(57)【要約】【課題】相対的に移動する２つの部材（部分）の位置合わせを容易に行うことができるロボットシステムを提供すること。【解決手段】第１部分を有する第１部材と、前記第１部分に対して相対的に移動する第２部分を有する第２部材と、前記第１部分および前記第２部分を相対的に移動させるように前記第１部材を駆動する第１駆動部と、前記第１部分および前記第２部分のうちの一方の部分に設けられ、光軸に対して直交する面内で変化する強度分布を有する光を出射する光源部と、前記第１部分および前記第２部分のうちの他方の部分に設けられ、前記光源部からの光を受光し、その受光強度に応じた信号を出力する受光部と、前記受光部からの信号に基づいて、前記第１駆動部の駆動を制御する制御部と、を備えることを特徴とするロボットシステム。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部分を有する第１部材と、
前記第１部分に対して相対的に移動する第２部分を有する第２部材と、
前記第１部分および前記第２部分を相対的に移動させるように前記第１部材を駆動する第１駆動部と、
前記第１部分および前記第２部分のうちの一方の部分に設けられ、光軸に対して直交する面内で変化する強度分布を有する光を出射する光源部と、
前記第１部分および前記第２部分のうちの他方の部分に設けられ、前記光源部からの光を受光し、その受光強度に応じた信号を出力する受光部と、
前記受光部からの信号に基づいて、前記第１駆動部の駆動を制御する制御部と、を備えることを特徴とするロボットシステム。
【請求項２】
前記制御部は、前記受光部での受光強度が大きくなるように、前記第１駆動部の駆動を制御する請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記光源部は、
第１広がり角度の第１光を出射する第１光源と、
前記第１広がり角度よりも大きい第２広がり角度の第２光を出射する第２光源と、を有する請求項１または２に記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記面内において、前記第１光の光量密度が前記第２光の光量密度よりも大きい請求項３に記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記第１部分および前記第２部分を相対的に移動させるように前記第２部材を駆動する第２駆動部を備える請求項１ないし４のいずれか１項に記載のロボットシステム。
【請求項６】
前記制御部は、前記受光部からの信号に基づいて、前記第１駆動部および前記第２駆動部の駆動を制御する請求項５に記載のロボットシステム。
【請求項７】
前記第１部分および前記第２部分の相対的な位置に関する位置情報を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記位置情報に基づいて、前記第１駆動部の駆動を制御する請求項１ないし６のいずれか１項に記載のロボットシステム。
【請求項８】
前記記憶部は、前記受光部での受光量に関する受光量情報を前記位置情報に対応して記憶し、
前記制御部は、前記受光部での受光量および前記受光量情報に基づいて、前記第１駆動部を駆動させ、前記位置のずれ量を求め、前記位置情報を補正する請求項７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、ロボットシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
対象物に対して作業を行うロボットアームを有するロボットでは、例えば、高精度な作業を行うために、ロボットアームと対象物との位置合わせを行い、対象物の位置をロボットアームに教示させる必要がある。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のロボットシステムは、２本の腕を持った双腕ロボットで構成され、一方の腕にレーザー発振装置が装着され、他方の腕にＣＣＤセンサーが装着されており、２本の腕の協調作業の開始点（原点位置）でのレーザー照射点をあらかじめ記憶しておき、実際のレーザー照射点を原点位置と合致するように、２本の腕の位置合わせを行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１８５２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載のロボットシステムでは、レーザー発振装置から出射されるレーザービームの広がり角度が小さいため、レーザー照射点が小さく、ＣＣＤセンサーにレーザー照射点を認識させるのに手間がかかるという課題があった。
【０００６】
本発明の目的は、相対的に移動する２つの部材（部分）の位置合わせを容易に行うことができるロボットシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
【０００８】
本適用例のロボットシステムは、第１部分を有する第１部材と、
前記第１部分に対して相対的に移動する第２部分を有する第２部材と、
前記第１部分および前記第２部分を相対的に移動させるように前記第１部材を駆動する第１駆動部と、
前記第１部分および前記第２部分のうちの一方の部分に設けられ、光軸に対して直交する面内で変化する強度分布を有する光を出射する光源部と、
前記第１部分および前記第２部分のうちの他方の部分に設けられ、前記光源部からの光を受光し、その受光強度に応じた信号を出力する受光部と、
前記受光部からの信号に基づいて、前記第１駆動部の駆動を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
このようなロボットシステムによれば、光源部からの光が光軸に対して直交する面内で変化する強度分布を有するため、光源部からの光の照射範囲を大きくしても、受光部からの信号に基づいて、第１部分および第２部分の相対的な位置合わせを行うことができる。また、光源部から出射される光の照射範囲を大きくすることができるので、受光部を光源部からの光の照射範囲内に位置させることが容易となり、その結果、第１部分および第２部分の位置合わせを容易に行うことができる。
【００１０】
本適用例のロボットシステムでは、前記制御部は、前記受光部での受光強度が大きくなるように、前記第１駆動部の駆動を制御することが好ましい。
【００１１】
これにより、光源部からの光が光軸に対して直交する面内での１点が最も強度が高い場合（例えば、ガウシアンビームである場合）、当該１点を基準として第１部分および第２部分の位置合わせを行うことができる。
【００１２】
本適用例のロボットシステムでは、前記光源部は、
第１広がり角度の第１光を出射する第１光源と、
前記第１広がり角度よりも大きい第２広がり角度の第２光を出射する第２光源と、を有することが好ましい。
【００１３】
これにより、第２光を用いて、光源部からの光全体の照射範囲を大きくすることで、受光部を光源部からの光の照射範囲内に位置させることがより容易となる。また、第１光を用いて、光源部からの光の光軸に対して直交する面内で最も強度の高い１点付近での強度変化率を大きくすることで、第１部分および第２部分の相対的な位置合わせの精度を高めることができる。
【００１４】
本適用例のロボットシステムでは、前記面内において、前記第１光の光量密度が前記第２光の光量密度よりも大きいことが好ましい。
【００１５】
これにより、第１光および第２光を同時に照射しても、光源部からの光の光軸に対して直交する面内で最も強度の高い１点付近での強度変化率を大きくすることができる。
【００１６】
本適用例のロボットシステムでは、前記第１部分および前記第２部分を相対的に移動させるように前記第２部材を駆動する第２駆動部を備えることが好ましい。
【００１７】
これにより、例えば、双腕ロボットの両腕の位置合わせ、ロボットとコンベアーとの位置合わせ等を行うことができる。
【００１８】
本適用例のロボットシステムでは、前記制御部は、前記受光部からの信号に基づいて、前記第１駆動部および前記第２駆動部の駆動を制御することが好ましい。
【００１９】
これにより、自動的に第１部分および第２部分の相対的な位置合わせを行うことができる。
【００２０】
本適用例のロボットシステムでは、前記第１部分および前記第２部分の相対的な位置に関する位置情報を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記位置情報に基づいて、前記第１駆動部の駆動を制御することが好ましい。
【００２１】
これにより、第１部分および第２部分の相対的な位置を教示させた情報を記憶させておき、その情報に基づいて第１駆動部の駆動を行うことができる。
【００２２】
本適用例のロボットシステムでは、前記記憶部は、前記受光部での受光量に関する受光量情報を前記位置情報に対応して記憶し、
前記制御部は、前記受光部での受光量および前記受光量情報に基づいて、前記第１駆動部を駆動させ、前記位置のずれ量を求め、前記位置情報を補正することが好ましい。
【００２３】
これにより、第１部分および第２部分の相対的な移動の位置精度の悪化を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るロボットシステムの概略側面図である。
【図２】図１に示すロボットシステムのブロック図である。
【図３】図１に示すロボットシステムが備える光源部および受光部を説明するための模式図である。
【図４】図３に示す光源部から出射される光の強度分布を示すグラフである。
【図５】図１に示すロボットシステムの教示動作の流れを示すフローチャートである。
【図６】図５中のステップＳ１１（粗調整）を説明するための模式図である。
【図７】図５中のステップＳ１４（教示）を説明するための模式図である。
【図８】図１に示すロボットシステムの精度調整の流れを示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態に係るロボットシステムが備える光源部および受光部を説明するための模式図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るロボットシステムが備える光源部および受光部を説明するための模式図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係るロボットシステムが備える光源部および受光部を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明のロボットシステムを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
＜第１実施形態＞
≪ロボットシステム≫
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
【００２７】
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットシステムの概略側面図である。図２は、図１に示すロボットシステムのブロック図である。図３は、図１に示すロボットシステムが備える光源部および受光部を説明するための模式図である。図４は、図３に示す光源部から出射される光の強度分布を示すグラフである。
【００２８】
なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を適宜用いて説明を行う。また、以下では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」と言う。また、以下では、図中、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸を示す矢印の先端側を「＋」、基端側を「−」とする。また、ロボットの基台側を「基端側」、その反対側（エンドエフェクター側）を「先端側」と言う。また、図１の上下方向を「鉛直方向」とし、左右方向を「水平方向」とし、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。本明細書において、「水平」とは、水平に対して５°以下の範囲内で傾斜している場合も含む。同様に、本明細書において、「鉛直」とは、鉛直に対して５°以下の範囲内で傾斜している場合も含む。
【００２９】
図１に示すロボットシステム１００は、例えば、精密機器等を製造する製造工程等で用いられ、精密機器や部品等の対象物の把持や搬送等を行うことができる。このロボットシステム１００は、ロボット１と、ロボット１の駆動を制御する制御装置５と、供給台９１と、作業台９２と、作業台９２に設けられている光源部２と、ロボット１に設けられている受光部３と、を備えている。
【００３０】
このロボットシステム１００は、制御装置５からの指令によりロボット１が、供給台９１からネジ８１（対象物）を保持して、ネジ孔８２１を有する部材８２が載置された作業台９２上にネジ８１を搬送した後、ネジ孔８２１にネジ８１を挿入してネジ止め（ネジ締め）するという作業を行う。
【００３１】
また、ロボットシステム１００は、光源部２から出射された光を受光部３で受光しながら、制御装置５が、その受光量に基づいて、ロボット１と作業台９２との位置合わせを行うことが可能となっている。そして、ロボットシステム１００は、作業台９２の目標位置（動作点）に対してロボット１の所望位置（後述するツールセンターポイントＴＣＰ）を位置合わせして教示した後に、この位置合わせ時に得られる情報を用いて、動作精度の確認および補正（調整）を行うことが可能となっている。以下、ロボットシステム１００の各部を説明する。
【００３２】
図１に示すロボット１は、いわゆる水平多関節ロボット（スカラロボット）である。ロボット１は、基台１１０と、基台１１０に接続されたロボットアーム１０と、配線引き回し部１０５と、を有する。ロボットアーム１０は、第１アーム１０１と、第２アーム１０２と、作業ヘッド１０４と、エンドエフェクター３０と、を有している。また、図１および図２に示すように、ロボット１は、ロボットアーム１０を駆動させる動力を発生させる複数の駆動部１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃと、複数の角度センサー１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃと、複数のモータードライバー１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃと、を有する。ここで、複数の駆動部１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃは、駆動部１３０を構成し、複数の角度センサー１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃは、角度センサー１３１を構成している。
【００３３】
基台１１０は、ロボット１を任意の設置箇所９０に取り付ける部分である。図示では、設置箇所９０は、床である。なお、基台１１０の設置箇所としては、図示の箇所（床）に限定されず、例えば、壁、天井、移動可能な台車上等が挙げられる。
【００３４】
ここで、図１に示すように、設置箇所９０上には、基台１１０の他に、供給台９１および作業台９２が設置されている。供給台９１は、本実施形態での作業の対象物であるネジ８１が供給される台である。作業台９２は、本実施形態の作業であるネジ止めを行うための台であり、ネジ８１が取り付けられる部材８２が載置される載置面９２１を有する。
【００３５】
また、作業台９２の載置面９２１には、光源部２が設けられている。この光源部２は、図３に示すように、上方（＋Ｚ軸方向）へ光ＬＬを出射する機能を有する。ここで、光源部２から出射される光ＬＬは、比較的大きな広がり角度θを有し、かつ、光軸ａに直角な面内において一点を特定し得るような強度分布を有する。
【００３６】
本実施形態では、光源部２から出射される光ＬＬの光軸ａに直角な面内における強度分布は、例えば、図４に示すように、ガウシアン分布となっている。このような光ＬＬは、当該面と光軸ａとが交わる点の強度（図４中のＭＡＸ）が最も高く、当該面内において当該点を他と区別して特定することが可能である。このような光ＬＬを出射する光源部２は、例えば、レーザーダイオード（面発光レーザー、端面発光レーザー）または発光ダイオードを含んで構成されている。
【００３７】
また、光ＬＬの広がり角度θは、光源部２と受光部３との間の距離Ｌ１等に応じて決められ、特に限定されないが、１０°以上９０°以下であるのが好ましく、１０°以上６０°以下であることがより好ましい。これにより、レンズ等の光学部品を用いなくても、レーザーダイオードや発光ダイオードを用いて安価に光源部２を構成することができる。なお、広がり角の小さい光を出射するレーザーダイオードを光源部２に用いる場合、必要に応じて、当該レーザーダイオードからの光を発散させるレンズも併せて用いればよい。
【００３８】
また、光源部２から出射される光ＬＬは、図３に示すように、受光部３が設置されている高さ（Ｚ軸方向での位置）において、受光部３を包含する幅を有し、当該幅は、例えば、受光部３の幅に対して３倍以上１００倍以下程度であることが好ましく、具体的には、幅１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、受光部３を光源部２からの光ＬＬの照射範囲内に容易に位置させることができる。
【００３９】
図１に示す基台１１０の上端部には、第１アーム１０１が連結されている。第１アーム１０１は、基台１１０に対して鉛直方向に沿う第１軸である回動軸Ｊ１まわりに回動可能となっている。
【００４０】
第１アーム１０１の先端部には、第２アーム１０２が連結されている。第２アーム１０２は、第１アーム１０１に対して鉛直方向に沿う第２軸である回動軸Ｊ２まわりに回動可能となっている。
【００４１】
第２アーム１０２の先端部には、作業ヘッド１０４が配置されている。作業ヘッド１０４は、第２アーム１０２の先端部に同軸的に配置されたスプラインナットおよびボールネジナット（ともに図示せず）に挿通されたスプラインシャフト１０３を有している。スプラインシャフト１０３は、第２アーム１０２に対して、その軸Ｊ３（第３軸）まわりに回転可能であり、かつ、上下方向に移動（昇降）可能となっている。
【００４２】
また、第２アーム１０２には、受光部３が設けられている。この受光部３は、例えば、ＧａＡｓまたはＳｉを用いたフォトダイオード（受光素子）であり、光源部２からの光ＬＬを受光し、その受光強度に応じた電流を検出信号として出力する機能を有する。なお、受光部３の設置位置は、エンドエフェクター３０の先端であるツールセンターポイントＴＣＰとの位置関係が固定されているか、または、その位置関係をある程度高精度に推認可能な位置であればよく、図示の位置に限定されず、例えば、スプラインシャフト１０３またはエンドエフェクター３０に設けられていてもよい。
【００４３】
また、図１に示す基台１１０内には、第１アーム１０１を駆動（回動）させる駆動部１３０ａと、基台１１０に対する第１アーム１０１の回転状態（回動状態）を検出する角度センサー１３１ａと、が設置されている。また、同様に、第２アーム１０２内には、第２アーム１０２を駆動させる駆動部１３０ｂと、第１アーム１０１に対する第２アーム１０２の回転状態を検出する角度センサー１３１ｂと、スプラインシャフト１０３を駆動させる駆動部１３０ｃと、スプラインシャフト１０３の回転状態を検出する角度センサー１３１ｃと、が設置されている。
【００４４】
ここで、駆動部１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃは、それぞれ、モーター（図示せず）とモーターの駆動力を減速する減速機（図示せず）とを有する。モーターとしては、例えば、ＡＣサーボモーター、ＤＣサーボモーター等のサーボモーターを用いることができる。減速機としては、例えば、遊星ギア型の減速機、波動歯車装置等を用いることができる。角度センサー１３１としては、例えば、ロータリーエンコーダー等を用いることができる。
【００４５】
また、駆動部１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃは、それぞれ、モータードライバー１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃに電気的に接続されており、モータードライバー１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃを介して制御装置５により制御される。なお、本実施形態では、各モータードライバー１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは、基台１１０に内蔵されているが、これに限定されず、例えば、少なくとも１つのモータードライバーが、第１アーム１０１または第２アーム１０２に内蔵されていてもよいし、基台１１０の外部（例えば、制御装置５内）に設置されていてもよい。
【００４６】
図１に示すように、スプラインシャフト１０３の先端部（下端部）には、エンドエフェクター３０が着脱可能に取り付けられている。エンドエフェクター３０は、各種対象物に対して作業を行う器具であり、対象物を保持する機能を有する。ここで、対象物の「保持」とは、対象物の把持や吸着等を含む意味である。また、本実施形態では、エンドエフェクター３０は、対象物を磁着することが可能な機構を有している。これにより、図１に示すように、対象物としてのネジ８１を磁着することによりネジ８１を保持することができる。なお、エンドエフェクター３０としては、対象物を保持する機能を有すればよく、例えば、対象物を把持するハンドや、対象物を吸着する吸着機構を有するものであってもよい。
【００４７】
制御装置５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）が内蔵されたパーソナルコンピューター（ＰＣ）等で構成することができる。この制御装置５は、図１に示すように、ロボット１に対して配線６０等を介して接続されている。なお、ロボット１と制御装置５とは無線通信により接続されていてもよい。また、本実施形態では、制御装置５は、ロボット１とは別体で設けられているが、ロボット１に内蔵されていてもよい。
図２に示すように、制御装置５は、制御部５１と、記憶部５２と、を備える。
【００４８】
制御部５１は、ＣＰＵ等で構成され、または、ＣＰＵにより各種プログラムを実行することにより実現でき、ロボット１の各部の駆動を制御する機能を有する。
【００４９】
具体的には、制御部５１は、角度センサー１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃの検出結果に基づいて、ロボットアーム１０が備える第１アーム１０１、第２アーム１０２およびスプラインシャフト１０３が所望の回動状態（姿勢）となるように、駆動部１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃの駆動を制御する。また、制御部５１は、エンドエフェクター３０の駆動を制御する。本実施形態では、例えば、ネジ８１を磁着してネジ８１を保持したり、その磁着を解除して、ネジ８１をエンドエフェクター３０から離脱させたりする。
【００５０】
特に、制御部５１は、受光部３からの信号に基づいて、受光部３での受光量が最大となるように、ロボットアーム１０の駆動を制御する機能を有する。また、制御部５１は、受光部３での受光量の値に関する情報、および、ツールセンターポイントＴＣＰの位置に関する情報を記憶部５２に適時記憶させる機能をも有する。より具体的には、制御部５１は、受光部３での受光量が最大となったとき、その受光量の値（最大値）に関する情報とともに、そのときのツールセンターポイントＴＣＰの位置に関する情報を記憶部５２に記憶させる。なお、ツールセンターポイントＴＣＰの位置に関する情報は、例えば、角度センサー１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃの検出結果（回転角度）に基づいて得られる。
【００５１】
また、制御部５１は、適時、記憶部５２に記憶されている情報を用いて演算を行い、その演算結果に関する情報を記憶部５２に記憶させたり、その演算結果に基づいて、必要な処理を行ったりする機能を有する。より具体的には、制御部５１は、記憶部５２に記憶されている情報（受光量情報、位置情報）を用いて、ロボットアーム１０の動作精度が悪化しているか否かの判断を行い、悪化している場合には、ロボットアーム１０を動作させるのに用いる情報の補正を行う。
【００５２】
また、図２に示す記憶部５２は、前述した情報の他、制御部５１が各種処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶する機能を有する。
【００５３】
以上、ロボットシステム１００の構成について説明した。次に、ロボットシステム１００における教示動作および精度調整（補正）動作について詳述する。
【００５４】
［教示動作］
図５は、図１に示すロボットシステムの教示動作の流れを示すフローチャートである。図６は、図５中のステップＳ１１（粗調整）を説明するための模式図である。図７は、図５中のステップＳ１４（教示）を説明するための模式図である。
【００５５】
ロボットシステム１００では、作業の対象物である部材８２の位置（より具体的にはネジ孔８２１の位置）にツールセンターポイントＴＣＰが位置する状態を教示させる際、以下に述べるような教示動作を行う。
【００５６】
まず、制御部５１は、光源部２からの光ＬＬの照射範囲内に受光部３を位置させる（図５中のステップＳ１１）。このとき、図６に示すように、受光部３は、光源部２からの光ＬＬの照射範囲内に位置していればよく、光ＬＬの光軸ａ上に位置していなくてもよい。光ＬＬの照射範囲内に受光部３を位置させる方法は、特に限定されないが、例えば、作業者が手動（ジョグ動作含む）で行ってもよいし、あらかじめ当該位置（または当該位置を含む所定範囲）を記憶部５２に記憶させている場合には、記憶部５２に記憶されている情報に基づいて制御部５１が駆動部１３０を駆動することで行ってもよい。このように、ステップＳ１１では、光源部２および受光部３の相対的な位置（Ｘ軸方向およびＹ軸方向での位置）を大まかに合わせて粗調整を行う。
【００５７】
次に、制御部５１は、受光部３での受光量が最大となるように、ロボットアーム１０を駆動させる（図５中のステップＳ１２）。このとき、制御部５１が、受光部３からの信号に基づいて、受光部３での受光量が最大となるように、駆動部１３０の駆動を制御する。ここで、前述したように、光ＬＬの光軸ａに直角な面内における強度分布は、ガウシアン分布となっている（図４参照）。そのため、受光部３での受光量が最大となるように駆動部１３０の駆動を制御することで、受光部３の中心ＰＣが光源部２からの光ＬＬの光軸ａ（基準点Ｐ０を通りＺ軸に平行な線分）上に位置することとなる（前述した図３参照）。このように、ステップＳ１２では、光源部２（基準点Ｐ０）および受光部３（中心ＰＣ）の相対的な位置（Ｘ軸方向およびＹ軸方向での位置）を高精度に合わせて微調整を行う。
【００５８】
より具体的に説明すると、受光部３のＹ軸方向での位置を固定したまま、受光部３をＸ軸方向でのプラス側およびマイナス側の双方に移動（走査）させながら、受光部３での受光強度を測定し、最も受光強度が高くなる位置で受光部３のＸ軸方向での位置を固定する。その後、受光部３のＸ軸方向での位置を固定したまま、受光部３をＹ軸方向でのプラス側およびマイナス側の双方に移動（走査）させながら、受光部３での受光強度を測定し、最も受光強度が高くなる位置で受光部３のＹ軸方向での位置を固定する。このようにＸ軸方向およびＹ軸方向での双方向での走査を行うことで、受光部３が光軸ａからＸ軸方向およびＹ軸方向の双方向にずれている場合であっても、受光部３を光軸ａ上に位置させることができる。
【００５９】
次に、制御部５１は、ステップＳ１２の完了時の受光部３での受光量（すなわち受光量の最大値）に関する受光量情報を記憶部５２に記憶させる（図５中のステップＳ１３）。ここで、記憶部５２に記憶させる受光量情報は、受光量の値そのものであってもよいし、当該受光量に対応する各種情報（例えば、電流値、電圧値等）またはその２次的なデータ等であってもよい。このように、制御部５１は、受光部３での受光量に関する受光量情報を記憶部５２に記憶させる。
【００６０】
また、ステップＳ１３において、制御部５１は、ステップＳ１２の完了時の受光部３での受光量に関する受光量情報だけでなく、ステップＳ１２の完了時のツールセンターポイントＴＣＰの位置（基準位置）に関する位置情報も、記憶部５２に記憶させる。ここで、記憶部５２に記憶させる位置情報は、基準座標系における位置（座標情報）、角度センサー１３１の角度情報等の情報そのものであってもよいし、当該情報に対応する各種情報またはその２次的なデータ等であってもよい。このように、制御部５１は、第２アーム１０２（第１部分）および載置面９２１（第２部分）の相対的な位置に関する位置情報を記憶部５２に記憶させる。
【００６１】
次に、制御部５１は、作業の対象物である部材８２上（より具体的にはネジ孔８２１の位置）に設定される目標位置Ｐ１（動作点）上にツールセンターポイントＴＣＰが位置するように、ロボットアーム１０を駆動させる（図５中のステップＳ１４）。このとき、図７に示すように、ツールセンターポイントＴＣＰは、目標位置Ｐ１を通るＺ軸方向の軸線上に位置していればよく、目標位置Ｐ１に必ずしも一致（エンドエフェクター３０を部材８２に接触）していなくてもよい。目標位置Ｐ１上にツールセンターポイントＴＣＰを位置させる方法は、特に限定されないが、例えば、作業者が手動（ジョグ動作含む）で行ってもよいし、例えば、目標位置Ｐ１を認識可能な撮像素子を有する場合には、その撮像素子の撮像情報を用いて制御部５１が駆動部１３０を駆動することで行ってもよい。このように、ステップＳ１４では、目標位置Ｐ１およびツールセンターポイントＴＣＰの相対的な位置（Ｘ軸方向およびＹ軸方向での位置）を合わせて教示を行う。
【００６２】
次に、制御部５１は、ステップＳ１４完了時のツールセンターポイントＴＣＰの位置と、前述したステップＳ１３で記憶部５２に記憶した位置情報による位置とに基づいて、これらの位置間でのツールセンターポイントＴＣＰの移動距離ΔＬ（最短距離）を求め、その移動距離ΔＬに関する情報（位置情報）を記憶部５２に記憶させる（図５中のステップＳ１５）。ここで、当該移動距離ΔＬは、受光部３が光ＬＬの光軸ａ上に位置しているときのツールセンターポイントＴＣＰと目標位置Ｐ１とのＸＹ平面内での距離に等しい（図３参照）。また、記憶部５２に記憶させる移動距離ΔＬに関する情報は、移動距離の値そのものであってもよいし、当該移動距離に対応する各種情報（例えば、基準座標系における距離情報、角度センサー１３１の回動角度情報等）またはその２次的なデータ等であってもよい。このように、制御部５１は、第２アーム１０２（第１部分）および載置面９２１（第２部分）の相対的な位置に関する位置情報として、前述したステップＳ１２の完了時のツールセンターポイントＴＣＰの位置（基準位置）に関する位置情報だけでなく、移動距離ΔＬに関する情報（位置情報）も記憶部５２に記憶させる。
【００６３】
以上のようにして教示動作を行う。この教示動作後、ロボットシステム１００は、記憶部５２に記憶されている目標位置Ｐ１の位置情報を用いて、部材８２に対して作業を行う。
【００６４】
［精度調整動作］
図８は、図１に示すロボットシステムの精度調整の流れを示すフローチャートである。
【００６５】
ロボットシステム１００では、何らかの原因（例えばロボットアーム１０に作用する荷重の変化による撓み等）によりツールセンターポイントＴＣＰの位置精度が悪化しているか否かの確認を行い、必要に応じて位置精度を補正すべく、以下に述べるような精度調整動作を行う。
【００６６】
まず、前述した教示動作のステップＳ１４と同様、制御部５１は、作業の対象物である部材８２上（より具体的にはネジ孔８２１の位置）に設定される目標位置Ｐ１（動作点）上にツールセンターポイントＴＣＰが位置するように、ロボットアーム１０を駆動させる（図８中のステップＳ２１）。
【００６７】
次に、制御部５１は、記憶部５２に記憶されている移動距離ΔＬ分、ツールセンターポイントＴＣＰを前述した教示動作のステップＳ１３からステップＳ１４への移動方向とは反対方向に移動させる（図８中のステップＳ２２）。これにより、ロボットアーム１０の位置精度が悪化していなければ、受光部３が光源部２からの光ＬＬの光軸ａ上に位置し、受光部３での受光量が最大値となる。しかし、何らかの原因でロボットアーム１０の位置精度が悪化している場合には、受光部３が光源部２からの光ＬＬの光軸ａからずれて位置し、受光部３での受光量が最大値とはならない。
【００６８】
そこで、ステップＳ２２の後、制御部５１は、受光部３での受光量が、記憶部５２に記憶されている受光量（最大値）であるか否かの判断を行う（図８中のステップＳ２３）。この判断は、受光部３での受光量が最大値に完全に一致している否かの判断であってもよいし、ロボットアーム１０に求められる位置精度に応じて、受光部３での受光量が最大値に対して所定の誤差範囲内（例えば３％以内）である否かの判断であってもよい。
【００６９】
そして、制御部５１は、受光部３での受光量が最大値であると判断した場合（ステップＳ２３のＹＥＳ）、記憶部５２に記憶されている移動距離ΔＬに基づいて、ツールセンターポイントＴＣＰを目標位置Ｐ１（動作点）に移動させ（図８中のステップＳ２６）、精度調整を終了する。
【００７０】
一方、制御部５１は、受光部３での受光量が最大値でないと判断した場合（ステップＳ２３のＮＯ）、前述した教示動作のステップＳ１２と同様、受光部３での受光量が最大となるように、ロボットアーム１０を駆動させる（図８中のステップＳ２４）。ここで、このときのツールセンターポイントＴＣＰの移動量がロボットアーム１０の位置精度のズレと言える。
【００７１】
そこで、制御部５１は、ステップＳ２４でのツールセンターポイントＴＣＰの移動量（角度センサー１３１の回転角度情報等）に基づいて、記憶部５２に記憶されている移動距離ΔＬを補正する（図８中のステップＳ２５）。その後、制御部５１は、記憶部５２に記憶されている補正した移動距離ΔＬに基づいて、ツールセンターポイントＴＣＰを目標位置Ｐ１（動作点）に移動させ（図８中のステップＳ２６）、精度調整を終了する。
【００７２】
以上のように、制御部５１は、受光部３での受光量および受光量情報に基づいて、駆動部１３０（第１駆動部）を駆動させ、第２アーム１０２（第１部分）および載置面９２１（第２部分）の相対的な位置のずれ量を求め、記憶部５２に記憶されている位置情報を補正する。
【００７３】
以上のように、ロボットシステム１００は、第２アーム１０２（第１部分）を有する第１部材であるロボットアーム１０と、第２アーム１０２に対して相対的に移動する載置面９２１（第２部分）を有する第２部材である作業台９２と、第２アーム１０２および載置面９２１を相対的に移動させるようにロボットアーム１０を駆動する第１駆動部である駆動部１３０と、を備える。
【００７４】
特に、ロボットシステム１００は、第２アーム１０２および載置面９２１のうちの一方の部分（本実施形態では載置面９２１）に設けられ、光軸ａに対して直交する面内で変化する強度分布を有する光ＬＬを出射する光源部２と、第２アーム１０２および載置面９２１のうちの他方の部分（本実施形態では第２アーム１０２）に設けられ、光源部２からの光ＬＬを受光し、その受光強度に応じた信号を出力する受光部３と、受光部３からの信号に基づいて、駆動部１３０の駆動を制御する制御部５１と、を備える。
【００７５】
このようなロボットシステム１００によれば、光源部２からの光ＬＬが光軸ａに対して直交する面内で変化する強度分布を有するため、光源部２からの光ＬＬの照射範囲を大きくしても、受光部３からの信号に基づいて、第２アーム１０２および載置面９２１の相対的な位置合わせを行うことができる。また、光源部２から出射される光ＬＬの照射範囲を大きくすることができるので、受光部３を光源部２からの光ＬＬの照射範囲内に位置させることが容易となり、その結果、第２アーム１０２および載置面９２１の位置合わせを容易に行うことができる。
【００７６】
ここで、制御部５１は、受光部３での受光強度が大きくなるように、駆動部１３０の駆動を制御する。これにより、光源部２からの光ＬＬが光軸ａに対して直交する面内での１点が最も強度が高い場合（例えば、ガウシアンビームである場合）、当該１点を基準として第２アーム１０２および載置面９２１の位置合わせを行うことができる。
【００７７】
また、ロボットシステム１００は、第２アーム１０２（第１部分）および載置面９２１（第２部分）の相対的な位置に関する位置情報を記憶する記憶部５２を備え、制御部５１は、記憶部５２に記憶された位置情報に基づいて、駆動部１３０（第１駆動部）の駆動を制御する。これにより、第２アーム１０２および載置面９２１の相対的な位置を教示させた情報を記憶させておき、その情報に基づいて駆動部１３０の駆動を行うことができる。
【００７８】
また、記憶部５２は、受光部３での受光量に関する受光量情報を位置情報に対応して記憶し、制御部５１は、受光部３での受光量および受光量情報に基づいて、駆動部１３０（第１駆動部）を駆動させ、第２アーム１０２（第１部分）および載置面９２１（第２部分）の相対的な位置のずれ量を求め、記憶部５２に記憶されている位置情報を補正する。これにより、第２アーム１０２および載置面９２１の相対的な移動の位置精度の悪化を低減することができる。
【００７９】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００８０】
図９は、本発明の第２実施形態に係るロボットシステムが備える光源部および受光部を説明するための模式図である。
【００８１】
本実施形態は、光源部および受光部の配置が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図９において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００８２】
図９に示すロボットシステム１００Ａは、ロボット１と、ロボット１に設けられている光源部２と、作業台９２に設けられている受光部３と、を備えている。
【００８３】
このロボットシステム１００Ａは、前述した第１実施形態のロボットシステム１００と同様、光源部２から出射された光を受光部３で受光しながら、制御装置５が、その受光量に基づいて、ロボット１の所定部分と作業台９２との位置合わせを行うことが可能となっている。
【００８４】
ここで、ロボットシステム１００Ａは、第２アーム１０２（第１部分）を有する第１部材であるロボットアーム１０と、載置面９２１（第２部分）を有する第２部材である作業台９２と、第１駆動部である駆動部１３０と、を備える。特に、ロボットシステム１００Ａは、第２アーム１０２および載置面９２１のうちの一方の部分（本実施形態では第２アーム１０２）に設けられ、光軸ａに対して直交する面内で変化する強度分布を有する光ＬＬを出射する光源部２と、第２アーム１０２および載置面９２１のうちの他方の部分（本実施形態では載置面９２１）に設けられ、光源部２からの光ＬＬを受光し、その受光強度に応じた信号を出力する受光部３と、受光部３からの信号に基づいて、駆動部１３０の駆動を制御する制御部５１と、を備える。
【００８５】
以上のような第２実施形態によっても、相対的に移動する２つの部分（本実施形態では第２アーム１０２および載置面９２１）の位置合わせを容易に行うことができる。
【００８６】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
【００８７】
図１０は、本発明の第３実施形態に係るロボットシステムが備える光源部および受光部を説明するための模式図である。
【００８８】
本実施形態は、光源部が移動可能である以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１０において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００８９】
図１０に示すロボットシステム１００Ｂは、ロボット１と、コンベアー４０と、ロボット１およびコンベアー４０の駆動を制御する制御部５１Ｂを有する制御装置５Ｂと、コンベアー４０に設けられている光源部２と、ロボット１に設けられている受光部３と、を備えている。
【００９０】
このロボットシステム１００Ｂは、光源部２から出射された光を受光部３で受光しながら、制御装置５Ｂが、その受光量に基づいて、ロボット１の所定部分とコンベアー４０の所定部分との位置合わせを行うことが可能となっている。
【００９１】
ここで、ロボットシステム１００Ｂは、第２アーム１０２（第１部分）を有する第１部材であるロボットアーム１０と、載置面４０１（第２部分）を有する第２部材であるコンベアー４０と、ロボットアーム１０を駆動する第１駆動部である駆動部１３０と、コンベアー４０を駆動する第２駆動部である駆動部５０と、備える。特に、ロボットシステム１００Ｂは、第２アーム１０２および載置面４０１のうちの一方の部分（本実施形態では載置面４０１）に設けられ、光軸ａに対して直交する面内で変化する強度分布を有する光ＬＬを出射する光源部２と、第２アーム１０２および載置面４０１のうちの他方の部分（本実施形態では第２アーム１０２）に設けられ、光源部２からの光ＬＬを受光し、その受光強度に応じた信号を出力する受光部３と、受光部３からの信号に基づいて、駆動部５０、１３０の駆動を制御する制御部５１Ｂと、を備える。
【００９２】
このように、ロボットシステム１００Ｂは、第２アーム１０２（第１部分）および載置面４０１（第２部分）を相対的に移動させるようにコンベアー４０（第２部材）を駆動する第２駆動部である駆動部５０を備える。これにより、ロボット１とコンベアー４０との位置合わせを行うことができる。ここで、駆動部５０としては、特に限定されず、例えば、モーターを用いることができる。
【００９３】
また、制御部５１Ｂは、受光部３からの信号に基づいて、駆動部１３０（第１駆動部）および駆動部５０（第２駆動部）の駆動を制御する。これにより、自動的に第２アーム１０２および載置面４０１の相対的な位置合わせを行うことができる。なお、この位置合わせは、受光部３からの信号に基づいて、駆動部１３０または駆動部５０のいずれか一方の駆動を制御することでも行うことが可能である。
【００９４】
以上のような第３実施形態によっても、相対的に移動する２つの部分（本実施形態では第２アーム１０２および載置面４０１）の位置合わせを容易に行うことができる。
【００９５】
なお、本実施形態では、第２部材としてコンベアー４０を用いた場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、第２部材としてロボット１と同様のロボットアームを用いてもよい。また、第１部材および第２部材のうちの少なくとも一方として、例えば、６軸ロボットのアームを用いることができ、この場合、双腕ロボットの両腕の位置合わせを行うことができる。
【００９６】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
【００９７】
図１１は、本発明の第４実施形態に係るロボットシステムが備える光源部および受光部を説明するための模式図である。
【００９８】
本実施形態は、光源部の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１１において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００９９】
図１１に示すロボットシステム１００Ｃは、ロボット１と、ロボット１に設けられている受光部３と、作業台９２に設けられている光源部２Ｃと、を備えている。
【０１００】
このロボットシステム１００Ｃは、光源部２Ｃから出射された光を受光部３で受光しながら、制御装置５が、その受光量に基づいて、ロボット１の所定部分と作業台９２との位置合わせを行うことが可能となっている。
【０１０１】
ここで、ロボットシステム１００Ｃは、第２アーム１０２（第１部分）を有する第１部材であるロボットアーム１０と、載置面９２１（第２部分）を有する第２部材である作業台９２と、第１駆動部である駆動部１３０と、を備える。特に、ロボットシステム１００Ｃは、第２アーム１０２および載置面９２１のうちの一方の部分（本実施形態では載置面９２１）に設けられ、光軸ａに対して直交する面内で変化する強度分布を有する光ＬＬを出射する光源部２Ｃと、第２アーム１０２および載置面９２１のうちの他方の部分（本実施形態では第２アーム１０２）に設けられ、光源部２Ｃからの光（第１光ＬＬａ、第２光ＬＬｂ）を受光し、その受光強度に応じた信号を出力する受光部３と、受光部３からの信号に基づいて、駆動部１３０の駆動を制御する制御部５１と、を備える。
【０１０２】
光源部２Ｃは、第１広がり角度θａの第１光ＬＬａを出射する第１光源２ａと、第１広がり角度θａよりも大きい第２広がり角度θｂの第２光ＬＬｂを出射する第２光源２ｂと、を有する。これにより、第２光ＬＬｂを用いて、光源部２Ｃからの光全体の照射範囲を大きくすることで、受光部３を光源部２Ｃからの光の照射範囲内に位置させることがより容易となる。また、第１光ＬＬａを用いて、光源部２Ｃからの光の光軸ａ（図示では、第１光源２ａの光軸）に対して直交する面内で最も強度の高い１点付近（光軸ａ付近）での強度変化率を大きくすることで、第２アーム１０２および載置面９２１の相対的な位置合わせの精度を高めることができる。
【０１０３】
このような観点から、光軸ａに直交する面内において、第１光ＬＬａの光量密度が第２光ＬＬｂの光量密度よりも大きいことが好ましい。これにより、第１光ＬＬａおよび第２光ＬＬｂを同時に照射しても、光源部２Ｃからの光の光軸ａに対して直交する面内で最も強度の高い１点付近（光軸ａ付近）での強度変化率を大きくすることができる。
【０１０４】
なお、光軸ａに直交する面内において、第１光ＬＬａの光量密度が第２光ＬＬｂの光量密度と同等またはそれよりも小さくてもよい。この場合、第１光源２ａおよび第２光源２ｂの点灯のタイミングまたは期間を異ならせ、第２光源２ｂの点灯時に粗調整を行い、第１光源２ａの点灯時に微調整を行えばよい。
【０１０５】
以上、本発明のロボットシステムを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【０１０６】
また、前述した実施形態では、水平多関節ロボットを用いた場合について説明したが、本発明のロボットシステムに用いるロボットは、これに限定されず、例えば、６軸の垂直多関節ロボットであってもよい。すなわち、前述した実施形態では、第１部材が水平多関節ロボットのロボットアームである場合について説明したが、第１部材は、これに限定されず、例えば、６軸の垂直多関節ロボットのロボットアームであってもよい。また、第１部材および第２部材は、相対的に移動する部分を有するものであればよく、前述した実施形態に限定されない。
【０１０７】
また、前述した実施形態では、ロボットシステムが作業としてネジ止めを行う場合を例に説明したが、本発明のロボットシステムが行う作業としては、前述した実施形態の作業に限定されず、例えば、ボルト締め、塗料塗布、接着剤塗布等が挙げられる。
【符号の説明】
【０１０８】
１…ロボット、２…光源部、２Ｃ…光源部、２ａ…第１光源、２ｂ…第２光源、３…受光部、５…制御装置、５Ａ…制御装置、１０…ロボットアーム（第１部材）、３０…エンドエフェクター、４０…コンベアー（第２部材）、５０…駆動部（第２駆動部）、５１…制御部、５１Ｂ…制御部、５２…記憶部、６０…配線、８１…ネジ、８２…部材、９０…設置箇所、９１…供給台、９２…作業台、１００…ロボットシステム、１００Ａ…ロボットシステム、１００Ｂ…ロボットシステム、１００Ｃ…ロボットシステム、１０１…第１アーム、１０２…第２アーム（第１部分）、１０３…スプラインシャフト、１０４…作業ヘッド、１０５…部、１１０…基台、１２０ａ…モータードライバー、１２０ｂ…モータードライバー、１２０ｃ…モータードライバー、１３０…駆動部（第１駆動部）、１３０ａ…駆動部、１３０ｂ…駆動部、１３０ｃ…駆動部、１３１…角度センサー、１３１ａ…角度センサー、１３１ｂ…角度センサー、１３１ｃ…角度センサー、４０１…載置面（第２部分）、８２１…ネジ孔、９２１…載置面（第１部分）、Ｊ１…回動軸、Ｊ２…回動軸、Ｊ３…軸、Ｌ１…距離、ＬＬ…光、ＬＬａ…第１光、ＬＬｂ…第２光、Ｐ１…目標位置、Ｓ１１…ステップ、Ｓ１２…ステップ、Ｓ１３…ステップ、Ｓ１４…ステップ、Ｓ１５…ステップ、Ｓ２１…ステップ、Ｓ２２…ステップ、Ｓ２３…ステップ、Ｓ２４…ステップ、Ｓ２５…ステップ、Ｓ２６…ステップ、ＴＣＰ…ツールセンターポイント、ａ…光軸、ΔＬ…移動距離、θ…広がり角度、θａ…第１広がり角度、θｂ…第２広がり角度
【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】
2018167363.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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