作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)，具備：機(jī)器人臂(11)；測(cè)量部(12)，其測(cè)量操作員的位置；作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部(13)，其一邊參照與作業(yè)過(guò)程有關(guān)的數(shù)據(jù)一邊根據(jù)從測(cè)量部(12)輸入的數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r，在判斷為作業(yè)工序轉(zhuǎn)移到下一個(gè)工序時(shí)，選擇該下一個(gè)工序中所需的物品；以及臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部(14)，其根據(jù)作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部(13)所估計(jì)的作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r以及所選擇的物品來(lái)計(jì)劃?rùn)C(jī)器人臂(11)的軌道并控制機(jī)器人臂(11)。能夠根據(jù)操作員的作業(yè)來(lái)將所需的工具、部件等物品傳送給操作員。
【專利說(shuō)明】作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年5月21日、申請(qǐng)?zhí)枮?01080001237.1、發(fā)明名稱為“作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)”的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種根據(jù)作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r例如將所需的部件、工具類等傳送給操作員的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0003]在汽車組裝線上很多作業(yè)仍然人工完成。這是因?yàn)楹芏嗖考y以利用機(jī)器人來(lái)進(jìn)行處理、以及需要靈活應(yīng)對(duì)工序的頻繁重組等。
[0004]在小零部件的組裝工序中，對(duì)輸送車體的移動(dòng)單元配備有貨車轉(zhuǎn)向架。貨車轉(zhuǎn)向架與車體的輸送同步地移動(dòng)，在貨車轉(zhuǎn)向架的操作臺(tái)上載置有比較小的部件、工具。操作員進(jìn)行以下一系列作業(yè)。在第一作業(yè)中，操作員從操作臺(tái)取出部件，并移動(dòng)到該部件的安裝位置后將該部件安裝到車體，并返回到貨車轉(zhuǎn)向架的位置。在第二作業(yè)中，操作員從操作臺(tái)取出其它部件和工具，并移動(dòng)到其它部件的安裝位置后利用安裝工具將其它部件固定到車體，并返回到貨車轉(zhuǎn)向架的位置。在第三作業(yè)中，操作員取出其它工具，并移動(dòng)到進(jìn)行加固的位置后進(jìn)行加固作業(yè)，并返回到貨車轉(zhuǎn)向架的位置。在第四作業(yè)中，通過(guò)手推將貨車轉(zhuǎn)向架返回到作為初始位置的原位置。在進(jìn)行這一系列作業(yè)的組裝線上，不設(shè)置部件貨架來(lái)減少操作員的步行數(shù)。作為汽車組裝線的其它例，代替配置操作員而在規(guī)定位置處設(shè)定有機(jī)器人，從而實(shí)現(xiàn)組裝線作業(yè)的自動(dòng)化。
[0005]研究開(kāi)發(fā)著關(guān)于能夠與人相處的機(jī)器人(例如專利文獻(xiàn)I?5)。在專利文獻(xiàn)I中公開(kāi)的機(jī)器人臂的控制技術(shù)中，即使是多關(guān)節(jié)型的機(jī)器人臂，人與機(jī)器人臂也能夠安全地接觸，能夠進(jìn)行與人的動(dòng)作相應(yīng)的最佳接觸動(dòng)作，不會(huì)使人受到接觸損傷。在專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)的技術(shù)中，通過(guò)得到機(jī)器人完成規(guī)定作業(yè)時(shí)所需的最低限度的輸出并控制超過(guò)該限度的輸出，由此實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與人的相處、協(xié)作。在專利文獻(xiàn)3中公開(kāi)的技術(shù)中，在任意的區(qū)域內(nèi)可靠且簡(jiǎn)單地設(shè)定機(jī)器人的可動(dòng)范圍與禁止操作員進(jìn)入的區(qū)域，并且能夠隨時(shí)變更可動(dòng)范圍和禁止進(jìn)入?yún)^(qū)域。在專利文獻(xiàn)4中公開(kāi)的技術(shù)中，防止發(fā)生在與人協(xié)同作業(yè)的機(jī)器人之間的協(xié)同作業(yè)中產(chǎn)生人為錯(cuò)誤而進(jìn)入到不可進(jìn)入的區(qū)域的情況，并且不會(huì)無(wú)目的地限制機(jī)器人的移動(dòng)。在專利文獻(xiàn)5中公開(kāi)的技術(shù)中，在具有有可能在動(dòng)作過(guò)程中與人接觸的關(guān)節(jié)部的與人相處的機(jī)器人中，設(shè)置接觸傳感器，當(dāng)控制單元從該接觸傳感器接收到檢測(cè)信號(hào)時(shí)控制驅(qū)動(dòng)部以避免對(duì)人造成危害，以此進(jìn)行危險(xiǎn)回避動(dòng)作。
[0006]在這種技術(shù)狀況下，在專利文獻(xiàn)6中公開(kāi)的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)中，將機(jī)器人臂裝載于無(wú)人輸送車，無(wú)人輸送車在設(shè)備之間移動(dòng)而利用機(jī)器人臂來(lái)進(jìn)行作業(yè)。
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2008-302496號(hào)公報(bào)
[0008]專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2008-264899號(hào)公報(bào)
[0009]專利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2007-283450號(hào)公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)4:日本特開(kāi)2004-017256號(hào)公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)5:日本特開(kāi)2002-066978號(hào)公報(bào)
[0012]專利文獻(xiàn)6:日本特開(kāi)2001-341086號(hào)公報(bào)
[0013]非專利文獻(xiàn)
[0014]非專利文獻(xiàn)1:P.J.Clark et al, Ecology, Vol.35, N0.4, pp.455-453, Oct.1954


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0016]然而，即使貨車轉(zhuǎn)向架與車體的移動(dòng)同步地移動(dòng)，在操作員的作業(yè)耽誤的情況下，貨車轉(zhuǎn)向架成為待機(jī)狀態(tài)，另一方面，在操作員的作業(yè)較快進(jìn)行的情況下，操作員成為待機(jī)狀態(tài)。這樣，即使貨車轉(zhuǎn)向架與車體的移動(dòng)連動(dòng)，組裝線整體的效率也變差。另外，操作員必須從貨車轉(zhuǎn)向架取出部件、工具以及為了取出部件、工具而在貨車轉(zhuǎn)向架與作業(yè)位置之間來(lái)回移動(dòng)，因此作業(yè)效率較差。
[0017]另一方面，在專利文獻(xiàn)6中，僅說(shuō)明了以下情況:使移動(dòng)機(jī)器人在沿著多個(gè)設(shè)備設(shè)置的移動(dòng)路徑中進(jìn)行移動(dòng)，在使移動(dòng)機(jī)器人停止在設(shè)備前的規(guī)定作業(yè)位置處的狀態(tài)下利用機(jī)器人臂來(lái)進(jìn)行工件的傳送、組裝等各種作業(yè)。
[0018]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)，該作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)根據(jù)操作員的作業(yè)將所需物品、例如該作業(yè)所需的部件、工具等在要進(jìn)行該作業(yè)的位置處能夠正確且可靠地傳送給操作員。
[0019]用于解決問(wèn)題的方案
[0020]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明中的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)的第一結(jié)構(gòu)具備:輸送機(jī)構(gòu)，其對(duì)操作員輸送工具、部件中的任一種或者兩種；測(cè)量部，其測(cè)量操作員的位置；作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部，其參照與作業(yè)過(guò)程有關(guān)的數(shù)據(jù)并根據(jù)從測(cè)量部輸入的數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r，在判斷為作業(yè)工序轉(zhuǎn)移到下一個(gè)工序時(shí)，選擇該下一個(gè)工序中所需的物品；以及運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部，其根據(jù)作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部所估計(jì)的作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r以及所選擇的物品來(lái)計(jì)劃輸送機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)并控制輸送機(jī)構(gòu)。
[0021]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明中的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)的第二結(jié)構(gòu)具備:機(jī)器人臂；測(cè)量部，其測(cè)量操作員的位置；作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部，其參照與作業(yè)過(guò)程有關(guān)的數(shù)據(jù)并根據(jù)從測(cè)量部輸入的數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r，在判斷為作業(yè)工序轉(zhuǎn)移到下一個(gè)工序時(shí)，選擇該下一個(gè)工序中所需的物品；以及臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部，其根據(jù)作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部所估計(jì)的作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r以及所選擇的物品來(lái)計(jì)劃?rùn)C(jī)器人臂的軌道并控制機(jī)器人臂。
[0022]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明中的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)的第三結(jié)構(gòu)具備:測(cè)量部，其具有傳感器；作業(yè)狀況確定部，其根據(jù)從測(cè)量部輸入的數(shù)據(jù)來(lái)確定操作員的作業(yè)狀況；計(jì)算處理兼數(shù)據(jù)庫(kù)部，其能夠算出并保持與作業(yè)相對(duì)于時(shí)間的執(zhí)行率有關(guān)的概率分布，根據(jù)從作業(yè)狀況確定部輸入的操作員的位置，求出作業(yè)相對(duì)于時(shí)間的執(zhí)行率；以及供給定時(shí)決定部，其根據(jù)由計(jì)算處理兼數(shù)據(jù)庫(kù)部求出的作業(yè)相對(duì)于上述時(shí)間的執(zhí)行率來(lái)決定供給定時(shí)。
[0023]另外，本發(fā)明中的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)的第四結(jié)構(gòu)具備:測(cè)量部，其具有傳感器；操作員位置確定部，其根據(jù)從測(cè)量部輸入的數(shù)據(jù)來(lái)確定操作員的位置；計(jì)算處理兼數(shù)據(jù)庫(kù)部，其能夠算出并保持與操作員相對(duì)于位置的存在率有關(guān)的概率分布，根據(jù)從操作員位置確定部輸入的操作員的位置，求出操作員相對(duì)于位置的存在率；以及供給位置決定部，其根據(jù)由計(jì)算處理兼數(shù)據(jù)庫(kù)部求出的操作員相對(duì)于位置的存在率來(lái)決定供給位置；以及供給軌道計(jì)算部，其根據(jù)由供給位置決定部決定的供給位置對(duì)輸送機(jī)構(gòu)的軌道進(jìn)行計(jì)算。
[0024]發(fā)明的效果
[0025]根據(jù)本發(fā)明的第一結(jié)構(gòu)，作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部根據(jù)從測(cè)量部輸入的數(shù)據(jù)參照與作業(yè)過(guò)程有關(guān)的數(shù)據(jù)并估計(jì)作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r，作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部在判斷為作業(yè)工序轉(zhuǎn)移到下一個(gè)工序的情況下，選擇該下一個(gè)工序中所需的物品，另一方面，運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部根據(jù)作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部所估計(jì)的作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r以及所選擇的物品來(lái)計(jì)劃輸送機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)并控制輸送機(jī)構(gòu)。也就是說(shuō)，根據(jù)作業(yè)的進(jìn)展?fàn)顩r來(lái)控制輸送機(jī)構(gòu)，由此能夠使輸送機(jī)構(gòu)搬運(yùn)作業(yè)所需的工具類、部件等。于是，起到提高作業(yè)效率、防止作業(yè)過(guò)程的錯(cuò)誤等良好的效果。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的第二結(jié)構(gòu)，作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部根據(jù)從測(cè)量部輸入的數(shù)據(jù)參照與作業(yè)過(guò)程有關(guān)的數(shù)據(jù)并估計(jì)作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r，作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部在判斷為作業(yè)工序轉(zhuǎn)移到下一個(gè)工序的情況下，選擇該下一個(gè)工序中所需的物品，另一方面，臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部根據(jù)作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部所估計(jì)的作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r以及所選擇的物品來(lái)計(jì)劃?rùn)C(jī)器人臂的軌道并控制機(jī)器人臂。也就是說(shuō)，根據(jù)作業(yè)的進(jìn)展?fàn)顩r來(lái)控制機(jī)器人臂，由此能夠使機(jī)器人臂搬運(yùn)作業(yè)所需的工具類、部件等。于是，起到提高作業(yè)效率、防止作業(yè)過(guò)程的錯(cuò)誤等良好的效果。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的第三結(jié)構(gòu)、第四結(jié)構(gòu)，將從測(cè)量部中的傳感器獲取到的操作員的位置與此時(shí)的作業(yè)內(nèi)容之間的關(guān)系作為計(jì)算處理兼數(shù)據(jù)庫(kù)部而統(tǒng)計(jì)地描述并進(jìn)行存儲(chǔ)更新，根據(jù)計(jì)算處理兼數(shù)據(jù)庫(kù)部的輸出來(lái)生成作業(yè)輔助動(dòng)作。于是，通過(guò)統(tǒng)計(jì)地分析操作員的位置的時(shí)間序列數(shù)據(jù)來(lái)掌握作業(yè)實(shí)際所需的時(shí)間、操作員的移動(dòng)路徑、操作員的習(xí)慣等，統(tǒng)計(jì)地處理作業(yè)狀況，能夠按照操作員的動(dòng)作來(lái)順利地供給部件、工具。由此，操作員不需要以往那樣進(jìn)行以下反復(fù)動(dòng)作:為了取部件而從作業(yè)位置返回到貨車轉(zhuǎn)向架來(lái)選擇部件，并且返回到作業(yè)位置。本發(fā)明起到提高作業(yè)效率、防止作業(yè)過(guò)程的錯(cuò)誤等良好的效果。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)的框結(jié)構(gòu)圖。
[0029]圖2是表示圖1示出的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)的一例的框結(jié)構(gòu)圖。
[0030]圖3是示意性地表示應(yīng)用本發(fā)明的第一以及第二實(shí)施方式所涉及的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)的場(chǎng)面的圖。
[0031]圖4是表示圖3示出的測(cè)量部中的傳感器的設(shè)置狀況的圖。
[0032]圖5是示意性地表示作業(yè)空間的一例的圖。
[0033]圖6是用于說(shuō)明作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部確定操作員位置的功能的示意圖。
[0034]圖7是本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)的框結(jié)構(gòu)圖。
[0035]圖8是圖7示出的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)的變形例的框結(jié)構(gòu)圖。
[0036]圖9是說(shuō)明保存于第一計(jì)算處理部中的概率分布的計(jì)算的圖。
[0037]圖10是說(shuō)明供給位置決定部以及供給位置調(diào)整部中的功能的圖。
[0038]圖11是說(shuō)明供給定時(shí)決定部以及供給時(shí)刻調(diào)整部的功能的圖。
[0039]圖12是示意性地描繪作業(yè)相對(duì)于位置的執(zhí)行率的圖，(A)?⑴是表示各作業(yè)相對(duì)于位置的執(zhí)行率的圖。
[0040]圖13是示意性地描繪圖12示出的作業(yè)相對(duì)于位置的執(zhí)行率的圖，以車輛的坐標(biāo)系X。、Y。表示相對(duì)于位置的執(zhí)行率最高的作業(yè)。
[0041]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0042]1:車體；2:操作員；10、10A、40、40A:作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)；11:機(jī)器人臂；lla:輸送機(jī)構(gòu)；31:工作臺(tái);11A、11B、11C:關(guān)節(jié)部;11D、11E:臂；11F:工具安裝用配件；11G:托盤(pán)；12:測(cè)量部;12A、12B:傳感器；13:作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部；14:臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部；15:補(bǔ)給部；16、50:輸入部；17、51:安全保障部；18、53:上位動(dòng)作計(jì)劃部；19、52:緊急動(dòng)作控制部；20,54:阻抗控制部；21:綜合控制部；22:作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部；30:殼體；31:工作臺(tái)；32:排出口 ；33:工具設(shè)置用盒；34:工具；35:部件；41:機(jī)器人；42:測(cè)量部；43:操作員位置確定部；44:作業(yè)進(jìn)度估計(jì)部；45:計(jì)算處理兼數(shù)據(jù)庫(kù)部；45A:第一計(jì)算處理部；45B:第二計(jì)算處理部；45C:第三計(jì)算處理部；46:供給位置決定部；47:供給定時(shí)決定部；48:供給軌道計(jì)算部；49A:供給時(shí)刻實(shí)際時(shí)間修正部；49B:供給位置調(diào)整部；49C:供給時(shí)刻調(diào)整部；55:作業(yè)狀況確定部；56:操作員位置和作業(yè)狀況確定部。

【具體實(shí)施方式】
[0043]下面，參照附圖以作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)被配置在汽車組裝線上的情況為前提來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式。在對(duì)輸送機(jī)構(gòu)、例如機(jī)器人臂或者遵照該機(jī)器人臂的機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制來(lái)輔助操作員的作業(yè)的各種情況下，也能夠在不變更本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)進(jìn)行應(yīng)用。
[0044][第一實(shí)施方式]
[0045]圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)的框結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示圖1示出的系統(tǒng)的一例的框結(jié)構(gòu)圖。圖3是示意性地表示圖1以及圖2示出的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)被配置在汽車組裝線上的場(chǎng)面的圖。在各圖中對(duì)相同或者實(shí)質(zhì)上相同的部件附加相同的附圖標(biāo)記。
[0046][作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)]
[0047]如圖1所示，本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)1A具備:輸送機(jī)構(gòu)11a，其輸送部件、工具等物品；測(cè)量部12，其測(cè)量操作員的位置；作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13，其估計(jì)作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r并選擇部件、工具等物品；以及運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14A，其控制輸送機(jī)構(gòu)11a。作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13參照與作業(yè)過(guò)程有關(guān)的數(shù)據(jù)并根據(jù)從測(cè)量部12輸入的數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r，在判斷為作業(yè)工序轉(zhuǎn)移到下一個(gè)工序時(shí)選擇該下一個(gè)工序所需的部件、工具等物品。上述運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14A根據(jù)作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13所估計(jì)的作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r以及所選擇的物品來(lái)計(jì)劃輸送機(jī)構(gòu)Ila的運(yùn)動(dòng)并控制輸送機(jī)構(gòu)11a。
[0048]圖2示出的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)10具備一個(gè)或者多個(gè)機(jī)器人臂11作為輸送機(jī)構(gòu)11a，具備臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14作為運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14A。臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14是以下單元:根據(jù)作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13所估計(jì)的作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r以及所選擇的物品來(lái)計(jì)劃?rùn)C(jī)器人臂11的軌道并控制機(jī)器人臂11。
[0049]圖2示出的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)10具備:一個(gè)或者多個(gè)機(jī)器人臂11 ;測(cè)量部12，其測(cè)量操作員的位置；作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13，其參照與作業(yè)過(guò)程有關(guān)的數(shù)據(jù)并根據(jù)從測(cè)量部12輸入的數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r，在判斷為作業(yè)工序轉(zhuǎn)移到下一個(gè)工序時(shí)選擇該下一個(gè)工序所需的作為物品的部件、工具等；以及臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14，其根據(jù)作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13所估計(jì)的作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r以及所選擇的物品來(lái)計(jì)劃?rùn)C(jī)器人臂11的軌道并控制機(jī)器人臂11。在以下說(shuō)明中，特別是以圖2示出的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)10為前提。
[0050]如圖2所示，作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)10具備:補(bǔ)給部15，其供給部件、工具；輸入部16，其接收從操作員對(duì)機(jī)器人臂11輸入的命令；安全保障部17，其用于確保作業(yè)安全使得機(jī)器人臂11不會(huì)與操作員接觸且機(jī)器人臂11不會(huì)與車體、設(shè)備碰撞；上位動(dòng)作計(jì)劃部18，其接收來(lái)自輸入部16的輸入并計(jì)劃?rùn)C(jī)器人臂11的動(dòng)作；緊急動(dòng)作控制部19，其接收來(lái)自安全保障部17的輸入并緊急控制機(jī)器人臂11 ;以及阻抗控制部20，其控制機(jī)器人臂11中的阻抗。在此，補(bǔ)給部15將部件、工具提供給機(jī)器人臂11的托盤(pán)11G，因此也可以將補(bǔ)給部15稱為供給部。
[0051]在圖2示出的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)10中，作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13、上位動(dòng)作計(jì)劃部18、臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14、阻抗控制部20以及緊急動(dòng)作控制部19如以下說(shuō)明那樣有機(jī)地相互關(guān)聯(lián)，由此構(gòu)成綜合控制部21。
[0052]來(lái)自作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13和上位動(dòng)作計(jì)劃部18的各輸出信息被輸入到臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14，臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14根據(jù)這些輸出信息來(lái)計(jì)劃?rùn)C(jī)器人臂11的軌道。來(lái)自臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14、阻抗控制部20以及緊急動(dòng)作控制部19的各輸出信息被輸入到機(jī)器人臂11，而控制機(jī)器人臂11。
[0053]圖2示出的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)10具備作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部22，在該作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部22中按照操作員的作業(yè)過(guò)程而存儲(chǔ)有各作業(yè)工序的內(nèi)容，除此以外還存儲(chǔ)有后述的作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)。通過(guò)作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13和臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14來(lái)參照該作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)。
[0054]在以下說(shuō)明中，說(shuō)明具備作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部22的情況，但是作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)10根據(jù)需要從外部通過(guò)區(qū)域內(nèi)LAN等網(wǎng)絡(luò)對(duì)綜合控制部21將作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)的情況下也相同。
[0055]對(duì)作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)10被配置在汽車組裝線上的情況進(jìn)行說(shuō)明。圖3是示意性地表示應(yīng)用作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)10的場(chǎng)面的圖。在汽車組裝線上，例如由未圖示的一對(duì)L字形狀的臂部支承車體1，該車體I 一邊移動(dòng)一邊被組裝。在附圖中雖僅示出一個(gè)殼體30，但是沿著車體I所移動(dòng)的組裝線隔著間隔配置有殼體30。殼體30具備工作臺(tái)31，該工作臺(tái)31能夠載置操作員2所需的物品例如工具、部件，在工作臺(tái)31的上部設(shè)置有排出口 32，該排出口 32排出所需的部件。在工作臺(tái)31的一端部以能夠驅(qū)動(dòng)的方式安裝有機(jī)器人臂11。在此，圖3示出一臺(tái)機(jī)器人臂11的情況，但是根據(jù)工序也可以具備多個(gè)機(jī)器人臂，通常也可以具有一個(gè)機(jī)器人臂。
[0056]多個(gè)關(guān)節(jié)以能夠驅(qū)動(dòng)彼此的連桿的方式進(jìn)行結(jié)合，由此構(gòu)成機(jī)器人臂11。機(jī)器人臂11例如為二自由度的水平多關(guān)節(jié)型的機(jī)器人臂，例如圖3所示，第一關(guān)節(jié)部IlA將工作臺(tái)31與第一臂IlD進(jìn)行連結(jié)，第二關(guān)節(jié)部IlB將第一臂IlD與第二臂IlE進(jìn)行連結(jié)，第三關(guān)節(jié)部IlC將第二臂IlE與工具安裝用配件IlF以及托盤(pán)IlG進(jìn)行連結(jié)。第一至第三關(guān)節(jié)部11A、1 IBUlC都具有沿著鉛垂方向平行地配置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。在殼體30中，在能夠驅(qū)動(dòng)地安裝有機(jī)器人臂11的一側(cè)的相反側(cè)設(shè)置有多個(gè)工具設(shè)置用盒33。螺絲刀、轉(zhuǎn)矩扳手等手動(dòng)或者電動(dòng)的各種工具34從上方被插入到各工具設(shè)置用盒33，以機(jī)器人臂11或者操作員能夠取出的方式被容納于各工具設(shè)置用盒33中。
[0057]在殼體30中除了容納機(jī)器人臂11中的驅(qū)動(dòng)用電源、驅(qū)動(dòng)部以外還容納螺絲、螺母等比較小的各種部件35，各種部件從排出口 32被排出到工作臺(tái)31。如果驅(qū)動(dòng)機(jī)器人臂11的各關(guān)節(jié)部11A、11B、11C來(lái)將托盤(pán)IlG移動(dòng)到工作臺(tái)31上，則能夠在托盤(pán)IlG中放入部件35，之后，如果驅(qū)動(dòng)機(jī)器人臂11的各關(guān)節(jié)部11A、I IB、IIC則能夠?qū)⒉考?5輸送到操作員附近，還能夠取出各種工具34。
[0058][作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)的各部的結(jié)構(gòu)]
[0059]詳細(xì)說(shuō)明圖1以及圖2示出的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)10、10A的結(jié)構(gòu)。作為輸送機(jī)構(gòu)Ila的機(jī)器人臂11是臂部通過(guò)關(guān)節(jié)部相連結(jié)而構(gòu)成。既可以是如圖3示出的僅在同一水平面上驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)型機(jī)器人臂的機(jī)器人臂，也可以是在水平和垂直中的任一個(gè)平面上都進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人臂。另外，根據(jù)工序，圖1示出的輸送機(jī)構(gòu)Ila只要輸送工具、部件中的任一種或者兩種即可，既可以是圖2示出的機(jī)器人臂11，而且也可以是不具有多個(gè)關(guān)節(jié)的、一自由度的直動(dòng)工作臺(tái)，另外，即使是其本身進(jìn)行移動(dòng)的轉(zhuǎn)向架，也只要對(duì)工具、部件中的任一種或者兩種進(jìn)行輸送即可。可以將機(jī)器人臂11如圖3所示那樣以能夠驅(qū)動(dòng)的方式安裝到殼體30，也可以安裝到組裝線上的固定設(shè)備，還可以安裝到如轉(zhuǎn)向架那樣的能夠移動(dòng)的設(shè)備。
[0060]補(bǔ)給部15按照每個(gè)種類大小、標(biāo)準(zhǔn)不同的各種螺絲、螺母等部件進(jìn)行分類并收藏，根據(jù)來(lái)自外部的命令、例如來(lái)自臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14的命令將所需部件準(zhǔn)時(shí)排出到規(guī)定的排出口。補(bǔ)給部15被設(shè)置成能夠選擇作業(yè)所需的工具等用具。
[0061]測(cè)量部12既可以構(gòu)成為將IC標(biāo)簽和接收器安裝到地面等上，也可以構(gòu)成為將壓力傳感器埋入到地面而能夠直接獲取操作員的位置，但是測(cè)量部12包括一個(gè)以上的各種傳感器。方便起見(jiàn)，作為傳感器的種類，例如使用激光式測(cè)距傳感器、CCD照相機(jī)等光學(xué)傳感器。激光式測(cè)距傳感器照射激光，對(duì)在設(shè)置物、移動(dòng)中的操作員、車體等各種物品上反射的反射激光進(jìn)行檢測(cè)。該激光式測(cè)距傳感器也被稱為L(zhǎng)RF(Laser Range Finder:激光測(cè)距儀)，例如既可以安裝在圖3示出的殼體30上，也可以安裝在除此以外的組裝線上的設(shè)備。例如，在鉛垂上下方向上隔著間隔設(shè)置兩個(gè)傳感器。圖4是表示測(cè)量部12中的傳感器的設(shè)置狀況的圖。作為一側(cè)傳感器的第一傳感器12A為了對(duì)操作員的腰部位置進(jìn)行檢測(cè)，而設(shè)置于與地面相距操作員的標(biāo)準(zhǔn)腰部高度的位置附近。作為另一側(cè)傳感器的第二傳感器12B為了對(duì)操作員的腳部、例如膝關(guān)節(jié)、腳踝的位置附近進(jìn)行檢測(cè)，而設(shè)置于與地面相距操作員的標(biāo)準(zhǔn)腳部高度的位置附近。在圖4中，X軸和Z軸是固定在地面上的固定坐標(biāo)系。
[0062]輸入部16接收從操作員對(duì)機(jī)器人臂11輸入的命令，具備聲音不教部與無(wú)聲音不教部中的任一種或者兩種，其中，上述聲音不教部具有麥克風(fēng)和聲音識(shí)別功能，上述無(wú)聲音示教部具有操作按鈕和/或操作桿，檢測(cè)其操作狀況并轉(zhuǎn)換為信號(hào)。
[0063]當(dāng)機(jī)器人臂11與其它物、例如移動(dòng)中的車體1、操作員2以及設(shè)備碰撞的可能性較大時(shí)，安全保障部17將信號(hào)輸入到緊急動(dòng)作控制部19。
[0064]綜合控制部21接收來(lái)自測(cè)量部12、輸入部16以及安全保障部17的輸入，對(duì)機(jī)器人臂11和補(bǔ)給部15進(jìn)行控制。詳細(xì)地說(shuō)，綜合控制部21具有作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13、上位動(dòng)作計(jì)劃部18、臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14、阻抗控制部20以及緊急動(dòng)作控制部19。在圖1示出的示例中，綜合控制部21與作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)10內(nèi)的作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部22相連接，作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)10也可以與未圖示的控制中心相連接，從綜合地控制作業(yè)線的控制中心將作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)隨時(shí)輸入到綜合控制部21。
[0065][綜合控制部的各部的結(jié)構(gòu)]
[0066]詳細(xì)說(shuō)明綜合控制部21中的各部的結(jié)構(gòu)。
[0067]作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13從測(cè)量部12被輸入傳感器的輸出數(shù)據(jù)而估計(jì)操作員的作業(yè)的進(jìn)展?fàn)顩r。詳細(xì)地說(shuō)，作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13具有確定操作員的位置的功能和根據(jù)操作員的位置來(lái)辨別操作員的行動(dòng)的功能。將前者稱為操作員位置確定功能，將后者稱為操作員行動(dòng)辨別功能。
[0068]操作員位置確定功能是對(duì)傳感器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析(clustering)而確定操作員的類來(lái)確定操作員的位置的功能。對(duì)傳感器的輸出數(shù)據(jù)、即反射點(diǎn)的集合進(jìn)行聚類分析，將某一特征空間上的點(diǎn)根據(jù)其分布狀態(tài)分類為幾個(gè)組。在聚類分析中使用NN(Nearest Neighbor:最鄰近)法、K-NN(K Nearest Neighbor Algorithm:K最鄰近算法)法以及K平均(K Mean Algorithm)法等公知的技術(shù)(非專利文獻(xiàn)I)。即使對(duì)來(lái)自傳感器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，也難以分清如下數(shù)據(jù):對(duì)在操作員上反射的激光進(jìn)行檢測(cè)而得到的數(shù)據(jù)；對(duì)在操作員以外的物品例如設(shè)置在組裝線上的物品、車體I等上反射的激光進(jìn)行檢測(cè)而得到的數(shù)據(jù)。
[0069]因此，例如在圖4中所說(shuō)明的那樣，在操作員的腰部高度附近以及操作員的腳部高度附近配置有在鉛垂方向上上下分離的第一傳感器12A和第二傳感器12B。并且，對(duì)來(lái)自第一傳感器12A的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析來(lái)求出用于確定操作員的位置的數(shù)據(jù)，對(duì)來(lái)自第二傳感器12B的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析來(lái)求出用于確定操作員的位置的數(shù)據(jù)。通過(guò)聚類分析根據(jù)第一傳感器12A的輸出數(shù)據(jù)求出的結(jié)果稱為“腰類”，通過(guò)聚類分析根據(jù)第二傳感器12B的輸出數(shù)據(jù)求出的結(jié)果稱為“腳類”。從操作員的腰部與兩腳之間的位置關(guān)系來(lái)看，當(dāng)在水平面上考慮時(shí)，在表示操作員的腰類周圍的固定距離內(nèi)存在兩個(gè)腳類。因此，作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13首先根據(jù)對(duì)從測(cè)量部12輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析而得到的結(jié)果，根據(jù)在從腰類的中心起的規(guī)定半徑內(nèi)是否存在兩個(gè)腳類，來(lái)判斷與操作員有關(guān)的數(shù)據(jù)。為了便于說(shuō)明，設(shè)將一個(gè)腰類與兩個(gè)腳類的組合稱為“操作員類”。這樣，作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13在每次從測(cè)量部12輸入傳感器的輸出數(shù)據(jù)時(shí)，或者根據(jù)所輸入的次數(shù)，對(duì)與操作員有關(guān)的數(shù)據(jù)、即操作員類進(jìn)行規(guī)定的多個(gè)次數(shù)的判斷。與此不同，作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13在根據(jù)來(lái)自測(cè)量部12的輸出數(shù)據(jù)來(lái)暫時(shí)確定操作員類之后，計(jì)算從傳感器測(cè)量的一個(gè)周期前的操作員類與當(dāng)前測(cè)量的各腰類之間的距離，將距離最短的腰類確定為操作員類。之后，也可以繼續(xù)更新操作員類。在這種情況下，只要操作員沒(méi)有進(jìn)行較大的移動(dòng)，作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13就僅根據(jù)腰類確定操作員類。作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13通過(guò)以上說(shuō)明的過(guò)程來(lái)確定操作員類。另外，根據(jù)包含在操作員類中的所有數(shù)據(jù)，將表示操作員的位置的作為代表的點(diǎn)決定為“操作員代表點(diǎn)”，并作為操作員位置信息來(lái)使用于行動(dòng)辨別。例如對(duì)包含在操作員類中的所有數(shù)據(jù)(例如坐標(biāo))進(jìn)行平均來(lái)算出操作員代表點(diǎn)。
[0070]如圖5所例示的那樣，作業(yè)空間被劃分成多個(gè)區(qū)域。圖5示出的坐標(biāo)系以沿著組裝線移動(dòng)的車體為基準(zhǔn)決定為X。軸、Y。軸。相對(duì)于軸被劃分成區(qū)域A、區(qū)域B、區(qū)域C、區(qū)域D以及區(qū)域E這共計(jì)五個(gè)劃分區(qū)域。能夠按照工序來(lái)任意地決定劃分區(qū)域的大小、位置、數(shù)量。對(duì)各區(qū)域以一對(duì)一的方式對(duì)應(yīng)地決定要根據(jù)各作業(yè)進(jìn)行的作業(yè)區(qū)域。圖6是用于說(shuō)明作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13中的操作員位置確定功能的示意圖。從圖6可知，在\-Υ。平面上求出腰類，在其中心決定作業(yè)代表點(diǎn)，操作員在作業(yè)代表點(diǎn)的Xe-Y。平面坐標(biāo)中的區(qū)域A進(jìn)行作業(yè)。
[0071]作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13中的另一個(gè)功能、即操作員行動(dòng)辨別功能是根據(jù)操作員的位置辨別操作員的行動(dòng)的功能，是根據(jù)利用上述操作員位置確定功能得到的操作員代表點(diǎn)以及預(yù)先決定的作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)來(lái)辨別操作員的行動(dòng)的功能。下面，詳細(xì)說(shuō)明操作員行動(dòng)辨別功能。根據(jù)某操作員進(jìn)行作業(yè)的工序來(lái)決定作業(yè)過(guò)程。在作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)中作為必要要素而至少包含作業(yè)編號(hào)與作業(yè)空間，優(yōu)選包含作業(yè)編號(hào)、作業(yè)空間以及作業(yè)時(shí)間作為必要要素。作業(yè)空間表示操作員要進(jìn)行作業(yè)的空間被劃分成多個(gè)區(qū)域而哪一個(gè)區(qū)域?yàn)樵撟鳂I(yè)的區(qū)域。此外，方便起見(jiàn)，設(shè)將各個(gè)被劃分的區(qū)域稱為劃分區(qū)域。
[0072]圖5是示意性地表示作業(yè)空間的一例的圖。在圖5示出的示例中，以沿著組裝線移動(dòng)的車體為基準(zhǔn)來(lái)決定坐標(biāo)系，在附圖中表示為X。軸、Y。軸。相對(duì)于W軸被劃分成區(qū)域A、區(qū)域B、區(qū)域C、區(qū)域D以及區(qū)域E這共計(jì)五個(gè)劃分區(qū)域。對(duì)各區(qū)域以一對(duì)一的方式對(duì)應(yīng)地決定要根據(jù)各作業(yè)進(jìn)行的作業(yè)區(qū)域。在作業(yè)空間A(i)與作業(yè)編號(hào)i相應(yīng)地發(fā)生變化的情況下，作為作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)的要素至少包含作業(yè)編號(hào)i和作業(yè)空間A(i)即可，在雖然作業(yè)編號(hào)i變化為下一個(gè)作業(yè)編號(hào)i+Ι、但是作業(yè)空間A(i+1)與作業(yè)空間A(i)相同的情況下，作為作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)的要素包含作業(yè)編號(hào)1、作業(yè)空間A(i)以及作業(yè)時(shí)間t(i)即可。在此，i是I以上且作業(yè)工序數(shù)以下的自然數(shù)。
[0073]作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)具備這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因此將作業(yè)工序的變化替換為作業(yè)區(qū)域的變化，根據(jù)操作員代表點(diǎn)的位置來(lái)估計(jì)作業(yè)工序的進(jìn)度。即，當(dāng)從操作員代表點(diǎn)所存在的作業(yè)區(qū)域變化為下一個(gè)作業(yè)區(qū)域時(shí)，作業(yè)工序的判斷結(jié)果也轉(zhuǎn)移到下一個(gè)作業(yè)。但是，在相同作業(yè)區(qū)域內(nèi)連續(xù)進(jìn)行多個(gè)作業(yè)的情況下，僅根據(jù)操作員代表點(diǎn)的位置是無(wú)法識(shí)別作業(yè)工序的變化的。因此，對(duì)各作業(yè)的作業(yè)時(shí)間與時(shí)間經(jīng)過(guò)進(jìn)行比較來(lái)判斷作業(yè)工序有無(wú)轉(zhuǎn)移。按照作業(yè)編號(hào)順序來(lái)進(jìn)行各作業(yè)，因此不會(huì)返回到前一作業(yè)。于是，當(dāng)存在作業(yè)工序的轉(zhuǎn)移時(shí)，即使存在操作員代表點(diǎn)進(jìn)入到前一作業(yè)工序的作業(yè)區(qū)域的情況，只要作業(yè)工序編號(hào)不會(huì)重新設(shè)定，作業(yè)工序就不會(huì)返回到之前的作業(yè)工序。
[0074]如上所述，作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13根據(jù)來(lái)自測(cè)量部12的傳感器的輸出數(shù)據(jù)來(lái)確定操作員的位置，估計(jì)操作員的作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r。當(dāng)存在作業(yè)工序的轉(zhuǎn)移時(shí)，作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13對(duì)臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14輸出作業(yè)工序已轉(zhuǎn)移的意思的信號(hào)。
[0075]上位動(dòng)作計(jì)劃部18將操作員通過(guò)輸入部16輸入的與機(jī)器人臂11有關(guān)的強(qiáng)制命令轉(zhuǎn)換為針對(duì)臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14的信號(hào)，將其結(jié)果輸出到臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14。
[0076]臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14參照存儲(chǔ)于作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部22中的與作業(yè)過(guò)程有關(guān)的數(shù)據(jù)，并且當(dāng)從作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13接收到存在作業(yè)轉(zhuǎn)移的意思的信號(hào)的輸入時(shí)，計(jì)劃根據(jù)下一個(gè)作業(yè)如何驅(qū)動(dòng)機(jī)器人臂11?；旧?，機(jī)器人臂11將下一個(gè)作業(yè)、即操作員當(dāng)前進(jìn)行中的作業(yè)的下一個(gè)作業(yè)中所需的工具以及部件設(shè)置于托盤(pán)而能夠移動(dòng)到下一個(gè)供給位置。臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14當(dāng)通過(guò)上位動(dòng)作計(jì)劃部18接收到操作員所輸入的與機(jī)器人臂11有關(guān)的命令時(shí)，只要作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r允許，就根據(jù)操作員的命令來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人臂11。在臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14中例如保存有與機(jī)器人臂11的驅(qū)動(dòng)有關(guān)的多個(gè)動(dòng)作文件。臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14根據(jù)從作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13和上位動(dòng)作計(jì)劃部18輸入的結(jié)果來(lái)選擇一個(gè)動(dòng)作文件并輸出到機(jī)器人臂11。于是，臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14根據(jù)動(dòng)作文件來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人臂11。
[0077]在機(jī)器人臂11的各關(guān)節(jié)部安裝有馬達(dá)和編碼器。阻抗控制部20根據(jù)來(lái)自編碼器的反饋信號(hào)、來(lái)自輸入部16的操作狀況來(lái)算出阻抗移動(dòng)量，平衡地控制機(jī)器人臂11。
[0078]緊急動(dòng)作控制部19當(dāng)從安全保障部17被輸入信號(hào)時(shí)，強(qiáng)制性地控制機(jī)器人臂11使得機(jī)器人臂11位于安全區(qū)域。通過(guò)該強(qiáng)制控制，來(lái)避免機(jī)器人臂11與例如移動(dòng)中的車體1、操作員2以及設(shè)備等之間碰撞。
[0079][作業(yè)輔助方法]
[0080]以作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)10被安裝于圖3示出的汽車組裝線上的情況為例詳細(xì)說(shuō)明作業(yè)輔助方法。
[0081]操作員根據(jù)作業(yè)工序?qū)ρ刂M裝線移動(dòng)的車體I進(jìn)行組裝作業(yè)。一個(gè)操作員被部署在組裝線的規(guī)定位置上，例如依次進(jìn)行作為第一工序的前縱梁(front side member)后側(cè)的加固作業(yè)、作為第二工序的翼子板內(nèi)襯板孔座(fender liner grommet)的安裝作業(yè)以及作為第三工序的左側(cè)前閘軟管夾(front brake hose clip)的嵌入作業(yè)等。
[0082]測(cè)量部12以規(guī)定的定時(shí)對(duì)水平地照射激光而反射過(guò)來(lái)的激光進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)激光的彈回時(shí)間、方向來(lái)對(duì)包括操作員的反射點(diǎn)的位置進(jìn)行測(cè)量，將第一傳感器12A和第二傳感器12B的各輸出數(shù)據(jù)輸入到作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13。
[0083]當(dāng)從第一傳感器12A和第二傳感器12B存在各輸出數(shù)據(jù)的初始的輸入時(shí)，作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13如上述那樣對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析來(lái)求出腰類和腳類，抽出在從腰類的中心起的規(guī)定的半徑內(nèi)存在腳類的成對(duì)的腰類與腳類，由此求出操作員類。
[0084]當(dāng)從第一傳感器12A和第二傳感器12B存在各輸出數(shù)據(jù)的二次以后的輸入時(shí)，作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，將上一次求出的腰類附近的類作為本次的腰類來(lái)求出。
[0085]作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13在每次從測(cè)量部12輸入數(shù)據(jù)時(shí)都根據(jù)這樣求出的腰類確定操作員的位置，估計(jì)預(yù)先劃分的劃分區(qū)域中的哪一個(gè)區(qū)域中存在操作員。作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13判斷滿足了以下任一個(gè)情況:作業(yè)區(qū)域是否成為另一區(qū)域；或者雖然作業(yè)區(qū)域是相同但是從開(kāi)始一個(gè)作業(yè)起是否經(jīng)過(guò)了在作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)內(nèi)規(guī)定的作業(yè)時(shí)間。作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13在做出肯定的判斷的情況下，判斷為結(jié)束一個(gè)作業(yè)而變化為另一作業(yè)，將其判斷結(jié)果輸出到臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14。
[0086]于是，由于從作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13輸入了與作業(yè)轉(zhuǎn)移有關(guān)的信息，因此臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14在每次接收該輸入時(shí)，參照作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部22來(lái)判斷在下一個(gè)作業(yè)中是否從補(bǔ)給部15中的排出口 32供給部件、是否存在需要的工具34。臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14在判斷為應(yīng)該從排出口 32供給部件的情況下，向補(bǔ)給部15通知要供給的部件的種類、數(shù)量等信息。與此同時(shí)，臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14輸出用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器人臂11的命令使得將安裝于機(jī)器人臂11的前端的托盤(pán)IIG在排出口 32的前面配置規(guī)定時(shí)間，從排出口 32接收部件35的補(bǔ)給。此時(shí)，補(bǔ)給部15從臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14被輸入要供給的部件的種類、數(shù)量等信息，因此根據(jù)該信息從排出口 32供給部件。臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14在輸出命令的同時(shí)在判斷為在下一個(gè)作業(yè)工序中需要工具的情況下，發(fā)出命令使得例如選擇安裝于殼體30的工具34中的一個(gè)，將工具34掛在工具安裝用配件IlF等來(lái)保持，并驅(qū)動(dòng)機(jī)器人臂11來(lái)輸送到操作員附近。
[0087]如上所述，當(dāng)傳感器的輸出數(shù)據(jù)從測(cè)量部12被輸入到作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13時(shí)，作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13確定操作員的位置，判斷是否轉(zhuǎn)移到下一個(gè)作業(yè)。當(dāng)作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13判斷為轉(zhuǎn)移到下一個(gè)作業(yè)時(shí)，與作業(yè)轉(zhuǎn)移有關(guān)的信息被輸入到臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14。由于對(duì)臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14輸入與作業(yè)轉(zhuǎn)移有關(guān)的信息，因此臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14根據(jù)作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算機(jī)器人臂11的軌跡等而驅(qū)動(dòng)機(jī)器人臂11，并且在作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)中設(shè)定有下一個(gè)作業(yè)中供給的部件的種類、數(shù)量的情況下，將該信息通知給補(bǔ)給部15。于是，即使作業(yè)工序轉(zhuǎn)移，操作員只要預(yù)先移動(dòng)到要進(jìn)行作業(yè)的區(qū)域，就能夠猶如被傳送到手那樣接收所需的部件、工具。
[0088]也就是說(shuō)，作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)10反復(fù)進(jìn)行以下一系列作業(yè)。即，當(dāng)測(cè)量部12將傳感器的輸出數(shù)據(jù)輸入到作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13時(shí)，作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13判斷作業(yè)工序是否發(fā)生轉(zhuǎn)移。在發(fā)生了轉(zhuǎn)移的情況下，該信息被輸入到臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14，將下一個(gè)作業(yè)中所需的部件輸送到機(jī)器人臂11。在該一系列反復(fù)進(jìn)行作業(yè)途中，當(dāng)操作員對(duì)輸入部16進(jìn)行了輸入時(shí)，其意思被輸入到上位動(dòng)作計(jì)劃部18，因此臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14按照操作員的意圖來(lái)強(qiáng)制性地控制機(jī)器人臂11。進(jìn)而，在該一系列反復(fù)進(jìn)行作業(yè)途中，當(dāng)從安全保障部17對(duì)緊急動(dòng)作控制部19輸入了要回避機(jī)器人臂11的動(dòng)作的信號(hào)時(shí)，中斷該一系列反復(fù)進(jìn)行的作業(yè)而進(jìn)行機(jī)器人臂11的回避動(dòng)作。由此，能夠更適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行作業(yè)輔助。
[0089]在上述說(shuō)明中，特別描述了圖1示出的輸送機(jī)構(gòu)Ila特別是機(jī)器人臂11而運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14A為臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14的情況。但是，輸送機(jī)構(gòu)Ila只要是將工具、部件中的任一種或者兩種的物品輸送給操作員的機(jī)構(gòu)，則不僅可以是具有一個(gè)或者多個(gè)關(guān)節(jié)的臂，也可以是一自由度的臂或者直動(dòng)工作臺(tái)或者直接在地面上移動(dòng)的移動(dòng)轉(zhuǎn)向架。與此相對(duì)，運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14A并不限定于臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14，只要能夠根據(jù)作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13所估計(jì)的作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r以及所選擇的物品來(lái)計(jì)劃輸送機(jī)構(gòu)Ila的運(yùn)動(dòng)而控制輸送機(jī)構(gòu)就可以是任一部件。其它結(jié)構(gòu)以及由該結(jié)構(gòu)起到的作用效果、作業(yè)輔助方法相同，因此省略說(shuō)明。
[0090]另外，在圖2的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，以如圖3以及圖4所示那樣測(cè)量部是上下分離配置的多個(gè)激光測(cè)距傳感器為前提，但是只要能夠測(cè)量操作員的位置，就也可以是其它傳感器。作為一例，將壓力傳感器無(wú)縫地埋入到地面。例如，在地面上設(shè)定坐標(biāo)，以坐標(biāo)的網(wǎng)格形狀埋入多個(gè)壓力傳感器。由此，能夠根據(jù)多個(gè)壓力傳感器中的檢測(cè)到的傳感器的位置通過(guò)上述方法進(jìn)行聚類分析來(lái)確定操作員的位置。在作業(yè)區(qū)域內(nèi)的地面上放置有某種物品的情況、其他操作員進(jìn)入的情況等下，如果通過(guò)進(jìn)行聚類分析來(lái)確定操作員，則能夠更正確地掌握操作員的位置。作為其它例，事先在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的天棚上以網(wǎng)格形狀設(shè)置成對(duì)的激光照射部與激光接收部。在從激光照射部對(duì)地面照射激光并由激光接收部接收到地面所反射的激光的情況下，操作員不處于該成對(duì)的激光照射部與激光接收部的正下方，相反，在激光接收部沒(méi)有接收到地面所反射的激光的情況下，操作員處于該成對(duì)的激光照射部與激光接收部的正下方。于是，通過(guò)事先以網(wǎng)格形狀配置成對(duì)的激光照射部與激光接收部，來(lái)能夠確定操作員的存在位置。在這種情況下也同樣地，在作業(yè)區(qū)域內(nèi)放置有某種物品的情況、其它操作員進(jìn)入的情況等下，如果通過(guò)進(jìn)行聚類分析來(lái)確定操作員，則能夠更正確地掌握操作員的位置。
[0091]在圖1以及圖2示出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，根據(jù)操作員的位置來(lái)估計(jì)作業(yè)進(jìn)度，因此如果操作員不按照預(yù)先決定的作業(yè)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)作則無(wú)法估計(jì)作業(yè)進(jìn)度。另外，實(shí)際上每個(gè)操作員都有自己的習(xí)慣，因此產(chǎn)生較小的定時(shí)偏差。因此，作為改進(jìn)這一點(diǎn)的系統(tǒng)，說(shuō)明第二實(shí)施方式。
[0092][第二實(shí)施方式]
[0093]圖7是本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)40的結(jié)構(gòu)圖。相對(duì)于圖1示出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如下變更作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部22、作業(yè)進(jìn)展?fàn)顩r估計(jì)部13、臂運(yùn)動(dòng)計(jì)劃部14以及與它們相關(guān)聯(lián)的各部。此外，在圖7中，也具備與圖1示出的輸入部16、安全保障部17、上位動(dòng)作計(jì)劃部18、緊急動(dòng)作控制部19以及阻抗控制部20對(duì)應(yīng)的輸入部50、安全保障部51、上位動(dòng)作計(jì)劃部53、緊急動(dòng)作控制部52以及阻抗控制部54，由此，也可以設(shè)為能夠?qū)邆錂C(jī)器人臂和補(bǔ)給部的機(jī)器人41進(jìn)行強(qiáng)制性控制。
[0094]本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)40具備與圖1示出的機(jī)器人臂11和補(bǔ)給部15對(duì)應(yīng)的機(jī)器人41、相當(dāng)于圖1以及圖2的測(cè)量部12的測(cè)量部42、操作員位置確定部43、作業(yè)進(jìn)度估計(jì)部44、算出并保存后述的各種概率的計(jì)算處理兼數(shù)據(jù)庫(kù)部45、供給位置決定部46、供給定時(shí)決定部47、供給軌道計(jì)算部48、供給時(shí)刻實(shí)際時(shí)間修正部49A、供給位置調(diào)整部49B以及供給時(shí)刻調(diào)整部49C。此外，第二實(shí)施方式并不限于圖7示出的結(jié)構(gòu)圖，而能夠進(jìn)行各種變更。例如圖8示出的第二實(shí)施方式的變形例那樣，除了設(shè)置操作員位置確定部43以外還可以設(shè)置作業(yè)狀況確定部55。在圖8示出的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)40A中，操作員位置確定部43與作業(yè)狀況確定部55構(gòu)成操作員位置以及作業(yè)狀況確定部56。
[0095]如上所述，機(jī)器人41具備機(jī)器人臂和補(bǔ)給部，其中，該補(bǔ)給部用于將部件供給到安裝于機(jī)器人臂前端的托盤(pán)上。在此，代替機(jī)器人41而也可以是具備輸送機(jī)構(gòu)和補(bǔ)給部的機(jī)構(gòu)，其中，該輸送機(jī)構(gòu)輸送部件、工具等物品。
[0096]測(cè)量部42為了確定操作員的位置而具有多個(gè)激光式測(cè)距傳感器。與圖1示出的方式同樣地，縱向排列配置兩個(gè)傳感器、即LRF (Laser Range Finder),利用LRF分別對(duì)操作員的腰部和兩個(gè)腳部的高度進(jìn)行測(cè)量。
[0097]操作員位置確定部43對(duì)從測(cè)量部42輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析來(lái)確定操作員的位置。與圖1、圖2示出的方式同樣地，應(yīng)用Nearest Neighbor法等對(duì)由測(cè)量部42測(cè)量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，確定操作員類來(lái)求出操作員的位置(xw，yw)。
[0098]計(jì)算處理兼數(shù)據(jù)庫(kù)部45根據(jù)從操作員位置確定部43輸入的操作員的位置(xw，yw)來(lái)分別求出并存儲(chǔ)操作員相對(duì)于位置的存在率Εη^_、作業(yè)相對(duì)于時(shí)間的執(zhí)行率In，t以及作業(yè)相對(duì)于位置的執(zhí)行率R1^」，并不斷地更新這些信息，并且逐一輸出這些信息。將三個(gè)概率分布的數(shù)據(jù)分別保存到第一、第二以及第三計(jì)算處理部45A、45B、45C。
[0099]在第一計(jì)算處理部45A中算出并保存“操作員相對(duì)于位置的存在率”的概率分布的數(shù)據(jù)。該概率分布的計(jì)算方法如下。如圖9所示，例如在以固定寬度的網(wǎng)格表示并且以車輛(一般“操作對(duì)象物”)為基準(zhǔn)而設(shè)定的坐標(biāo)系中，按照每個(gè)單元格(cell)求出觀測(cè)到操作員的次數(shù)，將該次數(shù)除以各作業(yè)中的數(shù)據(jù)的總數(shù)，由此求出各作業(yè)中操作員在該位置(i, j)中進(jìn)行作業(yè)的比例、即作業(yè)η中的操作員相對(duì)于位置(i，j)的存在率En^。也就是說(shuō)，En^表示在賦予作業(yè)編號(hào)η時(shí)進(jìn)行該作業(yè)的操作員處于哪一點(diǎn)的可能性高。從式(I)求出Εη，^。
[0100][式I]
I M ? C..\
[0101]EfiJJ =I^7: I⑴

Wt=I y 1-ι— I L.Jz^ IJ
[0102]在此，CniMU是在第m車輛中在(i，j)地址處測(cè)量得到的第η個(gè)作業(yè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量，
[0103]EfSLjTlCm^Lj
[0104]是在第m車輛中操作員進(jìn)行第η個(gè)作業(yè)的位置數(shù)據(jù)的總數(shù)，M是進(jìn)行測(cè)量的車輛的臺(tái)數(shù)。其中，在式(I)中利用200X360的網(wǎng)格來(lái)劃分操作員有可能存在的區(qū)域整體。因而，i的最大值為X軸方向的網(wǎng)格數(shù)(在式中200)，j的最大值為y軸方向的網(wǎng)格數(shù)(在式中 360)。
[0105]第一計(jì)算處理部45A關(guān)于所有作業(yè)以及所有位置求出E1^j作為上述概率分布并進(jìn)行保存。如果賦予了某一種作業(yè)，則能夠統(tǒng)計(jì)地求出在進(jìn)行該作業(yè)時(shí)操作員存在的可能性最高的位置。
[0106]供給位置決定部46根據(jù)從第一計(jì)算處理部45A輸入的、操作員相對(duì)于位置的存在率來(lái)決定供給位置。En^最高的位置(i，j)是在各作業(yè)中進(jìn)行該作業(yè)的操作員存在的可能性最高的位置，因此將該位置的坐標(biāo)作為供給位置(xn，yn)而輸出。
[0107]供給位置調(diào)整部49B被設(shè)置在供給位置決定部46與供給軌道計(jì)算部48之間，對(duì)根據(jù)從第一計(jì)算處理部45A輸出的、操作員相對(duì)于位置的存在率來(lái)求出的供給位置(xn，yn)相加或減去偏移量(Λ xn，Ayn)并將得到的結(jié)果輸出到供給軌道計(jì)算部48。圖10是說(shuō)明供給位置決定部46和供給位置調(diào)整部49B中的功能的圖?？v橫各軸是以車輛為基準(zhǔn)設(shè)定的坐標(biāo)系的Xe、Yc,濃淡表示Εηυ_的高低，圓圈表示工具和部件供給點(diǎn)，箭頭表示偏移量。供給位置決定部46求出在進(jìn)行該作業(yè)時(shí)操作員存在的可能性最高的位置作為(xn，yn)。將求出的該值(xn，yn)輸入到供給位置調(diào)整部49B。因此，供給位置調(diào)整部49B將對(duì)該坐標(biāo)相加作為操作員的身體大小的任意偏移、即供給位置偏移(Λχη，Ayn)而得到的坐標(biāo)設(shè)為供給位置。也可以根據(jù)操作員的要求等來(lái)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整該偏移。
[0108]在此，在某一種作業(yè)(例如作業(yè)A與作業(yè)Ε)中存在率高的位置存在多個(gè)的情況下，從存在率高的多個(gè)位置中選擇首先進(jìn)行作業(yè)的位置，將相加供給位置偏移而得到的位置設(shè)為供給位置。另外，該供給位置是設(shè)定于車輛的坐標(biāo)系中的作業(yè)位置，因此將其轉(zhuǎn)換為機(jī)器人坐標(biāo)系后設(shè)為機(jī)器人41的手的目標(biāo)位置。
[0109]在第二計(jì)算處理部45Β中求出并保存“作業(yè)相對(duì)于時(shí)間的執(zhí)行率”的概率分布。該概率分布的算出方法如下。通過(guò)將在某一時(shí)間進(jìn)行作業(yè)η的次數(shù)除以測(cè)量過(guò)的車輛的臺(tái)數(shù)，來(lái)能夠求出關(guān)于在該時(shí)刻t操作員進(jìn)行哪一種作業(yè)η的比例、即作業(yè)η的作業(yè)相對(duì)于時(shí)刻t的執(zhí)行率In，t。該In，t表示在賦予時(shí)刻t時(shí)在該時(shí)刻t進(jìn)行哪一種作業(yè)的可能性高，用以下式⑵求出。
[0110][式2]
ψ
[0111]4# = -^ (2)
[0112]在此，Wn，t是在時(shí)刻t進(jìn)行第η個(gè)作業(yè)的次數(shù)，M是測(cè)量過(guò)的車輛臺(tái)數(shù)、即在開(kāi)始之后進(jìn)行了作業(yè)的作業(yè)對(duì)象物的數(shù)量。時(shí)刻t在每次生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間(夕々卜夕4 A)開(kāi)始時(shí)被復(fù)位為零。第二計(jì)算處理部45B利用通過(guò)通信獲得來(lái)自工廠的車輛輸送帶的信息等的方法，能夠得到在每次開(kāi)始生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間時(shí)被復(fù)位的時(shí)刻信息。在此，第二計(jì)算處理部45B可以不需要每次更新作業(yè)相對(duì)于時(shí)間的執(zhí)行率，也可以將根據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)算出的作業(yè)相對(duì)于時(shí)間的執(zhí)行率輸出到供給定時(shí)決定部47。
[0113]供給定時(shí)決定部47根據(jù)從第二計(jì)算處理部45B輸入的、作業(yè)相對(duì)于時(shí)間的執(zhí)行率來(lái)求出供給定時(shí)tn。根據(jù)從第二計(jì)算處理部45B輸入的、作業(yè)相對(duì)于時(shí)間的執(zhí)行率In，t，當(dāng)設(shè)為在某一時(shí)刻操作員進(jìn)行次數(shù)最高的作業(yè)時(shí)，可知作業(yè)從某一作業(yè)切換為下一個(gè)作業(yè)的時(shí)刻，因此求出下一個(gè)作業(yè)的供給定時(shí)tn。
[0114]供給時(shí)刻調(diào)整部49C被設(shè)置在供給定時(shí)決定部47與供給時(shí)刻實(shí)際時(shí)間修正部49A之間，對(duì)根據(jù)作業(yè)相對(duì)于時(shí)間的執(zhí)行率求出的供給定時(shí)、即供給時(shí)刻tn相加偏移量Λ tn并將得到的結(jié)果輸出到供給時(shí)刻實(shí)際時(shí)間修正部49A。在此，從第二計(jì)算處理部45B輸出上述供給定時(shí)。
[0115]圖11是用于說(shuō)明供給定時(shí)決定部47和供給時(shí)刻調(diào)整部49C的功能的圖。在圖11中，橫軸為時(shí)刻(Time)，縱軸為反復(fù)頻率(Frequency)。如圖11所示，根據(jù)將生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)化為100%時(shí)的時(shí)刻，能夠判斷正在進(jìn)行第幾個(gè)作業(yè)。假設(shè)作業(yè)被切換的時(shí)刻為統(tǒng)計(jì)上作業(yè)被切換的可能性高的時(shí)刻，當(dāng)將該時(shí)刻直接設(shè)定為供給定時(shí)tn時(shí)，也有可能存在供給延遲的情況。因此，在供給時(shí)刻調(diào)整部49C中，對(duì)該時(shí)刻相加作為任意的調(diào)整時(shí)間的提前時(shí)間Atn來(lái)求出供給定時(shí)tn。此外，提前時(shí)間Atn必須取負(fù)值。如果設(shè)定偏移使得實(shí)際的供給時(shí)刻與操作員實(shí)際開(kāi)始進(jìn)行作業(yè)的時(shí)刻相比必然稍早，則也可以根據(jù)操作員的要求等來(lái)任意地設(shè)定偏移量。此外，還可以考慮將執(zhí)行作業(yè)的次數(shù)較少的時(shí)刻設(shè)為供給時(shí)刻。但是，在此，由于一些不正式的理由，在過(guò)早的時(shí)刻執(zhí)行作業(yè)的次數(shù)只要有一次，就僅根據(jù)該數(shù)據(jù)來(lái)決定供給時(shí)刻，因此不理想。另一方面，也可以對(duì)作業(yè)相對(duì)于時(shí)間的執(zhí)行率最高的時(shí)刻相加提前時(shí)間Atn(〈O)作為供給時(shí)刻。
[0116]在第三計(jì)算處理部45C中求出并保存“作業(yè)相對(duì)于位置的執(zhí)行率”的概率分布。該概率分布的算出方法如下。在以某一固定寬度刻度的網(wǎng)格劃分成單元格的車輛坐標(biāo)系中，對(duì)于各作業(yè)，將操作員按照每個(gè)單元格測(cè)量得到的次數(shù)除以該單元格中的數(shù)據(jù)的總數(shù)。由此，求出操作員位于該位置時(shí)進(jìn)行各作業(yè)的可能性的比例、即作業(yè)相對(duì)于位置的執(zhí)行率
該表示在賦予操作員的位置(i，j)時(shí)位于該位置的操作員進(jìn)行哪一種作業(yè)的可能性高，用式(3)求出。
[0117][式3]
I Af / ο\
[0118]RtlJJ =(ψτψ1^:)(3)

m ?1=1 \|-/=| °mju,} /
[0119]在此，j為第I (小寫(xiě)L)臺(tái)在(i，j)地址處測(cè)量得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)，L為操作員在該地址處進(jìn)行了作業(yè)的車輛的臺(tái)數(shù)。η為作業(yè)編號(hào)。
[0120]圖12是示意性地描繪作業(yè)相對(duì)于位置的執(zhí)行率的圖，(A)?(I)是依次表示各作業(yè)相對(duì)于位置的執(zhí)行率的圖。各圖的縱軸、橫軸是車輛的坐標(biāo)系Xc、Yc，濃淡表示頻率。圖13是表示關(guān)于圖12示出的作業(yè)相對(duì)于位置的執(zhí)行率以車輛的坐標(biāo)系X。、Y。來(lái)表示相對(duì)于位置的執(zhí)行率最高的作業(yè)的圖。從圖12中能夠統(tǒng)計(jì)地求出在各位置中進(jìn)行的可能性最高的作業(yè)。
[0121]作業(yè)進(jìn)度估計(jì)部44根據(jù)從第三計(jì)算處理部45C輸入的、作業(yè)相對(duì)于位置的執(zhí)行率以及從操作員位置確定部43輸入的操作員的位置來(lái)估計(jì)當(dāng)前進(jìn)行的作業(yè)，求出供給時(shí)刻的修正量。作業(yè)進(jìn)度估計(jì)部44根據(jù)關(guān)于實(shí)際的操作員的位置在實(shí)際時(shí)間測(cè)量得到的位置來(lái)估計(jì)此時(shí)操作員進(jìn)行的概率最高的作業(yè)，判斷操作員是否在供給時(shí)刻之前進(jìn)入到下一個(gè)作業(yè)。在操作員進(jìn)入到下一個(gè)作業(yè)的情況下輸出供給時(shí)刻修正量，使得及時(shí)供給下一個(gè)工具、部件。
[0122]供給時(shí)刻實(shí)際時(shí)間修正部49A通過(guò)將由供給定時(shí)決定部47求出的供給定時(shí)與由作業(yè)進(jìn)度估計(jì)部44求出的供給時(shí)刻的修正量進(jìn)行相加來(lái)求出供給時(shí)刻。
[0123]供給軌道計(jì)算部48根據(jù)由供給位置決定部46決定的供給位置對(duì)機(jī)器人臂的軌道進(jìn)行計(jì)算。具體地說(shuō)，供給軌道計(jì)算部48根據(jù)對(duì)從供給位置決定部46輸入的供給位置(xn, yn)加上供給位置偏移(Λχη，Ayn)而得到的值以及關(guān)于對(duì)機(jī)器人臂補(bǔ)給部件、工具的位置預(yù)先設(shè)定的值，來(lái)求出機(jī)器人臂的前端的空間軌道。
[0124]機(jī)器人41根據(jù)由供給軌道計(jì)算部48決定的機(jī)器人臂的前端的空間軌道、經(jīng)由供給定時(shí)決定部47和供給時(shí)刻調(diào)整部49C而從供給時(shí)刻實(shí)際時(shí)間修正部49Α輸入的供給時(shí)亥IjTn( = tn+Atn+Atu)以及關(guān)于對(duì)機(jī)器人臂補(bǔ)給部件、工具的定時(shí)預(yù)先設(shè)定的值，來(lái)求出機(jī)器人臂的前端的時(shí)間軌道，按該時(shí)間軌道控制機(jī)器人臂來(lái)使其運(yùn)動(dòng)。
[0125]此外，在控制對(duì)象不是機(jī)器人臂而是輸送機(jī)構(gòu)的情況下，供給軌道計(jì)算部48根據(jù)由供給位置決定部46決定的供給位置對(duì)輸送機(jī)構(gòu)的軌道進(jìn)行計(jì)算。具體地說(shuō)，供給軌道計(jì)算部48根據(jù)對(duì)從供給位置決定部46輸入的供給位置加上供給位置偏移而得到的值以及關(guān)于對(duì)輸送機(jī)構(gòu)補(bǔ)給部件、工具的位置預(yù)先設(shè)定的值，來(lái)求出輸送機(jī)構(gòu)的前端的空間軌道。在此，在各作業(yè)中的供給位置大致排列在一條直線上的情況下，能夠?qū)⒁蛔杂啥鹊闹眲?dòng)工作臺(tái)等用作輸送機(jī)構(gòu)。
[0126]機(jī)器人41根據(jù)由供給軌道計(jì)算部48決定的輸送機(jī)構(gòu)的前端的空間軌道、經(jīng)由供給定時(shí)決定部47和供給時(shí)刻調(diào)整部49C而從供給時(shí)刻實(shí)際時(shí)間修正部49A輸入的供給時(shí)亥IjTn( = tn+Atn+Atu)以及關(guān)于對(duì)輸送機(jī)構(gòu)補(bǔ)給部件、工具的定時(shí)預(yù)先設(shè)定的值，來(lái)求出輸送機(jī)構(gòu)的前端的時(shí)間軌道，按該時(shí)間軌道控制輸送機(jī)構(gòu)并使其運(yùn)動(dòng)。
[0127]在此，既可以設(shè)置用于對(duì)操作員2當(dāng)前進(jìn)行的作業(yè)狀況有意地進(jìn)行輸入的微動(dòng)開(kāi)關(guān)等輸入按鈕作為圖7、圖8示出的輸入部50的一部分，也可以將各種傳感器設(shè)置在機(jī)器人臂的前端側(cè)的托盤(pán)、工具保持件上作為圖8示出的測(cè)量部42。作為上述各種傳感器而能夠使用微動(dòng)開(kāi)關(guān)、紅外線傳感器。通過(guò)這樣構(gòu)成的輸入部50、測(cè)量部42，當(dāng)與操作員的作業(yè)狀況有關(guān)的信息被輸入到作業(yè)位置和作業(yè)狀況確定部56中的作業(yè)狀況確定部55時(shí),作業(yè)狀況確定部55根據(jù)所輸入的信息來(lái)確定進(jìn)行著第幾個(gè)作業(yè)這種作業(yè)狀況。在作業(yè)狀況確定部55中保存有用于確定作業(yè)狀況所需的基于作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)的信息。當(dāng)作業(yè)狀況確定部55確定出作業(yè)狀況時(shí)，將該作業(yè)狀況輸入到第二計(jì)算處理部45B，因此第二計(jì)算處理部45B計(jì)算作業(yè)相對(duì)于時(shí)間的執(zhí)行率并進(jìn)行更新。第二計(jì)算處理部45B不僅通過(guò)這種方法來(lái)計(jì)算作業(yè)相對(duì)于時(shí)間的執(zhí)行率，也可以如后述那樣通過(guò)各種方法來(lái)計(jì)算作業(yè)相對(duì)于時(shí)間的執(zhí)行率。
[0128]說(shuō)明本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)40、40A的控制過(guò)程。在第一步驟中，在操作員位置確定部43中，根據(jù)從測(cè)量部42中的測(cè)距傳感器輸入的測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)確定操作員的位置。該確定方法與第一實(shí)施方式相同。
[0129]在第二步驟中，在計(jì)算處理兼數(shù)據(jù)庫(kù)部45中，對(duì)操作員的位置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。由此，求出三種、即作為第一種的操作員相對(duì)于位置的存在率En^、作為第二種的作業(yè)相對(duì)于時(shí)間的執(zhí)行率In，t、作為第三種的作業(yè)相對(duì)于位置的執(zhí)行率R1^」這種頻率分布。此時(shí)，例如在機(jī)器人臂的前端部設(shè)置切換按鈕、桿、接近傳感器等輸入部50 (參照?qǐng)D7、圖8)，在操作員2結(jié)束當(dāng)前的作業(yè)而轉(zhuǎn)移到下一個(gè)作業(yè)的情況下，對(duì)該輸入部50進(jìn)行轉(zhuǎn)移到下一個(gè)作業(yè)的意思的簡(jiǎn)單的輸入。通過(guò)該輸入，第一計(jì)算處理部45A、第二計(jì)算處理部45B以及第三計(jì)算處理部45C分別對(duì)操作員相對(duì)于位置的存在率E1^j、作業(yè)相對(duì)于時(shí)間的執(zhí)行率In，t、作業(yè)相對(duì)于位置的執(zhí)行率Rn^更新該作業(yè)的各概率分布，能夠分別輸出到供給位置決定部46、供給定時(shí)決定部47以及作業(yè)進(jìn)度估計(jì)部44。也就是說(shuō)，在圖7、圖8中通過(guò)安裝于機(jī)器人臂的前端部的切換按鈕等輸入部50，操作員2輸入“操作員當(dāng)前進(jìn)行著第幾個(gè)作業(yè)”這種信息。
[0130]在此，關(guān)于操作員2當(dāng)前進(jìn)行的作業(yè)狀況，并不限于圖7示出的輸入部50那樣操作員有意地進(jìn)行輸入的按鈕。如圖8所示，作為測(cè)量部42也可以使用設(shè)置于機(jī)器人臂前端側(cè)的托盤(pán)、工具保持件的微動(dòng)開(kāi)關(guān)、紅外線傳感器等各種傳感器。也可以使用這種傳感器檢測(cè)操作員是否取出部件、是否取出工具以及是否返還，由此判斷轉(zhuǎn)移到下一個(gè)作業(yè)的意思的輸入。也就是說(shuō)，在第二實(shí)施方式所涉及的作業(yè)輔助機(jī)器人40、40A中，在測(cè)量部42、輸入部50中分別具備用于確定操作員的作業(yè)狀況的傳感器、輸入部，從操作員位置確定部43對(duì)第一計(jì)算處理部45A、第三計(jì)算處理部45C輸入與操作員的位置(XW，YW)有關(guān)的信息，從輸入部50、測(cè)量部42中的任一個(gè)或者兩者對(duì)第一計(jì)算處理部45A、第三計(jì)算處理部45C輸入與操作員的作業(yè)狀況有關(guān)的信息。由此，第一計(jì)算處理部45A計(jì)算操作員相對(duì)于位置的存在率并進(jìn)行更新，第三計(jì)算處理部45C計(jì)算作業(yè)相對(duì)于位置的執(zhí)行率并進(jìn)行更新。從輸入部50、測(cè)量部42中的任一個(gè)或者兩者對(duì)第二計(jì)算處理部45B輸入與操作員的作業(yè)狀況有關(guān)的信息，因此第二計(jì)算處理部45B計(jì)算作業(yè)相對(duì)于時(shí)間的執(zhí)行率并進(jìn)行更新。也就是說(shuō)，第一至第三計(jì)算處理部45A、45B、45C能夠分別對(duì)所保存的各概率分布進(jìn)行更新。第二計(jì)算處理部45B以規(guī)定的時(shí)間間隔將作業(yè)相對(duì)于時(shí)間的執(zhí)行率In，t輸出到供給定時(shí)決定部47。第一計(jì)算處理部45A以規(guī)定的時(shí)間間隔例如在每次從操作員位置確定部43輸入操作員的位置(XW，YW)時(shí)根據(jù)操作員的位置(XW，YW)來(lái)將操作員相對(duì)于位置的存在率En^輸出到供給位置決定部46。第三計(jì)算處理部45C根據(jù)操作員的位置(XW，YW)以規(guī)定的時(shí)間間隔將作業(yè)相對(duì)于位置的執(zhí)行率R1^j輸出到作業(yè)進(jìn)度估計(jì)部44。
[0131]此外，在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的可靠度足夠高而能夠判斷為不需要每次對(duì)計(jì)算處理兼數(shù)據(jù)庫(kù)部45中的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新的情況下，不需要對(duì)輸入部50使用操作員的輸入。在這種情況下，由于操作員的訓(xùn)練等而在極為偶爾需要對(duì)計(jì)算處理兼數(shù)據(jù)庫(kù)部45中的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新的情況下，也可以由工序管理員等操作員以外的其他人代替進(jìn)行觀察作業(yè)狀況并且將轉(zhuǎn)移到下一個(gè)作業(yè)的意思輸入到輸入部50的操作。
[0132]在第三步驟中，在供給位置決定部46中根據(jù)從第一計(jì)算處理部45A輸入的操作員相對(duì)于位置的存在率En^來(lái)決定部件、工具的供給位置。另外，在供給定時(shí)決定部47中根據(jù)從第二計(jì)算處理部45B輸入的作業(yè)相對(duì)于時(shí)間的執(zhí)行率In，t來(lái)決定部件、工具的供給時(shí)刻。
[0133]在第四步驟中，根據(jù)在實(shí)際時(shí)間測(cè)量得到的操作員的位置(xw，yw)以及從第三計(jì)算處理部45C輸入的作業(yè)相對(duì)于位置的執(zhí)行率R1^j來(lái)估計(jì)作業(yè)進(jìn)度，按照作業(yè)的進(jìn)展情況來(lái)修正供給時(shí)刻tn。在此，不僅根據(jù)從作業(yè)的執(zhí)行率R1^」判斷的作業(yè)進(jìn)度來(lái)修正供給時(shí)刻，也可以兼用檢測(cè)對(duì)輸入部50輸入操作員轉(zhuǎn)移到下一個(gè)作業(yè)的意思并立即修正供給時(shí)刻的功能。
[0134]在第五步驟中，供給軌道計(jì)算部48根據(jù)部件和工具的供給位置來(lái)計(jì)算臂的空間軌道并輸出到機(jī)器人41，機(jī)器人41根據(jù)空間軌道和供給時(shí)刻來(lái)求出并輸出臂的時(shí)間軌道。
[0135]本發(fā)明的第二實(shí)施方式中的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念在于，將在測(cè)量部42中從傳感器獲取到的操作員的位置與其獲取時(shí)的作業(yè)內(nèi)容之間的關(guān)系作為計(jì)算處理兼數(shù)據(jù)庫(kù)部45而統(tǒng)計(jì)地進(jìn)行描述并進(jìn)行存儲(chǔ)更新，根據(jù)計(jì)算處理兼數(shù)據(jù)庫(kù)部45來(lái)生成作業(yè)輔助動(dòng)作。具體地說(shuō)，第一理念在于，存儲(chǔ)操作員的運(yùn)動(dòng)的測(cè)量結(jié)果，概率地描述操作員的運(yùn)動(dòng)與作業(yè)內(nèi)容之間的關(guān)系，根據(jù)該關(guān)系來(lái)決定工具、部件的供給點(diǎn)。第二理念在于，存儲(chǔ)操作員的運(yùn)動(dòng)的測(cè)量結(jié)果，概率地描述操作員的運(yùn)動(dòng)與作業(yè)內(nèi)容之間的關(guān)系，根據(jù)該關(guān)系來(lái)決定工具、部件的供給定時(shí)。第三理念在于，存儲(chǔ)操作員的運(yùn)動(dòng)的測(cè)量結(jié)果，概率地描述操作員的運(yùn)動(dòng)與作業(yè)內(nèi)容之間的關(guān)系，根據(jù)該關(guān)系以及在實(shí)際時(shí)間測(cè)量得到的操作員的位置來(lái)在實(shí)際時(shí)間內(nèi)修正工具、部件的供給時(shí)刻。
[0136]于是，在本發(fā)明的第二實(shí)施方式中，通過(guò)統(tǒng)計(jì)地分析所得到的操作員的位置的時(shí)間序列數(shù)據(jù)來(lái)掌握作業(yè)實(shí)際所需時(shí)間、操作員的移動(dòng)路徑以及操作員的習(xí)慣，從而能夠統(tǒng)計(jì)地處理作業(yè)狀況。
[0137]根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)40、40A，能夠按照操作員的動(dòng)作來(lái)順利地供給部件、工具，從而提高作業(yè)效率。
[0138]本發(fā)明的實(shí)施方式并不限定于上述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、特別是圖7、圖8示出的結(jié)構(gòu)，例如，也可以將第一計(jì)算處理部45A、第二計(jì)算處理部45B、第三計(jì)算處理部45C分開(kāi)構(gòu)成為各計(jì)算處理兼數(shù)據(jù)庫(kù)部。由第一計(jì)算處理部45A、供給位置決定部46、供給軌道計(jì)算部48以及它們所需的各部構(gòu)成系統(tǒng)或者由第二計(jì)算處理部45B、供給定時(shí)決定部47以及它們所需的各部構(gòu)成系統(tǒng)等，不需要具備圖7、圖8示出的所有各部的結(jié)構(gòu)，而是也可以適當(dāng)?shù)厝∩徇x擇來(lái)構(gòu)成系統(tǒng)。
【權(quán)利要求】
1.一種作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)，具備: 測(cè)量部，其具有傳感器； 操作員位置確定部，其根據(jù)從上述測(cè)量部輸入的數(shù)據(jù)來(lái)確定操作員的位置； 計(jì)算處理兼數(shù)據(jù)庫(kù)部，其能夠算出并保持與操作員相對(duì)于位置的存在率有關(guān)的概率分布，根據(jù)從上述操作員位置確定部輸入的操作員的位置，求出操作員相對(duì)于位置的存在率；以及 供給位置決定部，其根據(jù)由上述計(jì)算處理兼數(shù)據(jù)庫(kù)部求出的、操作員相對(duì)于位置的存在率來(lái)決定供給位置；以及 供給軌道計(jì)算部，其根據(jù)由上述供給位置決定部決定的供給位置對(duì)輸送機(jī)構(gòu)的軌道進(jìn)行計(jì)算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的作業(yè)輔助機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于， 在上述供給位置決定部與上述供給軌道計(jì)算部之間具備供給位置調(diào)整部，該供給位置調(diào)整部對(duì)根據(jù)從上述計(jì)算處理兼數(shù)據(jù)庫(kù)部輸出的、操作員相對(duì)于位置的存在率求出的供給位置相加或減去與供給位置有關(guān)的偏移量，并將結(jié)果輸出到上述供給軌道計(jì)算部。
【文檔編號(hào)】B25J13/00GK104308849SQ201410459345
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2009年5月22日
【發(fā)明者】小菅一弘, 菅原雄介, 衣川潤(rùn), 川合雄太, 伊藤昭芳, 松井洋一, 川邊慎二 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車東日本株式會(huì)社, 國(guó)立大學(xué)法人東北大學(xué)