作業ロボツトのツール先端位置ずれ補正装置

【目的】作業ロボットのツール先端位置のずれを高速で補正することにより作業効率の向上を図る。
【構成】イメージセンサ４の撮像結果からシーケンサ１２でツール先端２ａの目標経路からのずれが目標経路に対して垂直な１次元的なものとして求められる。そして、ツール２を揺動させる揺動量が上記ずれに比例した量として求められる。しかして、この揺動量に応じてモータ１４が駆動され、ツール先端２ａが同様に１次元的に移動して目標経路上に位置決めされる。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、作業に用いられるロボットのツールの先端がワーク上の目標経路からずれた場合にこれを補正する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】いわゆるティーチング・プレイバック方式の作業用ロボットでは、ロボットハンドの先端にたとえばシーリング用のツール（シーリングガン）が取り付けられ、ロボット各軸をティーチングボックスによりリモート操作してツール先端をワーク上のシーリングすべき目標経路に沿って移動させるティーチングを行う。
【０００３】プレイバック時にはティーチング結果に基づきロボット各軸を移動させるとともに、ツール先端位置の目標経路からのずれを所定のセンサで検出する。そしてこのセンサで検出されたずれ分に応じてツール先端が目標経路上に位置されるようロボット各軸をさらに駆動させる。つまり、ツール先端の位置ずれ分をロボット各軸の駆動量に変換する演算を行うことにより位置ずれを補正するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、各軸の駆動量を求める演算は複雑であり、演算処理に多大な時間を要する。加えて、各軸が駆動してツール先端が実際に移動するまで機械系の応答遅れがあり、多大な時間を要する。このように従来のものでは位置ずれが検出されてから実際に位置ずれが補正されるまでに多大な時間を要し、高速で補正することはできなく、補正を精度よく行うためには作業スピードをある程度抑えざるを得なかった。これはサイクルタイムの低下を意味し作業効率が損なわれることになる。
【０００５】本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、ツール先端位置の目標経路からの位置ずれを高速に補正することができ、作業効率を大幅に向上させることができる作業ロボットのツール先端位置ずれ補正装置を提供することをその目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで、この発明では、ロボット各軸を駆動することによりロボットハンド先端に取り付けられたツールの先端をワーク上の目標経路に沿って移動させ、作業を行う作業ロボットにおいて、前記ツール先端を揺動させるツール揺動手段と、前記ロボットハンドに固設され、前記ツールの揺動方向に沿ったワーク表面を撮像する撮像手段とを具え、ティーチング時には、前記ツールの揺動方向が前記ワーク上の目標経路に対して垂直となり、かつ前記目標経路が前記撮像手段の撮像視野内の基準位置に位置されるように前記ロボットハンドに対する前記ツールの姿勢を固定した状態で前記ツール先端を前記目標経路に沿って移動させるとともに、プレイバック時には、前記撮像手段で前記目標経路を撮像し、この撮像視野内の目標経路を示す位置と前記基準位置との偏差に応じて前記ツール先端を前記目標経路に位置させるツール揺動量を求め、該揺動量だけ前記ツール揺動手段を作動させ前記ツール先端を前記目標経路に位置させるようにしている。
【０００７】
【作用】かかる構成によれば、撮像視野内の目標経路を示す位置と基準位置との偏差は、ツール先端の目標経路からの位置ずれに対応しているため、偏差に応じてツール先端を目標経路に位置させるツール揺動量が求められる。ここで偏差と揺動量は単純な比例関係にあるため揺動量は複雑な演算処理を行うことなく短時間で求められる。また、求めた揺動量だけツール揺動手段が作動してツール先端が目標経路に位置される。ここで、ツール揺動手段は一方向に揺動するだけの単純な機構であるため機械的な応答遅れが少なく短時間でツール先端が移動する。このようにロボット各軸駆動制御系とは独立した、単純な動きの機構を単純な演算に基づき駆動制御するようにしたのでツール先端位置の目標経路からのずれが高速で補正される。
【０００８】
【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る作業ロボットのツール先端位置ずれ補正装置の実施例について説明する。
【０００９】なお、実施例では、シーリング作業を行う多関節の作業ロボットを想定しており、かかる作業ロボットはいわゆるティーチング・プレイバック方式によって駆動制御されるものとする。なお、多関節ロボットおよびティーチング・プレイバック方式は公知の技術であるのでそれについての詳細な説明は省略する。
【００１０】図２は実施例に適用される作業ロボットがゴム部材７のシーリング作業を行っている様子を斜視図にて示したものである。
【００１１】同図に示すように作業対象であるワークはガラス板８と鉄板９とをゴム部材７を介して接続したものであり、ゴム部材７と鉄板９との境界線７ａをシーリングすべき目標経路としてシーリングする。すなわち、作業ロボットのハンド１の先端にはシーリングガン（以下、ツールという）２の一端が当該ツール２が１次元方向Ａに揺動自在となるよう取り付けられている。かかる揺動機構は、後述するようステッピングモータ１４（図１R>１）により駆動される。この結果、ツール２の先端２ａはワークの表面上をＢに示すように一次元的に揺動する。なお、ハンド１はロボットのアーム先端に取り付けられており、ロボットの各回動軸のうち先端最終軸により駆動される。
【００１２】一方、ハンド１にはブラケット３を介してイメージセンサ（たとえばＣＣＤカメラが使用される）４が固設されている。このイメージセンサ４には、ツール先端２ａが揺動する方向Ｂと同一方向であるＥに沿って撮像素子が配列されており、ワーク表面の同方向に沿った部分をレンズ５を介して撮像視野１０内に取り込み撮像する。ここで、イメージセンサ４は、ハンド１の長手方向とツール２の長手方向とが平行となるようなツール姿勢にされた場合には、ツール先端２ａの位置がイメージセンサ４の撮像視野１０の中心基準位置ＣとＸ軸成分上一致するように調整されている。
【００１３】よって、いま、ツール２を上記姿勢状態にしたままでロボット各軸を駆動してツール先端２ａを矢印Ｄに示すようＹ軸方向に境界線７ａに沿って移動させると、６に示すように境界線７ａがシーリングされる。これとともに、ツール先端２ａは境界線７ａに対して垂直な方向Ｘに揺動可能な状態となる。そして、イメージセンサ４はツール先端２ａの位置を視野内基準位置Ｃとして、境界線７ａに対して垂直な方向に沿ったワーク表面を撮像視野１０内に取り込み撮像する。
【００１４】さて、図１は実施例の制御系をブロック図にて示したものであり、上記ツール２の揺動機構を駆動するステッピングモータ１４を制御する装置の構成を示している。
【００１５】同図に示すようにイメージセンサ４では、撮像視野１０内の画像を示す画像データがＡ／Ｄ変換され、所定のしきい値により明・暗の２階調に２値化される。そして２値化された画像データはフレームメモリに入力され、該メモリに上記撮像視野１０内の画像を示す複数の画素が記憶される。イメージセンサ４からはツール先端２ａの揺動方向に沿った１列の画素が順次明・暗の２値化信号Ｖとして出力される。
【００１６】カウンタ１１はたとえば８ビットのバイナリカウンタであり、上記２値化信号Ｖの明信号を示すパルスをカウントするものである。ここで図３に示すように鉄板９の部分が‘明’状態、ゴム部材７の部分の‘暗’状態であるとすると上記明信号のパルス数をカウントすることにより撮像視野１０の基準位置Ｃから境界線７ａまでの距離Δｘを計測することができる。カウンタ１１からは基準位置Ｃから境界線７ａまでの距離Δｘを示すカウント値が出力され、シーケンサ１２の入力ポートに加えられる。
【００１７】一方、ツール２の揺動機構にはツール先端２ａの各位置を検出するリミットスイッチ１５が配設されている。すなわち、ツール２は、回動支点Ｆを回動中心にして先端２ａがプラス・マイナスΔＬの範囲で揺動する。リミットスイッチ１５ではツール先端２ａが最大位置ΔＬまで振れた状態Ｇ１、Ｇ２で、最大位置±ΔＬを示す検出信号を出力する。これとともにリミットスイッチ１５はツール先端２ａの原点位置、つまりツール２の長手方向がハンド１の長手方向と平行になる状態Ｇ３を検出し、原点位置を示す検出信号を出力する。
【００１８】シーケンサ１２はいわゆるＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）であり、上記カウント値およびリミットスイッチ１５の各検出信号に基づきモータ１４を駆動するドライバ１３を制御するための制御信号を作成して、ドライバに出力する。すなわち、図３においてツール先端２ａが基準位置Ｃを通るＹ軸上にあり、カウンタ１１のカウント値からＸ軸方向の距離Δｘがデコードされれば、シーリング作業を精度よく行うためにはツール先端２ａをＸ軸方向にΔｘだけ移動させて境界線７ａ上の位置Ｘに位置させる必要がある。
【００１９】そこで、シーケンサ１２からはツール先端２ａを上記距離Δｘだけ揺動させるための制御信号がドライバ１３に対して出力され、ドライバ１３は入力された制御信号に基づき距離Δｘに応じたパルス数の電流をモータ１４に出力する。
【００２０】モータ１４は入力されたパルス数だけ回転位置が変化して、この回転に応じてツール２を揺動させ、先端２ａを距離Δｘだけ基準位置ＣからＸ軸方向に移動させる。なお、シーケンサ１２では、リミットスイッチ１５の各検出信号が位置フィードバック量として用いられツール先端２ａの現在のＸ軸方向位置が求められ、これを基準にして制御信号を作成する。
【００２１】・ティーチング時オペレータは、実際のシーリング作業を行う前に予めツール先端２ａが移動すべき軌跡をロボットにティーチングする操作を行う。
【００２２】すなわち、ツール２を上述した姿勢に固定した状態でロボット各軸をティーチングボックスによりリモート操作して、ツール先端２ａをワーク上の境界線７ａに沿って矢印Ｄに示すよう移動させる。ティーチング時においてはワークは正確に据え付けられており、境界線７ａは完全な直線であるものとしている。この結果、図３に示すようにツール先端２ａはＹ軸に沿って移動して軌跡１６が教示される。
【００２３】・プレイバック時つぎに上記ティーチングされた内容をプレイバックする操作が行われる。
【００２４】すなわち、ティーチング時と同じようにロボット各軸が駆動され、ツール先端２ａは矢印Ｄ方向にワーク上を移動する。
【００２５】しかし、ワークの据え付け誤差、ゴム部材７の形状のばらつき等に起因して実際のワークでは図３に示すように境界線７ａがＹ軸で示されるティーチング軌跡１６からずれてしまう。
【００２６】イメージセンサ４ではツール先端２ａが揺動する方向Ｘのワーク表面を撮像視野１０内に捕捉しており、シーケンサ１２ではカウンタ１１のカウント結果に基づきＸ軸上における境界線７ａと基準点Ｃとの偏差Δｘが求められる。ここで、ツール先端２ａは基準点Ｃを通るＹ軸上に位置しているので、上記偏差Δｘに比例した揺動量を求め、この揺動量だけ揺動機構を駆動するための制御信号をドライバ１３に出力し、ドライバ１３、モータ１４を介してツール２を上記揺動量だけ揺動させれば、ツール先端２ａはΔｘだけ移動して境界線７ａ上の位置Ｘに位置決めされる。このように先端位置ずれ分Δｘが逐次補正されることにより境界線７ａに沿ったシーリングが正確に行われる。しかも、撮像結果から１次元の偏差Δｘを求め、これに比例したツール揺動量を演算する処理は単純であり、高速演算が可能である。しかもツール先端２ａが１次元的に揺動する単純な機構を駆動制御するだけでよいので高速に駆動する。このため、位置ずれ補正が高速に行われ、サイクルタイムが短縮され、作業効率が向上する。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば高速で位置ずれ補正がなされるので、作業ロボットによる作業効率が飛躍的に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る作業ロボットのツール先端位置ずれ補正装置の実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は実施例の外観を示す斜視図である。
【図３】図３は実施例の演算処理を説明するために用いた図である。
【符号の説明】
１ハンド
２ツール
２ａツール先端
４イメージセンサ
７ａ境界線
１１カウンタ
１２シーケンサ
１３ドライバ
１４ステッピングモータ

【特許請求の範囲】
【請求項１】ロボット各軸を駆動することによりロボットハンド先端に取り付けられたツールの先端をワーク上の目標経路に沿って移動させ、作業を行う作業ロボットにおいて、前記ツールの先端を揺動させるツール揺動手段と、前記ロボットハンドに固設され、前記ツールの揺動方向に沿ったワーク表面を撮像する撮像手段とを具え、ティーチング時には、前記ツールの揺動方向が前記ワーク上の目標経路に対して垂直となり、かつ前記目標経路が前記撮像手段の撮像視野内の基準位置に位置されるように前記ロボットハンドに対する前記ツールの姿勢を固定した状態で前記ツール先端を前記目標経路に沿って移動させるとともに、プレイバック時には、前記撮像手段で前記目標経路を撮像し、この撮像視野内の目標経路を示す位置と前記基準位置との偏差に応じて前記ツール先端を前記目標経路に位置させるツール揺動量を求め、該揺動量だけ前記ツール揺動手段を作動させ前記ツール先端を前記目標経路に位置させるようにした作業ロボットのツール先端位置ずれ補正装置。

【図１】