JP3702257B2 - ロボットハンドリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットによりワーク等の対象物を一方から他方へ引き渡すロボットハンドリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワークの加工や、部品や製品の組立作業を自動的に行う場合、前工程から次の工程にワーク等の対象物を受け渡す手段としてロボットが使用される。次の工程が工作機械等の加工機による対象物に対する加工の場合、対象物を正確に位置決めしなければ、対象物は工作機械の取付治具等に取り付けられなくなる。同様に他の加工や部品等の組立においても、ロボットハンドで把持された対象物を正確に位置決めできなければ、次の工程の作業に支障を来す。
【０００３】
そのため、従来は、ロボットが対象物を正確な位置姿勢で把持するように、対象物位置決め用治具付きパレットで対象物を供給し、ロボットハンドで把持するようにしている。又、ロボットにより対象物を把持する際にも、対象物とハンドの相対位置ずれが発生しないように対象物毎に対象物の形状にあわせてハンドを用意していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
パレットに対象物毎の位置決め手段を設けてパレットに対象物を位置決めして対象物を供給すれば、ロボットに対してはその把持位置を教示すれば足りるので、便利な面を有する。しかし、この対象物位置決め用治具付きパレットが高価であることやパレットの枚数が対象物の品種に応じて多数必要になるという問題がある。
又、何らかの原因でパレット上の対象物がずれた場合、ロボットにより対象物を把持できなくなり、作業工程が停止するという問題もある。
【０００５】
さらに、ロボットハンドで対象物を把持できても、把持位置等がずれ、ハンドと対象物に相対的なずれが発生した場合、次の工程にこの対象物を引き渡す際に、不具合が発生することがある。例えば、次の工程が工作機械等の加工機による加工の場合、対象物とハンドとの相対位置姿勢がずれていると、加工機の対象物取付治具に対象物を取り付けることができないという不具合が発生する。
【０００６】
又、対象物を正確な位置姿勢で把持できるように、対象物の形状等にあわせて、ハンドを用意するものとすると、ハンドの数量が多くなり、その分製造コスト等が高くなる。さらには、ハンド置き装置がハンド数分必要となり、占有空間が拡大し、コストアップに繋がる。
本発明は上述した従来の技術の問題点を解決しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
供給する対象物をロボットによりハンドリングし、該対象物を所定の位置姿勢で次の工程に受け渡すロボットハンドリング装置において、本願請求項１に係わる発明は、供給された対象物の位置を検出する第１の検出手段と、把持指がサーボモータで駆動され、前記把持指の位置決め制御により、形状が異なる対象物を把持することが可能な把持指の位置の制御が可能なサーボハンドと、前記検出された位置に基づいて前記ロボットの前記ハンドを前記対象物の把持位置に位置決めし把持させる手段と、前記対象物が前記ハンドで把持された状態で、前記対象物と前記ハンドとの相対位置姿勢を検出する３次元視覚センサで構成された第２の検出手段と、前記把持位置で前記対象物を前記ハンドにより把持した状態で、前記ハンドが前記第２の検出手段に対して所定の検出位置姿勢になるよう、前記ハンド又は前記第２の検出手段を移動させる手段と、前記第２の検出手段で検出された前記対象物と前記ハンドとの相対位置姿勢と、前記対象物を次の工程に受け渡すための該対象物の所定の位置姿勢に基づいて前記ハンド又は前記ロボットの位置姿勢を求める手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
又、請求項２に係わる発明は、上述した第１の検出手段を、２次元視覚センサ又は３次元視覚センサで構成する。又、請求項３に係わる発明は、前記第１の検出手段が第２の検出手段を兼ねるようにし、請求項４に係わる発明は、第２の検出手段を別途設けられたロボットに取り付け、移動可能としたものである。また、請求項５に係わる発明は、前記次の作業工程への受け渡しを、工作機械の治具に対する対象物の取付としたものである。
【００１０】
さらに、請求項６に係わる発明は、対象物の形状に対応し、前記把持指の位置決め制御で前記対象物を把持できるようにしたものである。請求項７に係わる発明は、サーボハンドの把持指を駆動するサーボモータへの指令トルクを対象物に応じて変更することで、該対象物の材質や形態等に応じて把持するようにしたものである。請求項８に係わる発明は、前記ハンドを前記ロボットの制御装置によって制御するようにしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態においてロボットにより対象物をパレットから取り出す状態を示す斜視図、図２は、対象物を加工機の対象物取付治具に取り付けている状態を示す斜視図である。
【００１２】
自動倉庫２０にパレット１１上に載置されて保管されている対象物Ｗは搬送手段２２でパレット１１上に載置された状態で対象物供給位置に供給される。この対象物供給位置と工作機械等の加工機３０の設置位置の近傍には、対象物Ｗをパレット１１から取り出し、工作機械等の加工機３０の部品取付治具（対象物取付治具）３１に引き渡す第１のロボットの本体１０ｂが配設されている。
【００１３】
さらに、対象物供給位置には、供給された対象物Ｗの位置姿勢を検出する第１の検出手段を構成する第１の視覚センサ２３が配置されている。この第１の視覚センサ２３は２次元視覚センサで構成してもよく、対象物の位置姿勢をより正確に検出するために３次元視覚センサで構成してもよい。
【００１４】
又、この実施形態では、第１のロボットの本体１０ｂの動作範囲近傍に第２のロボット４０が配置され、該第２のロボット４０の手首には、第２の検出手段を構成する第２の視覚センサ４１が取り付けられている。この第２の視覚センサ４１は、第１のロボットの本体１０ｂの手首に取り付けられたハンド２１によって把持された対象物Ｗのハンド２１に対する相対位置を検出するものである。第１のロボット本体１０ｂのハンド２１で把持された対象物Ｗとハンド２１の把持位置姿勢のずれが検出できる位置に第２の視覚センサ４１のセンサ部を配置できるように第２のロボット４０を配置している。
【００１５】
第１のロボット本体１０ｂの手首に取り付けられたハンド２１は、サーボモータで把持指が駆動されるハンド、すなわちサーボハンドで構成されており、把持位置、把持力が制御できる構成になっている。又、この把持指を駆動するサーボモータは第１のロボットの制御装置１０ａのサーボ制御部５によって制御されるようにしている。
【００１６】
図３は、本実施形態におけるロボットハンドリング装置の制御部を構成する第１のロボットの制御装置１０ａの要部ブロック図であり、従来のロボット制御装置と同一構成である。符号７で示されるバスに、メインプロセッサ１、ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭなど）からなるメモリ２、教示操作盤用インターフェイス３，外部装置用のインターフェイス６及びサーボ制御部５が接続されている。又、教示操作盤用インターフェイス３には教示操作盤４が接続されている。
【００１７】
ロボット及びロボット制御装置の基本機能を支えるシステムプログラムは、メモリ２のＲＯＭに格納されている。又、アプリケーションに応じて教示されるロボットの動作プログラム並びに関連設定データは、メモリ２の不揮発性メモリに格納される。メモリ２のＲＡＭは、プロセッサ１が行う各種演算処理におけるデータの一時記憶の記憶領域として使用される。
【００１８】
サーボ制御部５は、サーボ制御器５a1〜５an（ｎ：ロボットの総軸数及びサーボハンドの可動軸数、）を備えており、各サーボ制御器５a1〜５anは、プロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成され、各軸を駆動するサーボモータの位置・速度のループ制御、さらには電流ループ制御を行っている。いわゆる、ソフトウエアで位置、速度、電流のループ制御を行うデジタルサーボ制御器を構成している。サーボ制御器５a1〜５anの出力は各サーボアンプ５b1〜５bnを介して各軸サーボモータＭ１〜Ｍｎを駆動制御する。なお、図示はしていないが、各サーボモータＭ１〜Ｍｎには位置・速度検出器が取り付けられており、該位置・速度検出器で検出した各サーボモータの位置、速度は各サーボ制御器５a1〜５anにフィードバックされるようになっている。又、入出力インターフェイス６には、第１の視覚センサ２３、第２の視覚センサ４１、第２のロボット４０の制御装置、加工機３０の制御装置、自動倉庫２０の制御装置、さらにはロボットの周辺機器に接続されている。
【００１９】
上述したロボット制御装置の構成は、従来のロボット制御装置の構成と何等変わりはない。本発明は、このようなロボット制御装置によってロボットハンドリング装置としての制御部を構成するものである。
【００２０】
次に本実施形態の動作を説明する。図４は、図３に示すロボットハンドリング装置の制御部（第１のロボットの制御装置１０ａ）がロボットハンドリング装置としての制御を行う動作処理のフローチャートである。
加工機３０の制御装置より対象物取付指令がインターフェース６を介してこのロボットハンドリング装置の制御部（第１ロボットの制御装置）１０ａに入力されると、メインプロセッサ１は、図４に示す処理動作を開始する。
【００２１】
まず、第１の視覚センサ２３に対象物撮像指令をインターフェース６を介して出力し、第１の視覚センサ２３から、位置補正量が送られてくるのを待つ（ステップＳ１，Ｓ２）。第１の視覚センサ２３は対象物Ｗを撮像し、予め設定されている対象物の基準位置姿勢からのずれを求め、位置補正量としてロボットハンドリング装置の制御部１０ａに送信する。
【００２２】
メインプロセッサ１は、予め教示されている対象物を把持する位置姿勢と第１の視覚センサ２３から受信した位置補正量に基づいて、対象物取り出し把持位置姿勢を補正し、該位置姿勢に第１のロボット本体１０ｂを移動させハンド２１を動作させ対象物Ｗを把持する動作指令を出力する（ステップＳ３）。さらに、第２のロボット４０の制御装置に対して対象物撮像位置へ移動するよう指令する（ステップＳ４）。
【００２３】
次に、ハンド２１を駆動するサーボモータの出力トルク（駆動電流）が設定トルクに達したかによって対象物Ｗを把持完了したか判断する（ステップＳ５）。なお、力センサを設けて、把持力を検出して対象物を把持したかを判別するようにしてもよい。把持完了が検出されると、第２の視覚センサ４１による撮像位置への移動指令を出力し移動させる（ステップＳ６）、自動倉庫２０の制御装置へ対象物取り出し完了信号を出力する（ステップＳ７）。自動倉庫２０の制御装置はこの信号を受けて、空になったパレット１１を自動倉庫にもどし、対象物が載置された新たなパレット１１を対象物供給位置へ供給する。
【００２４】
そしてメインプロセッサ１は、第２の視覚センサ４１に対象物撮像指令を出力する（ステップＳ８）。第２の視覚センサ４１は撮像し、予め設定されている基準となるハンドと対象物の相対位置のずれ量を求め、把持位置ずれ補正量としてロボットハンドリング装置の制御部１０ａに送信する。ロボットハンドリング装置の制御部１０ａのメインプロセッサ１は、この把持位置ずれ補正量を受信した後（ステップＳ９）、第２のロボット４０へホームポジションに移動するよう指令し（ステップＳ１０）、教示されている加工機３０の対象物クランプ位置を把持位置ずれ補正量に基づいて補正し、該補正されたクランプ位置にロボットハンド２１を移動させる（ステップＳ１１）。
【００２５】
そして加工機３０から対象物クランプ完了の信号を受けて（ステップＳ１２）、ハンド２１を開き第１のロボット本体１０ａをホームポジションに移動させ（ステップＳ１３）、対象物Ｗの加工機３０への受け渡し処理を終了する。
【００２６】
対象物Ｗを把持するハンド２１を本実施形態では、サーボモータで駆動されるサーボハンドとしている。そのため、把持する対象物Ｗの形状が異なっても、ハンド２１の把持指の位置決め制御により正確に把持することができる。又、予め所望の把持力を得る指令トルクをこの把持指を駆動するサーボモータのサーボ制御部に設定しておくことで、対象物の形状、材質、硬度、重量に応じて、所望の把持力を得ることができる。従って、対象物の形状が異なっても、その対象物の形状にあわせて把持位置を調整できるから、対象物の形状に合わせてハンドを数多く用意する必要がなく、ハンド数を削減することができる。さらに、ハンドの把持指の位置の制御ができるから、パレット上に載置された対象物の間隔が隣接していても、対象物を把持できることにより、パレット上に多数の対象物の載置が可能になり、パレットの積載効率を向上させることができる。
【００２７】
又、このサーボハンドのサーボモータを制御するサーボ制御器は、このサーボハンドを取り付けた第１のロボットの制御装置によって制御することによって、ハンド専用の制御装置が不要となる分コストを低減させることができると共に、第１のロボット動作と連動、同期してハンドの動作をさせることができ、作業効率を上げることができる。
【００２８】
上述した実施形態では、第１の視覚センサ２３と第２の視覚センサ４１の２つの視覚センサを設けたが、１つの視覚センサでこの二つの視覚センサを兼ねるようにしてもよい。例えば、第２のロボット４０を駆動して、該第２のロボット４０に取り付けた視覚センサ４１を対象物供給位置での対象物撮像位置に移動させて、対象物Ｗの位置姿勢を撮像してその位置姿勢のずれを検出し、第１のロボットの制御装置１０ａに送るようにする。すなわち、上述した実施形態の第１の視覚センサ２３の作用をなすようにすればよい。そして、ハンド２１で把持された対象物をも所定位置姿勢で撮像し、ハンド２１に対する対象物の相対位置姿勢のずれを検出するようにする。すなわち上述した第２の視覚センサ４１の作用をも行わせるようにする。
【００２９】
また、第２の視覚センサ４１を上述した実施形態では第２のロボット４０の手首に取り付けたが、ロボットに取り付けずに、所定の位置にこの第２の視覚センサ４１を固定して配置し、この第２の視覚センサ４１に対して第１のロボットが所定の位置姿勢でハンド及び把持する対象物を撮像するようにしてもよい。さらに、対象物の形状や対象物を把持する第１のロボット本体１０ａの動作範囲にもよるが、第１のロボット本体１０ａで対象物Ｗを把持した後、対象物供給位置の対象物を撮像する第１の視覚センサ２３によって、対象物Ｗを把持した状態のハンドを撮像してそのハンド２１と対象物Ｗの相対位置ずれを検出するようにしてもよい。
【００３０】
上述した実施形態では、加工機への対象物の引き渡し取付作業の例を説明したが、その他、多用な用途に使用できるものである。例えば、
ａ．溶接位置へ板金等の対象物を供給するときもハンドと対象物のずれを補正して対象物を正確に溶接位置に移動させることができる。又、板金等の溶接しようとする対象物をハンドで把持した状態で溶接を行う溶接作業においても、ハンドと対象物の相対位置ずれが補正されて対象物を把持するロボットが移動することになるから、溶接位置のずれはほとんどなくなり正確な溶接が可能である。
ｂ．自動車や電子部品等の組立作業においても、ハンドで把持した部品のハンドに対する相対位置ずれが補正されて部品を把持するロボットが移動して組み立て作業がなされるから、部品を組み立て位置に正確に位置決めすることができ、組立作業効率を向上させることができる。
ｃ．対象物を自動検査する作業の場合、ハンドで対象物を把持し、検査位置に対象物を位置決めする場合、ハンドと対象物の相対位置ずれが補正されて位置決めされるから、対象物を常に所定位置姿勢で検査でき、検査効率を上げることができる。
ｄ．対象物をバリとり位置に供給するときや、ロボットハンドで把持した状態で対象物のバリとりを行う場合においても、ハンドと対象物の相対位置ずれが補正されて対象物はロボットにより移動させられるから、対象物の所定位置から正確にバリを除去することができる。
ｅ．シーリング作業で、シーリング位置に対象物を供給するとき、さらには、対象物をハンドで把持して対象物をロボットによって移動させながらシーリング作業を行うときはにおいても、同様にハンドと対象物のずれが補正されるから正確なシーリング作業ができる。
ｆ．さらに塗装作業における対象物の塗装位置への供給作業、成形機におけるインサート部品の金型へのインサート位置への供給作業においても、ハンドと対象物の位置ずれが補正されるものであるから、正確に位置決めができ作業効率を向上させることができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、ロボットハンドによる対象物に対する把持位置がずれても、ロボットにより正確に対象物を所望の位置に位置決めできるので作業効率を上げることができる。又、パレットに対象物位置決め用の治具を備えなくとも、対象物の受け渡しを正確にすることができ、パレットに対象物位置決め用治具を備える必要がない分コストを下げることができる。さらに、対象物の形状、硬度、材質、重量等が異なっても、又、対象物が隣接していても、把持が可能であるから、対象物にあわせてハンドを数多く備える必要がなく、パレットの積載効率を上げることができ、この分コスト削減になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態においてロボットにより対象物をパレットから取り出す状態を示す斜視図である。
【図２】 同実施形態において対象物を加工機の対象物取付治具に取り付けている状態を示す斜視図である。
【図３】 同実施形態の制御部の要部ブロック図である。
【図４】 同実施形態における動作処理フローチャートである。
【符号の説明】
１０ａ 第１のロボットの制御装置
１０ｂ 第１のロボット本体
１１ パレット
２０ 自動倉庫
２１ ハンド
２２ 搬送手段
２３ 第１の視覚センサ
３０ 加工機
３１ 部品取付治具
４０ 第２のロボット
４１ 第２の視覚センサ
Ｗ 対象物

Claims (8)

1. 供給する対象物をロボットによりハンドリングし、該対象物を所定の位置姿勢で次の工程に受け渡すロボットハンドリング装置において、
   供給された対象物の位置を検出する第１の検出手段と、
   把持指がサーボモータで駆動され、前記把持指の位置決め制御により、形状が異なる対象物を把持することが可能な把持指の位置の制御が可能なサーボハンドと、
   前記検出された位置に基づいて前記ロボットの前記ハンドを前記対象物の把持位置に位置決めし把持させる手段と、
   前記対象物が前記ハンドで把持された状態で、前記対象物と前記ハンドとの相対位置姿勢を検出する３次元視覚センサで構成された第２の検出手段と、
   前記把持位置で前記対象物を前記ハンドにより把持した状態で、前記ハンドが前記第２の検出手段に対して所定の検出位置姿勢になるよう、前記ハンド又は前記第２の検出手段を移動させる手段と、
   前記第２の検出手段で検出された前記対象物と前記ハンドとの相対位置姿勢と、前記対象物を次の工程に受け渡すための該対象物の所定の位置姿勢に基づいて前記ハンド又は前記ロボットの位置姿勢を求める手段と、
   を備えたことを特徴とするロボットハンドリング装置。
2. 第１の検出手段が２次元視覚センサ又３次元視覚センサであることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンドリング装置。
3. 第１の検出手段が第２の検出手段を兼ねることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロボットハンドリング装置。
4. 前記第２の検出手段が、別途設けられたロボットに取り付けられた請求項１又は請求項２に記載のロボットハンドリング装置。
5. 前記次の作業工程への受け渡しは、工作機械の治具に対する対象物の取付であることを特徴とする請求項１乃至４の内いずれか１項に記載のロボットハンドリング装置。
6. 前記対象物の形状に対応し、前記把持指の位置決め制御で前記対象物を把持することを特徴とする請求項５に記載のロボットハンドリング装置。
7. 前記ハンドは、前記対象物を把持する際に、該対象物に応じて指令トルクを変更することで、該対象物を把持することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載のロボットハンドリング装置。
8. 前記ハンドが、前記ロボットの制御装置によって制御される請求項１乃至７の内いずれか１項に記載のロボットハンドリング装置。

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