an image including the shape of the work W in a plan view by photographing the work W from vertically above the work W, for example.
  • the control device 4 includes a robot control unit 13 that controls the robot 2 and a balancer control unit 14 that controls the balancer 3.
  • the robot control unit 13 controls the robot 2 to arrange the camera 6 above the work W when the transfer program commands the gripping of the work W, and causes the camera 6 to acquire an image of the work W. Further, the robot control unit 13 calculates the gripping position of the work W by the hand 5 by extracting the shape of the work W from the image acquired by the camera 6 and calculating the position of the center of gravity thereof.
  • the robot control unit 13 controls the robot 2 to arrange the hand 5 at the calculated gripping position, and causes the hand 5 to grip the work W. Then, the robot control unit 13 controls the robot 2 so as to raise the hand 5, and when the moment around the horizontal axis detected by the force sensor exceeds the second threshold value Th2, which is a predetermined threshold value, the gripping position Is corrected.
  • the gripping position is corrected by shifting the gripping position along the longitudinal direction of the work W in the direction of reducing the moment around the horizontal axis detected by the force sensor. That is, the work W is placed on the work table 7, the gripping position by the hand 5 is corrected for the placed work W, the work W is gripped at the corrected gripping position, the work W is lifted, and the force sensor is used. The above step is repeated until the magnitude of the moment due to the above is within the second threshold Th2 or less.
  • the balancer control unit 14 includes, for example, the air pressure control circuit 15 shown in FIG.
  • the air pressure control circuit 15 includes an air pressure source 16, three valves 17, 18, 19 and a regulator 20.
  • Reference numeral 21 is a speed controller
  • reference numeral 22 is a throttle valve with a silencer
  • reference numeral 23 is a silencer.
  • the balancer control unit 14 adjusts the pulling force of the balancer 3.
  • the pulling force by the balancer 3 is a fourth value in which the absolute value of the external force in the vertical direction detected by the force sensor is a predetermined threshold value in a state where the work W gripped by the hand 5 is lifted and stationary at an appropriate gripping position. It is adjusted so that it falls below the threshold value Th4.
  • the balancer control unit 14 operates the first valve 17 and the second valve 18 to expel air from the air pressure source 16, the speed controller 21, the first valve 17, and the first valve 18.
  • the second valve 18 is passed through in this order and supplied to the rod 11 side of the balancer 3. As a result, the rod 11 can be pulled up and an upward pulling force can be applied to the hand 5.
  • the first valve 17 is turned on and off while the work W placed on the work table 7 is gripped by the hand 5 at the adjusted gripping position.
  • the pulling force of the balancer 3 is intermittently increased until the vertical external force detected by the force sensor reaches the third threshold value Th3, which is a predetermined threshold value.
  • the set pressure value supplied to the regulator 20 also increases equal to the pressure value supplied to the balancer 3.
  • the first valve 17 When the vertical external force detected by the force sensor exceeds a predetermined third threshold value Th3, the first valve 17 is turned off and the hand 5 is raised by the robot control unit 13 as shown in FIG. The robot 2 is controlled so as to cause the robot 2. Then, the balancer control unit 14 determines whether or not the external force in the vertical direction detected by the force sensor is equal to or less than the fourth threshold value Th4, which is a predetermined threshold value.
  • the balancer control unit 14 switches the on / off of the first valve 17 to adjust the pressure value applied to the balancer 3. Then, when the vertical external force detected by the force sensor becomes equal to or less than the fourth threshold value Th4, the balancer control unit 14 switches the second valve 18 as shown in FIG.
  • the air pressure of the set pressure value set in the regulator 20 is supplied to the balancer 3.
  • the fourth threshold value Th4 sufficiently small, it is possible to bring the force detected by the force sensor into a balanced state near zero.
  • the robot 2 In order to transport the work W whose weight and shape are unknown by using the work transfer system 1 according to the present embodiment, first, the robot 2 is operated to move the camera 6 mounted on the hand 5 vertically above the work W. Deploy.
  • the work W is placed in the field of view of the camera 6 and an image is acquired (step S1).
  • the robot control unit 13 extracts the work W by processing the image, and calculates the position of the center of gravity in the horizontal direction from the shape of the work W in a plan view (step S2).
  • the robot control unit 13 sets the gripping position of the work W by the hand 5 in a posture in which the claws 8 of the hand 5 are arranged on both sides of the calculated center of gravity position.
  • the robot control unit 13 grips the work W by the hand 5 (step S3) and raises the hand 5 (step S4). At this time, the force acting on the hand 5 in the three-axis direction and the moment around the three axes are detected by the force sensor. The robot control unit 13 determines whether or not the moment around the horizontal axis exceeds the second threshold value Th2 (step S5), and if it exceeds it, corrects the gripping position (step S6) and steps S3. Repeat the process from.
  • the pulling force is adjusted by the balancer 3.
  • the work W is returned to the work table 7 (step S7) and gripped by the hand 5 at the adjusted gripping position (step S8).
  • the balancer control unit 14 exerts a pulling force on the work W by the balancer 3 and increases the pulling force of the balancer 3 until the external force detected by the force sensor exceeds the third threshold Th3 (steps S9 and S10). ).
  • step S11 When the pulling force exceeds the third threshold value Th3, the increase in the pulling force is stopped, and the robot control unit 13 raises the hand 5 (step S11). After that, it is determined whether or not the absolute value of the external force detected by the force sensor is equal to or less than the fourth threshold value Th4 (step S12), and if it exceeds the fourth threshold value Th4, the pulling force by the balancer 3 is increased again (step). S13).
  • the robot control unit 13 determines that the pulling force by the balancer 3 is necessary, the robot control unit 13 issues an air supply command to the first valve 17 to switch the first valve 17 on. At this time, the on state time of the first valve 17 is momentary, and after that, the robot 2 issues an air shutoff command to switch the first valve 17 off.
  • the regulator 20 records (stores) the same pressure as the pressure from the second valve 18 to the balancer 3, keeps this pressure, and continues to send. As a result, the absolute value of the external force detected by the force sensor is suppressed to the fourth threshold value Th4 or less.
  • the balancer control unit 14 sets the pressure at that time as the pressure of the regulator 20, and the pressure set in the balancer 3 is set. Supply air. As a result, the balancer 3 is in a balanced state (step S14). As a result, the load acting on the robot 2 can be minimized, and the work W having a load capacity or more can be easily conveyed by the robot 2 (step S15).
  • the work transfer system 1 As described above, according to the work transfer system 1 according to the present embodiment, even if information such as mass and gripping position is not registered for each work W, the work W is properly gripped and acts on the robot 2. There is an advantage that the work W can be conveyed in a state where the load is sufficiently reduced.
  • a first threshold value Th1 which is a threshold value of a predetermined size may be adopted.
  • the air pressure control circuit 15 shown in FIG. 7 may be used instead. That is, the electropneumatic regulator 24 may be arranged so that the pressure of the air supplied to the balancer 3 by the regulator 20 can be set by a command signal from the outside.
  • the balancer control unit 14 commands the electropneumatic regulator 24 to supply a predetermined pressure value while the hand 5 holds the proper position of the work W (step S8).
  • the balancer 3 generates a constant pulling force (step S21).
  • the robot control unit 13 controls the robot 2 to raise the hand 5 (step S11).
  • the balancer control unit 14 calculates the pressure required to achieve the balance state by the balancer 3 based on the value of the external force detected by the force sensor, and applies the corrected pressure to the electropneumatic regulator 24. Command (step S22). As a result, the pressure of the balancer 3 is feedback-controlled until the external force detected by the force sensor becomes the fourth threshold value Th4 or less (steps S12 and S22).
  • the camera 6 mounted on the hand 5 acquires a plan view image of the work W to calculate the position of the center of gravity.
  • a temperature sensor may be used to detect the shape of the work W.
  • the force sensor may be provided in the mechanical portion of the robot 2 or may be provided in the control device 4 to estimate an external force from the current value.
  • the air cylinder is exemplified as the balancer 3, but instead of this, an actuator of any form of pneumatic type, hydraulic type or electric type may be adopted.
  • the work W a long quadrangular prism member having a uniform cross-sectional shape is illustrated, but instead of this, a work having any other shape may be adopted.
  • control device 4 may include a storage unit 25 composed of a memory and a difference calculation unit 26 composed of a processor.
  • the storage unit 25 stores the external force detected by the force sensor during the transfer of the predetermined reference work by the transfer program of the work W using the robot 2 in chronological order in association with the TCP coordinates of the robot 2.
  • the difference calculation unit 26 sequentially calculates the absolute value of the difference between the external force detected by the force sensor and the external force stored in the storage unit 25 when the same work W as the reference work is conveyed by the same transfer program. .. Then, the control device 4 performs the robot 2 when the absolute value of the difference calculated by the difference calculation unit 26 at each time point during the transfer by the transfer program of the work W is equal to or more than the fifth threshold Th5, which is a predetermined threshold. May be stopped.
  • the one using the force sensor to detect the external force is illustrated, but instead of this, the one using another sensor may be adopted.
  • a torque sensor may be attached to each axis of the robot 2 to calculate data equivalent to that of the force sensor by using the output of the torque sensor and a known technique.
  • an image processing is performed by the robot control unit 13 in the control device 4, but instead of this, the work transfer system 1 installs an image processing device outside the control device 4.
  • an image processing apparatus may be used to perform image processing.
  • the TCP coordinates of the robot 2 are illustrated as the position data to be stored in time series in association with the external force, but instead, the encoder value of each axis motor may be adopted. ..
  • the robot control unit 13 controls the camera 6 to acquire an image, but instead of this, the work transfer system 1 is provided with a camera control unit outside the control device 4. , The camera 6 may be controlled by the camera control unit. In this case, it is preferable that the robot control unit 13 and the camera control unit can communicate with each other.

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Abstract

ワーク（Ｗ）を把持するハンド（５）を先端に備え、ハンド（５）に作用する外力を検出可能なセンサを備えるロボット（２）と、ハンド（５）に接続され、ハンド（５）を鉛直上方に引き上げる引上げ力を発生可能なバランサ（３）と、ワーク（Ｗ）の形状を計測する形状計測装置（６）と、形状計測装置（６）により計測されたワーク（Ｗ）の形状に基づいて、ロボット（２）およびバランサ（３）を制御する制御装置（４）とを備え、制御装置（４）が、形状計測装置（６）により計測されたワーク（Ｗ）の形状に基づいてワーク（Ｗ）のハンド（５）による把持位置を調整し、調整された把持位置においてワーク（Ｗ）を把持して持ち上げたときに、センサにより検出される鉛直方向の外力の絶対値が所定の第１閾値以下となるように、バランサ（３）により発生する引上げ力を制御するワーク搬送システム（１）である。

Description

ワーク搬送システム
　本開示は、ワーク搬送システムに関するものである。
　先端に取り付けられたハンドによって支持したワークをロボットにより搬送する場合に、バランサによってワークの重量に応じた力でワークを引き上げることによりロボットを補助するシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
国際公開第２０１０／１０４１５７号
　ハンドによるワークの把持位置が適正ではない場合には、バランサによる適正なバランス状態を達成することができない。しかしながら、ワークが多品種となる場合に、ワーク毎に質量や把持位置等の情報を測定して登録しておくには多大な工数が必要となる。したがって、ワークの把持位置等の情報を予め登録することなく、適正な把持位置においてワークを把持して搬送することが望まれている。
　本開示の一態様は、ワークを把持するハンドを先端に備え、該ハンドに作用する外力を検出可能なセンサを備えるロボットと、前記ハンドに接続され、該ハンドを鉛直上方に引き上げる引上げ力を発生可能なバランサと、前記ワークの形状を計測する形状計測装置と、該形状計測装置により計測された前記ワークの形状に基づいて、前記ロボットおよび前記バランサを制御する制御装置とを備え、該制御装置が、前記形状計測装置により計測された前記ワークの形状に基づいて前記ワークの前記ハンドによる把持位置を調整し、調整された把持位置において前記ワークを把持して持ち上げたときに、前記センサにより検出される鉛直方向の外力の絶対値が所定の第１閾値以下となるように、前記バランサにより発生する前記引上げ力を制御するワーク搬送システムである。
本開示の一実施形態に係るワーク搬送システムを示す全体構成図である。 図１のワーク搬送システムを示すブロック図である。 図２のバランサ制御部に備えられる空気圧制御回路を示す図である。 図３の第１バルブをオフにした状態を示す空気圧制御回路を示す図である。 図３の空気圧制御回路におけるバランス状態を説明する図である。 図１のワーク搬送システムによりワークを搬送する動作を説明するフローチャートである。 図２の空気圧制御回路の変形例を示す図である。 図７の空気圧制御回路を備えるワーク搬送システムによりワークを搬送する動作を説明するフローチャートである。 図２のワーク搬送システムの変形例を示すブロック図である。
　
本開示の一実施形態に係るワーク搬送システム１について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係るワーク搬送システム１は、図１に示されるように、ロボット２と、バランサ３と、制御装置４とを備えている。
　ロボット２は、例えば、垂直６軸多関節型のロボットであり、先端にワークＷを把持可能なハンド５を備えている。ロボット２には、ハンド５に作用する外力を検出可能な力センサ（センサ）が内蔵されている。また、ハンド５には、ワークＷの画像を取得可能なカメラ（形状計測装置）６が搭載されている。
　ワークＷは、例えば、横断面が均一な形状を有する長尺の部材である。ハンド５は、テーブル等のワーク台７の搭載面に搭載したワークＷの長手方向のいずれかの位置を水平方向に挟んで把持することができる一対の開閉可能な爪部８を備えている。力センサは、ワークＷに作用する外力として、例えば、一対の爪部８の中央に設定されたツール先端点（ＴＣＰ）を原点とする直交座標系の、３つの軸線方向の外力および３つの軸線回りのモーメントを検出できる。
　バランサ３は、例えば、ロボット２の近傍に配置された支柱９に支持された片持ち梁１０から吊り下げられ、鉛直下方にロッド１１を出没可能に配置されたエアシリンダである。ロッド１１の先端はハンド５に取り付けられている。バランサ３のロッド１１を上昇させる方向に駆動すると、ハンド５に鉛直方向上方に向かう引上げ力を加えることができる。片持ち梁１０は支柱９の長手軸方向に延びる鉛直軸線回りに回転可能に設けられている。
　また、バランサ３は、片持ち梁１０の長手方向に沿って移動可能に支持されたスライダ１２に固定されている。これにより、ロボット２が動作すると、片持ち梁１０の回転およびスライダ１２の移動によって、バランサ３がハンド５の鉛直上方に配置された状態に維持され、ロボット２の姿勢の如何に関わらず、ハンド５に引上げ力を作用させることができる。
　カメラ６は、例えば、ワークＷの鉛直上方からワークＷを撮影することにより、ワークＷの平面視の形状を含む画像を取得することができる。
　制御装置４は、図２に示されるように、ロボット２を制御するロボット制御部１３と、バランサ３を制御するバランサ制御部１４とを備えている。
　ロボット制御部１３は、搬送プログラムによってワークＷの把持が指令されたときに、カメラ６をワークＷの上方に配置するようロボット２を制御し、カメラ６によってワークＷの画像を取得させる。また、ロボット制御部１３は、カメラ６により取得された画像からワークＷの形状を抽出し、その重心位置を算出することにより、ハンド５によるワークＷの把持位置を算出する。
　また、ロボット制御部１３は、算出された把持位置にハンド５を配置するようロボット２を制御して、ハンド５によりワークＷを把持させる。そして、ロボット制御部１３は、ハンド５を上昇させるようロボット２を制御し、力センサにより検出された水平軸線回りのモーメントが所定の閾値である第２閾値Ｔｈ２を超えている場合に、把持位置の補正を行う。
　把持位置の補正は、力センサにより検出された水平軸線回りのモーメントを小さくする方向にワークＷの長手方向に沿って把持位置をずらすことにより行われる。すなわち、ワーク台７にワークＷを載置し、載置されたワークＷに対してハンド５による把持位置を補正し、補正された把持位置でワークＷを把持し、ワークＷを持ち上げ、力センサによるモーメントの大きさが第２閾値Ｔｈ２以下に収まるまで、上記工程を繰り返す。
　バランサ制御部１４は、例えば、図３に示される空気圧制御回路１５を備えている。
　空気圧制御回路１５は、空気圧源１６、３つのバルブ１７，１８，１９およびレギュレータ２０を備えている。符号２１はスピードコントローラ、符号２２はサイレンサ付き絞り弁、符号２３はサイレンサである。
　バランサ制御部１４は、バランサ３による引上げ力を調整する。
　バランサ３による引上げ力は、適正な把持位置をハンド５により把持したワークＷを持ち上げて静止させた状態で、力センサにより検出される鉛直方向の外力の絶対値が、所定の閾値である第４閾値Ｔｈ４以下に収まるように調整される。
　具体的には、バランサ制御部１４は、図３に示されるように、第１バルブ１７および第２バルブ１８を作動させて、空気圧源１６からの空気を、スピードコントローラ２１、第１バルブ１７および第２バルブ１８の順に通過させてバランサ３のロッド１１側に供給する。これにより、ロッド１１を引き上げて、ハンド５に上向きの引上げ力を作用することができる。
　例えば、ワーク台７に置かれたワークＷを、調整された把持位置においてハンド５により把持した状態で、第１バルブ１７をオンオフする。これにより、力センサにより検出される鉛直方向の外力が、所定の閾値である第３閾値Ｔｈ３となるまで、バランサ３による引上げ力を断続的に増大させる。このとき、レギュレータ２０に供給される設定圧力値もバランサ３に供給されている圧力値と等しく増大していく。
　力センサにより検出された鉛直方向の外力が所定の第３閾値Ｔｈ３を超えた時点で、図４に示されるように、第１バルブ１７をオフにするとともに、ロボット制御部１３によりハンド５を上昇させるようロボット２を制御する。そして、バランサ制御部１４は、力センサにより検出される鉛直方向の外力が所定の閾値である第４閾値Ｔｈ４以下となるか否かを判定する。
　外力が第４閾値Ｔｈ４以下とならない場合には、バランサ制御部１４は、第１バルブ１７のオンオフを切り替えて、バランサ３に加える圧力値を調整する。そして、バランサ制御部１４は、力センサにより検出される鉛直方向の外力が第４閾値Ｔｈ４以下になった時点で、図５に示されるように、第２バルブ１８を切り替える。
　これにより、レギュレータ２０に設定された設定圧力値の空気圧がバランサ３に供給される。第４閾値Ｔｈ４を十分に小さく設定しておくことにより、力センサにより検出される力をほぼゼロ付近にしたバランス状態にすることができる。
　このように構成された本実施形態に係るワーク搬送システム１の作用について、以下に説明する。本実施形態に係るワーク搬送システム１を用いて、重量および形状の不明なワークＷを搬送するには、まず、ロボット２を作動させて、ハンド５に搭載したカメラ６をワークＷの鉛直上方に配置する。
　そして、図６に示されるように、カメラ６の視野内にワークＷを配置し、画像を取得する（ステップＳ１）。ロボット制御部１３は、画像を処理することにより、ワークＷを抽出し、ワークＷの平面視の形状から水平方向の重心位置を算出する（ステップＳ２）。ロボット制御部１３は、算出された重心位置の両側にハンド５の爪部８が配置される姿勢にハンド５によるワークＷの把持位置を設定する。
　次に、ロボット制御部１３は、ハンド５によってワークＷを把持し（ステップＳ３）、ハンド５を上昇させる（ステップＳ４）。このとき、ハンド５に作用する３軸方向の力および３軸回りのモーメントが力センサにより検出される。ロボット制御部１３は、水平軸線回りのモーメントが第２閾値Ｔｈ２を超えているか否かを判定し（ステップＳ５）、超えている場合に、把持位置の補正を行って（ステップＳ６）、ステップＳ３からの工程を繰り返す。
　そして、把持位置が補正された状態で、バランサ３による引上げ力の調整を行う。
　まず、ワークＷをワーク台７上に戻し（ステップＳ７）、調整された把持位置においてハンド５によって把持する（ステップＳ８）。この状態で、バランサ制御部１４が、バランサ３により引上げ力をワークＷに作用させ、力センサにより検出される外力が第３閾値Ｔｈ３を超えるまでバランサ３の引上げ力を増大させる（ステップＳ９，Ｓ１０）。
　引上げ力が第３閾値Ｔｈ３を超えた時点で、引上げ力の増大を停止し、ロボット制御部１３がハンド５を上昇させる（ステップＳ１１）。その後、力センサにより検出される外力の絶対値が第４閾値Ｔｈ４以下か否かを判定し（ステップＳ１２）、第４閾値Ｔｈ４を超える場合には、バランサ３による引上げ力を再度増大させる（ステップＳ１３）。
　ここで、力センサにより検出される外力の絶対値を第４閾値Ｔｈ４以下にするにはワークＷを上昇させた状態で圧力を調整する必要がある。具体的には、バランサ３による引上げ力が必要とロボット制御部１３が判断すると、ロボット制御部１３から第１バルブ１７に対してエア供給指令を出して第１バルブ１７をオンに切り替える。このとき、第１バルブ１７のオン状態の時間は一瞬であり、この後、ロボット２がエア遮断指令を出して第１バルブ１７をオフに切り替える。レギュレータ２０は、第２バルブ１８からバランサ３までの圧力と同じ圧力を記録（保存）し、この圧力をキープして送り続ける。これにより、力センサにより検出される外力の絶対値を第４閾値Ｔｈ４以下に抑えている。
　力センサにより検出される外力の絶対値が第４閾値Ｔｈ４以下となった場合には、バランサ制御部１４は、その時点の圧力をレギュレータ２０の圧力として設定し、バランサ３に、設定された圧力の空気を供給する。これにより、バランサ３はバランス状態となる（ステップＳ１４）。その結果、ロボット２に作用する負荷を最小限に抑えることができ、可搬重量以上のワークＷをロボット２により容易に搬送することができる（ステップＳ１５）。
　このように、本実施形態に係るワーク搬送システム１によれば、ワークＷ毎に質量や把持位置等の情報が登録されていなくても、ワークＷを適正に把持して、ロボット２に作用する負荷を十分に低減した状態で、ワークＷを搬送することができるという利点がある。
　なお、本実施形態においては、第４閾値Ｔｈ４として、十分に小さい値を設定しておくことに代えて、所定の大きさの閾値である第１閾値Ｔｈ１を採用してもよい。これにより、ロボット２にかかる鉛直方向の負荷を一定範囲に抑えることができ、可搬重量より大きな負荷を容易に搬送することができる。
　また、バランサ３によって発生する引上げ力を徐々に増大させて、ワークＷの重量とバランスさせる場合を例示したが、これに代えて、図７に示される空気圧制御回路１５を用いてもよい。
　すなわち、レギュレータ２０によりバランサ３に供給する空気の圧力を外部からの指令信号によって設定可能な電空レギュレータ２４を配置してもよい。
　これにより、図８に示されるように、ハンド５によってワークＷの適正位置を把持した状態で（ステップＳ８）、バランサ制御部１４が電空レギュレータ２４に所定の圧力値の供給を指令して、バランサ３により一定の引上げ力を発生させる（ステップＳ２１）。その後、ロボット制御部１３がロボット２を制御してハンド５を上昇させる（ステップＳ１１）。
　この状態で、バランサ制御部１４が、力センサにより検出された外力の値に基づいて、バランサ３によってバランス状態を達成するために必要な圧力を算出し、修正された圧力を電空レギュレータ２４に指令する（ステップＳ２２）。これにより、力センサにより検出される外力が第４閾値Ｔｈ４以下となるまで、バランサ３の圧力がフィードバック制御される（ステップＳ１２，Ｓ２２）。
　また、本実施形態においては、ハンド５に搭載したカメラ６によって、ワークＷの平面視の画像を取得して重心位置を算出したが、これに代えて、距離センサ、光センサ、超音波センサあるいは温度センサを用いて、ワークＷの形状を検出することにしてもよい。
　また、力センサとしては、ロボット２の機構部に備えられていてもよいし、制御装置４に備えられて電流値から外力を推定するものを採用してもよい。
　また、本実施形態においては、バランサ３としてエアシリンダを例示したが、これに代えて、空気圧式、油圧式あるいは電動式の任意の形態のアクチュエータを採用してもよい。
　また、本実施形態においては、ワークＷとして、横断面が均一な形状を有する長尺の４角柱部材を例示したが、これに代えて、他の任意の形状のワークを採用してもよい。
　また、図９に示されるように、制御装置４が、メモリにより構成される記憶部２５と、プロセッサにより構成される差分算出部２６とを備えていてもよい。記憶部２５は、ロボット２を用いたワークＷの搬送プログラムによる所定の基準ワークの搬送時に力センサにより検出される外力を、ロボット２のＴＣＰの座標と対応付けて時系列に記憶する。
　差分算出部２６は、基準ワークと同一のワークＷの同一の搬送プログラムによる搬送時に、力センサにより検出された外力と、記憶部２５に記憶されている外力との差分の絶対値を逐次算出する。
　そして、制御装置４は、ワークＷの搬送プログラムによる搬送中の各時点において差分算出部２６により算出された差分の絶対値が、所定の閾値である第５閾値Ｔｈ５以上である場合に、ロボット２を停止させてもよい。
　また、本実施形態においては、外力を検出するために力センサを使用するものを例示したが、これに代えて、他のセンサを使用したものを採用してもよい。例えば、ロボット２の各軸にトルクセンサを取り付けて、トルクセンサの出力と公知の技術で力センサと同等のデータを計算してもよい。
　また、本実施形態においては、制御装置４内のロボット制御部１３において画像処理を行っているものを例示したが、これに代えて、ワーク搬送システム１が制御装置４の外部に画像処理装置を備え、画像処理装置によって画像処理を行うものを採用してもよい。
　また、本実施形態においては、外力と対応付けて時系列に記憶する位置データとして、ロボット２のＴＣＰの座標を例示したが、これに代えて、各軸モータのエンコーダ値を採用してもよい。
　また、本実施形態においては、ロボット制御部１３によりカメラ６を制御して画像を取得するものを例示したが、これに代えて、ワーク搬送システム１が制御装置４の外部にカメラ制御部を備え、カメラ制御部によってカメラ６を制御するものを採用してもよい。この場合、ロボット制御部１３とカメラ制御部とが通信可能であることが好ましい。
　１　ワーク搬送システム
　２　ロボット
　３　バランサ
　４　制御装置
　５　ハンド
　６　カメラ（形状計測装置）
　２５　記憶部
　２６　差分算出部
　Ｗ　ワーク
　Ｔｈ１　第１閾値
　Ｔｈ２　第２閾値
　Ｔｈ３　第３閾値
　Ｔｈ４　第４閾値
　Ｔｈ５　第５閾値

Claims (5)

  1. 　
    ワークを把持するハンドを先端に備え、該ハンドに作用する外力を検出可能なセンサを備えるロボットと、
    　前記ハンドに接続され、該ハンドを鉛直上方に引き上げる引上げ力を発生可能なバランサと、
    　前記ワークの形状を計測する形状計測装置と、
    　該形状計測装置により計測された前記ワークの形状に基づいて、前記ロボットおよび前記バランサを制御する制御装置とを備え、
    　該制御装置が、前記形状計測装置により計測された前記ワークの形状に基づいて前記ワークの前記ハンドによる把持位置を調整し、調整された把持位置において前記ワークを把持して持ち上げたときに、前記センサにより検出される鉛直方向の外力の絶対値が所定の第１閾値以下となるように、前記バランサにより発生する前記引上げ力を制御するワーク搬送システム。
  2. 　前記制御装置による前記把持位置の調整は、前記ワークの形状に基づいて設定した前記把持位置において前記ハンドにより前記ワークを把持して持ち上げるよう前記ロボットを制御し、前記センサにより検出される水平軸線回りのモーメントが所定の第２閾値以下となるように前記把持位置を補正する請求項１に記載のワーク搬送システム。
  3. 　前記制御装置による前記バランサの前記引上げ力の制御は、搭載面に置かれた前記ワークを、調整された把持位置において前記ハンドにより把持するよう前記ロボットを制御し、前記センサにより検出される鉛直方向の外力が、所定の第３閾値となるまで、前記引上げ力を増大させるよう前記バランサを制御した後、前記センサにより検出される鉛直方向の外力が所定の第４閾値以下となるまで前記ハンドを上昇させるよう前記ロボットを制御する請求項１または請求項２に記載のワーク搬送システム。
  4. 　前記制御装置による前記バランサの前記引上げ力の制御は、搭載面に置かれた前記ワークを、調整された把持位置において前記ハンドにより把持するよう前記ロボットを制御し、前記センサにより検出される鉛直方向の外力が、所定値となる引上げ力を発生させるよう前記バランサを制御し、前記ハンドを上昇させるよう前記ロボットを制御した後、前記センサにより検出される鉛直方向の外力を所定の第４閾値以下とする差分だけ前記引上げ力を変化させるよう前記バランサを制御する請求項１または請求項２に記載のワーク搬送システム。
  5. 　前記制御装置が、前記ロボットを用いた前記ワークの搬送プログラムによる前記ワークの搬送時に前記センサにより検出される外力を、前記ロボットの位置データと対応付けて時系列に記憶する記憶部と、前記ワークと同一のワークの前記搬送プログラムによる搬送時に前記センサにより検出された外力と、前記記憶部に記憶されている外力との差分の絶対値を算出する差分算出部とを備え、該差分算出部により算出された差分の絶対値が、所定の第５閾値以上である場合に、前記ロボットを停止させる請求項１から請求項４のいずれかに記載のワーク搬送システム。
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