(57)【要約】【課題】作業効率を下げることなく、汎用性の高い小型のロボット装置を提供すること。【解決手段】アーム２０と、ワークＷの３次元位置を測定するためのステレオカメラ４６を有し、ステレオカメラ４６で３次元位置が測定されたワークＷに対して作業を行うハンド４又はピンセットツール４１Ａと、アーム２０の先端部に設けられ、ハンド４又はピンセットツール４１Ａをアーム２０に着脱自在に連結する連結部２１又はハンド２１Ａと、を備えた。【選択図】図１
2014034075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームと、
ワークの３次元位置を測定するステレオカメラを有し、前記ステレオカメラで３次元位置が測定されたワークに対して作業を行う先端作業手段と、
前記ロボットアームの先端部に設けられ、前記先端作業手段を前記ロボットアームに着脱自在に連結する連結手段と、を備えた、
ことを特徴とするロボット装置。
【請求項２】
前記先端作業手段は、３次元位置が測定されたワークに対して所定の作業を行う先端作業工具であり、
前記連結手段は、移動自在に構成された複数のハンド爪を有し、前記複数のハンド爪で前記先端作業工具を把持して前記ロボットアームと前記先端作業工具とを連結させるロボットハンドからなる、
ことを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
【請求項３】
前記先端作業工具は、前記ロボットハンドと連結する連結位置に前記複数のハンド爪を案内する複数の案内溝を有する、
ことを特徴とする請求項２に記載のロボット装置。
【請求項４】
前記ステレオカメラにより撮像された画像からワークの３次元位置を測定する画像処理装置と、
前記ステレオカメラにより撮像された画像の情報信号を前記ステレオカメラから前記画像処理装置に伝送する画像伝送ケーブルを、前記ロボットアームの上方に吊り上げる吊り上げ手段と、を備えた、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のロボット装置。
【請求項５】
前記ステレオカメラにより撮像された画像からワークの３次元位置を測定する画像処理装置を備え、
前記ロボットハンドは、前記ロボットアームに沿って配設された画像伝送ケーブルを介して前記画像処理装置に接続された画像信号受信端子を有し、
前記先端作業工具は、前記画像信号受信端子に接続可能、かつ前記ステレオカメラにより撮像された画像の情報信号を送信する画像信号送信端子を有し、
前記ロボットハンドを介して前記ロボットアームと前記先端作業工具とが連結すると、前記画像信号送信端子が前記画像信号受信端子と接続して、前記ステレオカメラにより撮像された画像の情報信号が前記ステレオカメラから前記画像処理装置に伝送される、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載のロボット装置。
【請求項６】
前記先端作業工具を制御可能な制御装置を備え、
前記ロボットハンドは、前記ロボットアームに沿って配設された制御ケーブルを介して前記制御装置に接続された制御信号送信端子を有し、
前記先端作業工具は、前記制御信号送信端子に接続可能な制御信号受信端子を有し、
前記ロボットハンドを介して前記ロボットアームと前記先端作業工具とが連結すると、前記制御信号送信端子が前記制御信号受信端子と接続して、前記先端作業工具が制御装置により制御される、
ことを特徴とする請求項５に記載のロボット装置。
【請求項７】
前記先端作業工具を駆動する電力を供給する電源装置を備え、
前記ロボットハンドは、前記ロボットアームに沿って配設された電源ケーブルを介して前記電源装置に接続された電力供給端子を有し、
前記先端作業工具は、前記電力供給端子に接続可能な電力受給端子を有し、
前記ロボットハンドを介して前記ロボットアームと前記先端作業工具とが連結すると、前記電力供給端子と前記電力受給端子とが接続して、前記先端作業工具に電力が供給される、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載のロボット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アームを有するロボット装置に関し、特にアームの先端に取り付けられる先端作業手段を交換可能なロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ロボット装置でのワークへの精密部品の自動組み付けにおいては、精密部品組付け用のピンセットハンドと、精密部品を測定するカメラと、を用い、カメラで精密部品の３次元位置を確認しながら精密部品の組み付けを行う場合がある（特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のロボット装置は、アームに取り付けたステレオカメラの焦点位置をピンセットハンドの先端に合わせ、精密部品に対するピンセットハンドの位置制御を行いながらワークへの精密部品の組み付けを行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１１３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、アームやハンドにカメラが取り付けられている場合、ワークや精密部品の置台、各種作業スペースの突起物等にカメラが接触しないようにする必要があり、アームの動作に大きな制約を課すことになる。特に、カメラによる位置制御を必要としない作業時においては、カメラはアームにとっての干渉物にしか成り得ず、制限が課されることで作業効率を低下させるおそれがあった。また、アームにカメラに取り付ける場合、アームの可搬重量等、アームの仕様を大きく設定する必要が生じるため、ロボット装置の小型化が阻害される。
【０００６】
更に近年、顧客のニーズの多様化による製品競争の激化から製品のライフサイクルは短縮化する傾向にあり、製品の種類もニーズの多様化に合わせて多品種にわたるようになってきている。そのため、製品が変わる毎に生産ラインや生産装置を新規構築又は変更しなければならず、多品種生産に対応させるためにはコストがかかりすぎるという問題があった。これにより、単に製品の製造を自動化するだけではなく、多品種を少量生産可能な汎用性の高いロボット装置への要求が高まっていた。
【０００７】
そこで、本発明は、作業効率を下げることなく、汎用性の高い小型のロボット装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ロボット装置において、ロボットアームと、ワークの３次元位置を測定するステレオカメラを有し、前記ステレオカメラで３次元位置が測定されたワークに対して作業を行う先端作業手段と、前記ロボットアームの先端部に設けられ、前記先端作業手段を前記ロボットアームに着脱自在に連結する連結手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、カメラ付き先端作業手段をアームの先端に着脱自在に設けることで、作業効率を下げることなく、汎用性の高い小型のロボット装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るロボットステーションを模式的に示す図である。
【図２】第１実施形態に係るロボット装置を制御するコントローラのブロック図である。
【図３】第１実施形態に係るロボット装置のピンセットハンド及び連結部を模式的に示す図である。
【図４】第１実施形態に係るロボットステーションを含む複数のロボットステーションからなるロボットシステムを模式的に示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るロボットステーションを模式的に示す図である。
【図６】第２実施形態に係る第１ロボット装置及び第２ロボット装置を制御するコントローラのブロック図である。
【図７】第２実施形態に係るロボット装置のピンセットツール及びハンドを模式的に示す図である。
【図８】第２実施形態に係るロボットステーションを含む複数のロボットステーションからなるロボットシステムを模式的に示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係るロボットステーションを模式的に示す図である。
【図１０】第３実施形態に係る第２ロボット装置のピンセットツール及びハンドを模式的に示す図である。
【図１１】第３実施形態に係る第２ロボット装置のハンドの伝送接点を示す図である。
【図１２】第３実施形態に係る第２ロボット装置の伝送接点のブロック図である。
【図１３】第３実施形態に係るロボットステーションを含む複数のロボットステーションからなるロボットシステムを模式的に示す図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係るロボットステーションを模式的に示す図である。
【図１５】第４実施形態に係る第２ロボット装置の伝送接点のブロック図である。
【図１６】第４実施形態に係るロボットステーションを含む複数のロボットステーションからなるロボットシステムを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係るロボットステーション１について、図１から図４を参照しながら説明する。なお、以下においては、ハンド（ロボットハンド）とは、アーム（ロボットアーム）の先端部分に直接又は把持機能を有さない連結機構により取り付けられ、把持機能を有するメカ機構を持つものをいう。また、ツールとは、ハンドを用いて把持されて使用され、ハンドとは異なる把持機能を有するメカ機構を持つものをいう。
【００１２】
まず、ロボットステーション１の概略構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットステーション１を模式的に示す図である。図２は、第１実施形態に係るロボット装置２を制御するコントローラ６のブロック図である。
【００１３】
図１に示すように、ロボットステーション１は、ワークＷの組み立てを行うロボット装置２と、ワークＷの組み立てが行われる架台３と、後述のハンド４を置く第１置台５ａ及び第２置台５ｂと、ロボット装置２を制御するコントローラ６と、を備えている。
【００１４】
ロボット装置２は、６軸多関節のアーム２０と、アーム２０の先端部に連結される先端作業手段としてのハンド４と、ハンド４をアーム２０に連結させる連結手段としての連結部２１と、を備えている。
【００１５】
アーム２０は、各関節を各関節軸まわりにそれぞれ回転駆動する６つのアクチュエータを備えており、各アクチュエータのそれぞれを選択的に駆動することでハンド４を任意の３次元位置に移動させる。
【００１６】
ハンド４は、連結部２１に着脱自在に構成されており、本実施形態においては、精密部品の組み付けを行うピンセットハンド４１と、ワークＷを把持して運搬等するグリッパハンド４２と、が用意されている。また、ハンド４は、各種ハンド間で、共通のインターフェイスによりハンド機構系及びそれに付随する各種ツールを制御可能になっている。これにより、異なるハンドが装着された場合でも、システムに大きな負荷をかけることなく、容易にハンドの交換が可能になる。また、システムの拡張にも容易に対応できる。なお、ハンド４と連結部２１については、後に詳しく説明する。
【００１７】
架台３は、矩形箱状に形成されており、ワークＷに組み付ける精密部品が載置される供給トレイ３０と、ワークＷが載置される載置台３１と、を備えている。本実施形態においては、載置台３１にはワークＷとしてのレンズ筐筒が載置され、載置台３１は、レンズ筐筒を載置可能に形成されている。
【００１８】
第１置台５ａ及び第２置台５ｂは、アーム２０に装着されないハンド４を置く置台であり、ロボット装置２の可動範囲内に配置されている。本実施形態においては、第１置台５ａにピンセットハンド４１を置き、第２置台５ｂにグリッパハンド４２を置くようになっている。例えば、図１に示すように、アーム２０にピンセットハンド４１が装着されている場合には、第２置台５ｂにグリッパハンド４２が置かれている。
【００１９】
図２に示すように、コントローラ６は、演算装置６０と、記憶装置６１と、を有するコンピュータ本体に、アーム２０、ハンド４、ステレオカメラ４６がバスを介して接続されて構成されている。また、コンピュータ本体には、入力装置６２、ティーチングペンダント６３、ディスプレイ６４、スピーカ６５、記録メディア読取装置６６及び通信装置６７などもバスを介して接続されている。なお、図２においては、これらを接続するためのインターフェイスは不図示としている。
【００２０】
演算装置６０は、ＣＰＵ６０ａと、画像処理装置６０ｂと、音声処理装置６０ｃと、を備えている。ＣＰＵ６０ａは、カメラ制御部６０ｄと、ロボット制御部６０ｅと、を備えている。カメラ制御部６０ｄは、記憶装置６１に記憶された各種プログラムや入力装置６２から入力される設定等に従って、ワークＷや精密部品の３次元位置を計測する。ロボット制御部６０ｅは、カメラ制御部６０ｄにより計測された３次元位置及び記憶装置６１に記憶された各種プログラムや入力装置６２から入力される設定等に基づいて、アーム２０やハンド４を制御する。なお、カメラ制御部６０ｄによるワークＷや精密部品の３次元位置計測、ロボット制御部６０ｅによるアーム２０やハンド４の制御についての精細な説明は省略する。
【００２１】
画像処理装置６０ｂは、ＣＰＵ６０ａからの描画指示に応じてディスプレイ６４を制御して、画面上に所定の画像を表示させる。音声処理装置６０ｃはＣＰＵ６０ａからの発音指示に応じた音声信号生成してスピーカ６５に出力する。記憶装置６１は、バスを介してＣＰＵ６０ａに接続されており、各種プログラムやデータ等が格納されたＲＯＭ６１ａと、ＣＰＵ６０ａの作業領域として確保されたＲＡＭ６１ｂと、を備えている。
【００２２】
入力装置６２は、キーボード６２ａと、マウス６２ｂと、から構成されており、ワークＷの３次元位置の計測に必要な情報、或いはその他の指示の入力を可能としている。記録メディア読取装置６６は、各種プログラム等を記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体６８を読み込み、ＲＯＭ６１ａに格納させるため等に用いられる。通信装置６７は、例えば、上述したような記録媒体６８を使用せずに、通信装置６７を介してインターネット等から配信される更新プログラム等をダウンロードする際に用いられる。
【００２３】
次に、第１実施形態に係るハンド４及び連結部２１について、図１に加え、図３を参照しながら説明する。図３は、第１実施形態に係るロボット装置２のピンセットハンド４１及び連結部２１を模式的に示す図である。なお、ハンド４については、図３においてアーム２０に接続されているピンセットハンド４１を主体に説明し、グリッパハンド４２についての詳細な説明は省略する。
【００２４】
図３に示すように、ピンセットハンド４１は、ピンセットハンド本体４３と、精密部品の組み付けを行うピンセット４４と、連結部２１に接続するための位置出しピン４５ａ、４５ｂと、ワークＷや精密部品を３次元計測するステレオカメラ４６と、を備えている。ステレオカメラ４６は、取り付け金具４７でピンセットハンド本体４３に固定されており、２眼４６ａ、４６ｂの焦点位置がピンセット４４の先端部に合うように設定されている。
【００２５】
ここで、ステレオカメラ４６は、精密部品の３次元位置を測定するための測定機であり、精密部品の組み立てで求められる位置精度は、±５０μｍと非常に厳しい値である。この位置測定は、２眼４６ａ、４６ｂの離間距離と、２眼４６ａ、４６ｂの各レンズの焦点位置と、を利用した三角測量を用いる。そのため、精密な位置測定には、２眼４６ａ、４６ｂの距離のみならず、各レンズの焦点位置も精度よく固定する必要があり、ＡＦなどのレンズ光学系に可動部分を存在させることができず、合焦位置深度は、例えば、３０ｍｍ程度しかとれない。これにより、ハンドに取り付けるステレオカメラは、汎用的に、ステレオカメラを使いまわすことは得策ではなく、ハンド毎に、専用の焦点位置を設定したステレオカメラを設けることが得策であると考えられる。
【００２６】
そこで、本発明では、ピンセットハンド４１は、ステレオカメラ４６とピンセットハンド本体４３とを、可動部分を介さず一体的に構成しており、ピンセット４４につかまれた精密部品の位置測定の高精度化を可能にしている。また、一体的に構成することで、ピンセットハンド４１を連結部２１から取り外すと、アーム２０にステレオカメラ４６が残っていないため、ステレオカメラ４６が供給トレイ３０等にぶつからないように教示点を設定する必要がなくなる。例えば、グリッパハンド４２を取りに行く際や、グリッパハンド４２でワークＷを隣接するロボットステーションに移動させる際等、ステレオカメラ４６がポール４９ａや供給トレイ３０等にぶつからないように、教示点を設定する必要がなくなる。その結果、例えば、製品変更の際に発生するロボットステーションの段取り変えの時間を、節約することができるようになる。
【００２７】
連結部２１は、ピンセットハンド４１に設けられた位置出しピン４５ａ、４５ｂを挿入させる位置決め穴２２ａ、２２ｂと、連結した際の位置出しピン４５ａ、４５ｂを固定するための不図示の固定装置（例えば、電磁ソレノイド）と、を備えている。位置決め穴２２ａ、２２ｂは、入口の内径が位置出しピン４５ａ、４５ｂの外径よりも大径に形成されており、位置出しピン４５ａ、４５ｂを位置決め穴２２ａ、２２ｂに挿通させる際の遊びが設けられている。なお、位置決め穴２２ａ、２２ｂの奥側の内径においては、入口にあるような遊びは無くなっており、位置出しピン４５ａ、４５ｂを位置決め穴２２ａ、２２ｂに挿通させた際に位置が固定されるようになっている。固定装置は、連結部２１の内部に設けられており、開閉操作することで、位置決め穴２２ａ、２２ｂに挿通した位置だしピン４５、４５を固定する。このように、連結部２１は、固定装置を開閉することで、アーム２０とピンセットハンド４１の着脱を行う。
【００２８】
次に、第１実施形態に係るロボット装置２によるワークＷへの精密部品の組み付け動作について説明する。ロボット装置２は、供給トレイ３０に入れてある精密部品を、ワークＷに組み付ける際には、アーム２０の連結部２１に、ピンセットハンド４１を連結させて、精密部品の組み付け動作を実行する。そして、ワークＷを隣接するロボットステーションに移動させたり、ワークＷの位置を変える等、大まかな動作であるが大きな部材の移動搬送などを行う際には、アーム２０の連結部２１に、グリッパハンド４２を連結させて運搬動作を実行する。
【００２９】
次に、第１実施形態に係るロボット装置２のアーム２０へのハンド４の連結動作について説明する。ロボット装置２は、アーム２０にピンセットハンド４１を装着する際は、ピンセットハンド４１が載せられている第１置台５ａの上方に連結部２１が位置するようにアーム２０を移動させる。そして、ピンセットハンド４１の位置出しピン４５ａ、４５ｂを連結部２１の位置決め穴２２ａ、２２ｂに押し込み、第１置台５ａとアーム２０とで挟むようにして、ピンセットハンド４１と連結部２１とを密着させる。このとき、位置決め穴２２ａ、２２ｂには、遊びが設けられているため、容易に位置出しピン４５ａ、４５ｂに押し込むことができる。ピンセットハンド４１と連結部２１とが密着すると、固定装置で、位置決め穴２２ａ、２２ｂに挿通した位置出しピン４５、４５を固定する。これにより、ピンセットハンド４１がアーム２０に連結される。
【００３０】
一方、ピンセットハンド４１をアーム２０から取り外す際には、連結しているピンセットハンド４１を第１置台５ａの上に載せ、連結部２１の固定装置による固定を解除する。これにより、ピンセットハンド４１と連結部２１との連結が解除され、アーム２０を第１置台５ａの上から移動することでピンセットハンド４１を取り外すことができる。
【００３１】
同様に、アーム２０にグリッパハンド４２を装着する際は、グリッパハンド４２が載せられている第２置台５ｂの上方に連結部２１が位置するようにアーム２０を移動させる。そして、グリッパハンド４２の位置出しピンを連結部２１の位置決め穴２２ａ、２２ｂに押し込み、第２置台５ｂとアーム２０とで挟むようにして、グリッパハンド４２と連結部２１とを密着させる。このとき、位置決め穴２２ａ、２２ｂには、遊びが設けられているため、容易に位置出しピンを押し込むことができる。グリッパハンド４２と連結部２１とが密着すると、固定装置で、位置決め穴２２ａ、２２ｂに挿通した位置出しピンを固定する。これにより、グリッパハンド４２がアーム２０に連結される。
【００３２】
一方、グリッパハンド４２をアーム２０から取り外す際には、連結しているグリッパハンド４２を第２置台５ｂの上に載せ、連結部２１の固定装置による固定を解除する。これにより、グリッパハンド４２と連結部２１との連結が解除され、アーム２０を第２置台５ｂの上から移動することでグリッパハンド４２を取り外すことができる。
【００３３】
ここで、各種ハンドを用途に応じて変更する事により、ハンド４への給電や制御をどのように行うかが問題になる。本実施形態においては、各種ハンドへの給電及び制御は、ケーブル４８、４９を通じて行っている。また、ケーブル４８、４９を用いてハンド４の制御を行う場合、アーム２０等へのからみつき等、ケーブル４８、４９の引き回しが問題となる。これに対しては、アーム２０の最大可動高さより高い位置からケーブル４８、４９を吊るす吊り上げ手段としてのポール４８ａ、４９ａを設けることで、ケーブル４８、４９の引き回しを回避している（図１参照）。なお、ポール４８ａ、４９ａは、ケーブル４８、４９を上方に引っ張りあげるテンション機構を有している。これにより、アーム２０の移動によってケーブル４８、４９が架台３や床面を引きずられてアーム２０等に絡み付くこと等がなくなる。その結果、アーム２０の可動範囲が不要に規制されることがなくなり、容易にアーム２０の教示点の設定を行うことができるようになる。なお、ピンセットハンド４１では、ピンセット４４の制御に加えて、ステレオカメラ４６からの画像の情報信号を伝送する画像伝送ケーブルも必要である。しかし、画像伝送ケーブル、制御装置としてのコントローラに接続された制御ケーブル、不図示の電源装置に接続された電源ケーブルを１つのケーブルシースにまとめたケーブル４８とすることで、この問題は解消される。
【００３４】
また、各種ハンドの制御は、メカ的な機構の結合により行うのではなく、電気的なインターフェイスを用いて、ハンド内部の制御コントローラに電気的に接続する形態としている。これにより、各種ハンドの制御を共通化することができ、組み付ける精密部品に応じて、把持力や精度を思いのままに変更する事が可能になる。
【００３５】
このように、第１実施形態に係るロボットステーション１は、各種の作業工程に応じて、それぞれ別のアームを用意する必要がなくなり、アームの使用効率を向上させることができる。また、各種工程毎に、専用のハンドを設ける事で、さまざまな工程に対応させることができ、多品種少量生産において、製品変更の際に発生するロボットステーションの段取り変えの時間を節約することができる。例えば、工程の途中でハンド部分を交換することで、精密部品のワークＷへの組付け工程とワークＷの搬送工程とを同一のロボット装置２で実行可能となり、ロボット装置２の効率的な使用が可能になる。その結果、作業効率を下げることなく、汎用性の高い小型のロボット装置を提供することができる。
【００３６】
次に、第１実施形態に係るロボットステーション１と、ハンドが固定された既存のロボットステーション１０１、１０２、１０３とを組み合わせたロボットシステム１００について、図４を参照しながら説明する。図４は、第１実施形態に係るロボットステーション１を含む複数のロボットステーション１０１、１０２、１０３からなるロボットシステム１００を模式的に示す図である。
【００３７】
図４に示すように、ロボットシステム１００は、ハンドが着脱自在の第１実施形態に係るロボットステーション１と、ハンドが固定された複数のロボットステーション１０１、１０２、１０３と、を備えている。複数のロボットステーション１０１、１０２、１０３は、各種工程に対応したロボットステーションであり、ハンドがアームに固定されていること以外はロボットステーション１と同様の構成となっている。
【００３８】
ロボットステーション１、１０１、１０２、１０３の供給トレイ３０、１０４、１０５、１０６の上方には、組み付け部品の有無や組み付け部品の位置ずれ等を検知するためのグローバルカメラ１０７、１０８、１０９、１１０が取り付けられている。グローバルカメラ１０７、１０８、１０９、１１０で撮った画像は、汎用的なインターフェイスで画像処理装置６０ｂ、１１１、１１２、１１３に送られ、画像処理プログラムによって、組み付け部品の有無情報や、組み付け部品の位置ずれ情報に加工される。なお、画像処理装置６０ｂには、ピンセットハンド４１に設けられたステレオカメラ４６の撮影画像も専用インターフェイスで接続され、必要な位置情報に加工される。
【００３９】
ロボットステーション１０１、１０２、１０３のロボット装置１１４、１１５、１１６への給電及び制御は、アーム内に配設された電源ケーブル及び制御ケーブルによって行われる。そして、ロボット装置２、１１４、１１５、１１６は、制御ケーブルにより入力された制御信号に基づいて、ＣＰＵ６０ａ、１１７、１１８、１１９によりモータ（アクチュエータ）の位置制御、把持力制御、アームやハンドの軌道計算等が行われる。
【００４０】
コントローラ６、１２０、１２１、１２２は、ロボットの教示やロボット言語処理、ビジョン座標とロボット座標のズレを補正する。また、コントローラ６、１２０、１２１、１２２は、各ロボットステーション１、１０１、１０２、１０３の工程教示動作や、プログラム動作、ビジョンとロボット教示点の補正動作、エラー監視を行う。
【００４１】
システムコントローラ１２３は、コントローラ６、１２０、１２１、１２２とネットワーク１２４を介して接続されており、各ロボットステーション１、１０１、１０２、１０３の協調動作や、ロボットシステムの全体制御、エラー監視と稼働管理を行う。
【００４２】
このように、ロボットステーション１では、ハンド部分をツール化して工程の途中で交換することにより、精密部品の組み付け工程と搬送作業とを同一のロボット装置で行うことができる。その結果、ロボットステーション１でのアーム２０の効率的な使用が可能になる。
【００４３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るロボットステーション１Ａについて、図５から図８を参照しながら説明する。第２実施形態においては、連結手段がハンドにより構成される点が第１実施形態と相違する。そのため、第２実施形態においては、第１実施形態と相違する点、即ち、連結手段を構成するハンドを中心に説明し、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明は省略する。
【００４４】
まず、ロボットステーション１Ａの構成について、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係るロボットステーション１Ａを模式的に示す図である。図６は、第２実施形態に係る第１ロボット装置１０及び第２ロボット装置２Ａを制御するコントローラ６Ａのブロック図である。
【００４５】
図５に示すように、ロボットステーション１Ａは、ワークＷを把持する第１ロボット装置１０と、ワークＷへの精密部品の組み付けを行う第２ロボット装置２Ａと、ワークＷの組み立てが行われる架台３と、を備えている。また、ロボットステーション１Ａは、ワークＷに組み込まれる精密部品を検知するグローバルカメラ２０８と、後述のピンセットツール４１Ａを置く置台５ａと、第１ロボット装置１０及び第２ロボット装置２Ａを制御するコントローラ６Ａと、を備えている。
【００４６】
第１ロボット装置１０は、６軸多関節のアーム１１と、ワークＷを把持するハンド１２と、を備えている。アーム１１は、各関節を各関節軸まわりにそれぞれ回転駆動する６つのアクチュエータを備えており、各アクチュエータのそれぞれを選択的に駆動することでハンド１２を任意の３次元位置に移動させる。ハンド１２は、アーム１１の先端に取り付けられており、３つの異なる地点から中心位置に向かって移動自在の３つのハンド爪を備えている。ハンド１２は、３つのハンド爪を外側から中心点に向かって移動させることで中心位置に位置するワークＷを把持し、中心点側から外側に移動させることで把持しているワークＷを放す。
【００４７】
第２ロボット装置２Ａは、６軸多関節のアーム２０Ａと、アーム２０Ａの先端部に連結される先端作業工具としてのピンセットツール４１Ａと、を備えている。また、第２ロボット装置２Ａは、ピンセットツール４１Ａをアーム２０Ａに連結させる連結手段としてのハンド２１Ａを備えている。アーム２０Ａは、各関節を各関節軸まわりにそれぞれ回転駆動する６つのアクチュエータを備えており、各アクチュエータのそれぞれを選択的に駆動することでピンセットツール４１Ａ及びハンド２１Ａを任意の３次元位置に移動させる。任意の位置に移動したピンセットツール４１Ａ及びハンド２１Ａは、任意の位置で精密部品の組み付け等の所定の作業を行う。
【００４８】
このように、第２実施形態に係るロボットステーション１Ａは、第１ロボット装置１０にワークＷを把持させ、第２ロボット装置２ＡでワークＷに精密部品を組み付ける、所謂、双腕協調動作による組立動作を行う。なお、第２ロボット装置２Ａのピンセットツール４１Ａとハンド２１Ａについては、後に詳しく説明する。
【００４９】
グローバルカメラ２０８は、供給トレイ３０の上方に取り付けられており、ワークＷに組み付ける精密部品の有無や姿勢位置等を検知する。グローバルカメラ２０８で撮った画像は、汎用的なインターフェイスで画像処理装置６０ｂに送られ、画像処理プログラムによって精密部品の有無情報や位置ずれ情報に加工される。なお、画像処理装置６０ｂには、ピンセットツール４１Ａに設けられたステレオカメラ４６の撮影画像も専用インターフェイスで接続され、必要な位置情報に加工される。
【００５０】
図６に示すように、コントローラ６Ａは、演算装置６０Ａと、記憶装置６１Ａと、を有するコンピュータ本体に、第１ロボット装置１０、第２ロボット装置２Ａ、ステレオカメラ４６及びグローバルカメラ２０８等がバスを介して接続されて構成されている。演算装置６０Ａは、ＣＰＵ６０Ａａと、画像処理装置６０ｂと、音声処理装置６０ｃと、を備えおり、ＣＰＵ６０ａは、カメラ制御部６０Ａｄと、ロボット制御部６０Ａｅと、を備えている。
【００５１】
カメラ制御部６０Ａｄは、記憶装置６１Ａ（例えば、ＲＯＭ６１Ａａ）に記憶された各種プログラムや入力装置６２から入力される設定等に従って、ワークＷや精密部品の３次元位置を計測する。ロボット制御部６０Ａｅは、カメラ制御部６０Ａｄにより計測された３次元位置及び記憶装置６１Ａに記憶された各種プログラムや入力装置６２から入力される設定等に基づいて、第１ロボット装置１０や第２ロボット装置２Ａを制御する。なお、カメラ制御部６０ＡｄによるワークＷや精密部品の３次元位置計測、ロボット制御部６０Ａｅによる第１ロボット装置１０や第２ロボット装置２Ａの制御についての精細な説明は省略する。
【００５２】
次に、第２実施形態に係るピンセットツール４１Ａ及びハンド２１Ａについて、図５に加え、図７を参照しながら説明する。図７は、第２実施形態に係る第２ロボット装置２Ａのピンセットツール４１Ａ及びハンド２１Ａを模式的に示す図である。
【００５３】
図７に示すように、ピンセットツール４１Ａは、ピンセットツール本体４３Ａと、ピンセット４４と、連結部２１に接続するための位置出しピン４５Ａａ、４５Ａｂと、ステレオカメラ４６と、を備えている。
【００５４】
ピンセットツール本体４３Ａには、ピンセットツール４１Ａをハンド２１Ａに接続する際に、後述する複数のハンド爪としての３つのハンド爪２３ａ、２３ｂ、２３ｃを連結位置に案内する案内溝としての把持溝５０が設けられている。本実施形態においては、３つのハンド爪２３ａ、２３ｂ、２３ｃに対応した把持溝５０が３つ設けられている。把持溝５０は、ハンド２１Ａを接続方向に案内すると共に、接続位置でハンド２１Ａと合致することでハンド２１Ａのすべりを防止する。ピンセット４４は、ピンセットツール本体４３Ａの中心位置の軸線上に把持中心がくるようにピンセットツール本体４３Ａに支持されている。位置出しピン４５Ａａ、４５Ａｂは、ハンド２１Ａの後述する位置決め穴２２Ａａ、２２Ａｂに挿入可能に形成されており、位置決め穴２２Ａａ、２２Ａｂに挿入することで、ピンセットツール４１Ａのハンド２１Ａに対する位置決め行う。
【００５５】
ステレオカメラ４６は、取り付け金具４７でピンセットツール本体４３Ａに固定されており、２眼４６ａ、４６ｂの焦点位置がピンセット４４の先端部に合うように設定されている。ピンセットツール４１Ａは、ステレオカメラ４６とピンセットツール本体４３Ａとを、可動部分を介さず一体的に構成しており、ピンセット４４につかまれた精密部品の位置測定の高精度化を可能にしている。
【００５６】
ここで、ピンセットツール４１Ａの制御は、すべて電気的な制御で行う必要があるため、ピンセットツール４１Ａには、電源供給を送る電源ケーブル、撮像信号を送る画像伝送ケーブル及びピンセット４４を制御する制御ケーブルの３つのケーブルが必要である。これら３つのケーブルは、専用のケーブル４８によって１つのシースにまとめられており、吊り上げ手段としてのケーブル支持部４８ａＡにより天井側から支持されると共に、一定のテンションが与えられるようになっている。そのため、アーム２０Ａの駆動によってケーブル４８が架台３や床面を引きずられてアーム２０Ａ等に絡み付くこと等がなくなる。これにより、アーム２０Ａの可動範囲が不要に規制されることがなくなる。その結果、例えば、容易にアーム２０Ａの教示点の設定等を行うことができるようになる。
【００５７】
ハンド２１Ａは、例えば、ワークＷを把持する３つのハンド爪２３ａ、２３ｂ、２３ｃと、位置決め穴２２Ａａ、２２Ａｂと、を備えている。３つのハンド爪２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、異なる地点から中心位置に向かって移動自在に構成されており、外側から中心点に向かって移動することでピンセットツール本体４３Ａを把持し、中心点側から外側に移動することでピンセットツール本体４３Ａを放す。
【００５８】
また、ハンド爪２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、ピンセットツール本体４３Ａを把持するだけでなく、レンズ筐筒のような円筒のワークを把持するに好適なハンドとしても機能する。例えば、レンズ筐筒のような円筒のワークであれば、ハンド爪２３ａ、２３ｂ、２３ｃの精度で中心位置を定めることができ、その精度は、ハンド爪２３ａ、２３ｂ、２３ｃの機械加工精度で決まるため、極めて高精度にできる。そのため、位置決め穴２２Ａａ、２２Ａｂは、位置出しピン４５Ａａ、４５Ａｂの断面と同一形状である必要はなく、抜き差しをスムーズに行うため、位置出しピン４５Ａａ、４５Ａｂに対して、３つ爪の開閉方向と異なる方向に遊びが設けられている。
【００５９】
また、例えば、第１ロボット装置１０が把持しているレンズ筐筒を直接つかみ、隣接するロボットステーションに運ぶ運搬作業を行うこともできる。更に、ピンセットツール４１Ａのピンセット４４は、中心位置の軸線上にピンセット４４の把持中心が定められているため、把持されることで、ハンド爪２３ａ、２３ｂ、２３ｃの開閉中心位置とピンセット４４の把持中心は、ほぼ同一軸線上に並ぶ。軸の回転方向の位置は、位置出しピン４５Ａａ、４５Ａｂにより定まるため、再現性がよく、把持位置の高精度を維持することができる。
【００６０】
次に、第２実施形態に係るロボットステーション１Ａと、ハンドが固定された既存のロボットステーション２０１、２０２とを組み合わせたロボットシステム２００について、図８を参照しながら説明する。図８は、第２実施形態に係るロボットステーション１Ａを含む複数のロボットステーション２０１、２０２からなるロボットシステム２００を模式的に示す図である。
【００６１】
図８に示すように、ロボットシステム２００は、ピンセットツール４１Ａが着脱自在の第２実施形態に係るロボットステーション１Ａと、ハンドが固定された複数のロボットステーション２０１、２０２と、を備えている。複数のロボットステーション２０１、２０２は、各種工程に対応したロボットステーションであり、ピンセットツール４１Ａを有していないこと以外はロボットステーション１Ａと同様の構成となっている。
【００６２】
供給トレイ３０、２０４、２０５の上方には、グローバルカメラ２０７、２０８、２０９が取り付けられている。グローバルカメラ２０７、２０８、２０９で撮った画像は、画像処理装置６０ｂ、２１１、２１２に送られ、画像処理プログラムによって、組み付け部品の有無情報や組み付け部品の姿勢位置情報等に加工される。なお、画像処理装置６０ｂには、ピンセットツール４１Ａに設けられたステレオカメラ４６の撮影画像も専用インターフェイスで接続され、必要な位置情報に加工される。
【００６３】
ロボットステーション１Ａ、２０１、２０２の第１ロボット装置１０、２２４、２２５及び第２ロボット装置２Ａ、２１４、２１５への給電及び制御は、アーム内に配設された電源ケーブル及び制御ケーブルによって行われる。第１ロボット装置１０、２２４、２２５及び第２ロボット装置２Ａ、２１４、２１５は、制御ケーブルにより入力された制御信号に基づいて、ＣＰＵ６０Ａａ、２１７、２１８によりモータの位置制御、把持力制御、アームやハンドの軌道計算等が行われる。
【００６４】
コントローラ６Ａ、２２０、２２１は、ロボットの教示やロボット言語処理、ビジョン座標とロボット座標のズレを補正する。また、コントローラ６Ａ、２２０、２２１は、各ロボットステーション１Ａ、２０１、２０２の工程教示動作や、プログラム動作、ビジョンとロボット教示点の補正動作、エラー監視を行う。
【００６５】
システムコントローラ２２３は、コントローラ６Ａ、２２０、２２１とネットワーク２２４を介して接続されており、各ロボットステーション１Ａ、２０１、２０２の協調動作や、ロボットシステムの全体制御、エラー監視と稼働管理を行う。
【００６６】
このように、本実施形態によれば、着脱自在のツール（例えば、ピンセットツール４１Ａ）を用いる場合でも、その連結機構を、ワークＷの搬送などに使うことができる。そのため、着脱自在のツールを、ワークＷに対応したツールに取り換える時間が不要となり、ロボットステーション１Ａのタクトを向上させることができる。
【００６７】
また、ステレオカメラ４６がピンセットツール本体４３Ａに固定されているため、精密部品の組み付け作業を行うピンセットツール４１Ａの先端部とアーム２０Ａとの位置出し精度の向上を図ることができる。例えば、アーム２０Ａとピンセットツール４１Ａとの間の位置精度は、ピンセットツール４１Ａの位置出しピン位置出しピン４５Ａａ、４５Ａｂと、アーム２０Ａの位置決め穴２２Ａａ、２２Ａｂとの嵌合により定められることになる。
【００６８】
ピンセットツール４１Ａは着脱自在箇所に設けられるため、位置出しピン４５Ａａ、４５Ａｂは、抜き差しをスムーズに行うためのある程度の遊びが必要になり、位置決め精度が問題になる。しかしながら、本実施形態においては、ハンド２１Ａの中心点に向かって移動可能な３つハンド爪２３ａ、２３ｂ、２３ｃを有し、中心点とピンセット４４の先端部とを結ぶ直線は、ハンド２１Ａの平面接合部と垂直に交わるように構成されている。中心点に向かって移動する３つハンド爪２３ａ、２３ｂ、２３ｃを用いてハンド２１Ａの同一平面上の３点の把持位置に結合させることで、ハンド２１Ａの中心位置と、ピンセット４４の中心位置とを精度良くあわせる合わせることが可能になる。その結果、位置決めピン５Ａａ、４５Ａｂと位置決め穴２２Ａａ、２２Ａｂの合致は、中心位置を軸とし、その回転方向に対してだけ厳しく設定しておけばよく、その他を遊びに使う事ができ、スムーズに連結しつつ、精度の低下を抑えることが可能になる。
【００６９】
なお、本発明に用いたハンド２１Ａのハンド爪２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、これ自体でハンドとしての機能も有することを述べたが、これは、ワークＷがレンズ筐筒のような円筒状の場合に好適である。例えば、第１ロボット装置１０のアーム１１にも同様なハンド爪を設け、円筒状のワークＷを把持させると、レンズ筐筒の中心位置を正確に把握することができるため、双方のワークＷの中心位置の精度を高くすることができる。その結果、例えば、円筒状ワークと円筒状ワークとをはめあわせる作業が、カメラなどの位置補正を行うことなく、容易に行うことができる。
【００７０】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るロボットステーション１Ｂについて、図９から図１３を参照しながら説明する。第３実施形態においては、ピンセットツールの電気的な接続態様が第２実施形態と相違する。そのため、第３実施形態においては、第２実施形態と相違する点、即ち、ピンセットツールの電気的な接続態様を中心に説明し、第２実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【００７１】
まず、ロボットステーション１Ｂの構成について、図９から図１１を参照しながら説明する。図９は、本発明の第３実施形態に係るロボットステーション１Ｂを模式的に示す図である。図１０は、第３実施形態に係る第２ロボット装置２Ｂのピンセットツール４１Ｂ及びハンド２１Ｂを模式的に示す図である。図１１は、第３実施形態に係る第２ロボット装置２Ｂのハンド２１Ｂの伝送接点を示す図である。
【００７２】
図９に示すように、ロボットステーション１Ｂは、第１ロボット装置１０と、ワークＷへの精密部品の組み付けを行う第２ロボット装置２Ｂと、架台３と、グローバルカメラ２０８と、置台５ａと、コントローラ６Ｂと、を備えている。
【００７３】
第２ロボット装置２Ｂは、６軸多関節のアーム２０Ｂと、アーム２０Ｂの先端部に連結されるピンセットツール４１Ｂと、ピンセットツール４１Ｂをアーム２０Ｂに連結させる連結手段としてのハンド２１Ｂと、を備えている。アーム２０Ｂは、６つのアクチュエータを備えており、各アクチュエータを選択的に駆動することでピンセットツール４１Ｂ及びハンド２１Ｂを任意の３次元位置に移動させる。任意の位置に移動したピンセットツール４１Ｂ及びハンド２１Ｂは、任意の位置で精密部品の組み付け等を行う。
【００７４】
図１０に示すように、ピンセットツール４１Ｂは、ピンセットツール本体４３Ｂと、ピンセット４４と、位置出しピン４５Ｂａ、４５Ｂｂと、ステレオカメラ４６と、を備えている。ハンド２１Ｂは、３つのハンド爪２３ａ、２３ｂ、２３ｃと、位置決め穴２２Ｂａ、２２Ｂｂと、を備えている。
【００７５】
ここで、ステレオカメラ４６の画像伝送ケーブル、電源ケーブル及び制御ケーブルは、一旦、すべてピンセットツール本体４３Ｂに集められる構成になっている。第３実施形態は、ピンセットツール４１Ｂ側及びハンド２１Ｂ側に、制御ケーブル、電源ケーブル及び画像伝送ケーブルを、電気的に接続、離間できる伝送接点を有することを特徴としている。そのため、ハンド２１Ｂには伝送接点が設けられ、ピンセットツール４１Ｂには、ハンド２１Ｂの対応する伝送接点に接続可能なお不図示の伝送接点（画像信号送信端子、制御信号受信端子、電力受給端子）が設けられている。
【００７６】
図１１に示すように、伝送接点は、画像信号受信端子としての画像伝送用接点２４、電力供給端子としての電源供給用接点２５、制御信号送信端子としての制御信号伝送接点２６に分かれている。なお、伝送接点を３つに分割したのは、図１１（ｂ）に示すように、接触ピンが飛び出た構造になっているためであり、接触ピンは、内蔵されたバネにより、接触させた時一定の押圧をかけて接触が保持される機構になっている。そのため、ハンド２１Ｂがピンセットツール４１Ｂを把持した際、伝送接点のピン圧の不均衡をなくし、把持時、できるだけ偏った力をかけないようになっている。
【００７７】
画像伝送用接点２４は、ステレオカメラ４６の２つのカメラにそれぞれ、伝送信号が割り当てられており、中央のグランドピンを中心に、定インピーダンスの平衡伝送信号線が２対設けられている。電源供給用接点２５は、電源とグランドピンの他に、接点の接続有無を検知する検知ピンが設けられている。制御信号伝送接点２６は、中央のグランドピン２６ｂを中心に、１対の定インピーダンスの平衡伝送線路２６ａが設けられている。
【００７８】
図１１（ｂ）に示すように、平衡伝送線路２６ａは、信号接点１００３、１００４を中心に円環状にグランド１００５、１００６が形成されている。このようにすることで、各信号線は、グランドに対して一定のインピーダンスになり、平衡伝送線路２６ａにおいて、接点間のアライメントの位置精度を緩めるような配置が可能になる。グランドピン２６ｂ、１００２や電源供給用接点２５の電源ピン、検知ピン等のグランドピンは、信号用の伝送接点ピンに対して、接点の連結時において、先に接触するように、各ピン間のストロークが調整されている。なお、本実施形態においては、ピンセットツール４１Ｂにはオスの伝送接点、ハンド２１Ｂにメスの伝送接点を設けている。これは、ハンド爪２３ａ、２３ｂ、２３ｃがワークＷを把持した際、伝送接点にワークＷがぶつかり、伝送接点のピン先端部を痛めるのを防止するためである。そのため、ハンド２１Ｂの接点をへこませる等の対策をとれれば、この伝送接点のピンのオスメス配置を逆にしてもよい。
【００７９】
また、接点伝送は、経年変化による酸化膜やごみ、油膜等が自然に接点部分に付着することが考えられるが、本実施形態においては、伝送接点が押し込まれると回転する構造を有する接点ピンを用い、酸化膜やごみ、油膜等に対応している。接点間のごみ対策等としては、この他に、把持時に、接点ピン間を摺動させる等の手段を用いてもよい。
【００８０】
図１２に示すように、ステレオカメラ４６に搭載された２つのカメラ１１０３、１１０４の制御ケーブルは、ピンセットツール４１Ｂの制御装置１１０５に接続されており、ここから制御信号と電源が供給される。なお、ピンセットツール４１Ｂのピンセット４４は、モータ１１０６に接続されており、モータ１１０６により開閉駆動される。
【００８１】
２つのカメラ１１０３、１１０４からの画像伝送信号は、高速シリアル信号に変換され、画像伝送オス接点１１２３に接続される。一方、制御伝送オス接点１１２４、電源オス接点１１２５は、制御装置１１０５と接続される。高速シリアル信号を画像処理装置６０ｂに劣化なく信号伝送を行うためのシリアル信号の伝送リピータ１１２１は、画像伝送メス接点１１２８で受けた高速シリアル信号を、再度、増幅して伝送ることで、画像伝送接点による信号劣化の影響を最小限にとどめる。同時に、アーム２０Ｂから画像処理装置６０ｂに伸びる画像伝送信号線の信号伝送距離を確保する。
【００８２】
ピンセットツール４１Ｂの制御装置１１０５との接続制御をつかさどるハンド制御装置１１２２は、ピンセットツール４１Ｂの制御伝送オス接点１１２４、電源オス接点１１２５に対応する制御伝送メス接点１１２７、電源メス接点１１２６に接続されている。アーム２０Ｂ及びハンド２１Ｂの制御ケーブルが、稼働状態でのインターフェイスの接続及び解除の制御を行い、電源メス接点１１２６に内蔵された接点接続検知ピンの信号を使用してピンセットツール４１Ｂへの連結時の給電開始制御を行う。この給電開始制御をおこなうことで、接点間に確実な接触が確立される前に電源が投入されることにより発生する接点間のスパークに発生を防ぐことができ、これにより接点の耐久寿命を大幅に向上させることができる。
【００８３】
また、ハンド制御装置１１２２は、ハンド爪２３ａ、２３ｂ、２３ｃの制御も行う。アーム２０Ｂの関節部に取り付けたＪ１からＪ６軸のモータ１１１３〜１１１８を制御するモータ制御装置１１０７〜１１１２、ハンド制御装置１１２２は、ＣＰＵ６０Ｂａと制御通信線を通じて接続される。電源は、コントローラ６Ｂを通じて供給される。なお、上述の制御ケーブルには、カメラ１１０３、１１０４の制御信号も含まれる。そのため、この制御ケーブルは、画像処理装置６０ｂにも接続されており、ＣＡＮ等のマルチホスト制御インターフェイスで、同一の制御ケーブルを通じて、アーム２０Ｂ、ハンド２１Ｂ及びピンセットツール４１Ｂの制御装置が制御される。また、また、本実施形態では、制御信号と画像伝送信号とを別々の信号線で記載したが、例えば、ＧＩＧＥやＵＳＢなどの双方向の高速通信インターフェイスを使えば、この伝送接点を、同一にすることもできる。
【００８４】
次に、第３実施形態に係るロボットステーション１Ｂと、ハンドが固定された既存のロボットステーション３０１、３０２とを組み合わせたロボットシステム３００について、図１３を参照しながら説明する。図１３は、第３実施形態に係るロボットステーション１Ｂを含む複数のロボットステーション３０１、３０２からなるロボットシステム３００を模式的に示す図である。
【００８５】
図１３に示すように、ロボットシステム３００は、ピンセットツール４１Ｂが着脱自在の第３実施形態に係るロボットステーション１Ｂと、ハンドが固定された複数のロボットステーション３０１、３０２と、を備えている。複数のロボットステーション３０１、３０２は、各種工程に対応したロボットステーションであり、ピンセットツール４１Ｂを有していないこと以外はロボットステーション１Ｂと同様の構成となっている。
【００８６】
供給トレイ３０、３０４、３０５の上方には、グローバルカメラ３０７、３０８、３０９が取り付けられている。グローバルカメラ３０７、３０８、３０９で撮った画像は、画像処理装置６０ｂ、３１１、３１２に送られ、画像処理プログラムによって、組み付け部品の有無情報や組み付け部品の姿勢位置情報等に加工される。なお、画像処理装置６０ｂには、ピンセットツール４１Ｂに設けられたステレオカメラ４６の撮影画像も専用インターフェイスで接続され、必要な位置情報に加工される。
【００８７】
ロボットステーション１Ｂ、３０１、３０２の第１ロボット装置１０、３２４、３２５及び第２ロボット装置２Ｂ、３１４、３１５への給電及び制御は、アーム内に配設された電源ケーブル及び制御ケーブルによって行われる。第１ロボット装置１０、３２４、３２５及び第２ロボット装置２Ｂ、３１４、３１５は、制御ケーブルにより入力された制御信号に基づいて、ＣＰＵ６０Ｂａ、３１７、３１８によりモータの位置制御、把持力制御、アームやハンドの軌道計算等が行われる。
【００８８】
コントローラ６Ｂ、３２０、３２１は、ロボットの教示やロボット言語処理、ビジョン座標とロボット座標のズレを補正する。また、コントローラ６Ｂ、３２０、３２１は、各ロボットステーション１Ｂ、３０１、３０２の工程教示動作や、プログラム動作、ビジョンとロボット教示点の補正動作、エラー監視を行う。
【００８９】
本実施形態においては、画像処理装置６０ｂ、３１１、３１２とコントローラ６Ｂ、３２０、３２１とが、ローカルエリアネットワーク３２４により各コントローラ６Ｂ、３２０、３２１に同列に接続されている。このようにすることで、各コントローラ６Ｂ、３２０、３２１は、担当するロボットステーションの制御のみならず、隣接するロボットステーションに対しても、制御をおこなうことができる。つまり、ステーション間の協調動作等の複数のステーション間にまたがる制御が容易になる。
【００９０】
システムコントローラ３２３は、コントローラ６Ｂ、３２０、３２１とローカルエリアネットワーク３２４を介して接続されており、各ロボットステーション１Ｂ、３０１、３０２の協調動作や、ロボットシステムの全体制御、エラー監視と稼働管理を行う。
【００９１】
このように、本実施形態によれば、ピンセットツール４１Ｂからでる配線ケーブルの取り回しが容易となり、容易にアーム２０Ｂの教示を行うことができる。例えば、ステレオカメラをピンセットツール等に設けた場合、カメラとツールとの間を結ぶ配線の引き回しが問題になる。これは、ステレオカメラがアームにある場合は、アームに沿って配線の引き回しをしておけばいいが、ステレオカメラをツールに設けた場合、アームと切り離されるため、アームに沿って、配線を引き回せなくなる。このため、ツールは、アームと独立した配線を設ける必要がある。そして、ツールをアームと連結して使用する際は、アームの動きに応じて配線が思わぬ方向に動くため、各種作業工程の教示においては、配線の動きを考慮してアームの動作を決定しなくてはならなかった。
【００９２】
特に、配線は、使用年数や動作環境温度によりその硬さが変化し、更にメンテナンスで交換する必要もあるため、変動要因が多く、安定した装置の稼働を実現する上では、大きな問題となる。本実施形態では、ステレオカメラの画像通信、ツールの制御通信及びツールとステレオカメラの電源供給は、ツールとハンドとの連結部に設けた接点を通じて供給され、接点への画像通信、制御通信、電源供給制御を行う。すなわち、ツール側と、アーム側に接点ユニットを設ける事で、着脱自在のツールを用いた場合でも、その配線経路を、アームに沿った配線の引き回し経路に固定することができる。これにより、従来と同様に、アームの教示を行うことができ、アームの動きによる配線の動きのばらつき考慮する必要がなくなる。その結果、ロボット装置の段取り変えの時間が削減できる。
【００９３】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係るロボットステーション１Ｃについて、図１４から図１６を参照しながら説明する。第４実施形態においては、ピンセットツールの電気的な接続態様が第２実施形態と相違する。そのため、第４実施形態においては、第３実施形態と相違する点、即ち、ピンセットツールの電気的な接続態様を中心に説明し、第３実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【００９４】
まず、ロボットステーション１Ｃの構成について、図１４及び図１５を参照しながら説明する。図１４は、本発明の第４実施形態に係るロボットステーション１Ｃを模式的に示す図である。図１５は、第４実施形態に係る第２ロボット装置２Ｃの伝送接点のブロック図である。
【００９５】
図１４に示すように、ロボットステーション１Ｃは、第１ロボット装置１０と、ワークＷへの精密部品の組み付けを行う第２ロボット装置２Ｃと、架台３と、グローバルカメラ３０８と、置台５ａと、コントローラ６Ｃと、を備えている。
【００９６】
第２ロボット装置２Ｃは、６軸多関節のアーム２０Ｃと、アーム２０Ｃの先端部に連結されるピンセットツール４１Ｃと、ピンセットツール４１Ｃをアーム２０Ｃに連結させる連結手段としてのハンド２１Ｃと、を備えている。アーム２０Ｃは、６つのアクチュエータを備えており、各アクチュエータを選択的に駆動することでピンセットツール４１Ｃ及びハンド２１Ｃを任意の３次元位置に移動させる。任意の位置に移動したピンセットツール４１Ｃ及びハンド２１Ｃは、任意の位置で精密部品の組み付け等を行う。
【００９７】
ピンセットツール４１Ｃは、ピンセットツール本体４３Ｃと、ピンセット４４と、位置出しピン４５Ｃａ、４５Ｃｂと、ステレオカメラ４６と、を備えている。ハンド２１Ｃは、３つのハンド爪２３ａ、２３ｂ、２３ｃと、位置決め穴２２Ｃａ、２２Ｃｂと、を備えている。
【００９８】
ここで、本実施形態においては、ピンセットツール４１Ｃとハンド２１Ｃの伝送接点による接続を電源接点と制御接点のみで行い、ステレオカメラ４６に無線通信装置を内蔵させて、画像伝送信号の通信及びカメラ制御を、無線通信装置を介して行っている。これにより、アーム内に内蔵される専用線は、画像伝送線がなくなり、電源ケーブル及び制御ケーブルの２つで済むようになる。
【００９９】
従来から、画像通信専用線には、１Ｇｂｐｓを超える速度の高速信号が流れるため、その扱いは、極めてセンシティブである。例えば、伝送に接点を用いた場合、接点の耐久劣化により、接点間の接触抵抗が増加するが、接触抵抗の劣化は、伝送信号の波形なまりを生む。これは、伝送周波数が高くなればなる程、その影響が顕著になり、通信障害を引き起こす。更に、画像通信線には、ＥＭＣ対策上、シールドケーブルがかかせなかった。しかしながら、このシールドケーブルは、屈曲やねじりの耐久に難点があり、あわせて、伝送接点の劣化による直列抵抗の増加は、伝送特性に大きな影響を与える。そのため、画像伝送線をロボット体内に設ける代償として、メンテナンス期間が短くなるというデメリットがあった。
【０１００】
なお、接点を用いない別の方策としては、ツールとコントローラの間の通信をすべて、無線化する事が考えられる。しかしながら、１Ｇｂｐｓを超えるような通信速度を持つ通信インターフェイスには、少なくともミリ波以上の短波長の電波又は光通信による手段が必須であり、波長の短波長化に伴う指向性もロボットシステムの安定化動作の支障になる。指向性が問題にならない無線通信手段では、伝送速度が遅く、リアルタイムに画像通信ができず、ロボットシステムのタクトが大幅に低下する問題があった。
【０１０１】
一方、ツールに搭載されたステレオカメラは、撮影位置や撮影物が、工程が決まれば、１か所に特定されるため、それにあわせて、アンテナ２７を配置する事で、指向性に伴う、ロボットシステムの安定性を確保できる。
【０１０２】
一方、可動中も通信を継続する必要があり、場所も特定できないハンドの制御通信や無線で伝送できない電源供給は、接点伝送で行う。このように構成することで、メンテナンス期間の短い画像通信は、接点を使わずにコントローラと通信可能になり、安定性が必要なハンドの制御通信等のみを接点伝送で行うことで、配線や接点のメンテナンス期間を大幅に延ばす事ができる。また、安定した動作が可能になる。
【０１０３】
以下、上述を実現するための具体的な手段について説明する。
【０１０４】
図１５に示すように、本実施形態においては、ステレオカメラ４６に搭載されるカメラ１４０３、１４０４は、電源のみピンセットツール４１Ｃの制御装置１４０６から供給される。なお、ピンセットツール４１Ｃのピンセット４４は、モータ１４０７に接続されており、モータ１４０７により開閉駆動される。画像伝送信号線及びカメラの制御ケーブルは、ミリ波の無線通信ユニット１４０５に接続され、ミリ波無線通信を通じて、画像処理装置６０ｂ側の無線通信ユニット１４０８に接続される。
【０１０５】
制御装置１４０６からは、信号伝送オス接点１４０９、電源オス接点１４１０と同時に、ピンセットツール４１Ｃの置台５ａと対向する箇所に、もう１つ同様な信号伝送オス接点１４１１、電源オス接点１４１２が設けられている。これらは、信号伝送オス接点１４０９、電源オス接点１４１０と並列に接続される。置台５ａには、ハンド爪２３ａ、２３ｂ、２３ｃの制御伝送メス接点１４１４及び電源メス接点１４１５と同様な、制御伝送メス接点１４１６及び電源メス接点１４１７が設けられている。また、置台５ａには、ハンド２１Ｃ側に搭載されているハンド制御装置１４１８と同様な機能を持つハンド制御装置１４１９が設けられている。
【０１０６】
アームの各関節Ｊ１軸からＪ６軸に設けられたモータ１４２６〜１４３１を制御するモータ制御装置１４２０〜１４２５は、ハンド制御装置１４１８、１４１９と同じ制御ラインで、ＣＰＵ６０Ｃａと接続されている。更に接点１４１４、１４１５、１４０９、１４１０を通じて、ハンドツールの制御装置１４０６にも接続されている。
【０１０７】
このように、本実施形態によれば、例えば、第３実施形態においては、ピンセットツール４１Ｃが正常に稼働しているか判断するには、ロボットステーション１Ｃの起動時に、アーム２０Ｃを駆動してピンセットツール４１Ｃを把持しにいく必要があった。しかしながら、本システムにすることで、ピンセットツール４１Ｃは、置台５ａから制御をおこなうことができるため、アーム２０Ｃを起動させる必要がなくなる。これにより、ピンセットツール４１Ｃのメンテナンス性の向上を図ることができる。
【０１０８】
また、カメラ制御系がピンセット制御系と分離されたため、電源さえ供給すればカメラの制御及び画像伝送をロボットコントローラと無関係に行うことができる。そのため、画像処理装置６０ｂ単体で、ピンセットツール４１Ｃに搭載されたステレオカメラ４６の動作確認を行う事ができる。これにより、さらにメンテナンス性の向上を図ることができる。
【０１０９】
次に、第４実施形態に係るロボットステーション１Ｃと、ハンドが固定された既存のロボットステーション４０１、４０２とを組み合わせたロボットシステム４００について、図１６を参照しながら説明する。図１６は、第４実施形態に係るロボットステーション１Ｃを含む複数のロボットステーション４０１、４０２からなるロボットシステム４００を模式的に示す図である。
【０１１０】
図１６に示すように、ロボットシステム４００は、ピンセットツール４１Ｃが着脱自在の第４実施形態に係るロボットステーション１Ｃと、ハンドが固定された複数のロボットステーション４０１、４０２と、を備えている。複数のロボットステーション４０１、４０２は、各種工程に対応したロボットステーションであり、ピンセットツール４１Ｃを有していないこと以外はロボットステーション１Ｃと同様の構成となっている。
【０１１１】
供給トレイ３０、４０４、４０５の上方には、グローバルカメラ４０７、４０８、４０９が取り付けられている。グローバルカメラ４０７、４０８、４０９で撮った画像は、画像処理装置６０ｂ、４１１、４１２に送られ、画像処理プログラムによって、組み付け部品の有無情報や組み付け部品の姿勢位置情報等に加工される。なお、画像処理装置６０ｂには、ピンセットツール４１Ｃに設けられたステレオカメラ４６の撮影画像も専用インターフェイスで接続され、必要な位置情報に加工される。
【０１１２】
ロボットステーション１Ｃ、４０１、４０２の第１ロボット装置１０、４２４、４２５及び第２ロボット装置２Ｃ、４１４、４１５への給電及び制御は、アーム内に配設された電源ケーブル及び制御ケーブルによって行われる。第１ロボット装置１０、４２４、４２５及び第２ロボット装置２Ｃ、４１４，４１５は、制御ケーブルにより入力された制御信号に基づいて、ＣＰＵ６０Ｃａ、４１７、４１８によりモータの位置制御、把持力制御、アームやハンドの軌道計算等が行われる。
【０１１３】
コントローラ６Ｃ、４２０、４２１は、画像処理装置６０ｂ、４１１、４１２及びＣＰＵ６０Ｃａ、４１７、４１８に接続されており、ロボットの教示やロボット言語処理、ビジョン座標とロボット座標のズレを補正する。また、コントローラ６Ｃ、４２０、４２１は、各ロボットステーション１Ｃ、４０１、４０２の工程教示動作や、プログラム動作、ビジョンとロボット教示点の補正動作、エラー監視を行う。
【０１１４】
本実施形態においては、画像処理装置６０ｂ、４１１、４１２とコントローラ６Ｃ、４２０、４２１とが、ローカルエリアネットワーク４２４により各コントローラ６Ｃ、４２０、４２１に同列に接続されている。また、ＣＰＵ６０Ｃａは、置台５ａとも制御ケーブルと電源ケーブルが接続され、電源ケーブルは、ロボットコントローラとは別に起動できる構成になっている。多数のロボットステーションが存在するシステムでは、無線システムは、混信が問題になる。例えば、ミリ波の代表的な通信方式であるワイヤレスＨＤ方式は、許可されているすべての周波数帯域を使用しても使用できるチャンネル数は３つしかなく、同時には３台しか動かすことはできない。しかしながら、本実施形態のように、ＣＰＵ６０Ｃａ、４１７、４１８と画像処理装置６０ｂ、４１１、４１２とが同一のローカルエリアネットワークに同列に接続されることで、各ステーションの無線通信の使用タイミングを事前に知ることが可能になる。その結果、無線通信を、時間的に分離して行うことが容易にできる。特に、多数の無線通信を使用するロボットセルにおいて有効となる。
【０１１５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されない。
【０１１６】
例えば、本実施形態においては、先端作業工具としてピンセットツールを用いて説明したが、本発明においてはこれに限定されない。先端作業工具としては、例えば、ドライバやドリル、半田、接着装置等の作業工具を取り付けてもよい。
【０１１７】
また、本実施形態においては、複数のハンド爪として、３つのハンド爪２３ａ、２３ｂ、２３ｃを有するハンド２１Ａを用いて説明したが、本発明においてはこれに限定されない。複数のハンド爪は、ワークが把持可能な２つ以上のハンド爪であればよい。
【符号の説明】
【０１１８】
１    ロボットステーション
２    ロボット装置
４    ハンド（先端作業手段）
６    コントローラ（制御装置）
２０、２０Ａ    アーム
２１    連結部（連結手段）
２１Ａ    ハンド（連結手段）
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ    ハンド爪
２４    画像伝送用接点（画像信号受信端子）
２５    電源供給用接点（電力供給端子）
２６    制御信号伝送接点（制御信号送信端子）
４１    ピンセットハンド（先端作業手段）
４１Ａ    ピンセットツール（先端作業工具）
４２    グリップハンド（先端作業手段）
４６    ステレオカメラ
４８、４９    ケーブル（画像伝送ケーブル）
４８ａ、４９ａ    ケーブル支持部（吊り上げ手段）
５０    把持溝（案内溝）
６０ｂ    画像処理装置
Ｗ    ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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