CN104044133A

CN104044133A - 机器人系统及被作业物的制造方法

Info

Publication number: CN104044133A
Application number: CN201410042256.9A
Authority: CN
Inventors: 河野大; 中村民男; 泉哲郎; 永井亮一
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2014-09-17
Also published as: JP5761238B2; EP2783804A3; EP2783804A2; US9158299B2; JP2014176938A; US20140277713A1

Abstract

本发明提供一种机器人系统及被作业物的制造方法，在单元生产方式中，通过使单元彼此协作动作来实现作业的高效化。机器人系统（1）包括单元（100A，100B）。单元（100A）具有：被构成为对工件（W）进行规定作业的机器人（10A）；以及控制机器人（10A）的动作的控制部（16A）。单元（100B）具有：被构成为对工件（W）进行规定作业的机器人（10B）；以及控制机器人（10B）的动作的控制部（16B）。控制部（16A，16B）在单元（100A，100B）彼此连接时，分别控制机器人（10A，10B），使得在机器人（10A）的可动区域（RA）和机器人（10B）的可动区域（RB）重合的动作共用区域（SA，SB）中机器人（10A，10B）能够进行作业。

Description

机器人系统及被作业物的制造方法

技术领域

本发明涉及机器人系统及被作业物的制造方法。

背景技术

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1～3中公开了通过在箱状的框体内收容机器人而构成为一个单元的技术内容。通过连结多个这样的单元，能够获得所希望的生产线。而且，由于各机器人被收容在各框体内，因此机器人不会碰到操作者，安全性优异。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-148869号公报

专利文献2：日本特开2010-105105号公报

专利文献3：日本特开2010-137339号公报

发明内容

然而，收容在框体内的机器人仅在该框体内作业。因此，以往的单元生产方式中没有充分考虑单元彼此间的协作。

因此，本发明的目的是提供在单元生产方式中通过使单元彼此协同动作能实现作业的高效化的机器人系统及被作业物的制造方法。

本发明一个方面涉及的机器人系统包括第一单元和第二单元，所述第一单元具有：第一机器人，所述第一机器人被构成为对被作业物进行规定作业；第一控制部，所述第一控制部控制第一机器人的动作；以及第一框体，所述第一框体将第一机器人和第一控制部收容在内部，所述第二单元具有：第二机器人，所述第二机器人被构成为对被作业物进行规定作业；第二控制部，所述第二控制部控制第二机器人的动作；以及第二框体，所述第二框体将第二机器人和第二控制部收容在内部，第一控制部和第二控制部在第一框体和第二框体连接时，分别控制第一机器人和第二机器人，使得在第一机器人的可动区域和第二机器人的可动区域重合的动作共用区域中第一机器人和第二机器人能够进行作业。

根据本发明，能够提供在单元生产方式中通过使单元彼此协同动作能够实现作业的高效化的机器人系统及被作业物的制造方法。

附图说明

图1是表示本实施方式涉及的机器人系统的侧视图。

图2是表示本实施方式涉及的机器人系统的俯视图。

图3是表示本实施方式涉及的机器人系统的框图。

图4是用于说明工具的转交的图。

附图标记说明

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。以下的实施方式是用于说明本发明的例示，而并非将本发明限定于以下内容。在说明中，相同要素或者具有相同功能的要素使用相同附图标记，省略其重复的说明。

本实施方式涉及的机器人系统1是收容在各单元100A、100B中的机器人10A、10B对工件（被作业物）W进行加工或组装等各种作业的系统。这样的机器人系统1也被称为单元生产系统。通过机器人系统1进行搬运或者组装等作业的所有物品都适合作为工件W。工件W本身可以成为被作业物，使用工件W而构成的产品或半成品、或者多个部件组合而构成的产品或半成品也可以成为被作业物。本实施方式涉及的机器人系统1中，通过高密度配置收容机器人10A、10B的单元100A、100B，能够实现工件W生产率的提高。

如图1及图2所示，机器人系统1包括：两个单元100A、100B；可编程逻辑控制器（PLC）200；以及计算机（PC）300。在本实施方式中，说明由两个单元100A、100B邻接配置而构成的机器人系统1，但机器人系统1还可以由两个以上的单元来构成。单元100A、100B的结构大致相同，因此在以下对单元100A的结构进行说明，省略单元100B的说明。

单元100A具有对工件W进行各种作业的机器人10A和收容机器人10A的框体110A。框体110A包括：载置机器人10A的矩形的底壁部112A；竖立设置在底壁部112A的各边的侧壁部114A；以及设置在各侧壁部114A上端的顶壁部116A。在由底壁部112A、侧壁部114A以及顶壁部116A构成的收容空间内，收容有机器人10A。

在底壁部112A的下表面，设置有用于使单元100A能够移动的脚轮118A以及用于固定单元100A的止动器120A。在侧壁部114A中的与单元100B的框体102B接触的部分，形成有与侧壁部114B上形成的连通孔HB连接的连通孔HA。因此，通过连通孔HA、HB，使框体102A的收容空间和框体102B的收容空间连通。连通孔HA、HB上分别设置有能够使连通孔HA、HB开闭的门（未图示），在单元100A、100B彼此之间没有连接时，通过该门堵塞连通孔HA、HB。

在单元100A正面侧的侧壁部114A上，集中配置有用于进行工件W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，操作者能够仅在单元11的正面侧进行机器人系统1的操作。为了操作者确认框体102A内的机器人10A的作业状况，还可以在侧壁部114A及顶壁部116A的至少一部分上，设置由透明且耐冲击性优异的材料（例如聚碳酸酯）所形成的窗口部（未图示）。

单元100A内配置有工作台12A、工具箱14A、机器人控制器（RC）16A、摄像机18A、照明装置20A、以及传感器22A。工作台12A上载置工件W，在工作台12A上，机器人10A对工件W进行作业。在本实施方式中，工作台12A被配置在靠近侧壁部114A中的一个侧壁部114A的位置。

工具箱14A收容用于通过机器人10A对工件W进行作业的工具（末端执行器），并被配置在工作台12A上。作为该工具，包含手部E1、钻头E2、移动式摄像机E3、旋具E4、铆钉E5等（参照图2）。机器人控制器16A与机器人10A、摄像机18A、照明装置20A、传感器22A、以及可编程逻辑控制器200连接，并在它们之间进行信息的输入输出。在本实施方式中，机器人控制器16A配置在工作台12A的下表面，并通过电缆束24A与机器人10A连接，但机器人10A和机器人控制器16A可以通过无线方式连接，还可以将机器人控制器16A内置在机器人10A中。

摄像机18A配置在顶壁部116A，主要是从上方拍摄工作台12A。在本实施方式中，摄像机18A的拍摄区域IA从上方观察，与工作台12A的上表面区域大致相等（参照图2）。照明装置20A配置在顶壁部116A。作为照明装置20A，例如可以使用发出闪光的闪光灯、连续发出规定量的光的灯泡、荧光灯、LED等这样的各种光源。传感器22A在顶壁部116A上被配置在摄像机18A的附近，并检测摄像机18A所接受的光的强度（例如发光强度、亮度、照度等）。

机器人10A也被称为机械手。机器人10A经由基部122A设置在框体110A的底壁部112A，且配置在工作台12A的侧部。即，机器人10A配置在靠近与上述一个侧壁部114A相对的另一侧壁部114A的位置。机器人10A根据从机器人控制器16A输出的动作命令而动作。在此，动作命令是使机器人动作的作为程序的指令、或者作为使机器人动作的程序的集合的任务。

机器人10A具有第一～第六臂10A₁～10A₆。第一臂10A₁与基部122A连结，第一～第六臂10A₁～10A₆从基端（基部122A）侧按该顺序串联连结。基部122A和第一臂10A₁的连结部、以及相互邻接的各臂10A₁～10A₆彼此之间的各连结部各自作为机器人10A的关节而起作用。

机器人10A具有多个致动器。各致动器分别与各关节对应，并使各臂10A₁～10A₆以各自的关节为中心摆动（参照图1的箭头）。

手部等末端执行器EA能够相对于位于机器人10A前端的第六臂10A₆拆装。末端执行器EA由设置在第六臂10A₆内的致动器驱动。如图1所示，在末端执行器EA是手部的情况下，以使一对把持片彼此接近或者分离的方式通过致动器驱动，从而能够把持工件W、或者改变所把持的工件W的姿态，或者搬运所把持的工件W。

机器人10A的第六臂10A₆（末端执行器EA）的可动区域RA从上方观察，是从比单元100A稍大的圆角长方形的区域中去除机器人10A的后方（与机器人10A的工作台12A相反的一侧）区域之后的区域（参照图2）。可动区域RA从上方观察，包括拍摄区域IA的全部区域、以及拍摄区域IB中靠近单元100A的一部分。因此，机器人10A不仅能在自身的单元100A的拍摄区域IA中进行作业，还能在邻接的单元100B的拍摄区域的一部分（以下，称为动作共用区域）SB中进行作业。

可编程逻辑控制器200经由机器人控制器16A、16B控制机器人10A、10B，执行例如工件的组装、接合及搬运等各种作业。计算机300处理摄像机18A、18B所拍摄的图像，来识别工件W的位置和姿态。

接着，参照图3，说明机器人系统1的系统结构。机器人系统1被构成为包括：机器人控制器16A、16B；机器人10A、10B；末端执行器EA、EB；摄像机18A、18B；传感器22A、22B；照明装置20A、20B；可编程逻辑控制器200；以及计算机300。

机器人控制器16A具有控制部26A、通信部28A、以及存储部30A。控制部26A通过输出动作命令来控制机器人10A的动作。具体而言，控制部26A经由电缆束24A与机器人10A的致动器连接，通过动作命令驱动致动器，从而控制机器人10A的动作。

控制部26A指示摄像机18A，使其拍摄摄像机18A的拍摄区域IA中包含的拍摄对象物（例如，工作台12A上的工件W）。控制部26将传感器22A检测出的光的强度作为信号进行接收。控制部26A指示照明装置20A，使其在由摄像机18A执行拍摄时进行照明。控制部26A以使摄像机18A能够接收所期望的光的方式，根据从传感器22A接收到的信号，控制基于照明装置20A的光的强度。

控制部26A当来自对单元100A、100B彼此相互连接进行检测的检测传感器（未图示）的信号被输入时，判断为设定被变更为连接多个单元100A、100B的连接模式，使机器人10A、末端执行器EA、摄像机18A及照明装置20A进行基于该连接模式的动作。作为该检测传感器，可以利用：能够对单元的侧壁部114A、114B发生接触进行检测的压力传感器、对由单元的侧壁部114A、114B发生接触所引起的电气变化进行检测的传感器、对由单元的侧壁部114A、114B发生接触引起的温度变化进行检测的传感器等。或者，控制部26还可以利用即插即用方式，以单元100A、100B的电缆彼此相互连接为契机，将设定变更为连接模式。此外，控制部26A和单元100B还可以通过无线方式连接。

控制部26A在设定被变更为连接模式时，使将连通孔HA、HB分别堵塞的门打开。由此，框体102A的收容空间和框体102B的收容空间连通，使其中一个机器人能够利用另一个框体内。即，能够扩大机器人的作业区域。

通信部28A在控制部26A和可编程逻辑控制器200之间进行通信，将表示控制部26A的设定被变更为连接模式的信号发送给另一个机器人控制器16B（控制部28B）。通信部28A在控制部26A和可编程逻辑控制器200之间进行通信，从另一个机器人控制器16B接收表示另一个机器人控制器16B的控制部28B的设定被变更为连接模式的信号。通信部28A、28B之间的通信也可以不经由机器人控制器16A、16B的上级装置即可编程逻辑控制器200，而直接进行。通信部28A、28B之间的通信还可以通过有线或者无线方式来进行。

存储部30A中存储有作为使机器人10A、末端执行器EA、摄像机18A及照明装置20A动作的程序的指令、或者作为该程序的集合的任务。存储部30A存储有收容在单元100A（工具箱14A）内的工具（末端执行器EA）的信息。当控制部26A从存储部30A读出指令或任务时，机器人10A、末端执行器EA、摄像机18A或照明装置20A按照所读出的指令或任务进行动作。

单元100B的侧壁114B中靠近机器人10B的一个侧壁114B与单元100A的上述另一侧壁114A邻接。单元100B的侧壁114B中靠近工作台12B的另一侧壁114B与单元100A的上述一个侧壁114A邻接。因此，在本实施方式中，从上方观察，机器人10A、10B被彼此不同地配置（参照图2）。

接着，说明控制部26A、26B的设定被变更为连接模式的情况下、单元100A、100B彼此之间的协作动作。作为前提，在单元100A的工具箱14A内，作为末端执行器EA，收容有手部E1、钻头E2及移动式摄像机E3。存储部30A存储有收容在单元100A（工具箱14A）中的末端执行器EA（在图2的例子中，手部E1、钻头E2及移动式摄像机E3）的信息（工具信息）。另一方面，在单元100B的工具箱14B中，作为末端执行器EB，收容有手部E1、旋具E4及铆钉E5。存储部30B存储有收容在单元100B（工具箱14B）内的末端执行器EB（在图2的例子中，手部E1、旋具E4及铆钉E5）的信息（工具信息）。

控制部26A、26B的设定被变更为连接模式时，控制部26A从存储部30A读出工具信息，使该工具信息和收容场所（单元100A）的信息相关联的同时，将工具信息和收容场所的信息存储在存储部30B中。同样地，控制部26B从存储部30B读出工具信息，使该工具信息和收容场所（单元100B）的信息相关联的同时，将该工具信息和收容场所的信息存储在存储部30A中。因此，存储部30A、30B中分别存储有使工具信息和收容场所的信息相对应的表格。由此，单元100A、100B彼此共用各自收容的末端执行器EA、EB的信息。

其次，控制部26A在执行指令或任务时，判定在执行该指令或任务时所必需的末端执行器EA收容在单元100A（工具箱14A）和单元100B（工具箱14B）的哪一者中。具体而言，控制部26A根据所必需的末端执行器EA的工具信息，参照存储部30A内的表格，获得收容场所的信息。在所必需的末端执行器EA例如为手部E1的情况下，由于手部E1被收容在自身的单元100A内，因此控制部26A指示机器人10A将工具箱14A内的手部E1安装在机器人10A上。

另一方面，在所必需的末端执行器EA例如为旋具E4的情况下，由于旋具E4被收容在另一单元100B内，因此控制部26A向控制部26B发送旋具E4的请求命令。控制部26B接收到该请求命令时，指示机器人10B将工具箱14B内的旋具E4配置在动作共用区域SA或动作共用区域SB（参照图4）。接着，控制部26B将表示旋具E4的配置结束的结束信息发送给控制部26A。控制部26A接收到结束信息时，指示机器人10A将配置在动作共用区域SA或动作共用区域SB的旋具E4安装在机器人10A上。

在所需要的末端执行器EB没有被收容在单元100B内的情况下，控制部26B也同样地，能够向控制部26A发送请求命令，并能够将工具箱14A内的末端执行器（在图4的例子，钻头E2）安装在机器人10B上。

接着，说明使用了以上的机器人系统的工件W的制造方法。例如，当向单元100A内搬运工件W时，工件W被载置于工作台12A。接着，摄像机18A根据控制部26A的指示，对工件W进行拍摄。当摄像机18A对工件W进行拍摄时，其图像数据被发送至计算机300。计算机300对该图像数据进行图像处理，并识别摄像机18A所拍摄到的工件W的位置和姿态。计算机300将所识别出的工件W的位置和姿态的数据发送至机器人控制器16A（通信部28A）。控制部26A根据工件W的位置和姿态的该数据，控制机器人10A和末端执行器EA，对工件W进行规定的作业。当作业结束时，工件W被向单元100A外（例如，邻接的单元100B）搬出。如此，进行工件W的制造。

在上述的实施方式中，在单元100A、100B相互连接时，分别控制机器人10A、10B，使得在机器人10A的可动区域RA和机器人10B的可动区域重合的动作共用区域SA、SB中、机器人10A、10B能够进行作业。因此，在动作共用区域SA、SB中，机器人10A、10B均能够进行作业。其结果是，单元100A、100B彼此协同动作，由此能够实现作业的效率化。

在本实施方式中，从上方观察，机器人10A、10B被彼此不同地配置（参照图2）。因此，机器人10A除了能够在拍摄区域IA的整个区域进行作业以外，还能够在拍摄区域IB中的靠近单元100A的一部分、即动作共用区域SB中进行作业。机器人10B除了能够在拍摄区域IB的整个区域中进行作业，还能够在拍摄区域IA中的靠近单元100B的一部分、即动作共用区域SA中进行作业。因此，能够扩大机器人10A、10B的工作范围。

以上，详细地说明了本发明的实施方式。但本发明并不限定于上述实施方式。例如，单元100A的工具箱14A也可以收容适于对工件W进行的作业的多个工具。该情况下，单元100A作为主工具单元起作用。因此，还可以在另一单元100B中不收容工具，每次向主工具单元请求所必需的工具。

控制部26A、26B的设定被变更为连接模式的情况下，也可以由摄像机18A、18B从不同的方向对一个对象物进行拍摄，来得到该对象物的立体图像（stereo图像）。该情况下，摄像机18A、18B从不同方向拍摄到的对象物的各图像数据一旦被发送至计算机300，则在计算机300中进行图像处理，被合成为一个立体图像。

在控制部26A、26B的设定被变更为连接模式的情况下，还可以由两个机器人10A、10B对一个工件W进行作业。

Claims

1.一种机器人系统，其特征在于，

包括第一单元和第二单元，

所述第一单元具有：

第一机器人，所述第一机器人被构成为对被作业物进行规定作业；

第一控制部，所述第一控制部控制所述第一机器人的动作；以及

第一框体，所述第一框体将所述第一机器人和所述第一控制部收容在内部；

所述第二单元具有：

第二机器人，所述第二机器人被构成为对被作业物进行规定作业；

第二控制部，所述第二控制部控制所述第二机器人的动作；以及

第二框体，所述第二框体将所述第二机器人和所述第二控制部收容在内部，

所述第一控制部和所述第二控制部在所述第一框体和所述第二框体连接时，分别控制所述第一机器人和所述第二机器人，使得在所述第一机器人的可动区域和所述第二机器人的可动区域重合的动作共用区域，所述第一机器人和所述第二机器人能够进行作业。

2.如权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，

所述第一框体和所述第二框体分别收容至少一个工具，

所述第一控制部在判断为所述第一机器人使用的工具未被收容在所述第一框体内的情况下，将该工具的请求命令发送至所述第二控制部。

3.如权利要求2所述的机器人系统，其特征在于，

所述第二控制部在接收到所述请求命令的情况下，将该工具配置在所述动作共用区域。

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，

所述第二框体中收容有适于对所述被作业物进行作业的多个工具。

5.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，

所述第一框体和第二框体内分别配置有对所述被作业物进行拍摄的第一拍摄部和第二拍摄部，

所述第一控制部控制所述第一机器人，使得在所述第一拍摄部和所述第二拍摄部各自的拍摄区域中，所述第一机器人能够进行作业，

所述第二控制部控制所述第二机器人，使得在所述第一拍摄部和所述第二拍摄部各自的拍摄区域中，所述第二机器人能够进行作业。

6.如权利要求5所述的机器人系统，其特征在于，

所述第一控制部和所述第二控制部分别控制所述第一拍摄部和所述第二拍摄部，对所述被作业物的立体图像进行拍摄。

7.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，

所述第一框体和所述第二框体分别具有彼此相对的第一侧壁和第二侧壁，

所述第一机器人和所述第二机器人分别具有：靠近所述第一侧壁配置的基部；至少一个臂部；以及将所述臂部串联连接于所述基部，并使与前端侧邻接的所述臂部摆动的至少一个关节；

所述第一框体和所述第二框体邻接地配置，使得所述第一框体的所述第一侧壁和所述第二框体的所述第二侧壁邻接，并且所述第一框体的所述第二侧壁和所述第二框体的所述第一侧壁邻接。

8.一种被作业物的制造方法，使用如权利要求1至7中任一项所述的机器人系统来制造被作业物，包括：

将所述被作业物搬入所述机器人的动作区域的步骤；

所述机器人对所述被作业物进行规定动作的步骤；以及

将由所述机器人进行了作业后的所述被作业物从所述机器人的所述动作区域中搬出的步骤。