JP2005046966A - 生産システム - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的重量が大きいワークに対応させることができ、且つ、生産性を向上させることが可能な生産システムを提供する。
【解決手段】 産業用ロボット１と各工作機械２〜４との間のワーク６の受け渡し方向を水平方向に整合させ、該産業用ロボット１に多関節構造のロボットアームと比較して可搬重量が大きく、且つハンドリング速度が高速のスカラー構造の双腕ロボット１を用いて生産システムを構成した。これにより、ライン５中におけるワーク６の移動、即ち産業用ロボット１の動作が単純化され、ワーク６のハンドリングに要する時間が短縮される。また、多関節構造のロボットアームと比較して可搬重量が大きいワークに対応させることができ、且つ、サイクルタイムが短縮されて生産性を向上させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、生産システムに関し、特に、複数の生産工程を含んで構成されて各生産工程間のワークの受け渡しが産業用ロボットにより行われる生産システムに関する。

例えば、複数台の工作機械が工程に応じてレイアウトされたラインを有する生産システムにおいては、各工作機械へのワークの着脱が当該ラインに沿って走行可能な産業用ロボットにより行われるものが知られている。そして、このような生産システムでは、各工作機械のワークの異なる取り付け角度（着脱方向）に対応させるため、多関節構造のロボットアームと走行軸とが組み合わされて各工作機械へのワークの着脱、搬送が行われる。しかしながら、多関節構造のロボットアームは、ワークの重量がモータの動力で支持されるため可搬重量が小さい。従って、比較的重量が大きいワークに対応させるには、可搬重量が大きい高価なロボットアームを採用する必要があり、生産システム全体が大型化すると共に設備コストが増大し、さらに、ロボットアームの各軸の速度が低く設定されるため、サイクルタイムを圧迫する要因になる。

また、上記多関節構造のロボットアームにより各工作機械へのワークの着脱を行う場合、ワークを位置決め保持する仮置き台と、該仮置き台のワークを反転させる反転装置とが必要になり、これも生産システム全体を大型化させると共に設備コストを増大させる要因になる。そこで、特許文献１に記載された走行可能な双腕ロボットの多関節構造の各ロボットアームを協調動作させて１つのワークを２本のロボットアームで支持するようにして可搬重量を増加させることが考えられるが、この場合も各ロボットアームの可搬重量が小さいため、比較的重量が小さいワークにしか対応させることができない。さらに、この場合も各ロボットアームの各軸の速度を高めることができず、生産性を向上させるのが極めて困難であった。
特開平７−２８１７２１号公報（段落番号００４１〜００６０、第３図）

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、比較的重量が大きいワークに対応させることができ、且つ、生産性を向上させることが可能な生産システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、複数の生産工程を含んで構成され、各生産工程間のワークの受け渡しが産業用ロボットにより行われる生産システムであって、産業用ロボットにスカラー構造の双腕ロボットが用いられ、各ロボットアームを協調動作させるロボットコントローラを具備することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、各生産工程と産業用ロボットとの間のワークの受け渡し方向を水平方向に整合させたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、産業用ロボットが、生産ラインに沿って設置された走行軸上を走行可能であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、ロボットコントローラが産業用ロボットに設置されることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、産業用ロボットの各ロボットアームが、ワークの重量に対応させて準備された複数種のロボットアームに交換可能であることを特徴とする。

従って、請求項１に記載の発明では、各生産工程間のワークの受け渡しを行う産業用ロボットを、多関節構造（例えば、６自由度）のロボットアームと比較して可搬重量が大きいスカラー構造のロボットアームを一対で備える双腕型ロボットとしたことで、該双腕ロボットの一対のロボットアームを協調動作させることにより重量が大きいワークを操作することが可能になり、また、同一の重量のワークを操作する場合には、多関節構造のロボットアームを単独で用いる場合と比較して、各ロボットアームが小型で能力（可搬重量）が低い双腕ロボットで済む。さらに、一対のロボットアームを協調動作させることにより、該一対のロボットアーム間でワークを反転させる（掴み替える）ことができると共に簡単な圧入作業等を行うことが可能になる。

請求項２に記載の発明では、産業用ロボットの動作を単純化させることができる。また、ロボットアームが水平動作のみ可能なスカラー構造の産業用ロボットを用いて、当該産業用ロボットと各生産工程との間のワークの受け渡しを行うことが可能になる。

請求項３に記載の発明では、スカラー構造の双腕ロボットを走行軸上で走行させてライン（走行軸上）の任意の位置に位置決めさせることができる。

請求項４に記載の発明では、産業用ロボットの移動に当該産業用ロボットに追従させるケーブルが電源供給のためのパワーケーブルのみで済む。

請求項５に記載の発明では、ワークに応じたロボットアームを適宜選択することができる。

比較的重量が大きいワークに対応させることができ、且つ、生産性を向上させることが可能な生産システムを提供することができる。

本発明の一実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１に示すように、本生産システムは、複数の工作機械２〜４が生産工程に応じてレイアウトされたライン５が形成され、各工作機械２〜４間のワーク６の受け渡しが産業用ロボット１により行われる生産システムであって、該産業用ロボット１と各工作機械２〜４との間のワーク６の受け渡し方向（以下、単にワーク受け渡し方向と称す）が水平方向に整合されている。これにより、本生産システムは、ライン５中におけるワーク６の移動、即ち産業用ロボット１の動作が単純化され、ワーク６のハンドリングに要する時間が短縮される構造になっている。また、本生産システムは、ワーク受け渡し方向が水平方向に整合されたことにより、多関節構造のロボットアーム（垂直方向への動作が含まれるロボットアーム）と比較して可搬重量が大きく、且つハンドリング速度（軸移動速度）が高速のスカラー構造の産業用ロボット１を用いることができる構造になっている。

また、図２に示すように、本生産システムは、上記スカラー構造の産業用ロボット１を双腕とし、該双腕の産業用ロボット１（以下、双腕ロボット１と称す）の各ロボットアーム７，８がロボットコントローラ９の制御により協調動作可能に構成されている。これにより、本生産システムは、双腕ロボット１の各ロボットアーム７，８間でワーク６を掴み替えてワーク６を反転させることが可能になり、ワーク６を反転させるに際して当該ワーク６を一時仮置きするための仮置き台が廃止され、サイクルタイムが大幅に削減されると共に当該生産システム全体が省スペース化される構造になっている。

図１に示すように、本生産システムは、第１の工程の加工が行われる工作機械２、第２の工程の加工が行われる工作機械３、及び第３の工程の加工が行われる工作機械４が、ライン５に沿って一直線上に配設されている。各工作機械２〜４は、各主軸が水平方向を向いて設けられた横型マシニングセンタにより構成されており、各主軸にはそれぞれの加工に応じた工具が装着されている。また、本生産システムには、双腕ロボット１を走行させる走行レール１０がライン５に沿って敷設されている。そして、双腕ロボット１は、該走行レール１０上を走行し、上記ロボットコントローラ９により指定された走行レール１０上の任意の位置に位置決めされる構造になっている。なお、各工作機械２〜４は、上記走行レール１０上の各ワーク受け渡し位置に位置決めされた双腕ロボット１に対してワーク６の受け渡しが可能になるような向きで設置されている。また、図１に示す符号１３は、走行レール１０上のワーク供給位置に位置決めされた双腕ロボット１にワーク６を供給するためのワーク供給装置である。

また、図１に示すように、各工作機械２〜４は、各ワーク受け渡し位置に位置決めされた双腕ロボット１とのワーク６の水平方向の受け渡しを可能にするワーク取り付け治具２ａ〜４ａが各マシンテーブルに固定されている。そして、本生産システムは、走行レール１０上を走行させて双腕ロボット１を各工作機械２〜４の各ワーク受け渡し位置に順次位置決めさせて該双腕ロボット１と各工作機械２〜４との間でワーク６の受け渡しが行われることにより、ワーク６に一連の加工が施される構造になっている。図２に示すように、上記双腕ロボット１は、汎用のスカラー構造の各ロボットアーム７，８が、走行レール１０上を走行する走行台車１２に立設された単一の支持軸１１に組み合わされて双腕に形成されている。各ロボットアーム７，８は、支持軸１１と連結されて一水平面内を支持軸１１との各連結軸の回りに回動可能な各アーム７ａ，８ａを備えている。

また、図２に示すように、各ロボットアーム７，８は、各アーム７ａ，８ａと回動可能に連結されて一水平面内を各アーム７ａ，８ａとの各連結軸の回りに回動可能な各アーム７ｂ，８ｂと、各アーム７ｂ，８ｂと回動可能に連結されて一水平面内を各アーム７ｂ，８ｂとの各連結軸の回りに回動可能で且つワーク６を把持可能なチャック機構を備える各作業ヘッド７ｃ，８ｃとを具備している。また、各アーム７ａ，８ａ及びアーム７ｂ，８ｂ並びに各作業ヘッド７ｃ，８ｃは、上記ロボットコントローラ９により制御される各サーボモータの駆動により各連結軸の回りに回動される。さらに、上記双腕ロボット１は、各作業ヘッド７ｃ，８ｃによるワーク６のクランプ、アンクランプがロボットコントローラ９により制御される各サーボモータの駆動により行われる構造になっている。また、図２に示すように、双腕ロボット１は、ロボットコントローラ９が上記走行台車１２上に設置されている。

これにより、上記双腕ロボット１は、従来ケーブルベア（登録商標）に収容されていた通信ケーブルが廃止され、該ケーブルベア（登録商標）には電源を供給するためのパワーケーブルを収容するのみで済み、レイアウト変更への対応が容易で、且つ信頼性を向上させることができる構造になっている。なお、ロボットコントローラ９による双腕ロボット１の各ロボットアーム７，８を協調動作させるには、マスタースレーブアーム方式等の既存の制御方式を適宜採用すればよい。

以下、本実施の形態の作用を説明する。まず、上記双腕ロボット１（産業用ロボット）を走行させて走行レール１０（走行軸）上のワーク供給位置に位置決めさせる。そして、双腕ロボット１のロボットアーム７を水平動作させて、ワーク供給装置１３により供給されて姿勢が整えられたワーク６を当該ロボットアーム７の作業ヘッド７ｃのチャック機構に把持させる。次に、該双腕ロボット１を走行させて走行レール１０上の工作機械２に対するワーク受け渡し位置に位置決めさせる。該位置決め後、双腕ロボット１のロボットアーム７を水平動作させて、工作機械２のワーク取り付け治具２ａにワーク６をセットさせる。そして、ワークセット完了後、工作機械２により、ワーク６に第１の工程の加工を施す。なお、加工中、双腕ロボット１をワーク供給位置に位置決めさせ、該双腕ロボット１のロボットアーム８を水平動作させてワーク供給装置１３により供給されたワーク６を当該ロボットアーム８の作業ヘッド８ｃのチャック機構に把持させる。

そして、双腕ロボット１を再び工作機械２に対するワーク受け渡し位置に位置決めさせて待機させておく。工作機械２による第１の工程の加工が完了後、双腕ロボット１のロボットアーム７を水平動作させて第１の工程の加工が施されたワーク６を当該ロボットアーム７のチャック機構で把持させてワーク取り付け治具２ａから取り外し、該取り外し後、ロボットアーム８を水平動作させて次のワーク６を工作機械２のワーク取り付け治具２ａにセットさせる。ワークセット完了後、ワーク取り付け治具２ａにセットされたワーク６に、工作機械２による第１の工程の加工を施すと共に双腕ロボット１を走行させて走行レール１０上の工作機械３に対するワーク受け渡し位置に位置決めさせる。該位置決め後、双腕ロボット１のロボットアーム７を水平動作させて、工作機械３のワーク取り付け治具３ａにワーク６をセットさせる。

そして、工作機械３のワーク取り付け治具３ａにワーク６をセットさせた後、当該ワーク６に、工作機械３による第２の工程の加工を施す。工作機械３による第２の工程の加工が完了した後、図３に示すように、双腕ロボット１のロボットアーム７を水平動作させて、第２の工程の加工が施されたワーク６を、当該ロボットアーム７のチャック機構で把持させてワーク取り付け治具３ａから取り外す。次に、図４に示すように、双腕ロボット１のロボットアーム７とロボットアーム８とを協調動作させて、ロボットアーム７からロボットアーム８へワーク６を掴み替えて反転させる。ワーク６を反転させた後、双腕ロボット１を走行させて走行レール１０上の工作機械４に対するワーク受け渡し位置に位置決めさせる。該位置決め後、図５に示すように、双腕ロボット１のロボットアーム８を水平動作させて工作機械４のワーク取り付け治具４ａにワーク６をセットさせる。

そして、工作機械４のワーク取り付け治具４ａへのワーク６のセットが完了した後、第１の工程及び第２の工程の加工が施されたワーク６に、工作機械４による第３の工程の加工を施す。工作機械４による第３の工程の加工が完了した後、双腕ロボット１のロボットアーム８を水平動作させて、第３の工程の加工が施されたワーク６を、当該ロボットアーム８のチャック機構で把持させてワーク取り付け治具４ａから取り外す。そして、該全ての加工が施されたワーク６（製品）をロボットアーム８により製品搬出コンベアに載置させて当該ワーク６を搬出する。このように、本生産システムでは、双腕ロボット１を適宜走行させて位置決めし、各ロボットアーム７，８を水平動作させて当該双腕ロボット１と各工作機械２〜４との間でワーク６を受け渡すと共に必要に応じて各ロボットアーム７，８を協調動作させてワーク６を反転させることにより、ワーク６に一連の加工が順次施される。

この実施の形態では以下の効果を奏する。
本生産システムは、双腕ロボット１（産業用ロボット）と各工作機械２〜４との間のワーク受け渡し方向を水平方向に整合させたので、ワーク６の移動が単純化されて双腕ロボット１の各ロボットアーム７，８の動作が水平動作のみで済む。これにより、本生産システムは、多関節構造のロボットアームと比較して可搬重量が大きく、且つハンドリング速度を高く設定することが可能なスカラー構造のロボットを採用することができる。従って、本生産システムは、多関節構造のロボットアームを採用した生産システムと比較して、ロボットが小型化されて生産システム全体を省スペース化することができると共にサイクルタイム（ハンドリング時間）が短縮されて生産性を向上させることが可能になる。
本生産システムは、汎用の各ロボットアーム７，８を組み合わせて双腕ロボット１を構成したので、高価な多関節構造のロボットアームと比較して設備コストが安価で済む。また、双腕ロボット１が走行レール１０（走行軸）上を走行して任意の位置に位置決め可能であるので、各工作機械２〜４とのワーク６の受け渡しを１台の双腕ロボット１で済ませることができる。
本生産システムは、双腕ロボット１の各ロボットアーム７，８をロボットコントローラ９の制御により協調動作させたので、各ロボットアーム７，８間でワーク６を掴み替えて反転させることが可能になる。これにより、本生産システムは、ワーク６を反転させるに際して当該ワーク６を一時仮置きするための仮置き台が廃止され、生産システム全体を省スペース化することができると共にサイクルタイムが削減されて生産性を向上させることができる。さらに、本生産システムは、双腕ロボット１及び走行レール１０の設置スペースが小さくて済むので、各種仕様のライン５への対応が容易で、現状のラインを短期間、且つ低コストで自動化させることが可能になる。
本生産システムは、ロボットコントローラ９が双腕ロボット１の走行台車１２上に設置されたので、当該双腕ロボット１の動作に追従させるケーブルが電源供給のためのパワーケーブルのみで済む。これにより、本生産システムは、レイアウト変更、特にラインの延長等に双腕ロボット１を容易に対応させることができると共に、長い通信ケーブルが廃止されて信頼性を向上させることができる。

なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
可搬重量が異なる複数種のロボットアームをアームマガジンにストックしておいて、双腕ロボット１の各ロボットアーム７，８を、該アームマガジンにストックされたアームと必要に応じて自動で交換可能に構成してもよい。この場合、各ロボットアーム７，８をワーク６に応じて自動で交換することが可能になり、より幅広い仕様のラインに対応させることができる。
各ロボットアーム７，８を支持軸１１に昇降可能に設けて双腕ロボット１を構成し、各ロボットアーム７，８をロボットコントローラ９により制御される各サーボモータの駆動により昇降させてもよい。

図６に示す生産システムを説明する。なお、上述した生産システムと構成が同一の部分は、同一の名称及び符合を付与すると共にその説明を省く。本生産システムは、スカラー構造の双腕ロボット１（産業用ロボット）の協調動作を利用して重量物を搬送するように構成されている。該双腕ロボット１は、ボール螺子と直動ガイドとを含んで構成される昇降機構が、支持軸１１に一対で設けられている。そして、上記双腕ロボット１は、ロボットコントローラ９で制御される各サーボモータにより各昇降機構が駆動されて各ロボットアーム７，８がそれぞれ単独で昇降され、各ロボットアーム７，８が任意の位置（高さ）に位置決めされる構造になっている。なお、本生産システムでは、双腕ロボット１の各ロボットアーム７，８の可搬重量が９kgであり、各ロボットアーム７，８を協調動作させることにより１８kgのワーク６がリフト可能な構造になっている。
次に、本生産システムの作用を説明する。まず、図６に示す状態から、双腕ロボット１を走行させてワーク６の正面に位置決めさせる。該位置決め後、図７に示すように、各ロボットアーム７，８を協調させて水平動作させ、一対のロボットアーム７，８によりワーク６を挟持させる。この状態で、各ロボットアーム７，８を協調させて所定距離だけ上昇動作させ、図８に示すように、ワーク６をリフトさせてパスラインから所定高さに維持させる。そして、この状態で、双腕ロボット１を走行させることによりワーク６を走行レール１０に沿って搬送することができる。

本生産システムでは以下の効果を奏する。
本生産システムは、スカラー構造の双腕ロボット１の一対のロボットアーム７，８を協調動作させてワーク６をリフトさせるので、同一の可搬重量の多関節構造のロボットアームと比較して、ロボットが大幅に小型化されて生産システム全体を省スペースすることができる。さらに、本生産システムは、多関節構造のロボットアームと比較して、ハンドリングの速度が高いので生産性を向上させることができ、また、設備コストを大幅に削減することが可能になる。

図９に示す生産システムを説明する。本生産システムは、スカラー構造の双腕ロボット１（産業用ロボット）の協調動作を利用して、ベアリング１４をベアリングケース１５へ圧入させる構造になっている。本生産システムでは、まず、双腕ロボット１の各ロボットアーム７，８を協調動作させて水平動作させ、ベアリング供給装置により供給される姿勢が整えられたベアリング１４をロボットアーム７の作業ヘッド７ａのチャック機構で把持させると共にベアリングケース供給装置により供給される姿勢が整えられたベアリングケース１５をロボットアーム８の作業ヘッド８ａのチャック機構で把持させる。次に、図９に示すように、各ロボットアーム７，８を協調させて水平動作させ、ロボットアーム７の作業ヘッド７ｃのチャック機構で把持したベアリング１４をロボットアーム８の作業ヘッド８ｃのチャック機構で把持したベアリングケース１５に圧入させる。

本生産システムでは以下の効果を奏する。
本生産システムは、各ロボットアーム７，８へのワーク供給方向を水平方向へ整合させたので、スカラー構造の双腕ロボット１を用いることができる。また、双腕ロボット１の各ロボットアーム７，８を協調動作させて、ベアリング１４をベアリングケース１５に圧入させることができ、圧入等の組み付け作業を自動化することが可能になる。さらに、スカラー構造の双腕ロボット１を用いることで、比較的重量の大きなワークを扱うことが可能になり、作業者の負担を軽減することができる。

本実施の形態の説明図で、本生産システムのレイアウトを示す斜視図である。 本実施の形態の説明図で、双腕ロボットを示す斜視図である。 本実施の形態の説明図で、双腕ロボットと第２の工程に設置された工作機械との間でワークの受け渡しが行われている状態を示す斜視図である。 本実施の形態の説明図で、双腕ロボットによりワークの反転が行われている状態を示す斜視図である。 本実施の形態の説明図で、双腕ロボットと第３の工程に設置された工作機械との間でワークの受け渡しが行われている状態を示す斜視図である。 実施例１の生産システムの説明図である。 実施例１の生産システムの説明図で、双腕ロボットの一対のロボットアームによりワークが把持された状態を示す斜視図である。 実施例１の生産システムの説明図で、図７に示す状態から一対のロボットアームを上昇させてワークをリフトさせた状態を示す斜視図である。 実施例２の生産システムの説明図で、一対のロボットアームを協調動作させてベアリングをベアリングケースに圧入させている状態を示す斜視図である。

符号の説明

１ 双腕ロボット（産業用ロボット）、５ ライン（生産ライン）、６ ワーク、７，８ ロボットアーム、９ ロボットコントローラ、１０ 走行レール（走行軸）

Claims (5)

1. 複数の生産工程を含んで構成され、各生産工程間のワークの受け渡しが産業用ロボットにより行われる生産システムであって、前記産業用ロボットにスカラー構造の双腕ロボットが用いられ、各ロボットアームを協調動作させるロボットコントローラを具備することを特徴とする生産システム。
2. 各生産工程と前記産業用ロボットとの間の前記ワークの受け渡し方向を水平方向に整合させたことを特徴とする請求項１に記載の生産システム。
3. 前記産業用ロボットが、生産ラインに沿って設置された走行軸上を走行可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の生産システム。
4. 前記ロボットコントローラが前記産業用ロボットに設置されることを特徴とする請求項３に記載の生産システム。
5. 前記産業用ロボットの各ロボットアームが、ワークの重量に対応させて準備された複数種のロボットアームに交換可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の生産システム。
   

Images