特開 2024-177839 ロボットシステムおよびワークの処理方法

(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】P2024177839

(43)【公開日】2024-12-24

(54)【発明の名称】ロボットシステムおよびワークの処理方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/00 20060101AFI20241217BHJP

【ＦＩ】

B25J13/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023096203

(22)【出願日】2023-06-12

(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】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】上田 渉

(72)【発明者】

【氏名】和田 芳幸

(72)【発明者】

【氏名】酒井 康隆

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS05

3C707BS10

3C707CV08

3C707CW08

3C707KS33

3C707KW03

3C707KX10

3C707MS02

(57)【要約】

【課題】ロボットに要求される出力を低減すること。
【解決手段】ロボットシステム１００は、ワークＷを把持可能なロボットアーム６１０を有するロボット６００と、ロボットアーム６１０の動作を制御する制御装置７００と、を備え、制御装置７００は、ロボットアーム６１０がワークＷを把持した状態でワークＷを接地面に接触させることと、ロボットアーム６１０に外力が作用する第１の方向にロボットアーム６１０を移動可能に制御することと、少なくとも第１の方向、および、第１の方向と反対方向である第２の方向以外の方向についてロボットアーム６１０の移動を制限するように制御することと、を実行し、外力は、第１の方向の分力である第１分力が、第１の方向に直交する方向の分力である第２分力よりも大きい。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークを把持可能なロボットアームを有するロボットと、
前記ロボットアームの動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記ロボットアームが前記ワークを把持した状態で前記ワークを接地面に接触させることと、
前記ロボットアームに外力が作用する第１の方向に前記ロボットアームを移動可能に制御することと、
少なくとも前記第１の方向、および、前記第１の方向と反対方向である第２の方向以外の方向について前記ロボットアームの移動を制限するように制御することと、
を実行し、
前記外力は、前記第１の方向の分力である第１分力が、前記第１の方向に直交する方向の分力である第２分力よりも大きい、
ロボットシステム。

【請求項2】

前記接地面は、変形可能に構成されている、
請求項１に記載のロボットシステム。

【請求項3】

前記接地面は、前記ワークの外形形状に応じて変形可能に構成されている、
請求項２に記載のロボットシステム。

【請求項4】

前記ワークを前記接地面と異なる２面で挟持する挟持面を備え、
前記挟持面は、前記ワークの外形形状に応じて変形可能に構成されている、
請求項１または２に記載のロボットシステム。

【請求項5】

ロボットアームにワークを把持させるステップと、
前記ロボットアームが前記ワークを把持した状態で前記ワークを接地面に接触させるステップと、
前記ワークを接地面に接触させるステップの後、前記ロボットアームに外力が作用する第１の方向に前記ロボットアームを移動可能に制御しつつ、少なくとも前記第１の方向、および、前記第１の方向と反対方向である第２の方向以外の方向について前記ロボットアームの移動を制限する第１制御モードで前記ロボットアームを制御するステップと、
前記第１制御モードで前記ロボットアームを制御するステップの後、前記ロボットアームが前記ワークを把持した状態で、前記ワークに対し前記外力を作用させる処理を実行するステップと、
を含み、
前記外力は、前記第１の方向の分力である第１分力が、前記第１の方向に直交する方向の分力である第２分力よりも大きい、
ワークの処理方法。

【請求項6】

前記ワークに対し前記外力を作用させる処理を実行するステップの後、前記ワークの搬送方向以外の方向について前記ロボットアームの移動を制限する第２制御モードで前記ロボットアームを制御するステップと、
前記第２制御モードで前記ロボットアームを制御するステップの後、前記ロボットアームが前記ワークを把持した状態で前記ワークの姿勢を変え、前記ワークを前記接地面に接触させるステップと、
を含む、
請求項５に記載のワークの処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ロボットシステムおよびワークの処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、載置台に載置されたワークを別の載置台に移動させるため、ワークを保持するロボットアームが活用されている。例えば、特許文献１には、載置台に載置されたワークを第１保持部と第２保持部との間で挟持して持ち上げ、別の載置台に向けて移動させた後、下降することでワークを別の載置台に載置するロボットアームについて開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－１６８８３４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、ロボットアームがワークを保持した状態でワークに対し処理を行う場合、ロボットアームは、ワークの処理中に加えられる外力以上の力を発生可能に構成する必要がある。しかし、その場合、ロボットアームがワークに加えられる外力以上の力を発生させるために、高出力の大型ロボットが必要になるという課題がある。

【0005】

本開示の目的は、ロボットに要求される出力を低減することが可能なロボットシステムおよびワークの処理方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本開示のロボットシステムは、ワークを把持可能なロボットアームを有するロボットと、ロボットアームの動作を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、ロボットアームがワークを把持した状態でワークを接地面に接触させることと、ロボットアームに外力が作用する第１の方向にロボットアームを移動可能に制御することと、少なくとも第１の方向、および、第１の方向と反対方向である第２の方向以外の方向についてロボットアームの移動を制限するように制御することと、を実行し、外力は、第１の方向の分力である第１分力が、第１の方向に直交する方向の分力である第２分力よりも大きい。

【0007】

接地面は、変形可能に構成されていてもよい。

【0008】

接地面は、ワークの外形形状に応じて変形可能であってもよい。

【0009】

ワークを接地面と異なる２面で挟持する挟持面を備え、挟持面は、ワークの外形形状に応じて変形可能であってもよい。

【0010】

上記課題を解決するために、本開示のワークの処理方法は、ロボットアームにワークを把持させるステップと、ロボットアームがワークを把持した状態でワークを接地面に接触させるステップと、ワークを接地面に接触させるステップの後、ロボットアームに外力が作用する第１の方向にロボットアームを移動可能に制御しつつ、少なくとも第１の方向、および、第１の方向と反対方向である第２の方向以外の方向についてロボットアームの移動を制限する第１制御モードでロボットアームを制御するステップと、第１制御モードでロボットアームを制御するステップの後、ロボットアームがワークを把持した状態で、ワークに対し外力を作用させる処理を実行するステップと、を含み、外力は、第１の方向の分力である第１分力が、第１の方向に直交する方向の分力である第２分力よりも大きい。

【0011】

ワークに対し外力を作用させる処理を実行するステップの後、ワークの搬送方向以外の方向についてロボットアームの移動を制限する第２制御モードでロボットアームを制御するステップと、第２制御モードでロボットアームを制御するステップの後、ロボットアームがワークを把持した状態でワークの姿勢を変え、ワークを接地面に接触させるステップと、を含んでもよい。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、ロボットに要求される出力を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本実施形態に係るロボットシステムの構成を説明するための概略構成図である。

【図2】図２は、本実施形態に係る制御装置の機能構成の一例を示すブロック図である。

【図3】図３は、ロボットの構成を説明するための概略構成図である。

【図4】図４は、ワークおよび治具の一部を示す概略上面図である。

【図5】図５は、ワークの加工処理時におけるロボットアームおよび加工装置の概略構成図である。

【図6】図６は、本実施形態に係る制御装置を用いたワークの処理方法の一例を説明するためのフローチャート図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0015】

図１は、本実施形態に係るロボットシステム１００の構成を説明するための概略構成図である。図１に示すように、ロボットシステム１００は、ワーク保管装置２００と、組付装置３００と、加工装置４００と、溶接装置５００と、ロボット６００と、制御装置７００とを含む。

【0016】

ワーク保管装置２００は、多種多様な複数のワークWを保管する。ワーク保管装置２００に保管されるワークWは、組付装置３００により組み付けられる前の複数のワークや、加工装置４００により加工される前のワークや、溶接装置５００により溶接される前の複数のワークを含む。また、ワークWは、例えば、組付装置３００により組み付けられた後のワークや、加工装置４００により加工された後のワークや、溶接装置５００により溶接された後のワークを含む。

【0017】

組付装置３００は、ロボット６００によりワーク保管装置２００から取り出され、移動された複数のワークWの組み付けを行う装置である。ただし、これに限定されず、組付装置３００は、加工装置４００により加工され、ロボット６００により移動された複数のワークWの組み付けを行ってもよい。また、組付装置３００は、溶接装置５００により溶接され、ロボット６００により移動された複数のワークWの組み付けを行ってもよい。組付装置３００により組み付けが行われたワークWは、ロボット６００により加工装置４００や、溶接装置５００や、ワーク保管装置２００に移動される。

【0018】

加工装置４００は、ロボット６００によりワーク保管装置２００から取り出され、移動されたワークWの加工を行う装置である。ただし、これに限定されず、加工装置４００は、組付装置３００により組み付けられ、ロボット６００により移動されたワークWの加工を行ってもよい。また、加工装置４００は、溶接装置５００により溶接され、ロボット６００により移動されたワークWの加工を行ってもよい。加工装置４００により加工が行われたワークWは、ロボット６００により組付装置３００や、溶接装置５００や、ワーク保管装置２００に移動される。

【0019】

溶接装置５００は、ロボット６００によりワーク保管装置２００から取り出され、移動されたワークWの溶接を行う装置である。ただし、これに限定されず、溶接装置５００は、組付装置３００により組み付けられ、ロボット６００により移動されたワークWの溶接を行ってもよい。また、溶接装置５００は、加工装置４００により加工され、ロボット６００により移動されたワークWの溶接を行ってもよい。溶接装置５００により溶接が行われたワークWは、ロボット６００により組付装置３００や、加工装置４００や、ワーク保管装置２００に移動される。

【0020】

ロボット６００は、ワーク保管装置２００に保管されているワークWを保持して取り出し、組付装置３００、加工装置４００、あるいは、溶接装置５００に移動させる装置である。ロボット６００は、図１中、時計回り、および、反時計回りに回転可能に構成される。ロボット６００が図１中、時計回り、および、反時計回りに回転することで、ロボット６００のロボットアーム６１０が図１中、時計回り、および、反時計回りに回転する。

【0021】

例えば、図１に示すように、ロボット６００が図１中時計回りの矢印方向に回転することで、ロボットアーム６１０が矢印方向に回転する。ロボットアーム６１０がワークWを保持した状態で、図１中時計回りおよび反時計回りに回転することで、ワークWをワーク保管装置２００、組付装置３００、加工装置４００、溶接装置５００の間で移動させることができる。なお、ロボット６００は、制御装置７００と接続され、制御装置７００の制御指令に基づいて動作が制御される。

【0022】

制御装置７００は、ロボットシステム１００の全体を制御する。つまり、制御装置７００は、ワーク保管装置２００、組付装置３００、加工装置４００、溶接装置５００、ロボット６００を制御する。

【0023】

制御装置７００は、１つまたは複数のプロセッサ７００ａと、プロセッサ７００ａに接続される１つまたは複数のメモリ７００ｂと、を有する。プロセッサ７００ａは、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含む。メモリ７００ｂは、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを含む。ＲＯＭは、ＣＰＵが使用するプログラムおよび演算パラメータ等を記憶する記憶素子である。ＲＡＭは、ＣＰＵにより実行される処理に用いられる変数およびパラメータ等のデータを一時記憶する記憶素子である。

【0024】

図２は、本実施形態に係る制御装置７００の機能構成の一例を示すブロック図である。例えば、図２に示されるように、制御装置７００は、ロボット制御部７１０を含む。ロボット制御部７１０は、ロボット６００に制御指令を送ることでロボット６００を制御し、ロボットアーム６１０の動作を制御する。ロボット制御部７１０の詳細な制御については後述する。

【0025】

なお、ロボット制御部７１０により行われる以下で説明する処理を含む各種処理は、プロセッサ７００ａによって実行され得る。詳細には、メモリ７００ｂに記憶されているプログラムをプロセッサ７００ａが実行することにより、各種処理が実行される。

【0026】

図３は、ロボット６００の構成を説明するための概略構成図である。図３に示すように、ロボット６００は、ロボットアーム６１０と、力覚センサ６２０とを備える。また、加工装置４００は、載置台４１０と、治具４２０と、不図示の加工機器とを備える。

【0027】

なお、本実施形態において、組付装置３００および溶接装置５００は、加工装置４００と類似した構成を有する。具体的に、組付装置３００は、載置台４１０と、治具４２０と、不図示の組付機器を備える。また、溶接装置５００は、載置台４１０と、治具４２０と、不図示の溶接機器を備える。

【0028】

このように、本実施形態では、組付装置３００、加工装置４００、溶接装置５００は、それぞれ載置台４１０および治具４２０を有し、載置台４１０および治具４２０の構成や動作は、組付装置３００、加工装置４００、溶接装置５００の間で同じである。そのため、ここでは、ロボットアーム６１０により搬送されたワークWを加工装置４００により加工処理する例について説明し、組付装置３００による組付処理および溶接装置５００による溶接処理については説明を省略する。

【0029】

ロボットアーム６１０は、複数のリンク部６１１、６１２、６１３、６１４と、複数の関節部６１５、６１６、６１７と、ベース部材６１８とを有する。リンク部６１１、６１２、６１３、６１４は、棒状の部材である。

【0030】

リンク部６１１は、鉛直方向に延在する。リンク部６１１の基端は、ベース部材６１８の上面に取り付けられている。ベース部材６１８は、地面に設置されている。リンク部６１１は、当該リンク部６１１の中心軸を中心に回転可能に設けられている。リンク部６１１の先端は、関節部６１５を介してリンク部６１２の基端と接続されている。関節部６１５は、水平方向の軸を中心に回転可能に設けられている。関節部６１５の回転動作により、リンク部６１２が関節部６１５の回転軸を中心に回転する。

【0031】

リンク部６１２の先端は、関節部６１６を介してリンク部６１３の基端と接続されている。関節部６１６は、水平方向の軸を中心に回転可能に設けられている。リンク部６１３は、関節部６１６から関節部６１７まで延在する。関節部６１６の回転動作により、リンク部６１３が関節部６１６の回転軸を中心に回転する。

【0032】

リンク部６１３は、当該リンク部６１３の中心線を中心に回転可能に設けられている。リンク部６１３の先端は、関節部６１７を介してリンク部６１４の基端と接続されている。関節部６１７は、水平方向の軸を中心に回転可能に設けられている。関節部６１７の回転動作により、リンク部６１４が関節部６１７の回転軸を中心に回転する。リンク部６１４は、当該リンク部６１４の中心線を中心に回転可能に設けられている。

【0033】

リンク部６１４の先端には、把持部材６１４ａが取り付けられている。把持部材６１４ａは、例えば、図１に示すようにワークＷの両側に一対設けられ、ワークＷを両側から把持可能に構成される。把持部材６１４ａがワークＷを把持し、各リンク部６１１、６１３、６１４、各関節部６１５、６１６、６１７が回転することで、ロボットアーム６１０は、ワークＷを直交三軸方向に移動させることができ、また、直交三軸周りに回転させることができる。

【0034】

力覚センサ６２０は、ロボットアーム６１０に作用する外力を検出するセンサである。本実施形態では、力覚センサ６２０は、リンク部６１４の先端に取り付けられている。ただし、これに限定されず、力覚センサ６２０は、ロボットアーム６１０のうちリンク部６１４と異なる部位に取り付けられてもよい。力覚センサ６２０としては、例えば、直交三軸方向の力と各軸周りのトルクを計測可能な六軸センサが用いられる。この場合、力覚センサ６２０は、ロボットアーム６１０に作用する六自由度の力と三軸周りのトルクを検出することができる。ただし、力覚センサ６２０は、ロボットアーム６１０に作用する力を検出できるものであればよく、この例に限定されない。

【0035】

加工装置４００において、載置台４１０は、地面に設置されている。治具４２０は、載置台４１０の上面に取り付けられている。治具４２０は、ワークＷの下面Ｗａと鉛直方向に対向する位置に、第１変形部４２２を有する。

【0036】

第１変形部４２２は、ワークＷの下面Ｗａと接触可能な接地面（当接面）４２２ａを有する。第１変形部４２２の変形前の状態において、接地面４２２ａは、水平方向と平行な平面である。第１変形部４２２は、ワークＷの下面Ｗａと接触することでワークＷの下面Ｗａを支持することができる。

【0037】

本実施形態では、ワークＷの下面Ｗａは、平面形状でなく、部分的に突出した突出形状、部分的に窪んだ窪み形状、部分的に湾曲した湾曲形状等を有する。ただし、これに限定されず、ワークＷの下面Ｗａは、平面形状であってもよい。なお、本実施形態のワークＷの外形形状に関する情報は、予め制御装置７００の不図示の記憶部に記憶されているが、通信により制御装置７００との間で情報の授受を行うなど他の方法を用いてもよい。

【0038】

治具４２０は、制御装置７００と電気的に接続される。治具４２０は、制御装置７００から制御指令を受信可能に構成される。また、第１変形部４２２は、変形可能に構成されている。治具４２０は、制御装置７００から制御指令を受信すると、当該制御指令に基づいて、不図示のアクチュエータにより第１変形部４２２を変形させる。本実施形態では、治具４２０には、ワークＷの外形形状に関する情報を含む制御指令が送信される。治具４２０は、当該制御指令に基づいて、例えば、第１変形部４２２の接地面４２２ａをワークＷの下面Ｗａの外形形状に応じて変形させる。また、治具４２０は、ワークＷの下面Ｗａの外形形状に応じて変形した第１変形部４２２をロックし、接地面４２２ａの形状を保持する。

【0039】

例えば、第１変形部４２２は、ワークＷに近接する近接方向および離隔する離隔方向に移動可能に構成された複数のピンにより構成される。ただし、これに限定されず、第１変形部４２２は、ワークＷの外形形状に応じて変形およびロック可能に構成されていればよい。例えば、第１変形部４２２は、ワークＷに接触する接触部材と、当該接触部材をワークＷに近接する近接方向および離隔する離隔方向に移動可能なアクチュエータにより構成されてもよい。アクチュエータは、油圧、空圧、電動のアクチュエータであってもよい。

【0040】

第１変形部４２２は、ワークＷの下面Ｗａの外形形状に応じて変形し、ロックされた後、ワークＷの下面Ｗａに接触することで、ワークＷの下面Ｗａを支持することができる。ここで、第１変形部４２２のうちワークＷの下面Ｗａと接触する接触部位が接地面４２２ａとなる。

【0041】

このように、治具４２０は、第１変形部４２２を、ワークＷの下面Ｗａの外形形状に応じた形状に変形させ、その形状をロックすることで、接地面４２２ａに接触するワークＷの下面Ｗａを支持することができる。本実施形態では、ロボットアーム６１０に把持されたワークＷの下面Ｗａは、形状がロックされた第１変形部４２２の接地面４２２ａに載置される。このとき、例えば、不図示の加工機器によりワークＷの上面に鉛直下方向の荷重（以下、外力ともいう）がかけられた場合、治具４２０の第１変形部４２２は、ワークＷの上面にかけられた外力を受けることができる。つまり、第１変形部４２２の接地面４２２ａは、ワークＷと接触することでワークＷに作用する外力を受けることが可能な外力受け面として機能する。

【0042】

なお、本実施形態では、第１変形部４２２は、ワークＷの外形形状に応じて変形する例について説明するが、第１変形部４２２の変形形状は、ワークＷの外形形状に応じた形状に限定されない。具体的に、第１変形部４２２は、ワークＷに作用する外力を受けることができるようにワークＷを支持できればよく、少なくともワークＷを３点で支持する３つの支持部を有していればよい。

【0043】

例えば、ワークＷに外力が作用する点から当該外力が作用する方向に延長した延長線が、３つの支持部の支持点を結んだ三角形状の領域を通過する場合、第１変形部４２２は、ワークＷを支持するとともにワークＷに作用する外力を受けることができる。そのため、第１変形部４２２は、ワークＷに外力が作用する点から当該外力が作用する方向に延長した延長線が通過する領域を形成可能な少なくとも３つの支持部を形成するように変形されてもよい。

【0044】

図４は、ワークＷおよび治具４２０の一部を示す概略上面図である。図４に示すように、治具４２０は、ワークＷの一対の側面Ｗｂと水平方向に対向する位置に、第２変形部４２４を有する。

【0045】

第２変形部４２４は、ワークＷの一対の側面Ｗｂ、Ｗｂと接触可能な挟持面（当接面）４２４ａを有する。第２変形部４２４の変形前の状態において、挟持面４２４ａは、鉛直方向と平行な平面である。第２変形部４２４は、ワークＷの一対の側面Ｗｂと接触することでワークＷの一対の側面Ｗｂを支持する。

【0046】

本実施形態では、ワークＷの一対の側面Ｗｂは、平面形状でなく、部分的に突出した突出形状、部分的に窪んだ窪み形状、部分的に湾曲した湾曲形状等を有する。ただし、これに限定されず、ワークＷの一対の側面Ｗｂは、平面形状であってもよい。

【0047】

第２変形部４２４は、変形可能に構成されている。治具４２０は、制御装置７００から制御指令を受信すると、当該制御指令に基づいて、不図示のアクチュエータにより第２変形部４２４を変形させる。本実施形態では、治具４２０には、ワークＷの外形形状に関する情報を含む制御指令が送信される。治具４２０は、当該制御指令に基づいて、例えば、第２変形部４２４の挟持面４２４ａをワークＷの一対の側面Ｗｂの外形形状に応じて変形させる。また、治具４２０は、ワークＷの一対の側面Ｗｂの外形形状に応じて変形した第２変形部４２４をロックし、挟持面４２４ａの形状を保持する。

【0048】

例えば、第２変形部４２４は、ワークＷに近接する近接方向および離隔する離隔方向に移動可能に構成された複数のピンにより構成される。ただし、これに限定されず、第２変形部４２４は、ワークＷの外形形状に応じて変形およびロック可能に構成されていればよい。例えば、第２変形部４２４は、ワークＷに接触する接触部材と、当該接触部材をワークＷに近接する近接方向および離隔する離隔方向に移動可能なアクチュエータにより構成されてもよい。アクチュエータは、油圧、空圧、電動のアクチュエータであってもよい。

【0049】

第２変形部４２４は、ワークＷの一対の側面Ｗｂの外形形状に応じて変形し、ロックされた後、ワークＷの一対の側面Ｗｂに接触することで、ワークＷの一対の側面Ｗｂを支持することができる。ここで、第２変形部４２４のうちワークＷの一対の側面Ｗｂと接触する接触部位が挟持面４２４ａとなる。挟持面４２４ａは、ワークＷを接地面４２２ａと異なる２面で挟持する。

【0050】

このように、治具４２０は、第２変形部４２４を、ワークＷの一対の側面Ｗｂの外形形状に応じた形状に変形させ、その形状をロックすることで、挟持面４２４ａに接触するワークＷの一対の側面Ｗｂを支持することができる。本実施形態では、ロボットアーム６１０に把持されたワークＷの一対の側面Ｗｂは、形状がロックされた第２変形部４２４の挟持面４２４ａに挟持される。このとき、例えば、不図示の加工機器によりワークＷの上面に所定の回転軸周りのトルクがかけられた場合、治具４２０の第２変形部４２４は、ワークＷにかけられたトルクを受けることができる。つまり、第２変形部４２４の挟持面４２４ａは、ワークＷと接触することでワークＷに作用する外力を受けることが可能な外力受け面として機能する。

【0051】

ここで、図３で説明したように、本実施形態のロボットアーム６１０は、ワークＷを直交三軸方向に移動させることができ、また、直交三軸周りに回転させることができる。つまり、ロボットアーム６１０は、ワークＷを直交三軸方向に移動可能な並進３自由度を有し、また、ワークＷを直交三軸周りに回転可能な回転３自由度を有する。

【0052】

そして、図３および図４で説明したように、本実施形態の治具４２０は、第１変形部４２２および第２変形部４２４を有している。本実施形態では、第１変形部４２２は、ワークＷに対し鉛直下方向に設けられ、ワークＷと当接することで、ワークＷに作用する鉛直下方向の外力を受けることができる。また、第２変形部４２４は、ワークＷに対し、例えば一対の側面Ｗｂと左右方向に対向する位置に一対設けられ、ワークＷと当接することで、ワークＷに作用する左右方向の外力を受けることができる。

【0053】

ただし、これに限定されず、第１変形部４２２は、ワークＷに対し鉛直上方向に設けられ、ワークＷに作用する鉛直上方向の外力を受けるようにしてもよい。また、第２変形部４２４は、ワークＷに対し、例えば、前後方向に一対設けられ、ワークＷに作用する前後方向の外力を受けるようにしてもよい。すなわち、第１変形部４２２および第２変形部４２４は、ワークＷに対し、上下方向、左右方向、前後方向の直交三軸方向のうちいずれかの並進方向に作用する外力を受けることができるように構成される。換言すれば、第１変形部４２２および第２変形部４２４は、直交三軸方向のうち、ワークＷに外力が作用する方向の並進移動を制限するものであり、ワークＷの並進３自由度の少なくともいずれかを制限するものである。

【0054】

加えて、第１変形部４２２および第２変形部４２４は、上下方向、左右方向、前後方向の直交三軸周りのいずれかの軸周りに作用するトルクを受けることができるように構成される。例えば、第１変形部４２２をワークＷに対し上下方向に一対設けることで、ワークＷの左右方向の軸周り、および、前後方向の軸周りのトルクを受けることができる。また、第２変形部４２４をワークＷに対し左右方向に一対設けることで、ワークＷの前後方向の軸周り、および、上下方向の軸周りのトルクを受けることができる。また、第２変形部４２４をワークＷに対し前後方向に一対設けることで、ワークＷの左右方向の軸周り、および、上下方向の軸周りのトルクを受けることができる。換言すれば、第１変形部４２２および第２変形部４２４は、直交三軸周りのうち、ワークＷにトルクが作用する方向の回転移動を制限するものであり、ワークＷの回転３自由度の少なくともいずれかを制限するものである。ここでは、ワークＷに対し直交三軸方向の並進方向に作用する力、および、直交三軸周りの回転方向に作用するトルクをまとめて、外力と表現する。

【0055】

なお、本実施形態では、第２変形部４２４は、ワークＷの外形形状に応じて変形する例について説明するが、第２変形部４２４の変形形状は、ワークＷの外形形状に応じた形状に限定されない。具体的に、第２変形部４２４は、ワークＷに作用する外力であるトルクを受けることができるようにワークＷを支持できればよく、少なくともワークＷを１点で支持する１つの支持部を有していればよい。すなわち、図４に示す本実施形態の第２変形部４２４に代わり、トルクを受けることが可能なワークＷを少なくとも１点で支持する支持部材が用いられてもよい。

【0056】

上述したように、本実施形態のロボットアーム６１０は、ワークＷを直交三軸周りに回転可能な回転３自由度を有する。ここで、例えば、ワークＷに直交三軸周りのうち所定の回転軸周りのトルクがかけられる場合、ワークＷは、所定の回転軸周りに回転移動しようとする。当該所定の回転軸周りのトルクを受け、ワークＷの回転移動を制限するためには、当該所定の回転軸と直交する断面において、ワークＷを支持する少なくとも１点の支持点があればよい。少なくとも１点の支持点は、当該断面において、所定の回転軸とワークＷの外面との間の距離が、所定の回転軸と支持点との間の距離に対し、トルクの回転方向と反対方向に向かって増加する条件を満たす点である。このような支持点を有する場合、第２変形部４２４は、ワークＷを支持するとともにワークＷに作用する外力であるトルクを受けることができる。そのため、第２変形部４２４は、ワークＷに所定の回転軸周りのトルクがかけられる場合、当該所定の回転軸と直交する断面において、ワークＷを支持する少なくとも１点の当該支持点を形成するように変形されてもよい。あるいは、本実施形態のようにワークＷを挟持して、ワークＷと挟持面４２４ａとの静摩擦力によってトルクを受けてもよい。

【0057】

本実施形態では、治具４２０が第１変形部４２２および第２変形部４２４を有することで、ワークＷの外形形状によらず、多種多様な外形形状を有するワークＷを支持することができる。また、治具４２０は、ワークＷに加えられた外力を受けることができる。

【0058】

ところで、ロボットアーム６１０がワークＷに加えられる外力以上の力を発生可能な場合、ロボットアーム６１０がワークＷを保持したまま、ワークＷの組付処理、加工処理、溶接処理等を行うことができる。このように、ロボットアーム６１０がワークＷを保持したまま加工処理等を行えれば、わざわざロボットアーム６１０をワークＷから退避させたり、加工処理後のワークＷを再度ロボットアーム６１０で保持したりする時間を省略できる。しかし、この場合には、加工具等からワークＷに作用する外力に抗して、ワークＷを同じ位置に保持するための出力が必要になり、ロボットに要求される出力が増大する。

【0059】

そこで、本実施形態のロボット制御部７１０は、ワークＷに加えられる外力を治具４２０で受けさせるように、ワークＷに外力が作用する第１の方向、および、第１の方向と反対の第２の方向にロボットアーム６１０を移動可能に制御する。つまり、ロボット６００に要求される出力を低減させるために、ワークＷに作用する外力を治具４２０で受けさせて、ロボットアーム６１０が外力やその反力を受けないように、外力や反力が作用する方向におけるロボットアーム６１０の移動をフリーにしている。より具体的には、ロボット６００に要求される出力を低減させるために、ワークＷに作用する直交三軸方向の少なくともいずれかの並進方向の力を治具４２０で受けさせている。そして、ロボットアーム６１０がワークＷに作用する直交三軸方向の少なくともいずれかの並進方向の力やその反力を受けないように、並進方向の力や反力が作用する方向におけるロボットアーム６１０の並進移動をフリーにしている。

【0060】

図５は、ワークＷの加工処理時におけるロボットアーム６１０および加工装置４００の概略構成図である。図５に示すように、ワークＷの加工処理時において、ワークＷの上面Ｗｃには、加工機器の一部である加工具４３０が接触し、加工具４３０により鉛直下方向である第１の方向に外力Ｆが作用している。

【0061】

このとき、ロボット制御部７１０が第１の方向にロボットアーム６１０を移動可能に制御することで、ワークＷの上面Ｗｃに作用する第１の方向の外力Ｆを治具４２０で受けさせることができる。また、ロボット制御部７１０が第１の方向と反対の第２の方向にロボットアーム６１０を移動可能に制御することで、外力Ｆに抗して治具４２０から受ける反力をロボットアーム６１０で受けさせないようにすることができる。このように、本実施形態のロボット制御部７１０は、図５中、両矢印で示すように、鉛直下方向である第１の方向、および、鉛直上方向である第２の方向にロボットアーム６１０を移動可能に制御している。ここで、移動可能とは、外力Ｆが作用する方向に対して、外力Ｆによって移動できることや、追従できることをいう。

【0062】

なお、外力Ｆが作用する第１の方向は、本実施形態のように鉛直下方向に限定されない。外力Ｆが作用する第１の方向は、鉛直上方向であってもよいし、水平方向であってもよいし、鉛直方向から水平方向に傾いた傾斜方向であってもよい。また、外力Ｆが作用する第１の方向は、直交三軸周りのうち所定の回転軸周りの方向であってもよい。例えば、本実施形態のロボット制御部７１０は、ワークＷに加えられるトルクを治具４２０で受けさせるように、ワークＷにトルクが作用する第１の回転方向、および、第１の回転方向と反対の第２の回転方向にロボットアーム６１０を移動可能に制御する。つまり、ロボット６００に要求される出力を低減させるために、ワークＷに作用する直交三軸周りのうち所定の回転軸周りのトルクを治具４２０で受けさせている。そして、ロボットアーム６１０がワークＷに作用する所定の回転軸周りのトルクやその反力を受けないように、トルクやその反力が作用する方向におけるロボットアーム６１０の回転移動をフリーにしている。

【0063】

また、外力Ｆが作用する方向が鉛直方向および水平方向に対して傾斜した傾斜方向である場合は、外力Ｆを鉛直方向の第１分力および水平方向の第２分力に分解し、当該第１分力および第２分力のうち大きい方の分力が作用する方向を、第１の方向としてもよい。つまり、外力Ｆが鉛直方向および水平方向において互いに直交する２つの第１分力および第２分力に分解できる場合は、当該第１分力および第２分力のうち大きい方の分力が作用する方向を、第１の方向としてもよい。このように、ロボットアーム６１０を第１の方向に移動可能に制御した場合、ワークＷに作用する外力のうち第１の方向の分力である第１分力が、第１の方向に直交する方向の分力である第２分力よりも大きい関係となる。

【0064】

これにより、ワークＷに作用する外力Ｆをロボットアーム６１０で受けずに、治具４２０に受け流したり、ワークＷに作用する外力Ｆの反力をロボットアーム６１０で受けさせないようにしたり、ロボットアーム６１０に加わる反力を低減させたりすることができる。その結果、ロボットアーム６１０は、ワークＷの重量を支持、搬送するだけの力を発生可能に構成されればよく、ロボット６００に要求される出力を低減することができる。以下、本実施形態のロボット制御部７１０の詳細な制御について説明する。

【0065】

ロボット制御部７１０は、大別して２つのモードでロボットアーム６１０を制御する。２つのモードは、搬送モード（第２制御モード）と、処理モード（第１制御モード）である。搬送モードは、ロボットアーム６１０によりワークWをワーク保管装置２００、組付装置３００、加工装置４００、溶接装置５００の間で搬送させるモードである。搬送モードでは、ワークＷの搬送制御の他に、ワークＷの姿勢制御や、ワークＷの位置決め制御などが実行される。処理モードは、ロボットアーム６１０がワークＷを把持した状態で、ワークＷに外力Ｆが作用する処理が施されるモードである。ワークＷに外力Ｆが作用する処理は、例えば、組付装置３００によりワークＷを組み付ける処理や、加工装置４００によりワークＷを加工する処理や、溶接装置５００によりワークＷを溶接する処理などである。

【0066】

まず、ロボット制御部７１０は、搬送モードでロボットアーム６１０を制御し、ロボットアーム６１０をワーク保管装置２００まで移動させ、ワーク保管装置２００からワークＷを取り出す制御を行う。具体的に、ロボット制御部７１０は、ワーク保管装置２００に保管されたワークＷをロボットアーム６１０で保持して取り出す制御を行う。

【0067】

そして、ロボット制御部７１０は、ロボットアーム６１０に保持されたワークＷを、組付装置３００、加工装置４００、溶接装置５００のいずれかに搬送する制御を行う。ここで、組付装置３００、加工装置４００、溶接装置５００のそれぞれには、予め基準位置が設定されている。

【0068】

ロボット制御部７１０は、搬送モードにおいて、予め設定された基準位置にワークＷが位置するように、ロボットアーム６１０を制御する。図５において、基準位置は、ワークＷの下面Ｗａが治具４２０の接地面４２２ａと接触する位置である。ただし、基準位置は、ワークＷの下面Ｗａが接地面４２２ａと接触する位置でなくてもよく、例えば、ワークＷの下面Ｗａが接地面４２２ａから上方に所定間隔離隔した位置であってもよい。

【0069】

このように、ロボット制御部７１０は、ロボットアーム６１０を制御することで、ワークＷが基準位置に位置するようにワークＷの位置決め制御を行う。このとき、ロボット制御部７１０は、ワークＷの姿勢を所定の姿勢に制御する姿勢制御も行っている。所定の姿勢は、例えば、ワーク保管装置２００に保管された状態のワークＷの姿勢である。ロボット制御部７１０は、ワークＷを所定の姿勢に維持するように逐次ワークＷの姿勢制御を行う。

【0070】

ロボット制御部７１０は、位置決め制御時において、力覚センサ６２０によりロボットアーム６１０、ひいては、ワークＷに作用する外力Ｆを検出する。この力覚センサ６２０は、ワークＷが接地面４２２ａに接触し、基準位置に位置しているか否かを判定するために用いられる。ワークＷが接地面４２２ａに接触していない場合、力覚センサ６２０は、ワークＷの自重分の力を検出する。一方、ワークＷが接地面４２２ａに接触し、ワークＷが基準位置に位置する場合、力覚センサ６２０は、０近傍の閾値未満の力を検出する。ロボット制御部７１０は、力覚センサ６２０が検出する力が０近傍の閾値未満となった場合に、ワークＷが基準位置に位置していると判定する。

【0071】

ワークＷが基準位置に位置していると判定すると、制御装置７００は、処理モードでロボットアーム６１０を制御し、不図示の組付機器、加工機器、あるいは、溶接機器を駆動させる駆動制御を行う。ここで、組付機器、加工機器、あるいは、溶接機器によりワークＷに作用する外力Ｆの方向は、機器ごとに予め設定されている。例えば、組付機器がネジ締めによりワークＷを組み付ける機器である場合、ネジの回転方向をワークＷに外力が作用する方向として設定される。また、ワークＷにネジが進入する回転軸方向をワークＷに外力が作用する方向として設定される。このような機器ごとに予め設定ワークＷに外力が作用する方向に関する情報は、制御装置７００の不図示の記憶部に記憶されている。

【0072】

図５に示す例では、制御装置７００は、不図示の加工機器を駆動させ、加工具４３０によりワークＷの切削加工や機械加工などの加工処理を行う。本実施形態では、例えば、ワークＷの上面Ｗｃから下面Ｗａに向かってパンチング加工が行われる。このときのワークＷに作用する外力Ｆの方向は、例えば、鉛直下方向である。

【0073】

このとき、ロボット制御部７１０は、制御装置７００の記憶部から加工具４３０によりワークＷに作用する外力Ｆの方向を取得する。ここでは、ロボット制御部７１０は、ワークＷに作用する外力Ｆの方向として、鉛直下方向（第１の方向）の情報を取得する。

【0074】

ロボット制御部７１０は、ワークＷの姿勢を所定の姿勢に維持する姿勢制御を行いつつ、外力Ｆが作用する鉛直下方向のロボットアーム６１０の移動を可能とする制御を行う。また、ロボット制御部７１０は、外力Ｆが作用する鉛直下方向、および、鉛直下方向と反対の鉛直上方向以外の方向についてロボットアーム６１０の移動を制限する制御を行う。

【0075】

具体的に、ロボット制御部７１０は、直交三軸方向のうち、外力Ｆが作用する鉛直下方向、および、外力Ｆの反力が作用する鉛直上方向にロボットアーム６１０を移動可能に制御する。一方、ロボット制御部７１０は、直交三軸方向のうち、外力Ｆが作用していない水平前後方向、水平左右方向、および、三軸周り方向の移動を制限する制御を行う。ただし、これに限定されず、ロボット制御部７１０は、直交三軸方向のうち、外力Ｆが作用する鉛直下方向にのみロボットアーム６１０を移動可能に制御してもよい。その場合、ロボット制御部７１０は、直交三軸方向のうち、外力Ｆが作用していない鉛直上方向、水平前後方向、水平左右方向、および、三軸周り方向の移動を制限する制御を行ってもよい。

【0076】

これにより、ワークＷに鉛直下方向の外力Ｆが付加されると、ワークＷは、所定の姿勢を維持したまま、ワークＷの下面Ｗａと接地面４２２ａとの接触により、外力Ｆが第１変形部４２２を介して治具４２０に受け流される。

【0077】

以上のように、本実施形態のロボット制御部７１０は、搬送モードにおいて、ワークＷを基準位置に移動させ、下面Ｗａを接地面４２２ａに接触させる位置決め制御を行う。そして、ロボット制御部７１０は、処理モードにおいて、ロボットアーム６１０に外力Ｆが作用する第１の方向にロボットアーム６１０を移動可能に制御する移動可能制御と、少なくとも第１の方向、および、当該第１の方向と反対方向である第２の方向以外の方向についてロボットアーム６１０の移動を制限する移動制限制御とを行う。なお、外力Ｆは、第１の方向の分力である第１分力が、当該第１の方向に直交する方向の分力である第２分力よりも大きいものであってもよい。

【0078】

ここで、搬送モードでロボットアーム６１０を制御する場合、ロボット制御部７１０は、ワークＷの重量を支持できるように、上述した移動可能制御を終了する。搬送モードにおいては、ロボット制御部７１０は、ワークＷの搬送方向以外の方向についてロボットアーム６１０の移動を制限するように、ロボットアーム６１０を制御する。ワークＷの搬送方向以外の方向についてロボットアーム６１０の移動を制限する制御は、ロボットアーム６１０自身やワークＷの重量を支持できるように、ロボットアーム６１０の各部位に力を発生させる制御である。

【0079】

また、処理モードでロボットアーム６１０を制御する場合、ロボット制御部７１０は、上述した移動可能制御と移動制限制御とを実行する。この移動可能制御とは、予め設定されたワークＷに作用する外力Ｆの第１の方向において、ロボットアーム６１０が外力Ｆにより追従移動が可能な程度にワークＷを保持する保持力を弱める制御をいう。また、移動制限制御とは、少なくとも第１の方向および第２の方向以外の方向において、ワークＷおよびロボットアーム６１０を基準位置に保持するために、ロボットアーム６１０の各部位に力を発生させている状態の制御である。

【0080】

これにより、ワークＷに加えられる外力Ｆを治具４２０に受けさせることとなり、ロボットアーム６１０の出力で許容されるよりも大きな外力Ｆを受けても、ロボットアーム６１０の出力でワークＷを保持することが可能となる。したがって、ロボットアーム６１０は、単にワークＷの重量を支持、搬送するだけの力を発生可能に構成されればよくなる。その結果、ロボット６００に要求される出力を低減することができる。

【0081】

図６は、本実施形態に係る制御装置７００を用いたワークＷの処理方法の一例を説明するためのフローチャート図である。図６に示すように、本実施形態のワークＷの処理方法は、ステップＳ１０１～Ｓ１０９の工程を含む。

【0082】

まず、ロボット制御部７１０は、搬送モードでロボットアーム６１０を制御し、予め設定された基準位置にワークＷが位置するように、ワークＷの位置決め制御を行う（ステップＳ１０１）。ここでは、ロボット制御部７１０は、ワークＷの下面Ｗａを接地面４２２ａに接触させる制御を実行する。

【0083】

つぎに、ワークＷが基準位置に到達すると、制御装置７００は、不図示の組付機器、加工機器、あるいは、溶接機器を駆動させ、ワークＷに対する処理を開始する制御を行う（ステップＳ１０２）。ワークＷに対する処理は、ワークＷに外力Ｆを作用させる処理である。

【0084】

ワークＷに対する処理を開始する制御が実行されると、ロボット制御部７１０は、搬送モードから処理モードに切り替えてロボットアーム６１０を制御する。処理モードでは、ロボット制御部７１０は、ワークＷを処理する機器や器具の種類に基づいて、ワークＷに外力が作用する第１の方向に関する情報を取得する（ステップＳ１０３）。そして、取得した第１の方向に関する情報に基づいて、当該第１の方向にロボットアーム６１０を移動可能にする移動可能制御を行う（ステップＳ１０４）。また、ロボット制御部７１０は、第１の方向および当該第１の方向と反対の第２の方向以外の方向についてロボットアーム６１０の移動を制限する移動制限制御を行う（ステップＳ１０５）。

【0085】

その後、ロボット制御部７１０は、ワークＷに対するすべての処理が終了したか否かの判定を行う（ステップＳ１０６）。ワークＷに対するすべての処理が終了していない場合（ステップＳ１０６のＮＯ）、ワークＷの搬送方向以外の方向についてロボットアーム６１０の移動を制限する搬送モードでロボットアーム６１０を制御する（ステップＳ１０７）。そして、ロボットアーム６１０がワークＷを把持した状態でワークＷの姿勢を変え、ワークＷの下面Ｗａを接地面４２２ａに接触させる位置決め制御を実行する（ステップＳ１０８）。この位置決め制御には、ワークＷを上昇させる制御や下降させる制御も含まれる。その後、ロボット制御部７１０は、ステップＳ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５、Ｓ１０６の処理を繰り返し実行する。

【0086】

一方、ワークＷに対するすべての処理が終了している場合（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、制御装置７００は、不図示の組付機器、加工機器、あるいは、溶接機器の駆動を停止させ、ワークＷの処理を終了する制御を行う（ステップＳ１０９）。

【0087】

以上、添付図面を参照しながら本開示の実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【0088】

上記では、治具４２０は、ワークＷの外形形状に応じて変形可能な接地面４２２ａを有する第１変形部４２２を備える例について説明したが、第１変形部４２２は必須の構成ではなく、治具４２０に第１変形部４２２が設けられなくてもよい。

【0089】

治具４２０は、少なくともワークＷに作用する外力を受けることが可能な接地面４２２ａを有していればよい。したがって、治具４２０は、例えば、ワークＷの外形形状に応じて変形しない接地面４２２ａを有してもよい。この接地面４２２ａは、例えば、水平方向と平行な平面である。また、ワークＷの外形形状に応じて変形しない接地面４２２ａは、載置台４１０に設けられてもよい。その場合、載置台４１０の上面に治具４２０が設けられなくてもよい。

【0090】

上記では、治具４２０は、ワークＷの外形形状に応じて変形可能な挟持面４２４ａを有する第２変形部４２４を備える例について説明したが、第２変形部４２４は必須の構成ではなく、治具４２０に第２変形部４２４が設けられなくてもよい。

【符号の説明】

【0091】

１００ ロボットシステム
２００ ワーク保管装置
３００ 組付装置
４００ 加工装置
４１０ 載置台
４２０ 治具
４２２ 第１変形部
４２２ａ 接地面
４２４ 第２変形部
４２４ａ 挟持面
５００ 溶接装置
６００ ロボット
６１０ ロボットアーム
６２０ 力覚センサ
７００ 制御装置
７１０ ロボット制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】