(57)【要約】【課題】計測前までの組み立て作業を無駄にせず組み立てを継続することができるようにしたロボット装置を提供する。【解決手段】ロボット１０１と、ロボット１０１に取り付けられワークを把持するエンドエフェクタ１０６，１０７と、ワークの形状計測センサ１０８と、入力装置を有しロボットの動作を制御する制御装置１０２と、を有し、制御装置１０２は、あらかじめ決められた範囲を計測範囲として、ワークを形状計測センサにより計測させ、計測範囲にワークの全体像が入っていない場合には、計測範囲を変えて再計測し、ワークの位置姿勢を決定し、ワークの位置姿勢へエンドエフェクタを移動させてワークを把持し、再計測は、入力装置から入力された計測データに基づいて、計測範囲を変えて再計測を実行する。【選択図】図１
2011083883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットと、
前記ロボットに取り付けられワークを把持するエンドエフェクタと、
前記ワークの形状計測センサと、
入力装置を有し前記ロボットの動作を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
あらかじめ決められた範囲を計測範囲として、ワークを形状計測センサにより計測させ、
計測範囲にワークの全体像が入っていない場合には、計測範囲を変えて再計測し、ワークの位置姿勢を決定し、前記ワークの位置姿勢へ前記エンドエフェクタを移動させてワークを把持し、
前記再計測は、、前記入力装置から入力された計測データに基づいて、計測範囲を変えて実行する
ことを特徴とするロボット装置。
【請求項２】
前記入力装置は、
画面表示装置を有し、前記画面表示装置のグラフィック画面に表示された直方体を移動させて、計測データと直方体を合わせることで再計測の計測位置を指示する
ことを特徴とする請求項１記載のロボット装置。
【請求項３】
前記入力装置は、
画面表示装置を有し、前記画面表示装置のグラフィック画面に表示された計測範囲を移動させることで、再計測の計測位置を指示する
ことを特徴とする請求項１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、部品の組み立てなどに用いられるロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
組み立て作業を行うロボットでは、部品の供給場面や組み立て途中の場面において、扱うワークの位置姿勢が不確定な場合がある。この場合は、ロボットの位置の記録と再生に基づく制御方法では作業を実行できないという問題がある。
そこで、このような問題を解決するために、ロボットの周辺、あるいはロボット本体にカメラやレーザセンサなどの計測手段を設けて、ワークの位置姿勢を計測し、計測結果にしたがってロボットのエンドエフェクタを移動して作業を行う従来技術がある。
【０００３】
特許文献１には、部品組み付け時のロボットの動作を補正する方法として、ロボットの手首部にＣＣＤカメラなどの視覚センサを取り付け、視覚情報により被組付ワークの基準位置からのずれ量を求め、求めたずれ量から組立用ロボットの移動補正量を算出し、ロボットの動作を補正する技術が開示されている。
また、特許文献２には、重なった複数のワークから１個ずつ取り出す方法として、ロボットの手首部に、レーザを用いた３次元視覚センサを搭載し、ワークの位置姿勢を視覚センサにより求め、その位置姿勢に基づいてロボットを動作させてワークの取り出しを行う技術が開示されている。さらに、毎回異なる位置姿勢にあるワークを検出するために、視覚センサの適切な計測位置を、過去の計測位置または計測結果に基づいて計算して決定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１７４４５７号公報（第５頁、図１、図２）
【特許文献２】特許第３７０３４１１号公報（第１２頁、図１、第１３頁、図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１については、計測位置はロボットの教示位置であるため、毎回同じ位置、同じ計測範囲で計測が実行される。この方法では、教示位置が適切でないとワークが計測範囲から外れることがあり、検出に失敗したり、計測の精度が得られないという問題がある。
また、特許文献２については、適切な計測位置を計算する方法を取ることで、計測範囲から外れる確率は低くなるが、ワークの重なる方向が一定方向ではなかったり、ワーク位置のばらつき範囲が大きい場合には、過去のデータから適切な計測位置を計算することが難しく、過去の統計からは予想できない位置にワークがあって、ワークおよびワーク周辺の一部だけが計測範囲に入った時には、再計測のために計測位置をずらす方向の指針がないという問題がある。また、そこで計測の段階で作業失敗として組み立てを中止してしまうと、組み立て工程が多い場合には、計測の前までに行った作業が無駄になってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、計測前までの組み立て作業を無駄にせず組み立てを継続することができるようにした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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、次のように構成した。
請求項１に記載の発明は、ロボットと、前記ロボットに取り付けられワークを把持するエンドエフェクタと、前記ワークの形状計測センサと、入力装置を有し前記ロボットの動作を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、あらかじめ決められた範囲を計測範囲として、ワークを形状計測センサにより計測させ、計測範囲にワークの全体像が入っていない場合には、計測範囲を変えて再計測し、ワークの位置姿勢を決定し、前記ワークの位置姿勢へ前記エンドエフェクタを移動させてワークを把持し、前記再計測は、、前記入力装置から入力された計測データに基づいて、計測範囲を変えて実行することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記入力装置は、画面表示装置を有し、前記画面表示装置のグラフィック画面に表示された直方体を移動させて、計測データと直方体を合わせることで再計測の計測位置を指示することを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記入力装置は、画面表示装置を有し、前記画面表示装置のグラフィック画面に表示された計測範囲を移動させることで、再計測の計測位置を指示することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の発明によると、再計測位置の自動的な決定が行えない場合に、人による判断を導入して、再計測位置を決定することができる。
請求項２に記載の発明によると、計測範囲に入っているのがワークの一部だけのときに、再計測位置を直感的な操作で指示することができる。
請求項３に記載の発明によると、計測範囲に入っているのがワークの周辺だけのときに、再計測位置を直感的な操作で指示することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の方法を適用するロボット制御装置を含むロボットシステムの構成図
【図２】本発明の実施形態の作業イメージ図
【図３】本発明の実施形態の動作プログラム
【図４】本発明の要部の処理手順を示すフローチャート
【図５】本発明の実施形態のＨＭＩ
【図６】本発明の実施形態１のＨＭＩの操作イメージ
【図７】本発明の実施形態２のＨＭＩの操作イメージ
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の方法の具体的実施形態について、図に基づいて説明する。
［実施形態１］
【００１１】
図１は、本発明の方法を実施するロボットシステムの構成図である。このロボットシステムは、双腕ロボット（ロボット）１０１と、その動作を制御する制御装置１０２を備えている。
まず、双腕ロボット１０１について説明する。
図において、ロボットの左アーム１０４と右アーム１０５は、関節も含めて模式的に表されている。各関節は、図示しないサーボモータによって、駆動される。
左グリッパ（エンドエフェクタ）１０６は、左アームの先端に配置されている。
右グリッパ（エンドエフェクタ）１０７は、右アームの先端に配置されている。
ワーク１０９は双腕ロボット１０１の把持対象物である。ワーク１０９は、本実施形態においてはコネクタ付ケーブルであるが、詳細については後述する。
【００１２】
ワーク形状計測センサ１０８は、２次元レーザ変位センサである。このセンサは、右グリッパ１０７上に搭載されている。このワーク形状計測センサ１０８は、右アーム１０５が動くとともにワーク１０９のデータを取得することで、ワーク１０９の断面輪郭である２次元の計測データを連続して取得することができる。この取得したデータを重ねることによって、３次元の計測データ（ワーク形状）が得られる。なお、このセンサは、右グリッパ１０７ではなく、左グリッパ１０６に搭載されていても良い。また、グリッパではなく、アームに搭載されていても良い。また、このセンサは、ワークの３次元形状を計測できるものであれば任意のセンサでよい。例えば、このセンサは、複数のカメラによるビジョンセンサであってもよい。
【００１３】
次に、制御装置１０２について説明する。制御装置１０２は電子演算装置及び記憶装置を内蔵しており、動作プログラム解析部１１０は、ロボットの動作が記述された動作プログラム（ＪＯＢ）１１７を解析して必要な処理を呼び出す。
教示データ記憶部１１３は、現在の位置１２０を教示位置１２１として、動作プログラム１１７に書き込む。この教示位置１２１は、操作者が教示作業時に教示装置１０３の所定のキーを入力すると動作プログラム１１７に書き込まれる。この動作プログラム１１７は、不揮発性メモリ１１６に保存される。
【００１４】
計測部１１４は、ワーク形状計測センサ１０８によりワークの計測データ１１９を得る。
位置姿勢検出部１１５は、スキャン条件１１８と計測データ１１９から、ワークの３次元の位置姿勢を計算する。位置姿勢検出部１１５は、このワークの位置姿勢１２２を指令生成部１１１に出力する。
【００１５】
指令生成部１１１は、教示装置１０３からの手動操作にしたがって軌道を生成する。また、指令生成部１１１は、動作プログラム１１７、不揮発性メモリに保存されているスキャン条件１１８、計測結果であるワークの位置姿勢１２２、およびヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）１２４からの計測位置の指示に基づいて、把持動作や計測動作を行うアームの軌道を生成する。サーボ制御部１１２は、生成された軌道にしたがってモータを駆動する。
【００１６】
教示装置１０３は、制御装置１０２に接続され、双腕ロボット１０１の教示・操作をするための装置である。教示装置１０３上には、ロボットに対する指令やデータを入力するためのキー１０３Ａと情報表示用のディスプレイ１０３Ｂが設けられている。
表示用パソコン（入力装置，画面表示装置）１２３は、制御装置１０２に接続され、ヒューマンマシンインタフェース１２４を表示する。
【００１７】
次に、本発明に係るロボットシステムの動作について説明する。本実施形態において、双腕ロボットが扱うワーク１０９は、図２（ａ）に示す複数のリード線２０５の両端にコネクタ２０３、２０４を備えたケーブルである。図２（ａ）は、テーブル上のジグや供給装置によって位置が固定されたワークのコネクタ２０４を、あらかじめ教示されたように把持することで、左グリッパ１０６がコネクタ２０４を把持している状態を示している。リード線２０５で接続された、もう片方のコネクタ２０３の位置は固定されていない。コネクタ２０３とコネクタ２０４の間のリード線２０５は柔軟であるため、コネクタ２０３の位置と姿勢は定まらない。
【００１８】
図３は動作プログラムの例であり、図４は動作プログラム再生時の計測動作のフローチャートである。図３のＪＯＢでは、＃０１１の行でロボット手首に取り付けたレーザセンサを計測開始位置へ移動し、＃０１２の行で一定周期でセンサによる計測を行いながら計測終了位置へ移動し、ワークの位置姿勢を計算し、＃０１３の行で結果の位置姿勢へエンドエフェクタを移動する動作を表している。計測範囲は、図２（ｂ）に示すように、スキャン角度２０６とスキャン距離２０７からなるスキャン条件１１８によって決定する。教示位置３０３にはロボットの各関節位置が記録されており、位置変数３０６にはロボット座標系上のツール位置姿勢がＸ，Ｙ，Ｚ，Ｒｏｌｌ，Ｐｉｔｃｈ，Ｙａｗの座標で入る。
【００１９】
本発明に係るロボットシステムの動作を、図４に基づいて説明する。図４は図３の＃０１２の計測コマンド３０５を実施中の、ロボット制御装置の処理と、ＨＭＩの処理を表すフローチャートである。
はじめに、ロボット制御装置で計測コマンド（ＭＯＶＳＥＮＳ）を実行すると、センサへ定周期でトリガをかけながら、センサをロボットの動作によって移動し、３次元の計測データを得て（Ｓ４０１）、計測データをＨＭＩへ送信し（Ｓ４０２）、位置姿勢を計算する（Ｓ４０３）。ＨＭＩでは、計測データを受信し（Ｓ４０８）、計測データであると判断し（Ｓ４０９）、３次元のイメージで表示する（Ｓ４１０）。図５は３次元表示の例である。
【００２０】
次に、ロボット制御装置でワークの位置姿勢の検出に成功したならば計測コマンド（ＭＯＶＳＥＮＳ）を終了する。また、検出に失敗したならば、人による判断の要求をＨＭＩへ送信する。ＨＭＩでは、人による判断の要求を受信したことを判断し（Ｓ４１１）、人による画面操作を行い（Ｓ４１２）、人によって変更された計測位置をロボット制御装置へ送信する（Ｓ４１３）。ロボット制御装置では、人によって変更された計測位置を受信し（Ｓ４０６）、計測位置へ移動し（Ｓ４０７）、再度計測を行う（Ｓ４０１へ戻る）。
【００２１】
図５はＨＭＩの例であり、３次元イメージ５０２は、表示回転ボタン５０３を押してから、３次元イメージの画面上でマウスカーソルを移動すると、イメージが回転する。また、表示並進ボタン５０４を押してから、３次元イメージの画面上でマウスカーソルを移動すると、イメージが並進移動する。計測範囲変更ボタン５０５の動作を次に述べる。
【００２２】
図６は本実施形態における計測範囲変更のための画面操作の例を示している。図６（ａ）は計測範囲に計測対象のワークであるコネクタ全体が入っている場合であり、計測範囲の変更は必要ない。
図６（ｂ）は計測範囲にコネクタの角のみが入っている場合であり、データ不足のため自動的に正確な位置姿勢を計算することができない。このときの操作は、まず、表示回転と表示並進の操作により、図５のような表示から図６のように計測範囲正面から見た像にする。次に、計測範囲変更ボタン５０５を押すと、３次元イメージの画面上に直方体が表示され、画面上でマウスカーソルにより直方体を触って移動すると直方体が移動する。ここで表示回転ボタンあるいは表示並進ボタンを押すと、直方体の位置姿勢を変更できる。コネクタの一部しかない計測データに直方体を合わせたところで、ＯＫボタン５０６を押すと、指定した直方体位置を中心として、変更された計測位置が決定され、変更された計測位置がロボット制御装置へ送信される。
【００２３】
図６（ｃ）は計測範囲にコネクタがほとんど入っておらず、コネクタ周辺のリード線部分が入っている場合であり、対象外のデータであるため自動的に正確な位置姿勢を計算することができない。このときの操作も、前記図６（ｂ）の場合の操作と同じ手順で行う。
【００２４】
このように、自動的に正確な位置姿勢を計算できないときに、ＨＭＩでの操作が有効となり、たとえデータ不足であっても、人が見ればどこに対象のワークがあるかわかる場合に、人が画面上の操作で計測範囲の変更を行うことで、再計測を実行することができ、組み立て工程を継続できるので、途中まで組み立てたワークを計測の失敗によって破棄する無駄を少なくすることができるのである。また、計測範囲の移動を直方体の位置姿勢の操作として実行することで、直感的にわかりやすい操作で計測範囲を変更することができる。
［実施形態２］
【００２５】
ロボットシステムの構成については、図１に示したものと同一であるので、その説明は省略する。
図７は本実施形態における計測範囲変更のための画面操作の例を示している。図７（ａ）は計測範囲に計測対象のワークであるコネクタ全体が入っている場合であり、計測範囲の変更は必要ない。
【００２６】
図７（ｂ）は計測範囲にコネクタの角のみが入っている場合であり、データ不足のため自動的に正確な位置姿勢を計算することができない。このときの操作は、まず、表示回転と表示並進の操作により、図５のような表示から図６のように計測範囲正面から見た像にする。次に、計測範囲変更ボタン５０５を押して、計測範囲の縁の任意の位置を画面上でマウスカーソルにより触ると計測範囲の枠が表示され、マウスカーソルを移動すると計測範囲の枠が移動する。コネクタ全体が入るように計測範囲を移動したところで、ＯＫボタン５０６を押すと、指定した位置に変更された計測位置が決定され、変更された計測位置がロボット制御装置へ送信される。
【００２７】
図７（ｃ）は計測範囲にコネクタがほとんど入っておらず、コネクタ周辺のリード線部分が入っている場合であり、対象外のデータであるため自動的に正確な位置姿勢を計算することができない。このときの操作も、前記図７（ｂ）の場合の操作と同じ手順で行う。
【００２８】
このように、計測範囲の移動を直接画面上のイメージの操作として実行することで、直感的にわかりやすい操作で計測範囲を変更することができるのである。
【符号の説明】
【００２９】
１０１  ロボット
１０２  制御装置
１０３  教示装置
１０３Ａ  キー
１０３Ｂ  ディスプレイ
１０４  左アーム
１０５  右アーム
１０６  左グリッパ（エンドエフェクタ）
１０７  右グリッパ（エンドエフェクタ）
１０８  ワーク形状計測センサ
１０９  ワーク
１１０  動作プログラム解析部
１１１  指令生成部
１１２  サーボ制御部
１１３  教示データ記憶部
１１４  計測部
１１５  位置姿勢検出部
１１６  不揮発性メモリ
１１７  動作プログラム（ＪＯＢ）
１１８  スキャン条件
１１９  計測データ
１２０  現在位置
１２１  教示位置
１２２  修正量
１２３  表示用パソコン
１２４  ヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）
１２５  計測位置修正量
２０１  グリッパ座標系
２０２  センサ座標系
２０３  コネクタ
２０４  コネクタ（左グリッパ把持）
２０５  コネクタ間リード線
２０６  スキャン角度
２０７  スキャン距離
３０１  動作プログラム表示画面
３０２  動作プログラム
３０３  教示位置データ
３０４  移動コマンド
３０５  計測コマンド
３０６  位置変数
３０７  移動速度
５０１  計測データ表示画面
５０２  計測データの３次元イメージ
５０３  表示回転ボタン
５０４  表示並進ボタン
５０５  計測範囲変更ボタン
５０６  ＯＫボタン
５０７  キャンセルボタン
６０１  直方体
７０１  変更した計測範囲
【図１】
2011083883.tif 000003
【図２】
2011083883.tif 000004
【図３】
2011083883.tif 000005
【図４】
2011083883.tif 000006
【図５】
2011083883.tif 000007
【図６】
2011083883.tif 000008
【図７】
2011083883.tif 000009