(57)【要約】【課題】複数台のロボットで同一のワークを協調してハンドリングするロボットシステムを提供する。【解決手段】ワーク２０を搬送する搬送手段１と、ワーク２０を把持する複数台のロボットＡ、Ｂと、ロボットＡ、Ｂを制御するロボット制御装置１０と、搬送手段１の位置を検出する位置検出器３とを備え、ワーク２０を操作するロボットシステムにおいて、複数台のロボットＡ、Ｂの１つをマスタロボットとし、その他のロボットをスレーブロボットとし、ロボット制御装置１０は、位置検出器３の検出結果に基づいて搬送手段１の座標系上の位置を演算する搬送座標系位置検出部４と、マスタロボットの座標系をスレーブロボットの座標系へ変換するスレーブ座標系変換部８と、搬送手段位置検出部４で検出された位置をマスタロボットの座標系の位置に変換する搬送座標系変換部５と、を備え、複数台のロボット、Ｂを協調動作させ、１つのワーク２０を把持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを搬送する搬送手段と、前記ワークを把持する複数台のロボットと、前記複数台のロボットを制御するロボット制御装置と、前記搬送手段の位置を検出する位置検出器とを備えるロボットシステムにおいて、
前記複数台のロボットの１つをマスタロボットとし、その他のロボットをスレーブロボットとし、
前記ロボット制御装置は、
前記位置検出器の検出結果に基づいて前記搬送手段の座標系上における前記ワークの位置を演算する搬送座標系位置検出部と、
前記マスタロボットの座標系を前記各スレーブロボットの座標系へ変換するスレーブ座標系変換部と、
前記搬送手段位置検出部で検出された位置を前記マスタロボットの座標系の位置に変換する搬送座標系変換部と、を備え、
前記複数台のロボットを協調動作させ、１つの前記ワークを把持することを特徴とするロボットシステム。
【請求項２】
ワークを搬送する搬送手段と、前記ワークを把持する複数台のロボットと、前記複数台のロボットを制御するロボット制御装置と、前記搬送手段の位置を検出する位置検出器とを備えるロボットシステムにおいて、
前記複数台のロボットの１つをマスタロボットとし、その他のロボットをスレーブロボットとし、
前記搬送手段にて搬送される前記ワークを撮像するカメラと、
前記カメラにて撮像した撮像画像を画像処理する画像処理装置と、を備え、
前記ロボット制御装置は、
作業プログラムを格納するプログラム格納部と、
前記位置検出器の検出結果に基づいて前記搬送手段の座標系上における前記ワークの位置を演算する搬送座標系位置検出部と、
前記画像処理装置の処理結果に基づいて前記カメラにて撮像した時の前記ワークの位置及び前記ワークの品種情報を算出する品種判別部と、
前記品種判別部と前記搬送座標系位置検出部との結果から搬送座標系上の前記ワークの位置を検出するワーク位置検出部と、
前記ワーク位置検出部で検出された前記ワークの位置を前記マスタロボットの座標系の位置に変換する搬送座標系変換部と、
前記品種判別部の出力である前記品種情報に基づいて、前記プログラム格納部に格納された前記作業プログラムを読み出して、前記複数台のロボットの動作制御を行う系列動作制御部と、とを備えることを特徴とするロボットシステム。
【請求項３】
前記搬送座標系変換部で算出された前記ワークの前記マスタロボット座標系の座標値を前記スレーブロボットの座標系の座標値に変換する独立指令演算部とを備え、
前記系列動作制御部は、前記品種情報が前記複数台のロボットによる同一種類のワークに対して、各ロボットが独立して操作する品種の場合には、前記独立指令演算部へ前記搬送座標系変換部の結果を出力することを特徴とする請求項２記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記ロボット制御装置は、前記ロボットを動作させる駆動制御部を前記ロボット毎に備え、前記駆動制御部は、一定周期で同期して活性化され、前記ロボットを駆動することを特徴とする請求項１乃至３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、複数台のロボットによるパレタイジングのロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パレタイジングするロボット制御装置は、コンベアなどの搬送装置に載置されたワークを搬送装置と同期をとって、ロボットを動作させ、ワークを取り出し後、所定位置のパレットに整列させるというものであった。
第１の従来技術として、複数台のロボットで協調してパレタイジング動作を実行させるロボット制御装置の技術を図５に説明する。
ロボットＡ、Ｂは、１つのロボット制御装置１０で制御される。ロボットＡは、コンベア１００及び２００から送られてくるワーク３００を把持し、パレット１０４上にパレタイジングする、パレット１０４にワーク３００をパレタイジングするとき及びコンベア２００からワーク３００を取り出すときの作業領域に、ロボットＡ、Ｂが同時に進入しないようにロボットＡ、Ｂの干渉制御していた。このように、１つのパレットに対して、パレタイジング動作を２つのロボットで行うことができるため、作業のサイクルタイムが短縮される（特許文献１）。
また、第２の従来技術として、複数台のロボットを使用して、単一の搬送ワークを把持するロボット制御装置の技術が開示されている。複数台のロボットの各ハンドの手首部に取り付けれたセンサ及びエンドエフェクタと、エンドエフェクタを制御するエンドエフェクタコントローラを備えて、エンドエフェクタコントローラの出力により、ワークの位置ずれに対応してロボットを動作させるものである（特許文献２）
【特許文献１】特開平５−１１１８８８号公報
【特許文献２】特開平７−２０５０７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
生産設備のなかには、コンベアにワークがおかれて搬送されてきたものをロボットが、取り出し、溶接やシーリングをするという工程がある。たとえば、ワークが自動車のフレームなどの場合、ワーク自体が大きいため、大きな可搬重量を持つ大型ロボットが必要となる。大型ロボットでは、動作範囲が大きく、ロボットの周辺設備との干渉などの問題に対応するため、ロボットに各種の設定（動作範囲の制限）を施していた。しかし、ロボットを動作させる範囲が狭い場合、複数台のロボットで同一のワークを協調して搬送することが効率がよい。
また、ワークの外形が大きいが重量が小さい場合には、ワークが変形しないように複数の個所を把持してパレタイジングする必要があり、このときに、ロボットの手先部に装着するハンドも大きなものになり、実際にハンドリングするワークよりもハンドの方が重いという場合もある。また、自動車などの多種混流ラインなどでは、車種に応じたハンドを複数用意し、車種信号をロボット制御装置に入信させ、その車種信号により、車種に応じたハンドを装着するなどの工夫をしていた。
上記のような課題を解決するために、第１の従来技術を適用した場合、同一のワークに対して複数台のロボットを適用できない、という問題があった。また、第２の従来技術を適用した場合、搬送手段に同期することができない、という問題があった。第２の従来技術と第１の従来技術を組み合わせても、搬送装置の座標系と２台のロボットの座標系に関しての記載がなく、現実に組み合わせることができない。
【０００４】
本発明は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、複数台のロボットで同一のワークを協調してハンドリングするロボットシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１記載のロボットシステムは、ワークを搬送する搬送手段と、前記ワークを把持する複数台のロボットと、前記複数台のロボットを制御するロボット制御装置と、前記搬送手段の位置を検出する位置検出器とを備えるロボットシステムにおいて、前記複数台のロボットの１つをマスタロボットとし、その他のロボットをスレーブロボットとし、  前記ロボット制御装置は、前記位置検出器の検出結果に基づいて前記搬送手段の座標系上における前記ワークの位置を演算する搬送座標系位置検出部と、前記マスタロボットの座標系を前記各スレーブロボットの座標系へ変換するスレーブ座標系変換部と、前記搬送手段位置検出部で検出された位置を前記マスタロボットの座標系の位置に変換する搬送座標系変換部と、を備え、前記複数台のロボットを協調動作させ、１つの前記ワークを把持することを特徴とするものである。
【０００６】
本発明の請求項２記載のロボットシステムは、ワークを搬送する搬送手段と、前記ワークを把持する複数台のロボットと、前記複数台のロボットを制御するロボット制御装置と、前記搬送手段の位置を検出する位置検出器とを備えるロボットシステムにおいて、前記複数台のロボットの１つをマスタロボットとし、その他のロボットをスレーブロボットとし、前記搬送手段にて搬送される前記ワークを撮像するカメラと、前記カメラにて撮像した撮像画像を画像処理する画像処理装置と、を備え、前記ロボット制御装置は、作業プログラムを格納するプログラム格納部と、前記位置検出器の検出結果に基づいて前記搬送手段の座標系上における前記ワークの位置を演算する搬送座標系位置検出部と、前記画像処理装置の処理結果に基づいて前記カメラにて撮像した時の前記ワークの位置及び前記ワークの品種情報を算出する品種判別部と、前記品種判別部と前記搬送座標系位置検出部との結果から搬送座標系上の前記ワークの位置を検出するワーク位置検出部と、前記ワーク位置検出部で検出された前記ワークの位置を前記マスタロボットの座標系の位置に変換する搬送座標系変換部と、前記品種判別部の出力である前記品種情報に基づいて、前記プログラム格納部に格納された前記作業プログラムを読み出して、前記複数台のロボットの動作制御を行う系列動作制御部と、とを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の請求項３記載のロボットシステムは、前記搬送座標系変換部で算出された前記ワークの前記マスタロボット座標系の座標値を前記スレーブロボットの座標系の座標値に変換する独立指令演算部とを備え、前記系列動作制御部は、前記品種情報が前記複数台のロボットによる同一種類のワークに対して、各ロボットが独立して操作する品種の場合には、前記独立指令演算部へ前記搬送座標系変換部の結果を出力することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の請求項４記載のロボットシステムは、前記ロボット制御装置は、前記ロボットを動作させる駆動制御部を前記ロボット毎に備え、前記駆動制御部は、一定周期で同期して活性化され、前記ロボットを駆動することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、搬送手段により搬送される同一のワークに対して、複数台のロボットでハンドリングができるために、柔軟性の高い生産設備を構築することができるという格段の効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態として図１〜図７に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１１】
実施例１について、図１〜図３を参酌して説明する。
図１は、システム構成を示すものである。ロボットＡ、ロボットＢは、ロボット制御装置１０により動作制御される。搬送手段として、コンベアを使用した例を説明する。コンベア１は、コンベア駆動部２により駆動される。コンベア駆動部２は、電動により回転される構造のものである。コンベア１は、コンベア駆動部２の回転動作を矢印の方向の運動に変換する駆動機構を備えている。このコンベア駆動部２は、外部からの駆動電流により回転するようになっている。また、コンベア駆動部２には、回転位置を検出する位置検出器３が取り付けられている。
コンベア１により搬送されるワーク２０が、基準位置を通過することを検知するために、センサ５０が設置されている。このセンサ５０は、ワーク２０を検知すると、信号をロボット制御装置１０の搬送座標系検出部４に出力する。
ロボット制御装置１０は、ロボットＡを駆動する駆動制御部９Ａ、ロボットＢを駆動する駆動制御部９Ｂを含んでいる。ロボット制御装置１０は、プログラム格納部６にロボットＡ、ロボットＢ動作させるプログラムを格納している。
【００１２】
位置検出器３は、ロボット制御装置１０の位置検出部４に接続されている。位置検出器３は、回転するコンベア駆動部２の角度データを出力する。
ワーク２０がコンベア１により搬送され、センサ５０が検知すると、その検知したときの角度データを記憶する。搬送座標系位置検出部４では、このセンサ５０が検知したときの角度データと現在の角度データから、ワーク２０の搬送座標系上の位置を求める。この搬送座標系については、図２を示して後述する。
搬送座標系位置検出部４から搬送座標系上の位置が検出される。搬送座標系変換部５は、搬送座標系位置検出部４の検出した搬送座標系上の位置をマスタロボットの座標系に変換する。
【００１３】
次に、実際の動作について説明する。
外部からの信号（たとえば、外部の制御装置からの入信またはロボット制御装置１０に取り付けられているスタートボタン）により、指定されたプログラムが、プログラム格納部６から読み出される。このプログラムには、ロボットＡ、ロボットＢの移動位置およびその移動区間の軌跡補間方法が教示されている。
ロボットＡ、ロボットＢの軌跡演算をする場合、まず、マスタロボットであるロボットＡのマスタロボットの座標系において、軌跡演算を行う。このマスタロボットの座標系上の軌跡演算結果は、あくまでも教示されたプログラムの演算結果であり、コンベアの移動量は、加味されていない。協調指令演算部７は、教示された位置から、マスタロボットの座標上の軌跡を演算し、搬送座標系変換部５により変換されたマスタロボットの座標系のコンベア移動量を加算する。すなわち、協調指令演算部７では、コンベア移動量を修正量として、ロボットＡ、およびロボットＢの軌跡がマスタロボットの座標系上で演算される。
【００１４】
協調指令演算部７は、駆動制御部９ＡにロボットＡの指令を出力する。これは、協調指令演算部７で演算した軌跡は、マスタロボットの座標系上の軌跡であり、ロボットＡは、マスタロボットであるからである。また、協調指令演算部７は、ロボットＢのマスタロボットの座標系上の指令をスレーブ座標系変換部８に出力する。スレーブ座標系変換部８では、ロボットＢのマスタロボットの座標系上の軌跡を、ロボットＢであるスレーブロボットの座標系上の軌跡に変換する。スレーブ座標系変換部は、駆動制御部９ＢにロボットＢの駆動指令を出力する。
このときには、協調指令演算部７から出力された指令は、駆動指令部９Ａ、駆動指令部９Ｂには、同一のタイミングで処理される。これは、ロボット制御装置１０内のマシンクロックと呼ばれる一定周期の同期信号により、各駆動制御部９Ａ、９Ｂは活性化される構成になっている。
【００１５】
図２を参照して、搬送座標系とマスタロボットであるロボットＡの座標系の関係を説明する。
通常ロボットは、ロボット毎に固有の演算座標系上の位置で制御されている。図２のロボットＡのロボット座標系の原点は、ＭＯである。また、コンベア１の搬送座標系の原点は、ＣＯである。この搬送座標系は、原点ＣＯ、コンベア１の進行方向をＸ軸、コンベア１の搬送平面をＸＹ平面として、定義される。
ここで、搬送座標系上でのワーク２０の重心位置をＷC、ロボットＡの座標系と搬送座標系の変換行列をＴとおくと、ロボットＡの座標系上でのＷの位置ＷAは、
ＷA  ＝  Ｔ・ＷC  ・・・（１）
にて算出される。
搬送座標系変換部５では、この変換行列Ｔを記憶している。
【００１６】
図３を参照して、マスタロボットであるロボットＡとスレーブロボットであるロボットＢの座標系について説明する。
ロボットＡのロボット座標系の原点をＭＯ、ロボットＢのロボット座標系の原点をＳＯとする。また、ロボットＡの制御点をＰＡ、ロボットＢの制御点をＰＢとする。この発明でいう協調制御とは、ＰＡを動作させても、ＰＡとＰＢの相対的位置及び姿勢を指定された関係となるようにＰＢを動作させる制御である。
ロボットＡのロボット座標系とロボットＢのロボット座標系の変換行列をＲとし、ロボットＡのロボット座標系上の点ＰＡをＭAとして、ロボットＢのロボット座標系上の点ＰＢをＳBとする。ここで、ロボットＡの点ＰＡを原点とするツール座標系上から見たときの点ＰＢをＭBとすると、
ＭB ＝  （ＭA）-1・Ｒ・ＳB  ・・・（２）
となる。ただし、（ＭA）-1は、ＭAの逆行列である。
【００１７】
協調指令演算部７では、上述したように、ロボットＡ、ロボットＢの各ロボットのマスタロボット座標系上での軌跡が演算される。マスタロボット座標系のロボットＡ、ロボットＢの目標位置をＭA、ＭBとすると、（２）式がなりたつ。
ここで、（１）式に示すように、ＷAが演算される。つまり、コンベア１のワークを把持するときのロボットＡが、ＷAの位置を把持する場合には、
ＭA  ＝  ＷA ・・・（３）
となる。
（２）（３）式から、
ＭB ＝  （ＷA）-1・Ｒ・ＳB  ・・・（４）
となる。
協調指令演算部７は、（４）式で算出された目標位置をスレーブ座標系変換部８に出力する。
また、（３）式で算出された目標位置を駆動制御部９Ａに出力する。
【００１８】
スレーブ座標系変換部８は、（４）式より、
ＳB  ＝  Ｒ-1・ＷA・ＭB     ・・・（５）
となり、ロボットＢのロボット座標系上の位置及び姿勢を算出する。
以上に説明したように、駆動制御部９Ａ、駆動制御部９Ｂに各ロボット座標系上でのロボットの位置及び姿勢に関する指令が出力される。この後、複数台のロボットが同一ワークを把持して作業を行う。また、２台のロボットが搬送手段からワークを取り出し後、１台のロボットのみワークを把持して作業することもできる。
【実施例２】
【００１９】
実施例２を図４を参照して、説明する。
実施例２と実施例１の違いは、実施例２では、ワーク２０、ワーク３０が混流して、コンベア１に載置されることである。実施例１と異なる構成について、以下に説明する。
カメラ２１は、コンベア１の上に配置されている。この位置は、ロボットＡ、ロボットＢがワークをパレタイジングする位置より、上流の位置である。カメラ２１は、画像処理装置２２に接続される。画像処理装置２２は、カメラ２１からの入力画像を取り込んで、画像解析するものである。この解析内容は、カメラ座標系での２次元位置、及び、ワークの種類の判別である。
【００２０】
画像処理装置２２は、ロボット制御装置１０内の品種判別部２３に接続されている。品種判別部２３は、画像処理装置２２にて、検出した対象物の品種を判別する。たとえば、ワーク２０、ワーク２３は、予め特徴点を基準画像として登録しておく。このとき、カメラ２１に撮像した画像が、画像処理装置２２に入力され、その入力された画像と基準画像との相関係数を算出し、その相関係数を画像処理装置２２が、品種判別部２２に出力する。
また、同時に、カメラ座標系上の位置座標値を送信される。品種判別部２３では、品種情報を系列動作制御部２４に出力し、位置座標値をワーク位置検出部２５に出力する。
【００２１】
ワーク位置検出部２５では、位置検出部４の搬送座標系上の移動量と、品種判別部２３から出力されたカメラ座標系上の座標値とから、搬送座標系のワークの座標値を算出する。
この搬送座標系上のワークの位置を搬送座標系変換部５により、マスタロボットの座標系上の座標値に変換する。
変換されたマスタロボットの座標系上の位置を系列制御部２４に出力する。系列動作制御部２４は、まず、判別された品種が、ロボットＡとロボットＢの独立作業、ロボットＡとロボットＢの協調作業かを判断する。独立作業とは、個別のワーク３０に対して、おのおのハンドリングを作業する場合である。
ワーク２０は、ロボットＡ、ロボットＢの協調作業、ワーク３０は、ロボットＢの独立作業とする。系列動作制御部２４は、品種判別部２３からの品種情報に基づいて、プログラム格納部６から、その品種に該当するプログラムを読み出す。該当ワークの品種が、ワーク２０である場合、系列制御部２４は、実施例１のように協調指令演算部７、スレーブ座標系変換部８を介して、駆動制御部９Ｂに指令を出力し、ロボットＢを駆動する。
【００２２】
該当ワークの品種が、ワーク３０である場合、系列制御部２４は、独立指令演算部２６にて、ロボットＡ、ロボットＢの軌跡演算を行う。ロボットＡについては、搬送座標系変換部５にて、コンベア１の搬送座標系から、ロボットＡの座標系に変換されているため、プログラム格納部６の教示位置と搬送座標系変換部５とに基づいて、駆動指令部９Ａへ指令を出力する。また、ロボットＢの位置および姿勢については、以下に説明する。
ここで、ロボットＡの座標系とロボットＢの座標系との関係を変換行列Ｒとすると、
ワーク２０の重心位置ＷAは、ロボットＢの座標系上のＷBで表すと、
ＷB  ＝  （ＷA）-1・Ｒ  ・・・（６）
となる。
つまり、このＷBの位置をプログラム格納部６に格納された目標位置に加算することで、ロボットＢのロボット座標系の位置及び姿勢データが算出される。
このようにロボットＢの指令を演算した後、独立指令演算部２６は、駆動指令部９Ｂへ指令を出力する。
【００２３】
以上のように、本実施例では、ワークの種類に応じて、複数のロボットを独立制御または協調制御できることになり、柔軟性の高い生産設備に適用できる。
また、実施例１および２では、ロボットを２台使用して説明したが、ロボット３台以上の場合も同様にして、動作制御できる。また、センサは画像処理を用いたが、他のセンサでも同様な効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
搬送手段により搬送される同一のワークに対して、複数台のロボットでハンドリングするロボットシステムに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例１のシステム構成図
【図２】本発明のロボットＡと搬送座標系の説明図
【図３】本発明のロボットＡとロボットＢの座標系説明図
【図４】本発明の実施例２のシステム構成図
【図５】従来技術の図
【符号の説明】
【００２６】
Ａ、Ｂ：ロボット
１：コンベア
４：位置検出部
５：搬送座標系変換部
６：プログラム格納部
７：協調指令演算部
８：スレーブ座標系変換部
９Ａ、９Ｂ：駆動制御部
１０：ロボット制御装置
２０、３０：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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