机器人系统、机器人控制方法及被加工物的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种能够迅速构建生产线的机器人系统、机器人控制方法及被加工物的制造方法。机器人系统（1）包括：根据动作命令进行动作的多个机器人（10，10A）；分别收容多个机器人（10、10A）并且能够相互连结的多个单元（11，11A）；检测多个单元（11，11A）彼此连结的情况的检测部（121）；以及在由检测部（121）检测到多个单元（11，11A）彼此连结的情况下、改变对收容在相互连结的单元（11，11A）中的各机器人（10、10A）的动作命令中的至少一个动作命令的变更部。
【专利说明】机器人系统、机器人控制方法及被加工物的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人系统、机器人控制方法及被加工物的制造方法。
【背景技术】
[0002]近年来，在工业产品的生产领域中，要求对市场变化的追随性。作为满足这样的要求的生产方法，已知多品种少量生产的单元生产方式。例如，专利文献I中记载了:准备多个收容了机器人的箱状的单元，将这些多个单元连结，由此得到所希望的生产线。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2009-262310号公报
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题
[0007]但是，在将单元连结时，需要验证是否满足邻接机器人各自的动作安全性和效率性的要求。因此，生产线的构建需要大量的时间。综上所述，在本【技术领域】中，希望获得一种能够迅速地构建满足安全性和效率性要求的生产线的机器人系统、机器人控制方法及被加工物的制造方法。
[0008]用于解决问题的手段
[0009]本发明涉及的机器人系统包括:多个机器人，所述多个机器人根据动作命令进行动作；多个单元，所述多个单元分别收容多个机器人并且能够相互连结；检测部，所述检测部检测多个单元彼此连结的情况；以及变更部，所述变更部在由检测部检测到多个单元彼此连结的情况下，改变对收容在相互连结的单元中的各机器人的动作命令中的至少一个动作命令。
[0010]发明效果
[0011]根据本发明涉及的机器人系统、机器人控制方法及被加工物的制造方法，能够迅速地构建生产线。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本实施方式涉及的机器人系统的俯视图。
[0013]图2是图1所示的机器人系统中包含的一个单元的侧视图。
[0014]图3是表示控制器的功能块的图。
[0015]图4是相邻的单元彼此连结的连结单元的主视图。
[0016]图5是连结单元的俯视图，是示意性表示特定区域的图。
[0017]图6是表示机器人作业区域变更涉及的动作命令变更处理的步骤的流程图。
[0018]附图标记说明
[0019]I 机器人系统
[0020]10、IOA 机器人
[0021]IlUlA 单元
[0022]121检测部
[0023]122控制部(变更部)
[0024]C 协调区域
[0025]E、E1、E2 排他区域
[0026]S 特定区域
[0027]W 工件(被加工物)
【具体实施方式】
[0028]以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在各图中，对相同或者相当的部分标注相同的附图标记，省略重复的说明。
[0029]本实施方式涉及的机器人系统是收容在各单元内的机器人对单件的部件及多个部件组合后的产品或者半成品即工件(被加工物)进行加工或组装等多种作业的机器人系统，并用于所谓的单元生产系统。本实施方式涉及的机器人系统中，通过高密度配置收容机器人的单元，能够实现工件生产率的提高。此外，通过机器人系统进行搬运或者组装等的加工的所有物品都适合作为被加工物。例如，作为被加工物，可以包含螺栓等部件、电子设备用的基板的组装体、汽车、加工完成的食品等。
[0030]图1是本实施方式涉及的机器人系统的俯视图。如图1所示，本实施方式涉及的机器人系统I被构成为包括:对工件进行各种作业的多个机器人10 ;以及分别与多个机器人10相对应的、收容各机器人的多个单元11。另外，单元11中包含使机器人10和控制器12能够相互通信的电缆束13，机器人10和控制器12通过电缆束13连接。此外，机器人10和控制器12可以通过无线方式连接，还可以将控制器12内置在机器人10中。
[0031]单元11包括:用于载置机器人10的作为底面的矩形的台架111 ;以及设置在台架111各边的外壁部112a、112b、112c、112d，在由台架111和外壁部112a、112b、112c、112d形成的空间内收容有机器人10。并且，单元11能够相互连结，相邻的单元11彼此通过使一个单元11的外壁部112c和另一个单元11的外壁部112d以物理方式连接而相互连结。
[0032]接着，用图2对单元11内的结构进行详细说明。图2是图1所示的机器人系统中包含的一个单元的侧视图。如图2所示，单元11内除收容有机器人10和控制器12之外，还收容有作为被加工物的工件W。工件W被载置在工作台14上。此外，控制器12设置在该工作台14的下部。另外，在单元11的正面侧的外壁部112a上集中配置有:用于进行工件W的供给及搬出的开口部(未图示)；用于确认机器人的作业状况的监视器(未图示)；各种计量仪器(未图示)；以及开关(未图示)等。由此，操作者仅在单元11的正面侧就能够进行机器人系统I的操作。而且，在各外壁部112a?112d的一部分上设置有由透明且耐冲击性优异的聚碳酸酯所形成的窗口部(未图示)，操作者能够从这个窗口部确认作业状况。另外，在单元11中，在台架111的下表面设置有脚轮Illa和止动器111b，通过该脚轮Illa和止动器111b，单元11的移动和固定变得容易。
[0033]机器人10包括:安装在基台101上的基部102，该基台101被固定在台架111上；从基部102向上延伸的机器人臂103 ;以及安装在机器人臂103前端的作为末端执行器的手部104，机器人10根据控制器12的动作命令进行动作。在此，动作命令是使机器人动作的程序即指令、或者使机器人动作的程序的集合即任务。
[0034]机器人臂103被构成为从基端(基部102)侧向前端(手部104)侧连结有第一臂105、第二臂106、第三臂107、第四臂108、第五臂109、以及第六臂110这六个臂。这些各臂在内部设置有致动器，通过各致动器，如图2中双向箭头所示，将各臂的连结部作为关节进行旋转驱动。
[0035]另外，在构成机器人臂103前端的第六臂110的内部，设置有对手部104进行旋转驱动的致动器。此外，在手部104的内部设置有对安装在手部104的前端的一对把持爪104a进行驱动的致动器。
[0036]机器人10按照控制器12的控制，使第一臂105、第二臂106、第三臂107、第四臂108、第五臂109、第六臂110、手部104以及把持爪104a进行动作，并对作为被加工物的工件W进行加工和组装等作业。
[0037]控制器12是例如具有运算装置、存储装置及输入输出装置的计算机。关于控制器12的功能，使用图3进行说明。图3是表示控制器的功能块的图。如图3所示，控制器12具有检测部121、控制部(变更部)122、通信部123、以及存储部124。
[0038]检测部121检测多个单元11彼此相互连结的情况。检测部121根据从设置在单元11外壁部112c、112d上的连接检测传感器(未图示)输入的信息，检测单元11彼此相互连结的情况。连接检测传感器只要是能够检测不同的单元11的外壁部112c、112d连接(接触)的传感器即可，例如，利用检测接触时的压力的传感器、检测由接触引起的电气变化的传感器、或者检测由接触引起的温度变化的传感器等。此外，连接检测传感器能够识别被连接的单元11。为了将表示单元11被连结的信息(包含表示被连结的单元11的信息)从连接检测传感器(未图示)输入至检测部121，单元11和控制器12通过电缆束(未图示)连接。此外，单元11和控制器12也可以通过无线方式连接。检测部121所检测到的表示单元11被连结的信息被输入到控制部122和通信部123。
[0039]控制部122通过输出动作命令来控制机器人10的动作。具体而言，控制部122经由电缆束13与机器人10的致动器连接，通过动作命令使致动器驱动，从而控制机器人10的动作。另外，控制部122基于从检测部121输入的表示单元11被连结的信息，来控制单元11的动作。在信息从检测部121被输入的情况下，控制部122使单元11外壁部112c、112d中的与其他单元11连结的外壁部112c、112d打开。如此，通过使所连结的单元(连结单元)11的连结侧的外壁部112c、112d打开，使收容在另一单元11中的机器人10能够利用连结单元中的一个单元11的作业区域。S卩，能够扩大机器人10的作业区域。在此，在以下的说明中，有时将与一个单元11连结的另一个单元11作为单元11A、将收容在单元IlA中的机器人10作为机器人10A、将收容在单元IlA中的控制器12作为控制器12A进行说明。
[0040]通信部123基于从检测部121输入的、表示单元11被连结的信息(包含表示所连结的单元IlA的信息)，与收容在所连结的单元IlA中的控制器12A的通信部123A进行通信。通信部123 (控制器12)和通信部123A (控制器12A)之间的通信可以通过使用电缆束(未图示)连接控制器12和控制器12A来进行，还可以通过无线方式进行。此外，控制器
12、12A中可以设置共用的可编程逻辑控制器(PLC)(未图示)作为上级装置，从而共同地管理控制器12、12A的输入输出信号。
[0041]对通信部123和通信部123A之间的通信进行说明。基于从检测部121输入的信息，通信部123从存储部124读出与机器人10的各任务有关的信息。存储部124中存储有根据与单元11所连结的单元(例如单元11A)所确定的机器人10的一个或多个任务。在与各任务有关的信息中存储有各任务的每个任务的作业区域信息和时间信息。作业区域信息是与机器人10进行作业的区域有关的信息，包括与收容机器人10的单元11内的作业区域即自身单元作业区域、以及与单元11连结的单元IlA内的作业区域即其他单元作业区域有关的信息。另外，时间信息是指:各任务的开始时间(从另一单元IlA被连结开始到机器人10的该任务开始所需的时间)、以及表示各任务所需的时间的信息。
[0042]通信部123将从存储部124读出的与机器人10的各任务有关的信息通知(发送)给收容在被连结的单元IlA中的控制器12A的通信部123A。此外，通信部123也可以在与机器人10的各任务有关的信息即作业区域信息中包含与被连结的单元IlA内的作业区域即其他单元作业区域有关的信息的情况下，即机器人10仅在被连结的单元IlA内进行作业的情况下，将与机器人10的各任务有关的信息通知给通信部123A。通信部123还将与机器人10的各任务有关的信息输入到控制部122。
[0043]接收到通信部123的通知的通信部123A从存储部(未图示)读入与收容在单元IlA中的机器人IOA的各任务有关的信息。然后，通信部123A根据所接收到的机器人10的作业区域信息及时间信息、以及从存储部读入的机器人IOA的作业区域信息及时间信息，判断在单元IlA中机器人10和机器人IOA有无干涉，并将与该有无干涉有关的信息和与机器人IOA的各任务有关的信息通知给通信部123。
[0044]接收到通信部123A的通知的通信部123将与有无干涉有关的信息和与机器人IOA的各任务有关的信息输入至控制部122。
[0045]控制部122具有作为变更部的功能:在检测部121检测到多个单元IlUlA彼此连结的情况下，改变对收容在相互连结的单元IlUlA中的各机器人10、10A的动作命令中的至少一个动作命令。具体而言，以检测部121对单元IlUlA进行的连结检测为契机，根据从通信部123输入的与机器人10及机器人IOA的各任务有关的信息、以及与有无干涉有关的信息，改变对机器人10的动作命令。此外，在机器人10及机器人IOA在单元IlA内没有发生干涉的情况下，控制部122使机器人10按通常进行动作。即，按照与机器人10的各任务有关的信息来控制机器人10。
[0046]另一方面，使机器人10按照通常进行动作时，在单元IlA内机器人10和机器人IOA发生干涉的情况下，控制部122通过改变对机器人10的动作命令来避免机器人10和机器人IOA的干涉。具体而言，控制部122中断机器人10的对象任务直到机器人IOA的任务结束，由此避免机器人10和机器人IOA的干涉。然后，控制部122在经过了预先确定的规定时间后，为了使上述的通信部123和通信部123A的通信再次进行，向通信部123进行再通信请求。
[0047]此外，在通过重新排列机器人10的各任务中的能够重新排列的任务的顺序能够避免机器人10和机器人IOA的干涉的情况下，控制部122也可以重新排列任务的顺序并使机器人10进行动作。另外，控制部122不一定必须以机器人IOA的任务为优先，还可以通过对机器人10、10A赋予优先顺序，由此来确定优先进行的任务。另外，控制部122也可以考虑发生干涉的机器人IOA的任务的结束时间来设定使机器人10的任务中断的时间(等待时间)。该情况下，能够防止向通信部123多次进行再通知请求。即，能够在减少实时的通信次数的同时，创建机器人10、IOA不发生干涉的动作程序。
[0048]另外，控制部122在单元11、IlA相互连结的情况下，也可以改变对机器人10的动作命令，使得机器人10、10A的动作彼此同步。即，根据从通信部123输入的与机器人10及机器人IOA的各任务有关的信息，在机器人10、10A同步动作由此使作业高效化的情况下，例如通过机器人10、10A同步进行动作而使工件W的搬运容易进行的情况下，控制部122改变对机器人10的动作命令，使得机器人10与机器人IOA的动作同步进行。
[0049]关于所连结的单元IUllA的图像，用图4进行说明。图4是相邻的单元彼此连结的连结单元的主视图。此外，图4中省略了图2所示的脚轮Illa及止动器111b。如图4所示，单元11中收容有机器人10、控制器12和工件W，单元IlA中收容有机器人10A、控制器12A、工件W和工具T。此外，工具T是被附加性地安装在机器人上的部件，例如，安装在手部104前端的把持爪104a也是工具T的一种。单元11和单元IlA通过单元11的外壁部112d和单元IlA的外壁部112C相连接而被连结。
[0050]如上所述，表示单元IlUlA相互连结的信息通过检测部121检测，并被输入至控制部122及通信部123。并且，如图4所示，控制部122使单元11的外壁部112d和单元IlA的外壁部112c打开。由此，机器人10和机器人IOA能够共用单元IlUlA内的作业区域，例如，能够使收容在单元11中的机器人10利用收容在单元IlA内的工具T。
[0051]另外，控制部122设定用于控制收容在相互连结的单元IlUlA中的各机器人10、IOA之间的动作的特定区域S，基于该特定区域S来改变动作命令，由此避免机器人10和机器人IOA的干涉。特定区域S是指:与作为连结单元的单元IUllA对应的机器人10、IOA中的、仅特定的机器人能够进行作业的排他区域E、或者与作为连结单元的单元IlUlA对应的机器人10、10A能够相互共用为作业区域的协调区域C。在与单元IlUlA涉及的特定区域S中，对于与单元IlA有关的区域，也可以由单元11的控制部122来设定。控制部122将与单元11连结的每个单元的特定区域S预先存储为特定区域信息。然后，控制部122在表示单元11被连结的信息(包括表示所连结的单元IlA的信息)从检测部121被输入的情况下，根据表示被连结的单元IlA的信息和特定区域信息，来设定特定区域S。此外，也可以针对机器人10、10A的每个任务设定特定区域S。
[0052]控制部122在特定区域S被设定后、单元11的机器人10进行违反该特定区域S的规则的动作时，改变对机器人10的动作命令。具体而言，控制部122在机器人10侵入仅单元IlA的机器人IOA能够进行作业的排他区域E时，为了防止机器人10和机器人IOA的干涉，中断机器人10的动作、或者使机器人10从排他区域E撤退。
[0053]关于机器人10有无侵入排他区域E的判断，例如通过在排他区域E上设定作为虚拟立方体的立方体，由控制部122判断机器人10的手部104的前端即控制点是否侵入该立方体来进行上述判断。另外，通过在机器人10的各机器人臂105、106、107、108、109、110上分别安装传感器，在任一个传感器侵入排他区域E的情况下，判断为机器人10侵入了排他区域E，也能够进行上述判断。
[0054]用图5说明特定区域的设定图像。图5是连结单元的俯视图，是示意性表示特定区域的图。此外，图5与上述图4所示的单元11、11A、以及收容在单元IlUlA中的各结构(机器人10、10A等)相同。如图5所示，特定区域S被设定为跨越单元11、11A。由于机器人10、IOA需要共用单元IlA内的工具T，因此将该特定区域S中的、机器人10为了利用工具T而有可能侵入的区域被设定为协调区域C。另一方面，为了利用工具T，将仅机器人10侵入即可的区域设定为机器人10的排他区域E1，将仅机器人IOA侵入即可的区域设定为机器人IOA的排他区域E2。并且，例如，在排他区域E2中设定作为虚拟立方体的立方体，控制部122判断机器人的前端即控制点是否侵入该立方体，在机器人的前端即控制点侵入该立方体的情况下，控制部122改变对机器人10的动作命令，中断机器人10的动作，或者使机器人10从排他区域E2撤退。
[0055]其次，用图6说明单元连结时的动作命令变更处理。图6是示出机器人的作业区域变更涉及的动作命令变更处理的顺序的流程图。此外，图6中记载的各处理使用图4及图5中所示的单元11、11A、及单元IUllA中收容的各结构(机器人10、IOA等)进行说明。另外，作为前提，将工件W向分别收容对该工件进行作业的多个机器人10、10A的单元11、IIA供给(供给步骤)。
[0056]首先，通过检测部121判断单元11是否与其他的单元连结(S101，检测步骤)，并对单元IlA被连结的情况进行检测。此外，当在SlOl中判断为没有相连结的单元的情况下，使处理结束。接着，在作为连结单元的单元IlUlA的控制器12、12A (通信部123U23A)之间进行通信(S102)。具体而言，通过通信部123将与机器人10的各任务有关的信息通知给通信部123A，通过通信部123A，将与机器人10及机器人IOA有无干涉有关的信息以及与机器人IOA的各任务有关的信息通知给通信部123。此外，通过通信部123，将与机器人10及机器人IOA有无干涉有关的信息和与机器人10、10A的各任务有关的信息输入到控制部122。
[0057]接着，通过控制部122改变对收容在相互连结的单元11、IIA中的各机器人10、10A的动作命令(S103，变更步骤)。具体而言，在机器人10和机器人IOA发生干涉的情况下，中断机器人10的对象任务直到机器人IOA的任务完成，或者重新排列机器人10的各任务的顺序。另外，通过控制部122，设定特定区域S，在机器人10进行违反该特定区域S的规则的动作的情况下，改变对机器人10的动作命令。具体而言，机器人10进行侵入单元IlA中的仅机器人IOA能够作业的排他区域E的动作时，通过控制部122，中断机器人10的动作，或者使机器人10从排他区域E撤退。如此，在机器人10的动作命令变更后，通过机器人10、IOA对工件W进行规定的作业，将作业后的工件W从单元IlUlA中搬出(搬出步骤)。
[0058]以上，在本实施方式涉及的机器人系统I中，在检测部121检测到多个单元IlUlA的连结的情况下，通过控制部122改变对收容在单元11中的机器人10的动作命令。
[0059]为了使机器人的作业高效化，在将收容机器人的多个单元连结并在多个机器人之间共用作业区域(单元)的情况下，为了防止多个机器人之间相互干涉，需要对至少一个机器人进行动作命令的变更。以往，在进行这样的动作命令的变更时，操作者对多个控制器共用的上级装置(例如PLC)进行动作命令变更，从而防止机器人之间的干涉。因此，对上级装置进行的动作命令变更作业使得操作者的负担增加。
[0060]对此，本实施方式涉及的机器人系统I如上述那样，以检测部121对单元IUllA进行的连结检测为契机，控制部122能够自动地进行机器人10的动作命令的变更，由此动作命令变更作业变得简单，从而能够大幅减轻操作者的管理负担。即，能够迅速构建生产线。此外，通过减轻操作者的管理负担，还能够降低单元重组时的成本。
[0061]另外，控制部122设定用于控制收容在相互连结的单元IlUlA中的各机器人10、IOA之间的动作的特定区域S，根据该特定区域S来改变动作命令，由此能够防止机器人10、IOA的干涉，并且对能够协调动作的区域不进行不需要的控制就能够使机器人10、10A进行动作。具体而言，作为特定区域S，控制部122设定各机器人10、10A中仅特定的机器人10能够作业的排他区域E、或者各机器人10、10A能够彼此共用为作业区域的协调区域C。另夕卜，控制部122通过以使各机器人10、10A的动作彼此同步的方式改变动作命令，能够进一步提闻基于单兀连结的作业的效率性。
[0062]以上，说明了本发明的优选实施方式，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内可以有各种变更。例如，说明了如下内容:控制部122以检测部121对单元IlUlA的连结检测为契机，根据从通信部123输入的与机器人10和机器人IOA的各任务有关的信息、以及与有无干涉有关的信息，来改变对机器人10的动作命令，但是，机器人系统并非一定需要通信部123，例如，控制部122在预先存储有与机器人10及收容在与单元11有可能连结的单元中的各机器人的各任务、以及机器人10和各机器人有无干涉有关的信息的情况下，也可以不具备通信部123。
[0063]另外，为了防止机器人10侵入排他区域E，例如也可以利用沿着排他区域设置的传感器来监视机器人10的动作。另外，协调区域C也可以沿机器人10的躯干而设置。此夕卜，控制部122对动作命令的变更也可以通过改变使机器人10动作的指令顺序来进行。另夕卜，控制部122也可以设置在作为上级装置的PLC中，该情况下，对机器人10的动作命令的变更可以由PLC进行。此外，也可以考虑基于机器人10的动作和外部环境等的误差量来设定特定区域S。
【权利要求】
1.一种机器人系统,包括: 多个机器人，所述多个机器人根据动作命令进行动作； 多个单元，所述多个单元分别收容所述多个机器人并且能够相互连结； 检测部，所述检测部检测所述多个单元彼此连结的情况；以及变更部，所述变更部在由所述检测部检测到所述多个单元彼此连结的情况下，改变对收容在相互连结的单元中的各机器人的动作命令中的至少一个动作命令。
2.如权利要求1所述的机器人系统，其特征在于， 所述变更部根据用于控制收容在相互连结的单元中的各机器人间的动作的特定区域，改变所述动作命令。
3.如权利要求2所述的机器人系统，其特征在于， 所述特定区域是所述各机器人中的仅特定的机器人能够进行作业的排他区域，或者所述各机器人能够彼此共用为作业区域的协调区域。
4.如权利要求1至3中任一项所述的机器人系统，其特征在于， 所述变更部改变所述动作命令，以使得所述各机器人的动作彼此同步。
5.—种机器人控制方法,包括: 检测步骤，检测分别与根据动作命令进行动作的多个机器人相对应的多个单元彼此连结的情况；以及 变更步骤，当在所述检测步骤中检测到所述多个单元彼此连结的情况下，改变对收容在相互连结的单元中的各机器人的动作命令中的至少一个动作命令。
6.一种被加工物的制造方法，包括: 供给步骤，将被加工物供给到分别与根据动作命令进行动作的多个机器人相对应的多个单元； 检测步骤，检测所述多个单元彼此连结的情况； 变更步骤，当在所述检测步骤中检测到所述多个单元彼此连结的情况下，改变对收容在相互连结的单元中的各机器人的动作命令中的至少一个动作命令；以及 搬出步骤，将所述各机器人进行作业后的被加工物从收容该被加工物的所述单元中搬出。
【文档编号】B23Q41/00GK104044148SQ201410042310
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年1月28日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】泉哲郎, 中村民男, 河野大, 永井亮一 申请人:株式会社安川电机