(57)【要約】【課題】カメラ等の視覚装置を手首先端に取り付けることなく、作業対象装置に対する動作位置を補正する。【解決手段】被設置面に固定された作業対象装置に対して作業を行うツールを先端面に取り付けてその姿勢を変更する手首ユニット８と、手首ユニット８の３次元位置を変更する可動部７とを備えるとともに、可動部７が、長手軸を有し先端に手首ユニット８を取り付けたアームを備え、手首ユニット８の先端面よりも基端側にアームの長手軸に交差する方向に向かう視野を有する視覚センサ１６が取り付けられているロボット３を提供する。【選択図】図１
2020073302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被設置面上に設置されるロボットであって、
前記被設置面に固定された作業対象装置に対して作業を行うツールを先端面に取り付けてその姿勢を変更する手首ユニットと、該手首ユニットの３次元位置を変更する可動部とを備えるとともに、
該可動部が、長手軸を有し先端に前記手首ユニットを取り付けたアームを備え、
前記手首ユニットの前記先端面よりも基端側に視覚センサが取り付けられ、
該視覚センサは、該視覚センサの視野の中心軸が前記長手軸に交差する姿勢で前記アームに対して固定されているロボット。
【請求項２】
前記可動部が、前記作業対象装置に対して任意の位置に設置可能なベースと、前記被設置面に対して鉛直な軸線回りに前記ベースに対して回転可能に支持された旋回胴と、前記被設置面に対して水平な１以上の軸線回りに前記旋回胴に対して回転可能に支持された前記アームとを備える請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記アームが、前記被設置面に対して水平な軸線回りに前記旋回胴に対して回転可能に支持された第１アームと、該第１アームの先端に前記被設置面に対して水平な軸線回りに前記第１アームに対して回転可能に支持された第２アームとを備え、
前記手首ユニットが前記第２アームの先端に取り付けられている請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
前記可動部が、前記作業対象装置に対して任意の位置に設置可能なベースと、前記被設置面に対して鉛直な軸線回りに前記ベースに対して回転可能に支持された旋回胴と、該旋回胴の前記軸線に対して平行な１以上の軸線回りに回転可能に支持された前記アームとを備える請求項１に記載のロボット。
【請求項５】
前記ベースが固定され、前記作業対象装置に対して前記可動部、前記手首ユニットおよび前記視覚センサを移動させる台車を備える請求項２から請求項４のいずれかに記載のロボット。
【請求項６】
前記台車が自立移動型台車である請求項５に記載のロボット。
【請求項７】
前記台車が手押し型台車である請求項５に記載のロボット。
【請求項８】
前記視覚センサの視野の前記中心軸が、前記被設置面に対して略水平に設置されている請求項２または請求項３に記載のロボット。
【請求項９】
前記視覚センサの視野の前記中心軸が、前記被設置面に対して略鉛直に設置されている請求項４に記載のロボット。
【請求項１０】
水平多関節型ロボットである請求項９に記載のロボット。
【請求項１１】
被設置面に固定された前記作業対象装置と、
該作業対象装置に対して作業を行う請求項１から請求項１０のいずれかに記載のロボットと、
前記作業対象装置との相対位置関係が決められた位置に設けられた視覚ターゲットを前記視覚センサにより撮影することにより測定された前記ロボットと前記作業対象装置との相対位置関係に基づいて、前記ロボットの動作位置を補正する補正部とを備えるロボットシステム。
【請求項１２】
被設置面に固定された前記作業対象装置と、
該作業対象装置に対して作業を行う請求項８に記載のロボットと、
前記作業対象装置との相対位置関係が決められた位置に設けられた視覚ターゲットを前記視覚センサにより撮影することにより測定された前記ロボットと前記作業対象装置との相対位置関係に基づいて、前記ロボットの動作位置を補正する補正部とを備え、
前記視覚ターゲットが、前記被設置面に対して略鉛直方向に延びる平面上に設けられているロボットシステム。
【請求項１３】
前記視覚ターゲットが前記作業対象装置の外表面に設けられた請求項１１または請求項１２に記載のロボットシステム。
【請求項１４】
前記ロボットを制御する制御装置を備え、
前記視覚ターゲットを前記視覚センサにより撮影する際、前記制御装置が、前記ロボットを制御することによって、前記アームを前記外表面と略平行に配置して前記視覚センサの前記視野の中心軸を前記外表面に指向させる請求項１３に記載のロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットおよびロボットシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、工作機械に対してロボットによりワークの供給および排出を行うシステムにおいて、ロボットを移設することにより工作機械とロボットとの相対位置関係が変化してもロボットアームの先端に設けられたカメラにより、工作機械の外表面に設けられた視覚ターゲットを撮影することにより相対位置関係を測定し、測定された相対位置関係に基づいてロボットの動作位置を補正するロボットシステムが知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−５８２７３号公報
【特許文献２】特開昭６２−５４１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１および特許文献２のシステムでは、カメラがロボットの手首先端に取り付けられている。このため、手首先端に装着されるハンドその他のツールがカメラを含めた分だけ大きくなり、狭隘な工作機械の内部まで手首先端を挿入し難くなるという不都合がある。また、可搬重量の一部がカメラの重量となるため、ハンド等のツールを軽量化しなければならないという不都合がある。
【０００５】
また、カメラをハンドに取り付ける場合には、ハンドを交換する毎にカメラのキャリブレーションが必要となり煩雑である。また、手首先端に取り付けられたカメラは工作機械の主軸近傍まで挿入されるため、切削液を浴び易く劣化する虞がある。
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、カメラ等の視覚装置を手首先端に取り付けることなく、作業対象装置に対する動作位置を補正することができるロボットおよびロボットシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、被設置面上に設置されるロボットであって、前記被設置面に固定された作業対象装置に対して作業を行うツールを先端面に取り付けてその姿勢を変更する手首ユニットと、該手首ユニットの３次元位置を変更する可動部とを備えるとともに、該可動部が、長手軸を有し先端に前記手首ユニットを取り付けたアームを備え、前記手首ユニットの前記先端面よりも基端側に視覚センサが取り付けられ、該視覚センサは、該視覚センサの視野の中心軸が前記長手軸に交差する姿勢で前記アームに対して固定されているロボットを提供する。
【０００８】
本態様によれば、被設置面に固定された作業対象装置に対してロボットを設置し、可動部を動作させることにより、可動部のアームの先端に取り付けた手首ユニットの３次元位置を変更し、手首ユニットを動作させることにより、先端面に取り付けたツールの姿勢を変更して、作業対象装置に対してツールにより作業を行うことができる。そして、可動部および／または手首ユニットの動作によって視覚センサの視野が移動するので、作業対象装置との相対位置関係が決まっている位置に視覚ターゲットを設けておけば、視覚センサにより、ターゲットを撮影して、ロボットと作業対象装置との相対位置関係を測定し、作業対象装置に対するロボットの動作位置を補正することができる。
【０００９】
この場合において、視覚センサを手首ユニットの先端面に取り付けていないので、少なくとも選択面の自由度分の視覚センサの姿勢の自由度は低下するが、アームの長手軸に交差する方向に向かう視野を有するように取り付けることによって、ロボットの自由度より低い自由度によっても、アームの動作に伴って視覚センサの位置を広範囲に移動させることができる。これにより、設けられた視覚ターゲットが複数の場合には、異なる位置に配置された視覚ターゲットを撮影することができ、設けられた視覚ターゲットが単一の場合には、視覚センサを移動させて複数視点から撮影することができる。すなわち、視覚センサを先端面に取り付けないことにより、先端面あるいはツールに取り付ける場合と比較して、可搬重量に与える影響を低減することができる。また、ツール回りのスペースを小さくすることができ、狭隘なスペースへの手首ユニットの挿入を容易にすることができる。さらに、作業対象装置が切削を行う工作機械である場合に、主軸近傍まで手首ユニットを挿入しても切削液がカメラにかかり難くすることができる。
【００１０】
また、先端面に取り付けたツールを交換する場合でも、その都度、視覚センサを取り外す必要がない。視覚センサをアームに設置して、一度、視覚センサの位置出しのためのキャリブレーションを行えば、ツールの状況によらず、視覚センサの再キャリブレーションが不要となり、作業現場で煩雑な立ち上げ作業を不要にすることができる。
【００１１】
上記態様においては、前記可動部が、前記作業対象装置に対して任意の位置に設置可能なベースと、前記被設置面に対して鉛直な軸線回りに前記ベースに対して回転可能に支持された旋回胴と、前記被設置面に対して水平な１以上の軸線回りに前記旋回胴に対して回転可能に支持された前記アームとを備えていてもよい。
【００１２】
このようにすることで、旋回胴および２以上のアームを動作させて手首ユニットの３次元位置を移動させることができる。作業対象装置に対する位置を大まかに設定しても、手首ユニットの先端面よりも基端側に取り付けられた視覚センサの３次元位置を可動部の動作によって移動させ、作業対象装置との相対位置関係が決まっている位置に設けられた視覚ターゲットを撮影して、ロボットと作業対象装置との相対位置関係を測定することにより、ロボットの動作位置を補正することができる。
【００１３】
また、上記態様においては、前記アームが、前記被設置面に対して水平な軸線回りに前記旋回胴に対して回転可能に支持された第１アームと、該第１アームの先端に前記被設置面に対して水平な軸線回りに前記第１アームに対して回転可能に支持された第２アームとを備え、前記手首ユニットが前記第２アームの先端に取り付けられていてもよい。
このようにすることで、ベースに対して鉛直な軸線回りに旋回胴を回転させ、旋回胴に対して水平な軸線回りに第１アームを回転させ、第１アームに対して水平な軸線回りに第２アームを回転させることにより、第２アームの先端に取り付けられた手首ユニットを任意の３次元位置に移動させることができる。また、視覚センサを第２アームの先端近くに配置しておくことにより、視覚センサについても任意の３次元位置に移動させることができる。
【００１４】
上記態様においては、前記可動部が、前記作業対象装置に対して任意の位置に設置可能なベースと、前記被設置面に対して鉛直な軸線回りに前記ベースに対して回転可能に支持された旋回胴と、該旋回胴の前記軸線に対して平行な１以上の軸線回りに回転可能に支持された前記アームとを備えていてもよい。
このようにすることで、床面に対してアームの移動範囲を広く取ることができる。床面に略平行な面に視覚ターゲットが設置されている場合に、広い検出範囲を確保でき、効果的である。
【００１５】
また、上記態様においては、前記ベースが固定され、前記作業対象装置に対して前記可動部、前記手首ユニットおよび前記視覚センサを移動させる台車を備えていてもよい。
このようにすることで、ロボットを台車に搭載して移動可能とし、台車を動作させて作業対象装置に対して異なる位置に移設することができる。
【００１６】
また、台車移動可能とすることにより、作業対象装置の稼働状況に合わせてロボットを容易に移設することができる。さらに、作業対象装置の調整等の作業を人間が行う場合、容易にロボットを移動させて、作業スペースを確保することができる。
また、上記態様においては、前記台車が自立移動型台車であってもよい。
また、上記態様においては、前記台車が手押し型台車であってもよい。
【００１７】
また、上記態様においては、前記視覚センサが、前記アームの前記長手軸に略直交する平面に沿う方向に向かう視野を有していてもよい。
このようにすることで、作業対象装置のロボットとの対向面に略平行にアームが延びるようにロボットを配置することにより、視覚センサの視野が向かう方向を作業対象装置に略直交させることができ、可動部の動作によって、視野を複数位置に容易に移動させることができる。
【００１８】
また、上記態様においては、前記視覚センサの視野の前記中心軸が、前記被設置面に対して略水平に設置されていてもよい。
このようにすることで、作業対象装置との相対位置関係が決まっており、特に非設置面に垂直な面に設けられた視覚ターゲットに対して、視覚センサが常に略垂直に保持されるため、視覚ターゲットの検出精度を向上させることができる。
【００１９】
また、上記態様においては、前記視覚センサの視野の前記中心軸が、前記被設置面に対して略鉛直に設置されていてもよい。
このようにすることで、床面に対して略平行な面に視覚ターゲットが設置されている場合、視覚センサが床面に対して略平行な面に対して常に略鉛直に保持されるため、視覚ターゲットの検出精度を向上させることができる。
また、上記態様においては、水平多関節型ロボットであってもよい。
【００２０】
また、本発明の他の態様は、被設置面に固定された前記作業対象装置と、該作業対象装置に対して作業を行う上記いずれかのロボットと、前記作業対象装置との相対位置関係が決められた位置に設けられた視覚ターゲットを前記視覚センサにより撮影することにより測定された前記ロボットと前記作業対象装置との相対位置関係に基づいて、前記ロボットの動作位置を補正する補正部とを備えるロボットシステムを提供する。
【００２１】
本態様によれば、被設置面に固定された作業対象装置に対してロボットを設置し、可動部および／または手首ユニットの動作によって視覚センサの視野を移動させ、作業対象装置との相対位置関係が決められた位置に設けた視覚ターゲットを撮影することにより、ロボットと作業対象装置との相対位置関係を測定し、補正部により、作業対象装置に対するロボットの動作位置を補正することができる。
【００２２】
上記態様においては、前記視覚ターゲットが前記作業対象装置の外表面に設けられていてもよい。
このようにすることで、作業対象装置の外表面の特徴形状や元々設置されているマーク等を視覚ターゲットとして活用することができ、作業対象装置とは別に視覚ターゲットを設置する場合より設置の手間やコストを低減できる。また、作業対象装置の外表面に新たに視覚ターゲットを設けることもでき、作業対象装置とは別の周辺装置等に視覚ターゲットを設ける場合よりも、スペースを有効活用でき、システムをコンパクトにできる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、カメラ等の視覚装置を手首先端に取り付けることなく、作業対象装置に対する動作位置を補正することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係るロボットシステムを示す全体構成図である。
【図２】図１のロボットシステムに備えられる本発明の一実施形態に係るロボットの一例を示す側面図である。
【図３】図２のロボットの平面図である。
【図４】図２のロボットを工作機械に対して位置決めした状態を示す平面図である。
【図５】図２のロボットを移動後に工作機械に対して再度位置決めした状態を示す平面図である。
【図６】図２のロボットの第１アームおよび第２アームを工作機械の前面に略平行に配置した状態を示す平面図である。
【図７】図１のロボットシステムの作用を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の一実施形態に係るロボット３およびロボットシステム１について、図面を参照しながら以下に説明する。
本実施形態に係るロボットシステム１は、図１に示されるように、ワークを切削加工する工作機械（作業対象装置）２と、該工作機械２に対してワークを供給および排出するロボット３と、ロボット３を制御する制御装置４とを備えている。制御装置４内には後述する補正部（図示略）が備えられている。
【００２６】
工作機械２は床面（被設置面）に固定されており、ロボット３により供給されるワーク（図示略）を主軸に取り付けた工具により切削加工等を行う装置である。
工作機械２の外表面のうち、ロボット３に対向することとなる外表面（前面）には、例えば、３箇所に視覚ターゲット５が設けられている。視覚ターゲット５としては、後述する視覚センサ１６により撮影することにより、例えば、その中心位置あるいは重心位置を精度よく検出することができる形状である円形等のマークを使用することができる。各視覚ターゲット５は、その中心位置が既知の座標位置に精度よく一致するように、工作機械２の外表面に固定されている。
【００２７】
ロボット３は、床面上を任意の方向に走行可能な走行台車（台車）６と、該走行台車６に搭載された可動部７と、可動部７の先端に取り付けられた手首ユニット８とを備えている。
可動部７は、図２および図３に示されるように、走行台車６に固定されたベース９と、ベース９に対して鉛直な第１軸線Ａ回りに回転可能に支持された旋回胴１０と、該旋回胴１０に対して水平な第２軸線Ｂ回りに回転可能に支持された第１アーム（アーム）１１と、該第１アーム１１の先端に水平な第３軸線Ｃ回りに回転可能に支持された第２アーム（アーム）１２とを備えている。
【００２８】
手首ユニット８は、第２アーム１２の先端に取り付けられ、第３軸線Ｃに直交する平面に沿って配置された第４軸線Ｄ回りに回転可能に支持された第１手首軸１３と、第４軸線Ｄに直交する第５軸線Ｅ回りに回転可能に支持された第２手首軸１４と、第５軸線Ｅに直交する第６軸線Ｆ回りに回転可能に支持された第３手首軸１５とを備えている。第３手首軸１５の先端には、第６軸線Ｆ回りに回転させられる先端面１５ａが設けられ、該先端面１５ａにワークを把持するための図示しないハンドが取り付けられるようになっている。
【００２９】
本実施形態に係るロボット３は、先端面１５ａより基端側に位置する第２アーム１２に取り付けられたカメラ（視覚センサ）１６を備えている。カメラ１６は、第２アーム１２の長手軸である第４軸線Ｄに略直交する平面に沿う方向に視野を向けて配置されている。
【００３０】
補正部は、カメラ１６により取得された視覚ターゲット５の画像を処理して、視覚ターゲット５の中心位置を検出し、検出された中心位置に基づいて、ロボット３と工作機械２との相対位置関係を測定するようになっている。
そして、補正部は、測定された相対位置関係に基づいて、予め教示またはプログラミングされているロボット３によるワークの供給・排出動作の位置を補正するようになっている。図中、符号１７は教示操作盤である。
【００３１】
このように構成された本実施形態に係るロボット３およびロボットシステム１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るロボットシステム１によれば、図４に示されるように、工作機械２に対して所定の設置位置にロボット３が位置決めされた状態で、ロボット３に対する教示操作が行われて、ロボット３によりワークを工作機械２に供給し、切削加工後のワークを排出する教示プログラムが生成される。
【００３２】
制御装置４により、生成された教示プログラムが実行されることにより、ロボット３によるワークの供給、工作機械２による切削加工およびロボット３によるワークの排出の一連の作業が自動的に行われる。
この後に、走行台車６を移動させることによりロボット３が異なる位置、例えば、他の工作機械２に対してワークを供給および排出する位置に移動させられ、その後に、再度、元の工作機械２に対してワークを供給および排出可能な位置に移動させられた場合について説明する。
【００３３】
このような場合において、図５に示されるように、実線で示される走行台車６が、鎖線で示される最初に教示操作が行われたロボット３の所定の設置位置に厳密に設置されない場合には、そのまま教示プログラムを実行しても、工作機械２に対してワークを正しく供給および排出することができない。
本実施形態においては、走行台車６が工作機械２に対して回転して設置されていても、カメラ１６により視覚ターゲット５を撮影することにより、自動で走行台車６の位置や回転ずれを検出し、教示プログラムの動作位置を補正することができる。また、走行台車６の位置や回転ずれが大きく、視覚ターゲット５を撮影する所定のロボット動作において、視覚ターゲット５がカメラ１６の視野から外れている場合には、カメラ１６の視野に入るように、自動でロボット動作を変更する。
【００３４】
すなわち、図７に示されるように、ロボット３を移設したときには（ステップＳ１）、カメラ１６の視野内に工作機械２の前面の視覚ターゲット５が入っているか否かを判定し（ステップＳ２）、カメラ１６の視野内に視覚ターゲット５が入っていない場合には、ロボット３の所定の設置位置に厳密に設置されず走行台車６がずれたままの状態で、第１アーム１１を第２軸線Ｂ回りに、第２アーム１２を第３軸線Ｃ回りにそれぞれ回転させ（ステップＳ３）、カメラ１６の視野内に工作機械２の前面の視覚ターゲット５が入るようにロボット３を自動動作させる。
【００３５】
また、第１アーム１１および第２アーム１２を動作させてもカメラ１６の視野内に視覚ターゲット５が入らない場合には、図６に示されるように、自動で第２アーム１２の第４軸線Ｄが工作機械２の前面と略平行となるように第１軸線Ａ回りに旋回胴１０を回転させてカメラ１６の視野内に視覚ターゲット５を収める。これにより、第２アーム１２の先端に取り付けたカメラ１６が、その視野を工作機械２の前面に向かう方向に指向させられる。
そして、カメラ１６の視野内に視覚ターゲット５が収まった状態で、カメラ１６を作動させて視覚ターゲット５を撮影し画像を取得する（ステップＳ４）。
【００３６】
視覚ターゲット５の撮影は、工作機械２の前面の垂線に対する角度を異ならせて２方向から行われる。これにより、画像内における視覚ターゲット５の位置から工作機械２の前面に沿う方向の視覚ターゲット５の座標を検出することができ、角度を異ならせた２方向から取得された２つの画像によって工作機械２の前面に直交する方向の視覚ターゲット５の座標を検出することができる。
【００３７】
取得された画像は、補正部に送られることにより、補正部において画像処理されて、その中心位置が検出される（ステップＳ５）。３箇所の視覚ターゲット５の中心位置が取得されるまで、ステップＳ２からの行程が繰り返される（ステップＳ６）。
【００３８】
補正部においては、取得された３つの中心位置からロボット３と工作機械２との相対位置関係が求められる（ステップＳ７）。そして、補正部においては、求められた相対位置関係に基づいて、予め教示されていた教示プログラムにおける動作位置が補正される（ステップＳ８）。
これにより、本実施形態に係るロボットシステム１によれば、走行台車６を作動させてロボット３を異なる工作機械２間で移動させて共用して使用する場合等に、各工作機械２に対して走行台車６が厳密に同一の位置に位置決めされなくても、再度の教示操作を行うことなく、一度生成した教示プログラムを補正して再使用することができるという利点がある。
【００３９】
したがって、各工作機械２に対してワークの供給および排出作業を精度よく行うことができ、ロボット３の固定はアンカーボルトによって行うことなく、簡易な固定具によって固定するだけで足りる。
【００４０】
そして、本実施形態に係るロボット３およびロボットシステム１によれば、カメラ１６を手首ユニット８の先端面１５ａに取り付けないので、カメラ１６を６自由度で動作させることはできないが、第２アーム１２の先端に取り付けることにより、３自由度で広い動作範囲で動作させることができる。さらに、第４軸線Ｄに直交する平面に沿う方向に視野を向けて配置しているので、走行台車６が工作機械２に対して傾いて配置されても、第４軸線Ｄを工作機械２に対して平行に配置することができ、工作機械２の前面の複数箇所に配置された視覚ターゲット５を容易に撮影することができる。また、走行台車６が工作機械２に対して傾いて配置されており、この状態で視覚ターゲット５を撮影できない場合には、手動または自動で第１軸線Ａ回りに旋回胴１０を回転させて視覚ターゲット５を撮影する。
【００４１】
その結果、手首ユニット８の先端面１５ａにカメラ１６を取り付けていないので、先端面１５ａに取り付けるハンドを含むツールの寸法を小さく抑えることができて、工作機械２への挿入を容易にすることができるという利点がある。
また、カメラ１６を先端面１５ａに取り付けないことにより、カメラ１６による可搬重量の消費を防止することができる。すなわち、カメラ１６の重量によってその他のハンド等のツールの重量を削減せずに済むという利点がある。
【００４２】
また、工作機械２の内部に挿入される手首ユニット８には切削液がかかる可能性が高いので、カメラ１６を手首ユニット８から離れた第２アーム１２に取り付けることにより、切削液がカメラ１６にかかる可能性を低減してカメラ１６を健全な状態に維持することができるという利点がある。
【００４３】
また、先端面１５ａに取り付けたツールを交換する場合においても、その都度、カメラ１６を取り外す必要がなく、カメラ１６を第２アーム１２に設置して、一度、カメラ１６の位置出しのキャリブレーションを行えば、ツールの状況によらず、カメラ１６の再キャリブレーションが不要となり、作業現場で煩雑な立ち上げ作業を不要にできるという利点がある。
【００４４】
また、走行台車６を移動可能とすることにより、工作機械２の稼働状況に合わせてロボット３を容易に移設することができるという利点がある。さらに、工作機械２の調整等の作業を人間が行う場合、容易にロボット３を移動させて、作業スペースを確保することができるという利点がある。
【００４５】
また、工作機械２の外表面の特徴形状や元々設置されているマーク等を視覚ターゲット５として活用することができ、工作機械２とは別に視覚ターゲット５を設置する場合より設置の手間やコストを低減できる。また、工作機械２の外表面に新たに視覚ターゲットを設けることもでき、工作機械２とは別の周辺装置等に視覚ターゲット５を設ける場合よりも、スペースを有効活用でき、本実施形態に係るロボットシステム１をコンパクトにできるという利点がある。
【００４６】
なお、本実施形態に係るロボットシステム１においては、視覚ターゲット５として円形のマークを例示したが、上述したように、中心点あるいは重心点のような特徴点を検出することができるものであれば、他の形状のマークであってもよいし、工作機械２の一部の特徴的な形状を視覚ターゲット５として用いてもよい。
また、工作機械２に視覚ターゲット５を複数設けた場合を例示したが、これに代えて、工作機械２に単一の視覚ターゲット５を設けてもよい。
【００４７】
また、視覚ターゲット５の位置は、鉛直方向に延びる工作機械２の前面であることが好ましいが、これに代えて、水平方向に延びる平面上であってもよいし、傾斜面上にあってもよい。
また、工作機械２の内部に配置されていてもよい。
【００４８】
また、本実施形態においては、視覚ターゲット５が工作機械２の外表面に設けられたものを例示したが、視覚ターゲット５が必ずしも工作機械２の外表面に設けられる必要はなく、工作機械２との相対位置関係が決まっている位置に設置されていればよい。例えば、工作機械２が設置されている床面、または工作機械２と相対位置関係が決まっている周辺装置等に、視覚ターゲット５を設けてもよい。
【００４９】
また、本実施形態においては、カメラ１６を第２アーム１２の先端に取り付けることとしたが、これに限定されるものではない。ロボット３と工作機械２との相対位置関係を精度よく測定するには、視覚ターゲット５が広い範囲にわたって配置されていることが好ましいので、そのような視覚ターゲット５を撮影するには広い動作範囲を達成可能な第２アーム１２の先端が好ましい。
【００５０】
これに代えて、第２アーム１２の中間位置、基端部、第１アーム１１の先端、中間位置、基端部または旋回胴１０に取り付けられていても、所定の動作範囲にわたって移動させることができるので、これらの位置にカメラ１６を取り付けてもよい。
また、手首ユニット８の先端面１５ａを除く、例えば、第１手首軸１３あるいは第２手首軸１４にカメラ１６を取り付けることにしてもよい。この場合、カメラ１６を移動する自由度が増え、カメラ１６の姿勢を一定に保ったまま動かすことが可能となる。これにより、視覚ターゲット５に対するカメラ１６の相対姿勢の変化が少ないため、検出精度を向上させることができる。
【００５１】
また、カメラ１６が床面に対して略水平になる位置に取り付けられた場合には、工作機械２の外表面に設けられた視覚ターゲット５に対して、カメラ１６が常に略垂直に保持されるため、視覚ターゲット５の検出精度を向上させることができる。
【００５２】
また、本実施形態においては、ロボット動作を自動で補正することを一例として説明したが、これに代えて、ユーザがロボット３を操作してカメラ１６によって工作機械２の前面に設けられた複数の視覚ターゲット５を撮影させることにより、教示プログラムの動作位置を補正してもよい。
【００５３】
また、本実施形態においては、ロボット３として６軸の垂直多関節型の可動部７を有するものを例示したが、これに限定されるものではなく、任意の軸数の垂直多関節型、水平多関節型、あるいは直動型のロボットを採用してもよい。
ロボット３が水平多関節型ロボットである場合には、カメラ１６が床面に対して略鉛直になる位置に取り付けられてもよい。これにより、視覚ターゲット５が床面に対して略平行な面に設置されている場合、カメラ１６が床面に対して略平行な面に対して常に略鉛直に保持されるため、視覚ターゲット５の検出精度を向上させることができる。また、ロボット３が垂直多関節型ロボットである場合にも、カメラ１６が床面に対して略鉛直になる位置に取り付けられてもよい。
【００５４】
また、作業対象装置として工作機械２を例示したが、これに限定されることなく、ロボット３が作業を行う他の任意の作業対象装置を採用してもよい。
また、自立移動型台車である走行台車６を備えるロボット３を例示したが、これに限定されることなく、搬送後に第１軸線Ａのベース９を床面等の被設置面に直接固定する方式のものでもよいし、手動で移動する手押し型台車に乗せられたロボット３を採用してもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１  ロボットシステム
２  工作機械（作業対象装置）
３  ロボット
５  視覚ターゲット
６  走行台車（台車）
７  可動部
８  手首ユニット
９  ベース
１０  旋回胴
１１  第１アーム（アーム）
１２  第２アーム（アーム）
１５ａ  先端面
１６  カメラ（視覚センサ）
Ａ，Ｂ，Ｃ  軸線
【図１】
2020073302.tif 000003
【図２】
2020073302.tif 000004
【図３】
2020073302.tif 000005
【図４】
2020073302.tif 000006
【図５】
2020073302.tif 000007
【図６】
2020073302.tif 000008
【図７】
2020073302.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月17日(2020.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業対象装置に対して作業を行うツールを取り付け可能な手首ユニットと、該手首ユニットの位置を変更する可動部と、を備えるとともに、
該可動部が、長手軸を有し先端に前記手首ユニットを取り付けたアームを備え、
視覚センサが、該視覚センサの視野の中心軸が前記長手軸に交差する姿勢で前記アームに対して固定されているロボット。
【請求項２】
前記視覚センサは、前記手首ユニットの先端よりも基端側に位置する請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記可動部が、ベースと、該ベースに対して鉛直な軸線回りに回転可能に支持された旋回胴と、前記鉛直な軸線と交差する方向の軸線回りに前記旋回胴に対して回転可能に支持された前記アームとを備える請求項１または請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
前記アームが、前記交差する方向の軸線回りに前記旋回胴に対して回転可能に支持された第１アームと、該第１アームの先端に回転可能に支持された第２アームとを備え、
前記手首ユニットが前記第２アームの先端に取り付けられている請求項３に記載のロボット。
【請求項５】
前記可動部が、ベースと、該ベースに対して鉛直な軸線回りに回転可能に支持された旋回胴と、該旋回胴の前記軸線に対して平行な１以上の軸線回りに回転可能に支持された前記アームとを備える請求項１に記載のロボット。
【請求項６】
前記ベースが固定され、前記作業対象装置に対して前記可動部、前記手首ユニットおよび前記視覚センサを移動させる台車を備える請求項３から請求項５のいずれかに記載のロボット。
【請求項７】
前記台車が自立移動型台車である請求項６に記載のロボット。
【請求項８】
前記台車が手押し型台車である請求項６に記載のロボット。
【請求項９】
前記視覚センサの視野の前記中心軸が、被設置面に対して略水平になるように設置されている請求項３または請求項４に記載のロボット。
【請求項１０】
前記視覚センサの視野の前記中心軸が、被設置面に対して略鉛直に設置されている請求項５に記載のロボット。
【請求項１１】
水平多関節型ロボットである請求項１０に記載のロボット。
【請求項１２】
前記作業対象装置と、
請求項１から請求項１１のいずれかに記載のロボットと、
予め定められた位置に設けられた視覚ターゲットを前記視覚センサにより撮影することにより測定された前記ロボットと前記作業対象装置との相対位置関係に基づいて、前記ロボットの動作位置を補正する補正部とを備えるロボットシステム。
【請求項１３】
前記視覚ターゲットが、被設置面に対して略鉛直方向に延びる平面上に設けられている請求項１２に記載のロボットシステム。
【請求項１４】
前記視覚ターゲットが前記作業対象装置の外表面に設けられた請求項１２または請求項１３に記載のロボットシステム。
【請求項１５】
前記ロボットを制御する制御装置を備え、
前記視覚ターゲットを前記視覚センサにより撮影する際、前記制御装置が、前記ロボットを制御することによって、前記アームを前記外表面と略平行に配置して前記視覚センサの前記視野の中心軸を前記外表面に指向させる請求項１４に記載のロボットシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、作業対象装置に対して作業を行うツールを取り付け可能な手首ユニットと、該手首ユニットの位置を変更する可動部と、を備えるとともに、該可動部が、長手軸を有し先端に前記手首ユニットを取り付けたアームを備え、視覚センサが、該視覚センサの視野の中心軸が前記長手軸に交差する姿勢で前記アームに対して固定されているロボットである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記態様において、前記視覚センサは、前記手首ユニットの先端よりも基端側に位置していてもよい。この場合において、視覚センサを手首ユニットの先端面に取り付けていないので、少なくとも選択面の自由度分の視覚センサの姿勢の自由度は低下するが、アームの長手軸に交差する方向に向かう視野を有するように取り付けることによって、ロボットの自由度より低い自由度によっても、アームの動作に伴って視覚センサの位置を広範囲に移動させることができる。これにより、設けられた視覚ターゲットが複数の場合には、異なる位置に配置された視覚ターゲットを撮影することができ、設けられた視覚ターゲットが単一の場合には、視覚センサを移動させて複数視点から撮影することができる。すなわち、視覚センサを先端面に取り付けないことにより、先端面あるいはツールに取り付ける場合と比較して、可搬重量に与える影響を低減することができる。また、ツール回りのスペースを小さくすることができ、狭隘なスペースへの手首ユニットの挿入を容易にすることができる。さらに、作業対象装置が切削を行う工作機械である場合に、主軸近傍まで手首ユニットを挿入しても切削液がカメラにかかり難くすることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記態様においては、前記可動部が、ベースと、該ベースに対して鉛直な軸線回りに回転可能に支持された旋回胴と、前記鉛直な軸線と交差する方向の軸線回りに前記旋回胴に対して回転可能に支持された前記アームとを備えていてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また、上記態様においては、前記アームが、前記交差する方向の軸線回りに前記旋回胴に対して回転可能に支持された第１アームと、該第１アームの先端に回転可能に支持された第２アームとを備え、前記手首ユニットが前記第２アームの先端に取り付けられていてもよい。
このようにすることで、ベースに対して鉛直な軸線回りに旋回胴を回転させ、旋回胴に対して水平な軸線回りに第１アームを回転させ、第１アームに対して水平な軸線回りに第２アームを回転させることにより、第２アームの先端に取り付けられた手首ユニットを任意の３次元位置に移動させることができる。また、視覚センサを第２アームの先端近くに配置しておくことにより、視覚センサについても任意の３次元位置に移動させることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記態様においては、前記可動部が、ベースと、該ベースに対して鉛直な軸線回りに回転可能に支持された旋回胴と、該旋回胴の前記軸線に対して平行な１以上の軸線回りに回転可能に支持された前記アームとを備えていてもよい。
このようにすることで、床面に対してアームの移動範囲を広く取ることができる。床面に略平行な面に視覚ターゲットが設置されている場合に、広い検出範囲を確保でき、効果的である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また、本発明の他の態様は、前記作業対象装置と、上記いずれかのロボットと、予め定められた位置に設けられた視覚ターゲットを前記視覚センサにより撮影することにより測定された前記ロボットと前記作業対象装置との相対位置関係に基づいて、前記ロボットの動作位置を補正する補正部とを備えるロボットシステムである。