自動作業システムにおける位置ズレ補正方法及び位置ズレ補正プログラム
【課題】位置決めロボットと作業ロボットとの協調作業の際に生じ得る位置ズレを検出して補正する。
【解決手段】アームの先端部位に保持ツール１０５及び慣性センサ１０６を具備する位置決めロボット１００と、アームの先端部位に作業ツール２０５を具備する作業ロボット２００と、ロボット制御装置３００と、を有した自動作業システムにおいて、位置決めロボット１００によりワークを保持した保持ツール１０５をワークの作業位置に応じた保持ツール１０５の位置決め基準位置Ｐ０に搬送して位置決めするとともに、作業ロボット２００により当該ワークに対し所定の作業を行う際、ロボット制御装置３００は、慣性センサ１０６の慣性力に基づいて保持ツール１０５の位置決め基準位置Ｐ０からの位置ズレ量ΔＰ１を検出し、検出した位置ズレ量ΔＰ１に基づいて保持ツール１０５の位置決め基準位置を位置ズレ前の位置Ｐ０に補正する。
【解決手段】アームの先端部位に保持ツール１０５及び慣性センサ１０６を具備する位置決めロボット１００と、アームの先端部位に作業ツール２０５を具備する作業ロボット２００と、ロボット制御装置３００と、を有した自動作業システムにおいて、位置決めロボット１００によりワークを保持した保持ツール１０５をワークの作業位置に応じた保持ツール１０５の位置決め基準位置Ｐ０に搬送して位置決めするとともに、作業ロボット２００により当該ワークに対し所定の作業を行う際、ロボット制御装置３００は、慣性センサ１０６の慣性力に基づいて保持ツール１０５の位置決め基準位置Ｐ０からの位置ズレ量ΔＰ１を検出し、検出した位置ズレ量ΔＰ１に基づいて保持ツール１０５の位置決め基準位置を位置ズレ前の位置Ｐ０に補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置決めロボットと作業ロボットとが協調作業を行う自動作業システムにおける位置ズレ補正方法及び位置ズレ補正プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットは、ロボットアームの先端部位に各種のツールが取り付けられており、ロボットアームを構成する複数のアーム部材の各回転軸周りの回転を互いに独立して行い得るよう構成されている。つまり、産業用ロボットは、複数のアーム部材の各回転軸の回転位置の制御によりツールを所望の位置に所望の姿勢で停止させ、複数のアーム部材の各回転軸の角速度の制御によりツールを所望の経路に沿って所望の速度で移動させることができる。
【０００３】
産業用ロボットは、溶接作業、塗装作業、バリとり作業又は磨き作業等の各種作業の自動化のために、幅広く利用されている。例えば、スポット溶接ライン工程では、多関節ロボット（位置決めロボット）とスポット溶接ガンロボット（作業ロボット）とが協調動作してスポット溶接を自動的に行うスポット溶接システムが提案されている。図５は、多関節ロボット及びスポット溶接ガンロボットそれぞれの構成を示した図である。
【０００４】
図５に示すように、多関節ロボット８にはワーク掴みハンド（保持ツール）９が取り付けられており、ワーク掴みハンド９によってワーク（図示せず）を把持（保持）することによりハンドリング作業を行う。そして、多関節ロボット８が把持したワークの各溶接点をスポット溶接ガンロボット１２が有するスポット溶接ガン１１の溶接電極間に位置決めする。その後、電動サーボ機構によりスポット溶接ガン１１が有する一方の溶接電極を加圧させることにより、ワークに対して溶接作業を行うようにしている。従って、スポット溶接ガン１１を加圧させ、ワークに対して所望の溶接作業を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３３０２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ワークの溶接点は、多関節ロボット８による位置決め動作によって、スポット溶接ガン１１の溶接電極間に位置決めされるが、現実的にはその位置決めされた位置にズレが生じる場合がある。
【０００７】
例えば、ワークと溶接電極との当接前では、多関節ロボット８、スポット溶接ガンロボット１２それぞれの位置決め偏差に起因して溶接点の位置ズレが生じ得る。尚、位置決め偏差は、ティーチングの際の偏差、位置決め制御の際の偏差、各関節部のモータ軸のガタ、ロボット機差（オフラインティーチング時の各種パラメータが実機の値と相違する場合）が主な要因として想定される。
【０００８】
さらに、ワークと溶接電極との当接後では、ワークにかかる荷重及び外力（スポット溶接ガン１１の溶接電極の加圧力）に起因して、多関節ロボット８のたわみ（特に減速機部、アーム部のたわみ）、ワークのたわみ、スポット溶接ガンロボット１２のたわみ、スポット溶接ガン１１のアーム部（特に固定電極部）のたわみが発生し、溶接点の位置ズレが生じ得る。
【０００９】
従来のスポット溶接システム等の自動作業システムでは、所定の作業の際に生じ得る作業位置のズレを検出する仕組みがなかった為、このような作業位置のズレを作業員が目視確認する必要があり、またこのような作業位置のズレが目視確認された場合に逐一マニュアル操作で位置補正を行っていた。従って、生産性や品質の低下等の弊害が生じるおそれがあった。
【００１０】
そこで、本発明は、自動作業システムにおいて位置決めロボットと作業ロボットとの協調作業の際に生じ得る作業位置の位置ズレを簡素な仕組みで検出して補正することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、上記の課題を解決するための主たる本発明は、第１のロボットアームと当該第１のロボットアームの先端部位に設けられた保持ツールとを具備する位置決めロボットと、第２のロボットアームと当該第２のロボットアームの先端部位に設けられた作業ツールとを具備する作業ロボットと、前記第１のロボットアームの先端部位、前記第２のロボットアームの先端部位、又は前記位置決めロボットの保持ツールにより保持されるワークに設けられた慣性センサと、ロボット制御装置と、を有し、前記位置決めロボットが前記保持ツールにより保持した前記ワークを当該位置決めロボットの所定の目標位置である位置決め基準位置に搬送して位置決めするとともに、前記作業ロボットが当該作業ロボットの所定の目標位置である作業位置において前記ワークに対し所定の作業を行う自動作業システムにおける位置ズレ補正方法であって、前記ロボット制御装置は、前記位置決めロボットの動作を制御し、且つ前記作業ロボットが前記ワークに対し所定の作業を行う際、前記慣性センサにおいて検出される慣性力に基づいて、前記保持ツールの位置決め基準位置からの位置ズレ量を検出する位置ズレ量検出工程と、検出した前記位置ズレ量に基づいて、前記保持ツールの位置決め基準位置を前記保持ツールの位置ズレ前の位置に補正する位置ズレ補正工程と、を遂行する、自動作業システムにおける位置ズレ補正方法である。
【００１２】
このような工程を有することにより、位置決めロボットと作業ロボットとが協調してワークに所定の作業を行う際、当該ワークに荷重及び外力がかかることで当該ワークの作業位置が本来あるべき目標位置よりズレが生じる場合があるが、位置決めロボット側又は作業ロボット側に取り付けた慣性センサにおいて検出される慣性力を用いて、保持ツールの位置決め基準位置からの位置ズレ量を検出して、保持ツールの位置ズレを補正することができる。
【００１３】
上記の課題を解決するためのその他の主たる本発明は、第１のロボットアームと当該第１のロボットアームの先端部位に設けられた保持ツールとを具備する位置決めロボットと、第２のロボットアームと当該第２のロボットアームの先端部位に設けられた作業ツールとを具備する作業ロボットと、前記第１のロボットアームの先端部位、前記第２のロボットアームの先端部位、又は前記位置決めロボットの保持ツールにより保持されるワークに設けられた慣性センサと、ロボット制御装置と、を有し、前記位置決めロボットが前記保持ツールにより保持した前記ワークを当該位置決めロボットの所定の目標位置である位置決め基準位置に搬送して位置決めするとともに、前記作業ロボットが当該作業ロボットの所定の目標位置である作業位置において前記ワークに対し所定の作業を行う自動作業システムにおける位置ズレ補正方法であって、前記ロボット制御装置は、前記作業ロボットの動作を制御し、且つ前記作業ロボットが前記ワークに対し所定の作業を行う際、前記慣性センサにおいて検出される慣性力に基づいて、前記作業位置からの位置ズレ量を検出する位置ズレ量検出工程と、検出した前記位置ズレ量に基づいて、前記作業位置を位置ズレ後の位置に補正する位置ズレ補正工程と、を遂行する、自動作業システムにおける位置ズレ補正方法である。
【００１４】
このような工程を有することにより、位置決めロボット側又は作業ロボット側に取り付けた慣性センサにおいて検出される慣性力を用いて、作業位置からの位置ズレ量を検出して、作業ロボットの作業位置の位置ズレを補正することができる。
【００１５】
前記位置決めロボットを複数有することが好ましい。複数の位置決めロボットが協調してワークを目標位置に搬送するような自動作業システムの場合、複数の慣性センサにおいて検出される慣性力を用いることができるため、保持ツールの位置ズレ量の検出を高精度で行うことができる。
【００１６】
前記慣性センサは、加速度センサであり、前記位置ズレ量検出工程は、前記加速度センサにより検出される並進方向又は回転方向の加速度に基づき前記保持ツールの位置決め基準位置から位置ズレ後の位置に至るまでの並進方向又は回転方向の位置ズレ量を検出する工程である、としてもよい。これにより、保持ツールが並進方向又は回転方向のみに移動する場合、保持ツールの位置ズレ量を上記の加速度センサによって容易に検出することができる。
【００１７】
前記加速度センサは３次元方向それぞれの加速度を検出するセンサであり、前記位置ズレ量検出工程は、前記加速度センサにより検出される３次元方向それぞれの並進方向の加速度に基づき前記保持ツールの位置決め基準位置から位置ズレ後の位置に至るまでの３次元方向の位置ズレ量を検出する工程である、としてもよい。これにより、保持ツールが任意の方向に移動する場合、直交三次元座標系における保持ツールの位置ズレ量を容易に検出することができる。
【００１８】
前記慣性センサは、角速度センサであり、前記位置ズレ量検出工程は、前記角速度センサにより検出される回転方向の角速度に基づき前記保持ツールの位置決め基準位置から位置ズレ後の位置に至るまでの回転方向の位置ズレ量を検出する工程である、としてもよい。これにより、保持ツールが任意の方向に移動する場合、直交三次元座標系における保持ツールの位置ズレ量を容易に検出することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、自動作業システムにおいて位置決めロボットと作業ロボットとの協調作業の際に生じ得る位置ズレを簡素な仕組みで検出して補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る自動作業システムの全体構成を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るロボット制御装置のブロック構成を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る位置ズレ補正方法の流れを説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態３に係るロボット制御装置のブロック構成を示した図である。
【図５】スポット溶接システムにおける多関節ロボット及びスポット溶接ガンロボットそれぞれの構成を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る自動作業システムの全体構成を示した図である。図１に示す自動作業システムは、位置決めロボット１００と、作業ロボット２００と、ロボット制御装置３００と、により構成される。自動作業システムは、位置決めロボット１００が所定のワークを作業ロボット２００の所定の目標位置に搬送して位置決めするとともに、作業ロボット２００がワークに対し所定の作業を行うという一連の工程を自動で遂行するシステムである。本自動作業システムの対象とする作業工程としては、例えば、スポット溶接工程、塗装工程、バリとり工程、研磨工程等が含まれる。
【００２３】
位置決めロボット１００は、その基台１０１が作業スペース下側の床面に設置される所謂床置き型の垂直多関節ロボットである。基台１０１にはアーム（以下、便宜上、アーム部材と呼ぶ）１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄが連設されており、また、基台１０１及びアーム部材１０２ａ〜１０２ｄは関節１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ等を介して互いに相対回転可能となるよう連結されている。例えば、基台１０１とアーム部材１０２ａとの連結部である関節（図示せず）により、基台１０１及びアーム部材１０２ａはそれらの軸心に直交する軸の回りに相対的に回動（旋回）される。また、関節１０３ａは、アーム部材１０２ａとアーム部材１０２ｂとをそれらの軸心の回りに相対的に回動させ、関節１０３ｂは、アーム部材１０２ｂとアーム部材１０２ｃとをそれらの軸心の回りに相対的に回動させ、関節１０３ｃは、アーム部材１０２ｃとアーム部材１０２ｄとをそれらの軸心の回りに相対的に回動させる。以下、このように関節によって互いに連接されたアーム部材群を、ロボットアームと定義する。ここでは、関節１０３ａ〜１０３ｃによって互いに連接されたアーム部材群１０２ａ〜１０２ｄがロボットアーム１１０（第１のロボットアーム）を構成している。
【００２４】
関節１０３ａには、それを駆動するためのサーボモータ（図示せず）及びそのサーボモータの主軸に連結したエンコーダ（位置検出器）を具備したアクチュエータ１０４ａが設置される。アクチュエータ１０４ａのサーボモータが動作することで、関節１０３ａにおいて許容される回転軸周りの回転が行われる。また、アクチュエータ１０４ａのエンコーダは、自身と連結したアクチュエータ１０４ａのサーボモータの基準位置（基準角）からの回転角（以下、エンコーダ値θａという。）を検出している。このエンコーダ値θａは、関節部１０４ａの制御上の現在位置に対応している。関節１０３ａと同様に、関節１０３ｂにはサーボモータ及びエンコーダを具備したアクチュエータ１０４ｂが設置され、関節１０３ｃにはサーボモータ及びエンコーダを具備したアクチュエータ１０４ｃが設置される。
【００２５】
アーム部材１０２ｄの先端部位（ロボットアーム１１０の先端部位）には、各種作業用の保持ツール１０５が着脱可能に取り付けられている。保持ツール１０５には、例えば、搬送作業用の把持ツール又は吸着ツールが含まれる。尚、保持ツール１０５は、アーム１０２ｄの先端部位に取り付けられた場合、アーム１０２ｄに対して相対変位しないものとする。また、アーム１０２ｄの先端部位には慣性センサ１０６が取り付けられている。尚、アーム１０２ｄの先端部位に保持ツール１０５が常時取り付けられる場合、慣性センサ１０６を保持ツール１０５に取り付けてもよい。若しくは、慣性センサ１０６は、位置決めロボット１００の保持ツール１０５により保持されるワークに設けられてもよい。
【００２６】
慣性センサ１０６は、物体（この場合、保持ツール１０５）の動きから生じる慣性力を電気信号として検出するセンサである。慣性センサ１０６には、加速度センサ、角速度センサ等が含まれる。加速度センサの代表例としては、セラミックケース内部で中空状態に保持されるマスによって圧電素子に慣性力が印加されたとき、この圧電素子に発生する電荷を電気信号として取り出すというメカニズムが用いられている。尚、保持ツール１０５の並進方向又は回転方向の加速度のみを検出する場合には１軸型の加速度センサが用いられ、保持ツール１０５の３軸（直交三次元座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向それぞれの加速度を検出する場合には３軸型の加速度センサが用いられる。角速度センサの代表例としては、圧電素子に電圧を印加して振動させた状態でさらに回転運動に伴う角速度を加えたとき、所謂コリオリの力によって発生する圧電素子の歪みを電気信号として取り出すというメカニズムが用いられている。
【００２７】
また、慣性センサ１０６に指向性があるのであれば、慣性センサ１０６において最も感度の良い方向が、位置決めロボット１００と作業ロボット２００とによる実際の協調作業に際して良くたわむ方向に設定される。
【００２８】
作業ロボット２００は、位置決めロボット１００と同様に、その基台２０１が作業スペース下側の床面に設置される所謂床置き型の垂直多関節ロボットである。基台２０１にはアーム（以下、便宜上、アーム部材と呼ぶ）２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄが連設されており、また、基台２０１及びアーム部材２０２ａ〜２０２ｄは関節２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ等を介して互いに相対回転可能となるよう連結している。例えば、基台２０１とアーム部材２０２ａとの連結部である関節（図示せず）により、基台２０１及びアーム２０２ａはそれらの軸心に直交する軸の回りに相対的に回動（旋回）させる。また、関節２０３ａは、アーム部材２０２ａとアーム部材２０２ｂとをそれらの軸心の回りに相対的に回動させ、関節２０３ｂは、アーム部材２０２ｂとアーム部材２０２ｃとをそれらの軸心の回りに相対的に回動させ、関節２０３ｃは、アーム部材２０２ｃとアーム部材２０２ｄとをそれらの軸心の回りに相対的に回動させる。このように関節２０３ａ〜２０３ｃによって互いに連接されたアーム部材群２０２ａ〜２０２ｄによってロボットアーム２１０（第２のロボットアーム）が構成されている。
【００２９】
関節２０３ａには、それを駆動するためのサーボモータ（図示せず）及びそのサーボモータの主軸に連結したエンコーダ（位置検出器）を具備したアクチュエータ２０４ａが設置される。アクチュエータ２０４ａのサーボモータが動作することで、関節２０３ａにおいて許容される回転軸周りの回転が行われる。また、アクチュエータ２０４ａのエンコーダは、自身と連結したアクチュエータ２０４ａのサーボモータの基準位置（基準角）からの回転角（以下、エンコーダ値θｂという。）を検出している。このエンコーダ値θｂは、関節部２０３ａの制御上の現在位置に対応している。関節２０３ａと同様に、関節２０３ｂにはサーボモータ及びエンコーダを具備したアクチュエータ２０４ｂが設置され、関節２０３ｃにはサーボモータ及びエンコーダを具備したアクチュエータ２０４ｃが設置される。
【００３０】
アーム部材２０２ｄ（ロボットアーム２１０の先端部位）の先端部位には、各種作業用の作業ツール２０５が着脱可能に取り付けられる。作業ツール２０５には、例えば、溶接作業用のスポット溶接ガンや溶接トーチ、バリ取り・研磨作業用のバレル研磨機、ブラシ研磨機、エアーブラスト研磨機等が含まれる。尚、作業ツール２０５は、アーム部材２０２ｄの先端部位に取り付けられた場合、アーム部材２０２ｄに対して相対変位しないものとする。
【００３１】
ロボット制御装置３００は、本自動作業システムが対象とする作業工程に応じて位置決めロボット１００及び作業ロボット２００双方の動作を制御する制御装置である。具体的には、ロボット制御装置３００は、位置決めロボット１００の各アクチュエータ１０４ａ〜１０４ｃが具備するサーボモータのサーボ制御及び作業ロボット２００の各アクチュエータ２０４ａ〜２０４ｄが具備するサーボモータのサーボ制御により、位置決めロボット１００の保持ツール１０５及び作業ロボット２００の作業ツール２０５を任意の位置及び姿勢に任意の経路に沿って移動させる。さらに、ロボット制御装置３００は、位置決めロボット１００の保持ツール１０５におけるワークの保持と、作業ロボット２００の作業ツール２０５によるワークに対する作業と、を制御する。尚、ロボット制御装置３００は、位置決めロボット１００のみを制御対象とするロボット制御装置と、作業ロボット２００のみを制御対象とするロボット制御装置と、により構成してもよい。
【００３２】
ロボット制御装置３００は、位置決めロボット１００の基台１０１又は作業ロボット２００の基台２０１の一方に配置されるが、位置決めロボット１００及び作業ロボット２００と遠隔に配置されていてもよい。また、位置決めロボット１００及び作業ロボット２００と物理的に着脱可能な形態で接続されてもよい。さらに、ロボット制御装置３００は、ティーチペンダント等の外部装置（図示せず）と接続可能である。オペレータは、この外部装置を利用することで、例えばティーチモード（ロボットの移動終了位置（目標位置）を教示するモード）及びチェックモード（ティーチモードに基づくロボットの移動をチェックするモード）の実行開始指令の入力、ティーチモードの実行中における位置決めロボット１００又は作業ロボット２００のマニュアル操作、ティーチモードの実行中における移動開始位置（初期位置）及び移動終了位置（目標終了位置）の入力等を行うことができる。
【００３３】
図２は、図１に示した自動作業システムにおいて特にロボット制御装置３００の機能上の構成を示した機能ブロック図である。図２に示すように、ロボット制御装置３００は、位置ズレ量検出部３０１と、目標位置補正部３０２と、位置・速度サーボ制御部３０３と、アンプ３０４と、位置・速度サーボ制御部３０５と、アンプ３０６と、を有する。尚、位置ズレ量検出部３０１、目標位置補正部３０２、位置・速度サーボ制御部３０３は、ロボット制御装置３００のＣＰＵ（図示せず）が実行するプログラム（ソフトウェア）によって機能ブロックとして実現される。もちろん、これらの機能ブロックを電気回路等のハードウェアによって実現してもよい。
【００３４】
位置ズレ量検出部３０１は、位置決めロボット１００が保持ツール１０５を作業ロボット２００の所定の位置決め基準位置Ｐｎに搬送して位置決めした後、慣性センサ１０６の慣性力Ｑ（加速度又は角速度を示す）に基づいて、所定の作業の際における外力による保持ツール１０５の位置決め基準位置Ｐｎからの位置ズレ量ΔＰ１を検出する。この位置ズレ量ΔＰ１は、位置決めした状態における保持ツール１０５の制御上の現在位置（位置決め基準位置Ｐｎ）と実際の位置Ｐ１とのズレを表す。位置ズレ量検出部３０１には、保持ツール１０５が位置決め基準位置Ｐｎに位置決めされたことを示す停止信号Ｓが入力されており、位置ズレ量検出部３０１は、この停止信号Ｓが入力されたタイミングで位置ズレ量ΔＰ１の検出を開始する。慣性力Ｑに基づく保持ツール１０５の位置ズレ量ΔＰ１は、慣性力Ｑが加速度を示す場合、慣性力Ｑを２階積分して保持ツール１０５の移動量を得ることにより検出される。また、慣性力Ｑが角速度を示す場合、慣性力Ｑを１階積分することで検出される。この場合の位置ズレ量ΔＰ１は、位置決めした状態における保持ツール１０５の制御上の現在角度と実際の角度（以下、実角度という）とのズレ（角度変化量）を表す。なお、位置ズレ量検出部３０１は、停止信号Ｓが入力されない場合には、位置ズレ量ΔＰ１として０を出力する。
【００３５】
この位置ズレ量ΔＰ１は、主として、位置決めロボット１００によって保持ツール１０５を位置決めした後、作業ロボット２００によって保持ツール１０５が保持する所定のワークに対し所定の作業が行われる際に、保持ツール１０５又は保持ツール１０５が保持するワークに対し荷重及び外力がかかって生じた位置ズレの度合いを表している。保持ツール１０５にかかる荷重及び外力としては、例えば、図５に示すようなスポット溶接システムの場合、スポット溶接ガンの一方の溶接電極の加圧力が相当する。
【００３６】
目標位置補正部３０２は、上記の外部装置より指示された保持ツール１０５の搬送先となる目標位置Ｐ０（位置決め基準位置Ｐｎ）を、位置ズレ量検出部３０１において検出された保持ツール１０５の位置ズレ量ΔＰ１を見込んだ補正目標位置Ｐ０’に補正する。具体的には、「目標位置Ｐ０（位置決め基準位置Ｐｎ）＋位置ズレ量ΔＰ１」を演算して、これを補正目標位置Ｐ０’として出力する。なお、位置ズレ量検出部３０１に停止信号Ｓが入力されない場合には、位置ズレ量ΔＰ１は０であるので、目標位置補正部３０２は、目標位置Ｐ０（位置決め基準位置Ｐｎ）を補正せずにそのまま補正目標位置Ｐ０’として出力する。
【００３７】
位置・速度サーボ制御部３０３は、目標位置補正部３０２から出力される補正目標位置Ｐ０’と、位置決めロボット１００の各アクチュエータ１０４ａ〜１０４ｃが具備するエンコーダにおいて検出されたエンコーダ値θ１と、が入力され、位置決めロボット１００の各アクチュエータ１０４ａ〜１０４ｃが具備するサーボモータの操作量の指令値を出力する。具体的には、位置・速度サーボ制御部３０３は、次式に示すように補正目標位置Ｐ０’とエンコーダ値θ１との差ｅ１、つまり保持ツール１０５の位置ズレ量ΔＰ１を考慮に入れた保持ツール１０５の位置偏差ｅ１を算定するとともに、この位置偏差ｅ１を所定のゲインで増幅した信号を出力する。この動作は所謂比例動作と呼ばれる。
【００３８】
ｅ１＝Ｐ０’−θ１＝（Ｐ０＋ΔＰ１）−θ１・・・（式１）
さらに、位置・速度サーボ制御部３０３は、位置ズレ量ΔＰ１の一次微分とエンコーダ値θ１の一次微分との差ｖ１、つまり保持ツール１０５の位置ズレ量を考慮に入れた保持ツール１０５の速度偏差ｖ１を算定するとともに、この速度偏差ｖ１に所定のゲインで増幅した信号を出力する。この動作は所謂微分動作と呼ばれる。
【００３９】
ｖ１＝ｄＰ０’／ｄｔ−ｄθ１／ｄｔ＝（ｄＰ０／ｄｔ＋ｄΔＰ１／ｄｔ）−ｄθ１／ｄｔ・・・（式２）
尚、位置・速度サーボ制御部３０３は、上記の比例動作及び微分動作の他に、所謂積分動作を同時に行うようにしてもよい。
【００４０】
アンプ３０４は、位置・速度サーボ制御部３０３から出力される信号を増幅し、これを位置決めロボット１００の各アクチュエータ１０４ａ〜１０４ｃが具備するサーボモータに対し、当該サーボモータの操作量に応じた駆動電流指令として出力する。この駆動電流指令に応じて当該サーボモータが回転し、保持ツール１０５が補正目標位置Ｐ０’となるようにフィードバック制御される。
【００４１】
位置・速度サーボ制御部３０５は、外部装置から指示された目標位置Ｐ２と、作業ロボット２００の各アクチュエータ２０４ａ〜２０４ｃが具備するエンコーダにおいて検出されたエンコーダ値θ２と、が入力され、作業ロボット２００の各アクチュエータ２０４ａ〜２０４ｃが具備するサーボモータの操作量の指令値を出力する。具体的には、位置・速度サーボ制御部３０５は、作業ツール２０５の目標位置Ｐ２とエンコーダ値θ２との差である位置偏差ｅ２を算定するとともに、この位置偏差ｅ２に所定のゲインで増幅した信号を出力する。この動作は所謂比例動作と呼ばれる。
【００４２】
ｅ２＝Ｐ２−θ２・・・（式３）
さらに、位置・速度サーボ制御部３０５は、作業ツール２０５の目標位置Ｐ２の一次微分とエンコーダ値θ２の一次微分との差である速度偏差ｖ２を算定するとともに、この速度偏差ｖ２に所定のゲインで増幅した信号を出力する。この動作は所謂微分動作と呼ばれる。
【００４３】
ｖ２＝ｄＰ２／ｄｔ−ｄθ２／ｄｔ・・・（式４）
尚、位置・速度サーボ制御部３０５は、上記の比例動作及び微分動作の他に、所謂積分動作を同時に行うようにしてもよい。
【００４４】
アンプ３０６は、位置・速度サーボ制御部３０５から出力される信号を増幅し、これを作業ロボット２００の各アクチュエータ２０４ａ〜２０４ｃが具備するサーボモータに対し、当該サーボモータの操作量に応じた駆動電流指令として出力する。この駆動電流指令に応じて当該サーボモータが回転し、作業ツール２０５が目標位置Ｐ２となるようにフィードバック制御される。
【００４５】
図３は、ロボット制御装置３００による作業位置の位置ズレ補正方法の流れを説明するためのフローチャートである。
【００４６】
ロボット制御装置３００は、初期位置に設定された位置決めロボット１００が停止中の間（Ｓ３００：ＹＥＳ）、慣性センサ１０６のオフセット調整を行う（Ｓ３０１）。後述のとおり位置ズレ量ΔＰ１を検出する場合、慣性センサ１０６のオフセット量を取り除くことで検出精度の向上、ひいては位置ズレ補正精度の向上を図るためである。
【００４７】
つぎに、ロボット制御装置３００は、慣性センサ１０６のオフセット調整後、位置決めロボット１００の保持ツール１０５により保持したワークを、外部装置より指示された作業ロボット２００の作業ツール２０５における目標位置Ｐ０である位置決め基準位置Ｐｎ（位置決めロボット１００側が認識する協調作業位置）に搬送して位置決めする（Ｓ３００：ＮＯ、Ｓ３０２：ＮＯ）。そして、ロボット制御装置３００は、ワークを保持した保持ツール１０５が位置決め基準位置Ｐｎに到達したとき（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、位置ズレ量検出部３０１において慣性センサ１０６で検出される慣性力Ｑに基づいたワークの位置ズレ量ΔＰ１の検出処理を開始する（Ｓ３０３）。なお、正確には、ロボット制御装置３００は、ワークが位置決め基準位置Ｐｎに到達し、且つ停止信号Ｓが入力されたとき、保持ツール１０５の移動量の検出処理を開始する。
【００４８】
つぎに、ロボット制御装置３００は、位置決めロボット１００と作業ロボット２００とによる協調作業（例えば、ワークに対するスポット溶接）の動作を制御する（Ｓ３０４）。なお、協調作業の際に、上記のとおりワークに対し荷重及び外力がかかり、目標位置Ｐ０に応じた位置決め基準位置Ｐｎに位置決めされたワークが動く場合がある。そこで、ロボット制御装置３００は、位置ズレ量検出部３０１においてワークが位置決め基準位置Ｐｎから移動した位置ズレ量ΔＰ１を検出するとともに（Ｓ３０５）、目標位置補正部３０２において外部装置から指定された保持ツール１０５の搬送先となる目標位置Ｐ０に応じた位置決め基準位置Ｐｎを、位置ズレ量検出部３０１において検出された保持ツール１０５の位置ズレ量ΔＰ１を見込んだ補正目標位置Ｐ０’に補正する。そして、ロボット制御装置３００は、補正目標位置Ｐ０’に基づいて、位置ズレ量ΔＰ１がなくなるように、位置・速度サーボ制御部３０３により位置決めロボット１００の各アクチュエータ２０４ａ〜２０４ｃが具備するサーボモータを駆動制御する。この結果、保持ツール１０５の実際の位置Ｐ１が、位置ズレ量ΔＰ１がなくなるように位置ズレ前の位置Ｐ０に補正される（Ｓ３０６）。尚、位置決めロボット１００の保持ツール１０５がワークを保持した後、保持ツール１０５は重力方向に荷重を受ける。そこで、保持ツール１０５を目標位置に搬送する前に、保持ツール１０５の位置を補正してもよい。
【００４９】
上記のとおり、実施の形態１では、位置決めロボット１００と作業ロボット２００とが協調してワークに所定の作業を行う際、当該ワークに荷重及び外力がかかることで当該ワークを保持した保持ツール１０５が本来あるべき所定の目標位置Ｐ０である位置決め基準位置Ｐｎから移動する場合、このときの位置ズレ量ΔＰ１を検出して、保持ツール１０５の位置ズレを補正することができる。また、位置決めロボット１００側でワークを保持している点に着眼し、位置ズレ補正を行うために位置決めロボット１００側のみに慣性センサ１０６が取り付けられ、この慣性センサ１０６において検出された慣性力Ｑのみを利用するという簡素な構成を採用することができる。さらに、既存の自動作業システムでは、位置決めロボット１００の保持ツール１０５のサーボ制御及び作業ロボット２００の作業ツール２０５のサーボ制御のための構成を元々備えている。このため、上記の位置ズレ量ΔＰ１を用いた位置ズレ補正を、既存の自動作業システムの構成を流用して実現することができる。
【００５０】
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、位置決めロボット１００のロボットアーム１１０の先端部位に慣性センサ１０６が取り付けられ、この慣性センサ１０６において検出された慣性力Ｑに基づいて、保持ツール１０５が保持するワークの位置決め基準位置Ｐｎからの位置ズレ量ΔＰ１が検出されるとともに当該位置ズレ量ΔＰ１を用いて位置ズレ補正が行われるようにした。これにより、位置ズレ量ΔＰ１を用いた位置ズレ補正処理が位置決めロボット１００側で完結するため、その位置ズレ補正処理に必要な構成を簡素化することができる。
【００５１】
一方、実施の形態２では、位置決めロボット１００のロボットアーム１１０の先端部位に慣性センサ１０６が取り付けられ、この慣性センサ１０６において検出された慣性力Ｑに基づいて、ワークの作業位置に応じた作業ツール２０５の目標位置Ｐ２である位置決め基準位置Ｐｍ（作業ロボット２００側が認識する協調作業位置）が、保持ツール１０５の位置決め基準位置Ｐｎから位置ズレ量ΔＰ１分ずれた後の実際の位置に補正される。つまり、実施の形態２では、実施の形態１とは異なり、作業位置の位置ズレ補正に際し、位置決めロボット１００の保持ツール１０５を動かすのではなく、作業ロボット２００の作業ツール２０５を動かすことにしている。尚、この際、ワークのたわみ量をあらかじめ教示点ごとに登録しておき、これらのたわみ量の情報を考慮に入れることも可能である。
【００５２】
この結果として、実施の形態２では、位置決めロボット１００と作業ロボット２００との協調作業の際にワークにかかる荷重及び外力によって生じる位置ズレのみならず、実施の形態１では考慮されずにいたワークのたわみまでをも考慮に入れて補正することができる。
【００５３】
また、位置決めロボット１００が複数台必要となる自動作業システムの場合、つまり、複数台の位置決めロボット１００が協調してワークを作業ロボット２００の位置決め基準位置Ｐｎに搬送するような自動作業システムの場合、保持ツール１０５の位置ズレ量を検出するための情報として、複数台の位置決めロボット１００それぞれの慣性センサ１０６において検出される慣性力Ｑを利用することができ、保持ツール１０５の位置ズレ量を高精度に検出することが可能となる。
【００５４】
＜実施の形態３＞
図４は、本発明の実施の形態３に係る自動作業システムの全体構成として特にロボット制御装置３００のブロック構成を示した図である。図１、図２に示した実施の形態１の構成と相違する点は、主として、位置決めロボット１００のロボットアーム１１０の先端部位の慣性センサ１０６が取り外され、作業ロボット２００のロボットアーム２１０の先端部位に慣性センサ２０６が取り付けられた点と、ロボット制御装置３００において位置決めロボット１００を制御対象とするサーボ制御系から位置ズレ量検出部３０１及び目標位置補正部３０２が省略され、作業ロボット２００を制御対象とするサーボ制御系側に位置ズレ量検出部３０７及び目標位置補正部３０８が追加された点である。
【００５５】
慣性センサ２０６は、慣性センサ１０６と同様に、加速度センサ又は角速度センサ等を用いることができ、作業ツール２０５の加速度、角速度等を検出する。また、慣性センサ２０６に指向性がある場合、慣性センサ２０６において最も感度の良い方向が、位置決めロボット１００と作業ロボット２００とによる実際の協調作業において良く変位する方向に設定される。
【００５６】
位置ズレ量検出部３０７は、外部装置により指示された目標位置Ｐ２に作業ツール２０５が位置決めされた後、慣性センサ２０６の慣性力Ｑ（加速度又は角速度を示す）に基づいて、作業ツール２０５の目標位置Ｐ２に応じた位置決め基準位置Ｐｍからの位置ズレ量ΔＰ３を検出する。この位置ズレ量ΔＰ３は、目標位置Ｐ２に位置決めした状態における作業ツール２０５の制御上の現在位置（位置決め基準位置Ｐｍ）と実際の位置Ｐ３とのズレを表す。また、慣性力Ｑに応じた作業ツール２０５の位置ズレ量ΔＰ３は、慣性力Ｑが加速度を示す場合、慣性力Ｑを２階積分して得られる。また、慣性力Ｑが角速度を示す場合、慣性力Ｑを１階積分することで得られる。
【００５７】
目標位置補正部３０８は、上記の外部装置より指示されたワークの作業位置に応じた作業ツール２０５における目標位置Ｐ２（位置決め基準位置Ｐｍ）を、位置ズレ量検出部３０７において検出された作業ツール２０５の位置ズレ量ΔＰ３を見込んだ補正目標位置Ｐ２’に補正する。具体的には、「目標位置Ｐ２（位置決め基準位置Ｐｍ）＋位置ズレ量ΔＰ３」を演算して、これを補正目標位置Ｐ２’として出力する。なお、位置ズレ量検出部３０７に停止信号Ｓが入力されない場合には、位置ズレ量ΔＰ３は０であるので、目標位置補正部３０８は、目標位置Ｐ２を補正せずにそのまま補正目標位置Ｐ２’として出力する。
【００５８】
上記のとおり、実施の形態３では、作業ロボット２００のロボットアーム２１０の先端部位に慣性センサ２０６が取り付けられ、この慣性センサ２０６において検出された慣性力Ｑに基づいて、ワークの作業位置に応じた作業ツール２０５の目標位置Ｐ２である位置決め基準位置Ｐｍからの位置ズレ量ΔＰ３を用いて位置ズレ補正するようにした。これにより、作業ツール２０５のたわみまでをも考慮に入れた補正を行うことが可能となる。特に、スポット溶接システムの場合、スポット溶接ガンの固定電極側のガンアームはガン加圧力によってたわみ易いため、固定電極に慣性センサ２０６を取り付けるようにすれば、作業ツール２０５の位置ズレ量ΔＰ３を用いた位置ズレ補正と併せて、ガンアームのたわみについても補正することができる。
【００５９】
＜実施の形態４＞
上記の実施の形態３では、作業ロボット２００のロボットアーム２１０の先端部位に慣性センサ２０６が取り付けられ、この慣性センサ２０６において検出された慣性力Ｑに基づいて、作業ツール１０５の位置決め基準位置Ｐｍからの位置ズレ量ΔＰ３が検出されるとともに当該位置ズレ量ΔＰ３を用いて位置ズレ補正が行われるようにした。
【００６０】
一方、実施の形態４では、作業ロボット２００のロボットアーム２１０の先端部位に慣性センサ２０６を取り付け、この慣性センサ２０６において検出された慣性力Ｑに基づいて、位置決めロボット１００の保持ツール１０５の実際の位置Ｐ１を作業ツール２０５の実際の位置Ｐ３に補正する。つまり、実施の形態４では、実施の形態３とは異なり、位置ズレ量ΔＰ２の補正に際して、作業ロボット２００の作業ツール２０５を動かすのではなく、位置決めロボット１００の保持ツール１０５を動かすことにしている。これにより、また、位置決めロボット１００が複数台必要となる自動作業システムの場合、つまり、複数台の位置決めロボット１００が協調してワークを作業ロボット２００の所定の目標位置Ｐ０に応じた位置決め基準位置Ｐｎに搬送するような自動作業システムの場合、複数台の位置決めロボット１００それぞれの保持ツール１０５の位置ズレ量を補正するに際して、作業ロボット２００側に１個の慣性センサ２０６を取り付けるだけで済み、複数台の位置決めロボット１００それぞれに慣性センサ１０６を設ける必要がなくなる。このため、自動作業システムを低コストで実現することが可能となる。
【００６１】
＜実施の形態５＞
上記の実施形態１〜４では、位置決めロボット１００のロボットアーム１１０又は作業ロボット２００のロボットアーム２１０の一方の先端部位に慣性センサ（１０６又は２０６）を取り付けるようにしてシステム構築コストの低減を図っている。一方、実施の形態５では、位置決めロボット１００のロボットアーム１１０及び作業ロボット２００のロボットアーム２１０それぞれの先端部位に慣性センサ（１０６、２０６）が取り付けられ、協調作業の際に生じ得る作業位置の位置ズレ量を、位置決めロボット１００と作業ロボット２００との間で按分（例えば位置ズレ量の１／２を双方で分担）する。そして位置決めロボット１００及び作業ロボット２００の双方の動作により位置ズレ補正する。これにより、極め細やかな位置ズレ補正が可能となり、また位置決めロボット１００及び作業ロボット２００それぞれの処理負担を軽減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、位置決めロボットと作業ロボットとの協調作業の際に生じ得る位置ズレを簡素な仕組みで検出して補正できるという優れた作用効果を奏し、協調作業の際に位置決めロボットの保持ツールや作業ロボットの作業ツールに荷重及び外力がかかる自動作業システムに利用すると有益である。
【符号の説明】
【００６３】
１００ 位置決めロボット
１０１ 基台
１０２ａ〜１０２ｄ アーム部材
１０３ａ〜１０３ｃ 関節
１０４ａ〜１０４ｃ アクチュエータ
１０５ 保持ツール
１０６ 慣性センサ
１１０ ロボットアーム
２００ 作業ロボット
２０１ 基台
２０２ａ〜２０２ｄ アーム部材
２０３ａ〜２０３ｃ 関節
２０４ａ〜２０４ｃ アクチュエータ
２０５ 作業ツール
２０６ 慣性センサ
２１０ ロボットアーム
３００ ロボット制御装置
３０１、３０７ 位置ズレ量検出部
３０２、３０８ 目標位置補正部
３０３、３０５ 位置・速度サーボ制御部
３０４、３０６ アンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置決めロボットと作業ロボットとが協調作業を行う自動作業システムにおける位置ズレ補正方法及び位置ズレ補正プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットは、ロボットアームの先端部位に各種のツールが取り付けられており、ロボットアームを構成する複数のアーム部材の各回転軸周りの回転を互いに独立して行い得るよう構成されている。つまり、産業用ロボットは、複数のアーム部材の各回転軸の回転位置の制御によりツールを所望の位置に所望の姿勢で停止させ、複数のアーム部材の各回転軸の角速度の制御によりツールを所望の経路に沿って所望の速度で移動させることができる。
【０００３】
産業用ロボットは、溶接作業、塗装作業、バリとり作業又は磨き作業等の各種作業の自動化のために、幅広く利用されている。例えば、スポット溶接ライン工程では、多関節ロボット（位置決めロボット）とスポット溶接ガンロボット（作業ロボット）とが協調動作してスポット溶接を自動的に行うスポット溶接システムが提案されている。図５は、多関節ロボット及びスポット溶接ガンロボットそれぞれの構成を示した図である。
【０００４】
図５に示すように、多関節ロボット８にはワーク掴みハンド（保持ツール）９が取り付けられており、ワーク掴みハンド９によってワーク（図示せず）を把持（保持）することによりハンドリング作業を行う。そして、多関節ロボット８が把持したワークの各溶接点をスポット溶接ガンロボット１２が有するスポット溶接ガン１１の溶接電極間に位置決めする。その後、電動サーボ機構によりスポット溶接ガン１１が有する一方の溶接電極を加圧させることにより、ワークに対して溶接作業を行うようにしている。従って、スポット溶接ガン１１を加圧させ、ワークに対して所望の溶接作業を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３３０２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ワークの溶接点は、多関節ロボット８による位置決め動作によって、スポット溶接ガン１１の溶接電極間に位置決めされるが、現実的にはその位置決めされた位置にズレが生じる場合がある。
【０００７】
例えば、ワークと溶接電極との当接前では、多関節ロボット８、スポット溶接ガンロボット１２それぞれの位置決め偏差に起因して溶接点の位置ズレが生じ得る。尚、位置決め偏差は、ティーチングの際の偏差、位置決め制御の際の偏差、各関節部のモータ軸のガタ、ロボット機差（オフラインティーチング時の各種パラメータが実機の値と相違する場合）が主な要因として想定される。
【０００８】
さらに、ワークと溶接電極との当接後では、ワークにかかる荷重及び外力（スポット溶接ガン１１の溶接電極の加圧力）に起因して、多関節ロボット８のたわみ（特に減速機部、アーム部のたわみ）、ワークのたわみ、スポット溶接ガンロボット１２のたわみ、スポット溶接ガン１１のアーム部（特に固定電極部）のたわみが発生し、溶接点の位置ズレが生じ得る。
【０００９】
従来のスポット溶接システム等の自動作業システムでは、所定の作業の際に生じ得る作業位置のズレを検出する仕組みがなかった為、このような作業位置のズレを作業員が目視確認する必要があり、またこのような作業位置のズレが目視確認された場合に逐一マニュアル操作で位置補正を行っていた。従って、生産性や品質の低下等の弊害が生じるおそれがあった。
【００１０】
そこで、本発明は、自動作業システムにおいて位置決めロボットと作業ロボットとの協調作業の際に生じ得る作業位置の位置ズレを簡素な仕組みで検出して補正することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、上記の課題を解決するための主たる本発明は、第１のロボットアームと当該第１のロボットアームの先端部位に設けられた保持ツールとを具備する位置決めロボットと、第２のロボットアームと当該第２のロボットアームの先端部位に設けられた作業ツールとを具備する作業ロボットと、前記第１のロボットアームの先端部位、前記第２のロボットアームの先端部位、又は前記位置決めロボットの保持ツールにより保持されるワークに設けられた慣性センサと、ロボット制御装置と、を有し、前記位置決めロボットが前記保持ツールにより保持した前記ワークを当該位置決めロボットの所定の目標位置である位置決め基準位置に搬送して位置決めするとともに、前記作業ロボットが当該作業ロボットの所定の目標位置である作業位置において前記ワークに対し所定の作業を行う自動作業システムにおける位置ズレ補正方法であって、前記ロボット制御装置は、前記位置決めロボットの動作を制御し、且つ前記作業ロボットが前記ワークに対し所定の作業を行う際、前記慣性センサにおいて検出される慣性力に基づいて、前記保持ツールの位置決め基準位置からの位置ズレ量を検出する位置ズレ量検出工程と、検出した前記位置ズレ量に基づいて、前記保持ツールの位置決め基準位置を前記保持ツールの位置ズレ前の位置に補正する位置ズレ補正工程と、を遂行する、自動作業システムにおける位置ズレ補正方法である。
【００１２】
このような工程を有することにより、位置決めロボットと作業ロボットとが協調してワークに所定の作業を行う際、当該ワークに荷重及び外力がかかることで当該ワークの作業位置が本来あるべき目標位置よりズレが生じる場合があるが、位置決めロボット側又は作業ロボット側に取り付けた慣性センサにおいて検出される慣性力を用いて、保持ツールの位置決め基準位置からの位置ズレ量を検出して、保持ツールの位置ズレを補正することができる。
【００１３】
上記の課題を解決するためのその他の主たる本発明は、第１のロボットアームと当該第１のロボットアームの先端部位に設けられた保持ツールとを具備する位置決めロボットと、第２のロボットアームと当該第２のロボットアームの先端部位に設けられた作業ツールとを具備する作業ロボットと、前記第１のロボットアームの先端部位、前記第２のロボットアームの先端部位、又は前記位置決めロボットの保持ツールにより保持されるワークに設けられた慣性センサと、ロボット制御装置と、を有し、前記位置決めロボットが前記保持ツールにより保持した前記ワークを当該位置決めロボットの所定の目標位置である位置決め基準位置に搬送して位置決めするとともに、前記作業ロボットが当該作業ロボットの所定の目標位置である作業位置において前記ワークに対し所定の作業を行う自動作業システムにおける位置ズレ補正方法であって、前記ロボット制御装置は、前記作業ロボットの動作を制御し、且つ前記作業ロボットが前記ワークに対し所定の作業を行う際、前記慣性センサにおいて検出される慣性力に基づいて、前記作業位置からの位置ズレ量を検出する位置ズレ量検出工程と、検出した前記位置ズレ量に基づいて、前記作業位置を位置ズレ後の位置に補正する位置ズレ補正工程と、を遂行する、自動作業システムにおける位置ズレ補正方法である。
【００１４】
このような工程を有することにより、位置決めロボット側又は作業ロボット側に取り付けた慣性センサにおいて検出される慣性力を用いて、作業位置からの位置ズレ量を検出して、作業ロボットの作業位置の位置ズレを補正することができる。
【００１５】
前記位置決めロボットを複数有することが好ましい。複数の位置決めロボットが協調してワークを目標位置に搬送するような自動作業システムの場合、複数の慣性センサにおいて検出される慣性力を用いることができるため、保持ツールの位置ズレ量の検出を高精度で行うことができる。
【００１６】
前記慣性センサは、加速度センサであり、前記位置ズレ量検出工程は、前記加速度センサにより検出される並進方向又は回転方向の加速度に基づき前記保持ツールの位置決め基準位置から位置ズレ後の位置に至るまでの並進方向又は回転方向の位置ズレ量を検出する工程である、としてもよい。これにより、保持ツールが並進方向又は回転方向のみに移動する場合、保持ツールの位置ズレ量を上記の加速度センサによって容易に検出することができる。
【００１７】
前記加速度センサは３次元方向それぞれの加速度を検出するセンサであり、前記位置ズレ量検出工程は、前記加速度センサにより検出される３次元方向それぞれの並進方向の加速度に基づき前記保持ツールの位置決め基準位置から位置ズレ後の位置に至るまでの３次元方向の位置ズレ量を検出する工程である、としてもよい。これにより、保持ツールが任意の方向に移動する場合、直交三次元座標系における保持ツールの位置ズレ量を容易に検出することができる。
【００１８】
前記慣性センサは、角速度センサであり、前記位置ズレ量検出工程は、前記角速度センサにより検出される回転方向の角速度に基づき前記保持ツールの位置決め基準位置から位置ズレ後の位置に至るまでの回転方向の位置ズレ量を検出する工程である、としてもよい。これにより、保持ツールが任意の方向に移動する場合、直交三次元座標系における保持ツールの位置ズレ量を容易に検出することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、自動作業システムにおいて位置決めロボットと作業ロボットとの協調作業の際に生じ得る位置ズレを簡素な仕組みで検出して補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る自動作業システムの全体構成を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るロボット制御装置のブロック構成を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る位置ズレ補正方法の流れを説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態３に係るロボット制御装置のブロック構成を示した図である。
【図５】スポット溶接システムにおける多関節ロボット及びスポット溶接ガンロボットそれぞれの構成を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る自動作業システムの全体構成を示した図である。図１に示す自動作業システムは、位置決めロボット１００と、作業ロボット２００と、ロボット制御装置３００と、により構成される。自動作業システムは、位置決めロボット１００が所定のワークを作業ロボット２００の所定の目標位置に搬送して位置決めするとともに、作業ロボット２００がワークに対し所定の作業を行うという一連の工程を自動で遂行するシステムである。本自動作業システムの対象とする作業工程としては、例えば、スポット溶接工程、塗装工程、バリとり工程、研磨工程等が含まれる。
【００２３】
位置決めロボット１００は、その基台１０１が作業スペース下側の床面に設置される所謂床置き型の垂直多関節ロボットである。基台１０１にはアーム（以下、便宜上、アーム部材と呼ぶ）１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄが連設されており、また、基台１０１及びアーム部材１０２ａ〜１０２ｄは関節１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ等を介して互いに相対回転可能となるよう連結されている。例えば、基台１０１とアーム部材１０２ａとの連結部である関節（図示せず）により、基台１０１及びアーム部材１０２ａはそれらの軸心に直交する軸の回りに相対的に回動（旋回）される。また、関節１０３ａは、アーム部材１０２ａとアーム部材１０２ｂとをそれらの軸心の回りに相対的に回動させ、関節１０３ｂは、アーム部材１０２ｂとアーム部材１０２ｃとをそれらの軸心の回りに相対的に回動させ、関節１０３ｃは、アーム部材１０２ｃとアーム部材１０２ｄとをそれらの軸心の回りに相対的に回動させる。以下、このように関節によって互いに連接されたアーム部材群を、ロボットアームと定義する。ここでは、関節１０３ａ〜１０３ｃによって互いに連接されたアーム部材群１０２ａ〜１０２ｄがロボットアーム１１０（第１のロボットアーム）を構成している。
【００２４】
関節１０３ａには、それを駆動するためのサーボモータ（図示せず）及びそのサーボモータの主軸に連結したエンコーダ（位置検出器）を具備したアクチュエータ１０４ａが設置される。アクチュエータ１０４ａのサーボモータが動作することで、関節１０３ａにおいて許容される回転軸周りの回転が行われる。また、アクチュエータ１０４ａのエンコーダは、自身と連結したアクチュエータ１０４ａのサーボモータの基準位置（基準角）からの回転角（以下、エンコーダ値θａという。）を検出している。このエンコーダ値θａは、関節部１０４ａの制御上の現在位置に対応している。関節１０３ａと同様に、関節１０３ｂにはサーボモータ及びエンコーダを具備したアクチュエータ１０４ｂが設置され、関節１０３ｃにはサーボモータ及びエンコーダを具備したアクチュエータ１０４ｃが設置される。
【００２５】
アーム部材１０２ｄの先端部位（ロボットアーム１１０の先端部位）には、各種作業用の保持ツール１０５が着脱可能に取り付けられている。保持ツール１０５には、例えば、搬送作業用の把持ツール又は吸着ツールが含まれる。尚、保持ツール１０５は、アーム１０２ｄの先端部位に取り付けられた場合、アーム１０２ｄに対して相対変位しないものとする。また、アーム１０２ｄの先端部位には慣性センサ１０６が取り付けられている。尚、アーム１０２ｄの先端部位に保持ツール１０５が常時取り付けられる場合、慣性センサ１０６を保持ツール１０５に取り付けてもよい。若しくは、慣性センサ１０６は、位置決めロボット１００の保持ツール１０５により保持されるワークに設けられてもよい。
【００２６】
慣性センサ１０６は、物体（この場合、保持ツール１０５）の動きから生じる慣性力を電気信号として検出するセンサである。慣性センサ１０６には、加速度センサ、角速度センサ等が含まれる。加速度センサの代表例としては、セラミックケース内部で中空状態に保持されるマスによって圧電素子に慣性力が印加されたとき、この圧電素子に発生する電荷を電気信号として取り出すというメカニズムが用いられている。尚、保持ツール１０５の並進方向又は回転方向の加速度のみを検出する場合には１軸型の加速度センサが用いられ、保持ツール１０５の３軸（直交三次元座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向それぞれの加速度を検出する場合には３軸型の加速度センサが用いられる。角速度センサの代表例としては、圧電素子に電圧を印加して振動させた状態でさらに回転運動に伴う角速度を加えたとき、所謂コリオリの力によって発生する圧電素子の歪みを電気信号として取り出すというメカニズムが用いられている。
【００２７】
また、慣性センサ１０６に指向性があるのであれば、慣性センサ１０６において最も感度の良い方向が、位置決めロボット１００と作業ロボット２００とによる実際の協調作業に際して良くたわむ方向に設定される。
【００２８】
作業ロボット２００は、位置決めロボット１００と同様に、その基台２０１が作業スペース下側の床面に設置される所謂床置き型の垂直多関節ロボットである。基台２０１にはアーム（以下、便宜上、アーム部材と呼ぶ）２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄが連設されており、また、基台２０１及びアーム部材２０２ａ〜２０２ｄは関節２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ等を介して互いに相対回転可能となるよう連結している。例えば、基台２０１とアーム部材２０２ａとの連結部である関節（図示せず）により、基台２０１及びアーム２０２ａはそれらの軸心に直交する軸の回りに相対的に回動（旋回）させる。また、関節２０３ａは、アーム部材２０２ａとアーム部材２０２ｂとをそれらの軸心の回りに相対的に回動させ、関節２０３ｂは、アーム部材２０２ｂとアーム部材２０２ｃとをそれらの軸心の回りに相対的に回動させ、関節２０３ｃは、アーム部材２０２ｃとアーム部材２０２ｄとをそれらの軸心の回りに相対的に回動させる。このように関節２０３ａ〜２０３ｃによって互いに連接されたアーム部材群２０２ａ〜２０２ｄによってロボットアーム２１０（第２のロボットアーム）が構成されている。
【００２９】
関節２０３ａには、それを駆動するためのサーボモータ（図示せず）及びそのサーボモータの主軸に連結したエンコーダ（位置検出器）を具備したアクチュエータ２０４ａが設置される。アクチュエータ２０４ａのサーボモータが動作することで、関節２０３ａにおいて許容される回転軸周りの回転が行われる。また、アクチュエータ２０４ａのエンコーダは、自身と連結したアクチュエータ２０４ａのサーボモータの基準位置（基準角）からの回転角（以下、エンコーダ値θｂという。）を検出している。このエンコーダ値θｂは、関節部２０３ａの制御上の現在位置に対応している。関節２０３ａと同様に、関節２０３ｂにはサーボモータ及びエンコーダを具備したアクチュエータ２０４ｂが設置され、関節２０３ｃにはサーボモータ及びエンコーダを具備したアクチュエータ２０４ｃが設置される。
【００３０】
アーム部材２０２ｄ（ロボットアーム２１０の先端部位）の先端部位には、各種作業用の作業ツール２０５が着脱可能に取り付けられる。作業ツール２０５には、例えば、溶接作業用のスポット溶接ガンや溶接トーチ、バリ取り・研磨作業用のバレル研磨機、ブラシ研磨機、エアーブラスト研磨機等が含まれる。尚、作業ツール２０５は、アーム部材２０２ｄの先端部位に取り付けられた場合、アーム部材２０２ｄに対して相対変位しないものとする。
【００３１】
ロボット制御装置３００は、本自動作業システムが対象とする作業工程に応じて位置決めロボット１００及び作業ロボット２００双方の動作を制御する制御装置である。具体的には、ロボット制御装置３００は、位置決めロボット１００の各アクチュエータ１０４ａ〜１０４ｃが具備するサーボモータのサーボ制御及び作業ロボット２００の各アクチュエータ２０４ａ〜２０４ｄが具備するサーボモータのサーボ制御により、位置決めロボット１００の保持ツール１０５及び作業ロボット２００の作業ツール２０５を任意の位置及び姿勢に任意の経路に沿って移動させる。さらに、ロボット制御装置３００は、位置決めロボット１００の保持ツール１０５におけるワークの保持と、作業ロボット２００の作業ツール２０５によるワークに対する作業と、を制御する。尚、ロボット制御装置３００は、位置決めロボット１００のみを制御対象とするロボット制御装置と、作業ロボット２００のみを制御対象とするロボット制御装置と、により構成してもよい。
【００３２】
ロボット制御装置３００は、位置決めロボット１００の基台１０１又は作業ロボット２００の基台２０１の一方に配置されるが、位置決めロボット１００及び作業ロボット２００と遠隔に配置されていてもよい。また、位置決めロボット１００及び作業ロボット２００と物理的に着脱可能な形態で接続されてもよい。さらに、ロボット制御装置３００は、ティーチペンダント等の外部装置（図示せず）と接続可能である。オペレータは、この外部装置を利用することで、例えばティーチモード（ロボットの移動終了位置（目標位置）を教示するモード）及びチェックモード（ティーチモードに基づくロボットの移動をチェックするモード）の実行開始指令の入力、ティーチモードの実行中における位置決めロボット１００又は作業ロボット２００のマニュアル操作、ティーチモードの実行中における移動開始位置（初期位置）及び移動終了位置（目標終了位置）の入力等を行うことができる。
【００３３】
図２は、図１に示した自動作業システムにおいて特にロボット制御装置３００の機能上の構成を示した機能ブロック図である。図２に示すように、ロボット制御装置３００は、位置ズレ量検出部３０１と、目標位置補正部３０２と、位置・速度サーボ制御部３０３と、アンプ３０４と、位置・速度サーボ制御部３０５と、アンプ３０６と、を有する。尚、位置ズレ量検出部３０１、目標位置補正部３０２、位置・速度サーボ制御部３０３は、ロボット制御装置３００のＣＰＵ（図示せず）が実行するプログラム（ソフトウェア）によって機能ブロックとして実現される。もちろん、これらの機能ブロックを電気回路等のハードウェアによって実現してもよい。
【００３４】
位置ズレ量検出部３０１は、位置決めロボット１００が保持ツール１０５を作業ロボット２００の所定の位置決め基準位置Ｐｎに搬送して位置決めした後、慣性センサ１０６の慣性力Ｑ（加速度又は角速度を示す）に基づいて、所定の作業の際における外力による保持ツール１０５の位置決め基準位置Ｐｎからの位置ズレ量ΔＰ１を検出する。この位置ズレ量ΔＰ１は、位置決めした状態における保持ツール１０５の制御上の現在位置（位置決め基準位置Ｐｎ）と実際の位置Ｐ１とのズレを表す。位置ズレ量検出部３０１には、保持ツール１０５が位置決め基準位置Ｐｎに位置決めされたことを示す停止信号Ｓが入力されており、位置ズレ量検出部３０１は、この停止信号Ｓが入力されたタイミングで位置ズレ量ΔＰ１の検出を開始する。慣性力Ｑに基づく保持ツール１０５の位置ズレ量ΔＰ１は、慣性力Ｑが加速度を示す場合、慣性力Ｑを２階積分して保持ツール１０５の移動量を得ることにより検出される。また、慣性力Ｑが角速度を示す場合、慣性力Ｑを１階積分することで検出される。この場合の位置ズレ量ΔＰ１は、位置決めした状態における保持ツール１０５の制御上の現在角度と実際の角度（以下、実角度という）とのズレ（角度変化量）を表す。なお、位置ズレ量検出部３０１は、停止信号Ｓが入力されない場合には、位置ズレ量ΔＰ１として０を出力する。
【００３５】
この位置ズレ量ΔＰ１は、主として、位置決めロボット１００によって保持ツール１０５を位置決めした後、作業ロボット２００によって保持ツール１０５が保持する所定のワークに対し所定の作業が行われる際に、保持ツール１０５又は保持ツール１０５が保持するワークに対し荷重及び外力がかかって生じた位置ズレの度合いを表している。保持ツール１０５にかかる荷重及び外力としては、例えば、図５に示すようなスポット溶接システムの場合、スポット溶接ガンの一方の溶接電極の加圧力が相当する。
【００３６】
目標位置補正部３０２は、上記の外部装置より指示された保持ツール１０５の搬送先となる目標位置Ｐ０（位置決め基準位置Ｐｎ）を、位置ズレ量検出部３０１において検出された保持ツール１０５の位置ズレ量ΔＰ１を見込んだ補正目標位置Ｐ０’に補正する。具体的には、「目標位置Ｐ０（位置決め基準位置Ｐｎ）＋位置ズレ量ΔＰ１」を演算して、これを補正目標位置Ｐ０’として出力する。なお、位置ズレ量検出部３０１に停止信号Ｓが入力されない場合には、位置ズレ量ΔＰ１は０であるので、目標位置補正部３０２は、目標位置Ｐ０（位置決め基準位置Ｐｎ）を補正せずにそのまま補正目標位置Ｐ０’として出力する。
【００３７】
位置・速度サーボ制御部３０３は、目標位置補正部３０２から出力される補正目標位置Ｐ０’と、位置決めロボット１００の各アクチュエータ１０４ａ〜１０４ｃが具備するエンコーダにおいて検出されたエンコーダ値θ１と、が入力され、位置決めロボット１００の各アクチュエータ１０４ａ〜１０４ｃが具備するサーボモータの操作量の指令値を出力する。具体的には、位置・速度サーボ制御部３０３は、次式に示すように補正目標位置Ｐ０’とエンコーダ値θ１との差ｅ１、つまり保持ツール１０５の位置ズレ量ΔＰ１を考慮に入れた保持ツール１０５の位置偏差ｅ１を算定するとともに、この位置偏差ｅ１を所定のゲインで増幅した信号を出力する。この動作は所謂比例動作と呼ばれる。
【００３８】
ｅ１＝Ｐ０’−θ１＝（Ｐ０＋ΔＰ１）−θ１・・・（式１）
さらに、位置・速度サーボ制御部３０３は、位置ズレ量ΔＰ１の一次微分とエンコーダ値θ１の一次微分との差ｖ１、つまり保持ツール１０５の位置ズレ量を考慮に入れた保持ツール１０５の速度偏差ｖ１を算定するとともに、この速度偏差ｖ１に所定のゲインで増幅した信号を出力する。この動作は所謂微分動作と呼ばれる。
【００３９】
ｖ１＝ｄＰ０’／ｄｔ−ｄθ１／ｄｔ＝（ｄＰ０／ｄｔ＋ｄΔＰ１／ｄｔ）−ｄθ１／ｄｔ・・・（式２）
尚、位置・速度サーボ制御部３０３は、上記の比例動作及び微分動作の他に、所謂積分動作を同時に行うようにしてもよい。
【００４０】
アンプ３０４は、位置・速度サーボ制御部３０３から出力される信号を増幅し、これを位置決めロボット１００の各アクチュエータ１０４ａ〜１０４ｃが具備するサーボモータに対し、当該サーボモータの操作量に応じた駆動電流指令として出力する。この駆動電流指令に応じて当該サーボモータが回転し、保持ツール１０５が補正目標位置Ｐ０’となるようにフィードバック制御される。
【００４１】
位置・速度サーボ制御部３０５は、外部装置から指示された目標位置Ｐ２と、作業ロボット２００の各アクチュエータ２０４ａ〜２０４ｃが具備するエンコーダにおいて検出されたエンコーダ値θ２と、が入力され、作業ロボット２００の各アクチュエータ２０４ａ〜２０４ｃが具備するサーボモータの操作量の指令値を出力する。具体的には、位置・速度サーボ制御部３０５は、作業ツール２０５の目標位置Ｐ２とエンコーダ値θ２との差である位置偏差ｅ２を算定するとともに、この位置偏差ｅ２に所定のゲインで増幅した信号を出力する。この動作は所謂比例動作と呼ばれる。
【００４２】
ｅ２＝Ｐ２−θ２・・・（式３）
さらに、位置・速度サーボ制御部３０５は、作業ツール２０５の目標位置Ｐ２の一次微分とエンコーダ値θ２の一次微分との差である速度偏差ｖ２を算定するとともに、この速度偏差ｖ２に所定のゲインで増幅した信号を出力する。この動作は所謂微分動作と呼ばれる。
【００４３】
ｖ２＝ｄＰ２／ｄｔ−ｄθ２／ｄｔ・・・（式４）
尚、位置・速度サーボ制御部３０５は、上記の比例動作及び微分動作の他に、所謂積分動作を同時に行うようにしてもよい。
【００４４】
アンプ３０６は、位置・速度サーボ制御部３０５から出力される信号を増幅し、これを作業ロボット２００の各アクチュエータ２０４ａ〜２０４ｃが具備するサーボモータに対し、当該サーボモータの操作量に応じた駆動電流指令として出力する。この駆動電流指令に応じて当該サーボモータが回転し、作業ツール２０５が目標位置Ｐ２となるようにフィードバック制御される。
【００４５】
図３は、ロボット制御装置３００による作業位置の位置ズレ補正方法の流れを説明するためのフローチャートである。
【００４６】
ロボット制御装置３００は、初期位置に設定された位置決めロボット１００が停止中の間（Ｓ３００：ＹＥＳ）、慣性センサ１０６のオフセット調整を行う（Ｓ３０１）。後述のとおり位置ズレ量ΔＰ１を検出する場合、慣性センサ１０６のオフセット量を取り除くことで検出精度の向上、ひいては位置ズレ補正精度の向上を図るためである。
【００４７】
つぎに、ロボット制御装置３００は、慣性センサ１０６のオフセット調整後、位置決めロボット１００の保持ツール１０５により保持したワークを、外部装置より指示された作業ロボット２００の作業ツール２０５における目標位置Ｐ０である位置決め基準位置Ｐｎ（位置決めロボット１００側が認識する協調作業位置）に搬送して位置決めする（Ｓ３００：ＮＯ、Ｓ３０２：ＮＯ）。そして、ロボット制御装置３００は、ワークを保持した保持ツール１０５が位置決め基準位置Ｐｎに到達したとき（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、位置ズレ量検出部３０１において慣性センサ１０６で検出される慣性力Ｑに基づいたワークの位置ズレ量ΔＰ１の検出処理を開始する（Ｓ３０３）。なお、正確には、ロボット制御装置３００は、ワークが位置決め基準位置Ｐｎに到達し、且つ停止信号Ｓが入力されたとき、保持ツール１０５の移動量の検出処理を開始する。
【００４８】
つぎに、ロボット制御装置３００は、位置決めロボット１００と作業ロボット２００とによる協調作業（例えば、ワークに対するスポット溶接）の動作を制御する（Ｓ３０４）。なお、協調作業の際に、上記のとおりワークに対し荷重及び外力がかかり、目標位置Ｐ０に応じた位置決め基準位置Ｐｎに位置決めされたワークが動く場合がある。そこで、ロボット制御装置３００は、位置ズレ量検出部３０１においてワークが位置決め基準位置Ｐｎから移動した位置ズレ量ΔＰ１を検出するとともに（Ｓ３０５）、目標位置補正部３０２において外部装置から指定された保持ツール１０５の搬送先となる目標位置Ｐ０に応じた位置決め基準位置Ｐｎを、位置ズレ量検出部３０１において検出された保持ツール１０５の位置ズレ量ΔＰ１を見込んだ補正目標位置Ｐ０’に補正する。そして、ロボット制御装置３００は、補正目標位置Ｐ０’に基づいて、位置ズレ量ΔＰ１がなくなるように、位置・速度サーボ制御部３０３により位置決めロボット１００の各アクチュエータ２０４ａ〜２０４ｃが具備するサーボモータを駆動制御する。この結果、保持ツール１０５の実際の位置Ｐ１が、位置ズレ量ΔＰ１がなくなるように位置ズレ前の位置Ｐ０に補正される（Ｓ３０６）。尚、位置決めロボット１００の保持ツール１０５がワークを保持した後、保持ツール１０５は重力方向に荷重を受ける。そこで、保持ツール１０５を目標位置に搬送する前に、保持ツール１０５の位置を補正してもよい。
【００４９】
上記のとおり、実施の形態１では、位置決めロボット１００と作業ロボット２００とが協調してワークに所定の作業を行う際、当該ワークに荷重及び外力がかかることで当該ワークを保持した保持ツール１０５が本来あるべき所定の目標位置Ｐ０である位置決め基準位置Ｐｎから移動する場合、このときの位置ズレ量ΔＰ１を検出して、保持ツール１０５の位置ズレを補正することができる。また、位置決めロボット１００側でワークを保持している点に着眼し、位置ズレ補正を行うために位置決めロボット１００側のみに慣性センサ１０６が取り付けられ、この慣性センサ１０６において検出された慣性力Ｑのみを利用するという簡素な構成を採用することができる。さらに、既存の自動作業システムでは、位置決めロボット１００の保持ツール１０５のサーボ制御及び作業ロボット２００の作業ツール２０５のサーボ制御のための構成を元々備えている。このため、上記の位置ズレ量ΔＰ１を用いた位置ズレ補正を、既存の自動作業システムの構成を流用して実現することができる。
【００５０】
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、位置決めロボット１００のロボットアーム１１０の先端部位に慣性センサ１０６が取り付けられ、この慣性センサ１０６において検出された慣性力Ｑに基づいて、保持ツール１０５が保持するワークの位置決め基準位置Ｐｎからの位置ズレ量ΔＰ１が検出されるとともに当該位置ズレ量ΔＰ１を用いて位置ズレ補正が行われるようにした。これにより、位置ズレ量ΔＰ１を用いた位置ズレ補正処理が位置決めロボット１００側で完結するため、その位置ズレ補正処理に必要な構成を簡素化することができる。
【００５１】
一方、実施の形態２では、位置決めロボット１００のロボットアーム１１０の先端部位に慣性センサ１０６が取り付けられ、この慣性センサ１０６において検出された慣性力Ｑに基づいて、ワークの作業位置に応じた作業ツール２０５の目標位置Ｐ２である位置決め基準位置Ｐｍ（作業ロボット２００側が認識する協調作業位置）が、保持ツール１０５の位置決め基準位置Ｐｎから位置ズレ量ΔＰ１分ずれた後の実際の位置に補正される。つまり、実施の形態２では、実施の形態１とは異なり、作業位置の位置ズレ補正に際し、位置決めロボット１００の保持ツール１０５を動かすのではなく、作業ロボット２００の作業ツール２０５を動かすことにしている。尚、この際、ワークのたわみ量をあらかじめ教示点ごとに登録しておき、これらのたわみ量の情報を考慮に入れることも可能である。
【００５２】
この結果として、実施の形態２では、位置決めロボット１００と作業ロボット２００との協調作業の際にワークにかかる荷重及び外力によって生じる位置ズレのみならず、実施の形態１では考慮されずにいたワークのたわみまでをも考慮に入れて補正することができる。
【００５３】
また、位置決めロボット１００が複数台必要となる自動作業システムの場合、つまり、複数台の位置決めロボット１００が協調してワークを作業ロボット２００の位置決め基準位置Ｐｎに搬送するような自動作業システムの場合、保持ツール１０５の位置ズレ量を検出するための情報として、複数台の位置決めロボット１００それぞれの慣性センサ１０６において検出される慣性力Ｑを利用することができ、保持ツール１０５の位置ズレ量を高精度に検出することが可能となる。
【００５４】
＜実施の形態３＞
図４は、本発明の実施の形態３に係る自動作業システムの全体構成として特にロボット制御装置３００のブロック構成を示した図である。図１、図２に示した実施の形態１の構成と相違する点は、主として、位置決めロボット１００のロボットアーム１１０の先端部位の慣性センサ１０６が取り外され、作業ロボット２００のロボットアーム２１０の先端部位に慣性センサ２０６が取り付けられた点と、ロボット制御装置３００において位置決めロボット１００を制御対象とするサーボ制御系から位置ズレ量検出部３０１及び目標位置補正部３０２が省略され、作業ロボット２００を制御対象とするサーボ制御系側に位置ズレ量検出部３０７及び目標位置補正部３０８が追加された点である。
【００５５】
慣性センサ２０６は、慣性センサ１０６と同様に、加速度センサ又は角速度センサ等を用いることができ、作業ツール２０５の加速度、角速度等を検出する。また、慣性センサ２０６に指向性がある場合、慣性センサ２０６において最も感度の良い方向が、位置決めロボット１００と作業ロボット２００とによる実際の協調作業において良く変位する方向に設定される。
【００５６】
位置ズレ量検出部３０７は、外部装置により指示された目標位置Ｐ２に作業ツール２０５が位置決めされた後、慣性センサ２０６の慣性力Ｑ（加速度又は角速度を示す）に基づいて、作業ツール２０５の目標位置Ｐ２に応じた位置決め基準位置Ｐｍからの位置ズレ量ΔＰ３を検出する。この位置ズレ量ΔＰ３は、目標位置Ｐ２に位置決めした状態における作業ツール２０５の制御上の現在位置（位置決め基準位置Ｐｍ）と実際の位置Ｐ３とのズレを表す。また、慣性力Ｑに応じた作業ツール２０５の位置ズレ量ΔＰ３は、慣性力Ｑが加速度を示す場合、慣性力Ｑを２階積分して得られる。また、慣性力Ｑが角速度を示す場合、慣性力Ｑを１階積分することで得られる。
【００５７】
目標位置補正部３０８は、上記の外部装置より指示されたワークの作業位置に応じた作業ツール２０５における目標位置Ｐ２（位置決め基準位置Ｐｍ）を、位置ズレ量検出部３０７において検出された作業ツール２０５の位置ズレ量ΔＰ３を見込んだ補正目標位置Ｐ２’に補正する。具体的には、「目標位置Ｐ２（位置決め基準位置Ｐｍ）＋位置ズレ量ΔＰ３」を演算して、これを補正目標位置Ｐ２’として出力する。なお、位置ズレ量検出部３０７に停止信号Ｓが入力されない場合には、位置ズレ量ΔＰ３は０であるので、目標位置補正部３０８は、目標位置Ｐ２を補正せずにそのまま補正目標位置Ｐ２’として出力する。
【００５８】
上記のとおり、実施の形態３では、作業ロボット２００のロボットアーム２１０の先端部位に慣性センサ２０６が取り付けられ、この慣性センサ２０６において検出された慣性力Ｑに基づいて、ワークの作業位置に応じた作業ツール２０５の目標位置Ｐ２である位置決め基準位置Ｐｍからの位置ズレ量ΔＰ３を用いて位置ズレ補正するようにした。これにより、作業ツール２０５のたわみまでをも考慮に入れた補正を行うことが可能となる。特に、スポット溶接システムの場合、スポット溶接ガンの固定電極側のガンアームはガン加圧力によってたわみ易いため、固定電極に慣性センサ２０６を取り付けるようにすれば、作業ツール２０５の位置ズレ量ΔＰ３を用いた位置ズレ補正と併せて、ガンアームのたわみについても補正することができる。
【００５９】
＜実施の形態４＞
上記の実施の形態３では、作業ロボット２００のロボットアーム２１０の先端部位に慣性センサ２０６が取り付けられ、この慣性センサ２０６において検出された慣性力Ｑに基づいて、作業ツール１０５の位置決め基準位置Ｐｍからの位置ズレ量ΔＰ３が検出されるとともに当該位置ズレ量ΔＰ３を用いて位置ズレ補正が行われるようにした。
【００６０】
一方、実施の形態４では、作業ロボット２００のロボットアーム２１０の先端部位に慣性センサ２０６を取り付け、この慣性センサ２０６において検出された慣性力Ｑに基づいて、位置決めロボット１００の保持ツール１０５の実際の位置Ｐ１を作業ツール２０５の実際の位置Ｐ３に補正する。つまり、実施の形態４では、実施の形態３とは異なり、位置ズレ量ΔＰ２の補正に際して、作業ロボット２００の作業ツール２０５を動かすのではなく、位置決めロボット１００の保持ツール１０５を動かすことにしている。これにより、また、位置決めロボット１００が複数台必要となる自動作業システムの場合、つまり、複数台の位置決めロボット１００が協調してワークを作業ロボット２００の所定の目標位置Ｐ０に応じた位置決め基準位置Ｐｎに搬送するような自動作業システムの場合、複数台の位置決めロボット１００それぞれの保持ツール１０５の位置ズレ量を補正するに際して、作業ロボット２００側に１個の慣性センサ２０６を取り付けるだけで済み、複数台の位置決めロボット１００それぞれに慣性センサ１０６を設ける必要がなくなる。このため、自動作業システムを低コストで実現することが可能となる。
【００６１】
＜実施の形態５＞
上記の実施形態１〜４では、位置決めロボット１００のロボットアーム１１０又は作業ロボット２００のロボットアーム２１０の一方の先端部位に慣性センサ（１０６又は２０６）を取り付けるようにしてシステム構築コストの低減を図っている。一方、実施の形態５では、位置決めロボット１００のロボットアーム１１０及び作業ロボット２００のロボットアーム２１０それぞれの先端部位に慣性センサ（１０６、２０６）が取り付けられ、協調作業の際に生じ得る作業位置の位置ズレ量を、位置決めロボット１００と作業ロボット２００との間で按分（例えば位置ズレ量の１／２を双方で分担）する。そして位置決めロボット１００及び作業ロボット２００の双方の動作により位置ズレ補正する。これにより、極め細やかな位置ズレ補正が可能となり、また位置決めロボット１００及び作業ロボット２００それぞれの処理負担を軽減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、位置決めロボットと作業ロボットとの協調作業の際に生じ得る位置ズレを簡素な仕組みで検出して補正できるという優れた作用効果を奏し、協調作業の際に位置決めロボットの保持ツールや作業ロボットの作業ツールに荷重及び外力がかかる自動作業システムに利用すると有益である。
【符号の説明】
【００６３】
１００ 位置決めロボット
１０１ 基台
１０２ａ〜１０２ｄ アーム部材
１０３ａ〜１０３ｃ 関節
１０４ａ〜１０４ｃ アクチュエータ
１０５ 保持ツール
１０６ 慣性センサ
１１０ ロボットアーム
２００ 作業ロボット
２０１ 基台
２０２ａ〜２０２ｄ アーム部材
２０３ａ〜２０３ｃ 関節
２０４ａ〜２０４ｃ アクチュエータ
２０５ 作業ツール
２０６ 慣性センサ
２１０ ロボットアーム
３００ ロボット制御装置
３０１、３０７ 位置ズレ量検出部
３０２、３０８ 目標位置補正部
３０３、３０５ 位置・速度サーボ制御部
３０４、３０６ アンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のロボットアームと当該第１のロボットアームの先端部位に設けられた保持ツールとを具備する位置決めロボットと、第２のロボットアームと当該第２のロボットアームの先端部位に設けられた作業ツールとを具備する作業ロボットと、前記第１のロボットアームの先端部位、前記第２のロボットアームの先端部位、又は前記位置決めロボットの保持ツールにより保持されるワークに設けられた慣性センサと、ロボット制御装置と、を有し、前記位置決めロボットが前記保持ツールにより保持した前記ワークを当該位置決めロボットの所定の目標位置である位置決め基準位置に搬送して位置決めするとともに、前記作業ロボットが当該作業ロボットの所定の目標位置である作業位置において前記ワークに対し所定の作業を行う自動作業システムにおける位置ズレ補正方法であって、
前記ロボット制御装置は、
前記位置決めロボットの動作を制御し、
且つ前記作業ロボットが前記ワークに対し所定の作業を行う際、前記慣性センサにおいて検出される慣性力に基づいて、前記保持ツールの位置決め基準位置からの位置ズレ量を検出する位置ズレ量検出工程と、検出した前記位置ズレ量に基づいて、前記保持ツールの位置決め基準位置を前記保持ツールの位置ズレ前の位置に補正する位置ズレ補正工程と、を遂行する、
自動作業システムにおける位置ズレ補正方法。
【請求項２】
第１のロボットアームと当該第１のロボットアームの先端部位に設けられた保持ツールとを具備する位置決めロボットと、第２のロボットアームと当該第２のロボットアームの先端部位に設けられた作業ツールとを具備する作業ロボットと、前記第１のロボットアームの先端部位、前記第２のロボットアームの先端部位、又は前記位置決めロボットの保持ツールにより保持されるワークに設けられた慣性センサと、ロボット制御装置と、を有し、前記位置決めロボットが前記保持ツールにより保持した前記ワークを当該位置決めロボットの所定の目標位置である位置決め基準位置に搬送して位置決めするとともに、前記作業ロボットが当該作業ロボットの所定の目標位置である作業位置において前記ワークに対し所定の作業を行う自動作業システムにおける位置ズレ補正方法であって、
前記ロボット制御装置は、
前記作業ロボットの動作を制御し、
且つ前記作業ロボットが前記ワークに対し所定の作業を行う際、前記慣性センサにおいて検出される慣性力に基づいて、前記作業位置からの位置ズレ量を検出する位置ズレ量検出工程と、検出した前記位置ズレ量に基づいて、前記作業位置を位置ズレ後の位置に補正する位置ズレ補正工程と、
を遂行する、自動作業システムにおける位置ズレ補正方法。
【請求項３】
前記位置決めロボットを複数有する、請求項１又は２に記載の自動作業システムにおける位置ズレ補正方法。
【請求項４】
前記慣性センサは、加速度センサであり、
前記位置ズレ量検出工程は、前記加速度センサにより検出される並進方向又は回転方向の加速度に基づき前記保持ツールの位置決め基準位置から位置ズレ後の位置に至るまでの並進方向又は回転方向の位置ズレ量を検出する工程である、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動作業システムにおける位置ズレ補正方法。
【請求項５】
前記加速度センサは３次元方向それぞれの加速度を検出するセンサであり、
前記位置ズレ量検出工程は、前記加速度センサにより検出される３次元方向それぞれの並進方向の加速度に基づき前記保持ツールの位置決め基準位置から位置ズレ後の位置に至るまでの３次元方向の位置ズレ量を検出する工程である、
請求項４に記載の自動作業システムにおける位置ズレ補正方法。
【請求項６】
前記慣性センサは、角速度センサであり、
前記位置ズレ量検出工程は、
前記角速度センサにより検出される回転方向の角速度に基づき前記保持ツールの位置決め基準位置から位置ズレ後の位置に至るまでの回転方向の位置ズレ量を検出する工程である、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動作業システムにおける位置ズレ補正方法。
【請求項７】
第１のロボットアームと当該第１のロボットアームの先端部位に設けられた保持ツールとを具備する位置決めロボットと、第２のロボットアームと当該第２のロボットアームの先端部位に設けられた作業ツールとを具備する作業ロボットと、前記第１のロボットアームの先端部位、前記第２のロボットアームの先端部位、又は前記位置決めロボットの保持ツールにより保持されるワークに設けられた慣性センサと、コンピュータと、を有し、前記位置決めロボットが前記保持ツールにより保持した前記ワークを当該位置決めロボットの所定の目標位置である位置決め基準位置に搬送して位置決めするとともに、前記作業ロボットが当該作業ロボットの所定の目標位置である作業位置において前記ワークに対し所定の作業を行う自動作業システムにおける位置ズレ補正プログラムであって、
前記コンピュータに、
前記位置決めロボットの動作を制御させ、
且つ前記作業ロボットが前記ワークに対し所定の作業を行う際、前記慣性センサにおいて検出される慣性力に基づいて、前記保持ツールの位置決め基準位置からの位置ズレ量を検出する位置ズレ量検出工程と、検出した前記位置ズレ量に基づいて、前記保持ツールの位置決め基準位置を前記保持ツールの位置ズレ前の位置に補正する位置ズレ補正工程と、を遂行させる、
自動作業システムにおける位置ズレ補正プログラム。
【請求項８】
第１のロボットアームと当該第１のロボットアームの先端部位に設けられた保持ツールとを具備する位置決めロボットと、第２のロボットアームと当該第２のロボットアームの先端部位に設けられた作業ツールとを具備する作業ロボットと、前記第１のロボットアームの先端部位、前記第２のロボットアームの先端部位、又は前記位置決めロボットの保持ツールにより保持されるワークに設けられた慣性センサと、コンピュータと、を有し、前記位置決めロボットが前記保持ツールにより保持した前記ワークを当該位置決めロボットの所定の目標位置である位置決め基準位置に搬送して位置決めするとともに、前記作業ロボットが当該作業ロボットの所定の目標位置である作業位置において前記ワークに対し所定の作業を行う自動作業システムにおける位置ズレ補正プログラムであって、
前記コンピュータに、
前記作業ロボットの動作を制御させ、
且つ前記作業ロボットが前記ワークに対し所定の作業を行う際、前記慣性センサにおいて検出される慣性力に基づいて、前記作業位置からの位置ズレ量を検出する位置ズレ量検出工程と、検出した前記位置ズレ量に基づいて、前記作業位置を位置ズレ後の位置に補正する位置ズレ補正工程と、を遂行させる、
自動作業システムにおける位置ズレ補正プログラム。
【請求項１】
第１のロボットアームと当該第１のロボットアームの先端部位に設けられた保持ツールとを具備する位置決めロボットと、第２のロボットアームと当該第２のロボットアームの先端部位に設けられた作業ツールとを具備する作業ロボットと、前記第１のロボットアームの先端部位、前記第２のロボットアームの先端部位、又は前記位置決めロボットの保持ツールにより保持されるワークに設けられた慣性センサと、ロボット制御装置と、を有し、前記位置決めロボットが前記保持ツールにより保持した前記ワークを当該位置決めロボットの所定の目標位置である位置決め基準位置に搬送して位置決めするとともに、前記作業ロボットが当該作業ロボットの所定の目標位置である作業位置において前記ワークに対し所定の作業を行う自動作業システムにおける位置ズレ補正方法であって、
前記ロボット制御装置は、
前記位置決めロボットの動作を制御し、
且つ前記作業ロボットが前記ワークに対し所定の作業を行う際、前記慣性センサにおいて検出される慣性力に基づいて、前記保持ツールの位置決め基準位置からの位置ズレ量を検出する位置ズレ量検出工程と、検出した前記位置ズレ量に基づいて、前記保持ツールの位置決め基準位置を前記保持ツールの位置ズレ前の位置に補正する位置ズレ補正工程と、を遂行する、
自動作業システムにおける位置ズレ補正方法。
【請求項２】
第１のロボットアームと当該第１のロボットアームの先端部位に設けられた保持ツールとを具備する位置決めロボットと、第２のロボットアームと当該第２のロボットアームの先端部位に設けられた作業ツールとを具備する作業ロボットと、前記第１のロボットアームの先端部位、前記第２のロボットアームの先端部位、又は前記位置決めロボットの保持ツールにより保持されるワークに設けられた慣性センサと、ロボット制御装置と、を有し、前記位置決めロボットが前記保持ツールにより保持した前記ワークを当該位置決めロボットの所定の目標位置である位置決め基準位置に搬送して位置決めするとともに、前記作業ロボットが当該作業ロボットの所定の目標位置である作業位置において前記ワークに対し所定の作業を行う自動作業システムにおける位置ズレ補正方法であって、
前記ロボット制御装置は、
前記作業ロボットの動作を制御し、
且つ前記作業ロボットが前記ワークに対し所定の作業を行う際、前記慣性センサにおいて検出される慣性力に基づいて、前記作業位置からの位置ズレ量を検出する位置ズレ量検出工程と、検出した前記位置ズレ量に基づいて、前記作業位置を位置ズレ後の位置に補正する位置ズレ補正工程と、
を遂行する、自動作業システムにおける位置ズレ補正方法。
【請求項３】
前記位置決めロボットを複数有する、請求項１又は２に記載の自動作業システムにおける位置ズレ補正方法。
【請求項４】
前記慣性センサは、加速度センサであり、
前記位置ズレ量検出工程は、前記加速度センサにより検出される並進方向又は回転方向の加速度に基づき前記保持ツールの位置決め基準位置から位置ズレ後の位置に至るまでの並進方向又は回転方向の位置ズレ量を検出する工程である、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動作業システムにおける位置ズレ補正方法。
【請求項５】
前記加速度センサは３次元方向それぞれの加速度を検出するセンサであり、
前記位置ズレ量検出工程は、前記加速度センサにより検出される３次元方向それぞれの並進方向の加速度に基づき前記保持ツールの位置決め基準位置から位置ズレ後の位置に至るまでの３次元方向の位置ズレ量を検出する工程である、
請求項４に記載の自動作業システムにおける位置ズレ補正方法。
【請求項６】
前記慣性センサは、角速度センサであり、
前記位置ズレ量検出工程は、
前記角速度センサにより検出される回転方向の角速度に基づき前記保持ツールの位置決め基準位置から位置ズレ後の位置に至るまでの回転方向の位置ズレ量を検出する工程である、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動作業システムにおける位置ズレ補正方法。
【請求項７】
第１のロボットアームと当該第１のロボットアームの先端部位に設けられた保持ツールとを具備する位置決めロボットと、第２のロボットアームと当該第２のロボットアームの先端部位に設けられた作業ツールとを具備する作業ロボットと、前記第１のロボットアームの先端部位、前記第２のロボットアームの先端部位、又は前記位置決めロボットの保持ツールにより保持されるワークに設けられた慣性センサと、コンピュータと、を有し、前記位置決めロボットが前記保持ツールにより保持した前記ワークを当該位置決めロボットの所定の目標位置である位置決め基準位置に搬送して位置決めするとともに、前記作業ロボットが当該作業ロボットの所定の目標位置である作業位置において前記ワークに対し所定の作業を行う自動作業システムにおける位置ズレ補正プログラムであって、
前記コンピュータに、
前記位置決めロボットの動作を制御させ、
且つ前記作業ロボットが前記ワークに対し所定の作業を行う際、前記慣性センサにおいて検出される慣性力に基づいて、前記保持ツールの位置決め基準位置からの位置ズレ量を検出する位置ズレ量検出工程と、検出した前記位置ズレ量に基づいて、前記保持ツールの位置決め基準位置を前記保持ツールの位置ズレ前の位置に補正する位置ズレ補正工程と、を遂行させる、
自動作業システムにおける位置ズレ補正プログラム。
【請求項８】
第１のロボットアームと当該第１のロボットアームの先端部位に設けられた保持ツールとを具備する位置決めロボットと、第２のロボットアームと当該第２のロボットアームの先端部位に設けられた作業ツールとを具備する作業ロボットと、前記第１のロボットアームの先端部位、前記第２のロボットアームの先端部位、又は前記位置決めロボットの保持ツールにより保持されるワークに設けられた慣性センサと、コンピュータと、を有し、前記位置決めロボットが前記保持ツールにより保持した前記ワークを当該位置決めロボットの所定の目標位置である位置決め基準位置に搬送して位置決めするとともに、前記作業ロボットが当該作業ロボットの所定の目標位置である作業位置において前記ワークに対し所定の作業を行う自動作業システムにおける位置ズレ補正プログラムであって、
前記コンピュータに、
前記作業ロボットの動作を制御させ、
且つ前記作業ロボットが前記ワークに対し所定の作業を行う際、前記慣性センサにおいて検出される慣性力に基づいて、前記作業位置からの位置ズレ量を検出する位置ズレ量検出工程と、検出した前記位置ズレ量に基づいて、前記作業位置を位置ズレ後の位置に補正する位置ズレ補正工程と、を遂行させる、
自動作業システムにおける位置ズレ補正プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２７４３９６（Ｐ２０１０−２７４３９６Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３１９８１（Ｐ２００９−１３１９８１）
【出願日】平成２１年６月１日（２００９．６．１）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１日（２００９．６．１）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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