JP2009248197A - ロボット及び生産システム - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットによる作業を行う生産システムにあって、全体をコンパクトに配置しながら、比較的低コストで構築することを可能とし、しかも人に対する安全性を高める。
【解決手段】ロボット１２の直動軸を構成する直線移動レール１３の片側に、ロボット１２がワークＷに対する作業を行う複数個の作業ステーション１４〜１６を配置して生産システム１１を構築する。ロボット１２を、直線移動レール１３の下面側に自在に移動される移動体の下面部にベースを連結し、そのベースの下面に水平旋回アーム２１の基端部を垂直軸Ｊ１を中心に旋回するように取付け、水平旋回アーム２１の先端面に昇降体を上下動するように取付け、この昇降体の下面側に手首部を垂直軸Ｊ２を中心に同軸回転するように取付け、手首部にワークＷを把持するための作業用ツールを取付けて構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、作業工程順に並ぶ複数の工程エリア間においてワークを順に移動させながら、当該ワークに対する複数の作業工程を実行するロボット、及び、そのロボットを用いた生産システムに関する。

工場設備において例えば自動車部品の生産（組立）を行うための、ロボットを用いた生産システムとして、従来より、例えば特許文献１に示されるシステムが考えられている。図５に示すように、この生産システムは、例えばワークＷが載置されたパレット１を搬送する搬送コンベア２に沿って、複数この場合２個の作業ステーション３（工程エリア）を設け、各作業ステーション３に設置されているロボット４（水平多関節型ロボット）により、搬送コンベア２によって矢印Ａ方向に搬送されるワークＷに対する部品Ｐの組付けや、ワークＷの加工、検査等の複数の工程を順に行うようになっている。

尚、上記した水平多関節型のロボット４は、一般に、図６に示すような構成を備える。即ち、設備の設置面に固定的に設けられるベース５上には、第１アーム６の基端部が垂直軸Ｊ１を中心に回動（旋回）可能に連結され、第１アーム６の先端上面部に、第２アーム７の基端部が垂直軸Ｊ２を中心に回動（旋回）可能に連結されている。そして、この第２アーム７の先端部には、上下に延びるシャフト状をなす上下アーム８が、上下動及び同軸回転可能に設けられ、前記上下アーム８の先端（下端）のフランジ部９には、図示しないハンド等の作業用ツールが着脱可能に取付けられるようになっている。
特開２００７−３０１６５６号公報

上記従来の生産システムでは、複数台のロボット４を設置する必要があると共に、それらロボット４間においてワークＷを搬送するための搬送コンベア２が必要となるため、システム全体が大形となってそれらの占有面積が大きくなり、また、ロボット４の導入コスト等も大きくなってしまう傾向にある。この場合、作業ステーション３毎にロボット４を設ける生産システム（ライン）では、ロボット４同士の干渉防止などから、作業ステーション３を配置する間隔を比較的広くとる必要がある。これと共に、作業時における作業者等の人の安全を確保するために、ロボット４の周囲（アームの動作範囲）に安全柵を設けること等により、人の進入禁止領域を確保しなければならなくなる。

これに対し、近年の傾向としては、コンパクトに配置でき、且つ、低コストで済む生産システムを構築することが要望されてきている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ロボットによる作業を行うシステムにあって、全体をコンパクトに配置しながら、比較的低コストで構築することを可能とし、しかも人に対する安全性を高めることができるロボット及び生産システムを提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明のロボットは、作業工程順に並ぶ複数の工程エリア間においてワークを順に移動させながら、当該ワークに対する複数の作業工程を実行するロボットであって、前記複数の工程エリアの並び方向に沿って延びるように設置される直動軸と、この直動軸に沿って直線移動されるベースと、基端部が前記ベースに垂直軸を中心に回動可能に連結され該ベースに対して水平方向に旋回される水平旋回アームと、この水平旋回アームの前記垂直軸とは反対の端部である先端部に上下動可能に連結され該水平旋回アームに対して上下動される昇降体と、この昇降体に垂直軸を中心に同軸回転可能に設けられ前記ワークを保持する作業用ツールが装着可能な手首部とを備えるところに特徴を有する（請求項１の発明）。

また、本発明の生産システムは、請求項１記載のロボットと、当該ロボットの直動軸に沿って該直動軸の片側に作業工程順に並んで配置された複数の工程エリアとを備え、前記ロボットを用いて、前記複数の工程エリア間においてワークを順に移動させながら、当該ワークに対する複数の作業工程を実行する生産システムであって、前記ワークは、１番目の作業工程が実行される工程エリアに投入されると共に、最後の作業工程が実行される工程エリアから排出されるように構成され、前記ロボットは、一の工程エリアにおいてワークに対する作業工程を実行した後、当該ワークを保持したまま次の工程エリアに移動して次の作業工程を実行することを、１番目の作業エリアから最後の作業エリアまで順に前記直動軸に沿って移動しながら繰返すように構成されているところに特徴を有する（請求項２の発明）。

本発明によれば、ロボットを、直動軸に沿ってその片側に並んで配置されている複数の工程エリア間を移動させながら、ワークに対する作業工程を実行することができる。この場合、ロボットによりワークを搬送できるので、搬送コンベアを不要とすることができ、また、複数の工程エリアにおける作業を１台（あるいは少台数）のロボットにより行うことが可能となる。

そして、ロボットの構成としては、水平多関節型ロボット（あるいは垂直多関節型ロボット）とは異なり、ベースと昇降体ひいては手首部との間に１本の水平旋回アームが設けられているだけで、２本のアームを回動（旋回）可能に連結したいわばひじに相当する関節が存在しないので、工程エリアにおける作業中に、２本のアームを連結した関節部分（ひじの部分）が、直動軸を挟んだ工程エリアの反対側に突き出すといったことがなくなる。従って、直動軸の反対側に、安全確保のための人の進入禁止領域を確保する必要がなくなる。これにより、全体をコンパクトに配置しながら、比較的低コストで構築することを可能とし、しかも人に対する安全性を高めることができる。

以下、本発明を具体化した一実施例について、図１ないし図４を参照しながら説明する。まず、図１は、工場設備に設けられる本実施例に係る生産システム１１（本実施例に係るロボット１２を用いた例えば自動車用部品の生産システム）の全体構成を概略的に示している。ここで、この生産システム１１は、ロボット１２の直動軸を構成する直線移動レール１３の片側（図で奥側）に、ロボット１２が作業を行う工程エリア（後述する複数個の作業ステーション）が配置されるようになっている。

そのうち直線移動レール１３は、図２〜図４にも示すように、図で左右方向に水平に長く延び、工場の床上の所定の高さ位置に、図示しない支柱などを介して下向きに架設されている。本実施例においては、前記ロボット１２として、直線移動レール１３の下面側に吊下げられた状態で該直線移動レール１３に沿って図で左右方向に移動される吊り型ロボットが採用されている。このロボット１２の詳細については後述する。

また、本実施例では、直線移動レール１３の図で奥側には、工程エリアとして、左から順に第１の作業ステーション１４、第２の作業ステーション１５、第３の作業ステーション１６が設けられている。詳しい図示及び説明は省略するが、これら作業ステーション１４〜１６には、例えば、ロボット１２が作業を行う作業領域が設けられると共に、ワークＷに組付ける部品を供給する部品供給装置、ワークＷに対する各種の加工を行う加工装置、ワークＷの部品の組付けが正しく行われているかの検査を行う検査装置、ワークＷを所定の姿勢に保持するための治具などが必要に応じて設けられている。

さらに、前記直線移動レール１３の始端（図で左端）側には、１番目の作業工程が実行される第１の作業ステーション１４の図で左側に位置して、作業前のワークＷが供給されるワーク供給部１７が設けられている。ワークＷは、このワーク供給部１７から第１の作業ステーション１４に投入されるようになっている。

これと共に、直線移動レール１３の終端（図で右端）側には、図示はしないが、最後の作業工程が実行される第３の作業ステーション１６の右側に位置して、作業終了後のワークＷが排出されるワーク排出部が設けられている。ワークＷは、第３の作業ステーション１６からワーク排出部に向けて排出されるようになっている。尚、前記直線移動レール１３の図で手前側には、例えば作業者が通る通路が設けられている。

これにて、前記ロボット１２（ベース２０）が、直線移動レール１３の始端側に移動した状態で、ワーク供給部１７からワークＷを取得し、その後、ロボット１２（アーム）を直線移動レール１３に沿って矢印Ａ方向（図で右方）に移動させながら、第１、第２、第３のステーション１４、１５、１６において、例えば、ワークＷに対する部品の組付け、ワークＷの加工、ワークＷの検査といった各作業を順に行い、それらの作業終了後に、そのワークＷをワーク排出部に排出することが繰返して実行されるようになっているのである。

さて、前記ロボット１２について、図２ないし図４も参照して述べる。図２及び図３は、前記ロボット１２の全体構成を概略的に（ケーブルベア等を省略して）示している。ここで、直動軸たる前記直線移動レール１３には、その下面側のリニアガイド１３ａに移動体１８が直線移動可能に支持されていると共に、その移動体１８を自在に移動させるための駆動機構が設けられている。詳しく図示はしないが、前記駆動機構は、直線移動レール１３の右端部に配設されたモータ１９や図示しないボールねじ機構などから構成されている。

そして、図３に示すように、前記移動体１８の下面部にはベース２０が連結され、前記ベース２０の下面に水平方向に延びる水平旋回アーム２１が、その一端部である基端部が垂直軸Ｊ１を中心に旋回可能に取付けられている。この水平旋回アーム２１の前記垂直軸Ｊ１とは反対側の端部である先端部（先端面）に昇降体２２が上下動可能に取付けられ、この昇降体２２の下面側に手首部２３が垂直軸Ｊ２を中心に同軸回転可能に取付けられている。また、手首部２３には、ワークＷを把持するためのチャック（ハンド）等の作業用ツール２４（図４にのみ模式的に図示）が着脱可能に取付けられるようになっている。

この場合、図示はしないが、前記水平旋回アーム２１は、ベース２０内に設けられたモータ及び回転伝達機構により水平方向に回転（旋回）され、前記昇降体２２は、水平旋回アーム２１に内蔵されたモータ及びラック−ピニオン機構によって水平旋回アーム２１の先端にて上下移動され、前記手首部２３は、昇降体２２に内蔵されたモータによって同軸回転される。前記ロボット１２の動作（モータ１９を含む各軸のモータ）、並びに作業用ツールの動作は、図示しないロボットコントローラにより動作プログラム等に基づいて制御され、以て上記したような作業工程が自動で行われるようになっている。

次に、上記構成の作用について述べる。上記した生産システム１１においては、図１に示すように、ロボット１２（水平旋回アーム２１）が、直線移動レール１３の始端（図で左端）側に位置した状態で、ワーク供給部１７からワークＷを受取り、第１の作業ステーション１４にそのワークＷを移動させて、例えば部品組付け等の１番目の作業工程を実行する。ロボット１２は、第１の作業ステーション１４にて１番目の作業工程を終了すると、そのワークＷを保持した状態で、直線移動レール１３に沿って矢印Ａ方向に第２の作業ステーション１５に移動する。

そして、ロボット１２は、第２の作業ステーション１５でワークＷに対する２番目の作業工程を実行し、その後、やはりそのワークＷを保持した状態で、第３の作業ステーション１６に移動し、３番目（最後）の作業工程を実行する。最後の作業工程が終了すると、ロボット１２は、そのワークＷをワーク排出部に搬送し、排出する。この後、ロボット１２は、直線移動レール１３に沿ってワーク供給部１７側に移動し、上記した作業工程を繰返し実行する。

これにより、ロボット１２を、直線移動レール１３に沿って複数の作業ステーション１４〜１６間を移動させながら、ワークＷに対する作業工程を実行することができ、その際、ロボット１２自身がワークＷを搬送するので、従来のような搬送コンベア２を不要とすることができる。また、複数の作業工程を１台のロボット１２により行うことが可能となるので、従来のような搬送コンベア２を備えると共に作業ステーション３毎にロボット４を設けていた生産システムと比較して、低コストで生産システム１１を構築することが可能となるのである。

また、これと共に、従来のような作業ステーション３毎にロボット４を設けるシステムでは、各ロボット４同士の干渉防止などから、作業ステーション３を配置する間隔を比較的広く取る必要があったが、本実施例では、作業ステーション１４，１５，１６を配置する間隔を狭くすることができる。これにて、ロボット１２の台数を減らすことと併せて、生産システム１１全体をコンパクトに配置することができるものである。尚、本実施例では、ロボット１２をいわゆる吊下げ型としたことにより、直線移動レール１３の真下の領域も作業可能な領域として有効に利用することができる。

ところで、上記した生産システム１１に類似した構成として、複数の作業ステーションの並びの片側に沿って（図７で左右（Ｘ軸）方向）延びるように直線移動機構を設け、その直線移動機構のスライダ上に、従来例で述べた水平多関節型のロボット４（ベース５）を載置状に設けてＸ軸方向に移動可能とし、複数の作業ステーション（工程エリア）間を同様にロボット４側が移動しながら作業を行うシステムも考えられる。

ところが、上記した水平多関節型のロボット４では、アーム（第２アーム７）の先端を、直線移動機構の延びる方向（Ｘ軸）に直交する方向であるＹ軸に沿って（図７で前後方向に）直線移動させる動作を行う場合、Ｘ軸からの距離に応じて、第１アーム６及び第２アーム７の位置が、図７に（ａ），（ｂ），（ｃ）で示すような状態に変化する。このとき、アーム先端（フランジ部９）を直線移動機構（ベース５）に近い位置に移動させた際に、図７（ｃ）に示すように、第１アーム６との第２アーム７との関節部分（いわばひじの部分）が、ベース５よりも後方即ち直線移動機構（Ｘ軸）を挟んで作業ステーション３（工程エリア）とは反対側に突き出ることがある。

そのため、作業時における作業者等の人の安全を確保するためには、直線移動機構の反対側にも、一定の間隔を置いて安全柵を設けること等により、人の進入禁止領域を確保しなければならなくなる。尚、水平多関節型ロボット４に代えて、垂直多関節型ロボットを用いた場合でも、２本のアームが回動（旋回）軸を介して連結されている同様の構造を備えることから、ロボットの関節部分（ひじの部分）が工程エリアとは反対側に突き出す事情は、同じである。

これに対し、上記した本実施例のロボット１２では、図４に模式的に示すように、水平旋回アーム２１の先端（手首部２３ひいては作業用ツール２４）を、直線移動レール１３の延びる方向（Ｘ軸）に直交するＹ軸に沿って前後方向に直線移動させる動作を行う際には、直線移動レール１３からの距離に応じて、水平旋回アーム２１の位置が、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）で示すような状態に変化する。つまり、水平旋回アーム２１の基端側（軸Ｊ１）の位置を直線移動レール１３に沿って（Ｘ軸方向に）変化させながら、水平旋回アーム２１を旋回させることによって、Ｙ軸に沿うような直線移動が行われる。

図７と比較すれば明らかなように、水平多関節型ロボット４を用いた場合では、２本のアーム６，７を連結した関節部分（ひじの部分）が、作業ステーションとは反対側に突き出る虞があった。ところが、本実施例のロボット１２では、水平旋回アーム２１の一端側に垂直軸Ｊ１が位置されそれとは反対の端部側に昇降体２２ひいては手首部２３が位置されているので、ベース２０と昇降体２２（手首部２３）との間に１本の水平旋回アーム２１が設けられているだけで、アームの関節部分（ひじの部分）が、直線移動レール１３を挟んだ作業ステーション１４，１５，１６の反対側に突き出すといったことはないのである。

従って、例えば直線移動レール１３の手前側（作業ステーション１４，１５，１６とは反対側）に設けられる通路を人が通る際の、安全性を高めることができる。このことは、言い換えると、直線移動レール１３の反対側に、安全確保のための人の進入禁止領域を広く確保する必要がなくなることであり、その分の生産システム１１全体のコンパクト化を図ることができる。

このように本実施例のロボット１２及び生産システム１１によれば、作業工程順に並ぶ複数の作業ステーション１４〜１６間においてワークＷを順に移動させながら、当該ワークＷに対する複数の作業工程を実行するものにあって、システム全体をコンパクトに配置しながら、比較的低コストで構築することを可能とし、しかも人に対する安全性を高めることができるという優れた効果を得ることができる。

尚、上記実施例では、ロボット１２を、直線移動レール１３の下面側を移動するいわゆる吊り下げ型として構成したが、直線移動レール（直動軸）を床上に設け、その上面部をベース（ひいては水平旋回アーム）が移動するロボットとして構成しても良く、この構成でも、上記一実施例と同様の作用・効果を得ることができる。また、上記実施例では説明しなかったが、直線移動レール１３の手前側や、作業ステーション１４、１５，１６を囲む位置等に、必要に応じて安全柵を設けても良く、より安全性を高めることができる。

そして、上記実施例では、３個の工程エリアを有する生産システムを例としたが、生産システムとして４個を超える多数の工程エリアを並べて設けるようにしても良く、この場合、１個のロボットを設けることに限らず、複数台のロボットを、その直動軸がいわば直列に配置されるように設けても良い。これによれば、複数台のロボットによって効率的な作業を行うことができながらも、ロボットを少ない台数で済ませることができ、低コストで済ませることができる。

その他、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えば作業ステーション（工程エリア）の配置（個数）や作業工程の内容、ロボットの機械的構成等の具体的な構成についても、様々な変形が可能であるなど、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。

本発明の一実施例を示すもので、生産システムの全体構成を概略的に示す平面図 ロボットの斜視図 ロボットの正面図 ロボットのアームの動作の様子を示す平面図 従来例を示すもので、図１相当図 水平多関節型ロボットの側面図 水平多関節型ロボットにおける図４相当図

符号の説明

図面中、１１は生産システム、１２はロボット、１３は直線移動レール（直動軸）、１４，１５，１６は作業ステーション（工程エリア）、２０はベース、２１は水平旋回アーム、２２は昇降体、２３は手首部、２４は作業用ツール、Ｗはワークを示す。

Claims (2)

1. 作業工程順に並ぶ複数の工程エリア間においてワークを順に移動させながら、当該ワークに対する複数の作業工程を実行するロボットであって、
   前記複数の工程エリアの並び方向に沿って延びるように設置される直動軸と、この直動軸に沿って直線移動されるベースと、基端部が前記ベースに垂直軸を中心に回動可能に連結され該ベースに対して水平方向に旋回される水平旋回アームと、この水平旋回アームの前記垂直軸とは反対の端部である先端部に上下動可能に連結され該水平旋回アームに対して上下動される昇降体と、この昇降体に垂直軸を中心に同軸回転可能に設けられ前記ワークを保持する作業用ツールが装着可能な手首部とを備えることを特徴とするロボット。
2. 請求項１記載のロボットと、当該ロボットの直動軸に沿って該直動軸の片側に作業工程順に並んで配置された複数の工程エリアとを備え、前記ロボットを用いて、前記複数の工程エリア間においてワークを順に移動させながら、当該ワークに対する複数の作業工程を実行する生産システムであって、
   前記ワークは、１番目の作業工程が実行される工程エリアに投入されると共に、最後の作業工程が実行される工程エリアから排出されるように構成され、
   前記ロボットは、一の工程エリアにおいてワークに対する作業工程を実行した後、当該ワークを保持したまま次の工程エリアに移動して次の作業工程を実行することを、１番目の作業エリアから最後の作業エリアまで順に前記直動軸に沿って移動しながら繰返すように構成されていることを特徴とする生産システム。

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