(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品を把持するロボットハンドと、
前記ロボットハンドが把持した前記部品を撮像する撮像部と、
前記撮像部によって撮像された前記部品の撮像結果に基づいて、前記部品の位置又は前記部品の傾きを算出する算出部と、
前記算出部によって算出された前記部品の位置又は前記部品の傾きに基づいて、前記ロボットハンドの位置又は傾きを調整し、前記部品を他の部材へ移動するように前記ロボットハンドを制御するロボット制御部と、
前記ロボットハンドに設置された第１リフレクタと、
前記撮像部に設置された第２リフレクタと、
前記第１リフレクタ及び前記第２リフレクタに対しレーザー光を照射し、前記第１リフレクタ及び前記第２リフレクタで反射したレーザー光を受光して、前記第１リフレクタ及び前記第２リフレクタの３次元位置及び傾きを取得し、前記ロボットハンドの位置又は傾き及び前記撮像部の位置又は傾きを検出するレーザートラッカーと、
を備え、
前記ロボット制御部は、前記レーザートラッカーによって検出された前記ロボットハンドの位置又は傾き及び前記撮像部の位置又は傾きに基づいて、前記撮像部に対する前記ロボットハンドの位置又は傾きを制御するロボット制御システム。
【請求項２】
前記撮像部は、立体カメラであり、前記部品の底面を撮像する請求項１に記載のロボット制御システム。
【請求項３】
前記ロボット制御部は、前記部品の底面を前記他の部材の上面に載置するように前記ロボットハンドを制御する請求項１又は２に記載のロボット制御システム。
【請求項４】
部品を把持するロボットハンドが把持した前記部品を撮像部が撮像するステップと、
撮像された前記部品の撮像結果に基づいて、前記部品の位置又は前記部品の傾きを算出するステップと、
算出された前記部品の位置又は前記部品の傾きに基づいて、前記ロボットハンドの位置又は傾きを調整するステップと、
前記部品を他の部材へ移動するように前記ロボットハンドを制御するステップと、
レーザートラッカーが、前記ロボットハンドに設置された第１リフレクタ及び前記撮像部に設置された第２リフレクタに対しレーザー光を照射し、前記第１リフレクタ及び前記第２リフレクタで反射したレーザー光を受光して、前記第１リフレクタ及び前記第２リフレクタの３次元位置及び傾きを取得し、前記ロボットハンドの位置又は傾き及び前記撮像部の位置又は傾きを検出するステップと、
前記レーザートラッカーによって検出された前記ロボットハンドの位置又は傾き及び前記撮像部の位置又は傾きに基づいて、前記撮像部に対する前記ロボットハンドの位置又は傾きを制御するステップと、
を備えるロボット制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット制御システム及びロボット制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空機の胴体や翼などの航空機部品の構造体を製造する際、構造体を構成するストリンガー等の長尺材に対して、例えばクリップなどの他の部品が取り付けられる場合がある。クリップは、例えば、断面が逆Ｔ字形の形状を有し、底面が平面である。クリップの底面が、ストリンガーの上面に載置されて、両者が接触した状態で貫通穴がドリルによって形成され、その後、リベットによってストリンガーとクリップが締結される。
【０００３】
下記の特許文献１では、大型機械、特に１５フィートを超える作業範囲を有する大型機械が、熱膨張及び軸間の機械的な心合わせのずれによる誤差が生じることから、干渉計レーザトラッカ又は３Ｄ位置センサを使用して、機械のヘッド等のエンドエフェクタに取り付けられた再帰反射器の位置を測定し、機械加工に先立って機械を正しい位置へと移動させることが開示されている。また、下記の特許文献２では、組立ライン等の製造環境において、航空機等の翼等の形状が複雑で支持が難しい物体について、その姿勢を正確に保って移動させるための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】特表２０００−５１１８２４号公報
【特許文献２】特開２０１５−４２４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ロボットハンドを有するロボットが、上述したクリップ等の部品を把持して、クリップ等をストリンガーに載置し、その後、両者を締結する作業を行う場合、作業員による手作業に比べて省力化を図ることができる。この場合、ロボット本体が有する検出部がロボットハンドの位置又は傾きを検出したり、ロボットハンドに設置されたリフレクタをレーザートラッカーが検出することで、ロボットハンドの位置又は傾きを検出することができる。
【０００６】
一方、実際には、クリップ等の部品は、製造公差を持っており、製造された各部品には寸法や形状のずれがある。また、ロボットハンドがクリップ等の部品を把持したとき、常に同じ場所を把持できるとは限らない。すなわち、ロボットハンドが把持するクリップの位置関係や角度は、作業ごとにロボットハンドに対して一定ではない。そのため、ロボットが有する検出部、又は、レーザートラッカー及びリフレクタを用いて、ロボットハンドの位置を正確に検出できたとしても、ストリンガー上へクリップ等を移動した結果、ストリンガー上の所望の位置へクリップを配置できない場合がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ロボットハンドが把持した部品を他の部材上の正確な位置へ配置することが可能なロボット制御システム及びロボット制御方法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】
上記課題を解決するために、本発明のロボット制御システム及びロボット制御方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るロボット制御システムは、部品を把持するロボットハンドと、前記ロボットハンドが把持した前記部品を撮像する撮像部と、前記撮像部によって撮像された前記部品の撮像結果に基づいて、前記部品の位置又は前記部品の傾きを算出する算出部と、前記算出部によって算出された前記部品の位置又は前記部品の傾きに基づいて、前記ロボットハンドの位置又は傾きを調整し、前記部品を他の部材へ移動するように前記ロボットハンドを制御するロボット制御部とを備える。
【０００９】
この構成によれば、ロボットハンドが把持した部品が撮像部によって撮像され、撮像結果に基づいて、部品の位置又は傾きが算出される。そして、算出された部品の位置又は傾きに基づいて、ロボットハンドの位置又は傾きが調整される。そして、調整結果が反映された状態で、ロボットハンドは、把持している部品を他の部材に移動でき、ロボットハンドによって把持された部品が他の部材に正確に載置される。
【００１０】
上記発明において、前記ロボットハンドの位置又は傾き及び前記撮像部の位置又は傾きを検出する位置検出部を更に備え、前記ロボット制御部は、前記位置検出部によって検出された前記ロボットハンドの位置又は傾き及び前記撮像部の位置又は傾きに基づいて、前記撮像部に対する前記ロボットハンドの位置又は傾きを制御してもよい。
【００１１】
この構成によれば、ロボットハンドの位置又は傾きと、撮像部の位置又は傾きが位置検出部によって検出され、検出されたロボットハンドの位置又は傾き及び撮像部の位置又は傾きに基づいて、撮像部に対するロボットハンドの位置又は傾きが制御される。
【００１２】
上記発明において、前記撮像部は、立体カメラであり、前記部品の底面を撮像してもよい。
この構成によれば、撮像部が立体カメラであって底面を撮像するため、撮像部によって撮像された部品の底面に基づいて、部品の位置又は傾きが検出される。
【００１３】
上記発明において、前記ロボット制御部は、前記部品の底面を前記他の部材の上面に載置するように前記ロボットハンドを制御してもよい。
この構成によれば、ロボットハンドによって、部品が他の部材へ移動されて、部品の底面が他の部材の上面に載置される。
【００１４】
本発明に係るロボット制御方法は、部品を把持するロボットハンドが把持した前記部品を撮像するステップと、撮像された前記部品の撮像結果に基づいて、前記部品の位置又は前記部品の傾きを算出するステップと、算出された前記部品の位置又は前記部品の傾きに基づいて、前記ロボットハンドの位置又は傾きを調整するステップと、前記部品を他の部材へ移動するように前記ロボットハンドを制御するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、撮像された部品の位置又は傾きに基づいて、ロボットハンドの位置又は傾きが調整されることから、ロボットハンドが把持した部品を他の部材上の正確な位置へ配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るロボット制御システムを示す概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るロボット制御システムを用いたロボットハンドの制御方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に係るロボット制御システムのロボットハンドを示す正面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るロボット制御システムのロボットハンドを示す正面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るロボット制御システムのロボットハンド及びカメラを示す正面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るロボット制御システムのロボットハンドを示す正面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るロボット制御システムのロボットハンドを示す側面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るロボット制御システムのロボットハンド及びカメラを示す側面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るロボット制御システムのロボットハンドを示す側面図である。
【図１０】従来のロボット制御システムのロボットハンドを示す正面図である。
【図１１】従来のロボット制御システムのロボットハンドを示す正面図である。
【図１２】従来のロボット制御システムのロボットハンドを示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施形態に係るロボット制御システム１は、航空機の胴体や主翼などの航空機部品の構造体を組み立てる際に用いられる。航空機部品の胴体や主翼等は、構造体と、薄板部材（スキン）とが結合されて構成され、構造体は、複数の構造用部品が組み合わされて構成される。複数の構造用部品は、ストリンガー、クリップ、シェアタイ、フレームなどである。
【００１８】
以下では、部品の一例としてクリップ３１、部品を配置する他の部材の一例として長尺状のストリンガー３２を挙げ、ストリンガー３２に対してクリップ３１を配置し締結する場合について説明するが、本発明はこの例に限定されない。また、本発明の適用先は、航空機部品に限定されず、本発明は、他の部品の組み立てにも適用可能である。
【００１９】
クリップ３１は、横断面形状が逆Ｔ字形であり、水平板部３１ａと、水平板部３１ａの中間から垂直方向に設けられた垂直板部３１ｂからなる。クリップ３１の水平板部３１ａの底面がストリンガー３２の上面に載置されて、その後、クリップ３１とストリンガー３２がリベットによって締結される。垂直板部３１ｂは、図１に示すように、ロボットハンド１２によって把持可能である。ストリンガー３２は、例えば断面がＺ字形、又は、Ｌ字形などである。
【００２０】
ロボット制御システム１は、図１に示すように、ロボット２と、立体カメラであるカメラ３と、位置検出装置４と、制御装置５などを備える。制御装置５は、プログラムを実行するコンピュータなどによって実現される。
【００２１】
ロボット２は、ロボット本体部１１と、ロボットハンド１２などを有する。ロボット本体部１１は、ロボットハンド１２を支持して、ロボットハンド１２の位置や傾きを調整できる。ロボットハンド１２は、ストリンガー３２に設置されるクリップ３１を把持したり、クリップ３１の把持を解除したりすることができる。ロボット２は、所定の部品保管エリアに置かれているクリップ３１を把持して、把持したクリップ３１をストリンガー３２まで移動し、その後、把持したクリップ３１をストリンガー３２上へ載置する。
【００２２】
カメラ３は、例えば立体カメラであり、撮像した対象を３次元的に撮像可能である。カメラ３によって撮像されて取得された撮像結果に関するデータは、カメラ３から算出部１６へ送信される。カメラ３は、例えば、ロボットハンド１２が把持するクリップ３１の底面を撮像できる位置に、レンズの向きが調整されて載置されている。
【００２３】
位置検出装置４は、例えば、レーザートラッカー１３と、ロボットハンド１２に設置されたリフレクタ１４と、カメラ３に設置されたリフレクタ１５などを有する。
レーザートラッカー１３は、リフレクタ１４，１５に対してレーザー光を照射し、リフレクタ１４，１５で反射したレーザー光を受光する。レーザートラッカー１３は、レーザー光が反射したリフレクタ１４，１５の３次元位置を取得できる。図１に示すように、リフレクタ１４，１５がロボットハンド１２又はカメラ３に３つずつ設置されることで、ロボットハンド１２の３次元位置だけでなく、傾きも算出可能になる。
【００２４】
制御装置５は、算出部１６と、ロボット制御部１７などを有する。
算出部１６は、カメラ３によって取得されたデータに基づいて、撮像対象となったクリップ３１の座標情報を算出し、カメラ３に対するクリップ３１の位置や傾きを算出する。
【００２５】
ロボット制御部１７は、レーザートラッカー１３で取得された３次元位置に基づいて、カメラ３に対するロボットハンド１２の位置を調整して、ロボットハンド１２を撮像用定位置まで移動する。
また、ロボット制御部１７は、算出部１６によって算出されたカメラ３に対するロボットハンド１２の位置又は傾きに基づいて、ロボットハンド１２の位置又は傾きを調整する。さらに、ロボット制御部１７は、移動経路に基づいて、ロボットハンド１２が把持しているクリップ３１をストリンガー３２へ移動するようにロボットハンド１２を制御する。
【００２６】
次に、図２を参照して、本実施形態に係るロボット制御システム１を用いたロボットハンド１２の制御方法について説明する。
【００２７】
まず、ロボットハンド１２が所定の部品保管エリアに置かれているクリップ３１の垂直板部３１ｂを把持して（ステップＳ１）、ロボット本体部１１が駆動することによって、ロボットハンド１２がクリップ３１を移動する。クリップ３１は、カメラ３の撮像範囲内まで移動される（ステップＳ２）。
【００２８】
このとき、レーザートラッカー１３は、レーザー光を照射しており、レーザー光を反射したリフレクタ１４，１５の３次元位置を取得する。ロボットハンド１２に設置されたリフレクタ１４、カメラ３に設置されたリフレクタ１５の３次元位置に基づいて、ロボットハンド１２とカメラ３の位置や傾きが取得される（ステップＳ３）。
【００２９】
そして、ロボット制御部１７が、レーザートラッカー１３で取得された３次元位置に基づいて、カメラ３に対するロボットハンド１２の位置及び傾きを調整する（ステップＳ４）。このとき、ロボットハンド１２を撮像用定位置まで移動し、ロボットハンド１２が撮像用定位置で所定の傾きとなるようにする。レーザートラッカー１３及びリフレクタ１４，１５を用いることによって、ロボットハンド１２の位置及び傾きを正確に調整できる。
【００３０】
そして、カメラ３が、ロボットハンド１２によって把持されたクリップ３１を撮像する（ステップＳ５）。カメラ３によって撮像されて取得された撮像結果に関するデータは、カメラ３から算出部１６へ送信される。
【００３１】
その後、算出部１６によって、カメラ３によって取得されたデータに基づいて、撮像対象となったクリップ３１の座標情報が算出され、また、クリップ３１の座標情報に基づいて、カメラ３に対するクリップ３１の位置や傾きが算出される（ステップＳ６）。
【００３２】
次に、算出されたクリップ３１の位置や傾きが、メモリに予め記録された基準位置又は基準傾きと比較される（ステップＳ７）。比較された結果、撮像用定位置において、クリップ３１が、基準位置に対して、ずれて把持されている方向及びずれ量、傾いている向き及び傾き量が取得される。
【００３３】
そして、取得されたクリップ３１のずれて把持されている方向及びずれ量、傾いている向き及び傾き量に基づいて、ロボットハンド１２がクリップ３１をストリンガー３２まで移動する移動経路が補正される（ステップＳ８）。移動経路では、ロボットハンド１２によって把持されたクリップ３１が、ストリンガー３２上で正確に配置されるように、ロボットハンド１２の位置及び角度が調整される。
【００３４】
その後、補正された移動経路に沿って、ロボットハンド１２がクリップ３１をストリンガー３２まで移動する（ステップＳ９）。これにより、ロボットハンド１２は、把持しているクリップ３１をストリンガー３２まで移動でき、ロボットハンド１２によって把持されたクリップ３１の位置及び角度を調整して、ストリンガー３２上にクリップ３１を正確に載置できる。
【００３５】
なお、上述した説明のように、移動経路を補正するのではなく、取得されたクリップ３１のずれて把持されている方向及びずれ量、傾いている向き及び傾き量に基づいて、ロボット制御部１７によって、ロボットハンド１２の位置又は傾きが、まず調整されてもよい。このとき、クリップ３１が、メモリに予め記録された基準位置又は基準傾きと同じになるように、ロボットハンド１２の位置又は傾きが調整される。
【００３６】
そして、ロボットハンド１２の位置又は傾きが調整された後、予め定められた移動経路に沿って、ロボットハンド１２がクリップ３１をストリンガー３２まで移動してもよい。この場合も、ロボットハンド１２は、把持しているクリップ３１をストリンガー３２まで移動でき、ロボットハンド１２によって把持されたクリップ３１がストリンガー３２上に正確に載置される。
【００３７】
以上より、本実施形態によれば、クリップ３１等の部品が、製造公差を持っており、製造された各部品において寸法や形状のずれがある場合や、ロボットハンド１２が把持するクリップ３１の位置関係や角度が、作業ごとにロボットハンド１２に対して一定ではない場合であっても、クリップ３１の位置や角度がロボットによって調整されるため、ロボットハンド１２が把持したクリップ３１をストリンガー３２上の正確な位置へ配置することができる。
【００３８】
例えば、図１０に示すように、クリップ３１の水平板部３１ａに対する垂直板部３１ｂの角度が、製造公差によって、正確な９０°ではない場合、従来の方法では、ロボットハンド１２に対する水平板部３１ａの角度を把握できない。そのため、予め定められた移動経路でクリップ３１を移動した後、図１０（ａ）に示すように、クリップ３１の底面がストリンガー３２の上面に対して傾いている場合、図１０（ｂ）に示すように、ロボットハンド１２がクリップ３１の把持を解除したとき、位置ずれが生じてしまう。
【００３９】
一方、本実施形態の場合、図３（ａ）に示すように、カメラ３による撮像結果に基づいて算出されたクリップ３１の位置及び角度に基づいて、ロボット制御部１７によってロボットハンド１２の傾きが調整される。このとき、クリップ３１の底面がストリンガー３２の上面に対して平行になるように、ロボットハンド１２の傾きが調整されることで、図３（ｂ）に示すように、ロボットハンド１２がクリップ３１の把持を解除したとき、位置ずれが起こらない。
【００４０】
また、図４に示すように、本来の把持位置でロボットハンド１２がクリップ３１を把持した場合、ロボットハンド１２とストリンガー３２の距離が所定間隔（図４に示す例では、リフレクタ１４とクリップ３１の底面の間隔：Ｌ）となるように、ロボットハンド１２を移動すれば、ストリンガー３２上にクリップ３１を適切に配置できる。また、図７に示すように、本来の把持角度（例えば水平方向）でロボットハンド１２がクリップ３１を把持した場合、ロボットハンド１２とストリンガー３２のなす角度が所定角度（例えば０°）となるように、ロボットハンド１２を移動すれば、ストリンガー３２上にクリップ３１を適切に配置できる。
【００４１】
これに対し、ロボットハンド１２がクリップ３１を把持したとき、図１１に示すように、本来の把持位置とは異なる位置で把持した場合（図１１に示す例では、リフレクタ１４とクリップ３１の底面の間隔：Ｌ１（＝Ｌ−ΔＬ））、従来の方法では、ロボットハンド１２に対するクリップ３１の位置を把握できないことから、予め定められた移動経路でロボットハンド１２を移動すると、ストリンガー３２上面とクリップ３１の底面の間隔にΔＬが生じてしまう。
【００４２】
また、ロボットハンド１２がクリップ３１を把持したとき、図１２に示すように、本来の傾き（例えば水平方向）とは異なる傾きで把持した場合、従来の方法では、ロボットハンド１２に対するクリップ３１の傾きを把握できないことから、予め定められた移動経路でロボットハンド１２を移動すると、ストリンガー３２上におけるクリップ３１の位置が、ストリンガー３２から離れた位置となったり傾いたりする。
【００４３】
これらのように、クリップ３１とストリンガー３２の間に隙間があり、互いに傾いた関係にある場合、クリップ３１とストリンガー３２の両者にリベット用の穴明けをすると、クリップ３１の穴の位置がストリンガー３２に対してずれてしまったり、穴の形状が楕円になってしまったりするという問題が生じる。また、反対に、クリップ３１の底面がストリンガー３２の上面よりも低い位置に移動された場合、クリップ３１をストリンガー３２に対して押し当てすぎてしまうという問題が生じる。
【００４４】
一方、本実施形態の場合、図５に示すように、カメラ３によって、クリップ３１の位置が検出された後、図６に示すように、カメラ３による撮像結果に基づいて算出されたクリップ３１の位置に基づいて、ロボット制御部１７によってロボットハンド１２の位置が調整される。クリップ３１の底面がストリンガー３２の上面に対して平行になるように、かつ、クリップ３１とストリンガー３２が適切に接触するように、ロボットハンド１２の位置が調整される。
【００４５】
また、本実施形態の場合、図８に示すように、カメラ３によって、クリップ３１の角度が検出された後（ΔＬ１≠ΔＬ２）、図９に示すように、カメラ３による撮像結果に基づいて算出されたクリップ３１の角度に基づいて、ロボット制御部１７によってロボットハンド１２の角度が調整される。クリップ３１の底面がストリンガー３２の上面に対して平行になるように、かつ、クリップ３１とストリンガー３２が適切に接触するように、ロボットハンド１２の傾きが調整されることで、ストリンガー３２に対してクリップ３１を正確な位置に配置でき、正確な穴明けを行うことができる。
【００４６】
以上、本実施形態によれば、ストリンガー３２に対してクリップ３１を正確な位置に配置できる。また、クリップ３１とストリンガー３２の両者に対して同時に穴明けを行った場合、位置ずれを起こすことなく正確な円形状で穴明けを行うことができる。
【符号の説明】
【００４７】
１      ：ロボット制御システム
２      ：ロボット
３      ：カメラ
４      ：位置検出装置
５      ：制御装置
１１    ：ロボット本体部
１２    ：ロボットハンド
１３    ：レーザートラッカー
１４    ：リフレクタ
１５    ：リフレクタ
１６    ：算出部
１７    ：ロボット制御部
３１    ：クリップ
３１ａ  ：水平板部
３１ｂ  ：垂直板部
【図１】
0006665040.tif 000002
【図２】
0006665040.tif 000003
【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】
0006665040.tif 000008
【図８】
0006665040.tif 000009
【図９】
0006665040.tif 000010
【図１０】
0006665040.tif 000011
【図１１】
0006665040.tif 000012
【図１２】
0006665040.tif 000013