JP7687117B2 - ロボットシステムの制御方法およびロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、ロボットシステムの制御方法およびロボットシステムに関する。

特許文献１には、ロボットアームの先端にヘッドスライドユニットを介してスプレーノズルが支持されたロボットを有し、前記スプレーノズルから塗料を噴射することにより対象物の表面を塗装するロボットシステムが開示されている。このようなロボットシステムでは、ロボットアームを動かしてスプレーノズルを対象物の未塗装領域に対向させる移動ステップと、ロボットアームを停止させた状態とし、ヘッドスライドユニットによってスプレーノズルを対象物に対して移動させながら未塗装領域の塗装作業を行う塗装ステップと、を繰り返すことにより、対象物全体の塗装を行う。

特開平２－３１８５０号公報

しかしながら、特許文献１のロボットシステムとインクジェットヘッドを用いて印刷を行う場合、前回の印刷ステップで印刷された領域に対して今回の印刷ステップで印刷された領域がずれてしまい、印刷の品質が低下するおそれがある。

本発明のロボットシステムの制御方法は、移動ステージと、前記移動ステージに取り付けられた工具と、前記移動ステージまたは対象物の一方を保持するロボットアームと、カメラと、を備え、前記工具を用いて前記対象物に対して所定の作業を行うロボットシステムの制御方法であって、
前記ロボットアームを第１姿勢とするステップと、
前記第１姿勢を維持した状態で、前記移動ステージによって前記工具を前記対象物に対して移動させながら前記対象物の第１領域に前記作業を行うステップと、
前記ロボットアームを第２姿勢とするステップと、
前記第２姿勢を維持した状態で、前記カメラを用いて前記対象物を撮像し、撮像結果に基づいて前記移動ステージの駆動により前記工具の位置を補正するステップと、
前記第２姿勢を維持した状態で、前記移動ステージによって前記工具を前記対象物に対して移動させながら前記対象物の第２領域に前記作業を行うステップと、を含む。

本発明のロボットシステムは、移動ステージと、前記移動ステージに取り付けられた工具と、前記移動ステージまたは対象物の一方を保持するロボットアームと、カメラと、を備え、前記工具を用いて対象物に対して所定の作業を行うロボットシステムであって、
前記ロボットアームを第１姿勢とし、
前記第１姿勢を維持した状態で、前記移動ステージによって前記工具を前記対象物に対して移動させながら前記対象物の第１領域に前記作業を行い、
前記ロボットアームを第２姿勢とし、
前記第２姿勢を維持した状態で、前記カメラを用いて前記対象物を撮像し、撮像結果に基づいて前記移動ステージの駆動により前記工具の位置を補正し、
前記第２姿勢を維持した状態で、前記移動ステージによって前記工具を前記対象物に対して移動させながら前記対象物の第２領域に前記作業を行う。

第１実施形態に係るロボットシステムの全体構成を示す斜視図である。 移動ステージを示す平面図である。 印刷工程を示すフローチャートである。 印刷面を複数の領域に分割した状態を示す図である。 印刷ステップでのロボットシステムの動きを説明する図である。 印刷ステップでのロボットシステムの動きを説明する図である。 印刷ステップでのロボットシステムの動きを説明する図である。 印刷ステップでのロボットシステムの動きを説明する図である。 印刷ステップの効果を説明するための図である。 印刷ステップでのロボットシステムの動きを説明する図である。 印刷ステップでのロボットシステムの動きを説明する図である。 印刷ステップでのロボットシステムの動きを説明する図である。 印刷ステップでのロボットシステムの動きを説明する図である。 印刷方法の変形例を示す図である。 印刷方法の変形例を示す図である。 印刷方法の変形例を示す図である。 ロボットシステムの変形例を示す図である。 第２実施形態に係るロボットシステムを示す図である。 第３実施形態にロボットシステムで用いる作業基準点Ｐ０を示す図である。 第４実施形態にロボットシステムの全体構成を示す斜視図である。

以下、ロボットシステムの制御方法およびロボットシステムの好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るロボットシステムの全体構成を示す斜視図である。図２は、移動ステージを示す平面図である。図３は、印刷工程を示すフローチャートである。図４は、印刷面を複数の領域に分割した状態を示す図である。図５ないし図８は、それぞれ、印刷ステップでのロボットシステムの動きを説明する図である。図９は、印刷ステップの効果を説明するための図である。図１０ないし図１３は、それぞれ、印刷ステップでのロボットシステムの動きを説明する図である。図１４ないし図１６は、印刷方法の変形例を示す図である。図１７は、ロボットシステムの変形例を示す図である。

図１に示すロボットシステム１００は、ロボット２００と、ロボット２００の駆動を制御するロボット制御装置９００と、対象物Ｑを支持および固定する固定部材７００と、カメラ８００と、を有する。

ロボット２００は、６つの駆動軸を有する６軸ロボットである。ロボット２００は、床に固定された基台２１０と、基台２１０に接続されたロボットアーム２２０と、ロボットアーム２２０に移動ステージ３００を介して接続された工具４００と、を有する。

また、ロボットアーム２２０は、複数のアーム２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６が回動自在に連結されたロボティックアームであり、６つの関節Ｊ１～Ｊ６を備えている。このうち、関節Ｊ２、Ｊ３、Ｊ５は、曲げ関節であり、関節Ｊ１、Ｊ４、Ｊ６は、ねじり関節である。また、関節Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６には、それぞれ、駆動源であるモーターＭと、モーターＭの回転量（アームの回動角）を検出するエンコーダーＥとが設置されている。

そして、アーム２２６の先端部に移動ステージ３００を介して工具４００が接続されている。すなわち、移動ステージ３００はアーム２２６に保持され、工具４００は移動ステージ３００に取り付けられている。工具４００としては、特に限定されず、目的の作業に応じて適宜設定することができるが、本実施形態では、プリンターヘッド、その中でも特にインクジェットヘッド４１０が用いられている。インクジェットヘッド４１０は、図示しないインク室およびインク室の壁面に配置された振動板と、インク室に繋がるインク吐出孔４１１と、を有し、振動板が振動することによりインク室内のインクがインク吐出孔４１１から吐出する構成となっている。ただし、インクジェットヘッド４１０の構成としては、特に限定されない。また、プリンターヘッドとしては、インクジェットヘッド４１０に限定されない。

また、図２に示すように、インクジェットヘッド４１０とロボットアーム２２０とを接続する移動ステージ３００は、アーム２２６に接続された基部３１０と、基部３１０に対して移動するステージ３２０と、基部３１０に対してステージ３２０を移動させる移動機構３３０と、を有する。互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸としたとき、ステージ３２０は、基部３１０に対してＺ軸まわりに回転可能なθステージ３２０θと、θステージ３２０θに対してＹ軸に沿う方向に移動可能なＹステージ３２０Ｙと、Ｙステージ３２０Ｙに対してＸ軸に沿う方向に移動可能なＸステージ３２０Ｘと、を有し、Ｘステージ３２０Ｘにインクジェットヘッド４１０が装着されている。Ｘステージ３２０ＸとＹステージ３２０Ｙは、リニアガイドによってそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向に直動案内されており、リニアガイドのレール方向において滑らかにガタ無く移動することができる。

また、移動機構３３０は、θステージ３２０θを基部３１０に対してＺ軸まわりに移動させるθ移動機構３３０θと、Ｙステージ３２０Ｙをθステージ３２０θに対してＹ軸に沿う方向に移動させるＹ移動機構３３０Ｙと、Ｘステージ３２０ＸをＹステージ３２０Ｙに対してＸ軸に沿う方向に移動させるＸ移動機構３３０Ｘと、を有する。

また、θ移動機構３３０θ、Ｙ移動機構３３０ＹおよびＸ移動機構３３０Ｘは、それぞれ、駆動源として圧電アクチュエーター３４０を有する。これにより、移動ステージ３００の小型化および軽量化を図ることができる。減速機を用いずにダイレクト駆動を行えるので、更なる軽量化および小型化を図ることができる。また、移動ステージ３００の駆動精度が向上する。なお、圧電アクチュエーター３４０は、圧電素子の伸縮を利用して振動する構成であり、振動を各ステージ３２０θ、３２０Ｘ、３２０Ｙに伝達することにより、各ステージ３２０θ、３２０Ｘ、３２０Ｙを移動させる。ただし、駆動源としては、特に限定されず、例えば、電磁モーターを用いてもよい。

図１に示すように、カメラ８００は、ロボットアーム２２０の先端側を向いた状態でアーム２２５に配置されている。このようにカメラ８００をロボットアーム２２０に配置することにより、比較的近距離からカメラ８００で対象物Ｑを撮像することができ、より鮮明な画像データＤを得ることができる。また、例えば、後述する第２実施形態のようにカメラ８００を移動ステージ３００に配置する場合と比べ、移動ステージ３００にかかる荷重が小さくなり、その分、移動ステージ３００の加速度および減速度を大きく設定することができる。そのため、作業にかかる時間を短縮することができ、生産性が向上する。

アーム２２５の先端側にインクジェットヘッド４１０が位置する関係は、アーム２２６以外のアーム２２１～２２４、２２６がそれぞれどのように動いても維持される。そのため、アーム２２６にカメラ８００を配置することにより、カメラ８００は、常に、インクジェットヘッド４１０の先端側を撮像することができる。したがって、インクジェットヘッド４１０を用いて対象物Ｑへの印刷を行う際の姿勢、つまり、インクジェットヘッド４１０が対象物Ｑに対して如何なる姿勢で対向しても、当該姿勢において対象物Ｑを撮像することができる。ただし、カメラ８００の配置は、特に限定されず、アーム２２１～２２４、２２６に配置されていてもよい。

このようなカメラ８００は、分光カメラであり、平面イメージに加え、画素毎の分光データ（スペクトル情報）を取得することができる。そのため、カメラ８００が取得した画像データＤに基づく画像認識をより精度よく行うことができる。ただし、カメラ８００としては、特に限定されない。

また、ロボット制御装置９００は、関節Ｊ１～Ｊ６、移動ステージ３００、インクジェットヘッド４１０およびカメラ８００の駆動を制御して、ロボット２００に後述する所定の作業を行わせる。このようなロボット制御装置９００は、例えば、コンピューターから構成され、情報を処理するプロセッサー（ＣＰＵ）と、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部インターフェースと、を有する。また、メモリーにはプロセッサーにより実行可能な各種プログラムが保存され、プロセッサーは、メモリーに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行することができる。

以上、ロボットシステム１００の構成について説明した。このようなロボットシステム１００は、ロボット制御装置９００がシステムの各部を制御することにより、例えば、図１に示すように、対象物Ｑの表面に設けられた印刷面Ｑ１にインクジェットヘッド４１０を用いて所望の模様を印刷する作業（以下単に「印刷作業」ともいう。）を行うことができる。

図３に示すように、印刷作業は、印刷準備ステップＳ１と、印刷面Ｑ１への印刷を行う印刷ステップＳ２と、を含んでいる。以下、各工程について順に説明する。

［印刷準備ステップＳ１］
印刷準備ステップＳ１では、まず、印刷面Ｑ１の形状を算出する。本実施形態では、予め対象物Ｑの３ＤデータであるＣＡＤデータを取得し、このＣＡＤデータに基づいて印刷面Ｑ１の形状を算出する。これにより、印刷面Ｑ１の形状をより簡単にかつ精度よく算出することができる。

ただし、印刷面Ｑ１の形状を算出する方法としては、特に限定されず、例えば、カメラ８００あるいは別のカメラで取得した対象物Ｑの撮像データに基づいて印刷面Ｑ１の形状を算出してもよい。また、他にも、深度センサーを用いて印刷面Ｑ１の形状を算出してもよいし、印刷面Ｑ１に縞模様の光パターンと投射するプロジェクターと、光パターンが照射された状態の印刷面Ｑ１を撮像するカメラと、を用いて位相シフト法により印刷面Ｑ１の形状を算出してもよい。

次に、印刷面Ｑ１の形状に基づいて印刷面Ｑ１を複数の領域Ｒに分割する。例えば、図４に示す例では、印刷面Ｑ１を一列に並ぶ４つの領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４に均等に分割している。ただし、複数の領域Ｒへの分割方法は、特に限定されず、大きさや形状が互いに異なっていてもよいし、一列に並んでいなくてもよい。

次に、４つの領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の印刷順を決定する。本実施形態では、並び順に領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の順で印刷する。これにより、印刷作業中のロボット２００の無駄な動きが少なくなり、印刷ステップＳ２を効率的に行うことができる。そのため、タクトタイムが短くなり、生産性が向上する。ただし、印刷順としては、特に限定されない。

さらに、各領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４におけるロボット２００の作動条件を決定する。作動条件としては、特に限定されないが、例えば、各領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４におけるロボットアーム２２０の姿勢や、移動軌跡、加速度、減速度および最大速度、インク吐出量およびインク吐出間隔等のインクジェットヘッド４１０の出力条件等が挙げられる。

［印刷ステップＳ２］
印刷ステップＳ２は、インクジェットヘッド４１０を用いて印刷面Ｑ１への印刷を行うステップである。このような印刷ステップＳ２は、印刷準備ステップＳ１において決定した作動条件に基づいて行われ、図３に示すように、領域Ｒ１に印刷する単位印刷ステップＳ２１と、領域Ｒ２に印刷する単位印刷ステップＳ２２と、領域Ｒ３に印刷する単位印刷ステップＳ２３と、領域Ｒ４に印刷する単位印刷ステップＳ２４と、を含んでいる。

なお、単位印刷ステップＳ２３、Ｓ２４は、単位印刷ステップＳ２２の繰り返しであるため、以下では、図５ないし図７に基づいて、単位印刷ステップＳ２１、Ｓ２２についてのみ説明し、単位印刷ステップＳ２３、Ｓ２４については、その説明を省略する。

≪単位印刷ステップＳ２１≫
単位印刷ステップＳ２１は、ロボットアーム２２０を第１姿勢とするロボットアーム駆動ステップＳ２１１と、第１姿勢を維持した状態で、移動ステージ３００によってインクジェットヘッド４１０を対象物Ｑに対して移動させながら、領域Ｒ１への印刷を行う作業ステップＳ２１２と、を含む。

ロボットアーム駆動ステップＳ２１１では、図５に示すように、ロボットアーム２２０を駆動して第１姿勢とし、インクジェットヘッド４１０を領域Ｒ１と対向させる。この際のインクジェットヘッド４１０と領域Ｒ１との離間距離は、インクジェットヘッド４１０に予め設定されている適正ギャップ内とする。また、第１姿勢では、移動ステージ３００の駆動によるインクジェットヘッド４１０の可動域が領域Ｒ１の全域と重なっている。

次に、ロボットアーム２２０を第１姿勢に維持したまま、すなわち、ロボットアーム２２０を動かさずに作業ステップＳ２１２を行う。作業ステップＳ２１２では、まず、図６に示すように、移動ステージ３００を駆動してインクジェットヘッド４１０を移動開始位置Ｐ１まで移動させる。次に、図７に示すように、移動ステージ３００を駆動してインクジェットヘッド４１０を移動開始位置Ｐ１から矢印Ｎに沿って移動終了位置Ｐ２まで移動させつつ、所定のタイミングでインクジェットヘッド４１０からインクを吐出し、領域Ｒ１への印刷を行う。

≪単位印刷ステップＳ２２≫
単位印刷ステップＳ２２は、図３に示すように、ロボットアーム２２０を第１姿勢から第２姿勢とするロボットアーム駆動ステップＳ２２１と、カメラ８００を用いて対象物Ｑを撮像し、撮像結果に基づいてインクジェットヘッド４１０の位置を補正する補正ステップＳ２２２と、移動ステージ３００によってインクジェットヘッド４１０を対象物Ｑに対して移動させながら領域Ｒ２への印刷を行う作業ステップＳ２２３と、を含んでいる。

ロボットアーム駆動ステップＳ２２１では、図８に示すように、ロボットアーム２２０を駆動して第２姿勢とし、インクジェットヘッド４１０を領域Ｒ２と対向させる。この際のインクジェットヘッド４１０と領域Ｒ２との離間距離は、インクジェットヘッド４１０に予め設定されている適正ギャップ内とする。また、第２姿勢では、移動ステージ３００の駆動によるインクジェットヘッド４１０の可動域が領域Ｒ２の全域と重なっている。

ここで、ロボットアーム２２０を第１姿勢から第２姿勢に変化させる際、実際の移動軌跡が指定された移動軌跡に対してずれ、第２姿勢における実際のインクジェットヘッド４１０の位置が指定された位置からずれるおそれがある。このように、実際のインクジェットヘッド４１０の位置が指定された位置からずれた状態で領域Ｒ２に印刷を行ってしまうと、図９に示すように、領域Ｒ１、Ｒ２のつなぎ目で印刷ずれが生じ、印刷品質が低下する。そこで、次の補正ステップＳ２２２では、このような領域Ｒ１、Ｒ２のつなぎ目での印刷ずれを抑制するためにインクジェットヘッド４１０の位置を補正する。

補正ステップＳ２２２では、まず、図１０に示すように、ロボットアーム２２０を第２姿勢に維持したままカメラ８００で印刷面Ｑ１を撮像する。そして、当該撮像により得られた画像データＤに含まれる作業基準点Ｐ０を画像認識により認識する。本実施形態では、領域Ｒ１に印刷された模様Ｕの領域Ｒ２側の端部Ｕ１が作業基準点Ｐ０として用いられる。

前述したように、本実施形態では、カメラ８００が分光カメラであり、画素毎の分光データ（スペクトル情報）を取得することができる。そのため、作業基準点Ｐ０の画像認識をより精度よく行うことができる。また、作業基準点Ｐ０をより確実にカメラ８００の視野内に位置させるために、本実施形態では、カメラ８００がロボットアーム２２０の領域Ｒ１側に位置するように第２姿勢（特に、アーム２２５の向き）が決定されている。ただし、第２姿勢でのカメラ８００の向きは、作業基準点Ｐ０を含む画像を撮像することができれば、特に限定されない。

次に、図１１に示すように、作業基準点Ｐ０に基づいて、ロボットアーム２２０を第２姿勢に維持したまま移動ステージ３００の駆動によってインクジェットヘッド４１０の位置を補正する。図１１に示す例では、Ｙステージ３２０ＹをＹ軸方向に移動させてインクジェットヘッド４１０の位置を補正している。

具体的には、まず、画像データＤ内での作業基準点Ｐ０の位置に基づいて実際のインクジェットヘッド４１０の位置を検出する。次に、検出したインクジェットヘッド４１０の位置と目標位置とのずれを検出する。次に、検出したずれに基づいて、目標位置となるようにインクジェットヘッド４１０の位置を補正する。インクジェットヘッド４１０の位置補正は、ロボットアーム２２０を第２姿勢に維持したまま移動ステージ３００の駆動により行われる。これにより、インクジェットヘッド４１０の位置補正を精度よく行うことができる。特に、本実施形態では、移動ステージ３００がＸステージ３２０Ｘ、Ｙステージ３２０Ｙおよびθステージ３２０θからなる３軸自由度の構成であるため、インクジェットヘッド４１０の位置補正をより精度よく行うことができる。

次に、ロボットアーム２２０を第２姿勢に維持したまま作業ステップＳ２２３を行う。作業ステップＳ２２３では、まず、図１２に示すように、移動ステージ３００を駆動してインクジェットヘッド４１０を移動開始位置Ｐ１まで移動させる。次に、図１３に示すように、移動ステージ３００を駆動してインクジェットヘッド４１０を移動開始位置Ｐ１から矢印Ｎに沿って移動終了位置Ｐ２まで移動させつつ、所定のタイミングでインクジェットヘッド４１０からインクを吐出し、領域Ｒ２への印刷を行う。

このような単位印刷ステップＳ２２によれば、領域Ｒ１、Ｒ２のつなぎ目での印刷ずれを効果的に抑制することができ、印刷品質の低下を効果的に抑制することができる。また、このようにロボットアーム２２０を停止した状態とすることで、ロボットアーム２２０の関節で駆動するモーターや減速機に起因する振動や軌跡のぶれの影響を受けることがなくなり、さらに移動ステージ３００を駆動した状態であれば移動ステージ３００が持つリニアガイドに倣って摺動するため、移動方向に沿って精度の良い印刷を行うことができる。

以上のような単位印刷ステップＳ２２に続けて、単位印刷ステップＳ２３、Ｓ２４を同様に行うことにより、印刷面Ｑ１全域への印刷が終了する。図３に示すように、印刷面Ｑ１への印刷が終了すると、所定数の対象物Ｑへの印刷作業を行ったか否かを判断し、行った場合は、ロボットシステム１００による作業を終える。一方、行っていない場合は、新たな対象物Ｑを固定部材７００に固定し直し、印刷ステップＳ２から印刷作業を行う。

以上、本実施形態のロボットシステム１００について説明した。このようなロボットシステム１００の制御方法は、前述したように、移動ステージ３００と、移動ステージ３００に取り付けられた工具４００と、移動ステージ３００または対象物Ｑの一方を保持するロボットアーム２２０と、カメラ８００と、を備え、工具４００を用いて対象物Ｑに対して所定の作業を行うロボットシステム１００の制御方法であって、ロボットアーム２２０を第１姿勢とするステップであるロボットアーム駆動ステップＳ２１１と、第１姿勢を維持した状態で、移動ステージ３００によって工具４００を対象物Ｑに対して移動させながら対象物Ｑの第１領域である領域Ｒ１に作業を行うステップである作業ステップＳ２１２と、ロボットアーム２２０を第２姿勢とするステップであるロボットアーム駆動ステップＳ２２１と、第２姿勢を維持した状態で、カメラ８００を用いて対象物Ｑを撮像し、撮像結果に基づいて移動ステージ３００の駆動により工具４００の位置を補正するステップである補正ステップＳ２２２と、第２姿勢を維持した状態で、移動ステージ３００によって工具４００を対象物Ｑに対して移動させながら対象物Ｑの第２領域である領域Ｒ２に作業を行う作業ステップＳ２２３と、を含む。このような制御方法によれば、領域Ｒ１、Ｒ２のつなぎ目での作業ずれを効果的に抑制することができ、作業品質の低下を効果的に抑制することができる。

また、前述したように、ロボットアーム２２０は、移動ステージ３００を保持する。これにより、対象物Ｑへの作業を行い易くなる。また、前述したように、移動ステージ３００は、工具４００を保持する。これにより、対象物Ｑへの作業を行い易くなる。

また、前述したように、ロボットシステム１００の制御方法では、移動ステージ３００は、駆動源として圧電アクチュエーター３４０を有している。これにより、移動ステージ３００の小型化および軽量化を図ることができる。また、移動ステージ３００の駆動精度が向上し、さらには、工具４００を等速移動させ易くなる。

また、前述したように、工具４００は、プリンターヘッドとしてのインクジェットヘッド４１０である。これにより、対象物Ｑへの印刷作業を行うことができる。そのため、利便性の高いロボットシステム１００となる。

また、前述したように、補正ステップＳ２２２では、領域Ｒ１に形成された作業跡すなわち印刷された模様Ｕに基づいて工具４００の位置を補正する。これにより、工具４００の補正を容易かつ精度よく行うことができる。

また、前述したように、カメラは、ロボット２００に配置されている。これにより、対象物Ｑを撮像し易くなる。また、例えば、後述する第２実施形態のように、カメラ８００を移動ステージ３００に配置する場合と比べて、移動ステージ３００にかかる荷重が小さくなり、その分、移動ステージ３００の加速度および減速度を大きく設定することができる。そのため、作業にかかる時間を短縮することができ、生産性が向上する。

また、前述したように、カメラ８００は、分光カメラである。これにより、補正ステップＳ２２２での画像認識をより精度よく行うことができる。

また、前述したように、ロボットシステム１００は、移動ステージ３００と、移動ステージ３００に取り付けられた工具４００と、移動ステージ３００または対象物Ｑの一方を保持するロボットアーム２２０と、カメラ８００と、を備え、工具４００を用いて対象物Ｑに対して所定の作業を行うロボットシステム１００であって、ロボットアーム２２０を第１姿勢とし、第１姿勢を維持した状態で、移動ステージ３００によって工具４００を対象物Ｑに対して移動させながら対象物Ｑの第１領域である領域Ｒ１に作業を行い、ロボットアーム２２０を第２姿勢とし、第２姿勢を維持した状態で、カメラ８００を用いて対象物Ｑを撮像し、撮像結果に基づいて移動ステージ３００の駆動により工具４００の位置を補正し、第２姿勢を維持した状態で、移動ステージ３００によって工具４００を対象物Ｑに対して移動させながら対象物Ｑの第２領域である領域Ｒ２に作業を行う。このような構成のロボットシステム１００によれば、領域Ｒ１、Ｒ２のつなぎ目での作業ずれを効果的に抑制することができ、作業品質の低下を効果的に抑制することができる。

以上、ロボットシステム１００について説明したが、ロボットシステム１００としては、特に限定されない。例えば、本実施形態では、印刷ステップＳ２におけるインクジェットヘッド４１０の移動方向である矢印Ｎが領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の並び方向（ロボットアーム２２０の移動方向）に沿っているが、例えば、図１４に示すように、各領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４でのインクジェットヘッド４１０の移動方向が領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の並び方向に対して直交（交差）していてもよい。また、図１５に示すように、各領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４でのインクジェットヘッド４１０の移動方向が２次元状に蛇行していてもよい。また、本実施形態では、領域Ｒが一列に並んでいるが、図１６に示すように、２列以上に並んでいてもよい。

また、ロボットアーム２２０にカメラ８００を複数台配置してもよい。例えば、図１７に示す例では、アーム２２５に、アーム２２５を介して対向するように２台のカメラ８００を配置している。このような構成によれば、２台のカメラ８００を用いてより広い視野の画像データＤを取得することができる。また、補正ステップＳ２２２において、いずれかのカメラ８００で端部Ｕ１（作業基準点Ｐ０）を含む画像データＤを取得すればよくなるため、第２姿勢の自由度が高まり、ロボットアーム２２０の駆動の効率化を図ることができる。

＜第２実施形態＞
図１８は、第２実施形態に係るロボットシステムを示す図である。

本実施形態のロボットシステム１００は、カメラ８００の配置が異なること以外は、前述した第１実施形態のロボットシステム１００と同様である。そのため、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態における各図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図１８に示すように、本実施形態では、カメラ８００が移動ステージ３００のステージ３２０、特にＸステージ３２０Ｘに配置されている。これにより、ロボットアーム２２０を第２姿勢に維持した状態においても、移動ステージ３００の駆動によってカメラ８００を移動させることができる。そのため、第２姿勢でのカメラ８００の撮像可能範囲が広くなり、補正ステップＳ２２２において、より確実に、印刷面Ｑ１上の作業基準点Ｐ０を撮像することができる。また、作業基準点Ｐ０が大きく、１枚の画像では全域を撮像しきれない場合等には、異なる位置からの撮像により得られた複数の画像データＤに基づいて作業基準点Ｐ０を認識してもよい。

以上のように、本実施形態のロボットシステム１００の制御方法では、カメラ８００は、移動ステージ３００に配置されている。これにより、ロボットアーム２２０を第２姿勢に維持した状態においても、移動ステージ３００の駆動によってカメラ８００を移動させることができる。そのため、第２姿勢でのカメラ８００の撮像可能範囲が広くなり、補正ステップＳ２２２において、より確実に、印刷面Ｑ１上の作業基準点Ｐ０を撮像することができる。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
図１９は、第３実施形態にロボットシステムで用いる作業基準点Ｐ０を示す図である。

本実施形態のロボットシステム１００は、作業基準点Ｐ０が異なること以外は、前述した第１実施形態のロボットシステム１００と同様である。そのため、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態における各図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図１９に示すように、本実施形態では、印刷面Ｑ１に配置されたマーカーＫを作業基準点Ｐ０として用いる。マーカーＫとしては、識別可能であれば、特に限定されず、例えば、凹凸、印刷等により形成することができる。

本実施形態の補正ステップＳ２２２では、まず、ロボットアーム２２０を第２姿勢に維持したままカメラ８００で印刷面Ｑ１を撮像する。そして、当該撮像により得られた画像データＤに含まれるマーカーＫを作業基準点Ｐ０として画像認識する。次に、画像データＤ内のマーカーＫの位置に基づいて実際のインクジェットヘッド４１０の位置を検出し、目標位置とのずれに基づいてインクジェットヘッド４１０の位置を補正する。前述した第１実施形態では、模様Ｕによっては作業基準点Ｐ０を認識し難い場合もあり得る。これに対して、本実施形態では、印刷面Ｑ１に予め配置されたマーカーＫを作業基準点Ｐ０として用いるため、より精度よくかつ確実に作業基準点Ｐ０を認識することができる。

以上のように、本実施形態のロボットシステム１００の制御方法では、補正ステップＳ２２２では、対象物Ｑに配置されたマーカーＫに基づいて工具４００の位置を補正する。これにより、より精度よくかつ確実に作業基準点Ｐ０を認識することができる。

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
図２０は、第４実施形態にロボットシステムの全体構成を示す斜視図である。

本実施形態のロボットシステム１００は、移動ステージ３００および工具４００の配置が異なること以外は、前述した第１実施形態のロボットシステム１００と同様である。そのため、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態における各図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図２０に示すように、本実施形態では、ロボットアーム２２０の先端部すなわちアーム２２６にハンド６００が配置されており、作業時にはこのハンド６００で対象物Ｑを把持する。一方、移動ステージ３００は、ロボットアーム２２０と離間して固定部材７００に固定されており、この移動ステージ３００にインクジェットヘッド４１０が配置されている。

このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、この他にも、例えば、ハンド６００が移動ステージ３００を介してアーム２２６に接続され、インクジェットヘッド４１０がロボットアーム２２０と離間して固定部材７００に固定されている構成であってもよい。また、インクジェットヘッド４１０がアーム２２６に接続され、ロボットアーム２２０と離間した状態で、ハンド６００が移動ステージ３００を介して固定部材７００に接続されている構成であってもよい。

以上、本発明のロボットシステムの制御方法およびロボットシステムを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

また、工具４００としては、インクジェットヘッド４１０に限定されず、例えば、レーザー加工用の工具、はんだ付け作業用の工具、溶接用の工具等、工具の移動軌跡と同期して行う作業用の工具等が挙げられる。

１００…ロボットシステム、２００…ロボット、２１０…基台、２２０…ロボットアーム、２２１…アーム、２２２…アーム、２２３…アーム、２２４…アーム、２２５…アーム、２２６…アーム、３００…移動ステージ、３１０…基部、３２０…ステージ、３２０Ｘ…Ｘステージ、３２０Ｙ…Ｙステージ、３２０θ…θステージ、３３０…移動機構、３３０Ｘ…Ｘ移動機構、３３０Ｙ…Ｙ移動機構、３３０θ…θ移動機構、３４０…圧電アクチュエーター、４００…工具、４１０…インクジェットヘッド、４１１…インク吐出孔、６００…ハンド、７００…固定部材、８００…カメラ、９００…ロボット制御装置、Ｄ…画像データ、Ｅ…エンコーダー、Ｊ１…関節、Ｊ２…関節、Ｊ３…関節、Ｊ４…関節、Ｊ５…関節、Ｊ６…関節、Ｋ…マーカー、Ｍ…モーター、Ｎ…矢印、Ｐ０…作業基準点、Ｐ１…移動開始位置、Ｐ２…移動終了位置、Ｑ…対象物、Ｑ１…印刷面、Ｒ…領域、Ｒ１…領域、Ｒ２…領域、Ｒ３…領域、Ｒ４…領域、Ｓ１…印刷準備ステップ、Ｓ２…印刷ステップ、Ｓ２１…単位印刷ステップ、Ｓ２１１…ロボットアーム駆動ステップ、Ｓ２１２…作業ステップ、Ｓ２２…単位印刷ステップ、Ｓ２２１…ロボットアーム駆動ステップ、Ｓ２２２…補正ステップ、Ｓ２２３…作業ステップ、Ｓ２３…単位印刷ステップ、Ｓ２４…単位印刷ステップ、Ｕ…模様、Ｕ１…端部

Claims (11)

1. 移動ステージと、前記移動ステージに取り付けられた工具と、前記移動ステージまたは対象物の一方を保持するロボットアームと、カメラと、を備え、前記工具を用いて前記対象物に対して所定の作業を行うロボットシステムの制御方法であって、
   前記ロボットアームを第１姿勢とするステップと、
   前記ロボットアームの前記第１姿勢を維持した状態で、前記移動ステージによって前記工具を前記対象物に対して移動させながら前記対象物の第１領域に前記作業を行うステップと、
   前記ロボットアームを第２姿勢とするステップと、
   前記ロボットアームの前記第２姿勢を維持した状態で、前記カメラを用いて前記対象物を撮像し、撮像結果に基づいて前記移動ステージの駆動により前記工具の位置を補正するステップと、
   前記ロボットアームの前記第２姿勢を維持した状態で、前記移動ステージによって前記工具を前記対象物に対して移動させながら前記対象物の第２領域に前記作業を行うステップと、を含むことを特徴とするロボットシステムの制御方法。
2. 前記ロボットアームは、前記移動ステージを保持する請求項１に記載のロボットシステムの制御方法。
3. 前記移動ステージは、工具を保持する請求項２に記載のロボットシステムの制御方法。
4. 前記移動ステージは、駆動源として圧電アクチュエーターを有している請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロボットシステムの制御方法。
5. 前記工具は、プリンターヘッドである請求項１ないし４のいずれか１項に記載のロボットシステムの制御方法。
6. 前記補正するステップでは、前記第１領域に形成された作業跡に基づいて前記工具の位置を補正する請求項１ないし５のいずれか１項に記載のロボットシステムの制御方法。
7. 前記補正するステップでは、前記対象物に配置されたマーカーに基づいて前記工具の位置を補正する請求項１ないし５のいずれか１項に記載のロボットシステムの制御方法。
8. 前記カメラは、前記ロボットに配置されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載のロボットシステムの制御方法。
9. 前記カメラは、前記移動ステージに配置されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載のロボットシステムの制御方法。
10. 前記カメラは、分光カメラである請求項１ないし９のいずれか１項に記載のロボットシステムの制御方法。
11. 移動ステージと、前記移動ステージに取り付けられた工具と、前記移動ステージまたは対象物の一方を保持するロボットアームと、カメラと、を備え、前記工具を用いて対象物に対して所定の作業を行うロボットシステムであって、
    前記ロボットアームを第１姿勢とし、
    前記ロボットアームの前記第１姿勢を維持した状態で、前記移動ステージによって前記工具を前記対象物に対して移動させながら前記対象物の第１領域に前記作業を行い、
    前記ロボットアームを第２姿勢とし、
    前記ロボットアームの前記第２姿勢を維持した状態で、前記カメラを用いて前記対象物を撮像し、撮像結果に基づいて前記移動ステージの駆動により前記工具の位置を補正し、
    前記ロボットアームの前記第２姿勢を維持した状態で、前記移動ステージによって前記工具を前記対象物に対して移動させながら前記対象物の第２領域に前記作業を行うことを特徴とするロボットシステム。

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