特開 2019-202372 ロボットシステム及びロボットの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-202372(P2019-202372A)

(43)【公開日】2019年11月28日

(54)【発明の名称】ロボットシステム及びロボットの制御方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/22 20060101AFI20191101BHJP

   G05B 19/42 20060101ALI20191101BHJP

【ＦＩ】

   B25J9/22 A

   G05B19/42 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2018-98027(P2018-98027)

(22)【出願日】2018年5月22日

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】丸山 信也

(72)【発明者】

【氏名】柴崎 暢宏

(72)【発明者】

【氏名】江口 武芳

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 将旭

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 剛史

【テーマコード（参考）】

3C269

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C269AB33

3C269BB03

3C269SA07

3C269SA31

3C707BS09

3C707KS33

3C707KW03

3C707KX06

3C707LS02

3C707LS15

3C707LS19

3C707LT07

(57)【要約】

【課題】従来よりも正確な移動経路を作成することができる。
【解決手段】所定の処理ツールを備えるロボットと、ティーチングモード時に前記処理ツールの移動軌跡を取得する制御装置とを備えるロボットシステムであって、前記ロボットは、前記処理ツールに作用する外力を検出する力センサを備え、前記制御装置は、ティーチングモード時において前記力センサが検出する外力が一定値になるように、前記処理ツールをワークの表面に押し付けながら移動させて前記移動軌跡を取得する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の処理ツールを備えるロボットと、ティーチングモード時に前記処理ツールの移動軌跡を取得する制御装置とを備えるロボットシステムであって、
前記ロボットは、前記処理ツールに作用する外力を検出する力センサを備え、
前記制御装置は、ティーチングモード時において前記力センサが検出する外力が一定値になるように、前記処理ツールをワークの表面に押し付けながら移動させて前記移動軌跡を取得することを特徴とするロボットシステム。

【請求項2】

前記制御装置は、プレイバックモード時には前記移動軌跡に基づいて前記ロボットを制御することを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。

【請求項3】

前記制御装置は、前記移動軌跡を、前記処理ツールを前記ワークの表面に押し付ける方向又は前記押し付ける方向とは反対方向にオフセットさせることで移動経路を作成し、前記移動経路に基づいて前記ロボットを制御する
ことを特徴とする請求項１または２記載のロボットシステム。

【請求項4】

前記処理ツールは、前記ワークの表面に対して前記一定値の力で押圧されても変形しない剛性を有する材料で形成されている教示用ツールである
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボットシステム。

【請求項5】

前記処理ツールは、所定の処理を行う工具である
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のロボットシステム。

【請求項6】

所定の処理ツールと、前記処理ツールに作用する外力を検出する力センサとを備えるロボットの制御方法であって、
ティーチングモード時に前記処理ツールの移動軌跡を取得する取得ステップを含み、
前記取得ステップでは、ティーチングモード時において前記力センサが検出する外力が一定値になるように、前記処理ツールをワークの表面に押し付けながら移動させて前記移動軌跡を取得することを特徴とするロボットの制御方法。

【請求項7】

プレイバックモード時には、前記取得ステップで取得した前記移動軌跡に基づいて前記ロボットを制御する制御ステップをさらにを含むことを特徴とする請求項６記載のロボットの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットシステム及びロボットの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、三次元自由曲面を有する作業対象物に対して、手先部に取付けられた工具で研削、研磨等の倣い作業を実施する産業用ロボット機構が開示されている。この産業用ロボット機構は、事前に作業者により手動で教示された移動経路に沿って工具を移動させることで作業対象物に対して倣い作業を実施する、いわゆるティーチングプレイバック制御を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３６７０７００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記移動経路の教示には、作業者の教示能力によってばらつきが生じてしまう。そのため、正確な移動経路を教示することができず、産業用ロボット機構は、正確な移動経路で工具を移動させることができない場合がある。

【0005】

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも正確な移動経路を作成することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明では、ロボットシステムに係る第１の解決手段として、所定の処理ツールを備えるロボットと、ティーチングモード時に前記処理ツールの移動軌跡を取得し、プレイバックモード時には前記移動軌跡に基づいて前記ロボットを制御する制御装置とを備えるロボットシステムであって、前記ロボットは、前記処理ツールに作用する外力を検出する力センサを備え、前記制御装置は、ティーチングモード時において前記力センサが検出する外力が一定値になるように、前記処理ツールをワークの表面に押し付けながら移動させて前記移動軌跡を取得する、という手段を採用する。

【0007】

本発明では、ロボットシステムに係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記制御装置は、プレイバックモード時には前記移動軌跡に基づいて前記ロボットを制御する、という手段を採用する。

【0008】

本発明では、ロボットシステムに係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記制御装置は、前記移動軌跡を、前記処理ツールを前記ワークの表面に押し付ける方向又は前記押し付ける方向とは反対方向にオフセットさせることで移動経路を作成し、前記移動経路に基づいて前記ロボットを制御する、という手段を採用する。

【0009】

本発明では、ロボットシステムに係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段において、前記処理ツールは、前記ワークの表面に対して前記一定値の力で押圧されても変形しない剛性を有する材料で形成されている教示用ツールである、という手段を採用する。

【0010】

本発明では、ロボットシステムに係る第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれかの解決手段において、前記処理ツールは、前記所定の処理を行う工具である、という手段を採用する。

【0011】

本発明では、ロボットの制御方法に係る第６の解決手段として、所定の処理ツールと、前記処理ツールに作用する外力を検出する力センサとを備えるロボットの制御方法であって、ティーチングモード時に前記処理ツールの移動軌跡を取得する取得ステップを含み、前記取得ステップでは、ティーチングモード時において前記力センサが検出する外力が一定値になるように、前記処理ツールをワークの表面に押し付けながら移動させて前記移動軌跡を取得する、という手段を採用する。

【0012】

本発明では、ロボットの制御方法に係る第７の解決手段として、上記第６の解決手段において、プレイバックモード時には、前記取得ステップで取得した前記移動軌跡に基づいて前記ロボットを制御する制御ステップをさらにを含む、という手段を採用する。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、従来よりも正確な移動経路を作成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係るロボットシステムＡの構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る制御装置２の構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る産業用ロボット１及び制御装置２の動作の流れを示す図である。

【図4】本発明の一実施形態に係るティーチングモードの動作を説明する図である。

【図5】本発明の一実施形態に係るワークＷに接着剤を塗布・注入する工具の構成を示す図である。

【図6】本発明の一実施形態に係るワークＷの表面の接着剤を拭き取る工具の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係るロボットシステムＡは、図１に示すようにロボット１及び制御装置２を備える。
ロボット１は、治具Ｆにより固定されたワークＷの表面形状に沿った移動経路Ｒを移動しながら、ワークＷに対して所定の処理を行うロボットである。
ここで、所定の処理とは、バリ取り加工、Ｃ面取り加工、ラウンドエッジ加工、接着剤等の液体の塗付、注入又は拭き取り等である。

【0016】

ロボット１は、ロボットアーム３、ハンド部４、処理ツール５及び力センサ６を備える。
ロボットアーム３は、複数の多関節機構を有する。ロボットアーム３の各関節には、各関節を各々駆動するモータが設けられている。ロボットアーム３は、制御装置２によりモータが駆動されることで、例えば、三次元空間を移動することができる。また、各関節には、モータの回転角度を検知するエンコーダが設けられている。

【0017】

ハンド部４は、処理ツール５をロボットアーム３に対して着脱可能に接続する。
処理ツール５は、ハンド部４によりロボットアーム３の先端に取り付けられる。処理ツール５は、ロボットアーム３の駆動により、三次元空間内で位置と姿勢を移動可能である。処理ツール５は、所定の力で押圧されても変形しない剛性を有する材料で形成される。この所定の力とは、処理ツール５がワークＷを押し付ける押付け力である。処理ツール５は、ティーチングモードで移動経路Ｒを作成する場合に作業者によりロボットアーム３の先端に取り付けられる。この処理ツール５は、プレイバックモードにおいて上記所定の処理を行う工具であってもよいし、ティーチングモードにおいて上記移動経路Ｒを作成するための専用の教示用ツールであってもよい。

【0018】

力センサ６は、処理ツール５に作用する外力Ｆｔを検出する。そして、力センサ６は、検出した外力Ｆｔを制御装置２に出力する。例えば、力センサ６は、三次元的に移動可能なロボットアーム３と処理ツール５との間に取り付けられる。この力センサ６は、例えば、直交３軸方向の力と各軸周りのトルクを検出する。ただし、力センサ６は、これに限定されず、ワークＷに対する押し付け力が検出できる限りで、その他の力センサであってもよい。

【0019】

制御装置２は、ティーチングモード時に処理ツール５の移動軌跡及びロボット１の動作データを記憶し、プレイバックモード時にはその移動軌跡及び動作データに基づいてロボット１を制御する。以下に、制御装置２の構成について、具体的に説明する。
図２に示すように、制御装置２は、ロボット制御部２１、記憶部２２、軌跡取得部２３、及び経路作成部２４を備える。

【0020】

ロボット制御部２１は、力センサ６から処理ツール５に作用する外力Ｆｔを取得する。そして、ロボット制御部２１は、取得した外力Ｆｔが一定値になるように、ロボットアーム３に設けられたモータの駆動を制御することで、処理ツール５をワークＷの表面に押し付けながら予め設定される各教示点Ｔに移動させる。すなわち、ロボット制御部２１は、ワークＷの表面に対する処理ツール５の押付け力を制御しながら、処理ツール５をワークＷの表面形状に倣せる。ここで、処理ツール５をワークＷの表面に押し付ける方向（押付け方向）は、例えば、ワークＷの表面の法線方向である。ただし、押付け方向はワークＷの表面の法線方向に限定されず、ワークＷと処理ツール５との干渉を避けるために、法線方向からずらした方向であってもよい。また、処理ツール５をワークＷの表面形状に倣せる方向（移動方向）とは、例えば、押付け方向に対して垂直な方向である。

【0021】

記憶部２２は、予め設定された上記教示点Ｔを格納する。この教示点Ｔは、ワークＷの表面上に複数設定される。例えば、この教示点Ｔは、ワークＷの表面形状を倣わせる処理ツール５の開始位置と停止位置とを含む。

【0022】

軌跡取得部２３は、処理ツール５が移動した位置の軌跡（移動軌跡）及びその位置ごとのロボットアーム３の動作データ（位置と姿勢）を取得する。例えば、軌跡取得部２３は、ロボットアーム３に設けられたエンコーダから取得したモータの回転角度に基づいて、処理ツール５の移動軌跡及びその移動軌跡におけるロボットアーム３の動作データを算出する。

【0023】

経路作成部２４は、軌跡取得部２３が取得した移動軌跡から移動経路Ｒを作成する。例えば、経路作成部２４は、軌跡取得部２３で取得した移動軌跡を、押付け方向又は押付け方向とは反対方向にオフセットさせることで移動経路Ｒを作成する。例えば、このオフセット量は、処理ツール５の形状に基づいて決定される。例えば、ロボットアーム３の先端に教示用ツールを取り付けられて移動経路Ｒを作成した場合には、その教示用ツールの押付け方向の長さと、上記所定の処理を行うためにロボットアーム３の先端に取り付けられる工具の押付け方向の長さとの差分値に基づいてオフセット量が設定される。そして、経路作成部２４は、作成した移動経路Ｒと軌跡取得部２３で取得した動作データとを関連付けて記憶部２２に格納する。

【0024】

例えば、所定の処理として、ワークＷに対して接着剤を塗付又は注入する場合には、ロボットアーム３の先端に取り付けられたノズル（工具）を、ワークＷから所定の距離だけ引き離した距離で倣いながら、そのノズルから接着剤を吐出させる。この場合には、経路作成部２４は、軌跡取得部２３で取得した軌跡を、押付け方向とは反対方向に所定の距離だけオフセットさせることで移動経路Ｒを作成する。

【0025】

一方、例えば、所定の処理として、ワークＷの表面の接着剤を拭き取る場合には、ロボットアーム３の先端に取り付けられたヘラ（工具）を、ワークＷに押し付けながら倣うことで接着剤を拭き取る。この場合には、経路作成部２４は、軌跡取得部２３で取得した移動軌跡を、押付け方向に所定の距離だけオフセットさせることで移動経路Ｒを作成する。

【0026】

次に、ロボット１及び制御装置２の動作について、図３，４をも参照して詳しく説明する。

【0027】

作業者は、ロボットアーム３の先端に処理ツール５として教示用ツールを取り付ける。そして、作業者は、ワークＷの形状に沿って複数の教示点Ｔ_１〜Ｔ_４を制御装置２に粗く教示する（ステップＳ１０１）。この教示点Ｔ_１〜Ｔ_４は、作業者が処理ツール５をワークＷの表面上に手動で移動させることで教示してもよいし、作業者がワークＷの表面上における所望の座標を記憶部２２に格納させることで教示してもよい。ワークＷの３ＤＣＡＤモデルを用いてオフラインで教示してもよい。なお、教示点Ｔ_１は、処理ツール５が倣う軌跡の開始位置であり、教示点Ｔ_４は、処理ツール５が倣う軌跡の停止位置である。また、教示点Ｔ_２，Ｔ_３は、処理ツール５が倣う軌跡の開始位置と停止位置との間の位置を示す。

【0028】

教示点Ｔ_１〜Ｔ_４の教示が終了すると、ロボット制御部２１は、力センサ６から取得した外力Ｆｔが一定値になるように、ロボットアーム３を力制御しながら、処理ツール５が教示点Ｔ_１，教示点Ｔ_２，教示点Ｔ_３，及び教示点Ｔ_４の順に倣うように低速で移動させる（ステップＳ１０２）。例えば、ワークＷの表面が三次元形状である場合には、ロボット制御部２１は、押付け方向の一方向で力制御しながら処理ツール５をワークＷの表面を倣わせるように制御する。なお、上記低速とは、上記所定の処理を行う場合における工具の移動速度よりも低い速度である。

【0029】

軌跡取得部２３は、ステップＳ１０２において、ロボットアーム３に設けられたエンコーダから取得したモータの回転角度に基づいて、処理ツール５の移動経路及びロボットアーム３の動作データを取得する（ステップＳ１０３）。なお、処理ツール５がワークＷの表面上を移動した移動軌跡を作成することは、ワークＷの表面形状を取得することを意味する。

【0030】

経路作成部２４は、軌跡取得部２３で取得した軌跡を、押付け方向又は押付け方向とは反対方向に所定距離だけオフセットさせることで移動経路Ｒを作成する（ステップＳ１０４）。そして、経路作成部２４は、作成した移動経路Ｒを上記動作データと関連付けて記憶部２２に格納する。これにより、本実施形態では、作業者が正確な移動経路Ｒを作成する必要がなくなり、自動で移動経路Ｒを作成することができる。これにより、ワークＷが三次元形状等の複雑な形状であっても、経路作成部２４は、ワークＷの形状（ワークＷの表面上の軌跡）を正確に取得することができる。そして、経路作成部２４は、取得した形状データに基づいて正確な移動経路Ｒを作成することができる。

【0031】

移動経路Ｒが作成されると、作業者は、教示用ツールを取り外し、ロボットアーム３の先端に工具を取り付ける。そして、ロボット制御部２１は、記憶部２２に格納された移動経路Ｒを工具が移動するように制御することで、ワークＷに対して所定の処理を行う（ステップＳ１０５）。

【0032】

このように、本実施形態に係るロボットシステムＡは、ワークＷの表面形状を処理ツール５で倣うことで、ワークＷの表面形状を取得する。そして、ロボットシステムＡは、取得したワークＷの表面形状に基づいて移動経路Ｒを作成する。これにより、ワークＷが固定される位置やワークＷの大きさにズレが生じる場合にも、ワークＷごとに正確な移動経路Ｒを作成することができる。

【0033】

また、本実施形態に係るロボットシステムＡは、作業者の教示に依らず移動経路Ｒを自動で作成するために、正確な教示が困難な三次元形状等の複雑形状を持つワークＷに対しても、正確な移動経路Ｒを作成することができる。

【0034】

また、本実施形態に係るロボットシステムＡは、例えば、工具を用いてワークＷに対して所定の処理を行う場合には、工具を移動経路Ｒに沿って一方向に位置制御を行いながら動作させることで高速かつ正確に動作させることができる。例えば、工具を用いて接着剤をワークＷに塗布・注入する場合には、工具をワークＷの表面から所定の距離を浮かせたうえで、工具の移動方向を位置制御で動作させる。これにより、工具とワークＷの表面との距離を一定に保ちながら、接着剤の塗布・注入における品質を安定させることができる。

【0035】

また、本実施形態に係るロボットシステムＡは、プレイバックモードにおいてワークＷの端部まで十分に上記所定の処理を行う場合には、移動経路Ｒの両端を所定の距離だけ外挿してもよい。これにより、ロボットシステムＡは、例えば、工具によりワークＷの端部にまで十分に接着剤を塗付又は拭き取ることができる。

【0036】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、ロボット制御部２１は、記憶部２２に予め格納されている、ワークＷの３ＤＣＡＤモデルから押付け方向を生成してもよい。

【0037】

（２）上記実施形態では、ワークＷに接着剤を塗布・注入する工具として、図５に示すような工具をハンド部４でロボットアーム３の先端に取り付けてもよい。例えば、工具は、エアチューブ１１、カートリッジ１２、及びノズル１３を備える。エアチューブ１１は、ディスペンサー（不図示）とカートリッジ１２とを連通させる。カートリッジ１２に充填された接着剤をディスペンサーからエアチューブ１１を介して圧送される圧縮空気によって、ノズル１３から外部に吐出する。

【0038】

（３）上記実施形態では、ワークＷの表面の接着剤を拭き取る工具として、図６に示すように、弾性を有するヘラ１４をハンド部４でロボットアーム３の先端に取り付けてもよい。これにより、ヘラ１４をワークＷの表面に押し込むことが可能となり、ヘラ１４の浮きを抑え、接着剤を拭い残しを減少させることができる。

【符号の説明】

【0039】

１ ロボット
２ 制御装置
３ ロボットアーム
４ ハンド部
５ 処理ツール
６ 力センサ
１１ エアチューブ
１２ カートリッジ
１３ ノズル
１４ ヘラ
２１ ロボット制御部
２２ 記憶部
２３ 軌跡取得部
２４ 経路作成部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】