特許 7508238 ロボットシステム、制御方法、ロボット、作業台、台車、制御プログラム、記録媒体、および物品の製造方法。

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-21

(45)【発行日】2024-07-01

(54)【発明の名称】ロボットシステム、制御方法、ロボット、作業台、台車、制御プログラム、記録媒体、および物品の製造方法。

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/22 20060101AFI20240624BHJP

【ＦＩ】

B25J9/22 Z

【請求項の数】 33

(21)【出願番号】P 2020033513

(22)【出願日】2020-02-28

(65)【公開番号】P2021133479

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2023-02-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003133

【氏名又は名称】弁理士法人近島国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】林 禎

【審査官】杉山 悟史

(56)【参考文献】

【文献】特開平０１－２０５２０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１２５８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１４４４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０４４２２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００ ～ ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１ロボットと第２ロボットとを備えたロボットシステムにおいて、
前記第２ロボットの動作を制御する制御部を備え、
前記制御部が、
前記第１ロボットを用いて取得した、前記第２ロボットが実施する作業に対応する軌道に関する第１軌道情報と、
前記第２ロボットの前記第１ロボットに対する差分情報と、を取得し、
前記第１軌道情報と前記差分情報とに基づき、前記第２ロボットを制御するための第２軌道情報を取得し、
前記第１軌道情報に基づく前記第１ロボットの第１位置と、前記第１位置に対応する、前記第２軌道情報に基づく前記第２ロボットの第２位置と、を比較し、比較した結果が所定条件を満たさない場合は、比較した結果に基づき、前記第２軌道情報を補正し、補正した前記第２軌道情報に基づき前記作業を実施するように前記第２ロボットを制御し、
前記所定条件は、前記第１位置と前記第２位置との差分の許容範囲を含む、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項2】

請求項１に記載のロボットシステムにおいて、
前記第１ロボットは前記第２ロボットに対応する形態のマスターロボットであり、
前記マスターロボットを用いて、前記第２ロボットが実施する作業を設定し、
前記第１軌道情報は、前記マスターロボットの関節の角度の時系列データである、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項3】

請求項１に記載のロボットシステムにおいて、
前記第１ロボットは、コンピュータシミュレーションにより仮想環境で動作する、前記第２ロボットに対応する形態の仮想マスターロボットであり、
前記仮想マスターロボットを用いて、前記第２ロボットが実施する作業を設定し、
前記第１軌道情報は、前記仮想マスターロボットの関節の角度の時系列データである、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、
前記差分情報は、前記第２ロボットの前記第１ロボットに対する個体差情報である、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項5】

請求項４に記載のロボットシステムにおいて、
前記個体差情報は、前記第２ロボットと前記第１ロボットとの機械的な機構における差に関する情報である、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項6】

請求項４または５に記載のロボットシステムにおいて、
前記個体差情報は、前記第２ロボットと前記第１ロボットとにおける、リンクパラメータの差、エンドエフェクタの長さの差、リンクまたはエンドエフェクタの重量の差、リンクまたは関節の剛性値の差、先端にかかる重量の差、の少なくとも１つである、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項7】

請求項６に記載のロボットシステムにおいて、
前記リンクパラメータは、リンク長、リンクのねじれ角度、リンク間距離、リンク間角度、の少なくとも１つである、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、
前記第１位置は前記第１ロボットの所定部位における位置であり、前記第２位置は前記第２ロボットの所定部位における位置である、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、
前記所定条件は、前記許容範囲と、前記第２位置を取得する場合の収束計算の切り返し回数と、を含む、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、
作業台と台車をさらに備え、
前記第２ロボットは、前記台車に配置され、前記作業台にて作業を行う、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項11】

請求項１０に記載のロボットシステムにおいて、
前記制御部が、
前記第２ロボットに異常が発生し、異常が発生した前記第２ロボットを前記作業台から移動させることができない場合、異常が発生した前記第２ロボットの手動による修理または交換をユーザに促す通知を行う、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項12】

請求項１１に記載のロボットシステムにおいて、
前記制御部が、前記通知を、音声、表示、電子メール、メッセージテキスト、の少なくとも１つを用いて実行する、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項13】

請求項１０から１２のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、
前記第１軌道情報は、前記作業台において前記第２ロボットが実施する作業に対応している、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項14】

請求項１０から１３のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、
前記作業台と前記台車とはカップリング機構により、前記作業台と前記台車との相対的な位置関係が位置決めされる、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項15】

請求項１０から１４のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、
前記作業台と前記台車とは、コネクタを介して電気的に接続される、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項16】

請求項１０から１５のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、
前記第２ロボットは前記台車によりが自走することができ、前記第２ロボットが移動して前記作業台に配置される、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項17】

請求項１０から１６のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、
前記第１軌道情報が格納された第１格納部が前記作業台に配置され、
前記差分情報が格納された第２格納部は前記第２ロボットまたは前記台車に配置されている、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項18】

請求項１０から１７のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、
前記制御部は、前記作業台または前記第２ロボットまたは前記台車に配置されている、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項19】

請求項１０から１８のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、
前記制御部は、前記第２ロボットに異常が発生した場合、前記第２ロボットとは別の第２ロボットを前記作業台に配置させる、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項20】

請求項１から１９のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、
前記第２ロボットに、前記第２ロボットに対応する前記差分情報を特定可能な識別情報が付与され、前記制御部が前記識別情報を介して前記差分情報を取得する、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項21】

請求項２０に記載のロボットシステムにおいて、
前記識別情報は、コードが記録されたタグまたはステッカである、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項22】

請求項２１に記載のロボットシステムにおいて、
前記コードは、文字列情報またはバーコードである、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項23】

請求項１から２２のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、
前記制御部は、
比較した結果が前記所定条件を満たす場合は、取得した前記第２軌道情報を補正せずに、前記作業を実施するように前記第２ロボットの動作を制御する、
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項24】

請求項１から２３のいずれか１項に記載のロボットシステムを用いて物品の製造を行うことを特徴とする物品の製造方法。

【請求項25】

第１ロボットと第２ロボットとを備えたロボットシステムの制御方法において、
前記ロボットシステムは、前記第２ロボットの動作を制御する制御部を備え、
前記制御部が、
前記第１ロボットを用いて取得した、前記第２ロボットが実施する作業に対応する軌道に関する第１軌道情報と、
前記第２ロボットの前記第１ロボットに対する差分情報を取得し、
前記第１軌道情報と前記差分情報とに基づき、前記第２ロボットを制御するための第２軌道情報を取得し、
前記第１軌道情報に基づく前記第１ロボットの第１位置と、前記第１位置に対応する、前記第２軌道情報に基づく前記第２ロボットの第２位置と、を比較し、比較した結果が所定条件を満たさない場合は、比較した結果に基づき、前記第２軌道情報を補正し、補正した前記第２軌道情報に基づき前記作業を実施するように前記第２ロボットを制御し、
前記所定条件は、前記第１位置と前記第２位置との差分の許容範囲を含む、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項26】

ロボットであって、
基準ロボットを用いて取得された、前記ロボットが実施する作業に対応する軌道に関する第１軌道情報と、
前記基準ロボットに対する前記ロボットの差分情報と、を取得し、
前記第１軌道情報と前記差分情報とに基づき、前記ロボットを制御するための第２軌道情報を取得し、
前記第１軌道情報に基づく前記基準ロボットの第１位置と、前記第１位置に対応する、前記第２軌道情報に基づく前記ロボットの第２位置と、を比較し、比較した結果が所定条件を満たさない場合は、比較した結果に基づき、前記第２軌道情報を補正し、補正した前記第２軌道情報に基づき前記作業を実施するように前記ロボットを制御し、
前記所定条件は、前記第１位置と前記第２位置との差分の許容範囲を含む、
ことを特徴とするロボット。

【請求項27】

ロボットの制御方法であって、
基準ロボットを用いて取得された、前記ロボットが実施する作業に対応する軌道に関する第１軌道情報と、
前記基準ロボットに対する前記ロボットの差分情報と、を取得し、
前記第１軌道情報と前記差分情報とに基づき、前記ロボットを制御するための第２軌道情報を取得し、
前記第１軌道情報に基づく前記基準ロボットの第１位置と、前記第１位置に対応する、前記第２軌道情報に基づく前記ロボットの第２位置と、を比較し、比較した結果が所定条件を満たさない場合は、比較した結果に基づき、前記第２軌道情報を補正し、補正した前記第２軌道情報に基づき前記作業を実施するように前記ロボットを制御し、
前記所定条件は、前記第１位置と前記第２位置との差分の許容範囲を含む、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項28】

ロボットが作業を行う作業台であって、
基準ロボットを用いて取得された、前記ロボットが実施する作業に対応する軌道に関する第１軌道情報と、
前記基準ロボットに対する前記ロボットの差分情報と、を取得し、
前記第１軌道情報と前記差分情報とに基づき、前記ロボットを制御するための第２軌道情報を取得し、
前記第１軌道情報に基づく前記基準ロボットの第１位置と、前記第１位置に対応する、前記第２軌道情報に基づく前記ロボットの第２位置と、を比較し、比較した結果が所定条件を満たさない場合は、比較した結果に基づき、前記第２軌道情報を補正し、補正した前記第２軌道情報に基づき前記作業を実施するように前記ロボットを制御し、
前記所定条件は、前記第１位置と前記第２位置との差分の許容範囲を含む、
ことを特徴とする作業台。

【請求項29】

ロボットが作業を行う作業台の制御方法であって、
基準ロボットを用いて取得された、前記ロボットが実施する作業に対応する軌道に関する第１軌道情報と、
前記基準ロボットに対する前記ロボットの差分情報と、を取得し、
前記第１軌道情報と前記差分情報とに基づき、前記ロボットを制御するための第２軌道情報を取得し、
前記第１軌道情報に基づく前記基準ロボットの第１位置と、前記第１位置に対応する、前記第２軌道情報に基づく前記ロボットの第２位置と、を比較し、比較した結果が所定条件を満たさない場合は、比較した結果に基づき、前記第２軌道情報を補正し、補正した前記第２軌道情報に基づき前記作業を実施するように前記ロボットを制御し、
前記所定条件は、前記第１位置と前記第２位置との差分の許容範囲を含む、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項30】

ロボットが配置された台車であって、
基準ロボットを用いて取得された、前記ロボットが実施する作業に対応する軌道に関する第１軌道情報と、
前記基準ロボットに対する前記ロボットの差分情報と、を取得し、
前記第１軌道情報と前記差分情報とに基づき、前記ロボットを制御するための第２軌道情報を取得し、
前記第１軌道情報に基づく前記基準ロボットの第１位置と、前記第１位置に対応する、前記第２軌道情報に基づく前記ロボットの第２位置と、を比較し、比較した結果が所定条件を満たさない場合は、比較した結果に基づき、前記第２軌道情報を補正し、補正した前記第２軌道情報に基づき前記作業を実施するように前記ロボットを制御し、
前記所定条件は、前記第１位置と前記第２位置との差分の許容範囲を含む、
ことを特徴とする台車。

【請求項31】

ロボットが作業を行う台車の制御方法であって、
基準ロボットを用いて取得された、前記ロボットが実施する作業に対応する軌道に関する第１軌道情報と、
前記基準ロボットに対する前記ロボットの差分情報と、を取得し、
前記第１軌道情報と前記差分情報とに基づき、前記ロボットを制御するための第２軌道情報を取得し、
前記第１軌道情報に基づく前記基準ロボットの第１位置と、前記第１位置に対応する、前記第２軌道情報に基づく前記ロボットの第２位置と、を比較し、比較した結果が所定条件を満たさない場合は、比較した結果に基づき、前記第２軌道情報を補正し、補正した前記第２軌道情報に基づき前記作業を実施するように前記ロボットを制御し、
前記所定条件は、前記第１位置と前記第２位置との差分の許容範囲を含む、
ことを特徴とする制御方法。

【請求項32】

請求項２５または請求項２７または請求項２９または請求項３１のいずれか１項に記載の制御方法をコンピュータに実行させる制御プログラム。

【請求項33】

請求項３２に記載の制御プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

【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、制御方法、ロボット、作業台、台車、制御プログラム、記録媒体、および物品の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年の物品の製造現場では多品種少量生産に対応するためセル生産方式が普及しつつある。自動セル生産では複数の作業を柔軟にこなすためロボットが使われている。ロボットを用いて自動で組立作業を行う形態として、ロボットが一つ以上の作業のためにセルを構成する作業台に配置され、セル内で所定のユニットを組み立てるとともにセル間で順次ワークを受け渡して組付け作業を実施するものがある。このような生産形態では、ロボットが作業不能となった場合の措置として種々の手法が用いられる。例えば、セルの生産が止まって下流のセルに影響があるため複数のロボットに作業内容の教示を行っておく手法はその１つである。また、特許文献１に示されるように隣接するロボットから通信によりワーク上の教示データすなわち作用点を取得して、代替するロボットのロボット座標へ変換を行い故障したロボットが実施していた作業を代替する手法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平９－４４２２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の構成では、溶接や塗装などのロボット作業が想定されており、隣接するロボットのいずれかが通信によりワーク上にある基準点を教示データとして取得し、代替ロボットの動作を再計算してロボット作業を実施する。特許文献１の構成において、「基準点」とは、ワーク上に位置する溶接スポットや塗装スポットの位置に相当する。ここで、例えば、元のロボットと代替ロボットが異なるモデルであったりすれば、もし何らの制約を設けなければ、同じ作用点にアクセスする時の元のロボットの動きと代替ロボットの動作は全く異なるものとなる。また、元のロボットと代替ロボットが同じモデルであっても、両者には個体差があり、完全に同じ動きで同じ作用点にアクセスするよう動作できるとは限らない。

【0005】

従って、高精度部品の挿入動作などのように、精度が重視される作業では、特許文献１のように最終的な作用点のみの教示では代替が不可能な場合が考えられる。その場合、結局、代替ロボットごとに複雑な教示作業による軌道教示が必要になる。また、ロボット軌道の制約などによっては、機種差や個体差のある代替ロボットでは可動域などの関係で実際には実行できない作業が生じることも考えられる。

【0006】

ロボットの故障などの障害に対処するには、複数台のロボットをバックアップ機として用意しておけば、速やかに故障機の代替やラインの組み換えが可能となる可能性がある。また、その場合、ロボットが可動式（自走式）の構成であれば、より速やかに故障機代替、ラインの組み換えなどが行える可能性がある。

【0007】

しかしながら、バックアップの代替機を用意しておくにしても、ロボットの機種差や個体差を考慮すると、上記の従来構成では代替機で手間のかかる教示作業が必要になる。一般に、ロボットの教示作業はティーチング・プレイバック方式で行われるため、バックアップロボットの台数分、生産を止めての作業台ごとに教示作業を行わなければならない。もし、多品種少量生産のためラインの組み換え等を考慮して複数のセルに対応させ、また、バックアップのために複数のロボットを用意する場合、（ロボットの台数×作業の種類）の数だけ教示作業が必要となり、その作業工数が膨大になる可能性がある。

【0008】

本発明の課題は、複数の作業用ロボットを生産ラインに迅速かつ容易に投入できるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一つの態様は、第１ロボットと第２ロボットとを備えたロボットシステムにおいて、前記第２ロボットの動作を制御する制御部を備え、前記制御部が、前記第１ロボットを用いて取得した、前記第２ロボットが実施する作業に対応する軌道に関する第１軌道情報と、前記第２ロボットの前記第１ロボットに対する差分情報と、を取得し、前記第１軌道情報と前記差分情報とに基づき、前記第２ロボットを制御するための第２軌道情報を取得し、前記第１軌道情報に基づく前記第１ロボットの第１位置と、前記第１位置に対応する、前記第２軌道情報に基づく前記第２ロボットの第２位置と、を比較し、比較した結果が所定条件を満たさない場合は、比較した結果に基づき、前記第２軌道情報を補正し、補正した前記第２軌道情報に基づき前記作業を実施するように前記第２ロボットを制御し、前記所定条件は、前記第１位置と前記第２位置との差分の許容範囲を含む、ことを特徴とするロボットシステムである。

【発明の効果】

【0010】

上記構成によれば、例えばバックアップ用に配置した作業用ロボットを生産ラインに迅速かつ容易に投入することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態におけるロボットシステムの構成を示した説明図である。

【図2】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施形態における作業用ロボットの組み換え例を示した説明図である。

【図3】本発明の実施形態のロボットシステムで用いられる作業用ロボットの詳細構成を示した説明図である。

【図4】本発明の実施形態のロボットシステムで用いられる作業台の詳細構成を示した説明図である。

【図5】本発明の実施形態のロボットシステムにおいて、故障の生じた作業用ロボットで実行される制御の流れを示したフローチャート図である。

【図6】本発明の実施形態のロボットシステムにおいて、代替投入される作業用ロボットで実行される制御の流れを示したフローチャート図である。

【図7】本発明の実施形態のロボットシステムにおいて、代替投入される作業用ロボットで実行される制御の流れを示したフローチャート図である。

【図8】本発明の実施形態のロボットシステムにおいて、システム制御装置で実行される制御の流れを示したフローチャート図である。

【図9】本発明の実施形態のロボットシステムにおいて実施可能な補正計算の一例を示したフローチャート図である。

【図10】本発明の異なる実施形態のロボットシステムの構成例を示した説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す構成はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は参考数値の例示に過ぎない。なお、以下では、参照符号として、例えば「作業台２－１、２－２」のように、「－ｎ」のサフィックスを持つものを用いることがある。また、例えば「作業台２－１、２－２」の例で言えば、これらの部材の全体、共通する概念的な構成などについては、「作業台２」のように「－ｎ」のサフィックスなしの参照符号により言及することがある。

【0013】

＜実施形態１＞
図１は本発明を採用したロボットシステムの全体構成を示している。このロボットシステムによって、ワークに対する組立てないし加工作業を行い、ワークから物品を製造することができる。このロボットシステムは、同一形態の多関節ロボットとして構成された４つの作業用ロボット１－１～１－４を含む。また、このロボットシステムは、部品供給具３－１～３－４およびワーク保持具５－１～５－４を台上に配した４つの作業台２－１～２－４、を含む。さらに、本実施形態のロボットシステムは、作業用ロボット１－１～１－４と同一形態の３つの代替用のロボット１－５～１－７を含む。また、このロボットシステムは、無線および有線の通信装置を備えロボットおよび作業台の稼働管理を行うシステム制御装置７、および作業用ロボットと同一形態の作業教示用のマスターロボット６を備える。

【0014】

例えば、図１のロボットシステムでは、作業台２－１～２－３により、ワークであるサブユニット４－１～４－３へ複数の部品を組み付ける作業を行い、作業台２－４ではサブユニット４－１～４－３を結合して完成させる作業が行われる。作業台２－１～２－４には、対応する作業用ロボット１－１～１－４が配置されている。

【0015】

作業用ロボット１－１～１－７は、好ましくは同一形態同一性能になるように設計されていて互いに作業を代替可能となっているものとする。これらの作業用ロボットは無線通信によりシステム制御装置７と接続されている。例えば、作業用ロボット１－４が故障した場合には、手動またはシステム制御装置７からの指令により１－５～１－７のいずれかの作業用ロボットが作業台２－４の作業位置へ移動して、作業用ロボット１－４の作業を代替する。また、図２のように作業台を増減させることにより柔軟なセル構成をとることが可能である。

【0016】

図２（ａ）は作業台２－１～２－３と作業台２－４の間にバッファ機能を持つ作業台およびサブユニット搬送用のロボット１－５を配置し、作業時間の揺らぎに対して柔軟な構成としたものである。また、図２（ｂ）の構成は作業時間のかかる作業台２－１、および作業台２－４を増やして生産能力の向上を図ったものである。

【0017】

作業台２の各々で実施される作業内容はマスターロボット６を用いて、ティーチング・プレイバック方式で教示される。そして、作業台上で実施される作業内容で必要なロボット軌道を生成するための軌道制御データ（教示データ）は、例えばマスターロボットの関節角度の時系列データの形式で表現される。この各作業台ごとの軌道制御データは、当該の作業台にそれぞれ記憶させる。例えば、この軌道制御データは、ＥＣＵ２６（図４）に内蔵されるロボットコントローラの記憶部（例えばＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ）などに格納しておく。このＥＣＵ２６に内蔵されるロボットコントローラは、その作業台２に配置された作業用ロボット１のロボット動作を制御する。

【0018】

また、マスターロボット６に関しては、実験や実測などの手法によって、予めロボットのメカモデルが求められているものとする。ここでいうメカモデルとは、リンクパラメータ、エンドエフェクタの長さ、リンクやエンドエフェクタなどロボット各部の重量、リンクおよび関節部の剛性値、並びにロボットアームの先端部に掛かる荷重のデータである。また、リンクパラメータとはリンク長、リンクのねじれ角度、リンク間距離およびリンク間角度のデータである。

【0019】

また、各作業用ロボットについても、実験や実測などの手法によって、予め上記のリンクパラメータを含むメカモデルが求められている。このリンクパラメータの各々のパラメータないしはメカモデル全体の、マスターロボット６との差異は、そのロボットの個体差情報として作業用ロボット１の記憶素子１４（図３）に記憶させておく。

【0020】

図３は作業用ロボット１の概略図である。この作業用ロボット１は、カップリング機構８とともにＸＹ方向に自律移動が可能な自走式の台車、自律移動台車１８に搭載されている。このような構成により、作業用ロボット１は自律的に移動できる自走式ロボットとして機能する。カップリング機構８は、作業台２との接続部に含まれ、作業台２と接続された時に、作業台２と、作業用ロボット１との相対位置をメカ的に位置出しするための機構である。本実施形態では、カップリング機構８は、例えば作業用ロボット１のＸＹＺ方向の支持位置をフリーに決定できるよう、円錐状の突起９が設けられている。

【0021】

作業用ロボット１を搭載した自律移動台車１８を移動させ、作業台２側の嵌合穴に突起９を嵌合することによってメカ的に位置合せが行われる。これにより、作業用ロボット１を作業台２に対して所定の相対位置関係で位置決め、接続固定することができる。

【0022】

上記のような構成により、作業用ロボット１が交換された時でも各作業台とロボットの相対位置関係を再現することができる。図３において、作業台２側にあるロボットコントローラ（ロボット制御部）との間で送受信される制御信号は電気コネクタ１０を介して伝送される。また、電気コネクタ１０を介して、作業用ロボット１の記憶素子１４の内容、特に個体差情報が作業台２のＥＣＵ２６のロボットコントローラへ送信される。なお、作業用ロボット１と作業台２の間の通信経路は、必ずしも上記のような電気コネクタを介した有線接続である必要はなく、無線接続による構成であってもよい。

【0023】

作業用ロボット１の記憶素子１４には前述のマスターロボットとの差異、即ち個体差情報を記憶させておく。この個体差情報を用いて、ロボットコントローラの記憶部に記憶させた教示点（軌道制御情報）を補正することができる。作業用ロボット１の記憶素子１４としては、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリなどを用いることができる。

【0024】

作業用ロボット１の個体差情報それ自体は、必ずしもその作業用ロボット１の記憶素子１４に記憶させておかなくてもよい。例えば、作業用ロボット１にはそのロボットの個体差情報を特定可能な識別情報を付与し、作業台２のＥＣＵ２６のロボットコントローラは、その識別情報により特定される個体差情報を別の場所から取得するような構成でもよい。作業用ロボット１の個体差情報を特定可能な識別情報を付与する方式としては、例えば、印刷されたコード（文字列情報やバーコードなど）として個体差情報を記録したタグやステッカなどを作業用ロボット１に貼付するような構成が考えられる。このようなタグやステッカの個体差情報は、作業台２に配置したカメラなどにより読み取ることができる。また、上記のような識別情報を用いる構成では、作業用ロボット１の個体差情報は、任意の記憶部に格納されていてよい。例えば、作業用ロボット１の個体差情報は、そのロボットを使用する可能性のあるロボットコントローラ側の記憶部、システム制御装置７など、作業台２のＥＣＵ２６からアクセス可能な記憶部であれば任意の記憶部になどに格納しておくことができる。

【0025】

作業用ロボット１の駆動電力、および記憶素子１４に必要な電源は、作業台２のロボットコントローラから供給されるものとする。ただし、後述する自律移動台車１８のバッテリ容量に余裕がある場合は台車からロボット１の駆動電力、および記憶素子１４に必要な電源を供給してもよい。

【0026】

なお、本実施形態では、特定の作業台と接続された作業用ロボット１を制御するロボットコントローラは、その作業台２のＥＣＵ２６の一部として配置されるものとしている。このように、特定の作業台における作業内容に相当する軌道制御情報を保持するロボットコントローラが当該の作業台に配置される構成は至極、理にかなった構成と言える。しかしながら、本発明は、システム構成や設計に係る事情に応じて、特定の作業台と接続された作業用ロボット１を制御するロボットコントローラをその作業台２のＥＣＵ２６とは別の場所に配置することを妨げるものではない。即ち、特定の作業台と接続された作業用ロボット１を制御するロボットコントローラの配置位置や配置形態は任意である。

【0027】

また、マスター（基準）ロボットを用いて生成した軌道制御情報の保持位置も、必ずしも作業台２のＥＣＵ２６の一部として配置されたロボットコントローラの記憶素子（第１の記憶部）である必要はない。例えば、この軌道制御情報は、システム制御装置７のＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭなどのその作業が実行される作業台を特定できる識別情報と紐付けの上、記憶部に記憶されていても良い。さらに、各作業用ロボット１が、自機の基準ロボット（マスターロボット）との個体差情報を保持する記憶素子１４（第２の記憶部）を有する構成も至極、理にかなった構成と言える。しかしながら、この個体差情報の保持位置も、必ずしもそのロボットそれ自体である必要はない。自走式のある作業用ロボット１がある作業台２に取り付いた時に、その作業用ロボット１に固有の個体差情報を特定する手段さえ設けられているのであれば、個体差情報の記憶位置も必ずしも上記の第２の記憶部である必要はない。このような作業用ロボット１に固有の個体差情報を特定する手段の一例は、例えば上記のバーコードを用いた構成である。

【0028】

図３の自律移動台車１８はＥＣＵ１１、センサ１３、通信アンテナ１５、バッテリ１７、モータ２２を含む。自律移動車は無線ＩＦ１６および通信アンテナ１５を介して、無線でシステム制御装置７と接続されている。システム制御装置７からの派遣指令で指定の作業台の作業位置へ自動で移動する。その際センサ１３で経路を読み取ってＥＣＵ１１に含まれるＣＰＵ１２でモータドライバ２１を制御しモータ２２を駆動することにより移動を行う。これらの制御を行う制御プログラムはＲＯＭ１９に格納しておくことができる。また、本発明に係る制御手順を記述した制御プログラムは、可搬形態の光ディスクやフラッシュメモリに格納しておき、これらのコンピュータ読み取り可能な記録媒体を介してロボットシステムにインストールし、また、更新することができる。

【0029】

さらに、自律移動台車１８にはＲＡＭ２０が設置されており、このＲＡＭ２０は、ＣＰＵ１２のワークエリアとして利用される他、センサ１３から得られる検出情報、ＣＰＵ１２の演算結果などを一時的に保持するために用いられる。

【0030】

次に、作業台２について説明する。図４は作業台２の構成を詳細に示している。図４において、部品供給具３で部品を供給し、ワーク保持具５に位置決め保持されたワーク４に工具２８などを使用してロボットが組付けを行う作業を想定している。マスターロボットにより教示されたロボットの軌道情報はＥＣＵ２６に記憶させておく。また、作業用ロボット１を駆動するためのロボットコントローラもＥＣＵ２６に内蔵させておくことができる。このロボットコントローラにより、ロボットインターフェース２３－１、２３－２または２３－３を介して作業用ロボット１の動作を制御することができる。外部ＩＦの１つとしては電源ケーブル２７があり、この電源ケーブル２７を介してＥＣＵ２６に電力が供給される。また、外部ＩＦの他の１つとしては、システム制御装置７と接続するための有線ないし無線の通信ネットワークが考えられる。システム制御装置７は、ロボットおよび作業台の稼働管理を行うもので、例えばＰＬＣやシーケンサのような機器により構成される。

【0031】

図４において、２３はロボットインターフェースでメカカップリング２４と電気コネクタ２５からなる。メカカップリング２４は円錐状の穴とロック機構を備え、ロボット側の突起９と嵌合してロック機構で固定することにより、再現性良くロボット１と作業台２の相対位置を再現できる。教示作業時に使用するマスターロボット６と各々の作業用ロボット１－１～１－７はロボット座標に対して位置出しされた同一のメカカップリングを持ち、作業台側のメカカップリングと嵌合することにより交換した時の位置再現性が保証される。作業台２には、メカカップリング２４として、任意の数のメカカップリング２４－１、２４－２、２４－３…を配置しておくことができる。

【0032】

電気コネクタ２５にはロボットの各関節軸のモータを駆動するための駆動端子、ロボットからの関節角度信号などを受信するセンサ端子、ロボット側に設置され記憶素子からの情報を受信するための通信端子などを配置することができる。これらの端子を用いて、ロボットが配置されたときに結合してロボットの個体差情報を受信してＥＣＵ２６に記録されているロボットの軌跡制御情報を補正し、その結果得られる軌道データを用いて作業用ロボット１を動作させる制御を行う。

【0033】

なお、ロボットインターフェース２３は必要に応じて複数設置することが可能であり、例えば作業台の垂直面すべてに設置してもよい。この場合、作業台との位置関係が固定であれば必ずしも作業台上に配置されている必要はない。例えば、ボットインターフェース２３は、ロボットを設置する床面に配置されていてもよい。

【0034】

次に故障などの理由によって、作業用ロボット１のいずれかを交換する際のシーケンスについて説明する。図５～図８は図１のロボット生産システムで、例えばロボット１－１が故障した場合に、作業用ロボット１－１、作業用ロボット１－５、作業台２－１、システム制御装置７で行われる制御手順を示している。図示した制御手順は、例えばこれらの装置のＣＰＵのような制御装置の制御プログラムとして記述することができる。

【0035】

また、以下では、図５～図８のフローチャート中のステップ番号を主に括弧書きの形式で参照する。また、図５～図８中のアルファベットを付したステップは、他の図の同じアルファベットを付したステップとのインタラクション、主に通信動作が行なわれていることを示す。その場合、同じアルファベットによって、その通信動作で送受信されている信号を参照することがある。

【0036】

いずれかの作業用ロボットが故障した場合、図７において、ロボットコントローラが内蔵された作業台２－１が故障を検知することができる（Ｓ１）。このロボットコントローラは、可能であればアームの退避など故障処理（Ｓ２）を行い、システム制御装置７へ故障信号Ａを送信する（Ｓ３）。この故障信号Ａにはロボット再配置、およびロボット交換（代替）が可能かの情報が含まれる。故障信号Ａを送信した後、作業台２－１は配置指令の受信待ち（Ｓ４）となる。

【0037】

図８において、システム制御装置７は故障信号Ａを受信（Ｓ５）すると、受信信号から再配置可能か読み取り（Ｓ６）、可能な場合は故障した作業用ロボット１－１に対して退避指令Ｂを出す（Ｓ７）。なお、再配置不可の場合は警告を出力し、例えば作業者に手動による修理、交換作業を促す（Ｓ８）。

【0038】

図５において、作業用ロボット１－１は、退避指令Ｂを受信する（Ｓ９）と、自走可能か判断する（Ｓ１０）。なおロボットの駆動系と自律走行の駆動系は別系統なので、これらが同時に故障するケースは稀であると考えられる。ここで作業用ロボット１－１が自走可能であれば退避ステーションまで退避を行い（Ｓ１１）、システム制御装置７に退避完了信号Ｃを送信する（Ｓ１２）。また作業用ロボット１－１が自走不可能な状態であった場合は、要交換の警告を発生する（Ｓ１３）。この場合は、手動で故障ロボット１－１を取り除き、例えばシステム制御装置７の操作パネル（不図示）などからリセット操作を行い、退避完了信号Ｃを出力（Ｓ１４）させることにより生産を再開することが可能である。

【0039】

図８において、システム制御装置７が退避完了信号Ｃを受信（Ｓ１５）すると、待機している作業用ロボット１－５に配置指令信号Ｄを送信（Ｓ１６）し、ロボットの再配置および製造再開が可能になるまで準備待ち状態（Ｓ１７）となる。配置指令には配置先の作業台２－１および台の結合位置の情報などを含めることができる。なお、一定時間、退避完了信号Ｃが返送されなかった場合には、システム制御装置７は警告を出力してトラブルの発生を作業者、管理者などに通知する（Ｓ８）。この種の警告は、例えば音声や表示出力による他、電子メールやメッセージテキストの送信などによって行うようにしてもよい。

【0040】

バックアップの作業用ロボット１－５～１－７は、図６に示すように、正常時は配置指令受信待ち（Ｓ１８）となっている。例えば、システム制御装置７から配置指令信号Ｄを受信すると、作業用ロボット１－５は配置先の作業台２－１へ移動し（Ｓ１９）、結合作業（Ｓ２０）を実施する。

【0041】

この結合作業は、作業用ロボット１－５の突起９と作業台２－１のメカカップリング２４による上述した位置合わせ動作により行われる。また、これと同時に、電気コネクタ２５を介して、作業用ロボット１－５と作業台２－１との電気的な接続が成立する（図６：Ｓ２０、Ｓ２１）。一方、作業台２－１では、図７に示すように、配置指令待ち（Ｓ４）で配置指令信号Ｄを受信すると結合準備（Ｓ２１ａ）を行う。この結合準備（Ｓ２１ａ）では、作業台２－１は、例えば、ロボットインターフェース２３上のメカカップリング２４でメカ的なロック機構を解除し、また、電気コネクタの誤動作を防ぐため、通電を遮断する、といった処理を行う。この結合準備の後、結合動作（Ｓ２０）が行われ、作業用ロボット１－５と作業台２－１が機械的および電気的に接続される。

【0042】

その後、結合チェック（Ｓ２２）が行われ、作業用ロボット１－５と作業台２－１の接続が完了すると、新しく配置された作業用ロボット１－５から作業台２－１のＥＣＵ２６のロボットコントローラに対して補正データＥが送信される（図６：Ｓ２３）。作業台２－１は、この補正データＥを受信（図７：Ｓ２４）し、ＥＣＵ２６に内蔵されたロボットコントローラが補正データＥと、ロボットコントローラが記憶する軌道制御情報と、を用いて軌道情報の補正演算を行う（Ｓ２５）。この補正計算の詳細については後述する。補正計算が終了すると作業台はシステム制御装置７へ補正完了信号Ｆを通知し（Ｓ２６）、再開指令待ち状態（Ｓ２７）となる。

【0043】

図８において、システム制御装置７が、補正完了信号Ｆを受信すると準備が完了したと判断して製造再開信号Ｇを作業台２－１および関連する各作業台へ送信する（Ｓ２８）。ここでいう関連する作業台とは、作業台２－１の上流および下流に位置し、作業を一時停止している作業台である。これらの作業台では、例えばワークのバッファや作業位置が満杯となっている状態である。作業台２－１および関連する各作業台は製造再開信号Ｇを受信（図７：Ｓ２７）すると、通常の製造作業を再開する（図７：Ｓ２９）。

【0044】

ここで、補正計算（図７：Ｓ２５）について説明しておく。図９はこの補正計算Ｓ２５の流れの一例であり、ある教示データに含まれるある１つ関節角Θ６を補正する方法を示している。実際には教示された関節角は複数点あるので図９の計算を教示点の数だけ繰り返すことになる。

【0045】

図９のＳ２５－１では、マスターロボットの関節角の教示データΘ６およびリンクパラメータ等のメカモデルＭＰ６から手先座標Ｔ６を求める。このステップはマスターロボット６の教示時にあらかじめ計算しておいても良い。Ｓ２５－２ではマスターロボットの関節角の教示データΘ６および代替ロボット１－５のリンクパラメータなどのメカモデルＭＰ１－５から仮の手先座標Ｔ１－５を求める。

【0046】

Ｓ２５－３では、教示した手先座標Ｔ６と仮の手先座標Ｔ１－５の差異δＴを求める。Ｓ２５－４では求めたδＴが許容範囲内か判定する。ここで、δＴが許容範囲内であり、ＯＫの場合は補正を終了する。初回で終了した場合は補正量０となり補正後の関節角Θ１－５＝Θ６となる。ＮＧの場合はＳ２５－７へ進む。

【0047】

Ｓ２５－５では、代替するロボットのメカモデルＭＰ１－５から関節角Θ６付近でのヤコビ行列Ｊを求める。このヤコビ行列Ｊは、関節の速度と手先の速度の関係を表現した行列で、手先の速度行列をδＴ、関節の速度行列をδΘとするとδＴ＝Ｊ・δΘの関係がある。Ｓ２５－６ではヤコビ行列Ｊの逆行列Ｊ－１を求める。

【0048】

Ｓ２５－７では、Ｓ２５－５で求めたδＴおよびＳ２５－６で求めたＪ－１より仮の補正量δΘを求める。Ｓ２５－８ではＳ２５－７で求めたδΘおよび現在の関節角Θ１－５（初回はΘ６となる。）から仮の補正後の関節角Θ１－５を求める。Ｓ２５－９では、メカモデルＭＰ１－５と、Θ１－５から、新しい手先座標Ｔ１－５を計算し、Ｓ２５－３に復帰する。そして、再び、Ｓ２５－３で偏差δＴを計算し、Ｓ２５－４で精度が許容範囲内か計算する。ここで偏差δＴが許容範囲内であれば、収束計算を終了して補正後の教示データとしてその時点における関節角度Θ１－５を採用する。一方、δＴが許容値に達してないときにはＳ２５－７に進み、Ｓ２５－８、Ｓ２５－９と進んで新しいＴ１－５を求め、Ｓ２５－４で精度を評価する処理を、δＴが許容内になるまで繰り返す。最終的に許容範囲内になったときの関節角の値Θ１－５が、代替ロボット１－５の個体差情報を用いて補正した後の教示値となる。なお、許容範囲と併用して収束計算の切り返し回数を決めてδＴが最小となる補正量δΘおよび補正後の教示値Θ１－５を求める演算を行ってもよい。図９に示した演算を各関節角につき実施し、また、教示点全体の補正を教示点の数だけ行い、作業台２－１のＥＣＵ２６のロボットコントローラに格納することにより補正計算（Ｓ２５）が終了する。

【0049】

本実施形態によれば、汎用ロボットに対して作業台ごとのティーチング・プレイバックによる教示作業が不要になる。例えば作業の種類がｎ、汎用ロボットの数がＮとし、汎用ロボットはすべての作業を実施可能とする。従来の形態では教示作業は（ｎｘＮ）回必要であったのが、教示作業ｎ回で済むため大幅に作業手数を減らすことができる。本実施形態ではロボットごとに個体差情報、例えばメカモデルを求める作業（以下校正作業と表記することがある）が必要である。しかし、作業用ロボットに実行させる作業の教示については、その内容にかかわらず各ロボットに原則１回のみ実施するだけで済み、また、別のラインに流用する際にも、再教示作業は必要ない。

【0050】

＜実施形態２＞
以上の実施形態１では、物理的に存在する現実のマスターロボットを用いて、軌道制御情報として教示データを作成することを考えた。このマスターロボットは、作業用ロボットに対するメートル原器のような存在である。そして、好ましくは作業台のＥＣＵ２６のロボットコントローラの記憶部に保持させる軌道制御情報（教示点データ、教示情報）を教示するためのみに用い、その他の期間は、例えば恒温、恒湿環境のような管理された環境で保存する。物理マスターロボットを用いる場合には、上記のような配慮が必要である、と考えられる。しかし、以下で説明するように、コンピュータシミュレーションによる仮想環境で動作する仮想マスターロボットＶＲをマスターの軌道制御情報の教示に用いることにより、マスターロボットや軌道制御情報の取り扱いが容易になる可能性がある。

【0051】

図１０は、上記実施形態の図１と同等の形式により本実施形態のロボットシステムの構成を示している。図１０において、２９は仮想マスターロボットＶＲ、作業台および治具類の物理的なデータＭ１～Ｍ４などにより構成された仮想環境を実現するコンピュータ（ないしその仮想環境それ自体）に相当する。仮想マスターロボットＶＲは、リンクパラメータなどを含むメカモデルデータＶＭによって表現される。その他の作業台と作業用ロボットのハードウエア構成は実施形態のものと同じである。

【0052】

仮想マスターロボットＶＲおよび作業台２－１、２－２、２－３、または２－４のうち教示する作業台が、コンピュータ２９上で３次元アニメーション表示され、教示時にはユーザ入力に応じてアームおよび治具を自在に動かすことができる。ユーザは特定点で現在の関節座標を教示データとして記録するようにコンピュータに指示を与える。そして、すべての教示点を入力後、コンピュータシミュレータ上ではユーザの設定した教示点に基づき干渉チェックを行うなどして、補間点を追加して軌道を生成する。このようにして生成された作業軌道は各々、該当する作業台２の記憶部（例えばＥＣＵ２６に内蔵されるロボットコントローラの記憶部）にダウンロードされ、記録される。

【0053】

また、各作業用ロボット１－１～１－７については、予め仮想マスターロボットＶＲと同様のリンクパラメータなどのメカモデルデータが求められており、実施形態１と同様に各ロボット１－１～１－７の記憶素子１４に記録されているものとする。

【0054】

以上のような構成においても、作業用ロボット１が作業台２に接続されると、その作業用ロボット１と仮想マスターロボットＶＲとの差異データ（個体差情報）、すなわちリンクパラメータなどのメカモデルデータが作業台２にロードされる。そして、例えばＥＣＵ２６に内蔵されるロボットコントローラは、仮想マスターロボットＶＲとの差異データ（個体差情報）と、軌道制御情報と、を用いて実施形態１と同様に、仮想マスターロボットＶＲで教示された軌道を補正することができる。

【0055】

本実施形態によれば、マスターロボットが仮想ロボットであるためロボットを製造、保守する（例えば恒温、恒湿環境などで保存する）コストが不要であるといったメリットがある。また、多種類のマスターロボット／作業用ロボットを登録することも容易であり、作業台に応じてマスターロボット／作業用ロボットを使い分けることが可能であり、ロボットシステムを構成し、運用するコストを大きく削減できる可能性がある。

【0056】

なお、上記本実施形態１、２では、マスター（基準）ロボット、作業用ロボットは同一モデル、同一形態の機種であるものとして説明した。しかしながら、本発明の構成および制御手順は、必ずしもこれらのロボットが同一モデル、同一形態の機種であることを必須としない。上述の構成では、マスター（基準）ロボットと作業用ロボットとの個体差情報を用いて教示点データのような軌道制御情報を補正、生成する。このような構成であれば、関節形態やリンク長さなどの形態、モデルの異なるマスター（基準）ロボットおよび作業用ロボットが用いられる場合でも実施が可能である。また、上述した種々の実施形態では、軌道制御情報を作業台２が有する記憶部に格納し、個体差情報を各作業用ロボット１の記憶部に格納する場合を例にとり説明した。しかしながら、各情報に識別情報を付与させることで、軌道制御情報と個体差情報とを作業用ロボット１の記憶部に格納しても構わないし、軌道制御情報と個体差情報とを作業台２の記憶部に格納しても構わない。即ち、これら軌道制御情報と個体差情報とを記憶する第１、第２の記憶部の配置される場所は、本発明を限定するものではなく、上記の例と異なる位置であって構わない。

【0057】

本発明は上述の実施例の１以上の機能を実現するプログラムをネットワーク又は記憶媒体を介してシステムまたは装置に供給し、そのシステムまたは装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

【0058】

また、上述の種々の実施形態の構成および制御は、「ロボット装置」のような名称を有さない装置により構成されたシステムにも適用できる可能性がある。例えば、上述の実施形態の構成および制御は、制御装置の記憶装置の情報に基づき、伸縮、屈伸、上下移動、左右移動もしくは旋回の動作、またはこれらの複合動作を自動的に行える種々の機械に適用することができる。

【符号の説明】

【0059】

１…作業用ロボット、２…作業台、３…部品供給具、４…ワーク、５…ワーク保持具、６…マスターロボット、７…システム制御装置、８…カップリング機構、１１、２６…ＥＣＵ、１３…センサ、１５…通信アンテナ、１７…バッテリ、２２…モータ、２３…ロボットインターフェース、２７…電源ケーブル、２８…工具、２９…コンピュータ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】