JP4820395B2 - ロボットの作業位置修正システムおよびそのシステムを備えた簡易設置型ロボット - Google Patents

Description

本発明は、作業用の複数の撮像手段、作業腕、および台車を備える移動可能な簡易設置型ロボットに関するものであり、詳しくは、その簡易設置型ロボットの作業位置が大きく移動した際の作業位置修正システムに関するものである。

今日の産業用ロボットの多くは、高速化され、人では為し得ない重量物の移動や組立て、悪環境での作業等に使用されている。一方で、社会の少子高齢化による人手不足対策やさらなる生産効率の向上のために、コンピュータによる総合自動化方式へと生産方式を変え、社会環境の変化に対応していく動きもある。

このような市場動向から、人的能力が中心のセル生産方式（需要に対応した変機種変量生産方式）の作業においても、単純で単調な作業を繰り返す組立て作業などは、人間に代わって人間と混在して稼動できる双腕を備えたヒューマノイドロボットのような自律形の産業用ロボットへのニーズが高まっている。

それゆえ今後は、例えば特許文献１記載の双腕ロボットのように、人と共存、協調することが予定されるロボットが多くなると予想される。
特開２００５−２３８３５０号公報

作業腕を持つ産業用ロボットは、主に作業腕を振り回すことにより各種作業を行う。対象作業としては、工場の出荷工程や倉庫での製品運搬などに供されるパレタイズ作業、ワークへの溶剤塗布などに供されるシーリング作業、プラスチック成形時のゲートカット作業、NC旋盤との組み合わせ等工作機械でのワーク取付け・取外し作業、クリーンルーム内等特別な空間での特殊作業等々があげられ、また、その動作は一見しただけでは予想がつきにくい。

このため産業用ロボットに関しては、過去に「叩かれる・挟まれる」など「労働災害」が発生しており、産業用ロボットを取り扱う作業は危険・有害作業に指定されている。それゆえ、予め作業工程に係る動作を教示（ティーチング）しておかなければならないが、その作業に従事する作業者は「特別教育の修了」が必要であり、また産業用ロボットの管理運営に当たっては「柵などの接触防止装置」の設置、「作業規定」の策定と遵守、「表示」や「点検」の徹底など法令で義務づけられている。

従って、一人ないし数人の作業者が１つの製品を作り上げるセル生産の現場等にロボットを投入する場合には、従来の産業用ロボットをそのまま投入することは安全上の問題からも難しい。そこで、ロボットの可動出力の低減や、人との接触や外乱に対し危害を加えないような措置が必要となり、従来の産業用ロボットのようにロボットを架台へ設置固定することはできない。つまり、ロボットを簡易設置することが、特徴・利点であると同時に必要条件でもある。

また、このような人的能力を活用したセル生産方式の現場にロボットを投入する場合には、ロボットに対しても作業者と同じ環境への対応が求められ、さらに、その移動と設置を頻繁に行うことが考えられるため、迅速な設置と運用が可能な簡易設置型のロボットであることが望まれる。

しかし、このような簡易設置型ロボットであるがゆえに、セル生産現場の作業環境によっては、作業者と作業領域が重複することで、隣接する作業者と接触したり、対象作業が変更されることで、ロボットの関節角（姿勢）のずれと、設置場所（環境）のずれとの両方を含むロボットの設置位置の変化が頻繁に起こったりすることも想定される。また、ロボットの作業動作によっては、動作中に発生するイナーシャ等によって微量な設置位置の変化が進行し、最終的には作業不可能な位置まで移動してしまう可能性もある。さらに、地震などの災害によってもロボットの設置位置に変化がおきることも予想される。その都度人手による設置位置の修正のために、作業者の労力を必要とするのはセル生産の作業効率が落ちることになるので好ましくない。

それゆえこの発明は、人との接触、もしくは何らかの外乱によるロボットの作業位置の移動に対して、視覚（撮像手段）を利用して環境を把握し、作業位置の移動が大きい場合に移動手段によって作業位置を修正することを目的としている。

本発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の作業位置修正システムは、作業腕を備え、主に前記作業腕を振り回して各種作業を行うことができ、作業者と共存、協調して作業するように、作業台の手前に前記作業者と共に配置され、配置に際しては、可動出力の低減や前記作業者との接触や外乱に対し危害を加えないような措置を必要とすると共に、設置固定することなく移動と設置を頻繁に行うことが可能に簡易設置することが必要条件となる、作業用の複数の撮像手段および台車を備える移動可能な自律形の簡易設置型ロボットのための作業位置修正システムにおいて、所定作業領域に設けたマークを前記複数の撮像手段で互いに異なる複数の方向から撮像し、前記マークを撮像した複数の方向に基づき前記作業領域に対する前記ロボットの相対位置を繰返し求める位置同定手段と、前記位置同定手段が繰返し求めた、前記作業領域に対する前記ロボットの相対位置の変化に基づき前記ロボットの移動を検知する移動検知手段と、前記移動検知手段が検知した前記ロボットの移動量が所定量を超えて作業位置の修正が必要か否かを判断する作業位置修正要否判断手段と、前記作業位置修正要否判断手段が作業位置の修正が必要と判断した場合に、前記位置同定手段が繰返し求めた、前記作業領域に対する前記ロボットの相対位置に基づき、前記作業腕による前記作業領域内での作業が可能な作業可能位置に前記ロボットを移動させる移動手段と、を備え、前記移動手段は、前記作業腕に設けられて前記作業領域に分離可能に連結し得るアンカ手段として前記作業腕のハンドを有し、前記作業可能位置に前記ロボットを移動させる際に前記ハンドにより前記作業領域を持つ作業台の端部を把持することにより、前記アンカ手段を前記作業領域に連結して前記腕の動作によって移動させることを特徴とするものである。
また、本発明の作業位置修正システムは、作業用の複数の撮像手段、作業腕、および台車を備える移動可能な簡易設置型ロボットのための作業位置修正システムにおいて、所定作業領域に設けたマークを前記複数の撮像手段で互いに異なる複数の方向から撮像し、前記マークを撮像した複数の方向に基づき前記作業領域に対する前記ロボットの相対位置を繰返し求める位置同定手段と、前記位置同定手段が繰返し求めた、前記作業領域に対する前記ロボットの相対位置の変化に基づき前記ロボットの移動を検知する移動検知手段と、前記移動検知手段が検知した前記ロボットの移動量が所定量を超えて作業位置の修正が必要か否かを判断する作業位置修正要否判断手段と、前記作業位置修正要否判断手段が作業位置の修正が必要と判断した場合に、前記位置同定手段が繰返し求めた、前記作業領域に対する前記ロボットの相対位置に基づき、前記作業腕による前記作業領域内での作業が可能な作業可能位置に前記ロボットを移動させる移動手段と、を備え、前記移動手段は、前記作業腕に設けられて前記作業領域に分離可能に連結し得るアンカ手段を有し、前記作業可能位置に前記ロボットを移動させる際に前記アンカ手段を前記作業領域に連結して前記腕の動作によって移動させることを特徴とするものである。

上述の本発明作業位置修正システムによれば、作業用の複数の撮像手段と作業腕とを持つ移動可能なロボットの、所定作業領域に対する相対位置を同定するに際し、その所定作業領域に設けたマークを複数の撮像手段で互いに異なる複数の方向から撮像し、そのマークを撮像した複数の方向に基づき相対位置を求めるので、ロボットを精密に位置決めしない簡易な設置方法でも、ロボットの座標と所定作業領域との間の３次元的な位置同定を行い、ロボットの与えられた作業動作を環境に合わせて補正することができ、それによって、簡易な設置方法でのロボットの運用を可能とするとともに、ロボットを環境の変化に迅速に対応させることができる。

さらに本発明作業位置修正システムによれば、作業ライン上に簡易設置されたロボットが、例えば作業者との接触などの外乱や、イナーシャなどにより、その作業位置が所定作業領域に対して大幅に移動して作業を継続することが不能となった場合にも、作業者の手を借りずに単独で作業位置の移動を検知し、複数の撮像手段を備えた位置同定手段および移動手段により、その作業位置の移動を修正および調整して作業に復帰することが可能となる。このように、ロボットが単独でその作業位置を修正および調整することができるようになったことで、作業者はロボットの作業位置が移動する都度手をとめ、ロボットの位置を調整する時間の無駄が省かれ、また、ロボットについても、作業位置が移動したまま放置され作業ができない等の時間の無駄が省かれるため、作業効率を格段に向上させることができる。また、ロボットは所定作業領域に対して大体の位置に持っていくだけでよく、位置の微調整が必要ないため、作業者一人当たりに対し、より多くのロボットを投入することができる。

なお、本発明の作業位置修正システムにおいて、移動手段は、作業腕に設けられて作業領域に分離可能に連結し得るアンカ手段を有し、作業可能位置にロボットを移動させる際に、このアンカ手段を作業領域に連結して腕の動作によって移動させると好適である。この構成により、技術的に簡単で正確な位置修正システムが実現される。

また、本発明の作業位置修正システムにおいて、移動手段は、台車に設けられた、駆動手段によって駆動可能な駆動輪を有し、作業可能位置にロボットを移動させる際に駆動手段で駆動輪を駆動して移動させると好適である。この構成により、一方では、作業腕先のアンカ手段が作業領域に届かない程の移動が生じた際にも、作業者の手を借りずに単独で作業位置に復帰することができ、他方では、作業領域にアンカ手段を連結するポイントを備えない場合にも、作業者の手を借りずに単独で作業位置に復帰するための作業位置修正システムが実現される。

さらに本発明の作業位置修正システムにおいて、アンカ手段は作業腕のハンドであり、移動手段は作業可能位置にロボットを移動させる際に、このハンドにより、作業領域を持つ作業台の端部を把持するものとすると好適である。こうすることで、作業台側に、位置同定のためのマーク以外の構成要素を特に増やすことなく移動手段を構成することができる。

さらに本発明の作業位置修正システムにおいて、アンカ手段は作業腕に設けられたピンであり、移動手段は作業可能位置にロボットを移動させる際に、ハンドによりこのピンを、作業領域を持つ作業台の端部に設けられたアタッチメントに掛合させるものとしても好適である。こうすることで、例えば作業台を把持することが困難な場合や、ハンドが狭持型でない場合などにも、シンプルな形状ロックによる移動手段を構成することが可能である。

さらに本発明の作業位置修正システムにおいて、アンカ手段は作業腕に設けられたフックであり、移動手段は作業可能位置にロボットを移動させる際に、ハンドによりこのフックを、作業領域を持つ作業台の端部に設けられた引っ掛け部に掛合させるものとしても好適である。こうすることで、ハンドの位置精度がさほど高くない場合でも、フックを引っ掛け部に掛合させ得て、ロボットを確実に移動させることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づく実施例によって詳細に説明する。
図１は、本発明のロボット用作業位置修正システムの第１実施例をそれぞれ備えた二台の双腕ロボットが、一人の作業者Ｍと共存協調して作業するセル生産現場の全体を示す斜視図、図２（ａ），（ｂ）は、図１に示す双腕ロボットを示す正面図および側面図、図３は、図１に示す双腕ロボットが作業台（机）上および作業対象物（ワーク）上に付されたマークを認識した状態を示す説明図、図４は、図１に示す双腕ロボットが、位置同定手段によりその双腕ロボットと一般的な位置同定対象物との間の位置同定をする手順を示すフローチャート、図５（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は、図１に示す双腕ロボットが、移動検知手段により移動を検知してから、作業位置修正要否判断手段によって作業位置修正を必要と判断して作業可能位置に復帰するまでの様子を示す斜視図、図６は、図１に示す、双腕ロボットの移動が発生してから作業可能位置に復帰するまでの手順を示すフローチャートである。

さらに、図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、図１に示す上記双腕ロボットの作業腕およびその先端に設けられたアンカ手段としてのピンがアタッチメントと連結している状態を示す正面図および側面図、ピンがアタッチメントから抜かれて、双方の連結が解かれた状態を示す側面図、およびピンが上向きに回転されて再び作業可能状態に移行したハンドを示す側面図、図８（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明作業位置修正システムの第２実施例を備えた双腕ロボットのアンカ手段を備えた作業腕およびその先端に設けられたハンドが所定作業領域と連結している状態を示す正面図および側面図と、連結が分離した状態を示す側面図、図９は、本発明作業位置修正システムの第３実施例を備えた双腕ロボットの、移動が発生してから作業可能位置に復帰するまでの手順を示すフローチャート、そして図１０は、本発明作業位置修正システムの第４実施例を備えた双腕ロボットの、移動が発生してから作業可能位置に復帰するまでの手順を示すフローチャートである。

図１に示すセル生産現場は、作業台としての五つの机Ｔ１〜Ｔ５を略コ字状に配置して具えており、中央の机Ｔ３の手前には作業者Ｍが配置され、中間の二つの机Ｔ２，Ｔ４の手前には二台の双腕ロボット１が、作業者Ｍと共存、協調して作業するように配置されている。このセル生産現場では、両端の机Ｔ１，Ｔ５上に図示しないワークを載せたパレットＰが搬入されると、二台の双腕ロボット１が、それらの机Ｔ１，Ｔ５上のパレットＰをそれぞれ中間の二つの机Ｔ２，Ｔ４上に移してそこでパレットＰからワークを取り出し、円形の台ＲＴ上でワークの組立てを行い、組み立てたワークを空のパレットＰに載せ、そのパレットＰを中央の机Ｔ３上に移す。そして作業者Ｍが中央の机Ｔ３上で、それらのパレットＰから組み立てたワークを取り出し、円形の台ＲＴ上で組み合わせて図示しない製品を組み立てて、その製品をパレットＰとともに机Ｔ３上から搬出する。

かかるセル生産作業を行うため、ここにおける二台の双腕ロボット１は互いに同一の構成とされ、各双腕ロボット１は、図２に示すように、胴体２と、その胴体２の上端に設けられた頭３と、その胴体２のロボット自身から見て左右側方に位置する二本の腕４と、それらの腕４の先端に設けられたエンドエフェクタの一例としての挟持型の手５と、胴体２の下部２ａを脚の代わりに支持する台車６とを具えている。また、各双腕ロボット１は、頭３の前面に撮像手段としての二台のビデオカメラ７を搭載するとともに、頭３を支持する首関節８を具えており、その首関節８は、頭３を軸線Ｐ１周りに前後に傾動させる首ピッチ軸と、胴体２の上下方向に延在する中心線である軸線Ｙ１周りに頭３を左右に回動させる首ヨー軸とを可動軸として有している。さらに、各双腕ロボット１は、胴体２の下部２ａと上部２ｂとの間に腰関節９を具えており、その腰関節９は、胴体２の上部２ｂを下部２ａひいては台車６に対して軸線Ｙ１周りに左右に回動させる腰ヨー軸を可動軸として有している。

さらに、各双腕ロボット１は、胴体２と各腕４の上腕４ａとの間の肩関節１０と、各腕４の上腕４ａと下腕４ｂとの間の肘関節１１と、各腕４の下腕４ｂとハンドとしての手５との間の手首関節１２とをそれぞれ具えており、肩関節１０は、図２（ａ）に示すように、胴体２の左右に突出して略ハ字状をなす肩ブラケット１３上にそれぞれ配置され、胴体２に対し腕４全体を軸線Ｙ２周りに相対的に左右に回動させる肩ヨー軸と、その肩ヨー軸の軸線Ｙ２と互いに直交して軸線Ｐ２を配置され、胴体２に対し腕４全体をその軸線Ｐ２周りに相対的に前後に傾動させる肩ピッチ軸とを可動軸として有している。ここで、肩ブラケット１３の上面は、上記軸線Ｙ１に対して斜め下方に１５度傾いて配置されていることから、各肩ヨー軸の軸線Ｙ２は、胴体２の上下方向に対して１５度傾いて、下方へ行くほど胴体２に近くなるように延在しており、それに伴い、各肩ヨー軸の軸線Ｙ２と互いに直交する各肩ピッチ軸の軸線Ｐ２も、床面に対して１５度傾いている。そして腕４の上腕４ａは、下に下げた状態で肘関節１１に近い部分ほど胴体２に近くなるように傾いて延在している。

さらに、各肘関節１１は、上腕４ａに対し下腕４ｂを、軸線Ｐ２に平行な軸線Ｐ３周りに上下に傾動させる肘ピッチ軸を可動軸として有し、また各手首関節１２は、下腕４ｂに対して手５を軸線Ｐ４周りに相対的に上下に傾動させる手首ピッチ軸と、その手５を軸線Ｐ４に直交する軸線Ｙ３周りに相対的に左右に回動させる手首ヨー軸と、下腕４ｂに対して手首ピッチ軸と手首ヨー軸とを軸線Ｒ周りにねじる手首ロール軸とを可動軸として有しており、結果として各腕４は、合計６つの可動軸、すなわち６自由度を有し、これら可動軸の軸配置により、この二本の腕４は特異点がなく自由な姿勢を作ることが可能である。なお、これらの可動軸は各々、周知のように例えばサーボモータ等のモータと例えば商品名ハーモニックドライブ等の減速機とを組み合わせた回動機構で構成されている。

さらに、各双腕ロボット１は、台車６の上端部に胴体２の下部２ａを昇降可能に支持するとともに、レバー１４ａの操作で図示しないねじ部材を回転させることでその下部２ａを締め付け固定する、一部切り欠かれたリング状の二個の胴ブラケット１４と、胴体２の下部２ａと台車６の下部との間に介挿されて、それらの胴ブラケット１４による昇降可能な支持状態で胴体２を昇降移動させる、例えば通常のボールねじ式の電動アクチュエータ１５と、胴体２の上部２ｂ内に収容された各可動軸用駆動回路と、台車6の下部に搭載されて双腕ロボット１の上記各可動軸用駆動回路の作動を制御する、通常のコンピュータを有するコントロールボックス１６と、頭３の前面に搭載した二台のビデオカメラ７からの画像（視覚情報）に基づき後述の如くして机Ｔ１〜Ｔ５やワークの３次元座標および向きを認識してコントロールボックス１６に伝達する、これも通常のコンピュータを有する視覚制御ボックス１７とを具えている。

そして、ここにおける台車６はその下部に、四本の固定脚１８と、台車６の後側に位置する各々首振り可能な二個のキャスタ１９Ａと、台車６の前側に位置する各々向きを前後方向に固定された二個の駆動輪１９Ｂとを有しており、これらキャスタ１９Ａおよび駆動輪１９Ｂは、台車６の下部に平行リンクを介して昇降可能に支持された可動フレーム２０に取付けられて可動フレーム２０とともに昇降可能とされ、可動フレーム２０は、図では折り畳まれているペダル２１を外に倒して踏み降ろすことで下降させて、キャスタ１９Ａおよび駆動輪１９Ｂが固定脚１８よりも下がって台車６を床面Ｆ上で走行可能に支持する図示しない下降位置に固定することができ、また反対側のペダル２２を踏み降ろすことでロックを解除して図示しないスプリングで、キャスタ１９Ａおよび駆動輪１９Ｂが固定脚１８よりも上がって台車６が固定脚１８で固定支持される図示の収納位置へ上昇させることができる。さらに可動フレーム２０は、コントロールボックス１６に接続された図示しないクラッチ付昇降駆動モータによっても上記収納位置と上記下降位置との間で昇降させることができる。また、二個の駆動輪１９Ｂは、各々駆動手段としての図示しないクラッチ付走行駆動モータに接続され、それらの走行駆動モータは、コントロールボックス１６により作動を制御されて二個の駆動輪１９Ｂを互いに独立に回転駆動することにより、台車６を任意の方向へ走行移動させることができる。

さらに、ここにおける台車６はその後部に、人手で押し引きできるようにハンドル２３を設けられるとともに、そのハンドル２３に、スイッチボックス２４を着脱可能に装着されており、このスイッチボックス２４には、双腕ロボット１の非常停止スイッチ２４ａおよび保護停止スイッチ２４ｂと、電動アクチュエータ１５による胴体２の上昇スイッチ２４ｃおよび下降スイッチ２４ｄとが設けられている。そして、各双腕ロボット１の首関節８には、頭３と緩衝しないように表示灯２５が立設され、この表示灯２５には、作動状態等の表示内容に応じて色分けされた複数のランプが設けられている。

かかる構成を具える各双腕ロボット１において、視覚制御ボックス１７は、頭３の前面に搭載した二台のビデオカメラ７で、図３に示すように、机Ｔ１〜Ｔ５（代表として符号Ｔで示す）上の四隅または三箇所の隅に幅方向間隔ａおよび奥行き方向間隔ｂをあけて設けたマークとしてのクロスマークＣＭや、円形台ＲＴの例えば中心点から所定半径ｒの円上に周方向に等間隔に設けた、あるいはその中心点に設けた（図１参照）マークとしてのクロスマークＣＭや、パレットＰ上の四隅または三箇所の隅に幅方向および奥行き方向にそれぞれ所定間隔をあけて設けたマークとしてのクロスマークＣＭを撮像して、それらクロスマークＣＭの画像の位置、すなわち二台のビデオカメラ７がそのクロスマークＣＭを撮像している方向を求め、それらの方向から、図４に示す如くして、ロボットと位置同定対象物との位置同定を行う。

図４は、図１に示す双腕ロボット１が、位置同定手段により、その双腕ロボットと、位置同定対象物としての机Ｔ１〜Ｔ５（代表として符号Ｔで示す）との位置同定をする手順を示すフローチャートであり、ここでは、まずステップＳ１で例えば双腕ロボット１の座標が判明している部位を撮像するキャリブレーションを行って、ビデオカメラ７の3次元座標系とロボットの3次元座標系とを合致させ、次いでステップＳ２で、位置同定対象物に付された各クロスマークＣＭを撮像し、続くステップＳ３で、各クロスマークＣＭの中心点（交差する線の交差点）の、ロボットの３次元座標系での点座標を画像処理によって求める。このような画像処理は例えば、二台のビデオカメラ７での二つの画像中の同じ四点または三点のクロスマークＣＭをそれらクロスマークＣＭの相互位置関係の近似性から認識し、次いでそれら四点または三点のクロスマークＣＭのうち同じ一点のクロスマークＣＭを相互の位置関係から識別して、その一点のクロスマークＣＭが両画像中で見える方向を求めることで、ロボットの3次元座標系でのその一点のクロスマークＣＭの点座標を三角測量の原理で幾何学的に演算する、という処理を繰り返すことで行うことができる。次いでステップＳ４で、ロボットの３次元座標系での複数のクロスマークＣＭの配置を計算して、パターンマッチングにより、クロスマークＣＭのその配置に意味付けされた位置同定対象物として認識し、続くステップＳ５で、複数のクロスマークＣＭの配置から、ロボットの３次元座標系でのその位置同定対象物の姿勢を計算して認識し、最後にステップＳ６で、ロボットの3次元座標系でのこの位置同定対象物の位置および姿勢をコントロールボックス１６に伝達して位置同定を完了する。

この実施例における位置同定手段によれば、視覚制御ボックス１７が、作業用の二台のビデオカメラ７と二本の腕４とを持つ移動可能な双腕ロボット１の、机Ｔおよびアンカポイントを含む位置同定対象物に対する相対位置を同定するに際し、それらの位置同定対象物に設けたクロスマークＣＭを二台のビデオカメラ７で互いに異なる二方向から撮像し、そのクロスマークＣＭを撮像した二方向に基づき相対位置を求めるので、双腕ロボット１を精密に位置決めしない簡易な設置方法でも、双腕ロボット１の座標と各位置同定対象物との間の３次元的な位置同定を行い、双腕ロボット１の与えられた作業動作を環境に合わせて補正することができ、それによって、簡易な設置方法での双腕ロボット１の運用を可能とするとともに、双腕ロボット１を環境の変化に迅速に対応させることができる。

そしてこの実施例の作業位置修正システムによれば、この位置同定手段の機能と、互いに着脱可能に構成された、位置同定対象物に備えられたアンカポイントおよび双腕ロボット１の腕に備えられたアンカ手段の連結と、腕の動作と、移動手段の作動とによって、以下に述べるようにして台車の作業位置をロボットが自力で修正することができる。

図５（ａ）〜（ｅ）は、この実施例の作業位置修正システムを搭載した双腕ロボット１が、外力またはイナーシャ等によって所定作業領域から大きく移動した作業位置にいる状態から、位置同定手段、移動検知手段、作業位置修正要否判断手段、および移動手段を用いて、その作業位置を修正する様子を時系列で示した斜視図である。

図５（ａ）〜（ｅ）に示すように、作業位置の移動を後述の移動検知手段によって検知した双腕ロボット１（図５（ａ））は、移動量を認識し、後述の作業位置修正要否判断手段により作業位置を修正する必要があると判断したら、可動フレーム２０を上記昇降駆動モータによって上記下降位置へ下降させ、相対的に固定脚１８を引っ込めることでロボットの位置固定を解除する。次いで、移動手段としての駆動輪１９Ｂを上記走行駆動モータで駆動して台車を走行移動させることで、ロボットの所定作業領域に対する姿勢や距離を補正し（図５（ｂ））、位置同定手段を用いて双腕の先端に備えられたアンカ手段であるピン２５を、位置同定対象物である机に備えられたアンカポイント２６に係合させる（図５（ｃ））。ピン２５がアンカポイント２６に係合したら、走行駆動モータのクラッチを切って駆動輪１９Ｂを自由回転可能にするとともに、アンカポイント２６にアンカ手段を係合させるために伸ばした腕４をロボット自身のほうへ引き寄せるようにして、さらなる移動手段としての腕４の動作によって、望ましい作業位置へと台車を移動させる（図５（ｄ））。その後、可動フレーム２０を上記昇降駆動モータによって上記収納位置へ上昇させることで、相対的に固定脚１８を再び下ろし、ピン２５をアンカポイント２６から引き上げ、手首ひいてはピン２５を上向きに回転させ、作業可能状態へと戻る。

図６は、双腕ロボット１が、アンカ手段とアンカポイント２６との連結による移動手段としての腕４の動作と、走行駆動用モータを有する移動手段としての駆動輪１９Ｂとを用いて、図５に示される作業位置修正を行う場合の制御フローチャートを示すものである。

ここではコントロールボックス１６が、まず、作業中に上記位置同定手段が繰り返し求めた、作業領域に対する双腕ロボット１の相対位置の変化に基づき、移動検知手段として双腕ロボット１の移動を検知すると（ステップＳ１１）、次にその相対位置の変化に基づき双腕ロボット１の移動量を認識し（ステップＳ１２）、これが過大であるか、すなわち位置同定による腕４の動作の補正だけでは正常に作業を行えない位置に移動したかどうかを作業位置修正要否判断手段として判断する（ステップＳ１３）。もしも移動量が過大であり、例えば一方または双方のアンカ手段がアンカポイントに届かない距離であったり、台車６の回転が認識されたりした場合などは、コントロールボックス１６は、作業位置の修正が必要と判断し、上述の如くして双腕ロボット１の固定を解除するために固定脚１８を引っ込め、移動手段であるキャスタ１９Ａおよび駆動輪１９Ｂを床面に当接させる（ステップＳ１４）。そのうえでコントロールボックス１６は、駆動輪１９Ｂを図示しない走行駆動モータにより駆動し、所定作業領域に対する双腕ロボット１の姿勢や距離を修正する（ステップＳ１５）。

次いでコントロールボックス１６が、上記位置同定手段での位置同定により、図７に示す、腕４の腕先に備えたアンカ手段であるピン２５を、図３に示す、作業台である机Ｔに備えられたアンカポイント２６に連結させる（ステップＳ１６）。この状態で、移動手段である駆動輪１９Ｂを走行駆動モータから切り離して自由にし、双腕４を協調して動作させることにより、キャスタ１９Ａおよび駆動輪１９Ｂを駆動し、作業位置を修正する（ステップＳ１７）。その後、コントロールボックス１６は、位置調整要否判断手段として、再び作業可能位置であるか否かの判断を行い（ステップＳ１８）、もしもさらなる作業位置修正が必要と判断すれば、再度双腕４の動作により作業位置を修正する。作業可能な位置であり作業位置修正が必要でないと判断すれば、移動手段であるキャスタ１９Ａおよび駆動輪１９Ｂを収納し、固定脚１８を床面に当接させて双腕ロボット１を再び固定し（ステップＳ１９）、作業を再開する。

このように、移動手段として駆動輪１９Ｂを走行駆動モータにより駆動可能としたことで、例えば腕４の腕先に備えたアンカ手段がアンカポイントに届かないほどに移動量が大きい場合にも、双腕ロボット１が単独で作業位置を修正し、作業可能位置に復帰することができる。また、台車６が作業机Ｔに対して平行に対峙しておらず、作業者Ｍの移動範囲を侵害するときにも、容易にこれを修正することができる。このとき、腕４の動作もその作業位置修正に用いることで、駆動手段としての駆動輪１９Ｂによって大まかな位置を調整した後で、さらなる駆動手段としての腕４の動作によって細かい位置調整をすることができ、位置同定の回数を減らすことができる。

図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すのは、本実施例のシステムを備える双腕ロボット１が、その腕先のハンドとしての手５に備えられたアンカ手段としてのピン２５をアンカポイント２６に連結した状態、およびその連結を離脱した状態における、作業机Ｔに備えられたアンカポイント２６、およびロボット自身から見て左の腕４の詳細である。アンカポイント２６は、机Ｔにはめ込むためのはめ込み部分と、アンカ手段のための受容穴２６ａを備えたアンカ部分とを有する。アンカ手段としてのピン２５はロケット型に形成され、その自由端部は軸線に向かって傾斜する案内面を備える。このため、ピン２５を降ろす位置が厳密でなくとも、案内面に受容穴２６ａが掛合すれば、そのまま下方に力を掛けることで案内され、ピン２５が受容穴２６ａに嵌合して連結する。作業位置調整が終わると、双腕ロボット１はアンカ手段としてのピン２５を備えた手（腕先）５を持ち上げることで、ピン２５とアンカポイント２６との連結を解消する。図７（ｂ）に示すように、ピン２５は、手５において、作業に使用される狭持型の指部５ａとは反対側に設けており、したがって、アンカポイント２６と掛合させる際には、Ｒ軸を回転させることで図７（ｃ）に示すようにピン２５が下に向くようにし、また、作業に復帰する際には、図７（ｄ）に示すように再びピン２５が上に向くようにする。

図８（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明作業位置修正システムの第２実施例を備えた双腕ロボット１が、作業腕４の先端に設けられたアンカ手段としての手（ハンド）５の指部５ａで、アンカポイントとしての、所定作業領域を持つ作業机Ｔの端部を把持することでこれと連結した状態を示す正面図および側面図、並びにその連結を離脱した状態における、ロボット自身から見て左の腕４の詳細を示す側面図である。ここで、アンカポイントとしての作業机Ｔには、手５の指部５ａで把持する位置の近傍に図示しないクロスマークが設けられていて、双腕ロボット１はそのクロスマークに対する所定位置で作業机Ｔの端部を手５の指部５ａで把持して作業腕４で台車６を作業机Ｔに引き寄せることで所定の作業可能位置に復帰する。また、この第２実施例におけるアンカ手段としての手５は、図７に示すアンカ手段としてのピン２５とは異なり、作業に用いる作業手段をそのまま併用するので、Ｒ軸での回転が不要である。

図９には、腕動作を用いずに、駆動手段により駆動される移動手段のみを用いて作業位置を修正する、本発明の第３実施例におけるシステムの制御フローチャートを示す。この第３実施例のシステムは、双腕ロボット１がアンカ手段を備えていない点以外は先の実施例と同様に構成されており、例えば作業台である机Ｔにアンカポイントを設けるのが困難な場合や、双腕ロボット１の腕先にアンカ手段を設けるのが困難な場合などに好適に適用され得る。

ここではコントロールボックス１６が、まず、作業中に上記位置同定手段が繰り返し求めた、作業領域に対する双腕ロボット１の相対位置の変化に基づき、移動検知手段として双腕ロボット１の移動を検知すると（ステップＳ２１）、次にその相対位置の変化に基づき双腕ロボット１の移動量を認識し（ステップＳ２２）、これが過大であるか、すなわち位置同定による腕４の動作の補正だけでは正常に作業を行えない位置に移動したかどうかを作業位置修正要否判断手段として判断する（ステップＳ２３）。もしも移動量が過大で作業位置の修正が必要と判断した場合、コントロールボックス１６は、双腕ロボット１の固定を解除するために固定脚１８を引っ込め、移動手段であるキャスタ１９Ａおよび駆動輪１９Ｂを床面に当接させる（ステップＳ２４）。そのうえでコントロールボックス１６は、駆動輪１９Ｂを図示しない走行駆動モータにより駆動し、所定作業領域に対する双腕ロボット１の作業位置を修正する（ステップＳ２５）。

次いでコントロールボックス１６は、位置調整要否判断手段として、再び作業可能位置であるか否かの判断を行い（ステップＳ２６）、もしもさらなる作業位置修正が必要と判断すれば、再度駆動輪１９Ｂの駆動により作業位置を修正する。作業可能な位置でありこれ以上の作業位置修正が必要ないと判断すれば、キャスタ１９Ａおよび駆動輪１９Ｂを収納し、固定脚１８を床面に当接させて双腕ロボット１を再び固定し（ステップＳ２７）、作業を再開する。

図１０は、アンカ手段とアンカポイントとの連結により腕４の動作のみを用いて作業位置を調整する、本発明の第４実施例におけるシステムの制御フローチャートを示すものである。この第４実施例のシステムは、双腕ロボット１が、移動手段として格別駆動手段や駆動輪を有していない点以外は先の実施例と同様に構成されており、ここでの車輪は、腕４の動作に応じて回転する四個のキャスタ１９Ａとする。

ここではコントロールボックス１６が、まず、作業中に上記位置同定手段が繰り返し求めた、作業領域に対する双腕ロボット１の相対位置の変化に基づき、移動検知手段として双腕ロボット１の移動を検知すると（ステップＳ３１）、次にその相対位置の変化に基づき双腕ロボット１の移動量を認識し（ステップＳ３２）、これが過大であるか、すなわち位置同定による腕４の動作の補正だけでは正常に作業を行えない位置に移動したかどうかを作業位置修正要否判断手段として判断する（ステップＳ３３）。もしも移動量が過大で作業位置の修正が必要と判断すると、次いでコントロールボックス１６は、上記位置同定手段により、腕４の腕先に備えたアンカ手段としてのピン２５を、作業台である机Ｔに備えられたアンカポイント２６に連結させ（ステップＳ３４）、双腕ロボット１の固定を解除するために固定脚１８を引っ込め、四個のキャスタ１９Ａを床面に当接させる（ステップＳ３５）。この状態で、双方の腕４を協調して動作させることにより、キャスタ１９Ａを回転させ、作業位置を修正する（ステップＳ３６）。

その後コントロールボックス１６は、位置調整要否判断手段として、再び作業可能位置であるか否かの判断を行い（ステップＳ３７）、もし、さらなる作業位置修正が必要と判断すれば再度双腕４の動作により作業位置を修正する。作業可能な位置であり作業位置修正が必要でないと判断すれば、四個のキャスタ１９Ａを収納し、固定脚１８を床面に当接させて双腕ロボット１を再び固定し（ステップＳ３８）、作業を再開する。

以上図と共に述べた実施例は、あくまでも本発明の実施形態の例示であり、当業者は本発明の請求の範囲内で様々な変更を考え得るだろう。例えば、移動を検知するにあたっては、加速度センサや近接センサを有効に用いても良いし、また、アンカ手段およびアンカポイントの形態は上述以外のどのような適切な係合を形成するものでも良く、例えば、アンカ手段をフックとして、アンカポイントをリングなどである引っ掛け部として構成しても好適である。

かくして本発明のロボット用作業位置修正システムによれば、作業用の複数の撮像手段と作業腕とを持つ移動可能なロボットの、少なくとも作業台を含む位置同定対象物に対する相対位置を同定するに際し、位置同定対象物に設けたマークを複数の撮像手段で互いに異なる複数の方向から撮像し、そのマークを撮像した複数の方向に基づき相対位置を求めるので、ロボットを精密に位置決めしない簡易な設置方法でも、ロボットの座標と少なくとも作業台を含む位置同定対象物との間の３次元的な位置同定を行い、ロボットの与えられた作業動作を環境に合わせて補正することができ、それによって、簡易な設置方法でのロボットの運用を可能とするとともに、ロボットを環境の変化に迅速に対応させることができる。

さらに本発明作業位置修正システムによれば、作業ライン上に簡易設置されたロボットが、例えば作業者との接触などの外乱や、イナーシャなどにより、その作業位置が所定作業領域に対して大幅に移動して作業を継続することが不能となった場合にも、作業者の手を借りずに単独で作業位置の移動を検知し、複数の撮像手段を備えた位置同定手段および移動手段により、その作業位置の移動を修正および調整して作業に復帰することが可能となる。このように、ロボットが単独でその作業位置を修正および調整することができるようになったことで、作業者はロボットの作業位置が移動する都度手をとめ、ロボットの位置を調整する時間の無駄が省かれ、また、ロボットについても、作業位置が移動したまま放置され作業ができない等の時間の無駄が省かれるため、作業効率を格段に向上させることができる。また、ロボットは所定作業領域に対して大体の位置に持っていくだけでよく、位置の微調整が必要ないため、作業者一人当たりに対し、より多くのロボットを投入することができる。

本発明のロボット用作業位置修正システムの第１実施例をそれぞれ備えた二台の双腕ロボットが、一人の作業者Ｍと共存協調して作業するセル生産現場の全体を示す斜視図である。 図１に示す双腕ロボットを示す図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。 図１に示す双腕ロボットが作業台（机）上および作業対象物（ワーク）上に付されたマークを認識した状態を示す説明図である。 図１に示す双腕ロボットが、位置同定手段によりその双腕ロボットと一般的な位置同定対象物との間の位置同定をする手順を示すフローチャートである。 図１に示す双腕ロボットが、移動検知手段により移動を検知してから、作業位置修正要否判断手段によって作業位置修正を必要と判断して作業可能位置に復帰するまでの一連の様子を示す斜視図である。 図１に示す、双腕ロボットの移動が発生してから作業可能位置に復帰するまでの手順を示すフローチャートである。 図１に示す上記双腕ロボットの作業腕およびその先端に設けられたアンカ手段としてのピンがアタッチメントと連結している状態を示す正面図が（ａ）であり側面図が（ｂ）である。さらに、ピンがアタッチメントから抜かれて、双方の連結が解かれた状態を示す側面図が（ｃ）であり、ピンが上向きに回転されて再び作業可能状態に移行したハンドを示す側面図が（ｄ）である。 本発明作業位置修正システムの第２実施例を備えた双腕ロボットのアンカ手段を備えた作業腕およびその先端に設けられたハンドが所定作業領域と連結している状態を示す正面図が（ａ）であり、側面図が（ｂ）、連結が分離した状態を示す側面図が（ｃ）である。 本発明作業位置修正システムの第３実施例を備えた双腕ロボットの、移動が発生してから作業可能位置に復帰するまでの手順を示すフローチャートである。 本発明作業位置修正システムの第４実施例を備えた双腕ロボットの、移動が発生してから作業可能位置に復帰するまでの手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 双腕ロボット
２ 胴体
２ａ 下部
２ｂ 上部
３ 頭
４ 腕
４ａ 上腕
４ｂ 下腕
５ 手
５ａ 指部
６ 台車
７ ビデオカメラ
８ 首関節
９ 腰関節
１０ 肩関節
１１ 肘関節
１２ 手首関節
１３ 肩ブラケット
１４ 胴ブラケット
１４ａ レバー
１５ 電動アクチュエータ
１６ コントロールボックス
１７ 視覚制御ボックス
１８ 固定脚
１９Ａ キャスタ
１９Ｂ駆動輪
２０ 可動フレーム
２１，２２ ぺダル
２３ハンドル
２４ スイッチボックス
２４ａ 非常停止スイッチ
２４ｂ 保護停止スイッチ
２４ｃ 上昇スイッチ
２４ｄ 下降スイッチ
２５ ピン
２６ アンカポイント
２６ａ 受容穴
ＣＭ クロスマーク
Ｍ 作業者
Ｐ パレット
ＲＴ 円形台
Ｔ，Ｔ１〜Ｔ５ 机

Claims (6)

1. 作業腕を備え、主に前記作業腕を振り回して各種作業を行うことができ、作業者と共存、協調して作業するように、作業台の手前に前記作業者と共に配置され、配置に際しては、可動出力の低減や前記作業者との接触や外乱に対し危害を加えないような措置を必要とすると共に、設置固定することなく移動と設置を頻繁に行うことが可能に簡易設置することが必要条件となる、作業用の複数の撮像手段および台車を備える移動可能な自律形の簡易設置型ロボットのための作業位置修正システムにおいて、
   所定作業領域に設けたマークを前記複数の撮像手段で互いに異なる複数の方向から撮像し、前記マークを撮像した複数の方向に基づき前記作業領域に対する前記ロボットの相対位置を繰返し求める位置同定手段と、
   前記位置同定手段が繰返し求めた、前記作業領域に対する前記ロボットの相対位置の変化に基づき前記ロボットの移動を検知する移動検知手段と、
   前記移動検知手段が検知した前記ロボットの移動量が所定量を超えて作業位置の修正が必要か否かを判断する作業位置修正要否判断手段と、
   前記作業位置修正要否判断手段が作業位置の修正が必要と判断した場合に、前記位置同定手段が繰返し求めた、前記作業領域に対する前記ロボットの相対位置に基づき、前記作業腕による前記作業領域内での作業が可能な作業可能位置に前記ロボットを移動させる移動手段と、を備え、
   前記移動手段は、前記作業腕に設けられて前記作業領域に分離可能に連結し得るアンカ手段として前記作業腕のハンドを有し、前記作業可能位置に前記ロボットを移動させる際に前記ハンドにより前記作業領域を持つ作業台の端部を把持することにより、前記アンカ手段を前記作業領域に連結して前記腕の動作によって移動させることを特徴とする、簡易設置型ロボットの作業位置修正システム。
2. 作業用の複数の撮像手段、作業腕、および台車を備える移動可能な簡易設置型ロボットのための作業位置修正システムにおいて、
   所定作業領域に設けたマークを前記複数の撮像手段で互いに異なる複数の方向から撮像し、前記マークを撮像した複数の方向に基づき前記作業領域に対する前記ロボットの相対位置を繰返し求める位置同定手段と、
   前記位置同定手段が繰返し求めた、前記作業領域に対する前記ロボットの相対位置の変化に基づき前記ロボットの移動を検知する移動検知手段と、
   前記移動検知手段が検知した前記ロボットの移動量が所定量を超えて作業位置の修正が必要か否かを判断する作業位置修正要否判断手段と、
   前記作業位置修正要否判断手段が作業位置の修正が必要と判断した場合に、前記位置同定手段が繰返し求めた、前記作業領域に対する前記ロボットの相対位置に基づき、前記作業腕による前記作業領域内での作業が可能な作業可能位置に前記ロボットを移動させる移動手段と、を備え、
   前記移動手段は、前記作業腕に設けられて前記作業領域に分離可能に連結し得るアンカ手段を有し、前記作業可能位置に前記ロボットを移動させる際に前記アンカ手段を前記作業領域に連結して前記腕の動作によって移動させることを特徴とする、簡易設置型ロボットの作業位置修正システム。
3. 前記移動手段は、前記台車に設けられた、駆動手段によって駆動可能な駆動輪を有し、前記作業可能位置に前記ロボットを移動させる際に前記駆動手段で前記駆動輪を駆動して移動させる、請求項１または２に記載の簡易設置型ロボットの作業位置修正システム。
4. 前記アンカ手段は、前記作業腕に設けられたピンであり、
   前記移動手段は、前記作業可能位置に前記ロボットを移動させる際に前記ハンドにより前記ピンを、前記作業領域を持つ作業台の端部に設けられたアタッチメントに掛合させる、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の簡易設置型ロボットの作業位置修正システム。
5. 前記アンカ手段は、前記作業腕に設けられたフックであり、
   前記移動手段は、前記作業可能位置に前記ロボットを移動させる際に前記ハンドにより前記フックを、前記作業領域を持つ作業台の端部に設けられた引っ掛け部に掛合させる、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の簡易設置型ロボットの作業位置修正システム。
6. 請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の作業位置修正システムを備えた簡易設置型ロボット。

Images